СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ Российский патент 2000 года по МПК E01B31/18 

Изобретение относится к конструкции бесстыкового железнодорожного пути, а именно к увеличению рабочего ресурса рельсовых плетей, пораженных усталостными трещинами по подошве рельса путем снижения перенапряжений в рельсе для увеличения пропущенного тоннажа от укладки рельсовых плетей в путь до их поперечного излома по дефекту 69.

Известен бесстыковой железнодорожный путь с рельсошпальной решеткой и с клеммно-болтовым скреплением [1], взятый за аналог, содержащий рельсы, подкладки и железобетонные шпалы, в котором рельсы прижимаются к подкладкам клеммами с клеммными болтами, а сами подкладки крепятся к шпалам с помощью закладных болтов. Для снижения жесткости железнодорожного пути между шпалами и подкладками размещаются нашпальные резиновые прокладки, а между подкладками и подошвой рельсов располагаются подрельсовые резинокордные прокладки.

Недостатком данной конструкции бесстыкового пути с клеммно-болтовым скреплением является локальное появление в рельсовой плети дополнительных касательных напряжений в местах крутильных деформаций и колебаний рельсовой плети под поездной нагрузкой. Они возникают в рельсовых плетях бесстыкового пути там, где уложены некачественные железобетонные шпалы с отклонениями по основным колеюобразующим размерам. Крутильные колебания рельсовых плетей под поездной нагрузкой создают перегрузку рельсов по сечениям плети возле клемм, что ведет к зарождению и развитию усталостных трещин в подошве рельса, которые приводят к поперечному излому рельсовых плетей под поездами по дефекту 69.

Известен также бесстыковой путь с рельсовым скреплением КБ-65 [2], взятый за прототип, содержащий рельс, подкладки и железобетонные шпалы, скрепленные закладными и клеммными болтами, в котором для снижения локальных касательных напряжений и снижения вероятности усталостных изломов рельсовых плетей в пути под поездами подрельсовая подкладка вместе с нашпальной прокладкой имеют возможность продольного смещения вдоль шпалы без переноса подкладок в нишах железобетонных шпал.

Недостатком прототипа является то, что вероятность появления в подошве рельсовой плети поперечных усталостных трещин полностью не исключена. В местах перегрузки рельсовой плети происходит зарождение и развитие усталостных трещин в подошве рельса, которые фиксируются средствами дефектоскопии. При эксплуатации рельсовых плетей бесстыкового пути с усталостными трещинами, они развиваются под поездной нагрузкой, что приводит к поперечным изломам рельсов по дефекту 69 с тяжелыми техногенными последствиями. Количество усталостных трещин в подошве рельсовой плети и количество поперечных изломов рельсов по дефекту 69 может достигать нескольких десятков на плети.

Целью изобретения является разработка способа увеличения срока службы рельсовых плетей бесстыкового пути до поперечного излома рельсов из-за усталостных трещин в подошве рельса по дефекту 69 путем снижения напряжений перегрузки за счет продольного смещения рельсовой плети, снижения усилия затяжки клеммных болтов в зоне обнаружения усталостных трещин по подошве рельсов, а также снижения усилия затяжки клеммных болтов на шпалах, в зоне которых появилась усталостная трещина, и замены жестких резинокордных подрельсовых прокладок на упругие резиновые прокладки с рифлением под подошву рельса.

Предлагаемый способ увеличения срока службы рельсовых плетей бесстыкового пути с усталостными трещинами в подошве рельса основан на продольном смещении рельсовой плети, когда сечение рельса с усталостной трещиной выводится из зоны действия высоких локальных перегрузок в зону, где эти локальные перегрузки отсутствуют, а в зону высоких локальных перегрузок вводится сечение рельса, в котором зарождение и развитие трещины начинается с нуля. При снижении локальных перегрузок рельсовой плети по сечениям с усталостной трещиной рост ее замедляется или прекращается совсем и срок службы рельсовой плети до излома в данном сечении возрастет, или излома может вообще не быть. В зону шпал, где произошло зарождение и развитие усталостной трещины в подошве рельса, а именно в зону перегрузки рельсовой плети, вошло новое сечение рельса, в котором процесс зарождения, роста и развития усталостной трещины начинается с нуля. С другой стороны перенапряжение снижается уменьшением усилия затяжки клеммных болтов и размещением под подошвой рельса более податливых подрельсовых прокладок.

Указанный технический результат достигается тем, что рельсовая плеть с обнаруженными усталостными трещинами в подошве рельса смещается в продольном направлении на расстояние не менее 3 м, а на шпалах, где произошло зарождение и развитие трещины, и на шпалах, где разместился рельс с усталостной трещиной, заменяются подрельсовые прокладки на более податливые, а затяжка клеммных болтов понижается в два раза по сравнению с нормируемыми.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - общий вид бесстыкового пути, вид сбоку;
на фиг.2 - то же, вид сверху;
на фиг.З - общий вид рельсового скрепления КБ-65, вид вдоль оси пути;
на фиг.4 - то же с перекосом плети в рельсовом скреплении и с усталостной трещиной в подошве рельса.

Бесстыковой путь включает в себя рельсошпальную решетку с рельсовым скреплением КБ и состоит из рельсов 1, подошва которых опирается на металлические подкладки 2 и зафиксирована от поперечного смещения ребордами 3. Металлические подкладки 2 размещены в нишах 4 железобетонных шпал 5 и прижаты к шпалам закладными болтами 6, с двухвитковыми шайбами 7 и гайками 8. Рельсы 1 прижаты к подкладкам 2 клеммами 9 при помощи клеммных болтов 10, двухвитковых шайб 11 и гаек 12. Между шпалами 5 и подкладками 2 размещены нашпальные прокладки 13, а между рельсами 1 и подкладками 2 расположены подрельсовые прокладки 14.

При эксплуатации бесстыкового пути в подошве рельсов 1 появляются усталостные трещины 15, наличие которых отмечается краской на рельсах 1 и на откосах 16 железобетонных шпал 5.

При сборке рельсошпальной решетки в нишах 4 железобетонных шпал 5 размещаются нашпальные прокладки 13, на которые укладываются металлические подкладки 2 и устанавливаются закладные болты 6 с двухвитковыми шайбами 7 и гайками 8. Далее на подкладку 2 укладывают подрельсовые прокладки 14 и на них размещают рельсы 1. Затем устанавливают клеммы 9 с клеммными болтами 10, двухвитковыми шайбами 11 и гайками 12. На звено рельсошпальной решетки накладываются жесткие шаблоны, обеспечивающие ширину колеи в 1520 мм и гайки на клеммных и закладных болтах затягиваются с крутящим моментом в 15-18 кгм, после чего звено рельсошпальной решетки готово для укладки в путь.

При эксплуатации бесстыкового пути с рельсовыми плетями и скреплением КБ-65, представленным на фиг.3, все элементы рельсошпальной решетки работают в расчетном режиме. Условий для крутильных деформаций и колебаний рельсовой плети - нет. Перенапряжений рельсовой плети по сечениям клемм не возникает и условий для зарождения и развития усталостных трещин по подошве рельса не создается. В этом случае рельсовая плеть работает неограниченно долго без возникновения усталостных трещин в подошве рельса и без поперечных изломов по ним.

В случае расположения рельсовой плети с перекосом в рельсовом скреплении КБ-65, представленном на фиг.4, когда между подошвой рельса и подкладкой с той или иной стороны имеется зазор, то рельсовая плеть испытывает под поездной нагрузкой крутильные деформации и колебания с появлением значительных касательных напряжений по сечениям перегрузок. В этом случае происходит нерасчетное взаимодействие рельсовой плети и поездной нагрузки, которое характеризуется перенапряжениями сечений рельсов возле клемм скрепления. Клеммы рельсового скрепления с предельно затянутыми двухвитковыми шайбами препятствуют деформациям рельсов при крутильных колебаниях, создают перенапряжения рельсов и характеризуются как дополнительные концентраторы напряжений. При перенапряжении подошвы рельса в металле происходят необратимые процессы, связанные с разрушением кристаллической решетки и образованием магистральных микротрещин. Со временем микротрещины превращаются в макротрещины и продолжают развиваться под поездной нагрузкой. Зарождению и развитию усталостных трещин способствует коррозия подошвы рельса в рельсовом скреплении.

Усталостная трещина по подошве рельса развивается и растет до тех пор, пока не достигнет критического размера соответствующего данному уровню перегрузки, который также называется критическим. В случае, если перегрузка превышает критические напряжения, то рельсовая плеть разрушается.

В рельсовой плети при эксплуатации бесстыкового пути может появиться и развиться несколько усталостных трещин по подошве рельса. При обнаружении в рельсовой плети нескольких усталостных трещин в подошве рельса по ее длине для предупреждения поперечных изломов рельсов производится ее продольное смещение на расстояние не менее 3 м. Перед продольным смещением рельсовой плети все обнаруженные усталостные трещины в подошве рельса отмечаются белой масляной краской от головки до подошвы рельса с внутренней и наружной стороны, а на откосах шпал, где обнаружена усталостная трещина в подошве рельса, и на трех близлежащих шпалах в ту и другую сторону делается отметка белой масляной краской.

После продольного смещения рельсовой плети подрельсовые прокладки из резинокорда на шпалах с отметкой белой масляной краской и на трех шпалах в ту и другую сторону от сечения рельса и усталостной трещиной заменяются на резиновые с рифлением по поверхности опирания под рельс. Клеммные болты на шпалах, отмеченных краской, и на шпалах в зоне усталостной трещины затягиваются с усилием затяжки, равным 0,5 нормируемого. На всех прочих шпалах усилие затяжки клеммных болтов должно быть осуществлено с усилием в 15 кгм.

За счет того что сечение рельса, ослабленное трещиной, перемещается в зону отсутствия крутильных колебаний, т.е. в зону, где нет перегрузок, а в прежнюю зону перегрузок входит свежее сечение рельса и в этой зоне усилие затяжки клеммных болтов понижается, а также за счет размещения в зоне перегрузок и в зоне сечения рельса с усталостной трещиной более податливых резиновых прокладок с рифлением под подошву рельса, подошва рельса получает возможность некоторых упругих деформаций. Величина перенапряжений по сечениям рельсовой плети с усталостной трещиной и в зоне прежнего расположения этого сечения резко снижается. В этом случае интенсивность роста усталостных трещин и в том и в другом случае понижается или прекращается совсем. Срок службы рельсовых плетей после продольного смещения и снижения усилия затяжки клемм по пропущенному тоннажу возрастает и она может работать неограниченно долго без поперечных изломов по усталостным дефектам.

Эффект по увеличению срока службы рельсовых плетей бесстыкового пути достигается за счет снижения касательных напряжений по сечениям перегрузки или их полной ликвидации, что устраняет главную причину усталостного излома рельсовых плетей по дефекту 69.

Затраты на производственное внедрение способа увеличения срока службы бесстыкового пути сводятся к стоимости работ, связанных с продольным смещением рельсовой плети, и определяются общими расходами на текущее содержание пути.

Ожидаемый экономический эффект от применения предложенного способа за счет увеличения срока службы рельсовых плетей и рельсошпальной решетки, повышения безопасности и надежности перевозочного процесса составит более 500 тысяч рублей на один километр капитально отремонтированного пути за весь период его эксплуатации.

Источники информации
1. Патент 2105095 RU. Рельсовое клеммно-болтовое скрепление.

2. Патент 2131954 RU. Рельсовое скрепление КБ-65.

Изобретение относится к области эксплуатации железных дорог. При обнаружении в подошве рельсовой плети усталостных трещин или при изломах по ним рельсовую плеть смещают в продольном направлении на расстояние не менее 3 м и затягивают клеммные болты с усилием на шпалах в зоне обнаружения усталостной трещины и в зоне смещенного рельсового сечения с усталостной трещиной до 0,5 номинального, а подрельсовые прокладки из резинокорда заменяют в этих зонах на резиновые. Для продольного смещения плети все клеммы с клеммными болтами с плети снимают, плеть приподнимают, смещают внутрь колеи и перемещают вдоль пути на установленное расстояние, подрельсовые прокладки в зонах появления и развития усталостных трещин заменяют на резиновые, плеть устанавливают на подкладки и фиксируют клеммными болтами. Изобретение позволяет снизить или полностью устранить касательные напряжения перегрузки путем продольного смещения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ увеличения срока службы рельсовых плетей бесстыкового пути, включающего в себя рельсошпальную решетку, состоящую из рельсов, подошва которых опирается на металлические подкладки, размещенные в нишах железобетонных шпал, прижатых к шпалам закладными болтами с двухвитковыми шайбами и гайками, а сами рельсы прикреплены к подкладкам клеммами с помощью клеммных болтов, двухвитковых шайб и гаек, между шпалами и подкладками размещены нашпальные резиновые прокладки, а между подошвой рельса и подкладками расположены подрельсовые прокладки из резинокорда, отличающийся тем, что при обнаружении в подошве рельсовой плети нескольких усталостных трещин или при изломах по ним рельсовую плеть смещают в продольном направлении на расстоянии не менее 3 м, усилие затяжки клеммных болтов на шпалах в зоне обнаружения усталостной трещины и в зоне смещенного рельсового сечения с усталостной трещиной понижают до 0,5 номинального, а подрельсовые прокладки из резинокорда заменяют в этих зонах на резиновые. 2. Способ увеличения срока службы рельсовых плетей по п.1, отличающийся тем, что при обнаружении усталостных трещин в подошве рельсовой плети сечения с обнаруженными трещинами отмечают белой масляной краской от головки до подошвы рельса с внутренней и наружной сторон рельса, а также краской отмечают откосы шпалы, на которой расположено сечение с усталостной трещиной, и еще три в ту и другую сторону по плети от шпалы с усталостной трещиной в рельсе. 3. Способ увеличения срока службы рельсовых плетей по п.1, отличающийся тем, что для продольного смещения плети все клеммы с клеммными болтами с плети снимают, плеть приподнимают, смещают внутрь колеи и перемещают вдоль пути на установленное расстояние, подрельсовые прокладки в зонах появления и развития усталостных трещин заменяют на резиновые, плеть устанавливают на подкладки и фиксируют клеммными болтами. 4. Способ увеличения срока службы рельсовых плетей по п.1, отличающийся тем, что клеммные болты на шпалах, откосы которых отмечены белой масляной краской и на трех шпалах в зоне размещения смещенного сечения с усталостной трещиной в ту и другую сторону по плети затягивают с крутящим моментом, равным 0,5 номинального.