Аналіз нерівностей на поверхні катання рейок і причин їхнього утворення

Процес виготовлення рейок (прокатка, загартування і виправлення в холодному стані) на існуючому устаткуванні металургійних заводів неминуче супроводжується утворенням безупинних і місцевих скривлень подовжньої осі рейки. Але зазначені нерівності, як правило, не перевищують 1мм на метровій довжині і при швидкостях, реалізованих вантажними поїздами (менш 80 км/ч), не грають істотної ролі в нагромадженні ушкоджень колії і відмов її елементів. Однак досвід закордонних і вітчизняних доріг свідчить, що і такі нерівності корисно усувати шліфуванням відразу після укладання рейок у колію.

Найбільш шкідливими є значно великі по розмірі нерівності, що виникають і розвиваються в процесі експлуатації, так називані експлуатаційні нерівності. Саме ці нерівності стають джерелами підвищеного динамічного впливу коліс на рейки і збудниками вібрацій залізничної колії.

Залізничний екіпаж і колія представляють при взаємодії єдину механічну систему, що складається з зосереджених і розподілених мас з пружньо-дисипактивними зв'язками, що володіють широким діапазоном амплітудно-частотних характеристик коливань. Коливання в системі "колія-екіпаж-колія" збуджуються такими способами і їхніми сполученнями: силовим, кінематичним, параметричним. При цьому переважаючим способом порушення коливань системи служить кінематична, зумовлююча зміна в часі і по протязі колії координат точок контакту коліс і рейок.

До факторів кінематичного способу порушення коливань системи "колія-екіпаж-колія" відносяться наступні нерівності:

"геометричні" нерівності на поверхні кочення коліс і рейок, тобто ті, котрі існують і в не навантаженому стані колеса і рейки;

"динамічні", чи так називані силові нерівності, що виникають через нерівномірну по протязі піддатливості підстави, наявності люфтів і зазорів у конструкції.

Геометричні нерівності на поверхні катання рейок утворяться в результаті:

виготовлення (прокатки і наступних технологічних операцій) рейок на заводах (початкові нерівності);

хвилеподібного зносу головки рейки, що з'являється в процесі експлуатації (довгі нерівності більш 0,25 м і короткі — менш 0,25 м, так називані "рифлі");

місцевого викрашування, зминання й абразивного зносу поверхні головки в зоні болтових і зварених стиків, а також по довжині рейок у результаті локальної дії підвищених (ударних) навантажень коліс на рейку;

місцевого абразивного зносу в місцях пробуксувань локомотивних коліс (лиски);

викрадення чи рейок скорочення їхньої довжини узимку і збільшення через цей стиковий зазор;

перекручувань нормативного обрису рейкових ниток у плані і профілі — осідань рейок, перекосів і т.п., що накопичуються в процесі експлуатації в результаті нерівномірного силового впливу на колію і за рахунок нерівножорсткості рейкової підстави.

Динамічні нерівності на поверхні катання вагонних і локомотивних коліс (перекручування круглого обрису поперечних переріз поверхні катання, перпендикулярних до осі колісної пари), що утворяться в результаті експлуатації, можуть бути ізольованими (місцевими) і безупинними по крузі катання.

До факторів силового способу порушення коливань відносяться подовжні і поперечні сили, що виникають при русі екіпажів взагалі і, зокрема, при змінах режимів руху: при тязі і гальмуванні, при проходженні різних відступів від проектного обрису шляху.

До факторів параметричного способу порушення коливань системи відносяться параметри, що змінюються у функції від часу, наприклад, параметри демпфірування коливань амортизаторами з нелінійними характеристиками і т.п.

Перераховані способи порушення вібрацій колії і фактори, що обумовлюють прояв того чи іншого способу, що діють у єдиній коливальній системі "колія-екіпаж-колія", у більшості випадків не мають чітких границь поділу. Наприклад, коливання, викликувані кінематичним способом, діють на визначені маси елементів конструкцій колії чи екіпажа і викликають динамічні зусилля. Останні у свою чергу, граючи роль силового способу, збуджують коливання елементів колії.

У цьому явищі й у цих зв'язках полягає одні з головних труднощів дослідження впливу коливань, особливо високочастотної частини їх спектрів (вібрацій) на стабільність працездатності тих вузлів і елементів конструкції верхньої будови колії, на які безпосередньо не діє контактне поїзне навантаження й у той же час від стабільності яких залежить несуча здатність усієї конструкції в цілому.

В даний час достатньо виразно відомо, що найбільш активними способами і факторами порушення високочастотних, найбільше "шкідливих" для стабільності всієї колії в цілому й окремих її вузлах, коливань є ті, котрі супроводжуються ударними процесами головним чином при проході колесом коротких геометричних чи нерівностей колесом з короткими (місцевими) нерівностями, а також при проході через неплавні динамічні нерівності (через болтові стики).

Низькочастотні коливання верхньої будови колії, їхнє походження, вплив на міцність і стійкість колії вивчені досить повно. Високочастотні коливання (вібрації) елементів колії, їхній вплив на ушкодження і розлади колії досліджені недостатньо. Зокрема, необхідно в майбутньому установити вплив вібрацій на фізико-механічні характеристики колії (опір зрушенню по баласту рейкошпальної решітки, зниження тертя в нарізних сполученнях, коефіцієнт внутрішнього тертя баласту, коефіцієнт зчеплення матеріалу баласту і т.д.).

Нерівномірний знос поверхні катання головки рейок утвориться внаслідок зминання і стирання металу верха головки, що відбувається нерівномірно по протязі рейки. Нерівності, що утворяться при цьому, якщо їх періодично не зменшувати шліфуванням, можуть досягати таких розмірів по довжині і глибині, при яких виникаючі коливання коліс створюють не тільки відчутні додаткові опори руху поїздів, але і безпосередню погрозу безпеки цього руху. Рейки з такими нерівностями відносяться до дефектних, подальша експлуатація яких можлива лише зі зменшенням спочатку встановлених максимальних швидкостей руху. При неможливості періодичної боротьби з нерівностями, що збільшуються, при досягненні останніми граничних установлених параметрів, рейки віддаляються із колії, незважаючи на те, що їх згинальна міцність і твердість ще достатні для опору максимальним установленим статичним осьовим навантаженням.

У результаті багаторічних спостережень, інструментальних досліджень і розрахунків установлені конкретні значення зазначених вище параметрів оцінки дефектності рейок, уражених різними видами нерівномірного зносу головки.

Кількісно оцінити на мережі доріг фактичні експлуатаційні нерівності поверхні катання головки рейок надзвичайно важко. Їхня наявність офіційна фіксується тільки при досягненні гранично припустимої величини під час заміни рейок як дефектних

Рисунок 6

Розглянути роботу шарнірних та клинчастих накладок, тобто появу дефектів

ЗАЗОРИ В СТИКАХ І ПЕРЕМІЩЕННЯ БЕЗСТИКОВОЇ КОЛІЇ

У класичній колії гарного змісту величина зазорів у стиках повинна бути практично однакової. Вираження «практично» означає, що розходження між зазорами, розташованими як в одному створі рейкової нитки, так і в інших стиках, не повинні бути помітними.

Розходження зазорів свідчать про неправильне укладання рейок при будівництві (ремонті) вбк, а також про недоліки її змісту (незатягнуті шурупи чи болти, зламані пружинні шайби, відсутність прокладок, чи протиугонів їх неправильна установка і т.д.). Зазори змінюються завжди, коли виникає угон рейок. Це явище спричиняє, вчасності, зсув шпал з місць підбивання, що у свою чергу приводить до великих подовжніх нерівностей. Різновеликий угон обох рейкових ниток позначається на зміні ширини колії. З'являється також можливість зрізування болтів стикових накладок.

Вимір зазорів дозволяє з достатньою точністю визначити величину угону. Однак це можливо тільки при прийнятті відповідного способу відображення результатів виміру. На відміну від багатьох інших вимірів вбк статичні параметри величин зазорів не дозволяють зробити які-небудь виводи про явища, що випливають зі зміни величин зазорів.

Дата добавления: 2014-01-03