АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКРЕПЛЕНИЙ НА ГОРНЫХ УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

АННОТАЦИЯ

В статье выполнен анализ основных критериев по обеспечению надежной работы железнодорожного пути. Определены дополнительные продольные угоняющие сдвигающие силы от трения торможения на затяжных спусках.

ABSTRACT

The article analyzes the main criteria for ensuring reliable operation of the railway track. Additional longitudinal hijacking shear forces from braking friction on long descents are determined.

Ключевые слова: промежуточное рельсовое скрепление, сила угона, продольные силы, тормозные силы.

Keywords: intermediate rail fastening, hijacking force, longitudinal forces, braking forces.

Введение. Одной из многочисленных задач, стоящих перед специалистами железнодорожного транспорта является повышение технического уровня железнодорожных конструкций, в том числе промежуточного рельсового скрепления [1]. Промежуточное рельсовое скрепление является важнейшей частью верхнего строения железной дороги, определяющей динамические показатели взаимодействия с подвижным составом, надежность, эксплуатационную мощность и стоимость в процессе строительства, а также различные затраты в процессе всего эксплуатационного цикла [5, 6].

В известных работах представлены теоретические, экспериментальные и эксплуатационные исследования по разработке и совершенствованию верхнего строения железнодорожного пути [3, 4, 7], в частности промежуточного рельсового cкрепления [10], определению его технических характеристик и показателей, а также обеспечению их научно - технического потенциала в развитии путевого хозяйства железнодорожного транспорта [9, 11]. Тем не менее, существует еще ряд сложных и нерешенных проблем, связанных с разработкой промежуточного рельсового cкрепления обеспечивающего более длительный срок службы и повышенную надежность, и долговечность конструктивных элементов, устойчивость [2], особенно на криволинейных участках маршрута с кривизной малого радиуса, характеризующихся высокими скоростями и интенсивным транспортным потоком [13-15].

Ниже выполнен анализ основных критериев по обеспечению надежной работы железнодорожного пути в части, касающейся применения промежуточных рельсовых скреплений типа КБ 65 и «Pandrol Fastclip».

Методика исследования. Важнейшим параметром, определяющим отсутствие или минимизацию угона пути на горных участках, является обеспечение необходимой силы клемм на рельсы [16].

Местное проскальзывание подошвы рельса при изгибе его под двигающимся поездом (и как следствие этого явления - угон) не будет происходить, если в любом сечении в зоне прогибов пути под колесом силы трения р_тр будут равны или больше сил реактивного отпора основания, отклоненного от своего нейтрального положения, т.е.

р_тр ≥  р_упр                                                                                             (1)

При промежуточных скреплениях клеммного типа формула будет иметь следующий вид:

р_тр = Uyk_тр + f₁ k_тр + f₁ k_тр-1                                                                        (2)

р_упр = U_х Δх = (U_х⁰ +АUy) Δх                                                                      (3)

где  U_х  - модуль упругости основания в продольном направлении;

U_х⁰- модуль упругости основания в продольном направлении при отсутствии давления колес;

f₁ - нажатие двух клемм, отнесенное к единице длины пути;

k_тр -  коэффициент трения между рельсом и контактными поверхностями сверху и снизу подошвы рельса;

Δх – отклонение основания из своего нейтрального положения;

А  - постоянный параметр;

U - модуль упругости основания в вертикальной плоскости;

Y - прогиб рельса.

Из приведенных формул следует, что сила нажатия двух клемм, отнесенная к единице длины, при которой не происходит угон пути определится, по формуле:

                                                                                   (4)

В горных условиях на тормозных участках на единицу длины пути действуют добавочные силы трения торможения р_торм. Для их нейтрализации необходимо иметь дополнительное клеммное нажатие, величину которого можно определить по формуле:

                                                                                     (5)

Таким образом суммарное нажатие двух клемм 2 F_кл , необходимое для недопущения угона пути на тормозных участках, определяется выражением

2 F_кл = l (U_х Δх -   U_yk_тр / k_тр + k_тр-1) + l (р_торм/ k_тр + k_тр-1)                               (6)

где l – расстояние между шпалами.

Таким образом, необходимое клеммное нажатие F_кл зависит от отношения U_х и U_y, от уровня тормозных сил р_торм и коэффициентов трения k_тр и k_тр-1  и для железных дорог стран СНГ при вагонных нагрузках до 250 – 270 кН  должно составлять F_кл = 8,5 – 12,0 кН [18].

Обсуждение полученных результатов. Для обеспечения надежной связи рельса с подрельсовым основанием усилие прижатия клемм к рельсу должно соответствовать ранее указанным величинам [17]. При выполнении экспериментальных исследований, когда клеммы промежуточных скреплений не обеспечивают достаточную связь подошвы с основанием (болты скреплений КБ недостаточно закреплены), были многократно зафиксированы силы угона [8], достигающие по двум рельсовым плетям 5 -10 кН/м. При этом при воздействии двухосной тележки сила угона составляет лишь F_кл = 2,3 – 2,75 кН на один рельс  (при требуемой величине F_кл = 8,5 – 12,0 кН). По длине поезда эти силы суммируются, в результате чего впереди поезда и под ним могут возникать значительные продольные силы, достигающие по двум ниткам 1500-2000 кН. Если промежуточные клеммные скрепления обеспечивают надежную связь рельса с основанием (при надлежащей затяжке болтов или достаточном прижимном усилии клемм эластичных скреплений), то подошва при поворотах сечений рельса всегда перемещается вместе с подкладками и шпалами, не проскальзывая по основанию [19-21].

При наличии уклона железнодорожной линии на путь действуют дополнительные продольные угоняющие сдвигающие силы от трения торможения на затяжных спусках, величины которых в зависимости от уклона продольного профиля приведены на рис. 1.

Как показали материалы обработки скоростемерных лент, могут возникнуть угоняющие силы, на 10-15% большие, чем приведенные на рис. 1. При недостаточном прижимном усилии и дополнительном воздействии на путь температурных и тормозных сил в совокупности с силами угона в плетях бесстыкового пути могут возникнуть продольные силы, превышающие предельные значения критических сил по условию устойчивости. Следствием может быть выброс бесстыкового пути.

Рисунок 1. График добавочной угоняющей силы

Выводы. На тормозных элементах продольного профиля возникает добавочная сила угона пути от трения торможения. При нажатии колодок на бандажи колес, а также в случае применения рекуперативного торможения происходит некоторое проскальзывание колес по рельсу, в связи с чем по поверхности контактной площадки между колесом и рельсом возникают продольные силы, направленные в сторону движения поезда. Эти добавочные силы трения торможения при недостаточной мощности противоугонной системы и недостаточному прижатию клемм промежуточных рельсовых скреплений приводят к повышенному угону пути и могут вызвать выброс пути.

Список литературы:

1. Mirakhmedov M.M., Khalfin G.R. "Investigation of the longitudinal hijacking force from friction braking," Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers: Vol. 16 : Iss. 4 , Article 19 (2020).
2. Лесов К.С., Рустамович Х.Г.А. Расчет и оценка устойчивости рельсовой плети бесстыкового пути для условий Узбекистана //Barqarorlik va yetakchi tadqiqotlar onlayn ilmiy jurnali. – 2022. – С. 339-343.
3. Begmatov N.I., Muhammadiyev N.R. "Экспериментальное определение жесткости рельсовой нити". Железнодорожный транспорт: актуальные задачи и инновации, vol. 3, no. 1, 2021, pp. 5-11. doi:10.24412/2181-953X-2021-1-5-11.
4. S.T. Djabbarov, R.H. Mukarramov. 3D skaneridan foyidalanib xavfli ekzogen geologik jarayonlarni kuzatish haqida - Научный журнал транспортных средств и дорог. 2021 - С 50-58.
5. Лесов К.С., Хальфин Г.А.Р. Технико-экономическое обоснование эффективности применения диагностических средств //Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences. – 2022. – Т. 2. – №. Special Issue 4-2. – С. 208-216.
6. Рустамович Х.Г.А., Пурцеладзе И.Б. Обоснование необходимости и целесообразности укладки сверхдлинных плетей на АО «Ўзбекистон Темир Йўллари» //Universum: технические науки. – 2022. – №. 3-3 (96). – С. 23-25.
7. Djabbarov S., Kakharov Z., Kodirov N. Device of road boards with compacting layers with rollers //AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2022. – Т. 2432. – №. 1. – С. 030036. https://doi.org/10.1063/5.0089679.
8. Лесов К.С., Рустамович Х.Г.А. Диагностическое средство для косвенного определения усилия нажатия клемм скрепления Pandrol Fastclip //Universum: технические науки. – 2022. – №. 5-4 (98). – С. 54-56.
9. Abdujabarov A.Kh., Mekhmonov M.Kh. Structures options for the coastal bridge support, taking into account the seismicity of the district // AIP Conference Proceedings 2432, 030045 (2022); Published Online: 16 June 2022., pp 030045-(1-5), https://doi.org/10.1063/5.0093489.
10. Khalfin G. A. R., Yakhyaeva M. T., Yakhyaeva S. T. Factors determining the stability of a continious welded track //Scientific progress. – 2021. – Т. 2. – №. 2. – С. 53-55.
11. Expansion of a scope of methods protection the railways from entering by sand M Mirakhmedov, M Мuzaffarova Transport Problems. - 2013. 8 (2), 55—61.
12. Khalfin Gali-Askar Rustamovich Factors influencing the choice of direction and position of the HSR route // Universum: технические науки. 2021. №10-5 (91).
13. Said Shaumarov, Sanjar Kandakhorov, and Khasan Umarov. Development of the optimal composition of aerated concrete materials on the basis of industrial waste. AIP Conference Proceedings 2432, 030087 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0089875.
14. Khalfin Gali-Askar Rustamovich, & Yakhyaeva Muslimakhon Tokhirboevna. (2021). Efficiency of extension of rail lashes at JSC « Uzbekistan Railways». Innovative Technologica: Methodical Research Journal, 2(05), 163–166. https://doi.org/10.17605/OSF.IO/W2MHG
15. Rustamovich, Khalfin G., and Purtseladze I. Borisovna. "Use of a System for Determining the State of a Non-jointed Track to Ensure the Safety of Train Traffic." JournalNX, vol. 7, no. 05, 2021, pp. 242-245, doi:10.17605/OSF.IO/U3A2F.
16. Рустамович Х.Г.А., Пурцеладзе И.Б. Оценка погонного сопротивления продольному перемещению рельсовых плетей //Universum: технические науки. – 2021. – №. 6-2 (87). – С. 13-15.
17. Рустамович Х.Г.А. Состояние «Маячных» шпал и причины неравномерного распределения продольных напряжений в рельсовой плети //Universum: технические науки. – 2019. – №. 12-1 (69). – С. 72-75.
18. Khalfin G.A., Umarov K. The work of intermediate rail fasteners on mountain sections of railways //AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2023. – Т. 2612. – №. 1. – С. 040023.
19. Khalfin, Gali-Askar. "Research of running resistance to longitudinal movement of rails on JSC" Uzbekiston Temir Yulari". Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers 16.2 (2020): 14-19.
20. Rustamovich, Khalfin G. "Clamping Force of Intermediate Fasteners and Their Determination." JournalNX, vol. 7, no. 05, 2021, pp. 233-236, doi:10.17605/OSF.IO/ETJHF.
21. Рустамович, Хальфин Гали-Аскар. "Пурцеладзе Ирина Борисовна Оценка погонного сопротивления продольному перемещению рельсовых плетей." Universum: технические науки 6-2 (2021): 87.