Горизонтальное поперечное воздействие на путь подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта в кривых участках

ХХУ1 съезд КПСС принял развернутую программу по повышению эффективности и качества работы всех звеньев народного хозяйства. В решениях съезда и в «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года» значительное место отведено развитию промышленного железнодорожного транспорта, который является одним из важнейших звеньев современного промышленного производства [I] .

Намечается осуществить значительные мероприятия по повышению эффективности и качества работы промышленного транспорта, увеличению объема перевозок, укреплению материально-технической базы, совершенствованию организации перевозок и технологии работы промышленного железнодорожного транспорта на стыках его взаимодействия с железными дорогами общего пользования.

В настоящее время развернутая длина путей промышленного железнодорожного транспорта уже составляет около 144 тыс.км. и продолжает ежегодно увеличиваться примерно на 2 тыс.км. Объем перевозок грузов на промышленном железнодорожном транспорте за последние 10 лет постоянно возрастает и в настоящее время составляет 11,1 млрд. т, в том числе на внутренних перевозках 3,96 млрд.т.

Рост объемов перевозок требует эксплуатации подвижного состава с повышенными нагрузками от оси на рельсы. В настоящее время на путях промышленных предприятий эксплуатируется подвижной состав с нагрузками от оси на рельсы, достигающими 600 кН.

Характерной особенностью схем путевого развития промышленных предприятий является значительное количество кривых участков железнодорожных путей, величина радиуса которых в некоторых случаях не превышает 50 м. На металлургических заводах протяженность кривых участков радиусом 300 м и менее в среднем составляет около трети общей протяженности путей, а на заводах дореволюционной постройки достигают 50−60 $ от развернутой длины путевого развития[2 ]. При реконструкции металлургических предприятий протяженность кривых участков пути, как правило, возрастает вследствие увеличения площадей производственных цехов при неизменной общей площади территории завода. В значительной степени это относится к реконструируемым и действующим заводам в других отраслях народного хозяйства (машиностроении, химии и т. п.).

На постоянных путях предприятий открытых разработок кривых участков, как правило, меньше, чем на заводах. Однако в карьерах и разрезах эксплуатируются еще и передвижные пути в забоях и на отвалах, где кривые участки в ряде случаев достигают половины всего протяжения.

В связи с этим вопросы устройства и эксплуатации кривых участков путей промышленных предприятий приобретают исключительно важное значение, гораздо более важное, чем на железных дорогах общего пользования Министерства путей сообщения (МПС), где кривые участки пути радиусом 300 м и менее составляют всего 0,8 $ общей протяженности главных путей.

Стрелочные переводы также имеют кривые участки на боковом пути. На каждом километре путей промышленного железнодорожного транспорта их эксплуатируется в среднем почти в 2 раза больше, чем на железных дорогах МПС. При этом стрелочные переводы, эксплуатирующиеся на промышленных предприятиях, имеют кривые участки в основном радиусом от 55 до 200 м, тогда как на железных дорогах МПС указанные радиусы, как правило, более 200 м. Значительно больше ' на промышленных предприятиях эксплуатируются перекрестные и симметричные стрелочные переводы, имеющие радиусы кривых до 400 м.

Условия эксплуатации кривых участков пути на промышленном железнодорожном транспорте в целом ряде случаев более тяжелые, чем на железных дорогах МПС. Несмотря на то, что средняя грузонапряженность на путях предприятий примерно в 9 раз меньше, чем на магистральных линиях, кривые участки пути расстраиваются здесь быстрее вследствие возникновения значительных горизонтальных поперечных сил давления колес подвижного состава на рельсы из-за сравнительно большой кривизны кривых, другой причиной появления этих сил являются повышенные вертикальные осевые статические нагрузки подвижного состава на путь, пропорционально изменяющие боковое воздействие колес на рельсы. Они значительно больше, чем на железных дорогах МПС. Например, на участках обращения специальных и специализированных вагонов превышение максимальных соевых нагрузок составляет 1,5−2,5 раза. Кроме того, на путях предприятий открытых разработок широкое распространение получают тяговые агрегаты с осевой нагрузкой более 300 кН. Больше этой величины осевые нагрузки некоторых типов вагонов-самосвалов.

Особенностью промышленных предприятий является обращение в кривых участках пути подвижного состава с погонными статическими нагрузками на путь, доходящими до 380 кН/ м и с диаметром колес 650 мм, что в ряде случаев связано с условиями технологии основного производства. Это предопределяет значительные напряжения в месте их контакта с рельсами и вызывает сплыв или смятие металла головки. На железных дорогах МПС указанные величины соответственно составляют до 90 кН/м и не менее 950 мм. Кроме этого, на подходах к кривым участкам пути промышленных предприятий в ряде случаев из-за стесненности территории отсутствуют переходные кривые обеспечивающие плавное вписывание подвижного состава, а на кривых участках пути стрелочных переводов помимо того отсутствуют возвышения наружного рельса и подуклонка рельсов, которые имеют место во всех прочих случаях. Это приводит, во-первых, к увеличению горизонтальных поперечных сил давления колес на рельсы, и, во-вторых, к неоптимальному контакту колес подвижного состава с рельсами.

Указанные особенности условий эксплуатации кривых участков путей промышленных предприятий приводят к быстрому расстройству рельсовой колеи, повышенному износу головки рельсов и ходовых частей подвижного состава, а нередко и к сходам подвижных единиц.

Устранение неисправностей пути в кривых участках, частая перешивка (доходящая до 30−40 раз в год), замена сравнительно быстро выходящих из строя рельсов и шпал, а также устранение последствий сходов подвижного состава обходятся крайне дорого и вызывают дополнительные расходы остродефицитной рабочей силы.

Таким образом, эксплуатация кривых участков пути является одним из узких мест в железнодорожном хозяйстве промышленного транспорта. Поэтому исследования в области взаимодействия пути и подвижного состава в кривых участках пути, в том числе стрелочных переводов, весьма актуальны и крайне необходимы.

Целью данной работы является исследование бокового воздействия на путь основных типов подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта с учетом его специфических особенностей, разработка рекомендаций по снижению силового воздействия на путь и увеличению сроков службы элементов путевой решетки в кривых участках пути.

Всестронняя оценка воздействия на путь подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта, особенно специализированных вагонов и специального технологического состава с высокими статическими нагрузками от оси на рельсы, даёт возможность выяснить и устранить причины часто наблюдаемых расстройств пути и выявить резервы для продления срока службы элементов пути и ходовых частей подвижного состава.

5.3. Выводы по главе 5.

1. Выполненный расчет технико-экономической эффективности подтверждает, что снижение бокового воздействия на путь в кривых участках пути промышленных предприятий, которое может быть достигнуто оптимизацией норм устройства и содержания, а также совершенствованием конструкции промежуточных рельсовых скреплений посредством укладка прокладок повышенной податливости, является эффективным мероприятием и открывает существенные резервы продления срока службы рельсов и повышения безопасности движения поездов.

2. При внедрении предлагаемых рекомендаций на железнодорожном транспорте может быть достигнут экономический эффект в размере 9 млн. рублей. б. НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ.

1. До последнего времени еще не полно исследовано боковое воздействие на путь многих типов подвижного состава промышленного транспорта. Недостаточное внимание уделяется вопросам оптимизации норм устройства и содержания кривых участков пути в отношении снижения силового воздействия подвижного состава на путь в кривых участках.

2. Обобщение опыта эксплуатации кривых участков пути на промышленных предприятиях различных министерств и ведомств и анализ статистических материалов показывают, что до 60% сходов подвижного состава в кривых участках пути происходит из-за чрезмерного уширения колеи, неудовлетворительного вписывания некоторых типов тележек при установленных нормах устройства кривых малого радиуса и недостаточной горизонтальной поперечной жесткости пути. Существующие нормы устройства и содержания кривых участков пути Промышленных предприятий пока не учитывают специфических особенностей подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта и, в ряде случаев, условия его эксплуатации.

3. Проведенное в работе теоретическое и экспериментальное исследование бокового воздействия на путь различных типов подвижного состава при различных параметрах рельсовой колеи позволило определить основные направления совершенствования норм устройства и содержания кривых участков пути.

4. Наиболее полно задачам исследования отвечает обобщенный метод вписывания определения горизонтальных поперечных сил в кривых участках пути. Учитывая широкие возможности этого метода, он принят за основу при теоретических исследованиях в данной работе.

На основе этого метода разработана программа расчета на ЭВМ горизонтальных поперечных сил при обращении подвижного состава в кривых участках пути, позволяющая решать различные задачи в области взаимодействия пути и подвижного состава. Применение разработанной программы значительно расширяет возможности теоретических исследований в этой области.

5. В результате теоретических исследований на основе анализа данных, полученных при массовых расчетах на ЭВМ для различных типов подвижного состава, определены зависимости горизонтальных поперечных сил в кривых участках пути от различных параметров пути и подвижного состава.

Анализ полученных зависимостей показал, что исследуемые параметры в зна’Чительной мере влияют на процесс вписывания подвижного состава в кривые участки пути. Установлено, что при уменьшении ширины колеи от 1540 до 1520 мм для большинства типов подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта происходит переход от свободной к перекосной схеме установки. При этом в большинстве случаев направляющие усилия на наружную рельсовую нить снижаются до. 6 $, до 27−36 $ уменьшается «фактор бокового износа» на наружной рельсовой нити.

Увеличение возвышения наружного рельса от 0 до 150 мм приводит к снижению «фактора бокового износа» на наружней рельсовой нити до 27 $. Поэтому правильно устроенное возвышение наружного рельса может существенно продлить срок службы рельсов в кривых участках пути, особенно малого радиуса.

Для определения возвышения наружного рельса в кривых участках пути промышленных предприятий целесообразно в формулу для его определения ввести поправочный коэффициент, уточнение которой необходимо производить при конкретной разработке норм устройства и содержания кривых участков пути. Вместе с этим при определении оптимального возвышения наружного рельса должна производиться проверка по ограничивающим условиям безопасности движения.

6. Трехосные тележки оказывают большие воздействия на путь, чем двухосные, при одинаковой длине жесткой базы тележек. При увеличении длины жесткой базы тележки экипажей происходит уменьшение направляющих усилий до 25 $.

7. Изменение горизонтальной поперечной жесткости по головке рельсовой нити оказывает меньшее влияние на величины горизонтальных поперечных сил, передаваемых от колес подвижного состава на рельсы, чем на величины боковых нагрузок, передаваемых от рельса на шпалы.

8. Оптимальные параметры пути и подвижного состава дают возможность добиться значительного снижения силового взаимодействия пути и подвижного состава в кривых участках пути. При изменении существующих норм устройства и содержания кривых участков пути необходимо обратить внимание на два основных фактора — уменьшение зазоров между гребнями колес и рельсами и увеличение возвышения наружного рельса по сравнению с принятыми в настоящее время. Эти параметры должны рассматриваться совместно с учетом геометрии вписывания и динамического воздействия на путь. При разработке норм целесообразно широко использовать разработанные программы расчета на ЭВМ.

9. При совершенствовании конструкции стрелочных переводов оценку горизонтального поперечного воздействия на боковой путь от различных типов подвижного состава целесообразно использовать графики-паспорта, разработанные Промтрансниипроектом.

10. Проведенные экспериментальные исследования позволили определить качественные и количественные характеристики бокового воздействия на путь различных типов подвижного состава в кривых участках. При вписывании подвижных единиц промышленного железнодорожного транспорта в кривые участки пути сохраняются основные закономерности процесса вписывания, характерные для движения поездов на магистральных железных дорогах с относительно высокими скоростями. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований показало, что средние значения боковых сил, измеренных в пути имеют удовлетворительную сходимость со значениями сил на графиках-паспортах, разработанных для испытываемых подвижных единиц. Это свидетельствует о возможности широкого использования графиков-паспортов бокового воздействия на путь, которые разработаны в настоящей работе.

11. Расчет технико-экономической эффективности предлагаемых рекомеццаций по совершенствованию существующих норм устройства и содержания кривых участков пути показал, что при их внедрении на промышленном железнодорожном транспорте можно достичь годового экономического эффекта в размере 9 млн руб., который достигается за счет уменьшения силового воздействия на путь и повышением безопасности движения поездов.

12. При укладке в промежуточные рельсовые скрепления амортизирующих прокладок повышенной податливости достигнуто снижение бокового воздействия на дуть до 21 $. В связи с этим, следует рекомендовать широкое применение таких прокладок не только в пути с железобетонными шпалами, но и на стрелочных переводах с железобетонными брусьями.