Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и цель исследования 19
1.1. Характеристика известных принципов и методов определения 19
устойчивости бесстыкового пути
1.1.1. Расчетные методы 19
1.1.2. Экспериментальные методы 31
1.1.3. Вычислительные программы и математические модели 45
1.2. Влияние на поперечную устойчивость условий эксплуатации 52
1.2.1. Влияние на поперечную устойчивость конструкции верхнего строения пути и его состояния 52
1.2.2. Влияние воздействия поездов 54
1.2.3. Влияние уплотнения балластной призмы 60
1.3. Количественная оценка поперечной устойчивости загруженного и незагруженного пути
1.3.1. Параметры поперечной устойчивости загруженного пути 63
1.3.2. Коэффициент поперечной устойчивости незагруженного бесстыкового пути 66
1.3.3. Сравнение коэффициентов устойчивости загруженного и назагружеяного бесстыкового пути 67
1.4. Анализ известных методов определения поперечной устойчивости бесстыкового пути 68
1.4.1. Стендовый метод определения допускаемых превышений температуры рельсов 68
1.4.2. Способ определения допускаемых превышений температуры рельсов на эксплуатируемых путях 72
1.4.3. Способы определения допускаемых превышений температуры рельсов расчетными методами 73
1.5. Критерий устойчивости бесстыкового пути 75
1.6. Итоги экспериментов на бесстыковом пути 76
1.7. Задачи дальнейшего исследования поперечной устойчивости рельсо-шпальной решетки бесстыкового пути 85
2. Экспериментальное определение сопротивления балласта поперечному сдвигу пути с учетом воздействия поездной нагрузки 87
2.1. Характеристика существующей методики определения сопротивления шпал в балласте и результаты эксперимента 21
2.2. Новая методика определения сопротивления шпал поперечному оси пути сдвигу 89
2.3. Обоснование параметров эксперимента 94
2.4. Характеристика условий эксплуатации на опытных участках и объем экспериментальных работ 96
2.5. Обработка результатов эксперимента.. 98
2.5.1. Условия и характер перемещения шпалы 98
2.5.2.. Зависимость <нагрузка-перемещение> 98
2.5.3. Зависимость <нагрузка-интенсивное перемещение> 105
2.5.4. Определение доверительных оценок интенсивностей перемещений и требуемого количества наблюдений 106
2.5.5. Определение расчетных значений сопротивлений шпал сдвигу 109
2.5.6. Влияние пропущенного груза (п0) на величину расчетного сопротивления поперечному перемещению шпал {Q0) 111
2.5.7. Комплекс уплотнительных машин и начальное сопротивление пути поперечному сдвигу 113
2.5.8. Коэффициент сопротивления поперечному смещению шпал в поперечном оси пути направлении незагруженного пути 118
2.5.9. Влияние пропущенного груза на величину коэффициента вязкости балласта 119
2.5.10. Выбор реологической модели 120
2.5.11.Выводы по 2-й главе 121
3. Определение условий устойчивости бесстыкового пути 123
3.1. Определение условий равновесия в поперечном направлении 123
3.1.1 .Обоснование расчетной модели 123
3.1.2. Определение условий устойчивости равновесия с учетом сухого трения (q = const) 125
3.1.3. Определение условий равновесия с учетом сил сухого и вязкого трения 134
3.1.4. Анализ условий равновесия, полученных различными методами 138
3.1.5. Значения допускаемых превышений температуры рельсовых плетей, соответствующие условиям равновесия 140
3.2. Определение превышений температуры рельсов, соответствующих упругим деформациям рельсо-шпальной решетки 142
3.2.1. Параметры упругих деформаций рельсо-шпальной решетки 142
3.2.2. Значения упругих перемещений для отечественной конструкции пути 146
3.2.3. Методика определения превышений температуры рельсов, соответствующих упругим перемещениям 147
3.3. Рекомендуемые значения превьппений температур и сравнение их с действующими 149
3.4. Условия устойчивости не стабилизированного состояния пути 154
3.5. Выводы по 3-1 главе 156
4. Ослабление устойчивости бесстыкового пути при ослаблениях отступлениях от норм содержания 158
4.1. Количественная оценка поперечной устойчивости пути в местах отступления от норм содержания 158
4.2. Влияние на устойчивость дополнительных сжимающих продольных сил 174
4.3. Определение допускаемых значений отступлений от норм содержания пути в плане и сравнение их с действующими нормативами 178
4.4. Выводы по 4-й главе 179
5. Совершенствование существующей и разработка новой технологии постановки рельсовых плетей в расчетный температурный интервал с одновременным удлинением их до длины блок-участка 182
5.1. Совершенствование существующей технологии ввода рельсовых плетей в расчетный температурный интервал путем их механического удлинения 182
5.1.1. Исследование параметров напряженно- деформированного состояния рельсовой плети при существующей технологии работ 182
5.1.2. Исследование параметров напряженно- деформированного состояния участков, примыкающих к рельсовой плети 188
1.3. Анализ параметров напряженного состояния существующей технологии и технические решения ее корректировки 191
5.1 А Исследование параметров напряженно-деформированного состояния при скорректированной технологии работ 193
5.1.5. Совершенствование технических средств для изменения длины рельсовых плетей 198
5.2. Разработка новой технологии постановка рельсовых плетей в расчетный температурный интервал с одновременным удлинением их до длины блокучастка 203
5.2.1. Разработка технологий погрузки рельсовых плетей из середины колеи и кладки их на подкладки с рельсовозного состава 205
5.2.2. Разработка технологии сварки рельсовых плетей на платформах и технических средств для реализации этой технологии 239
5.2.3. Устройство для нагрева рельсовых плетей в процессе их укладки... 247
5.3.Технико-экономическая эффективность по реализуемым
разработкам 254
5.4. Выводы по 5-му разделу 257
Выводы и предложения 261
Литература
- Влияние на поперечную устойчивость конструкции верхнего строения пути и его состояния
- Новая методика определения сопротивления шпал поперечному оси пути сдвигу
- Определение превышений температуры рельсов, соответствующих упругим деформациям рельсо-шпальной решетки
- Влияние на устойчивость дополнительных сжимающих продольных сил
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основной целью предстоящей реорганизации путевого комплекса является снижение составляющей путевого хозяйства в себестоимости перевозок, а одним из основных условий реорганизации - темпы перевода сети на ж.б. подрельсовое основание с укладкой рельсовых плетей.
Постановлением расширенной Коллегии № 5 от 16.03,99 г. приняты «Основные технические характеристики пути на период 1999 - 2005 г. г.», согласно которым (см. табл. ВЛ) протяженность бесстыкового пути должна возрасти с 38,18 тыс. км в 1999 г. (30,5 %) до 55,14 тыс. км в 2005 г. (44,0 %), а в 2010 г. (по планам ВНИЙЖТа) до 70,0 тыс. км (55,2 %).
Таблица В Л Протяженность бесстыкового пути
С темпами прироста полигона бесстыкового пути напрямую связаны планы повышения допускаемых скоростей движения поездов на линиях общесетевого значения (см. табл. В. 2).
Таблица В.2 Динамика изменения полигона с V> 120 км/ ч
Опыты, проведенные на железных дорогах Франции, Японии, Германии, России, показали, что с повышением скоростей движения поездов увеличиваются, в частности, частоты и амплитуды ускорений в балласте, а это в свою очередь приводит к снижению сил сояротивленмя балласта сдвигу.
На основании экспериментов, выполненных ВНИИЖТом для ЧС200, рекомендованы нормативы устойчивости а,\ и йг2 Для сечения, где боковая нагрузка от подвижного состава передается на рельс (см. табл. В.З).
Таблица В.З Значения a-i (V)
Сравнительный анализ (см. табл. ВА) значений <% и коэффициента устойчивости Ку для незагруженного пути, полученных по существующей методике, показывает, что даже без воздействия поездов слабейшей по условию устойчивости является незагруженный путь при R < 600 м.
Таблица В.4 Значения а2 и Ку
Примечание к табл. В.4: Значения определены для условий: Р65, ЖБ, Щ,
ВЛ-10у, ст. Самара, ТУ-БП-2000, fm = 0,45.
При ослабляющем воздействии на сопротивление поперечному смещению рельсо-шпальной решетки фактора движения поездов, а это экспериментально подтверждено ВНИИЖТом и многими зарубежными исследованиями, очевидно, что значения Ку будут меньше значения 1,3 при R > 400 м.
О наличии механизма выброса бесстыкового пути под поездами, убедительно показывает статистика выбросов за рубежом и на российских железных дорогах (см. табл. В.5).
Таблица В.5 Количественный анализ выбросов пути со сходами подвижного
состава в путевом хозяйстве
Примечания: 1. Данные только о количестве крушений из-за выбросов по
материалам анализа Департамента безопасности движения и экологии МПС РФ. 2. Остальные данные по материалам Департамента пути и сооружений МПС РФ. Однако, до настоящего времени не существует общепризнанного расчетного метода определения устойчивости незагруженного бесстыкового пути не только с
учетом ослабляющего воздействия поездов, но и без его воздействия. Отсутствие расчетных методов определения устойчивости не позволяет, в свою очередь, обоснованно определить нижнюю границу расчетного интервала закрепления рельсовых плетей, а также оценить устойчивость различных эксплуатационных состояний пути при отступлениях от норм содержания и при их устранении.
Целью работы является разработка, обоснование и реализация системы оценки поперечной устойчивости бесстыкового пути с учетом воздействия поездов, и разработка технологий по ее обеспечению.
К основным задачам исследования относятся:
- анализ известных принципов и методов определения устойчивости
бесстыкового пути, а также анализ влияния на устойчивость факторов
эксплуатации. На основе результатов анализов:
- разработка методики определения сопротивления пути поперечному сдвигу
до с учетом движения поездов, средств реализации этой методики, а также
планированием проведения эксперимента в объемах, необходимых и
достаточных для выводов при средней выборке;
- получение зависимости изменения сопротивления пути поперечному
сдвигу от степени обкатки пути;
определение условий неподвижности рельсо-пшальной решетки различными расчетными методами, используемыми в строительной механике, анализ условий неподвижности при разных расчетных методах и одинаковых значениях qD;
~ разработка методик для определения температурных эквивалентов, соответствующих упругой стадии работы рельсо-шпальной решетки, а также ее предельному эксплуатационному и расчетному состояниям;
- разработка методики количественной температурной оценки отступлений
от норм содержания бесстыкового пути, влияющих на его поперечную
устойчивость, реализация этих методик, а также разработка соответствующих компьютерных программ оценки поперечной устойчивости;
- разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих
расчетные интервалы закрепления рельсовых плетей.
Методы исследования включают комплексный системный анализ безопасности движения поездов в путевом хозяйстве, нормативов устойчивости бесстыкового пути, влияний различных условий эксплуатации и ремонтов на начальное послеремонтное состояние сопротивления поперечному сдвигу и интенсивность его изменения до полной стабилизации балласта, вариантные анализы решений, полученных различными расчетными методами определения устойчивости бесстыкового пути и технологий с поиском решений с минимизацией удельных затрат труда и "окон" и безусловным выполнением ключевых операций, регламентируемых нормативными указаниями.
Экспериментальные исследования на эксплуатируемых участках выполнены с использованием теории планирования экспериментов. При обработке экспериментальных данных наблюдений использованы методы математической статистики.
Научная новизна. В рамках диссертации разработана комплексная система определения допускаемых превышений температур рельсовых плетей, включающая:
обоснование расчетного метода определения устойчивости бесстыкового пути и получение математической зависимости для ее определения;
метод определения сопротивления пути поперечному оси пути сдвигу с учетом воздействия поездов (патент № 2144105 от 10.01.2000, автор Ершов В.В.);
устройство для определения сопротивления шпал поперечным оси пути перемещениям (а.с. Кя 9396621, 1982 г., Бюлл. №24, авторы Новакович В.И., Ершов ВВ.), (а.с. № 1382893,1988 г., Бюлл. № 11, авторы Ершов ВВ., Попов В Л.);
методика определения предельного эксплуатационного состояния рельсо-
шпалъной решетки по параметрам упругого изгиба ее под действием сжимающих сил;
методика для количественной оценки снижения поперечного сопротивления пути при наличии неподбитых шпал.
В рамках диссертации также разработаны и внедрены
- блок технических решений по разработке комплексной одноэтапной
технологии укладки с рельсовозного состава непосредственно на подкладки
рельсовых плетей длиной до блокучастка с одновременным нагревом плетей до
расчетных температур: в том числе:
способ выгрузки-укладки рельсовых плетей (патент № 2131492 от 10.06.99, Бюлл. № 16, автор Ершов В,В.);
подвижная противокантовочная опора ("Путь и путевой хозяйство", 1999 г., автор Ершов ВВ.);
устройство для нагрева рельсовых плетей (свид. на полезную модель № 12418 от 21.06.99, автор Ершов В.В.);
способ укладки рельсовой плети (патент № 2076536, 1997 г., Бюлл. № 9, автор Ершов В.В.);
способ укладки рельсовой плети бесстыкового пути (патент Хе 2112102, 1998 г., Бюлл. № 15, авторы Ершов В.В., Адонин В.П.);
блок технических решений по дооборудованию платформ путеукладочных и путеразборочных поездов для использования их для погрузки из середины колеи старогодных плетей (в т. ч. неразболченных инвентарных рельсов), их транспортировки и выгрузки в середину колеи или на подкладки, а также создания соответствующих технологий, в том числе:
способ погрузки длинномерных изделий на подвижной ж. д. состав (патент № 2096550, 1997 г., Бюлл. № 32, патент Ш 2092647, 1997г., Бюлл. № 28, авторы Ершов В.В., Беляев ГЛ.);
- способ выгрузки длинномерных изделий с подвижного состава (патент №
2094557,1998 г., Бюлл. № 30);
устройство для крепления рельсовых плетей на подвижном составе (свидетельство Роспатента № 5995 на полезную модель, 1998 г., авторы Ершов ВВ., Беляев ГЛ.);
противокантовочное устройство (свидетельство Роспатента № 4976 на полезную модель, 1997 г., авторы Ершов В.В., Беляев ГЛ.);
то же, свидетельство Роспатента № 5596 на полезную модель, 1997 г., авторы Ершов В.В., Адонин В Л.
передвижное противокантовочное устройство (свидетельство № 698 на полезную модель от 16 марта 1998 г., авторы Ершов В.В., Адонин ВЛ. и др.);
- блок технических решений по совершенствованию технологий
механического удлинения рельсовых плетей и совершенствованию констркции
гидронатяжителей, в том числе:
- способ удлинения рельсовых плетей бесстыкового пути (патент № 2116399,
1998 г., автор Ершов В.В.);
устройство для продольного перемещения рельсовых плетей (свидетельство на полезную модель № 9230, 1999 г., автор Ершов В.В.);
способ укладки рельсовой плети (патент № 2112103, 1998 г., Бюлл. № 15, авторы Ершов В.В., Жулев Г.Г. и др.;
устройство для продольного перемещения и изменения длины рельсовых плетей бесстыкового пути (свидетельство № 7416, 1998 г., Бюлл. № 8, авторы Ершов В.В., Адонин ВЛ. и др.);
устройство для ввода рельсовых плетей в режим постоянной эксплуатации (свидетельство № 7691 на ползную модель от 16.09.98 г., авторы Ершов В.В., Криушкин В.Н.);
- блок компьютерных программ для определения расчетных интервалов
закрепления рельсовых плетей и оценки их фактической температуры
закрепления в местах отступления от норм содержания по результатам показаний вагона путеизмерителя, КВЛ-БАС.
Практическая ценность. Разработаны и внедрены: метод и устройства для определения сопротивления балласта поперечному сдвигу рельсо-пшальной решетки при воздействии поездной нагрузки, на основании экспериментов автора получена зависимость изменения сопротивления от послеремонтного состояния до полной стабилизации балласта под поездами, в том числе при уплотнении балласта различными комплексами путевых машин. Предложена математическая зависимость для определения допускаемых превышений температур в рельсовых плетях с учетом упругой стадии работы рельсо-шпальной решетки.
Совокупность предложенных методик и полученная зависимость позволяет выполнить оценку устойчивости различных состояний бесстыкового пути: послеремонтного и после пропуска груза-брутто, с отступлениями от норм содержания и без них.
Разработанный и внедренный блок технологий и технических средств, позволяет выполнить укладку в расчетном температурном интервале рельсовых плетей длиной до блок-участка за один этап.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и были одобрены: на научно-технической конференции ДорНТО Куйбышевской ж. д. (1982 г.), научно-практической конференции Львовской ж. д. (1983 г.), научно-технической конференции Октябрьской ж. д. (1985 г.), на сетевой школе передового опыта внедрения ресурсосберегающих технологий (г. Ульяновск, 1998 г.), на региональных совещаниях по повышению эффективности и качества ремонтно-путевых работ (г. Пенза, 2000 г., г. Томск, 2002 г.).
Влияние на поперечную устойчивость конструкции верхнего строения пути и его состояния
Теоретические исследования статической устойчивости сводятся в основном к ответу на вопрос в каких условиях рельсовые плети способны деформироваться под влиянием постоянных по величине и центрально приложенных температурных сил. Самый развитый из отечественных способов расчета бесстыкового пути, предложенный С. П. Першиным [181], значительно уточнивший расчетную схему путем учета начального искривления пути, переменного сопротивления балласта сдвигу и роли промежуточных скреплений, является статическим. Динамическая поездная нагрузка учитывается [135] лишь коэффициентами запаса, принимаемые значения которых не имеют более или менее строго научного обоснования.
Большинство опытов при экспериментальном определении устойчивости пути выполнялось под воздействием лишь одной продольной сжимающей силы, вызываемой нагреванием рельсовых плетей. Это "вызывает сомнения в правомерности распространения полученных на стенде критических усилий на обычные условия работы пути под поездами, так как многие выбросы, наблюдавшиеся в эксплуатационных условиях на обычном звеньевом пути при слитых зазорах, происходили впереди движущегося поезда или сразу после его прохода" [12].
Известны эксперименты [202], в которых воздействие поездной нагрузки имитировалось применением пульсирующей нагрузки, что вызывало выброс в месте их приложения и при значениях температурных сил почти вдвое меньших, чем без пульсирующей нагрузки.
Известны выбросы, приведшие к длительным перерывам движения и другим последствиям в СССР, ПНР, ЧССР [12] и США [116]. Анализ условий, в которых произошла часть из них [116] показывает, что примерно 10 % выбросов происходит непосредственно под поездом.
Очевидно, что наличие двух механизмов выброса (т. е. без поезда и под поездом) следует считать фактом, с которым следует считаться.
Определенным подтверждением этого факта являются результаты последних исследований устойчивости бесстыкового пути против выброса при одновременном действии поездных и температурных нагрузок, проведенных ВНИИЖТом [134,135,136]. В них установлено, что все поперечные перемещения пути происходят в связи с проходом подвижного состава и начинаются (по сечениям) при загрузке их вертикальной силой (на расстоянии 0,5 - 1,0 м от колесной пары).
Исследованиям поведения пути при прохождении подвижного состава посвящены работы [12,192,193,194,115,7,147,235,213,238,226,142,2]. Ряд работ [134,135,16,180] посвящены непосредственно разработке методик исследования динамической устойчивости бесстыкового пуга и результатам этих исследований.
В работе [12] отмечаются отличительные особенности работы рельсо-шпальной решетки в условиях поездной нагрузки по сравнению с ее незагруженной зоной.
Одна из них заключается в том, что рельсы в вертикальной плоскости на некотором расстоянии от точки приложения вертикальной нагрузки от колеса приподнимаются по сравнению со своим начальным положением. При достаточно прочном прикреплении рельса к шпале вместе с рельсом приподнимаются и шпалы.
Считается, что в зоне отрицательного прогиба рельсов может полностью или частично нарушаться контакт между основанием и шпалой.
Для железобетонных шпал длина отрицательной зоны кривой прогиба при различной величине вертикальной жесткости подрельсового основания составляет 2,0-2,5 м. На этой длине размещается 4-5 шпал [135].
Наибольшая величина подъемки шпал составляет 0,06-0,14 мм и относится не больше чем к одной шпале. И хотя остальные шпалы поднимаются на еще меньшую величину, в зоне отрицательного прогиба рельсов можно ожидать некоторого уменьшения сопротивляемости пути выбросу.
По данным ВНИИЖТа [135] зона отрицательных и нулевых прогибов между тележками подвижного состава, на которую не распространяется влияние ггоигруза колесами, равна 4-5 м для грузовых вагонов и 9-10 м для пассажирских.
"Следует исключить возможность возникновения выброса на длине до 5 м, т.е. под грузовыми вагонами, однако на длине 9 м это уже исключить нельзя" [24]. В работе [7] сделан вывод о том, что длина пути, на которой наиболее вероятен выброс пути равна 6,0 м при максимальном отклонении пути от первоначальной оси 0,63-0,77 см. В подтверждение этого говорят результаты исследований динамической устойчивости, выполненных в Венгрии [180]. По данным этого исследования состояние, предшествующее появлению остаточных перемещений характеризуется образованием изгибов с длиной волн 2,5-3,5 м со стрелой 1,4-2,0 мм
Новая методика определения сопротивления шпал поперечному оси пути сдвигу
Известный способ определения сопротивления балласта поперечному сдвигу шпалы [12,15] заключается в освобождении шпалы от связей с рельсами путем удаления подрельсовых подкладок, пригружении шпалы дополнительной нагрузкой, равной массе рельса и скреплений, приходящейся на одну шпалу, приложении к шпале вдоль ее оси ступенчато возрастающей статической нагрузки Qi при помощи специального силового прибора, замерах перемещения yt шпалы, соответствующих каждой ступени статической нагрузки и определении зависимости yt {Qi). По этой зависимости определяют расчетное значение сопротивления, соответствующее допускаемому перемещению шпалы.
Разъединение рельса со шпалой и удаление подрельсовых подкладок, т. е. образование между ними зазора, не позволяет производить определение сопротивления балласта поперечным перемещениям шпал с учетом реальных условий эксплуатации.
В частности, существующая методика не позволяет учитывать ослабляющее вибрационное воздействие подвижного состава на сопротивление шпал сдвигу в поперечном оси пути направлении.
Кроме того сопротивление шпал зависит от величины сдвига шпалы [20] (см. таблицу 2.1.1), значение которого принимается волевым порядком, без достаточного обоснования.
Примечания: 1. Числитель - пропущено 2270 тыс. т, результаты по измерениям на 150 шпалах. 2. Знаменатель - на стенде, подбивка ЭШП-3, результаты по измерениям на 40 шпалах.
Большой разброс даже средних значений (1,6-2,6 раза) сопротивлений шпал, особенно для стабилизированного пути, зависящий только от величины смещения пшалы, при определении сопротивления, является следствием того, что не учитывается вязкая составляющая сопротивления балласта перемещению шпал.
Факт наличия такой составляющей известен из теории механики грунтов [32], подтвержден и количественно определен [169-174] экспериментом по определению сопротивления шпал вдоль оси пуга в балласте (щебень).
Таким образом существующая методика определения сопротивления балласта поперечному перемещению рельсо-шпальной решетки обладает двумя неустранимыми недостатками: - невозможностью воспринимать балластом вибрационные воздействия рельсо-шпальной решетки от проходящего подвижного состава; - невозможностью определять предельное состояние неподвижности шпалы, характеризуемое условием у = О, что делает некорректным использование таких сопротивлений в расчетных методах определения неподвижности пути.
При исследованиях зависимости сопротивления шпал в продольном оси пути направлении с учетом воздействия подвижной нагрузки [42-44,53] было отмечено принципиально иное поведение шпалы, под действием приложенной к ней горизонтальной силы. Оно заключалось в том, что без воздействия поездов шпала под действием приложенной к ней горизонтальной силы остается неподвижной, а при прохождении поездов происходит ее перемещение при постоянном значении приложенной горизонтальной силы. Такого вида перемещение (без увеличения приложенной силы) вызвано свойством балласта, называемой вязкостью [32}, одной из характеристик которой является коэффициент вязкости.
Так как балласт является упруго-вязко-пластической средой, то задача сводится к определению жестко-пластической и вязкой составляющих сил сопротивления перемещению шпал в балласте.
В соответствии с экспериментальными методами исследования вязкости [163,165] для определения в требуемых условиях закона деформирования балласта, по которому находят его характеристики, необходимо на испытуемую конструкцию воздействовать силой Qi постоянной величины и непрерывно или периодически измерять деформации УІ в течение определенного периода г. Так как перемещения шпал эксплуатируемого пути под действием сил Q{ происходят только в связи с движением по нему поездов и не происходят без них, текущее время г можно заменить на количество пропущенных за это время осей п0 или пропущенного груза (Т .ф) Как известно, типовое промежуточное скрепление для железобетонных шпал не допускает поперечных оси пути перемещений шпалы относительно рельсов.
Поэтому для возможности реализации таких перемещений, а также для приложения к шпале горизонтальных сил с участием автора были созданы специальные устройства, описанные в [174,164].
Определение превышений температуры рельсов, соответствующих упругим деформациям рельсо-шпальной решетки
Анализ формулы 3.2.6 показывает, что для конструкции пути с Р65, ЖБ, Щ, что превышение на 10С температур, соответствующих условию равновесия, не вызывает остаточных смещений рельсо-шпальной решетки.
Отметим, что формулой 3.2.5 и ее разновидностями 3.2.6 и 3.2.7 определяется предельное эксплуатационное состояние без накопления остаточных деформаций относительно которого можно использовать обоснованный коэффициент запаса устойчивости.
Рекомендуемые значения превышений температур получим введя установленный ВНИИЖТом для параметров верхнего строения пути, коэффициент запаса К3 = 1,3 к предельному эксплуатационному состоянию устойчивости бесстыкового пути Р65, ЖБ, Щ, полученному расчетным путем на основании эксперимента по определению сопротивления балласта при воздействии поездов (см. таблицу 3.3.1).
Сравнение рекомендуемых допускаемых превышений температур с действующими нормами превышений показывает, что для Р65, ЖБ, Щ ( для условий Куйбышевской ж. д.): - рекомендуемые значения [Л/Дш (строка 1а табл. 3.3.1) для V 120 км/ч совпадают ( с точностью до 1С) со значениями [Aty] по ТУ-91 для рельсовых плетей длиной более 800 м (строка 26 табл. 3.3.1) и не требуют дополнительных эксплуатационных проверок; - значения [dty], принятые в ТУ-2000, существенно и необоснованно уменьшают температурный интервал закрепления рельсовых плетей (см. таблицу 3.2.2 на примере условий эксплуатации Куйбышевской ж. д.), что приводит к увеличению объемов работ по разрядке температурных напряжений в рельсовых плетях ( см. таблицу 3.3,3).
При ремонтах, когда укладке рельсовых плетей предшествует укладка инвентарных рельсов, минимальное количество груза брутто, которое необходимо пропустить по инвентарным рельсам, должно быть достаточным для такой стабилизации балласта, при котором рельсо-шпальная решетка под действием температурных сил и сил сопротивления ее поперечному смещению остается неподвижной или испытывает упругие перемещения.
Выше были получены зависимости (3.1.36) и (3.2.5), а также значения Aty, удовлетворяющие предельным условиям неподвижности стабилизированного пути. При этом были использованы полученные экспериментально расчетные значения/ш.тах = 0,37 и дми = 2,72 кН/м, соответствующие пропуску по пути 1,5 млн. т. бр. груза.
Начальные значения /или» и qmin , зависящие от комплекса путевых машин, используемых при формировании и уплотнении балластной призмы, а также соответствующие необкатанному пути, могут быть определены по зависимости qmm=Kqqmax , (3.4.1) где: Kq - коэффициент, равный отношению начального сопротивления пути q0 после применения соответствующего комплекса машин к сопротивлению стабилизированного пути, равный (см. таблицу 2.5.13) 0,58 для комплекса путевых машин МГО+ВПО+ВПР+ДСП, 0,48 для комплекта - МГО+ВПО+ВПР, 0,60 - для комплекта ВПР+Р2000 и 0,65 - для комплекта ВПР+УБП.
Из таблицы 3.4.1 видно, что существующих температурных условий при выборе температуры для производства путевых работ с использованием путевых машин по условию устойчивости рельсо-шпальной решетки во время их работы недостаточно.
В таблице 3.4.1 указаны (пунктиром) температуры менее допускаемых ТУ, при которых не обеспечивается устойчивость необкатанного пути сразу после работы путевых машин. В разделе рассмотрены следующие вопросы: - уточнение расчетной модели и граничных условий; - определены условия устойчивости бесстыкового пути с учетом сухого трения решением дифференциального уравнения изогнутой оси стержня (1-й вариант) и энергетическим методом (2-й вариант) , а также с учетом сухого и вязкого трения - решением дифференциального уравнения изогнутой оси стержня (3-й вариант); - выполнен анализ вышеперечисленных решений показавший, что предельные условия неподвижности рельсо-шпальной решетки для всех трех вариантов одинаковы (N qR), Atyo = qR/aEF"; - решения за пределами неподвижности рельсо-шпальной решетки по 1 -му и 2-му варианту выражены адекватными функциями F(u) и Fz(u) условий устойчивости вида f a(R, ,q, N, I, EI).
Такие функции позволяют получать для каждой конструкции пути параметр Ліуу или зависимость AtyyiR), соответствующие упругой стадии работы рельсо-шпальной решетки по значениям ІупР{Ц) и fy„p = const, полученным экспериментально.
Определение Aty по / и/упр существенно упрощает действующую методику определения [Aty] путем доведения до выбросов стендового пути, позволяет получать достаточные выборки значений 1ущ в реальных условиях эксплуатируемого пути;
Влияние на устойчивость дополнительных сжимающих продольных сил
Существующая технология ввода рельсовых плетей в расчетный температурный интервал [221] характеризуется следующими основными признаками:
1. В процессе подготовительных работ путем устройства анкерных участков обеспечивается неподвижность начального конца рельсовой плети. Устройство анкерных участков осуществляется затяжкой клеммных и закладных болтов нормативным усилием в пределах уравнительного пролета на длине Ц =N/r, (5.1 Л) а в случае Nmin RH = 400 кН в пределах самой рельсовой плети на длине I = zJk + i3 (5.1.2). г где: N = aEFAt (5Л.З) г = 12 кН/м - погонное сопротивление рельса продольному перемещению при стабилизированном не замерзшем щебне; г = 7,0 кН/м для слабоуплотнешюго щебня [220а].
2. Также в процессе подготовительных работ устраиваются анкерные участки на уравнительных рельсах со стороны подвижного конца рельсовой плети длиной Lj и в пределах плети на участке h, значения которых определяются по зависимостям (5.1.1) и (5.1.2), сменой уравнительного рельса обеспечивается необходимый расчетный зазор ALp3. для удлинения рельсовой плети, определяемый по формуле: А1р.3=АЬрж+д, (5.1.4) ALp.n = L(t ty)a, (5.1.5) где: - ALpM, - расчетное удлинение рельсовой плети, определяемое по формуле (5.1.5); — температурный зазор между подвижным концом плети и уравнительным рельсом. Для последующих расчетов примем S = 8,0 мм.
3. Производится вывешивание удлинения рельсовой плети на катучие опоры или пластины с пониженным коэффициентом трения Кщ, = 0,1 - 0,2. В результате вывески рельсовой плети на катучие опоры погонное сопротивление г0 рельсовой плети Р65 продольному перемещению оказывается равным г0 = 0,2 -64,64 9,81 = 127 Н/м = 0,127 кН/м . Без вывески рельсовой плети на катучие опоры (Ктр = 0,5) г0 =0,5 -64,64 9,81 =317Н/м =0,317кН/м.
4. Снятие нагрузки в гидравлическом натяжном устройстве (ГНУ) производится после смыкания расчетного зазора ALp3 (с оставлением зазора $) и постановки накладок в стыке.
Рассмотрим напряженно-деформированное состояние рельсовой плети во время действия продольных сил для ее удлинения. Так как длина участка плети с сопротивлением г пренебрежимо мала (1-2 % длины плети), примем для упрощения расчетов сопротивление г0 по всей длине плети.
Схема для определения продольной силы при механическом удлинении рельсовой плети показана на рис. 5.1.1. На этом рисунке обозначено: N -продольная сила, приложенная к рельсовой плети; Nx - продольная сила в поперечном сечении рельса с абсциссой х; г0 - сопротивление не закрепленной части рельсовой плети по основанию, г то же закрепленной рельсовой плети. Начало координат взято на левом конце плети, который считается неподвижным.
Отсюда находим продольную силу Nx = N-r0(L-x). (5.1.6) Как видно, продольная сила меняется по линейному закону. Максимальное значение продольной силы - на правом конце плети, минимально значение на левом конце плети N -N-ro-L. (5.1.7)
Обозначим U - перемещения поперечных сечений плети при ее растяжении. EF} где: EF - жесткость плети на растяжение. Для рельсов типа Р65 -EF= 1.6512-109 Н. Пределы интегрирования - от 0 до х. Выполнив интегрирование, получим Как видно, перемещения распределены по закону квадратной параболы. Максимальное перемещение будет на правом конце плети - при х = L. Оно будет равно удлинению плети AL. (5.1.9) AL= р EF 2EF Из этого равенства можно найти силу, необходимую для растяжения плети на заданную величину.
