Как укладывают бесстыковые рельсы 🚩 бесстыковой путь 🚩 Разное
Преимущества бессстыкового пути
Динамическое воздействие на путь ослабляется благодаря устранению стыков. Кроме того, организация бесстыкового пути позволяет существенно экономить металл — до 1,8 т на километр пути. В свою очередь, это снижает расходы на ремонт и содержание железной дороги.
Если говорить о рельсах бесстыкового пути, то срок их службы возрастает примерно на 20%. Срок службы деревянных шпал увеличивается на 8-13%. Зафиксировано снижение затрат труда на текущее содержание пути — на 10-30%.
Рельсовые плети для бесстыкового пути делают из термически упрочненных рельсов, которые не имеют болтовых отверстий. Это Р65 или Р75 стандартной длины. Для сварки используются передвижные или стационарные контактно-сварочные машины. Процесс сварки осуществляется электроконтактным способом.
Перед летними и зимними периодами необходимо выполнять регулирование длины плетей. Для этой цели между сварными плетями укладывают от двух до четырех пар уравнительных рельсов, имеющих длину 12,5 м, или рельсы переменной длины. Комплект уравнительных рельсов, уложенных на путь, называется уравнительным пролетом.
Чтобы обеспечить высокую прочность пути, все рельсовые стыки в уравнительных пролетах соединяют шестидырными накладками и стыковыми болтами, которые производят из стали повышенной прочности.
Особенности бесстыкового пути
Бесстыковый путь стали прокладывать уже давно. Сначала длина сварных плетей не превышала 800 м. Плети доставляли на перегон поездами, состоящими из оборудованных роликами платформ.
Проводились многолетние опыты. С 1986 г. была разрешена укладка плетей определенной длины. Она совпадает с длиной блок-участка и перегона. Был установлен ряд требований к изготовлению и эксплуатации плетей.
Бесстыковый путь обладает некоторыми особенностями. Главная заключается в том, что длина рельсовых плетей не может изменяться при понижении или повышении температуры. При колебании температур в плетях возникают сжимающие или продольные растягивающие силы.
Летом, в жаркую погоду, это может стать причиной выброса пути в сторону. Зимой возможно образование зазора в результате излома плети.
Летом, в жаркую погоду, это может стать причиной выброса пути в сторону. Зимой возможно образование зазора в результате излома плети. Чтобы этого избежать, бесстыковой путь укладывают следующим образом. Используется щебеночный балласт и железобетонные шпалы, имеющие раздельное скрепление.
Бесстыковый путь применяется на участках скоростного движения. На этих участках особое внимание уделяется предотвращению волнообразного износа поверхности рельсов.
www.kakprosto.ru
Ответы@Mail.Ru: Как делают бесстыковые рельсы?
сваривают на специальном оборудовании в рельсосварочных поездах. Обычно -длиной 850 м, Две таких плети дают длину стандартного блок-участка (1700 м). Иногда делают цельносваренные перегоны, до 10 км, при условии отсутствия требуемых изолированных стыков для нужд автоблокировки, и, обычно только в умеренном климате. Укладывают бесстыковой путь обычно при температуре +10, чтоб уменьшить расширение летом и сужение зимой, уход намного сложнее, чем при длине рельса 25м, периодически требуется «разряжать»температурные напряжения в рельсах, особенно при жарком лете, когда плети нагреваются порой, выше +70,при ненадлежащем уходе возможен т. наз «выброс»,приводящий к сходу состава.
стыки сваривают. но всё равно через определённые промежутки (если память не изменяет-через 3 км) -термостыки есть. без этого никак. только выглядят они по-другому, не так как мы привыкли видеть.
Исп. специальный компенсационный рельс, который меняют в зависимости от температуры.
touch.otvet.mail.ru
7.3 Технология перекладки
7.3.1 Перекладка рельсовых плетей бесстыкового пути должна производиться по технологическим процессам, утвержденным установленным в ОАО «РЖД» порядком.
7.3.2 Особенностью перекладки плетей в кривых участках пути является то, что при выполнении работ происходит постоянное смещение конца плети, перекладываемой с внутренней нити на наружную, по направлению перекладки, а плети, перекладываемой с наружной нити на внутреннюю, в направлении, противоположном направлению перекладки.
В конце перекладки стыкование плетей по внутренней нити производится после обрезки необходимого куска рельса. По наружной нити стыкование конца переложенной плети с концом лежащей в пути плети или уравнительным рельсом производится с использованием дополнительного рельса длиной не менее 8 м и накладок.
7.4 Маркировка и учет перекладываемых плетей
7.4.1 При замене короткой плети с боковым износом на новую плеть или старогодную плеть, снятую с прямого участка пути или с пологой кривой, маркировка наносится в том же порядке в начале и конце плети. При этом указывается номер РСП, номер плети по сварочной ведомости, длина переложенной плети, номер плети по проекту с указанием сторонности, наработанный тоннаж (для старогодной плети), дата укладки, температура закрепления плети.
При перекладке плетей с наружной стороны на внутреннюю и наоборот маркировка наносится в том же порядке, но исключается наработка.
В случае, если перекладывается не вся плеть, а ее часть, маркировка наносится на обоих концах как на не перекладываемой, так и на перекладываемой частях плетей. При этом указываются новые длины плетей (не переложенной и переложенной), записывается дата перекладки, температура закрепления. Номер плетей остается прежний, но к длине переложенной плети, буквой «П» добавляется перекладка. Например, плеть длиной 800 м имела на концах маркировку:
21 – 372 – 800,00 – 4915П – 15.05.06 – 33.
После перекладки с заменой рабочего канта ее половины (400 м) маркировка не переложенной и переложенной частей плети будет иметь вид:
не переложенной
21 – 372 – 400,00 – 4915П – 15.06.08 – 33;
переложенной
21 – 372 – 400,00П – 4915П – 15.06.11 – 35.
В Журнале учета службы и температурного режима рельсовых плетей после их перекладки (замены) записываются: дата перекладки, границы перекладки, длины перекладываемых плетей, температура закрепления плетей после перекладки.
7.4.2 Рельсовые плети, переложенные с заменой рабочего канта, в число дефектных по дефекту 44 и в протяжение пути с боковым износом по форме ПО-1 не включаются, однако учитываются по форме АГО-1, а в АГУ-4 в приведенном износе боковой износ учитывается черным цветом в зависимости от градации.
7.4.3 Замененные при перекладке рельсовые плети отражаются в форме АГУ-4 посредством отметки в строке «Тип рельса» сплошной чертой зеленого цвета при замене обеих ниток и пунктирной строкой – при замене одной нити.
Приложение 1 термины, применяемые в инструкции
Термин | Содержание | Обозначения в формулах или телеграммах |
Бесстыковой путь | Железнодорожный путь со сварными рельсовыми плетями, у которых при изменениях температуры удлиняются или укорачиваются концевые участки длиной до 50-70 м, а на остальном протяжении возникают продольные силы, пропорциональные изменениям температуры | |
Рельсовая плеть | Рельс, имеющий длину более стандартной, изготовленный сваркой коротких рельсов | |
Короткая рельсовая плеть | Плеть длиной 800 м и менее | |
Длинная рельсовая плеть | Плеть длиной более 800 м, в том числе равной длине блок-участка, перегона, или неограниченной длины | |
Уравнительный стык | Подвижной рельсовый стык особой конструкции для соединения рельсовых плетей на мостах или со стрелочными переводами, допускающий незначительные продольные перемещения конца одного рельса относительно другого | |
Уравнительный прибор | Подвижной рельсовый стык особой конструкции для соединения рельсовых плетей на мостах, допускающий значительные продольные перемещения конца одного рельса относительно другого | |
Уравнительный пролет | Пространство между концами стыкуемых рельсовых плетей, включающее несколько пар уравнительных рельсов и предназначенное для компенсации за счет стыковых зазоров изменения длины концевых участков плетей при изменении температуры | |
Уравнительные рельсы | Рельсы, заполняющие уравнительный пролет | |
Температура воздуха | Температура окружающей путь атмосферы, измеряемая на высоте 2 м над поверхностью земли (на метеостанциях и в других местах) | tв |
Температура рельсов | Температура рельсов в процессе изготовления плетей, укладки и эксплуатации, измеряемая непосредственно на рельсах (в летнее время обычно выше температуры воздуха) | tp |
Расчетная минимальная температура | Наименьшая температура рельсов, возможная в данном географическом пункте | tmin min |
Расчетная максимальная температура | Наибольшая температура рельсов, возможная в данном географическом пункте. Принимается для открытых участков на 20 °С выше наибольшей температуры воздуха | tmax max |
Расчетная амплитуда температур | Сумма абсолютных значений расчетных максимальной и минимальной температур рельсов в данном пункте | TA |
Температура закрепления плети | Температура рельсовой плети, при которой она была закреплена на шпалах | tз |
Расчетный интервал температур закрепления | Диапазон температур, при закреплении в котором рельсовых плетей обеспечивается необходимая устойчивость пути при повышении температуры и целостность плетей при ее понижении | [Dt з] |
Оптимальная температура | Температура с установленными допусками, при которой обеспечивается не только прочность рельсов, рельсовых стыков и устойчивость пути, но и создаются наиболее благоприятные условия для проведения текущих и ремонтных работ | Dt опт ±5 |
Принудительный ввод плетей в оптимальную температуру закрепления | Удлинение плети нагревательным или гидравлическим растягивающим устройством на величину, соответствующую поднятию ее температуры до оптимальной | |
Изменения температуры | Величина нагрева или охлаждения рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления | ±Dt |
Критическое повышение температуры | Наибольшее повышение температуры, по сравнению с температурой закрепления, после которого бесстыковой путь теряет устойчивость | Dt к |
Допустимое повышение температуры | Нормативное значение наибольшего повышения температуры рельсов по сравнению с температурой закрепления, при котором обеспечивается необходимый запас устойчивости бесстыкового пути против выброса | [Dtу] |
Допустимое понижение температуры | Нормативное значение наибольшего понижения температуры рельсов по сравнению с температурой закрепления, при котором обеспечивается необходимый запас прочности на растяжение подошвы рельса при совместном действии температурных и поездных нагрузок | [Dt р] |
Температурная сила | Продольная сила, возникающая и действующая в рельсовой плети при изменениях температуры по сравнению с температурой закрепления | ±Nt |
Температурное напряжение | Температурная сила, отнесенная к единице площади поперечного сечения рельса | ±st |
Допускаемая температурная сила | Наибольшее значение продольной силы в рельсовых плетях, при котором обеспечивается (с необходимыми запасами) устойчивость пути, прочность рельсов и стыковых болтов | [Nt] |
Допускаемое температурное напряжение | Наибольшее значение температурного напряжения, которое может быть допущено в бесстыковом пути с учетом действия поездных нагрузок и необходимого запаса прочности рельсов | [st] |
Продольные температурные деформации пути | Перемещения отдельных сечений или всей рельсовой плети по скреплениям или (вместе со шпалами) по балласту вдоль оси пути при изменениях температуры | ±Dlt |
Угон плети | Остаточные перемещения отдельных сечений или всей плети вдоль оси пути, накапливающиеся при проходе поездов в случае слабого ее закрепления | Dlу |
Выброс пути | Резкое, в течение не более 0,2 секунды, нарушение продольной устойчивости бесстыкового пути в виде многоволнового искривления рельсошпальной решетки в плане на длине от 20 до 40 м со стрелой основной волны 250600 мм и длиной в прямых участках пути 615 м и в кривых — 920 м под действием сжимающих продольных температурных сил – при отсутствии поездной нагрузки и суммарных продольных температурных и поездных сил (силы угона, торможения) – под поездной нагрузкой | |
Сдвиг пути | Одноволновое искривление рельсошпальной решетки под действием боковых сил поезда и поперечных составляющих температурных сил на величину 150400 мм со смещением максимальной стрелы сдвига по ходу движения поезда | |
Стрела искривления при выбросе пути | Наибольшее поперечное отклонение изогнутой оси рельса от его положения до «выброса» | f |
«Маячная» шпала | Специально обустроенная шпала, используемая для контроля продольных подвижек рельсовой плети | |
Створ | Леска, натянутая поперек пути, между двумя расположенными друг на против друга реперами (опоры контактной сети и др.) | |
Инвентарные рельсы | Многократно используемые короткие (12,5 — 25,0 м) одиночные рельсы, на которых собирается и укладывается в путь рельсошпальная решетка; впоследствии заменяются плетями бесстыкового пути | |
Разрядка температурных напряжений | Процесс освобождения плети от температурных напряжений (при перезакреплении плетей на постоянный режим эксплуатации, при подготовке к ремонтным работам в жаркое время и т.д.) | |
Гидравлическое натяжное устройство | Устройство, предназначенное для натяжения плетей при принудительном вводе их в оптимальную температуру закрепления | ГНУ |
Нагревательная установка | Установка, предназначенная для удлинения плетей путем их нагрева при вводе их в оптимальную температуру закрепления | |
Регулировка напряжений | Процесс перераспределения напряжений на ограниченном протяжении плети | |
Дышащий конец плети | Концевой участок плети длиной, как правило, до 50-70 м , в котором частично реализуются продольные перемещения, обусловленные сезонными и суточными перепадами температур | |
Анкерный участок | Участок пути с закреплением рельсовых плетей, препятствующий продольному смещению концов плети при ее растяжении для ввода в оптимальную температуру закрепления, определяемый усилием растяжения плети и сопротивлением продольному сдвигу пути в границах анкерного участка | |
Угол в плане | Постепенно нарастающее под воздействием многократной поездной нагрузки, а также продольных сил, как правило, одноволновое симметричное искривление рельсошпальной решетки с максимальной стрелой до 100-150 мм |
studfiles.net
Укладка рельс по новым технологиям
Укладка рельс по новым технологиям Развитие технологий укладки рельсРаньше рельсы укладывались исключительно звеньями. Эта технология укладки рельс была первой, но места соединений комплектующих, стыки, всегда несли в себе повышенные риски. От возможности повреждения до снижения скорости движения состава. Новая технология укладки рельс, бесстыковая, была призвана решить существующие проблемы. Ее также называют бархатной, что само по себе указывает на более мягкое движение, снижение отдачи и отскока колес, мягкую амортизацию, улучшение иных показателей.
Особенности укладки рельс
Расстояние между стыками намного превосходит длину стандартного изделия и составляет 25 м. Сейчас в РФ длины рельсовой плети варьируется от 350 м до 30 км. Причиной становится чередование коротких и уравнительных участков пути. Такая длина достигается за счет особых технологий сварки, выполняемой на рельсосварочных предприятиях. Сварка может происходить и непосредственно в месте укладки.
Устройство бесстыкового пути – это более затратное мероприятие, чем укладка классического звеньевого. Но это обосновано отличиями в лучшую сторону:
- Повышенные эксплуатационные свойства;
- Обеспечение высокой скорости движения составов;
- Повышение комфорта и безопасности передвижения и грузов, и пассажиров;
- Экономия на обслуживании пути.
При проведении процесса укладки по новым технологиям Вам будет необходимо:
Какие выгоды получают наши заказчики?
Наша компания специализируется на проектировании, строительстве, обслуживании, ремонте путей различного предназначения. Мы также осуществляем поставки необходимых материалов. Таким образом, Вы можете заказать у нас сооружение пути под ключ: от проектирования до сдачи в эксплуатацию. Гарантируем высокое качество работ и строгое соблюдение сроков и договоренностей. Заполните форму обратной связи, напишите нам на электронную почту или позвоните, чтобы получить бесплатную консультацию по вопросам сотрудничества!
Внимание!
Обратитесь к менеджеру и получите ИНДИВИДУАЛЬНОЕ и ВЫГОДНОЕ предложение по телефонам:
+7 (499) 70-44-377
+7 (49234) 333-78
+7 (49234) 218-67
+7 (910) 778-23-77
или оформите заявку, нажав сюда
<< Услуги компании ООО ТехМет
Заказ обратного звонка
Заполните эту форму — и мы перезвоним
Вам в самое ближайшее время!
ул. Юбилейная, д. 56, оф. 1001 602263 г. Муром, Владимирская обл,
+7 (49234) 333-78, +7 (49234) 218-67, +7 (910) 778-23-77, [email protected]tm377.ru
Рельсы стандартной длины. Длинные рельсы. Бесстыковой путь
Главная | Как устроен и работает бесстыковой путьВернемся к примеру 1.5. Рельсовая плеть была закреплена для работы в постоянном режиме при температуре закрепления (нейтральной температуре) to = 21 °С. После изменения температуры рельса на ?tн = 5 °С преодолеваются силы сопротивления, сдвигающие рельсы в стыке. Дальнейшее повышение температуры рельсов приводит к перемещению их концов в пределах стыкового зазора. После изменения температуры рельсов на величину ?t = tн + max tпог полностью преодолеваются все силы сопротивления его продольной деформации. При дальнейшем изменении температуры в том же направлении рельс изменяет свою длину как свободный стержень (см. формулу (1.2)).
Пределы изменения температуры рельсов по станциям сети железных дорог указаны в «Технических указаниях по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути». Наибольший перепад ?tmax может быть определен как разность между максимальной для данной местности температуры рельса tmax и температуры закрепления рельса на постоянный режим работы.
Если ?tmax ? ?t, то левый и правый (см. рис. 1.1) участки х смыкаются друг с другом, что является отличительным признаком как рельсов обычной (нормальной) длины, так и длинных. Соотношение между величинами стыкового зазора ? и температурного перемещения конца рельса ? является дополнительным признаком отличия рельсов обычной длины от длинных рельсов.
Если температурное перемещение ? полностью компенсируется за счет стыкового зазора ?, то перед нами рельс обычной длины.
При расчетных значениях стыкового зазора 19 и 21 мм, начиная с температурной амплитуды 85 °С и выше, рельс длиной 25 м почти никогда нельзя отнести к категории «рельс обычной длины». Другими словами, одна и та же конструкция пути с рельсами длиной 25 м в зависимости от температурной зоны может быть отнесена как к рельсам обычной длины, так и к длинным рельсам.
Если длина рельса такова, что для компенсации перемещения его концов недостаточно стыкового зазора ? и в процессе удлинения рельса полное закрытие стыкового зазора наступает прежде, чем температура рельса достигнет максимума (тогда дальнейшее повышение температуры приводит к торцевому нажатию концов рельсов в стыке), а полное конструктивное раскрытие стыкового зазора наступает прежде, чем
температура рельса достигнет минимума (тогда при дальнейшем понижении температуры стыковые болты начинают работать на изгиб), — в этом случае перед нами длинный рельс.
В зависимости от расчетной для данной местности амплитуды экстремальных температур рельсов, типа, конструкции и состояния промежуточных и стыковых скреплений, рода и состояния балластного слоя, величины установленных при укладке стыковых зазоров и некоторых других причин длина длинного рельса на сети дорог может изменяться от 25 до 150 м.
Если ?t > ?tmax, то температурные деформации возникают лишь на концевых участках рельса (см. формулу (1.5)). Средняя его часть при любых изменениях температур всегда будет неподвижной, это является необходимым и достаточным признаком бесстыкового пути.
Бесстыковой путь — условное название железнодорожного пути, рельсы которого наряду с «активными» концевыми участками при любых изменениях реальных температур рельсов имеют неподвижную среднюю часть.Известны и другие определения понятия «бесстыковой путь». В статье «Бесстыковой путь» (см.: Большая Советская энциклопедия. Т. 3. С. 273) дано следующее определение: «Бесстыковой путь — условное название железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса», т.е. за основной классификационный признак принята длина рельса. Это не совсем точно. Например, бесстыковой путь с саморазрядкой напряжений, уложенный по предложению М.С. Боченкова в 1949 г. на бывшей Томской железной дороге, а в 1954 г. — на бывшей Московско-Курско-Донбасской железной дороге (более 10 км пути с уравнительными приборами по концам 800-метровых плетей), бесстыковым путем не был, так как температурные напряжения в рельсах при изменениях температуры практически отсутствовали.
В официальном документе («Технических указаниях по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути») дано иное определение: «Бесстыковой путь — железнодорожный путь, имеющий рельсы столь большой длины, что в них при изменениях температуры возникают продольные силы, пропорциональные этим значениям», т.е. за классификационный признак принято наличие температурных продольных сил. Но выше было показано, что даже в рельсах длиной 25 м при изменениях температуры возникают и пропорционально им меняются продольные силы.
Нам представляется, что более точным классификационным признаком бесстыкового пути является наличие в рельсовых плетях бесстыкового пути неподвижной средней части рельса при максимально возможных в данной местности изменениях температур рельсов.
Отличительные признаки рельса обычной длины, длинного рельса и бесстыкового пути приведены в табл. 1.1.
Отличительные признаки рельсов различной длины
| Термин | Зона распространения температурных деформаций |
Изменение стыкового зазора |
| Рельс обычной длины |
По всей длине рельса | ?max > ? > 0 |
| Длинный рельс | То же | ? = 0 при t < tmax max ? = ?max при t > tmin min |
| Бесстыковой путь | Только на концевых участках |
— |
Итак, мы установили, что из-за отсутствия стыков внешне более простой, чем звеньевой, бесстыковой путь на большей части рельсовой плети нагружен значительными по величине продольными температурными силами.
Какой же должна быть конструкция бесстыкового пути? Как он должен быть устроен?
Контрольные вопросы и задания
- Перечислите основные элементы рельсового стыка.
- От каких факторов зависит температура рельса?
- Что такое нейтральная температура рельса?
- Как маркируется рельсовая плеть при изготовлении?
- Что сопротивляется продольному смещению рельсовых плетей?
- Как распределяются продольные силы в рельсовой плети при изменении ее температуры?
- Зависит ли продольная температурная сила в рельсовой плети от длины плети?
- В чем различия между рельсами стандартной длины, длинными рельсами и бесстыковым путем?
- Какой фактор является основным для отнесения конструкции пути к обычной (стандартной), с длинными рельсами или к бесстыковому пути?
- Почему применяются уравнительные пролеты бесстыкового пути?
- Прокомментируйте следующее определение: «Бесстыковой путь — условное название железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса».
- Каковы особенности работы рельсов в пути с длинными рельсами и в бесстыковом пути?
- Нарисуйте эпюру продольных температурных сил в рельсовых плетях бесстыкового пути.
- Насколько изменится напряженное состояние рельсовой плети при изменении ее температуры на 1 ?С?
- Зависит ли продольная температурная сила от длины рельсовой плети?
www.rail.uzdk.ru
Изменение длины рельсов при колебаниях их температуры
Главная | Как устроен и работает бесстыковой путь
Если положить рельс длиной L на ролики или специальные подкладки с очень низким коэффициентом трения, то можно считать, что свободному удлинению рельса ничто не препятствует.
Изменение длины рельса ?L, как свободного стержня, при изменении его температуры может быть определено по формуле
?L = ?L?tр, (1.2)
где ? — коэффициент линейного расширения рельсовой стали; ? = 0,0000118 1/град;
?tр — изменение температуры рельса, °С,
L — длина рельса, м.
Пример 1.2. На специальные подкладки с очень низким коэффициентом трения положили рельс длиной 985,50 м при температуре 28 оС. Температура рельса повысилась до 35 °С. Насколько изменилась длина рельса??L = 0,0000118 ? 985,50 ? (35 – 28) = 0,08 м.
Таким образом, при изменении температуры свободно лежащего рельса длиной 985,50 м на 7 °С его длина увеличилась на 80 мм. В этом случае ничто не препятствовало этому изменению и напряженное состояние рельса не возникло.
Однако в пути рельс лежит на металлических подкладках, прикреплен к каждой шпале мощным промежуточным скреплением, а с соседним рельсом соединен стыковым скреплением, поэтому изменение длины рельса в реальных условиях не может происходить так свободно. Изменение длины рельсовой плети в зависимости от температуры описывается более сложным законом, учитывающим преодоление погонных и стыковых сопротивлений.
Рассмотрим другой крайний случай. Допустим, что рельс жестко закреплен по концам и вообще его длина постоянна. Изменение температуры рельса, которое не может повлиять на его длину, вызывает в нем температурные напряжения, а они согласно закону Гука пропорциональны величине несостоявшегося температурного удлинения (укорочения) рельса и противоположны ему по знаку. Другими словами, если рельс при повышении его температуры не смог удлиниться, то в нем возникли температурные напряжения сжатия; если рельс при понижении его температуры не смог укоротиться, то в нем возникли температурные напряжения растяжения.
Температурные напряжения, возникающие в рельсе, если его длина сохраняется при изменении температуры относительно нейтральной, могут быть определены по формуле
?t = E?L/L = ?E?tр,(1.3)
где Е — модуль упругости рельсовой стали, Е = 2,1?106 кг/см = 21?104 МПа;
?L/L — несостоявшееся относительное удлинение рельса.
Продольная температурная сила, сжимающая или растягивающая (в зависимости от направления изменения его температуры) рельс, может быть определена по формуле
Pt = ?tF = ?EF?tр, (1.4)
где F — площадь поперечного сечения рельса, см2;
?Е = 250 Н/см2 ? град.
Сформулируем одно из основных положений температурной работы рельсов.
Если рельс не может изменять длину при колебаниях своей температуры, то в нем возникают температурные силы Рt, прямо пропорциональные изменению температуры рельса относительно нейтральной температуры и не зависящие от длины рельса L.
Другими словами — величины температурных продольных сил в рельсе, который не может изменять свою длину, от длины рельса не зависят.
Пример 1.3. Путь с рельсами Р65 длиной 25 м уложен с нулевыми зазорами в рельсовых стыках при температуре 19 °С. Рельс не может увеличивать свою длину. Какая продольная сила будет сжимать такой рельс при повышении его температуры до 49 °С?
Площадь поперечного сечения рельса Р65 равна F = 82,7 см2. Сжимающая рельс продольная температурная сила (см. формулу (1.4)) будет равна Рt = 250 ? 82,7 ?(49 – 19) = 620250 Н. Таким образом, в рельсе типа Р65 при невозможности изменения его длины (нулевые стыковые зазоры) и повышении температуры относительно нейтральной на 30 °С возникает продольная сжимающая температурная сила более 62 т.
А если бы были уложены с нулевыми стыковыми зазорами рельсы длиной 50 (рельсы р-50) или 100 м? Продольная сжимающая температурная сила в рельсе в условиях примера не изменилась бы и составила также 620250 Н, или около
63248 кг, где 1 кг = 9,80665 Н.
Нами рассмотрены предельные случаи — рельс имеет полную свободу перемещений или не имеет возможности изменять свою длину вообще. А как изменяет свою длину рельс в зависимости от температуры в реальных условиях?
В таких условиях это сопровождается преодолением сопротивлений, возникающих как за счет действия сил трения при перемещении рельсов по подкладкам шпал или рельсов со шпалами в балласте, а также концов рельсов в стыке.
В дальнейшем будем исходить из упрощенной схемы, когда силы сопротивления продольному смещению рельса, возникающие за счет действия сил трения при перемещении рельсов по подкладкам шпал, или всей
путевой решетки в балласте, равномерно распределены по всей длине рельса и не зависят от величины температурного изменения длины рельса. Эти силы сопротивления называют погонными и обозначают буквой q.
В рельсовом стыке накладки, стянутые болтами, создают силу сопротивления смещению конца рельса в стыке, которую считают одинаковой для всех стыков данного участка пути. Очевидно, что процесс изменения длины рельса не сможет начаться, пока возникающая при изменении температуры рельса продольная температурная сила не превысит силу стыкового сопротивления. Величину изменения температуры рельса ?tн, при которой это произойдет, можно определить
по следующей формуле
?tн = R/?EF, (1.5)
где R — величина стыкового сопротивления, кг.
Пример 1.4. Рельсы Р65 длиной 25 м уложены при нейтральной температуре 18 °С со стыковыми зазорами 12 мм. Для таких рельсов при стандартной затяжке стыковых болтов можно принять величину сопротивления стыка R = 100000 Н. Насколько должна измениться температура рельса, чтобы стыковое сопротивление было преодолено?
?tн = 100000/(250 · 82,7) ? 5 °С.
Таким образом, при температуре рельса 23 оС (18 + 5) стыковое сопротивление будет преодолено.
Если температура рельса повысится и превзойдет 23 оС, то начнется перемещение концов рельса в пределах стыкового зазора и преодоление погонного сопротивления этому перемещению. При этом одновременно будет изменяться длина рельса и его напряженное состояние. Поскольку в примере рассматривается рельс стандартной длины (25 м), то перемещения рельса такой относительно небольшой длины будут происходить в основном в пределах стыкового зазора.
На рис. 1.1 показано распределение продольных сил, возникающих в рельсах длиной L при изменении температуры рельса.
Рис. 1.1. Распределение продольных температурных напряжений по длине рельса:
L — общая длина рельса; x — длина подвижной части рельса; (L – 2x) — неподвижная часть рельса; R — стыковое сопротивление
При постоянном по длине рельса погонном сопротивлении p на длине рельса x возникает погонное сопротивление px, которое равномерно изменяется до нуля в конце рельса.
В сечениях А и Б возникнут напряжения ?t = px/F. В промежутке между этими сечениями рельс не испытывает деформаций и работает как рельс, жестко закрепленный по концам (см. формулу (1.3)). Длина активного концевого участка x может быть найдена из выражения
x = ?EF?t/р. (1.6)
Анализ этой формулы показывает, что длина «активной» части рельса x прямо пропорциональна величине приращения температуры ?t и обратно пропорциональна величине погонного сопротивления. Величина последнего зависит от типа, конструкции и состояния промежуточных скреплений, силы прижатия рельса к шпале, рода, состояния и степени уплотнения балластного слоя и ряда других причин. В предельном случае
x = 0,5L.
Наибольшее изменение температуры, при котором полностью преодолеваются погонные сопротивления и продольные деформации распространяются по всей длине рельса, равно
max tпог = 0,5Lp/?EF. (1.7)
Рассмотрим общий случай изменения длины L рельса типа Р-65, закрепленного на постоянный режим работы при температуре to.
Величина удлинения конца рельса ? при преодолении погонного сопротивления определяется по формуле
? = px2/?EF. (1.8)
Длина подвижной части конца рельса при повышении его температуры на ?to составит
x = ?EF?t/р. (1.9)
Смещение конца рельса при повышении его температуры на ?t равно
?L = 0,5?x (?t – ?tн). (1.10)
Пример 1.5. Рельсовая плеть длиной L = 1200 м закреплена для работы в постоянном режиме при to= 21 °С. Уравнительный пролет состоит из трех пар уравнительных рельсов длиной по 12,5 м. Величина стыкового зазора 1,2 см.
Определим длину участка продольной деформации рельса при повышении его температуры относительно нейтральной to на 28 °С.
Примем стыковое сопротивление R = 100000 Н, а погонное сопротивление р = 80 Н/см. Тогда
х = 250 Н/см·град ? 82,7 см2 ? (28 – 5) град / 80 Н/см = 5944 см.
Смещение конца рельса при такой температуре после преодоления стыкового сопротивления равно
? = 0,5 ? 0,0000118 1/град ? 5944 см ? (28 – 5) град = 0,81 см.
На рис. 1.1 показано распределение продольных сил в рельсе длиной L, концевые его участки длиной х = 5944 см подвижны. Средняя часть рельса длиной (L – 2х) = 120000 см – 2 ? 5944 см = 108112 см при повышении его температуры относительно нейтральной на 28 °С осталась неподвижной.
Допустим, температура рельса достигла 53 °С, т.е. ее повышение относительно температуры закрепления (нейтральной температуры to = 21 °С) составило ?t = 53 – 21 = 32 °С. В этом случае длина участка продольной деформации x и перемещение конца рельса ? будут следующими:
х = 250 ? 82,7 ? (32 – 5)/80 = 6978 см,
? = 0,5 ? 0,0000118 ? 6978 ? (32 – 5) = 1,11 см.
Длина каждого подвижного конца рельса составит 6978 см, а средняя часть рельса длиной 120000 – 2 ? 6978 = 106044 см останется неподвижной. Эта часть останется неподвижной и при возможном дальнейшем повышении температуры (более 53 °С), поскольку стыковой зазор стал нулевым и дальнейшее удлинение рельса невозможно.
На неподвижной части рельса, сколь велика бы она ни была (хоть 100 км!), величина продольных температурных сил, определяемых по формуле (1.4), будет зависеть только от разности температур рельса и
закрепления to.
Допустим, температура рельса достигла 58 °С (такая температура является расчетной для Москвы). Продольная температурная сила в одном рельсе составит Р = 250 ? 82,7 ? (58 – 21) = 764975 Н = 78005 кг. По обоим рельсам продольная сжимающая сила составит около 156 т!
Допустим, что температура рельса зимой достигла величины –42 °С (такая температура является расчетной для Москвы). Тогда при температуре закрепления плети +21 °С продольная растягивающая рельс температурная сила
Рt = 250 ? 82,7 ? (–42 – 21) = –1302525 Н = –132820 кг.
Знак минус показывает, что в рельсе действует растягивающая сила.
При экстремальной зимней температуре рельса –42 oС растягивающая рельс сила превысила 132 т!
Выдержит ли рельс такую растягивающую силу?
Изменяя температуру закрепления рельса на постоянный режим, можно регулировать величину продольной температурной сжимающей силы.
Если в условиях примера закрепить рельс не при +21 °С, а при +40 °С, то продольная сжимающая рельс сила летом при максимальной температуре составит всего
Рt = 250 ? 82,7 ? (58 – 40) = 372150 Н = 37949 кг.
По обоим рельсам продольная сжимающая сила составит около 76 т.
Тогда зимой при самой низкой для Москвы температуре рельса –42 °С растягивающая его сила составит уже
Рt = 250 ? 82,7 ? (–42 – 40) = –1695350 Н = –172878 кг.
Как найти компромисс между величинами максимальных сжимающих и растягивающих сил? Об этом поговорим в разделе 3. Пока же отметим, что проведенные расчеты еще раз показали важность правильного определения температуры закрепления рельсов на постоянный режим, а также важность правильного определения нейтральной температуры.
Физические пределы изменения температур рельсов в каждом регионе сети железных дорог ограничены. В «Технических указаниях по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути» приведены расчетные температуры рельсов для сети железных дорог России.
В качестве примера приведем расчетные значения температур рельсов для некоторых станций Московской железной дороги.
| Железнодорожная станция |
Температура рельсов, ?С | Расчетная температурная амплитуда, ?С |
|
| летняя | зимняя | ||
| Москва | 58 | –42 | 100 |
| Орел | 58 | –39 | 97 |
| Ожерелье | 59 | –44 | 103 |
| Малоярославец | 58 | 106 | –48 |
| Цены рельс в Москве | |||
В отдельных районах сети железных дорог расчетная летняя температура рельсов может достигать +65 ?С, а расчетная зимняя температура –54 ?С.
В условиях примера 1.5 при максимальной расчетной температуре рельса 65 ?С и нейтральной температуре закрепления 21 ?С сжимающая путевую решетку продольная температурная сила достигнет
Рt = 2 ? 250 ? 82,7 ? (65 – 21) = 1819400 Н = 185527 кг.
Таким образом, путевую решетку сжимает продольная температурная сила более 185 т.
Какими же должны быть конструкция и мощность железнодорожного пути, чтобы выдержать такую сжимающую силу? Об этом поговорим в разделе 2.
Сейчас сделаем попытку ответить на вопрос, почему в тексте этого раздела рельсы назывались то рельсы нормальной (стандартной) длины, то длинные рельсы, то рельсовые плети, то бесстыковые плети и какова разница между этими понятиями?
www.rail.uzdk.ru