Управление температурной работой длинных рельсов и плетей бесстыкового пути в условиях Казахстана 05. 22. 06 Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог
жүктеу 0,53 Mb.
|
- Навигация по данной странице:
- Актуальность проблемы.
- ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
|
УДК 625.143.43 На правах рукописи КАСЫМЖАНОВА КУРАЛАЙ СОВЕТОВНА Управление температурной работой длинных рельсов и плетей бесстыкового пути в условиях Казахстана 05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог Автореферат
кандидата технических наук Республика Казахстан Алматы, 2010 Работа выполнена в Казахском университете путей сообщения Научный руководитель доктор технических наук, Закиров Р.С. Официальные оппоненты: доктор технических наук Нусупбекова Г.С кандидат технических наук Сулейменов С.Т. Ведущая организация Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева Защита состоится «8» июля 2010 г. в 14-00 на заседании диссертационного Совета ДС 14.61.45 при Казахском университете путей сообщения по адресу: 050063, г. Алматы, мкрн. «Жетiсу-1», дом 32 А. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке КУПС по адресу: 050063, г. Алматы, мкрн. «Жетiсу-1», дом 32 А. Тел.: 8 –(327) 2-56-63-30; факс: 8 – (327) 2-23-92-81. Автореферат разослан «7» июня 2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Кайнарбеков А. ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы. Повышение надежности работы рельсового пути и уровня безопасности движения поездов - основная задача, стоящая перед путевым хозяйством (ПХ) при постоянно растущих объемах грузовых и пассажирских перевозок железнодорожного транспорта. Стандартными для АО «НК «КТЖ»» приняты рельсы длиной 25 м. Конструктивные зазоры в стыках (λк) установлены для рельсов Р50 - 21 мм, Р65 и Р75 – 23 мм. Эта величина зазоров λк достаточна для компенсации температурных деформаций рельсов Р50 при изменении температуры (Δtαв) на 71 оС, а рельсов Р65 и Р75 – на 78 оС. На железных дорогах (ЖД) Республики Казахстан (РК) годовые амплитуды колебаний температуры рельсов (ТА) больше указанных величин и составляют 88 - 119 оС. Свободные температурные деформации рельсов длиной 25 м равны в этих условиях 25,96-35,11 мм, больше указанных λк в стыках рельсов, и недостаточны для компенсации температурных деформаций. Следовательно, рельсы длиной 25 м работают как длинные (ДР), причем протяженность участков пути с такими рельсами в АО «НК «КТЖ»» составляет около 60 % от развернутой длины. Поэтому при эксплуатации таких рельсов в них возникают значительные продольные температурные силы, пропорциональные несостоявшимся деформациям, которые летом могут привести к «выбросу» пути, а зимой к срезу болтов и разрыву стыков. Установленные, Инструкцией по текущему содержания железнодорожного пути ЦП-774/203-04, температурные ограничения, направленные на предотвращение выброса пути и разрывов рельсовых стыков, регламентируют проведение неотложных работ по регулировке зазоров. Наряду с этим целесообразно иметь нормативы, определяющие условия проведения работ по регулировке зазоров планово-предупредительного характера. Кроме того, требования, предъявляемые к величине стыкового зазора должны обязательно оговаривать допуск на их отклонения от нормальной величины. Величина этого допуска до сих пор не обоснована и не содержится ни в одном действующем документе. В АО «НК «КТЖ»» расширяется полигон эксплуатации бесстыкового пути (БП), его протяженность достигла около 40 % от развернутой длины. Но с увеличением длины рельсов растет уровень их нагружения температурными силами и повышаются требования к правильности определения последних, в связи с неодинаковыми температурно-климатическими условиями, имеющими место на территории РК. Поэтому управление температурной работой длинных рельсов и рельсовых плетей (РП) БП в условиях РК является актуальной научно-технической (ТЕХ) задачей. Тема диссертации связана с отраслевой комплексной программой по проблеме 22.00.00 «Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий на железных дорогах Казахстана». Объект исследования эксплуатация рельсового пути в условиях РК. Предмет исследования обобщение результатов теоретических, экспериментальных и эксплуатационных исследований по расчету ДР,
напряженного состояния РП при эксплуатации и опыта содержания ДР и БП.Цель работы разработка ТЕХ решений по устройству и содержанию ДР и РП БП облегчающих их температурную работу и условия эксплуатации рельсового пути в условиях РК. В соответствии с этой целью решаются задачи: • ретроспективный анализ исследований проблемы управления температурных воздействий на рельсовый путь и их влияние на устройство и условия эксплуатации; • температурная работа и ТЕХ обслуживание (О) ДР в РК; • управление ТЕХ состоянием стыковых зазоров пути с ДР в РК; • управление температурным режимом эксплуатации БП в РК; • температурный режим укладки и эксплуатации БП в РК. Температурное воздействие на РП; • ввод РП БП в оптимальную температуру закрепления (ОТЗ), в т.ч. удлиненных и восстановленных РП. Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе результатов теоретических и расчетных исследований. В диссертации применен системный метод исследований, основанный на анализе ранее выполненных работ в области укладки и эксплуатации ДР и РП БП в ближнем и дальнем зарубежье, а также использованы основные положения теорий: температурной работы рельсов; угона пути; взаимодействия пути и подвижного состава (ПС). Научная новизна работы заключается в: • совершенствовании расчетов ДР: метода определения напряженно-деформированного состояния (НДС) ДР при изменении температуры; методики расчета величины нормального стыкового зазора при заданной температуре и сезонной разрядке стыковых зазоров; в предложении норму зазоров в АО «НК «КТЖ»» устанавливать дифференцированно в зависимости от фактической амплитуды и экстремальных значений температуры рельсов. • уменьшении количества климатических регионов, предусмотренных Инструкцией ЦП-774/203-04, на территории РК в зависимости от расчетной температурной амплитуды рельсов, ТА, оС; • пересмотре существующей системы установки и содержания стыковых зазоров звеньевого пути, включая нормативную базу, и приведение ее в соответствие с современными воззрениями на температурную работу ДР; • смещении ОТЗ в более высокий температурный режим; • обобщении ТЕХ решений, обеспечивающих ввод РП в ОТЗ, в т.ч. удлиненных и восстановленных. Практическая ценность исследования заключается в: корректировке назначения границ климатических регионов с годовой амплитудой температуры рельсов в РК, рекомендованных в Инструкции ЦП-774/203-04 для назначения номинальных значений стыковых зазоров; разработке таблиц значений стыковых зазоров для каждой дистанции пути АО «НК «КТЖ»» с учетом климатических условий и конструкции пути; изложении информации об автоматизации регистрации величин стыковых зазоров, измеренных датчиками вагона-путеизмерителя и оценки их состояния по сравнению с нормами и допусками; разработке рекомендаций для включения в новые редакции «Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути», взамен ЦП-774/203-04 и «Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути», взамен ТУ-02. Основные научные положения, выносимые на защиту. Результаты: ретроспективного анализа исследований управления температурных воздействий на рельсовый путь и их влияние на устройство и условия эксплуатации; • температурной работы и ТЕХО ДР в РК; • управления ТЕХ состоянием стыковых зазоров пути с ДР в РК; • управления температурным режимом эксплуатации БП в РК; • температурного режима укладки и эксплуатации БП в РК. Температурного воздействия на РП; • ввод РП БП в ОТЗ, в т.ч. удлиненных и восстановленных РП. Достоверность научных результатов и основных выводов подтверждается сопоставлением данных теоретических и расчетных исследований, приведенных в работе, с материалами ранее выполненных теоретических и экспериментальных исследований в СНГ и за рубежом. Реализация работы. Результаты исследования использованы при разработке рекомендаций в новые редакции «Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути» и «Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути»; приняты для внедрения в АО «НК «КТЖ»» (Приложение А) и используются в учебном процессе кафедр «Путь и путевое хозяйство» КазАТК, «Строительство транспортных сооружений» КУПС» (Приложение Б, В). Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, научные выводы и предложения получили положительную оценку на: V Международна научно практична конференция «Ноnors нigн scнооl – 2009» (София.: 2009); V Меzinárodní védecko-praktická konference «Védecký průмуsl evropského kontinentu-2009» (Praha.: 2009).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 работах, в т.ч. 5 статей и 4 доклада на МНПК конференциях. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из нормативных ссылок, определений, обозначений и сокращений, введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников и дополнена приложениями А-Ж, И, К, изложена на 150 с. машинописного текста содержит 47 рисунков и 69 таблиц, список использованных источников содержит 255 наименований. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ В зависимости от температурной работы по М.С. Боченкову различают «рельсы обычной длины», «длинные» и «БП», причем термин «рельсы обычной длины» не рекомендуется связывать с определенной длиной. Обычными могут быть как ДР, так и нормальные (стандартные) рельсы длиной 25 м. Рельсы обычной длины это такие, удлинение и укорочение которых при нагревании и остывании в пределах многолетних колебаний расчетных температур (ТА) полностью компенсируется за счет стыковых зазоров (λ). При λк = 21 или 23 мм, начиная с ТА 85 оС и выше, рельс длиной 25 м нельзя относить к категории рельсов «обычной длины». Так как величина ТА на сети АО «НК «КТЖ»» находится в пределах от 88 до 119 оС, то для одной и той же конструкции пути наибольшие размеры «рельса обычной длины» меняются в зависимости от многолетних колебаний температуры в данном районе. Наибольшие размеры «рельса обычной длины» для одной и той же температурной зоны зависят от конструкции стыковых и промежуточных рельсовых скреплений. На ЖД РК стандартным является рельс длиной 25 м, часто приходится для каждой заданной климатической (температурной) зоны определять условия эксплуатации рельса, в т.ч. нормальные размеры зазоров при различной температуре, обеспечивающие летом устойчивость пути, а зимой предотвращение среза стыковых болтов и разрыва стыка. Следует учитывать разрешенные допуски на содержание зазоров в процессе ТЕХО – Δλ. Уравнение температурной работы рельсов с учетом вышеперечисленных факторов и условий имеет вид: Тдоп = Δtαp + 2ΔtR + Δtб + 0,5(Δtr + Δtр) + Δtт, (1) где Δtαp, ΔtR, Δtб, Δtr, Δtт – соответственно перепад температуры: вызывающий свободное удлинение рельса на величину расчетного стыкового зазора (λрасч), определяется формулой: Δtαp = λк/αl (α - коэффициент линейного расширения стали, α = 11,8•10-6 1/град); необходимая для преодоления сил трения рельса в накладках Rн, определяется формулой: ΔtR = Rн/aEF (E - модуль упругости рельсовой стали, принимаемый равным 21•104 МПа; F - площадь поперечного сечения рельса, для Р65-82,5 см2); рельса для работы болтов на изгиб; обеспечивающий преодоление погонного сопротивления в пределах рельса длиной l при равномерном удлинении в оба конца, определяется в зимний период формулой: Δtr = r0,5l/aEF; в летний период формулой: Δtр = р0,5l/aEF; проявления торцевого давления после закрытия стыковых зазоров. Не целесообразен, с точки зрения управления температурной работой рельсов, включение болтов в работу на срез; во-первых, эта сила сопротивления относительно невелика, а во-вторых, погнутые болты уже не смогут в полной мере отвечать своему основному назначению - стягивать накладки. По возможности следует уменьшить и силы торцевого давления, которые являются причиной выколов головки рельсов в стыках. Наиболее рациональной, с точки зрения управления температурной работой рельсов, ее работа, когда не допускается торцевое давление и работа болтов на срез в момент наступления экстремальных расчетных температур, т.е. когда Δtб = Δtт = 0. Такую работу рельсов в дальнейшем будем называть нормальной. При текущем контроле состояния зазоров размеры каждого из них (или сумма зазоров на длине 100 м) могут быть равны (λ + Δλ). Обычно при расчетах предполагают худший, теоретически возможный случай, когда в предзимний период средние значения зазоров будут (λ – Δλ), а весной (λ + Δλ). Расчетный зазор λрасч = (λmax - 2Δλ). При таком допущении и стандартных рельсах Р65, если λкmax = 23 мм и Δλ = 2 мм (этот допуск обычно принимается к учету или, что, то же самое, на длине 100 м ∑Δλ = 10 мм), расчетный зазор λрасч = 19 мм и определяется наибольшим конструктивным размером λкmax и допусками в содержании ± Δλ, причем λкmax зависит от диаметров отверстий в рельсах d и накладках, а также стыковых болтов. Увеличение зазора приводит к повышению динамического воздействия в зоне стыка. Учитывая сложные температурные режимы работы пути в РК, а также необходимость всемерного сокращения расхода труда на ТЕХО, применяются 25 м рельсы. При этом ориентируются на ГОСТ 8193-73, обеспечивающий зазор λкmax = 23 мм и Δtαв = 78 °С. М.С. Боченковым указывалось, что желательно иметь такие условия, при чтобы зазор λ, близкий к нулю, возникал бы при максимальной температуре и торцовое давление рельсов друг на друга исключалось. Выполнение этого условия при 25 м рельсах возможно лишь там, где Тдоп < ТА = 80 °С. Таких температурных условий на ЖД РК нет нигде, т.к. здесь ТА превышают 88 °С. В зависимости от различных вариаций конструкции верхнего строения пути (ВСП), качества отдельных его элементов, точности укладки и содержания рельсов расчетные допустимые амплитуды [Т] многолетних колебаний температуры рельсов изменяются в широких пределах, таблица 1. Таблица 1- Расчетные допустимые амплитуды [Т] многолетних колебаний температур рельсов
В таблице 1 во всех вариантах принято полное использование допустимого по устойчивости нажатия торцов рельсов при экстремальной летней температуре и допустимого по прочности болтов растяжения стыков при экстремальной зимней температуре. По ТУ-02 ТА в РК находятся в пределах от 88 до 119 °С, поэтому условие ТА ≤ [T] может быть выполнено практически на всем протяжении ЖД РК путем соответствующего выбора конструктивных элементов стыков и обеспечения точного содержания зазоров (в т.ч. и при льготном допуске 4 мм). В ряде вариантов сохраняются даже некоторые запасы, характеризуемые разностью min [Т] - max ТА для всех кривых. ДР принято называть рельсы, у которых стыковой зазор λ = 0 при температуре t1, меньшей, чем максимальная tmax, в данном районе. Дальнейшее повышение температуры приводит к торцевому нажатию рельсов друг на друга и действию на них дополнительных продольных сил Nt''. При достижении tmax Nt'' определяется разностью Δt = tmax - t1 и достигает очень больших значений. Допустимые значения Nt'' (а отсюда и Δt = tmax - t1) зависят от устойчивости рельсошпальной решетки (РШР). Поэтому для управления температурной работой рельсов необходимо рассчитывать устойчивость пути, уложенного ДР, а при их эксплуатации в наиболее жаркое и холодное время строго выполнять ряд требований, связанных с возможностью возникновения больших продольных сил после образования нулевого или наибольшего конструктивного зазора λкmax. На участках пути с ДР в период их работы, когда нет зазоров в стыках и образуется непрерывная температурно-напряженная РП, противоугоны превращаются в элементы скреплений, не позволяющие накапливаться продольным силам, т.е. обеспечивают устойчивость РШР при проходе поездов. Однако и при наличии надежно работающей противоугонной системы в ДР, в т.ч. длиной 25 м, могут возникать продольные температурные силы, существенно большие, чем допустимо по условию устойчивости пути. Ими необходимо эффективно и рационально управлять. Для определения значений возможных продольных сил и правильно рассчитывать зазоры, с точки зрения управления температурной работой рельсов, строят температурную диаграмму работы рельса и длину ДР определяют по формуле: lд = λрасч(ТА – t1 – Rз/αEF – tб – 2)/α, (2) где Rз - сопротивление продольному сдвигу рельса зимой по одной нити. С точки зрения управления температурной работой ДР необходимо учитывать, что при радиусах 400, 300 и 250 м нельзя реализовывать по условию устойчивости стыковое сопротивление, если tн = 20 оС. Рельсы длиной 25 м в кривых R ≤ 400 м можно эксплуатировать, если работают стыковые болты и λрасч увеличен до 23 мм. БП это путь со сварными РП, у которых при изменениях температуры удлиняются или укорачиваются только концы участка длиной 70-100 м. Средняя часть РП остается неподвижной; изменение температуры по сравнению с температурой при ее закреплении tз приводит к возникновению продольных сил. В таблице 2 приведены в общем виде отличительные признаки рельсов. В различных странах в зависимости от конструкции пути, климатических и других условий эксплуатации граница между «ДР» и «БП» находится в интервале длины РП от 60-80 до 140-160 м. В РК приняты типовые стандартные рельсы длиной 25 м и БП со сварными РП длиной 800-950 м. На ограниченном числе участков эксплуатируются более длинные РП БП, достигающие 1.400-2.000 м. По Е.А. Кизатову и др. на 2004 г. РП длиной до блок-участка составляло в АО «НК «КТЖ» 123 км при протяженности БП по С.А. Косенко более 7.400 км. жүктеу 0,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
рсетілетін қызмет
халықаралық қаржы
Астана халықаралық
қызмет регламенті
бекіту туралы
туралы ережені
орталығы туралы
субсидиялау мемлекеттік
кеңес туралы
ніндегі кеңес
орталығын басқару
қаржы орталығын
қаржы орталығы
құрамын бекіту
неркәсіптік кешен
міндетті құпия
болуына ерікті
тексерілу мемлекеттік
медициналық тексерілу
құпия медициналық
ерікті анонимді
Бастауыш тәлім
қатысуға жолдамалар
қызметшілері арасындағы
академиялық демалыс
алушыларға академиялық
білім алушыларға
ұйымдарында білім
туралы хабарландыру
конкурс туралы
мемлекеттік қызметшілері
мемлекеттік әкімшілік
органдардың мемлекеттік
мемлекеттік органдардың
барлық мемлекеттік
арналған барлық
орналасуға арналған
лауазымына орналасуға
әкімшілік лауазымына
инфекцияның болуына
жәрдемдесудің белсенді
шараларына қатысуға
саласындағы дайындаушы
ленген қосылған
шегінде бюджетке
салығы шегінде
есептелген қосылған
ұйымдарға есептелген
дайындаушы ұйымдарға
кешен саласындағы
сомасын субсидиялау