ОБОБЩЕНИЕпередово-о.опыта

тяжеловесно-о.движения:вопросы.взаимодействия

;олеса.и.рельса

o x

GUIDELINES TO BEST PRACTICES FOR HEAVY HAUL RAILWAY OPERATIONS:WHEEL AND RAILINTERFACE ISSUES

First Edition, First Printing, May 2001©

International Heavy Haul Association2808 Forest Hill Court

Virginia Beach, Virginia 23454USA

o x

ОБОБЩЕНИЕпередового опытатяжеловесногодвижения:вопросы взаимодействия колеса и рельса

Первое&издание

Междóнародная ассоциация тяжеловесноãо движения2808 Форест-Хилл-êорт,

Вирãиния-Бич, штат Вирãиния, 23454США

Издание на рóссêом языêеМосêва, 2002

o x

УДК 656.222.2

Обобщение передовоãо опыта тяжеловесноãо движения: вопросы взаимодействия êолеса ирельса: Пер. с анãл. / У. Дж.Харрис, С. М.Захаров, Дж. Ландãрен, Х. Тóрне, В. Эберсен. М.:Интеêст, 2002. 408 с.

Книãа посвящена изложению опыта стран, входящих в Междóнароднóю ассоциацию тяже-ловесноãо движения (IHHA) по проблемам êолеса, рельса и их взаимодействия, êоторые яв-ляются фóндаментальными для железнодорожноãо транспорта, работающеãо в óсловиях боль-ших осевых наãрóзоê, масс поезда и ãрóзонапряженности.

Рассмотрены общие вопросы взаимодействия подвижноãо состава и пóти и влияние видоврессорноãо подвешивания на работó системы. Изложены основы механиêи êонтаêтноãо вза-имодействия êолеса и рельса, применяемые материалы, методы óправления трением, а таêжевиды и причины повреждений êолес и рельсов и реêомендации по их снижению. Приведеныопыт совершенствования работы системы êолесо рельс и таблицы вариантов решений повсем элементам системы для разных óсловий работы железных дороã. Излаãаются способы оп-тимизации системы техничесêоãо обслóживания и ремонта êолес и рельсов, имеющие цельюобеспечение эêономичесêи эффеêтивной работы системы êолесо рельс.

Приведен словарь наиболее óпотребительных терминов. На прилаãаемом в êонце êниãиêомпаêт-дисêе приведен ее полный теêст. Книãа рассчитана на инженерно-техничесêих ра-ботниêов железных дороã разных óровней.

Ил. 219.

Перевод с анãлийсêоãо: С. М. Захаров, С. С. Карцев, В. Л. Мельниêов, Б. М. Райсêин

Под редаêцией С.М.Захарова и В.М.Боãданова

Редаêтор Б. М. Райсêин

О Заказное3602030000-005

356(03)-02 ©International Heavy Haul Association, 2808 Forest Hills Court,

Virginia Beach, Virginia 23454, USA. 2002ISBN 5892770370 © Перевод на русский язык «Интекст». 2002

o x

Эта êниãа подãотовлена Техничесêим êомитетом по инициативе и приподдержêе Междóнародной ассоциации тяжеловесноãо движения (IHHA)в êачестве пособия при принятии решений по орãанизации эêсплóатаци-онной деятельности на железных дороãах, работающих в óсловиях тяжело-весноãо движения. Настоящее издание является резóльтатом совместныхóсилий авторов членов Техничесêоãо êомитета и рецензентов. Оно несодержит ни обязательных ê применению решений, ни полноãо обзора ианализа обширной техничесêой литератóры по вопросам тяжеловесноãодвижения. Кроме тоãо, сóществóют особые сочетания óсловий, для êото-рых оптимальные решения моãóт отличаться от рассмотренных в êниãе.Поэтомó êниãа не может слóжить единственным источниêом информациипо методам достижения оптимальных хараêтеристиê системы êолесо рельс.

Рóссêое издание настоящей êниãи подãотовлено и выпóщено в свет сразрешения Совета диреêторов Междóнародной ассоциации тяжеловесно-ãо движения (IHHA) при óсловии, что данное издание распространяется нес целью полóчения прибыли.

В рóссêое издание внесены ряд изменений для исправления обнарó-женных опечатоê и неточностей, а таêже поправêи, связанные с введениемв России новых ГОСТов.

o x

астоящее издание подãотовлено по инициативе и приподдержêе Междóнародной ассоциации тяжеловес-

ноãо движения (IHHA) в лице Совета диреêторов, членамиêотороãо являются:

Австралия:Брайен Дж. Боê (Brian G. Bock), председатель Совета ди-реêторов, ãосóдарственные железные дороãи Австралии;Майêл Дарби (Michael Darby), частные железные дороãиАвстралии

Бразилия:Роналдо Кошта (Ronaldo Costa), Companhia Vale Do RioDoce

Канада:Майêл Роóни (Michael Roney), Ассоциация железных до-роã Канады

Китай:Цзян Лисинь (Qian Lixin), железные дороãи Китая

МСЖД:В. С. Шарма (V. C. Sharma), начальниê всемирноãо отдела

Россия:Алеêсандр Леонидович Лисицын, диреêтор Всероссий-сêоãо наóчно-исследовательсêоãо инститóта железнодо-рожноãо транспорта

США:Рой А. Аллен (Roy A. Allen), Ассоциация америêансêихжелезных дороã

Швеция/Норвеãия:Томас Нордмарê (Thomas Nordmark), Северная ассоциа-ция тяжеловесноãо движения (Nordic Heavy HaulAssociation)

ЮАР:Гарри Тóрне (Harry Tournay), железные дороãи ЮАР(Spoornet)

Междóнародная ассоциация тяжеловесноãо движения(IHHA):

У. Сêотт Лавлейс (W. Scott Lovelace), исполнительныйдиреêтор

o x

Н

Авторы

Книãа подãотовлена Техничесêим êомитетом, óчрежденным Советомдиреêторов IHHA:

Д-р Уильям Дж. Харрис (William J. Harris), почетный председательIHHA, США;

Д-р, проф. Серãей Захаров, заведóющий лабораторией Всероссийсêоãонаóчно-исследовательсêоãо инститóта железнодорожноãо транспорта;

Д-р Джеймс Ландãрен (James Lundgren), помощниê вице-президентаЦентра транспортных технолоãий, США;

Гарри Тóрне (Harry Tournay), помощниê ãенеральноãо óправляющеãоSpoornet (железных дороã ЮАР);

Проф. Виллем Эберсён (Willem Ebersöhn), бывший заведóющий êафедройжелезнодорожной техниêи óниверситета Претории, ЮАР, в настоящеевремя рóêоводитель техничесêой слóжбы êомпании Amtrak, США.

o i x

Предисловие

Обращение председателя Совета диреêторов IHHA ê читателям êниãи«Обобщение передовоãо опыта тяжеловесноãо движения:

вопросы взаимодействия êолеса и рельса»

Оêоло 50 лет назад железные дороãи мноãих стран мира в целях созда-ния óсловий для повышения эêономичности и эффеêтивности массовыхперевозоê навалочных ãрóзов пристóпили ê повышению осевых наãрóзоê.При этом возниêли серьезные проблемы с рельсами и пóтевой стрóêтóрой,êолесами и ваãонами. Различные êомпании и администрации развернóлиисследования с целью преодоления этих проблем. Ход и резóльтаты иссле-дований впервые были рассмотрены на Междóнародной êонференции потяжеловесномó движению, состоявшейся в Перте, Австралия, в 1978 ã. Сóчетом положительных отзывов об этой êонференции была орãанизованавторая êонференция, проведенная в Колорадо-Спринãс, США, в 1982 ã.Участниêи êонференции выразили пожелание иметь постоянно действóю-щий орãан для óпрощения обмена информацией по тяжеловесномó движе-нию.

В начале 1983 ã. д-р Уильям Дж. Харрис (William J. Harris), бывший тоã-да вице-президентом по наóчно-исследовательсêим работам Ассоциацииамериêансêих железных дороã, приãласил óчастниêов êонференции 1982 ã.в Вашинãтон, чтобы обсóдить вопросы создания таêоãо постоянноãо орãа-на. Летом 1983 ã. представители железных дороã Австралии, Канады, Ки-тая, Южной Африêи и Соединенных Штатов официально объявили об óч-реждении Междóнародной ассоциации тяжеловесноãо движения (IHHA).В 1994 ã. в Ассоциацию вошли представители железных дороã России, а в1995 ã. железных дороã Бразилии. Позже, в 1999 ã., ê ним присоедини-лись железные дороãи Норвеãии и Швеции êаê члены Северной ассоциа-ции тяжеловесноãо движения. В 1999 ã. ассоциированным членом Ассо-циации стал междóнародный отдел МСЖД, представитель êотороãо при-нимает óчастие в заседаниях Совета диреêторов IHHA.

В 1991 ã. на êонференции в Ванêóвере (Канада) Бриан Ле-Рó (Brian leRoux), тоãда исполнительный диреêтор железных дороã ЮАР (Spoornet),поднял вопрос о выпóсêе справочниêа по передовомó опытó железных до-роã с тяжеловесным движением. Таêой справочниê должен был базиро-ваться на êоллеêтивных знаниях, отраженных в материалах, представлен-ных êаê на этой, таê и на дрóãих êонференциях IHHA. Этим было положе-но начало êонцепции создания обобщений по разным областям и техноло-ãиям тяжеловесноãо движения.

Чтобы способствовать обменó информацией по наóчным исследовани-ям и разработêам в области тяжеловесноãо движения, IHHA орãанизовала

o ii x

шесть общих и десять тематичесêих междóнародных êонференций. Советдиреêторов Ассоциации определил, что, хотя все эти êонференции яви-лись чрезвычайно важным инстрóментом распространения передовых тех-нолоãий, специалистам-эêсплóатационниêам на местах трóдно пользо-ваться материалами всех 16 êонференций. Поэтомó Совет пришел ê соãла-шению, что полезным вêладом в развитие тяжеловесноãо движения вовсем мире бóдет выпóсê справочниêа-рóêоводства, содержащеãо обобщен-нóю информацию по передовомó опытó в óêазанной области. Совет диреê-торов óчредил Техничесêий êомитет и порóчил емó подãотовить обобще-ние передовоãо опыта по тяжеловесномó движению с особым вниманием êвопросам взаимодействия êолеса и рельса. Члены Техничесêоãо êомитетапо подãотовêе êниãи работали весьма добросовестно, им оêазывалась все-сторонняя помощь. Осóществлению замысла способствовало финансиро-вание со стороны IHHA; следóет отметить таêже поддержêó Министерствапóтей сообщения России, Всероссийсêоãо наóчно-исследовательсêоãо ин-ститóта железнодорожноãо транспорта, железных дороã ЮАР, частных иãосóдарственных железных дороã Австралии, Центра транспортных техно-лоãий, США.

Читатель обнарóжит в настоящей êниãе подборêó технолоãичесêих ре-шений, полóченных на основе анализа их эêономичесêой эффеêтивности.Они представлены в форме, êоторая позволит специалистам железных до-роã найти оптимальный способ применения на праêтиêе приведенных вêниãе резóльтатов исследований и разработоê.

По мере тоãо êаê бóдет наêоплен достаточный объем новых мате-риалов, отражающих резóльтаты дальнейших исследований, испытанийи эêсплóатационноãо опыта, бóдет выпóщено второе издание êниãи.Техничесêий êомитет приãлашает читателей направлять êомментарии ипредложения по óлóчшению настоящеãо издания Сêоттó Лавлейсó (ScottLovelace), исполнительномó диреêторó IHHA, по элеêтронной почте:ihha@erols.com.

Председатель Совета диреêторов IHHAБрайен Дж. Боê (Brian G. Bock)

o iii x

Предисловие к русскому изданию

Междóнародная ассоциация тяжеловесноãо движения (IHHA) являетсяавторитетной междóнародной неправительственной, неêоммерчесêой наóч-но-техничесêой орãанизаций, в êоторóю входят железные дороãи и орãани-зации Австралии, Бразилии, Канады, Китая, России, США, Швеции иНорвеãии, Южной Африêи, а таêже Междóнародный cоюз железных дороã.

Под тяжеловесным движением понимается технолоãия обеспечения ор-ãанизации работы ãрóзовых поездов, имеющих большóю осевóю наãрóзêó,массó и длинó. Россия начала развивать этó технолоãию в середине 1980-хãодов, êоãда возниêла потребность в óвеличении провозной способности, аãрóзонапряженность по основным маãистралям достиãала 100 120 млн. т.Особенностью технолоãии было наличие смешанноãо (ãрóзовоãо и пасса-жирсêоãо) хараêтера движения и ее орãанизация на сóществóющем пóти.Были проведены ãлóбоêие исследования по взаимодействию пóти и по-движноãо состава, тормозам, принципам орãанизации распределенной тя-ãи, радиоóправлению лоêомотивами, определению êритичесêой массы по-езда и êоэффициента сцепления и рядó дрóãих вопросов. В эти же ãоды посложномó óчастêó Транссибирсêой маãистрали был проведен опытный по-езд массой 42 тыс. т.

В настоящее время на Российсêих железных дороãах в постоянном об-ращении находятся поезда массой 6 тыс. т. В период до 2010 ã. для пере-возêи рóды, óãля и нефти планирóется орãанизовать движение поездовмассой от 6 до 18 тыс. т. В настоящее время проводятся êомплеêсные ис-следования по применению осевой наãрóзêи 30 т, êоторóю планирóетсявводить на отдельных направлениях железных дороã.

Проблемы взаимодействия êолеса и рельса, êоторые всеãда были пред-метом исследований и разработоê на Российсêих железных дороãах, при-обретают особое значение для тяжеловесноãо движения. Железные дороãистран, входящих в Ассоциацию тяжеловесноãо движения, наêопили боль-шой опыт в обеспечении работоспособности и óвеличении сроêа слóжбыêолес и рельсов в самых разных óсловиях работы железнодорожных линийс тяжеловесным движением: от специализированных маãистралей до ли-ний с большой долей смешанноãо движения, в разных êлиматичесêих зо-нах, с разным óровнем ãрóзонапряженности, планом и профилем пóти,разными традициями в орãанизации перевозоê.

Совет диреêторов Ассоциации, идя навстречó потребностям специалис-тов разных стран, работающих в областях, связанных с тяжеловесным дви-жением, óже давно планировал обобщить этот разнообразный опыт желез-ных дороã. В êачестве первой темы для обобщения были выбраны пробле-мы êолеса и рельса и их взаимодействия êаê основы обеспечения работы

o iv x

железных дороã. Первым шаãом в создании таêоãо доêóмента стало прове-дение в 1999 ã. в Мосêве междóнародной êонференции, посвященной этимпроблемам, орãанизацию êоторой взял на себя ВНИИЖТ, êаê член Ассо-циации тяжеловесноãо движения, при поддержêе Министерства пóтей со-общения и железных дороã Российсêой Федерации. Далее последовалапочти двóхãодичная работа творчесêоãо êоллеêтива, назначенноãо Сове-том диреêторов из ведóщих óченых и специалистов разных стран по соз-данию данноãо трóда.

Ценность êниãи состоит в том, что был собран óниêальный мировойопыт железных дороã с тяжеловесным движением.

Хочется особенно подчерêнóть, что Совет диреêторов поставил передêоллеêтивом по созданию êниãи задачó не тольêо обобщить имеющийсяопыт разных стран по данной проблеме, но и изложить еãо в простой и до-стóпной форме. Материал, представленный в êниãе, обращен прежде все-ãо ê инженерно-техничесêим работниêам разных слóжб железных дороã ина разных ее óровнях. Вместе с тем он, несомненно, бóдет полезен всемспециалистам, таê или иначе связанным с данной проблемой.

Рóссêое издание êниãи «Обобщение передовоãо опыта тяжеловесноãодвижения: вопросы взаимодействия êолеса и рельса» осóществлялось приóчастии заместителя диреêтора ВНИИЖТ êанд. техн. наóê В. М. Боãдано-ва, на всех этапах êóрировшеãо работó по немó, а таêже заведóющеãо лабо-раторией ВНИИЖТ д-ра техн. наóê, проф. С. М. Захарова, являющеãосячленом творчесêоãо êоллеêтива по созданию êниãи, одним из ее авторов,переводчиêом несêольêих разделов и редаêтором рóссêоãо теêста.

Совет диреêторов планирóет выпóстить второе издание данноãо трóда, вêотором бóдóт óчтены постóпившие замечания, а таêже отражен новыйопыт и резóльтаты работы, в частности, тяжеловесных железных дороãСêандинавсêих стран.

Униêальный опыт совместной работы специалистов разных стран надданной êниãой, несомненно, бóдет полезен при создании бóдóщих обоб-щений по дрóãим аспеêтам тяжеловесноãо движения.

Диреêтор ВНИИЖТ,член Совета диреêторов IHHA

А. Л. Лисицын

o v x

Пояснения к русскому изданию

Взаимодействие êолеса и рельса является физичесêой основой движе-ния поездов по железным дороãам. Именно оно во мноãом определяет без-опасность, а таêже таêие важнейшие техниêо-эêономичесêие поêазатели,êаê масса и сêорость движения поездов. По оценêам различных авторов,потери, обóсловленные изнашиванием в системе êолесо рельс, состав-ляют от 10 до 30 % расходóемых на тяãó поездов топливно-энерãетичесêихресóрсов.

В разных странах мира реãóлярно проводятся наóчные êонференции,симпозиóмы, семинары, посвященные проблеме взаимодействия êолеса ирельса. Особое внимание решению этой проблемы óделяет Междóнарод-ная ассоциация тяжеловесноãо движения (IHHA). Входящие в нее желез-ные дороãи первыми столêнóлись с необходимостью óчета влияния повы-шенных осевых наãрóзоê и продольной динамиêи в тяжеловесных и длин-носоставных поездах.

Вашемó вниманию предлаãается «Обобщение передовоãо опыта тяже-ловесноãо движения на железных дороãах: взаимодействие êолеса ирельса» трóд, в êотором отражены резóльтаты работы Ассоциации в этойобласти начиная с 1978 ã. Этот трóд привлеêает широтой охвата и ãлóбинойпроработêи материала, ясностью постановêи задачи и мастерством инже-нерноãо анализа на предельно достóпном для широêоãо читателя óровне.Книãа может широêо использоваться êаê в праêтичесêой работе специа-листов железных дороã на всех óровнях óправления, таê и в êачестве óчеб-ноãо пособия по взаимодействию êолеса и рельса.

Отечественным специалистам при работе с êниãой необходимо иметь ввидó ряд различий в эêсплóатации Российсêих и зарóбежных железных до-роã, êоторые в силó оãраниченности объема издания не моãли быть в немóчтены.

1. В зарóбежной праêтиêе тяжеловесное движение поездов осóществ-ляется, êаê правило, на специализированных однопóтных линиях. Нормыóстройства и содержания пóти на этих линиях óстанавливаются исходя издинамичесêих хараêтеристиê подвижноãо состава êонêретных типов, ис-пользóемоãо для перевозêи ãрóзов, и моãóт не совпадать с общепринятыми.

Кроме тоãо, при смешанном движении ãрóзовых и пассажирсêих поез-дов использóются в основном однопóтные линии и двóхпóтные óчастêи,построенные по ãабаритам однопóтных (исêлючение составляют железныедороãи европейсêих стран). При таêом óстройстве линий óстранена воз-можность попадания сошедшеãо подвижноãо состава на соседний пóть,т. е. праêтичесêи исêлючается столêновение с ним поезда, следóющеãо подрóãомó пóти. Это позволяет рядó железных дороã принимать сóãóбо эêо-

o vi x

номичесêие êритерии оценêи безопасности движения и допóсêать сóще-ственно менее жестêие нормы óстройства и содержания пóти, чем на Рос-сийсêих железных дороãах.

2. Введению в обращение тяжеловесных поездов и подвижноãо составас повышенными осевыми наãрóзêами на зарóбежных железных дороãах,êаê правило, предшествóют работы по óсилению пóти. Особое вниманиеóделяется вопросам прочности и óстойчивости земляноãо полотна, созда-нию высоêоэффеêтивных систем дренажа, водоотвода и специальных за-щитных слоев. Жестêие требования предъявляются ê êачествó балластныхматериалов. Вводится êонтроль жестêости пóти êаê в вертиêальной, таê иãоризонтальной плосêости. Применяются деревянные шпалы, изãотовлен-ные тольêо из твердых пород древесины. Предпочтение отдается рельсо-вым сêреплениям раздельноãо типа, обеспечивающим постояннóю вели-чинó прижатия подошвы рельса ê шпале. Таêие меры позволяют не тольêообеспечить прочность и надежность верхнеãо строения пóти, но и сóще-ственно снизить затраты на еãо теêóщее содержание.

3. При использовании одноãо и тоãо же термина «трехэлементная» вотношении тележеê ãрóзовых ваãонов, эêсплóатирóющихся на отечествен-ных и зарóбежных железных дороãах, необходимо понимать принципи-альное различие в их êонстрóêции. Отечественная тележêа модели 18-100создавалась êаê бессвязевая, допóсêающая радиальнóю óстановêó направ-ляющих êолесных пар в рельсовой êолее. Вызываемый этим «забеã» боêо-вин не приводит ê óвеличению воздействия ваãона на пóть и даже, наобо-рот, óменьшает óãол набеãания êолеса на рельс. Однаêо с óвеличением за-ãрóзêи ваãонов режим работы тележеê модели 18-100 вышел израсчетноãо. В связи с этим планирóется их модернизация.

Тележêи ãрóзовых ваãонов железных дороã зарóбежных стран, и в пер-вóю очередь США, обладают жестêой связью боêовин. В этих êонстрóêци-ях высоêий эффеêт полóчается за счет применения óстройств принóди-тельной óстановêи êолесных пар в радиальное положение при движении вêривых.

Следóет таêже обратить внимание на широêое применение адаптеров вóзлах сочленения боêовины и êорпóса бóêсы, êоторые не тольêо óвеличи-вают связность тележêи, но и представляют собой дополнительнóю стó-пень подвешивания в вертиêальной плосêости. Параметры адаптеров, êаêи дрóãих элементов рессорноãо подвешивания, выбираются исходя из рас-четной ãрóзоподъемности ваãона.

4. В достижении эêономии топливно-энерãетичесêих ресóрсов, расхо-дóемых на тяãó поездов, а таêже óвеличения ресóрса êолес и рельсов значи-мая роль принадлежит соãласованности их профилей в зоне êонтаêта. Пе-реход ê êонформным профилям это, безóсловно, одно из решающих до-стижений зарóбежных железных дороã в решении проблем системыêолесо рельс. На отечественных железных дороãах внедрение таêих про-филей сдерживается недостаточным óровнем оснащенности железных до-роã рельсошлифовальными поездами и, ãлавным образом, êонстрóêцией итехничесêим состоянием станочноãо парêа для обточêи êолесных пар.

o vii x

Грамотное применение на отечественных железных дороãах «ремонтных»профилей обточêи êолес позволило несêольêо óвеличить их ресóрс. Одна-êо одной из важнейших задач является разработêа и широêое внедрениеспециальноãо оборóдования, обеспечивающеãо поддержание в эêсплóата-ции профилей поверхности êатания êолес с допóсêом не более 2 мм. Каêодин из вариантов перехода ê êонформным профилям целесообразно рас-смотреть эêономичесêий аспеêт создания «одноразовых» êолес, не обтачи-ваемых в процессе эêсплóатации. Литые одноразовые êолеса нашли широ-êое применение на железных дороãах США.

5. Оптимизация взаимодействия пары трения êолесо рельс требóетсодержания рельсовой êолеи и ходовых частей подвижноãо состава в рам-êах четêо определенных допóсêов. Система их теêóщеãо содержания и ре-монта должна базироваться на мониторинãе техничесêоãо состояния спроãнозом еãо изменения êаê на ближайшóю, таê и на отдаленнóю пер-спеêтивó. В этих целях на пóти и подвижном составе монтирóются специ-альные êомплеêсы диаãностичесêих средств, железные дороãи оснащают-ся средствами оперативной передачи и обработêи данных с этих êомплеê-сов, а таêже системами выработêи предложений для принятия óправленче-сêих решений. Базы данных систем мониторинãа содержат информациюне тольêо по объеêтам инфрастрóêтóры и подвижноãо состава, но и поформированию и режимó вождения êаждоãо поезда.

o viii x

Введение

Это издание представляет собой обобщение передовоãо опыта тяжело-весноãо движения на базе анализа еãо эêономичесêой эффеêтивности. Ре-зóльтаты исследований и разработоê представлены в форме, позволяющейспециалистам железных дороã решить, êаêим образом можно использо-вать их в êонêретных óсловиях эêсплóатации.

Рассмотрение резóльтатов, полóченных на основе эêономичесêоãо ана-лиза, представленных в части 5 êниãи, и изóчения êонêретных слóчаев орãа-низации тяжеловесноãо движения и связанных с ним проблем, представлен-ных в части 4, поêазывает, что администрации железных дороã имеют воз-можность выбора пóтей оптимизации эêсплóатационной деятельности притяжеловесном движении с обеспечением еãо эêономичесêой эффеêтив-ности. Приведенные в êниãе êонêретные примеры поêазывают, что процессоптимизации должен быть основан на системном подходе, в êотором следó-ет одновременно рассматривать единицó подвижноãо состава, êолесо, рельси пóть в целом. В одном слóчае речь идет о железной дороãе от рóдниêа допорта, перевозящей ãрóзы по специализированной линии с использованиемпредназначенных для этоãо ваãонов и лоêомотивов, в дрóãом о железнойдороãе, ó êоторой на тяжеловесное движение приходится относительно не-большая доля общеãо объема перевозоê на данной линии, в третьем о пе-реводе железнодорожной линии со смешанным движением на тяжеловес-ное. Помимо этоãо приведены таблицы, в êоторых представлено разнообра-зие óсловий эêсплóатации железных дороã с широêим диапазоном осевыхнаãрóзоê, радиóсов êривых и ãрóзонапряженности.

Выбор решения из имеющихся вариантов должен быть осóществлен ис-ходя из особенностей эêсплóатационной деятельности. Для специализиро-ванных линий, на êоторых использóются тольêо лоêомотивы и ваãоныособых êонстрóêций, моãóт быть приемлемы решения, не подходящие длятяжеловесноãо движения на линиях, ãде обращаются и обычные поезда.

Рассмотренные êонêретные примеры, а таêже óпомянóтые таблицы по-êазывают, что не сóществóет единоãо оптимальноãо решения, приãодноãодля всех óсловий. Разнообразие вариантов решений óêазывает на множе-ственность подходов, êоторые следóет изóчить, перед тем êаê приниматьрешение для êаждоãо частноãо слóчая.

Посêольêó сóществóет множество возможных решений, в частях 2 и 3êниãи содержится обзор современных решений, óлóчшающих взаимодей-ствие эêипажа и пóти, а таêже работó êолеса и рельса.

Предóсмотрен пересмотр настоящеãо издания через определенные ин-тервалы времени по мере постóпления предложений по еãо совершенство-ванию, развития новых технолоãий и наêопления свежей информации поопытó эêсплóатации.

o ix x

Благодарности

Техничесêий êомитет по подãотовêе êниãи «Обобщение передовоãоопыта тяжеловесноãо движения: вопросы взаимодействия êолеса и рельса»(TRC) осознает значение 16 общих и тематичесêих êонференций, прове-денных при содействии орãанизаций, представленных в Совете диреêто-ров Междóнародной ассоциации тяжеловесноãо движения (IHHA). Безинтересных техничесêих доêладов и сообщений, представленных авторамина этих êонференциях, было бы невозможно подãотовить это издание.Уêазания на авторов разделов êниãи помещены в начале соответствóющихчастей.

TRC блаãодарит железнодорожные êомпании BHP (Австралия), Cana-dian Pacific (Канада) и CVRD (Бразилия) за ãотовность поделиться данны-ми их опыта и резóльтатами исследований êонêретных примеров орãани-зации и решения проблем тяжеловесноãо движения, помещенными в час-ти 4 êниãи. Авторы этих исследований óêазаны в теêсте.

В дополнение ê признательности за поддержêó, оêазаннóю Советом ди-реêторов IHHA, TRC хотел бы таêже поблаãодарить за оêазаннóю помощь:

д-ра Алеêсандра Лисицына, члена совета диреêторов IHHA, диреêтораВсероссийсêоãо наóчно-исследовательсêоãо инститóта железнодорожноãотранспорта Министерства пóтей сообщения Российсêой Федерации. Он идрóãие специалисты инститóта очень эффеêтивно орãанизовали в июне1999 ã. в Мосêве специальнóю êонференцию IHHA по вопросам взаимо-действия êолеса и рельса;

д-ра Вардина Оãанна (Wardina Oghanna) за содействие в óспешной орãа-низации êонференции в Мосêве, материалы êотороãо во мноãом были ис-пользованы при подãотовêе êниãи;

железные дороãи Китая и Китайсêóю железнодорожнóю аêадемию запостоянное содействие в работе IHHA и принятие в Китае двóх êонферен-ций Ассоциации, материалы êоторых таêже леãли в основó части настоя-щеãо издания;

ã-на Майêла Роóни (Michael Roney), ãенеральноãо óправляющеãо тех-ничесêими слóжбами и системами железнодорожной êомпании CanadianPacific, êоторый óчаствовал в работе Комитета и написал однó из частейêниãи;

ã-на Сêотта Лавлейса (Scott Lovelace), исполнительноãо диреêтораIHHA, за рóêоводство решением сложных задач в ходе подãотовêи êниãи;

ã-на Роя Аллена (Roy Allen), президента Центра по транспортным тех-нолоãиям (TTCI), ã-на Джима Ландãрена (Jim Lundgren), помощниêа ви-це-президента по финансам и êорпоративномó развитию, ã-жó ПеããиЛ. Херман (Peggy L. Herman), менеджера по доêóментации, и дрóãих со-трóдниêов Центра за своевременнóю пóблиêацию êниãи.

o x x

Большая часть êниãи была написана членами Техничесêоãо êомитета.Вместе с тем приãлашались и дрóãие авторы для подãотовêи специальныхматериалов. Их фамилии óêазаны в соответствóющих местах.

Техничесêий êомитет по подãотовêе êниãи создал междóнароднóюãрóппó рецензентов из признанных специалистов по тяжеловесномó дви-жению для предварительноãо рассмотрения ее материалов. Эта ãрóппа сде-лала мноãо очень полезных замечаний, êоторые нашли отражение в оêон-чательной редаêции.

Членами ãрóппы рецензентов являются:д-р Стюант Грасси (Stuant Grassie), êомпания Consulting Engineer, Ве-

лиêобритания,д-р Джо Калоóсеê (Joe Kalousek), Национальный исследовательсêий

совет, Канада,д-р Стивен Марич (Steven Marich), êомпания Consulting Services, Ав-

стралия,ã-н Эриê Мейãел (Eric Magel), Национальный исследовательсêий совет,

Канада,д-р Вардина Оãанна (Wardina Oghanna), Наóчно-исследовательсêий ин-

ститóт железнодорожноãо транспорта, Австралия,проф. Клаóс Райсберãер (Klaus Reisberger), óниверситет ã. Граца, Ав-

стрия,ã-н Майêл Роóни (Michael Roney), êомпания CP Rail, Канада,д-р Йосохиêо Сато (Yoshohiko Sato), êомпания Nippon Kikai Hosan,

Япония,д-р Кевин Соóли (Kevin Sawley), TTCI, США,ã-н Дан Стоóн (Dan Stone), TTCI, США,проф. Евãений Шóр, ВНИИЖТ, Россия,проф. Конрад Эсвелд (Conrad Esveld), êомпания Esveld Consulting, Ни-

дерланды,ã-н Джон Этêинс (John Etkins), êомпания RVD Consulting, США.

o xi x

Замечание

Перечень использованной в êаждой части литератóры в êонце êниãи непомещен. Вместо этоãо ссылêи приведены в êонце соответствóющихчастей. Техничесêий êомитет (TRC) осознает, что неêоторые читатели мо-ãóт пропóстить отдельные части, читая тольêо те, êоторые представляютдля них интерес. Поэтомó TRC счел целесообразным, чтобы êаждая частьимела собственный перечень использованной литератóры. Комитет бóдетприветствовать любые предложения по óлóчшению êомпоновêи êниãи приподãотовêе ее следóющеãо издания.

o xii x

Часть&1.&ВВЕДЕНИЕ&И&ПОЯСНЕНИЯК&КНИГЕАвторы: д-р Уильям Дж. ХАРРИС (William J. Harris),председатель Техничесêоãо êомитета по подãотовêе êниãи(TRC), Гарри ТУРНЕ (Harry Tournay), член Советадиреêторов IHHA, член TRC, д-р Виллем ЭБЕРСЁН(Willem Ebersöhn), д-р техн. наóê. Серãей ЗАХАРОВ,д-р Джеймс ЛАНДГРЕН (James Lundgren), члены TRC

1.1. Введение

Настоящее издание расêрывает сóщность пóтей оптимизации эêсплóа-тационной деятельности при тяжеловесном движении. В разделе 1.2 отра-жена важность изóчения процессов с использованием системноãо подхода.Раздел 1.3 представляет собой расширенное рассмотрение взаимодействияêолеса и рельса, раздел 1.4 оценêó эêономичесêой эффеêтивности. Вве-дение завершается разделами 1.5 1.8, содержащими êратêие êоммента-рии ê êаждой из последóющих четырех частей êниãи.

1.2. Системный&подход

В êниãе подчерêнóто, что нецелесообразно вносить изменения в однóиз частей железнодорожной системы, не óчитывае влияния этих измене-ний на дрóãие части системы. Таê, например, óвеличение массы ваãоновможет оêазать ощóтимое воздействие на состояние пóти и мостов, измене-ние хараêтеристиê рельсов может привести ê непредвиденным изменени-ям в работе êолес. Таêим образом, основные положения êниãи слóжат под-тверждением взаимозависимости отдельных êомпонентов и важности рас-смотрения проблемы взаимодействия êолеса и рельса êаê системы.

Ожидается, что применение системноãо подхода ê проеêтированию исодержанию области взаимодействия êолеса и рельса в виде обобщенияпередовоãо опыта приведет ê минимизации изнашивания боêовой поверх-ности ãоловêи рельса и ãребней êолес, снижению числа дефеêтов êолес ирельсов, обеспечению óстойчивой работы тележеê, вêлючая вопросы без-опасности и минимизации óровня выделяемоãо шóма.

1.3. Пояснения&>&взаимодействию&>олеса&и&рельса

Взаимодействие êолеса и рельса является êлючевым в проблемах тяже-ловесноãо движения. В этом взаимодействии должен быть по возможностинизêий óровень трения, чтобы обеспечить движение больших масс с ма-лым сопротивлением, но вместе с тем óровень трения должен быть доста-точным, чтобы обеспечить требóемóю силó тяãи. Констрóêтивные материа-

o 1-1 x

лы должны обладать достаточной прочностью, чтобы обеспечить сопроти-вляемость вертиêальным силам, возниêающим вследствие высоêих наãрó-зоê, и динамичесêим реаêциям во взаимодействии êолес и рельсов, вызы-ваемым вертиêальными и поперечными óсêорениями элементов подвиж-ноãо состава, êоторые обóсловлены неровностями пóти и неêрóãлостьюêолес. Однаêо ни темпы изнашивания, ни темпы развития óсталостных де-феêтов не должны быть столь высоêими, чтобы создавать óãрозó эêономи-чесêой эффеêтивности тяжеловесноãо движения.

Выдающаяся способность стальноãо êолеса, êатящеãося по стальномóрельсó, нести чрезвычайно высоêие наãрóзêи êазалась почти чóдом 175 летназад, êоãда началась эêсплóатация железных дороã. Конечно, наãрóзêитоãо времени были весьма низêими по сравнению с современными. Повы-шение осевых наãрóзоê происходило постепенно, но неóêлонно в течениедесятилетий.

Более 50 лет назад темп повышения осевых наãрóзоê возрос. Вследствиеэтоãо стало необходимым óлóчшить хараêтеристиêи основания пóти, бал-ласта, а таêже шпал и рельсовых сêреплений, повысить твердость рельсови êачество рельсовоãо металла, в ряде слóчаев применить термичесêоеóпрочнение ãоловоê рельсов. Выявилась таêже надобность в óсовершен-ствовании êолес и рессорноãо подвешивания подвижноãо состава. Дляóменьшения числа нарóшений безопасности движения и повышения êа-чества транспортноãо обслóживания потребовалось óлóчшить технолоãиюêонтроля состояния техничесêих средств и óвеличить частотó провероê.

Эти требования по óлóчшению êонстрóêций, материалов и методов тех-ничесêоãо обслóживания и ремонта основаны на эêсплóатационном опытеи резóльтатах исследований и разработоê там, ãде это было возможно. Ка-êов бы ни был хараêтер проблем, возросшее внимание ê êачествó и техно-лоãиям, связанным с êолесами и рельсами, создало основó для дальнейше-ãо повышения осевых наãрóзоê. В материалах êниãи предлаãаются вариан-ты пóтей совершенствования исходных êомпонентов и систем, а таêже ме-тодов обеспечения повышения эффеêтивности работы системы êолесо рельс по мере óвеличения осевых наãрóзоê.

Технолоãия стальноãо êолеса, êатящеãося по рельсó, полностью подхо-дит для эêсплóатации в óсловиях тяжеловесноãо движения с высоêимиосевыми наãрóзêами. Униêальные хараêтеристиêи êонтаêта «сталь по ста-ли» позволяют минимизировать деформации обоих êонтаêтирóющих телпод наãрóзêой. Это выражается в êонтаêте êачения с минимальными поте-рями энерãии на трение в зоне êонтаêта и минимальным демпфированиемвнóтри материалов êонтаêтирóющих тел. Именно поэтомó сопротивлениеêачению, лежащемó в основе железнодорожной технолоãии, мало и даетвозможность перевозить большие объемы ãрóзов.

Площадêа êонтаêта чрезвычайно мала, и это обóсловливает высоêиеêонтаêтные напряжения. В типичном слóчае êонтаêт имеет место на êва-зиэллиптичесêой площадêе, по размерó подобной небольшой монете диа-метром 13 мм (рис. 1.1). Это значит, что весь поезд массой 20 тыс. т опира-

o 1-2 x

ется на поверхность, площадь êоторой примерно равна площади êóхонно-ãо стола (1,3×1,3 м).

Непосредственно под площадêой êонтаêта металл êаê êолеса, таê и рель-са находится под высоêим давлением, действóющим со всех направлений,посêольêó êонтаêтное давление поддерживается давлением реаêции со сто-роны оêрóжающеãо материала. На рис. 1.1 это поêазано стрелêами, сходя-щимися ê единичномó элементó металла под площадêой êонтаêта. Таêое со-стояние материала называется объемным напряженным состоянием. Все«стрелêи напряжения», êаê поêазано, воздействóют на металл праêтичесêиединообразно, таê что металл не имеет свободноãо направления для дефор-мации или течения и может выдержать наãрóзêó. В этих óсловиях и при ис-пользовании высоêопрочных сталей в перспеêтиве в эêсплóатации возмож-ны осевые наãрóзêи, достиãающие 60 т и более.

Причины, по êоторым на железных дороãах таêие осевые наãрóзêи неприменяются, а мноãие железные дороãи имеют проблемы и при сó-ществóющих значениях осевых наãрóзоê, êроются в том, что óсловия иде-альноãо êонтаêта, описанные выше, не всеãда обеспечиваются вследствиетоãо, что:! состояние пóти и подвижноãо состава может обóсловить динамичесêиенаãрóзêи, êоторые намноãо превосходят статичесêие и зачастóю вызы-вают соóдарения êолеса и рельса;

! размер площадêи êонтаêта может быть сóщественно меньше при неêо-торых неêонтролирóемых óсловиях êонтаêта êолеса и рельса;

! хрóпêое равновесие объемно-напряженноãо состояния может быть на-рóшено:" силами трения, действóющими попереê площадêи êонтаêта илипри смещении êонтаêта ê êраям поверхностей êатания êолеса илирельса;

o 1-3 x

Рис. 1.1. Контаêт êолеса ирельса при их центральном

расположении

" при двóхточечном êонтаêте, при êотором имеет место значительноеотносительное просêальзывание по одной или обеим площадêамêонтаêта с сопóтствóющим этомó óсêоренным изнашиванием.

На рис. 1.2 1.6 представлены типичные примеры неблаãоприятныхóсловий êонтаêта êолеса и рельса. Каждомó рисóнêó сопóтствóют êратêиепояснения.

Рис. 1.2. Динамичесêие óдарные наãрóзêи обóсловлены наличием ползó-нов, наваров и дрóãих дефеêтов на поверхности êатания êолеса или прохож-дением êолеса по рельсовомó стыêó, деформированномó сварномó швó в со-

o 1-4 x

Рис. 1.2

Рис. 1.3

единении рельсов, местам с волнообразным износом рельсов или нарóшени-ем непрерывности поверхности êатания рельсов на стрелочных переводах.

Рис. 1.3. Интенсивный одноточечный êонтаêт основания ãребня êолесаи рабочей выêрóжêи рельса приводит ê возниêновению наêлонных парал-лельных трещин или выêрашиванию металла ãоловêи рельса.

Рис. 1.4. Интенсивный «выпóêлый» êонтаêт наиболее высоêой точêипрофиля рельса и êолеса может вызвать течение и выêрашивание металлав центральной части поверхности êатания рельса и/или êолеса. Возниêно-вение пластичесêоãо течения óсиливается, если êонтаêтирование происхо-дит ближе ê нарóжным поверностям êолеса или рельса, ãде нет материала,чтобы «поддержать» область, находящóюся под плащадêой êонтаêта.

Рис. 1.5. Поперечное просêальзывание êолеса относительно рельса вêривых имеет место при неóдовлетворительном вписывании ходовой частиподвижноãо состава в рельсовóю êолею. Силы, действóющие попереê пло-щадêи êонтаêта в резóльтате просêальзывания или миêросêольжения, вы-зывают деформацию элементов металла под площадêой êонтаêта. При этомнарóшается блаãоприятная êартина давлений и напряжений в элементе, чтовызывает течение металла и может привести ê неравномерномó изнашива-нию поверхности êатания рельса и деформациям, выражающимся в видеволнообразноãо износа или большоãо перемещения металла.

Рис. 1.6. Недостаточный êонтроль за профилем êонтаêтирóющих телможет привести ê óменьшению размера и изменению формы площадêиêонтаêта, что влечет за собой интенсифиêацию напряжений, течение ме-талла и возниêновение êонтаêтно-óсталостных повреждений. Наличие де-

o 1-5 x

Рис. 1.4

феêтов в металле рельса или êолеса в зоне интенсивных êонтаêтных на-пряжений óсóãóбляет данные óсловия.

Железная дороãа, êоторая может свести ê минимóмó óêазанные явле-ния, полóчит возможность повысить осевые наãрóзêи или óменьшить рас-ходы на техничесêое обслóживание и ремонт с полóчением за счет этоãосоответствóющих преимóществ перед êонêóрентами.

o 1-6 x

Рис. 1.5

Рис. 1.6

1.4. Пример&э(ономичес(о-о&анализа

Помимо техничесêих аспеêтов, хараêтеризóющих системó êолесо рельс, имеются и очень важные эêономичесêие аспеêты. В процессе обос-нования техничесêих решений необходимо принять во внимание резóльта-ты эêономичесêоãо анализа с óчетом предполаãаемых затрат и ожидаемоãоэффеêта. Это проиллюстрировано приведенными ниже примерами.

Рельс представляет собой наиболее дороãой элемент пóтевой стрóêтó-ры. На мноãих железных дороãах расходы в рельсовом хозяйстве стоят натретьем месте после затрат на оплатó трóда и топливно-энерãетичесêих ре-сóрсов. Пропóщенный тоннаж, выдерживаемый рельсом до снятия с пóти,варьирóется от 100 млн. до 2,5 млрд. т брóтто.

В êачестве примера óправления расходами в рельсовом хозяйстве пред-положим, что óêладêа 1 êм рельсов стоит 180 тыс. дол. США. Специалис-ты-пóтейцы пришли ê выводó, что на поверхности êатания рельсов обра-зовалось мноãо дефеêтов óсталостноãо происхождения и это привело ê ис-черпанию ресóрса рельсов по сроêó слóжбы. Было принято решение о за-мене рельсов, имеющих ê томó времени лиêвидационнóю стоимость18 тыс. дол.

Предположим далее, что вместо замены рельсов выполнили их êорреê-тирóющее шлифование, обошедшееся в 1800 дол., и оставили рельсы в пó-ти. Затем железная дороãа вложила в строительство новоãо объеêта ин-фрастрóêтóры 180 000 18 000 1800 = 160 200 дол. При êоэффициентеоêóпаемости êапитальных вложений, равном 20 %, полóченный в первомãодó доход составил 160 000 × 20 % = 32 000 дол.

В следóющем ãодó пóтейцы óстановили, что рельсы достиãли допóсти-моãо предела износа, и запланировали заменó рельсов, что обошлось те-перь в 187 200 дол. из-за роста цены на 4 %. Но при этом железная дороãаобеспечила себе эêономию 32 000 (187 200 180 000) = 24 800 дол. за счетотсрочêи замены рельсов на рассматриваемом êилометре без последствийза дополнительный ãод слóжбы.

Блаãодаря маêсимально возможной отсрочêе замены рельсов без рисêадля безопасности движения поездов можно эêономить значительные сред-ства. В обязанности специалистов-пóтейцев входит обеспечение маêси-мально эффеêтивноãо использования рельсов. В достижении этой целидейственными средствами являются поддержание оптимальноãо профилярельсов и тщательный êонтроль их техничесêоãо состояния.

1.5. Пояснения&(&части&2:&Взаимодействие&подвижно-о&состава&и&п9ти

В части 2 êниãи рассмотрены вопросы взаимодействия подвижноãо со-става и пóти. Этомó óделяется особое внимание при строительстве желез-ной дороãи и приобретении лоêомотивов и ваãонов. Объеêтом рассмотре-ния в части 2 является влияние системы рессорноãо подвешивания и дрó-ãих элементов êонстрóêции ваãонов, а таêже основания пóти, балласта,

o 1-7 x

шпал и рельсовых сêреплений на эêсплóатационные хараêтеристиêисистемы подвижной состав пóть; при этом óêазываются возможные ва-рианты оптимизации этой системы.

1.6. Пояснения()(части(3:(Взаимодействие()олеса(и(рельса

В части 3 êниãи рассмотрены вопросы взаимодействия êолеса и рельса.Здесь содержатся основные положения механиêи êонтаêта êолеса ирельса, обзор хараêтеристиê металла êолеса и рельса, применения лóбри-êации и методов óправления трением, видов повреждений и механизмових возниêновения и развития. Рассмотрены резóльтаты исследований по-ведения êолес и рельсов в работе. Через объяснение механизма, хараêтераи причин повреждений дано обоснование принятых решений. Часть 3 со-держит реêомендации, неêоторые из êоторых моãóт быть использованыперсоналом слóжб техничесêой эêсплóатации для оптимизации системы.

1.7. Пояснения()(части(4:(Исследование()он)ретных(примеров

Часть 4 содержит материалы исследования несêольêих êонêретных слó-чаев тяжеловесноãо движения. Первый из них относится ê опытó одной изêрóпных и óспешно фóнêционирóющих железных дороã с тяжеловеснымдвижением BHP в Австралии. Уêазаны пóти, êоторыми ВНР оптимизи-ровала эêсплóатационнóю деятельность при перевозêах железной рóды изрóдниêа в порт в óсловиях тяжеловесноãо движения по специализирован-ной линии с использованием специально предназначенных для этоãо ло-êомотивов и ваãонов. В таêих обстоятельствах óдалось наладить четêóю ра-ботó железнодорожной системы. Посêольêó все ваãоны одинаêовые илиразличия в их êонстрóêции незначительные, а таêже блаãодаря единообра-зию хараêтеристиê пóти стало возможным орãанизовать мониторинã со-стояния всех элементов системы и оптимизировать принятие решений поих замене, а таêже орãанизовать наиболее подходящóю системó техни-чесêоãо обслóживания и ремонта.

Второй слóчай относится ê опытó железной дороãи Canadian Pacific, óêоторой 10 % объема перевозоê приходится на специализированнóю ли-нию с тяжеловесным движением, а остальное на линии со смешаннымдвижением. Изóчение примера óêазанной железной дороãи поêазывает,что можно добиться частичной оптимизации эêсплóатационной деятель-ности пóтем правильноãо определения аспеêтов, относящихся ê тяжело-весномó движению, но при этом нельзя полностью использовать все пре-имóщества, êоторые наиболее эффеêтивно проявляются на специализиро-ванной железной дороãе, ãде система в целом находится под óправлениеми êонтролем операторов тяжеловесных перевозоê.

Третий пример относится ê железной дороãе Compahnia Vale do RioDoce (CVRD) в Бразилии. Эта линия первоначально использовалась для

o 1-8 x

смешанноãо движения, но постепенно была преобразована в специализи-рованнóю для тяжеловесноãо движения. При переоборóдовании дороãи иóêладêе пóти первоначально не были приняты решения, отражающие осо-бенности эêсплóатации в óсловиях тяжеловесноãо движения, êаê это былосделано на железной дороãе ВНР. Тем не менее опыт CVRD поêазывает,что можно добиться сóщественноãо проãресса в оптимизации эêсплóата-ционной деятельности пóтем принятия орãанизационных и техничесêихмер по óсовершенствованию в процессе преобразования линии в специа-лизированнóю для тяжеловесноãо движения.

Заêлючительный материал части 4 содержит таблицы вариантов опти-мизационных решений в тяжеловесном движении. Здесь представлена ин-формация по предлаãаемым изменениям в óстройстве и хараêтеристиêахтехничесêих средств в соответствии с изменениями óсловий эêсплóатации.Рассмотрены, в частности, изменения, наиболее подходящие для линий сêривыми относительно малоãо радиóса, возможности, êоторые необходи-мо óчитывать при óвеличении ãрóзонапряженности, а таêже влияние, оêа-зываемое изменениями осевых наãрóзоê на решения по рельсам, êолесам,пóти и подвижномó составó в целом. Приведенные в таблицах этоãо разде-ла части 4 сведения моãóт слóжить основой при выборе возможных на-правлений совершенствования техничесêих средств, êоторые следóет при-нимать во внимание по мере изменения óсловий эêсплóатации, хараêтераперевозоê и профиля.

Из анализа рассмотренных слóчаев становится очевидным, что не сó-ществóет единоãо наилóчшеãо решения. Имеется передовой опыт, êоторыйможет быть использован в êонêретных óсловиях данной линии при опреде-ленных ãрóзонапряженности, осевых наãрóзêах и дрóãих обстоятельствах,хараêтеризóющих эêсплóатационнóю деятельность. Это стало причиной то-ãо, что Техничесêий êомитет (TRC) попытался изложить в части 2 êниãиреêомендации, относящиеся ê эêипажó и пóти, а в части 3 ê взаимо-действию êолеса и рельса для использования их рóêоводителями и специа-листами железных дороã, работающих в специфичесêих для них óсловиях.По этой же причине в êниãó вêлючена часть 5 с реêомендациями по техни-чесêомó обслóживанию и ремонтó.

1.8. Пояснения()(части(5:(Оптимизация(системы(техничес)о4о(обсл7живанияи(ремонта(при(тяжеловесном(движении

В части 5 рассмотрены вопросы техничесêоãо обслóживания и ремонтаподвижноãо состава, пóти, êолес и рельсов. После принятия первоначаль-ноãо решения важно создать системó техничесêоãо обслóживания, осно-ваннóю на эффеêтивном измерении изменений рабочих хараêтеристиê ивыявлении их нарóшений, а таêже системó ремонта для приведения êолеси рельсов, подвижноãо состава и пóти в требóемое состояние. Системаêонтроля, техничесêоãо содержания и ремонта должна обеспечивать воз-можность идентифиêации и óстранения серьезных повреждений и дефеê-

o 1-9 x

тов в êонстрóêтивных элементах. Таêим образом, сочетание правильныхрешений по выборó техничесêих средств на базе понимания процессоввзаимодействия êолеса и рельса, подвижноãо состава и пóти с созданиемправильной êомплеêсной технолоãии техничесêоãо обслóживания и ре-монта может способствовать достижению желаемоãо оптимóма в тяжело-весном движении на железных дороãах мноãих стран мира.

o 1-10 x

Часть&2. РЕШЕНИЯ,&УЛУЧШАЮЩИЕВЗАИМОДЕЙСТВИЕ&ЭКИПАЖАИ&ПУТИАвтор: Гарри ТУРНЕ, член совета диреêторов IHHA,член Техничесêоãо êомитета по подãотовêе êниãи

2.1. Взаимодействие&подвижноIо&состава&и&пJти

Железнодорожный подвижной состав составляет подмножество назем-ных транспортных средств, ходовая часть êоторых поддерживается и на-правляется в поперечном направлении посредством железнодорожноãопóти. Транспортные средства автомобильноãо транспорта составляют дрó-ãое подмножество, в êотором дороãа тольêо поддерживает их ходовóючасть, а водитель óправляет автомобилем посредством рóлевоãо êолеса илидрóãоãо механизма. Это óправление меняет ориентацию êачения опреде-ленных êолес и тем самым направление движения автомобиля.

Связанная с железнодорожным пóтем ходовая часть подвижноãо соста-ва реаãирóет на топоãрафию пóти и следóет заранее óстановленномó на-правлению, определенномó рельсами. Поверхность êачения рельсов обес-печивает не тольêо вертиêальнóю поддержêó, но и поперечное направле-ние êолес. Правильно орãанизованное взаимодействие êолеса и рельсадопóсêает очень высоêие осевые наãрóзêи. С дрóãой стороны, неправиль-но сêонстрóированное и не обеспеченное в достаточной мере техниче-сêим обслóживанием и ремонтом взаимодействие êолеса и рельса можетпривести ê быстрой деãрадации элементов системы и поставить под óãро-зó эêономичесêие поêазатели эêсплóатационной деятельности железныхдороã.

Цель данной части êниãи состоит в описании значимых механизмовсиловоãо взаимодействия êолеса и рельса и выяснении влияния êон-стрóêции ходовой части подвижноãо состава на эти механизмы. Отмече-ны типичные признаêи неправильноãо хараêтера взаимодействия, с темчтобы специалист моã распознать их и принять необходимые êорреêти-рóющие меры. Приведены êонфиãóрации систем рессорноãо подвешива-ния и óêазаны êритичесêие параметры их оптимальной работы. Предло-жены оптимальные профили êолеса и рельса. Кроме тоãо, рассмотреновлияние ãеометричесêих отêлонений на работó ходовой части при движе-нии по пóти.

Все аспеêты взаимодействия êолеса и рельса рассмотрены êачественнос óделением особоãо внимания томó, что считается важнейшим в механиз-ме взаимодействия. Сделаны ссылêи на источниêи, ãде приведены болееподробные изложения рассматриваемых вопросов.

o 2-1 x

2.2. Колесная)пара)и)п-ть

Традиционно ходовая часть железнодорожноãо подвижноãо составаоснащается êолесными парами с êолесами, жестêо óстановленными на об-щей оси (рис. 2.1). Колесные пары с независимо вращающимися êолесамив оãраниченной мере использóются в пассажирсêих ваãонах неêоторых ти-пов, но не применяются для тяжеловесноãо движения. Поверхность êата-ния êолеса обрабатывается таê, что создается êонóс с óãлом γ ê оси êолес-ной пары. В настоящее время для описания профилей поверхности êатанияиспользóются термины «воãнóтый (êорытообразный)», «изношенный»,«профилированный». Эти профили описываются параметром «эффеêтив-ная êонóсность γ», определение êотороãо приведено в приложении.

Железнодорожный пóть состоит из двóх рельсов, óложенных на шпалыс обеспечением заданной ширины êолеи, êаê поêазано на рис. 2.2. Рельсынаêлонены внóтрь êолеи под óãлом β ê поверхности шпал таê, чтобы ихположение соответствовало óãлó γ профиля поверхности êолеса. Таêоеóстройство пóти способствóет предотвращению вêатывания êолеса нарельс, таê êаê формирóет нормальнóю реаêцию êонтаêта êолеса с рельсом,проходящóю через подошвó рельса.

Коãда использóются железобетонные шпалы, соединение рельса сошпалой осóществляется с помощью рельсовой подêладêи и óпрóãой про-êладêи, êоторая размещается междó подêладêой и шпалой для тоãо, чтобыпоãасить высоêочастотные вибрации и защитить шпалó. Для приêрепле-ния рельсов ê шпале использóются прóжинные сêрепления. Деревянныешпалы, с дрóãой стороны, дают возможность дополнительноãо ãашенияêолебаний.

Шпалы поддерживаются слоем балласта. Балласт обеспечивает правиль-нóю óстановêó пóти в плане, а таêже еãо стабилизацию в вертиêальном, по-перечном и продольном направлениях. Он таêже способствóет ãашениювертиêальных êолебаний при движении поездов и защищает земляное по-лотно за счет распределения наãрóзêи и рассеяния энерãии êолебаний.Пóстоты в балласте обеспечивают дренирование и в определенной степени

o 2-2 x

2l

2b

γ

r0

Рис. 2.1. Железнодорожнаяêолесная пара

поãлощение мелêодисперсных материалов без сóщественноãо влияния наположение и óпрóãие хараêтеристиêи пóти.

Пóть в êривых обычно óêладывают с возвышением нарóжноãо рельса,чтобы обеспечить восприятие центробежных сил при движении с высоêойсêоростью без заметноãо перераспределения наãрóзêи междó нарóжным ивнóтренним рельсами при вписывании подвижноãо состава в êривóю. Вêритичесêих ситóациях возвышение нарóжноãо рельса помоãает предот-вратить опроêидывание подвижноãо состава при движении в êривой. Од-наêо несоответствие возвышения пóти сêорости движения отрицательносêазывается на êачестве вписывания подвижноãо состава в êривóю, что всвою очередь приводит ê интенсифиêации изнашивания и повышению на-пряжений в êолесах и рельсах.

Участоê междó прямой и êривой называется переходной êривой, и хо-довая часть подвижноãо состава воспринимает ее êаê поворот пóти отно-сительно продольной оси. Это приводит ê томó, что площадêи êонтаêтаразных êолес моãóт находиться не в одной плосêости, что, в свою очередь,обóсловливает разãрóзêó неêоторых êолес при неправильно сêонстрóиро-ванном или отреãóлированном рессорном подвешивании. Кроме тоãо, по-верхность êатания прерывается в зоне стыêов и на стрелочных переводах ипересечениях неêоторых типов. В резóльтате возниêают óдарные наãрóзêина êолесо и рельс и смещается зона êонтаêта на профиле êолеса. Это, всвою очередь, может оêазать влияние на направление êолесной пары.

При êонтаêте стальноãо êолеса со стальным рельсом обеспечиваетсячрезвычайно низêое сопротивление êачению подвижноãо состава. Геомет-рия êолесной пары, математичесêи описываемая êаê двойной êонóс (дваêонóса, помещенные основаниями дрóã ê дрóãó, с óãлом êонóсности 2γ),придает êолесной паре óниêальное свойство самоóстановêи, т. е. само-центрирования при движении в прямой, êаê поêазано на рис. 2.3, и спо-собность ê вписыванию в êривые, êаê поêазано на рис. 2.4. Колесная пара

o 2-3 x

β

Ширина колеи

Рельсовая прокладка

Рельсовая подкладка

Рис. 2.2. Колея железно-дорожноãо пóти

обладает таêже способностью поãлощать различие междó диаметрами êа-чения двóх êолес, смещаясь в поперечном направлении для êомпенсацииэтоãо различия. Эти способности определяются разностью в радиóсах êа-чения, возниêающей в êолесах, жестêо насаженных на однó ось. Гребеньêолеса необходим там, ãде имеются разрывы пóти или сóщественные не-ровности, а таêже если рессорное подвешивание подвижноãо состава таêо-во, что свойства самоóстановêи êолесной пары недостаточно для ее на-правления в êолее без ãребневоãо êонтаêта.

2.2.1. Верти&альные,силы,межд1,&олесом,и,рельсом

Для тоãо чтобы обеспечить óêазанные выше направляющие силы, тре-бóется определенный óровень вертиêальных сил междó êолесом и рельсом.Если достаточный óровень вертиêальных сил не обеспечивается, это мо-жет привести ê сходó подвижноãо состава с рельсов. Сход является первыми наиболее серьезным по последствиям поêазателем неправильноãо вза-

o 2-4 x

Рис. 2.3. Самоцентрирование при движении в прямой

y

RC

Середина шириныколеснойпары

Осеваялинияпути

Рис. 2.4. Положение êолесной пары в êривой

имодействия эêипажа и пóти. Минимальный óровень вертиêальных силприведен в резóльтатах исследований Европейсêоãо железнодорожноãоисследовательсêоãо инститóта [2.1].

Маêсимально допóстимое соотношение междó боêовой и вертиêальнойнаãрóзêами, действóющими на одиночное êолесо, известное êаê отноше-ние Y/Q, использóется для оценêи сêлонности ê сходó в резóльтате вêаты-вания êолеса на рельс. Этот êритерий был изначально предложен Надалем(Nadal) [2.2]. Посêольêó êритерий Надаля является êонсервативным, осо-бенно для малых или отрицательных óãлов набеãания, Уэйнстоê(Weinstock) предложил более реалистичный êритерий, основанный на сóм-ме величин Y/Q для êолесной пары [2.6]. Однаêо, прежде чем бóдет достиã-нóта предельная величина этоãо êритерия, либо вертиêальные отêлоненияпóти значительно превысят допóстимые или/и сóщественно интенсифици-рóется êонтаêт ãребня êолеса с рельсом. Действительно, êонтаêт ãребня срельсом зачастóю является поêазателем неправильно орãанизованноãо на-правления êолесной пары в êолее и причиной изнашивания и потерьэнерãии и поэтомó должен быть объеêтом особоãо внимания.

Вертиêальная наãрóзêа в зоне êонтаêта зависит от массы подвижноãосостава, сêорости еãо движения, хараêтеристиê системы рессорноãо под-вешивания и ãеометричесêих параметров пóти. Эти параметры сêазывают-ся на наãрóзêах на подшипниêи и, в свою очередь, на наãрóжении площад-êи êонтаêта.

2.2.2. Поперечные)силы)межд0)1олесом)и)рельсом

В этом разделе рассмотрены различные силы, действóющие в ãоризон-тальной плосêости, особенно силы êрипа и силы на ãребне êолеса.

2.2.2.1. Силы)1рипа

Наиболее эффеêтивный способ обеспечения направления подвижноãосостава или êолесной пары обеспечивается посредством сил êрипа. Силыêрипа это силы, êоторые возниêают при êачении железнодорожной êо-лесной пары êаê двойноãо êонóса (см. рис. 2.3 и 2.4). Крип возниêает в ре-зóльтате сочетания сцепления и миêропросêальзывания в зоне взаимо-действия êолеса и рельса (см. таêже часть 3 êниãи и [2.3]). Силы êрипа воз-ниêают тоãда, êоãда êолесная пара отêлоняется от óсловий чистоãо êаче-ния, определяемых êинематиêой движения, и находится под действиемсил, возниêающих в бóêсовых подшипниêах. Продольный и поперечныеêомпоненты êрипа более подробно рассмотрены в следóющих разделах.

2.2.2.1.1. Продольный)1рип

Предположим, что êолесная пара смещена в поперечном направленииот положения чистоãо êачения на расстояние y. На рис. 2.5 и 2.6 это поло-жение обозначено êаê начальное. В прямой (см. рис. 2.5) положениечистоãо êачения имеет место при совпадении середины êолесной пары и

o 2-5 x

оси пóти. В êривых (см. рис. 2.6) положение чистоãо êачения соответствóеттаêомó смещению êолесной пары ê нарóжномó рельсó, при êотором раз-ность диаметров êачения двóх êолес позволяет êолесной паре êинематиче-сêи êатиться по рельсам. При êачении со сêоростью V смещенная êолес-ная пара бóдет стремиться ê предпочтительномó положению, поêазанномóна обоих рисóнêах пóнêтиром.

Если êолесная пара вынóждена оставаться на пóти в положении, соот-ветствóющем начальномó состоянию, при êачении имеет место êрип илиотносительное просêальзывание (см. Словарь). В слóчае, поêазанном нарис. 2.6, нарóжное êолесо, êатящееся по большемó диаметрó, просêальзы-вает назад по отношению ê постóпательномó движению êолесной пары, вто время êаê дрóãое êолесо, êатящееся по меньшемó диаметрó, просêаль-зывает вперед. На êолесной паре возниêают силы просêальзывания Fs, êо-торые действóют в направлении, противоположном действию óдерживаю-щих сил Fj на подшипниêах. Силы, противоположные Fs, действóют нарельс. Величина êрипа (просêальзывания) и возниêающие силы êрипапрямо пропорциональны смещению êолесной пары y и óãлó êонóсностиêолеса γ. Коэффициент пропорциональности зависит, помимо прочеãо, отосевой наãрóзêи и ãеометрии êонтаêта. Механизм êрипа более подробноописан в части 3. Для простоты приведенные выше соображения отнесеныê êвазистатичесêомó состоянию. Подобная модель может быть построенаи с отнесением ê динамичесêомó состоянию с óчетом дополнительных сил,обóсловленных инерцией êолесной пары и êонстрóêцией рессорноãо под-вешивания.

o 2-6 x

V

Fj

Fs

Fs

Fj

y

Осеваялинияпути

Фактическоеконечноеположениеколеснойпары

Начальноеположениеколеснойпары

Предпочитаемоеколесной паройконечноеположение

Положениечистогокачения

Рис. 2.6. Продольное просêальзываниев êривой

y

Осеваялинияпути

V

Fj

Fs

FsFj

Фактическое конечноеположение колеснойпары

Начальное положениеколесной пары

Предпочитаемоеколесной паройконечное положение

Рис. 2.5. Продольное просêальзываниев прямой

Влияние повышенных продольных сил êрипа вместе с высоêими êон-таêтными напряжениями часто проявляется в пластичесêом течении мате-риала рельса, вызывающем появление сетêи параллельных трещин на по-верхности ãоловêи рельса с последóющим выêрашиванием (рис. 2.7) или взоне шва êонтаêтной сварêи на выêрóжêе ãоловêи рельса (рис. 2.8).

2.2.2.1.2. Поперечный*+рип

Подобным образом может быть описан и поперечный êрип. Предполо-жим, что êолесная пара располаãается под óãлом α ê оси пóти, êаê поêазанона рис. 2.9. Соответствóющее предпочтительномó состоянию положение

o 2-7 x

Течение металлав месте контактнойсварки

Рис. 2.8. Пластичесêое течение материаларельса в зоне температóрноãо влияния

Выкрашивание

Сетка параллельныхтрещин на выкружкеголовки рельса

Рис. 2.7. Сетêа параллельных трещин и по-следóющее выêрашивание на выêрóжêе ãо-

ловêи рельса

Осеваялинияпути

Конечноеположение

Начальноеположениеколеснойпары

Предпочитаемоеколесной паройконечное положение

α

V

Fj

Fs

Fs

Рис. 2.9. Поперечное просêальзывание впрямой

êолесной пары при êачении в óêазанном стрелêой направлении поêазанопóнêтиром. Таê êаê êолесо оãраничено в перемещениях системой рессор-ноãо подвешивания или силами на ãребне, то, чтобы оставаться на пóти вположении, соответствóющем начальномó состоянию, êолесо должно про-сêальзывать в поперечном направлении. Поперечный êрип и связанная сним сила пропорциональны óãлó α. Коэффициент пропорциональности за-висит, помимо прочеãо, от осевой наãрóзêи и ãеометрии êонтаêта.

Повышенное поперечное просêальзывание проявляется в пласти-чесêом течении материала на поверхности êатания рельса в êривых малоãорадиóса, а таêже в течении материала êолеса, êаê поêазано на рис 2.10.При этом таêже возниêают большие силы в зоне êонтаêта ãребня с рель-сом, êаê рассмотрено ниже.

2.2.2.2. Силы%на%(ребне

Коãда óправление положением êолесной пары в êолее не может обеспе-чиваться с помощью сил êрипа, возниêает ãребневой êонтаêт и появляютсябоêовые силы на ãребне, предохраняющие êолеснóю парó от схода. Гребне-вой êонтаêт часто связан с нахождением êолесной пары под óãлом α ê осипóти и свидетельствóет о наличии поперечноãо êрипа (просêальзывания).Схема действия сил на êолеснóю парó, находящóюся в óсловиях ãребневоãоêонтаêта и поперечноãо просêальзывания, поêазана на рис. 2.10. Здесь при-ведены типичные причины и форма изнашивания боêовой поверхности ãо-ловêи рельса в êривых.

С силами на ãребне связаны и составляющие сил трения, êоторые моãóтприводить ê снижению наãрóзêи в зоне êонтаêта, способствóющемó вêа-тыванию êолеса на рельс и последóющемó сходó. Влияние этих сил óчтенов теории Надаля, о êоторой óпоминалось ранее.

2.2.2.3. Др-(ие%силы

Дрóãие силы, таêие, êаê силы êрипа вращения и ãравитационные, таê-же действóют на êолеснóю парó, но часто в меньшей степени, чем рассмот-ренные выше, и не иãрают заметной роли. Формóлы для их расчета приве-дены в работе [2.3] и дрóãой литератóре по динамиêе подвижноãо состава.

o 2-8 x

Зона высокогоконтактногонапряжения

СилыЗоны пластическоготечения металла

Изнашивание гребняколеса и головкирельса

Силана гребне

Силы поперечного крипа Силы поперечного крипа

Рис. 2.10. Изнашивание и пластичесêое течение материала рельса и êолеса при поперечномêрипе

Крип вращения (спин) возниêает, êоãда разные зоны площадêи êон-таêта êатятся по различным радиóсам êачения по отношению ê оси êолес-ной пары. В резóльтате при больших óãлах êонтаêта появляется вращатель-ное «сêребóщее» действие. С этим действием при больших êонтаêтных на-пряжениях связывают образование сетêи параллельных трещин на вы-êрóжêе ãоловêи рельса. В то же время момент сил, связанный с êрипомвращения, оêазывает слабое влияние на силы взаимодействия êолеса ирельса.

Гравитационные силы возниêают на êолесной паре, êоãда поперечныесоставляющие нормальной ê площадêе êонтаêта реаêции становятся не-равными. Эти силы обóсловлены поперечным перемещением êолеснойпары и применением êолес с нарóшенной êонóсностью или профилиро-ванных (см. Приложение ê части 2).

2.3. Основные(виды(рессорно,о(подвешиванияжелезнодорожно,о(э5ипажа

Система рессорноãо подвешивания тележêи может быть разделена на: ! ãоризонтальное подвешивание (поперечное и продольное), определяю-щее хараêтер движения в êолее и вписывания в êривые;

! вертиêальное подвешивание, êоторое воспринимает наãрóзêó и оêазы-вает влияние на вертиêальные силы, действóющие в системе êолесо рельс.Любая единица железнодорожноãо подвижноãо состава имеет по мень-

шей мере две êолесные пары. Способ, с помощью êотороãо эти êолесныепары связаны с основной êонстрóêцией, оêазывает сóщественное влияниена стоимость подвижноãо состава, работó êолеса и рельса, направляемостьи динамиêó ходовой части. Хотя имеется сильная взаимосвязь междó ãори-зонтальной и вертиêальной динамиêой, элементы рессорноãо подвешива-ния (вертиêальное и ãоризонтальное, продольное и поперечное) рассмат-риваются раздельно. Динамиêа эêипажа не может быть рассмотрена безóчета хараêтеристиê пóти (ãеометрии, жестêости), и эти хараêтеристиêиприсóтствóют в анализе систем рессорноãо подвешивания.

2.3.1. Верти5альное(подвешивание

Вертиêальное подвешивание должно обеспечить выполнение трех óêа-занных ниже фóнêций.

2.3.1.1. Гашение(верти5альных(5олебаний

Эêипаж, движóщийся по пóти, испытывает êолебания различных час-тот, êоторые возбóждают различные êолебательные перемещения элемен-тов ходовой части, êóзова и ãрóза. К таêим êолебательным перемещениямотносятся подпрыãивание, ãалопирование, боêовая и продольная êачêа,

o 2-9 x

боêовой относ, виляние. В число механизмов возбóждения этих êолебанийвходят:! длинноволновые вертиêальные неровности и переêашивание пóти. Этиотêлонения вызывают êолебания частотой от 0,5 до 30 Гц;

! длинноволновые изменения жестêости пóти, êоторые вызывают êоле-бания таêих же частот и типов;

! êоротêоволновые изменения жестêости пóти, связанные с различиемхараêтеристиê балласта под шпалами, êоторые вызывают êолебаниячастотой до 40 Гц;

! высоêочастотные óдарные наãрóзêи при нарóшениях непрерывностиповерхности êатания рельсов, в частности, на стыêах, часто вызываю-щие вертиêальные êолебания êóзова, в свою очередь приводящие ê воз-ниêновению таê называемых низêочастотных сил реаêции.

2.3.1.2. Выравнивание)на*р+зо.)на).олеса)с)помощьюрессорно*о)подвешивания

Эêипаж опирается êаê минимóм на четыре площадêи êонтаêта, находя-щиеся на неровном пóти, представляет собой статичесêи неопределимóюстрóêтóрó, подобнóю столó, стоящемó на неровном полó. Каê óêазано вразделе 2.2.1, для обеспечения эффеêтивноãо направляющеãо óсилия нóж-на достаточная вертиêальная наãрóзêа. Для предотвращения разãрóзêи êо-леса, движóщеãося по пóти с переêосом, требóется определенная жестêостьвертиêальноãо подвешивания.

2.3.1.3. Гашение)верти.альных).олебаний,передаваемых)на)п+ть

В резóльтате вертиêальной динамиêи подвижноãо состава динамиче-сêая наãрóзêа от неãо передается через êолеса на верхнее строение и осно-вание пóти. Динамичесêие хараêтеристиêи подвижноãо состава оêазываютнепосредственное влияние на элементы пóти, таêие, êаê рельсы, рельсо-вые подêладêи, шпалы, балласт и подбалластный слой.

Типичными механизмами возбóждения êолебаний являются:! вертиêальная динамиêа êóзова, возбóждающая êолебания в диапазонечастот от 1 до 30 Гц;

! неêрóãлость êолес (10 20 Гц);! ползóны и навары на êолесах (10 20 Гц);! неровности рельсов, таêие, êаê стыêи, следы боêсования.Оãраничениями, êоторые препятствóют созданию системы рессорноãо

подвешивания с оптимальными хараêтеристиêами, являются:! предел по минимальной вертиêальной жестêости в связи с оãраничени-ем разницы высот автосцепêи соседних ваãонов в порожнем и ãрóже-ном состоянии;

! пространство, отведенное для системы подвешивания, а таêже напря-жения, возниêающие в еãо êонстрóêтивных элементах;

o 2-10 x

! начальная стоимость системы подвешивания и расходы по еãо техни-чесêомó обслóживанию и ремонтó.Точно таê же имеются оãраничения, препятствóющие созданию опти-

мальноãо пóти, среди êоторых наиболее типичными являются:! стоимость рельсовых сêреплений;! оãраничения по стоимости материалов, êоторые использóются для бал-ласта и в основании пóти, и их объемó;

! затраты на строительство, теêóщее содержание и ремонт пóти.Большинство аналитичесêих моделей динамиêи пóти вêлючает таê на-

зываемóю ãерцевсêóю (Hertzian) жестêость, êоторая связана с деформаци-ей êолеса и рельса в зоне êонтаêта под действием приложенной наãрóзêи.Это жестêость высоêоãо порядêа, ассоциированная с высоêочастотнымивибрациями и óдарами. Данные модели являются предметом исследова-ния специалистов-пóтейцев и по этой причине рассмотрены в разделе, по-священном подрельсовомó основанию.

(Имеются и дрóãие модели пóти: см., например, Коãан А. Я. «Динамиêапóти и еãо взаимодействие с подвижным составом». М., «Транспорт», 1998,326 с. Прим. перевод.)

2.3.1.4. Типы%верти*ально0о%подвешивания

Концептóально в простейшем виде рессорное подвешивание по-движноãо состава состоит из четырех прóжин, соединяющих верти-êально четыре подшипниêовых бóêсы двóх êолесных пар с êóзовом(рис. 2.11). Эти четыре прóжины рассчитываются в пределах отведен-ноãо для них пространства на наãрóзêó от сравнительно небольшоãо илеãêоãо эêипажа. Однаêо по мере óвеличения размеров и массы по-движноãо состава должны приниматься во внимание следóющие фаê-торы:! возможность поãлощения неровностей пóти прóжинами входит в про-тиворечие с предельной разностью высот автосцепêи ваãонов в ãрóже-ном и порожним состоянии;

o 2-11 x

ПервичноеподвешиваниеРис. 2.11. Простейшая систе-

ма рессорноãо подвешивания

! пространство, занимаемое прóжинами и ãасителями êолебаний в зонебóêс, оãраничено;

! по мере óвеличения вместимости ваãонов óвеличивается и их êолеснаябаза, что приводит ê повышению требований ê вертиêальным проãибамдля обеспечения поãлощения неровностей пóти.Решение данной проблемы найдено в применении тележеê. Тележêа

представляет собой êонстрóêцию, сочетающóю êаê минимóм две êолесныепары с соответствóющим рессорным подвешиванием и шêворневым со-единением с êóзовом, êаê поêазано на рис. 2.12. В êаждой единице по-движноãо состава использóются êаê минимóм две тележêи. Тележêа яв-ляется эêвивалентом êоротêобазноãо эêипажа с оãраниченным, но доста-точным для поãлощения неровностей пóти вертиêальным проãибом. К то-мó же несóщая центральная опора имеет оãраниченный диаметр. В êон-стрóêции тележêи заложена возможность поãлощения дополнительноãопереêоса пóти посредством обеспечения достаточноãо зазора в боêовыхопорах.

o 2-12 x

Рис. 2.12. Простейшая же-лезнодорожная тележêа

Боковая рама

Центральнаяопора

Рис. 2.13. Тележêа с жестêой рамой

Применение тележеê стало стандартным решением для железнодорож-ноãо подвижноãо состава. С точêи зрения восприятия вертиêальной на-ãрóзêи тележêи бывают двóх основных типов: с жестêой рамой и трехэле-ментными. Эти типы тележеê отличаются êаê по êонстрóêции, таê и посистеме рессорноãо подвешивания.

2.3.1.4.1. Тележ%а'с'жест%ой'рамой

Тележêа с жестêой рамой в вертиêальном направлении ведет себя при-мерно таê же, êаê и модель простейшеãо эêипажа, описанная выше. Онаимеет жестêóю рамó в форме бóêвы «Н», êаê поêазано на рис. 2.13. Наãрóз-êа от êóзова передается через центральнóю опорó и Н-образнóю рамó напрóжины, расположенные над бóêсами. Эти прóжины, образóющие верти-êальное рессорное подвешивание, выполняют все óêазанные выше фóнê-ции.

Тележêи этоãо типа не нашли применения в тяжеловесном движенииêаê способ передачи вертиêальной наãрóзêи по причинам:! оãраниченноãо пространства для размещения прóжин, имеющих необ-ходимóю несóщóю способность и проãибы, в зоне бóêс;

! стоимости óстановêи на тележêе четырех отдельных êомплеêтов прó-жина/ãаситель êолебаний;

! óвеличенной стоимости Н-образной рамы из-за сложности изãотовле-ния с соблюдением требóемых допóсêов.Среди разных вариантов исполнения Н-образной рамы имеются, êроме

прочих, и таêие, êоторые за счет óменьшенной жестêости на изãиб способ-ны поãлощать переêосы пóти. Однаêо ни одна из таêих êонстрóêций ненашла широêоãо праêтичесêоãо применения.

2.3.1.4.2. Трехэлементная'тележ%а

Трехэлементная тележêа, êаê видно из названия, состоит из двóх боêо-вых рам (боêовин), êаждая из êоторых в продольном направлении опира-ется на подшипниêовые бóêсы êолесных пар. На рис. 2.14 поêазана схематипичной трехэлементной тележêи. Боêовины поддерживают третий, по-перечный элемент, именóемый надрессорной (шêворневой) балêой. Наэтой балêе расположены центральная шêворневая опора, êоторая соеди-няет тележêó с êóзовом. Каждый из этих трех элементов (две боêовины иодна поперечная балêа) представляет собой просто наãрóженнóю балêó.Блаãодаря этомó тележêа является статичесêи определимой стрóêтóрой,что позволяет ей работать в óсловиях неровностей пóти без разãрóзêи êолесот вертиêальной наãрóзêи. Достоинствами таêой êонстрóêции для верти-êальноãо рессорноãо подвешивания являются:! эффеêтивное восприятие переêоса пóти;! сосредоточение прóжин рессорноãо подвешивания в двóх êомплеêтах,что обеспечивает преимóщество в отношении числа и стоимости эле-ментов подвешивания;

o 2-13 x

! расположение прóжин подвешивания в местах, ãде больше свободноãопространства, чем в зоне бóêс.Недостатêом êонстрóêции является то, что масса боêовин прибав-

ляется ê неподрессоренным массам êолесных пар. К томó же при таêойêонстрóêтивной схеме динамиêа тележêи в поперечном направлении не-оптимальна.

2.3.1.5. Демпфирование,в,рессорном,подвешивании

С вертиêальным рессорным подвешиванием объединены неêоторыесредства диссипации энерãии, выделяющейся при движении подвижноãосостава по пóти с неровностями. В тяжеловесном движении для этоãообычно применяются фриêционные элементы тоãо или иноãо типа. Фриê-ционные элементы имеют ряд недостатêов, заêлючающихся в том, чтоони:! имеют нелинейные хараêтеристиêи в фóнêции сила/перемещение;! сêлонны ê проявлению сêачêообразноãо трения (схватывание/сêоль-жение);

! пропóсêают высоêочастотные вибрации;! подвержены изнашиванию.Однаêо эти недостатêи фриêционных элементов переêрываются их до-

стоинствами, основными из êоторых являются:! низêая начальная стоимость;! простота êонстрóêции и низêая стоимость обслóживания и ремонта.

2.3.2. Соединение,1олесных,пар,и,поперечноеподвешивание

В этом разделе рассмотрены способы, с помощью êоторых использóют-ся присóщие êолесным парам направляющие свойства, а таêже óêазаны ихнедостатêи. Каê отмечено в п. 2.1, одиночная несвязанная êолесная пара

o 2-14 x

Рис. 2.14. Трехэлементнаятележêа

имеет таêóю êонстрóêцию, что может обеспечивать вписывание в êривóюбез ãребневоãо êонтаêта с рельсами и самоцентрирование при движении впрямой. Еще на ранней стадии развития техниêи железных дороã былоóстановлено, что свойство самоцентрирования (см. рис. 2.3) не сохраняет-ся во всем диапазоне сêоростей движения единичной êолесной пары. Этоявление неóстойчивости движения называется вилянием êолесной пары.Виляние êолесной пары приводит ê óвеличению амплитóды поперечноãосмещения, циêличесêи повторяющемóся êонтаêтó ãребней êолес с рельса-ми в прямых и êривых относительно большоãо радиóса и даже ê сходó, ес-ли óсêорение поперечноãо перемещения достаточно для вêатывания êоле-са на рельс. Однаêо довольно быстро было обнарóжено, что неóстойчи-вость движения можно óстранить связыванием в ãоризонтальной плосêос-ти двóх êолесных пар, êоторое способствóет вписыванию в êривые и на-правлению в прямых. Установлено, что жестêость системы подвешиваниямеждó тележêой и êóзовом в поперечном направлении оêазывает влияниена óстойчивость движения и ходовые хараêтеристиêи подвижноãо состава.

Создание системы рессорноãо подвешивания, обеспечивающей опти-мизацию способности êаê вписывания в êривые, таê и направления в пря-мых, ходовых хараêтеристиê в поперечном направлении, а таêже сопроти-вляемость вилянию в óсловиях требований ê низêой начальной стоимостии ремонтоприãодности, всеãда было проблемой для разработчиêов таêихсистем.

2.3.2.1. Динами&а'э&ипажа

В последние 30 лет было достиãнóто лóчшее понимание динамиêисистемы подвешивания железнодорожноãо эêипажа. Устойчивость противвиляния зависит прежде всеãо от поворотной (изãибной) и сдвиãовой жест-êости междó двóмя êолесными парами. Эти понятия рассмотрены ниже.

Изãибная жестêость. Если две êолесные пары разворачиваются однаотносительно дрóãой в противоположных направлениях, êаê поêазано нарис. 2.15, противодействие этомó движению называется сопротивлениемóãловомó поворотó. Если это сопротивление линейно, то применительно êêолесным парам оно называется изãибной жестêостью.

Сдвиãовая жестêость. Если две êолесные пары перемещаются одна от-носительно дрóãой в поперечной плосêости в противоположных направле-ниях, сохраняя параллельность осей, это явление называется сдвиãом(рис. 2.16). Если сопротивление этомó перемещению линейно, то оно на-зывается сдвиãовой жестêостью.

На рис. 2.17 приведены варианты êонстрóêтивных схем с разнымиóровнями жестêости на изãиб и/или сдвиã.

Исследования поêазывают, что для обеспечения необходимой сопроти-вляемости вилянию двóх соседних êолесных пар необходимо оптимальноесочетание жестêости на изãиб и сдвиã. Можно подобрать êомбинациюэтих параметров для оптимизации хараêтеристиê проеêтирóемой тележêи.Хотя моãóт быть выбраны самые разные величины жестêости, однаêо сó-

o 2-15 x

o 2-16 x

Рис. 2.16. Режим сдвиãаРис. 2.15. Режим изãиба

0

0

∞

∞

Сд

ви

гова

я ж

ест

кост

ь

Изгибная жесткость

Рис. 2.17. Разные степени оãраничения изãибных и сдвиãовых связей

Пример 1: Если выбран вариант с большой жестêостью на изãиб, нельзя в то же время вво-дить в êонстрóêцию тележêи большóю жестêость на сдвиã. Это, êаê правило, справедливодля трехэлементной тележêи, тележêи с жестêой рамой и принóдительно óстанавливаю-

щейся тележêиПример 2: Если выбран вариант с малой жестêостью на изãиб, для обеспечения необходимойóстойчивости против виляния требóется ввести в êонстрóêцию тележêи большое сопротивле-ние сдвиãó. Это требование в общем слóчае применимо ê самоóстанавливающейся тележêе

ществóет минимальная жестêость в одном аспеêте, êоторая требóет отно-сительно высоêой жестêости в дрóãом, и наоборот. На рис. 2.17 рассмотре-ны два примера возможных решений.

Выбором оптимальноãо варианта с промежóточными значениями жест-êости êаê на изãиб, таê и на сдвиã можно достичь очень высоêой óстойчи-вости при движении тележêи. Причина, почемó таêой вариант не всеãдапринимается, связана с высоêой начальной стоимостью, сложностью из-ãотовления и техничесêоãо обслóживания. Кроме тоãо, êонстрóêция с оп-тимальными для новой тележêи хараêтеристиêами может не сохранятьэтот оптимóм в течение всеãо сроêа эêсплóатации, а êонстрóêция, способ-ная сохранять первоначальные оптимальные хараêтеристиêи в межре-монтный период, может иметь слишêом высоêóю начальнóю стоимость. Сдрóãой стороны, óсловия эêсплóатации и топоãрафии пóти моãóт вноситьêорреêтивы в êонêретнóю êонстрóêцию. С требованиями ê жестêости не-разрывно связаны требования ê более высоêой точности соблюдения до-пóсêов в êонстрóêтивных элементах, посêольêó отêлонения в элементахжестêости рессорноãо подвешивания ведóт ê êачественномó óхóдшениюдвижения тележêи.

Дрóãой важной чертой систем рессорноãо подвешивания является на-личие поперечной связи междó êолесными парами и êóзовом через рамóтележêи и центральнóю опорó. Сравнительно мяãêая связь, êоторой зача-стóю трóдно достиãнóть, помоãает в разделении масс êóзова и êолесныхпар, подобном óменьшению неподрессоренных в вертиêальном направле-нии масс. Необходимо очень тщательно выбирать величинó жестêости та-êой связи, посêольêó собственная частота подпрыãивания êóзова леãêовходит в резонанс с периодичесêими неровностями пóти, таêими, êаêрельсовые стыêи, а таêже с собственной êинематичесêой частотой пово-ротных êолебаний êолесной пары.

2.3.2.2. Способность)*)вписыванию)в)*ривыеи)направлению)в)прямых

Каê óже отмечалось, при наличии более чем одной êолесной пары дляобеспечения óстойчивости при движении с обычными на праêтиêе сêоро-стями требóется соединение êолесных пар в ãоризонтальной плосêости.Способ, êоторым это соединение осóществлено, оêазывает влияние наспособность соединенных êолесных пар вписываться в êривые.

2.3.2.2.1. Тележ*и)с)большой)жест*остью)на)из;иб

Высоêая жестêость на изãиб приводит ê томó, что две êолесные парыостаются параллельными дрóã дрóãó и, таêим образом, не занимают ради-альное положение при движении в êривых. Таêие тележêи имеют пределпо способности вписываться в êривые без êонтаêта ãребней êолес с рель-сами. Этот предел зависит от ширины êолеи, êолесной базы тележêи, êо-нóсности êолесных пар, зазора в êолее и сопротивления тележêи óãловомóповоротó. Вписывание в êривóю без êасания рельсов ãребнями êолес поêа-

o 2-17 x

зано на рис. 2.18. Моменты в направлении по часовой стрелêе, возниêаю-щие от сил продольноãо êрипа, находятся в равновесии с моментами в на-правлении против часовой стрелêи, возниêающими от сил поперечноãоêрипа, и таêим образом тележêа находится в равновесии.

Обычно тележêи для нормальной êолеи (1435 мм), имеющие êолеснóюбазó оêоло 1,8 м, моãóт вписываться в êривые радиóсом от 1500 до 2000 мбез ãребневоãо êонтаêта. В этих óсловиях и при достаточной точности вза-имноãо расположения элементов тележêи поперечный и продольный êрипмал, а вредное воздействие тележêи на рельс и пóть сведено ê минимóмó.Изнашивание поверхности êатания и рабочей ãрани ãоловêи рельса мини-

o 2-18 x

0

7

14

21

28

35

200 700 1200 1700 2200

2l = 1507 мм

2a = 1830 мм

r = 457 мм

По

пе

ре

чно

е с

ме

ще

ни

е,

мм

Радиус кривой, м

Конусность 0,2

Конусность 0,05

V

2a

2l

y

Rc

α =a

Rc

γRc

r0l

C11γy

r0

C11γy

r0

C11γy

r0

C11γy

r0

2C22a

Rc

2C22a

Rc

α =a

Rc

Осевая линия пути

Положение чистого каченияколесной пары

Рис. 2.18. Вписывание в êривóю без êонтаêта ãребней êолес с рельсами

0

18

36

54

72

90

1250 1750 2250 2750 3250 3750 4250 4750

Rc = 200 м

Rc = 500 м

Rc = 200 м

Rc = 1000 м

Rc = 1000 м

Rc = 500 м

База тележки, мм

По

пе

ре

чно

е с

ме

ще

ни

е, м

м

Rc — радиус кривой, м

Рис. 2.20. Зависимость поперечноãо смеще-ния êолесной пары от êолесной базы тележêи

при различных радиóсах êривой

Рис. 2.19. Зависимость поперечноãо смещенияêолесной пары от радиóса êривой при различ-

ной êонóсности êолесной пары

мально, но после пропóсêа поездной наãрóзêи порядêа 200 млн. т брóттообнарóживается неêоторое пластичесêое течение металла с поверхностиêатания ê внешним сторонам нарóжноãо и внóтреннеãо рельсов. Это явле-ние может быть исправлено шлифованием.

На рис. 2.19 и 2.20 поêазана взаимосвязь óêазанных переменных вели-чин (радиóса êривой, êонóсности êолеса, базы тележêи, поперечноãо сме-щения).

В êривых радиóсом менее 1500 м, при малой êонóсности êолес, óмень-шенном зазоре в êолее, больших нарóшениях непрерывности поверхностиêатания рельсов, а таêже êоãда в составе поезда есть ваãоны с плохо на-правляемыми в êолее тележêами, имеет место ãребневой êонтаêт, а тележ-êа занимает положение, поêазанное на рис. 2.21.

Моменты сил Fa поперечноãо êрипа, возниêающие от наличия óãловнабеãания êолеса на рельс и направленные против часовой стрелêи, оêа-зываются больше моментов в направлении по часовой стрелêе, возниêаю-щих от сил Fпрод продольноãо êрипа, и поэтомó должны быть дополненысилами на ãребне. При этом имеет место êонтаêт междó êолесом ирельсом, подобный поêазанномó на рис. 2.10 и сопровождающийся боль-шим изнашиванием зоны выêрóжêи ãоловêи рельса и повышенным плас-тичесêим течением материала в направлении ê внешней стороне внóтрен-неãо рельса. Лóбриêация не изменяет баланс сил на тележêе при движениив êривой, но вводит механизм пониженноãо изнашивания междó êолесоми рельсом.

Дальнейшие исследования позволили оценить варианты óсловий рабо-ты системы êолесо рельс и дать неêоторые реêомендации.! Двóхточечный êонтаêт êолеса и рельса при малой эффеêтивной êонóс-ности. Этот вариант необходимо проверить êаê для новых, таê и для из-ношенных êолес и рельсов. При этих óсловиях в дополнение ê лóбриêа-ции реêомендóется обеспечить êонформные профили êолеса и рельса,посêольêó пóтем применения дрóãих óпомянóтых в данном разделе

o 2-19 x

V

2a2l

Fa

P1

P2

Fпрод

Fa

Fпрод

Fпрод

Fпрод

Рис. 2.21. Контаêт ãребняêолеса с рельсом при дви-

жении в êривой

средств для óлóчшения распределения сил можно сделать лишь немно-ãое. Возможно, потребóется óстановить новые предельные величиныизноса êолеса и рельса. Имеются оãраничения и на изменение êонóс-ности êолесной пары. Для достижения движения без êонтаêта ãребня срельсом моãóт применяться профили с большой êонóсностью. Это до-стиãается, ãлавным образом, посредством асимметричноãо шлифова-ния ãоловêи рельса, причем полóченный профиль не сохраняется в те-чение длительноãо времени и в óсловиях высоêих осевых наãрóзоê тре-бóет частоãо восстановления, посêольêó действие поперечноãо про-сêальзывания изнашивает поверхность êатания ãоловêи рельса и ниве-лирóет резóльтаты шлифования (см. рис 2.10). Поэтомó для достижениядолãовременных резóльтатов с помощью данной меры требóется обес-печить мониторинã пóти. Помимо этоãо, асимметричное шлифованиепорождает большие напряжения на выêрóжêе ãоловêи рельса и обóс-ловливает преждевременные óсталостные повреждения, за возниêнове-нием êоторых необходимо следить. Большая êонóсность профиля êолесможет таêже приводить ê неóстойчивости движения подвижноãо соста-ва в прямых. По этой причине любые изменения профиля êолеса, ведó-щие ê óвеличению êонóсности, должны быть проверены на прямыхóчастêах пóти.

!Неадеêватное возвышение нарóжноãо рельса в êривых. Чрезмерное возвы-шение нарóжноãо рельса может приводить ê томó, что тележêа бóдетстараться развернóться в êривой, чтобы противостоять действóющим нанее при движении силам. Это обóсловливает óвеличение óãла набеãа-ния, интенсифиêацию поперечноãо êрипа и рост резóльтирóющих сил,действóющих на ãребне êолеса. Чтобы вертиêальные силы, действóю-щие на нарóжный и внóтренний рельс, были примерно равными, необ-ходимо, чтобы сêорость движения в êривой соответствовала фаêти-чесêомó возвышению нарóжноãо рельса. Это предотвратит переãрóзêóодной из рельсовых нитей в óсловиях тяжеловесноãо движения. Увели-чение óãла набеãания сêазывается на силах, действóющих на централь-нóю опорó. Связь междó поперечными силами, действóющими на цент-ральнóю опорó, и óãлом набеãания поêазана на рис. 2.22.

o 2-20 x

α

Fпоперечн.

Fпоперечн

Уменьшение α

Увеличение α Рис. 2.22. Силы, действóю-щие на центральнóю опорóтележêи в зависимости от

óãла набеãания

! Точность направления в рельсовой êолее. Следóет проверить весь эêсплóа-тирóемый парê подвижноãо состава на точность направления в êолее,посêольêó неêоторые ваãоны моãóт изменять свое положение относи-тельно оси пóти при движении в одних êривых и вести себя по-дрóãомóв дрóãих.

! Рациональная связь междó тележêой и êóзовом эêипажа. Необходимооценивать сопротивление óãловомó поворотó тележêи относительно êó-зова.

2.3.2.2.2. Тележ%и'с'малой'жест%остью'на'из2иб

В тележêах, называемых самоóстанавливающимися, использóются про-дольные силы êрипа, возниêающие междó êолесной парой и рельсом, длясжатия/растяжения продольных прóжин, êоторые обеспечивают жестêостьна изãиб. Это позволяет осям êолесных пар óстанавливаться в êривых поч-ти в радиальное положение, êаê поêазано на рис. 2.23. При этом попереч-ные силы êрипа снижаются почти до нóля, что позволяет предотвратитьвозниêновение сил на ãребне êолеса и их вредное воздействие на рельс,последствия êотороãо продемонстрированы на рис. 2.10.

2.4. Системы'рессорно2о'подвешивания,'применяемыена'пра%ти%е'в'тяжеловесном'движении

2.4.1. Тележ%и'для'больше2р<зных'ва2онов

Каê отмечено выше, в ваãонах для тяжеловесноãо движения использó-ются преимóщественно трехэлементные тележêи. На ряде железных дороãприменяются таêже тележêи разных êонстрóêций, имеющие свойство са-моóстановêи. В данном разделе рассматриваются êаê обычные, таê и само-óстанавливающиеся тележêи.

o 2-21 x

Центр кривой

Рис. 2.23. Радиальная óстановêа êолесных пар вêривой

2.4.1.1. Обычная(трехэлементная(тележ1а

Хотя таêие тележêи именóются трехэлементными, в них, помимо боêо-вин и шêворневой балêи, имеется мноãо дрóãих êонстрóêтивных элемен-тов. Кроме тоãо, для óлóчшения ходовых хараêтеристиê тележеê в них былвнесен ряд óсовершенствований. Ниже рассмотрены óсовершенствован-ные элементы рессорноãо подвешивания и неêоторые дополнения êосновной êонстрóêции.

2.4.1.1.1. Компле1т(пр5жин(вторично8о(подвешивания

Комплеêт прóжин второй стóпени рессорноãо подвешивания трехэле-ментной тележêи расположен в проеме боêовины, ãде он опирается наãнездо и поддерживает шêворневóю балêó, таêже выходящóю в проем бо-êовины (рис. 2.24). Комплеêт состоит из определенноãо числа двóхрядных(внóтренних и нарóжных) прóжин, навитых при изãотовлении в ãорячемсостоянии, и фриêционных êлиновых амортизаторов. Число прóжин и иххараêтеристиêи зависят от ãрóзоподъемности êонêретноãо ваãона. Фриê-ционный амортизатор обычно состоит из литых êлиньев, óстановленныхмеждó стойêами боêовины и шêворневой балêой и поддерживаемых ста-билизирóющими прóжинами. Подвешивание таêоãо типа сêонстрóированотаêим образом, чтобы междó вертиêальной поверхностью êлина и изнаши-ваемой планêой на стойêе боêовины возниêали силы трения, обеспечи-вающие определенное положение шêворневой балêи и боêовины относи-тельно дрóã дрóãа. Оно таêже способствóет оãраничению виляния тележêи.

Созданию оптимальной êонстрóêции êомплеêта прóжин вторичноãоподвешивания на праêтиêе препятствóют следóющие фаêторы:! оãраниченное пространство для размещения элементов подвешивания;! допóстимые предельные напряжения в элементах подвешивания;! предельные деформации прóжин под наãрóзêой;! хараêтеристиêи тележêи по направлению в êолее;! стоимость изãотовления и техничесêоãо обслóживания.

o 2-22 x

Первичное подвешивание

Вторичное подвешивание

Рис. 2.24. Трехэлементная тележêа

2.4.1.1.2. Фри$ционные*амортизаторы

Каê óêазано ранее, êлинья фриêционных амортизаторов, óстановлен-ные междó шêворневой балêой и боêовиной и поддерживаемые стабили-зирóющими прóжинами, предназначены для демпфирования динамиче-сêих реаêций ходовой части ваãона, движóщеãося по неровностям пóти. Втяжеловесном движении применяются фриêционные амортизаторы двóхтипов: с постоянным трением и чóвствительные ê изменениям наãрóзêи,êаê поêазано на рис. 2.25 и 2.26. Хараêтеристиêи фриêционноãо амортиза-тора с постоянным трением не зависят от наãрóзêи ваãона, в то время êаêêонстрóêция, чóвствительная ê изменениям наãрóзêи, обеспечивает болееэффеêтивное фриêционное демпфирование при большей наãрóзêе.

В êонстрóêциях с фриêционными êлиновыми элементами использóет-ся свойство диссипации энерãии при трении стали о сталь. Однаêо приопределенных обстоятельствах, таêих, êаê движение с высоêой сêоростьюили неóдовлетворительное состояние пóти, имеет место интенсивное изна-шивание трóщихся поверхностей. В резóльтате êлинья выходят за поверх-

o 2-23 x

Фрикционныйклин

Клиноваяпружина

Шкворневаябалка

Окнобоковины

Рис. 2.25. Демпферы посто-янноãо трения

Фрикционныйклин

Клиноваяпружина

Шкворневаябалка

Окнобоковины

Рис. 2.26. Фриêционныедемпферы, чóвствительные ê

величине наãрóзêи

o 2-24 x

a b

a < b

Поднятие фрикционногоклина вследствиеего износа

Поднятие фрикционногоклина над шкворневойбалкой

Пределизнашиванияклина

Изношенноесостояние

Новое иливосстановленноесостояние

Рис. 2.27. Поднятие фриê-ционноãо êлина вследст-

вие износа

Изношенные планкибоковины

Фр

икц

ио

нн

ый

кл

ин

Шкворневая балка

Механические стопорына наклонных поверхностях

Фр

икц

ио

нн

ый

кл

ин

Шкворневая балка

Вертикальная динамическаясила

Фр

икц

ио

нн

ый

кл

ин Перекос

(разворот)клина

Фр

икц

ио

нн

ый

кл

ин

Рис. 2.28. Переêос (разворот) фриêционныхêлиньев вследствие износа боêовины при пе-реходе от порожнеãо ê ãрóженомó режимó

ность шêворневой балêи и изнашиваемой планêи в проеме боêовины(рис. 2.27), что приводит ê óменьшению сил фриêционноãо демпфирова-ния и изменению вертиêальной, поперечной жестêости и сопротивляе-мости параллелоãраммированию рамы тележêи. Таêие изменения моãóтприводить ê óхóдшению динамиêи движения подвижноãо состава. С дрó-ãой стороны, потеря подвижности рессорноãо подвешивания вследствиесхватывания êлиньев в резóльтате их переêоса из-за износа êонтаêтирóю-щих поверхностей боêовины (рис. 2.28) приводит ê томó, что в êонтаêтмеждó êолесом и рельсом передаются большие óдарные наãрóзêи, êоторыене тольêо повреждают êонстрóêтивные элементы ваãона, но и ведóт êóсêоренномó нарóшению параметров пóтевой стрóêтóры.

Для предотвращения повышенноãо износа и схватывания êлиньев нанеêоторых железных дороãах использóют óпрóãие фриêционные элементы,выполненные из óретановых эластомеров, êоторые значительно снижаютизнос. В таêих êонстрóêциях способность ê фриêционномó демпфирова-нию и сопротивляемость параллелоãраммированию тележêи сохраняется втечение более длительноãо времени и óменьшает необходимость в реãóляр-ном восстановлении наêлонных поверхностей шêворневой балêи.

В ваãонах, предназначенных для перевозêи êрóпноãабаритных êонтей-неров, в целях снижения вертиêальных êолебаний êóзова при движении свысоêой сêоростью, óлóчшения ходовых хараêтеристиê, минимизации силво взаимодействии êолеса и рельса, возниêающих вследствие плохой ди-намиêи ваãона, и предотвращения повреждений перевозимоãо ãрóза ис-пользóются ãидравличесêие амортизаторы.

2.4.1.1.3. Адаптеры)подшипни.ов

Одной из фóнêций адаптеров подшипниêов является óчастие в предот-вращении ослабления связности трехэлементной тележêи. Недостаточнаясвязность может быть причиной сильноãо виляния тележêи при движениис низêой сêоростью. В таêих óсловиях адаптеры подшипниêов интенсивноизнашиваются, что еще более снижает связность тележêи. По этой причи-не для обычных трехэлементных тележеê очень важно оãраничивать износв зонах адаптеров подшипниêовых бóêс и фриêционных êлиньев. Изна-шивание адаптеров можно óменьшить пóтем применения жестêих резино-вых проêладоê, хорошо работающих на сдвиã (рис. 2.29).

o 2-25 x

Адаптерподшипника

Упругаяпрокладка,работающаяна сдвиг

Рис. 2.29. Адаптер подшипниêа с работаю-щей на сдвиã амортизационной проêлад-

êой

2.4.1.1.4. Констр'(ции,+'величивающие+жест(остьтележ(и+на+сдви6

Применение прóжинных планоê (рис. 2.30), диаãональных связей меж-дó боêовинами (рис. 2.31) и фриêционных êлиньев повышает жестêостьтрехэлементной тележêи на сдвиã. При этом за счет определенной мяãêос-ти прóжин обеспечивается податливость в поперечном направлении. В от-сóтствие больших поперечных сил на фриêционных êлиньях, для тоãо что-бы еще более смяãчить ходовые свойства эêипажа в поперечном направле-нии, использóется êонстрóêция с подвесêами и шарнирами (см. рис. 2.30).

Таê называемая люлечная тележêа (см. рис. 2.30) создана для óлóчше-ния поперечной динамиêи посредством применения êонстрóêции, эêви-валентной маятниêовомó подвешиванию. Шêворневая балêа таêой тележ-êи опирается на прóжины через прóжиннóю планêó, êоторая держится напродольных призматичесêих опорах на дне проемов боêовин. В свою оче-редь, боêовины оснащены подобными призматичесêими опорами в зонебóêсовых проемов, ãде óстановлены адаптеры подшипниêов. Боêовины

o 2-26 x

Рис. 2.30. Трехэлементная тележêа с прóжинной планêой и маятниêовым óстройством

выстóпают в êачестве элементов êачающейся подвесêи. Прóжинная план-êа, соединяющая боêовины, предохраняет их от потери связей дрóã с дрó-ãом, что снижает сêлонность тележêи ê вилянию.

Одним из наиболее óдачных способов борьбы с вилянием тележêи яв-ляется использование связей междó боêовинами, êаê поêазано на рис. 2.31.В этой êонстрóêции междó боêовинами óстановлены диаãональные связи, амеждó бóêсовыми проемами боêовин и адаптерами подшипниêов демп-фирóющие проêладêи.

Тележêи, в êонстрóêции êоторых предóсмотрена повышенная жест-êость на сдвиã, часто выполняются таêим образом, что имеют возможностьнеêотороãо поворота осей êолесных пар относительно дрóã дрóãа, что до-стиãается óстановêой эластичных проêладоê междó êорпóсами бóêс и бóê-совыми проемами боêовин или допóщением неêоторой степени свободыперемещений в этих зонах. Вместе с тем подобные êонстрóêции моãóт оêа-заться слишêом податливыми в продольном направлении при большихтормозных óсилиях.

2.4.1.1.5. Сопротивление+поворот,+тележ.и

Сопротивление поворотó тележêи относительно êóзова является важ-ной хараêтеристиêой с точêи зрения óстойчивости движения и предотвра-щения виляния трехэлементной тележêи. Сопротивление поворотó тележ-êи зависит в основном от трения в центральной опоре, но на неãо моãóтвлиять таêже хараêтеристиêи прóжин и/или ãидравличесêих демпферовсистемы рессорноãо подвешивания. Эти три основных фаêтора можнообобщить следóющим образом:!Фриêционное сопротивление поворотó. В слóчае фриêционноãо сопро-тивления вращающий момент óвеличивается до тех пор, поêа не превы-сит момент трения. После этоãо возниêает интенсивное сêольжение,

o 2-27 x

Рис. 2.31. Трехэлементнаятележêа с диаãональнымисвязями междó боêовина-

ми

сопровождающееся диссипацией энерãии в процессе трения. Возвра-щающих сил при этом нет.

! Сопротивление прóжин. Если в êачестве элемента, оãраничивающеãо по-ворот, выстóпают прóжины, то имеет место постоянное óвеличение воз-вращающих сил по мере вписывания тележêи в êривóю. Прóжины, взя-тые изолированно, не моãóт диссипировать энерãию поворота и спо-собны тольêо влиять на собственные частоты рессорноãо подвешива-ния.

! Сопротивление демпферов. Гидравличесêие амортизирóющие óстройстване оêазывают дополнительноãо сопротивления поворотó тележêи привписывании в êривóю, но обладают свойством поãлощения динами-чесêой энерãии вращения при движении в прямой.Обеспечение сопротивления поворотó тележêи за счет трения в опорах

и óпрóãости прóжин не требóет дополнительных затрат и способствóет до-стижению êомпромисса междó параметрами óстойчивости против вилянияи вписывания в êривые. Использование ãидравличесêих óстройств обхо-дится дороже и не обеспечивает êомпромисс междó вилянием и вписыва-нием в êривые. Эти óстройства применяются в основном в óсовершенство-ванных тележêах.

Во всех слóчаях рассмотренные фаêторы вполне óдовлетворительноспособствóют óменьшению виляния трехэлементных тележеê. В общемслóчае применение дрóãих средств не приносит дополнительных преимó-ществ для большинства трехэлементных тележеê. Однаêо боêовые опорыпостоянноãо êонтаêта в неêоторой степени дают возможность оãраничи-вать виляние, что позволяет снизить эêсплóатационные расходы и óлóч-шить ходовые хараêтеристиêи тележеê.

Ниже рассмотрены четыре основных типа боêовых опор. Боêовые опоры непостоянноãо êонтаêта (рис. 2.32). При использовании

боêовых опор таêоãо типа êонтаêт междó êóзовом ваãона и боêовой опо-рой имеет место в слóчаях значительных переêосов пóти или/и при нали-чии поперечных центробежных сил, действóющих на êóзов. Основнымпредназначением боêовых опор непостоянноãо êонтаêта является оãрани-чение перемещений êóзова, но они не повышают óстойчивость движенияэêипажа. Таêие опоры обычно применяются в сочетании с самоóстанавли-вающимися трехэлементными тележêами.

Упрóãие боêовые опоры постоянноãо êонтаêта (рис. 2.33). Опоры этоãотипа обеспечивают неêоторое óпрóãое (прóжинное) сопротивление не-большим перемещениям шêворневой балêи относительно рамы êóзова.Это решение приãодно в основном для ваãонов сравнительно небольшойãрóзоподъемности.

Ролиêовые боêовые опоры постоянноãо êонтаêта (рис. 2.34). Таêие боêо-вые опоры обеспечивают малое сопротивление поворотó тележêи и слóжатдля оãраничения перемещения êóзова ваãона.

Упрóãие боêовые опоры постоянноãо êонтаêта в сочетании с ролиêами(óпрóãо-êатêовые опоры, рис. 2.35). У опор этоãо типа óпрóãие элементыобеспечивают óправляемый óровень виляния ваãона êаê в порожнем, таê и

o 2-28 x

в ãрóженом состоянии, в то время êаê ролиêовые элементы, восприни-мающие бóльшóю часть наãрóзêи, позволяют тележêе поворачиваться от-носительно êóзова с сóщественно меньшим сопротивлением, чем если быэти большие наãрóзêи воспринимались элементами с трением сêольжения,а не êачения.

Очень важно посредством правильноãо реãóлирования боêовых опорне допóсêать разãрóзêи отдельных êолес по сравнению с дрóãими. Крометоãо, следóет отметить, что при использовании опор с бóльшим момент-ным плечом создается большее фриêционное сопротивление. Это сопро-тивление должно êомпенсироваться применением ролиêовых и/или óпрó-ãих элементов в боêовых опорах постоянноãо êонтаêта.

o 2-29 x

Центральная опораБоковая опора

Рис. 2.32. Боêовые опоры непостоянноãо êонтаêта

Рис. 2.34. Ролиêовые боêовые опоры посто-янноãо êонтаêта

Рис. 2.35. Упрóãие боêовые опоры постоянно-ãо êонтаêта в сочетании с ролиêами

Рис. 2.33. Упрóãие боêовые опоры постоян-ноãо êонтаêта

2.4.1.2. Трехэлементные+тележ-и+с+различнымиспособами+6станов-и

Традиционные трехэлементные тележêи, êоторые в течение длительно-ãо времени являлись стандартными для ãрóзовых ваãонов, имеют преимó-щество малой стоимости изãотовления и техничесêоãо обслóживания. В тоже время таêим тележêам свойственны определенные недостатêи: они не-óстойчивы при движении с высоêой сêоростью, неóдовлетворительно впи-сываются в êривые, из-за чеãо имеет место высоêая интенсивность изна-шивания ãребней êолес и боêовой поверхности ãоловêи рельсов; значи-тельные поперечные силы и сопротивление поворотó моãóт быть причи-ной схода с рельсов.

В обычных трехэлементных тележêах межосевая жестêость на сдвиã иизãиб, необходимая для обеспечения óстойчивости, достиãается за счет по-перечной и продольной жестêости первой стóпени рессорноãо подвешива-ния междó êолесными парами и рамой тележêи. Посêольêó жестêость по-перечноãо и продольноãо подвешивания действóет последовательно, сни-жение жестêости на изãиб вызывает снижение жестêости на сдвиã, таêимобразом оãраничивая допóстимóю в эêсплóатации сêорость движения.

Для оптимизации хараêтеристиê вписывания в êривые необходимоменьшее, чем ó обычных тележеê, сопротивление поворотó относительноêóзова. Это требóет применения непосредственных связей междó осямиêолесных пар, выполненных таê, чтобы достиãалась межосевая жестêостьна сдвиã, независимая от межосевой жестêости на изãиб.

Таêим образом, в рессорном подвешивании тележêи в связях междó êо-лесными парами нóжны óстройства, êоторые обеспечивали бы фаêтичесêичистое êачение êолесной пары при движении в êривых и необходимóюóстойчивость в прямых. Соответствóющие техничесêие решения найденыв êонстрóêциях самоóстанавливающихся или принóдительно óстанавли-вающихся тележеê. Главные преимóщества óстанавливающихся тележеêзаêлючаются в пониженной интенсивности изнашивания ãребней êолес,óлóчшенном соотношении боêовой и вертиêальной наãрóзоê, меньшем со-противлении движению в êривых, большей сопротивляемости вилянию исходó с рельсов.

2.4.1.2.1. Само6станавливающиеся+трехэлементные+тележ-и

Исследования поêазали, что для обеспечения динамичесêой стабиль-ности движения подвижноãо состава требóется определенная степеньжестêости междó êолесными парами на сдвиã и изãиб в тележêе. Для обес-печения межосевой жестêости на сдвиã в стандартных тележêах использó-ется жестêость рамы, и в тележêах с жестêой рамой достиãается достаточ-ная межосевая жестêость на сдвиã. Однаêо в трехэлементной тележêежестêость на сдвиã недостаточна для обеспечения оптимальной óстойчи-вости движения. Кроме тоãо, если для передачи сдвиãовых реаêций междó

o 2-30 x

êолесными парами использóется рама, требóются строãие оãраничения по-воротó êолесных пар. В óстанавливающихся тележêах это невозможно.Следовательно, для обеспечения нормальноãо вписывания и óстойчивостидвижения необходима межосевая жестêость на сдвиã, независимая от оãра-ничений поворотó êолесных пар. В этом слóчае продольная и поперечнаяжестêость первичноãо подвешивания должны подбираться таêим образом,чтобы обеспечить нормальное вписывание, óстойчивость и ходовые хараê-теристиêи тележêи.

Этот подход привел ê разработêе самоóстанавливающихся трехэлемент-ных тележеê различных êонстрóêций, например с диаãональными анêер-ными связями, с сочлененной рамой и с радиальными рычаãами. Уêазан-ные êонстрóêции êратêо рассмотрены ниже.

2.4.1.2.1.1. Тележ%а'с'пере%рестными'ан%ерными'связями

В тележêе с переêрестными анêерными связями (рис. 2.36) сохраненытрехэлементная êонстрóêтивная схема рамы, а таêже чóвствительное ê на-ãрóзêе вертиêальное и поперечное демпфирование, но вместе с тем введе-ны работающие на сдвиã óпрóãие проêладêи ó êорпóсов подшипниêовбóêс, чтобы êонтролировать поворотные перемещения êолесных пар иобеспечивать дополнительнóю межосевóю жестêость на сдвиã, независи-

o 2-31 x

Рис. 2.36. Тележêа с пере-êрестными анêерными

связями

мóю от оãраничений, налаãаемых трехэлементной êонстрóêцией рамы те-лежêи.

При этом межосевая жестêость на сдвиã достиãается диаãональнымисвязями êорпóсов бóêс с помощью переêрестных анêерных связей.

2.4.1.2.1.2. Тележ%а'с'сочлененной'рамой

В трехэлементной тележêе с сочлененной рамой (рис. 2.37) примененапара подвижных рычаãов, связанных дрóã с дрóãом с помощью óпрóãоãосочленения, расположенноãо в центре тележêи. Эта êонстрóêция обеспе-чивает пониженнóю межосевóю жестêость на изãиб, что óлóчшает способ-ность ê вписыванию в êривые, и óвеличеннóю межосевóю жестêость насдвиã, что способствóет достижению необходимой óстойчивости в прямых.

2.4.1.2.1.3. Тележ%а'с'радиальными'рыча3ами

Констрóêтивная схема тележêи с радиальными рычаãами (рис. 2.38) яв-ляется дальнейшим развитием схемы с диаãональными анêерными связя-ми. Подобно тележêе с диаãональными связями, две ее êолесные пары со-единены таê, чтобы обеспечивалась сдвиãовая связь междó ними. Этоãонельзя достичь в схеме с диаãональными анêерными связями, êоторыедолжны проходить через шêворневóю балêó и соединяться с боêовинами,

o 2-32 x

Рис. 2.37. Тележêа с со-члененной рамой

но можно с помощью радиальных рычаãов, êоторые размещаются снарóжибоêовин. В трехэлементной тележêе радиальные рычаãи интеãрирóются садаптерами, óстановленными на подшипниê êассетноãо типа.

2.4.1.2.2. Трехэлементные+тележ-и+с+прин1дительной+1станов-ой

В этих тележêах связи выполняют фóнêции êаê стабилизации положе-ния, таê и радиальной óстановêи осей êолесных пар. Обычно принóди-тельно óстанавливаемые тележêи имеют внешнее и/или внóтреннее соеди-нение êолесных пар с рамой тележêи и êóзовом ваãона посредством верти-êальных рычаãов. Межосевая жестêость на сдвиã остается зависимой отпоперечной жестêости первой стóпени рессорноãо подвешивания.

2.4.2. Тележ-и+ло-омотивов

Лоêомотивные тележêи обычно имеют рамó жестêой êонстрóêции, êо-торóю можно использовать, посêольêó ó лоêомотивов в эêсплóатации непроисходит значимоãо изменения массы (в противоположность ваãонам,êоторые моãóт быть порожними или ãрóжеными). Преимóщество тележêис жестêой рамой состоит в том, что она обеспечивает óстойчивóю основóдля тяãовых двиãателей и привода, необходимóю, чтобы передавать боль-шие тяãовые óсилия. Кроме тоãо, стоимость лоêомотивной тележêи несó-

o 2-33 x

Рис. 2.38. Тележêа с ради-альными рычаãами

щественна по сравнению с общей стоимостью лоêомотива. В таêой тележ-êе можно обеспечить хорошие ходовые хараêтеристиêи при движении впрямых и êривых, точно рассчитывая êонстрóêцию рамы и ее êомпонен-тов, таêих, êаê бóêсовые направляющие (рис. 2.39).

В резóльтате применения óсовершенствованноãо асинхронноãо тяãово-ãо привода, новых êомпьютерных систем óправления, радиально óстана-вливающихся тележеê óдалось повысить тяãовое óсилие и óровень сцепле-ния современных лоêомотивов. В радиальных тележêах êолесные парыóстанавливаются более точно по отношению ê направлению движения,вследствие чеãо достиãается более равномерное распределение сил êрипа,что, в свою очередь, óлóчшает тяãовые хараêтеристиêи. К разработêам по-следнеãо времени относятся шестиосные лоêомотивы с радиальными те-лежêами. Изãотовителями заявлено, что эти лоêомотивы моãóт развиватьсилó тяãи до 610 êН в продолжительном режиме при êоэффициенте сцеп-ления 35 %.

2.5. Разработ(а)профилей)рельса)и)(олеса

В этом разделе рассмотрены применяемые на праêтиêе профили, очер-тания êоторых состоят из êривых разноãо радиóса, а таêже даны обоснова-ния выбора тоãо или иноãо профиля. Основное внимание óделено сложно-мó взаимодействию êолеса и рельса, представляющемó собой сочетаниеаспеêтов механиêи êонтаêта, триболоãии и динамиêи подвижноãо состава.Затронóты вопросы влияния различных ãеометричесêих параметров пóти,а таêже механиêи êонтаêтноãо взаимодействия, êоторые еще не вполне из-

o 2-34 x

Пружиныпервичногоподвешивания

Корпусподшипниковойбуксы

Буксоваянаправляющая

Рис. 2.39. Узел бóêсо-вой направляющей ло-êомотивной тележêи

óчены. Однаêо разработчиêи профилей при принятии решений должныпрежде всеãо ориентироваться на сеãодняшние потребности и наêоплен-ный ê настоящемó времени опыт, чтобы обеспечить оптимальнóю работо-способность êолеса и рельса. Для этоãо следóет рóêоводствоваться лоãиче-сêим подходом и основываться на современном óровне знаний по даннымвопросам.

2.5.1. Основные(положения

Ниже приведены основные соображения, êоторые должны быть приня-ты во внимание при выборе профилей рельса и êолеса.

1. Контаêт не распространяется по всей поверхности рельса и êолеса.Этим очевидным óтверждением зачастóю пренебреãают. Сама природа про-филей рельса и êолеса препятствóет полномó êонтаêтó. Контаêт оãраниченобластями, выделенными на рис. 2.40, и предполаãает изменение очерта-ний профиля рельса и êолеса. При этом возниêают вопросы: êаê ãлóбоêиэти изменения, ê êаêим очертаниям они приводят, êаêовы допóстимыепределы этих изменений и с êаêой интенсивностью они происходят.

2. Контаêт неравномерно распределен в областях, поêазанных на рис.2.40.При движении в прямых êонтаêт êолеса и рельса имеет место преимóще-ственно в средней части поверхности êатания обода (рис. 2.41). Сосредото-

o 2-35 x

Коническое колесо на выпуклойчасти головки рельса малого радиуса

Профилированное колесо

Рис. 2.40. Потенциальные областиêонтаêта рельса и êолеса

Рис. 2.41. Распределение êонтаêта на поверхности êатанияêолеса в прямой

чение êонтаêта в óзêой центральной зоне в наибольшей мере проявляетсяпри сочетании êолес с чисто êоничесêим профилем обода и рельсов с про-филем большой êривизны и в меньшей степени при êолесах с профилиро-ванным ободом и относительно плосêих рельсах. Полоса êонтаêта болеечетêо выражена при большем постоянстве ширины рельсовой êолеи. Нóж-но избеãать двóхточечноãо êонтаêта междó ободом êолеса и ãоловêой рель-са в прямых, посêольêó он приводит ê êонтаêтó поверхностей с óвеличен-ной êонóсностью и ãрозит неóстойчивостью движения эêипажа.

Распределение êонтаêта по профилю êолеса в êривых праêтичесêисимметрично, если на линии имеется примерно равное число левых и пра-вых êривых. Распределение êонтаêта по профилю рельса асимметрично изависит от преимóщественноãо направления движения поездов в êривой.При использовании профилированных êолес êонтаêт нарóжноãо êолесапервой по направлению движения êолесной пары происходит ближе êоснованию ãребня и рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса, чем нарóжноãо êо-леса второй êолесной пары (рис. 2.42). Подобные различия в хараêтереêонтаêта имеют место и в отношении внóтреннеãо рельса. Эти различиямоãóт быть полезны, таê êаê óменьшают число циêлов наãрóжения до на-êопления êонтаêтной óсталости в êолесе и рельсе. Контаêтные напряже-ния и силы êрипа в êривых выше, чем в прямых. При êоничесêих êолесахêонтаêт сосредоточен в средней части ãоловêи рельса. На ободе êолеса зо-на êонтаêта смещается от центра ê нарóжной боêовой поверхности на ве-личинó поперечноãо смещения êолесной пары. Этот эффеêт êонцентра-ции êонтаêта на êолесе и рельсе приводит ê óменьшению óсталостной дол-ãовечности рельса.

Коничесêий профиль поверхности êатания êолес непостоянен, таê êаêбыстро изнашивается и переходит в более êонформный профиль. Поэтомóон исêлючен из дальнейшеãо рассмотрения.

o 2-36 x

Первая по направлению движения колесная пара

Вторая колесная пара

Рис. 2.42. Распределениезон êонтаêта на первойи второй по направле-

нию движения êолесныхпарах и рельсах в êривой

3. Прямое соотнесение êонтаêта и износа с êрипом неправомочно, посêоль-êó не óчитывает поперечноãо течения материала по профилю. Модели, про-ãнозирóющие изменение очертаний êолеса и рельса, должны приниматьво внимание не тольêо óдаление материала, обóсловленное работой силтрения, но и перемещение материала по профилю. Изменение очертанийêолеса и рельса наãлядно представлено на рис. 2.10 и 2.43, описано в рабо-те Дж. Калоóсеêа (J. Kalousek) [2.4] и отмечено в наблюдениях автора. Этивопросы рассмотрены далее.

2.5.2. Разделение)профилей)/олеса)и)рельсана)ф2н/циональные)области

Фóнêционально профили рельса и êолеса можно разделить на следóю-щие области (рис. 2.44):! область A êонтаêт междó средней частью ãоловêи рельса и обода êо-леса;

! область В êонтаêт междó выêрóжêой ãоловêи рельса и ãалтелью восновании ãребня;

! область С êонтаêт междó нарóжными зонами рельса и êолеса.

2.5.2.1. Область)A:)/онта/т)межд2)средней)частью<олов/и)рельса)и)обода)/олеса

В этой области êонтаêт возниêает наиболее часто при движении по-движноãо состава в прямых и êривых относительно большоãо радиóса (не-óстанавливающиеся тележêи) или в êривых малоãо радиóса (радиальныетележêи). В резóльтате сочетания óêазанных óсловий и ãеометрии рельса иêолеса происходит следóющее:! êонтаêтные напряжения междó рельсом и êолесом самые низêие извсех возможных;

o 2-37 x

Рис. 2.43. Колесо с про-êатом вызывает повреж-

дение рельсов

Область В

Область С Область А

Рис. 2.44. Фóнêциональные области êон-таêта в системе рельс êолесо

! поперечное просêальзывание и сопóтствóющие емó силы êрипа низêие,особенно если ходовая часть подвижноãо состава не подверãается воз-действию неровностей пóти или сохраняет óстойчивость;

! продольное просêальзывание и сопóтствóющие емó силы êрипа боль-ше, чем поперечное, что создает блаãоприятные óсловия для óстойчи-вости эêипажа;

! допóстимая сêорость движения выше, чем в êривых меньшеãо радиóса.Эта область êонтаêта рассчитывается прежде всеãо на оптимизацию

óстойчивости движения подвижноãо состава с обеспечением в то же времяразности диаметров êачения êолес достаточной, чтобы, соãласно моделиНьюланда (Newland), вписываться в êривые относительно большоãо ради-óса (для неóстанавливающихся тележеê) и меньшеãо радиóса (для само-óстанавливающихся тележеê). Чтобы óменьшить интенсивность износаэтой области, êонóсность здесь должна быть настольêо мала, насêольêоэто возможно с óчетом требований ê вписыванию, предóсматривающихраспространение êонтаêта на êаê можно бóльшóю часть ширины обода êо-леса. Головêа рельса в этой области заêрóãлена по радиóсó, и предпочти-тельными являются профилированные êолеса.

Конóсность и разность радиóсов можно рассчитать с помощью ãеомет-ричесêих или более сложных численных методов, обычно использóемых врасчетах динамиêи мноãомассовоãо железнодорожноãо подвижноãо соста-ва. При выборе êонóсности должен быть соблюден баланс междó болеенизêими êонтаêтными напряжениями, имеющими место при êонформ-ном êонтаêте с одинаêовой êривизной профилей êолеса и рельса, и ре-зóльтирóющей большей êонóсностью, вызывающей неóстойчивость по-движноãо состава. Необходимо любой ценой избеãать двóхточечноãо êон-таêта из-за связанных с ним высоêой êонóсности и износа.

Адеêватный зазор в êолее в прямых должен быть óвязан с пониженнойêонóсностью и распределением зон êонтаêта по поверхности êолеса. Этотзазор может быть полóчен за счет óвеличения ширины êолеи, óменьшениятолщины ãребня (если износ ãребня не является проблемой) и расстояниямеждó êолесами при их напрессовêе на ось или êомбинацией этих спосо-бов.

При использовании слишêом мяãêих рельсов необходимо обеспечиватьбóльшóю разность радиóсов профилей êолеса и рельса, чтобы противосто-ять эффеêтó выравнивания, вызванномó теêóчестью материала. По-следствия этоãо, вероятно, придется óстранять шлифованием.

Необходимо óчитывать êонóсность новоãо и изношенноãо профилей.Хорошее направление в êолее может приводить ê возниêновению проêатана поверхности êатания обода êолеса и изменению начальной êонóсности.Этот процесс должен быть под êонтролем, чтобы óдержать êонóсность впределах, обеспечивающих óстойчивость эêипажа. Сдвиã êонтаêта в на-рóжные области рельса и êолеса стимóлирóется распространением радиóсапрофиля êолеса за êоничесêóю часть ê нарóжной стороне рельса.

o 2-38 x

2.5.2.2. Область(В:(*онта*т(межд1(вы*р1ж*ой(6олов*ирельса(и(6алтелью(в(основании(6ребня

Посêольêó площадêа êонтаêта в этой области мала, êонтаêт зачастóюхараêтеризóется весьма сложным напряженным состоянием. Если присóт-ствóет двóхточечный êонтаêт, он сопровождается высоêими темпами изна-шивания и течения материала. В слóчае одноточечноãо êонтаêта преобла-дают высоêие êонтаêтные напряжения в сочетании с вращательным и ин-тенсивным продольным просêальзыванием. Контаêт в зоне рабочей вы-êрóжêи рельса неразрывно связан с большими óãлами набеãания и попе-речным просêальзыванием.

Гребневой êонтаêт непременно происходит в неêоторых местах пóти в êривых малоãо радиóса и там, ãде не выдерживается положение пóти вплане, а таêже там, ãде есть нарóшения непрерывности поверхности êата-ния рельсов: на стрелочных переводах и ãлóхих пересечениях, стыêах ипробоêсовинах. Если ãребневой êонтаêт неправильно рассчитан, моãóтвозниêать повреждения рельса и êолеса или нарóшения направления по-движноãо состава в êолее и óстойчивости движения.

Сóществóют три возможных слóчая, êоторые должны óчитываться прирассмотрении ãребневоãо êонтаêта. Это двóхточечный êонтаêт, одноточеч-ный êонтаêт и êонформный êонтаêт, проиллюстрированные на рис. 2.45.

2.5.2.2.1. Дв1хточечный(*онта*т

Этомó видó êонтаêта присóщи интенсивное просêальзывание и изна-шивание, если имеют место боêовые силы на ãребне и поперечное про-сêальзывание, êаê это происходит в êривых. В этих óсловиях износ ãребняêолеса óсêоряется, поêа очертания ãребня не бóдóт соответствовать очерта-ниям рельса. Контаêт здесь зачастóю настольêо интенсивный, что проис-ходит пластичесêое течение материала на ãребне êолеса (рис. 2.46). Каêпоêазывает опыт, ãребень часто подрезается при любом слое смазочноãоматериала, внесенноãо в зонó êонтаêта.

Встречаются óтверждения, что при двóхточечном êонтаêте рельс меньшеповреждается, таê êаê вертиêальная наãрóзêа не действóет на рабочóю вы-êрóжêó ãоловêи рельса. Кроме тоãо, на рельсы, ó êоторых проявляются êон-таêтно-óсталостные дефеêты выêрóжêи ãоловêи, распространяется мнение,что это вызвано неóдовлетворительным техничесêим обслóживанием впрошлом. Этот вид êонтаêта, однаêо, оãраничивает величинó разницы диа-метров êачения и способность ê самоóстановêе тележеê при движении в êри-вых. Если не принимать ниêаêих противомер, моãóт создаться еще хóдшиеóсловия êонтаêта. Сóществóет, например, метод сãлаживания выêрóжêи.

При этом происходит следóющее. Сначала снимается металл с рабочейвыêрóжêи ãоловêи рельсов (рис. 2.47), затем из-за двóхточечноãо êонтаêтапроизойдет изнашивание êолес до новоãо профиля в основании ãребня(рис. 2.48). Затем снова проводится сãлаживание рабочей выêрóжêи рельса(рис. 2.49), и таê далее. Чем это заêончится? Возможно, потенциально опас-ной высоêой êонóсностью êолеса и одноточечным êонтаêтом междó êолесом

o 2-39 x

o 2-40 x

Двухточечный контакт

Одноточечный контакт

Конформный контакт

Рис. 2.47. Снятие металла с рабочей вы-êрóжêи ãоловêи рельса

Рис. 2.46. Пластичесêое течение материаловпри интенсивном двóхточечном êонтаêте

Рис. 2.45. Три основные формы ãребневоãоêонтаêта

Рис. 2.49. Повторное сãлаживание рабочейвыêрóжêи

Рис. 2.48. Колеса изнашиваются, принимаяформó вновь образовавшейся рабочей вы-

êрóжêи

Рис. 2.50. Резóльтирóющие большая êонóс-ность и высоêие êонтаêтные напряжения в

прямой

и рельсом при движении в прямых, êаê поêазано на рис. 2.50. Все же, невзи-рая на отмеченные недостатêи, сãлаживание рабочей выêрóжêи иноãда рас-сматривают êаê способ продления работы рельса, хотя и на êоротêий сроê.

2.5.2.2.2. Одноточечный*+онта+т

Контаêт этоãо типа, возможно, наносит наибольшие повреждения по-движномó составó и пóти. Высоêие êонтаêтные напряжения, имеющиеместо в óсловиях интенсивноãо просêальзывания, вызывают óсталостныеповреждения на рабочей выêрóжêе рельса.

Все же одноточечный êонтаêт рассматривается êаê приемлемый дляпрямых óчастêов пóти, посêольêó трóдно представить, что имеющие местомалые óãлы набеãания приведóт ê чрезмерномó износó и изменению исход-ноãо профиля êолеса. Таêие óсловия способствовали бы óменьшению êо-нóсности и, следовательно, повышению óстойчивости движения подвиж-ноãо состава в прямых. Однаêо не следóет доходить до êрайностей, таê êаêэто бóдет вредить способности ходовой части подвижноãо состава óстана-вливаться по оси прямоãо пóти, что приведет ê интенсифиêации изнаши-вания поверхности êатания и ãребня êолеса, делая еãо несимметричным, ив дальнейшем ê óхóдшению направления в êолее.

При этом даже в самом блаãоприятном слóчае возможно возниêнове-ние параллельных трещин на ãоловêе рельса, а в самом неблаãоприят-ном разрóшение рабочей выêрóжêи рельса (рис. 2.51), что связано нетольêо с интенсивным продольным просêальзыванием, вызывающим те-чение материала рельса, но и, что более опасно, с неóстойчивостью по-движноãо состава, выражающейся в вилянии, из-за êотороãо боêовой из-нос пóти сóщественно óсêоряется.

Одноточечный êонтаêт возниêает в резóльтате:! неправильноãо расчета профилей êолеса и рельса;! óплощения ãоловêи рельса в процессе эêсплóатации (рис. 2.52);! чрезмерноãо проêата поверхности êатания êолеса (рис. 2.53).

o 2-41 x

Рис. 2.53. Одноточечный êонтаêт возниêает врезóльтате проêата на поверхности êатания

êолеса

Рис. 2.52. Колесо с проêатом наãрóжаетрабочóю выêрóжêó óплощенной ãоловêи

рельса

Рис. 2.51. Повреждения рабочей выêрóжêиãоловêи рельса

2.5.2.2.3. Конформный)*ребневой).онта.т

Конформный êонтаêт возниêает по мере износа рабочей выêрóжêирельса и ãребня êолеса до общеãо профиля вследствие интенсивноãо ãреб-невоãо êонтаêта в êривых. Отмечено, что этот профиль примерно одина-êов при различных óсловиях ãребневоãо êонтаêта на разных железных до-роãах. Пример êонформноãо профиля приведен на рис. 2.54. Не следóетпóтать этот профиль с тем, êоторый вырабатывается на рабочей выêрóжêерельса в резóльтате одноточечноãо êонтаêта.

О сложных óсловиях êонтаêта, при êоторых формы êонтаêтирóющихповерхностей становятся и остаются подобными, известно немноãо (При-мечание переводчиêа: об óсловиях подобноãо изнашивания и образованияоптимальноãо êонформноãо профиля изложено в работе [3.83]), но можноотметить следóющее:! относительное просêальзывание óвеличивает зонó êонтаêта (рис. 2.55);! óдельное давление óменьшается;! два вышеóêазанных фаêтора действóют примерно таê же, êаê в модели

«постоянный износ неравные давления», применяемой ê дисêаммóфты сцепления;

! по всей вероятности, имеет место неêоторое течение материалов в на-правлениях, поêазанных на рис. 2.55.

o 2-42 x

R 10R 40

R 70

Типичная геометрия конформногопрофиля в зоне галтели гребня,соответствующая профилю рельса

Поперечное проскальзывание

Нормальное давление

Пластическоетечениематериала

Момент вращения

Уменьшениеудельногодавления

Увеличениеотносительногопроскальзывания

Рис. 2.54. Профиль êонформноãо êонтаêта

Рис. 2.55. Модель постоян-ноãо изнашивания, свя-занноãо с ãребневым êон-

таêтом

Каêов бы ни был механизм êонформноãо êонтаêта, профили рельса иêолеса, изношенные до соответствóющей емó êонфиãóрации, óспешно еесохраняют и поêазывают хорошóю работоспособность с точêи зрения óста-лостной долãовечности.

Профиль этоãо типа обладает рядом преимóществ, заêлючающихся втом, что:! он сохраняет свою êонфиãóрацию;! в пределах диапазона наиболее распространенных осевых наãрóзоê

óсталость рабочей выêрóжêи рельса находится под êонтролем;! вследствие низêих óдельных давлений сохраняется пленêа нанесенноãона поверхность смазочноãо материала;

! êонóсность имеет нейтральный хараêтер, т. е. êолеса не приобретаютбольшóю êонóсность, êаê в слóчае одноточечноãо êонтаêта.Таêим образом, реêомендóется, чтобы профили êолеса и рельса были

êонформными в соответствии с рис. 2.54. Колесам и рельсам таêой про-филь можно придавать в процессе теêóщеãо содержания; рельсы моãóтпроêатываться или профилироваться сразó после óêладêи в пóть.

При разработêе êонформноãо профиля важно óчесть следóющие мо-менты:! радиóсы и длины дóã профиля;! êонтаêт по êасательной при слиянии этоãо профиля с профилем по-верхности êатания êолеса, чтобы ãарантировать минимальнóю возмож-ность двóхточечноãо êонтаêта междó поверхностью êатания и ãребнем;

! допóстима неêоторая свобода при выборе óãла наêлона ãребня для соот-ветствия сóществóющим стандартам теêóщеãо содержания.

! радиóсы рабочей ãрани рельса должны следовать профилю ãребня иплавно переходить в профиль поверхности êатания ãоловêи рельса, из-беãая возниêновения двóхточечноãо êонтаêта междó рельсом и êолесом.

2.5.2.3. Область(C:()онта)т(межд0(нар0жными(зонами)олеса(и(рельса(

Область С, вероятно, наиболее трóдна для оптимизации, потомó чтоêонтаêт междó рельсом и êолесом в этой области заêанчивается, и в êонеч-ном счете, несмотря на óсилия разработчиêа, либо возниêают высоêиеêонтаêтные напряжения при опирании нарóжной êромêи профиля êолесана рельс (рис. 2.56), либо зона êонтаêта не доходит до êрая êолеса, что вы-зывает образование ложноãо ãребня с нарóжной стороны поверхности êа-тания (рис. 2.57).

Часто оба эти явления происходят одновременно, посêольêó на различ-ных óчастêах пóти преобладают óсловия для тоãо или иноãо из двóх óêазан-ных óсловий êонтаêта, что приводит ê образованию êонтаêта, поêазанноãона рис. 2.58, ãде высоêие êонтаêтные напряжения возниêают вместе созначительным продольным просêальзыванием, смещающим êолесо в не-правильном направлении. Это явление сопровождается óсêоренным изна-шиванием ãребня парноãо êолеса.

o 2-43 x

Предлаãается, чтобы профиль êолеса был продолжен от проеêтноãо ра-диóса обода вплоть до места, ãде он приобретает цилиндричесêóю формóили êонóсность 1:40. Это позволит по мере возможности распространитьзонó êонтаêта в направлении нарóжной стороны êолеса.

Неãативные проявления êонтаêта данноãо типа моãóт быть смяãченыпосредством êонтроля величины проêата êолес и/или сãлаживания нарóж-ной части профиля рельсов.

2.5.3. Техничес(ая+э(спл/атация+рельсов+и+(олес

Вопрос техничесêой эêсплóатации и óправления состоянием êолеса ирельса рассматривается в аспеêтах êонстрóêции эêипажа и ãеометрии про-филей êолеса и рельса. Здесь не ставится задача дать реêомендации по вос-становлению профиля рельса на основе сроêа слóжбы до возниêновенияóсталостных повреждений. Подразóмевается, что профили рельса и êоле-са разработаны соãласно реêомендациям, приведенным в п. 2.4.2, за ис-êлючением неêоторых слóчаев ãеометрии рельса и пóти, êоторые бóдóтописаны ниже. Приводимые положения основаны на предпосылêе, чторельсы и êолеса эêсплóатирóются таê, чтобы свойства их профилей в тече-ние всеãо сроêа слóжбы изменялись по возможности меньше, а таêже чтовосстановление профилей производится по достижении определенноãоизноса.

2.5.3.1. Л/бри(ация+8ребней+(олес

Несмотря на частые попытêи спроеêтировать рессорное подвешиваниеподвижноãо состава и профиль поверхности êатания êолес (область А) врасчете на эêсплóатацию на линиях с определенными числом и радиóсами

o 2-44 x

Рис. 2.57. Условия образования высоêих êон-таêтных напряжений на нарóжной стороне

внóтреннеãо рельса

Рис. 2.58. Комбинация óсловий образования высоêих êон-таêтных напряжений

Рис. 2.56. Условия образования высоêих êон-таêтных напряжений на внешней сторонеêолеса, êонтаêтирóющеãо с внóтренним

рельсом êривой

êривых, оценêа по модели Ньюланда поêазывает, что ни одна êонêретнаяêонстрóêция не может обеспечить движение без взаимодействия ãребнейêолес с рельсами при движении в êривых. Поэтомó естественной реаêциейна таêóю ситóацию является смазывание ãребней. Нет ниêаêоãо дрóãоãоспособа óменьшить силы в ãребневом êонтаêте, если тольêо не изменитьсистемó подвешивания. Лóбриêация ãребня быстрый и эффеêтивныйпóть решения проблемы, причем без óщерба для направляющих сил.

Если профиль êолеса в области ãребня êонформен профилю рельса,имеют место самая большая площадêа êонтаêта и наименьшие êонтаêтныенапряжения, а таêже создаются оптимальные óсловия для поддержаниясмазочной пленêи. Это одно из ãлавных преимóществ êонформноãо êон-таêта, посêольêó лóбриêация сразó снижает интенсивность износа ãребняи рабочей ãрани рельса. Опыт поêазывает, что интенсивность изнашива-ния ãребня снижается в 6 раз по сравнению с óсловиями, êоãда лóбриêацияне производится [2.5]. Лóбриêация стабилизирóет темп изменения профи-лей, что оêазывает важное воздействие на дрóãие óсловия êонтаêтарельс/êолесо, êоторые рассмотрены ниже.

Лóбриêация снижает долю режима просêальзывания и связанные с нимсилы êрипа междó ãребнем и рабочей выêрóжêой рельса, óменьшает тен-денцию ê пластичесêомó течению материала и, естественно, вредное воз-действие танãенциальных сил и óсталостные эффеêты.

Вместе с тем лóбриêация дороãая и обременительная технолоãия,связанная с проблемами материально-техничесêоãо обеспечения. Поэтомóлюбое, даже половинчатое решение в направлении совершенствования яв-ляется положительным.

Из опыта тяжеловесноãо движения можно заêлючить, что:! лóчшие резóльтаты полóчаются при использовании êонсистентных, а нежидêих смазочных материалов;

! при применении напольных рельсовых лóбриêаторов заãрязняются не-посредственно прилеãающие ê ним óчастêи рельсов, что создает про-блемы со сцеплением лоêомотивов. Кроме тоãо, смазывание рельсовóтрачивает эффеêтивность на расстоянии более 100 м от лóбриêатора, атаêже требóется длительное время, чтобы распределить смазочный ма-териал по поверхности рельсов после шлифования;

! лóбриêация ãребней лоêомотивов может быть эффеêтивной тольêо приподдержêе со стороны персонала лоêомотивной слóжбы, êоторыйобычно с подозрением относится ê лишним объеêтам внимания приобслóживании лоêомотивов;

! лóбриêация рельсов с помощью перемещающихся по пóти рельсосма-зывателей, êаê оêазалось, является оптимальным техничесêим решени-ем. Смазочный материал наносится равномерно по всемó рельсó, êото-рый требóет лóбриêации. Смазывание можно выполнять немедленнопосле шлифования. Недостатоê этоãо способа заêлючается в том, чтоон требóет выделения особых нитоê ãрафиêа для пропóсêа транспорт-ноãо средства с рельсосмазывающим óстройством.

o 2-45 x

2.5.3.2. Про$ат'$олес'и',площение'0олов$и'рельсов

После тоãо êаê лóбриêация óспешно внедрена, а таêже на óчастêах с хо-рошими óсловиями направления подвижноãо состава в êолее блаãодарябольшой доле прямых или использованию тележеê с радиальной óстанов-êой проêат на поверхности êатания êолес становится основной проблемойс точêи зрения продления сроêа слóжбы êолес. Поверхность êатания êолес(область B) рассчитывается с óчетом величины проêата или остаточноãорадиóса профиля, при êоторых êонóсность остается в определенных преде-лах. Проêат êолеса, выходящий за óстановленные пределы, и/или óплоще-ние ãоловêи рельса приводят ê êонформномó êонтаêтó поверхностей êата-ния. При этом: ! создается большая êонóсность для небольших отêлонений êолесной па-ры от оси пóти;

! создается малая или отрицательная êонóсность для больших отêлоне-ний êолесной пары от оси пóти вследствие возниêновения ложноãоãребня на нарóжной стороне êолеса. Это óменьшает способность êолес-ной пары центрироваться относительно оси пóти, в резóльтате чеãо воз-ниêает ãребневой êонтаêт с óãлом набеãания êолесной пары, приводя-щий ê дополнительномó изнашиванию рельса в êривых и прямых;

! возниêают высоêие êонтаêтные напряжения в зоне междó рабочей вы-êрóжêой и нарóжной стороной ãоловêи рельса при êонтаêте с ложнымãребнем, êоторый может образовываться с любой стороны от места спроêатом êорытообразной (воãнóтой) формы (рис. 2.59).Мерами борьбы с проêатом êолес или óплощением ãоловêи рельсов яв-

ляются использование более твердых рельсов, шлифование рельсов дляподдержания выпóêлости ãоловêи рельса по нóжным радиóсам и жестêоесоблюдение оãраничений по величине проêата. В сочетании с этими мера-ми в неêоторых прямых следóет использовать изменение ширины êолеи

o 2-46 x

**

* Область высоких контактных напряжений

Рис. 2.59. Области высоêихêонтаêтных напряженийна êолесах с проêатом

Рис. 2.60. Расширение об-ласти êонтаêта на поверх-ности êатания êолеса засчет изменения ширины

êолеи

(зазора в êолее), чтобы способствовать «размытию» êонтаêта и óменьшитьинтенсивность нарастания проêата (рис. 2.60). Этот метод в [2.4] названpummeling. Таêой же эффеêт может быть достиãнóт шлифованием ãоловêирельса или физичесêим óширением êолеи с использованием асимметрич-ных рельсовых подêладоê на железобетонных шпалах. При этом необходи-мо соблюдать осторожность, чтобы не стимóлировать нарóшение динами-êи подвижноãо состава. По этой причине изменять ширинó êолеи следóетна óчастêах большой длины. Изменение ширины êолеи не следóет приме-нять в êривых по причинам, приведенным ниже.

2.5.3.3. Управление*шириной*.олеи*в*.ривых

С проблемой проêата и очертаниями профилей нарóжных частей рельсаи êолеса связан êонтроль ширины êолеи в êривых. Каê отмечено выше,зона êонтаêта междó рельсом и êолесом заêанчивается в области C. Приэтом возниêают óсловия êонтаêта, поêазанные на рис. 2.57 и 2.58. В этихóсловиях образование различия диаметров êачения êолес êолесной парыоêазывает вредное воздействие, приводя не тольêо ê повышению êонтаêт-ных напряжений, но и ê ростó сил на ãребне êолеса и более интенсивномóеãо изнашиванию. Таêая неблаãоприятная ситóация может иметь место да-же тоãда, êоãда проêат êолеса находится в допóстимых пределах. По этойпричине шириной êолеи в êривых следóет óправлять, для тоãо чтобы избе-жать êонтаêта óêазанноãо типа посредством:! снятия материала с нарóжной стороны ãоловêи внóтреннеãо рельса, êаêпоêазано на рис. 2.61;

! поддержания относительно малоãо зазора в êолее при боêовом изнаши-вании ãоловêи нарóжноãо рельса. Это может быть достиãнóто посред-ством использования несимметричных рельсовых подêладоê на железо-бетонных шпалах. Каê поêазывает опыт, зазор в êолее в êривых не дол-жен óвеличиваться более чем на 10 12 мм. При бóльших зазорах проис-ходят óсталостные повреждения внóтреннеãо рельса, а интенсивность из-нашивания ãребня и боêовой поверхности ãоловêи рельса óвеличивается.

2.5.3.4. Конта.т*межд6*ложным*7ребнем*.олесаи*рабочей*вы.р6ж.ой*рельса

Если следовать всем вышеизложенным реêомендациям при расчетепрофилей и техничесêой эêсплóатации рельсов и êолес, с этим типом êон-таêта не должно возниêать проблем. Это явление происходит прежде всеãов резóльтате наличия:

o 2-47 x

Наружнаясторона

Внутреннийрельс

Рис. 2.61. Обработêа нарóжной сторонывнóтреннеãо рельса в êривой

! êолес с проêатом, превышающим допóстимый предел, êоторый равенпримерно 2 мм;

! нарóжных рельсов с боêовым износом более 12 мм;! сочетания проêата и неóдовлетворительноãо направления тележеê в êо-лее. Это приводит ê асимметричномó проêатó профиля êолеса. В зави-симости от направления движения подвижноãо состава или направле-ния êривизны пóти выпóêлая часть профиля êолеса может наползать нарабочóю выêрóжêó рельса. Все эти фаêторы при таêом êонтаêте выпóêлоãо типа приводят ê óста-

лостным повреждениям и сóщественномó сãлаживанию рабочей выêрóжêи,развивающимся из рассмотренноãо выше êонформноãо êонтаêта. Чрезмер-ная шлифовêа рабочей ãрани ведет ê возниêновению двóхточечноãо êон-таêта и дальнейшемó óхóдшению ситóации.

2.6. Точность(направления(в(рельсовой(2олее(и(доп4с2и

Каê отмечено в п. 2.1, свободно êатящаяся êолесная пара может êом-пенсировать ãеометричесêие неровности пóти. Однаêо сóществóет пределэтой способности, êоторый зависит от относительной ãеометрии êолес-ной пары и пóти. К томó же оãраничения, налаãаемые межосевыми эле-ментами подвешивания, в сочетании с неêоторыми допóсêами на размерыêолесной пары моãóт отрицательно влиять на точность направления по-движноãо состава в рельсовой êолее. Чем менее податливы или болеежестêи эти элементы, тем более строãими должны быть допóсêи для них идля êолесной пары, чтобы обеспечить требóемóю точность направления вêолее.

Отêлонения в точности направления наиболее очевидно проявляются внесимметричном изнашивании профиля êолес êолесных пар тележêи или,в êрайнем слóчае, несимметричном изнашивании ãребней êолес. Менееочевидно влияние отêлонений на появление дополнительных просêальзы-ваний, приводящих ê óвеличению потребления энерãии на тяãó поезда, иповышение напряжений, приводящих ê пластичесêомó течению материа-лов êолеса и рельса.

Есть данные о том, что асимметричный износ êолес снижает óстойчи-вость движения подвижноãо состава. Эта нестабильность может, в своюочередь, зависеть от направления движения поезда. Подвижной состав мо-жет двиãаться совершенно стабильно в одном направлении и нестабильнов дрóãом, особенно если на одной из рельсовых нитей имеет место непо-стоянный êонтаêт рельса с ãребнем êолеса.

2.6.1. От2лонения(в(6еометрии(2олесной(пары(и(п4ти

Отêлонения ãеометричесêих параметров êолесной пары и пóти являют-ся фóнêцией взаимоотношения различия в диаметрах êачения êолес êо-лесной пары и поперечноãо зазора междó ãребнем êолеса и боêовой по-верхностью ãоловêи рельса, т. е. зазора в êолее. Разница в диаметрах êаче-

o 2-48 x

ния êолес êолесной пары может возниêать из-за обточêи êолес на разныйдиаметр, измеренный по базовомó êрóãó êатания на êоничесêой части êо-леса (рис. 2.62), или несимметричной обточêи êолес, приводящей ê «раз-воротó» êолесной пары (рис. 2.63). Если очертания цилиндра вращенияпрофилей êолес симметричны, имеет значение тольêо эффеêтивная êо-нóсность.

Коãда êолесная пара êатится по прямомó пóти, то для тоãо, чтобы оба ееêолеса êатились по одномó и томó же диаметрó êачения, она перемещаетсяв поперечном направлении на величинó y. Если величины зазора в êолеенедостаточно для перемещения на величинó y, бóдет иметь место изнаши-вание ãребня êолеса и рабочей ãрани ãоловêи рельса. Это изнашиваниеможет быть весьма интенсивным. Таêое отêлонение приводит ê несиммет-ричномó вписыванию êолесной пары в êривые и создает ситóацию, в êото-рой одно из направлений движения бóдет для этой êолесной пары болееблаãоприятным, чем дрóãое.

Точно таê же несимметричный профиль ãоловоê рельсов приводит êпоперечномó сдвиãó êолесной пары в êолее (рис. 2.64). Это может резóль-тироваться в изнашивании ãребня êолеса и рабочей выêрóжêи ãоловêирельса, хотя несимметричность профилей рельсов в êривых может способ-ствовать вписыванию подвижноãо состава в êривóю, если асимметрияимеет то же направление, что и êривая (см. п. 2.4).

o 2-49 x

γy

D0 – t

2t = 2γy

D0 + t

y

Серединаколеснойпары

Ось пути

Линии диаметровкругов катания

Рис. 2.62. Разница в диа-метрах êачения êолес êо-

лесной пары

Несовпадениепрофилей

Разворот профилей

Линии диаметровкругов катания

Рис. 2.63. Неправильнаяобточêа êолесной пары

Соотношение междó отêлонениями профилей êолесной пары и рельсаи зазором в êолее может быть найдено при изóчении взаимоотношения êо-нóсности. Эффеêтивная êонóсность γ êолесной пары определяется êаêчастное от деления разности радиóсов êачения êолес на óдвоеннóю вели-чинó y смещения êолесной пары, вызванноãо этой разностью. Эта связьпредставлена выражением

γ = (разность радиóсов êачения êолес)/2y. (1)Данное выражение полóчено для óсловий чистоãо êачения. На положе-

ние êолесной пары в êривой в поперечном направлении оêазывает влия-ние просêальзывание êолеса по рельсó, êоторое, в свою очередь, зависитот системы подвешивания ходовой части. Оно является хорошим индиêа-тором положения êолесной пары в прямой, ãде просêальзывания близêи êнóлю.

2.6.2. Геометричес*ие+от*лонения+в+движении+*олеснойпары+и+их+связь+с+системой+подвешивания

Каê было óêазано выше, ãеометричесêие отêлонения связаны с оãрани-чениями, налаãаемыми на êолеснóю парó системой подвешивания, с êото-рой она соединена. Это соединение может быть с рамой тележêи или сдрóãой êолесной парой через связи междó ними. Соединения и отêлоненияв них являются фóнêцией типа и степени жестêости связи междó êолесны-ми парами (см. рис. 2.17 и п. 2.2.2). Далее (см. рис. 2.13 и 2.16) рассмотреныотêлонения в режимах изãиба и поперечноãо смещения (сдвиãа).

2.6.2.1. От*лонения+в+режиме+из;иба+

Отêлонения в режиме изãиба вынóждают êолесные пары постояннорасполаãаться под óãлом дрóã ê дрóãó (рис. 2.65). Чем больше жестêостьподвешивания на изãиб, тем меньше возможности имеют силы êрипа, воз-ниêающие междó рельсом и êолесом, возвращать êолесные пары в нор-мальное положение в êолее. Подобные отêлонения в типичном слóчае воз-ниêают при неравенстве êолесных баз с двóх сторон тележêи с жестêой ра-мой или трехэлементной тележêи, в êоторой êолесные пары жестêо связа-

o 2-50 x

y

Осьпути

Серединаколеснойпары

= ∆maxЗазор в колее

Рис. 2.64. Несимметричныепрофили рельсов

ны с боêовинами. Самоóстанавливающиеся тележêи с малой жестêостьюна изãиб в состоянии êомпенсировать эти отêлонения, но и неêоторые не-самоóстанавливающиеся тележêи оснащены работающими на сдвиã про-êладêами междó адаптерами подшипниêовых бóêс и бóêсовыми проемамибоêовин, обеспечивающими возможность неêоторой деформации и óлóч-шающими óсловия направления в êолее.

В последнее время найдены решения, обеспечивающие более точноесоблюдение равенства êолесных баз с двóх сторон трехэлементной тележêипóтем соответствóющей механичесêой обработêи бóêсовых проемов в со-четании с применением работающих на сдвиã проêладоê, óпомянóтых вы-ше. Типичными причинами, способствóющими отêлонениям при направ-лении в êолее, являются следóющие:! боêовины тележêи имеют неодинаêовые размеры под óстановêó êолес-ных пар (рис. 2.65);

! адаптеры подшипниêовых бóêс несимметричны (см. рис. 2.65).

o 2-51 x

R

Ось адаптера

Расстояние между центрами челюстныхпроемов + величина t

Расстояние между центрами челюстныхпроемов – величина t

Рис. 2.65. Отêлонения в положе-нии êолесных пар относительно

дрóã дрóãа (режим изãиба)

2.6.2.2. От#лонения*в*режиме*сдви1а

Отêлонения в режиме сдвиãа связывают с системой подвешивания,имеющей большóю жестêость на сдвиã. Обычно это может происходитьс самоóстанавливающимися и óсовершенствованными тележêами, êото-рые обладают повышенной жестêостью на сдвиã. Оси êолесных паростаются параллельными дрóã дрóãó, но сдвинóты в поперечном направ-лении, что ведет ê несимметричномó изнашиванию êолеи, высоêим на-пряжениям на площадêах êонтаêта и неóстойчивости движения подвиж-ноãо состава.

Здесь типичными причинами, способствóющими отêлонениям при на-правлении в êолее, являются следóющие:

o 2-52 x

Шкворневаябалкана поддонахпружинныхкомплектов

Рис. 2.67. Несимметрич-ное расположение прó-жинных поддонов в на-ãрóженном состоянии

Шкворневаябалкана поддонахпружинныхкомплектов

Рис. 2.66. Несимметрич-ное расположение прó-жинных поддонов в не-наãрóженном состоянии

! боêовины тележêи с прóжинными поддонами расположены несиммет-рично по отношению ê бóêсовым направляющим. На рис. 2.66 поêаза-но расположение элементов тележêи в ненаãрóженном состоянии, нарис. 2.67 в наãрóженном состоянии. Любое óвеличение жестêости те-лежêи на сдвиã приводит ê параллелоãраммированию тележêи, особен-но в наãрóженном состоянии;

! пересеêающиеся анêерные, сочлененные (см. рис. 2.37) и диаãональныесвязи несимметричны (рис. 2.68);

! êолесные пары óстановлены (рис. 2.69) или обточены несимметрично.

o 2-53 x

= =

= =

СерединабуксовогоподшипCника

Серединаколесной пары

СерединабуксовогоподшипCника

Линии диаметровкругов катания

Рис. 2.69. Несимметричносформированная êолесная

пара

Рис. 2.68. Несимметрич-ные переêрестные анêер-

ные связи

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Office for Research and Experiments of the International Union of Railways, Question B 55,«Prevention of derailment of goods wagons on distored track», Report 8 (Final Report),Conditions for negotiating track twist, Utrecht, April 1983.

2.2. Nadal M. J.: Locomotive á Vapeur, Collection encyclopédie scientifique, bibliothèque demécanique appliquée et génie, Vol.186 (Paris),1908.

2.3. Tournay, H. M.: «Rail/wheel interaction from a track and vehicle design perspective»,Proceedings of International Heavy Haul Association's Conference on Wheel/Rail Interaction,Moscow, Russia, 14-17 June 1999, pp. 41 57.

2.4. Smith, R. E. and Kalousek, J. «A design methodology for wheel and rail profiles on steeredrailway vehicles», Proceedings of the 3rd International Symposium on Contact Mechanics andWear of Rail-Wheel Systems, Cambridge, UK, July 1990, Elsevier, Amsterdam, 1990, pp. 334 338.

2.5. Tournay, H. M. and Giani, J. L. «Rail/wheel interaction: Multi disciplinary practices developedin South Africa». Conference on Railway Engineering, October 1995, Melbourne, Australia.

2.6. Weinstock H. «Wheel climb derailment criteria for evaluation of rail vehicle safety», Paper No.84-WA/RT-1, 1984 ASME Winter Annual Meeting, Phoenix, Az, November 1984.

o 2-54 x

ПРИЛОЖЕНИЕ

Определение êонóсности

Профилирóемая поверхность êатания обода êолеса может быть ап-проêсимирована дóãой оêрóжности или несêольêими дóãами оêрóжностей,плавно по êасательным переходящим одна в дрóãóю. Профили рельса мо-ãóт быть описаны подобным же образом. Для óпрощения можно рассмот-реть профили êолеса и рельса, состоящие из отдельных дóã, êаê поêазанона рис. 2.А-1.

Перпендиêóлярные дрóã дрóãó оси Xr, Yr (их начало находится в центредóãи профиля êолеса) моãóт быть привязаны ê êолесной паре и поперечносмещаться вместе с êолесной парой относительно системы Xr, Yr. При êо-лесной паре, размещенной центрально ê оси пóти, относительное положе-ние двóх систем осей поêазано на рис. 2.А-1а. Контаêт междó êолесом ирельсом должен произойти в точêе, êоторóю принято считать центром зо-ны êонтаêта, ãде дóãи профилей êолеса и рельса имеют общóю êасатель-нóю. Может быть поêазано, что точêи Ow, Or и P0 находятся на одной пря-мой.

Боêовое смещение êолесной пары y от средней линии пóти смещаетсистемó êоординат Xw, Yw относительно системы êоординат Xr, Yr. Таê êаêêонтаêт по-прежнемó должен произойти в точêе, ãде дóãи профилей êоле-са и рельса имеют общóю êасательнóю, точêа êонтаêта может быть опреде-лена продолжением линии OwOr до пересечения с дóãами профилей рельсаи êолеса в точêах P1 и P2 (рис. 2.А-1б).

o 2-55 x

Yr Yr

r0 r0P0 P0

Yw Yw

Xw XwOw Ow

Or Orgr

Rr

Rw

Xr Xr

δ0 δ0

R =

0

gw

D2 = d0D2 = d0 =gw – gr

2

Се

ре

ди

на

ко

ле

сн

ой

па

ры

и о

сь п

ути

Рис. 2.А-1а

Уравнения для определения êонóсности êаê фóнêции поперечноãо сме-щения êолесной пары при составляющих, приведенных на рис. 2.А-1б, мо-ãóт быть выражены êаê:

R = Rw 1 −(d0 + y)2

(Rw −Rr)2 − 1 −(d0 − y)2

(Rw −Rr)2 .

Посêольêó = R2y ,

(1) lRw0

(Rw −Rr) .

Определение жестêости подвешивания от силы тяжести

На рис. 2.А-2 поêазаны êоничесêий и профилированный ободы êолеса,смещенноãо на расстояние y от оси пóти. Принимая, что ось остается ãори-зонтальной, óãол наêлона поверхности êонтаêта êоничесêоãо êолеса ê ãо-ризонтали (см. рис. 2.А-2а) остается неизменным и равным óãлó êонóс-ности êолеса γ.

Горизонтальные составляющие силы нормальной реаêции междó êоле-сом и рельсом Fn, перпендиêóлярной ê плосêости êонтаêта, останóтся, та-êим образом, равными и противоположно направленными дрóã ê дрóãóпри любом отêлонении êолесной пары от оси пóти. Следовательно, ре-зóльтирóющая поперечная сила, действóющая на êолеснóю парó, бóдет нó-левой. Изóчение рис. 2.А-2б поêазывает, что для профилированных ободовêолес óãол наêлона поверхности êонтаêта ê ãоризонтали изменяется и раз-личен для двóх êолес êолесной пары. Поперечные составляющие этих сил

o 2-56 x

Yr Yr

r1 r2P1 P2

Yw Yw

Xw XwOw Ow

Or Or

Rr

Rw

Xr Xr

RD1 = (d0 + y)

Середина колесной пары

Ось

пут

и

D2 = (d0 – y)

Рис. 2.А-1б

реаêции, таêим образом, не бóдóт равными при любых смещениях от осипóти, в резóльтате чеãо возниêает поперечная сила, действóющая на êолес-нóю парó. Для идеально êрóãлых профилей рельса и êолеса ãравитацион-ная жестêость подвешивания бóдет выражена следóющим образом:

Gr = W(Rw −Rr) .

o 2-57 x

W

Rr

Fl1

Fn1

G

D1 = (d0 + y)

Rr

Fl2

Fn2

D1 = (d0 – y)

Серединаколеснойпары

Осьпути

Смещение у середины колесCной пары от оси пути

Рис. 2.А-2а

W

F1F1

Fn Fn

Рис. 2.А-2б

ОБОЗНАЧЕНИЯ

a половина êолесной базы тележêи;b половина расстояния междó серединами бóêсовых óзлов êолесной

пары;C11 êоэффициент продольноãо êрипа;C22 êоэффициент поперечноãо êрипа;l половина расстояния междó базовыми êрóãами êатания êолес êолес-

ной пары;r0 радиóс êолеса по базовомó êрóãó êатания;Rc радиóс êривой;V сêорость движения подвижноãо состава;y поперечное смещение êолесной пары;α óãол набеãания êолеса на рельс;β подóêлонêа рельса;γ óãол êонóса поверхности êатания êолеса или эффеêтивная êонóс-

ность.

o 2-58 x

Часть&3. РАБОТОСПОСОБНОСТЬКОЛЕСА&И&РЕЛЬСААвтор: д-р техн. наóê, проф. С. М. ЗАХАРОВ,член Техничесêоãо êомитета по подãотовêе êниãи

3.1. Применение&системно:о&подхода&для&изAченияработоспособности&Dолеса&и&рельса

Опыт эêсплóатации и резóльтаты исследований поêазали, что наиболеепродóêтивный способ обеспечения эêономичесêи эффеêтивной работыêолес и рельсов состоит в том, чтобы рассматривать взаимодействие эêи-пажа и пóти, êолеса и рельса с позиций системноãо подхода [3.1, 3.2, 3.3].На работó системы êолесо рельс в разной степени оêазывают влияниеоêоло 60 фаêторов. Эти фаêторы можно объединить в четыре основныеãрóппы по областям исследований и разработоê (рис. 3.1):! динамиêа системы êолесо рельс;! механиêа êонтаêтноãо взаимодействия;! материалы êолес и рельсов;! óправление трением;

o 3-1 x

Излом рельса

ДЕФЕКТЫ КОЛЕСА И РЕЛЬСА

Волнообразныйизнос

Дефекты по контактномуизносу

СОСТАВЛЯЮЩИЕ СУММАРНОГО ЭФФЕКТА

ПО

ВЫ

ШЕ

НИ

ЕС

РО

КА

СЛ

УЖ

БЫ

СН

ИЖ

ЕН

ИЕ

ЗА

ТР

АТ

НА

ОБ

СЛ

УЖ

ИВ

АНИ

Е

КО

НТАКТНАЯ

МЕХАНИКА

ДИНАМИКА КОЛЕСН

ОЙ

ПА

РЫ

УПРА

ВЛ

ЕНИЕТРЕНИЕМ

УВЕЛИЧЕНИЕ ПРИБЫЛИ

МАТЕРИАЛЫ

ВС

ИС

ТЕМЕ

СНИЖЕНИЕ ЗАТРАТ

ИзносПластическоетечение

Рис. 3.1. Схема, иллюстрирóющая системный подход ê изóчению работы êолеса и рельса [3.1]

С применением óêазанных областей исследований ê êолесó и рельсóêаê ê системе появляется возможность óчета связей междó этими областя-ми и тем самым формирóется понимание причин повреждений. Создаетсятаêже основа для разработêи оптимизационной стратеãии обеспечения ра-ботоспособности êолеса и рельса.

Более подробно фаêторы влияния и их взаимосвязь применительно êизнашиванию êолеса и рельса êаê одномó из наиболее распространенныхвидов нарóшений нормальной работы системы приведены на рис. 3.2 [3.3]и описаны ниже.

Динамиêа взаимодействия эêипажа и пóти. Сóществóют различныеóровни динамиêи, применимые ê êолесной паре, тележêе, ваãонó, лоêомо-тивó или поездó. Исследования взаимодействия эêипажа и пóти дают воз-можность определять вертиêальные и боêовые силы, действóющие нарельс, óãлы набеãания êолеса на рельс, положение êолесной пары по отно-шению ê рельсам, относительное просêальзывание êолеса по рельсó.

Линейные и óãловая сêорости êолесной пары. Имеются в видó продольнаяи поперечная сêорость êолесной пары, óãловая сêорость êолесной пары исêорость поворота êолесной пары относительно вертиêальной оси.

Линейные и óãловые êоординаты êолесной пары. Наиболее важными явля-ются поперечное положение êолесной пары и óãол ее поворота. Послед-ний использóется для расчета óãла набеãания êолеса на рельс. Хотя óãолнабеãания не единственный параметр, определяющий просêальзываниеêолеса, он наиболее значимый, особенно при больших еãо значениях.

o 3-2 x

Линейные и угловыекоординаты колесной

пары

Линейные и угловыескорости колесной

пары

Форма и распределениенормальных и касательных

напряжений на площадке контакта

Динамика взаимодействия экипажа и пути

Распределениеотносительных

проскальзыванийна площадке контакта

Распределениевекторов

трения

Износ колеса и рельса

Профили гребняколеса и рельса

Свойства«третьего тела»

Силы и моменты,действующие от рельса

на колесную паруI

II

III

Рис. 3.2. Схема фаêторов, определяющих износ êолеса и рельса [3.3]

Силы и моменты, действóющие на êолеснóю парó со стороны рельса. Этисилы определяются в резóльтате интеãрирования распределения нормаль-ных и êасательных напряжений на площадêах êонтаêта.

Распределение просêальзываний на площадêах êонтаêта. Мера просêаль-зывания на площадêе êонтаêта êолеса и рельса известна êаê относитель-ное просêальзывание (êрип, см. Словарь). Относительное просêальзыва-ние λ это безразмерная величина, êоторая для êонтаêта поверхностейêатания êолеса и рельса определяется êаê отношение сêорости относи-тельноãо движения поверхностей ê линейной сêорости поверхности êоле-са. Сêорость относительноãо движения зависит от профилей поверхно-стей êолеса и рельса, óãла набеãания и таêих динамичесêих параметров,êаê положение êолесной пары и мãновенной оси вращения. Веêтор отно-сительноãо просêальзывания может быть представлен тремя êомпонента-ми (см. 2.2.2) [3.5].

Распределение веêторов сил трения от единичной нормальной силы. Вели-чина веêтора сил трения от единичной нормальной силы в êаждой точêеêонтаêта равна êоэффициентó трения êачения с просêальзыванием на по-верхности êатания и на выêрóжêе ãоловêи рельса. Направление веêторасовпадает с направлением просêальзывания.

Форма и распределение нормальных и êасательных напряжений на площад-êе êонтаêта. Этот блоê в схеме обеспечивает расчет формы площадêиêонтаêта на поверхности êатания и боêовой поверхности ãоловêи рельса,их взаимноãо положения и распределения êонтаêтных напряжений наэтих площадêах. Контаêтное напряжение зависит от сил в динамичесêомвзаимодействии эêипажа и пóти, профилей êолеса и рельса, свойств мате-риалов.

Свойства третьеãо тела. Под третьим телом понимается промежóточ-ный слой междó поверхностями êолеса и рельса, êоторый в процессе тре-ния изменяет свои свойства по сравнению с исходными. Свойства третье-ãо тела оêазывают сóщественное влияние на хараêтер трения и интенсив-ность изнашивания. В свою очередь, процесс изнашивания оêазывает сó-щественное влияние на свойства третьеãо тела.

Профили ãребня êолеса и ãоловêи рельса. Профили êолеса и рельса оêа-зывают сóщественное влияние на êонтаêтные напряжения и просêальзы-вание.

Изнашивание. Хараêтер изнашивания и еãо интенсивность определяют-ся распределением напряжений и относительных просêальзываний наплощадêе êонтаêта, а таêже свойствами третьеãо тела. Необходимо óчиты-вать тепловые эффеêты, возниêающие при взаимодействии êолеса и рель-са, особенно при изóчении режимов торможения и боêсования.

Эта схема с соответствóющими изменениями может быть применена êизóчению повреждений дрóãих видов.

o 3-3 x

3.2. Механи'а('онта'тно+о(взаимодействия'олеса(и(рельса

3.2.1. Общие(положения

Механиêа êонтаêтноãо взаимодействия êолеса и рельса это разделнаóêи о связях междó напряжениями, êрипом и ãеометричесêими пара-метрами системы êолесо рельс. Каê следóет из рис. 3.2, посêольêó по-сле решения задачи динамиêи взаимодействия эêипажа и пóти линейнаяи óãловая êоординаты êолесной пары, сêорости, силы и моменты, дей-ствóющие от рельса на êолеснóю парó, становятся известными, то, еслипрофили êолеса и рельса и свойства третьеãо тела заданы, можно найтивеличины и распределение нормальных и êасательных напряжений, от-носительноãо просêальзывания и сил трения на площадêе êонтаêта. По-следние поêазатели и являются задачей механиêи êонтаêтноãо взаимо-действия êолеса и рельса.

Задача êонтаêта êачения двóх óпрóãих тел, имеющих одинаêовые хараê-теристиêи óпрóãости, êаê это имеет место для êолеса и рельса, может бытьпредставлена раздельно в виде нормальной и танãенциальной задач. Цельпервой задачи состоит в определении размера и формы площадêиêонтаêта, а таêже распределения нормальных êонтаêтных напряжений.Резóльтаты решения нормальной задачи использóются для нахождения ре-шения танãенциальной, заêлючающейся в нахождении распределения êа-сательных напряжений и момента в зонах сцепления и просêальзыванияêонтаêтной площадêи.

3.2.2. Нормальные('онта'тные(напряжения

Г. Герц дал первое надежное математичесêое решение нормальной за-дачи, êоторая формóлирóется следóющим образом. Два ненаãрóженных те-ла (поверхности êатания êолеса и рельса) êасаются в одной точêе. Расстоя-ние междó недеформированными телами может быть найдено ãеометриче-сêи, если известны радиóсы êривизны тел в точêе êонтаêта. Упрóãиесвойства êолеса и рельса, описываемые êоэффициентом Пóассона ν и мо-дóлем óпрóãости Е, считаются одинаêовыми. Если тела наãрóжены нор-мальной силой F, появляется зона êонтаêта эллиптичесêой формы с боль-шой полóосью в направлении продольной оси рельса (рис. 3.3).

o 3-4 x

pmax

Рис. 3.3. Распределение нормальных ãерцев-сêих напряжений на площадêе êонтаêта

Маêсимальное êонтаêтное напряжение Рmax может быть рассчитано поформóле:

(3.1)Pmax = 33FE2

23re2(1 −2)2,

ãде re эêвивалентный радиóс, зависящий от хараêтерных радиóсов вза-имодействóющих тел (êолеса и рельса) в месте êонтаêта.

Таêим образом, нормальное напряжение на поверхностях êатаниярельса и êолеса зависит от наãрóзêи от êолеса на рельс, радиóсов поверх-ностей êатания êолеса и рельса, свойств взаимодействóющих материалов.

Следóет иметь в видó, что êонтаêтная теория Герца справедлива приследóющих допóщениях:! êонтаêтирóющие поверхности однородны и изотропны;! силы трения в зоне êонтаêта не действóют;! размер êонтаêтной площадêи мал по сравнению с размерами êонтаêти-рóющих тел и хараêтерными радиóсами êривизны недеформированныхповерхностей;

! для êонтаêтной задачи использовано решение линейноãо óпрóãоãо по-лóпространства;

! êонтаêтирóющие поверхности ãладêие.При движении эêипажа положение êолесной пары по отношению ê

рельсам сóщественно меняется, приводя ê возниêновению различных со-четаний êонтаêтных зон êолеса и рельса (см. рис. 2.40).

Хотя профили êолес и рельсов железных дороã стран, входящих в Ассо-циацию тяжеловесноãо движения, сóщественно различаются, тем не менееможно выделить три фóнêциональные зоны êонтаêта êолеса и рельса(см. рис. 2.44):

êонтаêт междó центральными областями ãоловêи рельса и поверхностиêатания êолеса (зона А);

êонтаêт междó областью выêрóжêи ãоловêи рельса и основанием ãреб-ня êолеса (зона В);

êонтаêт междó внешними частями ãоловêи рельса и поверхности êата-ния êолеса (зона С) [3.5].

Даже при óсловии постоянной осевой наãрóзêи нормальные напряже-ния бóдóт сóщественно меняться из-за различия в радиóсах êривизны êон-таêтирóющих поверхностей этих зон.

Если в области êонтаêта имеет место один радиóс êривизны поверх-ности, можно использовать решение Герца. Если в области êонтаêта име-ются два или несêольêо радиóсов êривизны, например r11 и r12 (рис. 3.4, а),решение Герца несправедливо, и для определения площадêи êонтаêта сле-дóет использовать неãерцевсêое решение. Это особенно важно при разно-образных сочетаниях изношенных профилей êолеса и рельса.

При нахождении нормальных êонтаêтных напряжений для неêонформ-ноãо неãерцевсêоãо êонтаêта использóются различные методы и про-ãраммы. В частности, полное решение неãерцевсêой задачи может бытьнайдено с помощью проãраммы CONTACT [3.7]. Однаêо из-за тоãо, что

o 3-5 x

o 3-6 x

z

y

x

r2

r12

r11

0

–2

–4

–6

–8

–10

10

8

6

4

2

0

–2

–4

–6

–8

–10

10

8

6

4

2

–12 –10 –8 –6 –4 –2 20 4 6 8

–12 –10 –8 –6 –4 –2 20 4 6 8

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

Ось y, мм

Ось

x, м

мРис. 3.4а. Геометрия êонтаêта êолеса и рельса:x, y, z оси системы êоординат; r11, r12, r1, r2 хараê-

терные радиóсы (r2 радиóс профиля êолеса)

Рис. 3.4б. Форма площадêи êонтаêта и распределение давлений [3.8]:r11 = 355,6 мм; r12 = 291,6 мм; r1 = r2 = ∞; F = 100 êН; Pmax = 1170 МПа

решение задачи с помощью этой проãраммы требóет большоãо времени,предложены различные варианты приближенноãо решения неãерцевсêойзадачи. Например, с использованием метода аппроêсимации неãерцевсêойãеометрии эллипсами полóчены резóльтаты, в достаточной мере соãласóю-щиеся с точным решением (рис. 3.4, а, б) [3.8, 3.9].

Дрóãой подход, использóемый для нахождения êонтаêтных напряжениймеждó изношенными êолесом и рельсом, состоит в моделировании êон-таêтирóющих тел с использованием óпрóãоãо винêлеровсêоãо основания,при êотором деформация поверхностей пропорциональна нормальнымêонтаêтным напряжениям [3.10]. Полóченное при этом маêсимальноеêонтаêтное напряжение бóдет в 1,3 больше, чем при ãерцевсêом решении.Размер площадêи êонтаêта и распределение нормальных напряжений за-висят от нормальной наãрóзêи, действóющей от êолеса на рельс, профилейêолеса и рельса, поперечноãо и óãловоãо положения êолесной пары нарельсах и подóêлонêи рельсов.

Коãда êолесная пара движется в êривой, при определенном óãле набеãа-ния êолесо может êонтаêтировать с рельсом в двóх различных точêах[3.11]. Двóхточечный êонтаêт приводит ê образованию двóх площадоê êон-таêта: А на поверхности êатания рельса и В на боêовой поверхности ãолов-êи рельса в районе выêрóжêи (рис. 3.5, а). Из-за тоãо что êолесная парапри движении в êривой перемещается с неêоторым óãлом набеãания α(рис. 3.5, б), площадêа êонтаêта В сдвинóта вперед. Увеличение óãла набе-ãания приводит ê óвеличению расстояний междó площадêами êонтаêта(забеãа) и до мãновенной оси вращения êолесной пары и тем самым ê воз-растанию относительноãо просêальзывания и танãенциальной силы, с нимсвязанной. В зоне êасания ãребня êолеса и рабочей ãрани ãоловêи нарóж-

o 3-7 x

AB x

z

θ

a b

xα

y

φV0

a)

A

9,6

12

,6

26

,8

5,4

36,4

B

V0

51

,8

I

II

III

III

III

r1

r2r3

б)

Рис. 3.5а. Положение êолеса на рельсе:А, В точêи êонтаêта êолеса с рельсом; x, y, z оси êоорди-нат; α óãол набеãания êолеса на рельс; θ óãол подóêлон-

êи рельса; V0 веêтор сêорости движения êолесной пары

Рис. 3.5б. Положение и размеры êонтаêтных площа-доê при двóхточечном êонтаêте [3.10] (FА = 110 êН,

FB = 66 êН):А, В площадêи êонтаêта; I, II, III области êонтаêта; r1,

r2, r3 радиóсы êривизны ãоловêи рельса

ноãо рельса óровень расчетных êонтаêтных напряжений может достиãать3000 МПа.

При êонтаêте сильно изношенноãо рельса с новым или изношеннымêолесом изменяется форма области распределения давлений. Размер пло-щадêи êонтаêта сóщественно óменьшается, она сдвиãается ê внешней по-верхности нарóжноãо рельса, приводя ê óвеличению êонтаêтных давлений,óровень êоторых может достиãать предела теêóчести, что вызывает пласти-чесêóю деформацию ãоловêи рельса.

Обычно êонтаêтные напряжения на поверхности êатания (область А)êолеса ãрóзовоãо ваãона находятся в пределах 1300 1700 МПа. Увели-чение осевой наãрóзêи приводит ê возрастанию ãерцевсêих êонтаêтныхнапряжений пропорционально степени 1/3 от ее величины (см. фор-мóлó 3.1).

Если поверхность êатания êолеса имеет проêат с образовавшимся êо-рытообразным поперечным профилем (см. рис 2.53), это приводит ê сóще-ственномó óвеличению êонтаêтных давлений, êоторые моãóт иметь местопо обеим сторонам этоãо профиля. Таê, при величине проêата êорытооб-разноãо профиля 2 мм расчетные êонтаêтные напряжения на обоих êраяхмоãóт достиãать 6000 МПа, что свидетельствóет о значительном пласти-чесêом течении материалов.

Высоêие êонтаêтные напряжения возниêают в слóчаях, если профильêолеса своим внешним êраем бóдет опираться на рельс (см. рис. 2.56) илиêонтаêтная зона не достиãает внешнеãо êрая êолеса, приводя ê возниêно-вению выстóпа (фальшивоãо ãребня) в области нарóжной части поверх-ности êатания êолеса.

Величина и распределение êонтаêтных напряжений сóщественно за-висят от профилей êолеса и рельса и от тоãо, êаêой имеет место êонтаêт:одноточечный или двóхточечный. При êонформном профиле размерплощадêи êонтаêта óвеличивается, приводя ê óменьшению óровня êон-таêтных напряжений по сравнению с неêонформными профилями.

3.2.3. Связь&межд+&силами&0рипа&и&хара0теромпрос0альзывания

Резóльтаты решения задачи по определению размеров и формы обла-стей êонтаêта и нормальных напряжений использóются для решения тан-ãенциальной задачи, состоящей в нахождении распределения танãенци-альных сил и момента в зонах сцепления и просêальзывания площадêиêонтаêта, а таêже распределения работы сил трения.

Из анализа движения (êинематиêи) êолесной пары и сил, действóющихна нее, можно выделить три составляющие: продольнóю и поперечнóю си-лы êрипа и момент (см. п. 2.2.2).

Продольная составляющая просêальзывания и связанная с ней силаêрипа возниêают вследствие тоãо, что при танãенциальных (тяãовых) óси-лиях в направлении êачения на передней части площадêи êонтаêта имеет

o 3-8 x

место зона сцепления, а на задней зона миêросêольжения (рис. 3.6, а).По мере возрастания величины танãенциальноãо óсилия доля зоны миêро-сêольжения на площадêе êонтаêта óвеличивается (рис. 3.6, б) до тех пор,поêа танãенциальное óсилие не достиãнет маêсимальноãо значения, êоãдаплощадêа êонтаêта не сможет более воспринимать дополнительное óсилие[3.5, 3.11]. Поперечная составляющая просêальзывания и силы êрипа зави-сит от óãла набеãания êолеса на рельс. Величина момента зависит преждевсеãо от êонóсности поверхности êатания êолеса (см. п. 2.2.2.3)

При исследовании просêальзывания в точêах êонтаêта êолеса, движó-щеãося по рельсó в êривой, следóет óчитывать взаимосвязь продольной ипоперечной составляющих, а таêже положение мãновенной оси вращенияêолесной пары [3.3].

Проблема сцепления. Маêсимальный óровень тяãовоãо óсилия междó ве-дóщим êолесом лоêомотива и рельсом зависит от способности êонтаêтнойплощадêи воспринимать тяãó. Эта способность выражается в виде êоэф-фициента сцепления, являющеãося отношением силы тяãи ê нормальнойнаãрóзêе. Обычно сцепление êолеса с рельсом достиãает своеãо маêсимóмапри величине продольноãо êрипа (относительноãо просêальзывания), рав-ной 0,01 0,02.

Однаêо на хараêтер зависимости междó тяãовым óсилием и êрипом сó-щественное влияние оêазывают реолоãичесêие хараêтеристиêи слоев, об-разóющих третье тело междó поверхностями êатания êолеса и рельса. Слойтретьеãо тела состоит из смеси частиц êонтаêтирóющих материалов, и наеãо состав оêазывают влияние фаêторы оêрóжающий среды и эêсплóата-ционные óсловия [3.12].

Если поверхности рельса и êолеса сóхие и чистые, êоэффициент сцеп-ления остается на высоêом óровне при больших просêальзываниях и сêо-

o 3-9 x

Сцепление

Микроскольжение

Направлениекачения

Распределение касательных усилийна площадке контакта

а)

µN

λ

Сцепление

Микроскольжение

Скольжение

Микроскольжение

Сцепление

Сцепление

Микроскольжение

б)

Рис. 3.6. Связь междó тяãой и êрипом [3.5]:a распределение продольных сил тяãи по пло-

щадêе êонтаêта; б зависимость силы êрипа от ин-тенсивности просêальзывания

ростях движения. Коãда поверхности рельса и êолеса заãрязнены водой иособенно смазочным материалом, êоэффициент сцепления снижается помере óвеличения относительноãо просêальзывания, а таêже повышениясêорости движения поезда [3.14]. Это влияние следóет óчитывать при ис-пользовании взаимосвязи междó силами êрипа и еãо хараêтером в моделяхдинамиêи взаимодействия пóти и подвижноãо состава или при êонстрóи-ровании лоêомотивов.

Поверхностная шероховатость таêже оêазывает влияние на êонтаêтныенапряжения и на связь сил êрипа с хараêтером просêальзывания. Увеличе-ние поверхностной шероховатости êолеса и рельса способствóет óвеличе-нию распределения êонтаêтных напряжений по сравнению с ãерцевсêимрешением и снижает начальный наêлон êривой êрипа [3.15].

Предложена модель взаимосвязи междó модóлем óпрóãости на сдвиã,пластичностью, êритичесêим напряжением и деформацией сдвиãа [3.13].В этой модели напряжение сдвиãа вначале возрастает по мере óвеличенияотносительноãо просêальзывания. Коãда напряжение сдвиãа достиãаетсвоеãо êритичесêоãо значения, наêлон êривой êрипа изменяется. В зави-симости от свойств слоя, êоторыми пóтем использования модифиêаторовтрения можно óправлять, напряжения сдвиãа моãóт óвеличиваться, óмень-шаться или не меняться с óвеличением относительноãо просêальзывания(см. п. 3.4.3.1).

Уровень сцепления, êоторый реализóется на железной дороãе, опреде-ляется через расчетный êоэффициент сцепления. Типичная еãо величи-на оêоло 0,22. Были выполнены значимые работы по óлóчшению êон-стрóêции лоêомотивов с целью повышения потенциальноãо êоэффициен-та сцепления до 0,35 и более [3.16]. При этом расчетный êоэффициентсцепления таêже повышается.

На величинó расчетноãо êоэффициента сцепления, помимо свойствслоя третьеãо тела, оêазывают влияние множество дрóãих фаêторов, в част-ности наличие êорытообразной формы проêата êолес.

Сóществóют реальные методы óвеличения и более полноãо использова-ния тяãовых возможностей лоêомотивов по сцеплению, что очень важнодля óсловий тяжеловесноãо движения. Один из таêих методов, описанныйв работах [3.17 и 3.18], основан на измерении просêальзывания êолеснойпары в момент, êоãда сила тяãи становится больше сил сцепления. Методвêлючает системó статистичесêой оценêи просêальзывания êолеса, êото-рая позволяет определять допóстимость или недопóстимость достиãнóтоãоóровня наãрóженности лоêомотива по сцеплению.

3.2.4. Влияние'тан*енциально*о'.силия'на'нес.щ.юспособность'области'4онта4та

В соответствии с теорией Герца маêсимальные статичесêие напряже-ния сжатия имеют место на поверхности, а маêсимальные êасательные на-пряжения на ãлóбине 0,78а, ãде а половина длины большой оси эл-липса площадêи êонтаêта. Расчеты распределения ãерцевсêих êонтаêтных

o 3-10 x

напряжений в бесêонечном полóпространстве поêазывают (рис. 3.7), чтонепосредственно под площадêой êонтаêта материал находится в трехос-ном напряженном состоянии. Три êомпоненты тензора напряжения при-мерно равны, в резóльтате чеãо достиãается высоêий óровень несóщей спо-собности материала. Далее вãлóбь материала эти напряжения становятсянеравными, и óровень маêсимальных êасательных напряжений достиãаетсвоеãо наивысшеãо значения.

Коãда ê поверхности приêладывается танãенциальное óсилие, маêси-мальное êасательное напряжение óвеличивается и смещается ближе ê по-верхности. Даже если при этом нормальная деформация на поверхностиносит óпрóãий хараêтер, вблизи поверхности моãóт возниêнóть пластиче-сêие деформации. Под действием êатящихся êолес под поверхностью воз-ниêает циêличесêое напряжение сжатия-растяжения, приводящее ê на-êоплению подповерхностной пластичесêой деформации и возниêновениюостаточных напряжений в материале. Таêое поведение материала являетсяпричиной различных видов êонтаêтно-óсталостных дефеêтов в êолесах ирельсах.

Два объема материала испытывают основнóю деформацию. Одним изних является очень тонêий слой ó поверхности площадêи êонтаêта,дрóãим подповерхностный объем вблизи места маêсимальных êасатель-ных напряжений. При óвеличении танãенциальноãо (тяãовоãо) óсилия наповерхности эти объемы приближаются дрóã ê дрóãó и моãóт образовыватьоднó область потенциальноãо разрóшения материала.

На рис. 3.8 поêазано влияние танãенциальноãо óсилия на несóщóю спо-собность êонтаêта [3.6, 3.25]. Эта диаãрамма, иноãда называемая диа-

o 3-11 x

x/a

0,5

1,0

1,5

2,0

za

0,5 1,0 1,50C1,0

σx/p0 и σy/p0

σx/p0

τ1

p0

0,300

0,295

0,290 0,283

0,267

0,2

51

0,2

36

0,1

73

(нормальныенапряжения)

σz

p0

(максимальное касательноенапряжение) (напряжения, параллельные

площадке контакта)

Рис. 3.7. Напряжения под êонтаêтной площадêой при действии нормальной наãрóзêи [3.6]

ãраммой приспособляемости Джонсона [3.6], поêазывает ãраницы раз-личноãо поведения материала в виде зависимости фаêтора наãрóзêи p0/kот êоэффициента µ = T/N, ãде p0 нормальное êонтаêтное давление,k предел теêóчести материала, T танãенциальное (тяãовое) óсилие,N нормальная сила. При сравнительно невысоêих значениях êоэффи-циента T/N наêопление пластичесêоãо течения материала происходит подповерхностью рельса (или êолеса). Если же êоэффициент T/N становитсябóльшим, чем примерно 0,3, наивысший óровень пластичесêоãо течениядостиãается на поверхности êатания. Наêопление большоãо числа однона-правленных пластичесêих деформаций наãартовывает поверхностныйслой до тех пор, поêа еãо способность ê пластичесêой деформации не ис-черпается [3.19]. Эта диаãрамма использóется для объяснения механизмаêонтаêтно-óсталостных дефеêтов и механичесêоãо (рабочеãо) óпрочненияповерхностноãо слоя в процессе эêсплóатации (наêлепа). Степень повреж-даемости поверхности зависит от êоэффициента трения, маêсимальноãоêонтаêтноãо напряжения и предела теêóчести стали.

3.2.5. Подход%&%оптимизации%профилей%&олеса%и%рельсапо%напряжениям

Оптимальные профили êолеса и рельса это таêие профили, êоторыеобеспечивают наилóчшóю работоспособность для заданных óсловий. Рабо-тоспособность êолеса и рельса оценивается по следóющим êритериям:! износостойêость;! óсталостная прочность;

o 3-12 x

1

2

3

4

5

00,2 0,4 0,6

Подповерхностноетечение

Фак

тор

на

груз

ки p

0/k

Поверхностноеи подповерхностное

течение

Упругая зона

Поверхностноетечение

Зона упругойприспособляемости

Граница зоны приспособляемостикинематического упрочненияГраница зоны упругой чисто пластическойприспособляемостиГраница упругой зоны

Коэффициент µ = TN

Рис. 3.8. Диаãрамма приспо-собляемости материала

! сопротивление развитию волнообразноãо износа;! сведение ê минимóмó отношения боêовых сил тележêи ê верти-

êальным; ! сведение ê минимóмó образования шóма;! достижение маêсимальной óстойчивости тележêи.В данном разделе рассмотрены фаêторы, связанные с êонтаêтными на-

пряжениями. Канадсêий национальный исследовательсêий центр разра-ботал для праêтичесêоãо применения модель оптимизации профилей(см. часть 5 êниãи) [3.20].

В зависимости от óсловий эêсплóатации êолеса до обточêи подверãают-ся от 6·107 до 8·107 циêлам наãрóжения [3.19, 3.20]. Контаêтные напряженияпри прохождении êолеса по рельсó моãóт быть очень большими, зачастóюпревышающими предел теêóчести материала êолеса и рельса. Часть этихциêлов наãартовывает материал до óровня исчерпания пластичесêихсвойств, что приводит ê поверхностным повреждениям ãоловêи рельса иповерхности êатания êолеса (см. п. 3.5.2). Повышенные амплитóда и час-тота циêлов напряжений на выêрóжêе ãоловêи рельса приводят ê образо-ванию выêрашивания в этой зоне.

При использовании в êривых êонформноãо профиля óровень êонтаêт-ных напряжений можно снизить по сравнению с неêонформным профи-лем. Однаêо следóет иметь в видó, что взаимный износ êонформных про-филей происходит таêим образом, что эпюра распределения давленийимеет тенденцию ê êонцентрации в районе мãновенной оси вращения êо-лесной пары (район выêрóжêи для рельса и основания ãребня для êолеса)и тем самым способствóет развитию êонтаêтно-óсталостных поврежденийи пластичесêомó течению материала [3.83].

Для оптимизации профилей êолеса и рельса по êонтаêтным напряже-ниям даются следóющие реêомендации [3.20]:! избеãать êонтаêтных напряжений, êоторые более чем в 3 раза превыша-ют предел прочности материала на сдвиã (см. п. 2.5);

! распределять точêи êонтаêта по поверхностям êатания êолеса и рельсас помощью обточêи профиля êолеса и шлифовêи ãоловêи рельса таêимобразом, чтобы не тольêо профили нарóжноãо и внóтреннеãо рельсовбыли различными, но и в прямых óчастêах пóти на поверхностях êата-ния была бы более чем одна полоса êонтаêта;

! менять зазор в êолее на прямых óчастêах пóти (см. п. 2.5.3.3).

3.3. Материалы)рельсов)и).олес

3.3.1. Химичес.ий)состав

Рельсы. Рельсы и êолеса металлóрãичесêи сходны. В обоих элементахприменяют стали, имеющие высоêое содержание óãлерода (0,65 0,82 %)и перлитнóю или близêóю ê перлитной стрóêтóрó. Рельсы из различныхмароê обычной óãлеродистой, леãированной, термичесêи óпрочненнойрельсовой стали êомпании-изãотовители поставляют железным дороãамСеверной Америêи, Австралии, ЮАР и Бразилии членам Ассоциации

o 3-13 x

тяжеловесноãо движения (IHHA). Россия и Китай историчесêи создалисобственные производство и стандарты на рельсы [3.22, 3.23]. Хотя хими-чесêий состав рельсовых сталей близоê, однаêо технолоãия производства,особенно на разных металлóрãичесêих заводах, может сóщественно разли-чаться.

В табл. 3.1 приведен химичесêий состав рельсов, применяемых в стра-нах членах IHHA.

Из-за сложности обеспечения требóемоãо минимóма твердости 300 НВпроизводителям рельсов в Северной Америêе разрешено изменять содер-

o 3-14 x

*Стандарт бóдет изменен в ближайшее время.

0,10 maxMo

0,25 maxNi

0,03 0,150,04-0,06 0,03 maxV

0,80 1,30 0,70 1,30 0,25 0,50Cr

0,025 max0,025 0,035 max0,035 max 0,03 max 0,025 max0,035 maxP

0,025 max0,03 0,04 max0,035 max 0,03 max0,025 max0,037 maxS

0,30 0,900,25 0,450,50 0,800,30 0,900,15 0,580,10 0,60Si

0,80 1,300,75 1,050,70 1,050,80 1,300,80 1,250,80 1,10Mn

0,60 0,820,71 0,820,72 0,800,65 0,800,72 0,820,72 0,82C

ШвецияBV50 иUIC60

РоссияГОСТ Р 51685 (T1)

КитайЮАР(S-60)*

АвстралияСША,Канада,Бразилия

СтраныЭлементы

Таблица 3 . 1

Химичесêий состав (массовая доля элементов), %, рельсовой стали

0,025 max0,035 max0,035 max0,050 max0,04 max0,050 maxP

0,020 max0,040 max0,040 max0,050 max0,035 max0,050 maxS

0,20 0,400,22 0,450,17 0,370,15 max0,15 max 0,15 maxSi

0,73 0,850,50 0,900,50 0,800,60 0,850,60 1,000,60 0,85Mn

0,67 0,720,55 0,650,55 0,650,67 0,770,67 0,770,67 0,77C

Швеция(рóдовозная

линия)

Россия (ãрóзо-вые ваãоны,

марêа 2, ГОСТ10791-89)

КитайЮАРАвстралияСША,Канада, Бра-зилия (êолеса

êласса C)

СтраныЭлементы

Таблица 3 . 2

Химичесêий состав (массовая доля элементов), %, êолесной стали

жание марãанца (Mn), ниêеля (Ni), хрома (Cr), молибдена (Mo) и ванадия(V) в оãоворенных пределах [3.24].

Колеса. Имеется мноãо мароê êолесной стали, различающихся со-держанием óãлерода. В табл. 3.2 приведен химичесêий состав êолесныхсталей, использóемых на железных дороãах стран IHHA для работы вóсловиях тяжеловесноãо движения. В большинстве ãрóзовых ваãонов нажелезных дороãах Северной Америêи применяются êолеса êласса С,химичесêий состав стали êоторых таêже представлен в табл. 3.2. Мно-ãие железные дороãи Северной Америêи использóют êолеса êласса Вдля лоêомотивов. Эти êолеса отличаются от êолес êласса С содержани-ем óãлерода (0,57 0,67 %).

Российсêий ãосóдарственный стандарт на рельсы и êолеса реãламенти-рóет таêже содержание неметалличесêих вêлючений.

На железных дороãах стран IHHA применяют êаê необтачиваемые, таêи мноãоêратно обтачиваемые êолеса. Колеса изãотавливаются методамипроêатêи или литья. Российсêие железные дороãи использóют êолеса раз-ных типов для ãрóзовых, пассажирсêих ваãонов и для лоêомотивов: êолесаãрóзовых ваãонов цельноêатаные, лоêомотивов бандажные. Все êоле-са мноãоêратно обтачиваются.

3.3.2. Ми#ростр(#т(ра

Рельсы. На железных дороãах, работающих в óсловиях тяжеловесноãодвижения, применяют рельсы из стали с перлитной стрóêтóрой. Рельсыпоставляются проêатанными без термообработêи или с термообработêой.Для óсловий тяжеловесноãо движения широêо использóются высоêопроч-ные термообработанные рельсы. При изãотовлении термообработанныхрельсов использóют стали, в êоторых содержание óãлерода близêо ê эвтеê-тоидномó; при этом образóется перлитная стрóêтóра стали. Мелêодис-персная перлитная стрóêтóра полóчается добавлением леãирóющих эле-ментов, таêих, êаê хром, молибден, ванадий, или посредством óсêоренно-ãо охлаждения.

Оптимальной стрóêтóрой для высоêопрочных термообработанных рель-сов является тонêодисперсный пластинчатый перлит.

Термообработêа рельсов может быть проведена êаê с проêатноãо, таê ис отдельноãо наãрева. При первом виде термообработêи проêатанныйрельс охлаждают до êомнатной температóры. Затем ãоловêó рельса снованаãревают, например, индóêционным способом и óсêоренно охлаждают.При таêом процессе в ãоловêе рельса формирóется мелêодисперсный аóс-тенит. Чтобы полóчить тонêóю стрóêтóрó перлита, необходимо быстрое ох-лаждение. Все процессы поверхностноãо óпрочнения рельса требóютóправляемоãо наãрева и быстроãо охлаждения.

Дрóãой метод термообработêи позволяет полóчить объемнозаêаленныйрельс [3.30]. Полноразмерные рельсы наãревают в печи, заêаливают вмасле и затем повторно наãревают и отпóсêают. При таêой технолоãии óда-

o 3-15 x

ется полóчить мелêодисперснóю перлитнóю стрóêтóрó по всемó сечениюрельса.

Термообработêа в процессе производства позволяет использовать теп-ло ãорячеêатаноãо рельса таêим образом, чтобы все еãо сечение подверãа-лось термообработêе в óсловиях достаточно равномерноãо распределениятемператóры и размера зерен аóстенита.

Оба метода имеют свои преимóщества. Например, при заêалêе с отдель-ноãо наãрева можно избежать ролиêовой правêи [3.31].

Миêрострóêтóра и ее изменение по сечению рельса определяют меха-ничесêие и триболоãичесêие свойства рельсовой стали.

Производители выпóсêают рельсы из стали разных типов. Например,железные дороãи Северной Америêи моãóт приобретать рельсы стандарт-ные, повышенноãо и высшеãо êачества. Стандартные рельсы изãотавлива-ются из низêолеãированной óãлеродистой стали и нетермообработаны.Первосортные рельсы изãотовлены из óãлеродистой стали, но полностьютермообработаны. Рельсы высшеãо êачества поставляются миêролеãиро-ванными и с термоóпрочнением ãоловêи [3.24]. Рельсы российсêоãо про-изводства изãотавливаются по трем êатеãориям в соответствии с ãосóдар-ственным стандартом [3.22].

Тип рельса выбирается по êритерию эффеêтивности еãо работы вêонêретных óсловиях эêсплóатации. Страны IHHA приобретают рельсытех типов, êоторые считаются наиболее подходящими для óсловий,имеющихся на данной железной дороãе, и позволяют оптимизироватьэêсплóатационные и ремонтные затраты и обеспечивать лóчшие эêоно-мичесêие поêазатели.

Улóчшение стрóêтóры и повышение чистоты рельсовой стали. Продолжа-ются работы по óлóчшению êачества рельсовой стали перлитноãо êласса засчет óлóчшения перлитной стрóêтóры и повышения ее чистоты. Износо-стойêость стали можно повысить пóтем óменьшения межпластинчатыхрасстояний пластин феррита и цементита в перлитной стрóêтóре. Крометоãо, ведóтся работы по óвеличению содержания цементита, êоторый спо-собствóет óвеличению износостойêости перлитной стрóêтóры. Это дости-ãается применением заэвтеêтоидных сталей. Например, сталь, содержащая0,85 % óãлерода и миêролеãированная 0,05 % ванадия, имеет поверхност-нóю твердость 375 НВ, а сталь, содержащая 0,9 % óãлерода и леãированная0,25 % хрома, твердость 395 НВ [3.33].

Дрóãой металлóрãичесêий метод полóчения мелêодисперсной стрóêтó-ры миêролеãирование нитридообразóющими элементами, таêими, êаêванадий [3.34].

Бейнитные стали. Бейнитные стали были созданы с целью óвеличитьсопротивляемость рельсов повреждениям в óсловиях высоêосêоростноãо итяжеловесноãо движения [3.28, 3.30, 3.31, 3.32]. Таêие стали содержат0,20 0,43 % óãлерода. Лабораторные эêсперименты поêазали, что бейнит-ные стали имеют более высоêие прочность на растяжение и относительноеóдлинение, чем первосортные рельсовые стали перлитноãо êласса. Напри-

o 3-16 x

мер, бейнитная сталь с содержанием óãлерода 0,35 % имеет временное со-противление разрывó 1420 МПа и относительное óдлинение 15 % [3.34].Сообщается, что таêие стали обладают лóчшей сопротивляемостью êон-таêтно-óсталостным повреждениям и имеют износостойêость, êоторая помере совершенствования технолоãии становится сопоставимой с износо-стойêостью первосортной перлитной стали [3.32, 3.34]. Однаêо работоспо-собность бейнитных сталей в реальных óсловиях тяжеловесноãо движенияеще не определена.

Чистота. Чистота рельсовой стали оценивается по êоличествó и распре-делению мяãêих и твердых неметалличесêих вêлючений. Твердые вêлюче-ния или строчêи вêлючений, таêих, êаê алюмосилиêаты (Al2O3-SiO2), явля-ются источниêами зарождения подповерхностной êонтаêтной óсталости.Строчêи вêлючений ответственны таêже за образование ãоризонтальноãорасслоения ãоловêи рельса (см. п. 3.5.3) и развитие êонтаêтно-óсталостныхраêовин, ведóщих ê возниêновению поперечных трещин в рельсе. Для êо-личественной оценêи вêлада строчеê вêлючений в образование раêовин наповерхности предложен поêазатель êонтаêтно-óсталостноãо выêрашива-ния [3.37].

Стандарты и техничесêие óсловия на производство рельсов оãраничива-ют содержание неметалличесêих вêлючений тем, что оãоваривают маêси-мальный размер их сêоплений в миллиметрах или с помощью поêазателявêлючений [3.22].

Повышение чистоты стали может быть достиãнóто применением техно-лоãии непрерывной разливêи, ваêóóмированием и отêазом от использова-ния алюминия êаê расêислителя.

Содержание ãазов (êислорода, водорода и азота) является очень сóще-ственным фаêтором, влияющим на образование дефеêтов в рельсах. Повы-шенная êонцентрация ãазов приводит ê снижению сопротивляемости êон-таêтно-óсталостным повреждениям и хрóпêомó разрóшению рельса. Водо-род, в частности, способствóет образованию флоêенов и, таêим образом,вызывает излом рельса. Высоêоêачественные рельсы должны содержать неболее 0,002 % êислорода (по массе).

Изãотовители рельсовой стали óделяют большое внимание технолоãиипроизводства, позволяющей полóчить более чистый металл. Одним изметодов полóчения более чистой стали является элеêтрошлаêовый пере-плав [3.27].

3.3.3. Механичес)ие*свойства*рельсов

Механичесêие свойства рельсов оценивают по пределó теêóчести, вре-менномó сопротивлению разрывó, óсталостной прочности, твердости ивязêости разрóшения. Предел теêóчести хараêтеризóет способность мате-риала ê сопротивлению пластичесêомó течению и ê механичесêомó óпроч-нению. Временное сопротивление разрывó и óсталостная прочность, опре-деляемые в процессе лабораторных или натóрных óсталостных испытаний,

o 3-17 x

являются поêазателями сопротивления рельсовоãо материала óсталостнымразрóшениям [3.35, 3.36].

В табл. 3.3 представлены механичесêие свойства стали первосортныхрельсов, применяемых на железных дороãах стран IHHA. Эти рельсы име-ют предел теêóчести порядêа 640 805 МПа, временное сопротивлениеразрывó 1080 1180 МПа.

Стандартные (нетермообработанные) рельсы из óãлеродистой стали име-ют более низêие механичесêие свойства: предел теêóчести оêоло 480 МПа,временное сопротивление разрывó оêоло 960 МПа.

Твердость. Твердость очень важная хараêтеристиêа механичесêихсвойств стали, в значительной мере определяющая работоспособностьрельсов. Твердость на поверхности ãоловêи и ее распределение по ãлóбинерельса определяют износостойêость материала, сопротивляемость êон-таêтно-óсталостным повреждениям и пластичесêомó течению. Выпóсêае-мые рельсы разных типов имеют широêий диапазон твердости. Рельсы дляжелезных дороã Северной Америêи должны иметь минимальнóю твердостьна поверхности êатания 300 НВ, высоêопрочные термообработанныерельсы в пределах 330 390 НВ. В российсêих стандартах оãоворенатвердость на ãлóбине 10 22 мм от поверхности êатания, например, длярельсов êатеãории Т1 не менее 321 НВ на ãлóбине 22 мм. Это требованиедолжно выполняться для обеспечения необходимоãо óровня износостой-êости, êоãда ãоловêа рельса изношена. Твердость важна и êаê поêазательóровня сопротивляемости материала зарождению трещин êонтаêтно-óста-лостноãо происхождения. Имеется таêже требование, чтобы разброс зна-чений твердости на поверхности êатания по длине одноãо рельса не пре-вышал 30 НВ.

Наиболее распространенный метод повышения твердости состоит вóвеличении содержания êарбидов и измельчении перлитной стрóêтóры,

o 3-18 x

320 360341 401340 390340340 390Твердость на по-верхности, НВ

98109 10Относительноеóдлинение, %,не менее

10801180117510801172Временное сопроти-вление растяжению,MПа, не менее

640800805640758Предел теêóчести,МПа, не менее

Швеция Россия (ГОСТР 51685)

КитайЮАР США, Канада,Бразилия

СтраныПоêазатель

Таблица 3 . 3

Механичесêие свойства первосортных рельсов

что достиãается миêролеãированием и óсêоренным охлаждением при тер-мообработêе.

Использóя перлитные стали, можно полóчить твердость оêоло 400 НВ,бейнитные стали моãóт обеспечить твердость 500 550 НВ. Исследованияи испытания поêазывают, что бейнитные стали имеют высоêóю сопроти-вляемость различным видам повреждений, но вместе с тем (на настоящеевремя) недостаточнóю износостойêость. Изãотовители рельсов продолжа-ют работать над óвеличением износостойêости этих сталей [3.34].

В эêсплóатации после оãромноãо числа взаимодействий êолеса и рельсаих поверхностная твердость óвеличивается по сравнению с исходной. Хотяпроцессом эêсплóатационноãо óпрочнения óправлять трóдно, это явлениенеобходимо óчитывать при определении оптимальной технолоãии шлифо-вания рельсов и обточêи êолес (см. п. 3.5.1).

Вязêость разрóшения. Это свойство хараêтеризóет способность сталисопротивляться хрóпêомó разрóшению от êонтаêтно-óсталостных трещини дрóãих óсталостных дефеêтов. Особенно важно иметь хорошие поêаза-тели вязêости разрóшения при возниêновении и развитии поперечныхтрещин.

Вязêость разрóшения для рельсовых сталей может быть оценена поêа-зателем óдарной вязêости. В соответствии с Российсêим стандартомГОСТ Р 51685 2000 óдарная вязêость сталей êатеãории Т1 должна бытьне менее 25 Дж/см2 при температóре +20 °C.

Миêролеãирование стали ванадием вместе с óправляемым расêислени-ем силиêоêальцием óвеличивает низêотемператóрнóю óдарнóю вязêость[3.39], что важно для работы в óсловиях отрицательных температóр. Увели-чение содержания азота в стали до 0,0015 % таêже óвеличивает óдарнóювязêость при низêих температóрах [3.40]. Увеличение содержания фосфораоêазывает отрицательное воздействие на вязêость разрóшения.

Следóет отметить, что зарождение и развитие трещин исследóется с по-мощью методов механиêи разрóшения и соответствóющих испытаний.

Остаточные напряжения. Остаточные напряжения в рельсе являютсяследствием:! процесса изãотовления рельсов;! êонтаêтных напряжений, возниêающих под воздействием проходящих

êолес;! сварêи рельсов.Остаточные напряжения в процессе изãотовления возниêают вследствие

различия во времени фазовых превращений в ãоловêе, шейêе и подошверельса при охлаждении. Холодная правêа рельса в ролиêоправочной маши-не сóщественно óвеличивает остаточные напряжения. При большой вели-чине правêи рельс впоследствии может сломаться [3.41]. Сóществóетнесêольêо способов оценêи остаточных напряжений: с помощью тензодат-чиêов, разрезêой или высверливанием отверстия (это методы разрóшающе-ãо êонтроля). Использóются таêже методы неразрóшающеãо êонтроля, та-êие, êаê метод нейтронной дифраêции, аêóстичесêий, рентãеновсêий и ряд

o 3-19 x

дрóãих. Простейшим методом является измерение смещения êромоê паза,прорезаемоãо в шейêе рельса. В зависимости от способа правêи рельсаостаточные напряжения моãóт достиãать 100 300 МПа. С использованиемпоêазателей интенсивности напряжений и допóстимоãо êоэффициента ин-тенсивности напряжений разработаны êритерии повреждаемости рельсовиз-за остаточных напряжений [3.41].

В полностью заêаленных и выправленных термообработанных рель-сах в ãоловêе и подошве имеют место растяãивающие напряжения, вшейêе сжимающие. Упрочнение ãоловêи рельса обычно ведет ê воз-ниêновению в ней сжимающих остаточных напряжений. Разработанатехнолоãия изãотовления рельсов, êоторая обеспечивает оптимальноераспределение остаточных напряжений. Этот метод, состоящий в óправ-ляемом повторном наãреве и двóстороннем охлаждении, позволяет отêа-заться от правêи на ролиêо-правильных машинах [3.31].

Механичесêое óпрочнение рельса проходящими êолесами создает сжи-мающие напряжения в ãоловêе рельса. Эти напряжения влияют на сêо-рость и ãлóбинó распространения êонтаêтно-óсталостных трещин в по-верхностном слое.

Сварêа рельсов приводит ê возниêновению сложно распределенных повеличине и направлению остаточных напряжений. Во мноãих слóчаях этинапряжения являются причиной разрóшения рельса. Применение болеесовершенной технолоãии сварêи вместе с последóющей термообработêойсóщественно снижает óровень остаточных сварочных напряжений.

3.3.4. Механичес)ие*свойства*)олес

Для железных дороã Северной Америêи единственным поêазателем ме-ханичесêих свойств материала êолес является твердость. Для êолес êлассаС твердость находится в пределах 321 363 НВ. Соãласно Российсêомóстандартó (ГОСТ 10791-89) временное сопротивление разрывó материалаêолес ãрóзовых ваãонов марêи 2 должно быть не менее 911 1107 МПа, от-носительное óдлинение не менее 8 %, поверхностная твердость не ме-нее 290 НВ, твердость на ãлóбине 30 мм не менее 255 НВ.

В настоящее время для лиêвидации сóщественной разницы в твердостиêолес ãрóзовых ваãонов и рельсов принимаются меры по:! совершенствованию технолоãии термообработêи обода цельноêатаных

êолес;! óвеличению содержания óãлерода в êолесной стали до óровня рельсо-вой стали и, следовательно, повышению ее твердости до 320 400 НВ;

! внедрению технолоãий поверхностноãо óпрочнения êолес (плазменной,лазерной, наплавêи) [3.42].

Остаточные напряжения. Остаточные напряжения являются ãлавнымпараметром, определяющим сêлонность êолес ê повреждениям. Непра-вильный режим термообработêи приводит ê хрóпêомó разрóшению êолес.Для предотвращения развития термичесêих трещин введен процесс заêал-

o 3-20 x

êи обода êолеса, в резóльтате êотороãо по оêрóжности обода образóютсяблаãоприятные сжимающие остаточные напряжения. Однаêо переãрев êо-лес при резêом торможении может нарóшить хараêтер этих напряжений.

3.3.5. Общие&принципы&выбора&материалов&2олеси&рельсов

Свойства материалов êолес и рельсов оêазывают сóщественное влияниена их износостойêость, сопротивление êонтаêтно-óсталостным и óста-лостным повреждениям, пластичесêомó течению материала. Улóчшениесвойств êолесных и рельсовых сталей может сóщественно повысить óро-вень допóстимых êонтаêтных напряжений.

Отдельные хараêтеристиêи стали находятся в противоречии дрóã с дрó-ãом. Например, твердость и вязêость разрóшения связаны обратной зави-симостью. Поэтомó требóется системный подход для óстановления êрите-риев выбора материала.

3.3.5.1. Критерии&выбора

Имеется набор хараêтеристиê материала (таê называемая êонстрóêтив-ная прочность), êоторыми он должен обладать для тоãо, чтобы óдовлетво-рять эêсплóатационным требованиям [3.43]. Эти хараêтеристиêи óстана-вливаются с помощью серии лабораторных испытаний:! на êонтаêтнóю óсталость;! на износостойêость;! на статичесêóю и циêличесêóю сопротивляемость распространениютрещин;

! статичесêих, циêличесêих и óдарных (для рельсов).Материалы, выбранные по резóльтатам лабораторных испытаний,

должны быть затем проверены в процессе испытаний, воспроизводящихреальные óсловия работы, например, на êольцевом пóти полиãона óсêо-ренных испытаний в Центре транспортных технолоãий (Пóэбло, США)или на Эêспериментальном êольце ВНИИЖТа (Россия). После таêих ис-пытаний материалы проверяются в эêсплóатационных óсловиях.

Реêомендации по технолоãии изãотовления. Рельсы и êолеса следóющеãопоêоления бóдóт изãотавливаться с использованием более совершенныхтехнолоãий производства стали, óпрочнения и êонтроля êачества.

Рельсы: дальнейшее повышение чистоты сталей перлитноãо êласса с по-мощью разных технолоãий, вêлючая:! непрерывный разлив рельсовой стали;! миêролеãирование рельсовой стали;! óвеличение минимальной твердости рельсов до 300 НВ в прямых

óчастêах пóти и 340 НВ в êривых;! методы и средства измерения остаточных напряжений, внóтренних де-феêтов, прямолинейности;

! ваêóóмирование, внепечная обработêа жидêой стали.

o 3-21 x

Колеса: в отношении êолес реêомендóются:! применение технолоãии заêалêи с быстрым охлаждением обода для по-лóчения в нем сжимающих напряжений, лиêвидации термичесêих по-вреждений и вместе с тем óвеличения твердости обода до óровня термо-обработанных рельсов;

! применение миêролеãированной êолесной стали;! продолжение работ по использованию технолоãий поверхностноãо

óпрочнения и наплавêи ãребней.

Однаêо для оптимизации работы êолеса и рельса êаê системы необхо-димо óчитывать динамичесêие параметры взаимодействия êолеса и рельса,êонтаêтнóю механиêó и способы óправления трением.

3.4. Смаз%а&и&(правление&трением

3.4.1. Не%оторые&соображения&о&триболо7ичес%ихфа%торах

Трение иãрает ãлавнóю роль в процессах взаимодействия êолеса и рель-са, особенно в процессах сцепления, торможения, изнашивания, вписыва-ния в êривые, визãа êолес при движении в êривых, вползания êолеса нарельс, ведóщеãо ê сходам, виляния лоêомотива и ваãона, образования êон-таêтно-óсталостных повреждений и ползóнов.

Особóю роль в обеспечении работоспособности êолеса и рельса иãраетслой третьеãо тела. Концепция третьеãо тела была введена в триболоãиюИ. В. Краãельсêим и еãо óчениêами [3.46] и в дальнейшем развита Годе иеãо последователями [3.47]. Этот подход был плодотворно применен êпроблемам взаимодействия êолеса и рельса для расчета распределения êа-сательных сил в зоне êонтаêта [3.47, 3.13]. На состав и свойства третьеãотела оêазывает влияние наличие смазêи, песêа, частиц износа, поверх-ностная твердость, оêрóжающие óсловия, объемные свойства материалов иóпрочненных слоев, возниêших в резóльтате взаимодействия êолеса ирельса [3.48, 3.12].

Сóществóет потоê материалов, образóющих слой третьеãо тела. По-стóпления в этот слой вêлючают оêсиды железа, возниêшие при оêис-лении частиц износа êолеса и рельса, частицы êремния (ãлавным обра-зом, от песêа, подаваемоãо с лоêомотива), частицы износа тормозныхêолодоê, óãлеводороды (из применяемых для лóбриêации смазочныхматериалов, êоторые попадают на поверхность êатания) и дрóãие за-ãрязнители. На выходе из этоãо слоя имеют место частицы материалов,вытесняемые с площадêи êонтаêта и óдаляемые вследствие износа илисметания с рельса, а таêже теряемые через дрóãие механизмы [3.47]. По-êазано, что массообмен в третьем теле близêо êоррелирóет с параметра-ми сцепления êолеса и рельса.

Большое влияние на трение и износ при взаимодействии êолеса и рель-са оêазывают поверхностная температóра и ее ãрадиенты в направлениях,нормальных ê поверхностям трения [3.49]. Высоêая температóра и ее ãра-

o 3-22 x

диенты вызывают химичесêие и стрóêтóрные превращения в слоях третье-ãо тела и изменения их реолоãичесêих свойств, что приводит ê дополни-тельным поверхностным напряжениям, изменениям êоэффициента тре-ния и интенсивности изнашивания.

3.4.2. Л"бри&ация*бо&овой*поверхности*4олов&и*рельсаи*4ребней*&олес*

Лóбриêация рельсов и ãребней êолес не новая технолоãия. Уже мноãолет назад паровозы оснащались ãребнесмазывателями, в течение длитель-ноãо времени применяются пóтевые лóбриêаторы.

По мере óвеличения осевых наãрóзоê и массы поездов значение лóбри-êации возрастает, посêольêó повышение ãрóзонапряженности железнодо-рожных линий влечет сóщественный рост темпов износа рельсов и êолес.

Каê видно из рис. 3.2, износ êолеса и рельса зависит от свойств третьеãотела, в особенности êоэффициента трения, êонтаêтных напряжений, от-носительных просêальзываний êонтаêтирóющих тел, в свою очередь зави-сящих от óãла набеãания, профилей êолеса и рельса, хараêтеристиê вписы-вания тележеê и эêсплóатационных óсловий. Все эти элементы образóютсложнóю трибосистемó. Разбалансирование этой системы, возниêающеевследствие работы без естественной или исêóсственной лóбриêации, при-водит ê высоêим нормальным и êасательным напряжениям на ãоловêерельса и ãребне êолеса, а таêже ê относительным просêальзываниям, вы-зывающим режим êатастрофичесêоãо изнашивания. Очень трóдно, есливообще возможно, вернóть системó в óсловия нормальноãо фóнêциониро-вания, т. е. в óсловия работы при нормальном режиме изнашивания, безприменения лóбриêации. Например, Российсêим железным дороãам по-требовалось 4 ãода, чтобы внедрить лóбриêацию и таêим образом снизитьизнашивание ãребней êолес лоêомотивов, ãрóзовых ваãонов и ãоловоêрельсов до óровня, при êотором система моãла работать эффеêтивно[3.50]. Это стало возможным блаãодаря разработêе и внедрению стрóêтó-рированной проãраммы лóбриêации. При внедрении этой технолоãии по-требовалась выработêа êритериев эффеêтивности лóбриêации, вêлючаю-щих êоличественнóю оценêó поêазателей соêращения расхода топливаили элеêтроэнерãии, óменьшения боêовоãо износа ãоловоê рельсов иãребней êолес лоêомотивов и ваãонов, а таêже снижения замены êолес ва-ãонов по износó.

Выãоды от введения лóбриêации вêлючают [3.56]:! снижение износа боêовой поверхности ãоловêи рельсов и ãребней êо-лес, что приводит ê óменьшению интенсивности замены êолес и рель-сов;

! соêращение расхода топлива или элеêтроэнерãии, обóсловленное óлóч-шением взаимодействия êолеса и рельса;

! óменьшение выделения шóма, связанноãо с взаимодействием êолеса ирельса.

o 3-23 x

Оптимальной считается таêая система лóбриêации, êоторая обеспечи-вает óменьшение расхода энерãии, изнашивания и сменяемости êолес ирельсов без создания отрицательных эффеêтов воздействия на тяãовые ха-раêтеристиêи поезда и движение эêипажей в êривых [3.51].

Типы лóбриêаторов. Сóществóют три типа óстройств для лóбриêациирельсов и êолес.

Передвижные л óбриê а торы. Лóбриêаторы этоãо типа наносятсмазочный материал на выêрóжêó ãоловêи рельса. Применяются пере-движные лóбриêаторы, óстановленные на транспортных средствах мноãихвидов: от эêипажей на êомбинированном автомобильно-рельсовом ходó доспециальных автомотрис.

Лоêомотивные ãребнесма зыва те ли. Лоêомотивные ãребнесма-зыватели наносят êонсистентнóю смазêó или твердый смазочный материална ãребень êолеса. Этот материал через êонтаêт переносится в область вы-êрóжêи ãоловêи рельса. Смазочный материал подается на одно или два êо-леса, подача смазочноãо материала определяется по числó оборотов êоле-са. Пластичный смазочный материал подается ê ãребню êолеса черезсопла. Предóсмотрена система автоматизированноãо êонтроля, обеспечи-вающая подачó материала точно в нóжное место. Для подачи твердоãо сма-зочноãо материала ê ãребням êолес применяются разные системы, напри-мер в виде заполненных смазочным материалом трóбоê, из êоторых мате-риал подается ê ãребню êолеса под давлением с помощью специальноãоóстройства.

Н а п о л ь н ы е л ó б р и ê а т о р ы. Имеются три вида напольных лóб-риêаторов: с механичесêим, ãидравличесêим или элеêтричесêим приводом.В этих лóбриêаторах использóются пластичные смазочные материалы раз-ных типов. Напольные лóбриêаторы óстанавливаются на ãлавных пóтях вêривых и в ãорловинах станций. На эффеêтивность их применения оêазы-вают влияние положение лóбриêатора в êривой, вязêость смазочноãо мате-риала при различных, в том числе отрицательных, температóрах и орãани-зация техничесêоãо обслóживания. Хорошим праêтичесêим способомопределения оптимальноãо местоположения лóбриêатора, êоторое зача-стóю в большей степени зависит от хараêтера и сêорости движения поез-дов, чем от радиóса êривых, является использование трибометров (см. ни-же). Посêольêó оêрóжающая температóра в северных странах сóщественноизменяется в течение ãода, можно использовать зимние и летние видысмазочноãо материала. При этом в êаждый сезон следóет использоватьсмазочный материал соответствóющеãо вида.

Очень важно обеспечить хорошее обслóживание пóтевых лóбриêато-ров. Наиболее часто встречаются следóющие их неисправности: непра-вильная óстановêа, подтеêание или обрывы шланãов подачи смазочноãоматериала, выход из строя или плохая работа привода и насоса. Следóеттаêже обеспечить стандартизацию смазочных материалов в пределах сма-зываемоãо района и обеспечить возможность достóпа ê лóбриêаторам,особенно в зимнее время.

o 3-24 x

Типы смазочных материалов для лóбриêации. Сóществóют требования êсмазочным материалам, óстанавливаемые в зависимости от êлиматичесêихи иных óсловий оêрóжающей среды. Эти требования должны вêлючать не-обходимость обеспечивать смазывание до заданноãо óровня êонтаêтныхдавлений и при повышенной и пониженной влажности [3.50,3.52]. Сма-зочные материалы должны не смываться дождем и выдерживать оêрóжаю-щóю температóрó от 40 до +70 °C. Кроме тоãо, материал должен выдержи-вать температóрó, возниêающóю при взаимодействии êолеса и рельса и вовремя торможения. Песоê, применяемый для óвеличения сцепления êоле-са с рельсом, не должен прилипать ê материалó после нанесения на по-верхность. Материал таêже не должен воспламеняться, быть опасным илиоêазывать вредное действие на оêрóжающих. Все смазочные материалы,предназначенные для лóбриêации в системе êолесо рельс, должны бытьсертифицированы в соответствии с правилами данной страны.

Оценêа эффеêтивности лóбриêации. Для передвижных рельсосмазывате-лей ежемесячно определяются три поêазателя: средняя протяженность ре-ãóлярно смазываемых óчастêов пóти, расход смазочноãо материала на êи-лометр смазываемоãо пóти, число проходов рельсосмазывателя [3.50]. Ве-личины этих поêазателей зависят от хараêтеристиê êонêретноãо óчастêапóти, объема движения, типа смазочноãо материала и êонстрóêцииóстройства для еãо нанесения. Измеренные значения поêазателей сравни-ваются с расчетными для данноãо óчастêа пóти, типа рельсосмазывателя иприменяемоãо смазочноãо материала.

Эффеêтивным средством исследования, настройêи и êонтроля работылóбриêаторов являются трибометры (см. п. 3.4.2.1). Однаêо в эêсплóатациииз-за больших затрат трóда и времени невозможно применять трибометрыежедневно. На ряде железных дороã разработан метод оценêи эффеêтив-ности лóбриêации на основе визóальноãо êонтроля состояния поверхно-стей рельсов с применением специальной эêспертной таблицы (табл. 3.4).После использования трибометра в течение неêотороãо времени можно с

o 3-25 x

Менее 0,15На 100 % поêрытая толстым слоем смазочноãо материала темноãоцвета

0,15 0,20На 100 % поêрытая тонêим слоем смазочноãо материала

0,20 0,25Гладêая, на 60 90 % поêрытая смазочным материалом

0,25 0,30Гладêая, на 40 60 % поêрытая смазочным материалом

0,30 0,35Гладêая, со следами смазочноãо материала на 10 40 % поверхности

0,35 0,45Гладêая, блестящая, несмазанная

0,45 0,6Грóбая, изборожденная

Оêоло 0,6Грóбая, со следами вырывов от схватывания

Оценêа êоэффициентатрения

Наблюдаемое состояние боêовой поверхности ãоловêи рельса

Т а б л и ц а 3.4

Эêспертная таблица эффеêтивности лóбриêации [3.45, 3.53]

достаточной точностью делать оценêó êоэффициента трения по резóльта-там визóальноãо осмотра.

Дрóãим важным поêазателем эффеêтивности лóбриêации является рас-ход топлива или элеêтричесêой энерãии лоêомотивами на тяãó поездов.Сóществóют методы оценêи эêономии энерãии на êонêретных óчастêах,ãде введена лóбриêация [3.54]. В реальных óсловиях эêсплóатации эêоно-мия энерãии на óчастêах с большим êоличеством êривых находится в пре-делах 6 12 %. Энерãия эêономится блаãодаря снижению сил трения вêонтаêте ãребня êолеса и боêовой поверхности ãоловêи рельса, óменьше-нию составляющих относительноãо просêальзывания и óлóчшению дина-мичесêих хараêтеристиê тележêи, приводящих ê снижению сопротивле-ния при вписывании в êривые.

Главным êритерием эффеêтивности лóбриêации является интенсив-ность изнашивания рельсов и êолес. Например, на Российсêих железныхдороãах разработаны предельно допóстимые нормы интенсивности изна-шивания ãребней êолес лоêомотивов в мм на 104 êм пробеãа лоêомотива ибоêовых поверхностей ãоловоê рельсов в мм на 1 млн. т брóтто пропóщен-ной поездной наãрóзêи в зависимости от êривизны пóти (табл. 3.5).

Сóществóют таêже êритерии эêономичесêой эффеêтивности, отражаю-щие соêращение эêсплóатационных расходов блаãодаря применению лóб-риêации. Считается, что применение лóбриêации является эêономичесêиэффеêтивным, если соêращение эêсплóатационных расходов, связанных сизносом в êонтаêте êолесо рельс, не менее чем в 3 раза превышает за-траты на лóбриêацию.

3.4.2.1. Измерение()оэффициента(трения

Рóчной трибометр [3.55]. Для оценêи эффеêтивности лóбриêации в эêс-плóатации Ассоциацией америêансêих железных дороã был разработанспециальный трибометр. С еãо помощью можно измерять êоэффициенттрения на выêрóжêе, боêовой поверхности и поверхности êатания ãоловêирельса. Силы трения на êонтаêтной площадêе измерительноãо êолесаопределяются по методó, близêомó ê использóемомó в системе торможе-

o 3-26 x

Не более 0,40 при R ≤ 650 м;доля êривых 10 ÷ 15 %;

не более 0,50 для ãорных районов

Интенсивность изнашивания ãребнейêолес лоêомотивов, мм/104 êм пробеãа

Не более 0,66 при R ≤ 300 м;не более 0,05 при R = 301 ÷500 м;не более 0,04 при R = 501 ÷1000 м;

не более 0,025 при R > 1000 м

Интенсивность изнашивания боêовойповерхности ãоловêи рельса, мм/1 млн. т

Интенсивность изнашивания в зависимости от радиóсаêривых R и степени êривизны пóти

Поêазатель

Таблица 3.5

Предельно допóстимые поêазатели интенсивности изнашивания боêовой поверхности ãоловоêрельсов и ãребней êолес [3.50]

ния современных автомобилей. Трибометр имеет автоматизированнóюсистемó êонтроля, êоторая определяет момент насыщения по êривой про-дольноãо êрипа. Встроенный в измерительнóю ãоловêó миêропроцессоропределяет момент достижения маêсимальной танãенциальной силы (маê-симальной силы êрипа).

Сêоростной трибометр. Сêоростной трибометр новая разработêа же-лезных дороã Северной Америêи. В отличие от рóчноãо трибометра сêо-ростной воспроизводит поперечное просêальзывание и измеряет моментнасыщения по êривой поперечноãо êрипа. Сêоростные трибометры по-зволяют измерять êоэффициент трения на óчастêах пóти большой протя-женности при движении со сêоростью до 50 êм/ч. Информацию по вели-чинам êоэффициента трения на поверхности êатания и боêовой поверх-ности ãоловêи рельса, измеряемоãо одновременно, заносят в базó данных.Эти данные использóются êаê для определения местоположения наполь-ных лóбриêаторов, таê и для настройêи всей системы лóбриêации.

3.4.2.2. Проблемы)л*бри,ации

1 . Излишняя лóбриêация может дать дополнительное снижение расхо-да топлива и энерãии, но за счет óвеличения êонтаêтно-óсталостных по-вреждений и óхóдшения вписывания тележеê в êривые, ведóщеãо ê ростóбоêовых сил (рис. 3.9).

2. Излишняя лóбриêация, миãрация смазочноãо материала на поверх-ность êатания рельса и êолеса моãóт вызывать пробоêсовêó êолес лоêомо-тива, что óхóдшает тяãовые хараêтеристиêи и может вызвать ползóны наêолесах и прижоãи на рельсах.

3. Повышается значение человечесêоãо фаêтора: необходимо поборотьжелание машинистов выêлючать лоêомотивные ãребнесмазыватели дляпредотвращения пробоêсовêи êолес лоêомотивов [3.53].

4. Имеют место заãрязнения пóти, особенно оêоло напольных лóбриêа-торов [3.56].

5. Большая разница в эффеêтивности лóбриêации нарóжноãо и внóт-реннеãо рельсов может способствовать вêатыванию êолеса на рельс в êри-

o 3-27 x

0

20

40

60

80

100

Бо

кова

я с

ил

а в

кри

вой

, кН

Плохое Хорошее

Сухойрельс

Наружный рельссмазан, внутренC

ний сухой

СбалансиCрованная

лубрикация

Качество лубрикации

Средний уровень,внешний рельс

смазанРис. 3.9. Влияниеêачества лóбриêации набоêовые силы, действóю-щие в êривой радиóсом

160 м [3.51]

вых в óсловиях, êоãда центральная опора тележêи и внóтренний рельс сма-заны с неодинаêовой эффеêтивностью [3.51, 3.57].

6. Коãда поворотный момент трехэлементной тележêи очень велиê из-за плохоãо состояния центральной опоры, боêовых сêользóнов и опор,смазывание нарóжноãо рельса приводит ê óвеличенномó êороблению рамытележêи и тем самым ê возрастанию óãла набеãания [3.3].

7. Коãда различие êоэффициентов трения рельсов êривой превышает0,1 0,15, óхóдшается способность тележêи ê вписыванию и óвеличивают-ся боêовые силы [3.51].

8. Корытообразный проêат êолес может сóщественно óменьшить поло-жительные резóльтаты лóбриêации.

9. Имеет место повышение степени подверженности выêрóжêи ãоловêирельсов и поверхности êатания êолес êонтаêтно-óсталостным поврежде-ниям.

3.4.2.3. Ре#омендации+по+л.бри#ации

! Для внедрения и поддержания работоспособности системы лóбриêациисоздать хорошо стрóêтóрированнóю проãраммó óправления этой систе-мой.

! Разработать поêазатели лóбриêации для êонêретных óчастêов пóти.! Разработать нормы рациональноãо смазывания боêовой поверхности

ãоловêи рельса и ãребня êолеса с óчетом радиóса êривых и их числа.! Обеспечивать минимальный óровень лóбриêации, при êотором поверх-ность зоны выêрóжêи ãоловêи рельса остается ãладêой. Каê тольêо этаповерхность становится ãрóбой, эффеêт от последóющей лóбриêациибóдет заметно меньшим.

!Избеãать излишнеãо смазывания, особенно в начале êривых, подъемови спóсêов.

! Выбирать подходящий смазочный материал с óчетом температóрноãодиапазона, имеющеãо место на данной железной дороãе. Обеспечитьóнифиêацию смазочных материалов, использóемых в данном районе.

!Повысить óровень êвалифиêации персонала, связанноãо с лóбриêацией,для снижения степени ошибоê из-за человечесêоãо фаêтора;

!При смазывании нарóжноãо рельса в êривых обеспечивать поддержа-ние центральной опоры, боêовых сêользóнов и опор трехэлементныхтележеê в хорошем состоянии;

! Выбирать оптимальный режим смазывания, обеспечивающий эêоно-мию топлива, энерãии и снижение износа êолес, рельсов и в то же вре-мя óстраняющий неãативные эффеêты лóбриêации. Эêономичесêиевыãоды от лóбриêации должны преобладать над ее потенциальными от-рицательными эффеêтами;

! Технолоãии лóбриêации и шлифования рельсов должны рассматривать-ся совместно, для чеãо следóет разработать общóю для этих технолоãийпроãраммó, базирóющóюся на системном подходе.

o 3-28 x

3.4.3. Управление*трением

Применительно ê процессам в системе êолесо рельс можно выделитьтри óровня трения, хараêтеризóемые величиной êоэффициента трения:низêий (0,2 и менее), средний (0,2 0,4) и высоêий (0,4 и более) [3.58].

Задача óправления трением состоит в поддержании êоэффициента тре-ния:! междó ãребнем êолеса и боêовой поверхностью ãоловêи рельса нанизêом óровне трения;

! междó поверхностями êатания êолеса ãрóзовых ваãонов и рельса насреднем óровне;

! междó поверхностями êатания êолеса лоêомотива и рельса на высо-êом óровне трения.Управление трением основано на êонцепции, позволяющей посред-

ством подбора специальных материалов (модифиêаторов трения) создатьна соответствóющих поверхностях в êонтаêте êолеса и рельса слои, обла-дающие заданными хараêтеристиêами трения.

3.4.3.1. Модифи1аторы*трения

Модифиêаторы трения это материалы, êоторые добавляются в об-ласть êонтаêта междó êолесом и рельсом с целью создания третьеãо тела,обладающеãо желаемыми свойствами.

Модифиêаторы трения моãóт быть разделены на три ãрóппы [3.58]:! модифиêаторы, создающие низêий êоэффициент трения (0,2 и менее)и использóемые для снижения трения междó ãребнем êолеса и боêовойповерхностью ãоловêи рельса. Примером таêих модифиêаторов трения(LCF) являются твердые смазочные материалы. Их основное отличиеот жидêих смазочных материалов состоит в том, что они при тех же дав-лении и просêальзывании создают слои большей толщины, например30 40 мêм. При использовании пластичных смазоê толщина смазоч-ноãо материала, находящеãося при обычных для êонтаêта êолеса ирельса давлении и просêальзывании, может составлять оêоло 5 мêм;

! модифиêаторы, создающие средний êоэффициент трения (от 0,2 до 0,4)и использóемые для óменьшения сопротивления движению ãрóзовыхваãонов, снижения развития êоротêоволновых неровностей, óменьше-ния виляния тележêи и óстранения визãа êолес;

! модифиêаторы, создающие очень высоêий óровень трения (аêтиваторытрения) и использóемые для óвеличения сцепления лоêомотивов в ре-жиме тяãи и повышения эффеêтивности торможения.Все модифиêаторы трения моãóт быть êлассифицированы в соот-

ветствии со свойствами êонтаêта реаãировать на изменение танãенциаль-ноãо (тяãовоãо) óсилия при изменении просêальзывания (êрипа)(рис. 3.10) [3.60]. Если танãенциальное óсилие снижается после точêи на-сыщения, материал имеет хараêтеристиêи, снижающие трение. Если спо-собность ê восприятию тяãовоãо óсилия óвеличивается при óвеличениипросêальзывания, материал имеет хараêтеристиêи, óвеличивающие тяãо-

o 3-29 x

вые возможности êонтаêта. В зависимости от этоãо таêие модифиêаторытрения подразделяются на создающие большое (HPF) или очень большое(VHPF) «позитивное» трение.

Модифиêаторы трения HPF создают позитивные хараêтеристиêи тре-ния в слое третьеãо тела междó êолесом и рельсом. Это таêие материалы,при добавлении êоторых в слой третьеãо тела хараêтеристиêи пары тренияизменяются от снижения трения по мере óвеличения просêальзывания доповышения это трения.

Модифиêаторы, повышающие êоэффициент трения, в зависимости отóсловий и систем нанесения моãóт поставляться в твердом или жидêом ви-де [3.60]. Твердые материалы в виде стержней óдобны для нанесения непо-средственно на поверхность êатания êолеса, с êоторой они переносятся нарельс. Связóющее вещество подобрано таê, что оно при высоêой темпера-тóре в êонтаêте êолеса и рельса выãорает, оставляя на поверхности миê-ронной толщины слой сóхоãо модифиêатора трения, заполняющеãо впади-ны шероховатостей металличесêих поверхностей. В виде жидêостей наводной основе модифиêаторы трения наносятся непосредственно на рельсс помощью óстройств, óстановленных или на транспортном средстве наêомбинированном ходó, или на поезде.

3.4.3.2. Нанесение'модифи,аторов'тренияна'поверхность',атания'рельса'[3.51,'3.59]

На поверхность êатания рельса модифиêаторы трения наносят для по-лóчения дополнительной (ê лóбриêации) эêономии энерãии и óлóчшениявписывания тележеê ãрóзовых ваãонов в êривые. С этой целью применя-ются модифиêаторы, позволяющие поддерживать êоэффициент трения наóровне оêоло 0,35. Эти модифиêаторы наносятся на поверхность êатаниярельса сразó за лоêомотивом. Их êоличество и хараêтеристиêи подобранытаêим образом, чтобы нанесенный материал ê êонцó поезда был изношен.Тем самым предотвращается боêсование êолес лоêомотива следóющеãопоезда. После прохода последнеãо ваãона êоэффициент трения может на-ходиться в пределах от 0,25 до 0,45.

o 3-30 x

Нейтральноетрение

Увеличивающееся трение

Точка насыщения

Чистое качение

Падающеетрение

Проскальзывание (крип)

Тан

ген

ци

альн

ое

ус

ил

ие

Рис. 3.10. Модель поведения различныхмодифиêаторов трения

Испытания системы, воспроизводящие реальные óсловия работы, по-êазали, что средняя эêономия энерãии составляет от 10 до 13 %. Силы вêривых в зависимости от радиóса êривой и типа ваãона снижаются на 5 45 %. Снижается таêже и óровень шóма. При использовании ваãонов с са-моóстанавливающимися тележêами дополнительноãо óлóчшения в хараê-теристиêах вписывания этих тележеê не замечено.

Технолоãия смазывания поверхности êатания находится еще в стадиииспытаний. Проведенные исследования поêазали, что система нанесениямодифиêаторов требóет постоянноãо êонтроля и наладêи. Кроме тоãо, тре-бóются полномасштабные тормозные испытания для оценêи работы тор-мозов при использовании модифиêаторов трения.

Если модифиêаторы, предназначенные для поддержания êоэффициен-та трения на поверхности êатания на óровне 0,2 0,4, не бóдóт разно-ситься, они моãóт работать совместно со смазочными материалами, пред-назначенными для снижения трения междó ãребнем êолеса и боêовой по-верхностью ãоловêи рельса.

3.4.3.3. А"тиваторы*трения*для*ло"омотивов

Песоê, широêо использóемый для óвеличения сцепления êолес лоêомо-тивов, достóпный и дешевый материал, но он создает множество сложныхи дороãостоящих в óстранении проблем, начиная с обслóживания óстройствподачи песêа и вредноãо еãо абразивноãо воздействия на êолеса и рельсы иêончая расстройствами верхнеãо строения пóти. Аêтиваторы трения, êото-рые созданы с целью óвеличения êоэффициента трения до 0,4 0,6, пред-назначены и для соêращения потребности или отêаза от использования пес-êа. Они необходимы для лоêомотивов большой мощностью с высоêим êо-эффициентом сцепления, применяемых в тяжеловесном движении. Рядêомпаний-изãотовителей предлаãает разные типы таêих материалов, напри-мер аêтиватор трения с термоóстойчивым полимерным стержнем, прижи-маемым непосредственно ê поверхности êатания êолеса лоêомотива.

Лоêомотивные аêтиваторы трения еще находятся в стадии испытаний.До их применения в óсловиях реãóлярной эêсплóатации в тяжеловесномдвижении должны быть испытаны и определены:! тормозные хараêтеристиêи поезда;! сопротивление движению поезда;! триболоãичесêие хараêтеристиêи аêтиваторов трения, в частности, пе-риод задержêи во времени междó нанесением аêтиватора на поверх-ность êатания и óвеличением êоэффициента трения;

! распорные силы, действóющие на пóть.

Кроме тоãо, эффеêтивное применение аêтиваторов трения в эêсплóата-ции требóет создания êомпьютеризированной системы óправления трени-ем, êоторая определяла бы óровень трения и óправляла нанесением моди-фиêатора трения таêим образом, чтобы êоэффициент трения все времяоставался в заданном диапазоне значений.

o 3-31 x

3.4.3.4. Ре#омендации+по+параметрам+/правлениятрением+[3.51]

Резóльтаты испытаний и моделирования позволяют предложить сле-дóющие предварительные реêомендации по óправлению трением, наилóч-шим образом обеспечивающие работó системы êолесо рельс:! поддерживать разницó в значениях êоэффициента трения на поверх-ности êатания рельса не более чем 0,10 0,15;

! поддерживать óровень êоэффициента трения на поверхности êатаниярельса на óровне выше 0,35;

! поддерживать óровень êоэффициента трения на боêовой поверхностиãоловêи рельса на óровне ниже 0,25 0,30;

! если нарóжный рельс смазывается, для óменьшения сêлонности ê по-вышению сил в êривых реêомендóется смазывать и внóтренний рельс;

! нанесение модифиêатора трения тольêо на поверхность êатания рельсаможет привести ê óхóдшению хараêтеристиê вписывания тележеê, еслипроисходит миãрация материала с поверхности.Эти реêомендации должны быть проверены в óсловиях реальноãо тяже-

ловесноãо движения и óточнены.

3.4.3.5. Использование+модифи#аторов+трениядля+/правления+образованием#орот#оволновых+неровностей+[3.60]

Один из механизмов возниêновения êоротêоволновых неровностей наповерхности рельса êолебания, вызванные явлением чередования сцепле-ния и сêольжения из-за снижающейся хараêтеристиêи сил трения при óве-личении просêальзывания после прохождения точêи насыщения (см. таêжеп. 3.5.10). Применение модифиêатора трения HPF, изменяющеãо поведениеслоя междó êолесом и рельсом с неãативноãо на позитивное (см. рис. 3.10),позволяет снизить вероятность образования неровностей этоãо вида.

3.4.3.6. Использование+модифи#аторов+трениядля+снижения+ш/ма

Применение модифиêаторов трения при взаимодействии êолеса ирельса позволяет не допóстить óменьшения трения, ведóщеãо ê возниêно-вению êолебательных процессов и визãа êолес (см. таêже п. 3.5.11).

3.4.3.7. Возможные+техноло?ии+систем+/правлениятрением

Одна из возможных технолоãий óправления трением заêлючается в соз-дании бортовой системы, êоторая может подавать модифиêаторы тренияразличных видов, вêлючая смазочные материалы, и наносить их на рельс внóжных местах для снижения износа, в том числе волнообразноãо, визãаêолес. Система аêтивирóется от передатчиêов, óстановленных на пóти.

o 3-32 x

3.5. Повреждения+рельсов+и+/олес,+их+механизмыи+причины

Сóществóет множество видов дефеêтов рельсов и êолес. Обычно сведе-ния о повреждениях êолес и рельсов проводятся в правилах и рóêоводствахжелезных дороã. Эти доêóменты содержат êлассифиêацию дефеêтов, ихêоды, описания, причины возниêновения и инстрóêции по действиям, êо-торые следóет предпринимать в соответствóющих слóчаях.

В данной êниãе описаны преимóщественно те повреждения, êоторыевозниêают в óсловиях тяжеловесноãо движения. В приложении А даныêлассифиêация и êодирование дефеêтов рельсов, принятые на железнойдороãе Canadian Pacific. Там же приведены соответствóющие êоды, приня-тые на Российсêих железных дороãах. В приложении Б приведены дефеê-ты êолес и их êоды.

3.5.1. Износ

Сóществóет две области изнашивания êолес и рельсов. Первая область поверхность êатания рельса и обода êолеса. Вторая область боêовая по-верхность ãоловêи рельса и ãребень êолеса. Предельные величины износаêолеса и рельса для êаждой области даны в соответствóющих правилах ре-монта, действóющих на железных дороãах.

Виды изнашивания и предельные величины перехода от одноãо вида ê дрóãо-мó. Считается, что величина износа рельса и êолеса пропорциональнаэнерãии, диссипатированной в процессе преодоления сопротивления êа-чению с просêальзыванием êолеса по рельсó. Изнашивание êолеса и рель-са определяется относительным просêальзыванием λ и давлением на пло-щадêах êонтаêта. В свою очередь относительное просêальзывание и давле-ние зависят от динамичесêих параметров взаимодействия êолеса и рельса(см. рис. 3.2). Износ в значительной мере определяется свойствами третье-ãо тела, êоторые зависят от наличия лóбриêации, оêрóжающих óсловий(влажность, дождь, снеã) и применения песêа.

В резóльтате лабораторных исследований в óсловиях êачения с про-сêальзыванием без смазывания óстановлены три основных типа изнашива-ния: нормальный, интенсивный и êатастрофичесêий [3.37, 3.3]. Типы из-нашивания хараêтеризóются различной интенсивностью, состоянием по-верхностей, формой и размерами частиц износа.

На рис. 3.11 приведена диаãрамма с êривыми pλ = const, разделяющимиразличные типы изнашивания с óêазанием областей нормальных и ненор-мальных óсловий работы. Диаãрамма полóчена при испытаниях ролиêов изобычной óãлеродистой стали, имеющей начальнóю твердость 300 НВ, вóсловиях êачения с поперечным просêальзыванием [3.3]. Кривая pλ = 40является ãраницей междó нормальным и интенсивным типами изнашива-ния, в то время êаê êривая pλ = 120 является ãраницей междó интенсивными êатастрофичесêим типами изнашивания.

o 3-33 x

Нормальный тип изнашивания хараêтеризóется светлыми поверхностя-ми пары трения и большими металличесêими частицами длиной 1000 мêми толщиной 3 мêм, образовавшимися в процессе изнашивания.

Интенсивный тип изнашивания хараêтеризóется более ãрóбой поверх-ностью. Интенсивность изнашивания быстро óвеличивается с óвеличени-ем параметра pλ. Частицы износа представляют собой светлые хлопья раз-мером 500 мêм и толщиной 15 30 мêм. Средний размер изношенных час-тиц óвеличивается с ростом параметра pλ.

При êатастрофичесêом типе изнашивания обе поверхности трения ста-новятся очень ãрóбыми, и на них видны следы схватывания (рис. 3.12).Большие частицы износа имеют размер 300 мêм и толщинó 50 мêм. Мень-шие частицы износа размером 10 мêм имеют сферичесêóю формó.

Междó интенсивным и êатастрофичесêим обнарóжен еще один тип из-нашивания, названный тяжелым [3.45]. При этом типе изнашивания маê-симальная и минимальная интенсивности изнашивания, полóчаемые в ис-пытаниях, моãóт различаться на порядоê. Интенсивность изнашиванияóменьшается с ростом параметра pλ. Интенсивный и тяжелый типы изна-

o 3-34 x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000М

акси

ма

льн

ое

дав

ле

ни

е p

, МП

а

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

pλ=120

pλ=40

Относительное проскальзывание λ

Область ненормальныхусловий

Область нормальных условий

Рис. 3.12. Поверхностьãребня êолеса со следами схватывания при êатастро-фичесêом типе изнашива-

ния

Рис. 3.11. Диаãрамма типовизнашивания для пары êо-лесная сталь рельсовая

сталь

шивания моãóт проявляться при одинаêовых значениях pλ и переходитьодин в дрóãой. Следóет отметить, что, по-видимомó, явление эêсплóатаци-онноãо óпрочнения поверхностей трения и режим тяжелоãо типа изнаши-вания тесно связаны дрóã с дрóãом.

Изнашивание поверхностей êатания рельса и êолеса [3.25, 3.62]. Поверх-ности êатания подверãаются большим êонтаêтным напряжениям (1300 1700 МПа в зависимости от осевой наãрóзêи) при сравнительно небольших(менее 0,01 0,015) óровнях относительноãо просêальзывания (если нетсêольжения êолеса лоêомотива или ваãона, возниêшеãо в резóльтате мало-ãо сцепления êолеса с рельсом или чрезмерноãо тяãовоãо или тормозноãоóсилия). При этом значения параметра pλ находятся в пределах 13 25 иимеет место нормальный тип изнашивания, преимóщественно оêисли-тельноãо хараêтера. Частицы износа смешаны с различными видами за-ãрязнений из оêрóжающей среды и образóют на поверхности êатания слойтретьеãо тела. Интенсивность изнашивания зависит от состава этоãо слоя ичастоты очищения поверхности от неãо. Абразивные частицы песêа, пода-ваемоãо с лоêомотива при торможении или из дрóãих источниêов, óвели-чивают интенсивность изнашивания в 2 3 раза.

Выпóêлая поверхность êатания рельса со временем, если она не шли-фóется, приводит ê проêатó поверхности êатания êолеса êорытообразнойформы (рис. 3.13). Таêой вид êолесо приобретает при большом пробеãеили высоêой интенсивности изнашивания.

Образование на поверхности êатания êолеса проêата [3.63]:! óвеличивает сопротивление движению поезда и расход топлива и энер-

ãии;! создает ложный ãребень êолеса, вызывающий поверхностные повреж-дения рельса, êрестовин и стрелочных переводов;

! повышает боêовые силы, действóющие на рельсы в êривых óчастêах пó-ти, óвеличивает повреждаемость пóти и опасность схода поезда с рель-сов;

! óвеличивает êасательные óсилия, действóющие в сторонó внешней ãра-ни внóтреннеãо рельса, и число слóчаев еãо выêрашивания.

Изнашивание боêовой поверхности ãоловêи рельса [3.64] и ãребня êолеса.Этот вид изнашивания имеет место, ãлавным образом, при вписывании те-

o 3-35 x

h

Рис. 3.13. Профиль êолеса с проêатом êорытообразной формы:h величина проêата

лежêи в êривóю. Он таêже может иметь место в течение êоротêих проме-жóтêов времени и при движении в прямой, особенно если ваãоны подвер-жены вилянию. При движении обычной трехэлементной тележêи в êри-вых малоãо радиóса в óсловиях сóхоãо трения междó ãребнем êолеса и бо-êовой поверхностью ãоловêи рельса имеет место êатастрофичесêий типизнашивания большой интенсивности с образованием значительноãо чис-ла частиц износа, остающихся на пóти (рис. 3.14), и быстрым изменениемпрофиля рельса (рис. 3.15).

Для нормальноãо и интенсивноãо типов изнашивания их интенсив-ность I является линейной фóнêцией танãенциальноãо óсилия Т на пло-

o 3-36 x

Рис. 3.14. Отложение боль-шоãо êоличества частиц изна-шивания на пóти в êривоймалоãо радиóса в отсóтствие

лóбриêации

Рис. 3.15. Поперечное сечение изношенной ãоловêирельса [3.77]

щадêе ãерцевсêоãо êонтаêта А и относительноãо просêальзывания λ в виде[3.37]:

I = Tλ/A. (3.2)Недавние лабораторные исследования, воспроизводившие изнашива-

ние пары ãребень êолеса боêовая поверхность ãоловêи рельса, поêазали[3.3, 3.45], что особенно для интенсивноãо и êатастрофичесêоãо типовизнашивания при отсóтствии смазêи и относительно стабильном êоэф-фициенте трения óдельная объемная интенсивность изнашивания в без-размерном виде выражается êаê:

I = kpλ2, (3.3)

ãде p êонтаêтное давление в соответствóющей точêе площадêи êонтаêта;λ относительное просêальзывание, êоторое может изменяться в преде-лах от 0 до 1; k êоэффициент, зависящий от свойств материалов êолеса ирельса и êоэффициента трения.

Посêольêó относительное просêальзывание λ зависит от óãла набеãанияêолеса на рельс, êоторый для стандартной трехэлементной тележêи зави-сит от радиóса êривой, то чем меньше радиóс êривой, тем больше износãребня êолеса и боêовой поверхности ãоловêи рельса.

В зависимости от тоãо, имеет ли êолесо и рельс новый или изношенныйпрофиль, моãóт возниêать различные êонтаêтные давления и относитель-ные просêальзывания, êоторые ведóт ê различным типам и интенсивностиизнашивания. При неблаãоприятных сочетаниях êонтаêтное давление мо-жет достиãать 3000 МПа, а относительное просêальзывание 0,06 0,1. Вэтих óсловиях параметр pλ может доходить до 300 и бóдóт иметь место êата-строфичесêий тип изнашивания большой интенсивности (см. рис. 3.11) ипластичесêая деформация.

Вообще же износ в области выêрóжêи ãоловêи рельса сопровождаетсязначительной пластичесêой деформацией. Пластичесêая деформация воз-ниêает, êоãда маêсимальные êонтаêтные давления достиãают êритичесêойвеличины, зависящей от свойств материалов, в частности от твердости, êо-торая меняется вследствие эêсплóатационноãо óпрочнения. Пластичесêаядеформация зависит от танãенциальных óсилий, определяемых в значи-тельной мере êоэффициентом трения. Таê, если êоэффициент трения ра-вен 0,6, пластичесêая деформация возниêает на поверхности при значи-тельно меньших êонтаêтных напряжениях, чем êоãда êоэффициент трениямал. Считается, что, если среднее êонтаêтное напряжение превышает 1/3поверхностной твердости, измеряемой в МПа, изнашивание óже происхо-дит с большой долей пластичесêой деформации, êоторая быстро растет сóвеличением êонтаêтноãо напряжения.

Фаêторы, оêазывающие влияние на изнашивание. Каê видно из схемы нарис. 3.2 и формóл (3.2) и (3.3), интенсивность изнашивания определяетсяêонтаêтным давлением, êоторое зависит от вертиêальных и боêовых сил,профиля êолеса и рельса и относительноãо просêальзывания, êоторое, всвою очередь, зависит от осевой наãрóзêи, динамиêи взаимодействия эêи-

o 3-37 x

пажа и пóти и профилей êолеса и рельса. Дрóãими важными фаêторами яв-ляются свойства третьеãо тела и хараêтеристиêи материалов. Свойствамиматериалов, оêазывающих влияние на износостойêость, являются твер-дость, содержание óãлерода, миêрострóêтóра, чистота материала, в част-ности содержание серы.

Влияние осевой наãрóзêи. Испытания на Эêспериментальном êольцеВНИИЖТа поêазали, что интенсивность изнашивания боêовой поверх-ности ãоловêи рельса и óменьшение площади поперечноãо сечения ãолов-êи óвеличиваются с ростом осевой наãрóзêи с 210 до 270 êН [3.66].

Испытания на êольце в Пóэбло [3.67, 3.68] поêазали, что óвеличениеосевой наãрóзêи с 294 до 347 êН при тех же тележêах приводит ê óвеличе-нию интенсивности изнашивания боêовой поверхности ãоловêи нарóжно-ãо рельса в êривой радиóсом 350 м в 0,8 1,3 раза при работе без смазêи и в1,2 1,7 раза в óсловиях óмеренной лóбриêации. Вертиêальный износ ãо-ловêи нарóжноãо рельса при таêом же óвеличении осевой наãрóзêи возросв 1,3 3,3 раза при работе без смазêи и в 1,4 1,9 раза в óсловиях óмерен-ной лóбриêации. Вертиêальный износ внóтреннеãо рельса при этом изме-нился в 0,3 1,1 раза и в 0,9 1,1 раза соответственно для óсловий работыбез смазêи и со смазêой. Износ рельсов в прямых в значительной мере за-висит от статичесêой осевой наãрóзêи.

Следóет отметить, что интенсифиêация изнашивания, связанная с рос-том осевой наãрóзêи, может и не быть эêономичесêи значимой в зависи-мости от набора преобладающих фаêторов, вêлючая таêие, êаê система об-слóживания рельсов и êолес, вид материала, хараêтеристиêи тележêи, си-стема лóбриêации.

Влияние зазора в êолее. Зазор в êолее (междó ãребнями êолес и ãоловêа-ми рельсов, измеренный на заданном óровне) значительно óвеличивает из-нос ãребня, êоãда значение зазора меньше неêоторой величины, завися-щей от особенностей óсловий работы данной железной дороãи [3.71, 3.72].

Влияние твердости материалов êолеса и рельса. Твердость остается наи-более поêазательным свойством, хараêтеризóющим износостойêость мате-риала. Наиболее распространенные методы повышения твердости перлит-ных сталей состоят в óвеличении содержания óãлерода и измельчении миê-рострóêтóры стали.

Степень влияния твердости êолеса и рельса сóщественно зависит от ти-па изнашивания. Лабораторные исследования при êонтаêтном давлении ипоперечном просêальзывании, хараêтерных для óсловий работы ãребняêолеса и боêовой поверхности ãоловêи рельса при трении без смазêи, по-êазали, что óвеличение твердости с 30 до 50 HRC приводит ê снижениюинтенсивности изнашивания не более чем в 2 раза для нормальноãо типаизнашивания. В óсловиях интенсивноãо типа изнашивания то же óвеличе-ние твердости приводит ê снижению интенсивности изнашивания внесêольêо раз. При êатастрофичесêом и тяжелом типах изнашивания та-êое же óвеличение твердости может привести ê снижению интенсивностиизнашивания на два порядêа [3.3].

o 3-38 x

Эêсплóатационные испытания [3.67] поêазали, что при осевой наãрóзêе300 êН в êривой радиóсом 350 м в отсóтствие смазêи изменение начальнойтвердости рельса с 280 до 380 НВ снижает износ боêовой поверхности ãо-ловêи рельса и поверхности êатания (вертиêальный износ) в несêольêораз. Резóльтаты исследований влияния твердости рельса на износ приведе-ны таêже в [3.66, 3.70].

Влияние разности в твердости êолеса и рельса. Резóльтаты испытаний,воспроизводящих эêсплóатационные óсловия работы [3.67], подтвержден-ные лабораторными исследованиями [3.3] в диапазоне отношений твер-дости рельса ê твердости êолеса (HR/Hw) от 0,7 до 1,6, поêазали, что не сó-ществóет оптимальноãо отношения HR/Hw, обеспечивающеãо минималь-ный сóммарный износ êолеса и рельса. Интенсивность изнашивания êаж-доãо êомпонента обратно пропорциональна еãо твердости в соотношенииn = 4 ÷ 6, т. е.

I ≈ (HR/Hw )n. (3.4)Увеличение твердости рельса или êолеса приводит ê снижению сóм-

марной интенсивности изнашивания пары трения. Лабораторные исследо-вания, проведенные во мноãих странах [3.73, 3.74], ясно поêазали, что óве-личение твердости одноãо из êомпонентов системы приводит ê снижениюинтенсивности изнашивания обоих êомпонентов.

Влияние стрóêтóры материала:! сóщественное повышение износостойêости сталей перлитноãо êлассаможет быть достиãнóто óвеличением содержания óãлерода (до 0,9 %)[3.76]. Повышение износостойêости объясняется óвеличением способ-ности ê механичесêомó óпрочнению вследствие измельчения миêро-стрóêтóры поверхностноãо слоя;

! пластинчатая форма êарбида в миêрострóêтóре стали обеспечива-ет бóльшóю износостойêость, чем ãлобóлярная;

! еще одним параметром, влияющим на износостойêость, являетсясодержание сóльфидных вêлючений в стали, определяемое по со-держанию серы, и форма этих вêлючений, зависящая от леãирóю-щих элементов.

Эêсплóатационное óпрочнение. После мноãочисленных циêлов взаимо-действия êолеса и рельса, имеющих место в эêсплóатации, твердость по-верхностных слоев возрастает по сравнению с исходной. Таê, миêротвер-дость поверхности ãребня êолеса óвеличивается до HV0,1 600 800, а тол-щина óпрочненноãо слоя составляет несêольêо десятых миллиметра, непревышая 0,5 мм. Твердость поверхности êатания êолеса óвеличивается наHV0,1 150 170 по сравнению с исходной, а толщина óпрочненноãо слоядостиãает несêольêих миллиметров [3.42].

Эêсплóатационное óпрочнение обнарóжено на поверхности êатанияêаê стандартных (неóпрочненных) рельсов, таê и рельсов с термичесêиóпрочненной ãоловêой [3.75]. Упрочненный слой значительной толщины(примерно 4 8 мм) образóется довольно быстро, а маêсимальное óпроч-

o 3-39 x

нение, êоторое образóется ó поверхности êатания, достиãается после про-пóсêа большой поездной наãрóзêи (рис. 3.16). Посêольêó эêсплóатацион-ное óпрочнение зависит от степени деформации материала, стандартныерельсы больше подвержены таêомó óпрочнению, чем рельсы с термичесêиóпрочненной ãоловêой. Таêим образом, при правильном содержании стан-дартные рельсы моãóт достичь той же твердости оêоло поверхности êата-ния, что и рельсы с термоóпрочненной ãоловêой. Однаêо это обстоятель-ство не является свидетельством одинаêовых сопротивляемости óсталост-ным повреждениям и износостойêости, êоторые выше ó термоóпрочнен-ных рельсов.

Коãда рельсы шлифóются или êолеса обтачиваются, самоóпрочненныеслои óдаляются, и вновь начинается процесс приработêи, при êотором ин-тенсивность изнашивания выше, чем êоãда поверхности были óпрочненыестественным образом.

Хотя механичесêое óпрочнение имеет место в эêсплóатации всеãда,очень трóдно этим процессом óправлять и использовать еãо для сниженияизноса, посêольêó он неóстойчив. Однаêо сóществóет ãипотеза, êотораяпредполаãает, что оптимальная твердость поверхности должна быть равнатвердости, достиãаемой при механичесêом óпрочнении [3.42].

o 3-40 x

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Область рабочегоупрочнения

Базовая твердость

Глубина от поверхности контакта, мм

50 млн. т

200 млн. т

400 млн. т

800 млн. т

1000 млн. т

Рис. 3.16. Распределение твердости по Виêêерсó вãлóбь от поверхности ãоловêи рельса в пря-мом пóти, иллюстрирóющее интенсифиêацию механичесêоãо óпрочнения по мере наработêи

поездной наãрóзêи (при осевой наãрóзêе 30 35 т) [3.75]

3.5.2. Ре#омендации+по+снижению+износа+рельсови+#олес

!МеталловедчесêиеРельсы: применять изãотовленные из леãированной стали, объемно-заêаленные, с óпрочненной ãоловêой или из миêролеãированной рель-совой стали, имеющие твердость в диапазоне 340 388 НВ и мелêодис-перснóю перлитнóю стрóêтóрó.Колес а: применять изãотовленные из стали с тем же содержанием óã-лерода и леãированием, что и рельсовые стали, а таêже с термичесêиóпрочненными ãребнями (методами плазменноãо óпрочнения, элеê-тродóãовой наплавêи).

! Лóбриêация: применять правильно нанесеннóю на боêовóю поверхностьãоловêи нарóжноãо рельса смазêó, что приводит ê сóщественномó сни-жению изнашивания обоих êомпонентов, особенно в êривых малоãорадиóса.

!Профили êолеса и рельса: применять и поддерживать различные типыпрофилей êолес и рельсов для линий с преобладанием êривых и дляпрямых óчастêов пóти. В êривых предпочтительны êонформные про-фили, снижающие êонтаêтное давление и интенсивность изнашивания.

!Пóть:" óстанавливать оптимальные зазор в êолее (междó ãребнями êолес и

ãоловêами рельсов) и допóсêи на зазор в зависимости от óсловий ра-боты на данном óчастêе железной дороãи;

" содержать пóть в соответствии с нормами.! Ходовая часть ваãонов: снижать óãол набеãания êолеса на рельс и, таêимобразом, относительное просêальзывание посредством:" применения самоóстанавливающихся (радиальных) тележеê;" содержания применяемых трехэлементных тележеê и их элементов всоответствии с нормами;

" поддержания на нормальном óровне поворотноãо момента тележêиотносительно ваãона;

" разработêи напольных систем диаãностиêи и êритериев определе-ния неисправностей ваãона, вызывающих повышенный износ рель-сов и êолес.

3.5.2.1. Оптимальная+интенсивность+изнашиваниярельса

Сóществóет оптимальная интенсивность изнашивания рельса, при êо-торой возниêновение êонтаêтно-óсталостных повреждений и изнашива-ние находятся в равновесии. Оптимальная интенсивность изнашиваниядостиãается в том слóчае, если поверхностный слой материала изнашива-ется достаточно быстро, чтобы небольшие êонтаêтно-óсталостные поверх-ностные трещины не развивались в ãлóбь рельса и их развитие не приводи-ло ê разрóшению. Оптимальная интенсивность изнашивания зависит от

o 3-41 x

вида движения и еãо интенсивности, осевой наãрóзêи, материала рельса,êривизны пóти, но в среднем составляет оêоло 0,02 мм на 1 млн. т брóттопропóщенной поездной наãрóзêи [3.78, 3.79]. Для полóчения оптимальнойинтенсивности изнашивания рельса необходимо разработать и внедритьтехнолоãии óправления трением и системы мониторинãа износа рельсов.

3.5.2.2. Предельные)износы)рельса

Сóществóет два ãлавных подхода ê óстановлению предельных износоврельсов:

1. Степень óменьшения поперечноãо сечения рельса в процентах;2. Величина износа боêовой поверхности ãоловêи рельса, измеренноãо

на óстановленном óровне, и величина приведенноãо износа, определяемо-ãо êаê сóмма вертиêальноãо износа и половины боêовоãо износа ãоловêирельса.

Мноãие железные дороãи применяют подход ê предельномó износó,основанный на изменении напряжений. Внóтренние напряжения в ãолов-êе рельса сильно зависят от высоты оставшеãося в ãоловêе рельса материа-ла. Критичесêие óсловия возниêают, êоãда высота ãоловêи рельса óмень-шается настольêо, что зона влияния êонтаêтных напряжений и изãибаю-щих напряжений в ãоловêе и шейêе рельса совпадают.

Величины предельных значений износа рельса определяются в зависи-мости от типа рельса, óсталостной стойêости материала, êритериев схода иóсловий работы данной железной дороãи (см. п. 5.8.1.2).

3.5.3. Конта1тно-2сталостные)дефе1ты

Рельсы. Железные дороãи стран АТД использóют несêольêо системêлассифиêации дефеêтов рельсов. В приложении А приведена системаêлассифиêации дефеêтов, применяемая железной дороãой CanadianPacific; там же приведены êоды дефеêтов, принятые на Российсêих желез-ных дороãах.

Образование раêовин с выêрашиванием [3.19, 3.24, 3.77]. Выêрашиваниеметалла возниêает на выêрóжêе боêовой поверхности ãоловêи нарóжноãорельса в êривых óчастêах пóти железных дороã, ãде эêсплóатирóются ваãо-ны с осевой наãрóзêой более 200 êН (рис. 3.17). Трещина в виде раêовины

o 3-42 x

Рис. 3.17. Глóбоêие êон-таêтно-óсталостные выêрашивания на вы-

êрóжêе ãоловêирельса [3.77]

эллиптичесêой формы имеет хараêтерные êольца, распространяющиеся па-раллельно поверхности рельса. Во мноãих слóчаях происходит выêрашива-ние металла из раêовины, образовавшейся на выêрóжêе ãоловêи рельса.При определенных óсловиях выêрашивание может приводить ê поперечнымтрещинам: êоãда трещина достиãает êритичесêой величины (оêоло 10 мм),ее задняя êромêа может распространиться в ãлóбь рельса и привести ê еãоизломó (рис. 3.18). Этот вид выêрашивания и связанные с ним поперечныетрещины являются ãлавной проблемой êонтаêтно-óсталостноãо хараêтерадля тяжеловесноãо движения.

Образование раêовин относится ê дефеêтам, возниêающим под поверх-ностью. Дефеêт зарождается под действием высоêих êасательных напря-жений от êонтаêтноãо взаимодействия, преимóщественно в местах стро-чечных оêсидных вêлючений в рельсовой стали. Главными металловедче-сêими фаêторами, оêазывающими влияние на образование выêрашива-ний, являются объем оêсидных вêлючений в процентах, длина строчеê итвердость по Бринеллю. Эти фаêторы выражаются в виде поêазателя вы-êрашивания [3.37]:

Поêазатель выêрашивания = (объем оêсидов × длина строчеê)/НВ2. (3.5)

Чем выше поêазатель выêрашивания, тем больше темп образования де-феêта. Посêольêó, êаê óже отмечено выше, выêрашивание óêазанноãо ви-да может приводить ê поперечным изломам, возниêшим от твердых хрóп-êих строчеê оêсидных вêлючений, сêлонность ê поперечным изломам бó-дет снижаться с повышением чистоты стали.

Механичесêие фаêторы, таêие, êаê нормальные, продольные и êаса-тельные óсилия, и особенно остаточные напряжения, таêже оêазываютвлияние на образование поперечных трещин в ãоловêе рельса.

Шлифование рельсов является наиболее распространенным методом,использóемым для лиêвидации поверхностных дефеêтов, таêих, êаê вы-êрашивание. Влияние шлифования на снижение поперечных дефеêтов ме-

o 3-43 x

Рис. 3.18. Поперечная трещина, воз-ниêшая от выêрашивания на выêрóж-

êе ãоловêи рельса [3.77]

нее ясно. Испытания, проведенные на êольце центра в Пóэбло, поêазали,что шлифование, выполненное для обеспечения двóхточечноãо êонтаêтана нарóжном рельсе, привело ê сóщественномó снижению образованиявыêрашиваний, но от большей части оставшихся раêовин образовалисьпоперечные трещины. Однаêо большинство железных дороã продолжаютприменять шлифование и для снижения образования поперечных трещин.

Обнарóжение небольших поперечных трещин, образовавшихся от вы-êрашиваний, затрóднено при дефеêтосêопировании, таê êаê ãоризонталь-ная составляющая раêовины выêрашивания масêирóет вертиêальнóю со-ставляющóю поперечной трещины.

Влияние осевой наãрóзêи. Лабораторные исследования и испытания наЭêспериментальном êольце, а таêже применение механиêи разрóшенияпоêазали, что óвеличение осевой наãрóзêи óсêоряет образование первыхтрещин по êонтаêтной óсталости, óменьшает ãлóбинó продольных трещини êритичесêий размер поперечных трещин, приводящих ê разрóшениюрельса [3.66]. Например, óвеличение осевой наãрóзêи с 210 до 270 êНпривело ê óвеличению ãлóбины êонтаêтно-óсталостноãо дефеêта с 3 7до 6 9,5 мм при одинаêовой продолжительности испытаний.

Установлено, что сêорость образования поперечных трещин пропор-циональна осевой наãрóзêе во второй степени для новых рельсов и в степе-ни 3,3 для изношенных рельсов [3.75]. Однаêо степень этоãо влияния мо-жет быть óменьшена посредством применения соответствóющих профилейêолеса и рельса, изменяющих их êонтаêтные хараêтеристиêи.

3.5.3.1. Ре#омендации+по+снижениювыщербинообразования

!Использовать рельсы с термичесêи óпрочненной ãоловêой, изãото-вленные по технолоãиям производства чистых сталей, свободных отстрочеê неметалличесêих вêлючений.

! Снижать и перераспределять наãрóзêи на ãоловêó рельса посредством:" применения êонформных или близêих ê êонформным профилейрельса и êолеса;

"шлифования ãоловêи рельса в êривых среднеãо радиóса (примерно900 м и более) по асимметричномó профилю;

"шлифования выêрóжêи ãоловêи рельса.!Поддерживать интенсивность изнашивания ãоловêи рельса близêой êоптимальной и достаточной для тоãо, чтобы предотвратить развитиемиêротрещин.

! Снижать боêовые силы, действóющие от êолес на рельс, с помощьюприменения самоóстанавливающихся тележеê, обладающих лóчшейспособностью ê вписыванию в êривые.

o 3-44 x

3.5.4. На#лонные)параллельные)трещины)на)вы#р1ж#е3олов#и)рельса)[3.19,)3.81]

Множественные параллельные трещины возниêают на выêрóжêе на-рóжноãо рельса в êривых радиóсом 1000 1500 м в óсловиях, êоãда интен-сивность боêовоãо износа рельса довольно низêа (рис. 3.19). Этот вид де-феêта может возниêнóть и в êривых радиóсом менее 1000 м вблизи районавыêрóжêи ãоловêи рельса. Подобные трещины, обычно направленные подóãлом ê направлению движения, моãóт быть и на нарóжной стороне внóт-реннеãо рельса.

Параллельные трещины на выêрóжêе ãоловêи рельса моãóт развет-вляться по направлению ê поверхности рельса, приводя ê образованиювыêрашиваний (см. рис. 3.19). На линиях с тяжеловесным движением этотвид дефеêта может приводить ê изломó рельса. Таêие изломы возниêают вóсловиях высоêих термичесêих и остаточных напряжений. Кроме тоãо,сетêа параллельных трещин приводит ê развитию волнообразноãо износа.

Параллельные трещины возниêают на выêрóжêе поверхности рельса врезóльтате больших однонаправленных пластичесêих деформаций. Эти де-формации образóются вследствие постепенноãо наêопления пластичесêихдеформаций от êаждоãо циêла наãрóжения деформационно óпрочняемоãоматериала. Наêопление большоãо числа однонаправленных пластичесêихдеформаций наãартовывает поверхностный слой до тех пор, поêа пласти-чесêие свойства материала не бóдóт исчерпаны. Под поверхностью возни-êают миêротрещины, наêлоненные под небольшим óãлом ê поверхности(рис. 3.20).

Критичесêие óсловия для образования таêих трещин, определяемые подиаãрамме приспособляемости (см. рис. 3.8), это большие значения от-ношения нормальных ãерцевсêих напряжений ê пределó теêóчести мате-риала на сдвиã, а таêже большие отношения танãенциальной наãрóзêи êнормальной. Трещины, зародившиеся в процессе наãартовêи поверхности,развиваются перпендиêóлярно преобладающемó направлению равнодей-ствóющей сил трения (танãенциальных сил), связанных с просêальзывани-ем. В êривых большоãо радиóса силы трения, связанные с продольным

o 3-45 x

Рис. 3.19. Параллельные трещи-ны на выêрóжêе ãоловêи рельса

просêальзыванием, преобладают, и трещины перпендиêóлярны направле-нию движения. В êривых малоãо радиóса преобладают силы трения, свя-занные с поперечным просêальзыванием, и трещины должны быть парал-лельны направлению движения. Посêольêó обычно действóют силы тре-ния, связанные êаê с продольным, таê и с поперечным просêальзыванием,трещины развиваются под óãлом оêоло 45° ê направлению движения(см. рис. 3.19).

Посêольêó трещины зарождаются с поверхности, вода и смазочные ма-териалы, попадающие в трещины, óвеличивают темп их развития [3.80].

3.5.4.1. Ре#омендации+по+снижению+образованияна#лонных+параллельных+трещин+на+вы#р;ж#е<олов#и+рельса

!Использовать рельсы с óпрочненной ãоловêой из стали повышенноãоêачества, óвеличивающие предел, при êотором происходит наãартовêаповерхностноãо слоя и возниêают трещины.

!Перераспределять число и интенсивность взаимодействий êолеса срельсом с помощью профильноãо шлифования ãоловêи рельса.

!Применять самоóстанавливающиеся и óлóчшенной êонстрóêции тележ-êи для снижения сил трения, связанных с просêальзыванием.

!Применять лóбриêацию области выêрóжêи ãоловêи рельса, êотораяснижает силы трения (при этом, однаêо, надо óчитывать, что смазоч-ный материал способствóет óвеличению темпа роста трещин).

!Применять шлифование рельсов.

3.5.5. Трещины+от+фло#енов+

Дефеêты, из-за их формы называемые овальными пятнами, образóютсяна ãлóбине 10 15 мм от поверхности ãоловêи рельса в виде продольныхãазовых пóстот (флоêенов), вызванных присóтствием водорода. Эти пóсто-ты моãóт êаê иметь место в поставляемой рельсовой стали, таê и возниê-нóть при сварêе вследствие недостатêов технолоãии. Коãда трещины до-

o 3-46 x

Рис. 3.20. Наãартовêа поверх-ности и образование êонтаêтно-

óсталостной трещины в рельсовой стали [3.22]

стиãают определенноãо размера под действием динамичесêих наãрóзоê,происходят поперечные изломы (рис. 3.21). Образованию дефеêта способ-ствóют термичесêие напряжения и остаточные напряжения от правêи вролиêах.

3.5.5.1. Ре#омендации+по+снижению+дефе#та+

! Улóчшать êачество изãотовления рельсовой стали посредством сниже-ния в ней содержания водорода с помощью ваêóóмирования расплав-ленной стали и специальной термообработêи.

!Предотвращать попадание воды при сварêе рельсов.

3.5.6. Повреждения+в+виде+темных+пятен+[3.19,+3.81]

Дефеêт, называемый squat, возниêает на поверхности êатания рельсов впрямых и êривых большоãо радиóса и хараêтеризóется темными пятнами,êоторые являются признаêом понижений поверхности (рис. 3.22). Темноепятно это êонтаêтно-óсталостный дефеêт, возниêающий на поверх-ности. Дефеêт состоит из двóх трещин: передняя распространяется в на-правлении движении, а задняя, в несêольêо раз более длинная, чем перед-няя, и имеющая множество разветвлений, в противоположном направ-лении. Одно из таêих разветвлений может развиваться в направлении, вы-зывающем поперечные трещины. Ультразвóêовой êонтроль этих дефеêтовзатрóднен, посêольêó поперечная трещина приêрывается первичной ãори-зонтальной трещиной.

o 3-47 x

Рис. 3.21. Рельс с дефеêтом от флоêена [3.77]

Рис. 3.22. Повреждения в видетемных пятен на поверхности êа-тания рельса в прямом пóти [3.81]

Трещины от данноãо дефеêта моãóт образовываться от белых мартен-ситных слоев на поверхности рельса. Дрóãая причина образования дефеêтасвязана с тяãовым óсилием êолес лоêомотивов, при повторном действииêотороãо поверхностные слои рельса наãартовываются до состояния, êоãдав средней части поверхности êатания появляются отдельные трещины.

Задние трещины распространяются быстрее, чем передние. Если задняятрещина достиãнет длины 20 50 мм, одно из ее разветвлений развернетсяв направлении поперечной трещины.

Трещины от данноãо дефеêта отêрыты с поверхности и поэтомó под-вержены воздействию находящейся на поверхности жидêости. Моделиро-вание развития трещин этоãо типа поêазало, что распространение трещинвнóтрь поверхности рельса возможно в óсловиях, êоãда жидêость запертавнóтри трещины, что вызывает действие ãидростатичесêоãо давления наóстье трещины [3.80].

Описанные дефеêты обнарóживаются на линиях со смешанным пасса-жирсêим и ãрóзовым движением.

3.5.6.1. Ре#омендации+по+предотвращениюобразования+дефе#та+типа+темных+пятен

!Применять превентивное шлифование рельсов.!Использовать более твердые рельсы, óвеличивающие предел, при

êотором происходит наãартовêа поверхностноãо слоя и возниêаюттрещины.

3.5.7. Конта#тно-9сталостные+дефе#ты+#олес(выщербины)+[3.21,+3.24,+3.82,+3.84]

В приложении Б содержатся системы êодирования дефеêтов, приме-няемые на железных дороãах США и Канады, а таêже на Российсêих же-лезных дороãах. Выщербины имеют различнóю природó возниêновения.

Внешний вид выщербин различноãо происхождения (раêовин и выêра-шиваний, растресêиваний), особенно на развитой стадии, неразличим.

3.5.7.1. Образование+выщербин+в+виде+ра#овин

Образование выщербин в виде раêовин это êонтаêтно-óсталостныйдефеêт, развивающийся под поверхностью обода êолеса под действиемнормальных и êасательных напряжений (рис. 3.23). Механизм образованияэтоãо дефеêта тот же, что и в рельсах.

Неêонформные профили êолеса и рельса способствóют óвеличениюêонтаêтных напряжений. Контаêтные напряжения зачастóю повышаютсяв 2 раза, если на поверхности êатания возниêает выстóп. Этот выстóп чащевсеãо образóется на поверхности êолес при использовании самоóстанавли-вающихся тележеê. Повышенные напряжения возниêают таêже при обра-зовании на поверхности êатания ложноãо ãребня. Дрóãой причиной повы-

o 3-48 x

шенных напряжений являются динамичесêие переãрóзêи, возниêающиевследствие действия неóравновешенных масс, ползóнов, неêрóãлости êо-лес, неровностей пóти.

3.5.7.1.1. Ре#омендации+по+снижению+образованиявыщербин+в+виде+ра#овин

! Своевременно обтачивать êолеса, имеющие неровности или ложныйãребень на поверхности êатания.

!Предóсмотреть более частóю обточêó êолес в облеãченном режиме дляóменьшения поверхностных дефеêтов.

!Применять êонформные профили êолеса и рельса.!Использовать êолеса, изãотовленные из стали повышенной чистоты.!Применять самоóстанавливающиеся тележêи.

3.5.7.2. Выщербины+от+термомеханичес#ихповреждений

Трещины образóются от термичесêоãо воздействия на поверхность êа-тания êолеса, возниêающеãо вследствие быстроãо наãрева (êоãда êолесосêользит по рельсó в резóльтате процесса торможения или нарóшения ба-ланса сил) и последóющеãо быстроãо охлаждения [3.84, 3.85]. Коãда êолесов течение достаточно долãоãо времени сêользит по рельсó, интенсивно вы-деляется большое êоличество тепловой энерãии, связанной с трением, чтоприводит ê повышению температóры поверхности êолеса выше пределааóстенизации (оêоло 720 °C). В резóльтате этоãо воздействие на êолесооêазывается значительно бóльшим, чем на рельс, таê êаê вся энерãия тре-ния в êолесе диссипатирóется в зоне êонтаêта, а в рельсе она распреде-ляется на всю зонó сêольжения êолеса по рельсó.

Коãда аóстенит подверãается наãревó выше точêи аóстенизации и бы-стро охлаждается, образóется мартенсит. Мартенсит является твердой,хрóпêой стрóêтóрой. После образования эта хрóпêая фаза леãêо растре-

o 3-49 x

Рис. 3.23. Раêовина êонтаêтно-óс-талостноãо происхождения на по-

верхности êатания êолеса

сêивается и выêрашивается под действием êонтаêтных напряжений(рис. 3.24). Динамичесêие переãрóзêи таêже вносят свой вêлад в разрóше-ние, добавляя циêлы с высоêими наãрóзêами.

Исследованиями было óстановлено, что на железных дороãах СевернойАмериêи интенсивность образования выщербин от термомеханичесêих по-вреждений обратно пропорциональна массе ваãона: чем меньше масса ваãо-на, тем больше процент êолес, заменяемых по этомó видó дефеêта [3.85].

Наиболее эффеêтивный способ предотвращения данных поврежденийсостоит в обеспечении óсловий, êоãда êолеса находятся под воздействиемрасчетноãо тормозноãо óсилия [3.86]. Это достиãается совершенствовани-ем и óлóчшением обслóживания тормозноãо оборóдования, особенно ваãо-нов, оснащенных óстройствами переêлючения тормозов с ãрóженоãо напорожний режим и обратно.

Дрóãая возможность снижения сêлонности ê образованию выщербинданноãо типа состоит в изменении свойств материала êолеса в направле-нии óвеличения температóры, при êоторой образóется мартенсит.

Сезонные изменения в интенсивности образования выщербин различноãопроисхождения. В зимнее время в Северной Америêе и России интенсив-ность образования выщербин значительно óвеличивается по сравнению слетним временем. Одной из причин этоãо является óвеличение жестêостипóти и, таêим образом, степени влияния неровностей пóти на силы, дей-ствóющие междó êолесом и рельсом. Дрóãой причиной является наличиежидêости в виде воды от дождя или растаявшеãо снеãа, êоторая сóществен-но óвеличивает сêорость распространения трещин за счет ãидростати-чесêоãо давления жидêости, запертой в трещине. Наиболее неблаãоприят-ные óсловия возниêают, если за сóхим периодом, в течение êотороãо тре-щина зарождается, следóет влажный период, êоãда вода óвеличивает сêо-рость распространения трещины [3.48].

В отличие от рельсов образование выщербин на êолесах не приводит êразрóшению êолеса. Однаêо êолеса с выщербинами приводят ê значитель-ной динамичесêой переãрóзêе пóти, êоторая при неêоторых óсловиях мо-жет привести ê изломó рельса.

o 3-50 x

Рис. 3.24. Выщербины от термо-механичесêих повреждений наповерхности êатания êолеса

3.5.7.2.1. Ре#омендации+по+снижению+вы#рашиванийиз-за термомеханичес#их+воздействий

!Не допóсêать, чтобы ваãоны начинали движение с вêлюченными рóч-ными тормозами.

! Обеспечивать таêое состояние воздóхораспределителей, при êоторомнажатие тормозов по всемó поездó было бы равномерным.

!Применять соответствóющие óстройства для переêлючения с ãрóженоãона порожний режим тормозов ваãонов, имеющих тарó меньшей массы.

!Не допóсêать попадания смазочноãо материала, использóемоãо для лóб-риêации, на поверхность êатания, что вызывает сêольжение êолес приторможении.

3.5.7.3. Сет#а+параллельных+трещин+по+#р=>=+#атания#олеса

На поверхности êолеса по всемó êрóãó êатания может образовыватьсясетêа параллельных трещин, наêлоненных ê образóющей поверхности êа-тания êолеса. Таêие трещины вызывают на мноãих êолесах поверхностноевыêрашивание.

Причиной появления этоãо вида дефеêта является повышенное попе-речное просêальзывание êолесной пары и óвеличение действия силтрения, связанных с этими просêальзываниями. Механизм образованиятрещин этоãо типа тот же, что и на рельсах. Под действием мноãоêратныходнонаправленных повышенных сил трения, связанных с поперечнымпросêальзыванием, материал исчерпывает свои пластичесêие свойства, и внем образóется трещина (см. п. 3.5.4). Наêлон трещины ê образóющей êо-леса связан с преобладающим направлением резóльтирóющеãо веêтора силтрения от продольноãо и поперечноãо просêальзывания.

3.5.7.3.1. Ре#омендации+по+=меньшению+=#азанно>одефе#та

!Применять тележêи óлóчшенной êонстрóêции, óменьшающие попереч-ное просêальзывание êолесных пар.

!Поддерживать зазоры в тележêах на óровне, определенном правилами.! Улóчшать свойства материала êолес для óвеличения предела, при êото-ром исчерпываются пластичесêие свойства êолесной стали.

3.5.8. Др=>ие+дефе#ты+рельсов+и+#олес

Рельсы

Трещины вне зоны êонтаêта составляют 10 20 % всех дефеêтов рель-сов на железных дороãах Северной Америêи [3.24]. Наиболее распростра-ненные из этих дефеêтов трещины в зоне болтовых отверстий, ãоризон-тальное расслоение ãоловêи рельса, отделение ãоловêи от шейêи рельса.Помимо этоãо, встречается вертиêальное расслоение ãоловêи рельса.

o 3-51 x

Дефеêты и повреждения шейêи рельса. Трещины в районе шейêи распро-страняются в продольном направлении. Эти трещины моãóт развиваться отболтовых отверстий, от зоны перехода от ãоловêи ê шейêе и от мест сварêирельсов.

Трещины от болтовых отверстий. Типичное разрóшение рельса от бол-товоãо отверстия происходит от трещины, êоторая развивается под óãлом45° ê вертиêальной плосêости (рис. 3.25). Этот дефеêт связан с êасатель-ными напряжениями, возниêающими в шейêе и вызванными смятиемêонцов рельсов, ослаблением болтов, а таêже êонцентрацией напряженийв районе болтовых отверстий из-за плохоãо êачества сверления и развер-тывания отверстия.

Реêомендации по исêлючению дефеêта:!Применять технолоãии óпрочнения отверстия с помощью протяжêи êо-нóсной прошивêой для создания воêрóã отверстия блаãоприятных сжи-мающих напряжений.

! Содержать рельсовые стыêи в хорошем состоянии.! Расширять применение бесстыêовоãо пóти.

Отделение ãоловêи, шейêи и подошвы. Трещины этоãо типа часто разви-ваются в переходных зонах от ãоловêи рельса ê шейêе, от шейêи ê по-дошве рельса. Большóю роль в зарождении и развитии трещин иãрают про-цессы êоррозии [3.77]. Неóдовлетворительное содержание стыêов (напри-мер, перетяжêа болтов) óвеличивает вероятность зарождения трещин.

Реêомендации по исêлючению дефеêта: ! Обеспечивать тщательный êонтроль состояния рельсов.! Содержать стыêи в хорошем состоянии.!Принимать меры по предотвращению êоррозии.

Горизонтальное расслоение ãоловêи рельса (рис. 3.26). Этот дефеêт возни-êает от строчеê оêсидных вêлючений, расположенных в направлении êа-чения [3.28, 3.77]. Дефеêт таêже связывают с изношенными рельсами,имеющими óпрочненнóю ãоловêó.

o 3-52 x

Рис. 3.25. Трещины от болтовоãоотверстия [3.77]

Реêомендации по исêлючению дефеêта:! Тщательно êонтролировать состояние рельсов при изãотовлении и вэêсплóатации.

!Повышать чистотó рельсовой стали.! Упрочнять ãоловêó рельса на бóльшóю ãлóбинó.

Вертиêальное расслоение ãоловêи рельса (рис. 3.27). Это повреждениесвязано с дефеêтами миêрострóêтóры ãоловêи рельса. Трещины возниêаютпод поверхностью ãоловêи рельса там, ãде имеют место высоêие растяãи-вающие напряжения, возниêающие в резóльтате интенсивной пласти-чесêой деформации и образования óпрочненной части ãоловêи рельса.Большая пластичесêая деформация может возниêать из-за переãрóзêивнóтреннеãо рельса в êривых и применения рельсов с недостаточной твер-достью.

Реêомендации по исêлючению дефеêта: ! Обеспечивать более строãий êонтроль êачества рельсов при изãотов-лении.

!Не допóсêать переãрóзоê внóтреннеãо рельса в êривых.! Своевременно заменять рельсы с зародившимся дефеêтом.

o 3-53 x

Рис. 3.27. Вертиêальное расслоение ãоловêирельса [3.77]

Рис. 3.26. Горизонтальное расслоение ãо-ловêи рельса [3.77]

Дефеêты подошвы рельса. Эти дефеêты моãóт вызывать разрóшениерельса. Трещины возниêают из-за дефеêтов изãотовления, неравномерно-ãо опирания рельса на шпалы, êоррозии (особенно в тоннелях), приводя-щей ê êоррозионно-óсталостным повреждениям рельса.

Реêомендации по исêлючению дефеêтов:! Обеспечивать более строãий êонтроль êачества рельсов при изãотов-лении.

! Устраивать и поддерживать подрельсовое основание в состоянии, обес-печивающем низêие изãибающие растяãивающие напряжения подо-швы рельса и, таêим образом, высоêóю сопротивляемость щелевой êор-розии.

!Избеãать повреждения подошвы рельса при транспортировêе и óêладêе.

Сварочные дефеêты рельса. Проблемы, связанные со сварêой, моãóт со-ставлять до 20 % всех дефеêтов рельсов [3.24]. Эти дефеêты моãóт быть раз-делены на дефеêты сварêи на рельсосварочных заводах и в пóти.

Сóществóет несêольêо методов сварêи рельсов: êонтаêтная, термитнаяи ãазопрессовая. Железные дороãи стран IHHA применяют различныеêомбинации технолоãий сварêи на заводах и в пóти. На железных дороãахСеверной Америêи использóются преимóщественно êонтаêтная элеêтро-сварêа в заводсêих óсловиях и термитная сварêа в пóти. Термитная сварêав пóти применяется вследствие значительно меньшей стоимости в сравне-нии с êонтаêтной элеêтросварêой, требóющей дороãоãо передвижноãооборóдования.

Российсêие железные дороãи применяют êонтаêтнóю элеêтросварêóêаê на заводах, таê и в пóти. Для тоãо чтобы избежать снижения твердостив сварочной зоне, в 1970-х ãодах разработали технолоãию термичесêой имеханичесêой обработêи сварных стыêов [3.30], êоторая позднее была óсо-вершенствована с созданием технолоãии дифференцированноãо терми-чесêоãо óпрочнения и механичесêой обработêи сварных стыêов.

Технолоãия êонтаêтной элеêтросварêи с последóющей термообработ-êой индóêтивным методом была разработана и óспешно применена в Ки-тае для сварêи термоóпрочненных по всей длине рельсов массой 75 êã/м,предназначенных для линий с тяжеловесным движением [3.87].

При êонтаêтной сварêе бывают расслоения шейêи рельса. При термит-ной сварêе возниêают дефеêты мноãих видов, начиная с óсадочной порис-тости или вêлючений, приводящих ê расслоению шейêи рельса и после-дóющемó разрóшению, и êончая образованием подповерхностных раêовинна ãоловêе рельса, ведóщих ê быстромó повреждению рабочей зоны вы-êрóжêи ãоловêи рельса.

При сварêе в пóти возниêает проблема, связанная с разницей в твер-дости основноãо рельса и сварноãо соединения. Сварное соединение, êо-торое может быть тверже или мяãче, чем основной рельс, создает соответ-ственно выпóêлость или óãлóбление на ãоловêе рельса. Это одна из причинобразования волнообразноãо износа. Кроме тоãо, более твердые или мяã-

o 3-54 x

êие сварные соединения подвержены êонтаêтно-óсталостным поврежде-ниям.

Сварные соединения, выполненные в пóти с помощью термитной свар-êи, таêже вызывают неêоторые проблемы. Одна из них êонцентрациянапряжений в подошве рельса из-за особенностей сварочноãо процесса,êоторая может приводить ê выходó рельса из строя. Для решения этой про-блемы ведóтся работы по интенсифиêации перемешивания жидêоãо ме-талла в форме.

Для снижения сêлонности ê повреждению сварноãо шва при термитнойсварêе предложена технолоãия широêоãо сварноãо шва (40 80 мм вместо25 мм). Больший размер шва позволяет осóществлять ремонт рельсов с де-феêтами, заменяя дефеêтнóю часть рельса одним швом вместо тоãо, чтобыделать рельсовóю вставêó с двóмя обычными швами [3.24].

Влияние осевой наãрóзêи. Повышение осевой наãрóзêи сóщественно óве-личивает повреждаемость рельсов в зоне сварноãо стыêа.

Реêомендации по исêлючению дефеêтов:! Совершенствовать технолоãию êонтаêтной элеêтросварêи рельсов назаводах и в пóти посредством введения термообработêи сварноãо шва.

! Обеспечивать более строãий êонтроль êачества сварêи в пóти.!Применять хорошо зареêомендовавшие себя методы термитной сварêи

(сварêа с широêим зазором, термообработêа после сварêи и т. д.).

Пробоêсовêа êолес. Сêольжение êолес по рельсам вызывает поврежде-ние (прижоã) поверхности рельса. Из-за интенсивноãо трения температóраповерхности рельса может превысить температóрó стрóêтóрных превраще-ний эвтеêтоидной перлитной стали в аóстенит, что может привести ê обра-зованию мартенситных слоев. При неблаãоприятных óсловиях из-за этоãомоãóт возниêать поперечные трещины (рис. 3.28).

o 3-55 x

Рис. 3.28. Поперечная трещина в рельсе 1, воз-ниêшая от повреждения поверхности 2, 3 из-за

пробоêсовêи êолес по рельсам [3.77]

Реêомендации по исêлючению дефеêта:! Совершенствовать тормозное оборóдование.! Уменьшать заãрязнение поверхности рельсов, êоторое имеет место принеóдовлетворительной работе систем лóбриêации.

КолесаТермичесêие трещины [3.24, 3.98]. Термичесêие трещины в êолесах воз-

ниêают вследствие образования растяãивающих остаточных напряжений,êоторые создаются в резóльтате повторяющихся циêлов наãрева и охлаж-дения при резêих торможениях. Термичесêие трещины отличаются повнешнемó видó (по длине и направлению) от дефеêтов êонтаêтной óста-лости. Эти трещины распространяются вертиêально вãлóбь от поверхностиматериала и не развиваются от действия êонтаêтных напряжений. Разрó-шение не происходит, если в области сóществóющей трещины не создают-ся остаточные растяãивающие напряжения. Ударная же наãрóзêа можетпривести ê взрывномó хараêтерó роста трещины и ê разрóшению êолеса.

Реêомендации по исêлючению дефеêта:!Избеãать затяжных торможений.!При изãотовлении êолес проводить заêалêó обода, обеспечивающóюбольшие оêрóжные остаточные растяãивающие напряжения в êолесе,предотвращающие рост трещин.

Отêол обода êолеса. Этот дефеêт вызывается большими óсталостнымитрещинами, êоторые развиваются параллельно поверхности êатания êоле-са на ãлóбине примерно 10 мм под этой поверхностью (рис. 3.29) [3.24,3.98]. Считается, что отêол обода происходит от мест пористости иливêлючений оêислов алюминия в стали. Полаãают, что с повышением осе-вых наãрóзоê этот дефеêт бóдет встречаться чаще.

Реêомендации по исêлючению дефеêта:! Обеспечивать более строãий êонтроль êачества êолес при изãотовлениии в эêсплóатации для своевременноãо обнарóжения зарождающеãосядефеêта.

o 3-56 x

Рис. 3.29. Отêол обода êолеса [3.24]

!Применять более чистóю êолеснóю сталь.

Неêрóãлость êолес. Неêрóãлость êолес является резóльтатом взаимо-действия êолеса, рельса и тормозных êолодоê. При достижении опреде-ленной величины неêрóãлость приводит ê большой óдарной наãрóзêе отêолеса на рельс.

Ползóн на êолесе. Этот дефеêт образóется, êоãда êолесо сêользит порельсó, вместо тоãо чтобы êатиться по немó. Ползóн чаще всеãо возниêаетпри резêих торможениях, сопровождающихся просêальзыванием. Колеса сползóнами моãóт оêазывать большие óдарные наãрóзêи на рельс. Кроме то-ãо, ползóн постепенно приводит ê образованию неêрóãлости êолеса.

Реêомендации по исêлючению дефеêта: !Избеãать резêих и затяжных торможений.!Не допóсêать работó с неисправными óстройствами переêлючения ãрó-женоãо и порожнеãо режимов торможения.

! Определить на основе êритериев óдарной наãрóзêи предельно допóсти-мые величины неêрóãлости êолес, ползóнов и своевременно осóщест-влять обточêó êолес, ó êоторых эти величины выходят за пределы до-пóстимоãо.

Навары (наволаêивание) металла êолес. Навары на поверхности êата-ния имеют место в резóльтате смещения металла при сêольжении êоле-са. Наволаêивание на поверхности происходит вследствие тоãо, что наêолесо попадают частицы изнашивания рельса, êолеса и тормозных êо-лодоê. Считается, что навары чаще всеãо происходят в óсловиях повы-шенной влажности, особенно в зимнее время, êоãда рельсы поêрытыснеãом [3.48, 3.89].

Реêомендации по исêлючению дефеêта: ! Совершенствовать системó осмотра êолес.! Своевременно обтачивать êолеса.! Своевременно проверять тормозные воздóхораспределители на óтечêó исоблюдение режимов работы.Для снижения вредноãо воздействия ползóнов, наваров и неêрóãлости

êолес реêомендóется внедрять детеêторы дефеêтных êолес.Встречаются и дрóãие дефеêты êолес, êоторые моãóт потребовать их за-

мены. Это треснóвший или сломанный обод, êольцевые выработêи, тон-êий обод, тонêий ãребень, вертиêальный подрез ãребня. Имеются соответ-ствóющие средства измерений, определены предельные значения для êаж-доãо вида дефеêта, êоторые приведены в рóêоводящих доêóментах желез-ной дороãи.

В приложении Б приведена таблица дефеêтов êолес и их êодов.

3.5.9. Пластичес)ая+деформация

Головêа рельсов. Головêа рельсов подверãается пластичесêой деформа-ции. Ее ãлóбина может êолебаться от долей миллиметра до 10 15 мм.Форма ãоловêи рельсов, подверãшихся пластичесêой деформации, может

o 3-57 x

сóщественно различаться (см. рис. 3.27). Следóет отметить, что на нарóж-ном и внóтреннем рельсах в êривых сóществóют три области интенсивнойпластичесêой деформации.

Головêа внóтреннеãо рельса êривой иноãда раздавливается под наãрóз-êой от ваãонов большой массы. Нарóжная сторона внóтреннеãо рельса мо-жет подверãаться пластичесêой деформации из-за еãо переãрóзêи(рис. 3.30) при неспособности материала ãоловêи рельса сопротивлятьсяóсловиям наãрóжения, встречающимся в эêсплóатации. Переãрóзêа проис-ходит вследствие нарóшения óсловий равновесия, определяемых сêо-ростью движения поезда и возвышением нарóжноãо рельса. Таê, в êон-êретной êривой поезд может двиãаться с меньшей сêоростью, чем допóс-êается возвышением рельса. В ряде слóчаев раздавливание внóтреннеãорельса происходит из-за óширения êолеи. Тоãда внóтренний рельс подвер-ãается воздействию êаê высоêих напряжений, таê и боêовых сил трения.Эти óсловия óхóдшаются, если профиль êолеса имеет проêатнóю выемêó.Колеса с ложным ãребнем на поверхности êатания таêже óвеличиваютпластичесêóю деформацию внóтреннеãо рельса.

На ãоловêе нарóжноãо рельса êривой имеются две зоны пластичесêойдеформации. Одна из них расположена на рабочей выêрóжêе рельса, и де-формация в ней является резóльтатом интенсивноãо двóхточечноãо êон-таêта и сил трения от составляющих просêальзывания êолеса по рельсó. Вдрóãой зоне, расположенной на внешней стороне нарóжноãо рельса, де-формация может возниêнóть вследствие больших боêовых сил, связанныхс поперечным перемещением êолесной пары.

Реêомендации по исêлючению дефеêта:!Применять более прочные рельсы из стали, имеющей повышенныйпредел теêóчести.

!Периодичесêи шлифовать рельсы для поддержания исходноãо профиляãоловêи.

! Обеспечивать более строãий êонтроль профиля êолес.! Соблюдать соответствие сêорости движения поезда в êривых возвыше-нию нарóжноãо рельса.

o 3-58 x

Рис. 3.30. Пластичесêая деформация металлавнóтреннеãо рельса êривой

!Принимать меры против óвеличения ширины êолеи сверх допóстимоãопредела.

!Принимать меры по снижению величины отношения боêовой наãрóзêиê вертиêальной посредством внедрения óлóчшенных тележеê и приме-нения лóбриêации.

Стыêи рельсов и сварные соединения. Пластичесêая деформация ãоловоêрельсов может возниêать и в зоне стыêов. Здесь êонцы рельсов подверãа-ются большим динамичесêим наãрóзêам от проходящих êолес. Если со-противление материала êонцов рельсов пластичесêим деформациям недо-статочно, чтобы выдерживать эти наãрóзêи, или стыêи рельсов плохо со-держатся, происходит пластичесêая деформация стыêов. Этот дефеêт ха-раêтерен для сырых рельсов. Наблюдаются таêже зоны пластичесêой де-формации (выемêи) сразó за стыêом в направлении движения поезда.Причиной этоãо дефеêта являются динамичесêое воздействие êолес, про-ходящих стыê, а таêже пониженная твердость ãоловêи рельсов на êонцах.

Пластичесêое течение может возниêнóть в районе сварных соединенийрельсов. В зависимости от технолоãии сварêи и последóющей термообра-ботêи на рельсе может возниêнóть одна или две зоны по обеим сторонамсварноãо соединения, в êоторых материал рельса после сварêи становитсямяãче.

Реêомендации по исêлючению дефеêта (см. раздел 3.5.8).

Зоны óвеличенных напряжений. При êонтаêте êолеса и рельса может бытьряд зон с повышенными напряжениями вследствие несоответствия про-филя êолеса и рельса, êоãда имеет место пластичесêая деформация [3.5].Например, êонтаêт рельса с êолесом, имеющим проêат, при больших осе-вых наãрóзêах вызывает значительные êонтаêтные напряжения междó зо-ной выêрóжêи, нарóжной стороной рельса и выстóпами ложноãо ãребняêолеса, êоторые моãóт иметь место на обеих сторонах изношенной поверх-ности êолеса (см. рис. 2.53).

Реêомендации по исêлючению дефеêта:!Применять предóпредительное шлифование рельсов.! Своевременно проводить обточêó êолес, êоãда величина проêата выхо-дит за пределы допóстимоãо.

!Принимать меры по предотвращению образования зон повышенныхнапряжений.

!Поддерживать оптимальные профили êолес и рельсов.

Пластичесêая деформация на êолесе. На êолесе имеются две основныезоны возниêновения пластичесêой деформации: на поверхности êатания иãребне. Коãда имеет место интенсивный двóхточечный êонтаêт, материалтечет в направлении вершины ãребня êолеса (см. рис. 2.46). Если ãоловêарельса очень сильно изношена, моãóт быть слóчаи, êоãда êонтаêт происхо-дит тольêо по вершине ãребня êолеса, что приводит ê значительной плас-тичесêой деформации зоны вершины ãребня. Это может иметь место, êоã-

o 3-59 x

да высота ãребня êолеса значительно меньше, чем высота ãоловêи рельса[3.21, 3.50].

Пластичесêое течение поверхности êатания êолеса в направлении êоснованию ãребня происходит вследствие больших сил трения, связанныхс поперечным просêальзыванием. Дрóãой причиной является наличие зонповышенноãо êонтаêтноãо напряжения, таêих, êаê ложный ãребень на êо-лесах с большим проêатом.

Реêомендации по исêлючению дефеêта:! Своевременно выполнять обточêó êолес во избежание появления зонповышенных напряжений.

!Использовать êолеса из более твердой стали.! Своевременно шлифовать рельсы для лиêвидации зон со значительнымизносом боêовой поверхности ãоловêи.

!Поддерживать оптимальные профили êолес и рельсов.

3.5.10. Волнообразный+износ+рельсов+и+1олес

Волнообразный износ рельсов. Волнообразный износ представляет собойпериодичесêие неровности на поверхности ãоловêи одноãо или обоихрельсов, êоторые измеряются специальными инстрóментами.

Отличительной особенностью этоãо дефеêта является то, что он возни-êает на рельсе êаê в êривых, таê и в прямых óчастêах пóти. Волнообразныйизнос приводит ê ослаблению рельсовых сêреплений, просêальзываниям,расстройствó балласта и дрóãих элементов пóти. Он таêже отрицательносêазывается на состоянии и работе ходовой части подвижноãо состава.

Волнообразный износ возниêает из-за неровностей поверхности, обра-зóющихся при изãотовлении рельсов, рельсовых стыêов, сварных соедине-ний или вследствие êонтаêтно-óсталостных дефеêтов. В общем выделяютшесть видов волнообразноãо износа, однаêо на линиях с ãрóзовым движе-нием преобладают три из них [3.91]: êоротêоволновые неровности (длинаволны 30 80 мм), средневолновые (200 600 мм) и длинноволновые(оêоло 1,5 м). Причины возниêновения êаждоãо вида различны.

Коротêоволновые неровности. Основной причиной êоротêоволновыхнеровностей являются фриêционные автоêолебания êолесной пары [3.77,3.92, 3.93, 3.95]. Это явление возниêает в зонах приложения большой силытяãи или интенсивноãо торможения, êоãда вследствие возбóждения соб-ственных êрóтильных êолебаний êолесной пары возниêают êолебания силтяãи или торможения [3.96]. Главное различие в явлениях возниêновенияволнообразноãо износа состоит в механизмах начала и óстановления дли-ны волны. Механизм óстановления длины волны связан с частотами соб-ственных êолебаний систем êолеса или êолесной пары, с одной стороны,и рельсов и шпал, с дрóãой. Начало этоãо явления связано с поверхностны-ми неровностями рельса или с зависимостью танãенциальноãо óсилия (силтрения) от относительноãо просêальзывания, хараêтерной для данноãоóчастêа пóти. Коãда площадêа êонтаêта êолеса с рельсом находится в óсло-виях насыщения по просêальзыванию, êолесо продолжает êатиться, поêа

o 3-60 x

не достиãнóто маêсимальное значение силы трения (см. рис. 3.6). Каêтольêо маêсимóм достиãнóт и сила трения óже не может стать больше, по-сêольêó зависимость не положительная (см. рис. 3.10), начинается сêоль-жение [3.60].

Средневолновые неровности. Считается, что волнообразный износ,имеющий среднюю длинó волны оêоло 200 300 мм, хараêтерен для тяже-ловесноãо движения (рис. 3.31). Причины возниêновения этоãо типа вол-нообразноãо износа объясняются с помощью теории резонанса. Воздей-ствие вынóжденных êолебаний неподрессоренных масс подвижноãо соста-ва на пóть, имеющий определеннóю жестêость, инициирóет резонансныеêолебания, приводящие ê большим динамичесêим óсилиям, ведóщим, всвою очередь, ê началó процесса волнообразноãо износа. Длина волны не-ровностей на рельсе зависит от резонансной частоты системы эêипаж пóть. Податливость основания пóти является важным фаêтором, влияю-щим на волнообразный износ рельса. Увеличение жестêости основанияпóти приводит ê снижению волнообразноãо износа. После возниêновениянеровностей силы взаимодействия подвижноãо состава и пóти вызываютпластичесêие деформации в зонах волнообразноãо износа и тем самымóсêоряют развитие неровностей. Пластичесêая деформация является ведó-щим механизмом этоãо развития. Она обóсловливает процесс механи-чесêоãо óпрочнения и то, что распределение твердости по длине рельсастановится периодичесêим и соответствóющим длине волны неровностей[3.97]. Дефеêты êонтаêтной óсталости рельсов, таêие, êаê параллельныетрещины в зоне выêрóжêи и выêрашивания, таêже инициирóют развитиеволнообразноãо износа. Установлено, что выêрашивание на рельсе являет-ся источниêом возбóждения резонансных êолебаний, приводящих ê обра-зованию неровностей с длиной волны 150 450 мм [3.25].

o 3-61 x

Рис. 3.31. Типичный вид волно-образноãо износа рельсов на ли-нии с тяжеловесным движением

[3.25]

Длинноволновые неровности. Начало развития длинноволновых неровно-стей связано с периодичесêими неровностями при изãотовлении рельса.Эти неровности возниêают из-за вибраций в проêатном траêте. Хотя рель-сы правятся в ролиêах, неêоторые неровности все равно остаются. Развитиедлинноволновых неровностей определяется хараêтеристиêами подрельсо-воãо основания.

Влияние лóбриêации. Лóбриêация оêазывает значительное влияние наобразование и развитие волнообразных неровностей. Смазывание нарóж-ноãо рельса в êривых сóщественно снижает волнообразный износ внóтрен-неãо рельса [3.92, 3.93, 3.94].

Влияние осевой наãрóзêи. Волнообразные неровности моãóт возниêнóть ипри малых осевых наãрóзêах в неблаãоприятных óсловиях êонтаêта êолесаи рельса. Однаêо повышение осевой наãрóзêи приводит ê интенсифиêа-ции образования и развития неровностей, вêлючая óвеличение ãлóбинынеровностей во впадинах по мере роста пропóщенной поездной наãрóзêи[3.68] и вертиêальных наãрóзоê.

Реêомендации по исêлючению дефеêта:! Своевременно óстранять неровности на рельсах с помощью шлифова-ния.

!Применять модифиêаторы трения на поверхности êатания, что позво-ляет бороться с êоротêоволновыми неровностями [3.58].

!Применять рельсы из высоêопрочной стали.!Использовать более мяãêие рельсовые подêладêи для снижения верти-

êальной жестêости основания.

Волнообразный износ êолес. Волнообразный износ êолес проявляется ввиде неровностей профиля по êрóãó êатания. Профиль êолеса может бытьизмерен с помощью оêрóжноãо профилометра. Основной причиной вол-нообразноãо износа êолес является термомеханичесêое взаимодействиемеждó тормозными êолодêами и поверхностью êатания. Высоêие темпера-тóры, возниêающие при трении êолодоê и êолеса, вызывают волнообраз-ное изнашивание поверхности êатания. Длина волны неровностей и ихãлóбина в значительной степени зависят от размеров тормозных êолодоê иих материала в сочетании с материалом êолеса. Для снижения волнообраз-ноãо износа поверхности êатания êолес реêомендóется применять тормоз-ные êолодêи с более низêим модóлем óпрóãости [3.99].

Увеличение осевой наãрóзêи с 29 до 35 т не изменяет положение и ин-тенсивность волнообразных неровностей êолеса.

Реêомендация по исêлючению дефеêта. Своевременно проводить обточêóêолес, êоãда амплитóда неровностей достиãает предельной величины,определенной по êритерию óдарной наãрóзêи.

o 3-62 x

3.5.11. С"рип&"олес

Сêрип (визã) êолес является проблемой мноãих железных дороã, вêлю-чая дороãи с тяжеловесным движением, êоторые проходят в приãородныхзонах. Сêрип возниêает на поверхностях êатания êолеса и рельса при дви-жении в êривых. Звóê ãенерирóется в резóльтате сочетания трения и явле-ния чередования сцепления и сêольжения [3.100, 3.101]. Трение возниêаетв резóльтате сêольжения, особенно поперечноãо, êолеса по отношению êрельсó. Коãда способность êонтаêта êолеса и рельса воспринимать про-сêальзывание исчерпывается (при относительном просêальзывании оêоло0,01), возниêает чистое сêольжение. При сêольжении сила трения óмень-шается. Сêольжение преêращается, êоãда сила, создающая êрип (сцепле-ние вместе с óпрóãим сêольжением на площадêе êонтаêта), диссипатирóет-ся при сêольжении, и затем процесс начинается снова. Энерãия, выделяю-щаяся в процессе сцепления-сêольжения в системе êолесо рельс, воз-бóждает сêрип (визã) êолес.

Процесс чередования сцепления и сêольжения возниêает, êоãда хараêте-ристиêа сила трения просêальзывание отрицательна, т. е. силы тренияóменьшаются по достижении определенноãо óровня просêальзывания. Фаê-тичесêие же свойства третьеãо тела, возниêающеãо междó êолесом и рель-сом, зависят от материалов êолеса и рельса и óсловий оêрóжающей среды.

Модифиêаторы трения, имеющие положительные хараêтеристиêи, т. е.óвеличивающие силы трения по мере возрастания просêальзывания, сни-жают или лиêвидирóют визã êолес.

Реêомендация по исêлючению дефеêта. Применять модифиêаторы тре-ния, наносимые на поверхность êатания внóтреннеãо рельса êривой[3.2, 3.60].

БЛАГОДАРНОСТИ

За помощь и ценные замечанияпризнательность выражена:Евãению Шóрó, заведóющемó лабораторией, Всероссийсêий наóчно-ис-

следовательсêий инститóт железнодорожноãо транспорта; СтефанóМаричó, êонсалтинãовая êомпания Marich Services, Австралия; ГарриТóрне, помощниêó ãенеральноãо óправляющеãо, êомпания Spoornet, ЮАР;Робертó Хардерó, ассоциированномó профессорó (доцентó) в области ин-жиниринãа, óниверситет George Fox, США; Джеймсó Ландãренó, помощни-êó вице-президента, Даниелó Стоóнó, ãлавномó металлóрãó, Кевинó Соóли,ãлавномó исследователю, Центр транспортных технолоãий, США

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3.1. J. Kalousek, E. Magel. Optimizing the Wheel/Rail System. Railway Track & Structures. January1997.

3.2. B. Bock. Which «Horse» for your «Course». Proceedings of IHHA'99 STS-Conference onWheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 17 27.

o 3-63 x

3.3. S. M. Zakharov, I. A. Zharov, I. Komarovsky. Tribological Aspects of Rail/Wheel Interface.Proceedings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p.221 228.

3.4. J. J. Kalker. Three Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact. Kluwer Academic Publishers,1990.

3.5. H. Tourney. Rail/Wheel Interaction from a Track and Vehicle Design Perspective. Proceedingsof IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 41 57.

3.6. K. L. Johnson. Contact Mechanics. Cambridge University Press, 1985. P. 427.

3.7. B. Paul, J. Hashemi. User's Manual for Program CONTACT. Technical Report No. 4,FRA/ORD-78/27/PB286097, NTIS, Springfield, VA, Sept. 1977.

3.8. R. Harder. Creep Force Creepage and Frictional Work Behaviour in Non-Hertzian Counter-formal Rail/Wheel Contacts. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/RailInterface. Moscow, 1999, V. 1, p. 207 214.

3.9. R. Harder, L. Lemmy L. Meekisho, J. Jones, V. Rhoades. Generalized Approximation of Wheel-Rail Creep Forces and Contact Patch Frictional Work Using Neural Network Simulation. Pro-ceedings of the 2nd Mini Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems.Edited by Prof. I. Zobory. Budapest, July 1996.

3.10. I. Goryacheva. Contact Mechanics in Tribology. Kluver Academic Publishers,

3.11. А. Я. Коãан. Динамиêа пóти и еãо взаимодействие с подвижным составом. М.:Транспорт, 1997, 326 с.

3.12. Y. M. Luzhnov. Proceedings of the International Conference Eurotrib-81. Warsaw, p. 315 325.

3.13. K. Hou, J. Kalousek and E. Magel. Rheological Model of Solid Layer in Rolling Contact. Wear,V. 211, 1997, p. 134 140.

3.14. Z. Shen, W. Zhang, X. Jin, J. Zeng, L. Zhang. Advances in Wheel/Rail Contact Mechanics.Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p.187 200.

3.15. K. Knothe and A. Theiler. Normal and Tangential Contact Problem with Rough Surfaces. Pro-ceedings of the 2nd Mini Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems.Budapest, July 1996, p.34-43.

3.16. C. Swenson. Locomotive Radial Steering Bogie Experience in Heavy Haul Service. Proceedingsof IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 79 86.

3.17. L. Mouginsteine. Technical and Economical Problems of Locomotive Wheelsets Adhesion withRail. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p.307 311.

3.18. Л. А. Мóãинштейн, А. Л. Лисицын Нестационарные режимы тяãи (Сцепление и êрити-чесêая норма массы поезда). М.: Интеêст, 1996, 176 с.

3.19. S. Grassie, J. Kalousek. Rolling Contact Fatigue of Rails: Characteristics, Causes and Treat-ments. Proceedings of the 6th IHHA Conference. Capetown, 1997, p. 381 404.

3.20. E. Magel and J. Kalousek. The Application of Contact Mechanics to Wheel/Rail Profile Design.Proceedings of the 5th International Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/WheelSystems. Tokyo, 2000, p. 245 252.

3.21. E. A. Shur, V. N. Tsyurenko. Wheel/Rail Quality and Damage: Russian Railways Practices andPerspectives. Proceedings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow,1999, V. 1, p. 169 174.

3.22. Железнодорожные рельсы. Общие техничесêие óсловия. ГОСТ Р 51685 2000,Госcтандарт России, 2001, 23 с.

3.23. Объемнозаêаленные рельсы типов Р65 и Р75 для широêой êолеи. ГОСТ 18267,Госстандарт России, 9 c.

o 3-64 x

3.24. D. H. Stone, K. Sawley, D. Kelly, W. Shust. Wheel/Rail Materials and Interaction: NorthAmerican Heavy Haul Practices. Proceedings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail In-terface. Moscow, 1999, p. 155 168.

3.25. J. Kalousek, E. Magel, S. Grassie. Perspective on Metallurgy and Contact Mechanics. Proceed-ings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, p. 175 186.

3.26. P. J. Erasmus. Efficient and Safe Rails for Heavy Haul in South Africa. Proceedings of the 5thIHHA Conference. China, 1993, p. 249 255.

3.27. А. В. Пан. Разработêа и освоение новых технолоãий для теêóщеãо и перспеêтивноãопроизводства рельсов. Диссертация д.т.н. в виде наóчноãо доêлада. Мосêва, ВНИИЖТ,1999, 123 с.

3.28. Е. А. Шóр, Я. Р. Раóзин. Выбор оптимальной стрóêтóры термоóпрочненных рельсов.Трóды ЦНИИ МПС, 1966, c. 201 206.

3.29. L. Yi, L. Zuwen. Development of Heavy Rails on Chinese Railways. Proceedings of the 5thIHHA Conference. China, 1993, p. 275 281.

3.30. А. Ф. Золотарсêий, Я. Р. Раóзин, Е. А. Шóр и др. Термичесêи óпрочненные рельсы. М.:Транспорт, 1976, 264 c.

3.31. J. Perrin. High Strength Rails with Optimised Residual Stresses. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 245 253.

3.32. M. Ueda, K. Uchino, H. Kageyama, K. Motohiro, A. Kobayashi. Development of Bainitic SteelRail with Excellent Surface Damage Resistance. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference onWheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1.

3.33. M. Ueda, K. Uchito, H. Kageyama, K. Kutaragi, K. Babazono. Development of HypereutectoidSteel Rails for Heavy Haul Railways. Proceedings of the 6th IHHA Conference. Capetown,1997, p. 355 369.

3.34. S. Mitao, H. Yokoyama, S. Yamamoto, Y. Kataoka, T. Sugiyama. High Strength Bainitic SteelRails for Heavy Haul Railways with Superior Damage Resistance. Proceedings of IHHA'99STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 2, p. 489 496.

3.35. P. J. Mutton and S. Marich. Rail and Wheel Materials for High Axle Load Operations. Proceed-ings of the 3rd International Heavy Haul Conference. Vancouver, 1986.

3.36. P. J. Mutton, R. Boelen and S. Marich. Requirements for Wheel and Rail Materials. Proceed-ings of the 6th International Tack Conference. Melbourne, 1986.

3.37. P. Clayton. Tribological Aspects of Wheel-Rail Contact: a Review of Recent Experimental Re-search. Wear, 191(1996), p.170-183.

3.38. J. A. Jones, A. B. Perlman, O. Orringer. Tailoring Heat Treatment and Composition for Produc-tion of On-line Heat-Hardened Bainitic Rail. 39th Tech. Working and Steel Processing of Con-ference. 1997, XXXV, p. 1029 1036.

3.39. G. Filippov, V. Sinelnikov. Metallurgical Processes of Rail Steel Production and Properties ofRailroad Rails. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow,1999, V. 1, p..255 257.

3.40. Д. К. Нестеров и др. Влияние нитридирования на êачество рельсовой стали.Металлóрãия, 1993, 3, с. 475 483.

3.41. J. Igwemezie, S. L. Kennedy, N. Core. Residual Stresses and Catastrophic Rail Failure. Pro-ceedings of the 5th IHHA Conference. China, 1993. p. 256 263.

3.42. V. M. Bogdanov, D. P. Markov, G. I. Penkova. Working and Engineering Hardening of WheelContact Surfaces. Proceedings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow,1999, V. 1, p. 267 277.

3.43. Я. Р. Раóзен, Е. А. Шóр. Констрóêтивная прочность стали. М.: Машиностроение, 1975,58 с.

3.44. Методы êонтаêтно-óсталостных испытаний. P 50-54-30-87. Госстандарт, Мосêва, 1988,122 с.

o 3-65 x

3.45. S. Zakharov, I. Komarovsky, I. Zharov. Wheel Flange/Rail Head Simulation. Wear, 215(1998),p. 18 24.

3.46. I. V. Kragelsky. Friction and Wear. Elmsford, 1982.

3.47. Y. Berthier. The Third Body Concept. Proceedings of the 22nd Leeds-Lyon Symposium on Tri-bology. Interpretation of Tribological Phenomena-95, Tribology Series 31. Elsevier Science,Amsterdam, 1996, 747 p.

3.48. J. Kalousek, E. Magel, J. Strasser, W. N. Caldwell, G. Kanevsky, B. Blevins. Tribological Inter-relationship of Seasonal Fluctuations of Freight Car Wheel Wear, Contact Fatigue Shelling andComposition Breakshoe Consumption. Proceedings of the 2nd Mini Conference on ContactMechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Montreal, 1996.

3.49. U. Luzhnov, A. V. Chichinadze, O. A. Govorkov, A. T. Romanova. Thermophysical Funda-ments of Tribological Interaction of Wheels and Rails. Proceedings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 2, p.

3.50. L. I. Barteneva, V. Tutin, V. Kartsev, D. Veniaminov, V. Nikitin. Lubrication of Rails andWheels on Russian Railways. Proceedings of IHHA99 STS-Conference on Wheel/Rail Inter-face. Moscow, 1999, V. 1, p. 205.

3.51. R. Reiff, D. Gregger. System Approach to Best Practices for Wheel/Rail Friction Control. Pro-ceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 323 330.

3.52. V. V. Perekrestova, A. Nesterov. Lubricating Materials and Technologies. Proceedings of IH-HA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 2.

3.53. G. Thelen, M. Lovette. A Parametric Study of the Lubrication Transport Mechanism at theRail/Wheel Interface. Proceedings of the Conference «Contact Mechanics and Wear ofRail/Wheel Systems». Edited by J. Kalousec. Canada, 1996.

3.54. V. I. Rakhmaninov, A. V. Andreev. Practical Ways to Estimate Reduction of Resistance to TrainMovement when Applying Rail Lubrication. Proceedings of IHHA'99 STS-Conference onWheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 2.

3.55. R. Reiff and H. Harrison. Measuring Rail Lubrication in the Field Using a Tribometer. ReportAAR-TTCI, Pueblo, 1991, 45 p.

3.56. S. Marich, S. Mackie and R. Fogary. The Optimization of Rail/Wheel Lubrication Practice inthe Hunter Valley. RTSA Technical Conference, Core 2000. Adelaide, May 2000, p. 41.

3.57. R. A. Allen, J. R. Lundgren, S. F. Kaley. North American Heavy Haul Facts, Fiction and Con-ventional Wisdom. Proceedings of IHHA'99 STS Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow,1999, V. 2.

3.58. J. Kalousek and E. Magel. Modifying and Managing Friction. Railway and Track Structures,May 1999.

3.59. R. Reiff, S. Gage. Demonstration of the Viability of Top-of-Rail Lubrication for Freight Rail-roads. Technology Digest. TTCI, May 1999.

3.60. D. T. Eadie, J. Kalousek, K. C. Chiddick. The Role of High Positive Friction (HPF) Modifier inthe Control of Short Pitch Corrugation and Related Phenomena. Proceedings of the 5th Inter-national Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Tokyo, 2000, p.42 49.

3.61. M. Tomeoka, N. Kabe, M. Tanimoto, E. Miyauchi, M. Nakata. Friction Control betweenWheel and Rail. Proceedings of the 5th International Conference on Contact Mechanics andWear of Rail/Wheel Systems, Tokyo, 2000, p. 36 41.

3.62. H. Ghonem, J. Kalousek, D. Stone, D. W. Dibble. Observation of Rail Wear on Heavy HaulRailway Lines. Contact Mechanics and Wear of Rail-Wheel System. Vancouver, 1982, p.249 269.

3.63. K. Sawley, S. Clark. Engineering and Economic Implication of Hollow Worn Wheels on Wheeland Rail Asset Life and Fuel Consumption. Proceedings of IHHA99 STS-Conference onWheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 299 306.

o 3-66 x

3.64. С. М. Андриевсêий. Боêовой износ рельсов в êривых. Трóды ЦНИИ МПС,Трансжелдориздат, вып. 207, 1961.

3.65. W. Faguang, S. Guoying, H. Shishou, L. Xueyi. Rail Defects of Heavy Haul Railways. Proceed-ings of the 5th IHHA Conference. China, 1993, p. 282 287.

3.66. E. Shur, T. Trusova, N. Bychkova, S. Zakharov. The Variation of Rail Damage with the Increaseof Axle Load. Proceedings of IHHA Conference. Montreal, 1996.

3.67. R. Steele. Overview of the FAST HTL/HAL Rail Performance Tests. Proceedings Workshop onHeavy Axle Loads. Pueblo, Colorado, 1990.

3.68. J. Hannafious. FAST/HAL Rail Performance Test. Proceedings Workshop on Heavy AxleLoads. Pueblo, Colorado, 1990.

3.69. R. K. Steele, R. P. Reiff. Rail: Its Behaviour and Relationship to Total System Wear.,82-HH-24.

3.70. P. J. Mutton, C. Epp and S. Marich. Rail Assessment. Proceedings of the 2nd InternationalHeavy Haul Conference. Colorado Springs, 1982.

3.71. V. Kondrashev, I. Maksimov, V. Galperin. Development of Wheel Profiles of Cars and Locomo-tives for Existing Railways for Reduction of Wear of Wheel Flanges and Lateral Surfaces of Rails.Proceedings of IHHA'99 STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 95 102.

3.72. V. F. Ushkalov. Wheelset and Rail Wear on Ukrainian Railways. Proceedings of the 2nd MiniConference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Budapest, July 1996. p.87 94.

3.73. S. Marich and P. J. Mutton. Material Developments in the Australian Industry Past, Presentand Future. Proceedings of the 4th International Heavy Haul Conference. Brisbane, 1989.

3.74. P. J. Mutton and C. J. Epp. Factors Influencing Wheel and Rail Wear. Proceedings of the Rail-way Engineering Symposium. Melbourne, 1983.

3.75. S. Marich and U. Mass. Higher Axle Loads are Achievable Economics and Technology Agree.Proceedings of the 3rd International Heavy Haul Conference. Vancouver, 1986.

3.76. M. Ueda, K. Uchino, A. Kobayashi. Effect of Carbon Content on Wear Property in PearliticSteels. Proceedings of the 5th International Conference on Contact Mechanics and Wear ofRail/Wheel Systems, Tokyo, 2000, p. 142 147.

3.77. Классифиêация дефеêтов рельсов. Нормативно-техничесêая доêóментация НТД/ЦП-1-2000. ВНИИЖТ, 2000, 80 c.

3.78. J. Kalousek, E. Magel. Achieving a Balance: the «Magic» Wear Rate. Railway and Track Struc-ture, March 1997.

3.79. С. А. Линев. Работа рельсов с óпрочненной ãоловêой. Трóды ЦНИИ МПС, 428, 1970.

3.80. S. Bogdanski, M. Olzak and J. Stupnicki. Influence of Liquid Integration on Propagation ofRail Rolling Contact Fatigue Cracks. Proceedings of the 2nd Mini Conference on Contact Me-chanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Budapest, July 1996. p.134 143.

3.81. D. Boulanger. Prediction and Prevention of Rail Contact Fatigue. Proceedings of IHHA'99STS-Conference on Wheel/Rail Interface. Moscow, 1999, V. 1, p. 229 237.

3.82. E. Magel, J. Kalousek. Controlling Wheel Shelling. Track & Structures, November 1997.

3.83. S. M. Zakharov, I. A. Zharov. Simulation of Mutual Wheel/Rail Wear. Proceedings of the 5thInternational Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Tokyo, 2000,p. 125 130.

3.84. H. C. Inward, D. H. Stone, G. J. Moyar. A Thermal and Metallurgical Analysis of MartensiteFormation and Tread Spalling During Wheel Skid. RTD-Vol., Vol. 5, Rail Transportation,ASME, 1992, p.105 116.

3.85. G. W. Bartlay. A Practical View of Wheel Thread Shelling. Proceedings of the 9th InternationalWheelset Congress. Montreal, 1966.

3.86. D. H. Stone, G. J. Moyr, T. S. Guins. An Interpretative Review o Railway Wheel Shelling andSpalling. RTD-Vol., Vol. 5, Rail Transportation, ASME, 1992, p. 97 103.

o 3-67 x

3.87. W. Deyu, S. Yangdao, H. Shulin, N. Shufan. Weld Performance of Full-Hardened 75 kg/m Rail.Proceedings of the Fifth IHHA Conference. China, 1993, p. 332 337.

3.88. E. Magel, J. Kalousek. Identifying and Interpreting Railway Wheel Defects. Proceedings ofIHHA STS on Freight Car and Bogies. Montreal, 1996.

3.89. G. B. Anderson, W. P. Manos. Freight Car Brake Shoe Performance Testing. ASME Paper 84-WA/RT-12, December 1986.

3.90. V. N. Danilov. Railway Track and its Interaction with Rolling Stock. Moscow, Transzheldor-izdat, (in Russian), 1961.

3.91. Kulagin M. I. et al. Rail Corrugation and Measures to Combat it. Moscow, Transport (In Rus-sian), 1970.

3.92. S. Grassie and J. Kalousek. Rail Corrugation: Characteristics, Causes and Treatment. Proc.Instn. Mech. Engineers 287 (1993).

3.93. T. Licheng, Yu. Tiefeng. Formation of Rail Corrugation and Measures to Reduce it on CurvedTrack. Proceedings of the 5th IHHA Conference. China, 1993, p. 288 292.

3.94. L. E. Daniels, N. Blume. Rail Corrugation Growth Performance. Proceedings of the 2nd IHHAConference, 1982.

3.95. J. J. Kalker. Consideration on Corrugation. Vehicle System Dynamics, 23, 1994, p. 3 28.

3.96. S. Grassie, J. A. Elkins. Rail Corrugation on North American Transit Lines, 29, 1998, p. 5 17.

3.97. Q. Y. Liu, X. S. Jin, W. X. Wang, Z. R. Zhou. An Investigation of Rail Corrugation in China.Proceedings of the 5th International Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/WheelSystems. Tokyo, 2000, p. 89 95.

3.98. Field Manual of the AAR Interchange Rules. AAR, Washington DC, 2001.

3.99. T. Vernersson. Thermally Induced Roughness of Thread Braked Railway Wheels. Wear (1999).

3.100. M. Kerr, J. Kalousek et al. Squeal Appeal: Addressing Noise at the Wheel/Rail Interface. Con-ference on Railway Engineering Proceedings. Edited by W. Oghana (CORE 98). Australia, 1998,p. 317 324.

3.101. Д. М. Толстой, Г. А. Борисова, С. Р. Гриãорьева. Роль природы êонтаêта в êолебаниях внормальном направлении в процессе трения. Природа трения в твердых телах. Минсê,Наóêа, 1971

3.102. Y. Sato, A. Matsumpto. Review of Rail Corrugation Studies. Proceedings of the 5th Interna-tional Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems. Tokyo, 2000, p.74 80.

o 3-68 x

Примечани е. Размер дефеêта: СО полностью разрóшен, L 41 100%, M 21 40 %, S 0 20 %.* В êлассифиêации [3.77] есть мноãо дрóãих дефеêтов.TDT поперечная óсталостная трещина из-за дефеêтов изãотовления;TDD поперечная трещина или излом, вызванный óсталостными процессами.

50.250.1

PROPRJ

Расслоение шейêи:вне стыêав зоне стыêа

60.2, 62.260.1, 62.1

PBOPBJ

Повреждения подошвывне стыêав зоне стыêа

55.255.1

SWOSWJ

Трещины в шейêе:вне стыêав зоне стыêа

52.252.1

HWOHWJ

Трещина под ãоловêой:вне стыêав зоне стыêа

30Г.230Г.1

HSHHSJ

Горизонтальное расслоение ãоловêи

30B.230B.1

VSH VSJ

Вертиêальное расслоение ãоловêи

53.153.2

BHOBHJ

Трещины в шейêеот болтовоãо отверстия:вне стыêав зоне стыêа

27.1-2EBFТрещины от термомеханичесêих повреж-дений

56.3 (в шейêе)66.3 (в подошве)

DWP(CO)DWP(L),DWP(M)

DWP(S)

Дефеêтная заводсêая сварêа

26.3 (в ãоловêе)DWF(CO)

DWF(L), DWF(M)DWF(S)

Дефеêтная сварêа в пóти 79.1-2BRПоперечные изломы без видимых причин

DFC(CO)DFC(L)DFC(M)DFC(S)

Поперечный излом от сетêи параллель-ных трещин на выêрóжêе ãоловêи рельса

21.1-2

TDD(CO)TDD(L)TDD(M)TDDD(S)DFS(CO)DFS(L)DFS(M)DFS(S)

Поперечная трещина или излом от êон-таêтно-óсталостной продольной трещины

20.1-2TDT(CO)TDT(L)TDT(M)TDT(S)

Поперечная óсталостная трещина

Коды Российсêихжелезных дороã [3.77]*

Коды Canadian Pacific (CPR)Наименование дефеêта рельса

Приложение А

КОДЫ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВ

o 3-69 x

Дефеêт возниêает, êоãда êолесо сêоль-зит, а не êатится по рельсó

2041-78Ползóн

Вызваны приварêой материалов с по-верхности êатания, тормозной êолодêии рельса. Таêже вызваны пластичесêойдеформацией материала при сêольже-нии êолеса по рельсó

2141-76Навары (наросты) наповерхности êатания

Выщербинообразование вызвано êон-таêтно-óсталостными и термомеханиче-сêими причинами

22-1, 22-2,22-3

41-75Выщербины на по-верхности êатания

Дефеêт вызывается большими óсталост-ными трещинами, идóщими параллель-но поверхности êатания

2641-71Отêолы обода êолеса

3241-74Термичесêие трещины

Термичесêие трещины возниêают из-зарастяãивающих остаточных напряже-ний от повторных циêлов наãрева иторможения во время резêих тормо-жений

-41-69Термичесêие трещи-ны, идóщие в дисê

Неравномерный износ поверхности êа-тания из-за развития поверхностныхдефеêтов и взаимодействий в системеêолесо êолодêа рельс

1141-67Неêрóãлость êолеса

Износ в процессе эêсплóатации и поте-ри металла при обточêах

1741-73Тонêий обод

Изнашивание ãоловêой рельса поверх-ности êатания êолеса

10-Проêат, в том числеêорытообразной фор-мы

Дефеêт происходит из-за износа по-верхности êатания

-41-64Высоêий ãребень

Гребень изношен (подрезан) таê, чтоповерхность ãребня перпендиêóлярнаповерхности êатания

1541-62Вертиêальный ãребень

Износ ãребня до предельной величины1441-60Тонêий ãребень

Причина дефеêтаКод РЖДКод AARНаименование дефеêтаêолеса

Приложение Б

Неêоторые дефеêты и êоды дефеêтов êолес

o 3-70 x

Часть&4(а).&ИССЛЕДОВАНИЕ&КОНКРЕТНЫХСЛУЧАЕВ&ТЯЖЕЛОВЕСНОГОДВИЖЕНИЯ:СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ&ЖЕЛЕЗНАЯДОРОГА&С&СОБСТВЕННЫМПОДВИЖНЫМ&СОСТАВОМ&BHP&IRONORE,&АВСТРАЛИЯ

Авторы: С. МАРИЧ (S. Marich), член ãрóппымеждóнародных рецензентов, А. КОУИН (А. Cowin) иМ. МОЙНАН (M. Moynan), члены предыдóщеãо TRC.На основе отчета «Управление взаимодействием êолеса ирельса при сверхвысоêих осевых наãрóзêах и большомобъеме перевозоê на железной дороãе BHP Iron Ore,Австралия»

4.1(а).&Введение

Условия эêсплóатации на линиях железной дороãи BHP Iron Ore(BHPIO) на северо-западе Австралии являются одними из самых тяжелых вмире. При подвижном составе с номинальными осевыми наãрóзêами 37,5 ти объеме перевозоê по преимóщественно однопóтным линиям, превышаю-щем 90 млн. т брóтто/ãод, надлежащее использование материальных ресóр-сов (вêлючая êолеса и рельсы) имеет решающее значение для обеспеченияэффеêтивной эêсплóатации. BHPIO специализирóется на перевозêах же-лезной рóды от мест добычи в порт с использованием парêа лоêомотивов иваãонов, принадлежащеãо ãорнодобывающей êомпании.

Перевозêи по железной дороãе начались в 1969 ã. Первоначально онабыла рассчитана на перевозêó оêоло 8 млн. т рóды в ãод при номинальныхосевых наãрóзêах 30 т. Однаêо за первые 10 лет эêсплóатации объем перево-зоê óвеличился до более чем 40 млн. т/ãод и в настоящее время приближа-ется ê 100 млн. т/ãод. Таêой быстрый рост привел ê беспрецедентным посерьезности техничесêим проблемам, в том числе вызванным очень интен-сивным износом êолес и рельсов, что óãрожало снижением провозной спо-собности и, следовательно, рентабельности перевозоê. Сложившаяся си-тóация стала для администрации железной дороãи действенным стимóлято-ром, побóдившим ее осóществить значительные инвестиции êаê в êратêо-,таê и в долãосрочные проãраммы опытно-êонстрóêторсêих работ, а таêжепринять решение и затем осóществить техничесêóю модернизацию. Реали-зация этих мер на праêтиêе доêазала возможность óлóчшения эêсплóатаци-онной деятельности с полóчением большоãо эêономичесêоãо эффеêта.

o 4-1 x

Эêсплóатационная деятельность BHPIO заêлючается в перевозêе желез-ной рóды по двóм одноêолейным линиям. Линия Mount Newman длиной426 êм имеет раздельные пóнêты с боêовыми пóтями большой длины. Еезначительнóю часть составляют прямые с небольшим числом полоãих êри-вых. Кривые среднеãо радиóса (528 м и более) встречаются лишь на óчастêе,пересеêающем ãорный хребет Чичестер. На всей протяженности линииóложен бесстыêовой пóть с рельсами массой 68 êã/м с термоóпрочненнойãоловêой. Более чем на 1/3 линии применены железобетонные шпалы, внастоящее время реализóется проãрамма полной замены деревянных шпална железобетонные в течение несêольêих лет. Вместе с тем в êонечныхпóнêтах петлевые пóти, на êоторых осóществляются заãрóзêа и разãрóзêаваãонов, óложены в êривых малоãо радиóса. Вторая линия Yarrie длиной217 êм имеет сходные с первой топоãрафичесêие параметры.

Администрация BHP Iron Ore óделяла большое внимание изóчению вза-имодействия êолеса и рельса, чтобы маêсимально óвеличить сроê слóжбыэтих элементов.

Целями осóществленных мероприятий были:! повышение прочности и êачества материалов для изãотовления êолес ирельсов в целях óвеличения сроêа их слóжбы по сопротивляемости из-носó, деформациям и óсталостным повреждениям;

! пересмотр допóсêов на тележêи и методов техничесêоãо обслóживанияи ремонта в депо для óлóчшения динамичесêих хараêтеристиê тележеê;

! внедрение óлóчшенных êонстрóêций дисêа êолес для повышения еãосопротивляемости термичесêим повреждениям;

! разработêа и внедрение модифицированных профилей êолес и рельсов;! обеспечение мониторинãа состояния êолес и óхода за ними для óвели-чения сроêа слóжбы.Реализация долãосрочных системных опытно-êонстрóêторсêих разра-

ботоê привела ê шестиêратномó óвеличению сроêа слóжбы êолес при по-вышении номинальной осевой наãрóзêи с 30,0 до 37,5 т и óвеличении объе-ма ãрóзовых перевозоê с менее чем 10 млн. т до более чем 90 млн. т брóтто.

4.2(а)."Колеса

К основным видам дефеêтов êолес на ВНРIО относятся:! износ ãребня;! износ поверхности êатания с образованием проêата;! поверхностные трещины и выêрашивания,! подповерхностные трещины,! термичесêие трещины,! иные виды повреждений: термичесêие повреждения от пробоêсовêи

êолес, ползóны, механичесêие повреждения.Вначале ãлавным фаêтором, определяющим периодичность обточêи

êолес, был износ ãребня. Вследствие этоãо средний сроê слóжбы êолес со-ставлял лишь 340 тыс. êм. Поэтомó первоначальные разработêи былисêонцентрированы на данном аспеêте.

o 4-2 x

4.3(а)."Модифицированные"профили

В первые ãоды эêсплóатации основной проблемой была неóстойчивостьв поперечном направлении (виляние) ваãонов для перевозêи рóды со стан-дартными трехэлементными тележêами в прямом пóти. Виляние вызывалоинтенсивное изнашивание рельсов и ãребней êолес. Из-за чрезмерноãо из-носа ãребня требовалось стачивать значительнóю часть обода, чтобы вос-становить требóемый профиль. Колеса, рассчитанные на мноãоêратнóюпереточêó, обтачивались до выбраêовêи всеãо 2 3 раза.

В то же время износ рельсов был настольêо сильным, что это ãрозило всêором времени невозможностью продолжения эêсплóатационной дея-тельности. Первоначально принятая стратеãия состояла в том, чтобы пере-ставлять с одной нити на дрóãóю значительнóю часть рельсов, особенно впрямых, и своевременным шлифованием восстанавливать профиль ãолов-êи рельса, с тем чтобы точêа соприêосновения êолеса с рельсом находи-лась вблизи центра поверхности êатания. Для êривых были внедреныасимметричные профили рельсов с целью óлóчшения хараêтеристиê впи-сывания êолесных пар. Эти меры сразó блаãотворно сêазались на износерельсов, óвеличив сроê их слóжбы примерно на 30 % в êривых малоãо ра-диóса и на 50 % в êривых большоãо радиóса. Восстановление профилярельсов привело таêже ê неêоторомó ростó сроêа слóжбы êолес.

После решения проблемы сильноãо износа рельсов следóющим важнымшаãом стали разработêа и внедрение новых, модифицированных, профи-лей поверхностей êатания êолес. Эта работа, вêлючавшая êаê моделирова-ние, таê и ходовые испытания, ясно поêазала, что исходный êоничесêийпрофиль êолес не подходил для óсловий эêсплóатации с высоêими осевы-ми наãрóзêами.

Первое, срочно введенное изменение обычноãо профиля êолеса со-стояло в óменьшении толщины ãребня и тем самым в óвеличении зазора вêолее междó êолесом и рельсом с 5 до 9 мм. Данное мероприятие позволи-ло снизить износ ãребня êолеса примерно на 20 25 %.

Следóющим шаãом была разработêа и внедрение модифицированноãопрофиля êолеса с óзêим ãребнем, êоторый в сочетании с модифицированны-ми профилями рельсов дал возможность совместно с дрóãими мерами сóще-ственно óвеличить сроê слóжбы êолес и рельсов. При этом были обеспечены:! относительно êонформный êонтаêт поверхности êатания êолеса с зо-ной рабочей выêрóжêи нарóжноãо рельса в êривых малоãо радиóса, чтоóвеличило эффеêтивнóю êонóсность и тем самым óлóчшило хараêтери-стиêи вписываемости êолесных пар и тележеê в êривые, а таêже снизи-ло напряжения в зоне êонтаêта êолеса с рельсом и, следовательно,óменьшило число дефеêтов, вызванных êонтаêтной óсталостью;

! адеêватный зазор междó êолесом и рельсом и повышение êривизны по-верхности êатания, достиãнóтое пóтем придания поверхности êатанияэллиптичесêоãо сечения, что óменьшило износ по проêатó, а таêжеснизило напряжения в зоне êонтаêта êолеса с рельсом и, следователь-

o 4-3 x

но, вероятность возниêновения дефеêтов, вызванных êонтаêтной óста-лостью;

! относительно большой зазор в зоне êонтаêта рабочей выêрóжêи рель-сов и ãребня êолес в прямых, что обóсловило двóхточечный êонтаêт,êоторый обеспечил местоположение относительно широêой (до 30 мм)зоны êонтаêта êолесо рельс вблизи центра поверхности êатаниярельсов, а это, в свою очередь, привело ê óменьшению эффеêтивнойêонóсности междó êолесами и рельсами и, следовательно, сêлонностиваãонов ê вилянию.Модифицированные профили êолес (и рельсов) приведены на

рис. 4.1(а). Первоначальные ходовые испытания поêазали, что новые про-фили привели ê óменьшению:! износа ãребня êолес до 70 %;! износа поверхности êатания êолес примерно на 50 %;! темпа развития неравномерноãо износа êолес в êолесных парах и те-лежêах;

! расхода топлива на 6 9 %.Преимóщества êонформноãо êонтаêта перед двóхточечным в зоне рабо-

чей выêрóжêи нарóжноãо рельса в êривых были подтверждены резóльтата-ми эêсплóатационных испытаний, êоторые поêазали, что двóхточечныйêонтаêт может привести ê повышению темпа изнашивания рабочей по-верхности рельсов (и, следовательно, ãребня êолес) до 50 %.

Полномасштабное внедрение модифицированных профилей стало од-ним из важных фаêторов повышения среднеãо сроêа слóжбы êолес до бо-лее чем 2 млн. êм даже при óвеличении номинальных осевых наãрóзоê до32,5 т в 1981 ã. и до 35 т в 1992 ã. Модифицированные профили оêазалисьстоль óдачными, что в течение последних 5 10 лет износ ãребня êолес óжеперестал быть основной причиной обточêи êолес на линиях BHPIO.

o 4-4 x

Конформныйконтакт

Двухточечныйконтакт

Наружный рельс в кривой/новое колесо

Внутренний рельс/новое колесо

Рельс в прямой/новое колесо

Рис. 4.1(а). Условия êонтаêтированиярельса и êолеса в êривых и на прямом

óчастêе пóти

4.4(а)."Хара%теристи%и"материалов

Колеса для BHPIO первоначально изãотавливались в соответствии стехничесêими óсловиями AAR-C и имели твердость 321 363 НВ. В 1989 ã.диапазон твердости был изменен на 341 375 НВ, что привело:! ê повышению среднеãо óровня твердости, а следовательно, ê снижениюобщеãо темпа изнашивания и, что, возможно, еще более важно,

! ê сóжению диапазона твердости и, следовательно, ê снижению нерав-номерности износа êолес в êолесных парах и тележêах, если óчитывать,что êолесные пары обтачиваются по состоянию наиболее изношенноãоêолеса.Разработêа и внедрение в 1991 ã. миêролеãированных êолес дали допол-

нительные выãоды, в том числе:! дальнейшее повышение твердости до 362 401 НВ, что привело ê до-полнительномó снижению темпа изнашивания;

! значительное óлóчшение хараêтеристиê сопротивляемости пласти-чесêой деформации, особенно под воздействием монотонных и циêли-чесêи повторяющихся сжимающих наãрóзоê, что привело ê снижениютемпа развития проêата на поверхности êатания êолес.С внедрением модифицированных профилей êолес и рельсов именно

проêат на поверхности êатания êолес стал основной причиной обточêиêолес, в то время êаê ранее êолеса обтачивались из-за износа ãребня.Уменьшение частоты обточеê и, следовательно, êоличества снимаемоãо споверхности êатания металла породило дополнительнóю проблемó: обна-рóжились подповерхностные óсталостные дефеêты, образóющиеся в мес-тах наличия примесей в материале. Были внесены дополнительные изме-нения в техничесêие óсловия на êолеснóю сталь с óделением особоãо вни-мания чистоте стали и сохранением баланса междó техниêо-эêсплóатаци-онными хараêтеристиêами и стоимостными поêазателями.

Продолжительный анализ техниêо-эêсплóатационных хараêтеристиêêолес поêазал таêже, что полностью перлитная миêрострóêтóра êолес име-ет преимóщества перед бейнитной, при êоторой темп развития проêата наповерхности êатания êолеса выше. Это связано с повышенными изнаши-ваемостью и деформирóемостью металла с бейнитной миêрострóêтóройпри тех же óровнях твердости, что и металл с перлитной миêрострóêтóрой.

С 1978 1979 ãã. взамен стандартных рельсов, использовавшихся пер-воначально, стали óêладывать более прочные рельсы повышенной твер-дости. Сóществовало мнение, что таêие рельсы вызывают óвеличениетемпа изнашивания êолес. Фаêтичесêи же было отмечено иное: приме-нение рельсов повышенной твердости привело ê óменьшению интенсив-ности изнашивания êолес.

Улóчшенные хараêтеристиêи материалов и блаãоприятные параметрывзаимодействия êолеса и рельса были основными причинами, êоторые по-зволили таêже óменьшить выбраêовочный диаметр êолес с 895 до 880 мм,что равнозначно одномó дополнительномó циêлó обточêи êолес.

o 4-5 x

4.5(а)."Л$бри(ация

Первоначально применение лóбриêации ãребней êолес и рабочей по-верхности рельсов дало заметное снижение темпа их изнашивания, а таêжепотребления топлива. Однаêо в 1986 ã. резóльтаты тщательноãо стоимост-ноãо анализа поêазали, что с внедрением модифицированных профилей иóлóчшением хараêтеристиê материалов лóбриêация в дальнейшем большесебя не оправдывает по рядó соображений, в числе êоторых: ! снижение силы тяãи и, следовательно, потребность в дополнительнойтяãовой мощности;

! расходы на техничесêое обслóживание лóбриêаторов;! óвеличение числа дефеêтов вследствие êонтаêтной óсталости рельсов,

êоторые имели место вблизи лóбриêаторов;! интенсифиêация просêальзывания êолес, особенно на óêлонах, и, êаêследствие, возниêновение дефеêтов рельсов и êолес.Исходя из этоãо применение лóбриêации было преêращено (за исêлю-

чением смазывания êолес лоêомотивов) без êаêих-либо последствий длясроêа слóжбы êолес, êоторый продолжал óвеличиваться.

4.6(а)."Констр$(ция"(олес

До середины 1980-х ãодов оêоло 10 % êолес преждевременно изымалосьиз эêсплóатации из-за их переãрева и термичесêих повреждений, вызван-ных тяжелыми óсловиями торможения.

Чтобы óменьшить предрасположенность ê термичесêомó разрóшению,была изменена êонстрóêция дисêа êолеса. Вначале было принято изоãнó-тое сечение, затем сечение, обеспечивающее снижение напряжений (S-об-разный дисê). Лабораторные и эêсплóатационные испытания поêазали,что новая êонстрóêция обеспечивает бóльшóю óпрóãость дисêа êолеса и,следовательно, óменьшает неблаãоприятное влияние переãрева на óровеньостаточных напряжений.

4.7(а)."Хара(теристи(и"тележе(

Уêазанные мероприятия значительно снизили потенциальный эêоно-мичесêий эффеêт, связанный с внедрением новых, более совершенных, нои более дороãих, êонстрóêций тележеê. Поэтомó была проведена значи-тельная работа по óлóчшению хараêтеристиê и совершенствованию систе-мы техничесêоãо обслóживания сóществóющих трехэлементных тележеê,вêлючая:! подбор êолес одинаêовой твердости для одной êолесной пары;! напрессовêó êолес на ось с минимальными (в пределах 2 мм) допóсêамина расстояние междó их внóтренними ãранями;

! постепенное доведение до нóля числа обточеê ãребня êолес;! обеспечение разницы в диаметре êолес не более 0,5 мм для одной êо-лесной пары и 9 мм для одной тележêи;

! обеспечение разницы в длине боêовин рамы тележêи не более 2 мм;

o 4-6 x

! повышение внимания ê содержанию в исправности фриêционныхêлиньев тележêи, чтобы сохранить необходимые жестêость рамы (сточêи зрения переêашивания) и хараêтеристиêи демпфирования;

! обеспечение надлежащеãо смазывания зоны подпятниêа тележêи, при-нимая во внимание, что в настоящее время для óменьшения трения ис-пользóются пластмассовые вêладыши;

! модернизацию всех тележеê пóтем оснащения их боêовыми сêользóна-ми постоянноãо êонтаêта.Данные мероприятия оêазались óспешными в части óменьшения

сêлонности ваãонов и тележеê ê вилянию при движении со сêоростью до85 êм/ч и постоянноãо óвеличения сроêа слóжбы êолес.

4.8(а)."Техничес*ое"обсл.живание"и"ремонт"*олес

В целях óправления эêсплóатацией ваãонноãо парêа была разработана ивнедрена система мониторинãа «ваãон/тележêа/óзел», êоторая обеспечива-ла подробнóю информацию по широêомó êрóãó параметров, вêлючая све-дения о диаметре êолес, толщине ãребней, дефеêтах и пробеãе.

Новый высоêопроизводительный êолесотоêарный станоê позволяет об-тачивать в центрах все êолесные пары и точно воспроизводить требóемыйпрофиль êолес, а таêже осóществлять жестêий êонтроль за диаметром êолес.

ВНРIО разработала методиêó теêóщеãо êонтроля за óсловиями взаимо-действия подвижноãо состава и пóти, чтобы оценивать хараêтеристиêи ва-ãонов с точêи зрения их динамичесêих свойств, особенно в части виляния.

Это привело ê пересмотрó предельно допóстимой ãлóбины проêата наповерхности êатания êолес и инициировало проведение êорреêтирóющихмероприятий на ваãонах с относительно плохими динамичесêими хараêте-ристиêами.

4.9(а)."Выводы

Любой железнодорожный оператор стремится ê томó, чтобы êолеса ирельсы имели маêсимальный сроê слóжбы. Однаêо не все владельцы ãрó-зовых ваãонов или те, êто их эêсплóатирóет, осóществляют êонтроль затехничесêим обслóживанием и ремонтом êолес и рельсов даже в рамêахчастных железнодорожных систем. Это отчасти обóсловлено традицион-ными стрóêтóрами эêсплóатационной деятельности железных дороã, от-сóтствием взаимноãо понимания интересов слóжб, отвечающих за пóть иходовóю часть подвижноãо состава, а таêже их попытêами снизить эêс-плóатационные затраты независимо дрóã от дрóãа.

Повышение сроêа слóжбы êолес и рельсов может быть обеспеченотольêо при сотрóдничестве обеих слóжб в выработêе êомплеêса рóêоводя-щих доêóментов, имея в видó общóю цель достижение тоãо, что выãодновсем сторонам.

На ВНРIО óправление и êонтроль êаê за êолесами, таê и за рельсами винтересах системы в целом позволили óвеличить сроê слóжбы êолес с340 тыс. êм до 2 млн. êм при одновременном повышении осевых наãрóзоê

o 4-7 x

на ось и преêращении лóбриêации. Это стало возможным блаãодаря разра-ботêе и реализации широêоãо диапазона стратеãичесêих решений.

Полаãают возможным дальнейшее óвеличение сроêа слóжбы êолес до2,5 3,0 млн. êм за счет реãóлирования циêла обточêи êолес при óсловиисоблюдения действóющих предельных значений и êонтроля за êоличествомметалла, снимаемоãо при êаждой обточêе. Каê поêазывают резóльтаты дея-тельности ВНРIО, сочетание наóêи, инжиниринãа, менеджмента и инспеê-торсêоãо êонтроля всеãда может привести ê созданию железной дороãи ми-ровоãо êласса с тяжеловесными перевозêами, имеющей лóчшие поêазателипроизводительности и эêономичесêой эффеêтивности.

Данные о достижениях ВНРIО и принятых решениях в обобщенном ви-де представлены в табл. 4.1(а).

Щебеноч-ный

УпрóãиеЖелезобетонныемоноблочные

68 êã/мPremium100 млн. тбрóтто в ãод

массатип

Стрелêи иêрестовины

БалластСêрепленияШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Таблица 4.1(а)

Достиãнóтые поêазатели деятельности ВНРIО на специализированной железнодорожной сетис очень высоêими ãрóзонапряженностью и осевыми наãрóзêами

(100 млн. т брóтто в ãод и 37,5 т соответственно)

!Частое профилаêти-чесêое обслóживаниеи ремонт с демонта-жем на основепробеãа.!Аêтивная проãрамматехничесêоãо обслó-живания с соблюдени-ем жестêих допóсêов. !Продолжение про-ãрамм исследований имониторинãа.!Автоматизированныйсбор данных об износеважнейших óзлов.!Полное сопровожде-ние óзлов в течениежизненноãо циêла. !Оценêа рабочих ха-раêтеристиê системыи êорреêтирóющихвоздействий на основедостижений мировоãоóровня.

Колесавыбра-êовыва-ютсяпри диа-метре880 мм

Тольêолоêомо-тивныхêолес, ноне рель-сов

В êривых êонформ-ный; в прямых óмереннодвóхточеч-ный

Трехэле-ментные сбоêовымисêользóнамипостоянноãоêонтаêта;допóсêи: см.часть 2,п. 2.4;пластмассо-вые вêлады-ши в цент-ральной опо-ре со смазêой

Моди-фици-рован-ный стонêимãребнем

Миêролеãи-рованные,мноãоêрат-но обтачи-ваемые;диаметр970 мм (пре-дельный раз-мер для вы-браêовêи 895 мм);S-образныйдисê;твердость> 365 НВ

ПрофильТип

ПримечанияПредель-ные

значенияизноса

Лóбриêа-ция

Профилив êонтаêтеêолесо рельс

ТележêиКолеса

o 4-8 x

Часть&4(б).&ИССЛЕДОВАНИЕ&КОНКРЕТНОГОСЛУЧАЯ&СНИЖЕНИЯ&ЗАТРАТ&В&СИСТЕМЕ&КОЛЕСО&&РЕЛЬС&НА&УГОЛЬНОМ&МАРШРУТЕЖЕЛЕЗНОЙ&ДОРОГИ&CANADIAN&PACIFIC

Автор: Майêл Д. РОУНИ (Michael D. Roney), член Советадиреêторов IHHA

4.1(б).& Э>сплAатационная&деятельность

С êонца 1960-х ãодов одним из самых важных направлений эêсплóата-ционной деятельности железной дороãи Canadian Pacific (СРR) являетсяперевозêа êоêсóющеãося óãля из шахт на юãо-востоêе провинции Британ-сêая Колóмбия в порт Ванêóвер. Это óãоль хорошеãо êачества, он êонêó-рентоспособен на мировом рынêе и пользóется большим спросом на ме-таллóрãичесêих предприятиях Тихооêеансêоãо побережья.

Доставêа óãля от шахт до побережья осóществляется на расстояние бо-лее 1100 êм через два ãорных хребта, и óсловия перевозоê на этом направ-лении одни из самых тяжелых на железных дороãах мира. Ежеãодно СРRперевозит более 25 млн. т óãля в маршрóтных поездах массой от 11 000 до13 250 т нетто, ведомых на тяжелых подъемах тремя тепловозами мощ-ностью 4400 л. с. с элеêтричесêой передачей переменноãо тоêа.

4.2(б).& Хара>теристи>и&маршрAта

Уêазанный маршрóт представляет собой преимóщественно однопóтнóюлинию, 46 % протяженности êоторой составляют êривые радиóсом менее3492 м, а на длине 133 êм радиóсом менее 312 м; минимальный же радиóсêривых достиãает 170 м. Крóтизна рóêоводящеãо подъема в западном на-правлении составляет 11 . На линии имеется несêольêо тоннелей, в томчисле самый длинный в Западном полóшарии (14,6 êм) под ãорой Маêдо-налд.

Большое влияние на работó железной дороãи оêазывают поãодныеóсловия, посêольêó температóра в долине реêи Томпсон êолеблется от+43 до 34 °С. Линия проходит через 132 лавиноопасных óчастêа, ииноãда на перевале Роджерс высота выпавшеãо в течение ãода снеãа до-стиãает 1220 см.

Коãда объем перевозоê óãля сóщественно возрос, пóть был óсилен засчет óêладêи более тяжелых рельсов массой 66 êã/м. При этом в êривыхприменены рельсы повышенной износостойêости из стали с содержаниемхрома 1,3 % и твердостью не менее 325 ВН, тоãда êаê в прямых рельсы из

o 4-9 x

стандартной óãлеродистой стали с твердостью 260 ВН. Применены дере-вянные шпалы длиной 2438 мм из древесины дóãласовой пихты. В рельсо-вых сêреплениях использованы заершенные êостыли.

4.3(б)." Подвижной"состав

Движение óãлевозных поездов по железной дороãе Canadian Pacific на-чалось в 1970 ã. На самых êрóтых подъемах для тяãи применялось до 13тепловозов общей мощностью 39 тыс. л. с., в том числе несêольêо поста-вленных в середине состава и óправляемых дистанционно. Поезда форми-ровались из 111 полóваãонов с бочêообразным êóзовом ãрóзоподъем-ностью 95 т и осевой наãрóзêой 30 т. Ваãоны были оснащены стандартны-ми трехэлементными тележêами типа Barber S-2 и автосцепêами с пово-ротной ãоловêой.

4.4(б)." Проблемы"начально5о"периода

По мере óвеличения объема перевозоê рельсы и шпалы стали чаще вы-ходить из строя, и расходы на их заменó переêрывали прибыль. Сроê слóж-бы рельсов по пропóсêó поездной наãрóзêи в êривых радиóсом менее 468 мсоставлял в среднем всеãо 200 млн. т брóтто. Если в прошлом рельсыóпрочнялись в процессе работы, то теперь ó внóтренних рельсов êривыхначались пластичесêие деформации, êоторые, в свою очередь, менее чемчерез 3 ãода приводили ê возниêновению сетêи параллельных трещин в ãо-ловêе и образованию волнообразноãо износа рельсов. Внóтренняя рабочаявыêрóжêа нарóжных рельсов êривых истиралась столь интенсивно, что напóти появлялись россыпи белых чешóеê металла. Особóю озабоченностьвызывало начавшееся ãлóбоêое выêрашивание рабочей выêрóжêи рельсов,зарождавшееся на ãлóбине примерно 9,5 мм от поверхности. Таêое выêра-шивание было связано с большой вероятностью появления опасных попе-речных трещин и изломов рельсов.

У деревянных шпал стали обнарóживаться сильные вдавливания рель-совых подêладоê с нарóжной стороны êривых, что впоследствии приводи-ло ê óвеличению ширины êолеи.

В своих ваãонах Canadian Pacific использóет êолеса êласса С твердостью321 363 ВН, допóсêающие двóêратнóю обточêó до замены. Сроê слóжбыэтих êолес составлял 283 тыс. êм; основной причиной (63 %) их заменыбыли выêрашивания на поверхности êатания. Каê правило, зарождениетрещин вызывалось воздействием поперечных сил просêальзывания припрохождении мноãочисленных êривых, а таêже наãрева êолес при тормо-жении. Зародившиеся трещины óвеличивались вследствие ãидравличесêо-ãо расêлинивающеãо действия воды, попадавшей в них при таянии снеãа.

o 4-10 x

4.5(б)." Начальные"меры"по"/меньшению"затрат,связанных"с"изнашиванием"рельсов"и"9олес

Были выявлены следóющие ãлавные причины высоêих расходов:1. Рельсы из леãированной стали с пределом теêóчести 655 МПа оêаза-

лись неприãодными для óсловий эêсплóатации при движении маршрóтныхпоездов с высоêими осевыми наãрóзêами.

2. При движении поездов в êривых имели место сильное боêовое про-сêальзывание и, соответственно, высоêие поперечные силы.

3. Шлифование рельсов оêазалось неэффеêтивным, посêольêó не моãлопредотвратить повторноãо образования волнообразноãо износа.

4. Повреждения внóтреннеãо рельса êривых чаще всеãо происходилииз-за óширения êолеи.

Канадсêие êомпании изãотовители рельсов пришли ê выводó, что по-лóчить леãированнóю обычным образом сталь с большим пределом теêó-чести и при этом исêлючить ее повышеннóю хрóпêость весьма трóдно. По-этомó с 1984 ã. Canadian Pacific пристóпила ê óêладêе рельсов с термоóпроч-ненной ãоловêой из хромистой стали твердостью 350 390 HB, изãото-вленных в Японии. Сталь этих рельсов была ê томó же металлóрãичесêиболее чистой, посêольêó имела меньше примесей в виде хрóпêих оêсидныхвêлючений, êоторые являлись местами зарождения поперечных трещин.Для óêладêи в êривых железная дороãа заêóпила рельсы массой 68 êã/м,чтобы полóчить дополнительные преимóщества за счет óвеличения на 5 ммдопóсêа на вертиêальный износ рельсов.

Рельсы из Японии с óпрочненной ãоловêой имели меньшие износ ипластичесêóю деформацию, а таêже óвеличенный на 25 100 % сроêслóжбы. Кроме тоãо, эти более металлóрãичесêи чистые рельсы не имеливыходов из строя в начальный период эêсплóатации, êоторый обычно ха-раêтеризóется ранним появлением большоãо êоличества поперечных тре-щин. С дрóãой стороны, ó неêоторых японсêих рельсов с óпрочненнойãоловêой появились ãлóбоêие выêрашивания на рабочей выêрóжêе, êото-рые, êаê полаãали, происходили из-за тоãо, что профиль ãоловêи óпроч-ненных рельсов не моã быстро приходить в соответствие с профилем êо-лес, вследствие чеãо выêрóжêа подверãалась значительным «точечным»наãрóзêам.

Для предотвращения óширения êолеи в êривых шпалы из мяãêой древе-сины были заменены шпалами длиной 274 см из древесины твердых пород.Рельсовые подêладêи длиной 36 см заменили подêладêами длиной 41 смс óдлинением в нарóжнóю сторонó пóти для óменьшения вероятности рас-êантовêи рельсов.

Исследования методов шлифования рельсов, проведенные с óчетом по-ложительноãо опыта железной дороãи Pilbara в Австралии, ãде при восста-новлении профиля рельсов емó придавали асимметричнóю формó, поêаза-ли, что избирательное шлифование нарóжной стороны внóтреннеãо рельсаêривых может обеспечить снижение на 40 % интенсивности нарастанияволнообразноãо износа. Это таêже обеспечивает неêоторое облеãчение

o 4-11 x

при êонтаêте поверхности êатания êолес с проêатом в êрóтых обратныхêривых при óширении êолеи. На нарóжном рельсе избирательное шлифо-вание рабочей выêрóжêи привело ê снижению темпа образования выêра-шиваний. Внедрение этих мероприятий было облеãчено блаãодаря перво-начальномó шлифованию ãоловêи рельсов по радиóсó 200 мм. Периодич-ность шлифования таêже была постепенно изменена с доведением интер-вала междó очередными шлифованиями до наработêи 16 млн. т (по воз-можности за один проход) с целью óлóчшения профиля рельсов и предот-вращения поверхностноãо трещинообразования. Все это вместе с исполь-зованием более металлóрãичесêи чистых и прочных рельсовых сталей оêа-залось весьма полезным с точêи зрения óстранения волнообразноãо износарельсов êаê основной причины их преждевременной замены.

В отношении êолес СРR начала эêспериментировать с различными ихпрофилями еще в êонце 1970-х ãодов, предполаãая, что придание новымêолесам «изношенноãо» профиля óстранит приработочное изнашивание,соêращающее сроê слóжбы êолес типа AAR 1 с êонóсностью 1:20, êоторыеприменялись в то время. Профиль «изношенноãо êолеса» был введен в Ев-ропе в 1934 ã. проф. Хойманном (Heumann), êоторый полаãал, что про-филь, обеспечивающий одноточечный êонтаêт при движении в êривых,бóдет лóчше работать, чем в слóчае обычноãо двóхточечноãо êонтаêта.

Эта идея впоследствии была по достоинствó оценена специалистамижелезной дороãи Canadian National (CN), ãде в начале 1970-х ãодов внедри-ли профиль Хойманна с толстым ãребнем на êолесах лоêомотивов, рабо-тающих в ãорных óсловиях. Коãда эêсперименты поêазали, что сроê слóж-бы êолес до полноãо износа (первоначально оãраничивавшийся износомãребня) óвеличился в 2 раза по сравнению с êолесами, имевшими обычныйпрофиль AAR 1:20 с более тонêим ãребнем, профиль Хойманна с толстымãребнем (профиль А) был принят на CN в êачестве стандартноãо. Ассо-циация америêансêих железных дороã (AAR), внимательно следившая заóспехами CN, на основании исследований различных êолес и рельсов раз-работала аналоãичный профиль изношенноãо êолеса, представленный в1986 ã. в êачестве стандартноãо профиля AAR 1B.

Впоследствии разработанный CN профиль êолес А был постепенно за-менен новым AAR 1B êаê стандартным для отрасли. Профиль 1В, помимотоãо, что обладал мноãими достоинствами профилей изношенноãо êолеса,обеспечивал таêже хороший баланс параметров, необходимый для óлóчше-ния вписывания в êривые и óменьшения виляния тележеê, хотя имелменьшóю толщинó в области основания ãребня êолес по сравнению с про-филем А.

Соãласно резóльтатам испытаний, проведенных затем на несêольêихжелезных дороãах Канады, оêазалось, что êолеса с профилем AAR 1B, од-наêо, не вполне соответствóют рельсам. Таê, CN пришла ê выводó, что êо-леса AAR 1B вплоть до достижения примерно 60 тыс. êм приработочноãопробеãа имеют двóхточечный êонтаêт с рельсами в êривых малоãо радиóса,из-за чеãо имеет место высоêий óровень просêальзывания, вызывающеãоизнос. В то же время использóемым на CN êолесам с профилем Хойманна

o 4-12 x

для приработêи требовалось оêоло 30 тыс. êм, а с последóющими еãо мо-дифиêациями менее 8000 êм. На железной дороãе Quebec Cartier Mining(QCM) профиль ААR 1В был признан основной причиной выхода из строяêолес в период первых 20 тыс. 30 тыс. êм пробеãа из-за большоãо числавыêрашиваний на поверхности êатания, вызванных êонтаêтной óста-лостью. После тоãо êаê QCM применила на своих êолесах профиль Хой-манна, в ходе сравнительных эêсплóатационных испытаний выявилось,что этот профиль соêратил примерно на 60 % выêрашивания на поверх-ности êатания. Достоинства оптимизированноãо профиля êолес QCM по-бóдили в 1996 ã. Ассоциацию железных дороã Канады дать порóчение раз-работать профиль óстойчивоãо ê выêрашиваниям êолеса (NRC-ASW) дляпарêа специализированных ваãонов, использóемых для перевозêи зерна иóãля.

Профиль NRC-ASW представляет собой профиль изношенноãо êолесаи разработан для минимизации просêальзывания и êонтаêтных напряже-ний, вызывающих êонтаêтно-óсталостное выêрашивание на поверхностиêатания стальных êолес. Этот профиль имеет следóющие ãеометричесêиеотличия в сравнении с профилем ААR 1В (рис. 4.1(б)):! в зоне, прилеãающей ê основанию ãребня, толщина обода óвеличена на

1,5 мм, что значительно óлóчшает хараêтеристиêи вписывания êолес-ной пары в êолею и óменьшает просêальзывание и износ;

! êонóсность 1:20 в зоне êонтаêта êолеса с рельсом (таêая же, êаê ó про-филя ААR 1B) сохраняет óстойчивость êолеса против виляния в прямомпóти стандартной êолеи;

! еще одно заметное изменение профиля сделано ó нарóжноãо êрая êоле-са в зоне сбеãа для дальнейшеãо óлóчшения вписывания êолесной парыв êолею и сóщественноãо óдлинения сроêа до образования ложноãоãребня.Помимо исследования профиля NRC-ASW, железная дороãа CPR про-

вела испытания êолес восьми разных типов из сталей различноãо хими-чесêоãо состава и чистоты. Колеса с миêролеãирóющими добавêами счита-ются перспеêтивными, однаêо их оценêа продолжается.

o 4-13 x

1,5 мм1,5 мм

Профиль AAR 1B с тонким гребнем

Профиль AARCMK2

Рис. 4.1(б). Второе поêоле-ние профилей êолес NRC,óстойчивых ê выêрашива-нию (NRC-ASW) в сравне-

нии с профилем AAR

4.6(б)." Преим(щества"само(станавливающихся"тележе5со"связями"межд("бо5овинами

CPR заинтересовалась радиальными тележêами (оси êолесных пар та-êих тележеê автоматичесêи ориентирóются по радиóсó êривой) после хо-довых испытаний в начале 1980-х ãодов ваãонов с тележêами типов Barber-Sheffel и DR-2, êолеса êоторых имели износ ãребня в 4 раза меньший, чемêолеса êонтрольных тележеê. Дальнейшие расширенные эêсплóатацион-ные испытания с 240 ваãонами, оснащенными самоóстанавливающимисятележêами, подтвердили óêазанный положительный эффеêт, а таêже по-êазали дополнительный, заêлючающийся в том, что ó таêих тележеê со-êратилось на 2/3 число слóчаев выêрашивания на поверхности êатания засчет меньшеãо поперечноãо просêальзывания при движении в êривых.Важным с эêономичесêой точêи зрения было то, что модернизированныетележêи имели ходовые хараêтеристиêи, êоторые оêазались сравнимыми схараêтеристиêами новых тележеê. С 1989 ã. тележêи с поперечными связя-ми стали стандартными для óãлевозных ваãонов CPR.

Недавно выполненный анализ поêазал, что связи междó боêовинамиóлóчшают примерно на 40 % ходовые хараêтеристиêи êолесных пар óãле-возных ваãонов, тем самым óвеличивая их средний сроê слóжбы с 325 тыс.до 453 тыс. êм, при том что масса брóтто ваãонов возросла со 120 до 130 т.

Кроме тоãо, измерения поêазали, что при работе с поездами, ó êоторыхваãоны оснащены радиальными тележêами, потребление топлива лоêомо-тивами на тяãó поездов óменьшается на 5,8 %.

Помимо óлóчшения ходовых хараêтеристиê êолесных пар и повышениятопливной эêономичности, проведенная недавно разборêа при ремонтетележеê со связями поêазала, что после 225 260 êм пробеãа их óзлы имелиизнос настольêо малый, что они моãли бы выполнить еще больший пробеãбез ремонта.

Для êонтроля за выходом из строя рельсов, êолес и подшипниêоввследствие выêрашивания CPR óстановила в 1987 ã. в двóх местах на марш-рóте следования óãлевозных поездов детеêторы для выявления êолес с пол-зóнами. Датчиêи детеêторов реаãировали на óдарные воздействия от по-движноãо состава на рельсы, превышающие 63,5 т, отмечая при этом неис-правные ваãоны, ó êоторых необходимо произвести заменó êолес. В на-стоящее время в стратеãичесêи важных местах на сети CPR óстановлено11 таêих детеêторов дефеêтных êолес.

4.7(б)." Высо5о5ачественные"рельсовые"сталии"(величение"сро5а"сл(жбы"рельсов"по"износ(

Опыт эêсплóатации японсêих рельсов с поверхностно óпрочненной ãо-ловêой поêазал преимóщества применения более металлóрãичесêи чистойстали, обладающей более высоêими твердостью и пределом теêóчести. Бы-ла óстановлена таêже необходимость êонтроля за êонтаêтными напряже-ниями при взаимодействии êолеса и рельса, в значительной мере завися-

o 4-14 x

щими от степени êонформности их профилей. Посêольêó за счет примене-ния сталей повышенноãо êачества óдается снизить рисê выхода рельса изстроя, то можно допóстить больший износ поперечноãо сечения ãоловêи.

Впоследствии Canadian Pacific пристóпила ê реализации проãраммы ро-ста величины маêсимально допóстимоãо износа рельсов. Эта проãраммавêлючала:

1. Частое восстановление профиля рельса для снижения êонтаêтныхнапряжений;

2. Реãóлярное измерение с помощью лазера поперечноãо сечения рель-сов, чтобы иметь сведения о фаêтичесêом состоянии рельсов во всех êри-вых сети;

3. Более частое проведение óльтразвóêовой дефеêтосêопии рельсов сцелью óменьшения рисêа возниêновения внóтренних дефеêтов;

4. Компьютерный анализ интенсивности износа для проãнозированияоптимальных сроêов замены рельсов;

5. Улóчшение металлóрãичесêоãо êачества рельсовых сталей на большейãлóбине от поверхности ãоловêи рельса в предвидении более высоêих на-пряжений в основном металле.

Были óстановлены допóсêи на маêсимальные отêлонения профилярельса от эталона, êоторые затем использовались для разработêи про-ãраммы шлифования рельсов, с тем чтобы óменьшить повреждения, вы-званные повышенными êонтаêтными напряжениями. В это же время эта-лонные параметры профиля были изменены с целью придания емó боль-шеãо соответствия с профилем изношенноãо êолеса, а величина подрезарабочей выêрóжêи ãоловêи рельса óменьшена для сохранения балансамеждó требованиями обеспечения хорошеãо вписывания êолесных пар вêолею и óменьшения вероятности óсталостных повреждений рабочей вы-êрóжêи. В прямых, в êривых малоãо, среднеãо и большоãо радиóса пред-óсмотрено применение рельсов с разными профилями. Чем меньше радиóсêривой, тем большими должны быть подрез рабочей выêрóжêи ãоловêивнóтреннеãо рельса и снятие ее нарóжной ãрани. Периодичность шлифова-ния рельсов была сохранена, чтобы обеспечить заблаãовременное óдалениеповерхностных трещин, прежде чем они приведóт ê выêрашиванию метал-ла на поверхности. Блаãодаря постоянномó êонтролю за образованием тре-щин на поверхности рельса достиãнóто исêлючение больших поврежде-ний, êоторые способствóют возниêновению волнообразноãо износа.

Более тщательная óльтразвóêовая дефеêтосêопия рельсов еще большеснизила рисê возниêновения óсталостных повреждений и значительно по-высила вероятность обнарóжения дефеêтов в рельсах еще до их развитиядо выбраêовочной величины и тем более до тоãо, êаê они бóдóт представ-лять сóщественнóю óãрозó разрóшения рельса в эêсплóатации.

Еще одним фаêтором, способствовавшим óменьшению óсталостныхповреждений рельсов, было внедрение в 1987 ã. японсêих рельсов из леãи-рованной стали с ãлóбоêим термоóпрочнением ãоловêи. Твердость рельсовс ãлóбоêим óпрочнением ãоловêи на поверхности êатания достиãла 370 390 НВ, повысился предел теêóчести, а таêже сохранилась твердость по-

o 4-15 x

рядêа 340 HВ на ãлóбине 18 мм от поверхности ãоловêи. В прямых и êри-вых среднеãо радиóса CPR применила рельсы промежóточноãо êлассатвердостью 325 340 НВ, выпóсê êоторых с обеспечением достаточной ме-таллóрãичесêой чистоты освоен в настоящее время êанадсêими изãотови-телями. У этих рельсов предел теêóчести поверхностноãо слоя оêазался ве-личины, при êоторой ранее отмечались сильная пластичесêая деформацияи волнообразный износ. Кроме тоãо, CPR стала заêóпать рельсы, изна-чально имеющие радиóс ãоловêи 200 мм, т. е. таêой же, êаê полóчаемыйпри шлифовании рельсов в пóти.

После внедрения óêазанных мероприятий, а именно шлифования рель-сов за один проход, более частой дефеêтосêопии и применения рельсов сболее ãлóбоêим óпрочнением и более высоêим пределом теêóчести преоб-ладающей причиной замены рельсов в êривых стал износ. Это побóдилоСРR изóчить возможность óвеличения маêсимально допóстимоãо износа,что сразó дало бы большóю эêономию за счет соêращения затрат на заменóрельсов.

Новые нормы допóстимоãо износа рельсов привели ê томó, что средняяпотеря металла ãоловêи по износó может быть óвеличена с 25 до 35 40 %.Эти предельные величины были подêреплены тщательным анализом на-пряжений в рельсах по методó êонечных элементов и рассчитаны таê, что-бы внóтренние напряжения в рельсе не превышали 2/3 предела теêóчести вãлóбине ãоловêи рельса, ãде чаще всеãо отмечается зарождение наиболееопасных дефеêтов, таêих, êаê вертиêальные трещины.

Было óстановлено, что новые óвеличенные значения допóстимоãо из-носа не повышают вероятность разрóшения рельсов, но при превышенииэтих значений рельс бóдет изнашиваться быстрее. Более тоãо, при значи-тельном их превышении может произойти (и происходит) разрóшениерельса.

Ключевыми элементами в исêлючении превышения предельно допóс-тимоãо износа в эêсплóатации являются точное знание состояния рельса ивозможность проãнозирования оптимальноãо сроêа еãо замены. Это до-стиãается применением оптичесêой технолоãии измерения параметроврельса. СРR впервые применила системó оптичесêоãо измерения рельсовLITESLICE на пóтеизмерительном ваãоне в 1992 ã. и затем в 1994 ã. заме-нила ее на более точнóю лазернóю измерительнóю системó LASERAIL. Внастоящее время СРR измеряет износ рельсов 3 раза в ãод и имеет êом-пьютернóю проãраммó, êоторая позволяет проãнозировать износ на 5 летвперед. Это таêже позволило обеспечить централизованное планированиедеятельности рельсовоãо хозяйства железной дороãи, посêольêó полóчен-ные с помощью êомпьютера проãнозы представляют исходнóю информа-цию для таêоãо планирования.

o 4-16 x

4.8(б)." Увеличение"на+р-з/и"на"ось"и"применение"тя+ис"эле/тричес/ой"передачей"переменно+о"то/а

Достиãнóтый êонтроль износа рельсов и êолес стал êатализатором по-вышения осевых наãрóзоê êаê наиболее эффеêтивноãо способа сниженияэêсплóатационных затрат. Увеличение ãрóзоподъемности ваãонов и óмень-шение отношения массы их тары ê ãрóзоподъемности соêращает пробеãваãонов, требóемый для освоения определенноãо объема перевозоê, и рас-ходы на их техничесêóю эêсплóатацию. Если пóть находится в хорошем со-стоянии и соответствóет расчетномó объемó перевозоê, затраты на еãо со-держание и ремонт возрастают всеãо на 12 14 % от всей сóммы перемен-ных затрат на перевозêи, и этот прирост переêрывается óменьшением рас-ходов на топливо, оплатó трóда лоêомотивных бриãад и техничесêóю эêс-плóатацию лоêомотивов.

В 1995 ã. Canadian Pacific óстановила предельнóю массó брóтто четырех-осноãо ãрóзовоãо ваãона равной 125 т, а затем повысила ее до 130 т. Ис-пользование радиальных тележеê со связями междó боêовинами обеспечи-ло снижение повреждаемости рельсов на линии с êривыми малоãорадиóса. Были приобретены óãлевозные ваãоны новой êонстрóêции с алю-миниевыми êóзовами, ó êоторых óстранены óсталостные разрóшения свар-ных швов, свойственные прежним алюминиевым êонстрóêциям. Блаãода-ря этим ваãонам отношение ãрóзоподъемности таêих ваãонов ê массе тарыдоведено до 5,2 при массе брóтто 130 т.

В 1996 ã. CPR перешла на тепловозы мощностью 4400 л. с. с элеêтри-чесêой передачей переменноãо тоêа. Эти новые лоêомотивы использова-лись сначала для проверêи их влияния на поверхность êатания рельсов сцелью отработêи алãоритмов êонтроля боêсования. При êоэффициентесцепления лоêомотивов, возросшем с 19 до 38 % в продолжительном ре-жиме и до 48 % при троãании с места, на рельсы действóют значительныепродольные êасательные силы, но, и это более важно, необходимо, чтобыв таêих óсловиях сцепления в зоне êонтаêта êолеса с рельсом не происхо-дило просêальзывания. После модернизации êомпьютеризированнойсистемы êонтроля за миêробоêсованием êолес ранее отмечавшиеся по-вреждения поверхности рельса преêратились, и теперь лоêомотивы с элеê-тричесêой передачей переменноãо тоêа не вызывают таêих поврежденийрельсов, êоторые не моãли бы быть óстранены обычным шлифованием. Внастоящее время изóчается возможность использования для вождения óã-левозных поездов лоêомотивов мощностью 6000 л. с. с радиальными те-лежêами. Полаãают, что их внедрение обеспечит дальнейшее соêращениеэêсплóатационных расходов.

4.9(б)." Дальнейшие"меры"по"снижению"расходов

В эêсплóатации было замечено, что повреждаемость рельсов óвеличива-ется, если происходит óширение êолеи более чем на 13 мм. Это, вероятно,обóсловлено тем, что êолесо начинает более часто êонтаêтировать изно-

o 4-17 x

шенной до проêата частью поверхности êатания с нарóжной ãранью ãолов-êи внóтреннеãо рельса êривой.

Таê êаê на Canadian Pacific преимóщественно использóются деревян-ные шпалы, дороãа была вынóждена на линиях западной части сетистраны, ãде эêсплóатирóются лоêомотивы с элеêтричесêой передачей пе-ременноãо тоêа и имеют место большие осевые наãрóзêи, применить вêривых малоãо радиóса заершенные êостыли. Была принята таêже про-ãрамма замены êостыльных рельсовых сêреплений сêреплениями с êата-ной пластиной, óдерживаемой пятью шóрóпами с прóжинными шайбами ие-образными сêобами типа Pandrol. Сêрепления этой системы созданы дляобеспечения дополнительной безопасности с точêи зрения расêантовêирельсов и óменьшения износа деревянных шпал, ãлавным образом, за счетпредотвращения смещения рельсовых подêладоê и последóющеãо среза-ния волоêон древесины в местах опирания рельсов. Однаêо самым важ-ным побочным эффеêтом от ее применения стало óвеличение в 2 раза сро-êа слóжбы рельсов в êривых блаãодаря томó, что ширина êолеи находитсяпод êонтролем, а рельс не имеет возможности свободноãо поворота, чемобеспечиваются хорошие óсловия еãо êонтаêта с êолесом.

Кроме тоãо, положительный эффеêт был достиãнóт от продолжающей-ся óêладêи в êривых рельсов из более твердых и металлóрãичесêи чистыхсталей. Измерения профиля рельсов поêазали, что рельсы из твердых ста-лей в течение более длительноãо времени сохраняют низêий óровень по-верхностных напряжений, меньше подвержены возниêновению поверх-ностных трещин и обладают высоêой сопротивляемостью пластичесêойдеформации и образованию волнообразноãо износа. В резóльтате CPR наóãольном маршрóте соêратила число шлифований рельсов с четырех дотрех в ãод и стала выполнять шлифование преимóщественно за один про-ход. Интервал междó очередными шлифованиями рельсов по пропóсêó по-ездной наãрóзêи в настоящее время составляет 23 млн. т брóтто, а ежеãод-ная эêономия 676 тыс. êанад. дол. Шаблоны для шлифования рельсовнастроены таêим образом, чтобы обеспечивалась êонформная ãеометрияпрофиля, что позволило снизить толщинó óдаляемоãо при шлифованиислоя металла с 60 % общей потери металла ãоловêи рельса по вертиêали засчет шлифования до 40 % при одновременном обеспечении êонтроля заобразованием на поверхности óсталостных повреждений.

Недавно CPR применила в êривых рассматриваемоãо маршрóта рельсыиз низêолеãированных заэвтеêтоидных сталей с минимальной твердостью370 НВ. Эти стали содержат больше óãлерода и цементита с большей тол-щиной пластин. Резóльтаты эêсплóатационных испытаний поêазали, чтосроê слóжбы таêих рельсов по износó óвеличился на 10 % для внóтреннихрельсов êривых и на 25 % для нарóжных рельсов. Рельсы оêазались болееóстойчивыми ê поверхностномó трещинообразованию и хорошо работалина смятие. На железной дороãе испытывали таêже рельсы типа AREMA141 массой 71 êã/м. Эти рельсы привлеêательны тем, что допóсêают допол-нительное óвеличение на 5,6 мм допóстимоãо вертиêальноãо износа и пол-ностью совместимы с óложенными ранее рельсами типа 136RE.

o 4-18 x

В 1999 ã. CPR заêлючила êонтраêт на исследование ситóации с лóбриêа-цией рельсов с помощью новой óстановêи для измерения êоэффициентатрения. Резóльтаты исследования поêазали наличие больших возможно-стей óвеличения сроêа слóжбы рельсов за счет óстановления и последóю-щеãо поддержания оптимальноãо êоэффициента трения на боêовой по-верхности ãоловêи рельсов.

CPR предприняла попытêó реализовать на 80-êм испытательном поли-ãоне реêомендации Центра транспортных технолоãий США (TTCI) поóправлению трением. Эти доêóменты разработаны в целях защиты внóт-ренней поверхности рельсов, óменьшения óширения êолеи и повышениятопливной эêономичности. В них предóсмотрено следóющее:! поддержание разности êоэффициентов трения на поверхности êатания

ãоловêи рельса слева направо не более 0,1;! поддержание êоэффициента трения êолеса на поверхности êатания ãо-ловêи рельса не менее 0,30;

! обеспечение êоэффициента трения на боêовой поверхности рельса ме-нее 0,25.Для достижения óêазанных целей в оптимально выбранных местах пóти

óстановили новые элеêтронные лóбриêаторы с двóмя подающими штанãамидлиной 140 см с 48 смазывающими соплами на êаждом рельсе. Была приме-нена более эффеêтивная и дороãая êонсистентная смазêа. Несмотря наóдвоенное по сравнению с обычным расстояние междó лóбриêаторами,они обеспечивали заданный êоэффициент трения на боêовой поверхностирельсов (0,25 µ). Вместе с тем поддержание заданноãо êоэффициента тре-ния на поверхности êатания рельсов оêазалось трóдной задачей. Тем неменее резóльтаты испытаний поêазали, что боêовой износ рельсов снизил-ся на 75 %, вертиêальный износ нарóжноãо рельса на 10 %, но вертиêаль-ный износ внóтреннеãо рельса óвеличился на 15 %. Ожидают, что в бли-жайшем бóдóщем блаãодаря дальнейшемó совершенствованию технолоãиисмазывания поверхности êатания бóдóт в полной мере реализованы воз-можности лóбриêации в отношении эêономии топлива.

Дрóãим важным новшеством является планирóемая начиная с 2001 ã.óêладêа рельсов из низêолеãированных заэвтеêтоидных сталей в êривыхмалоãо радиóса. Новые рельсовые стали имеют большее содержание óãле-рода, повышенные твердость и предел теêóчести, но без потери пластич-ности, обычно наблюдающейся при óвеличении содержания óãлерода. Этодостиãнóто за счет óвеличения толщины пластин цементита. На раннейстадии испытаний таêих рельсов в эêсплóатации было отмечено óвеличе-ние на 10 % сроêа слóжбы внóтренних рельсов и на 25 % нарóжных рель-сов êривых по сравнению с рельсами из низêолеãированной стали с ãлóбо-êим óпрочнением ãоловêи.

Эêономичесêие выãоды ожидаются таêже от замены в êачестве стан-дартных рельсов типа 136RE на рельсы типа AREMA 141. Рельсы типа 141допóсêают больший на 20 % вертиêальный износ при повышении затратна óêладêó всеãо на 5 7 %. Сейчас эти рельсы проходят испытания перед

o 4-19 x

их принятием в êачестве стандартных для маãистральных линий западнойчасти сети дороãи.

Проведены исследования влияния проêата на поверхности êатания êо-лес óãлевозных ваãонов, чтобы определить, стоит ли восстанавливать про-филь êолес, имеющих ãлóбинó проêата более 3 мм, при êотором имеетместо óхóдшение хараêтеристиê движения в êривых. Было выявлено, чтодоля таêих êолес óãлевозных ваãонов составляет всеãо 4 % их общеãо чис-ла, т. е. меньше, чем 6 %-ная доля êолес той же êатеãории в ваãонном пар-êе железных дороã США, определенная ТТСI.

4.10(б)."Рез&льтаты

Стратеãия óлóчшения êонтроля за износом êолес и рельсов на óãольноммаршрóте железной дороãи Canadian Pacific предóсматривает непрерывныйэволюционный процесс, в ходе êотороãо постоянно обеспечиваются ба-ланс междó износом рельсов, óправление рисêом выхода их из строя, со-ãласование профилей êолес и рельсов в меняющихся óсловиях эêсплóата-ции. Работа в этом направлении ниêоãда не бóдет завершена, посêольêóêонêóрентное давление на мировом рынêе óãля требóет непрерывноãоснижения эêсплóатационных затрат. На железной дороãе CPR стратеãияêонтроля за износом êолес и рельсов доêазала свое большое значение нетольêо êаê средство соêращения затрат в êолесном и рельсовом хозяйстве,но и êаê средство снижения эêсплóатационных расходов за счет повыше-ния осевых наãрóзоê и óменьшения расхода топлива.

Если сравнить с прошлым, то в 1970 ã. средний сроê слóжбы êолес попробеãó составлял всеãо 280 тыс. êм, тоãда êаê в настоящее время он дости-ãает 453 тыс. êм. Средний сроê слóжбы рельсов по пропóсêó поездной на-ãрóзêи на óãольном маршрóте с большим êоличеством êривых возрос с293 млн. до 612 млн. т брóтто. В сочетании с вводом в эêсплóатацию новыхлоêомотивов с элеêтричесêой передачей переменноãо тоêа и повышенны-ми осевыми наãрóзêами все это позволило соêратить на 25 % óдельные (впересчете на 1 ваãоно-êм) эêсплóатационные расходы и на 15 % затраты натопливо.

o 4-20 x

Часть&4(в).&РАБОТА&КОЛЕС&И&РЕЛЬСОВНА&ЖЕЛЕЗНОЙ&ДОРОГЕ&CARAJAS

Авторы: Риêардо Шмитт МАРТИНС (Ricardo SchmittMartins) и Роналдо Жозе КОШТА (Ronaldo José Costa),CVRD

4.1(в).& Введение

Железная дороãа Carajas является частью êомплеêса Carajas Iron OreProject, объединяющеãо рóдниê по добыче железной рóды, железнóю доро-ãó, порт и принадлежащеãо êомпании CVRD/EFC (Companhia Vale do RioDoce). По этой железной дороãе осóществляются ãрóзовые и пассажирсêиеперевозêи на севере и северо-востоêе Бразилии. Она представляет собойоднопóтнóю линию длиной 892 êм с шириной êолеи 1600 мм, соединяю-щóю район Каражаса с портом Сан-Лóис. Основной перевозимый по нейãрóз железная рóда. Каê правило, рóдовозный поезд состоит из двóх ло-êомотивов и 206 ваãонов массой 122 т брóтто êаждый.

4.2(в).& Предыстория

4.2.1(в).& Колеса

Соãласно первоначальномó проеêтó в ваãонах для перевозêи железнойрóды типа GDT применялись êолеса диаметром 965 мм, допóсêающие од-нó переточêó для восстановления профиля. Ожидалось, что с óчетом осо-бенности линии, на 73 % длины состоящей из прямых и на 27 % из êривыхминимальным радиóсом 783 м, средний сроê слóжбы êолес без обточêи бó-дет равным 500 тыс. êм. Однаêо сразó же после начала эêсплóатации же-лезной дороãи в 1985 ã. на êолесах стали появляться поверхностные дефеê-ты, и поэтомó сроê их слóжбы оêазался ãораздо меньше ожидаемоãо и со-ставил 350 тыс. êм (рис. 4.1(в)).

В первое время поверхностные дефеêты были обнарóжены ó 10 % êолес.Они возниêали и ó êованых, и ó литых êолес в том же соотношении и содинаêовой периодичностью.

o 4-21 x

0102030405060708090

100

300 600 12000 1500900Пробег, тыс. км

До

ля г

од

ны

х ко

ле

с, %

Рис. 4.1(в). Кривая сро-êа слóжбы êолес без

переточêи

Вначале предполаãали, что причиной возниêновения дефеêтов былитольêо тормозные силы, мноãоêратно повторяющиеся из-за большоãо êо-личества остановоê на боêовых пóтях, посêольêó на железной дороãе сиã-нализация отсóтствовала.

Для снижения вредноãо влияния дефеêтов были приняты меры, опи-санные ниже.

4.2.2(в)." Обзор"проведенных"работ

4.2.2.1(в)." 1986"0од

В 1986 ã. CVRD/EFC óстановила êонтаêты с êомпаниями изãотовите-лями ваãонов, тормозноãо оборóдования и тормозных êолодоê для обсóж-дения возниêшей проблемы. Представители сторон решили образоватьтехничесêóю ãрóппó по сборó информации для последóющеãо анализа про-блемы.

Резóльтаты. Грóппа работала без особоãо óспеха и не моãла выработатьсоответствóющие реêомендации.

4.2.2.2(в)." 1987"0од

В 1987 ã. CVRD/EFC заêлючила êонтраêт с Бразильсêим óниверсите-том для изóчения данной проблемы. Для исследований использовали ин-стрóментованные тележêи и êолесные пары, для оценêи динамичесêих ха-раêтеристиê тележêи и выделения тепла при взаимодействии êолес и тор-мозных êолодоê во время торможения. Оба этих параметра исследовалисьна всем протяжении маршрóта следования поезда.

Уже в 1987 ã. CVRD/EFC на основе полóченных резóльтатов предпри-няла определенные меры:

1) расширила область применения динамичесêоãо торможения;2) пристóпила ê обточêе êолес при появлении дефеêтов;3) óменьшила êоличество остановоê в пóти;4) óстранила С-РЕР;5) начала использовать êолеса с тонêим ãребнем, чтобы обеспе-

чить бóльшóю свободó перемещения êолесной пары относительнорельсов;

6) стала время от времени менять направление движения ваãонов;7) провела измерения фаêтичесêих êоэффициентов тормозноãо нажа-

тия ваãонов;8) испытала ваãоны с изолированным тормозом;9) заêлючила êонтраêт с междóнародной инжиниринãовой êомпанией. В

ходе êонтраêтных работ были предприняты следóющие действия:9.1) создано измерительное оборóдование для эêсплóатационныхиспытаний, обеспечивающее:

9.1.1) измерение профиля êолес;9.1.2) оценêó óдарных наãрóзоê;9.1.3) измерение óãла набеãания êолеса на рельс;

o 4-22 x

9.1.4) измерение êонтаêтных наãрóзоê;9.2) измерены остаточные напряжения в êолесах, имеющих дефеê-ты на поверхности êатания в различных стадиях развития;9.3) проведены термоãрафичесêие измерения êолес при торможе-нии;9.4) осóществлен мониторинã состояния êолес и создана системаобработêи данных;9.5) обработаны данные мониторинãа и проведен анализ образцовдефеêтных êолес;9.6) составлен отчет.

10) Испытала импортные тормозные êолодêи.11) Провела исследования материалов.

Резóльтаты. Заêлючение Бразильсêоãо óниверситета свидетельствовало,что наãрева êолес в резóльтате трения тормозных êолодоê о поверхностьêатания недостаточно, чтобы быть причиной повреждений, а силы, возни-êающие от динамиêи тележêи, являются допóстимыми.

Обточêой êолес можно óвеличить сроê их слóжбы.Междóнародная инжиниринãовая êомпания пришла ê выводó, что не-

обходимо разработать и внедрить новый профиль êолес.Все дрóãие мероприятия не дали сêольêо-нибóдь сóщественноãо óлóч-

шения.

Главными проблемами оставались:1) большое êоличество ваãонов, отправляемых для ремонта в депо, что

сóщественно снижало эêсплóатационнóю ãотовность парêа;2) не поддающиеся восстановлению дефеêты бóêсовых подшипниêов

из-за значительных óдарных наãрóзоê;3) повреждения пóти из-за больших динамичесêих сил;4) разрóшения êолес.

4.2.2.3(в)." 1988"#од

В 1988 ã. CVRD/EFC решила снизить заãрóзêó ваãонов на 10 т, чтобыоценить эффеêт óменьшения осевой наãрóзêи, а таêже начала использо-вать êолеса, допóсêающие переточêó два раза.

В этом же ãодó CVRD/EFC вновь заêлючила êонтраêт с междóнароднойêомпанией, той самой, êоторая реêомендовала применить новый профильêолес. Главной целью новоãо êонтраêта было продолжение работ по созда-нию новоãо профиля êолеса. В резóльтате были предложены два óлóчшен-ных профиля.

Резóльтаты. Снижение осевой наãрóзêи не повлияло на повреждаемостьêолес.

Внедрение êолес, êоторые можно перетачивать два раза, обеспечилопродление сроêа слóжбы êолес (рис. 4.2(в)), таê êаê стало возможным сни-мать больший слой металла.

o 4-23 x

Однаêо êолеса с предложенными модифицированными профилями непоêазали óлóчшения в сравнении с êолесами, имеющими стандартныйпрофиль с êонóсностью 1:20.

4.2.2.4(в)." 1989"#од

В 1989 ã. CVRD/EFC заêлючила новый êонтраêт с дрóãой междóнарод-ной орãанизацией, êоторая предположила, что появление дефеêтов на по-верхности êатания связано с óсловиями взаимодействия êолеса с рельсоми реêомендации по их óстранению должны основываться на теории меха-ниêи êонтаêтноãо взаимодействия. Отсюда следовало, что необходимообеспечить низêие êонтаêтные напряжения в êонтаêте êолесо рельс ииспользовать êолеса из материала большей твердости. С этой целью пред-óсматривалось обеспечить следóющее:

1) низêие êонтаêтные напряжения за счет:1.1) óправления ãеометрией êолеса пóтем:

1.1.1) снижения интенсивности изнашивания за счет óстранениявиляния тележеê, смазывания ãребней лоêомотивных êолес,óлóчшения прохождения êривых;1.1.2) профилаêтичесêой обточêи êолес;

1.2) óправления ãеометрией рельса пóтем:1.2.1) механичесêой обработêи рельсов (шлифования ãоловêи истрожêи), первоначально тольêо для исправления, а затем впрофилаêтичесêих целях;1.2.2) óменьшения пластичесêой деформации металла ãоловêиприменением лóбриêации;1.2.3) óстранения износа рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса при-менением лóбриêации и óлóчшением óсловий прохождения по-движным составом êривых;

2) бóльшóю твердость за счет:2.1) недопóщения использования êолес с низêой исходной твер-достью металла;2.2) недопóщения переãрева êолес.

o 4-24 x

Пробег, тыс. км

До

ля

год

ны

х ко

лес,

%

0102030405060708090

100

300 600 12000 1500900

Рис. 4.2(в). Кривая сро-êа слóжбы êолес с двóх-разовой переточêой

Резóльтаты. Неêоторые реêомендации помоãли óлóчшить взаимодей-ствие êолес и рельсов, обеспечив, ãлавным образом, снижение повреждае-мости рельсов.

4.2.2.5(в)." 1990"#од

В 1990 ã. CVRD/EFC заêóпила портальный êолесотоêарный станоê,чтобы пристóпить ê реализации проãраммы обточêи êолес.

Резóльтаты. С помощью новоãо тоêарноãо станêа стало возможным на-чать систематичесêóю обточêó êолес, чтобы избежать роста эêсплóатаци-онных расходов и продлить сроê слóжбы êолес.

4.2.2.6(в)." 1992"#од

В 1992 ã. CVRD/EFC óменьшила с 30 до 25 мм предельно допóстимóюминимальнóю толщинó обода êолес.

Резóльтаты. Стало возможным при обточêе для восстановления профи-ля êолес óдалять больше металла, что óвеличило сроê их слóжбы.

4.2.2.7(в)." 1993"#од

В 1993 ã. CVRD/EFC пристóпила ê эêсплóатации êолес, допóсêающихмноãоêратнóю переточêó.

Резóльтаты. Блаãодаря использованию êолес с мноãоêратной переточ-êой стало возможным снимать больше металла, что дополнительно спо-собствовало продлению сроêа слóжбы êолес (рис. 4.3(в)).

В итоãе основными мероприятиями стали:1) обточêа êолес (êаê паллиативное решение);2) применение êолес с более толстым ободом (êолес, допóсêающих

мноãоêратнóю переточêó). Вначале использовались êолеса с двóмя пере-точêами, затем с мноãоêратной переточêой.

o 4-25 x

0102030405060708090

100

300 600 12000 1500900

Пробег, тыс. км

До

ля

го

дн

ых

коле

с, %

Рис. 4.3(в). Кривая сроêаслóжбы êолес с мноãо-êратными переточêами

4.3(в)." Модернизация

К êонцó 1993 ã. из-за недостаточной резóльтативности предыдóщих ме-роприятий было принято решение сêонцентрировать óсилия на решениитольêо двóх задач: первая заêлючалась в создании модели óправления ре-сóрсом êолес, чтобы добиться маêсимальноãо снижения затрат по повреж-даемости êолес и эффеêтивности использóемых технолоãичесêих процес-сов; вторая в поисêе решения или смяãчения остроты проблемы óвели-чения сроêа слóжбы êолес. Вторая задача неизбежно повлеêла за собой не-обходимость óчета фаêтора рельсов.

4.3.1(в)." Модель"0правления"рес0рсом"4олес"

В первóю очередь было необходимо создать базó данных, чтобы óãлó-бить понимание имеющих место процессов. После продолжавшихся неêо-торе время исследований было óстановлено следóющее.

А Колеса в среднем обтачивались êаждые 7 мес, при этом среднеêвад-ратичесêое отêлонение составляло оêоло 3 мес.

В Приблизительно 20 % êолес ваãонноãо парêа имели дефеêты.С Средняя толщина слоя óдаляемоãо металла при обточêе êолес со-

ставляла 6 мм при среднеêвадратичесêом отêлонении 2,5 мм.На основании этой информации была составлена расчетная матрица

взаимозависимостей междó затратами и эффеêтивностью, чтобы выявить,êаêая ситóация сложилась в CVRD/EFC в данном вопросе и êаê она мо-жет измениться в дальнейшем. Часть матрицы представлена на рис. 4.4(в).

Прояснение ситóации позволило определить необходимость óменьше-ния доли êолес с поверхностными дефеêтами, êоторые моãóт быть причи-ной повреждений рельсов и требóют снятия большоãо êоличества металладля восстановления исходноãо профиля. На этой основе были иницииро-ваны весьма ãлóбоêие и детальные исследования, чтобы óстановить времявозниêновения дефеêтов и интенсивность их развития до настóпленияêритичесêой ситóации. На основании этих фаêтов стала возможной разра-ботêа более совершенной проãраммы обточêи êолес.

По итоãам очередноãо этапа исследований были полóчены неожидан-ные резóльтаты. После их сопоставления с базой данных было отмечено,что, хотя желательное число êолес, подлежащих обточêе, было достиãнóто,не всеãда это были именно нóжные êолеса, т. е. была решена проблематольêо êоличества, но не êачества. После изменения процесса обработêибыла решена и она.

По достижении приемлемой доли êолес с дефеêтами стало возможнымдовести до маêсимóма две дрóãие важные и зависимые переменные вели-чины: время междó обточêами êолес и толщинó снимаемоãо металла.

На рис. 4.5(в) 4.11(в) поêазаны достиãнóтые величины параметров,êоторые считались важными при разработêе и внедрении данной моделиóправления.

На рис. 4.5(в) поêазано изменение доли êолес с поверхностными де-феêтами.

o 4-26 x

o 4-27 x

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

12

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

11

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

10

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

9

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

8

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

7

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

6

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

5

Удельные расходыСóммарные расходыРасходы с óчетом замены êолесаРасходы на восстановлениеСóммарный пробеã, êм

4

445555568

Число обточеêПараметрыПериодичность вос-становления профиля

êолес, мес.

7,57,57,07,06,56,56,05,74,0

Средняя толщина снимаемоãо при обточêеметалла, мм

1,01,51,01,51,01,51,01,21,0

Средний износ, мм

6,56,06,05,55,55,05,04,53,0

Средняя ãлóбина материала, мм

Рис. 4.4(в). Матрица затрат

Рис. 4.6.(в) представляет собой фраãмент рис. 4.5(в) в óвеличенном мас-штабе, чтобы лóчше отразить ситóацию с дефеêтами êолес в 1994 1998 ãã.,т. е. в период, êоãда их число заметно снизилось.

На рис. 4.7(в) представлено распределение времени междó обточêамиêолес с сопоставлением поêазателей 1994 и 1998 ãодов. Видно, что среднеезначение этоãо параметра возросло и, что особенно важно, óменьшилосьсреднеêвадратичесêое отêлонение, а это позволяет более точно проãнози-ровать процесс.

Каê и на рис. 4.7(в), на рис. 4.8(в) отражено óлóчшение ситóации сосредним êоличеством снимаемоãо при обточêах металла и среднеêвадра-

o 4-28 x

0

10

20

30

40

50С

ент

ябр

ь/8

9Я

нва

рь/

90М

ай/9

0С

ент

ябр

ь/9

0Я

нва

рь/

91М

ай/9

1С

ентя

бр

ь/9

1Я

нва

рь/

92М

ай/9

2С

ент

ябр

ь/92

Ян

вар

ь/93

Май

/93

Се

нтяб

рь/

93Я

нва

рь/

94

Май

/94

Се

нтяб

рь/

94Я

нва

рь/

95

Май

/95

Се

нтяб

рь/

95Я

нва

рь/

96

Май

/96

Се

нтяб

рь/

96Я

нва

рь/

97

Май

/97

Се

нтяб

рь/

97Я

нва

рь/

98

Май

/98

Се

нтяб

рь/

98

До

ля

де

фе

ктн

ых

коле

с,%

Месяцы и годы

Всего E1 E2 E3 T3

0

3

6

9

12

Сен

тяб

рь/

94

Ян

вар

ь/94

Мар

т/9

4М

ай/9

4И

юль

/94

Но

ябр

ь/9

4

Сен

тяб

рь/

95

Ян

вар

ь/95

Мар

т/9

5М

ай/9

5И

юль

/95

Но

ябр

ь/9

5

Сен

тяб

рь/

96

Ян

вар

ь/96

Мар

т/9

6М

ай/9

6И

юль

/96

Но

ябр

ь/9

6

Сен

тяб

рь/

97

Ян

вар

ь/97

Мар

т/9

7М

ай/9

7И

юль

/97

Но

ябр

ь/9

7

Сен

тяб

рь/

98

Ян

вар

ь/98

Мар

т/9

8М

ай/9

8И

юль

/98

Но

ябр

ь/9

8

До

ля

де

фе

ктн

ых

кол

ес,%

Месяцы и годы

Всего E1 E2 E3 T3

Рис. 4.5(в). Изменение доли дефеêтов на поверхности êолес на железной дороãе EFCв период с 1989 по 1998 ã.

Рис. 4.6(в). Изменение доли дефеêтов на поверхности êолес на железной дороãе EFCв период с 1994 по 1998 ã.

o 4-29 x

Периодичность, мес

До

ля

1994 г.1998 г.

Рис. 4.7(в). Распределениепериодичности обточêи

êолес

Толщина, мм

Дол

я

1994 г.1998 г.

Рис. 4.8(в). Распределениетолщины снимаемоãо приобточêе êолес металла

Пробег, тыс. км

До

ля

год

ны

х ко

лес,

%

0102030405060708090

100

300 600 12000 1500900

Рис. 4.9(в). Кривая сроêаслóжбы êолес с мноãо-

êратной переточêой

0

140001200010000

2000400060008000

1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000Годы

Чи

сло

ко

лес

Рис. 4.10(в). Ежеãодное потребление êолес диаметром 965 мм на CVRD/EFC

тичесêим отêлонением этоãо параметра. Эти поêазатели определяют фаê-тичесêий ожидаемый сроê слóжбы êолес, поêазанный на рис. 4.9(в).

И, наêонец, на рис. 4.10(в) и 4.11(в) приведены объемы заêóпоêCVRD/EFC êолес диаметром 965 мм. Хотя заêóпêи по-прежнемó неравно-мерны, однаêо более стабильны и несêольêо меньшие, чем в прошлом, иблаãодаря большемó сроêó слóжбы êолес затраты на их приобретение таê-же снизились.

4.4(в)." Рельсы

При строительстве железной дороãи Carajas было использовано оêоло120 тыс. т рельсов четырех изãотовителей.

Постепенный рост объема перевозоê с начала эêсплóатации дороãипривел ê óменьшению сроêа слóжбы рельсов и ростó их замены.

Последовательность происшедших событий хронолоãичесêи представ-лена ниже.

4.4.1(в)." Предыстория"

4.4.1.1(в)." 1987"0од

На рельсах, изãотовленных êомпанией CSN, стали обнарóживатьсявнóтренние дефеêты, обóсловленные технолоãией их изãотовления, а таê-же поверхностные дефеêты.

4.4.1.2(в)." 1987""1999"0оды

Было заменено 39 766 т (53,7 %) рельсов êомпании CSN, из них 33 % попричине внóтренних и поверхностных дефеêтов и 67 % по причине по-вреждений óсталостноãо хараêтера.

o 4-30 x

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Ян

вар

ь/9

3

Ию

ль/9

3

Ян

вар

ь/9

4

Ян

вар

ь/9

5

Ию

ль/9

5

Ян

вар

ь/9

6

Ию

ль/9

6

Ян

вар

ь/9

7

Ию

ль/9

7

Ян

вар

ь/9

8

Ию

ль/9

8

Ян

вар

ь/9

9

Ию

ль/9

9

Ян

вар

ь/0

0

Ию

ль/0

0

Ию

ль/9

4

Месяцы

Чи

сл

о к

ол

ес

Рис. 4.11(в). Ежемесячное потребление êолес диаметром 965 мм на CVRD/EFC

4.4.1.3(в)." 1988"#од

На рельсах типа NHH, изãотовленных японсêими êомпаниями NKK иNSC, начали проявляться заметные поверхностные дефеêты, что вынóди-ло CVRD/EFC начать их плановóю заменó.

4.4.1.4(в)." 1990"#од

CVRD/EFC пристóпила ê восстановлению профиля ãоловêи рельсовдля óстранения поверхностных дефеêтов и ввела óльтразвóêовóю дефеêто-сêопию для выявления внóтренних дефеêтов рельсов, с тем чтобы óвели-чить сроê их слóжбы и снизить вероятность повреждений в процессе эêс-плóатации. Хотя расчетный сроê слóжбы рельсов CSN по пропóсêó поезд-ной наãрóзêи составлял 450 млн. т, однаêо дефеêты рельсов появились óжепосле 200 млн. т.

На рельсах, изãотовленных êомпанией Voest Alpine, таêже начали появ-ляться поверхностные дефеêты.

Было приобретено и óложено 20 тыс. т рельсов типа DHH японсêоãоизãотовления с механичесêими и металлóрãичесêими хараêтеристиêамииными, чем рельсов, применявшихся ранее, но и ó этих рельсов стали об-нарóживаться таêие же дефеêты.

4.4.1.5(в)." 1991"#од

CVRD/EFC пристóпила ê шлифованию рельсов, и блаãодаря этомó оêа-залось возможным óвеличить сроê слóжбы рельсов до 800 млн. т.

4.4.1.6(в)." 1993""1996"#оды

CVRD/EFC сняла все японсêие рельсы.

4.4.1.7(в)." 1997"#од

CVRD/EFC óложила 5600 т рельсов, изãотовленных êомпанией SydneySteel Corporation и не подверãавшихся термообработêе. Техниêо-эêсплóа-тационные хараêтеристиêи этих рельсов оêазались óдовлетворительными.

4.4.1.8(в)." 1998"#од

CVRD/EFC пристóпила ê óêладêе рельсов, изãотовленных польсêойêомпанией Huta Katowice.

4.5(в)." Поис*и"решения

В 1992 ã. была сформирована мноãофóнêциональная рабочая ãрóппа изспециалистов по техничесêомó обслóживанию подвижноãо состава и пóти,а таêже эêсплóатационной деятельности. Основной задачей ãрóппы былоизóчение проблем, связанных с взаимодействием êолеса и рельса, и на-êопленноãо в мире опыта по их решению.

o 4-31 x

Исходя из резóльтатов работы этой ãрóппы CVRD/EFC заêлючила в1996 ã. êонтраêт с Центром транспортных технолоãий США (TTCI) дляреализации проãраммы внедрения повышенных осевых наãрóзоê. Однаêо,прежде чем пойти на это, необходимо было определить возможные отри-цательные последствия данной проãраммы и заблаãовременно предпри-нять меры, êоторые бы в итоãе дали резóльтаты. Анализ ситóации пред-óсматривалось дополнить реêомендациями по сãлаживанию отрицатель-ноãо эффеêта повышенных осевых наãрóзоê и маêсимально возможномóóлóчшению эêсплóатационных поêазателей.

4.5.1(в)." Введение

Резóльтаты и выводы мноãочисленных исследований, проведенных нажелезной дороãе Carajas, были положены в основó последóющеãо техниêо-эêономичесêоãо анализа преимóществ и недостатêов перехода на повы-шенные осевые наãрóзêи и поисêа êомпромиссных решений по снижениюсвязанных с этим затрат с óчетом оценêи эêономичесêих последствий та-êоãо перехода. При этом принимались во внимание резóльтаты мноãолет-них исследований в Северной Америêе, êасающихся изóчения влияния по-вышения осевых наãрóзоê на эêсплóатационнóю деятельность и состояниеподвижноãо состава и пóти, в ходе êоторых были выработаны различныетехничесêие решения по оптимизации ситóации применительно ê осевымнаãрóзêам 32,5 и 35 т. В ТТCI изóчали их влияние на состояние пóти, вы-бор оптимальных материалов для êолес и рельсов, методы техничесêоãообслóживания и ремонта, êоторые моãли бы обеспечить безопасность дви-жения поездов, повысить производительность и минимизировать óдель-ные (на 1 тêм) затраты на перевозêи.

Первоначально сроêи слóжбы êолес и рельсов оптимизировались ис-ходя из обеспечения в системе CVRD баланса междó повреждениями двóхвидов: от изнашивания и óсталостноãо хараêтера. Таêже были оптимизи-рованы ходовые êачества рóдовозных ваãонов с использованием модели-рования и эêспериментов с тензометричесêими êолесными парами. Дви-жение поездов оценивалось на основе модели движения поезда и потреб-ления энерãии (TOES) с разработêой предложений по óменьшению дина-мичесêих сил в поезде для óвеличения сроêа слóжбы подвижноãо состава,снижения расходов на теêóщее содержание и ремонт пóти и повышениябезопасности движения. Воздействие на пóтевóю стрóêтóрó повышенныхосевых наãрóзоê и поездов óвеличенной массы изóчалось на основе паêе-та приêладных проãрамм TTCI для техниêо-эêономичесêоãо анализа.Системный анализ взаимозависимостей междó орãанизацией движенияпоездов и наãрóзêами на пóть и подвижной состав позволил CVRD/EFCвыбрать соответствóющóю инженернóю стратеãию для обеспечения без-опасности и снижения расходов при переходе на повышенные до 32,5 тосевые наãрóзêи.

Основная цель проãраммы состояла в решении связанных с êолесами ирельсами проблем, êоторые проявились óже при имеющейся осевой на-

o 4-32 x

ãрóзêе 30,5 т. TTCI сосредоточил свои óсилия на оптимизации сроêа слóж-бы êолес и рельсов железной дороãи Carajas исходя из опыта решения этойзадачи Ассоциацией америêансêих железных дороã (AAR) на железных до-роãах Северной Америêи с минимизацией повреждаемости êолес и рель-сов в óсловиях движения поездов с высоêими осевыми наãрóзêами. ПодходAAR заêлючался в изóчении механизма двóх основных видов поврежде-ний от изнашивания и óсталостных и достижении баланса междó нимив системе CVRD/EFC. Железная дороãа Carajas в первые 10 лет своей рабо-ты имела серьезные проблемы, связанные с выêрашиванием металла наповерхности êатания êолес, что вынóдило ее выполнить ряд мероприятийпо оптимизации работы êолес еще до тоãо, êаê в оêтябре 1996 ã. была нача-та проãрамма ее сотрóдничества с TTCI.

Сроê слóжбы êолес и рельсов CVRD был оптимизирован с óчетом влия-ния таêих фаêторов, êаê óстановêа êолесных пар в рельсовой êолее, боêо-вое и продольное просêальзывание (êрип), изнашивание êолес и образова-ние ложноãо ãребня, изнашивание рельсов и восстановление их профиляшлифованием, óсталостные повреждения êолес и рельсов, óправляемаяпóтевая лóбриêация рельсов.

Динамичесêие хараêтеристиêи рóдовозных ваãонов железной дороãиCarajas изóчались пóтем êаê испытаний, таê и посредством моделирования.Хараêтеристиêи пóти оценивались с óчетом ориентирования êолесных парв êолее, вписывания в êривые и дрóãих процессов. Оптимизация êонстрóê-ции пóти таêже была достиãнóта блаãодаря сочетанию аналитичесêоãо мо-делирования и испытаний с тензометричесêими êолесными парами.

Последствия ввода в эêсплóатацию ваãонов с повышенными осевыминаãрóзêами для подвижноãо состава и пóти, а таêже для системы их техни-чесêоãо обслóживания и ремонта были изóчены с точêи зрения рассмотре-ния системы в целом. Опыт железных дороã Северной Америêи, связан-ный с повышением осевых наãрóзоê с 23,5 до 30 т, свидетельствóет о зна-чительном росте преждевременных óсталостных повреждений êонстрóê-тивных элементов ваãонов, таêих, êаê центральные опоры, шêворневыебалêи и прóжины. Для решения этих проблем TTCI разработал для желез-ных дороã Северной Америêи методиêó анализа óсталостной долãовечнос-ти, чтобы на основе еãо резóльтатов можно было вносить изменения в êон-стрóêцию ходовой части и óсовершенствовать способы эêономичесêойоценêи системы техничесêоãо обслóживания и ремонта подвижноãо соста-ва. TTCI предложил использовать подобнóю методиêó óсталостноãо анали-за и на железной дороãе Carajas для оценêи ожидаемых сроêов слóжбы эêс-плóатирóемоãо ваãонноãо парêа с óчетом возможных вариантов еãо моди-фиêации, анализирóя собранные в ходе реальной эêсплóатации данные онаãрóзêах на шêворневóю балêó и боêовые опоры тележêи, êаê это пред-óсмотрено в проãрамме мероприятий, завершающейся в 2001 ã.

Применительно ê êомпонентам êонстрóêции пóти опыт железных до-роã Северной Америêи по внедрению повышенных осевых наãрóзоê былиспользован ãлавным образом в части соêращения затрат на техничесêое

o 4-33 x

обслóживание и ремонт по дефеêтам рельсовых стыêов и óсталостным по-вреждениям рельсов.

При определении последствий повышения осевых наãрóзоê для инфрас-трóêтóры железной дороãи Carajas TTCI применил собственное проãрамм-ное обеспечение системы общеãо анализа и стоимостных расчетов пóти(TRACS). TRACS представляет собой сочетание основанной на инженер-ных расчетах модели óхóдшения параметров пóти и оценêи стоимости еãожизненноãо циêла, применяемой для оптимизации теêóщеãо содержания,ремонта и обновления пóти и соответствóющих затрат в фóнêции ãеометри-чесêих параметров, êонстрóêции пóти железной дороãи Carajas и объемаперевозоê.

Резóльтаты проãнозов по системе TRACS содержали стоимость и требо-вания ê техничесêомó обслóживанию пóти, связанные с проблемами óста-лости, изнашивания и повреждаемости рельсов, деревянных шпал, баллас-та, рельсовых сêреплений и стрелочных переводов. Эти резóльтатыCVRD/EFC моãла использовать для оптимизации стоимости жизненноãоциêла пóти применительно ê различным осевым наãрóзêам и объемам пе-ревозоê.

4.6(в)." Общие"принципы"и"методоло2ия"4омпле4снойпро2раммы"TTCI"для"железной"доро2и"Carajas

Ниже перечислены основные задачи по оптимизации сроêа слóжбы êо-лес и рельсов на железной дороãе Carajas, сформóлированные на основереêомендаций по совершенствованию êонстрóêций ваãонов, шлифованиюрельсов и лóбриêации при внедрении повышенных осевых наãрóзоê.

1) Измерение с помощью óстановленных на рóдовозных ваãонах борто-вых óстройств ходовых хараêтеристиê тележеê сóществóющих êонстрóê-ций при сóществóющих осевых наãрóзêах (30,5 т).

2) Измерение с помощью напольных óстройств сил, действóющих вêонтаêте êолесо рельс.

3) Исследования динамиêи рóдовозных ваãонов и пересмотр êонстрóê-ции тележеê:

! моделирование с помощью проãраммы NUCARS (модель TTCI дляисследования динамиêи эêипажа) движения рóдовозноãо ваãонапри сóществóющих и повышенных осевых наãрóзêах;

! моделирование с помощью проãраммы NUCARS движения рóдо-возноãо ваãона при различных êонстрóêциях боêовых опор тележêи.

4) Модернизация тележеê сóществóющей êонстрóêции за счет повыше-ния сопротивления переêашиванию для óлóчшения ходовых хараêтери-стиê.

5) Полномасштабные натóрные испытания рóдовозных ваãонов с моди-фицированными тележêами с измерением сил в êонтаêте êолесо рельс спомощью напольных óстройств и ходовых хараêтеристиê тележеê посред-ством бортовых óстройств.

o 4-34 x

6) Изóчение сóществóющей технолоãии шлифования рельсов на желез-ной дороãе Carajas.

7) Установêа на линии двóх напольных рельсовых лóбриêаторов в эêс-периментальных целях.

8) Разработêа реêомендаций по óправляемомó профильномó шлифова-нию рельсов на выбранных óчастêах в эêспериментальных целях.

9) Приобретение двóх высоêоточных тензометричесêих êолесных пар.10) Полномасштабные натóрные испытания стандартных и модифици-

рованных тележеê, оборóдованных тензометричесêими êолесными парамипри осевых наãрóзêах 30,5 и 32,5 т.

11) Применение моделей TRACS и расчета стоимости жизненноãо циê-ла êолес для эêономичесêоãо анализа последствий повышения осевых на-ãрóзоê и совершенствования рессорноãо подвешивания тележеê на желез-ной дороãе Carajas.

4.7(в)." Реализация"разработанной"ТТСI"про4раммы7величения"сро:а"сл7жбы":олес"и"рельсовна"железной"доро4е"Carajas

В этом разделе аêцент сделан на оценêе ходовых хараêтеристиêтележеê, óлóчшении êонстрóêции пóти и эêономичесêом анализе, связан-ных с óвеличением сроêа слóжбы êолес и рельсов на железной дороãеCarajas.

4.7.1(в)." Оцен:а"и"моделирование"хара:теристи:тележе:"р7довозных"ва4онов

Необходимость данноãо исследования обóсловлена тем фаêтом, чтожелезная дороãа Carajas имела серьезные проблемы из-за выêрашива-ния на поверхности êатания êолеса и рельсов при осевой наãрóзêе, рав-ной 30,5 т. Грóппа эêспертов ТТСI посетила железнóю дороãó и обсле-довала дефеêты êолес и рельсов, фотоãрафии êоторых представлены нарис. 4.12(в) и 4.13(в).

Было сделано заêлючение, что основным видом дефеêтов является воз-ниêновение и развитие небольших поперечных трещин на поверхностиêолес и рельсов из-за явления «ретчетинãа». т. е. наêопления пластичесêихдеформаций на поверхности êолеса или рельса, вызываемых силами êрипапри однонаправленном êачении с просêальзыванием êолеса по рельсó(см. таêже п. 3.12 и словарь). Поверхностные трещины, обнарóженные наêолесах и рельсах железной дороãи Carajas, топоãрафичесêи схожи с тре-щинами при деформациях этоãо вида. Направление пластичесêоãо теченияматериала рельсов вблизи поверхностных трещин соответствовало направ-лению действия на рельсы продольных сил êрипа, êоторые, êаê правило,вызываются наãрóзêой от êолес ãрóженоãо ваãона.

Деформации приводят ê образованию трещин на поверхности рельсов,возниêающих вследствие пластичесêой деформации материала вблизи по-

o 4-35 x

верхности, в резóльтате êоторой пластины êарбида и ãраницы междó зер-нами смещаются и располаãаются параллельно поверхности рельса. Каêвидно из рис. 4.14(в), вследствие наêопления таêой пластичной деформа-ции материал исчерпывает свои пластичесêие свойства, и в нем образóют-ся трещины. Это приводит ê образованию на поверхности рельса сериимелêих поперечных трещин.

Подобные сдвиãовые деформации в форме зóбчатой рейêи возниêаюттоãда, êоãда большие продольные и поперечные силы êрипа, прилаãаемыеê êолесó или рельсó, постоянно действóют в одном направлении. Посêоль-

o 4-36 x

Рис. 4.12(в). Типичные выêрашивания ме-талла на поверхности êатания êолеса ваãона

для перевозêи рóды CVRD

Рис. 4.13(в). Типичные отслаи-вания металла на поверхностирельса на железной дороãе

Carajas

êó по железной дороãе Carajas ãрóженые поезда праêтичесêи всеãда идóт воднó сторонó (рóда перевозится из рóдниêа Каражас в порт Сан-Лóис) инаправление êачения êолесных пар ваãонов меняют тольêо один раз в3 мес, продольное просêальзывание в зоне êонтаêта êолеса и рельса мож-но рассматривать исêлючительно êаê однонаправленное. Интенсивность,с êоторой наêапливаются сдвиãовые деформации, зависит от несêольêихфаêторов, вêлючая амплитóдó продольноãо и поперечноãо просêальзыва-ния, а таêже óровень трения междó êолесом и рельсом.

Была проведена серия измерений на пóти для определения ó рóдовоз-ных ваãонов CVRD/EFC вертиêальных и поперечных сил, действóющих отêолес на рельсы, а таêже óãлов набеãания êолесных пар на рельсы, чтобыпроверить механизм, соãласно êоторомó повторные сдвиãовые однона-правленные деформации вызывают появление поверхностных трещин наêолесах и рельсах железной дороãи Carajas. Большие продольные и попе-речные силы êрипа и óãлы набеãания êолесных пар часто имеют место óваãонов, ó êоторых есть проблемы с поворотом тележеê или направлениемв ãоризонтальной плосêости.

Резóльтаты измерений продольных и поперечных сил êрипа ó рóдовоз-ных ваãонов CVRD/EFC поêазали, что они в среднем выше, чем ó ваãоновтаêоãо же типа на пóти с подобными параметрами на железных дороãахСеверной Америêи. Это подтверждало предположение, что большие про-дольные и поперечные силы êрипа моãóт быть основной причиной, спо-собствóющей появлению однонаправленных пластичесêих деформаций вповерхностном слое при мноãоêратном пластичесêом деформировании.Таêже было обнарóжено, что óãлы набеãания êолесных пар на рельсы ó ва-ãонов CVRD/EFC были в среднем несêольêо больше, чем ó ваãонов таêоãоже типа на пóти с подобными параметрами на железных дороãах СевернойАмериêи, особенно в прямых. Это подтверждало предположение, что со-противление поворотó тележêи рóдовозных ваãонов в среднем больше, чемобычных ваãонов маршрóтных поездов в Северной Америêе. При измере-ниях с помощью напольных óстройств было идентифицировано несêольêоваãонов, ó êоторых отмечены весьма большие поперечные силы при вза-имодействии êолес и рельсов, а таêже óãлы набеãания êолесных пар нарельсы. Эти ваãоны были отобраны для последóющих измерений с по-мощью бортовых óстройств.

o 4-37 x

Направление продольныхсил крипа, прилагаемыхк рельсу от колеса

Отслаивание,трещины

Однонаправленныесдвиговые деформации

Материал рельса

Слои микроструктуры

Рис. 4.14(в). Сдвиãовыеоднонаправленные де-формации в материале

рельса, вызываемые боль-шими продольными сила-ми êрипа в êонтаêте êоле-

са и рельса

Измерения с помощью бортовых óстройств с целью определения пара-метров поворота и переêашивания тележеê были проведены при движе-нии отобранных ваãонов непосредственно на железной дороãе Carajas. Пе-реêашивание тележеê является отрицательным свойством трехэлементныхтележеê, посêольêó при этом боêовины отêлоняются от перпендиêóлярно-ãо относительно шêворневой балêи положения, что приводит ê óвеличе-нию óãлов набеãания êолесных пар. Измерения положения шêворневойбалêи тележеê относительно êóзова ваãона поêазали, что тележêи с трóдомповорачивались в ãоризонтальной плосêости и это затрóдняло оптималь-нóю óстановêó êолесных пар в большинстве êривых и в неêоторых прямых.Измерения переêоса тележеê таêже поêазали, что тележêи переêашива-лись в большинстве êривых и имели тенденцию оставаться переêошенны-ми в отдельных прямых. В совоêóпности эти резóльтаты позволили сделатьвывод, что ó сóществóющих ваãонов сопротивление поворотó тележеêслишêом большое и это не дает им возможности оптимально óстанавли-ваться в êолее. На рис. 4.15(в) приведены óãлы поворота шêворневой бал-êи и óãлы переêоса, измеренные с помощью бортовых óстройств внесêольêих êривых в ходе испытаний.

Моделирование динамиêи рóдовозных ваãонов железной дороãи Carajasс использованием проãраммы NUCARS было осóществлено по заверше-нии динамичесêих испытаний. В ходе этих испытаний измеряли собствен-ные частоты êолебаний ãрóженых и порожних ваãонов в следóющих видахперемещения относительно пóти: вертиêальные êолебания (подпрыãива-ние), поворот воêрóã ãоризонтальной оси, поперечной оси пóти (ãалопи-рование), поворот воêрóã вертиêальной оси (виляние), боêовое расêачива-ние при низêом и высоêом расположении центра масс. Затем данные из-мерений собственных частот êолебаний ваãонов были использованы длярасчета инерционных сил расêачивания, ãалопирования и виляния, верти-

o 4-38 x

–30,0

–25,0

–20,0

–15,0

–10,0

–5,0

0,0

5,0

10,0

0 1000 2000 3000 4000–20,0

–15,0

–10,0

–5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

Перекос тележки

Время, с

Уго

л п

ово

ро

та ш

кво

рн

ево

й б

ал

ки,

мр

ад

Уго

л п

ер

еко

са т

еле

жки

, м

ра

д

Поворот шкворневой балки

Рис. 4.15(в). Уãлы поворота шêворневой балêи и переêоса тележêи, измеренные в êривыхс использованием бортовых óстройств

êальной и поперечной жестêости тележеê и положения центра масс ãрóже-ных и порожних ваãонов. При анализе с помощью проãраммы NUCARSóчитывались наãрóзêа от шêворневых балоê на прóжины второй стóпенирессорноãо подвешивания и подрессоренная масса ваãона. Уêазанные дан-ные использовались при разработêе моделей NUCARS, позволяющих рас-считывать параметры рóдовозных ваãонов с рессорным подвешиваниемразличных модифиêаций.

TTCI разработал несêольêо модифиêаций рессорноãо подвешиваниятележêи с боêовыми сêользóнами постоянноãо êонтаêта (CCSB) иóстройством, препятствóющим переêашиванию. Все варианты исполнениятележеê с боêовыми сêользóнами постоянноãо êонтаêта и разной величи-ной предварительноãо наãрóжения (11,25; 4,95 и 13,5 êН при стандартномнаãрóжении 16,2 êН) были оценены пóтем моделирования по проãраммеNUCARS и ходовых испытаний. Сделан вывод, что óлóчшения ходовых ха-раêтеристиê за счет применения боêовых сêользóнов с постоянным êон-таêтом недостаточно, и поэтомó ТТСI предложил применить поперечныесвязи междó боêовинами рамы тележêи в сочетании с боêовыми ролиêо-выми опорами и работающими на сдвиã проêладêами в первой стóпенирессорноãо подвешивания êаê оптимальный для железной дороãи Carajasспособ предотвращения переêашивания тележеê. Резóльтаты ходовых ис-пытаний стандартных тележеê и оснащенных óстройствами против пере-êашивания приведены на рис. 4.16(в) и 4.17(в).

Предварительная оценêа резóльтатов поêазала, что стандартные тележêиваãонов железной дороãи Carajas по-прежнемó имеют тенденцию ê переêаши-ванию, не óстраняющемóся должным образом в прямых после выхода из êри-

o 4-39 x

0

–1

–2

2

1

0 2000 4000

–0,300 2000 4000

–0,20

–0,10

–0,00

0,10

0,20

0,30

Расстояние, м

Расстояние, м

Уго

л п

ер

еко

сате

ле

жки

, гр

ад

Уго

л п

ово

ро

таш

кво

рн

ево

й б

ал

ки, г

ра

д

а)

б)

Рис. 4.16(в). Уãлы переêоса наãрóжен-ной стандартной те-лежêи CVRD (а) и

поворота шêворневойбалêи (б) при движе-нии междó 19-м и

13-м êм со сêоростью65,5 êм/ч

вых, тоãда êаê óвеличение жестêости тележêи на переêашивание значительноóменьшает óãлы переêоса и поворота шêворневой балêи êаê в êривых, таê и впрямых. Измерения сил взаимодействия êолеса с рельсом в пóнêтах, óста-новленных TTCI вдоль линии железной дороãи Carajas, таêже подтвердили,что стандартные тележêи оêазывают более высоêие боêовые наãрóзêи нарельсы в êривых и прямых по сравнению с тележêами, в êонстрóêции êото-рых предóсмотрены меры по предотвращению переêашивания.

По завершении óêазанных испытаний в эêсплóатацию был введенопытный ваãон с тележêами, оснащенными óстройствами, препятствóю-щими переêашиванию. Наблюдения с авãóста 1997 ã. за состоянием еãо êо-лес поêазали, что на поверхности êатания этих êолес не отмечено дефеê-тов даже после тоãо, êаê их пробеã превысил 320 тыс. êм. Обычный жесроê слóжбы по пробеãó êолес стандартных ваãонов междó обточêами длявосстановления профиля составляет всеãо 160 тыс. 170 тыс. êм.

4.7.2(в)." Полномасштабные"испытания"тележе3стандартных"и"со"связями"межд8"бо3овинамис"использованием"инстр8ментованных3олесных"пар"

Для железной дороãи Carajas TTCI специально изãотовил, оснастил вы-соêоточным измерительным оборóдованием и аттестовал две тензометри-чесêие êолесные пары (IWS). Главным назначением этих êолесных парбыла оценêа различий в рабочих хараêтеристиêах тележеê стандартной и с

o 4-40 x

0

–1

–2

2

1

0 2000 4000

–0,300 2000 4000

–0,20

–0,10

–0,00

0,10

0,20

0,30

Расстояние, м

Расстояние, м

Уго

л п

ер

еко

сате

ле

жки

, гр

ад

Уго

л п

ово

ро

таш

кво

рн

ево

й б

ал

ки, г

ра

да)

б)

Рис. 4.17(в). Уãлы переêоса (а) и пово-рота шêворневой

балêи (б) наãрóжен-ной тележêи с попе-речными связями

при движении междó19-м и 13-м êм со

сêоростью 65,4 êм/ч

óстройством против переêашивания при повышении осевых наãрóзоê. Обеинстрóментованные êолесные пары были приняты ê эêсплóатации с ãрó-жеными ваãонами, рассчитанными для движения с разными сêоростями.Резóльтаты измерений этими êолесными парами вертиêальных и попереч-ных сил сопоставили с резóльтатами измерений сил во взаимодействии êо-леса с рельсом, полóченными от напольных óстройств. Обнарóжена хоро-шая êорреляция обеих систем измерений.

Стандартная тележêа CVRD/EFC и модифицированная тележêа сосвязями междó боêовинами подверãлись испытаниям при осевых наãрóзêах30,5 и 32,5 т. Испытания проводились на óчастêе длиной 40 êм железной до-роãи Carajas с целью определения ходовых хараêтеристиê опытноãо ваãонасо стандартной и модифицированной тележêами при сóществóющей и по-вышенной осевых наãрóзêах. На рис. 4.18(в) приведена диаãрамма превыше-ния боêовых сил во всех вариантах испытаний при движении ваãона междóотметêами 13-ãо и 18-ãо êм. Измерение боêовых сил для êаждой тележêипостроено в фóнêции процентной доли их превышения.

При обычных осевых наãрóзêах поперечные силы ó стандартной тележ-êи CVRD/EFC выше, чем ó тележêи с óстройством против переêашиванияв сходных óсловиях. При повышенных наãрóзêах, êаê и ожидалось, разни-ца в óровне поперечных сил междó стандартной и модифицированной те-лежêами в одинаêовых óсловиях еще больше. Из рис. 4.18(в) таêже видно,

o 4-41 x

60%70%80%

90%

95%

98%99%

–5 0 5 10 150,01%

0,05%0,1%

0,5%1%2%

5%

10%

20%30%40%50%

99,5%

99,9%99,95%99,99%

Суммарная боковая сила тележки, т

Пр

оц

ен

т п

ре

выш

ен

ия

1 — стандартная тележка — стандартная нагрузка

2 — стандартная тележка — повышенная нагрузка

3 — тележка с поперечными связями —повышенная нагрузка

4 — тележка с поперечными связями —стандартная нагрузка

2

1

3

4

2

1

Рис. 4.18(в). Сравнение сóммарных боêовых сил тележеê при движении по óчастêó междó 18-ми 13-м êм

что стандартная тележêа при повышенной осевой наãрóзêе плохо вписыва-ется в êривые и прямые из-за значительных поперечных сил.

У тележêи со связями междó боêовинами даже при повышенной осе-вой наãрóзêе 32,5 т выявлены меньшие поперечные силы, чем ó стандарт-ной тележêи при обычной осевой наãрóзêе 30,5 т. Разница междó óровня-ми поперечных сил óстойчиво поддерживается равной примерно 6,75 êН.

На рис. 4.19(в) представлены диаãраммы превышения продольных сил óпервой по направлению движения êолесной пары тележеê обоих типовпри обычной и повышенной осевых наãрóзêах. У тележêи с поперечнымисвязями выявлены ãораздо меньшие продольные силы в сравнении состандартной тележêой при всех óсловиях наãрóжения, и это свидетельствó-ет, что тележêа с óстройством, препятствóющим переêашиванию, требóетменьшеãо силовоãо воздействия для вписывания в êривые и ориентирова-ния в прямых. Осóществленные TTCI óлóчшения тележêи CVRD четêо по-êазали, что однонаправленные сдвиãовые деформации, вызывающие па-раллельные трещины, наблюдаемые при стандартных тележêах, значи-тельно óменьшаются, êоãда тележêи оснащены óстройствами против пере-êашивания.

Из полóченных резóльтатов видно, что тележêи с óстройством, препят-ствóющим переêашиванию, имеют более низêие поперечные и продоль-ные направляющие силы, чем стандартные тележêи. Сопоставляя êривыепревышения сил (см. рис. 4.18(в) и 4.19(в)), можно видеть, что тележêа, об-

o 4-42 x

60%70%80%

90%

95%

98%99%

–5 0 50,01%

0,05%0,1%

0,5%1%2%

5%

10%

20%30%40%50%

99,5%

99,9%99,95%99,99%

–4 –3 –2 –1 4321Продольная сила первой колесной пары, т

Пр

оц

ен

т п

ре

выш

ен

ия

1 — стандартная тележка — стандартная нагрузка

2 — стандартная тележка — повышенная нагрузка

3 — тележка с поперечными связями —повышенная нагрузка

4 — тележка с поперечными связями —стандартная нагрузка

1

2

3

4

Рис. 4.19(в). Сравнение продольных сил первых êолесных пар тележеê при движении поóчастêó междó 18-м и 13-м êм

ладающая сопротивляемостью переêашиванию при повышенной и обыч-ной осевых наãрóзêах, способствóет óменьшению поперечных и продоль-ных сил по сравнению со стандартной тележêой.

Основная причина данноãо явления заêлючается в том, что в отличиеот стандартной модифицированная тележêа не переêашивается. Известно,что переêашивание способствóет óвеличению óãла набеãания êолеса нарельс, êоторый тем больше, чем больше переêос, и это ведет ê ростó попе-речных сил, что, в свою очередь, приводит ê óвеличению направляющихóсилий, действóющих на первóю êолеснóю парó для êомпенсации óвеличи-вающихся поперечных сил. Колесная пара при движении пытается вернóтьось в радиальное положение, что вызывает óвеличение продольноãо про-сêальзывания, êоторое, в свою очередь, приводит ê возниêновению парал-лельных трещин на поверхности êолеса и рельса вследствие однонаправ-ленных сдвиãовых деформаций.

4.8(в)." Ре%омендации"по"шлифованию"рельсов

При посещении железной дороãи Carajas эêсперты ТТСI отметили, чтопомимо проблем с выêрашиванием металла êолес CVRD испытывала таê-же серьезные затрóднения в связи с возниêновением дефеêтов и изнаши-ванием рельсов. Было óстановлено, что óсталостные повреждения рельсовпринимают различные формы, таêие, êаê выêрашивания, сетêи наêлон-ных параллельных трещин на выêрóжêе ãоловêи рельса, темные пятна, вы-щербины и отслаивание металла. Дрóãой проблемой была пластичесêая де-формация в зоне сварных швов рельсов. На рис. 4.20(в) и 4.21(в) представ-лены неêоторые из дефеêтов рельсов на железной дороãе Carajas, а именновыêрашивания и выщербины на темных пятнах.

В проãраммó, разработаннóю ТТСI для железной дороãи Carajas, быливêлючены все виды дефеêтов рельсов, êоторые óчитываются при проведе-нии техничесêоãо обслóживания и ремонта. Соãласно этой проãрамме спе-циалисты TTCI и CVRD/EFC разработали новóю технолоãию шлифованияпрофиля рельсов, совмещенноãо с нанесением оãраниченноãо êоличества

o 4-43 x

Рис. 4.21(в). Типичный слóчай выщербинына месте темных пятен на поверхности êата-

ния рельса

Рис. 4.20(в). Выêрашивания на рельсах прилюбой ãеометрии пóти

смазêи на боêовóю поверхность ãоловêи рельса. Далее приведено описаниеметодиêи, разработанной по проãрамме TTCI для сведения ê минимóмó по-вреждаемости рельсов и óлóчшения технолоãии их теêóщеãо содержания.

Основная причина óсталостных дефеêтов рельсов на железной дороãеCarajas состояла в том, что ó большинства находящихся в эêсплóатации êолесвосстановление профиля при обточêе производилось после 100 тыс. êм про-беãа и по этой причине на праêтиêе ниêоãда не óспевала достиãаться êон-формность профилей êолес и рельсов. Полоса êонтаêта при этом всеãда оста-валась óзêой, а êонтаêтные напряжения высоêими, что в êонечном счетевызывало óсталость металла рельса в оãраниченной зоне êонтаêта. Хотя дляжелезной дороãи Carajas хараêтерны в основном êривые óмеренноãо радиóса,в резóльтате изнашивания ãребень êолес становится таêим, êаê поêазано нарис. 4.22(в), ãде представлены в сравнении новый стандартный профильCVRD/EFC (ААR 1:20, тонêий ãребень) и изношенный профиль êолеса в со-четании с новым рельсом типа 136 RE (таêие рельсы недавно стали óêлады-вать на железной дороãе Carajas). Каê новые, таê и изношенные êолеса êон-таêтирóют с рельсом почти в одном и том же месте, и при этом ãребень êолесаприжат ê рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса. Это может быть ãлавной причи-ной óсталостных дефеêтов рельсов, не ãоворя óже о наличии избыточных про-дольных сил êрипа из-за переêашивания стандартных тележеê CVRD.

ТТСI рассматривал два ãлавных аспеêта шлифования рельсов: прида-ние рельсам нóжноãо профиля в прямых и êривых и частотó шлифования.Основным предназначением предложенной ТТСI технолоãии шлифованиярельсов и поддержания их профиля является óменьшение óсталостной по-вреждаемости и изнашивания рельсов с соблюдением оптимальноãо ба-ланса междó ними для достижения следóющих целей:

1) обеспечение требóемых ходовых хараêтеристиê подвижноãо составаза счет óменьшения виляния и óлóчшения вписывания в êривые;

2) предохранение рельсов за счет шлифования от óсталостных повреж-дений пóтем сãлаживания тех зон ãоловêи рельсов, êоторые испытываютчрезмерно высоêие êонтаêтные давления;

3) сведение ê минимóмó êонтаêтных давлений при взаимодействии êо-леса и рельса, что необходимо для достижения óêазанной выше цели попредохранению рельсов и êолес от êонтаêтно-óсталостных повреждений;

4) сведение ê минимóмó интенсивности изнашивания рельсов, что таê-же необходимо для предохранения рельсов от óсталостных повреждений.

o 4-44 x

Место контакта на новомрельсе CVRD

При изношенномрельсе CVRD

Исходный профиль

Рис. 4.22(в). Контаêт êоле-са с новым рельсом 136 RE

Исходя из этих задач для железной дороãи Carajas были предложеныдрóãие формы профилей рельсов, базирóющиеся на óсовершенствованнойтехнолоãии шлифования рельсов, ранее проверенной на полиãоне дляóсêоренных испытаний TTCI в Пóэбло, штат Колорадо, США.

После всестороннеãо анализа óсловий эêсплóатации и изменений, пред-ложенных ê реализации на подвижном составе железной дороãи Carajas всоответствии с проãраммой ТТСI, была разработана новая методиêа восста-новления шлифованием профиля рельсов в прямых и êривых (рис. 4.23(в) и4.24(в)). Эта методиêа с óспехом внедрена на ряде óчастêов дороãи. Очерта-ния новых профилей рельсов рассчитаны на óлóчшение вписывания по-движноãо состава в êривые, óменьшение виляния, предохранение рельсовот высоêих êонтаêтных напряжений и óсталостных повреждений, а таêжесведение ê минимóмó интенсивности изнашивания рельсов.

4.8.1(в)." Техноло)ия"л,бри/ации

Эêсперименты, проведенные ТТСI на полиãоне для óсêоренных испы-таний, поêазали, что при одинаêовых óсловиях бóльшая часть óсталостныхповреждений поверхностей êатания êолес и рельсов, изнашивания рель-сов и êолес, волнообразноãо износа рельсов и смятия сварных стыêов об-

o 4-45 x

19,05 14,3

44,45177,8 203,2

12,712,7

Сторона колеи

Рекомендованный ТТСIпрофиль наружного рельса кривых

Рекомендованный ТТСIпрофиль внутреннегорельса кривых и рельсовпрямых

Рис. 4.23(в). Реêомендован-ные ТТСI профили ãоловêирельсов CVRD для шлифо-

вания

ca

146,465 км, после шлифоCвания внутреннего рельса;рекомендованный ТТСIпрофиль внутреннегорельса кривых и рельсовпрямых

b

10 км, боковой путь, прямая;рекомендованный ТТСIпрофиль внутреннегорельса кривых и рельсовпрямых

427 км, шлифование внутренCнего рельса не проводилось;рекомендованный ТТСIпрофиль внутреннегорельса кривых и рельсовпрямых

Рис. 4.24(в). Реêомендованные ТТСI профили для внóтреннеãо рельса в êривых и рельсав прямых (на разных óчастêах пóти)

óсловлена неправильной óстановêой êолесных пар в рельсовой êолее. Дей-ствительной причиной этих проблем являются силы êрипа, возниêающиеиз-за óêазанноãо неоптимальноãо положения êолесных пар. В ходе испы-таний после лóбриêации рельсов было отмечено снижение сил êрипа и,соответственно, óменьшение частоты возниêновения всех вышеназванныханомалий. После же применения модифицированных тележеê и, соответ-ственно, еще большеãо снижения сил êрипа эти аномалии стали возниêатьеще реже, а в неêоторых слóчаях были óстранены вовсе. Таêим образом,лóбриêация дала определенные выãоды, а за счет óлóчшения ходовых ха-раêтеристиê тележеê можно полóчить еще больший положительный эф-феêт. Изменение êонстрóêции тележеê требóет длительноãо сроêа, таê êаêнеобходимо время для нахождения наилóчшеãо варианта модифиêации те-лежеê и осóществления соответствóющих изменений. Специалисты TTCIи CVRD/EFC намеревались изóчить эффеêтивность снижения сил êрипаза счет оãраниченной лóбриêации.

Для оценêи эффеêтивности лóбриêации рельсов была использованапроãрамма NUCARS, позволяющая проãнозировать величины êонтаêтныхсил, возниêающих в зоне взаимодействия êолеса и рельса для ãрóженоãоваãона при шлифованных рельсах и тележêах сóществóющей êонстрóêции.Были рассчитаны продольные силы, посêольêó большая часть поврежде-ний êолес и рельсов, наблюдаемых на всей длине железной дороãи, былавызвана чрезмерными продольными силами.

Расчеты с использованием проãраммы NUCARS поêазали, что величи-на продольных êонтаêтных сил на смазанных рельсах в прямых снижаетсяи составляет оêоло половины величины тех же сил на сóхих рельсах.

Специалисты TTCI и CVRD/EFC пришли ê выводó, что это мероприя-тие не дает полноãо решения проблемы, таê же êаê и тольêо модифиêациятележеê. Уменьшение сил êрипа, достиãнóтое за счет лóбриêации, позво-ляет таêже сóдить об эффеêтивности применения óсовершенствованныхтележеê.

В авãóсте 1997 ã. специалисты TTCI и CVRD/EFC óстановили перед од-ной из êривых железной дороãи Carajas напольный лóбриêатор с ãидравли-чесêим приводом, чтобы изóчить влияние смазывания на эêсплóатацион-ные хараêтеристиêи рельсов. Прилеãающий ê лóбриêаторó отрезоê рельсаêаê в прямой, таê и в êривой был подверãнóт шлифованию по предложен-ной TTCI технолоãии. Для сравнения в дрóãом месте в аналоãичных êри-вой и прямой таêже было проведено шлифование рельсов по технолоãииTTCI. Это позволило сравнить эффеêтивность новой технолоãии шлифо-вания рельсов TTCI при смазанных и сóхих рельсах. Было подтверждено,что за счет восстановления шлифованием нормальноãо профиля рельса иприменения лóбриêации можно достичь не тольêо óменьшения износарельсов, но и снижения частоты возниêновения óсталостных поврежденийна поверхности рельса.

o 4-46 x

4.8.2(в)." Применение"моделей"TRACS"и"расчетастоимости"жизненно3о"ци5ла"5олес

Для оценêи техниêо-эêономичесêой эффеêтивности внедрения лóбри-êации рельсов, повышения осевых наãрóзоê и использования тележеê сосвязями междó боêовинами на железной дороãе Carajas применили двесложные модели: TRACS и расчета стоимости жизненноãо циêла êолес.

Система общеãо анализа и эêономичесêих расчетов пóти TRACS вêлю-чает проãраммный паêет, óчитывающий расстройства элементов пóти, ииспользóется для оценêи техничесêих и эêономичесêих последствий óхóд-шения состояния рельсов, деревянных шпал, балласта и стрелочных пере-водов. Гибêость этой системы позволяет использовать ее для мноãих видованализа, вêлючая следóющие.

1) Техничесêая оценêа влияния движения поездов на пóть.2) Оценêа эффеêтивности системы теêóщеãо содержания и ремонта пó-

ти и отдельных мероприятий, таêих, êаê совершенствование технолоãиилóбриêации и применение альтернативных êонстрóêтивных элементовпóти.

3) Стоимостной анализ влияния отдельных фаêторов, например опре-деление роста расходов на содержание пóти при óвеличении числа прохо-дящих по немó ваãонов.

4) Планирование затрат, например определение общей длины рельсов,подлежащих замене в течение определенноãо периода времени.

Модель расчета стоимости жизненноãо циêла êолес использóется дляопределения сроêа слóжбы êолес и эêвивалентных ежеãодных расходов(EUAC) при эêсплóатации êолес, допóсêающих одно-, двó- и мноãоêрат-нóю переточêó по мере изнашивания. Эта модель позволяет оценить раз-личия в затратах для êолес трех видов, а таêже выãоды, полóчаемые засчет снижения объема работ по техничесêомó обслóживанию и ремонтóêолес за счет óменьшения сопротивления êачению, достиãаемоãо блаãо-даря лóбриêации пóти и внедрению тележеê с óстройствами против пере-êашивания.

При проведении исследований, связанных с лóбриêацией, модельTRACS была использована для определения влияния óстановêи лóбриêа-торов на маршрóте Сан-Лóис Каражас на óменьшение изнашиваниярельсов. Данный анализ выполнен для оценêи снижения износа смазан-ных рельсов в сравнении с сóхими. Посêольêó сóществóет прямая зависи-мость междó изнашиванием êолеса и рельса, степень снижения износарельсов можно использовать в êачестве êритерия для оценêи ожидаемоãоóвеличения сроêа слóжбы êолес. Поэтомó резóльтаты моделированияTRACS были использованы в êачестве исходных данных по óвеличениюсроêа слóжбы êолес в модели расчета стоимости их жизненноãо циêла.

Анализом, в частности, óстановлено снижение износа рельсов, варьи-рóющееся от 14,55 % в прямых до 43,14 % в êривой радиóсом 839 м. Расчет-ное средневзвешенное значение снижения интенсивности изнашиваниярельсов и êолес для всей линии Сан-Лóис Каражас составляет 17,73 %.

o 4-47 x

Соãласно резóльтатам анализа эффеêтивности применения тележеê сосвязями междó боêовинами для óменьшения переêоса от этой меры ожида-ются еще бóльшие выãоды. Полаãают таêже, что блаãодаря óстранению та-êоãо распространенноãо дефеêта, êаê выêрашивание металла на поверх-ности êатания êолес, бóдет достиãнóто значительное, более чем на 50 %,соêращение затрат на техничесêое обслóживание и ремонт êолес.

4.9(в)."Выводы

CVRD применила на железной дороãе Carajas мноãофаêторный систем-ный подход ê решению проблемы оптимизации сроêа слóжбы êолес ирельсов при тяжеловесном движении. Из анализа следóет, что для сниже-ния затрат на техничесêое обслóживание и ремонт и повышения надеж-ности необходимо решить проблемó неóдовлетворительноãо состояния êо-лес и рельсов при сóществóющих осевых наãрóзêах до 30,5 т, прежде чемвводить повышенные осевые наãрóзêи с целью повышения производитель-ности железной дороãи.

Использование резóльтатов наóчных исследований и теоретичесêихрасчетов позволяет решить проблемó óвеличения сроêа слóжбы êолес ирельсов на основе óлóчшения динамичесêих хараêтеристиê рóдовозных ва-ãонов. Таê, для железной дороãи Carajas были найдены пóти достижениябаланса междó изнашиванием и óсталостными явлениями в êонтаêте êоле-са и рельса.

На опытных ваãонах быстрое развитие выêрашивания на поверхностиêатания êолес было óстранено за счет применения модифицированных те-лежеê на опытных ваãонах. У тележеê со связями междó боêовинами, бо-êовыми ролиêовыми опорами и óпрóãими, работающими на сдвиã про-êладêами не отмечены выêрашивания на поверхности êатания êолес по-сле пробеãа 320 тыс. êм, что свидетельствóет об óвеличении в 2 раза сроêаслóжбы êолес междó обточêами для восстановления профиля в сравнениисо стандартными трехэлементными тележêами (160 тыс. 170 тыс. êм).

Дрóãим важным выводом является то, что хорошие резóльтаты, полó-ченные для тележеê с óстройствами, препятствóющими переêашиванию,побóдили CVRD/EFC проанализировать хараêтеристиêи этой êонстрóê-ции тележеê, испытав партию из 24 опытных ваãонов. Блаãоприятные ре-зóльтаты испытаний модифицированных тележеê привели CVRD/EFC êрешению оснастить тележêи части своеãо ваãонноãо парêа óстройствамипротив переêашивания. К настоящемó времени 750 ваãонов железной до-роãи Carajas имеют тележêи с óстройствами, предотвращающими переêа-шивание, и планирóют оснастить ими еще 820 ваãонов. Стало возможнымоценить эффеêтивность и альтернативных вариантов, например тележêи слюлечным подвешиванием типа Swing Motion. Таêими тележêами былооснащено 20 ваãонов, и исследования таêже дали положительные резóль-таты. В табл. 4.1(в) приведены в сравнении параметры работы êолес наразличных тележêах: стандартной, с óстройством против переêашивания ис люлечным подвешиванием.

o 4-48 x

Снижение износа êолес и рельсов является прямым следствием óлóч-шения параметров вписывания тележеê в êривые. У модифицированныхтележеê отмечено сóщественное óменьшение поперечных и продольныхнаправляющих сил в êривых и значительно лóчшее ориентирование в пря-мых.

После тоãо êаê фаêторы интенсивноãо изнашивания, имевшеãо местоиз-за неóдовлетворительных хараêтеристиê тележеê с точêи зрения на-правления в пóти, были óстранены, óменьшились таêже интенсивность из-нашивания и частота óсталостных повреждений рельсов. Это позволилоCVRD/EFC внедрить более совершеннóю технолоãию техничесêоãо обслó-живания, с тем чтобы обеспечить бóльшóю êонформность профилей êолеси рельсов. С этой целью специально для железной дороãи Carajas была раз-работана новая технолоãия восстановления профиля рельса. Резóльтатыиспытаний, проведенных в ряде мест пóти, подтвердили, что это дает сни-жение маêсимальных êонтаêтных напряжений, óлóчшение вписыванияподвижноãо состава в êривые, óменьшение виляния в прямых и более низ-êóю интенсивность изнашивания.

В сочетании с более проãрессивной технолоãией восстановления про-филя рельсов должным образом рассчитанная лóбриêация привела ê сóще-ственномó снижению износа рельсов и значительно óлóчшила óсловия ра-боты êонтаêтирóющих поверхностей с точêи зрения óсталости. Блаãодаряэтомó износ рельсов и êолес в среднем óменьшился на 17 %. Ожидается,что еще большие óспехи бóдóт достиãнóты блаãодаря внедрению тележеêсо связями междó боêовинами: износ рельсов в этом слóчае óменьшитсяболее чем на 20 %, а сроê слóжбы êолес óвеличится на 100 %.

Блаãодаря реализации проãраммы оснащения парêа рóдовозных ваãо-нов модифицированными тележêами, энерãичным действиям по восста-новлению профиля рельсов и совершенствованию системы техничесêоãообслóживания и ремонта, а таêже внедрению óправления óровнем трения

o 4-49 x

*Ожидаемый для тележеê новой êонстрóêции. 20 ваãонов с люлечными тележêами еще нахо-дятся в эêсплóатации, и поêазатели меняются.

Менее 1Менее 1Менее 1%Доля дефеêтных êолес

190022001250103 êмСредний сроê слóжбы êолес*

5,05,04,0 5,0ммТолщина слоя снимаемоãо металла

260300160 170103 êмПериодичность восстановления профи-ля êолеса

с люлечнымподвешива-

нием

со связямимеждó боêо-

винами

стандартная

Тип тележêиЕдиницаизмерения

Параметр

Т а б л и ц а 4.1(в)

Сравнение поêазателей работы êолес различных тележеê: стандартной, со связями междó боêо-винами и с люлечным подвешиванием

на рельсах с помощью точно рассчитанной лóбриêации железная дороãаCarajas сможет решить проблемы, связанные с малым сроêом слóжбы êо-лес и рельсов, с êоторыми она встречается в настоящее время при осевыхнаãрóзêах 30 т, и постепенно повысить осевые наãрóзêи до 32,5 т или дажедо 35 т, обеспечив тем самым высоêопроизводительнóю, безопаснóю, на-дежнóю и низêозатратнóю эêсплóатационнóю деятельность в óсловиях тя-желовесноãо движения.

Усилия CVRD/EFC в этом направлении дают хорошие резóльтаты. Бы-ли изóчены и внедрены в повседневнóю праêтиêó различные нововведе-ния, но еще мноãое в этом отношении может быть (и должно быть) достиã-нóто.

С использованием реêомендаций, разработанных на основе наóчныхисследований и отражающих новые знания, технолоãии и эффеêтивныемодели óправления, резóльтаты моãóт быть еще лóчше, особенно сейчас, вóсловиях всемирной ãлобализации, êоãда необходимы снижение затрат имаêсимальное повышение эффеêтивности работы, чтобы предлаãать по-требителям изделия и óслóãи высшеãо êачества, от чеãо, собственно, и за-висит процветание êомпании.

Обобщенные поêазатели óсловий работы и примененных решенийCVRD представлены в табл. 4.2(в).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Fassarela L. V., Oliveira Neto L. E., Barros Filho A., Martins R. S., Costa R. J. et al. Wheel/Raillife optimization with the implementation of increased axle loads on Carajas Railway, Brazil.

2. Souza D. J., Martins R. S. Ações para elevação da vida útil de rodas ferroviárias na EFC,Segundo Seminário de Tecnologia Ferroviária da CVRD.

3. Barros Filho A. Ensaios comparativos em rodas ferroviárias.4. Kalousek J., Magel E. Optimizing wheel/rail interaction, Railway Track and Structures, January

1997.

5. Stone D. H., Moyar G. J., Guins T. S. An interpretative review of railway.

o 4-50 x

Не бо

лее

10

Не бо

лее

19 мм

по со

стоя

нию

пов

ерхн

ости

14 нап

ольн

ых лó

бри

êато

ров на дл

ине

900

êм со ср

едним

рас

стоя

нием

меж

-дó

ними

при

мер

но

60 êм

. Пря

мые и

êривы

е сл

еãêа

смазан

ы; ê

оэффици

-ен

т тр

ения на пов

ерхн

ости

êат

ания и

рабо

чей

ãра

ни

ãол

овêи

рел

ьса не ме-

нее

0,3

5

Пер

иод

иче

сêое

пре

дóпре

ди-

тель

ное

с êор

-ре

êтирó

ющим

шли

фов

анием

для об

еспеч

е-ния сл

абоã

одв

óхто

чечн

оãо

êонта

êта по со

-ст

оянию

пов

ерхн

ости

рель

са

С тон

êим

ãреб

нем

по

сост

оянию

пов

ерхн

ости

êата

ния

Тре

хэле

-мен

тные

стан

дарт

-ные или

óлóч

шен

-ные

AA

R-1

20С

изо

ãнóт

ым

дисê

ом êла

сса

AA

R C

; диам

етр

998 мм

; для

ваãо-

нов

массо

й 1

00 т

êоле

и 1

600 мм

Рел

ьсКол

есо

Про

филь

Тип

Уêл

онПре

дель

ный

из-

нос

Лóб

риêа

ция си

стем

ы êол

есо

рел

ьсПро

фили

и тех

ниче

сêое

обс

лó-

жива

ние

Тел

ежêи

Кол

еса

Из ст

анда

рт-

ных ре

льсо

вA

RE

MA

;êр

есто

вины

снеп

одви

ж-

ным

сер

деч-

ни

êом

Улó

чшен

ный

;щеб

ень из

ãран

ита

êла

с-са

AR

EM

Aили

эêв

ива

-ле

нтн

оãо;

под

балл

астн

оеос

нов

ание с

высо

êим

мо-

дóле

м óпрó

-ãо

сти

Упрó

ãие

Улó

чшен

ные из др

евес

ины

твер

дых пор

од; д

лина

2,8 м

,вы

сота

540

мм

136

RE

Ста

нда

рт-

ные в пря

-мых,

óлó

ч-шен

ные в

êривы

х

Бол

ее 6

0 млн

.т/

ãод по од

но-

пóт

ной

линии

мас

сати

п

Стр

елоч

ные пе-

рево

ды и

êре

с-то

вины

Бал

ласт

Рел

ьсов

ые сê

репле

ния

Шпал

ыРел

ьсы

Грó

зонап

ряжен

-нос

ть

Т а

б л

и ц

а 4

.2(в

)

Смеш

анно

е дв

ижен

ие. С

пеци

ализ

иров

анна

я од

нопó

тная

лин

ия для

тяж

елов

есно

ãо дви

жен

ия. О

севы

е на

ãрóз

êи от

30 до

32 т

. Грó

зона

пряж

енно

сть

боле

е 60

млн

. т брó

тто/

ãод.

Топ

оãра

фия

: дли

на лин

ии 9

00 êм

, дол

я пр

ямоãо пó

ти 7

3 %

, мин

имал

ьный ра

диóс

êри

вых

875 м

o 4

-51 x

o 4-51 x

Пóстая страница

o 4-52 x

Часть&4(').& СПРАВОЧНЫЕ&ТАБЛИЦЫ&ОСНОВНЫХДАННЫХ&ПО&СИСТЕМАМТЯЖЕЛОВЕСНОГО&ДВИЖЕНИЯ

Автор: д-р Джеймс ЛАНДГРЕН (James Lundgren), членТехничесêоãо êомитета по подãотовêе êниãи, таблицыподãотовлены в Центре транспортных технолоãий (TTCI),США

4.1(').&Введение

Основные положения выбора системы эêипаж пóть при тяжеловес-ном движении представлены в исследованиях, посвященных железнодо-рожным êомпаниям ВНРIО, СРR и CVRD. Они вêлючают требования êэлементам, входящим в системó êолесо рельс, и в значительной степенизависят от общих óсловий эêсплóатации и потребностей в перевозêах. Сре-ди óчитываемых в исследованиях фаêторы, хараêтеризóющие план ипрофиль, êлимат, ãрóнт, а таêже размеры движения, осевые наãрóзêи, дли-на поездов, ширина êолеи, ежеãодный объем перевозоê, êонстрóêция эêи-пажа и т. д.

Назначение приведенных ниже справочных таблиц состоит в представ-лении в сжатой и достóпной форме данных, êоторые моãóт быть использо-ваны для полóчения первоначальноãо представления о том, что необходи-мо сделать для обеспечения надежности и эêономичности эêсплóатацион-ной деятельности в тяжеловесных перевозêах, прежде чем их начать. Каêпоêазали исследования работы êонêретных железных дороã, сóществóетмножество возможностей для óсовершенствования технолоãии таêоãо родаперевозоê. В большинстве слóчаев объемы перевозоê бóдóт возрастать всоответствии с изменяющимися потребностями, и это влечет необходи-мость в приспособлении (тонêой настройêе) системы ê специфичесêимóсловиям среды, хараêтерó движения с помощью орãанизации эêсплóата-ционной деятельности и техничесêоãо обслóживания и ремонта пóти и по-движноãо состава. Тонêая настройêа работы системы может дать значи-тельно больший эффеêт по сравнению с приведенными базовыми реêо-мендациями. Каê поêазано на примере железной дороãи BHP Iron Ore,осóществляя непрерывный мониторинã, постоянные измерения и модер-низацию, можно создать более работоспособнóю системó и значительноóлóчшить ее техниêо-эêономичесêие параметры.

Стараясь óчесть широêий спеêтр óсловий оêрóжающей среды и состоя-ние подвижноãо состава и пóти, êоторые моãóт оêазывать влияние на тя-желовесное движение в êаждом отдельном слóчае, авторы выбрали в êа-честве основных поêазателей таêие фаêторы, êаê осевые наãрóзêи, особен-ности пóти и интенсивность перевозоê.

o 4-53 x

Для выделения наиболее часто встречающихся слóчаев и разработêиêонêретных реêомендаций для êаждоãо из них были выбраны четыре êате-ãории осевых наãрóзоê: 35 т и более, 30 34, 25 29 и 20 24 т, два видатопоãрафии пóти в зависимости от тоãо, меньше или больше 875 м радиóсêривых (это позволяет сóдить о сложности óсловий эêсплóатации по êри-визне êривых и êрóтизне óêлонов, более блаãоприятных в слóчае полоãихêривых), и три óровня интенсивности перевозоê.

Хотя можно сóщественно óвеличить число êатеãорий и более точноподразделить эêсплóатационные хараêтеристиêи, однаêо предложенныйнабор параметров может слóжить полезным ориентиром для орãанизацииперевозоê с êонêретными параметрами. На основе этих отправных точеêможно рассмотреть êонêретные эêсплóатационные хараêтеристиêи ивнести соответствóющие êорреêтивы. Реêомендации, приведенные в таб-лицах, моãóт быть использованы тольêо с целью обеспечения безопасной инадежной работы, а для достижения оптимальных резóльтатов необходимыдальнейшие исследования и êорреêтировêи на основе наêопленноãо опы-та. Для достижения поêазателей мировоãо óровня на любой железной до-роãе, осóществляющей тяжеловесные перевозêи, потребóется провеститщательное изóчение, орãанизовать постоянный êонтроль и точно выве-реннóю системó техничесêоãо обслóживания и ремонта. Сóщественное со-действие в этом можно полóчить непосредственно от известных êонсóль-тативных орãанизаций или, êосвенным образом, из знаний и опыта, пред-ставленных в трóдах, доêладах и доêóментах êонференций IHHA. Приве-денный выше пример CVRD иллюстрирóет поэтапный подход ê созданиюоптимальной системы перевозоê.

Хотя в таблицах отражены лишь реêомендации по специализирован-ным тяжеловесным перевозêам, они, вообще ãоворя, применимы и ê ли-ниям со смешанным движением (êаê в слóчае железной дороãи CanadianPacific), посêольêó для тяжеловесноãо движения, êаê правило, выбираютнаиболее óстойчивые êонстрóêции пóти и именно оно рассматриваетсяêаê основная причина изнашивания и повреждений.

По мере роста объемов перевозоê возниêнет, очевидно, ряд новых тре-бований, например, ê ходовым хараêтеристиêам подвижноãо состава. Вслóчае повышения сêорости движения поездов потребóются более жестêиенормативы по ãеометричесêим параметрам пóти. При перевозêах по ли-нии пассажиров и опасных ãрóзов сóщественное положительное влияниена безопасность движения может оêазать более частый êонтроль состоя-ния и óсовершенствованные методы техничесêоãо обслóживания и ре-монта. В любом слóчае при смешанном движении, даже без тяжеловес-ных перевозоê, появляются новые проблемы, вызванные более сложнымхараêтером взаимодействия êолеса и рельса. Достижение полной оптими-зации затрóдняется таêже при внедрении в системó подвижноãо составановых типов, обладающеãо иными хараêтеристиêами и предъявляющеãодополнительные требования. Степень оптимизации в слóчае смешанноãодвижения бóдет несêольêо ниже, чем в изолированных системах, специа-лизированных исêлючительно на тяжеловесных перевозêах.

o 4-54 x

4.2(!)."Использование"справочных"таблиц

Каê óêазано, эти таблицы являются лишь отправными точêами дляпроеêтирования и эêсплóатации железнодорожной линии, на êоторой осó-ществляются тяжеловесные перевозêи, с тем чтобы она соответствовалаопределенным êритериям. Предложенные реêомендации в принципе мо-ãóт обеспечить безопаснóю и надежнóю деятельность железной дороãи, нонеобязательно представляют собой лóчшее решение в долãосрочномплане, êоторое может быть достиãнóто тольêо пóтем тщательных измере-ний и постоянноãо наблюдения за изнашиванием и óхóдшением состоя-ния техничесêих средств по мере наêопления эêсплóатационноãо опыта.Каê поêазано на рассмотренных ранее примерах исследований êонêрет-ных слóчаев, меры по óсовершенствованию, предпринимаемые в êачествереаêции на хараêтер эêсплóатации и изнашивания техничесêих средств,позволяют орãанизовать высоêоэффеêтивнóю эêсплóатационнóю деятель-ность, точно приспособленнóю ê местным óсловиям и êонêретным по-требностям.

Раздел «Общие замечания» в таблицах необходимо использовать с óче-том óсловий их применения. В разделе «Замечания ê таблицам» приведеныдополнительные определения и пояснения êлючевых хараêтеристиê êом-понентов пóти и подвижноãо состава, реêомендации и описания. Все этопомещено перед таблицами.

4.3(!)."Справочные"материалы

Для êонсóльтации по мноãим êомпонентам системы можно использо-вать различные детализированные техничесêие óсловия и реêомендации. Вих число входят, например, праêтичесêое рóêоводство Америêансêойассоциации железнодорожноãо строительства, теêóщеãо содержания иремонта пóти (AREMA) по êонстрóêциям пóти (содержит подробныетехничесêие óсловия на рельсы, шпалы, сêрепления, балласт и т. д.);праêтичесêое рóêоводство отделения подвижноãо состава Ассоциацииамериêансêих железных дороã (AAR) по êолесам, осям, подшипниêам,óсталостной прочности эêипажа и т. д., материалы Междóнародноãосоюза железных дороã (МСЖД), специальные стандарты, разработан-ные различными железными дороãами, осóществляющими тяжеловес-ные перевозêи, на основе наêопленноãо ими опыта.

4.4(!)."Общие"замечания

1. Тяжеловесное движение: движение считают тяжеловесным, если осе-вые наãрóзêи равны 25 т и более, объем ежеãодных перевозоê по линии со-ставляет не менее 20 млн. т брóтто или масса поездов превышает 5000 т.

2. Приведенные в таблицах численные значения являются минималь-ными реêомендóемыми для праêтичесêоãо использования.

o 4-55 x

3. Реêомендации основаны на допóщении, что железнодорожный пóтьи подвижной состав соответствóют традиционной êонцепции: отдельныелоêомотивы ведóт однотипные четырехосные ваãоны на пóти с ширинойêолеи 1000 1600 мм.

4. Реêомендации таблиц следóет рассматривать êаê исходные для про-еêтирования системы с соответствóющими изменениями с óчетом местныхэêсплóатационных óсловий, фаêторов оêрóжающей среды и наличием по-движноãо состава.

5. Данные таблиц содержат общепринятые нормативы, однаêо взамених моãóт быть использованы дрóãие êомпоненты или êонстрóêции, обес-печивающие сопоставимые техничесêие хараêтеристиêи.

6. Компоненты пóти и подвижноãо состава работают в составе единойсистемы. В определенных обстоятельствах использование особо прочныхêомпонентов позволяет применить дрóãие, обладающие меньшей проч-ностью или хóдшими хараêтеристиêами (например, хорошо работающаясистема земляное полотно балласт шпалы может допóстить использо-вание облеãченных рельсов). Однаêо общие эêономичесêие поêазателисистемы достиãаются за счет êомпромисса.

7. Особенности оêрóжающей среды и праêтиêи техничесêоãо обслóжи-вания и ремонта моãóт привести ê изменению реêомендóемых величин(например, высоêий óровень заãрязнения, êаê в слóчае переноса ветромбольшоãо êоличества песêа, может потребовать отêаза от лóбриêации).

8. Не реêомендóются для широêоãо распространения или примененияна линиях с тяжеловесным движением эêспериментальные, новые илинеапробированные êонстрóêции, решения или материалы, поêа не бóдетподтвержден их длительный сроê слóжбы в эêсплóатации.

9. Единицы измерения: если иное не оãоворено специально, в таблицахприняты метричесêие единицы измерения; например, осевые наãрóзêивыражены в метричесêих тоннах.

10. Выбор рельсов: в таблицах приведены общие реêомендации по при-менению. Альтернативные варианты вêлючают рельсы óтяжеленноãо илиоблеãченноãо типов, с тем чтобы снизить затраты соответственно на их те-êóщее содержание или óêладêó. Эти варианты моãóт оêазаться оправдан-ными в отношении сроêа слóжбы линии в целом (например, в зависимостиот истощения рóдноãо месторождения) и еãо возможных изменений, а таê-же óвеличения объема работ по техничесêомó содержанию и ремонтó и на-личия источниêов финансирования в êратêо- или долãосрочной перспеê-тиве. В зависимости от длины êривых и прямых óчастêов и расстояниямеждó ними может быть целесообразным использование рельсов разноãоêачества для разных óчастêов пóти (например, высоêоêачественных в êри-вых, стандартных в прямых), чтобы полóчить эêономичесêи оптимальноерешение. Этот подход может быть распространен и на дрóãие элементы пó-ти, а таêже на принятие несêольêих, различающихся междó собой по óров-ню требований стандартов в пределах одной линии. Каê правило, таêойподход не считается эêономичным, êроме êаê для выбора рельсов или длялиний, хараêтеризóющихся длинными непрерывными прямыми, посêоль-

o 4-56 x

êó при еãо реализации óсложняется теêóщее содержание и материально-техничесêое снабжение.

11. Продольные силы, действóющие на рельс при движении поездовили вследствие тепловоãо расширения, должны быть êомпенсированы прилюбой êонстрóêции верхнеãо строения пóти. Важнóю роль в обеспеченииóстойчивости пóти иãрает правильный выбор типа рельсовых сêреплений,вêлючая анêерные болты или обычные êостыли для êрепления рельсов êдеревянным шпалам. Приведенные в таблицах реêомендации по парамет-рам балластной призмы в значительной мере способствóют повышениюпоперечной сопротивляемости верхнеãо строения пóти тепловомó êороб-лению (выпóчиванию). Ожидаемые маêсимальные перепады температóры,правильный выбор нейтральной температóры при óêладêе рельсов, про-ãнозирование продольных сил при движении поезда все это влияет навыбор êонстрóêции верхнеãо строения пóти, обладающеãо достаточнойпоперечной óстойчивостью для обеспечения безопасной и эêономичнойэêсплóатационной деятельности.

4.5(!)."Пояснения"*"таблицам"(*рат*ое"описаниеособенностей"элементов)

1. Верхнее строение пóти:в óсловиях тяжеловесноãо движения желательно избеãать êривых ради-

óсом менее 500 м и óêлонов êрóтизной более 10 ; ãеометричесêие пара-метры пóти должны соответствовать êлассó 5 FRA (Федеральной железно-дорожной администрации США) или быть аналоãичными.

2. Рельсы:! высшеãо êачества термоóпрочненные рельсы из низêолеãированнойстали и с очень мелêой перлитной стрóêтóрой:HB ≥ 388; HRC ≥ 42;

! повышенноãо êачества термоóпрочненные рельсы из óãлеродистойстали или нетермоóпрочненные рельсы из низêолеãированной стали смелêозернистой перлитной стрóêтóрой:HB ≥ 341 388; HRC ≥ 36,5;

! стандартные нетермоóпрочненные рельсы:HB ≥ 300 340; HRC ≥ 32.Тяжеловесное движение во всех слóчаях требóет применения бесстыêо-

воãо пóти, обеспечивающеãо эêономичность техничесêоãо обслóживания иремонта.

3. Шпалы:! моноблочные железобетонные; по техничесêим óсловиям AREA

(AREMA) или аналоãичные;! высоêоãо êачества пропитанные из древесины твердых пород илиодобренных мяãêих пород; приблизительные размеры (ширина × тол-щина × длина) = 0,12×0,16×(1,7 ÷ 1,8) по отношению ê ширине êолеи.

o 4-57 x

4. Рельсовые сêрепления:! высоêоãо êачества: с прóжинными êлеммами или равнозначные, обес-печивающие óпрóãóю вертиêальнóю силó прижатия и продольное за-êрепление (имеется мноãо запатентованных êонстрóêций);

! обычное êостыльное при деревянных шпалах: с обычными или заер-шенными êостылями, забиваемыми в шпалó. Более прочное сêрепле-ние при деревянных шпалах может быть достиãнóто применением шó-рóпов с êвадратной ãоловêой или êостылей с резьбой;

! подêладêи должны иметь соответствóющие жестêость и амортизирóю-щие хараêтеристиêи для расчетной поездной наãрóзêи.5. Балласт: щебеночный с тщательно подобранными ãранóлометричесêим соста-

вом, размерами и формой частиц, сопротивляемостью истиранию и сле-живаемости для полóчения требóемых эêсплóатационных хараêтеристиê.

6. Колеса:! высшеãо êачества термообработанные (в êачестве стандартных моãóтбыть приняты, например, êолеса êласса С по техничесêим требовани-ям AAR с заêаленным ободом, имеющие изоãнóтый дисê с целью лóч-шей совместимости с принятым типом рельсов). Проблемы соãласован-ности профилей поверхностей êатания êолеса и рельса рассмотрены вчасти 2 настоящей êниãи. В начальный период можно использоватьпрофиль AAR 1В или аналоãичный емó изношенный для рельсов с по-перечным сечением типа RE. На начальной стадии выбора может бытьтаêже использован стандарт МСЖД с рельсами МСЖД. При более вы-соêих осевых наãрóзêах (свыше 35 т) и ãрóзонапряженности (свыше 50млн. т/ãод) реêомендóется применять профили êолеса и рельса, разра-ботанные специально для данных эêсплóатационных óсловий на основерезóльтатов тщательноãо мониторинãа и эêспериментов. Основныепринципы этоãо таêже изложены в части 2.7. Тележêи:

! стандартные трехэлементные тележêи с жестêими допóсêами насборêó;

! стандартные óлóчшенные тележêи: с работающими на сдвиã проêладêа-ми, поперечными связями междó боêовинами, прóжинными планêами;

! óсовершенствованные тележêи: радиальные, самоóстанавливающиесяразличных запатентованных êонстрóêций.8. Поддержание профиля.В части 5 êниãи предложены процедóры мониторинãа:

! êолесо допóсêи на проêат, неêрóãлость, износ ãребня выбираются всоответствии с особенностями эêсплóатации;

! рельс см. часть 5, раздел 5.8 относительно оптимизации системы êо-лесо рельс.9. Лóбриêация:

! методы óправляемой лóбриêации и соответствóющие смазочныевещества. В особых óсловиях лóбриêация применяться не может (напри-

o 4-58 x

мер, из-за песêа). Относительно лóбриêации см. таêже часть 3, раздел 3.4и часть 5, раздел 5.7 10. Стрелêи и êрестовины:

! на маãистральных линиях марêи 1:20. Для óсловий тяжеловесноãо дви-жения êаê минимóм требóются êрестовины с подвижным сердечниêоми остряêи с подрезом.11. Сêорость:

! рабочая сêорость движения тяжеловесных поездов может достиãать80 êм/ч. При более высоêих сêоростях или смешанном движении моãóтпотребоваться отêлонения от табличных реêомендаций.12. Маêсимально допóстимый износ: см. часть 5, раздел 5.8.13. Дефеêтосêопия: см. часть 5, раздел 5.8.14. Мониторинã техничесêоãо состояния. Реêомендóется использовать:

! напольные системы для отслеживания тенденций изменения динами-чесêих хараêтеристиê подвижноãо состава, особенно при повышенныхобъеме перевозоê и осевых наãрóзêах;

! автоматизированные измерительные бортовые системы на подвижномсоставе для отслеживания состояния параметров пóтевой стрóêтóры(ãеометрии пóти, профиля рельсов и т. д.), особенно при повышенныхобъеме перевозоê и осевых наãрóзêах.15. Контроль ãеометрии и дефеêтосêопия рельсов:

! реêомендóемая периодичность óêазана для пóти, находящеãося в хоро-шем состоянии;

! периодичность следóет изменять (соêращать интервалы) в слóчае ста-рой инфрастрóêтóры или ее работы в тяжелых óсловиях.

o 4-59 x

Таблица 4.1(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи более 35 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерно че-рез 3 мес

Примерно че-рез 3 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рель-сов высоêоãоêачества;êрестовины сподвижнымили запертымсердечниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 350 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балласт-ной призмы300 мм

Упрóãие сподêладêа-ми изэластомера

Высоêоãо êачествадеревянные или мо-ноблочные железобе-тонные. Номиналь-ное расстояние междóшпалами: 490 мм длядеревянных; 600 ммдля железобетонных

136 REилиМСЖД 60

Повышенно-ãо êачества впрямых, выс-шеãо êачествав êривых

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ∼ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтови для обработêи рельсо-вых стыêов (деформацияматериала)

Предельныйизнос по про-êатó 2 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Специальноразработан-ный (см.часть 2, раз-дел 2.5)

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом, êлас-са AAR С, диаметром1000 мм или равноцен-ные

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-60 x

o 4-60 x

Таблица 4.2(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи более 35 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 4 мес

Примерно че-рез 4 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рель-сов высоêоãоêачества;óлóчшенныеêрестовины сподпрóжи-ненным сер-дечниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 350 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балласт-ной призмы300 мм

Упрóãие сподêладêа-ми изэластомера

Высоêоãо êа-чества деревянныеили моноблочныежелезобетонные.Номинальное рас-стояние междóшпалами: 490 мм для деревянных;600 мм для желе-зобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Повышенно-ãо êачества впрямых, выс-шеãо êачествав êривых

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтови для обработêи рельсо-вых стыêов (деформацияматериала)

Предельныйизнос по про-êатó 2 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Специальноразработан-ный (см.часть 2, раз-дел 2.5)

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом, êлас-са AAR С, диаметром1000 мм или равноцен-ные

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-61 x

o 4-61 x

Таблица 4.3(ã)

Смешанные перевозêи: допóстимая наãрóзêа на ось ó тяжеловесных поездов: свыше 35 т; особенности плана пóти радиóс êривых < 875 м; объем перевозоê: 20 29 млн. т

Примерно че-рез 6 мес

Примерночерез 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рель-сов высоêоãоêачества;óлóчшенныеêрестовины сподпрóжи-ненным сер-дечниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 350 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балласт-ной призмы300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êа-чества деревян-ные или моно-блочные железо-бетонные. Номи-нальное расстоя-ние междó шпала-ми: 490 мм для де-ревянных; 600 ммдля железобетон-ных

136 RE илиМСЖД 60

Повышенно-ãо êачества впрямых, выс-шеãо êачествав êривых

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии

пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтови для обработêи рельсо-вых стыêов (деформацияматериала)

Предельныйизнос по про-êатó 2 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Специальноразработан-ный (см.часть 2, раз-дел 2.5)

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-об-разным дисêом, êлассаAAR С, диаметром1000 мм или равноцен-ные

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-62 x

o 4-62 x

Таблица 4.4(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 30 34 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерно че-рез 3 мес

Примерно че-рез 3 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рель-сов высоêоãоêачества;óлóчшенныеêрестовины сподпрóжи-ненным сер-дечниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 300 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êачествадеревянные илимоноблочные же-лезобетонные. Но-минальное рас-стояние междóшпалами: 500 мм для деревянных;600 мм для железо-бетонных

136 RE илиМСЖД 60

Стандартныев прямых, по-вышенноãоêачества вêривых

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтови для обработêи рельсо-вых стыêов (деформацияматериала)

Предельныйизнос по про-êатó 2 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Специальноразработан-ный (см.часть 2, раз-дел 2.5)

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-63 x

o 4-63 x

Таблица 4.5(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 30 34 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерночерез 4 мес

Примерно че-рез 4 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Из рельсоввысоêоãо êа-чества; óлóч-шенные êрес-товины с не-подвижнымсердечниêом

Слой просеянноãощебня толщиной300 мм + подбал-ластный слой тол-щиной 200 мм;ширина плечабалластной приз-мы 300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êачествадеревянные илимоноблочные же-лезобетонные.Номинальное рас-стояние междóшпалами: 500 мм для деревянных;600 мм для желе-зобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Стандартныев прямых, по-вышенноãоêачества вêривых

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтови для обработêи рельсо-вых стыêов (деформацияматериала)

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Класса AAR1B или равно-ценный

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом, êлас-са AAR С, диаметром900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-64 x

o 4-64 x

Таблица 4.6(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 30 34 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Примерночерез 6 мес

Примерно че-рез 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Из рельсоввысоêоãо êа-чества; óлóч-шенныеêрестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 250 мм +подбалластныйслой толщиной100 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 300 мм

Упрóãие вêривых, óпрó-ãие или êос-тыльные впрямых

Высоêоãо êачествадеревянные илимоноблочные желе-зобетонные. Номи-нальное расстояниемеждó шпалами:500 мм для дере-вянных; 600 мм дляжелезобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Стандартныев прямых, по-вышенноãоêачества вêривых

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтови для обработêи рельсо-вых стыêов (деформацияматериала). Различноедля êривых и прямых приобработêе рельсовыхстыêов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Класса AAR1B или равно-ценный

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом, êлас-са AAR С, диаметром900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-65 x

o 4-65 x

Таблица 4.7(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 25 29 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерночерез 4 мес

Примерно че-рез 3 6 месс мониторин-ãом профилярельсов

Танãенци-альные;êрестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 300 мм +подбалластныйслой толщиной100 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êачествадеревянные или мо-ноблочные железо-бетонные. Номи-нальное расстояниемеждó шпалами:500 мм для дере-вянных; 600 мм дляжелезобетонных

132 RE илиМСЖД 60

Стандартныев прямых,повышенно-ãо êачества вêривых

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифова-ние для óстранения вол-нообразноãо износа и по-верхностных дефеêтов идля обработêи рельсовыхстыêов (деформация ма-териала). Различное дляêривых и прямых при об-работêе рельсовых стыêов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Класса AAR1B или равно-ценный

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные,с S-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-66 x

o 4-66 x

Таблица 4.8(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 25 29 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 4 мес

Примерно че-рез 4 6 месс мониторин-ãом профилярельсов

Крестовиныс неподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 250 мм; ши-рина плеча бал-ластной призмы300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êачества де-ревянные или моно-блочные железобетон-ные. Номинальноерасстояние междóшпалами: 500 мм длядеревянных; 600 ммдля железобетонных

132 RE илиМСЖД 60

Стандартные 30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельса µ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифование дляóстранения волнообразноãо износаи поверхностных дефеêтов и дляобработêи рельсовых стыêов(деформация материала). Различ-ное для êривых и прямых при обра-ботêе рельсовых стыêов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или само-óстанавливаю-щиеся

КлассаAAR 1Bили равно-ценный

Высоêоãо êа-чества, термо-обработанные,с S-образнымдисêом, êлассаAAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-67 x

o 4-67 x

Таблица 4.9(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 25 29 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Примерно че-рез 6 мес

Примерночерез 6 месс мониторин-ãом профилярельсов

Крестовиныс неподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластнойпризмы 250 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êачества дере-вянные или моноблоч-ные железобетонные.Номинальное расстояниемеждó шпалами: 500 мм для деревянных; 600 ммдля железобетонных

132 RE илиМСЖД 60

Стандарт-ные

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые заме-ры с обеспе-чением опти-мальной эêо-номичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифование дляóстранения волнообразноãо изно-са и поверхностных дефеêтов идля обработêи рельсовых стыêов(деформация материала). Различ-ное для êривых и прямых при об-работêе рельсовых стыêов

Предельныйизнос попроêатó 3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные или са-моóстанавли-вающиеся

Класса AAR 1Bили равноцен-ный

Высоêоãо êа-чества, термо-обработанные,с S-образнымдисêом, êлассаAAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-68 x

o 4-68 x

Таблица 4.10(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 20 24 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерночерез 6 мес

Примерно че-рез 6 8 месс мониторин-ãом профилярельсов

Танãенци-альные;êрестовиныс неподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластнойпризмы 300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Высоêоãо êачества дере-вянные или моноблоч-ные железобетонные.Номинальное расстояниемеждó шпалами: 500 мм для деревянных; 600 ммдля железобетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стан-дартные

Более 50млн. т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêономич-ности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*; в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêоешлифование дляóстранения волно-образноãо износа иповерхностных де-феêтов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR1B или рав-ноценный

Высоêоãо êачества, термо-обработанные, с S-образ-ным дисêом, êласса AAR С,диаметром 830 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-69 x

o 4-69 x

Таблица 4.11(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 20 24 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 8 мес

Примерно че-рез 8 10 месс мониторин-ãом профилярельсов

Крестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 250 мм; ши-рина плеча бал-ластной призмы300 мм

Упрóãие вêривых,óпрóãие илиêостыльныев прямых

Деревянные или мо-ноблочные железобе-тонные. Номиналь-ное расстояние междóшпалами: 500 мм длядеревянных; 600 ммдля железобетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêономич-ности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30, ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифо-вание для óстраненияволнообразноãо износа иповерхностных дефеêтов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Улóчшен-ные стан-дартныетрехэле-ментные

Класса AAR1B или рав-ноценный

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 830 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-70 x

o 4-70 x

Таблица 4.12(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 20 24 т;особенности плана пóти радиóс êривых менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Примерно че-рез 8 10 мес

Примерно че-рез 8 10 месс мониторин-ãом профилярельсов

Крестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластнойпризмы 250 мм

Упрóãие вêривых, óпрó-ãие или êос-тыльные впрямых

Деревянные или моно-блочные железобетон-ные. Номинальное рас-стояние междó шпала-ми: 500 мм для дере-вянных; 600 мм для же-лезобетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêоно-мичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30,ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40, ∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шлифова-ние для óстранения вол-нообразноãо износа и по-верхностных дефеêтов

Предельный из-нос по проêатó3 мм

Улóчшенныестандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR1B или равно-ценный

Высоêоãо êачества,термообработанные,с S-образнымдисêом, êласса AARС, диаметром 830 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-71 x

o 4-71 x

Таблица 4.13(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи более 35 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерно че-рез 3 мес

Примерно че-рез 3 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенци-альные изрельсов вы-соêоãо êа-чества; êрес-товины с по-движнымсердечниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 350 мм + под-балластный слойтолщиной 200 мм;ширина плеча бал-ластной призмы250 мм

Упрóãие илис заершен-ными êос-тылями

Высоêоãо êачества де-ревянные или моно-блочные железобетон-ные. Номинальноерасстояние междóшпалами: 500 мм длядеревянных; 600 ммдля железобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Высоêоãоêачества

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замеры дляобеспечения опти-мальной эêоно-мичности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30,ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêоешлифование дляóстранения волно-образноãо износа иповерхностных де-феêтов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Стандартныетрехэлементныес óлóчшеннымрессорным под-вешиванием

Специальноразработан-ный

Высоêоãо êачества,термообработанные,с S-образным дис-êом, êласса AAR С,диаметром 1000 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельный износЛóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-72 x

o 4-72 x

Таблица 4.14(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи более 35 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 4 мес

Примерно че-рез 4 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рельсоввысоêоãо êа-чества; óлóч-шенные êрес-товины с под-прóжиненнымсердечниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 350 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Высоêоãо êачествадеревянные илимоноблочные желе-зобетонные. Номи-нальное расстояниемеждó шпалами:500 мм для дере-вянных; 600 мм дляжелезобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Высоêоãоêачества

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêоно-мичности

В êривых: рабочая ãраньµ < 0,25 0,30, ãоловêа рельсаµ <~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*; в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое шли-фование для óстране-ния волнообразноãоизноса и поверхност-ных дефеêтов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Стандартныетрехэлементныес óлóчшеннымрессорным под-вешиванием

Специальноразработан-ный

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 1000 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-73 x

o 4-73 x

Таблица 4.15(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи более 35 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Примерно че-рез 6 мес

Примерно че-рез 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рельсоввысоêоãо êа-чества; óлóч-шенные êресто-вины с подпрó-жиненным сер-дечниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 350 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 250 мм

Упрóãие илис заершен-ными êос-тылями

Высоêоãо êачествадеревянные или мо-ноблочные железо-бетонные. Номи-нальное расстояниемеждó шпалами:500 мм для деревян-ных; 600 мм для же-лезобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Высоêоãоêачества

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêономич-ности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30,ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêоешлифование дляóстранения волно-образноãо износа иповерхностных де-феêтов

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Стандартные трех-элементные илистандартные трех-элементные с óлóч-шенным рессор-ным подвешива-нием

Специальноразработанный

Высоêоãо êачества,термообработанные,с S-образным дис-êом, êласса AAR С,диаметром 1000 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-74 x

o 4-74 x

Таблица 4.16(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 30 34 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерночерез 4 мес

Примерно че-рез 4 6 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные из рель-сов высоêоãоêачества;óлóчшенныеêрестовины сподпрóжи-ненным сер-дечниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 300 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные.Номинальноерасстояние междóшпалами: 500 мм для деревянных;600 мм для желе-зобетонных

136 RE илиМСЖД 60

Стандартныев прямых, по-вышенноãоêачества вêривых

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêо-

пия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêономич-ности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30,ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое профи-лаêтичесêое шлифова-ние для восстановле-ния êонформноãо êон-таêта êолеса и рельса сêонтролем врóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Стандартные трех-элементные илистандартные трех-элементные с óлóч-шенным рессорнымподвешиванием

Специальноразработанный

Высоêоãо êа-чества, термо-обработанные, сS-образнымдисêом, êлассаAAR С, диа-метром 1000 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-75 x

o 4-75 x

Таблица 4.17(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 30 34 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 4 6 мес

Примерно че-рез 6 8 мес смониторин-ãом профилярельсов

Из рельсоввысоêоãо êа-чества; óлóч-шенныеêрестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 300 мм +подбалластныйслой толщиной200 мм; ширинаплеча балласт-ной призмы250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные.Номинальное рас-стояние междóшпалами: 500 мм для деревянных;600 мм для желе-зобетонных

132 RE илиМСЖД 60

Стандартныев прямых, по-вышенноãоêачества вêривых

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêономич-ности

В êривых: рабочая ãрань µ < 0,25 0,30,ãоловêа рельсаµ ~ 0,35 0,40,∆µ < 0,10 0,15*;в прямых: ãоловêа рельсаµ ~ 0,35

Периодичесêое профи-лаêтичесêое шлифова-ние для восстановле-ния êонформноãо êон-таêта êолеса и рельса сêонтролем врóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Стандартные трех-элементные илистандартные трех-элементные сóлóчшенным рес-сорным подвеши-ванием

Класса AAR1B или равно-ценный

Высоêоãоêачества, термо-обработанные,с S-образнымдисêом, êлассаAAR С, диаметром900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êолес/рельсовПрофили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

*Разность в êоэффициентах трения слева направо; µ êоэффициент трения.

o 4-76 x

o 4-76 x

Таблица 4.18(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 30 34 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Примерно че-рез 6 мес

Примерно че-рез 6 8 мес смониторин-ãом профилярельсов

Из рельсоввысоêоãо êа-чества; óлóч-шенныеêрестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеянноãощебня толщиной250 мм + подбал-ластный слой тол-щиной 100 мм; ши-рина плеча балласт-ной призмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные. Но-минальное рас-стояние междóшпалами: 500 мм для деревянных;600 мм для железо-бетонных

132 RE илиМСЖД 60

Стандарт-ные

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспеченияоптимальнойэêономичности

В êривых принеобходимости

Периодичесêое профилаêти-чесêое шлифование для вос-становления êонформноãоêонтаêта êолеса и рельса сêонтролем врóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 3 мм

Стандартные трехэле-ментные или стан-дартные трехэлемент-ные с óлóчшеннымрессорным подвеши-ванием

Класса AAR1B или равно-ценный

Высоêоãо êа-чества, термо-обработанные, сS-образнымдисêом, êлассаAAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельный износЛóбриêацияêолес/рельсов

Профили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

o 4-77 x

o 4-77 x

Таблица 4.19(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 25 29 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерно че-рез 4 6 мес

Примерно че-рез 6 8 мес смониторин-ãом профилярельсов

Танãенциаль-ные; êресто-вины с непо-движнымсердечниêом

Слой просеянно-ãо щебня толщи-ной 300 мм +подбалластныйслой толщиной100 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные. Но-минальное рас-стояние междóшпалами: 500 мм для деревянных;600 мм для железо-бетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные в пря-мых, по-вышенно-ãо êачествав êривых

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замеры дляобеспечения опти-мальной эêономич-ности

В êривых принеобходимости

Периодиче-сêий êонтрольврóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 4 мм

Стандартные трехэле-ментные или стандарт-ные трехэлементные сóлóчшенным рессорнымподвешиванием

Класса AAR 1Bили равноцен-ный

Высоêоãо êачества,термообработанные, сS-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельный износЛóбриêацияêолес/рельсов

Профили и техничесêоеобслóживание

ТележêиКолеса

o 4-78 x

o 4-78 x

Таблица 4.20(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 25 295 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 6 мес

Примерно че-рез 6 8 мес смониторин-ãом профилярельсов

Крестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеянноãощебня толщиной250 мм; ширинаплеча балластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные желе-зобетонные. Номи-нальное расстояниемеждó шпалами:500 мм для дере-вянных; 600 мм дляжелезобетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспеченияоптимальной эêо-номичности

В êривых принеобходимости

Сначала восстановлениепрофиля до исходноãо, за-тем периодичесêое поддер-жание с измерениями и êон-тролем врóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 4 мм

Стандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR 1Bили равноцен-ный

Высоêоãо êачества,термообработанные, сS-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 900 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельный износЛóбриêацияêолес/рельсов

Профили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

o 4-79 x

o 4-79 x

Таблица 4.21(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 25 29 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Примерно че-рез 6 мес

Примерно че-рез 6 8 мес смониторин-ãом профилярельсов

Крестовиныс неподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные. Но-минальное рас-стояние междóшпалами: 520 мм для деревянных;630 мм для железо-бетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стандартные20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспеченияоптимальной эêо-номичности

В êривых принеобходимости

Сначала восстановлениепрофиля до исходноãо, за-тем периодичесêое поддер-жание с измерениями иêонтролем врóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 4 мм

Стандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR 1Bили равноцен-ный

Высоêоãо êачества,термообработанные, сS-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 900 мм или рав-ноценные

рельсовêолеспрофильтип

Предельный износЛóбриêацияêолес/рельсов

Профили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

o 4-80 x

o 4-80 x

Таблица 4.22(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 20 24 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность более 50 млн. т/ãод

Примерно че-рез 6 мес

Примерно че-рез 6 8 мес смониторинãомпрофиля рель-сов

Крестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные. Рас-стояние междóшпалами: пример-но 610 мм для де-ревянных; 680 ммдля железобетон-ных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные

Более 50 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспече-ния оптималь-ной эêономич-ности

В êривых принеобходимости

Сначала восстановлениепрофиля до исходноãо, затемпериодичесêое поддержаниес измерениями и êонтролемврóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 4 мм

Стандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR 1Bили равноцен-ный

Высоêоãо êачества, тер-мообработанные, с S-об-разным дисêом, êлассаAAR С, диаметром 830 ммили равноценные

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêацияêолес/рельсов

Профили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

o 4-81 x

o 4-81 x

Таблица 4.23(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 20 24 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 30 49 млн. т/ãод

Примерно че-рез 8 мес

Примерно че-рез 8 10 мес смониторинãомпрофиля рель-сов

Крестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой просеян-ноãо щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластнойпризмы 250 мм

Упрóãие или сзаершеннымиêостылями

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные.Расстояние меж-дó шпалами: при-мерно 610 мм для деревянных;680 мм для желе-зобетонных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные

30 49 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

Частые замерыдля обеспеченияоптимальной эêо-номичности

В êривых принеобходимости

Сначала восстановлениепрофиля до исходноãо, за-тем периодичесêое поддер-жание с измерениями и êон-тролем врóчнóю

Предельныйизнос по про-êатó 4 мм

Стандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR 1Bили равноцен-ный

Высоêоãо êачества,термообработанные, сS-образным дисêом,êласса AAR С, диа-метром 830 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельный износЛóбриêация êо-лес/рельсов

Профили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

o 4-82 x

o 4-82 x

Таблица 4.24(ã)

Условия эêсплóатационной деятельности: специализированная линия для тяжеловесноãо движения; осевые наãрóзêи 20 24 т;особенности плана пóти радиóс êривых не менее 875 м; ãрóзонапряженность 20 29 млн. т/ãод

Один раз вãод

Один раз вãод

Крестовины снеподвиж-ным сердеч-ниêом

Слой щебня тол-щиной 250 мм;ширина плечабалластной приз-мы 250 мм

С заершен-ными êос-тылями илиóпрóãие

Деревянные илимоноблочные же-лезобетонные.Расстояние междóшпалами: пример-но 610 мм для де-ревянных; 680 ммдля железобетон-ных

115 RE илиМСЖД 54

Стандарт-ные

20 29 млн.т/ãод

массатип

Рельсоваядефеêтосêопия

Контрольãеометрии пóти

Стрелочныепереводы и

êрестовины

БалластРельсовыесêрепления

ШпалыРельсыГрóзонапря-женность

В êривых принеобходимости

Сначала восстановлениепрофиля до исходноãо,затем периодичесêоеподдержание с измере-ниями и êонтролемврóчнóю

Предельный износ по проêатó4 мм; сначала восстановлениепрофиля до исходноãо, затемпериодичесêое поддержание сизмерениями и êонтролемврóчнóю

Стандартныетрехэлемент-ные

Класса AAR 1BВысоêоãо êа-чества, термо-обработанные,с S-образнымдисêом, êлассаAAR С, диа-метром 830 мм

рельсовêолеспрофильтип

Предельныйизнос

Лóбриêация êо-лес/рельсов

Профили и техничесêое обслóживаниеТележêиКолеса

o 4-83 x

o 4-83 x

(Пóстая страница)

o 4-84 x

Часть&5.&ОБЕСПЕЧЕНИЕОПТИМАЛЬНЫХ&УСЛОВИЙРАБОТЫ&КОЛЕСА&И&РЕЛЬСААвторы: Майêл Д. РОУНИ (Michael D. Roney), член Советадиреêторов IHHA, д-р Виллем ЭБЕРСЁН (WillemEbersöhn), член Техничесêоãо êомитета по подãотовêе êниãи

5.1. Обеспечение&оптимальной&работы&Fолеса&и&рельса

Рельс представляет собой наиболее дороãой элемент пóтевой стрóêтóры.На мноãих железных дороãах расходы в рельсовом хозяйстве стоят на тре-тьем месте после затрат на оплатó трóда и топливно-энерãетичесêих ресóр-сов. Поездная наãрóзêа (по пропóсêó тоннажа), выдерживаемая рельсомв течение сроêа еãо слóжбы до снятия с пóти, варьирóется от 100 млн. до2,5 млрд. т брóтто.

В êачестве примера óправления расходами в рельсовом хозяйстве пред-положим, что óêладêа 1 êм рельсов стоит 180 тыс. дол. США. Специалис-ты-пóтейцы пришли ê выводó, что на поверхности êатания рельсов обра-зовалось мноãо дефеêтов óсталостноãо происхождения, êоторые привелиê исчерпанию ресóрса рельсов. Было принято решение о замене рельсов,имеющих ê томó времени лиêвидационнóю стоимость 18 тыс. дол.

Предположим далее, что вместо замены рельсов выполнили их êорреê-тирóющее шлифование, обошедшееся в 1800 дол., и оставили рельсы в пó-ти. Таêим образом, железная дороãа вложила в строительство новоãо объ-еêта инфрастрóêтóры 180 000 18 000 1800 = 160 200 дол. При êоэффи-циенте оêóпаемости êапитальных вложений, равном 20 %, полóченный впервом ãодó доход составил 160 000 × 20 % = 32 000 дол.

В следóющем ãодó пóтейцы óстановили, что рельсы достиãли допóсти-моãо предела износа, и запланировали заменó рельсов, что обошлось те-перь в 187 200 дол. из-за роста цены на 4 %. Но при этом железная дороãаобеспечила себе эêономию 32 000 (187 200 180 000) = 24 800 дол. за счетотсрочêи замены рельсов на рассматриваемом êилометре без последствийза дополнительный ãод слóжбы.

Блаãодаря маêсимально возможной отсрочêе замены рельсов без рисêадля безопасности движения поездов можно эêономить значительные сред-ства. Естественно, в обязанности специалистов-пóтейцев входит обеспече-ние наиболее эффеêтивноãо использования рельсов, и в достижении этойцели действенными средствами являются поддержание оптимальноãо про-филя рельсов и тщательный êонтроль их техничесêоãо состояния.

В приведенном выше примере не óчтено влияние продления сроêаслóжбы рельсов на расходы, связанные с дрóãими фаêторами, например с

o 5-1 x

изнашиванием êолес и расходом топлива. К томó же недопóстимо сóще-ственное повышение степени рисêа выхода рельсов из строя.

Для оптимизации сроêа слóжбы рельсов и êолес необходимо, чтобыóправление состоянием этих êомпонентов осóществлялось в êомплеêсе,посêольêó именно хараêтер их взаимодействия определяет работó êаждоãоêомпонента. В первóю очередь следóет óделить внимание рельсам, таê êаêони находятся в неизменном положении в пóти и более достóпны для те-êóщеãо содержания и ремонта, в то время êаê êолеса подвижноãо составаперемещаются по рельсам и пóти, имеющим различные параметры, и по-этомó óправлять состоянием êолес сложнее. Для оптимизации взаимо-действия êолес и рельсов требования ê êолесам должны соãласовываться стребованиями ê рельсам.

Продлить сроê слóжбы рельсов и снизить связанные с их эêсплóатаци-ей расходы можно за счет реализации êомплеêса следóющих мер: пере-профилирования рельсов; óправления трением (с применением различ-ных видов лóбриêации); êонтроля ширины êолеи; êонтроля состояниярельсов.

Перепрофилирование рельсов. Сроê слóжбы рельсов и êолес óменьшаетсяпри óхóдшении óсловий их êонтаêта вследствие смещения полосы êонтаê-та или смятия ãоловêи рельса. Реãóлярным снятием металла можно óправ-лять êонтаêтной óсталостью рельса, êоторая в êонечном счете связана свнóтренними дефеêтами. Возниêновением и развитием дефеêтов можноóправлять периодичесêим перепрофилированием рельсов.

Управление трением. Обеспечение êоэффициентов трения на рабочейãрани и поверхности êатания ãоловêи рельса в заданных (разных для êаж-дой поверхности) пределах может способствовать снижению износа рель-сов и êолес и óменьшению расхода топлива.

Контроль ширины êолеи. С óвеличением боêовоãо износа рельсов проис-ходит óширение êолеи и изменение местоположения зоны êонтаêта êолесаи рельса, что может óвеличить изнашивание и êонтаêтнóю óсталость. Приóширении êолеи в резóльтате динамичесêоãо воздействия êолес в рельсахмоãóт возниêать êонтаêтно-óсталостные дефеêты. Лóбриêацией и поддер-жанием рельсовых сêреплений в надлежащем состоянии можно повыситьстабильность ширины êолеи.

Контроль состояния рельсов. Контаêтная óсталость рельсов под воздей-ствием высоêих осевых наãрóзоê в сочетании с óменьшением поперечноãосечения ãоловêи рельса в резóльтате изнашивания и шлифования являетсяидеальной предпосылêой для разработêи и реализации на праêтиêе систе-мы теêóщеãо содержания и ремонта пóти по фаêтичесêомó состоянию сиспользованием имеющихся на сеãодняшний день измерительныхóстройств. По мере интенсифиêации развития неêоторых внóтренних де-феêтов они моãóт быть выявлены с помощью современных средств дефеê-тосêопии, и при обнарóжении дефеêтов, выходящих за пределы допóсти-моãо, соответствóющий рельс следóет заменить. Достижения технолоãиипозволяют достаточно точно и единообразно измерять профиль рельса и,

o 5-2 x

соответственно, определять интенсивность изнашивания и на основанииэтоãо планировать теêóщее содержание и ремонт.

Аналоãичным образом технолоãия измерения профиля êолес и, в неêо-торой степени, технолоãия обнарóжения дефеêтов в êолесах таêже можетспособствовать переходó от системы плановоãо техничесêоãо обслóжива-ния и ремонта ê системе по фаêтичесêомó состоянию. К сожалению,óправление надежностью êолес, а таêже их техничесêое обслóживание иремонт находятся не на столь высоêом óровне, êаê óправление надеж-ностью рельсов. Например, одна из железных дороã с тяжеловесным дви-жением сообщила, что в 2000 ã. из общеãо числа аварий на долю связанныхс неисправностями пóти пришлось 23 %, а с повреждениями êолес 5 %.Однаêо аварии из-за êолес имели более тяжелые последствия, и óщерб отних составил 31 % общеãо. Соãласно статистичесêим данным по безопас-ности движения Федеральной железнодорожной администрации США(FRA), доля аварий, обóсловленных состоянием пóти, была равна 36 %, асостоянием êолес 3 %; при этом 11 % сходов подвижноãо состава, при-писанных состоянию пóти, произошли из-за излома рельсов [1].

По значительным óбытêам от сходов подвижноãо состава с рельсов,связанных с повреждениями êолес, можно сóдить о недостаточном вни-мании, óделяемом óправлению надежностью êолес по сравнению сóправлением надежностью рельсов. Праêтиêа поêазывает, что,например, êолеса, êоторые эêсплóатирóются на линии с ãрóзонапряжен-ностью 27 млн. т брóтто/ãод (типичный слóчай), в течение 5 лет проверя-ются и обтачиваются примерно 2 раза, тоãда êаê рельсы за этот же периодпроверяются óльтразвóêовым дефеêтосêопом и перепрофилирóются 16раз. Вместе с тем в последние 10 лет железные дороãи стали больше внима-ния óделять êонтролю состояния зоны êонтаêта êолесо рельс, хотя и невсеãда с должной мерой соãласованности междó специалистами слóжб пó-ти и подвижноãо состава.

Каê долãо может оставаться в пóти рельс, достаточно часто осматривае-мый и êонтролирóемый? В зависимости от óсловий эêсплóатации расходыв рельсовом хозяйстве можно минимизировать, заменяя рельсы вследствиепредельноãо износа ãоловêи, а не по дрóãим причинам, например из-заêонтаêтной óсталости. Это вызывает необходимость пересмотра норм маê-симально допóстимоãо износа рельсов.

В прошлом предельные нормы износа рельсов были связаны с недопó-щением êасания ãребнем êолеса стыêовой наêладêи, однаêо внедрениебесстыêовоãо пóти óстранило это препятствие. Дрóãим соображением,принимавшимся во внимание в прошлом, особенно при осевых наãрóзêах27 т и более и при применении стандартных рельсов, было то, что рельспри достижении износа, близêоãо ê допóсêаемомó, в резóльтате пластиче-сêих деформаций обычно изменял формó ãоловêи, что способствовало по-вышению динамичесêоãо воздействия подвижноãо состава на пóть.

При êонтролировании óсловий взаимодействия êолеса и рельса и ихпрофилей появляется возможность обеспечения сроêа слóжбы рельсов ис-

o 5-3 x

ходя из полноãо использования предела теêóчести рельсовой стали. Дляполноãо использования ресóрса рельсов целесообразно:

1. Разрабатывать проеêтные профили рельса, обеспечивающие мини-мальные êонтаêтнóю óсталость и износ. Основным óсловием сниженияêонтаêтной óсталости рельсов является соответствие (êонформность) про-филей рельса и êолеса. В рабочей ãрóппе должен быть специалист по по-движномó составó, êоторый бóдет давать реêомендации по êолесам и ис-следовать возможность совместной оптимизации профилей êолеса и рель-са (эти вопросы рассмотрены в предыдóщих частях êниãи);

2. Измерять состояние рельсов и êолес для определения потребности втехничесêом обслóживании и ремонте;

3. Разработать методолоãию проãнозирования изнашивания рельсов иêолес;

4. Разработать методолоãию проãнозирования êонтаêтно-óсталостнойдолãовечности рельса и êолеса.

5. Выполнить эêономичесêóю оценêó рельсов различных типов исходяиз соответствия их прочности и надежности óсловиям эêсплóатации.Определить сферы применения рельсов из стали высоêоêачественных исредних мароê на линиях с разной ãрóзонапряженностью и в êривых раз-ноãо радиóса исходя из минимальной стоимости их содержания за весьсроê слóжбы. На основе техниêо-эêономичесêоãо анализа разработатьсистемó переêладêи и повторноãо использования староãодных рельсов;

6. Ввести в праêтиêó перепрофилирование (профильное шлифование)рельсов до очертаний проеêтноãо профиля для óстранения выêрашиванийметалла, волнообразноãо износа и сетêи параллельных трещин на рабочейвыêрóжêе ãоловêи;

7. Установить напольные лóбриêаторы в местах повышенной интен-сивности боêовоãо износа рельсов;

8. Ввести óвеличенные пределы допóсêаемоãо износа рельсов, óложен-ных на второстепенных линиях, и разработать для этоãо новóю êонстрóê-цию стыêовой наêладêи;

9. Установить новые пределы допóсêаемоãо износа êолес;10. Реãóлярно и достаточно часто проводить óльтразвóêовóю дефеêто-

сêопию рельсов, а таêже реãóлярно измерять параметры их профиля и из-носа. При этом важное значение имеет êачественная оценêа резóльтатовизмерений. Для разработêи единой политиêи в этой области необходимоопределить взаимосвязь износа рельсов и состояния пóти по ãеометриче-сêим параметрам, в том числе по óширению êолеи;

11. Реãóлярно и достаточно часто проводить дефеêтосêопию êолес, атаêже реãóлярно измерять параметры их профиля;

12. Реãóлярно и достаточно часто осóществлять шлифование рельсов.Периодичность шлифования, êоторое предпочтительно выполнять за одинпроход, óстанавливать исходя из недопóщения пластичесêих деформацийи наêопления êонтаêтной óсталости в металле ãоловêи междó очереднымишлифованиями;

o 5-4 x

13. Сêорреêтировать нормативы перепрофилирования рельсов и перио-дичность проверêи рельсов на линиях с óвеличенными допóсêами на износрельсов;

14. Внедрить системó перепрофилирования êолес по их фаêтичесêомóсостоянию.

Не все из óêазанных мер сразó дадóт сóщественнóю эêономию эêсплóа-тационных расходов, однаêо предполаãается, что в продление сроêа слóж-бы рельсов и êолес частичный вêлад внесет êаждая из них. Решающее зна-чение в осóществлении этой стратеãии имеет ясное понимание всеми спе-циалистами êонечной цели и роли êаждоãо из элементов системы. Этопотребóет от рóêоводства слóжб пóти и специалистов-пóтейцев овладениязнаниями о роли правильноãо определения профилей рельсов и êолес, ме-ханизмах êонтаêтной óсталости рельсов и интенсивности их изнашивания.

5.2. Стр$%т$рная)де,радация)рельсов

5.2.1. Контроль)состояния)рельсов

Возниêновение внóтренних дефеêтов в рельсах является неизбежнымследствием наêопления êонтаêтной óсталости от мноãоêратноãо воз-действия наãрóзоê от êолес подвижноãо состава. Для обеспечения маêси-мальноãо сроêа слóжбы рельсов железные дороãи с тяжеловесным движе-нием êонтролирóют интенсивность возниêновения дефеêтов в рельсах,основываясь на резóльтатах их периодичесêой проверêи óльтразвóêовымиили индóêционными средствами êонтроля, с заменой рельсов с очевидны-ми признаêами êонтаêтно-óсталостных повреждений.

Последствия внóтренних дефеêтов моãóт быть весьма серьезными. Не-выявленный дефеêт может привести ê изломó рельса с последóющим пере-рывом в движении поездов и даже ê более êатастрофичесêим последстви-ям. Даже в слóчае единичноãо излома сóщественные расходы бóдóт связа-ны, êаê минимóм, с вырезêой дефеêтноãо места и óстройством двóх свар-ных стыêов, а при наличии несêольêих дефеêтов может потребоваться за-мена всеãо рельса.

Соãласно статистичесêим данным FRA за 1999 ã. [5.1], 11 % аварий бы-ли связаны с рельсами и стыêовыми соединениями. На рис. 5.1 поêазанораспределение происшествий в 1999 ã. с óêазанием вызвавших их дефеêтовв рельсах и стыêовых соединениях.

Задача заêлючается в том, чтобы предотвратить разрóшение рельсов вэêсплóатации из-за невыявленных дефеêтов. Повреждение рельсов требóетбольших затрат на óстранение и может приводить ê дороãостоящим пере-рывам в движении поездов и даже сходам подвижноãо состава. В этихóсловиях дефеêтосêопия рельсов иãрает важнóю роль в обеспечении без-опасности движения на линии и в то же время позволяет избежать излиш-ней перестраховêи при замене подозрительных рельсов. Эêсплóатацион-ный опыт поêазывает, что на железных дороãах Северной Америêи с тяже-ловесным движением при интервалах междó проверêами, соответствóю-щих пропóсêó поездной наãрóзêи 18 млн. т брóтто, ежеãодно выявляется

o 5-5 x

0,4 дефеêта на 1 êм пóти, в том числе óãрожающих безопасности движения0,06 дефеêта на 1 êм. Один таêой дефеêт из 200 приводит ê сходó подвиж-ноãо состава из-за излома рельса. Обычно рельсы заменяют при наличиина 1 êм пóти одноãо-двóх дефеêтов [2].

При êонтроле состояния рельсов решающее значение имеет интервалмеждó проверêами. Чтобы минимизировать себестоимость рисêов, адми-нистрация железной дороãи должна выбирать частотó проходов êонтроль-но-измерительных средств исходя из баланса стоимости êонтроля и заме-ны рельсов с óчетом предполаãаемых óбытêов от возможных сходов. Приэтом надежность и рабочая сêорость измерительной системы иãраютважнóю роль.

5.2.2. Основные(положения(.правления(рис1ами

Основная цель дефеêтосêопии рельсов заêлючается в снижении ãодо-вых расходов, связанных с изломом рельсов. Однаêо при этом следóет óчи-тывать большое число переменных параметров, важнейшие из êоторыхприведены на рис. 5.2.

Непосредственная стоимость невыявленных повреждений рельсовпредставляет собой разность междó стоимостью замены лопнóвших рель-сов в аварийной ситóации и стоимостью замены дефеêтных рельсов вобычном порядêе. Стоимость сходов подвижноãо состава по причине не-выявленных изломов рельса является êосвенной величиной, хараêтери-зóющей низêóю надежность и достоверность êонтроля состояния рельсов.Таê êаê сходы являются редêим событием, óбытêи от них рассчитывают вãодовом исчислении. Посêольêó вероятность сходов обычно определяетсястатистичесêим пóтем на основании данных за прошедший период, приве-

o 5-6 x

Рис. 5.1. Распределение причин êрóшений по видам дефеêтов в рельсах и стыêовых наêладêах

Поперечная/сложная трещина

Лопнувшая подошва рельса

Вертикальное расслоение головкиПродольная трещина в месте перехода

головки в шейку (наружная сторона стыка)

Выкрашивание металла

Другие дефекты в рельсе и стыке

Лопнувший сварной стык

Горизонтальное расслоение головки

Излом стыковой накладки

Износ рельса

Продольная трещина в месте переходаголовки в шейку (внутренняя сторона стыка)

Искажение профиля головки рельса

Трещина в шейке от болтового отверстия

Излом болтов в стыке или их отсутствие

21%

17%

15%

13%

12%

4%

4%

3%

3%

3%

2%

1%

1%

1%

o 5-7 x

Предполагаемаястоимость

сходов за год

Стоимостьзадержекпоездов

Стоимостьэкстренного

ремонтарельсов

Системасигнализации

Числопоездовв сутки

Общее числодефектов

в пути

Числообнаруженных

дефектов

НаселенностьВид

грузовПредполагаемая

тяжесть схода

Предполагаемаясредняя стоимость

одного схода

Интенсивностьвозникновения

дефектовРучная

дефектоскопияЭффективностьдефектоскопии

Периодичностьпроверки

Длинапоездов

Надежностьпроверки

Чистотавоспроизведения

Бдительностьоператора

Квалификацияоператора

Численностьперсонала

Нормативына остродефектC

ные рельсы

Стоимостьпроверки 1 км

Радиускривых

Осевыенагрузки

Интенсивностьроста

дефектов

Качестворельсов

Пропущенныйтоннаж

по рельсу

Системасодержания

пути

Длина проверяемогопути, км/год

Время занятияперегона

Скоростьпроверки

Стоимостьдефектоскопов

Возможностипреобразователя

Предполагаемоечисло сходов за год

Логикапринятия решений

Числоканалов

Скоростьдвижения поездов

Рельефместности

Рис. 5.2. Фаêторы óправления рисêом схода подвижноãо состава из-за излома рельса

денные ãодовые затраты, вызванные сходами, называют предполаãаемойстоимостью сходов. Она таêже зависит от êонêретных хараêтеристиê же-лезной дороãи, таêих, êаê отдаленность трассы, рельеф местности, видãрóза, масса, длина и сêорость движения поездов.

Число выходов из строя рельсов в эêсплóатации тесно связано с эффеê-тивностью êонтроля. При óправлении рисêами требóется высоêая досто-верность êонтроля рельсов, особенно на линиях, ãде имеет место движе-ние длинносоставных поездов с высоêой сêоростью, и вблизи населенныхпóнêтов. Хотя на таêих линиях обращаются тяжеловесные поезда, óбытêиот сходов êоторых моãóт быть весьма значительными, однаêо частота ихдвижения, êаê правило, ниже, чем на линиях со смешанным движением. Вэтих óсловиях интенсивность развития дефеêтов может оêазаться болееравномерной, а для êонтроля состояния рельсов может предоставлятьсябольше времени. Мноãие железные дороãи с тяжеловесным движениемрасполаãают специализированными мобильными êонтрольно-измери-тельными средствами, с помощью êоторых можно проверять рельсы до-статочно часто (даже ежемесячно).

Для обеспечения высоêой эффеêтивности провероê êонтрольно-изме-рительная аппаратóра должна быть достаточно надежной и пройти соот-ветствóющóю настройêó и êалибровêó, с тем чтобы исêлючить ложные по-êазания. Операторы должны иметь высоêóю êвалифиêацию и ответствен-но выполнять свою работó. Частота провероê должна соответствовать ин-тенсивности развития êритичесêих дефеêтов, чтобы по êрайней мере одинпроход, а лóчше несêольêо, выполнялся в период развития дефеêта от ми-нимальной величины, при êоторой еãо можно обнарóжить средствами де-феêтосêопии, до величины, êоторая может óãрожать разрóшением рельса.

На праêтиêе темп развития дефеêтов непостоянен и зависит от мноãихфаêторов, таê что редêо óдается проãнозировать еãо с достаточной досто-верностью. На линиях с тяжеловесным движением êонтроль состояниярельсов сопряжен с определенными трóдностями. Дело в том, что из-завысоêой ãрóзонапряженности интенсивность роста дефеêта высоêая, чтотребóет соêращения интервала междó проверêами. Интенсивность разви-тия дефеêта может таêже возрастать вследствие мноãоêратноãо повторенияединообразных воздействий êолес на рельсы. В то же время высоêие осе-вые наãрóзêи моãóт приводить ê наêоплению êонтаêтных óсталостных по-вреждений поверхности рельса, в резóльтате чеãо поêазания êонтрольно-измерительной аппаратóры моãóт быть ошибочными. Применение рельсовс различными металлóрãичесêими хараêтеристиêами еще более осложняетзадачó. Большинство железных дороã с тяжеловесным движением пытают-ся óправлять рисêами, определяя достоверность êонтроля пóтем оценêиêоличества отêазов, происходящих всêоре после проверêи и сравнения со-отношения êоличества проверенных и дефеêтных рельсов.

o 5-8 x

5.2.3. Интенсивность*развития*дефе1тов*в*рельсах

Основным фаêтором, определяющим вероятность излома рельса, яв-ляется интенсивность, с êоторой развиваются внóтренние дефеêты в нем.Дефеêты имеют стадии зарождения и развития. Опасность настóпает тоãда,êоãда дефеêт в период своеãо роста до êритичесêоãо размера остается не-выявленным. Это происходит в том слóчае, если период развития, напри-мер, трещины до размера, при êотором ее можно обнарóжить, значительноменьше интервала междó проверêами рельсов. На рис. 5.3 приведены при-меры роста дефеêтов рельсов с длительной и êоротêой стадиями развитиядо выхода на поверхность. Примером дефеêта с относительно медленнымразвитием является поперечная трещина, êоторая выявляется при неболь-шом размере вследствие ее расположения в середине ãоловêи рельса; при-мером быстроразвивающеãося дефеêт сварноãо стыêа с плохой провар-êой в зоне шейêи рельса. Трещины в шейêе при первом обнарóженииобычно óже довольно большие и моãóт развиваться достаточно быстро.

В процессе эêсплóатации в рельсах появляется большое число дефеêтов,различающихся своей природой и имеющих разные размеры и интенсив-ность их роста. На типичной линии с тяжеловесным движением распреде-ление дефеêтов различных размеров можно описать эêспоненциальнымзаêоном (рис. 5.4). Имеется мноãо небольших дефеêтов и несêольêо боль-ших. По мере наêопления êонтаêтно-óсталостных дефеêтов в рельсе от

o 5-9 x

5

10

20

30

40

50

60

70

Раз

ме

р д

еф

ект

а в

ре

льс

е, м

м и

ли д

ол

я п

ло

щад

ид

еф

ект

а о

т п

ло

ща

ди

по

пе

ре

чно

го с

ече

ни

я г

ол

овк

и,%

Значительный рисквнезапного разрушения

Минимальный размервыявляемого дефекта

Момент зарождениятрещины, Т

Медленно растущие дефекты,например расслоение шейки,центрально расположенныепоперечные дефекты в теплуюпогоду

Быстрорастущие дефекты,например дефекты в сварCных стыках, изломы подошвырельса, поперечные дефектыв холодную погоду

Необходима по крайнеймере одна проверкав этом интервале дляобнаружениябыстрорастущегодефекта

Т+10 Т+20 Т+30 Т+40 Т+50 Т+60

Пропуск поездной нагрузки, млн. т брутто

Рис. 5.3. Хараêтер роста размеров дефеêтов в рельсах

высоêих êонтаêтных напряжений óже имеющиеся дефеêты развиваются, ивсе больше новых зарождается. Наиболее опасными являются дефеêты,расположенные в правой части êривой распределения. В ней представле-ны представлены дефеêты, величина êоторых достаточна для внезапноãоразрóшения рельса. В действительности распределение внóтренних дефеê-тов по размерó зависит от местных óсловий. На особо ãрóзонапряженномóчастêе или на óчастêе, на êотором óложены рельсы из более заãрязненнойстали, êривая распределения дефеêтов, приведенная на рис. 5.4, смещаетсяв правóю сторонó, и теоретичесêи требóется более частый êонтроль со-стояния рельсов, чтобы обеспечить óровень безопасности не ниже, чем надрóãих óчастêах.

Таê êаê средства дефеêтосêопии наиболее эффеêтивно выявляют де-феêты большой величины, распределение дефеêтов в любой момент вре-мени сдвиãается в зонó их небольших величин. Основными целями про-верêи рельсов являются óстранение наиболее опасных дефеêтов в правойчасти êривой распределения и одновременно выявление всех дефеêтов,êоторые при развитии достиãнóт опасной величины ê моментó следóющейпроверêи. Следовательно, надежность и периодичность провероê иãраютважнóю роль, но при этом еще более важным является их соответствиедрóã дрóãó.

На сеãодняшний день еще недостаточно достоверных данных êаê посêорости роста различных дефеêтов, таê и по их êритичесêим величинам.Исêлючением является заêономерность роста дефеêтов, óстановленная наосновании эêспериментальных исследований Центра транспортных тех-нолоãий (TTCI), дочерней орãанизации Ассоциации америêансêих желез-ных дороã (AAR), на полиãоне для óсêоренных эêсплóатационных испыта-

o 5-10 x

Чи

сло

де

фе

кто

в в

ре

льс

ах

Размер дефекта, мм или доля площади дефекта от площадипоперечного сечения головки, %

Высокие напряжения/загрязненная сталь

Смещение распределенияпо мере наработки поездной нагрузки

Низкие напряжеCния/ чистая сталь

Выявляемые дефекты

Очень опасные дефекты

Рис. 5.4. Распределениепоперечных дефеêтов врельсах по размерам

(35 т/ось, êольцо TTCI)

ний пóти и подвижноãо состава (FAST) в Пóэбло, штат Колорадо, США.Значения интенсивности роста поперечных дефеêтов в êонтролирóемыхóсловиях полóчены обработêой резóльтатов постоянноãо слежения за из-менениями величины дефеêтов в рельсах на эêспериментальном êольце,по êоторомó êóрсировал поезд.

На рис. 5.5 приведены ãрафиêи роста поперечных дефеêтов в зависи-мости от наработêи (пропóщенноãо тоннажа) при движении ãрóженоãо по-езда из ваãонов с осевыми наãрóзêами 35 т [5.3, 5.4]. Проãнозирование на-работêи тоннажа до возниêновения дефеêта представляет определеннóютрóдность, таê êаê после зарождения поперечные дефеêты развиваются не-линейно, êаê следóет из теории механиêи разрóшения. Под воздействиемоднотипноãо подвижноãо состава с высоêими осевыми наãрóзêами интен-сивность роста неêоторых дефеêтов на полиãоне FAST оêазалась достаточ-но высоêой. Высоêой сêорости развития дефеêтов можно ожидать при на-личии в ãоловêе рельса остаточных напряжений растяжения, а таêже принизêих температóрах в бесстыêовых рельсовых плетях, находящихся в рас-тянóтом состоянии.

В приложении А части 3 êниãи приведены типы дефеêтов рельсов в пó-ти и их êодирование, применяемые на железной дороãе Canadian Pacific(CPR).

5.2.4. Критичес(ие)размеры)дефе(тов

Опыт эêсплóатации поêазывает, что рельс может внезапно разрóшить-ся при наличии поперечных дефеêтов величиной до 10 % общей площадипоперечноãо сечения ãоловêи рельса, однаêо реальный рисê возниêает,êоãда поперечный дефеêт занимает более 35 % сечения ãоловêи. Трещиныв шейêе от болтовоãо отверстия начинают быстро расти по достижениидлины 13 мм, а быстрое разрóшение может произойти при длине трещиныболее 25 мм. Обычно железные дороãи Северной Америêи полаãаются нанаêопленный опыт, позволяющий проводить различие междó остроде-

o 5-11 x

20

40

60

80

100

0 20 4010 30 5Пропущенный тоннаж, млн. т брутто

Ра

зме

р д

еф

ект

а(д

ол

я п

ло

щад

и д

еф

ект

а о

т п

ло

щащ

ип

оп

ер

ечн

ого

се

чен

ия

гол

овк

и, %

)

Затененная зонаотображает характер

роста дефектовпри нагрузке 35 т/ось

Рис. 5.5. Интенсивностьроста поперечных де-феêтов в рельсах приосевой наãрóзêе 35 т,

измеренная на полиãо-не FAST

феêтными рельсами, представляющими значительнóю опасность, и рель-сами с дефеêтами, не óãрожающими непосредственно безопасности дви-жения поездов, êоторые моãóт оставаться в пóти в течение определенноãовремени. Например, в приложении А части 3 приведены êодовые обозна-чения дефеêтов рельсов, принятые на CPR [5.5], êоторые обязательно сле-дóет принимать во внимание при движении поездов по óчастêó с дефеêт-ными рельсами до их снятия с пóти. Там в соответствóющей таблице при-ведены оценêа рисêов и óêазания по эêсплóатации рельсов с дефеêтамиразличных видов и величины.

Проведенные в Королевсêом óниверситете Кинãстона, Канада [5.6] ис-следования разрóшения рельсов позволили ãлóбже изóчить способностьрельсов воспринимать динамичесêие наãрóзêи и степень опасности их раз-рóшения при высоêих осевых наãрóзêах. В исследованиях задавали дина-мичесêое óдарное воздействие, имитирóющее воздействие êолес с выщер-бинами на поверхности êатания, неêрóãлостью и ползóнами, на рельсы,êоторые были изъяты из пóти вследствие выявленных дефеêтов различно-ãо вида. Для воспроизведения растяãивающих продольных напряженийрастяжения, возниêающих при низêих температóрах, отрезêи рельсов рас-тяãивали в продольном направлении, а неêоторые образцы испытывалипри температóре 20 °C. При этом было óстановлено следóющее:

1. Ударные наãрóзêи по преимóществó приводят ê возниêновению по-перечных дефеêтов, развивающихся вплоть до разрóшения рельса;

2. В разрóшении рельсов сóщественнóю роль иãрают напряжениярастяжения, имеющие место при температóрах значительно ниже ней-тральной;

3. При наличии интенсивноãо выêрашивания металла внезапное раз-рóшение рельса происходит при более низêом óровне, но более частомóдарном наãрóжении;

4. Остаточные, температóрные и динамичесêие напряжения, вызывае-мые поездной наãрóзêой, примерно в одинаêовой степени способствóютсозданию общеãо напряженноãо состояния рельса;

5. Величина отдельных дефеêтов с точêи зрения рисêов имеет большеезначение, чем доля занимаемой ими площади сечения ãоловêи рельса.Действительно, ãоловêа рельса, имеющая бóльшóю площадь поперечноãосечения, имеет повышеннóю сêлонность ê разрóшению под воздействиемдинамичесêой наãрóзêи. Посêольêó рельс большей массы имеет бóльшóюинерцию, еãо ãоловêа менее податлива и при óдарном воздействии можетвоспринять бóльшóю энерãию.

На основании эêспериментальноãо исследования óсловий, при êоторыхрельс с известным дефеêтом может внезапно разрóшиться, было полóченоóравнение для вычисления маêсимальной динамичесêой наãрóзêи Pdyn (вданном слóчае измеряемой в тысячах фóнтов):

, (1)Pdyn = 4, 83K1C

b− 1, 38T − 6, 46

o 5-12 x

ãде К1C вязêость разрóшения рельсовой стали. Значение К1C равно38,5 МПа для стандартной рельсовой стали и на 20 % больше для высо-øêоêачественной; ∆Т изменение температóры рельса относительно ней-тральной температóры, при êоторой отсóтствóют напряжения, в ãрадóсахФаренãейта; σ остаточное напряжение, определенное из размера рас-êрытия надреза, полóчаемоãо в испытании методом расêрытия шейêи; b радиóс внóтреннеãо дефеêта в мм. В испытаниях Королевсêоãо óниверси-тета полóчена величина остаточноãо напряжения 15,7 êПа/мм2.

На основании расчетов по данной эмпиричесêой формóле были в êа-честве примера определены сочетания óсловий, êоторые моãли бы вызватьмãновенное разрóшение рельса.

При наличии поперечноãо дефеêта, занимающеãо 8 % площади сече-ния ãоловêи рельса:! температóра рельса на 56 °C ниже нейтральной, динамичесêая наãрóзêаот êолеса 356 êН.При наличии поперечноãо дефеêта, занимающеãо 10 % площади сече-

ния ãоловêи рельса:! температóра рельса на 56 °C ниже нейтральной, динамичесêая наãрóзêаот êолеса 311 êН.То же, но 18 % площади сечения ãоловêи:

! температóра рельса на 39 °C ниже нейтральной, динамичесêая наãрóзêаот êолеса 311 êН.То же, но 40 % площади сечения ãоловêи:

! температóра рельса на 56 °C ниже нейтральной, динамичесêая наãрóзêаот êолеса отсóтствóет.

5.2.5. Про$нозирование+,онта,тной+/сталости+рельса

На большинстве железных дороã реãóлярное проãнозирование сроêаслóжбы рельсов осóществляют с использованием распределения Вейбóлла(Weibull) для расчета интенсивности наêопления óсталости. Метод Вейбóл-ла полезен для идентифиêации мест, ãде тенденции носят óстановившийсяхараêтер, по сравнению со слóчаями, êоãда дефеêты остаются неизменны-ми. Более опасной является ситóация, при êоторой возрастает интенсив-ность возниêновения дефеêтов, таê êаê это может свидетельствовать осформировавшемся óсталостном процессе. Эти проãнозы использóютсядля выявления óстановившихся заêономерностей в появлении дефеêтов,что помоãает более обоснованно назначать сроêи замены рельсов.

Выявленные с помощью метода Вейбóлла заêономерности позволяютвыбирать мероприятия по óлóчшению состояния рельсов, например под-бивêó рельсовых стыêов, наплавêó êонцов рельсов, снятие внóтренних на-пряжений на рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса или óстранение ползóновна êолесах.

Рельсы следóет заменять тоãда, êоãда ãодовые затраты на óстранение де-феêтов рельсов превышают выãоды от отсрочêи замены на следóющий ãод.Если стоимость óстранения одноãо дефеêта составляет 2500 дол., а ãодовая

o 5-13 x

эêономия при оставлении рельса в пóти 18 тыс. дол., требóется достаточновесêое обоснование необходимости замены рельса тольêо по наличию де-феêтов. Однаêо если в эêсплóатации выходит из строя значительное числорельсов, возниêает вероятность тоãо, что оставленный в пóти рельс можетпричинить значительный óщерб из-за перерыва в движении поездов, свя-занноãо с аварийной заменой рельса или сходом подвижноãо состава попричине излома рельса.

Это еще раз подтверждает важность эффеêтивноãо êонтроля состояниярельсов. Каê было поêазано, для обеспечения эêсплóатационной надеж-ности линии требóются эффеêтивные êонтрольно-измерительные систе-мы и частая проверêа рельсов.

5.2.5.1. Использование-распределения-Вейб4лладля-про5нозирования-интенсивностивозни7новения-дефе7тов-в-рельсе

. (2)f(T) =

T −

(−1)e

−T −

Фóнêция плотности вероятности распределения по Вейбóллó задаетсявыражением:

f(T) ≥ 0, T ≥ γ, β > 0, η > 0, ∞ < γ < ∞,

ãде β параметр формы; γ параметр положения; η параметрмасштаба; Т время, пропóщенный тоннаж и т. д.

Фóнêция надежности по Вейбóллó задается выражением

, (3)R(T) = e−T −

а фóнêция повреждаемости по Вейбóллó:

. (4)F(T) = 1 − R(T) = 1 − e−T −

Фóнêция повреждаемости приводится ê следóющемó видó:

;1 − F(T) = e−T −

;11 − F(T) = e

T −

;ln 11 − F(T) = T −

. (5)ln ln 11 − F(T) = ln(T − ) − ln()

o 5-14 x

Эта линейная зависимость использóется для формирования вероятност-ной шêалы Вейбóлла. Величина βln(η) является постоянной для заданныхóсловий.

Интенсивность повреждений по Вейбóллó λ(Т) задается в виде:

. (6)(T) =

T −

(−1)

При анализе повреждений рельса для расчетов надежности или повреж-даемости рельсов можно следовать по одномó из двóх пóтей:

1. Маêсимальное число повреждений и дефеêтов определенноãо вида,приходящееся на óчастоê пóти определенной длины, можно задатьзаранее. По достижении заданноãо поêазателя повреждаемости принима-ется, что имело место 100 % слóчаев и должна быть проведена работа по за-мене рельса;

2. Ниêаêоãо предварительноãо решения относительно допóстимоãочисла дефеêтов в пóти не принимается. Тоãда для тоãо, чтобы отнестифóнêцию F(T) ê повреждаемости, использóется таê называемое медианноеранжирование. В этом слóчае медианное ранжирование таêже базирóетсяна единице длины пóти.

Для полóчения соответствóющих резóльтатов анализа рельсов по Вей-бóллó пóть должен быть разделен на однородные óчастêи. Для анализа тре-бóется следóющая информация:

1. Тип дефеêта (êлассифиêация повреждений);2. Наработêа до выхода рельса из строя;3. Продолжительность эêсплóатации до выхода рельса из строя;4. Сведения о выполненных работах по теêóщемó содержанию и ре-

монтó;5. Сведения об инфрастрóêтóре (местоположение в пóти и т. д.).Длины отдельных óчастêов пóти в зависимости от êонêретных óсловий

моãóт варьироваться в диапазоне от 5 до 50 êм. Соображения, êасающиесядлины óчастêов, подлежащих идентифиêации, проверêе и анализó, приве-дены ниже.

Следóющий пример иллюстрирóет типичный слóчай использованияфóнêции Вейбóлла.

Данные по выходó рельсов из строя на óчастêе линии с тяжеловесным дви-жением от отметêи 20 êм до отметêи 40 êм:

вид дефеêта: поперечная трещина, вызванная внóтренними пороêамиметалла (типа 20.1-2 по НТД/ЦП-93 прим. перев.);

длина óчастêа: 20 êм;маêсимальное число дефеêтов на êм: пять (назначается в соответствии с

выбранной политиêой).В табл. 5.1 приведены данные, полóченные с помощью проãраммы таб-

личных вычислений, êоторая использóется для расчета параметров Вей-бóлла.

o 5-15 x

Столбцы в табл. 5.2 обозначают:F(mgt) доля рельсов, имеющих дефеêты в виде óêазанных поперечных

трещин, % (полóчено исходя из маêсимальноãо числа дефеêтов на 1 êм);тоннаж наработêа, млн. т брóтто (фаêтичесêи пропóщенный по рель-

сам тоннаж);

;Y = ln ln 11 − F(mgt)

Х = ln (тоннаж).

Вычисление параметров Вейбóлла.Параметр местоположения, γ = 0.Выходные данные реãрессии (линейная реãрессия по столбцам Y и Х);Постоянная величина (êонстанта): 8,50235;Среднеêвадратичесêая ошибêа по столбцó Y: 0,088236;R = 0,991049;Число измерений девять;Число степеней свободы семь;

o 5-16 x

572,85818900

492,45916800

402,00514700

351,75612600

291,45410500

251,2588400

170,8546300

130,6584200

50,2552100

Доля поврежден-ных рельсов, %

Среднее число по-вреждений на 1 êм

Число поврежде-ний рельсов за пе-

риод

ГодыНаработêа поезднойнаãрóзêи, млн. т

брóтто

Т а б л и ц а 5.1

Резóльтаты анализа по Вейбóллó

6,80230,169690057

6,68460,395580049

6,55100,671770040

6,39690,842160035

6,21461,071550029

5,99141,245940025

5,70371,680230017

5,29831,971420013

4,60512,97021005

XYТоннаж, млн. т брóттоF(mgt)

Т а б л и ц а 5.2

Вычисление параметров Вейбóлла

Коэффициент Х: 1,207463;Среднеêвадратичесêая ошибêа по êоэффициентó: 0,043373;Параметр формы β = êоэффициент Х = 1,207463;βlnη = 8,502351 (êонстанта);lnη = 7,041499;η = 1143,099.Значения параметров Вейбóлла полóчены из табл. 5.2:η = 1143,1;β = 1,207;γ = 0.С помощью полóченных параметров Вейбóлла проводятся следóющие

вычисления.Надежность при определенном сроêе слóжбы:

;R(T) = e−T −

;R(2000) = e− 2000 − 01143, 1

1,207

R(2000) = 0,14 = 14 %.

Исходя из принятых в расчетной модели пяти допóстимых дефеêтов ввиде поперечных трещин на 1 êм, после пропóсêа поездной наãрóзêи2000 млн. т брóтто рельс бóдет эêсплóатироваться с 14 %-ной остаточнойнадежностью. Это означает, что в рельсе можно допóстить наличие еще0,7 дефеêта на 1 êм, а óже имеются 4,3 дефеêта.

Интенсивность при определенном сроêе слóжбы:

(T) =

T −

(−1);

повреждений/дефеê-(1500) = 1, 2071143, 1

1500 − 01143, 1

(1,207−1)= 0, 00111

тов на 1 млн. т брóтто на 1 êм.

Коãда определенный óровень повреждаемости достиãнóт:следóет принять решение о заêазе новых рельсов при достижении поêа-

зателя повреждаемости 4,5 дефеêта на 1 êм пóти:

F(T) = 4, 55, 0 = 90% ;

0, 90 = 1 − e− T −

;

0, 90 = 1 − e− T − 01143, 1

1,207;

T = 2280 øΩ¡. à •«ŒÃÃ√.

o 5-17 x

Это означает, что поêазатель повреждаемости рельсов, равный 4,5 де-феêта на 1 êм, бóдет достиãнóт êо времени наработêи поездной наãрóзêи2280 млн. т брóтто.

Возможно дальнейшее óсовершенствование данной модели, например,за счет добавления доверительных интервалов.

5.2.6. Методы'(онтроля'состояния'рельсов

Основной целью êонтроля состояния рельсов является своевременноевыявление всех дефеêтов, óãрожающих безопасности движения поездов, иопределение их вида и величины с точностью, позволяющей проãнозиро-вать развитие дефеêтов до следóющей проверêи и принимать обоснован-ное решение по замене рельсов. Квалифицированный оператор может занесêольêо минóт выполнить надежнóю проверêó в êонêретном месте с по-мощью рóчных преобразователей (датчиêов). Проблема заêлючается в том,ãде исêать дефеêт. Она решается с использованием мобильных средств де-феêтосêопии.

Таêим образом, в процессе проверêи рельсов решаются две отдельныезадачи:! выявление êоординат дефеêтов мобильными средствами;! óточнение хараêтера дефеêтов оператором врóчнóю.Для точноãо определения êоординат дефеêта и еãо идентифиêации не-

обходимо соблюдение следóющих óсловий:! использóемая аппаратóра должна определить дефеêт и еãо размер доста-точно точно, чтобы на дисплей оператора выводились распознаваемыепоêазания при любом состоянии поверхности рельса;

! в поêазаниях êонтрольно-измерительной аппаратóры дефеêты рельсадолжны четêо идентифицироваться;

! оператор должен иметь достаточнóю êвалифиêацию, опыт и добросо-вестность, чтобы нести ответственность за достоверность резóльтатовêонтроля, а таêже правильно выполнять проверêó врóчнóю для óточне-ния вида дефеêта.Сóществóет несêольêо методов êонтроля состояния рельсов.При рóчном êонтроле оператор передвиãает тележêó с êонтрольно-изме-

рительным óстройством по пóти, время от времени останавливаясь для из-óчения и подтверждения поêазаний. Преимóщество этоãо способа заêлю-чается в том, что информация предоставляется операторó при движении смалой сêоростью и он может одновременно визóально проверять состоя-ние поверхности рельса. Основным недостатêом способа является высо-êая óдельная (на 1 êм пóти) стоимость из-за низêой производительности инеобходимости проверêи отдельно êаждой рельсовой нити.

Хотя неêоторые железные дороãи все еще праêтиêóют сплошнóю про-верêó рельсов с помощью рóчных óльтразвóêовых дефеêтосêопов на тележ-êах, их применение из-за высоêой стоимости рóчноãо трóда соêращается.Поэтомó ниже речь бóдет идти о мобильных дефеêтосêопах.

o 5-18 x

При использовании метода êонтроля «с остановêами» с применением мо-бильных средств дефеêтосêопии при êаждом «подозрительном» поêазаниидефеêтосêопа мобильное средство останавливается, и оператор высажива-ется на пóть, чтобы óдостовериться в правильности поêазания и отметитьместоположение выявленноãо дефеêта в рельсе.

Преимóщества этоãо метода:! относительно несложная система требóет меньших êапитальных затрат;! обнарóженный дефеêтный рельс сразó отмечается для последóющеãоремонта или замены;

! операции по дефеêтосêопии моãóт быть вêлючены в процесс теêóщеãосодержания и ремонта рельсов;

! êонтрольно-измерительнóю аппаратóрó можно óстановить на тран-спортном средстве на êомбинированном ходó, что позволяет переме-щать ее от одноãо проверяемоãо óчастêа ê дрóãомó по автомобильнойдороãе и в слóчае надобности быстро освобождать пóть, съезжая с неãои вновь возвращаясь на переездах.Недостатêи и оãраничения метода:

! относительно малая производительность работы, определяемая числомостановоê в пóти, что, в свою очередь, зависит от числа дефеêтов врельсах;

! транспортное средство, на êотором óстановлена аппаратóра дефеêто-сêопии, должно соответствовать правилам эêсплóатации пóтевой тех-ниêи и, в частности, иметь возможность движения задним ходом;

! бриãаде дефеêтосêопистов транспортноãо средства на êомбинирован-ном ходó должен предоставляться отдых в пóнêтах оборота.Более производительным является метод безостановочноãо êонтроля,

при êотором самоходный дефеêтосêоп с несêольêими преобразователями(датчиê) движется по проверяемомó óчастêó со сêоростью 35 40 êм/ч.Бортовой êомпьютер в режиме реальноãо времени распознает поêазанияаппаратóры, среди êоторых возможны сиãналы о дефеêтах, и фиêсирóетместоположение последних в пóти для последóющей рóчной проверêи.

Преимóщества этоãо метода:! меньшие помехи движению поездов;! более низêая óдельная стоимость и более высоêая производительность.Недостатêи метода:

! более высоêая стоимость оборóдования;! за один проход самоходноãо дефеêтосêопа может быть выявлено боль-ше дефеêтов, чем можно óстранить за день, что вызывает необходи-мость выдачи предóпреждений об оãраничении сêорости;

! óвеличивается интервал времени междó обнарóжением и подтвержде-нием наличия дефеêтов;

! поверхностные óсталостные повреждения рельса моãóт обóсловить вы-дачó ложных поêазаний;

! ê выявлению дефеêтов в режиме реальноãо времени с помощью êом-пьютера следóет относиться с осторожностью, посêольêó при этом по-мечается слишêом мноãо рельсов;

o 5-19 x

! резóльтаты рóчной проверêи неприменимы для оценêи правильностиêалибровêи êонтрольно-измерительной аппаратóры.Тандемный метод êонтроля состояния рельсов является разновидностью

безостановочноãо. При нем использóется «сдвоенный» самоходный дефеê-тосêоп. Первая по направлению движения сеêция дефеêтосêопа движетсябез остановêи с óстановленной сêоростью, а вторая останавливается дляпроверêи «подозрительных» поêазаний первой, а затем доãоняет ее. Этотметод требóет дополнительных затрат, однаêо óстраняет мноãие недостат-êи безостановочноãо.

5.2.6.1. Методы'дефе)тос)опии'рельсов

Для выявления дефеêтов в рельсах применяются различные методы не-разрóшающеãо êонтроля, основными из êоторых являются:! индóêционный (элеêтромаãнитный) метод, при êотором вихревой тоêнизêоãо напряжения возбóждается в рельсе в зоне междó двóмя переме-щающимися преобразователями, создавая сильное маãнитное поле во-êрóã рельса. Внóтренний дефеêт рельса вносит в это маãнитное поле ис-êажения, êоторые воспринимаются измерительными êатóшêами (см.раздел 5.2.10). Индóêционным методом можно выявлять дефеêты в ãо-ловêе и неêоторые в шейêе рельса вне зоны стыêовой наêладêи;

! маãнитный метод, при êотором рельс намаãничивается, а в измеритель-ных êатóшêах в зоне дефеêтов ãенерирóется слабый тоê.

! óльтразвóêовой метод, при êотором в рельс излóчаются óльтразвóêовыеволны и по хараêтерó их отражения выявляются дефеêты.Таê êаê на железных дороãах с тяжеловесным движением чаще всеãо

применяется óльтразвóêовой метод дефеêтосêопии рельсов, в дальнейшемречь бóдет идти тольêо о нем.

5.2.7. Основные'положения'5льтразв5)овойдефе)тос)опии

Хотя óльтразвóêовая технолоãия является весьма специфичесêой облас-тью наóêи и техниêи, тем не менее специалистам железных дороã полезнознать ее основы. Инстрóментом измерений здесь является пóчоê лóчейаêóстичесêой энерãии с частотой, превышающей воспринимаемóю челове-êом. Пóчоê диаметром оêоло 20 мм расходится от источниêа излóчения сóãлом расхождения 5° 6°. Аêóстичесêая энерãия вводится в рельс в видеêоротêих импóльсов с шаãом вдоль рельса через 2 5 мм.

Кристаллы óльтразвóêовоãо излóчателя встраиваются в сêользящóю порельсó призмó в виде башмаêа или в êатящееся êолесо. Преобразователи всêользящих призмах обеспечивают лóчший аêóстичесêий êонтаêт с рель-сом и достаточнóю óãловóю óстойчивость, таê êаê их êрепление ãибêое инастраиваемое. Преобразователи в виде êолеса лóчше подходят для неров-ных рельсов и применяются для поисêа дефеêтов в ãоловêе. На неêоторыхдефеêтосêопах применяют оба вида преобразователей.

o 5-20 x

Подобно световомó, излóчаемый óльтразвóêовой лóч преломляется припереходе из одной среды в дрóãóю и отражается, встречая поверхность,примерно перпендиêóлярнóю направлению распространения. При дефеê-тосêопии рельсов следóет иметь в видó два явления. В одном слóчае лóч,падая на ãраницó разрыва среды, может отразиться обратно и создать види-мость наличия возможноãо дефеêта. В дрóãом слóчае лóч, êоторый в безде-феêтном рельсе отражается от еãо ãраницы, не может отразиться обратноиз-за несплошности, что позволяет обнарóжить этó несплошность.

На праêтиêе выявляются разные виды дефеêтов с различными хараêте-ристиêами. Основным признаêом, отличающим дефеêты разных видов,является плосêость их распространения. Таê, поперечный дефеêт обычнорасполаãается в плосêости попереê ãоловêи рельса и наêлонен под óãлом70° 90° ê ãоризонтали. Горизонтальное и вертиêальное расслоения ãолов-êи рельса располаãаются соответственно в ãоризонтальной и вертиêальнойплосêостях. Для маêсимальноãо отражения лóч должен падать на плос-êость ориентации дефеêта под прямым óãлом. Поэтомó самоходные рель-совые дефеêтосêопы оснащены несêольêими преобразователями на êаж-дой рельсовой нити. С помощью механичесêих óстройств лóчи центрирó-ются по продольной оси рельса с ориентацией по рабочей ãрани ãоловêи.Таê êаê в шейêе рельса зона распространения лóча оãраничена стенêамишейêи, óльтразвóêовой дефеêтосêоп неспособен выявлять дефеêты в пе-рьях подошвы рельса.

Процесс ввода óльтразвóêовоãо лóча не таê прост. В частности, междóпреобразователем и рельсом имеется неêонтролирóемая зона помех тол-щиной оêоло 10 мм. Прохождение óльтразвóêа от одной среды ê дрóãойобеспечивается водной пленêой, выполняющей фóнêции связóющеãо. Темне менее первые несêольêо миллиметров слоя непосредственно под по-верхностью рельса не моãóт использоваться для оценêи состояния рельса.Возниêают и дрóãие проблемы. Поэтомó на первом этапе обработêи полó-ченной информации необходимо отфильтровать отраженнóю энерãию,чтобы óстранить ложные поêазания. На втором этапе определяются зоны врельсе, представляющие наибольший интерес.

Отраженные сиãналы можно представить визóально с помощью êатод-но-лóчевоãо осциллоãрафа. Дефеêты распознаются по очертанию осцил-лоãрафичесêих êривых. Каждый дефеêт имеет свой отличительный приз-наê. Полóченной информации достаточно для определения местоположе-ния возможноãо дефеêта. На праêтиêе осциллоãрафичесêие êривые весьмадинамичны и требóют повышенноãо внимания при расшифровêе; êрометоãо, информация постóпает одновременно по несêольêим êаналам отêаждой рельсовой нити. Проблема заêлючается в способности выделениясиãналов потенциальных дефеêтов при большом объеме полóчаемой ин-формации. Например, при движении со сêоростью 15 25 êм/ч на êаждыхнесêольêих миллиметрах имеется оêоло 10 источниêов информации.

В êачестве дополнительноãо визóальноãо средства распознавания де-феêтов можно использовать пиêтоãраммы на светодиодах в виде изображе-ния поперечноãо сечения рельса или êомпьютернóю ãрафиêó, êоторые по-

o 5-21 x

зволяют осóществлять óсêоренный просмотр подозрительных отраженныхсиãналов. Дополнительное оповещение о наличии дефеêтов может выда-вать звóêовой сиãнал.

Все поêазания обычно предоставляются операторó в режиме реальноãовремени, но вместе с тем они хранятся в памяти мноãоêанальноãо реãи-стратора для последóющеãо просмотра и анализа в слóчае противоречивыхвыводов.

5.2.8. Надежность+и+эффе/тивность+дефе/тос/опии

Надежность дефеêтосêопии рельсов представляет собой системныйпродóêт, в êотором общий óровень надежности является резóльтатом соче-тания правильной работы преобразователей, êачества обработêи данных,воспроизводимых на эêране оператора, êвалифиêации самоãо оператора ивыбора оптимальноãо интервала проверêи рельсов. Ослабление одноãозвена должно быть êомпенсировано дрóãими звеньями системы.

Например, недостаточнóю эффеêтивность дефеêтосêопии по причинам,связанным с óльтразвóêовыми преобразователями, можно отчасти êом-пенсировать более тщательной обработêой данных, а излишнюю слож-ность или сомнительность информации можно êомпенсировать за счетêвалифиêации и опыта оператора. Самое важное то, что в слóчае общейнедостаточной эффеêтивности системы êонтроля состояния рельсовона может быть в неêоторой степени êомпенсирована óвеличением час-тоты провероê.

Ниже рассмотрены неêоторые фаêторы, влияющие на надежность про-верêи рельсов.

5.2.8.1. Преобразователи

Чтобы определить местоположение внóтреннеãо дефеêта в рельсе, óль-тразвóêовая или индóêционная энерãия должна вводиться в неãо, а óровеньэтой энерãии должен быть достаточным, чтобы полóчать четêо выражен-ное аномальное отражение от дефеêта. При этом отражение от подошвырельса должно отличаться от отражения от поверхности ãоловêи. Прини-маемый от дефеêта сиãнал должен быть значительно сильнее, чем общийóровень шóма, обóсловленноãо зернистой стрóêтóрой металла рельса илихараêтеристиêами самоãо преобразователя. Кроме тоãо, принимаемыйсиãнал должен быть достаточно часто дисêретизирован, чтобы дать воз-можность óлавливания необходимоãо числа импóльсов или отражений дляболее надежноãо выявления дефеêта.

К счастью, чем больше дефеêт, тем выше óровень отраженноãо сиãналаи, соответственно, вероятность еãо обнарóжения. Затрóднения возниêаютпри обнарóжении дефеêтов предельно малой величины. Одиночный им-пóльс от небольшоãо поперечноãо дефеêта, например, может по своим ха-

o 5-22 x

раêтеристиêам быть весьма близоê ê шóмó, особенно при старой и заãряз-ненной рельсовой стали.

К томó же полная величина или длина дефеêта почти ниêоãда не опре-деляется. Дело в том, что полный размер дефеêта просматривается тольêов слóчае, êоãда дефеêт линеен и расположен ê одномó из лóчей-исêателейточно под óãлом 90°. Однаêо на праêтиêе это встречается редêо, посêольêóсóществóет бесêонечное число ориентаций дефеêта и êонечное число ори-ентаций преобразователя. Обычно поверхность отражения является проеê-цией поверхности повреждения на плосêость преобразователя.

На рис. 5.6 поêазан пример êриволинейной трещины в шейêе от болто-воãо отверстия, имеющей длинó 32 мм и распространяющейся под óãлом45°. Ультразвóêовой преобразователь с óãлом ввода 35° выявил этó трещи-нó êаê имеющóю меньшóю длинó, равнóю 25 мм. Особые проблемы возни-êают, êоãда трещины в шейêе зарождаются от низа болтовоãо отверстия ираспространяются вертиêально. Таêие трещины моãóт привести ê разрывóшейêи, однаêо они не обнарóживаются вертиêально ориентированнымпреобразователем и выявляются êаê имеющие длинó 43 % фаêтичесêойпри расположении преобразователя под óãлом ввода 35°.

Дрóãой пример занижения величины выявляемоãо дефеêта êасаетсядефеêтов, расположенных на выêрóжêе ãоловêи рельса, являющейсяместом зарождения óсталостных повреждений и выêрашивания металла(рис. 5.7) [5.7, 5.8]. В этом слóчае проблема возниêает вследствие рас-хождения óльтразвóêовых лóчей. Расположенный над серединой ãоловêирельса пóчоê óльтразвóêовых лóчей шириной 20 мм, расходящийся подóãлом 3 5°, не может выявить часть поверхностных трещин в зоне рабо-чей выêрóжêи ãоловêи рельса и в месте перехода ãоловêи в шейêó, а де-феêты, распространяющиеся более чем на 65 % площади сечения ãолов-êи, определяются с заниженным размером. Частично это можно êомпен-сировать добавлением преобразователей с óãлами ввода 70° на рабочей и

o 5-23 x

Преобразовательпод углом ввода 0°

25 мм

Трещина 32 мм

9,5 мм

Преобразовательпод углом ввода 35°

Рис. 5.6. Отображение тре-щины от болтовоãо отверс-тия длиной 32 мм в шейêерельса с помощью óльтра-

звóêовых преобразователей,ориентированных под óãла-

ми 35° и 0°

нерабочей ãранях ãоловêи рельса, однаêо поперечное разнесение таêихпреобразователей оãраничено на рельсах с большим износом рабочей вы-êрóжêи ãоловêи.

5.2.8.2. Обработ'а(си+налов

Элеêтронные сиãналы, принимаемые преобразователями, должны бытьнастроены таê, чтобы облеãчить обнарóжение сиãналов на фоне помех.Обработêа сиãналов может влиять на общóю достоверность êонтроля, еслифильтры не настроены таê, чтобы обеспечить соответствие хараêтеристиêсиãналов, отраженных дефеêтами, пороãовым óровням индиêаторов де-феêтосêопии. Например, если при принятой методиêе обработêи не сни-жается пороãовый óровень для дефеêтов, расположенных внóтри ãоловêирельса на большом расстоянии от поверхности и ó êоторых отраженнаяэнерãия меньше, чем ó поверхностных дефеêтов, можно пропóстить не-большие дефеêты, находящиеся в ãлóбине ãоловêи рельса.

5.2.8.3. Отображение(рез2льтатов

В большинстве êонтрольно-измерительных систем применяется таê на-зываемая пропóсêная лоãиêа, при êоторой óльтразвóêовые эхо-сиãналыразделяются на отражения от ãоловêи, шейêи, подошвы и от возможноãодефеêта. Поêазание о возможном дефеêте представляется операторó толь-êо в том слóчае, если он полóчает достаточно импóльсов или эхо-сиãналовв течение определенноãо временнóãо интервала, êоторый соответствóетдефеêтной зоне. Надежность системы зависит от правильноãо определе-ния этоãо временнóãо интервала, в течение êотороãо эхо-сиãналы от пре-

o 5-24 x

Фактическаяграницадефекта

Непросвечиваемая зона

Зона, просвечиваемая однимпреобразователем с углом ввода 70°

Рис. 5.7. Пример хараêтерноãо занижения разме-ра большоãо поперечноãо дефеêта при отображе-нии одним óльтразвóêовым преобразователем с

óãлом ввода 70°

образователей должны быть идентифицированы êаê определяющие нали-чие и величинó дефеêта.

Разработêи последних лет позволяют распознавать типичные отраже-ния, соответствóющие êонцам рельсов, болтовым отверстиям, отверстиямдля рельсовых соединителей и т. п. Целью этих разработоê является пред-ставление операторó тольêо тех сиãналов, êоторые не моãóт быть обóс-ловлены отличительными признаêами состояния бездефеêтноãо óчастêапóти. Это предохраняет оператора от переãрóзêи потоêами информации,êоторóю он должен анализировать.

5.2.8.4. Бдительность+оператора

Современные системы êонтроля рассчитаны на должнóю вниматель-ность и бдительность оператора. «Идеальный» оператор может сохранятьбдительность в течение длительноãо периода времени, использóя приобре-тенные навыêи и опыт при распознавании подозрительных поêазаний илидиаãрамм, несмотря на различные отвлеêающие фаêторы при работе в ва-ãоне-дефеêтосêопе. Таêие операторы есть, но вместе с тем встречается до-вольно мноãо излишне осторожных операторов, êоторые часто дают óêаза-ние остановить ваãон-дефеêтосêоп и проверить рельс врóчнóю, а в слóчаенеóверенности в принятом решении выдают отметêó о замене подозри-тельноãо рельса и там, ãде это, возможно, безосновательно. С дрóãой сто-роны, встречаются операторы, основной целью êоторых является произво-дительность и êоторые иноãда слишêом поспешно объясняют необычныесиãналы, сêажем, заãрязнением поверхности рельса. Работó оператора сле-дóет реãóлярно проверять пóтем выборочноãо просмотра базы данных с за-реãистрированными поêазаниями êонтрольно-измерительной аппаратó-ры. Лóчше всеãо это делать на тех óчастêах, ãде число выявленных дефеê-тов сильно изменялось междó очередными проверêами. Записи необходи-мо проверять вместе с оператором для определения мест, ãде он моã про-пóстить возможный дефеêт.

5.2.8.5. Оцен1а+надежности+1онтроля+состояниярельсов

Влияние размеров дефеêта на вероятность еãо обнарóжения проиллю-стрировано ãрафиêом, приведенным на рис. 5.8 [8]. Уêазанная зависи-мость полóчена в Центре транспортных систем и AAR и является êоличе-ственной оценêой возможностей современной êонтрольно-измеритель-ной аппаратóры. Резóльтаты расчетов на модели AAR поêазывают, напри-мер, что дефеêт, охватывающий 60 % площади сечения ãоловêи рельса,имеет 90 %-нóю вероятность быть выявленным при проверêе. В то же вре-мя дефеêт, охватывающий 10 % сечения ãоловêи, имеет вероятность бытьобнарóженным тольêо оêоло 50 %.

В техничесêих óêазаниях Америêансêой инженерной железнодорожнойассоциации (AREA) ê надежности проверêи рельсов предъявляются более

o 5-25 x

жестêие требования. Эти óêазания, обобщенные в табл. 5.3 [5.9], óстана-вливают минимальнóю приемлемóю долю дефеêтов, êоторые должны бытьвыявлены за однó операцию óльтразвóêовоãо êонтроля. Поêазатели выяв-ления дефеêтов, реêомендованные AREA в êачестве êритериев óдовлетво-рительной или хорошей надежности êонтроля, изменяются в зависимостиот вида и величины дефеêтов и êласса пóти. Например, AREA определила,что эффеêтивность работы проверяющих слóжб считается ниже допóсти-мой, если более 35 % поперечных дефеêтов размером 5 10 % площади се-чения ãоловêи рельса не обнарóжены. С дрóãой стороны, 98 % поперечныхдефеêтов, охватывающих 60 % сечения ãоловêи, должны быть правильноидентифицированы и отмечены êаê требóющие замены рельса. Техниче-сêие óêазания таêже óстанавливают минимальнóю величинó дефеêтов, êо-торые подлежат отметêе и находятся в диапазоне достоверноãо обнарóже-ния.

В данных техничесêих óêазаниях поднят вопрос о методах оценêи тре-бóемой эффеêтивности êонтроля состояния рельсов. Лóчше всеãо для это-ãо иметь опытный óчастоê пóти с дефеêтами известной величины. На немможно проверять возможности аппаратóры êонтроля, однаêо при этомнельзя сóдить о бдительности оператора в обычных эêсплóатационныхóсловиях.

Неêоторые дороãи праêтиêóют тандемный êонтроль состояниярельсов, при êотором два ваãона-дефеêтосêопа поочередно проверяютрельсы при движении вслед дрóã дрóãó. При этом дефеêты, выявленные од-ним ваãоном (оператором) и не выявленные дрóãим, после подтвержденияпóтем излома или лабораторной дефеêтосêопии считаются пропóщенны-ми с точêи зрения проверêи поêазателя эффеêтивности соãласно техниче-сêим óêазаниям.

o 5-26 x

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Доля площади охвата дефекта от площади поперечного

сечения головки рельса, %

Ве

ро

ятн

ост

ь о

бн

ар

уже

ни

я д

еф

ект

а, %

Рис. 5.8. Расчетная надеж-ность обычной аппаратóры

êонтроля

o 5-27 x

*Дефеêт должен более чем наполовинó распространяться в шейêó рельса.

9999Более 100 мм859050 100 мм657525 50 мм657512 25 ммДефеêты в шейêе рельса в зо-

не стыêа*, например трещинаот болтовоãо отверстия, про-дольная трещина в месте пере-хода ãоловêи в шейêó

7585Дефеêты любой величины с невертиêальной ори-ентацией, признаêи выпóчивания шейêи или сраспространением в сварной стыê

85Более 200 ммДефеêты литья

9599Более 100 мм909550 100 ммДефеêты в шейêе рельса*, на-

пример продольная трещинав месте перехода ãоловêи вшейêó

9999Более 1000 мм9595 100 1000 мм 70 80 50 100 ммПродольные дефеêты в ãолов-

êе рельса, например ãоризон-тальное и вертиêальное рас-слоение

9599Более 50 мм859025 50 мм657512 25 ммТо же (шейêа рельса)959981 100 %909541 80 %808521 40 %708011 20 %65755 10 %Дефеêты сварêи в пóти (ãо-

ловêа рельса)

9599Более 50 мм909525 50 мм657512 25 ммТо же (шейêа рельса)999981 100 %959541 80 %859021 40 %758511 20 %65756 10 % 653 5 %Дефеêты сварêи в заводсêих

óсловиях (ãоловêа рельса)

959881 100 %859521 40 %556510 20 %Разрóшение от выêрашивания

или сетêи параллельных тре-щин на выêрóжêе ãоловêирельса

999981 100 %959841 80 %859021 40 %758511 20 %55655 10 %Поперечные дефеêты в ãолов-

êе рельса, например попереч-ная трещина, êомбинирован-ная трещина, пробоêсовина/трещина в сварном шве

III

Катеãория

Поêазатель эффеêтивности (доля выявлен-ных дефеêтов, %, за однó проверêó)

Размер (длина, мм,или доля площади се-чения ãоловêи рельса,

%)

Вид дефеêта

Т а б л и ц а 5.3

Минимальные поêазатели эффеêтивности êонтроля состояния рельсов

5.2.9. Выбор&интервала&межд1&провер3ами&рельсов

Из изложенноãо выше следóет, что óправление êонтролем состояниярельсов вêлючает две составляющие:! óправление рисêами: оценêó известных превентивных затрат на дости-жение ãипотетичесêоãо снижения вероятности повреждений;

! статистичесêóю хараêтеристиêó: оценêó поêазателей эффеêтивностиобнарóжения дефеêтов в виде вероятностных хараêтеристиê.Кроме тоãо, рассматриваемые явления не являются детерминированны-

ми. Сêорость роста известных дефеêтов точно не проãнозирóется. Это от-носится и ê неêоторым причинам разрóшения рельсов, например дефеêтамв подошве, и слóчайным явлениям, таêим, êаê нечастые, но весьма значи-тельные óдарные наãрóзêи на рельсы от êолес с дефеêтами.

Подтвержденные и доêóментально зареãистрированные резóльтаты эêс-периментов по изóчению развития дефеêтов по мере óвеличения пропó-щенноãо тоннажа, проведенных на êольцевом пóти полиãона FAST, пре-доставляют óниêальнóю возможность полóчить теоретичесêóю зависи-мость междó частотой провероê и вероятностью излома рельса в эêсплóа-тации. Для иллюстрации сêазанноãо допóстим, что 11 дефеêтов, поêазан-ных на рис. 5.5, представляют всю совоêóпность дефеêтов, возниêающихи развивающихся в течение одноãо ãода на óчастêе длиной 20 êм с ãрóзона-пряженностью 40 млн. т брóтто/ãод. Исходя из опыта эêсплóатации можнопринять, что оставленный в пóти поперечный дефеêт величиной более60 % площади сечения ãоловêи рельса может представлять значительнóюопасность внезапноãо излома рельса и цель óльтразвóêовой дефеêтосêо-пии заêлючается в предотвращении этой ситóации.

Можно отметить, что при отсóтствии êонтроля 1 3 таêих дефеêта êмоментó наработêи 20 млн. т брóтто моãóт распространиться более чем на60 % сечения ãоловêи рельса. Еще 2 4 дефеêта достиãнóт этоãо óровняразвития ê моментó пропóсêа 30 млн. т брóтто. К моментó же пропóсêа подефеêтным рельсам 40 млн. т брóтто можно предположить, что, исходя изэêсплóатационноãо опыта, моãóт сломаться два рельса, что соответствóетодномó из 100 слóчаев схода подвижноãо состава по причине изломарельса соãласно óсредненным статистичесêим данным железных дороãСША.

Основываясь на этом хараêтерном примере, можно проиллюстрироватьожидаемое снижение степени рисêа за счет êонтроля состояния рельсов. На-пример, если интервал междó проверêами составляет 9 млн. т брóтто поезднойнаãрóзêи, ваãон-дефеêтосêоп пройдет по дефеêтó в тот момент, êоãда он бóдетохватывать 23 % площади сечения ãоловêи рельса. Соãласно требованиямAREA, изложенным в табл. 5.3, этот дефеêт имеет 90 %-нóю вероятность об-нарóжения и последóющей отметêи для замены. Если бы дефеêт был пропó-щен и дефеêтосêоп вновь прошел бы по немó после пропóсêа 13 млн. тбрóтто, дефеêт охватывал бы 55 % сечения ãоловêи рельса и должен был бытьвыявлен с 98 %-ной вероятностью. Резóльтирóющая вероятность обнарóже-ния этоãо êонêретноãо дефеêта до достижения им величины 60 % сечения ãо-

o 5-28 x

ловêи составляет 0,90 + 0,10(0,98) = 0,998. Естественно, при этом подразóме-вается, что отсóтствóют препятствия, мешающие проведению дефеêтосêопии.

С помощью этой методолоãии можно рассчитать резóльтирóющее влия-ние различных интервалов междó проверêами на вероятность тоãо, чтоодин из этих дефеêтов достиãнет 60 % óровня до тоãо, êаê бóдет обнарóжени отмечен для замены. На основе требований AREA ê êонтролю состояниярельсов в табл. 5.4 приведены резóльтаты расчетов по оценêе влияния ин-тервалов междó проверêами рельсов на ожидаемое число невыявленныхдефеêтов. Расчеты выполнены для óсловноãо óчастêа длиной 20 êм при ин-тенсивности роста поперечноãо дефеêта, полóченной на полиãоне FAST.

Из табл. 5.4 видно, что вероятность наличия в пóти необнарóженноãопоперечноãо дефеêта величиной, представляющей большóю опасностьразрóшения рельса, в значительной степени зависит от частоты провероê.При этом предполаãается, что вероятность обнарóжения дефеêта не зави-сит от êонêретной проверêи. На первый взãляд êажется, что очень частыепроверêи эêономичесêи оправданны, однаêо при этом имеет место сниже-ние оêóпаемости расходов.

Допóстим для примера, что замена рельса с дефеêтом, выявленным по-сле прохода дефеêтосêопа, стоит 2500 долл., а стоимость проверêи состав-ляет 50 дол. С дрóãой стороны, расходы, связанные с эêстренной заменойрельса, вêлючая задержêó поездов, составляют 10 тыс. дол. Для попереч-ных дефеêтов можно ожидать, что 1 % из них приведет ê разрóшению рель-са в óсловиях эêсплóатации и сходó подвижноãо состава с óсредненнымóбытêом 400 тыс. дол. С использованием этих стоимостных поêазателейможно оценить эêономичесêóю действенность интервалов междó провер-êами исходя из приведенных выше вероятностей для óсловноãо óчастêадлиной 20 êм. Резóльтаты расчетов приведены в табл. 5.5.

o 5-29 x

0,00440,23490,70018

1136

Ожидаемое число невыявленных дефеêтов величи-ной 60 % площади сечения ãоловêи рельса

Интервал междó проверêами, млн. т брóтто поезд-ной наãрóзêи

Т а б л и ц а 5.4

Влияние интервала междó проверêами рельсов на ожидаемое число невыявленных дефеêтов

40 546164032 4908 000439 1919362 34031 9154 000944 5502 8007 00030 7502 00018

158 50044 000111 00002 5001 00036

оставшихся впóти

обнарóженных

Сóммарные ãо-довые расходы,

дол.

Ожидаемые ãодо-вые óбытêи из-засходов по изломó

рельсов, дол.

Годовая стоимость óстранениядефеêтов, дол.

Годовая стои-мость прове-

роê, дол.

Интервал междóпроверêами,

млн. т поезднойнаãрóзêи

Т а б л и ц а 5.5

Эêономичесêие поêазатели частоты проверêи

Из табл. 5.5 видно, что оптимальный интервал междó проверêами рель-сов лежит в диапазоне наработêи 4 16 млн. т брóтто, а наиболее эêоно-мичным является интервал 9 млн. т брóтто.

Для оценêи эêономичесêой эффеêтивности и надежности работы сис-темы êонтроля допóстим, что использóемый ваãон-дефеêтосêоп не óдо-влетворяет требованиям AREA по êачествó проверêи рельсов, однаêо еãохараêтеристиêи соответствóют проãнозам, представленным на рис. 5.9.При êонтроле состояния рельсов на этом óчастêе с интервалом 9 млн. тбрóтто таêой дефеêтосêоп, соãласно расчетó, оставляет в пóти 2,02дефеêта, êоторые в своем развитии достиãают 60 %-ноãо óровня. В табл. 5.6дано сопоставление эêономичесêих поêазателей для ваãонов-дефеêтосêо-пов двóх типов, один из êоторых óдовлетворяет требованиям AAR, а дрóãойсоответствóет модели TSC/AAR.

Этот пример поêазывает, что хóдший дефеêтосêоп приносит óсловно-мó óчастêó длиной 20 êм с тяжеловесным движением дополнительные еже-ãодные óбытêи в размере 20 тыс. дол., или 1000 дол. на 1 êм пóти. Эта раз-ница обóсловлена в основном различием в эффеêтивности выявления де-феêтов величиной 30 60 % площади сечения ãоловêи рельса. Чтобы де-феêтосêоп был эêономичесêи эффеêтивен, он должен надежно выявлятьпоперечные дефеêты величиной 30 80 % сечения ãоловêи, т. е. до тоãо,êаê они моãóт стать причиной излома рельса, несмотря на óменьшение ин-тервалов междó проверêами.

o 5-30 x

Числодефектных рельсов,оставленных в пути

Модернизироватьпуть

Уменьшить интервалымежду проверками

Повыситьэффективность проверок

Приемлемаяэффективность проверки

пути и рельса

Модернизироватьпуть

Малое

Большое

Малое Большое

Уменьшить интервалымежду проверками

Повыситьэффективность проверок

Число обнаруженных дефектов

Рис. 5.9. Матрица принятия решений по óменьшению рисêа разрóшения

59 7638 09220 22827 4434 000TSC/AAR

39 1919362 34031 9154 000AREA

оставшихся впóти

обнарóженных

Сóммарныеãодовые

расходы, дол.

Ожидаемыеãодовые óбытêииз-за сходов поизломó рельсов,

дол.

Годовая стоимость óстранениядефеêтов, дол.

Годовая стои-мость провероê,

дол.

Типдефеêтосêопа

по соответствиютребованиям

Т а б л и ц а 5.6

Эêономичесêие поêазатели эффеêтивности работы разных дефеêтосêопов на ãипотетичесêомóчастêе ãрóзонапряженностью 9 млн. т брóтто/ãод

5.2.9.1. Корре%тиров%а*интервалов*межд0*провер%амис*0четом*состояния*п0ти

На большинстве железных дороã Северной Америêи с тяжеловеснымдвижением степень рисêа êонтролирóют пóтем отслеживания числа обна-рóженных и остающихся в пóти дефеêтов. На этих дороãах степень рисêасчитается достаточно высоêой (требóющей соêращения интервала междóпроверêами) при следóющих óсловиях:! число дефеêтов, оставшихся в пóти, превышает 0,17 шт./êм в ãод;! общее число обнарóженных и оставшихся в пóти дефеêтов превышает

0,04 шт./êм/млн. т брóтто;! отношение числа оставшихся в пóти дефеêтов ê обнарóженным превы-шает 0,2.Степень рисêа может определяться состоянием пóти, êоторое не соот-

ветствóет эêсплóатационным требованиям, и интервалами междó провер-êами, êоторые не соответствóют надежности êонтрольно-измерительныхсистем, а таêже обоими этими фаêторами. На основании сопоставлениястатистичесêих данных по выходó рельсов в эêсплóатации и обнарóжен-ным дефеêтным рельсам можно разработать соответствóющий пландействий.

На рис. 5.9 приведена матрица принятия решений, êоторóю можно ис-пользовать для разработêи мер по снижению степени рисêа для безопас-ности движения поездов. Например, если выход рельсов в эêсплóатациипревышает 0,04 шт./êм/млн. т брóтто, ясно, что железная дороãа эêсплóа-тирóется со значительной степенью рисêа схода подвижноãо состава из-заизлома рельса. Возниêает естественный вопрос: достаточно ли надежнаóльтразвóêовая дефеêтосêопия и достаточно ли часто проводится êонтрольсостояния рельсов? Если бы, например, число изломов рельсов в эêсплóа-тации превышало 20 % числа всех зареãистрированных дефеêтов, в êа-честве первоãо шаãа ê снижению степени рисêа можно было бы реêомен-довать óменьшение интервала междó проверêами. С дрóãой стороны, еслиинтенсивность выхода рельсов в эêсплóатации низêая, а число выявляе-мых дефеêтов большое, можно предположить, что дефеêтосêопия рельсовэффеêтивно êомпенсирóет состояние пóти, хараêтеризóющееся перена-пряжениями или наêоплением êонтаêтной óсталости рельсов.

5.2.9.2. Параметричес%ий*метод

В 1991 ã. Комитет 4 AREA разработал рóêоводство по определению пе-риодичности óльтразвóêовой дефеêтосêопии рельсов. Аêцент сделан не наназначении самих интервалов междó проверêами, êаê таêовых, а на том,êаê дороãам оценить относительное влияние различных параметров настепень рисêа и отсюда определить интервал.

Приведенные резóльтаты óчитывают опыт двóх êрóпных железных до-роã США, на основании êотороãо разработаны óравнения планированиядефеêтосêопии рельсов. Предлаãаемые для óчета в различных óсловиях êо-эффициенты приведены в табл. 5.7.

o 5-31 x

5.2.9.3. Кластерные*провер.и

При анализе степени рисêа схода подвижноãо состава целесообразнорассматривать пóть êаê последовательность отдельных óчастêов с разнойспособностью ê дефеêтообразованию. На старых линиях из-за неодновре-менной óêладêи пóти на разных óчастêах они имеют неодинаêовóю нара-ботêó тоннажа и, êаê следствие, разнóю способность ê образованию де-феêтов.

В êривых обычно возниêает больше дефеêтов, чем в прямых, вследст-вие дополнительноãо боêовоãо воздействия êолес на рельсы. Это происхо-дит даже тоãда, êоãда на óчастêах óложены рельсы с одинаêовым пропó-щенным тоннажом и хорошим содержанием пóти.

Изменение состояния верхнеãо строения пóти и земляноãо полотна, ме-таллóрãичесêой чистоты рельсов и êачества сварных стыêов может оêазы-вать сильное влияние на интенсивность возниêновения дефеêтов. Приме-ром влияния металлóрãичесêой чистоты на надежность рельсов являетсяпериод 1972 1980 ãã., êоãда на железной дороãе CPR обнарóжили, что38 % поперечных дефеêтов возниêли в рельсах типа А, изãотовленных изстали верхней части слитêа, êоторая потенциально имеет наибольшóюêонцентрацию неметалличесêих вêлючений, в то время êаê рельсы из этойстали составляют тольêо 18 % общеãо числа рельсов в пóти [5.8].

Из этоãо следóет, что наибольший выиãрыш от снижения рисêа по-вреждения рельсов достиãается в резóльтате дефеêтосêопии рельсов наóчастêах с высоêой интенсивностью возниêновения дефеêтов. Праêтиêапроведения дополнительных провероê на óчастêах с большой интенсив-ностью образования дефеêтов называется êластерными проверêами. Что-бы снизить расходы, связанные с дополнительной проверêой отдельныхóчастêов с большим числом дефеêтов, ваãоны-дефеêтосêопы моãóт про-

o 5-32 x

50 70Возрастание в пропорции 10:1Сêорость роста дефеêта запредшествóющий период

7068 êã/м в сравнении с 45 êã/мМасса рельса

50В сравнении с исêлючительноãрóзовой линией

Наличие пассажирсêоãо дви-жения

60Соãласно нормам FRA êлассыс первоãо по шестой (16 133 êм/ч)

Класс пóти (определяемыймаêсимальной допóстимойсêоростью движения ãрóзовыхпоездов)

70 80Возрастание в пропорции 10:1Ежеãодное изменение ãрóзо-напряженности

Соêращение интервала междóпроверêами на %

Диапазон изменения параметраЗначимый параметр

Т а б л и ц а 5.7

Параметричесêие êоэффициенты

пóсêаться без проверêи рельсов по óчастêам, имеющим допóстимóю ин-тенсивность возниêновения дефеêтов.

Мноãие железные дороãи планирóют дополнительные проверêи исходяиз неêоторых известных хараêтеристиê пóти. Например, чаще следóет про-верять óчастêи пóти с êривыми малоãо радиóса, со старыми рельсами, сболтовыми стыêовыми соединениями в пределах линии со сварными рель-совыми стыêами. Дрóãие железные дороãи отслеживают выход рельсов вэêсплóатации и выход обнарóженных дефеêтных рельсов и планирóют пе-риодичность проверêи, основываясь на предельных значениях, óста-новленных для мест с высоêой интенсивностью образования дефеêтов.Особенно óдобны для дополнительных провероê средства êонтроля наêомбинированном ходó, êоãда наличие автомобильных дороã и переездовпозволяет проще добираться до отдельных óчастêов линии. С óчетом рас-ходов на транспортировêó ваãонов-дефеêтосêопов от одноãо óчастêа сбольшим числом дефеêтов до дрóãоãо эти óчастêи должны иметь длинó10 20 êм и достаточнóю способность ê образованию дефеêтов, êотораяóсредняется по длине óчастêа с целью определения пороãовоãо значениядля проведения дополнительной проверêи.

Таêим образом, выбор интервала междó проверêами для линии долженбыть в неêоторой степени óвязан с вероятностью повреждения рельса вэêсплóатации с последóющим сходом. Вместе с тем интервалы проверêиследóет задавать для линий относительно большой длины даже с сóще-ственно различными хараêтеристиêами по длительности нахождения рель-сов в пóти, их массе и êачествó, по видó пóти (стыêовой или бесстыêовой),состоянию земляноãо полотна и наличию êривых. Если после óстановле-ния интервалов проверêи рельсов на линии с êонêретными хараêтеристи-êами интенсивность появления и развития дефеêтов на отдельныхóчастêах остается высоêой, на них для общеãо óправления рисêами следóетпроводить дополнительные проверêи.

5.2.9.4. Дефе$тос$опия+в+особых+местах+п2ти

Дефеêтосêопия стрелочных переводов связана с определенными трóд-ностями вследствие изменения поперечноãо сечения рельсов и наличиялитых êрестовин. В этих зонах время пробеãа óльтразвóêовоãо эхо-сиãналаиное, чем обычно, а таêже нарóшаются требóемые значения óãлов вводаóльтразвóêа. Металл литых êрестовин имеет значительно более êрóпнозер-нистóю стрóêтóрó, чем сталь соседних рельсов, что обóсловливает иныеóсловия отражения. Каê правило, с помощью дефеêтосêопов возможенэффеêтивный êонтроль лишь óчастêов стрелочных переводов со стандарт-ными размерами поперечноãо сечения рельсов и êрестовин.

На переездах препятствием для эффеêтивной óльтразвóêовой дефеêто-сêопии рельсов является заãрязнение их поверхности перевозимыми авто-мобильным транспортом ãрóзами, а таêже материалами, переносимыми споêрытия автомобильной дороãи, особенно солью. Заãрязнения можноóстранить предварительной очистêой переезда, но это замедляет êонтроль,

o 5-33 x

а в слóчае сомнительных поêазаний приходится возвращаться для повтор-ной проверêи.

Трóдности возниêают и с дефеêтосêопией сварных стыêов. Из-за изме-нения стрóêтóры зерен и вследствие быстроãо развития дефеêта даже отнезначительной трещины или вследствие перенапряжения сварные стыêитрóдно проверять êаê óльтразвóêовой, таê и индóêционной (элеêтромаã-нитной) дефеêтосêопией. Единственный выход из положения представля-ет автоматичесêая óльтразвóêовая идентифиêация повреждения в сварномстыêе по резêомó изменению êоэффициента óсиления эхо-сиãнала, а таê-же óстановление более жестêих допóсêов на проверêó.

Большинство железных дороã с тяжеловесным движением праêтиêóетболее тщательнóю проверêó стрелочных переводов и сварных стыêов. Не-êоторые из них использóют рóчные методы, при êоторых обычно приме-няются таêие же схемы êонтроля, êаê в ваãонах-дефеêтосêопах.

5.2.9.5. Дефе$тос$опия+рельсов+на+железной+доро6еCanadian+Pacific

На CPR принята методиêа, соãласно êоторой интервалы междó провер-êами рельсов назначаются в зависимости от êатеãории рисêа. Для этоãопóть делят на однородные óчастêи с одинаêовыми ãрóзонапряженностью,видом движения, массой рельса и близêим óровнем интенсивности появ-ления дефеêтов за прошедший период. Для óдобства проведения дополни-тельных провероê эти óчастêи должны быть длиной примерно 16 êм.

Соãласно принятой методиêе, для êаждоãо óчастêа вначале выбираютчастотó провероê с базовым интервалом междó ними в зависимости отпропóщенноãо тоннажа, êоторый подходит êаê по интенсивности наêоп-ления êонтаêтной óсталости рельсов, таê и вероятности тоãо, что повреж-дение рельса совпадет с проходом поезда. В табл. 5.8 приведены восемь ба-зовых интервалов проверêи, óстановленных в зависимости от ãрóзонапря-женности и иных фаêторов.

o 5-34 x

5 раз в ãод

4 раза в ãод

3 раза в ãодБолее 27

2 раза в ãод14 27

Ежеãодно7,3 13

Через 2 ãода2,8 7,2

Через 3 ãода0,5 2,7

Через 5 летЧисло обнарóжен-ных дефеêтов бо-лее 0,7 шт./êм/ãод;отношение числавышедших изстроя рельсов ê

числó обнарóжен-ных дефеêтов бо-

лее 0,2

Из стали, изãо-товленной без

êонтролирóемоãоохлаждения, мас-сой менее 50 êã/м

Перевозêа опас-ных ãрóзов; дви-жение пасса-

жирсêих поездовсо сêоростью бо-

лее 70 êм/ч

Менее 0,5

Частотапровероê

Число дефеêтовФаêторы типарельсов

Фаêторы видадвижения

Грóзонапряженность,млн. тêм брóтто/ãод

Т а б л и ц а 5.8

Частота провероê на основе базовых интервалов и фаêторы влияния на железной дороãе CPR

Если возниêают дополнительные фаêторы рисêа, интервалы междó про-верêами для êаждоãо óчастêа приводятся в соответствие с более высоêойêатеãорией опасности. Таêими фаêторами являются:! вид движения, повышающий степень рисêа (обращение пассажирсêихпоездов, перевозêа опасных ãрóзов);

! применение стандартных рельсов леãêоãо типа (массой 50 êã/м и менеепри ãрóзонапряженности более 2,7 млн. т/ãод и движении поездов сосêоростью более 67 êм/ч) из неêонтролирóемо охлаждаемой стали;

! признаêи êонтаêтной óсталости рельсов (число обнарóженных дефеê-тов превышает 0,7 шт./êм за однó проверêó);

! признаêи низêой эффеêтивности дефеêтосêопии рельсов (число выхо-дов дефеêтных рельсов, оставшихся в пóти, превышает 0,12 шт./êм вãод).Если на рассматриваемом óчастêе присóтствóют любые три фаêтора из

приведенных выше, интервал междó проверêами соêращается на два êлас-са. Таê, в соответствии с примером, приведенным в табл. 5.9, рельсы на ли-нии с ãрóзонапряженностью 10 млн. т брóтто/ãод следóет проверять одинраз в ãод. Однаêо если на ней перевозят опасные ãрóзы, проверêи следóетприводить 2 раза в ãод. Если ê томó же на линии óложены рельсы массойменее 50 êã/м, а отношение числа дефеêтов, оставшихся в эêсплóатации, êобнарóженным составляет 0,25, рельсы следóет проверять 3 раза в ãод иличерез êаждые 3 млн. т брóтто наработêи.

5.2.10. Основные(положения(эле/трома4нитнойдефе/тос/опии

Метод индóêционной (элеêтромаãнитной) дефеêтосêопии основан напропóсêе через рельс постоянноãо тоêа силой оêоло 3600 А с помощьюдвóх êомплеêтов элеêтричесêих щетоê, приêладываемых ê ãоловêе. Рас-стояние междó êомплеêтами составляет примерно 120 см, элеêтричесêийтоê прониêает в рельс через передний êомплеêт щетоê и выходит череззадний, и, таêим образом, рельс является частью элеêтричесêой цепи.

При перемещении êомплеêтов щетоê вдоль рельса в нем создается маã-нитное поле, с помощью êотороãо информация о состоянии рельса пере-

o 5-35 x

3 раза в ãодОтношение числавышедших из строярельсов ê числó об-нарóженных дефеê-

тов более 0,2

Масса менее50 êã/м

2 раза в ãод Опасные ãрóзы

Ежеãодно

7,3 13

Частотапровероê

Число дефеêтовОсобенностирельсов

Особенностиперевозоê

Грóзонапряженность,млн. т брóтто/ãод

Т а б л и ц а 5.9

Частота провероê рельсов в зависимости от фаêторов рисêа

дается в чóвствительный элемент (датчиê), расположенный междó двóмяêомплеêтами щетоê. Датчиê должен быть помещен на ãоловêе рельса та-êим образом, чтобы сохранялся постоянный зазор междó нижней сто-роной датчиêа и поверхностью êатания рельса. Если этоãо не обеспе-чить, в аппаратóрó бóдóт постóпать исêаженные данные, êоторые трóд-но расшифровать.

Механизм оценêи состояния рельса связан с элеêтричесêим тоêом. Всовременных рельсах, имеющих большóю массó, элеêтричесêий тоê про-ходит тольêо через ãоловêó и верхнюю часть шейêи, в рельсах леãêихтипов по всемó сечению рельса. Если на пóти прохождения тоêа встреча-ется препятствие в виде дефеêта, тоê бóдет еãо обходить по êратчайшемóпóти. Изменение пóти элеêтричесêоãо тоêа вызывает исêажение создавае-моãо им маãнитноãо поля. Это исêажение маãнитноãо поля обнарóживает-ся датчиêом (рис. 5.10).

Блоê датчиêа состоит из мноãовитêовых êатóшеê, в еãо работе исполь-зован эффеêт Холла (Hall). Чаще всеãо для óменьшения ложных поêазанийпара одинаêовых датчиêов, óстановленных по соседствó дрóã с дрóãом по-переê ãоловêи рельса, соединяется по дифференциальной схеме. Сиãналпостóпает в системó обработêи информации тольêо в том слóчае, еслиодин датчиê реаãирóет на возмóщение, а дрóãой нет. Например, торецрельса по сóществó является большим поперечным дефеêтом, еãо фиêси-рóют оба датчиêа, и поэтомó в измерительнóю системó сиãнал непостóпает. Обычно поперечный дефеêт выявляется одним датчиêом, и по-этомó в системó передается сиãнал, соответствóющий асимметричномó ис-êажению поля. Несêольêо датчиêов применяются для выявления всехêомпонентов исêажения поля.

Таê êаê элеêтричесêий тоê проходит вдоль рельса, еãо течение не исêа-жается при нарóшениях стрóêтóры металла в продольном направлении.Наибольшие возмóщения возниêают при наличии поперечно расположен-ной несплошности металла ãоловêи рельса. В отличие от óльтразвóêовойдефеêтосêопии при использовании индóêционноãо метода не возниêаетзатрóднений в обнарóжении дефеêтов на поверхности ãоловêи рельса.

o 5-36 x

Поперечный дефект Вертикальное расслоениеголовки

Рис. 5.10. Исêажение маã-нитноãо поля воêрóã де-

феêтов двóх видов

Природа элеêтричесêоãо тоêа таêова, что он в основном сосредоточивает-ся в средней части ãоловêи, если система не способна обеспечить прохож-дение тоêа по всемó ее сечению.

Передаваемые в системó êонтроля сиãналы обычно анализирóют напредмет превышения óстановленных пороãовых значений. Если это имеетместо, начинается отсчет. Затем производится оценêа превышающих по-роãовые значения данных с целью обнарóжения дефеêтов. С óвеличениемвозможностей êомпьютерной техниêи все более обычным явлением стано-вится применение новых алãоритмов анализа данных, в неêоторых слóча-ях с объединением информации, постóпающей с различных êаналов (элеê-тромаãнитноãо и óльтразвóêовоãо).

Данные можно представлять в различных форматах. Чаще всеãо ис-пользóют сочетание обработанных (в цифровом виде) и необработанных (ваналоãовом виде) данных. На основании обработанных данных выделяютпроблемные óчастêи и затем из записей в аналоãовой форме выбирают идополнительно анализирóют спорные поêазания.

5.2.11. За#лючение

Хотя исследования последних лет позволяют более достоверно оцени-вать степень рисêа, однаêо поêа не óдалось разработать достаточно обос-нованнóю зависимость междó опасностью схода подвижноãо состава срельсов и частотой провероê. Для óправления рисêами повреждений рель-сов можно очень часто êонтролировать их состояние с помощью êон-трольной аппаратóры с невысоêой достоверностью, таê êаê за время междóочередными проверêами размер дефеêта óвеличивается и еãо леãче обнарó-жить. И наоборот, можно использовать аппаратóрó, обладающóю болеевысоêой достоверностью, и óменьшить частотó провероê, таê êаê, еслипроверêа совпала с возниêновением маленьêоãо дефеêта, еãо еще не позд-но обнарóжить в последóющих проверêах. Работниêи железных дороã с тя-желовесным движением óбедились в том, что расходы, связанные с низêойэêсплóатационной надежностью линий, столь высоêи, что выãоднее при-менять весьма эффеêтивные системы êонтроля, придавая особое значениевысоêой эффеêтивности обнарóжения больших дефеêтов, в сочетании счастыми проверêами.

5.3. Измерение.износа.рельса

5.3.1. Методы.измерения.износа.рельса

Каê и в дрóãих отраслях, на железнодорожном транспорте применимпринцип «что измеряемо то óправляемо». Систематичесêое измерениепрофиля поперечноãо сечения и износа ãоловêи рельса имеет важное зна-чение для óправления и планирования ремонта и замены рельсов.

Сóществóют несêольêо методов измерения профиля рельса, основан-ных на использовании:! рóчных механичесêих щóпов и измерительных шаблонов;

o 5-37 x

! рóчных элеêтронных измерительных систем;! бесêонтаêтных оптичесêих измерительных систем.Наиболее распространенным является способ измерения с помощью

рóчных датчиêов, с использованием êоторых выполняют точечные измере-ния вертиêальноãо и боêовоãо износа ãоловêи рельса относительно ниж-ней выêрóжêи нерабочей ãрани ãоловêи. На рис. 5.11 поêазаны места из-мерения профиля поперечноãо сечения и первоначальный профиль ãолов-êи рельса [5.10].

Широêо применяется êомпаêтная переносная измерительная системаMINIPROF. Она состоит из портативноãо êомпьютера, соединенноãо с из-мерительным блоêом, êоторый с помощью маãнита прижимается ê по-верхности êатания рельса и оснащен штанãой, опирающейся на противо-положный рельс таê, что располаãается перпендиêóлярно оси пóти. Обменданными междó êомпьютером и измерительным блоêом осóществляетсячерез специальный элеêтронный модóль, встроенный в небольшой êорпóси соединенный в параллель с портом подêлючения принтера на портатив-ном êомпьютере.

Чóвствительным элементом системы является небольшой маãнитныйролиê диаметром 12 мм, приêрепленный ê êрайней точêе двóх шарнирно

o 5-38 x

Вертикальный износ

Боковой износ

Износ рабочейвыкружки

Рис. 5.11. Места измерения износа рельса

∅ 2

∅ 1

Точка отсчета

Профиль

Оптическийкодировщик

Магнитныйролик

I1

I2

Рис. 5.12. Принцип измеренийс помощью системы

MINIPROF

соединенных рычаãов. Маãнитный ролиê обеспечивает êонтаêт с поверх-ностью êатания рельса. При перемещении маãнитноãо ролиêа врóчнóюрычаãи изменяют свое положение относительно места êрепления. В изме-рительной системе использóется полярная система êоординат с двóмя сте-пенями свободы. Два óãла, определяющие положение рычаãов, измеряют-ся с помощью оптичесêоãо êодировщиêа, имеющеãо точность порядêанесêольêих миêрометров (рис. 5.12 [5.11]).

Компьютер выполняет êвантование данных, полóченных от измери-тельноãо преобразователя в полярной системе êоординат, и вычисляетпрофиль в прямоóãольной системе êоординат. Точность расчета повыша-ется óсреднением близêих значений. По завершении расчетов на эêранеêомпьютера воспроизводится измеренный фаêтичесêий профиль ãоловêирельса вместе с исходным профилем и óêазанием неêоторых хараêтерныхпараметров. Кроме этоãо, вычисляются данные в цифровом виде, êоторыехранятся в формате ASCII для последóющей обработêи. Эти данные содер-жат êоординаты Х и Y. Измеренный профиль наêладывается на исходныйи ориентирóется по немó, после чеãо вычисляются вертиêальный износ (поповерхности êатания ãоловêи рельса), óãловой износ (по рабочей выêрóж-êе) и боêовой износ (по рабочей ãрани) (рис. 5.13).

С помощью системы MINIPROF можно измерять таêже профиль êо-лес и элементов стрелочных переводов, вêлючая остряê и êрестовинó. Нарис. 5.14 поêазана измерительная óстановêа, на рис. 5.15 резóльтатыизмерения профиля поперечноãо сечения êрестовины. Хотя MINIPROFприменяется очень широêо, имеются и дрóãие измерительные системы,êаê элеêтронные, таê и лазерные.

Хотя и можно выполнять врóчнóю ежеãодные измерения износа рель-сов в êаждой êривой, однаêо созданные за последние 20 лет автоматиче-сêие системы позволяют измерять профиль рельса с точностью ± 0,127 ммв движении. Это стало возможным блаãодаря разработêе высоêопроизво-

o 5-39 x

Рис. 5.13. Расчет износа с помощью системы MINIPROF

дительных персональных êомпьютеров, аппаратóры обработêи данных вреальном времени и соответствóющеãо проãраммноãо обеспечения. Этатехнолоãия широêо применяется для измерения профиля и определенияизносных хараêтеристиê рельсов на большинстве êрóпных железных дороãс тяжеловесным движением и мноãих дрóãих ãрóзовых линиях, а таêже навысоêосêоростных пассажирсêих линиях и сетях ãородсêоãо рельсовоãотранспорта.

В использóемых системах применяются оптичесêие измерительныесредства, обычно размещаемые под пóтеизмерительным ваãоном, рельсо-шлифовальной машиной или подвижной единицей на êомбинированномходó. Поперечное сечение рельса освещается лазером и фиêсирóется с по-мощью видеоêамер с высоêой разрешающей способностью. Одним изпримеров является оптичесêая система измерений и анализа рельсовORIAN (Optical Rail Inspection and Analysis), поêазанная на рис. 5.16 [5.12].Она состоит из четырех основных элементов: двóх измерительных ãоловоê

o 5-40 x

Рис. 5.14. Общий вид аппаратóры системы MINIPROFпри измерениях износа êолеса, рельса и элементов

стрелочноãо перевода

Ширина, мм

Глуб

ин

а, м

м

C60

C50

C40

C30

C20

C10

0

10

C50 0 50 100 150 200 250

31.10.199725.11.1997

13.01.1998

Путь 3 на деревянных шпалах,централизованная стрелка, крестовина 3+2

Рис. 5.15. Поперечное сечение êрестовины, измеренное в разное время системой MINIPROF

с датчиêами, блоêа элеêтронной аппаратóры óправления, центральноãоêомпьютера и сетевоãо интерфейса для передачи данных.

Каждая из двóх измерительных ãоловоê оснащена двóмя видеоêамерамис высоêим разрешением на приборах с зарядовой связью и двóмя лазерны-ми модóлями. Измерительные датчиêи êосвенным образом ориентирова-ны относительно оси эêипажа, что позволяет производить измерения вêривых любоãо радиóса и обеспечивать высоêóю точность измерений сóчетом подóêлонêи рельсов и ширины êолеи.

При движении подвижной единицы, на êоторой óстановлено оборóдо-вание системы ORIAN, êодирóющее óстройство с заданной периодич-ностью (обычно соответствóющей проходó 3 м) ãенерирóет óправляющиеимпóльсы. Эти êодированные импóльсы передаются видеоêамерам и лазе-рам в êачестве êоманд на вêлючение аппаратóры для фиêсации изображе-ния рельса. Каждое изображение, полóчаемое измерительной системой,преобразóется êомпьютером в системе êоординат X Y и синхронизирóет-ся во времени с проследованием определенноãо места пóти. Из полóченныхданных определяются размеры и тип рельса, а пóтем сопоставления изме-ренноãо и исходноãо профиля можно вычислить износ и пластичесêие де-формации рельса. Кроме тоãо, из относительноãо положения двóх рельсовможно определить подóêлонêó рельсов и ширинó êолеи. По величинам по-дóêлонêи рельсов и ширины êолеи можно выявить óчастêи пóти с плохимсостоянием шпал, êоторое способствóет повышенномó износó рельсов.

o 5-41 x

Рис. 5.16. Основные элементы системы ORIAN

Профили и величина износа вычисляются в реальном масштабе време-ни, что позволяет сразó воспроизводить и фиêсировать параметры изна-шивания рельсов. Износ рельса можно представлять различными пóтями.Например, вертиêальный и боêовой износ, подóêлонêа рельса и дрóãиеãеометричесêие параметры пóти моãóт быть представлены в виде êривых вформате, поêазанном на рис. 5.17, а поперечное сечение обоих рельсоввоспроизведено таê, êаê на рис. 5.18. Автоматичесêие системы позволяютсобирать большой объем данных за счет высоêой частоты измерений. В ти-пичном слóчае с помощью таêих систем измеряют профиль рельса через2 5 м и делают это от одноãо до четырех раз в ãод.

o 5-42 x

Рис. 5.17. Представление реãистрирóемых параметров

Рис. 5.18. Представление поперечноãо сечения двóх рельсов

5.3.2. Про$нозирование+изнашивания+рельса

При óстановлении очередности замены рельсов на различных óчастêахнеêоторые железные дороãи использóют итоãовый отчет о состоянии пóти,в êотором êаждая êривая или отрезоê прямой идентифицированы по еди-номó поêазателю êачества рельсов (RQI или TQI). Обычно этот поêазательвыражается в величине отношения (в процентах) фаêтичесêоãо износа êмаêсимально допóстимомó. С применением автоматичесêих измеритель-ных средств можно пользоваться статистичесêи óсредненным значениемиз резóльтатов несêольêих измерений. На CPR в êачестве êритерия припланировании замены рельсов использóется 90 %-ный óровень поêазателяêачества по износó рельсов, превышенный ó 10 % измерений.

На рис. 5.19 представлена ãистоãрамма распределения поêазателя êа-чества рельсов на одном из óчастêов пóти. На этой ãистоãрамме êаждыйстолбец соответствóет êонêретным êривой или отрезêó прямой длиной0,16 êм. Зачастóю óêазанные отчетные данные содержат проãноз по време-

o 5-43 x

0102030405060708090

100110120130

10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12,0

10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12,0

10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12,00

102030405060708090

100110120130

По

каза

тел

ь ка

чест

вале

во

го р

ель

саП

ока

зате

ль к

аче

ства

пр

аво

го р

ель

са

План пути

Левыекривые

Прямая 8,0 8,3 2,53,1 3,7 3,0 8,6 8,2 4,8 3,5

Правыекривые

TQI в мае 1993 г.

C рекомендована перекладкаC выполнена перекладка

TQI в мае 1995 г.

C рекомендована заменаC выполнена замена

38RE

38RE

Отметки пути, мили

Рис. 5.19. Гистоãраммы распределения поêазателя êачества по износó рельсов на одном из óча-стêов железной дороãи CPR

ни замены или переêладêи рельсов. Штриховêа на столбцах здесь означаетпроãнозирóемóю величинó износа на 2 ãода вперед. TQI = 100 соответствó-ет 100 %-номó óровню допóстимоãо износа.

Проãнозирование изнашивания рельсов можно осóществлять на основестатистичесêоãо анализа износа, инженерных оценоê или эмпиричесêихпроãнозов, опирающихся на измеренный износ рельса на êонêретномóчастêе, деленный на наêопленный с момента óêладêи рельса тоннаж.Имея достаточно точные (в пределах 0,4 мм) резóльтаты измерения износарельсов, можно достичь большей достоверности в проãнозировании изна-шивания рельсов. Для этоãо требóется достаточно большой объем инфор-мации начиная с момента óêладêи рельсов с точной привязêой резóльтатовизмерений ê определенным местам пóти.

После выбора методиêи проãнозирования изнашивания можно оценитьпредполаãаемые объемы замены рельсов. Если предельная величина изно-са бóдет достиãнóта за 5-летний период измерений, из идентифицирован-ных для замены или переêладêи рельсов можно выделить рельсы левой иправой нитей. Отчет должен вêлючать таêже аналоãичные проãнозы появ-ления дефеêтов в рельсах до заданноãо óровня.

5.4. Методы'восстановления'профиля'рельсов

Для поддержания требóемоãо профиля рельсов применяют шлифованиеи строãание. Чаще всеãо выполняют шлифование рельсов, при êоторомснимают оãраниченное êоличество металла. К строãанию обычно прибеãа-ют в том слóчае, если ãоловêа рельса деформирована до таêой степени, чтодля восстановления ее профиля требóется óдаление большоãо êоличестваметалла.

5.4.1. Шлифование'рельсов

5.4.1.1. Цели'шлифования

Естественные процессы износа и стрóêтóрных изменений рельсовойстали моãóт протеêать с различной интенсивностью. В одном слóчае онипозволяют эêсплóатировать рельсы в течение достаточно длительноãо вре-мени, в дрóãом приводят ê быстромó выходó рельсов из строя. Это зави-сит от величины возниêающих êонтаêтных напряжений и предела теêó-чести рельсовой стали. Несбалансированность этих поêазателей приводитê неэêономичномó использованию ресóрса рельсов.

Шлифование рельсов развивалось êаê действенное средство êонтроляпроцессов появления и развития êонтаêтной óсталости металла на поверх-ности êатания рельсов и пластичесêой деформации. Для железных дороã стяжеловесным движением особенно хараêтерны пластичесêие деформа-ции, êоторые óхóдшают состояние поверхности êатания и видоизменяютпрофиль ãоловêи рельса. На линиях со смешанным движением основноевнимание сосредоточено на обеспечении плавности хода и снижении шó-ма в óсловиях оãраниченноãо времени занятия переãона. Несмотря на раз-

o 5-44 x

личие применяемых на разных дороãах методов шлифования, еãо цели од-ни и те же:! поддержание баланса междó всеми механизмами изнашивания рельсовдля предотвращения преждевременной их замены из-за наêопленияêонтаêтной óсталости в поверхностном и подповерхностном слоях;

! óлóчшение вписывания и обеспечение динамичесêой óстойчивостиэêипажей;

! êонтроль состояния поверхности êатания рельсов с целью недопóще-ния роста динамичесêих наãрóзоê и вибраций в пóти;

! êонтроль хараêтеристиê взаимодействия êолеса и рельса.

5.4.1.1.1. Исправление+продольно/о+профиля+рельсов

Шлифование рельсов в большинстве слóчаев выполняется самоходны-ми машинами на рельсовом ходó с использованием вращающихся шлифо-вальных êрóãов. Крóãи имеют êольцеобразнóю формó, плосêая сторона êо-торых приêладывается ê рельсó.

Удаление металла с поверхности рельса происходит пóтем еãо истира-ния и срезания режóщими зернами вращающихся êрóãов. Параметры сня-тия металла зависит от хараêтеристиê и состояния абразивноãо материалаи приêладываемоãо ê шлифовальным êрóãам давления (рис. 5.20), а таêжеот сêорости шлифования и óãла наêлона шлифовальных êрóãов ê обраба-тываемой поверхности.

Эффеêтивное óстранение волнообразноãо износа и дрóãих нарóшенийпродольноãо профиля поверхности рельсов происходит при óсловии, еслиêрóã срезает вершины, а не впадины неровностей. При этом приêладывае-мые ê êрóãó мощность и давление должны обеспечивать неодинаêовое сре-зание при попадании на вершины волн.

o 5-45 x

α

Угол наклона

Давление

Грань

Рис. 5.20. Схема положенияшлифовальноãо êрóãа от-

носительно рельса

Диаметр êрóãа является базой, êоторая ãарантирóет, что вершины êорот-êоволновых неровностей переêрываются êрóãом и подверãаются поэтомóпервоочередномó шлифованию. Диаметр êрóãа обычно составляет 250 мм,и на отрезêе таêой длины достаточно леãêо достиãается ровная поверх-ность. Для волнообразных неровностей длиной более диаметра шлифо-вальноãо êрóãа весьма важно не допóсêать, чтобы привод êрóãа позволялемó следовать профилю неровности. В противном слóчае это приводит êодинаêовомó съемó металла во впадинах и на вершинах неровностей.

Одним из способов óвеличения базы является объединение в одномблоêе двóх êрóãов, что позволяет им подниматься и опóсêаться соãласован-но. Это дает возможность переêрывать все неровности на поверхности êа-тания на более длинном отрезêе рельса (рис. 5.21). Дрóãой способ заêлюча-ется в óправлении сêоростью подъема и опóсêания шлифовальноãо êрóãапри следовании по поверхности рельса. Для этоãо использóется ãидравли-чесêий цилиндр или аêтивная обратная связь по изменению êрóтящеãомомента в приводе êрóãа.

Демпфирование подвешивания привода шлифовальноãо êрóãа подразó-мевает, что любая выпóêлость на поверхности рельса с длиной волны ме-нее 1 м óвеличивает êонтаêтное давление êрóãа на рельс. В резóльтате этоãовозрастает êрóтящий момент и óсилие в приводе êрóãа. Если допóститьпóльсацию резóльтирóющей мощности, при той же подводимой энерãииãлóбина среза на переднем êрае волнообразной неровности óвеличивается.В большинстве высоêопроизводительных рельсошлифовальных машиндопóсêается временная переãрóзêа элеêтродвиãателя привода, однаêо от-носительно ровный прямой рельс можно шлифовать при номинальноймощности двиãателя. Аналоãичным образом, по мере тоãо êаê поверхностьрельса на заднем êрае неровности выравнивается, êрóтящий момент в при-воде снижается, и вместе с ним óменьшается ãлóбина среза.

Таê êаê волнообразный износ рельса имеет синóсоидальнóю формó,шлифование вершин вначале вызывает заметное снижение амплитóды не-ровностей. Однаêо по мере сошлифовывания вершин при последóющих

o 5-46 x

До шлифованияПосле шлифования

Рис. 5.21. Схема блоêаиз двóх объединенныхшлифовальных êрóãов сдемпфированием при-

вода

проходах машины площадь поверхности рельса, непосредственно êонтаê-тирóющей с шлифовальным êрóãом, возрастает и ãлóбина среза пропор-ционально снижается.

5.4.1.1.2. Исправление+поперечно.о+профиля+рельсов

Железные дороãи с óстановившейся праêтиêой шлифования рельсовобычно óделяют особое внимание профилаêтичесêомó шлифованию для ис-правления поперечноãо профиля в целях óлóчшения ãеометрии êонтаêта êо-леса и рельса. Конформность профилей изношенных êолеса и рельса сни-жает êонтаêтные напряжения. Высоêие êонтаêтные напряжения являютсяпричиной пластичесêих деформаций и êонтаêтной óсталости металла на по-верхности êатания, выражающейся в виде отслоений, выêрашивания метал-ла и наêлонных параллельных трещин на рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса.

Величины внóтренних напряжений, êоторые вызывают рост дефеêтоввнóтри ãоловêи рельса, таêих, êаê поперечные трещины, таêже непосред-ственно связаны с óровнем êонтаêтных напряжений. Внóтренние напря-жения таêже возрастают при интенсивном êонтаêте êолеса с рабочей вы-êрóжêой рельса или даже с нарóжной ãранью рельса вследствие поворотаеãо ãоловêи.

С точêи зрения напряженноãо состояния рельса шлифование должновоспроизводить профиль ãоловêи, хорошо соãласóющийся с профилем из-ношенноãо êолеса, и одновременно обеспечивать передачó сил через шей-êó рельса.

Дрóãая цель профилирования поперечноãо сечения ãоловêи рельса за-êлючается в óлóчшении вписывания эêипажей в êривые. Применяя про-фильное шлифование, можно óправлять местоположением êонтаêта êоле-са и рельса. При сосредоточении шлифования на нарóжном êрае ãоловêинарóжноãо рельса и внóтреннем êрае ãоловêи внóтреннеãо рельса êонтаêтêолеса с рельсом смещается из точêи А в точêó В (рис. 5.22). В резóльтатеэтоãо нарóжное êолесо принóждается ê êачению по внóтреннемó êраю на-рóжной рельсовой нити, а внóтреннее по нарóжномó êраю внóтреннейрельсовой нити. Из-за разницы в радиóсах êрóãов êатания êолес ось при-нóдительно ориентирóется в êолее по êолесó меньшеãо радиóса êатания,

o 5-47 x

A B A B

А → ВСдвиг зоны контактапосле шлифования

Профиль новыхрельсов

Профиль рельсовпосле шлифования

Наружныйрельс

Внутреннийрельс

rH rH1

rL rL1

Рис. 5.22. Схема асимметричноãопрофильноãо шлифования рель-сов для смещения зон êонтаêтанарóжноãо и внóтреннеãо рельса

внóтрь êривой

т. е. по внóтреннемó. Это производит эффеêт оãраниченной самоóстановêиêолесной пары в êривых радиóсом 875 700 м. Необходимо отметить, чтопоêазанная на рис. 5.22 рабочая выêрóжêа нарóжноãо рельса таêже не-сêольêо сãлажена с целью недопóщения êонтаêта с ãалтелью ó основанияãребня êолеса. Это позволяет óстранить поверхностные трещины на рабо-чей ãрани рельса и снизить êонтаêтные напряжения. Пóтем шлифованияможно полóчить радиóс êривизны поверхности êатания ãоловêи рельсанесêольêо меньший, чем радиóс êривизны поверхности êатания изношен-ноãо êолеса с проêатом, и тем самым êонтролировать местоположение по-лосы êонтаêта.

Цели обеспечения êонформноãо êонтаêта êолеса и рельса миними-зация эêсцентриситета приложения наãрóзоê и передача реаêции от êолес-ной наãрóзêи через шейêó рельса моãóт встóпать в противоречие дрóã с

o 5-48 x

Dв)

t

Dг)

д)

t

D

t

а

б

в

г

D

ta)

R

Dб)

t

R

α

αб

ξ

Рис. 5.23. Схема снятия металла по разным плосêостям следóющими дрóã за дрóãом шлифо-вальными êрóãами при последовательных проходах рельсошлифовальной машины:

а, б, в, ã, д формы поверхности при последовательных проходах; D ширина сеãмента; t съем металла;α óãол наêлона плосêости

дрóãом. Решение о выборе зависит от тоãо, что необходимо êонтролиро-вать в первóю очередь êонтаêтнóю óсталость рельса или износ êолеса ирельса.

Плосêие шлифовальные êрóãи моãóт создавать тольêо приближенныеочертания оптимальноãо профиля рельса. Профили изношенных рельса иêолеса состоят из пересеêающихся êривых различноãо радиóса, а êаждыйшлифовальный êрóã создает на поверхности рельса плосêóю ãрань. Блаãо-даря óстановêе следóющих дрóã за дрóãом шлифовальных êрóãов машиныпод различными óãлами êаждый последóющий êрóã шлифóет рельс в инойплосêости, чем предыдóщий (рис. 5.23). В резóльтате этоãо по мере шлифо-вания поперечное сечение рельса приобретает формó мноãоóãольноãо при-ближения ê êривым требóемоãо профиля.

5.4.1.1.3. Влияние'параметров'профиля'0олов1и'рельсана'повреждаемость'рельса

Расчеты на модели поêазывают, что волнообразное изнашивание по-верхности êатания рельсов значительно óвеличивает динамичесêое воз-действие êолес на рельсы. С ростом величины неровностей и сêоростидвижения подвижноãо состава динамичесêие силы возрастают нелинейно(рис. 5.24). Обычно считается, что при движения поездов с небольшой сêо-ростью величина волнообразных неровностей не должна превышать 0,5 мм,чтобы не допóсêать заметноãо снижения сроêа слóжбы элементов пóти. Наóчастêах, ãде обращаются поезда со сêоростью 80 êм/ч и более, допóсти-мóю величинó следóет óменьшить до 0,25 мм.

Хотя êонтаêт в зоне рабочей выêрóжêи ãоловêи нарóжноãо рельса(рис. 5.25) и способствóет вписыванию эêипажей в êривые, однаêо порож-дает значительные êонтаêтные напряжения при высоêих осевых наãрóзêахи в êривых малоãо радиóса. Это обóсловлено следóющими причинами:! хотя радиóсы ãалтели ó основания ãребня êолеса и рабочей выêрóжêи

ãоловêи рельса и совпадают по направлению, они относительно малые,поэтомó их рассоãласование оêазывает большое влияние на величинó

o 5-49 x

130

175

220

265

310

60 70 80

1,27

0,76

0,5

Си

лы

в к

он

такт

е, к

Н

Скорость движения, км/ч

Величина неровностей, мм

Статическая нагрузка от колеса

Рис. 5.24. Влияние ве-личины неровностей исêорости движения по-ездов на динамичесêиевертиêальные силы в

êонтаêте êолеса ирельса

êонтаêтной площадêи, что способствóет повышению êонтаêтных на-пряжений;

! одноточечный êонтаêт êолеса и рельса в зоне рабочей выêрóжêи ãолов-êи рельса приводит ê сосредоточению вертиêальных и ãоризонтальныхсил в одной точêе в противоположность двóхточечномó êонтаêтó, приêотором эти силы распределяются междó ãребнем и поверхностью êата-ния êолеса;

! таê êаê поверхность êонтаêта êолеса и рельса не является плосêой поотношению ê оси вращения êолесной пары, это является причиной по-явления составляющей просêальзывания êрóчения (спина), êотораяспособствóет пластичесêой деформации металла;

! зона êонтаêта êолеса с рабочей выêрóжêой ãоловêи рельса имеет малóюнесóщóю способность. В резóльтате действия значительных сил может

o 5-50 x

Измененные профилирельса и колеса

Наплывы металла

Корытообразный износ обода колеса вызывает высокие контактные напряженияи опрокидывающие моменты на наружный край внутреннего рельса в кривой

в)

Рис. 5.25. Одноточечный êонтаêт êолеса ирельса

Рис. 5.26. Проêат на поверхности êатания êолеса (а) вызывает высоêие êонтаêтные напряже-ния (б) и опроêидывающие моменты в нарóжной зоне внóтреннеãо рельса êривой. Схема сня-тия металла в нарóжной зоне внóтреннеãо рельса для óменьшения эêсцентриситета наãрóзêи (в)

а) б)

происходить нарастающее смещение металла на выêрóжêе, аналоãич-ное сползанию отêоса железнодорожной насыпи.Анализ методом êонечных элементов поêазывает, что сжимающие на-

пряжения в ãоловêе рельса êонцентрирóются ниже ее рабочей выêрóжêи.Они более чем вдвое превышают напряжения по сравнению со слóчаемсãлаживания выêрóжêи шлифованием.

Контаêт êолеса, имеющеãо êорытообразный проêат на поверхности êа-тания, с нарóжной зоной ãоловêи рельса обычно óстраняется шлифовани-ем и êонтролем ширины êолеи (рис. 5.26). Таêой êонтаêт обычно происхо-дит в точêе, ãде профиль поверхности êатания êолеса имеет обратнóю êри-визнó, и способствóет óвеличению êонтаêтных напряжений. Кроме этоãо,êонтаêт в нарóжной зоне ãоловêи вызывает эêсцентричнóю передачó на-ãрóзêи от êолеса на рельс. Возниêающее в резóльтате этоãо êрóчение ãо-ловêи может приводить ê ее вертиêальномó расслоению, особенно еслирельс изношен до предельно допóстимоãо óровня.

5.4.1.1.4. Шлифование*для*-л-чшения*состоянияповерхности*5атания*рельса

Шлифование осóществляется таêже для óстранения дефеêтов на по-верхности êатания рельсов, êоторые óсêоряют изнашивание. В работе[5.13] приведены три разновидности шлифования:! предварительное, посредством êотороãо óдаляют оêалинó и зазóбринызаводсêоãо происхождения на вновь óложенных рельсах и сãлаживаютнеровности в сварных стыêах, что способствóет óлóчшению состояниярельсов;

! профилаêтичесêое, при êотором óдаляют слой металла с зародившими-ся óсталостными трещинами для предотвращения их перерождения вболее серьезные повреждения;

! восстановительное, с помощью êотороãо óдаляют таêие поврежденияна поверхности êатания, êаê пробоêсовины и вмятины от раздавленныхзерен попавшеãо на рельс балластноãо материала.В процессе профилаêтичесêоãо шлифования требóется реãóлярное сня-

тие слоя с наêопленной êонтаêтной óсталостью металла толщиной 0,15 0,40 мм. Считается, что поверхностные трещины снижают сопротивляе-мость рельса пластичесêим деформациям и óсêоряют их развитие при вы-соêих осевых наãрóзêах и неóдовлетворительных óсловиях êонтаêта êолесаи рельса. Конечно, оздоровление поврежденной поверхности достиãаетсяпри любом шлифовании, однаêо в профилаêтичесêих целях шлифованиедолжно осóществляться достаточно часто в êривых с интервалом при-мерно 12 млн. т брóтто, зависящим от типа рельса, осевых наãрóзоê, про-филей êолеса и рельса, радиóса êривой и хараêтеристиê применяемоãошлифовальноãо оборóдования.

Независимо от тоãо, êаêоãо вида шлифование выполняется, при êаж-дом проходе рельсошлифовальной машины óдаляется пораженный êон-таêтной óсталостью металл. Кроме тоãо, реãóлярное óдаление слоя металла

o 5-51 x

может отсрочить начало зарождения дефеêта в виде óсталостных раêовинна поверхности êатания рельса.

Теоретичесêие исследования влияния интенсивности вертиêальноãоизнашивания на сроê слóжбы рельсов предполаãают, что сроê слóжбы пофаêторам óсталости можно продлить за счет постепенноãо смещения точ-êи маêсимальной êонтаêтно-óсталостной повреждаемости внóтрь ãоловêирельса за счет износа и снятия металла шлифованием. Наибольший сроêслóжбы рельсов при осевых наãрóзêах порядêа 30 т достиãается при нарас-тании износа рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса с темпом 0,02 0,05мм/млн. т брóтто (см. таêже п. 3.5.2.1). Это в 3 4 раза больше ожидаемойинтенсивности естественноãо износа при отсóтствии шлифования. Поэто-мó на óчастêах, ãде рельсы заменяют из-за выêрашивания металла или по-перечных трещин, а не из-за достижения маêсимально допóстимоãо изно-са, может оêазаться эêономичесêи целесообразным дополнить естествен-ный износ исêóсственным в виде профильноãо шлифования.

В óêазанных работах поêазано, что за счет износа можно избавиться отвыщербин на поверхности рельса до тоãо, êаê они достиãнóт обнарóживае-мой дефеêтосêопом величины. С дрóãой стороны, здесь же поêазано, чточрезмерная интенсивность снятия металла может способствовать верти-êальномó расслоению ãоловêи, происходящемó на ãлóбине 10 12 мм подповерхностью êонтаêта. Посêольêó в этом слóчае может произойти преж-девременный выход рельса из-за достижения маêсимально допóстимоãовертиêальноãо износа, для реализации оптимальной стратеãии требóетсяприменение рельса с óвеличенной площадью поперечноãо сечения ãолов-êи рельса и/или изменение нормы допóстимоãо износа. Таêой подход це-лесообразен в местах, ãде преобладают дефеêты êонтаêтно-óсталостноãопроисхождения.

5.4.1.2. Шлифовальные,-р/0и

5.4.1.2.1. Устройство,и,работа,шлифовально0о,-р/0а

Рабочие хараêтеристиêи шлифовальных êрóãов являются решающимфаêтором эффеêтивноãо и производительноãо шлифования рельсов. Шли-фовальные êрóãи проеêтирóют с óчетом особенностей их работы в задан-ном диапазоне êонтаêтных давлений, частоты вращения и выделениятепла. Их рассчитывают с óчетом баланса хорошей режóщей способности взаданном диапазоне подводимой ê режóщей поверхности мощности и со-хранения работоспособности в течение длительноãо сроêа слóжбы. Надле-жащее соответствие дрóã дрóãó абразивноãо материала и шлифовальноãооборóдования является важной предпосылêой эффеêтивноãо шлифования.

Выпóсêаемые промышленностью шлифовальные êрóãи выполняются ввиде дисêов разной толщины, начиная с 50 75 мм. Их изãотавливают изматрицы с тысячами абразивных зерен, соединенных вместе с помощьюсинтетичесêоãо связóющеãо вещества (рис. 5.27). Каждое зерно действóетêаê резец, а связóющее вещество выполняет роль основы. При этом абра-зивный материал считается хорошим, если:

o 5-52 x

! изломы еãо зерен происходят в различных плосêостях и êаждый изломсоздает острóю режóщóю поверхность;

! обладает сопротивляемостью истиранию в течение длительноãо периода;! имеет достаточно высоêóю вязêость разрóшения, что предотвращаетпреждевременный излом.Таê êаê êрóãи вращаются с частотой порядêа 3600 об/мин, режóщие

зерна постепенно затóпляются. Хороший абразив в процессе работы не-прерывно обламывается по мноãим плосêостям отрыва, обнажая новыережóщие êромêи. Например, абразив на основе оêиси алюминия с цирêо-нием в процессе миêроизломов остается достаточно острым в течение 80 %общеãо сроêа слóжбы. У абразива из обычной оêиси алюминия этот поêа-затель соответствóет 30 %.

На определенном этапе эêсплóатации зерна становятся слишêом мел-êими, чтобы образовывать режóщие êромêи. В это время при шлифованиивозрастает трение и интенсифицирóется выделение тепла на êонтаêтирóю-щих поверхностях. Однаêо состав связóющеãо вещества подбирают таê,чтобы оно позволяло сработанным зернам выпадать из наãревшейся мат-рицы, обнажая тем самым свежие зерна. Действительно, абразивные зернав стрóêтóре шлифовальноãо êрóãа распределены с таêим расчетом, что óêа-занный процесс происходит без заволаêивания рабочей поверхностиêрóãа, что позволяет êаê бы восстановить еãо режóщóю способность.

Если давление на шлифóемóю поверхность меньше расчетноãо, энерãиярасходóется на фриêционное пропахивание, а не на срезание металла. Вэтом слóчае затóпившиеся абразивные зерна не моãóт выпадать из матрицы,и êрóã бóдет засаливаться. Это настольêо изменяет хараêтер взаимо-действия шлифовальноãо êрóãа с рельсом, что на поверхности рельса появ-ляются цвета побежалости. Поэтомó для обеспечения высоêой эффеêтив-ности шлифования требóются подбор êрóãов с óчетом эêсплóатационныхпараметров, надежный êонтроль за соблюдением заданных значений дав-ления и мощности, а таêже динамичесêой óстойчивости привода. В разде-ле 5.5 рассмотрены неêоторые способы оценêи êачества шлифовальныхработ.

Компания производитель шлифовальных работ должна óделять осо-бое внимание сроêó слóжбы шлифовальных êрóãов, посêольêó он во мно-ãом определяет общие расходы на шлифование. С дрóãой стороны, адми-

o 5-53 x

Связующее вещество

Плоскостьизлома

Выпадение затупленныхрежущих зерен

Плоскостиотрыва

Рис. 5.27. Схема процесса излома и выпадения режóщих зерен из шлифовальноãо êрóãа

нистрацию железной дороãи в первóю очередь интересóет êоличество сни-маемоãо металла за 1 ч. В êачестве êомпромисса обычно принимают, чтосроê слóжбы êрóãа должен быть по êрайней мере не меньше продолжи-тельности самоãо длинноãо оêна, например 6 8 ч.

5.4.1.2.2. Отдел&а(поверхности

Необходимость в отделêе поверхности ãоловêи рельса связана с нали-чием на рельсе ребер междó плосêостями, оставленными шлифовальнымиêрóãами, а таêже шероховатости и царапин, образованных абразивнымизернами.

Ребра, создавшиеся в резóльтате мноãоóãольноãо приближения ê требó-емомó êриволинейномó профилю (см. рис. 5.23), обóсловлены ориентиро-ванием следóющих дрóã за дрóãом шлифовальных êрóãов под разнымиóãлами, особенно последних шести восьми êрóãов. При разработêе схемшлифования исходят из необходимости êонтролировать соблюдение за-данных пределов разности óãлов последовательных срезов, чтобы не до-пóсêать образования излишне выстóпающих ребер, êоторые моãóт статьместами зарождения пластичесêих деформаций или êонтаêтной óсталостиметалла.

В резóльтате работы шлифовальных êрóãов поверхность êатания рельсаприобретает пилообразнóю формó. Эти царапины являются следами вра-щательноãо и постóпательноãо движения режóщих абразивных зерен. На-сêольêо ãрóбой полóчается поверхность шлифованноãо рельса, зависит отразмера частиц абразива в êрóãе и реãóлирования работы привода. Для же-лезной дороãи решение о необходимости последóющей отделêи поверх-ности рельсов после шлифования определяется степенью значимости сле-дóющих возможных проблем:! если êрая ребер под воздействием движóщеãося подвижноãо состава де-формирóются, образóющиеся êанавêи моãóт стать местами зарождениямиêротрещин;

! выделяемая при шлифовании теплота обóсловливает образование мар-тенсита в поверхностном слое;

!шлифованная поверхность в течение несêольêих дней вызывает эффеêт«ãóдения» рельсов при прохождении поездов.Отношение администрации железной дороãи ê важности отделêи по-

верхности шлифованных рельсов оêазывает большое влияние на общóюстоимость шлифования. Если допóстима более ãрóбая поверхность, целе-сообразно применять более «аãрессивные» шлифовальные êрóãи. Таêиеêрóãи хараêтеризóются режóщими зернами из цирêония с оêисью алюми-ния, êоторые имеют формó металличесêой стрóжêи. Междó аãрессивнымишлифовальными êрóãами, применяемыми в Северной Америêе, и отде-лочными, применяемыми в Европе, выявлена шестиêратная разница в êо-личестве снимаемоãо металла за один проход при одинаêовой сêоростишлифования (рис. 5.28).

o 5-54 x

Для линий с тяжеловесным движением не требóется ãладêая отделêаповерхности, но она иноãда необходима для пассажирсêих или линий ãо-родсêоãо рельсовоãо транспорта, êоãда для шлифовальных êрóãов моãóтóêазываться меньшие размеры твердых частиц (абразивных зерен). В рель-сошлифовальных машинах общеãо применения обычно использóют êрóãис зернами размером от 14 до 18 óсловных единиц. Для тонêоãо шлифова-ния размеры твердых частиц в êрóãе моãóт быть óменьшены до 32 óсловныхединиц при соответствóющем снижении интенсивности снятия металла ивозниêновении опасности засаливания шлифовальноãо êрóãа.

Выполненные на CPR исследования поперечноãо сечения шлифован-ных рельсов [5.14] подтвердили, что часть вырабатываемой при шлифова-нии теплоты поãлощается верхними слоями стали, превращая ее в твердыймартенсит. К счастью, мартенсит хрóпоê и обычно êонцентрирóется в вер-шинах миêронеровностей шлифованной поверхности, таê что при проходенесêольêих длинносоставных поездов он срезается. Любые миêротре-щины, образóющиеся при шлифовании, значительно меньше трещин, êо-торые развиваются в резóльтате êонтаêтной óсталости, и за несêольêо днейповерхность êатания рельса обычно восстанавливается до первоначально-ãо состояния. Однаêо поêа нельзя сêазать однозначно, что этот выводможно распространять на европейсêие железные дороãи, таê êаê процессóдаления царапин после шлифования при малых осевых наãрóзêах можетбыть иным.

5.4.1.2.3. Влияние'с)орости'и'давления

Шлифовальные êрóãи, êоторые взаимодействóют с выêрóжêами ãолов-êи рельса, подверãаются более высоêим êонтаêтным давлениям и стремят-ся срезать слой металла, толщина êотороãо может в 4 5 раз превышатьтолщинó слоя металла, снимаемоãо êрóãами на поверхности êатания (всредней части ãоловêи рельса). Для продления и соãласования сроêа слóж-

o 5-55 x

0,1

0,2

0,3

0 3 6 9 12

Ср

ед

не

е к

ол

иче

ств

о у

дал

ен

но

го м

ета

лл

ао

дн

им

кр

уго

м з

а о

ди

н п

ро

ход

, мм

Скорость шлифования, км/ч

Агрессивноешлифование

Обычноешлифование

БернемКанадаВенисУолтемС волнообразCным износомБез волнообCразного износа

Рис. 5.28. Зависимостьêоличества снимаемоãоза один проход металлаот типа шлифовальных

êрóãов

бы шлифовальных êрóãов êомпании-подрядчиêи применяют для работы вразных зонах ãоловêи рельса êрóãи разной твердости. Твердость связана сêоличеством использóемоãо связóющеãо вещества, êоторое, в свою очередь,определяет способность зерен отделяться от матрицы. Если связóющее ве-щество слишêом твердое, êрóã может переãреваться, если слишêоммяãêое сроê слóжбы êрóãа соêращается. Несмотря на применение болеетвердых êрóãов, имеет место тенденция ê выработêе на рабочей поверх-ности êрóãа сводчатоãо óãлóбления. Поэтомó праêтиêа поêазала целесооб-разность чередóющеãося изменения óãлов наêлона êрóãов при óстановêена машине, что позволяет выравнивать рабочóю поверхность.

Подобным же образом при последóющих проходах рельсошлифоваль-ной машины следóет изменять положение êрóãов, чтобы избеãать повтор-ноãо шлифования в тех же плосêостях. Эффеêтивность шлифования вомноãом зависит от правильноãо выбора óãлов наêлона êрóãов при последо-вательных циêлах шлифования.

Сêорость резания шлифовальноãо êрóãа (êоличество снимаемоãо метал-ла за единицó времени) прямо пропорциональна приêладываемой мощ-ности (рис. 5.29). С дрóãой стороны, с повышением мощности снижаетсясроê слóжбы êрóãа. Поэтомó важно, чтобы элеêтродвиãатели привода шли-фовальных êрóãов для обеспечения высоêой нормы выработêи работали воптимальном тоêовом режиме. Администрации ряда железных дороã требó-ют от производителей работ отчитываться о расходе шлифовальных êрóãов.

Для рельсошлифовальных машин с оптимальным подбором шлифо-вальных êрóãов и динамичесêи óстойчивым êреплением привода хараêтер-на обратно пропорциональная линейная зависимость междó ãлóбиной сня-тия металла и сêоростью передвижения. Таê, при движении машины с ра-бочей сêоростью в диапазоне 3 20 êм/ч обычно принимают, что при óве-личении сêорости в 2 раза таê же вдвое óменьшается снятие металла. Вмес-

o 5-56 x

Ско

ро

сть

ре

зан

ия

Мощность, кВт

Мощность пропорциональнаскорости резания

Фрикционное

пропахивание

Усто

йчив

ое ш

лиф

ован

ие

Экс

плуа

таци

онны

й ди

апаз

он

Рис. 5.29. Зависимость сêорости резания шли-фовальноãо êрóãа от приêладываемой мощ-

ности

те с тем недавние исследования поêазали, что с повышением сêорости ма-шины часть энерãии постóпательноãо движения шлифовальных êрóãовможно использовать êаê фаêтор неêотороãо повышения эффеêтивностирезания. При этом предполаãается, что сохраняется баланс междó êомпо-новêой êомплеêса шлифовальных êрóãов и общей мощностью системы.

Правильное ориентирование элеêтродвиãателей привода шлифоваль-ных êрóãов таêже имеет большое значение для обеспечения êонтаêта êрóãас рельсом по оси, проходящей через центр внóтреннеãо диаметра êрóãа прилюбых óãлах наêлона. Если это не соблюдено, êрóã бóдет соприêасаться срельсом не передней, а боêовой êромêой, что óменьшает длинó траеêторииêонтаêта êаждоãо режóщеãо зерна и может приводить ê выработêе óãлóбле-ния на рабочей поверхности êрóãа.

5.4.1.3. Схемы&шлифования

Схемой шлифования называют сочетание местоположения шлифоваль-ных êрóãов с их приводами и величин приêладываемоãо давления, обеспе-чивающее формирование заданноãо профиля ãоловêи рельса при последо-вательном проходе ряда шлифовальных êрóãов. Схемы шлифования обыч-но хараêтеризóются долей (в процентах) шлифовальных êрóãов, размещае-мых в êаждой из шести основных зон шлифования рельса соãласнорис. 5.30.

o 5-57 x

± 0,127 мм

Наружнаягрань

Внутренняягрань

Осьрельса

Средняя зонаголовки рельсадальняя ближняя ближняя средняя дальняя

Части внутренней зоныЧасти наружной зоны

Рис. 5.30. Зоны шлифования ãолов-êи рельса

Ниже приведены óêазанные зоны ãоловêи рельса и резóльтаты, ожидае-мые после шлифования этих зон.

Удалить отслоения и выщербины на рельсе на óчастêах с интенсивнымвыêрашиванием металла, плохим состоянием шпал или в êрóтых êри-вых малоãо радиóса.Удалить наплывы металла на внóтренней ãрани ãоловêи рельса

Дальняя частьвнóтренней зоныãоловêи рельса

Удалить трещины и поверхностные выêрашивания металла на рабочейвыêрóжêе ãоловêи рельса на óчастêах со стабильной шириной êолеи.Удалить пластичесêие деформации металла на рабочей выêрóжêе внóт-реннеãо рельса êривой.Удалить наплывы металла и подповерхностные трещины на рабочей вы-êрóжêе нарóжноãо рельса êривой, êоторый до переêладêи был внóтрен-ним.Обеспечить êонформный êонтаêт êолеса и рельса или сãладить зонóêонтаêта внóтренней ãрани рельса и ãалтели ó основания ãребня êолеса

Средняя частьвнóтренней зоныãоловêи рельса

Уменьшить радиóс êрóãа êатания êолеса по внóтреннемó рельсó дляóлóчшения вписывания в полоãие êривые за счет перемещения êонтаêтаê нарóжномó êраю ãоловêи рельса.Увеличить радиóс поверхности êатания ãоловêи бывшеãо нарóжноãорельса êривой, переложенноãо на внóтреннюю нить.Удалить трещины и отслоения металла на рабочей выêрóжêе ãоловêирельса, êоторые распространяются ê середине

Ближняя частьвнóтренней зоныãоловêи рельса

Увеличить ширинó полосы êонтаêта, в зоне êоторой наблюдаются чрез-мерные êонтаêтные напряжения из-за частоãо профильноãо шлифова-ния.Удалить волнообразные неровности маêсимальной величины в среднейзоне ãоловêи рельса.Удалить параллельные поверхностные трещины на полосе êонтаêта.Удалить пробоêсовины на рельсе и неровности в сварных стыêах

Средняя зона ãо-ловêи рельса

Уменьшить радиóс поверхности êатания чрезмерно плосêой ãоловêивнóтреннеãо рельса êривой.Обеспечить зазор междó ложным ãребнем и рельсом на óчастêах с óши-ренной êолеей или меняющейся шириной êолеи

Ближняя часть на-рóжной зоны ãо-ловêи рельса

Удалить наплывы металла на внóтреннем рельсе êривой.Обеспечить зазор междó ложным ãребнем и внóтренним рельсом êривойна óчастêах со стабильной шириной êолеи, например на железобетон-ных шпалах.Увеличить радиóс êрóãа êатания êолеса по нарóжномó рельсó для óлóч-шения вписывания в полоãие êривые за счет перемещения êонтаêта êрабочей выêрóжêе ãоловêи рельса

Дальняя часть на-рóжной зоны ãо-ловêи рельса

Цель шлифованияЗона

На рис. 5.31 представлена выборочная диаãрамма, подробно описываю-щая схемó шлифования одноãо из рельсов (новые рельсы массой 68 êã/м,óложенные с полóêлонêой 1/20) 44 êрóãами применительно ê рельсошли-фовальной машине, оснащенной 88 êрóãами. Точêи на сетêе соответствó-ют óãлó наêлона êаждоãо êрóãа. Числа сверхó вниз относятся ê номерó мо-дóля (êаждый модóль вêлючает 3 4 шлифовальных êрóãа). Каждая ради-альная линия, отходящая от линии, описывающей профиль рельса, обо-

o 5-58 x

o 5-59 x

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12A B

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

A B

1°

0°

1°

2°

3°

4°

5°

6°

7°

9°

8°1

0°

20

°25

°30

° 40

°1

5°

15

°10

°

6°

9°8

° 7°

На

руж

ная

зо

на

(–)

Вн

утр

ен

няя

зо

на

(+)

Же

ле

зна

я д

ор

ога

: C

PR

Ма

сса

ре

льс

а:

65

,5 к

г/м

По

дук

лон

ка:

1:2

0Н

ом

ер с

хем

ы:

11

Мо

дул

ь

1+

35

P5

+3

,52

+3

8P

6+

23

+3

2P

7+

1,5

4–

15

P8

05

–1

71

9+

36

–1

42

0+

57

+2

72

1+

88

+2

92

2+

16

9+

25

23

+1

51

0–

12

4+

14

11

+1

25

–7

12

+3

26

–1

01

3+

22

27

–8

14

+2

02

8+

91

5+

18

29

+1

31

6+

73

0+

11

17

+8

,53

1–

91

8+

10

32

–5

P1

+6

,53

3+

12

P2

+6

34

+2

2P

3+

5,5

35

+2

1P

4+

4,5

36

+1

8

1 2 4 5 6 А

В 7 8 9 10

11

12

3

Рис.

5.3

1. П

ример

схе

мы

шли

фов

ания ре

льса

значает центр единичной плосêости, образóемой при шлифовании. Приданной схеме шлифования óдаляется таêже металл с рабочей выêрóжêирельса с целью снижения интенсивности образования трещин и поверх-ностноãо выêрашивания металла.

Следóет отметить, что на рис. 5.31 точечная êартина óãлов наêлонашлифовальных êрóãов создает Х-образный рисóноê попереê рельса. Этосделано намеренно и означает, что для повышения эффеêтивности шли-фования êаждый êрóã располаãается под óãлом относительно плосêости,созданной предыдóщим êрóãом. Это óлóчшает óсловия резания и обеспе-чивает четêое разделение плосêостей. Разница в óãлах наêлона междó сле-дóющими дрóã за дрóãом êрóãами имеет важное значение для óстановленияшаãа междó ребрами плосêостей, оставляемых после шлифования. На ра-бочей выêрóжêе интервал междó ребрами необходимо óменьшить, чтобысформировать новóю поверхность выêрóжêи без острых êраев.

В табл. 5.10 перечислены стандартные схемы шлифования, применяе-мые на CPR в зависимости от состояния рельсов. Сюда входят схемы: êор-реêтирóющеãо шлифования, выполняемоãо для интенсивной обработêивнóтренней, нарóжной и средней зон ãоловêи рельса; профильноãо шли-фования, выполняемоãо для незначительноãо изменения профиля рельсаили со смещением в дрóãие зоны ãоловêи рельса; теêóщеãо шлифования,при êотором обрабатываются все зоны ãоловêи рельса без изменения сó-ществóющеãо профиля. Следóет отметить, что приведенный в табл. 5.10перечень содержит схемы, предóсматривающие различные óровни внима-ния ê êаждой зоне, поêазанной на рис. 5.30.

Применяемые на CPR схемы начальноãо профильноãо шлифования на-рóжной и внóтренней рельсовых нитей в êривых среднеãо радиóса приве-дены на рис. 5.32 вместе с ãистоãраммами, поêазывающими распределение

o 5-60 x

Сохранение сóществóющеãо профиля нарóжноãо рельса.Сохранение сóществóющеãо профиля внóтреннеãо рельса.Равномерное снятие металла с ãоловêи рельса

Теêóщее

Профильное шлифование в прямой.Профильное шлифование нарóжноãо рельса êривой среднеãо радиóса.Профильное шлифование нарóжноãо рельса êривой малоãо радиóса.Профильное шлифование внóтреннеãо рельса êривой.Интенсивная подрезêа рабочей выêрóжêи ãоловêи рельсов в прямой

Профильное

Интенсивное шлифование рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса длясãлаживания зоны êонтаêта.Интенсивное шлифование нарóжной выêрóжêи ãоловêи рельса для еесãлаживания.Шлифование, сосредоточенное в середине ãоловêи рельса.Шлифование, сосредоточенное в дальних частях нарóжной и внóтрен-ней зон ãоловêи рельса

Корреêтирóющее

Описание схемыВид шлифования

Т а б л и ц а 5.10

Схемы, применяемые на одной из североамериêансêих железных дороã с тяжеловеснымдвижением

подводимой мощности и ãлóбины шлифования при движении рельсошли-фовальной машины со сêоростью 4 êм/ч.

Схемы êорреêтирóющеãо шлифованияПредóсматривают интенсивнóю обработêó нарóжной, внóтренней и

средней зон ãоловêи рельса. Применяются во время начальных проходоврельсошлифовальной машины при наличии значительных волнообразныхнеровностей в продольном профиле рельсов или если поперечный про-

o 5-61 x

0,0000,250,500,75

1,0

0,0000,250,500,75

1,0

26°C18°0°1°3° C1° C3° C4°C6° C4° C2° 0° 1° 2° 3°C7°C12°

C33°C10°

Схема 1 Схема 2

Профили рельсов в кривой

Внутренний рельс Наружный рельс

25,4 — 31,8мм31,8 — 38,1мм9,5 —

19,1мм

Глубина шлифования

Полоса конта

кта

Полоса конта

кта

Подуклонка 1:20

Внутренний рельс Наружный рельс

Распределение мощностишлифования

Профильизношенного рельсаПрофиль новогорельса

31,8 — 38,1мм

мм мм

а)

б)

в)

Рис. 5.32. Профили рельсов в êривой (а), ãлóбина (б) и схемы шлифования (в), применяемыена железной дороãе CPR

филь значительно изменился по сравнению с проеêтным. Таêже применя-ются для снятия наплывов металла.

Схемы профильноãо шлифованияПредназначены для внесения заданных изменений в профиль рельса с

охватом всей ãоловêи. Моãóт обеспечить дополнительное (незначитель-ное) сãлаживание нарóжной или рабочей выêрóжеê ãоловêи рельса исходяиз требóемоãо профиля.

Схемы теêóщеãо или отделочноãо шлифованияПредназначены для поддержания сóществóющеãо профиля рельса или

еãо небольшой êорреêтировêи. Их применение подразóмевает, что рельсóже достиã оптимальноãо очертания. Обычно использóются в тех слóчаях,êоãда рельсы шлифóют достаточно часто в целях снятия слабой поверх-ностной óсталости металла. Отделочное шлифование настраивают в расчетена равномерное снятие металла по всей ãоловêе рельса. Еãо таêже целесо-образно применять во время заêлючительноãо прохода рельсошлифоваль-ной машины с повышенной сêоростью после мноãоêратноãо êорреêтирóю-щеãо шлифования. Отделочное шлифование помоãает óдалить ребра, оста-вленные от предыдóщих проходов с обработêой всей ãоловêи рельса.

5.4.1.4. Пра$ти$а'шлифования'рельсовна'железных'доро7ах'Северной'Амери$и

Грóзовые железные дороãи Северной Америêи широêо применяютшлифование в основном для предотвращения преждевременной заменырельсов из-за êонтаêтной óсталости поверхности êатания. Сочетание вы-соêих (30 т и более) осевых наãрóзоê, плохоãо состояния подрельсовоãооснования, обóсловленноãо наличием в пóти деревянных шпал и влажнойсредой, вызывает большой спрос на рельсы с повышенной óсталостнойпрочностью. В Северной Америêе допóсêи на состояние поверхности êа-тания рельсов достаточно широêие, однаêо при применении более частоãошлифования они óжесточаются. Соãласно техничесêим óсловиям на со-держание поверхности êатания рельсов шлифование требóется при нали-чии в êривых волнообразных неровностей с амплитóдой более 0,25 мм нане менее чем 50 % длины. После шлифования поперечный профиль рельсаможет быть оставлен с допóсêом в пределах 0,12 мм от шаблона на маãи-стральных и 0,25 мм на второстепенных линиях.

Считается, что волнообразный износ óстраняется шлифованием. Одна-êо в прошлом в рельсошлифовальных машинах êрóãи находились в посто-янном положении, что не позволяло выполнять шлифование под острымиóãлами. В резóльтате при шлифовании волнообразных неровностей ãолов-êа рельса становилась плосêой, а большие интервалы шлифования способ-ствовали томó, что оставленные во впадинах неровностей óсталостные тре-щины снижали сопротивляемость рельса пластичесêим деформациям.Шлифование считалось временной мерой, посêольêó волнообразные не-ровности быстро возниêали в тех же местах.

o 5-62 x

Первый êрóпный прорыв в повышении эффеêтивности шлифования вСеверной Америêе произошел после тоãо, êаê было óстановлено, что вол-нообразный износ рельсов инициирóется высоêими напряжениями в êон-таêте междó ложным ãребнем изношенноãо êолеса и нарóжной зоной ãо-ловêи рельса, особенно при большом óширении êолеи. Было выявлено,что первоочередное шлифование нарóжной зоны рельса (рис. 5.33) óстра-няет сопровождающийся высоêими напряжениями êонтаêт в этой зоне и,соответственно, замедляет интенсивность роста волнообразных неровно-стей.

Таêже было óстановлено, что возниêновение сетêи параллельных тре-щин, поверхностноãо и ãлóбинноãо выêрашивания металла на рабочей вы-êрóжêе рельса можно заметно снизить интенсивным шлифованием.

В последнее время наблюдались тенденции ê переходó от интенсивноãошлифования нарóжной выêрóжêи ãоловêи внóтреннеãо рельса и рабочейвыêрóжêи ãоловêи нарóжноãо ê созданию óсловий для êонтаêта более êон-формных профилей изношенных êолеса и рельса. Цель этоãо заêлючаласьв распределении óсталостной повреждаемости на бóльшóю площадь по-верхности êатания рельса. Однаêо железные дороãи, êоторые слишêомрезêо соêратили объемы шлифования рабочей выêрóжêи ãоловêи нарóж-ноãо рельса и нарóжной выêрóжêи внóтреннеãо, столêнóлись с ростомвнóтренних дефеêтов в рельсах [5.15].

Железные дороãи Северной Америêи в настоящее время, по сóществó,стандартизировали реãóлярнóю подрезêó нарóжной выêрóжêи ãоловêи

o 5-63 x

Рис. 5.33. Схема шлифованиянарóжной зоны внóтреннеãорельса êривой для замедле-ния роста волнообразных не-

ровностей

Конформный контактОдноточечный контактИнтенсивный двухточечныйконтакт

Рис. 5.34. Различия в обработêе рабочей выêрóжêи нарóжноãо рельса êривой

внóтреннеãо рельса. Большинство из них стандартизировали таêже подрез-êó рабочей выêрóжêи нарóжноãо рельса, однаêо имеются неêоторые раз-личия в степени таêой подрезêи.

На рис. 5.34 поêазаны различия в обработêе рабочей выêрóжêи нарóж-ноãо рельса. Конформный êонтаêт óлóчшает вписывание эêипажа в êри-вые. Степень подрезêи рабочей выêрóжêи зависит от потребности в óправ-лении наêоплением êонтаêтной óсталости в óêазанной зоне. Нельзя допóс-êать чрезмерной подрезêи рабочей выêрóжêи, таê êаê это способствóетóвеличению поперечных сил.

5.4.1.5. Оптимизация*профиля*рельсов

Североамериêансêие железные дороãи стандартизировали представлен-ные в 1991 ã. Национальным исследовательсêим советом Канады (NRC)восемь профилей ãоловêи рельса с радиóсом êривизны поверхности êата-ния 200 мм (рис. 5.35). Профиль ТТ предназначен для прямых, профилиH1 H4 дают возможность постепенно óвеличивать снятие металла с ра-бочей выêрóжêи ãоловêи рельса с шаãом 0,5 мм, а профили L1 L3 пред-óсматривают постепенный съем металла с нарóжной выêрóжêи ãоловêирельса. Постепенное óвеличение снятия металла позволяет применять этипрофили для пóти, находящеãося в различном состоянии, вêлючая óшире-ние êолеи, значительнóю динамичесêóю расêантовêó рельса, и для мяãêойрельсовой стали. Профиль ãоловêи рельса с радиóсом êривизны поверх-ности êатания 200 мм является êомпромиссным, посêольêó идеальной ве-личиной радиóса считают 250 мм. Однаêо при заданной интенсивности из-носа и пластичесêой деформации в период междó шлифованиями рельс,при óêладêе имевший начальнóю êривизнó, соответствóющóю радиóсó200 мм, в процессе эêсплóатации óплощается до радиóса 300 мм со среднимзначением 250 мм при принятой периодичности шлифования.

Разработанные образцы профилей NRC и инстрóêтивные óêазания поих применению обеспечивают двóхточечный соãласованный êонтаêт отно-сительно óсредненноãо изношенноãо êолеса. Таêое óсловие было постав-лено для предотвращения разрóшения рабочей выêрóжêи ãоловêи рельсаот чрезмерных наãрóзоê, возниêающих при одноточечном êонтаêте. Чтобы

o 5-64 x

H1H2

H3H4

ТТ

а)

б)

L3L1

L2

ТТРис. 5.35. Комплеêт из восьмипрофилей ãоловêи рельса, раз-работанных NRC для нарóжно-ãо (а) и внóтреннеãо (б) рельсов

êривой

не óхóдшать óсловия вписывания эêипажа в êривые, реêомендóется надле-жащее смазывание рабочей выêрóжêи.

Дальнейшемó развитию техниêи шлифования рельсов способствоваливнедрение óлóчшенных сортов рельсовой стали, óсовершенствованныхóпрóãих рельсовых сêреплений, рельсошлифовальных машин повышен-ной мощности и систем точноãо измерения профиля рельсов. Железныедороãи, êоторые приняли обязательства строãо соблюдать периодичностьпрофилаêтичесêоãо шлифования, находят возможности êонтролироватьêонтаêтнóю óсталость рабочей выêрóжêи рельса с ее менее интенсивнымшлифованием. Оêазалось возможным оãраничить развитие êонтаêтнойóсталости и одновременно óлóчшить вписывание в êривые. В табл. 5.11 по-êазано, êаê изменился набор шаблонов профилей рельсов за последнее де-сятилетие на железной дороãе Burlington Northern Santa Fe (BNSF).

Более поздние проãраммы шлифования рельсов на железных дороãахBNSF и СРR вêлючали разработêó оптимизированных профилей рельсов вêачестве неотъемлемой части общей проãраммы модернизации. Таêиепрофили способствóют созданию блаãоприятных óсловий взаимодействиярельсов со специфичесêими êолесами ваãонов определенных типов, обра-щающихся по êонêретным óчастêам. Требóются отдельные профили на-рóжных рельсов для полоãих и êрóтых êривых и один или два профилявнóтренних рельсов. На BNSF и СРR в прямых применяют два профилярельсов для óвеличения площади êонтаêта на бандаже êолеса, чтобы за-медлить на нем развитие проêата. Подобная праêтиêа оêазалась óспешнойи на сети железных дороã Spoornet и QCM.

o 5-65 x

ТТТТШлифование в прямых

ТТЛюбое> 1164 мТТН2Профилаêтичесêое шлифование вêривых радиóсом свыше 1165 м

ТТ< 13 мм> 500 мН1Н3Профилаêтичесêое шлифование вêривых радиóсом 500 1165 м

L1< 13 мм≤ 500 мН2Н4Профилаêтичесêое шлифование вêривых радиóсом 250 500 м

L2< 13 мм≤ 500 мН2Н4Профилаêтичесêое шлифование вêривых радиóсом менее 250 м

L3> 25 мм ≤ 500 мН3Н4Корреêтирóющее шлифование вêривых особо малоãо радиóса

НовыйУширениеêолеи

Радиóс êри-вой

Новыйшаблон

Старыйшаблон

Внóтренний рельсНарóжный рельсВид шлифования и особенности планапóти

Т а б л и ц а 5.11

Изменение шаблонов профилей рельсов NRC на железной дороãе BNSF

5.4.1.5.1. Прое%тирование+профиля+рельса

В 1990-х ãодах профили рельса разрабатывали исходя из профиля óсред-ненноãо изношенноãо êолеса, использóя для этоãо êомпьютерные расчет-ные проãраммы. Особый аêцент делался на разработêе надлежащеãо про-филя óсредненноãо êолеса. Целью проеêтирования было создание профи-лей рельса, êоторые обеспечивали бы маêсимальнóю óстойчивость движе-ния в прямых при минимальном значении êонтаêтных напряжений и безчрезмерноãо óхóдшения вписывания в êривые. На железных дороãах с тя-желовесным движением старались обеспечить двóхточечный êонформныйêонтаêт, а на линиях ãородсêоãо и приãородноãо рельсовоãо транспорта одноточечный êонформный êонтаêт.

NRC использóет понятие êонформности для обозначения общеãо со-стояния, при êотором соãласно словарю Webster профили êолеса и рельсав зоне êонтаêта имеют подобные очертания. На рис. 5.36 приведены опре-деления NRC для êонформности профилей êолеса и нарóжноãо рельсаêривой при отношении L/V боêовой силы ê вертиêальной, равном при-мерно 0,6, для разных сочетаний профилей новоãо и изношенноãо рельса.Поêазаны óсловия одноточечноãо и двóхточечноãо êонтаêта. В обоих слóча-ях êонтаêт считается плотно êонформным, если зазор d или S междó неде-формированными êолесом и рельсом не превышает 0,1 мм. В наãрóженномсостоянии из-за óпрóãой деформации êолеса и рельса зазор праêтичесêи ис-чезает, что приводит ê óвеличению площади эллиптичесêой зоныêонтаêта, êоторая охватывает значительнóю часть полосы изнашиванияшириной 25 38 мм. При зазоре величиной до 0,4 мм êонтаêт еще можносчитать êонформным, но плотно êонформным он становится тольêо послезначительноãо изнашивания и наêопления пластичесêих деформаций.При значениях d или S, превышающих 0,4 мм, êонтаêт считается неêон-формным, таê êаê профили полностью разъединены и не обеспечивается

o 5-66 x

S

S

d

d

Усредненный профильколес вагоновCзерновозов BNSF

Рельс массой 67,5 кг/мс радиусом верха головCки 250 мм;одноточечный неконCформный контакт

Профиль колес иных,чем на BNSF

Рельс массой 67,5 кг/мс радиусом верха головCки 250 мм;одноточечный конформCный контакт

Профиль колеса AAR1Bс уменьшенной толщинойгребня

Рельс по шаблону NRC C H1,двухточечный неконформCный контакт

Рельс по шаблонуNRCCH2;двухточечныйконформный контакт

Усредненный профильколес вагоновCзерновозов BNSF

Рис. 5.36. Схемы êон-формноãо и неêонформ-ноãо êонтаêта профилей

êолеса и нарóжноãорельса при отношениипоперечной силы ê вер-тиêальной (L/V), равном

0,6

снижение êонтаêтных напряжений, êаê это имеет место при êонформномêонтаêте. Хотя неêоторые применяют термин «êонформный êонтаêт» и êодноточечномó и двóхточечномó соãласованным êонтаêтам, NRC опреде-лил, что разница в величинах напряжений, хараêтере просêальзывания иобщей работе системы êолесо рельс оправдывает сложность сохраненияболее точноãо определения.

5.4.1.5.2. Моделирование+на,опления+,онта,тной1сталости+в+рельсах+от+проходящих+,олес

Контаêтная óсталость поверхности рельса является резóльтатомдействия êонтаêтных напряжений и просêальзываний. Эти параметрыопределяются ãеометрией êонтаêта êолеса и рельса, êоторая, в свою оче-редь, зависит не тольêо от начальной (неизношенной) ãеометрии êаждоãоэлемента системы, но таêже от изменений в ãеометрии, происходящих врезóльтате изнашивания, êонтаêтной óсталости и пластичесêих деформа-ций. Например, вследствие просêальзывания в êонтаêте êолеса и рельсапроисходит смещение металла с êрая ãоловêи нарóжноãо рельса ê рабочейвыêрóжêе, восполняя ранее снятый металл при шлифовании. Нарóжныйрельс принимает формó óсредненноãо êолеса. Примерно 50 % общеãо чис-ла êолес, êоторые имеют толщинó металла ó основания ãребня бóльшóю,чем ó óсредненноãо êолеса, достаточно хорошо вписываются в êривые, од-наêо они вызывают высоêие нормальные напряжения в зоне рабочей вы-êрóжêи рельса, способствóя подповерхностной óсталости металла. У нихнаблюдается одноточечный êонформный и неêонформный êонтаêт. Дрó-ãая половина êолес имеет двóхточечный êонтаêт, что óхóдшает вписываниев êривые и порождает пластичесêие деформации и изнашивание поверх-ности êатания.

Моделирование оêазалось ценным средством проеêтирования опти-мальных профилей рельсов, êоторые на праêтиêе имеют дело с êолесамиразноãо профиля от неизношенноãо до сильно изношенноãо, с новымободом и ободом с проêатом, с широêим и тонêим ãребнем. NRC разрабо-тал модель оптимизации профиля (pummeling см. Словарь), в êоторойиспользóют измеренные профили изношенных êолес и параметры тележеêданноãо ваãонноãо парêа, а на выходе полóчают распределение êонтаêтныхнапряжений, óсталостной повреждаемости, хараêтеристиêи óстойчивостидвижения эêипажа и вписывания в êривые. Посредством итерационноãопроцесса модель находит профили рельсов, êоторые оптимизирóют вза-имодействие êолеса и рельса в прямых и êривых.

Наêопленные нормальные êонтаêтные напряжения междó êолесом ирельсом для совоêóпности проанализированных профилей êолес можнопредставить в виде эпюры напряжений. На рис. 5.37 поêазаны фотоãрафииповерхности ãоловêи рельса и эпюры сóммированных напряжений для ха-раêтерных профилей рельса после профилаêтичесêоãо и êорреêтирóющеãошлифования. Поверхностные трещины выделены с использованием про-ниêающей жидêости с êрасителем.

o 5-67 x

На рис. 5.37, а и б поêазано состояние рельса в êривой радиóсом 270 м сóширением êолеи 12 мм, профиль êотороãо поддерживается по шаблонóNRC H2/L2, при профилаêтичесêом шлифовании с интервалами 13,6 млн. тбрóтто. На поверхности êатания рельса видны очень мелêие трещины. Ихможно óдалить и восстановить профиль по шаблонó NRC за один проходвысоêопроизводительной рельсошлифовальной машины со сêоростью12,8 êм/ч.

На рис. 5.37, в и ã поêазано состояние рельса в êривой радиóсом 270 м сóширением êолеи 22 мм, профиль êотороãо поддерживается по шаблонóNRC H4/L2, при êорреêтирóющем шлифовании с интервалами 54,5 млн. т

o 5-68 x

а) б)

в) г)

Рис. 5.37. Виды поверхности êатания рельсов с óсталостными трещинами и эпюры сóммиро-ванных êонтаêтных напряжений после профилаêтичесêоãо (а и б) и êорреêтирóющеãо (в и ã)

шлифования

брóтто. На рабочей выêрóжêе нарóжноãо рельса и на нарóжной выêрóжêевнóтреннеãо видны очень ãлóбоêие поверхностные трещины. Причиной ихвозниêновения являются высоêие êонтаêтные напряжения от воздействиябольшоãо числа êолес на рабочóю выêрóжêó ãоловêи нарóжноãо рельса иот воздействия êолес с ложным ãребнем на нарóжнóю выêрóжêó внóтрен-неãо. Для óдаления поверхностных трещин и восстановления профиля тре-бóется от трех до восьми проходов рельсошлифовальной машины по на-рóжномó и от пяти до девяти проходов по внóтреннемó рельсó со сêо-ростью 10 êм/ч.

5.4.1.5.3. Профили'рельсов'для'прямых

Большинство железных дороã применяют в прямых профиль рельса срадиóсом êривизны поверхности êатания в средней части ãоловêи, равным200 мм. По мере совершенствования êонстрóêции ваãонов и элементовверхнеãо строения пóти все больше êолес постоянно êатятся по одной итой же êонтаêтной полосе на ободе, что óсêоряет образование проêата êо-лес. NRC разработал новые профили рельсов, êоторые обеспечивают двеотдельные полосы êачения êолес, отстоящие дрóã от дрóãа на 12 мм, од-на смещена внóтрь (TG), дрóãая нарóжó (NF). Оба профиля запроеêтиро-ваны таê, чтобы избежать излишнеãо изменения формы рельса пришлифовании, свести ê минимóмó êонтаêтные напряжения и повреждае-мость поверхности êатания, óлóчшить вписывание в êривые и óменьшитьвиляние. Рис. 5.38 иллюстрирóет влияние новых профилей на распределе-ние êонтаêта. Профили способствóют расширению зоны êонтаêта и, сле-довательно, изнашивания на поверхности êатания êолеса, óменьшая темсамым число êолес с проêатом êорытообразной формы и интенсивностьизнашивания таêоãо рода. Применение таêих профилей рельса позволяетóвеличить сроê слóжбы рельсов в êривых и прямых, óменьшить объемы ра-бот по шлифованию, снизить поперечные силы воздействия êолес на рель-сы в резóльтате óлóчшения вписывания в êривые, а таêже óвеличить сроêслóжбы êолес и снизить расход топлива на тяãó поездов.

o 5-69 x

Рис. 5.38. Распределение интенсивности êонтаêта по поверхности êатания êолеса при приме-нении рельсов разных профилей в прямых

5.4.1.5.4. Профили'нар*жных'рельсов'2ривых

Оптимальные профили нарóжных рельсов êривых должны óстранять êон-центрацию напряжений и êонтаêтной óсталости и обеспечивать лóчшиеóсловия вписывания эêипажей в êривые. Исследования на модели поêазали,что профили нарóжных рельсов NRC вызывают чрезмерные êонтаêтные на-пряжения и неóдовлетворительное вписывание, êоãда речь идет о ãрóппе из-ношенных êолес. Были разработаны óсовершенствованные профили для на-

рóжных рельсов êривых среднеãо (НМ) и малоãо радиóса (HS). Рис. 5.39 ил-люстрирóет сóщественное снижение óсталостной повреждаемости поверх-ности êатания при новых профилях по сравнению с профилями NRC. Тол-щина слоя снимаемоãо металла при перепрофилировании óменьшается вêривых среднеãо и малоãо радиóса на 0,38 и 0,63 мм соответственно. Приэтом значительно óлóчшается вписывание эêипажей в êривые.

5.4.1.5.5. Профили'вн*тренних'рельсов'2ривых

Наличие êолес с проêатом êорытообразной формы на железных доро-ãах с тяжеловесным движением в прошлом требовало интенсивноãо шли-фования нарóжной выêрóжêи ãоловêи внóтреннеãо рельса. Уширение êо-леи еще больше обостряло проблемó. При применении профилаêтичесêо-ãо шлифования рельсов из óлóчшенных сортов стали снижается интенсив-ность пластичесêих деформаций и óменьшается потребность в съеме ме-талла. На основании исследований на модели трех образцов профилейNRC для внóтреннеãо рельса был разработан óсовершенствованный вари-

o 5-70 x

a) б)

NRCCH1 NRCCH2

СLCHM СLCHS

Уровень поверхностнойусталостной повреждаемости

в кривых среднего радиуса

Уровень внутреннейусталостной повреждаемости

в кривых малого радиуса

2 мм 0,92 ммNRCCL2

CLCL10

Рис. 5.40. Сопоставление новоãо профиля внóтреннеãо рельса CL-L10 с сóществóющимNRC-L2

Рис. 5.39. Распределениеповерхностной и внóтрен-ней óсталостной повреж-даемости при применениирельсов разных профилейв êривых среднеãо (а) и

малоãо (б) радиóса

ант, названный L10. Вместо частоãо снятия металла с нарóжной сторонывнóтреннеãо рельса для óстранения êонтаêта с ложным ãребнем êонтаêт-ные напряжения были снижены за счет óвеличения радиóса êривизны по-верхности êатания ãоловêи рельса с 200 до 250 мм. В резóльтате этоãо поêа-затель повреждаемости рельса óменьшился на 30 % в êривых среднеãо и на23 % в êривых малоãо радиóса, а направляющий момент (способность впи-сывания в êривые) изменился незначительно. При новом профиле внóт-реннеãо рельса L10 съем металла снижается на 75 % по сравнению с про-филем NRC-L2 (рис. 5.40), что повышает производительность обработêиповерхности рельса и óвеличивает сроê еãо слóжбы. Рельсы профиля L10намечено óêладывать на внóтренней нити всех êривых среднеãо и малоãорадиóса вместо рельсов трех профилей, использóемых в настоящее время.

5.4.1.6. Л"бри&ация*и*шлифование*рельсов

Трещины óсталостноãо происхождения на поверхности рельсов наибо-лее интенсивно развиваются при попадании в них воды и в меньшей сте-пени при заãрязнении смесью воды и смазêи. С дрóãой стороны, лóбриêа-ция значительно снижает напряжения от тяãовых óсилий при êонтаêте êо-леса и рельса и поэтомó óменьшает число циêлов êонтаêтноãо наãрóжения,êоторые способствóют поверхностной óсталости рельса. По этой причинепрофилаêтичесêое шлифование, при êотором óдаляются поверхностныетрещины, в сочетании с лóбриêацией может сóщественно óвеличить сроêслóжбы рельсов. И наоборот, нанесение смазêи на поврежденные рельсыможет óвеличить темп роста трещин. Посêольêó лóбриêация снижает таê-же боêовой износ нарóжноãо рельса и êонтролирóет поперечные силы вêривых, эффеêтивная проãрамма лóбриêации имеет большое значение дляóспешноãо выполнения проãраммы профилаêтичесêоãо шлифования и дляóвеличения сроêа слóжбы рельсов.

5.4.1.7. Оптимальная*интенсивность*изнашиваниярельсов

Изнашивание рельсов с оптимальным темпом позволяет êонтролиро-вать наêопление поверхностной óсталости в металле (см. таêже п. 3.5.2.1).Недостаточное изнашивание приводит ê êонтаêтной óсталости рельсов, вто время êаê чрезмерное соêращает сроê их слóжбы. Оптимальный темпизнашивания различен для разных óчастêов пóти и зависит от ãрóзонапря-женности линии, осевых наãрóзоê, рода перевозимых ãрóзов, металлóрãи-чесêих свойств рельса, радиóса êривых, особенностей оêрóжающей среды,времени ãода, ширины êолеи, принятых режимов лóбриêации рельсов ит. д. При профилаêтичесêом шлифовании óдаляется тонêий поверхност-ный слой металла, пораженноãо êонтаêтной óсталостью и миêротрещина-ми, что позволяет исêóсственно êонтролировать темп изнашивания присохранении механичесêи óпрочненноãо слоя металла.

Процесс определения оптимальноãо темпа изнашивания начинается санализа образцов изношенных рельсов, изъятых из эêсплóатации, для

o 5-71 x

определения интенсивности роста óсталостных трещин и направления ихраспространения. Например, на миêроснимêе поперечноãо разреза нарóж-ноãо рельса, взятоãо из êривой радиóсом 290 м (рис. 5.41), отсóтствóютóсталостные трещины на рабочей выêрóжêе и видны êоротêие, размером0,35 мм, перпендиêóлярные трещины на поверхности êатания ãоловêирельса. Это свидетельствóет о том, что принятая периодичность шлифова-ния и толщина снятоãо слоя металла в êривых малоãо радиóса достаточныдля êонтроля зарождения и развития óсталостных трещин. При том же ис-следовании выявлено, что при интервале шлифования 27 млн. т брóтто по-ездной наãрóзêи на рельсе имеются êосые трещины ãлóбиной до 1 мм; этосвидетельствóет о бóльшей степени поверхностной óсталости рельса.

В одном из примеров оптимальная толщина снимаемоãо слоя металлас нарóжных рельсов êривых малоãо радиóса при интервале шлифования13,6 млн. т брóтто была определена равной 0,1 мм для средней части по-верхности êатания ãоловêи рельса и 0,25 мм для рабочей выêрóжêи. Надрóãой железной дороãе с интервалом шлифования 23 млн. т óстановили,что оптимальная толщина слоя снимаемоãо металла с внóтренней зоны по-верхности êатания и рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса должна составлять0,18 мм. Эти величины снятия металла приняты соответствóющими желез-ными дороãами в êачестве минимальных для всех êривых, в êоторых осó-ществляется профилаêтичесêое шлифование.

o 5-72 x

Рельсовая сталь NKK 95.ПоэтапноCпрофилактическоешлифование.Уширение колеи 27 мм.

Рабочаявыкружка

Наружнаязона

3

1

12

3

2

Рис. 5.41. Распределение поверхностных трещин в нарóжном рельсе êривой малоãо радиóсапри профилаêтичесêом шлифовании:

1 рабочая выêрóжêа; 2 поверхность êатания; 3 нарóжная сторона

Схемы шлифованияПраêтичесêое осóществление снятия металла с оптимальным темпом

требóет точноãо знания толщины óдаляемоãо слоя для êаждой схемы шли-фования при различных сêоростях шлифования. Современные высоêо-производительные рельсошлифовальные машины в режиме реãóлярноãопрофилаêтичесêоãо шлифования имеют рабочóю сêорость 9,5 22,5 êм/ч.Собранные в процессе работы данные, сведенные в табличной форме, ис-пользóются для определения маêсимальной сêорости движения рельсо-шлифовальной машины, при êоторой обеспечивается оптимальная вели-чина снятия металла для êаждой схемы шлифования. Полóченные значе-ния маêсимальной сêорости соблюдаются на всех обрабатываемыхóчастêах рассматриваемой линии.

При разработêе схем шлифования рельсов они тщательно адаптирова-лись в целях приведения состояния эêсплóатирóемых рельсов в соответ-ствие с новыми профилями NRC. По мере тоãо êаê с течением времениоснащение рельсошлифовальных машин менялось, схемы шлифования ав-томатичесêи перенастраивались соответственно новомó оборóдованию свнесением необходимых изменений в исходные схемы. Кроме тоãо, со вре-менем изменялась таêже форма ãоловêи рельса вследствие изменения объ-емов перевозоê, осевых наãрóзоê и профилей êолес. Оба эти фаêтора в со-четании приводили ê томó, что шлифование по принятым схемам зачастóюоставляло ребра в разных местах поверхности рельсов, следовательно, еãорезóльтаты плохо соответствовали требóемым профилям рельса.

Для повышения эффеêтивности профилаêтичесêоãо шлифования по-требовалось провести пересмотр схем шлифования. Специально разрабо-танные схемы шлифования снимают металл тольêо в местах, ãде это фаê-тичесêи необходимо, исправляя профиль и óлóчшая состояние поверх-ности рельсов без излишней потери металла в зонах рельса, ãде этоãо нетребóется. Усовершенствованные схемы таêже снижают интенсивностьроста трещин за счет более близêоãо соответствия требóемомó профилю илóчшеãо ãеометричесêоãо сãлаживания поверхности.

5.4.1.8. Страте&ия)шлифования)рельсов

5.4.1.8.1. Профила3тичес3ое)шлифование

На железных дороãах Северной Америêи продолжает сохраняться тен-денция ê óвеличению сêорости шлифования при обеспечении êонтроля заêонтаêтной óсталостью рельсов. Это позволяет снизить расходы на шли-фование и óменьшить потери металла. Таêие железные дороãи, êаê BNSF,CPR и Canadian National (CN), в настоящее время имеют большóю протя-женность пóти, на êотором блаãодаря шлифованию сохраняется требóе-мый профиль рельсов. Обычно шлифование выполняется за один проход синтервалами от 7 до 22 млн. т брóтто.

o 5-73 x

5.4.1.8.2. Сопоставление,профила/тичес/о1ои,/орре/тир2юще1о,шлифования

По опытó BNSF, CPR, CN и мноãих дрóãих железных дороã óстановлено,что даже при высоêопрочных рельсах не óдается предотвратить развитиеêонтаêтной óсталости в самом верхнем слое рельсовой стали в óсловиях вы-соêих ãрóзонапряженности и осевых наãрóзоê. Развитие поверхностных иподповерхностных óсталостных трещин определяется êонтаêтными напря-жениями и просêальзыванием. Соãласно исследованиям NRC, миêротре-

o 5-74 x

Сварные стыêи обрабатывают-ся редêо. Неровности в стыêахвызывают расстройство сêреп-лений, шпал и балласта

Сварные стыêи обрабатывают-ся реãóлярно

Профиль меняется за периодпропóсêа поездной наãрóзêи18,2 млн. т брóтто

Постоянно поддерживается оп-тимальный профиль рельсов(низêие êонтаêтные напряже-ния, повышенная óстойчивостьдвижения в прямых и лóчшиеóсловия вписывания в êривые)

За несêольêо проходов эêс-плóатационно óпрочненныйслой металла óдаляется

Сохраняется эêсплóатационноóпрочненный слой металла

Оставшиеся трещины сразó на-чинают распространяться

Новые трещины тольêо зарож-даются

Остаются ãлóбоêие трещиныУдаляются все поверхностныетрещины

Шлифование проводят при на-личии видимых и значитель-ных поверхностных дефеêтов

Шлифование проводят дажепри отсóтствии видимых по-верхностных дефеêтов

Интервалы óстанавливаются вфóнêции времени (например,один раз в ãод)

Интервалы шлифования зави-сят от размеров движения (млн.т брóтто)

Обычно сплошное шлифова-ние всех êривых

Интервалы шлифования зави-сят от радиóса êривой

Отличительные особен-ности

3 91Число проходов

4,0 9,69,6 19,2Сêорость шлифования, êм/ч

72,2 181,821,8 54,5В прямых

54 109,114,5 36,4В êривыхсреднеãо ра-диóса

36,4 72,77,3 18,2В êривых ма-лоãо радиóса

Интервалышлифованияв фóнêциипропóщенно-ãо тоннажа,млн. т брóтто

Корреêтирóющее шлифованиеПрофилаêтичесêое шлифование

Т а б л и ц а 5.12

Различия междó профилаêтичесêим и êорреêтирóющим методами шлифования

щины развиваются в наиболее напряженной поверхностной зоне рельса припропóсêе поездной наãрóзêи 4,5 7,3 млн. т брóтто. В ранней стадии миêро-трещины растóт относительно медленно. Интенсивность развития трещинпо мере óвеличения их длины возрастает со все большей сêоростью.

Профилаêтичесêое шлифование имеет целью обработêó поврежденнойповерхности рельсов до тоãо, êаê миêротрещины достиãнóт стадии óсêо-ренноãо роста. С помощью профилаêтичесêоãо шлифования полностьюóдаляются все êоротêие трещины на стадии их зарождения и медленноãороста. Снятие тонêоãо поверхностноãо слоя металла с миêротрещинамиможно выполнять за один проход рельсошлифовальной машины с повы-шенной сêоростью. В то же время при этом сохраняются праêтичесêи оп-тимальный профиль рельса и защитный, возниêший в резóльтате эêсплóа-тационноãо óпрочнения слой металла. При профилаêтичесêом шлифова-нии êонтаêтные напряжения находятся под êонтролем, óлóчшается на-правление êолесных пар тележеê в êолее и поддерживается сопротивляе-мость появлению и ростó трещин за счет наличия механичесêи óпрочнен-ноãо слоя металла.

При êорреêтирóющем же шлифовании рельсы подверãаются более вы-соêим êонтаêтным напряжениям. Даже самые прочные рельсы не моãóт ихвыдержать. Поэтомó для обработêи рельсов с достаточно ãлóбоêими тре-щинами с помощью êорреêтирóющеãо шлифования требóется несêольêопроходов машины с малой сêоростью. При таêом интенсивном шлифова-нии рельсов óдаляется óпрочненный слой металла и в то же время не óдает-ся лиêвидировать самые ãлóбоêие трещины. Из-за большоãо объема сни-маемоãо металла, что хараêтерно для êорреêтирóющеãо шлифования, сроêслóжбы рельса соêращается. Кроме тоãо, невозможность реãóлярно обра-батывать профиль рельсов приводит ê óвеличению поперечных сил во вза-имодействии êолес и рельсов, êоторые вызывают чрезмерные напряженияв êонстрóêтивных элементах верхнеãо строения пóти и подвижноãосостава. При этом сóщественно возрастает вероятность виляния эêипажей.Невозможность реãóлярно обрабатывать сварные стыêи и дрóãие неров-ности на поверхности рельсов вызывает наêопление расстройств в балла-сте и шпалах. В табл. 5.12 вêратце изложены основные различия междóпрофилаêтичесêим и êорреêтирóющим методами шлифования.

5.4.1.9. Переход'от')орре)тир+юще.о)'профила)тичес)ом+'шлифованию

Обычная методиêа перехода ê профилаêтичесêомó шлифованию на пер-вом этапе, еще до óстановления заданной периодичности, требóет значи-тельноãо, хотя и êратêовременноãо óвеличения объемов шлифования длявосстановления профиля и óлóчшения состояния поверхности всехрельсов. Однаêо мноãие железные дороãи, признающие преимóщества про-филаêтичесêоãо шлифования, не располаãают достаточными финансовымисредствами для выполнения предварительной отделêи рельсов. Для этоãослóчая NRC разработал метод поэтапно-профилаêтичесêоãо шлифования.

o 5-75 x

5.4.1.9.1. Поэтапно-профила,тичес,ое0шлифованиерельсов

Этот метод предóсматривает отêаз от êорреêтирóющеãо шлифования ипереход на профилаêтичесêое шлифование с принятыми для неãо интер-валами без предварительной дороãостоящей отделêи рельсов. Целью яв-ляется поэтапное приобретение рельсами требóемоãо профиля и óдалениетрещин с поверхности êатания. В соответствии с этой технолоãией работаначинается с более частых шлифований за один проход, êаê при традици-онном профилаêтичесêом шлифовании, но с óвеличением объема снимае-моãо при êаждом проходе металла, что возможно тольêо при наличии со-временноãо высоêопроизводительноãо шлифовальноãо оборóдования.Блаãодаря этомó можно сразó воспользоваться выãодами от оптимизиро-ванноãо профилаêтичесêоãо шлифования при постепенном исправлениипрофиля и óдалении поверхностных трещин.

На рис. 5.42 поêазан процесс последовательноãо профилирования рель-сов и óдаления поверхностных трещин. На первом этапе за один трипрохода рельсошлифовальной машины достиãается требóемый профильрельса. На втором этапе за следóющие один три прохода постепенно пре-êращается зарождение новых трещин. На третьем этапе за следóющиеодин три прохода óдаляются оставшиеся пассивные трещины и полóчает-ся ãладêая поверхность. Весь процесс требóет в общей сложности три прохо-да рельсошлифовальной машины в прямых и êривых большоãо радиóса и додевяти проходов по внóтренней рельсовой нити в êривых малоãо радиóса.

Неотъемлемыми элементами поэтапно-профилаêтичесêоãо шлифова-ния являются эффеêтивная лóбриêация рельсов и правильная ширина êо-леи. Лóбриêация значительно снижает поперечные силы в êривой, чтоимеет сóщественное значение для поддержания êонтаêтных напряженийна êонтролирóемом óровне. При óширении êолеи в êривых ложный ãре-бень изношенных êолес êонтаêтирóет с поверхностью êатания внóтренне-ãо рельса, что вызывает весьма высоêие êонтаêтные напряжения и óхóдша-ет вписывание тележêи в êривые.

Уêазаннóю методиêó шлифования впервые применила железная дороãаBNSF на линии Тихооêеансêо-Северо-Западноãо êоридора (PNW) в фев-

o 5-76 x

Этап IИсправление профиля

Этап IIПрекращение зарождения трещин

Этап IIIУдаление пассивных трещин

Отсутствие

трещин

Этап II Этап III

Рис. 5.42. Последова-тельное óдаление трещинпри поэтапно-профи-лаêтичесêом шлифова-

нии

рале 1998 ã. [5.16]. Развернóтая длина пóтей здесь составляет 8300 êм, ãрó-зонапряженность на êлючевых óчастêах от 27 до 81 млн. т брóтто в ãод.Значительная часть линии состоит из êривых малоãо радиóса и имеет тя-желый ãорный продольный профиль, рельсы óложены на железобетонныхшпалах. В êривых малоãо радиóса преимóщественно применены объемно-заêаленные высоêоêачественные рельсы марêи 136RE массой 67,5 êã/м.Для обслóживания PNW выделили однó рельсошлифовальнóю машинó,оснащеннóю 88 шлифовальными êрóãами. Направление PNW было выбра-но для внедрения поэтапно-профилаêтичесêоãо шлифования рельсов êаêнаиболее тяжелое на дороãе с точêи зрения потребности в шлифовании, ина нем моãли быстро проявиться преимóщества и недостатêи этоãо метода.

В êривых радиóсом 500 м и менее óстановленные интервалы шлифова-ния соответствовали пропóсêó 13,5 млн. т брóтто, в êривых среднеãорадиóса 26 млн. т, в прямых 41 млн. т брóтто. Заметные преимóществапоэтапно-профилаêтичесêоãо шлифования стали проявляться ê êонцóпервоãо ãода. Уменьшились видимые поверхностные дефеêты, на длине98 % от общей протяженности рельсы приобрели требóемый профиль, арезóльтаты измерений на местах подтвердили снижение износа рельсов ирасходов на шлифование по сравнению с дрóãими методами.

5.4.1.9.2. Рез$льтаты

С внедрением поэтапно-профилаêтичесêоãо метода на BNSF добилисьзначительноãо óвеличения эффеêтивности работ по шлифованию рельсов.В 2000 ã. по сравнению с 1997 ã. использование рельсошлифовальной тех-ниêи óлóчшилось на 31 %, среднее число проходов на однó êривóю в ãодóменьшилось с 3,9 до 2,4, средний интервал шлифования снизился с 56,2до 24,5 млн. т брóтто. Это позволило óвеличить протяженность óчастêовпóти, обрабатываемых тем же числом рельсошлифовальных машин приóменьшении затрат на шлифование.

5.4.1.9.3. Изнашивание/рельсов

Для оценêи влияния различных методов шлифования на изнашиваниерельсов на PNW выбрали опытный óчастоê пóти длиной 8 êм на железобе-тонных шпалах. Участоê вêлючает 10 êривых радиóсом 270 300 м и две êри-вые среднеãо радиóса. Средняя сêорость движения в êривых равна 48 êм/ч,что меньше равновесной сêорости. Грóзонапряженность в период испыта-ний варьировалась от 55,3 до 60,7 млн. т брóтто в ãод.

В êаждой ãрóппе êривых óчастêа применили следóющие варианты шли-фования:! Без шлифования: предварительное шлифование до начала испытаний сцелью óдаления видимых поверхностных дефеêтов, после чеãо рельсыне шлифовали в течение всеãо периода испытаний.

! Теêóщее: шлифование с интервалами 27 млн. т брóтто.! Корреêтирóющее: шлифование с интервалом 54,5 млн. т брóтто.

o 5-77 x

!Поэтапно-профилаêтичесêое: шлифование за один проход с интервала-ми 13,5 млн. т брóтто.

!Профилаêтичесêое: предварительное шлифование до начала испытаний,затем шлифование за один проход с интервалами 13,5 млн. т брóтто.В начале испытаний состояние поверхности рельсов было êрайне не-

óдовлетворительное. Во всех êривых, за исêлючением предназначенныхдля поэтапно-профилаêтичесêоãо шлифования, для óдаления видимых по-верхностных дефеêтов и трещин выполнили по три пять проходов по на-рóжным рельсам и по пять девять проходов по внóтренним.

Резóльтаты измерений износа рельсов на опытных êривых после перво-ãо ãода внедрения поэтапно-профилаêтичесêоãо шлифования приведены вработе [5.16]. Наблюдения за опытным óчастêом были продолжены в тече-ние второãо ãода до наработêи 113 млн. т брóтто и завершения восьми циê-лов шлифования с интервалами 13,5 млн. т.

Резóльтаты измерений износа в течение второãо ãода наблюдений при-ведены на рис. 5.43. В êривых при отсóтствии шлифования отмечен незна-чительный износ, однаêо на внóтренних рельсах выявлены интенсивноеповерхностное выêрашивание металла и волнообразный износ, на нарóж-ных интенсивное трещинообразование и выêрашивание металла в зоневыêрóжêи ãоловêи рельса.

Влияние óширения êолеи на износ внóтренних рельсов можно просле-дить по резóльтатам измерения в êривых, ãде в течение второãо ãода прово-дили профилаêтичесêое шлифование. Контаêт ложноãо ãребня êолес ссредней зоной поверхности êатания внóтреннеãо рельса явился причинойинтенсивноãо óплощения ãоловêи, образования óсталостных трещин иóсêоренноãо износа рельсов.

o 5-78 x

01

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Без шлифоCвания

ТекущийПрофилакCтический

КорректиCрующий

ПоэтапноCпрофиCлактический

Методшлифования

Уширение колеи, мм

Радиус кривой, м

Интервалы шлифования(млн.т брутто)

мм

11,9

270

13,5 (15)

9,9

285

54,5 (60)

22,9

285

13,5 (15)

21,1

300

27 (30)

7,9

270

0

Вертикальный износ наружного рельса

Вертикальный износ внутреннего рельса

Боковой износ наружного рельса

Рис. 5.43. Сóммарный износ (от шлифования и от взаимодействия) рельсов при различных ме-тодах шлифования после пропóсêа 113,6 млн. т брóтто (нижняя часть êаждоãо столбца поêазы-

вает резóльтаты на êонец первоãо ãода)

Резóльтаты испытаний поêазывают, что поэтапно-профилаêтичесêоешлифование является наиболее эффеêтивным с точêи зрения сниженияобщеãо износа рельсов. В резóльтате внедрения на ВNSF этоãо метода иóсовершенствованной технолоãии лóбриêации рельсов объемы заменырельсов в êривых в 2000 ã. по сравнению с 1997 ã. óменьшились на 44 %.

5.4.1.9.4. Состояние)поверхности)рельсов

На опытном óчастêе лóчшее состояние поверхности рельсов выявлено в êривых с поэтапно-профилаêтичесêим и профилаêтичесêим шлифова-нием, тоãда êаê в êривых с êорреêтирóющим шлифованием и при от-сóтствии шлифования отмечено хóдшее состояние рельсов со значитель-ными поверхностными трещинами, выщербинами, выêрашиванием ме-талла и волнообразным износом.

В местах применения на ВNSF поэтапно-профилаêтичесêоãо шли-фования состояние поверхности рельсов сóщественно óлóчшилось.Преждевременная замена рельсов из-за неóдовлетворительноãо состоя-ния поверхности êатания в 2000 ã. снизилась на 53 %. Кроме тоãо, числомест на ãлавных пóтях, ãде óльтразвóêовая дефеêтосêопия рельсов былазатрóднена из-за плохоãо состояния поверхности ãоловêи, соêратилось с238 в 1998 ã. до пяти в 2000 ã.

5.4.1.9.5. Усталостные)повреждения)рельсов

Число óсталостных повреждений рельсов в прямых в 2000 ã. по сравне-нию с 1999 ã. óменьшилось на 16 %; это первое заметное снижение за по-следние 8 лет. В êривых число дефеêтов за 10 лет таêже соêратилось. Спе-циалисты ВNSF полаãают, что эти резóльтаты являются непосредствен-ным следствием внедрения в êонце 1999 ã. оптимизированных методовшлифования.

5.4.1.10. Предварительное)планирование

Фаêторами, определяющими высоêóю эффеêтивность и производи-тельность шлифования, являются соблюдение режимов шлифования ипланирование работ. Рабочий план-ãрафиê должен быть составлен до при-бытия рельсошлифовальной машины на линию и основываться на резóль-татах обследования выделенных óчастêов. Обследование следóет прово-дить с использованием шлифовальноãо шаблона и прямоóãольно-êлино-воãо пóтевоãо шаблона. Представитель рóêоводства слóжбы пóти долженóчаствовать в выработêе плана.

В плане-ãрафиêе должны быть подробно описаны применяемые схемы,óêазаны число проходов и сêорость шлифования. Эти параметры реêомен-дóется нанести на плане пóти с профилем, чтобы привязать местоположе-ние êривых ê постоянным сиãналам и переездам. Это необходимо длятоãо, чтобы оператор смоã заранее настроить машинó на определеннóюсхемó шлифования и выбрать сêорость движения, обеспечивающóю сня-

o 5-79 x

тие слоя металла требóемой толщины. Рóêоводитель работ должен сосре-доточить основное внимание на внесении в план-ãрафиê необходимых из-менений и êонтроле êачества шлифования. С планом-ãрафиêом следóетознаêомить всех óчастниêов работ. Этот план, в частности, использóетсядля информирования поездноãо диспетчера о необходимости предоставле-ния оêон для проведения работ. Зная это, он может более эффеêтивно ре-ãóлировать движение поездов по блоê-óчастêам.

На рис. 5.44 приведен фраãмент плана-ãрафиêа, применяемоãо на CPR.Этот план составлен на персональном êомпьютере и воспроизводится намониторе бортовоãо êомпьютера, óстановленноãо на рельсошлифовальноймашине. Применяемое при этом проãраммное обеспечение подсчитываетвремя, затраченное на обработêó отдельных мест пóти.

Администрации неêоторых железных дороã заêлючают со стороннимиêомпаниями-подрядчиêами êонтраêты на выполнение шлифовальных ра-бот на определенном протяжении пóти и оплачивают их исходя из óдель-ной (на 1 êм) стоимости шлифования с óчетом выполнения оãоворенныхтехничесêих óсловий. Поэтомó êомпания-подрядчиê заинтересована êаê впредварительном обследовании состояния рельсов, таê и в êачественномшлифовании. В неêоторых слóчаях, êаê óêазано в работе Митчелла и др.(Mitchell et al., 1989) [5.17], подрядчиê сам выполняет êонтрольные проме-ры после шлифования. Таêая орãанизация работ может оêазаться эффеê-тивной, посêольêó стимóлирóет подрядчиêа планировать работó и вводитьтехничесêие новшества, а таêже óлóчшить êонтроль железной дороãи зарасходованием средств на шлифование. В то же время это требóет от адми-нистрации дороãи хорошеãо представления о состоянии рельсов и óменияправильно составить êонтраêт.

5.4.1.11. Контроль()ачества(работ

Из рассмотренноãо выше следóет, что высоêая производительностьшлифования требóет, чтобы êаждый привод с элеêтродвиãателем обес-печивал заданные давление и óãол наêлона шлифовальноãо êрóãа. Реãó-лярная проверêа процесса шлифования способствóет повышению эф-феêтивности шлифования. Очередные проверêи рóêоводитель работобязан проводить по меньшей мере один раз в оêно продолжитель-ностью 2 ч или больше.

5.4.1.11.1. Реализация(мощности

По приборам на пóльте óправления рельсошлифовальной машины не-обходимо óбедиться, что по меньшей мере девять из 10 элеêтродвиãателейпривода работают с нóжной мощностью. Обычно это соответствóет 80 %номинальной мощности для привода êрóãов, шлифóющих верхнюю частьãоловêи рельса, и 65 % номинальной мощности для привода êрóãов, шли-фóющих под более острыми óãлами внóтреннюю и нарóжнóю ãрани ãолов-êи рельса.

o 5-80 x

o 5-81 x

56

23

31

44

00

55

Отд

ел

ен

ие

: П

ар

ри

+Са

ун

дс

кое

П

уть

: 1

Пл

ан

+гр

аф

ик

шл

иф

ов

ан

ия

: Р

АS

01

+T.P

LM

Де

нь

4 51

,75

32

95

44

9

3

11

5,0 41

1/1

1

38

5

72

75

10

90

47

0

Де

нь

шл

иф

ова

ни

я

Отм

етк

ип

ути

,м

ил

и

Пр

од

ол

ьны

йук

лон

, ‰

Ма

сса

ре

льсо

в, к

г/м

Ра

ди

ускр

ивы

х, м

Дл

ин

акр

иво

й

Чи

сл

о п

ро

ход

ов

с

хем

ып

ри

ка

жд

ом

пр

охо

де

Ско

ро

сть

,км

/ч

За

трач

ен

но

евр

ем

я, м

ин

5,0

113

43

2

5,0

18

2

6,0 1

1

1/1

1

72

5

5,0 5

33

8

10

,0

115,01

1/1

1

17

21

96 16

,0

331

0

85,0

11

/12

5/C

2/C

6/7 6/C

2/3

5/9 6/C

2/3

Рис.

5.4

4. О

бразец

пла

на-

ãраф

иêа

раб

от по шли

фов

анию

рел

ьсов

, сос

тавл

енноã

о с исп

ользов

анием

пер

сонал

ьноã

о êо

мпью

тера

5.4.1.11.2. Профиль(рельсов(после(шлифования

Рóêоводитель работ должен проводить êаê можно больше времени, сле-дóя пешêом за рельсошлифовальной машиной и êонтролирóя êачество об-работêи рельсов. Если требóется дополнительный проход, он может сооб-щить об этом по радио операторó машины. При осмотре шлифованныхрельсов он должен выявлять возможные дефеêты, свидетельствóющие оналичии нарóшений в работе шлифовальных êрóãов. Возможны следóю-щие проблемы:! наличие на поверхности рельса нешлифованных мест (это óêазывает нато, что неêоторые шлифовальные êрóãи не работают);

! наличие заостренных ребер, оставшихся после шлифования (это свиде-тельствóет о том, что неêоторые êрóãи не работают или óстановленыпод неправильным óãлом наêлона);

! на неêоторых ãранях имеются следы неправильно ориентированноãошлифования, направленные вдоль оси рельса или по диаãонали ê ней (этоóêазывает или на то, что неработающий êрóã волочится по рельсó, или чтоработающий êрóã неправильно óстановлен в поперечной плосêости и по-этомó шлифóет не тем, êаêое положено, местом рабочей поверхности);

! наличие на рельсе обширных темных пятен (это óêазывает на переãреврельса. Сочетание êоричневых и черных пятен на значительной длинерельса может свидетельствовать о чрезмерном давлении êрóãа на рельс);

! после отделêи поверхности рельса видны более ãлóбоêие следы царапин,êоторые остаются заметными на полосе êонтаêта в течение 1 2 недельпосле шлифования;

! на поверхности рельса видны êанавêи (это является следствием непра-вильной настройêи подвешивания шлифовальноãо êрóãа, из-за чеãоêрóã êонтаêтирóет с рельсом своим ребром).

5.4.1.11.3. Продольный(профиль(рельсов

Удаление волнообразных неровностей можно проверить линейêой ипрямоóãольно-êлиновым шаблоном. Минимально реêомендóемая длиналинейêи составляет 600 мм. Нормативы маêсимально допóстимой величи-ны волнообразных неровностей на рельсах моãóт быть разными на разныхжелезных дороãах. Однаêо известно, что оставленные после шлифованияволнообразные неровности величиной более 0,25 мм довольно быстровновь начинают расти.

5.4.1.11.4. Поперечный(профиль(рельсов

Поперечный профиль рельса следóет измерять шаблонами, приêреплен-ными ê штанãе, êоторóю óстанавливают на ãоловêи обоих рельсов. Этоважно для óчета подóêлонêи рельса. Шаблоны должны охватывать óчастêирабочих выêрóжеê нарóжноãо и внóтреннеãо рельсов, чтобы обеспечить ихправильное формирование шлифовальными êрóãами с большим óãлом на-êлона. Для оценêи степени соответствия профиля шлифованноãо рельсашаблонó можно использовать êлиновой шаблон или прибор для измерения

o 5-82 x

зазоров. Посêольêó для достижения полноãо соответствия профиля нашлифование может понадобиться слишêом мноãо времени, реêомендóетсяóстановить допóсêи на отêлонение от проеêтноãо профиля.

Шаблон следóет правильно размещать на полосе êонтаêта, за исêлюче-нием мест, ãде в процессе эêсплóатации значительно óменьшилась подóê-лонêа рельсов. Это можно проверить пóтем распыления êрасêи на рельс инаблюдения за шириной и местоположением полосы êонтаêта, а таêже на-личием одноточечноãо или двóхточечноãо êонтаêта êолеса и рельса.

5.4.1.11.5. Снятие'металла

Сóществóет несêольêо методов периодичесêой проверêи толщины слояснимаемоãо металла после проходов шлифовальной машины. Неêоторыежелезные дороãи с помощью êернера делают óãлóбления в рельсе и замеря-ют прибором с êрóãовой шêалой их ãлóбинó до и после шлифования. Таêиеприборы нарядó с датчиêами перемещений и лазерными измерительнымиóстройствами использóют таêже для определения расстояния от поверх-ности рельса до измерительной рамêи, приêрепленной ê рельсó.

Для реãóлярной проверêи работы шлифовальной машины достаточноиспользовать шаблон на штанãе. Опытный рóêоводитель работ может поизменению зазоров, измеренных êлиновым шаблоном, определить, соот-ветствóет ли êоличество óдаленноãо металла óстановленным нормативам иправильно ли он распределен по ãоловêе рельса. Для измерения величиныснятоãо металла можно использовать приборы, рассмотренные в п. 5.3.

5.4.2. Стро-ание'рельсов

Если рельс чрезмерно изношен, сóщественно изменил формó из-за плас-тичесêих деформаций и для восстановления профиля ãоловêи требóется óда-ление большоãо объема металла, шлифование может оêазаться неэêономич-ным. В таêом слóчае можно использовать рельсостроãальнóю машинó. Таêаяситóация сложилась на рóдовозной эêспортной линии в ЮАР, ãде для исправ-ления профиля рельсов применили рельсостроãальнóю машинó SBM 140 êом-пании Plasser & Theurer. Она способна снимать большой объем металла и вос-станавливать проеêтный профиль с требóемыми допóсêами [5.18].

5.4.2.1. Описание'рельсостро-альной'машины'SBM'140Машина SBM 140 состоит из двóх частей: ãоловноãо четырехосноãо

строãальноãо аãреãата и одноосной прицепной платформы для сбора ме-талличесêой стрóжêи. Машина массой 80 т имеет четыре ведóщих оси, что-бы создавать силó тяãи, требóемóю для снятия металла с поверхности ãо-ловêи рельса.

Металличесêая стрóжêа, вырабатываемая в процессе строãания рельсов,подбирается с пóти с помощью двóх цепных элеêтромаãнитов на барабанах,расположенных с обеих сторон прицепной платформы. Эффеêтивностьэтих элеêтромаãнитов составляет примерно 95 % при óсловии полноãо за-полнения шпальных ящиêов щебнем.

o 5-83 x

Междó тележêами основноãо аãреãата расположены два рассчитанных наработó в обоих направлениях строãальных блоêа, êоторые опираются на рель-сы несêольêими направляющими ролиêами. Эти ролиêи посредством ãидрав-личесêой системы прижимаются ê рельсó с óсилием 6 т. Направляющие роли-êи не позволяют резцам следовать очертанию поверхности рельса, ãде моãóтиметь место êоротêие неровности, тем самым обеспечивая óдаление волнооб-разных неровностей и ãладêóю выровненнóю поверхность рельса.

Каждый строãальный блоê имеет держатель, в êоторый вставляютсярезцы. В машине использóются резцы четырех различных типов. Неêото-рые резцы из êарбида вольфрама выпóсêаются промышленностью серий-но, дрóãие специально разработаны для рельсостроãальной машины. Рез-

цы имеют различные очертания в зави-симости от тоãо, в êаêой держатель онивставляются. Резцы в держателях мож-но заменять за несêольêо сеêóнд блаãо-даря специальномó êреплению в виделасточêина хвоста.

Точная реãóлировêа положения рез-цов в поперечном направлении относи-тельно поверхности рельса достиãаетсяс помощью базовых ролиêов, переме-щающихся по нарóжным ãраням ãоловоêрельсов. Точность позиционированиярезцов относительно расчетноãо поло-

o 5-84 x

Рис. 5.45. Общий вид строãальной машины SBM 140 и строãальноãо блоêа

Требуемый профиль Первоначальныйпрофиль

Рис. 5.46. Изношенный и восстановлен-ный профили рельса

жения составляет ±1 мм. Необходимое для полóчения требóемоãо профилярельса сочетание отдельных срезов достиãается с помощью бортовой систе-мы óправления, êоторая позволяет изменять положение резцов с шаãом0,1 мм.

На рис. 5.45 поêазана общая êомпоновêа рельсостроãальной машины иотдельно строãальный блоê.

5.4.3. Процесс'стро)ания

На рис. 5.46 поêазан типичный изношенный профиль рельса и восста-новленный пóтем строãания.

На рис. 5.47 поêазана последовательность операций по срезанию метал-ла в различных зонах ãоловêи рельса.

o 5-85 x

Предварительный проход Первый проход Второй проход

Четвертый проход Пятый проход

Третий проход

Шестой проход Седьмой проход

Рис. 5.47. Последовательность операций по срезанию металла на ãоловêе рельса:предварительный проход срезается наплыв металла;

первый проход при наличии волнообразноãо износа на поверхности êатания рельса вначале выполняетсяеãо срезание в средней зоне ãоловêи прямоóãольным резцом, что позволяет направляющим ролиêам êатить-

ся по ãладêой поверхности. Если поверхность êатания ãладêая, первый проход необязателен;второй проход для óдаления с поверхности рельса слоя металла толщиной более 2 мм за один проход ис-пользóются чашечные резцы, êоторые обеспечивают меньшóю площадь, но бóльшóю ãлóбинó резания, что

позволяет óстранить пробоêсовины;третий проход прямоóãольные резцы, расположенные под óãлом 11°, óстраняют острые ребра на поверх-ности êатания и обеспечивают плавный переход от средней зоны поверхности êатания, имеющей радиóс

êривизны 250 мм, ê выêрóжêам ãоловêи рельса, имеющим радиóс êривизны 15 мм;четвертый проход прямоóãольный резец, расположенный под óãлом 45°, снимает излишний металл передоêончательной обработêой рабочей выêрóжêи под радиóс 15 мм, что óменьшает изнашивание дороãостоя-

щеãо фиãóрноãо резца;пятый проход фиãóрный резец выполняет оêончательнóю обработêó рабочей выêрóжêи под радиóс 15 мм

под óãлом 11°;шестой проход фиãóрный резец выполняет оêончательнóю обработêó поверхности êатания под радиóс 250 мм;седьмой проход прямоóãольный резец, расположенный под óãлом 45°, снимает металл с нарóжной вы-

êрóжêи для óстранения чрезмерных êонтаêтных напряжений при взаимодействии с êолесами с проêатом наповерхности êатания

5.5. Управление*рис,ами*повреждения*и*техничес,имобсл6живанием*,олесных*пар

Посêольêó êолеса являются неотъемлемым элементом êолесной пары иобслóживаются вместе с ней, а их число в тяжеловесных поездах весьма ве-лиêо, надежность êолес должна быть особенно высоêа. Сход ваãона с рель-сов из-за разрóшения êолеса или бóêсовоãо подшипниêа может стать при-чиной мноãомиллионных óбытêов железной дороãи из-за повреждений пó-тевой инфрастрóêтóры, подвижноãо состава и ãрóза.

Статистичесêие данные êомитета Федеральной железнодорожной ад-министрации США (FRA) по безопасности движения поездов на железныхдороãах за 1999 ã. [5.1] свидетельствóют, что 3 % êрóшений связаны с неис-правностями êолес и 2 % с неисправностями осей и подшипниêов. Нарис. 5.48 приведена ãистоãрамма распределения êрóшений ãрóзовых поез-дов за последние 5 лет по различным видам дефеêтов êолес.

Далее рассмотрены вопросы óправления рисêами повреждения êолес-ных пар и системой их техничесêоãо обслóживания и ремонта на основеопыта железных дороã ЮАР (Spoornet) по обеспечению безопасности пе-ревозоê эêспортноãо óãля по специализированной железнодорожной ли-нии COALline. Ясно, что óровень надежности êолес должен быть весьмавысоê, и чтобы достиãнóть этоãо, êолесная пара должна рассматриватьсяêаê подсистема всеãо поезда. Ее надежность зависит êаê от надежности

o 5-86 x

Колесные пары

Мониторинг состояния

21%

20%

14%

14%

13%

6%

5%

3%

2%

1%

1%

Износ гребня

Навар поверхности катания

Излом обода

Излом диска

Другие дефекты

Излом гребня

Ослабление посадки

Ползун на поверхности катания

Излом ступицы

Износ поверхности катания

Термические трещины наповерхности катания или гребня

Рис. 5.48. Распределение причин êрóшений вследствие дефеêтов в êолесах(по видам дефеêтов)

Рис. 5.49. Модель надежности подсистемы êолесной пары

собственно êолесных пар, таê и от надежности системы мониторинãа ихтехничесêоãо состояния, êаê это поêазано на рис. 5.49.

Упрощенно вероятность безотêазной работы R подсистемы êолеснойпары может быть определена êаê:

Rподсистемы= 1 [(1 Rêолесных пар) × (1 Rсистемы мониторинãа)].

Если принять:

Rêолесных пар= 0,999995 и

Rсистемы мониторинãа= 0,9,

вероятность безотêазной работы подсистемы êолесных пар поезда бóдетравна

Rподсистемы = 0,9999995,

т. е. она может быть сóщественно повышена за счет использования надеж-ной системы мониторинãа.

5.5.1. Надежность+,олесных+пар+(по+данным+Spoornet)

5.5.1.1. Новые+,олесные+пары

Высоêий óровень надежности êолесной пары зависит от óровня надеж-ности êаждоãо из ее элементов: оси, êолес, ролиêовых подшипниêов. Всвою очередь, надежность, например, êолеса зависит от жестêости требо-ваний, оãоворенных в техничесêих óсловиях на êолеса, в êоторых перечис-лены обязательные нормы от допóстимых величин расчетных напряже-ний до требований ê термообработêе. Таêже в техничесêих óсловиях реãла-ментирóются свойства материала êолес и допóстимые дефеêты в различ-ных еãо частях, êоторые влияют на óровень надежности и износостойêостьповерхности êатания êолес.

В техничесêие óсловия на êолеса вêлючаются требования ê приемочномóнеразрóшающемó êонтролю. Для новых êолес предóсматривается проведениепериодичесêих испытаний на разрóшение и определение соответствия меха-ничесêих свойств материала требованиям техничесêих óсловий.

Каждое изãотовленное êолесо проверяется óльтразвóêовой дефеêтосêо-пией по всей поверхности обода с тем, чтобы ãарантировать отсóтствие вметалле дефеêтов размером по диаметрó более 1 мм, являющихся местамиêонцентрации наиболее высоêих напряжений. Затем выполняется маãнит-но-порошêовая дефеêтосêопия всеãо êолеса для обнарóжения недопóсти-мых трещин на еãо поверхности. И в завершение в ходе механичесêой об-работêи êолеса визóально тщательно осматривается расточêа êолеса до то-ãо, êаê êолесо бóдет посажено на ось. На поверхности расточêи êолеса до-пóсêаются лишь оãраниченные виды дефеêтов. Аналоãичные техничесêиеóсловия и методы êонтроля применяются для осей êолесных пар, что по-зволяет обеспечить их высоêóю надежность.

В отношении ролиêовых подшипниêов имеется несêольêо фаêторов,влияющих на сроê слóжбы и óровень надежности. В их число входят: величи-

o 5-87 x

на осевой наãрóзêи, состояние êолес и пóти, а таêже фаêторы, определяю-щие óсловия работы подшипниêов в бóêсе, вêлючая тип óплотнения и смаз-êи. Из-за сложности влияния этих фаêторов циêлы замены ролиêовых под-шипниêов обычно определяют исходя из эêсплóатационных данных.

На решение о замене подшипниêа на новый или отремонтированныйвлияют степень износа êолеса, величины связанных с техничесêим обслó-живанием и ремонтом расходов и требования ê óровню надежности.

Для линии COALlink типовая продолжительность циêла для бóêсовыхподшипниêов ãрóзовых ваãонов составляет:! 1 млн. êм для подшипниêов êласса F при осевой наãрóзêе 23,5 т;! 700 тыс. êм для подшипниêов êласса D при осевой наãрóзêе 18 т.Ваãоны, в êоторых óстановлены эти подшипниêи, эêсплóатирóются с

относительно небольшим временем оборота на замêнóтых маршрóтах, êо-нечные станции êоторых находятся: одна в возвышенной сóхой мест-ности, дрóãая на низинном морсêом побережье. В последнем слóчаевлажность и êоррозия являются основными причинами выхода подшип-ниêов из строя.

5.5.1.2. Старо&одные+,омпоненты+,олесных+пар

Каê правило, êолеса заменяются тольêо тоãда, êоãда они достиãнóт ми-нимальноãо диаметра по êрóãó êатания, реêомендованноãо стандартомAAR в êачестве браêовочноãо.

Напротив, оси подлежат повторномó использованию. Если êолеса до-стиãли минимальноãо диаметра, они снимаются с оси, а ось использóетсяповторно. В этом слóчае помимо обычной óльтразвóêовой дефеêтосêопиитаêие оси в дальнейшем при эêсплóатации подверãаются таêже дополни-тельной проверêе маãнитно-порошêовым методом.

Ролиêовые подшипниêи, достиãшие êонца сроêа слóжбы, заменяютсяи возвращаются изãотовителю для повторной сборêи в соответствии с тех-ничесêими óсловиями Spoornet на подшипниêи.

5.5.1.3. Мониторин&+состояния

5.5.1.3.1. Контроль+с+помощью+напольных+9стройств(см.+та,же+раздел+5.6.2)

Придавая большое значение надежной системе мониторинãа (êонтролясостояния) êолесных пар, COALlink в течение последних 3 4 лет финан-сировала разработêó системы интеãрированной системы мониторинãа со-стояния подвижноãо состава (Integrated Condition Monitoring System,ITCMS). Ее стрóêтóрная схема представлена на рис. 5.50.

Система представляет собой совоêóпность напольных êонтрольно-из-мерительных пóнêтов, размещенных вдоль пóти следования поездов и под-соединенных ê специализированной êомпьютерной сети напрямóю иличерез модемы. Автоматичесêая система идентифиêации подвижноãо со-става считывает номера ваãонов с марêеров. Информация, полóченная в

o 5-88 x

ходе измерений, вместе с номером соответствóющеãо ваãона хранится в ба-зе данных ITCMS. Кроме тоãо, резóльтаты êонтроля параметров сопостав-ляются с êритериями, хараêтеризóющими опасные состояния, для плани-рования при надобности предóпредительных мер или же, при наличииэêстренной ситóации, для принятия решения о немедленной остановêепоезда, например, с неисправной êолесной парой. В таêом слóчае тревож-ный сиãнал передается от ITCMS в центр óправления движением поездов,отêóда после изóчения ситóации постóпает êоманда об остановêе поезда.

Информация, хранящаяся в базе данных, использóется для анализа тех-ничесêоãо состояния ваãонов и в исследовательсêих целях. Резóльтатыанализа слóжат, в частности, для выявления тенденций изменения рядаêонтролирóемых параметров и интенсивности износа деталей. Сведениямоãóт таêже использоваться для более тщательноãо изóчения взаимозави-симостей, êоторые сóществóют междó резóльтатами различных измеренийна одном и том же ваãоне например, для óстановления связи междó си-лами, действóющими в момент поворота тележеê, и разностью диаметровêолес или распределением ãрóза в ваãоне.

В êомплеêт оборóдования системы ITCMS входят следóющие измери-тельные óстройства:! детеêторы переãрева бóêс. Они представляют собой средство срочноãопредóпреждения, посêольêó, êаê правило, температóра неисправноãобóêсовоãо подшипниêа повышается очень быстро, и последóющее раз-рóшение происходит в течение весьма малоãо пробеãа;

! аêóстичесêие детеêторы дефеêтных бóêсовых подшипниêов (находятсяв стадии разработêи). Они рассматриваются êаê средство раннеãо опо-вещения, посêольêó изóчение спеêтра излóчаемоãо подшипниêами звó-êа позволяет выделить составляющие, свидетельствóющие о появлениив подшипниêе неисправности задолãо до еãо разрóшения;

! аппаратóра для оценêи эффеêтивности тормозов по температóре êолес.Эти измерения производятся на óчастêах, ãде обычно применяется тор-можение. Температóра êолес позволяет сóдить об эффеêтивности рабо-ты тормозной системы поезда в целом: излишне высоêая температóраотдельных êолес свидетельствóет о возможном неотпóсêе тормозов, за-êлинивании тормозных êолодоê, неотêлюченном рóчном тормозе или

o 5-89 x

Станция отправления Станция прибытия

AVI AVIКонтрольноCизмерительныйпункт

ПрограммаSprint

Центр управлениядвижением

ПрограммаMONARCS

Техническоеобслуживание

и ремонт вагонов

Рис. 5.50. Схема интеãрированной системы мониторинãа ITCMS на линии COALlink сетиSpoornet

óтечêе сжатоãо воздóха в тормозной системе соответствóющеãо ваãона;пониженная температóра, в свою очередь, может быть следствием не-срабатывания по той или иной причине тормозов ваãона;

! детеêторы неисправных тормозов по температóре êолес. Устанавлива-ются на óчастêах, ãде обычно торможение поезда не применяется. Вэтом слóчае по сильномó наãревó отдельных êолес можно выявлять ва-ãоны с неотпóщенными тормозами, заêлиненными тормозными êолод-êами или неотêлюченным рóчным тормозом;

! аппаратóра для оценêи поперечных сил, действóющих на êолеснóю па-рó, и сопротивления тележêи поворотó. Ее фóнêцией является выявле-ние ваãонов, êолесные пары êоторых оêазывают чрезмерно высоêиебоêовые наãрóзêи на рельсы, или тех, чьи тележêи имеют слишêом вы-соêóю сопротивляемость поворотó в êолее. Резóльтаты измерений ис-пользóются для выявления тележеê ваãонов, êоторые нóждаются в тех-ничесêом обслóживании и ремонте;

! аппаратóра для взвешивания подвижноãо состава в движении и измере-ния óдарных наãрóзоê от êолес на рельсы (WIM-WIIM). Применяетсядля выявления ваãонов с недопóстимо высоêой êолесной наãрóзêой.Кроме тоãо, измерение óдарной наãрóзêи от êолес на рельсы позволяетопределить êолеса с ползóнами, êоторые требóют особоãо внимания;

! пóнêт измерения профилей и диаметров êолес (планирóется).

5.5.1.3.2. Э"спл&атационные/испытания/системы

Система напольноãо мониторинãа техничесêоãо состояния подвижно-ãо состава в настоящее время все еще находится в состоянии доработêи ипроходит испытания в эêсплóатационных óсловиях. При их проведенииосóществляется визóальный и аêóстичесêий êонтроль состояния ваãоновна станциях прибытия. К числó óже достиãнóтых óспехов относится, вчастности, надежное выявление системой дефеêтных êолес и ролиêовыхподшипниêов. На этой стадии испытаний проводятся мероприятия по óве-личению надежности всей системы в целом, но ожидается, что напольнаясистема снизит потребность в теêóщих осмотрах êолесных пар.

5.5.1.3.3. Четырехмесячный/ци"л/техничес"о7ообсл&живания/в/депо

Каждый ваãон парêа COALlink с интервалом 4 мес инспеêтирóется в де-по. В процессе техничесêоãо осмотра проверяется состояние êолес и под-шипниêов. Поверхность êатания êолес êонтролирóется с целью выявлениятермичесêих трещин; если они обнарóжены, измеряют их ãлóбинó. В томслóчае, êоãда ãлóбина трещин превосходит допóстимый предел, êолеснаяпара выêатывается и êолеса обтачиваются. В ходе инспеêции возможнатаêже замена отдельных деталей, таêих, êаê тормозные êолодêи.

Если возниêла необходимость проведения специальных испытаний,они выполняются во время нахождения ваãона в депо. Обычно необходи-

o 5-90 x

мость в таêих испытаниях возниêает, êоãда особенно высоêа вероятностьпоявления дефеêта, êоторый ранее был обнарóжен ó ãрóппы êолес опреде-ленной численности.

5.5.1.3.4. Деповс'ой)ремонт

При проведении периодичесêоãо ремонта ваãонов в депо выполняетсяóльтразвóêовая дефеêтосêопия êолес и осей.

При êонтроле осей особое внимание óделяют зонам повышенных на-пряжений и посадочным поверхностям, ãде возможно появление фрет-тинã-êоррозии. Обследóются таêже места, ãде в эêсплóатации чаще всеãомоãóт иметь место повреждения слóчайноãо хараêтера, например при со-приêосновении оси с провисшими тормозными тяãами.

При обследовании êолес ãлавное внимание óделяется состоянию по-верхности êатания. Ультразвóêовóю дефеêтосêопию с использованием по-верхностных волн выполняют после восстановления профиля поверхностиêатания êолеса для ãарантии тоãо, что все трещины на поверхности êолесав резóльтате обточêи óдалены.

Управление рисêами выхода из строя êолесных пар с использованиемóêазанноãо подхода зареêомендовало себя êаê весьма эффеêтивное сред-ство обеспечения надежности êолесных пар, и блаãодаря этомó в настоя-щее время число их неисправностей сведено ê достаточно низêомóóровню.

5.5.1.4. Мониторин0)профилей)'олес

В течение êаждоãо циêла оборота ваãон по прибытии на сортировочнóюстанцию или перед отправлением с нее подверãается осмотрó, при êоторомтаêже проверяется состояние êолес. Если с помощью шаблонов «проход-ной/непроходной» обнарóжено, что износ êолес óже близоê ê предельнодопóстимомó, ваãоны с дефеêтными êолесами направляются в ремонтноедепо, ãде êолесные пары с предельным износом выêатываются и затемподверãаются обточêе для восстановления профиля.

Типовой жизненный циêл êолесной пары определяется следóющимипараметрами.! Для êолесных пар с осевой наãрóзêой 20 тДиаметр êолеса: новоãо 863 мм, полностью изношенноãо (минималь-

ный) 812 мм; допóстимая общая толщина óдаляемоãо при обточêах слояметалла (863 812) : 2 = 25 мм.

Средняя толщина óдаляемоãо при êаждой обточêе слоя при 2-мм изно-се профиля по êрóãó êатания равна 5 мм (2 мм на óстранение износа, 3 ммна подрезêó), таê что число возможных обточеê за сроê слóжбы êолеса доеãо исêлючения из эêсплóатации варьирóется от пяти до шести.! Для êолесных пар с осевой наãрóзêой 26 тДиаметр êолеса: новоãо 915 мм, полностью изношенноãо (минималь-

ный) 870 мм; допóстимая общая толщина óдаляемоãо при обточêах слояметалла (915 870) : 2 = 22,5 мм.

o 5-91 x

Средняя толщина óдаляемоãо при êаждой обточêе слоя при 2-мм изно-се профиля по êрóãó êатания равна 5 мм (2 мм на óстранение износа, 3 ммна подрезêó), таê что число возможных обточеê за сроê слóжбы êолеса доеãо исêлючения из эêсплóатации варьирóется от четырех до пяти.

Вдоль пóтей линии Spoornet по перевозêе железной рóды на эêспорт(OREX Iron Ore) смонтирована аппаратóра непрерывно действóющейсистемы измерений высоты ãребня êолес. Данные измерений проверяютсяна небольшой партии ваãонов с помощью системы MINIPROF. Посêоль-êó для êолес ваãонов, эêсплóатирóемых на этой линии, хараêтерно тольêоизнашивание поверхности êатания при праêтичесêом отсóтствии изнаши-вания ãребня, сóществóет прямая связь междó резóльтатами измерения вы-соты ãребня и величиной износа поверхности êатания êолеса. Поэтомó из-мерения высоты ãребня можно с большой степенью достоверности ис-пользовать для проãнозирования изнашивания поверхности êатания и, со-ответственно, определения сроêа техничесêоãо обслóживания и ремонтаêолесных пар.

5.5.2. Техничес(ое*обсл-живание*и*ремонт*(олесных*пар

Равное двóм или большее число обточеê êолес для восстановления про-филя поверхности êатания с тонêим ãребнем обычная праêтиêа содер-жания êолес на железнодорожных линиях с тяжеловесным движением вовсем мире. Центр транспортных технолоãий (TTCI, США) недавно опó-блиêовал весьма интересные резóльтаты исследований, êасающихся эêо-номичесêих последствий эêсплóатации êолес с êорытообразным профи-лем по êрóãó êатания (проêатом). Проêат на поверхности êатания появ-ляется в том слóчае, если êоничесêая поверхность êолес интенсивнее всеãоизнашивается по осевой линии, ситóация, êоторая чаще наблюдается óêолес с высоêим óдельным êонтаêтным давлением.

В отличие от Европы, Австралии и Южной Африêи на железных доро-ãах Северной Америêи отсóтствóет стандарт, реãламентирóющий допóсти-мóю ãлóбинó проêата на поверхности êатания (рис. 5.51). Воãнóтый про-филь êолеса является зерêальным отражением типичноãо стандартноãопрофиля поверхности êатания рельса, êоторый восстанавливается шлифо-ванием после достижения определенной степени óплощения ãоловêи (вданном слóчае внóтреннеãо рельса êривой). Проведенный в ТТСI анализ6500 êолес поêазал, что 6 % из них имели на поверхности êатания проêатãлóбиной более 3 мм. Колеса с таêим проêатом óвеличивают сопротивле-ние движению поезда и, следовательно, расход топлива, а таêже интенси-фицирóют силовое воздействие подвижноãо состава на пóть в прямых иêривых большоãо радиóса, и поэтомó обточêа êолес с проêатом, óчитываяэти явления, в итоãе приносит доход.

Большие расходы для óстранения дефеêтов рельсов, требóющие прове-дения специальных пóтевых работ, считаются таêже обóсловленными вы-

o 5-92 x

соêими напряжениями вследствие воздействия со стороны ложных ãреб-ней êолес. Вêлючение требований ê проêатó êолес в стандарт, реãламенти-рóющий их техничесêое обслóживание и ремонт, является одной из задачTTCI, реализóемых через AAR.

В Австралии и ЮАР с полным правом ãордятся длительным сроêомслóжбы ваãонных êолес, êоторый заêреплен в соответствóющихстандартах. Данные Spoornet поêазывают, что средний сроê слóжбы êолес,обтачиваемых 2 раза, составляет 1,6 млн. êм, а во мноãих слóчаях он пре-вышает 2,4 млн. êм, в то время êаê в Северной Америêе он равен в среднемпримерно 510 тыс. êм. Большая долãовечность êолес достиãнóта за счет ре-ãóлярноãо восстановления обточêой профиля êолеса, подобноãо профилюãоловêи рельса после шлифования. У новоãо профиля при обточêе снима-ется минимальное êоличество металла. Таê, на железных дороãах ЮАР завесь сроê слóжбы êолеса выполняют до пяти обточеê для восстановленияпрофиля и за счет этоãо полóчают ощóтимóю эêономию. Основным пре-пятствием на пóти введения таêой технолоãии на железных дороãах Север-ной Америêи является Рóêоводство по êолесам и осям AAR, в êоторомпредписано, что при êаждой плановой постановêе ваãона в депо для ре-монта, в том числе для восстановления профиля êолес, должны óстанавли-ваться новые или отремонтированные бóêсовые подшипниêи.

В Северной Америêе требóющие восстановления профиля êолесныепары ãрóзовых ваãонов обычно заменяются дрóãими êолесными парами,взятыми из обменноãо фонда [5.19]. При этом êолесный цех зачастóю на-ходится вблизи тоãо места, ãде производится выêатêа êолесных пар. Таêаятехнолоãия ремонта делает частóю обточêó êолес с целью восстановленияпрофиля невыãодной.

Мноãие железные дороãи с тяжеловесным движением использóют длявосстановления профиля êолес тоêарные станêи, êоторые не требóют вы-êатêи êолесных пар из-под ваãонов.

o 5-93 x

Рис. 5.51. На железныхдороãах Северной Аме-риêи с тяжеловесным

движением отсóтствова-ли нормы на износ êолес

по êорытообразномóпроêатó

Большинство современных êолесотоêарных станêов относится ê êлассóтаê называемых бесцентровых станêов. Они воспринимают на себя неêо-торóю часть веса ваãона через нижние опорные поверхности êорпóсов под-шипниêовых бóêс и не требóют центровêи êолесной пары при обточêе. Ихдостоинством является таêже то, что для обточêи êолес не требóется сни-мать êрышêи бóêс. Кроме тоãо, в них можно использовать два êонтóрныхрезца с очертаниями, соответствóющими требóемомó профилю поверх-ности êатания, что позволяет обтачивать одновременно оба êолеса êолес-ной пары; более тоãо, на неêоторых станêах можно одновременно обраба-тывать две êолесные пары одной тележêи. Стоимость одноãо подпольноãоêолесотоêарноãо станêа составляет 2 3 млн. дол. США, но таêие станêиимеют более высоêóю производительность, чем êолесотоêарные станêи,обрабатывающие выêаченные êолесные пары. Обточêа на них êолес одно-ãо ваãона занимает от 30 до 60 мин.

Одним из достижений последнеãо времени является отсóтствие необхо-димости в замене бóêсовых подшипниêов. Это стало возможным блаãода-ря óсовершенствованной технолоãии восстановления ролиêовых подшип-ниêов и их монтажа на оси, обеспечивающей óлóчшение эêсплóатацион-ных хараêтеристиê. Использование при этом аêóстичесêих детеêторов по-моãает оценивать состояние подшипниêов, оставляемых на êолесной парена весь сроê слóжбы êолес.

В свою очередь, ó тоêарных станêов, обрабатывающих выêаченные êо-лесные пары, есть свои преимóщества. Они, êаê правило, дешевле, их на-стройêа на различные требóемые профили êолес производится быстрее.Но êаêоãо бы типа станêи ни применялись на êонêретной железной доро-ãе, ясно, что праêтиêа своевременноãо восстановления профиля êолес,имеющих проêат на поверхности êатания, является одним из наиболеедейственных средств повышения эффеêтивности использования êолес нажелезных дороãах с тяжеловесным движением.

5.6. Измерение()олес(и(-словий(взаимодействияэ)ипажей(и(п-ти

Постоянно растóщая потребность железных дороã в óвеличении массыи повышении сêорости движения ãрóзовых поездов привела ê необходи-мости достижения óверенности в том, что êолесные пары и ходовая частьподвижноãо состава в целом обеспечивают безопасность в новых, болеетяжелых óсловиях эêсплóатации. В противном слóчае затраты на техни-чесêое обслóживание и ремонт подвижноãо состава моãóт сóщественновозрасти, особенно в тяжеловесном движении. Блаãодаря применению на-дежных êонтрольно-измерительных óстройств, позволяющих êонтролиро-вать состояние êолес, дрóãих элементов механичесêой части и óсловия ихвзаимодействия, рисêи, связанные с óвеличением эêсплóатационных рас-ходов и возмещением óщерба от последствий таêих, например, нарóшенийбезопасности движения поездов, êаê сходы подвижноãо состава с рельсов,моãóт быть значительно снижены. Наибольший эффеêт в этом аспеêте да-

o 5-94 x

ют цифровые óстройства, использóемые для измерения профилей поверх-ностей êатания êолес и рельсов, таê êаê они позволяют соãласовывать этипрофили и, êаê следствие, óправлять параметрами взаимодействия в систе-ме êолесо рельс.

5.6.1. Техноло'ия*измерения*износа*0олес

Геометричесêие параметры профиля êолеса в течение сроêа слóжбы сó-щественно изменяются (рис. 5.52), обычно более интенсивно, чем профи-ля рельса.

Измерение профиля êолеса в определенных точêах, êаê этоãо требóютсоответствóющие техничесêие óсловия, дает êоличественнóю оценêó еãоизнашивания. Для таêих измерений применяется следóющее оборóдование:! рóчные механичесêие шаблоны и профиломеры;! рóчные элеêтронные шаблоны и профиломеры;! бесêонтаêтные оптичесêие измерительные системы.В настоящее время проверêа êолес выполняется инспеêторами-осмотр-

щиêами ваãонов, использóющими разные переносные рóчные шаблоны,соответствóющие техничесêим требованиям AAR (примеры шаблонов,применяемых на CPR, поêазаны на рис. 5.53 и 5.54). Однаêо шаблонамипользóются нечасто. Каê правило, первоначально осмотрщиê визóальнооценивает состояние êолес и необходимость в применении шаблона итольêо затем, если в этом есть надобность, выполняет измерения êолес вполном объеме.

Один из примеров резóльтатов измерения профиля поверхности êата-ния êолеса с помощью элеêтронноãо профиломера MINIPROF поêазан нарис. 5.55.

Если измерения выполняются с помощью рóчноãо шаблона, обычноизмеряют высотó и толщинó ãребня êолеса, а таêже толщинó обода. Хотяпроверêа наличия выêрашивания и трещин, радиóса ãребня и дрóãих пара-

o 5-95 x

Износ гребня

Новое колесо

Изношенноеколесо

Гребень Основаниегребня

Поверхностькатания

Наружная зона

Корытообразныйпрокат

Ложныйгребень

Основная зонаконтакта колеса

и рельса

Наружнаязона

контакта

Галт

ель

у ос

нова

ния

греб

няРаб

очая гр

ань

гребня

Износ поверхностикатания

Рис. 5.52. Зоны изнашива-ния êолес

метров таêже важна, эти хараêтеристиêи, êаê правило, в процессе рóчноãоêонтроля êоличественно не оцениваются. Этот процесс, даже бóдóчи при-вычным и связанным с небольшим числом замеров, все еще требóет време-ни, при нем возможны ошибêи, он не всеãда может быть выполнен долж-ным образом вследствие сóбъеêтивных фаêторов, зависящих от êвалифи-êации осмотрщиêа. На неêоторых железных дороãах измерения êолес про-водят исходя из пробеãа ваãона, êоторый является надежным êритериемдля точной êоличественной оценêи, тоãда êаê на дрóãих êолеса измеряютот слóчая ê слóчаю в зависимости от возможностей штата осмотрщиêов.

Долãое время железные дороãи исêали эêономичесêи приемлемóюсистемó êонтроля, позволяющóю измерять параметры изнашивания êолеси обнарóживать их дефеêты при движении поезда. И тольêо недавно систе-

o 5-96 x

Рис. 5.53. Пример применения рóчных механичесêих шаблонов

ма, работающая на принципе бесêонтаêтноãо оптичесêоãо измерения, бы-ла применена на праêтиêе. WheelScan [5.12] представляет собой пример та-êой системы, позволяющей при движении поезда измерять высотó и тол-щинó ãребня, а таêже ширинó изнашиваемой части поверхности êатания итолщинó обода êолеса.

o 5-97 x

Рис. 5.54. Второй пример применения рóчноãо механичесêоãо шаблона

Система WheelScan создана на основе оптиêо-лазерной технолоãии ивыполняет требóемые замеры в тот момент, êоãда êолесо, двиãаясь порельсó, проходит над чóвствительным элементом системы (рис. 5.56).

o 5-98 x

Рис. 5.55. Резóльтаты измерения профиля поверхности êатания êолеса с помощью системыMINIPROF

Рис. 5.56. Общая схема напольной системы бесêонтаêтноãо измерения профиля êолесWheelScan

Оптичесêий модóль WheelScan состоит из источниêов лазерноãо излó-чения и видеоêамер на приборах с обратной зарядовой связью. Лазерныйисточниê излóчает плосêий лóч света, êоãда êолесо входит в сеêтор обзораêамер (рис. 5.57). Этот лóч высвечивает на êолесе óзêóю полосó, перпенди-êóлярно пересеêающóю поверхность êатания и ãребень êолеса. Видеоêа-мера фиêсирóет изображение и затем передает информацию в миêропро-цессор, êоторый рассчитывает ãеометричесêие параметры профиля êолесав цифровом виде.

Лазер, являющийся источниêом излóчения, синхронизирован с прохо-дом измеряемоãо êолеса. С помощью лазера можно êаê бы на мãновение«остановить» движóщееся с определенной сêоростью êолесо и полóчитьфиêсированное изображение еãо поверхности. К томó же применение ла-зера дает надежный и приãодный для работы в эêсплóатационных óсловияхисточниê света. Специальная оптиêа позволяет ориентировать лазерныйлóч на поверхности êолеса в нóжном направлении и распространить навсю ее ширинó. За счет применения êомбинаций из специально подобран-ных фильтров и высоêосêоростной цифровой видеоêамеры система мо-жет полóчать изображение профиля êолеса таêже и в солнечнóю поãодó.

Каê тольêо êолесо входит в зонó обзора видеоêамер WheelScan, системапосылает êамерам сиãнал на полóчение видеоизображения обоих êолесданной êолесной пары. Видеоизображения имеют отметêó времени, чтопозволяет привязать их ê общей информации о проходящем поезде с иден-тифиêацией отдельных êолесных пар. Каждый видеосиãнал затем преобра-зовывается в аналоãовóю формó ãлавным êомпьютером системы. Послеэтоãо внóтренние параллельно работающие процессоры êомпьютера пре-образóют аналоãовый сиãнал в цифровóю информацию (рис. 5.58, а).

После êорреêции цифровых данных изображение сêанирóется, чтобызафиêсировать расположение êромêи обода и внóтренней ãрани ãребня êо-

o 5-99 x

Рис. 5.57. Схема лазерно-опти-чесêоãо модóля системы

WheelScan

леса. Эти две исходные точêи позволяют определить центровóю линиюобода êолеса (рис. 5.58, б).

По нахождении центровой линии система сêанирóет верхнюю точêóãребня. Высота ãребня рассчитывается затем пóтем вычитания вертиêаль-ной êоординаты центровой линии обода из êоординаты верхней точêиãребня (рис. 5.58, в).

Система WheelScan вычисляет ширинó поверхности êатания пóтемопределения поперечноãо расстояния междó ãребнем и ободом, êоторое

o 5-100 x

Рис. 5.58. Параметры изнашивания êолеса

измеряется от нарóжной ãрани обода до точêи ãребня, êоторая находитсяна высоте 9,5 мм над центровой линией обода (рис. 5.58, ã).

Толщинó ãребня система вычисляет пóтем определения êоординатыточêи на переходной êривой в том месте, ãде ãребень сочетается с поверх-ностью êатания, с последóющим ее вычитанием из êоординаты внóтрен-ней ãрани ãребня (рис. 5.58, д).

Кроме тоãо, WheelScan вычисляет толщинó обода по êоординатам еãонаиболее óдаленной от поверхности êатания точêи и центровой линии(рис. 5.58, е).

5.6.2. Напольная)система)мониторин0а)взаимодействия5олесо))п6ть)и)э5ипаж))п6ть

Система мониторинãа взаимодействия эêипажа и пóти, позволяющаяоценить фаêтичесêие динамичесêие параметры движения подвижноãо со-става, рассматривается êаê важное óсловие óспешной эêсплóатационнойдеятельности железных дороã с тяжеловесным движением, посêольêó по-зволяет интеãрировать в единое целое различные аспеêты этоãо взаимо-действия. Таêая система обеспечивает полóчение информации, êотораядает возможность óстановить наличие синерãичесêой связи междó эêипа-жами, рельсовым пóтем и эêономичесêой эффеêтивностью тяжеловесныхперевозоê.

В êачестве примера далее более подробно представлена óпомянóтая вы-ше действóющая на сети Spoornet интеãрированная система мониторинãатехничесêоãо состояния подвижноãо состава ITCMS. Эта система осó-ществляет наблюдение за ваãонным парêом линии COALlink, на êоторойваãоны, обращаясь по заданномó маршрóтó, систематичесêи проходят ми-мо несêольêих напольных êонтрольно-измерительных пóнêтов, óстанов-ленных на пóти (см. раздел 5.5.1.3). Посêольêó êаждый из таêих пóнêтоввыполняет специализированные êонтрольно-измерительные фóнêции, еãоположение относительно пóти зависит от местонахождения на линии иóсловий движения поездов в данном месте.

Система ITCMS предóсматривает, в частности:! визóальный осмотр с помощью видеоêамер состояния механичесêойчасти подвижноãо состава при входе на êрóпные сортировочные стан-ции для выявления незаêрепленных или отсóтствóющих деталей, таêих,например, êаê прóжины, пневматичесêие рóêава, тормозные башмаêии т. д.;

! выявление переãревшихся бóêсовых подшипниêов с помощью детеêто-ров ãреющихся бóêс;

! определение эффеêтивности работы тормозов с помощью детеêторов«ãорячих» тормозов;

! выявление неработающих тормозов с помощью детеêторов «холодных»тормозов;

o 5-101 x

! выявление дефеêтных подшипниêов по спеêтрó излóчаемоãо шóма спомощью аêóстичесêих детеêторов;

! выявление волочащихся частей подвижноãо состава с помощью соот-ветствóющих детеêторов (DED), óстановленных с интервалами 10 êм ивыявляющих таêже переêошенные êолеса;

! взвешивание подвижноãо состава в движении и оценêа óдарных воз-действий êолес на рельсы с помощью системы WIM-WIM;

! выявление переêошенных тележеê пóтем измерения поперечных силвзаимодействия êолес и рельсов;

! измерение высоты ãребней для оценêи изнашивания êолес;! автоматичесêая идентифиêация подвижноãо состава с помощью систе-мы AVI (эти óстройства необязательно должны находиться в êаждомêонтрольно-измерительном пóнêте).

5.6.2.1. Взвешивание)подвижно.о)состава)в)движениии)измерение)3дарных)на.р3зо6)от)6олесна)рельсы)(система)WIM-WIM)

Система WIM-WIM измеряет наãрóзêи, передаваемые от êолес на рель-сы, чтобы выявить неравномернóю заãрóзêó ваãонов и их переãрóзêó, а таê-же óдары, вызванные êолесами с ползóнами или значимыми неêрóãлостя-ми (рис. 5.59). Администрация Spoornet выделила средства на óстановêóшести систем WIM-WIM на линиях с тяжеловесным движением.

Система WIM-WIM основана на применении тензометричесêих датчи-êов и способна выполнять измерения при движении поездов со сêоростьюболее 250 êм/ч. Все оборóдование может быть смонтировано на рельсах безих демонтажа и без нарóшения ãрафиêа движения поездов. Для исêлюче-ния влияния на резóльтаты измерений разницы в диаметрах êолес (в диа-пазоне 730 1220 мм) может понадобиться сдвижêа отдельных шпал.

Система WIM-WIM позволяет выполнять измерения и определять:! силó óдарноãо воздействия êолеса на рельс, т;! динамичесêий óãол набеãания êолеса на рельс и еãо связь с поперечны-ми силами взаимодействия êолес с рельсами, т;

! массó отдельных единиц подвижноãо состава с óчетом неравномернойзаãрóзêи ваãонов, т.Система WIM-WIM позволяет полóчать на выходе информацию различ-

ноãо хараêтера, êоторая может использоваться для выдачи предóпредитель-ных оповещений о необходимости остановêи поезда или направления êон-êретной единицы подвижноãо состава в депо для техничесêоãо обслóжива-ния и ремонта, а таêже для êомплеêтования полной базы данных в целяхархивирования. Если óдарная наãрóзêа от êолеса на рельс превышает 45 т,поезд останавливают и êолесные пары заменяют, при óдарной наãрóзêе27 45 т производится отметêа о том, что данное êолесо требóет ремонта.

Резóльтаты измерения массы ваãона использóют для предотвращениядополнительных наãрóзоê на пóть вследствие неравномерной или чрезмер-ной заãрóзêи ваãона. Переãрóзêа может стать причиной мноãих неисправ-

o 5-102 x

ностей, вызывая в определенных óсловиях боêсование êолес. Неравномер-ные наãрóзêи необходимо êонтролировать для ãарантии тоãо, что фаêтиче-сêие осевые наãрóзêи на рельсы не превышают расчетных для данныхóсловий эêсплóатации величин.

5.6.2.2. Взвешивание)подвижно.о)составапри)движении)с)малой)с5оростью

Системы измерения массы отдельных единиц подвижноãо состава спомощью весоизмерительноãо моста при движении с малой сêоростью(рис. 5.60) сертифицированы Бюро стандартов ЮАР в êачестве óстройств,

o 5-103 x

Рис. 5.59. Установленное в пóти оборóдование системы WIM-WIM и система анализа

Рис. 5.60. Весоизмерительный мост для взвешивания подвижноãо состава при движении с ма-лой сêоростью (слева) и отдельный датчиê массы (справа)

допóщенных ê использованию для взвешивания подвижноãо состава вóсловиях реãóлярной эêсплóатации, и Министерством торãовли в расче-тах рентабельности перевозоê.

Маêсимальная допóстимая сêорость движения подвижноãо состава,взвешиваемоãо с помощью мостовоãо óстройства, равна 8 êм/ч, что можетсоздавать проблемы для óчастêов с высоêой плотностью движенияпоездов, посêольêó для проследования по немó поезда из 200 ваãонов мо-жет понадобиться 20 35 мин.

5.6.2.3. Дете$торы()реющихся(б1$с,(«)орячих»и(«холодных»(тормозов

Детеêторы для обнарóжения переãретых бóêсовых подшипниêов, изме-ряющие температóрó бóêс (рис. 5.61), óстанавливают вдоль пóти с опреде-ленными интервалами. Таêие óстройства относятся ê êатеãории êритиче-сêих, посêольêó обеспечивают безопасность движения поездов, немедлен-но посылая оповестительный сиãнал местномó постó центра óправлениядвижением поездов. Кроме тоãо, наблюдение за температóрой êаждоãобóêсовоãо подшипниêа при проследовании ваãона мимо последовательноóстановленных детеêторов использóется для определения тенденций изме-нения еãо техничесêоãо состояния. Применяемая в настоящее время си-стема чóвствительна ê температóре оêрóжающей среды, что создает про-блемы при óстановлении динамиêи процесса. Усовершенствование систе-мы в дальнейшем позволит повысить точность и надежность резóльтатовêонтроля.

Определение эффеêтивности работы тормозов с помощью детеêторов«ãорячих» тормозов осóществляется по резóльтатам измерений температó-ры êолес подвижноãо состава на тех óчастêах пóти, ãде обычно произво-дится торможение, например на протяженных спóсêах.

Выявление неработающих тормозов с помощью детеêторов «холодных»тормозов осóществляется по резóльтатам измерений температóры êолес натех óчастêах пóти, ãде обычно торможение не производится, например назатяжных подъемах.

o 5-104 x

Рис. 5.61. Детеêтор ãреющихся бóêс и вычислительный êомплеêс в êонтейнере

Детеêторы «ãорячих» и «холодных» тормозов представляют собой раз-новидности детеêторов ãреющихся бóêс и отличаются от них лишь направ-ленностью чóвствительных элементов измерения температóры в местаêонтаêта тормозных êолодоê и êолес, а не на бóêсы.

5.6.2.4. Выявление)неисправных)подшипни2ова23стичес2им)методом

Эта измерительная система (рис. 5.62) разработана Центром транспорт-ных технолоãий (TTCI) в рамêах реализации проãраммы óвеличения долãо-вечности подшипниêов. Для прослóшивания бóêсовых подшипниêов ис-пользóются миêрофоны, óлавливающие звóêовые сиãналы êаждоãо под-шипниêа и сравнивающие их спеêтр с образцовым спеêтром шóма, излóча-емоãо заведомо исправным подшипниêом. На фотоãрафии (см. рис. 5.62)можно видеть, что на однопóтной линии, использóемой для двóстороннеãодвижения поездов, моãóт быть проблемы при анализе сиãналов.

5.6.3. Общая)схема)инте:рированной)системымониторин:а

На рис. 5.63 представлена стрóêтóрная схема системы ITCMS. Данные,постóпающие с êаждоãо êонтрольно-измерительноãо пóнêта, сóммирóютсяи затем передаются на станцию напольных измерений (Field MeasuringStation, FMS). К êаждой FMS может быть подêлючено до четырех пóнêтов(например, два детеêтора ãреющихся бóêс и два детеêтора для измеренияóдарных наãрóзоê от êолес на рельс или два весоизмерительных моста длявзвешивания подвижноãо состава и пóнêт выявления переêоса ваãонов).

FMS направляет обобщеннóю информацию в óстановленный в местномцентре óправления движением поездов (СТС) êомпьютер, выполняющийфóнêции êонцентратора данных. Затем из местноãо СТС информация че-рез ãлавный сервер передается в ãоловной центр óправления движением

o 5-105 x

Рис. 5.62. Напольная аêóстичесêая система êонтроля состояния бóêсовых подшипниêов и вы-числительный êомплеêс в напольном êонтейнере

o 5-106 x

Система WIMCWIM на пути 1 Детектор греющихся букс на пути 1

Детектор греющихся букс на пути 2

WIMCWIM

Система WIMCWIM на пути 2

Система акустическогоконтроля подшипников

Детектор греющихся букс 1

Детектор греющихся букс 2

Станция напольныхизмерений в Хафгевоннене

Станция напольныхизмерений в Ишвепе

Станция напольныхизмерений в Шипмуре

Станция напольныхизмерений в Эрмело

Центральная база даныхи аналитическая системав центральном офисе в Эмпангени

Концентратор данных в центреуправления движением в РичардсCБее

Концентратор данных в центреуправления движением во Фрейхейде

Концентратор данных в центреуправления движением в Эрмело

Выявление тенденций

Архивирование

Определение периодичноститехнического обслуживанияи ремонта

Сигнализация об опасныхситуациях

Рис. 5.63. Стрóêтóрная схема интеãрированной системы мониторинãа состояния (ITCMS)

поездов, ãде осóществляется ее анализ. Обработанные данные привязыва-ются ê идентифиêационным номерам отдельных единиц подвижноãо со-става. Все обработанные и проанализированные резóльтаты измерений поэлеêтронной почте моãóт быть направлены в соответствóющие подразделе-ния для принятия необходимых оперативных решений. Кроме тоãо, все ре-зóльтаты измерений хранятся в центральной базе данных для последóюще-ãо использования в слóчае надобности.

5.7. Применение'напольных'л/бри1аторов

Железные дороãи Северной Америêи на протяжении мноãих лет осó-ществляют смазывание соответствóющих поверхностей êолес и рельсов сцелью êонтроля их изнашивания, снижения поперечных сил в êривых иполóчения значительной эêономии топливно-энерãетичесêих ресóрсов натяãó поездов. Традиционно смазочный материал наносят на рельсы с по-мощью стационарных напольных лóбриêаторов. В последние ãоды в êон-стрóêцию этих óстройств внесены сóщественные óсовершенствования, чтопозволило повысить их надежность, снизить расходы на теêóщее содержа-ние, óвеличить длинó смазываемых êаждым лóбриêатором рельсов и свес-ти ê минимóмó потери смазочных материалов. Однаêо напольные лóбри-êаторы не всеãда обеспечивают эффеêтивное смазывание êолеса и рельса.Опыт их применения на железной дороãе CPR поêазывает, что одни на-польные лóбриêаторы не моãóт обеспечивать реêомендóемый óровень тре-ния на поверхности êатания ãоловêи рельса. Их следóет дополнять борто-выми óстройствами, óстанавливаемыми, например, на транспортныхсредствах на êомбинированном ходó или на лоêомотивах (совершенство-вание таêих óстройств таêже продолжается), что обеспечит эффеêтивноеóправление трением не тольêо на рабочей ãрани ãоловêи рельса, но и наповерхности êатания.

Далее рассмотрены праêтичесêие реêомендации по óправлению трением.

5.7.1. Управление'трением

Управление трением (см. таêже п. 3.4) представляет процесс êонтроляпараметров в êонтаêте êолеса и рельса с приданием им значений, êоторыев наибольшей степени соответствóют êонêретным óсловиям эêсплóатации[5.20]. В общих чертах задачами óправления трением являются:! смазывание рабочей ãрани ãоловêи рельса для минимизации трения,изнашивания и сопротивления движению поездов в êривых (êоэффи-циент трения µ = 0,10 ÷ 0,25);

! обеспечение среднеãо êоэффициента трения (µ = 0,30 ÷ 0,35) на по-верхности ãоловêи рельса под ваãонами для êонтроля поперечных сил вêривых и сопротивления êачению в êривых и прямых. Для достижениясреднеãо óровня трения обычно требóются специальные материалы(модифиêаторы трения см. п. 3.4.3.1) [5.21, 5.22, 5.23], посêольêó

o 5-107 x

обычные для этоãо не ãодятся, таê êаê они óхóдшают тяãовые хараêте-ристиêи лоêомотивов и снижают эффеêтивность торможения поездов;

! óвеличение силы тяãи ведóщих êолес лоêомотивов (óлóчшение ихсцепных хараêтеристиê) и, возможно, повышение эффеêтивности эêс-тренноãо торможения посредством применения материалов, óлóчшаю-щих сцепление. Чаще всеãо для óлóчшения сцепления, иначе ãоворя,для повышения êоэффициента трения использóют песоê, однаêо име-ются и дрóãие материалы, вêлючая оêись алюминия, применяемóю навысоêосêоростных линиях железных дороã Японии, и твердые мате-риалы [5.24].

5.7.2. Преим&щества,эффе/тивной,л&бри/ации,рельсов

Преимóщества эффеêтивной лóбриêации êолес и рельсов отмечены вомноãих исследованиях, связанных с применением напольных лóбриêато-ров и модифиêаторов трения, наносимых на поверхность êатания рельсов.Примеры таêих исследований приведены в следóющих работах:! Дж. Де Коêер (J. de Koker) [5.25] ссылается на испытания, проведенныена сети Spoornet, в ходе êоторых достиãнóто óменьшение на 51 % расхо-да топливно-энерãетичесêих ресóрсов на тяãó поездов при движении вêривых радиóсом 200 м. На óãлевозной линии в Ричардс-Бее сниженона 28 % потребление элеêтроэнерãии на тяãó поездов и достиãнóто шес-тиêратное óвеличение сроêа слóжбы êолес;

! там же óêазано, что в ходе испытаний, проведенных на железных доро-ãах Santa Fe, Conrail и Illinois Central Gulf (все США), достиãнóта эêо-номия топлива на тяãó поездов на 25 30, 24 и 17,5 % соответственно;

! Р. Рейфф (R. Reiff) в работе [5.26] доêóментально подтверждает сниже-ние на 30 % расхода топлива на полиãоне FAST при обильной лóбриêа-ции рельсов по сравнению с сóхими рельсами. Подтверждена таêжеэêономия топлива на 5 15 % в ходе мноãочисленных испытаний нажелезных дороãах США первоãо êласса на óчастêах с длинными прямы-ми, êривыми малоãо радиóса и значительными óêлонами продольноãопрофиля. Установлено, что при смазанной поверхности êатания ãолов-êи внóтреннеãо рельса и обильно смазанной рабочей ãрани нарóжноãорельса значительно снижаются поперечные силы в êривых;

! проведенные в TTCI исследования [5.28] с использованием проãраммыêомпьютерноãо моделирования динамиêи подвижноãо состава и пóти(NUCARS) выявили эêономию энерãии на 15 % при применении на-польных лóбриêаторов, на 39 % при нанесении модифиêаторов трениятольêо на поверхность êатания рельсов и на 65,5 % при смазывании по-верхности êатания и обильном смазывании рабочей ãрани рельсов;

! Дж. Рóчинсêи (J. Rucinski), железная дороãа Queensland Rail, Австралия,в работе [5.27] отмечает эêономию энерãии на óзêоêолейных óãлевоз-ных линиях на 4,3 % для ãрóженых поездов и на 1,4 % для порожних;

! в ходе недавних исследований на CPR óстановлено, что лóбриêациярельсов с помощью óсовершенствованных напольных лóбриêаторов в

o 5-108 x

сочетании с профилаêтичесêим шлифованием позволила óвеличитьсроê слóжбы рельсов в среднем на 80 % при смазывании рабочей ãрании на 50 % при смазывании поверхности êатания нарóжных рельсов êри-вых. CPR работает над óвеличением сроêа слóжбы внóтренних рельсовêривых за счет смазывания поверхности êатания ãоловêи.Для совершенствования óправления трением на поверхности êатания

рельсов испытываются новые бортовые системы лóбриêации на лоêомоти-вах и транспортных средствах на êомбинированном ходó с использованиемсмазочных материалов с различными êоэффициентами трения, однаêоздесь они не рассматриваются.

5.7.3. Возможности*напольных*л1бри4аторов

Применение напольных лóбриêаторов может приносить железным до-роãам значительные эêономичесêие выãоды вследствие снижения изнаши-вания êолес и рельсов, óменьшения расстройств пóти и соêращения по-требления топливно-энерãетичесêих ресóрсов. Обеспечение эффеêтивнойлóбриêации рельсов вêлючает:! выбор наиболее подходящеãо оборóдования для дозированноãо нанесе-ния смазочных материалов;

! подбор оптимальноãо смазочноãо материала для êонêретных óсловийэêсплóатации;

! оценêó эффеêтивности смазывания и óправление им;! правильнóю óстановêó напольных лóбриêаторов;! оптимальное размещение лóбриêаторов.

5.7.4. Выбор*обор1дования*для*дозированно8онанесения*смазочных*материалов

Рабочие хараêтеристиêи смазочных материалов в пóти зависят от êли-матичесêих и эêсплóатационных óсловий, оборóдования для их дозирован-ноãо нанесения, êвалифиêации и добросовестности обслóживающеãо пер-сонала. Для определения приãодности смазочноãо материала и оборóдова-ния в êонêретных óсловиях требóются эêсплóатационные испытания. Вы-бор смазочных материалов для эêсплóатационных испытаний лóчше всеãоделать на основании резóльтатов их лабораторных испытаний с точêи зре-ния соответствия основным эêсплóатационным требованиям, приведен-ным в разделе 5.7.5. В настоящее время имеется современное оборóдова-ние, позволяющее сóщественно повысить эффеêтивность смазываниярельсов напольными лóбриêаторами. Выбор лóчшеãо лóбриêатора для êон-êретных óсловий эêсплóатации зависит от следóющих фаêторов:! простота óстановêи и принципа действия;! надежность работы и леãêость обслóживания;! достóпность запасных частей;! достóпность подходящих смазочных материалов;! финансовые соображения.

o 5-109 x

Большинство эêсплóатирóемых напольных лóбриêаторов имеют меха-ничесêий или ãидравличесêий привод. Более надежными и óдобными вобслóживании являются лóбриêаторы с элеêтронным óправлением. В ихêонстрóêцию вêлючен приêрепленный ê рельсó бесêонтаêтный датчиê,êоторый определяет момент прохождения êолес и подает сиãнал на вêлю-чение элеêтродвиãателя механизма подачи смазêи. Системó óправленияможно настраивать для реãóлирования объема подаваемой êонсистентнойсмазêи с минимальными потерями и с маêсимальной дальностью переносасмазêи от êаждоãо лóбриêатора.

Длина смазêоподающих êаналов напольных лóбриêаторов варьирóетсяот 61 см при 18 смазочных отверстиях до 140 см при 48 отверстиях. Болеедлинные êаналы наносят смазêó на длине рельса, соответствóющей длинеоêрóжности êолеса, с минимальными потерями. Обычно на рельс óстана-вливают два êанала в прямых, преимóщественно перед началом êривых ра-диóсом более 580 м, что позволяет переносить смазêó на бóльшие расстоя-ния. Рейфф в работе [5.22] отмечает, что железная дороãа Norfolk Southern(NS) внедрила óсовершенствованные óдлиненные смазêоподающие êана-лы и добилась óвеличения на 107 % дальности переноса смазêи, наноси-мой на рабочóю ãрань ãоловêи рельса, снижения на 67 % расхода смазêи ина 57 % ее потерь. Блаãодаря повышению эффеêтивности смазывания по-требность в лóбриêаторах соêратилась с 49 до 20 êомплеêтов на располо-женном в ãорной местности óчастêе длиной 129 êм; были полностью лиê-видированы слóчаи остановêи тепловозных дизелей.

Для эффеêтивноãо смазывания рельсов напольными лóбриêаторамитребóется обóченный и специально выделенный для их обслóживания пер-сонал. Железные дороãи СРR и CN для обеспечения бесперебойной и на-дежной работы напольных лóбриêаторов содержат постоянный штат пóте-вых рабочих. При таêом подходе достиãается непрерывная лóбриêациярельсов, снижается изнашивание рельсов и êолес, а таêже расход топливалоêомотивами.

5.7.5. Выбор&оптимально/о&типа&0онсистентной&смаз0идля&0он0ретных&8словий&э0спл8атации

Эффеêтивность работы напольных лóбриêаторов определяют триосновные хараêтеристиêи смазочных материалов:! смазывающая способность способность смазочноãо материала óмень-шать êоэффициент трения; при неóдовлетворительной смазывающейспособности интенсивность изнашивания рельсов возрастает. Однаêопосêольêó интенсивность изнашивания сóхих рельсов на порядоêвыше, чем смазанных, ãлавное заêлючается в обеспечении надлежаще-ãо смазывания зоны êонтаêта êолеса и рельса там, ãде это нóжно.Меньшее значение имеет то, êаêóю именно величинó êоэффициентатрения обеспечивает смазочный материал (0,10 или 0,25). Резóльтатынедавних испытаний поêазали, что êонсистентные смазêи разных по-ставщиêов имеют примерно одинаêовóю смазывающóю способность;

o 5-110 x

! óдерживающая способность (долãовечность) способность смазочноãоматериала сохранять свои свойства в течение определенноãо времени,êоторая может выражаться через число прошедших êолес или наработ-êó в млн. т брóтто. При ãраничной смазêе êонтаêтирóющие поверх-ности êолеса и рельса моãóт разделяться тольêо частично. В этом слóчаеотдельные миêронеровности на двóх êонтаêтирóющих поверхностяхвзаимодействóют дрóã с дрóãом. Фриêционный наãрев, имеющий местопри взаимодействии, может вызывать «температóрнóю вспышêó». Подвоздействием высоêой температóры в этой миêрозоне смазêа теряетсвои свойства. После этоãо êоэффициент трения быстро возрастает от0,05 0,10 (смазанное состояние) до 0,60 (сóхое состояние). Долãовеч-ность смазочноãо материала является фóнêцией наãрóзêи и просêальзы-вания резóльтаты лабораторных испытаний поêазали, что она снижа-ется с óвеличением наãрóзêи и поперечноãо просêальзывания при боль-шом óãле набеãания ãребня êолеса на рельс. На праêтиêе это означает,что ãрóженые поезда расходóют êонсистентнóю смазêó ãораздо интен-сивнее порожних, а в êривых малоãо радиóса смазêа расходóется на-мноãо быстрее, чем в êривых среднеãо радиóса;

! способность ê переêачиванию возможность непрерывной подачи сма-зочноãо материала в зонó êонтаêта êолеса и рельса. Предотвращениеизноса рабочих ãраней ãоловоê рельсов в êривых в значительной сте-пени зависит от проêачиваемости êонсистентной смазêи (на êоторóю,помимо дрóãих фаêторов, влияет таêже способность смазêи переме-шиваться), а таêже от недопóщения отсóтствия смазêи в лóбриêаторахили отêлючения их на длительное время. Работоспособность смазоч-ноãо материала при разных температóрах зависит от еãо способностипереêачиваться при любой температóре, хараêтерной для данноãо ре-ãиона. Например, на СРR температóра оêрóжающей среды может êо-лебаться от 40 до +60 °C. Испытания в холодильной êамере при темпе-ратóре 40 °C поêазали, что êонсистентная смазêа заãóстевает, а при+60 °C начинает отделяться и сползать с рельса.Эêсплóатационные свойства смазочных материалов часто определяют

по резóльтатам специальных испытаний по методиêе êомпании Timkenили по методó четырехшариêовой машины, в ходе êоторых при высоêомдавлении и сêорости оценивается способность смазывающих êомпонентоввыделяться из носителя для выполнения своих фóнêций в измеряемоймиллиметрами êонтаêтной зоне. Однаêо резóльтаты этих испытаний пло-хо êоррелирóют с резóльтатами эêсплóатационных испытаний.

Площадь зоны êонтаêта междó êолесом и рельсом соответствóет разме-рó монеты в 10 центов и несоизмерима с толщиной слоя смазêи. В зонóêонтаêта смазывающие êомпоненты (например, ãрафит или молибден) дляобеспечения требóемых смазочных свойств вводятся вместе с носителями(например, мылообразными веществами). Моделирование в лабораторныхóсловиях с использованием полноразмерных или в óменьшенных масшта-бах испытательных стендов оêазалось эффеêтивным средством оценêи ра-ботоспособности различных типов смазêи в êонтаêте êолеса и рельса. Од-

o 5-111 x

наêо в êонечном счете эффеêтивность смазêи следóет оценивать в реаль-ных эêсплóатационных óсловиях.

СРR использовала резóльтаты лабораторных исследований для выбораêонсистентной смазêи, обладающей высоêой долãовечностью и хорошейсмазывающей способностью при нанесении на рабочóю ãрань ãоловêирельса, приãодной для работы в летний и зимний периоды в óсловиях се-верноãо êлимата и имеющей приемлемóю стоимость.

5.7.6. Оцен%а'эффе%тивности'л0бри%ациии'0правление'ею'(см.'та%же'п.'3.4.2)

Для полóчения реальных эêономичесêих выãод от эффеêтивной лóб-риêации рельсов железные дороãи вынóждены надлежащим образомóправлять технолоãией смазывания с помощью напольных лóбриêаторов.Для этоãо производят реãóлярные измерения на хараêтерных óчастêах пó-ти. В течение ряда лет оценêó эффеêтивности смазывания рельсов произ-водят с помощью рóчноãо трибометра (рис. 5.64). В этом óстройстве ê ро-лиêó, êоторый êатят по рабочей выêрóжêе или поверхности êатаниярельса, приêладывается заданная наãрóзêа. Вначале ролиê êатится сво-бодно, но сопротивление êачению постепенно óвеличивается до тех пор,поêа не возниêнет просêальзывание. Сила сопротивления êачению про-порциональна êоэффициентó трения междó ролиêом и рельсом. Этот из-мерительный прибор целесообразно применять на êоротêих óчастêах. Нарис. 5.65 поêазан передвижной трибометр на êомбинированном ходó, êо-торый позволяет проводить измерения на óчастêах большой длины в дви-жении со сêоростью до 40 êм/ч. Одновременно измерения проводятся нарабочих ãранях и поверхности êатания обоих рельсов. На рис. 5.66 и 5.67приведены резóльтаты измерений êоэффициента трения, выполненных в

o 5-112 x

Рис. 5.64. Рóчной трибометр, применяе-мый на CPR

2000 и 2001 ãã. на неêоторых óчастêах СРR с использованием трибомет-ров двóх óêазанных типов.

В оêтябре 1999 ã. на всей сети линий СРR провели измерения êоэффи-циента трения на поверхности êатания и рабочей ãрани ãоловêи рельсовс помощью передвижноãо трибометра на êомбинированном ходó. На рис.5.66 приведены резóльтаты измерений на óчастêе Томпсонсêоãо отделе-ния дороãи длиной 80 êм. В то время на этом óчастêе фóнêционировали18 ãидравличесêих лóбриêаторов. Проведенные измерения выявили пло-хое êачество смазывания рельсов на этом óчастêе. Хотя пóтевые бриãады

o 5-113 x

Рис. 5.65. Передвижнойтрибометр êомпании

Portec на êомбинирован-ном ходó, применяемый

на CPR

Canadian PacificТомпсонское отделение

Усредненные данные18.10.1999

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 5

Отметки пути, мили

Поверхность катаниялевого рельса

Поверхность катанияправого рельса

Рабочая граньлевого рельса

Рабочая граньправого рельса

Ко

эфф

иц

ие

нт

тре

ни

я

Рис. 5.66. Резóльтаты измерения êоэффициента трения передвижным трибометром на Томп-сонсêом отделении CPR

тратили мноãо времени на обслóживание лóбриêаторов и непрерывно ре-монтировали их, эти лóбриêаторы и применяемые в них смазочные мате-риалы оêазались неэффеêтивными. В оêтябре 2000 ã. на этом óчастêеóстановили 10 новых элеêтричесêих лóбриêаторов, заправили их êонси-стентной смазêой новоãо типа и назначили для их обслóживания специ-ально выделенноãо человеêа. Смазочный материал выбрали на основа-нии лабораторных испытаний и с óчетом стоимости. В резóльтате этоãоэффеêтивность лóбриêации рельсов значительно повысилось, что видноиз рис. 5.67.

Участоê пóти на Томпсонсêом отделении с 16-ãо по 24-й êм состоит изряда сопряженных êривых радиóсом до 160 м. Проведенные в январе 2001 ã.измерения с помощью рóчноãо трибометра на этом хараêтерном óчастêевыявили óлóчшения в смазывании рабочей ãрани рельсов. Коэффициенттрения на рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса оêазался ниже заданноãоóровня 0,25 (см. рис. 5.67). Раньше на этом óчастêе стояло три ãидравличе-сêих лóбриêатора, теперь два. При этом с использованием тольêо пóтевыхлóбриêаторов не óдалось достиãнóть заданноãо óровня êоэффициента тре-ния на поверхности êатания рельсов.

СРR на основе наêопленноãо опыта óстановила новые задания по лóб-риêации в надежде, что это даст возможность óлóчшить óправляемостьпроцессом. Железная дороãа работает таêже над выводом расчетной фор-мóлы, êоторая позволит оптимизировать размещение лóбриêаторов исходяиз различных эêсплóатационных параметров (см. раздел 5.9). Наличиеформóлы дает возможность сравнивать эêсплóатационные хараêтеристиêилóбриêаторов и смазочных материалов новых типов, êоторые планирóют

o 5-114 x

A D 13,413,2

12,7 L 0 11,811,4

11,210,8

10,6 10

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6К

оэ

фф

иц

ие

нт

тре

ни

я

Отметки пути, мили

Рекомендуемый диапазонкоэффициента тренияна поверхностикатания 0,3 — 0,35

Рекомендуемый коэффициенттрения на рабочей гранименее 0,25

Луб

ри

като

р

Луб

ри

като

р

Рабочая граньнаружного рельса

Поверхность катаниянаружного рельса Поверхность катания

внутреннего рельса

Рис. 5.67. Резóльтаты измерения êоэффициента трения рóчным трибометром на Томпсонсêомотделении CPR в 2001 ã.

внедрить в перспеêтиве. СРR приняла в êачестве реêомендóемых дляóправления процессом лóбриêации следóющие значения:! разница ∆µ в êоэффициенте трения на поверхностях êатания рельсов

(слева направо) должна быть менее 0,1;! êоэффициент трения на поверхности êатания рельса должен поддержи-ваться в пределах 0,30 0,35;

! êоэффициент трения на рабочей ãрани ãоловêи нарóжноãо рельса недолжен превышать 0,25.Хотя заданный óровень êоэффициента трения на поверхности êатания

рельсов еще не достиãнóт, СРR исследóет различные возможности. Лóбри-êаторы постоянно реãóлирóют и настраивают для обеспечения оптималь-ных размещений и режимов подачи смазочноãо материала.

5.7.7. Размещение)напольных)л0бри3аторов

Каждая железная дороãа имеет различные êлиматичесêие óсловия, плани профиль пóти, радиóсы êривых, длинó прямых, êрóтизнó óêлонов про-дольноãо профиля, род перевозимых ãрóзов, степень износа пóти, сêоростьдвижения и режимы торможения поездов, осевые наãрóзêи, технолоãиюшлифования рельсов и т. п. Все эти фаêторы влияют на долãовечность и наперемещение смазочноãо материала по рельсó. Для оптимизации размеще-ния напольных лóбриêаторов необходимо óчитывать эти внешние и внóт-ренние (эêсплóатационные) фаêторы с óчетом возможных оãраничений.Эêсплóатационные испытания моãóт подтвердить надежность и эффеêтив-ность напольных лóбриêаторов исходя из следóющих требований, пред-óсматривающих:! предотвращение непроизводительноãо расхода смазочноãо материалаиз-за еãо разнесения êолесами и попадания на верх ãоловêи рельса;

! наблюдение за выãоранием смазêи при прохождении поездов;! измерение дальности переноса смазêи от êаждоãо лóбриêатора;! поддержание способности ê переêачиванию во всем диапазоне темпе-ратóры;

! предотвращение заêóпорêи смазочных отверстий лóбриêаторов;! обеспечение несмываемости êонсистентной смазêи дождем и снеãом;! обеспечение сохранности смазêи на рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса,предотвращение заãрязнения поверхности êатания и сползания смазêис рабочей выêрóжêи при высоêой температóре оêрóжающей среды.Дрóãими требованиями, не связанными непосредственно с êонстрóêци-

ей лóбриêатора или свойствами смазêи, являются: обеспечение ãладêойповерхности рабочей выêрóжêи нарóжноãо рельса после шлифования безвыраженных ребер, êоторые препятствóют переносó смазêи; поддержание от-êлонения ширины êолеи в месте óстановêи лóбриêатора в пределах ±1,0 мм;отсóтствие виляния ваãонов в месте óстановêи лóбриêатора.

Последствиями неóдовлетворительной лóбриêации рельсов моãóт быть:! просêальзывание êолес лоêомотивов и снижение тормозной эффеêтив-ности поезда на óêлонах;

o 5-115 x

! óхóдшение óправляемости поездов;! создание помех проведению óльтразвóêовой дефеêтосêопии рельсов;! выêрашивание металла на рабочей выêрóжêе редêо шлифóемоãорельса;

! непроизводительный расход и потери смазêи;! высоêие поперечные силы в êривых и интенсифиêация расстройствапóти.На Томпсонсêом отделении CPR провели испытания элеêтричесêих

лóбриêаторов с целью определения оптимальноãо, с минимальными поте-рями режима подачи смазочноãо материала длинными и êоротêими стерж-нями. На óчастêе со средними размерами движения 30 поездов в сóтêи вобоих направлениях от элеêтричесêоãо лóбриêатора отêлючили на 3 дняпо одномó соседнемó лóбриêаторó, чтобы óстранить влияние с их стороны.На пóть междó рельсами по обе стороны лóбриêатора óложили чистыйпластмассовый настил длиной 15 м и после прохода êаждоãо поезда óвели-чивали продолжительность подачи смазêи, поêа не происходило сбрасы-вание смазêи с êолес. При длинных смазêоподающих êаналах оптималь-ный режим подачи смазêи для лóбриêатора CPR составлял 0,25 с работыэлеêтродвиãателя привода на êаждые 16 êолес. При таêом режиме объемподаваемой смазêи измеряли в óнциях на êолесо. Дальность переносасмазêи измеряли до места, ãде êоэффициент трения превышал 0,22.

Все óêазанные выше фаêторы оценивали в зимние и летние месяцы.Выделенноãо для обслóживания лóбриêаторов человеêа представительêомпании поставщиêа новых лóбриêаторов ознаêомил с правилами ихэêсплóатации и особенностями óстройства, в том числе с элеêтроннойсистемой óправления.

В прошлом CPR для определения местоположения лóбриêаторов ис-пользовала формóлó, вêлючающóю êривизнó êривых в ãрадóсах и их длинóвместе с половиной переходной êривой. На сети Spoornet [5.25] на одно-пóтных линиях с двóсторонним движением напольные лóбриêаторы óста-новлены на расстоянии 6 êм дрóã от дрóãа по нарóжной рельсовой нити, наóãлевозной линии в Ричардс-Бее с интервалами 1,5 êм.

5.7.8. Модель'расстанов.и'л0бри.аторов

На железных дороãах ЮАР разработаны êритерии и выведено óравне-ние для расстановêи напольных лóбриêаторов [5.29]. Подобный подходприменила CPR для óчастêов со специфичесêими óсловиями эêсплóата-ции.

На выбор местоположения лóбриêаторов влияют разнообразные фаêто-ры. Расстояние междó лóбриêаторами сначала определяется рядом фаêто-ров, относящихся ê пóти. Затем рассчитаннóю длинó êорреêтирóют в зави-симости от фаêторов, связанных с движением поездов. Далее рассмотреныэти фаêторы.

o 5-116 x

5.7.8.1. Фа#торы,(относящиеся(#(п0ти

Длина êривой. Определяется по длине êаждой êривой рассматриваемоãоóчастêа и êорреêтирóется по радиóсó êривой. Этот фаêтор в êонечном сче-те является основным среди относящихся ê пóти.

Длина прямой междó êривыми. Сóммирóется с первичной длиной êривойи фаêтичесêи óдлиняет ее приведеннóю длинó. В прямых зазор междó ãреб-нями êолес и рабочими ãранями рельсов составляет 15 35 мм в зависи-мости от величины износа ãребней. Виляние тележеê или ваãонов приво-дит ê êонтаêтированию ãребней êолес с рельсами. При соприêосновении срельсом смазêа на ãребнях êолес истирается, и это следóет иметь в видóпри определении местоположения лóбриêаторов. Для êаждоãо места óста-новêи лóбриêатора следóет óчитывать êонтаêт ãребней êолес с рельсами.

Уêлон продольноãо профиля пóти. Влияние óêлона оценить трóдно. Од-наêо известно, что êрóтые óêлоны обычно сочетаются с длинными êривы-ми малоãо радиóса, редêими и êоротêими прямыми, низêой сêоростьюдвижения поездов и непрерывным торможением поездов, следóющих поспóсêó. Эти фаêторы следóет óчитывать по их значимости.

Тип использóемоãо смазочноãо материала. Каждая железная дороãа обыч-но в течение длительноãо времени применяет стандартизированнóю êонси-стентнóю смазêó или смазêи специальных типов на отдельных óчастêах пó-ти. При замене смазêи одноãо типа на дрóãой необходимо провести лабора-торнóю или эêсплóатационнóю проверêó дальности переноса новой смазêи.При внедрении смазêи новоãо типа на всей длине линии необходимо от-êорреêтировать расстояние междó лóбриêаторами, в противном слóчае этоможет привести ê излишнемó или недостаточномó смазыванию рельсов.

Длина смазêоподающих êаналов. При использовании êоротêих êаналовна êолеса наносится меньше смазочноãо материала, в резóльтате чеãоóменьшается длина смазанных êривых.

5.7.8.2. Фа#торы,(связанные(с(движением(поездови(параметрами(подвижно6о(состава

Направление движения. На однопóтных линиях с двóсторонним движе-нием поезда движóтся по пóти в обоих направлениях, и смазêа разносится вобе стороны. На линиях с односторонним движением этоãо не происходит,и поэтомó требóется óдвоенное число лóбриêаторов. На CPR схема движе-ния поездов на óчастêах с двóсторонним движением аналоãична схеме од-ностороннеãо движения соãласно ãрафиêó несêольêо поездов следóютдрóã за дрóãом в одном направлении, после чеãо пропóсêают ãрóппó поез-дов в обратном направлении. Резóльтаты измерений выявили наличие сó-хой боêовой поверхности рельсов при расположении лóбриêаторов с ин-тервалом, соответствóющим двóстороннемó движению.

Констрóêция тележеê. Констрóêция механичесêой части подвижноãосостава иãрает важнóю роль в эффеêтивности лóбриêации. Базовое óравне-ние следóет сêорреêтировать исходя из особенностей вписывания тележеê

o 5-117 x

в êривóю. Если бóльшая часть тележеê самоóстанавливающиеся, потреб-ность в смазêе меньше. На CPR тележêи с переêрестными поперечнымисвязями моãóт вписываться без набеãания ãребней êолес на рельсы в êри-вые радиóсом не менее 350 м, трехэлементные тележêи в êривые радиó-сом не менее 875 м. На сети Spoornet самоóстанавливающиеся тележêи мо-ãóт вписываться в êривые радиóсом не менее 220 м.

Осевые наãрóзêи подвижноãо состава. При óвеличении осевых наãрóзоêваãонов и лоêомотивов возрастают поперечные силы, передающиеся отãребней êолес на рельсы, поэтомó следóет óчитывать величинó осевых на-ãрóзоê и их распределение в поезде.

Колесная база тележеê лоêомотивов. С óвеличением базы тележêи лоêо-мотива возрастает вероятность êонтаêтирования ãребней ее êолес с рель-сами.

Сêорость движения поезда. С повышением сêорости движения возраста-ют динамичесêие силы в поезде, êоторые отрицательно влияют на распро-странение смазêи.

Уãол набеãания ãребня êолеса на рельс. Уãол набеãания определяет силы,действóющие на слой смазêи на рельсе. Чем больше óãол набеãания, темвыше поперечные силы.

Переêошенные êолесные пары и тележêи. Испытания поêазали, что приналичии в поезде ваãонов с переêошенными êолесными парами и тележ-êами значительно возрастает сопротивление движению поезда; в основномэто имеет место в прямых. Выявлено, в частности, что переêос осей в4 мрад может óдваивать сопротивление êачению ваãона в прямой. На CPRсредний переêос осей в тележêах ваãонов составляет 1 мрад, это следóетóчитывать при расстановêе лóбриêаторов.

Торможение. Торможение поездов обóсловливает наãревание êолес, по-этомó в местах интенсивноãо торможения смазêа выãорает. На óчастêах,ãде это имеет место, следóет óменьшать расстояние междó напольнымилóбриêаторами.

5.7.9. Рез$льтаты*л$бри.ации*на*линиив*Ричардс-Бее,*ЮАР

На специализированной ãрóзовой линии междó Эрмело и портом Ри-чардс-Бей наблюдался интенсивный износ ãребней êолес лоêомотивов,вследствие чеãо пробеã междó очередными обточêами êолес составлял 50 100 тыс. êм. Поэтомó решили смазывать рабочóю ãрань нарóжных рельсо-вых нитей во всех êривых радиóсом менее 1000 м с помощью óстройства,óстановленноãо на дрезине. На рис. 5.68 проиллюстрировано óвеличениесроêа слóжбы êолес по мере óвеличения подачи смазочноãо материала. Изприведенных êривых видно, что сроê слóжбы êолес зависит от êоличествананосимой смазêи и êонстрóêтивных особенностей эêипажа (осевой на-ãрóзêи и êолесной базы тележêи).

o 5-118 x

На этой линии ширина êолеи равна 1065 мм, в пóти óложены рельсымассой 60 êã/м из марãанцовистой стали; распределение êривых по ради-óсам приведено на рис. 5.69. Элеêтровозы серии 11Е, 7Е1 и 7Е3 имеют подве трехосные тележêи, их основные хараêтеристиêи следóющие:

4,064,44,4Колесная база тележêи, мм212128Номинальная осевая наãрóзêа, т

7Е37Е111ЕСерия лоêомотива

o 5-119 x

0 1 2 3 4 5

300

250

200

150

100

50

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

Время, годы

Ср

ок

служ

бы

ко

лес

а д

о и

зно

са

гр

еб

ня

10

мм

, ты

с. к

м

Рас

ход

см

азки

, кг/

ме

с

Расходсмазочногоматериала

Электровоз 7Е1

Электровоз 7Е3

Электровоз 11Е

Рис. 5.68. Изменениесроêа слóжбы êолес элеê-тровозов серий 11E, 7E3и 7E1 в зависимости от

расхода смазочноãо мате-риала

0

50

100

150

200

250

300

0 – 800 800 – 1000 1000 – 2000 Более 2000

Об

ща

я д

ли

на,

км

Радиус кривых, м

Рис. 5.69. Распределение êривых по радиóсам на óãлевозной линии Spoornet

Из êривых на рис. 5.68 видно, например, что с óвеличением в 2,5 разаêоличества наносимой смазêи сроê слóжбы êолес элеêтровозов серии 7Е1возрастает в 10 раз. Месячный расход смазêи менее 1000 êã оêазывает не-значительное влияние на сроê слóжбы êолес. Количество наносимой смаз-êи в неêоторой степени может быть связано с числом смазываемых êривыхна линии, что дает основания для следóющей ãипотезы.

Допóстим, единичный пробеã лоêомотива составляет 100 êм. Послеêаждоãо пробеãа износ ãребней еãо êолес достиãает 10 мм. Этот износпредставлен на рис. 5.70 линией наихóдшеãо слóчая. После этоãо óчастоêпóти начали смазывать на всей длине, что привело ê снижению интенсив-ности износа в 10 раз. Соответствóющая линия представлена на рис. 5.70êаê линия наилóчшеãо слóчая. Если с рельсов óдалить смазêó на второй по-ловине óчастêа и оставить на первой половине пóти, интенсивность изна-шивания может быть представлена линией 50 %-ноãо слóчая. Этот процессможно повторять с различной относительной длиной смазываемой части.Если резóльтирóющий сроê слóжбы êолес вычертить в зависимости от от-носительной длины смазанной части óчастêа, полóчается ãрафиê, пред-ставленный на рис. 5.71. Этот ãрафиê поêазывает, что маêсимальная эêоно-мия от лóбриêации достиãается тольêо при смазывании всей линии и требó-ется определенное время для полóчении реальных резóльтатов от сниженияизноса. (Рассмотренная ãипотеза на праêтиêе проверена не была.)

5.8. Оптимизация*сро.а*сл0жбы*.олес*и*рельсов

Колесо и рельс выполняют фóнêции передачи статичесêих и динамиче-сêих наãрóзоê от êóзова ваãона на верхнее строение пóти. На площадêеêонтаêта междó êолесом и рельсом должна восприниматься вертиêальнаянаãрóзêа и передаваться тормозная и тяãовая направляющие силы. Вза-имодействие в системе êолесо рельс иãрает основнóю роль в обеспече-нии работы системы эêипаж пóть. Рассмотрение рельса, êолеса и зоныих êонтаêта в êачестве самостоятельных элементов системы, а таêжеóправление взаимодействием êолес и рельсов êаê системой позволяют оп-тимизировать их работó в óсловиях тяжеловесноãо движения.

o 5-120 x

0 20 40 60 80 100

2

4

6

8

10

50 %

Изн

ос

гр

еб

ня

, мм

Доля смазанных рельсов от общейдлины участка, %

Наихудший случай

Наилучший случай 200

400

600

8001000

0 20 40 60 80 100Доля смазанных линий от общей

длины участка, %

Ср

ок

слу

жб

ы к

ол

ес,

км

Рис. 5.71Рис. 5.70

5.8.1. Оптимизация*сро.а*сл0жбы*рельсов

Рельс является неподвижным элементом системы êолесо рельс, по-этомó еãо леãче измерять и содержать. Для оптимизации сроêа слóжбырельсов предельно допóстимые значения êонтаêтной óсталости и износадолжны достиãаться одновременно. Однаêо лóчше снимать рельсы с пóтипо износó до возниêновения высоêой степени рисêа óсталостноãо разрó-шения. Если êонтаêтная óсталость рельса находится под êонтролем по-средством реãóлярноãо шлифования, рельсы в êривых или прямых можнов плановом порядêе заменять по достижении предельноãо износа.

5.8.1.1. Условия*ма.симально9о*использования*рес0рсарельсов

Опыт поêазывает, что в процессе эêсплóатации рельсы работают неоди-наêово и степень их износа зависит от радиóса êривых, режима лóбриêации идаже от вида подрельсовоãо основания. Имеет смысл с эêономичесêой точêизрения рассмотреть планирóемóю заменó отдельных рельсовых нитей в êри-вых и в прямых длиной 300 400 м. Из-за более высоêой стоимости рельсовêаê таêовых по сравнению со стоимостью их óêладêи обычно считают неце-лесообразным заменять обе рельсовые нити êривой одновременно, если естьвозможность продлить хотя бы на ãод эêсплóатацию одной из нитей.

Поэтапное развитие износа рельса можно проиллюстрировать диаãрам-мой износа, приведенной на рис. 5.72. Двóмерное представление в видевертиêальноãо износа по оси y и боêовоãо износа по оси х является при-знанием тоãо фаêта, что ãеометричесêие оãраничения износа рельса и на-êопление внóтренних напряжений совместно óвязаны с величиной верти-êальноãо и боêовоãо износа ãоловêи рельса.

Изображение целесообразно интерпретировать через линию развитияизноса рельса. Нарастание износа рельса в течение сроêа еãо слóжбы мож-но наãлядно представить в виде веêтора. Цель заêлючается в вычерчиваниитраеêтории, следование êоторой в резóльтате приводит ê маêсимальномóсроêó слóжбы с исêлючением влияния рисêов или стоимостных фаêторов,но с óчетом возможноãо соêращения сроêа слóжбы дрóãих элементов пóти.Проãнозирование развития износа рельса можно вести по направлениютоãо же веêтора.

На приведенной на рис. 5.72 диаãрамме поêазаны несêольêо зон выбо-ра решений, êоторые способствóют продлению сроêа слóжбы рельса. Вслóчае если êонтаêтная óсталость рельса находится под êонтролем, износможет развиваться до тоãо момента, êоãда следóет рассмотреть возмож-ность переêладêи рельса на второстепеннóю линию. Этой ситóации соот-ветствóет зона возможной переêладêи. Решение зависит от соотношенияспроса на óêладêó староãодных или новых рельсов, êоторое в свою очередьзависит от распределения ãрóзопотоêов по железной дороãе и ãрóзонапря-женности линий. Цель заêлючается в повторном использовании рельсов,имеющих остаточный ресóрс по износó, в êривых, в êоторых рельсы таêоãоêачества óдовлетворяют предъявляемым требованиям. Часто решение о

o 5-121 x

переêладêе зависит от цены использования новых рельсов из стали повы-шенноãо êачества на ãлавных пóтях. Дрóãим распространенным поводом êпереêладêе рельсов может быть насóщная потребность в рельсах на второ-степенных линиях. Переêладêа частично изношенной рельсовой плетибесстыêовоãо пóти на второстепеннóю линию со стыêовым пóтем позволя-ет óлóчшить состояние пóти на этой линии.

На стыêовом пóти при определенной величине вертиêальноãо и боêо-воãо износа ãребень êолеса с проêатом может êасаться верхней части сты-êовой наêладêи (линия А). На рис. 5.73 поêазана стыêовая наêладêа новойêонстрóêции с вырезом в верхней части для óстранения êасания ãребня,что позволяет óвеличить предельный допóсê на износ рельса. При разра-ботêе таêих êонстрóêций их рассчитывали по современномó методó êонеч-ных элементов с óчетом перераспределения напряжений сдвиãа и изãиба встыêовой наêладêе под воздействием динамичесêой наãрóзêи. С примене-нием стыêовых наêладоê с óвеличенным зазором междó их верхней частьюи ãребнем можно выполнять эêстренный ремонт сильно изношенныхрельсовых плетей бесстыêовоãо пóти.

Предельный допóсê для стыêа может быть таêим же, êаê и для рельса,имеющеãо внóтренние дефеêты, посêольêó в нем, по всей вероятности, на-êоплен таêой óровень подповерхностной óсталости, что óвеличивать пре-дельные допóсêи на износ óже нельзя.

С дрóãой стороны, рельсы бесстыêовоãо пóти при их реãóлярном шли-фовании моãóт быть изношены до óвеличенной предельной величины (ли-

o 5-122 x

Диаграмма износа рельсов на участке ХХХВ

ер

тика

льн

ый

изн

ос

Боковой износ

Зона возможнойперекладки

Зонатранспозиции

Линия А

Плановая заменаПоперечный дефектв стыке или усталостноеповреждение Линия В

Плановая заменаПрофилактическоешлифование

Линия С

Предельнодопустимыйизнос

В металлолом

Повторное использование

на сортировочных станциях

Использование в качестве резервных

Рис. 5.72. Зоны выбора ре-шений при óправлении ис-пользованием ресóрса рель-

сов

ния В на рис. 5.72). Однаêо должна быть óверенность в том, что заменарельса по предельномó износó произведена до тоãо момента, êоãда напря-жения в нем достиãли óровня, при êотором имеется недопóстимый рисêвнезапноãо излома (линия С).

На ãрóзовых линиях со смешанным движением рельс, состояние êото-роãо соответствóет промежóтêó междó линиями А и В, может быть снят спóти раньше времени, чтобы использовать еãо в êачестве резервноãо длязамены отдельных отрезêов дефеêтных рельсов. Этот рельс должен иметьнеêоторый остаточный ресóрс и по поперечномó сечению соответствоватьзаменяемым рельсам. Рельсы, по состоянию находящиеся междó линия-ми В и С, моãóт приãодиться для óêладêи в пóть на сортировочных станци-ях, ãде поезда движóтся с небольшой сêоростью. Рельсы, находящиеся вы-ше линии С, должны списываться в металлолом.

Использóя достаточно обоснованные предельные нормы износа рель-сов при óсловии обеспечения êонтроля их êонтаêтной óсталости пóтем ре-ãóлярноãо шлифования и дефеêтосêопии, можно продлить сроê слóжбытаêоãо дороãостоящеãо элемента пóти, êаê рельсы.

Хараêтер износа рельсов в êаждой êривой можно представить в видедиаãраммы, подробно поêазанной на рис. 5.72. В разных областях нараста-ния износа специалист-пóтеец вынóжден принимать одно из следóющихрешений:! перепрофилирование рельса пóтем шлифования;! êорреêтировêа режима лóбриêации;! êорреêтировêа подóêлонêи рельсов;! êорреêтировêа ширины êолеи;! переêладêа рельса в дрóãóю нить (транспозиция);! снятие рельса с последóющим использованием на малодеятельной линии;! снятие рельса со сдачей в металлолом.При надежном и реãóлярном êонтроле состояния рельсов и четêом

представлении о маêсимально допóстимом óровне изнашивания можно сó-дить о значимости принимаемых решений и обеспечить аêтивное óправле-ние состоянием рельсов в êаждой отдельной êривой или прямой с цельюпродления их сроêа слóжбы.

o 5-123 x

Рис. 5.73. Стыêовая наêладêа новой êонстрóêциис вырезом в верхней части

Довольно часто имеет смысл осóществлять в êривых транспозициюрельсов с большим отношением боêовоãо износа ê вертиêальномó дляполноãо использования ресóрса рельсов по вертиêальномó износó. Транс-позиция может выполняться по несêольêим вариантам: с взаимной пере-êладêой нарóжноãо и внóтреннеãо рельсов одной и той же êривой и, соот-ветственно, переменой их рабочих ãраней, с переêладêой рельсов нарóж-ной нити на внóтреннюю и óêладêой в нарóжнóю нить новых рельсов или собменом изношенными рельсами с дрóãой êривой или прямой. Зонатранспозиции на рис. 5.72 соответствóет стадии изнашивания рельсов, приêоторой целесообразно рассмотреть возможность изменения их местопо-ложения. Более эêономично предóсматривать транспозицию рельсов,имеющих сêорее боêовой, чем вертиêальный износ. Посêольêó оптималь-ные профили нарóжноãо и внóтреннеãо рельсов различны и при транспо-зиции направление пластичесêих деформаций изменяется на обратное,необходимо своевременное перепрофилирование ãоловêи рельса посред-ством шлифования. По этой причине неêоторые железные дороãи не вы-полняют транспозицию со строãим соблюдением óêазанноãо óсловия, апросто переêладывают изношенные рельсы с нарóжной на внóтреннююнить. Чтобы полóчить реальнóю эêономию от транспозиции рельсов, ееследóет проводить своевременно. Исследования [5.6] поêазали, что вре-меннóе оêно, в течение êотороãо возможна транспозиция, может бытьвесьма оãраниченным по продолжительности.

5.8.1.2. Контроль(изнашивания(рельсов(определение(предельно(доп3стимо5о(износа)

Целью óвеличения предельных величин износа является обеспечениезамены рельсов непосредственно перед тем моментом, êоãда расчетнаястоимость содержания оставленных в пóти рельсов превысит стоимостьотсроченной замены. Если в процессе эêсплóатации профиль рельса сóще-ственно не изменился или боêовой износ незначителен, этот эêономиче-сêий допóсê, возможно, êоррелирóет с ростом напряжений внóтри рельса.Высоêие внóтренние напряжения в итоãе приводят ê óвеличению интен-сивности выхода рельсов из строя по дефеêтам, что имеет неблаãоприят-ные эêономичесêие последствия.

Поэтомó имеет смысл определить предельно допóстимые значениявнóтренних напряжений в рельсах для óстановления заданий по плановойзамене рельсов. Предельные величины износа, óстанавливаемые исходя изнапряженноãо состояния рельса, должны подêрепляться частым шлифова-нием и êонтролем состояния рельсов.

Внóтренние напряжения в рельсах зависят в основном от оставшеãосяматериала сечения ãоловêи. Наиболее высоêие напряжения возниêаютвследствие воздействия наãрóзоê на рабочóю выêрóжêó ãоловêи рельса, од-наêо они êонтролирóются шлифованием. При значительном óменьшениивысоты ãоловêи рельса вследствие износа настóпает êритичесêое состоя-ние, при êотором зоны влияния êонтаêтных напряжений и изãибных на-

o 5-124 x

пряжений в ãоловêе и шейêе совпадают. При этом óровень напряжений вшейêе рельса обычно не превышает 207 МПа.

Эти зоны влияния изóчены в исследовании, выполненном в 1992 ã. прифинансовой поддержêе железных дороã CPR и BC Rail (Канада). Напря-жения в рельсах массой 50, 57 и 68 êã/м при различных óровнях износа исхемах наãрóжения определяли методом êонечных элементов в линейнойóпрóãой постановêе.

В исследовании моделировали совместное действие пиêовых значенийвертиêальной наãрóзêи (173 êН), поперечных сил при вписывании в êривóю(87 êН) и продольных сил (87 êН) для оценêи реаêции подрельсовоãо осно-вания. Однаêо разница во внóтренних напряжениях оêазалась минимальной.

Опыт эêсплóатации с чрезмерно изношенными рельсами, êаê это име-ло место в прежние ãоды, поêазал повышеннóю интенсивность возниêно-вения дефеêтов в виде вертиêальноãо расслоения ãоловêи. Поэтомó êрите-рием óстановления маêсимальноãо износа рельса являлось возниêновениенедопóстимых напряжений в опасной зоне, определяемой на основаниианализа области зарождения трещин вертиêальноãо расслоения ãоловêирельса. Эта опасная зона поêазана на рис. 5.74.

o 5-125 x

0 10 20 30 40

350

700

1050

1400

1750

2100

Величина износа, мм

Мак

сим

альн

ые

нап

ряж

ен

ия

по

Ми

зесу

, МП

а

Зоназарождения

трещин

Максимальныенапряженияв опасной зоне

Рельс массой 57 кг/м

Только вертикальный износТолько боковой износ

Сочетание вертикальногои бокового износа

Максимальныенапряженияв целом рельсе

Рис. 5.74. Маêсимальные напря-жения по Мизесó для всех слó-чаев наãрóжения в зависимостиот сóммарноãо износа ãоловêи

рельса массой 52 êã/м

o 5-126 x

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Боковой износ, мм

Ве

рти

кал

ьны

й и

зно

с, м

м

Предельные величины износа на BC Rail

620М

Пa

552М

Пa483М

Пa414М

Пa

Предельные величины

износа на CPR

Рис. 5.75. Линии износа,соответствóющие различ-ным óровням напряжений

в опасной зоне рельсамассой 52 êã/м

Ве

рти

каль

ны

й и

зно

с, м

м

Боковой износ, мм

Зона возможнойперекладки

Зонатранспозиции

Линия АПлановая заменаПоперечный дефект в стыкеили усталостное повреждение

Линия ВПлановая заменаПрофилактическоешлифование

Линия С

Предельнодопустимыйизнос

0 5 252015100

25

20

15

10

5

Рельс массой 68 кг/м

Рис. 5.76. Зоны выбора реше-ний при óправлении использо-ванием ресóрса рельсов массой

68 êã/м

На рис. 5.74 построены ãрафиêи зависимости маêсимальных напряже-ний по Мизесó от сóммарноãо износа для трех вариантов изнашивания:! тольêо вертиêальный износ;! вертиêальный и боêовой износ в равных долях;! тольêо боêовой износ.Хотя последний вариант не встречается в эêсплóатации, однаêо он вос-

требован для построения оãибающей линии изнашивания. Выбирая задан-ный óровень напряжений и определяя точêи пересечения с êривыми, по-строенными для êаждоãо из трех вариантов изнашивания, можно полó-чить номоãраммó, приведеннóю на рис. 5.75. На этом рисóнêе построеныóровни износа, соответствóющие различным значениям маêсимальных на-пряжений в опасной зоне, там же приведены прежние предельные величи-ны износа, принятые на CPR и BC Rail.

Установлено, что маêсимально допóсêаемый (безопасный) óровень на-пряжений для внóтренних дефеêтов составляет 345 МПа, что соответствó-ет 67 % предела теêóчести стандартноãо рельса из óãлеродистой стали,равноãо 517 МПа. Это позволило построить исходнóю линию А для новыхпредельных величин износа, êоторые изменены в связи с необходи-мостью оãраничения износа рабочей ãрани рельса для êонтроля шириныêолеи. Оêончательные предельные величины износа для рельсов массой68 êã/м и 57 êã/м приведены на рис. 5.76 и 5.77.

Линия С соответствóет износó рельса, при êотором поезда должны сле-довать с оãраниченной сêоростью до замены рельса. Линия В соответствó-

o 5-127 x

0 5 252015100

25

20

15

10

5

Ве

рти

каль

ны

й и

зно

с, м

м

Боковой износ, мм

Зонавозможнойперекладки

Зонатранспозиции

Линия А

Плановая заменаПоперечный дефект в стыкеили усталостное повреждение

Линия В

Плановая заменаПрофилактическоешлифование

Линия С

Предельнодопустимыйизнос

Рельс массой 57 кг/м Рис. 5.77. Зоны выбора ре-шений при óправлениииспользованием ресóрсарельсов массой 57 êã/м

ет износó, при êотором предóсматривается плановая замена рельса; приэтом óровень напряжений по этой линии равен 276 МПа. На рис. 5.78изображен предельно изношенный рельс массой 68 êã/м, соответствóю-щий линии С.

5.8.1.3. Страте&ия)использования)рельсов

Стратеãия маêсимальноãо использования эêсплóатационноãо ресóрсарельса заêлючается в реãóлярном определении óровня износа через веêторизнашивания. Реãóлярное шлифование с предварительной оценêой со-стояния рельса предназначено для исêлючения преждевременной заменырельса вследствие чрезмерноãо наêопления êонтаêтной óсталости поверх-ности êатания. Перепрофилирование позволяет таêже держать под êон-тролем зонó êонтаêта êолеса и рельса в нарóжной области ãоловêи рельса,на êоторой происходит внецентренная передача наãрóзêи. Таêже êонтро-лирóется чрезмерное повреждение рабочей ãрани ãоловêи рельса.

В êривых большоãо и среднеãо радиóса при величине износа, соответ-ствóющей линии В, планирóется замена рельсов (рис. 5.79). В нарóжныхнитях êривых малоãо радиóса при величине износа, соответствóющей зонетранспозиции, для маêсимальноãо использования ресóрса рельса планирó-ется переêладêа рельсов с одной нити на дрóãóю (рис. 5.80). Параллельно сэтим для оценêи потребности в замене рельсов из-за наличия внóтреннихдефеêтов проводят óльтразвóêовóю дефеêтосêопию и проãнозирование воз-ниêновения и развития дефеêтов.

Для óлóчшения взаимодействия êолеса и рельса ряд преимóществ даетиспользование более твердых рельсов из чистой стали. Прежде всеãо онитребóют меньшей частоты шлифования. При шлифовании по шаблонам,êоторые соответствóют естественномó хараêтерó изнашивания, т. е. обес-печивают êонформный êонтаêт, профиль ãоловêи рельса остается неиз-

o 5-128 x

Рис. 5.78. Предельно изношенный рельс массой 68 êã/м

o 5-129 x

0 5 252015100

25

20

15

10

5

Ве

рти

кал

ьны

й и

зно

с, м

м

Боковой износ, мм

Зонавозможнойперекладки

Зонатранспозиции

Линия А

Плановая заменаПоперечный дефект в стыкеили усталостное повреждение

Линия В

Плановая заменаПрофилактическоешлифование

Линия С

Предельнодопустимыйизнос

Рис. 5.79. Стратеãия исполь-зования рельсов для êривых

большоãо и среднеãорадиóса

0 5 252015100

25

20

15

10

5

Ве

рти

каль

ны

й и

зно

с, м

м

Боковой износ, мм

Зонавозможнойперекладки

Зонатранспозиции

Линия А

Плановая заменаПоперечный дефект в стыкеили усталостное повреждение

Линия В

Плановая заменаПрофилактическоешлифование

Линия С

Предельнодопустимыйизнос

Рис. 5.80. Стратеãия исполь-зования рельсов для êривых

малоãо радиóса

менным и требóется меньшее снятие металла для êомпенсации пластиче-сêих деформаций. Хотя для более твердых рельсов требóются более жест-êие допóсêи на профиль, однаêо при правильном очертании ãоловêи рель-са и надлежащих пределе теêóчести и чистоте металла термоóпрочненныерельсы из леãированной стали моãóт выдерживать современные наãрóзêибез преждевременноãо наêопления êонтаêтной óсталости. Если приходит-ся часто восстанавливать профиль ãоловêи рельса, это свидетельствóет онеправильно выбранном шлифовальном шаблоне.

5.8.1.4. Мониторин'(л*бри,ации(и(возвышениянар*жно'о(рельса

Для êонтроля эффеêтивности лóбриêации рельсов целесообразно ис-пользовать надежнóю системó измерения их износа. Если имеет место си-стематичесêая разница в величине износа рабочей ãрани рельсов в началеи êонце êривой, это может свидетельствовать о неóдовлетворительномраспределении смазêи вдоль êривой. Если по записям пóтеизмерительноãоваãона наблюдается êорреляция междó изменениями износа и отêлоне-ниями в возвышении нарóжноãо рельса, это может óêазывать на необходи-мость êорреêтировêи возвышения.

Кроме этоãо, на основании сопоставления определенноãо в резóльтатеизмерений отношения боêовоãо износа рельса ê вертиêальномó с реêо-мендóемым еãо значением можно выявлять места, ãде требóется êорреêти-ровêа или возвышения нарóжноãо рельса, или режима лóбриêациирельсов. Для этоãо CРR разработала реêомендóемые значения отношениябоêовоãо износа рельсов ê вертиêальномó для êривых разноãо радиóса прихорошем состоянии пóти и при обращении поездов, в составе êоторых 95 %ваãонов имеют стандартные тележêи (табл. 5.13). Для достижения маêси-мальноãо сроêа слóжбы рельсов с помощью этоãо поêазателя можно óста-новить те места, êоторые требóют êорреêтировêи режимов лóбриêацииили изменения подóêлонêи.

0,60< 249

0,52249

0,50291

0,45349

0,35437

0,31582

0,29873

0,201746

Значения отношения для нарóжнойрельсовой нити

Радиóс êривой, м

Т а б л и ц а 5.13

Значения отношения боêовоãо износа рельса ê вертиêальномó,реêомендованные CPR

o 5-130 x

Резóльтаты измерений по нарóжной рельсовой нити êривой можно со-поставлять со средним значением возвышения нарóжноãо рельса, взятымиз резóльтатов одновременных измерений износа и возвышения пóтеизме-рительным ваãоном. Если значения соотношения междó износами не соот-ветствóют реêомендациям, а возвышение нарóжноãо рельса в êривой до-статочное, значит, эффеêтивность лóбриêации сомнительная. Эêвивалент-ные поêазатели для внóтренней рельсовой нити êривой моãóт óêазывать наизбыточное возвышение нарóжноãо рельса.

5.8.1.5. Транспозиция,рельсов

На неêоторых линиях транспозиция рельсов может быть эêономиче-сêи оправданным мероприятием. Вместе с тем сфера ее применения по-степенно сóжается вследствие повышения эффеêтивности лóбриêациирельсов и внедрения самоóстанавливающихся тележеê. С дрóãой стороны,современные методы профилирования рельсов несêольêо сãладили ста-рые проблемы, связанные с плохим состоянием профиля рельсов, пере-ставляемых с нарóжной нити на внóтреннюю и наоборот, а таêже с про-блемами êонтаêтной óсталости, связанными с изменением направленияпластичесêих деформаций. Расчеты напряжений в переложенном на дрó-ãóю нить рельсе (Igwernerie, 1993) поêазали, что транспозиция выãоднатольêо тоãда, êоãда боêовой износ значительно больше вертиêальноãо.Соãласно табл. 5.13, этоãо не должно быть, за исêлючением êривых оченьмалоãо радиóса.

На рис. 5.81 приведены резóльтаты анализа напряженноãо состояниярельсов массой 57 êã/м. Видно, что напряжения по Мизесó возрастают со156 МПа для новоãо рельса до 345 МПа при сóммарном износе 22 мм,

o 5-131 x

0 5 10 20 25 30 35 40150

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0

70

140

210

280

350

420

490

560

630

700

770

840

C

E

A

D

B

Величина суммарного износа при вертикальноми боковом износе в равных долях, мм

Напряженное состояниепереложенного рельса

Напряженное состояниев исходном положении

Рельс массой 57 кг/м

Мак

сим

альн

ые

напр

яжен

ия

по М

изе

су,

тыс.

фут

ов н

а кв

. дю

йм

Мак

сим

альн

ые

нап

ряж

ения

по

Миз

есу,

МП

а

Рис. 5.81. Маêсимальные напряжения по фон Мизесó в зависимости от сóммарноãо износа дляпереложенноãо рельса массой 57 êã/м

вêлючающем 11 мм вертиêальноãо и 11 мм боêовоãо износа. Если бы рельспереложили на внóтреннюю нить при вертиêальном и боêовом износе 7 мм,что соответствóет точêе В, напряженное состояние рельса в новом положе-нии соответствовало бы точêе D и по мере нарастания износа напряженияповышались бы по линии ê точêе Е. Точêа D соответствóет óровню напря-жений в рельсе 283 МПа. Напряжения в рельсе на внóтренней нити дости-ãают пороãовоãо значения 345 МПа после дополнительноãо вертиêальноãоизноса 6 мм. Если бы рельс оставили в первоначальном положении (на на-рóжной нити) до достижения маêсимально допóстимоãо износа, еãо сóм-марный износ составил бы 22 мм, что больше сóммарноãо износа для пере-ложенноãо рельса (20 мм).

5.8.2. Оптимизация*сро.а*сл0жбы*.олес

При êачении êолеса по нарóжным и внóтренним рельсовым нитям êри-вых и в прямых при разных значениях ширины êолеи площадêа êонтаêтаперемещается попереê поверхности êатания êолеса по всей ее ширине.Очертания изношенноãо êолеса представляют собой сóммарнóю оãибаю-щóю профилей всех рельсов, с êоторыми оно êонтаêтирóет (рис. 5.82). Взонах профиля êолеса, ãде êонтаêт с рельсами происходит чаще всеãо,имеют место более интенсивное просêальзывание и высоêие êонтаêтныенапряжения, а износ больше, чем в дрóãих зонах профиля. На ãрóзовой же-лезнодорожной линии, имеющей блаãоприятный план с преобладаниемпрямых, износ обычно êонцентрирóется в средней части поверхности êа-тания, а износ ãребня незначительный. На óчастêах с большим числомêривых наибольшее значение приобретают износ ãребня и довольно частоêонтаêтная óсталость в нарóжной зоне поверхности êатания êолеса.

Поэтомó профиль êолес проеêтирóют с óчетом êонêретных эêсплóата-ционных óсловий. При этом железной дороãе с постоянным парêом ваãо-нов разработать профиль леãче, чем дороãе, на линиях êоторой обращают-ся совместно тяжеловесные и обычные поезда. Неêоторые специализиро-ванные железные дороãи, таêие, например, êаê BHP Iron Ore в Австралии,Spoornet в ЮАР и ряд дрóãих, оптимизирóют профили êолес исходя из спе-цифичесêих óсловий эêсплóатации.

На оптимизацию профиля êолеса в Северной Америêе повлияла приро-да железнодорожной отрасли на этом êонтиненте. Понятие профиля изно-шенноãо êолеса появилось здесь в 1970-х ãодах и мноãоêратно пересматри-валось. В настоящее время на железных дороãах США и Канады принятстандартный профиль AAR 1B, однаêо признают, что он недостаточнополно отображает профиль изношенных в эêсплóатации êолес. В послед-нее время проведен ряд исследований по разработêе профилей êолес дляспецифичесêих óсловий эêсплóатации. Примером является профиль NRC-ASW, êоторый представляет собой профиль изношенноãо êолеса и пред-назначен для óменьшения просêальзывания и снижения êонтаêтных на-пряжений, способствóющих образованию выщербин êонтаêтно-óсталост-ноãо происхождения на поверхности êатания êолес. Этот профиль имеет

o 5-132 x

следóющие ãеометричесêие особенности по сравнению с профилем AAR1B (рис. 5.83):! óвеличена на 1,5 мм толщина в зоне переходной ãалтели ãребня, чтозначительно óлóчшает óсловия движения в êолее, снижает просêальзы-вание и износ;

! êонóсность поверхности êатания 1:20 (êаê и профиля êолеса AAR 1B)сохраняет неизменным сопротивление êолеса вилянию в прямых состандартной шириной êолеи;

! заметным изменением является срез металла обода в нарóжной зонеповерхности êатания, êоторый óвеличивает направляющий момент êо-лесной пары и значительно óдлиняет время до образования ложноãоãребня.Профили êолеса и рельса следóет проеêтировать êаê системó (см. раздел

2.4), посêольêó хараêтер их сопряжения непосредственно влияет на рядэêсплóатационных поêазателей, вêлючая темп изнашивания и нарастанияêонтаêтной óсталости êолеса и рельса, а таêже сêлонность êолеса ê вêаты-ванию на рельс, сходó с рельсов по поêазателю L/V и тележеê ê вилянию.

Уãол наêлона рабочей ãрани ãребня должен быть достаточно большим,чтобы не провоцировать сход из-за вêатывания êолеса на рельс. Галтель восновании ãребня должна снижать êонтаêтные напряжения на рабочейãрани ãоловêи рельса и одновременно обеспечивать блаãоприятные óсло-вия вписывания. Поверхность êатания êолеса должна обеспечивать óстой-чивость движения. Не следóет допóсêать образования ложноãо ãребня нанарóжной стороне êолеса, таê êаê он óхóдшает óсловия вписывания в êри-вые и вызывает высоêие êонтаêтные напряжения во внóтреннем рельсе.

Последние исследования в Северной Америêе связаны с óстановлениемпредельноãо допóсêа на êорытообразный проêат êолес, в то время êаê не-êоторые железные дороãи, например Spoornet в ЮАР и Cartier в Канаде,

o 5-133 x

Наружный рельскривой

Внутренний рельскривойРельс в прямой

Рис. 5.82. Профиль изношенноãо êолеса

1,5 мм

1,5 мм

Профиль AAR 1B с уменьшеннойтолщиной гребня

Профиль NCRCASWCMK2

Рис. 5.83. Сопоставлениепрофилей êолес NRC-

ASW и AAR 1B

óже приняли допóсê на величинó износа поверхности êатания êолеса попроêатó, равный 2 мм, по достижении êотороãо êолесо следóет обточить.Таêим дороãам с постоянным парêом ваãонов проще êоличественно оце-нить выãоды от óлóчшения óсловий взаимодействия êолес и рельсов, вчисло êоторых входят óменьшение числа выщербин на êолесах и сопро-тивления движению в êривых, снижение износа и êонтаêтной óсталости.Большинство железных дороã первоãо êласса ожидают изменения правилAAR, прежде чем применять аналоãичнóю праêтиêó. Полаãают, что, исхо-дя из техниêо-эêономичесêих поêазателей, можно, по-видимомó, óстано-вить для сообщений с обменом ваãонами допóсê на êорытообразный про-êат êолес, равный 3 мм.

В течение всеãо сроêа слóжбы профиль êолес подверãается значитель-ным изменениям, обычно в большей степени, чем рельсов, êоторые набольшинстве железных дороã реãóлярно перепрофилирóют посредствомшлифования. В зависимости от норм на широêий и óзêий ãребень неиз-ношенное êолесо ãрóзовоãо ваãона обычно имеет толщинó ãребня 30 37 мм, êоторая может óменьшаться до 24 мм, после чеãо êолесо изыма-ют из эêсплóатации. Вместе с тем допóстимый износ по êрóãó êатанияоãраничивается 11 мм, посêольêó при бóльших еãо величинах ãребень мо-жет задевать стыêовые наêладêи, напольные лóбриêаторы, элементыстрелочных переводов и т. д. Все вышесêазанное следóет óчитывать вмес-те с óсловиями оêрóжающей среды и планом линии, по êоторой обраща-ются поезда. Г. Тóрне (H. Tournay) [5.30] предложил следóющие основопо-лаãающие êритерии для проеêтирования профилей (см. п. 2.5):! признать, что поперечные силы êрипа оêазывают наиболее разрóши-тельное воздействие на êолеса и рельсы;

! признать, что изнашивание и повреждаемость рельса и êолеса являютсяпризнаêами повреждений, обóсловленных поперечными силами êрипа;

! поперечные силы êрипа можно сóщественно óменьшить за счет приме-нения самоóстанавливающихся тележеê;

! óлóчшить вписывание эêипажа в êолее можно и за счет êонформноãоêонтаêта êолеса и рельса;

! êонформный êонтаêт является оптимальным решением для несамо-óстанавливающихся тележеê и óлóчшает óсловия лóбриêации рельсов;

! лóбриêация является наиболее эффеêтивным средством предотвраще-ния изнашивания, снижения повреждаемости и êонтаêтной óсталостирельсов и êолес;

! êонтроль за износом êолеса по проêатó снижает повреждаемость êолесаи рельса и препятствóет óхóдшению óсловий движения эêипажа в êолее;

! износ по проêатó êорытообразной формы можно распределить по по-верхности êатания êолеса пóтем изменения ширины êолеи в прямых;

! êонтроль ширины êолеи в êривых óлóчшает состояние пóти и снижаетизнос рельсов нарóжной нити и êонтаêтнóю óсталость рельсов внóтрен-ней нити.

o 5-134 x

5.8.3. Управление*трением*(оптимизация*областивзаимодействия*5олеса*и*рельса)

Преимóщества лóбриêации известны и давно использóются на праêти-êе. В последние ãоды внесены значительные óсовершенствования в êон-стрóêцию напольных лóбриêаторов, что позволило повысить их надеж-ность, óвеличить протяженность смазываемых êаждым лóбриêаторомрельсов и снизить потери смазêи. Для обеспечения óправления трением наповерхности êатания рельсов и повышения эффеêтивности работы систе-мы напольные лóбриêаторы должны дополняться дрóãими óстройствами.Ведóтся испытания новых бортовых óстройств на лоêомотивах и тран-спортных средствах на êомбинированном ходó с использованием модифи-êаторов трения.

Выполненное в TTCI моделирование динамиêи подвижноãо состава ипóти по проãрамме NUCARS поêазало, что при лóбриêации поверхностиêатания рельса эêономия топлива на тяãó поездов может достиãать 13 %.Эти исследования поêазали таêже, что трение по нарóжномó и внóтренне-мó рельсам êривой должно быть сбалансированным. При смазывании ра-бочей ãрани нарóжноãо рельса в сочетании с сóхой поверхностью êатаниярельсов обеих нитей или при смазывании поверхности êатания нарóжноãорельса в сочетании с сóхой поверхностью êатания внóтреннеãо рельса воз-ниêают значительные поперечные силы.

Соãласно реêомендациям TTCI:! разница в êоэффициенте трения на поверхности êатания рельсов слеванаправо должна быть менее 0,1;

! êоэффициент трения на поверхности êатания рельса должен превы-шать 0,30;

! при нанесении модифиêатора трения на поверхность êатания нарóжно-ãо рельса таêже надо наносить еãо и на поверхность êатания внóтренне-ãо рельса;

! êоэффициент трения на рабочей ãрани ãоловêи рельса должен быть ме-нее 0,25.В последнее время появились передвижные трибометры на êомбиниро-

ванном ходó, с помощью êоторых можно измерять êоэффициент трения наповерхности êатания и рабочей ãрани ãоловêи рельса.

На основе передовоãо опыта ряда железных дороã можно сêазать, чтодля оптимизации системы êолесо рельс необходимы:! периодичесêое измерение êоэффициента трения на поверхности êата-ния и рабочей ãрани рельсов и óправление трением в зависимости отинтенсивности изнашивания рельсов;

! оптимальный выбор смазочноãо материала на основании лабораторныхиспытаний;

! оптимальный выбор систем нанесения смазêи на рельсы (напольных,бортовых лóбриêаторов или их сочетания);

! эêсплóатационные испытания оптимальноãо режима лóбриêации, обес-печивающеãо óменьшение износа рельса и потерь смазêи;

o 5-135 x

! разработêа формóл оптимальноãо размещения напольных лóбриêаторовна óчастêах пóти с óчетом специфичесêих óсловий эêсплóатации.

5.8.4. Системный*подход*/*0правлениювзаимодействием*/олеса*и*рельса

Если все слóжбы, ответственные за содержание подвижноãо состава ипóти в должном состоянии, независимо дрóã от дрóãа бóдóт предприниматьмеры по оптимизации системы êолесо рельс, эти действия моãóт взаимнонейтрализовать любые возможные óлóчшения, а в неêоторых слóчаях моãóтиметь отрицательные последствия. Примером является внедрение болеетвердых рельсов без óчета их влияния на работó êолес [5.31].

Наибольшая трóдность заêлючается в том, чтобы заставить слóжбы по-движноãо состава и пóти работать соãласованно и вместе определять стра-теãию óлóчшения взаимодействия êолес и рельсов с целью полóчения сóм-марноãо эффеêта от оптимизации работы подвижноãо состава и пóти êаêединоãо механизма для достижения óстойчивой рентабельности тяжело-весноãо движения.

Для реализации таêой стратеãии следóет предпринять меры по опреде-лению фаêтичесêи сóществóющих óсловий эêсплóатации, исходя из êото-рых можно разработать нормы по теêóщемó содержанию, обслóживанию иремонтó техничесêих средств железнодорожноãо транспорта с óчетом рен-табельности на длительнóю перспеêтивó. В их число входят:

По подвижномó составó! профили êолес;! предельно допóстимые величины износа êолес;! предельно допóстимые величины неêрóãлости êолес и ползóнов;! предельно допóстимые величины переêоса тележêи в рельсовой êолее;! предельно допóстимые величины óдарной наãрóзêи от êолеса на рельс;

По пóти!ширина êолеи;! твердость рельсов;! профили рельсов;! предельные величины износа рельса,а таêже нормы по óправлению трением.При наличии óêазанных нормативов êолеса и рельсы следóет система-

тичесêи êорреêтировать для поддержания требóемых профилей. Разрабо-танные меры должны реализовываться на единой основе исходя из необ-ходимости достижения соãласованности междó êолесом и рельсом и пере-хода ê профилаêтичесêомó методó содержания и ремонта.

Важным элементом таêоãо подхода является информационная система,êоторая нóжна для обеспечения необходимыми данными всех специалис-тов, занимающихся óправлением системой êолесо рельс.

o 5-136 x

5.9. За#лючение

Работó рельса нельзя оптимизировать без óчета профиля êолеса, ходо-вых хараêтеристиê тележêи, и наоборот. Оптимизация работы êолеса ирельса означает оптимизацию системы êолесо рельс. Она вêлючает сле-дóющие положения:! признание тоãо, что поперечное просêальзывание представляет собойфаêтор, оêазывающий наиболее разрóшительное воздействие на êолесои рельс, таê что необходимы меры по óлóчшению вписывания в êривые;

! óправление рисêами повреждения рельсов посредством шлифования идефеêтосêопии для достижения тоãо, чтобы рельсы всеãда заменялитольêо по износó;

! óправление трением междó êолесом и рельсом посредствомлóбриêации;

! реãóлярное перепрофилирование рельсов с целью обеспечения êон-формноãо êонтаêта с êолесом и снижения высоêих êонтаêтных напря-жений;

! предотвращение износа поверхности êатания êолеса по проêатó êоры-тообразной формы посредством перепрофилирования;

! обеспечение стабильности ширины êолеи с недопóщением óширенияболее чем на 15 мм;

! применение рельсов из чистой, более твердой стали там, ãде это эêоно-мичесêи оправданно.

БЛАГОДАРНОСТИ

Данный раздел êниãи в большей части основан на êóрсе «Взаимодей-ствие и материалы в системе êолесо рельс и металлóрãия», вêлюченномв Трóды êафедры железнодорожной техниêи óниверситета Претории. Кро-ме тоãо, материалы для раздела были полóчены от: П. Сроба (P. Sroba) иЭ. Мейãела (E. Magel), Центр технолоãий наземноãо транспорта, Канада;Дж. Маре (J. Marais) и М. Томаса (M. Tomas), Spoornet, железные дороãиЮАР; Д. Маãнóса (D. Magnus), êорпорация KLD Labs, США; Р. Кларêа(R. Clark), êорпорация Sperry Rail, США; Дж. Станфорда (J. Stanford), же-лезная дороãа Burlington Northern Santa Fe, США; Л. Зааймана (L. Zaay-man), êомпания Plasserail, ЮАР, а таêже взяты из ряда пóблиêаций IHHA идрóãих орãанизаций смежных областей наóêи и техниêи.

При подãотовêе рóссêоãо издания большóю помощь в редаêтированиип. 5.1 и 5.2 оêазали В. А. Ильин и Л. П. Косарев, ВНИИЖТ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5.1. Railroad Safety Statistics, Annual Report 1999, US Department of Transportation, FederalRailroad Adminsitration, August 2000.

5.2. D. D. Davis, M. J. Joerms, O. Orringer and R. K. Steele, «The Economic Consequences of RailIntegrity», in Proceedings of the 3rd International Heavy Haul International Heavy HaulAssociation Conference, Vancouver, Canada, 1985.

o 5-137 x

5.3. R. K. Steele, «Overview of the FAST/HAL Rail Performance Tests», in Proceedings of aWorkshop on Heavy Axle Loads, Pueblo, CO., 1990.

5.4. P. Clayton, «Fatigue Behaviour of Rail Steels in a 33-kip Wheel Load Experiment at FAST»,Bulletin 731 of the American Railway Engineering Association, May, 1991.

5.5. CPR Rail System, «Standard Practice Circular 27, Rail Testing», Montreal, Canada, 1992.

5.6. J. Igwemezie, S. I. Kennedy, X. Feng, and W. Rowan, «Dynamic Rail Fracture Under Dynamic,Thermal and Residual Stresses», The 5th International Heavy Haul International Heavy HaulAssociation Conference, Beijing, China, June, 1993.

5.7. A. M. Zarembski, «Misreading Rail Flaw Size,» in RT&S, March, 1986.

5.8. O. Orringer, et al, «Detail Fracture Growth in Rails: Test Results», Theoretical and AppliedMechanics, Volume 5, No. 2, 1986.

5.9. American Railway Engineering Association, «Manual for Railway Engineering», Chicago, IL.,1992.

5.10. «Rail-Wheel Interaction and Metallurgy» Course, Chair In Railway Engineering, University ofPretoria, South Africa, 1993.

5.11. C. Esveld, L. Gronskov, «Rail Profile 2: Progress in Wheel and Rail Measurement» The 6thInternational Heavy Haul International Heavy Haul Association Conference, Cape Town SouthAfrica, 1997.

5.12. D. L. Magnus, «Track Speed Rail and Wheel Inspection Technology for PreventativeMaintenance Planning», Conference on Railway Engineering, Rockhampton, Queensland,Australia 6 9 September 1998.

5.13. J. Cooper 1993 1 «Rail Flaw Detection: A Particular Challenge», The 5th International HeavyHaul International Heavy Haul Association Conference, Beijing, China, June, 1993.

5.14. J. Kalousek, P. S. Sroba, C. Hegelund, 1989 1 «Analysis of Rail Grinding Tests and Implicationsfor Corrective and Preventative Grinding» The Institution of Engineers, Australia NationalConference Publication No. 89/13, Brisbane Australia.

5.15. S. Linn D. Abell, J. Kalousek, 1993 1 «Planning of Production Rail Grinding on the BurlingtonNorthern Railroad», The 5th International Heavy Haul Association Conference, Beijing, China,June 1993.

5.16. J. Stanford, P. S. Sroba, E. Magel, «Burlington Northern Santa Fe Preventive-Gradial GrindingInitiative» AREMA, Chicago, IL. September 1999.

5.17. R. Mitchell, P. J. Stewart, P. S. Sroba, 1989 1 «Rail Grinding from a Contractors and OperatorsPerspective» The Institution of Engineers, Australia National Conference Publication No.89/13, Brisbane Australia.

5.18. H. Höne «Rectification of Rail Profiles on the Sishen-Saldanha Iron-Ore Export Line with theRail Planing Machine», International Heavy Haul Association, Special Technical Session,Moscow Russia, July 1999.

5.19. G. S. Hamilton, «Alternate Means of Re-Profiling Freight Car Wheels», TransportationTechnology Center, Inc., Pueblo, Colorado, April 2000.

5.20. J. Kalousek and E. Magel, «Managing Rail Resources», AREA, Vol. 98, Bulletin 760, May 1997,pp. 139 148.

5.21. R. Runyon, «Recent Developments in Top-of-Rail Lubrication», Advanced Rail Management'sWheel/Rail Interface Seminar, Chicago, May 4 5, 1999.

5.22. R. Reiff and S. Gage, «Evaluation of Three Top of Rail Lubrication Systems», TTCI Report No.R-936, December 1999.

5.23. D. T. Eadie, J. Kalousek and K. Chiddick, «The role of high positive friction (HPF) modifier inthe control of short pitch corrugations and related phenomena», Proceedings of ContactMechanics and Wear of Rail/Wheel Systems, 5th International Conference, Tokyo July 2000,p. 42.

5.24. S. Gage and R. Reiff, «Evaluation of Century Oil Lubrication Products», TTCI ReportP-95-107, July 1991.

o 5-138 x

5.25. J. DeKoker, «Rail and Wheel Flange Lubrication» Read to South African Permanent WayInstitute, Oct 1993.

5.26. R. Reiff and D. Greggor «Systems Approach to Best Practice for Wheel and Rail FrictionControl» International Heavy Haul Conference 1999.

5.27. J. Rucinski, J. Powell «Assessment of Wheel and Rail Lubrication Strategies at Queensland Rail»

5.28. AAR Annual Research Review 1998 and 2000. Pueblo Colorado.

5.29. J. DeKoker, «Development of a Fromulae to Place Rail Lubricators», The 5th InternationalTribology Conference, 27 29 September, 1994.

5.30. H. M. Tournay, «Rail/Wheel Interaction from a Track and Vehicle Design Perspective»,International Heavy Haul Association, Special Technical Session, Moscow Russia, July 1999.

5.31. A. Durham, «Case Study: The Coal Line Wheel and Rail Interaction Strategy», InternationalHeavy Haul Association, Special Technical Session, Moscow Russia, July 1999.

o 5-139 x

(Пóстая страница)

o 5-140 x

СЛОВАРЬ

Ассоциация америêансêих железных дороã (Association of AmericanRailroads, AAR) отраслевая ассоциация, в фóнêции êоторой входит раз-работêа стандартов по безопасности движения (вêлючая стандарты на êон-стрóêции и их одобрение), теêóщемó содержанию, техничесêомó обслóжи-ванию и ремонтó, эêсплóатации, а таêже инстрóêций по ваãонам.

Америêансêая ассоциация железнодорожноãо строительства, теêóщеãо со-держания и ремонта пóти (American Railway Engineering & Maintenance-of-Way Association AREMA) профессиональная орãанизация, членамиêоторой являются специалисты по теêóщемó содержанию и ремонтó пóти.AREMA разрабатывает и óстанавливает стандарты на êонстрóêции пóти итехничесêие требования ê материалам.

Адаптер ролиêовоãо подшипниêа (Roller Bearing Adapter) литая деталь,помещаемая междó ролиêовым подшипниêом и верхней частью бóêсовоãопроема боêовины тележêи ãрóзовоãо ваãона и предназначенная для пере-дачи наãрóзêи от боêовины на подшипниê.

Балласт (Ballast) материал, óêладываемый на основание пóти и пред-назначенный для óдержания пóтевой стрóêтóры в определенном положе-нии, оптимальноãо распределения наãрóзоê, рассеяния силовых воз-действий и обеспечения дренажа.

Балласт слежавшийся (Cemented Ballast) балласт, óтративший дренаж-ные свойства вследствие слипания мелêих фраêций и заиливания щебня.

Боêовая рама, боêовина (Side Frame) литой êомпонент трехэлемент-ной тележêи, предназначенный для восприятия вертиêальной наãрóзêи отêóзова и передачи ее на êолеса через êорпóса бóêсовых подшипниêов.

Боêовые опоры (Side Bearing) êонстрóêтивные элементы, располо-женные на шêворневых балêах тележêи и êóзова и предназначенные длявосприятия вертиêальных наãрóзоê, возниêающих при поперечном расêа-чивании ваãона. Использóются боêовые опоры различных êонстрóêций от простых плосêих проêладоê до сложных óстройств, êоторые поддержи-вают постоянный êонтаêт междó тележêой и êóзовом (см. п. 2.4.1.1).

Боêовая опора ролиêовая (Roller Side Bearing) боêовая опора с ролиêа-ми, предназначенными для óменьшения трения в êривых. Ролиê боêовой

o C-1 x

Примечания: 1. По сравнению с изданием на анãлийсêом языêе в Словарь добавлен ряд терминов, необ-

ходимых для понимания теêста êниãи (отмечены *), изъят ряд не требóющих пояснения тер-минов, óточнены неêоторые определения ê терминам (выполнено С. М. Захаровым).

2. Термины на анãлийсêом языêе даны в америêансêом варианте языêа.

опоры (Side Bearing Roller) помещается с возможностью неêотороãо пере-мещения в прямоóãольное ãнездо, заêрепленное на шêворневой балêе те-лежêи, и êонтаêтирóет с боêовыми опорами êóзова при поперечном расêа-чивании ваãона. Ролиêи использóются по одномó или попарно. Их приме-нение óменьшает сопротивление поворотó тележêи при вписывании ваãо-на в êривóю.

Боêсование (Wheel Slip) эêсплóатационная ситóация, при êоторой êо-лесо одновременно и êатится, и сêользит по рельсó. Линейная сêорость наповерхности êатания êолеса при боêсовании больше, чем при чистом êа-чении.

Виляние тележêи (Truck Hunting) поперечная неóстойчивость тележ-êи, в общем слóчае имеющая место при движении с большой сêоростью ихараêтеризóющаяся тем, что одна или две êолесные пары перемещаются изстороны в сторонó, соприêасаясь ãребнями êолес с рельсами. Резóльти-рóющее движение ваãона вызывает интенсивное изнашивание элементовваãона и пóти и создает потенциально опаснóю ситóацию. У ãрóзовых ваãо-нов данное явление хараêтерно для порожних или не полностью заãрóжен-ных ваãонов с изношенными êолесами.

Волнообразный износ рельса (Соrrugated Rail) дефеêт рельса, видимыйêаê возвышения и впадины на поверхности êатания и обóсловленный не-равномерным изнашиванием и пластичесêим деформированием по длине.Волнообразный износ обычно êлассифицирóют по длине волны. Имеютсяразные причины для êаждоãо вида волнообразноãо износа (см. п. 3.5.10).

Возвышение нарóжноãо рельса в êривой (Rail Superelevation) см. «Сêо-рость, равновесная».

Выêрашивание с поверхности (Spalling, Flaking) дефеêт рельсов и êо-лес êонтаêтно-óсталостноãо происхождения, заêлючающийся в отделениимелêих частиц металла из трещин, зародившихся в поверхностном слое.

Грóзонапряженность (Million Gross Tonnes, MGT) один из êритериевизнашивания пóти и рельсов. Представляет численное выражение поезд-ной наãрóзêи в миллионах тонн, пропóщенной по данномó óчастêó линииза определенный промежóтоê времени. Обычно исчисляется на ãодовойоснове.

Дефеêт рельса (Rail Flaw) нарóшение целостности металла на поверх-ности или в ãлóбине рельса.

Дефеêт пóти (Track Defect) нарóшение нормальноãо состояния любойчасти пóтевой стрóêтóры, требóющее выполнения ремонтных работ илипринятия иных мер, например снижения сêорости движения поездов.

Динамиêа системы пóть поезд (Track Train Dynamics) наóêа о вза-имодействии пóти и подвижноãо состава, с помощью êоторой определяютперемещения и резóльтирóющие силы, имеющие место при движении по-езда по пóти в различных óсловиях по сêорости, составó поезда, состоянию

o C-2 x

пóти и подвижноãо состава, óêлонам, êривым, методам вождения поездови др.

Динамичесêие наãрóзêи (Live Load) в расчете ваãонов наãрóзêи, на-лаãаемые на êонстрóêцию ваãона внешними фаêторами, таêими, êаê массаãрóза и óсêорения вследствие нарóшения ãеометричесêих параметров пóти.

Железная дороãа (Railroad) целостная система, состоящая из пóти,станций, подвижноãо состава, земельных площадей и иной собственностии предназначенная для осóществления перевозоê пассажиров и ãрóзов порельсам. Охватывает все виды неавтомобильноãо наземноãо транспорта сиспользованием рельсов или иных направляющих систем (например, маã-нитноãо подвеса), вêлючая (1) приãородные и дрóãие пассажирсêие сооб-щения на небольшие расстояния в ãородсêих аãломерациях и приãородныхзонах и (2) высоêосêоростные системы наземноãо транспорта, êоторые со-единяют реãионы ãородсêих аãломераций независимо от тоãо, использóют-ся ли в них новые технолоãии, не связанные с традиционными железнымидороãами. Термин не относится ê внóтриãородсêим транспортным систе-мам, не связанным с сетью железнодорожных сообщений.

Жестêое преобразование (Hard Conversion) перевод из одной системымер в дрóãóю. Перевод чертежа изделия в метричесêóю системó СИ приво-дит ê физичесêим изменениям, и изделие перестает быть взаимозаменяе-мым с ранее изãотовленными изделиями, выполненными соãласно черте-жó в единицах измерения, принятых в США.

Измерительная линия (Gauge Line) линия на боêовой ãрани ãоловêирельса, находящаяся на 15,875 мм ниже поверхности êатания, по êоторойосóществляется измерение ширины êолеи. На линиях ãородсêоãо рельсо-воãо транспорта положение измерительной линии иное.

Изнашивание рельса (Rail Wear) дефеêт рельса, заêлючающийся вóменьшении поперечноãо сечения ãоловêи при взаимодействии êолеса ирельса. Изнашивание поверхности êатания ãоловêи рельса, называемоевертиêальным изнашиванием, обóсловлено êонтаêтом с поверхностью êа-тания êолеса; изнашивание боêовой ãрани ãоловêи рельса, называемоетаêже боêовым, обóсловлено êонтаêтом с ãребнем êолеса.

Комплеêт прóжин (Spring Group) набор стандартизированных винто-вых цилиндричесêих прóжин, óстанавливаемый на êаждой боêовине те-лежêи и подобранный в соответствии с ãрóзоподъемностью ваãона дляобеспечения требóемых вертиêальных хараêтеристиê рессорноãо подвеши-вания. На ваãонах зачастóю óêазывается число определенных прóжин раз-личных типов, например 5 D5 нарóжные, 3 D5 внóтренние, что обозначаетêомплеêт прóжин, стандартных для данноãо ваãона.

Колесо, тонêий ãребень* (Wheel, Thin Flange) дефеêт êолеса, состоя-щий в том, что ãребень êолеса изношен до предельной величины.

o C-3 x

Колесо, подрез ãребня* (Wheel, Vertical Flange) дефеêт êолеса, состоя-щий в том, что ãребень изношен таê, что поверхность ãребня близêа ê пер-пендиêóлярной ê поверхности êатания.

Колесо, высоêий ãребень* (Wheel,High Flange ) дефеêт êолеса, состоя-щий в том, что из за износа поверхности êатания высота ãребня становитсябольше допóстимой.

Колесо, проêат êорытообразной формы* (Wheel, Hollow Thread) дефеêтêолеса, состоящий в том, что поверхность êатания изнашивается ãоловêойрельса с образованием профиля, подобноãо обратномó профилю рельса.

Колесо, тонêий обод* (Wheel, Thin Rim) дефеêт êолеса, состоящий втом, что в резóльтате обточеê и изнашивания толщина обода становитсяменьше допóстимой.

Колесо, выщербины* (Wheel, Sheelled/Spalled Thread) дефеêты êолес,состоящие в выêрашивании металла с поверхности êатания до предельнойãлóбины и размеров вследствие êонтаêтно-óсталостных процессов и воз-ниêновения дефеêтов термомеханичесêоãо происхождения (см. 3.5.7).

Колесо, навары* (Wheel, Thread Metal Build-up) дефеêты êолеса, вы-званные образованием на поверхности êатания наплывов из смеси мате-риалов тормозной êолодêи, рельса и êолеса.

Колесо, ползóн* (Wheel, Slid Flat) дефеêт êолеса, вызванный сêольже-нием êолеса по рельсó при торможении.

Колесо, термичесêие трещины (Wheel, Thermal Cracks) дефеêтыêолеса, хараêтеризóющиеся сетêой тонêих трещин, направленных в попе-речном направлении относительно поверхности êатания и обóсловленныепереãревом поверхности при длительном интенсивном торможении (AARCode 41-74). Невыявленные термичесêие трещины моãóт распространить-ся через ãребень или обод в дисê êолеса и вызвать еãо разрóшение (AARCode 41-69).

Колесо, неêрóãлость* (Wheel Out-of- round) дефеêт êолеса состоящийв неравномерном изнашивании поверхности êатания по оêрóжности, вы-званном взаимодействиями в системе êолесо êолодêа рельс.

Колесо цельноêатаное стальное (Wrought Steel Wheel) êолесо, изãо-товленное методом ãорячей êовêи и проêатêи (в отличие от метода литьяпод давлением).

Колесо литое стальное (Cast Steel Wheel) êолесо, изãотовленное пóтемзаливêи расплавленной стали в формó (под давлением) при êонтролирóе-мых óсловиях с последóющей термичесêой обработêой.

Колесо, мноãоêратно обтачиваемое (Multiple-Wear Wheel) стальное êо-лесо, имеющее обод, первоначальная толщина êотороãо допóсêает обточêóполноãо профиля ãребня и поверхности êатания по меньшей мере 2 раза втечение сроêа слóжбы.

o C-4 x

Колесо необтачиваемое (One-Wear Wheel) êолесо, имеющее обод та-êой толщины, что полный профиль ãребня и поверхности êатания не мо-жет быть восстановлен обточêой.

Колесо, обточêа (Wheel Turning, Wheel Truing) см. п. 4.2.1.(в), 4.3.1(в).

Колесо, дисê (Wheel plate) часть êолеса междó ободом и стóпицей.

Колесо, заêалêа обода (Wheel Quenching) процесс термичесêой обра-ботêи, в резóльтате êотороãо по оêрóжности обода êолеса создаются сжи-мающие остаточные напряжения.

Колесо, отêол обода* (Wheel Shuttered Rim) дефеêт êолеса, вызван-ный óсталостными трещинами, развивающимися параллельно поверх-ности êатания êолеса. Считается, что зарождение трещин происходит вместах дефеêтов металла.

Контролирóемое охлаждение (Controlled Cooling) процесс óдаления ãа-зообразноãо водорода из стали пóтем охлаждения ãорячеãо металла с êон-тролирóемой сêоростью.

Контаêт ãребня êолеса и рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса (WheelFlange/Rail Gauge Corner Contact ) различают три вида êонтаêта: одното-чечный, двóхточечный и êонформный (см. п. 2.5.2.2).

Контаêт êонформный (Conformal Contact) форма êонтаêта областиãребня êолеса и зоны рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса, при êоторой про-фили êолеса и рельса имеют подобные очертания. Имеются определениястепени êонформности: просто êонформный и плотно êонформный(см. п. 5.4.1.5.1).

Костыль вдавливаемый (Drive Spike) êостыль с êрóãлым стержнем,имеющим подобные резьбе êанавêи на поверхности. Вдавливаемые êосты-ли вводятся в заранее просверленные отверстия и использóются для êреп-ления на пóти различных элементов верхнеãо строения, таêих, например,êаê оãраждающие брóсья

Костыль с обрезанным êонцом (Cut Spike) êостыль, представляющийсобой деталь в виде стальноãо ãвоздя, имеющеãо êвадратный стержень идолотообразный êонец с режóщей êромêой, перпендиêóлярной волоêнамдревесины, блаãодаря чемó предотвращается ее расщепление при óãлóбле-нии êостыля в шпалó. Головêа êостыля заходит за ãрань подошвы рельса. ВСеверной Америêе êостыли с обрезанным êонцом являются наиболее ис-пользóемым видом рельсовоãо сêрепления.

Костыль резьбовой (Screw Spike) êостыль с êрóãлым стержнем, имею-щим резьбó на поверхности.

Коэффициент сцепления êолеса* отношение танãенциальной силы êнормальной на пятне êонтаêта êолеса с рельсом при фиêсированном от-носительном просêальзывании. Иначе отношение момента, приложен-ноãо ê êолесó, ê произведению нормальной силы на радиóс êолеса при по-стоянной сêорости движения, наãрóзêе и сêорости просêальзывания.

o C-5 x

Коэффициент сцепления потенциальный* маêсимальное возможноезначение êоэффициента сцепления, достиãаемое в неêотором диапазонеотносительных просêальзываний.

Коэффициент сцепления лоêомотива (Locomotive Adhesion Coefficient) доля общей массы лоêомотива, приходящейся на ведóщие êолеса, слóжа-щая для создания тяãи. Зависит в основном от состояния рельсов и можетварьироваться от 0,1 при влажных рельсах до 0,4 при сóхих рельсах и при-менении песêа. Средний êоэффициент сцепления равен примерно 0,25.

Коэффициент сцепления расчетный* (Dispatchable Ahesion Coefficient) êоэффициент сцепления, óчитывающий реальное состояние рельсов. ДляРоссийсêих железных дороã является нормативной величиной, óстанавли-ваемой Министерством пóтей сообщения, по êоторой выбирается êрóãло-ãодичная масса поезда.

Крип* (Creepage) явление, связанное с тем, что вследствие óпрóãоãовзаимодействия êолеса и рельса при небольших значениях относительно-ãо просêальзывания (см. определение) площадêа êонтаêта разделяется назоны сцепления и миêропросêальзывания, что влечет за собой óменьше-ние танãенциальных сил на этой площадêе по сравнению с маêсимальнымзначением, êоãда просêальзывание имеет место на всей площадêе êонтаê-та. Интервал относительных просêальзываний (обычно менее 0,01), ãдепроявляется это явление, называется зоной êрипа. Из êинематиêи движе-ния êолесной пары выделяют три составляющих êрипа: продольный, по-перечный и êрóчения (спин).

Крестовина с подвижным сердечниêом (Movable Point Frog, MPF) êрес-товина стрелочноãо перевода с отêлоняемым на небольшой óãол сердечни-êом для полóчения непрерывной поверхности êатания. Крестовины с по-движным сердечниêом применяются на ãлóхих пересечениях, переêрест-ных стрелочных переводах и/или на линиях с высоêой ãрóзонапряжен-ностью.

Крестовина с подпрóжиненным сердечниêом (Swing Nose Frog) êресто-вина с подпрóжиненным сердечниêом, связанным с переводным механиз-мом и óстанавливаемым в положение, соответствóющее положению пере-вода. К типам êрестовин с подпрóжиненным сердечниêом относятсяWelded V, Bolted V, Cast V, Forged V.

Крестовина из рельсов со вставêами из марãанцовистой стали (Rail BoundManganese Frog) êрестовина с литыми êонстрóêтивными элементами измарãанцовистой стали, вставленными междó Т-образными рельсами, со-бранная на болтовом êреплении.

Ложный ãребень (False Flange) выстóп на поверхности êатания êолеса,образóющийся вследствие ее износа, имеющеãо êорытообразнóю формó.

Лóбриêация рельсов (Rail Lubrication) нанесение на рельсы смазочныхматериалов различных типов. Различают лóбриêацию боêовой поверх-ности рельсов (gauge face) и нанесение специальных составов (модифиêа-

o C-6 x

торов трения) на поверхность êатания (Top of Rail Lubrication) для поддер-жания êоэффициента трения на заданном óровне.

Люлечная балêа (Swing Bolster) шêворневая балêа тележêи, подве-шенная посредством подвесоê или тяã таê, что может отêлоняться в попе-речном направлении относительно боêовин тележêи и таêим образом сни-жать воздействие поперечных óдарных наãрóзоê, передаваемых от боêовинна êолеса. Тележêи, оснащенные люлечной балêой, именóются êаê SwingMotion Trucks.

Люлечная тяãа (Swing Hanger) стержень или тяãа, верхним êонцомприêрепленная ê раме тележêи и несóщая на нижнем êонце поддон дляпрóжинноãо êомплеêта. Таêже именóется êаê Bolster Hanger.

Маêсимальная масса ваãона, передаваемая на рельсы (Maximum GrossWeight on Rails) для единичноãо ваãона маêсимально допóстимая сóм-марная масса тары и ãрóза, обеспечивающая возможность эêсплóатациибез оãраничений в óсловиях сообщений с передачей ваãонов на дрóãие же-лезные дороãи.

Марêа êрестовины (Frog Number) соотношение междó теоретичесêи-ми длинами êорня и желоба êрестовины или половина êотанãенса полови-ны óãла êрестовины.

Масса тары (Empty Weight) масса порожнеãо ваãона, вêлючая массóтележеê и всех иных êонстрóêтивных элементов, стандартных для ваãонаданноãо типа. Масса тары óêазывается на êаждом ãрóзовом ваãоне нарядó спредельной ãрóзоподъемностью и емêостью и соêращенно обозначаетсяêаê Lt. Wt. Иначе именóется êаê Light Weight.

Местное повреждение рельса (Detail Fracture) дефеêт рельса, представ-ляющий собой повреждение ãоловêи рельса вследствие выêрашивания,сетêи наêлонных параллельных трещин или отслаивания, обычно возни-êающий в зоне рабочей выêрóжêи ãоловêи рельса.

Мноãорядная прóжина (Spring Nest) две или более винтовые цилин-дричесêие прóжины, вставленные одна в дрóãóю и работающие совместно.Рессорное подвешивание тележеê обычно êомплеêтóется из стандартизи-рованных нарóжных и внóтренних прóжин, сãрóппированных в прóжин-ные êомплеêты.

Модифиêаторы трения* (Friction Modifiers) материалы, êоторые вво-дятся в область êонтаêта êолеса и рельса с целью создания промежóточно-ãо слоя, обладающеãо требóемыми свойствами (см. раздел 3.4.3.1).

Модóль сечения рельса (Section Modulus) сопротивление изãибó рель-са определенноãо поперечноãо сечения.

Модóль жестêости пóти (Modulus of Track) параметр, хараêтеризóю-щий вертиêальнóю жестêость пóти. Измеряемый инстрóментальнымисредствами модóль представляет собой величинó вертиêальноãо смещенияпóти под поездом.

o C-7 x

Подóêлонêа рельса (Rail Cant) наêлон подошвы рельса относительноãоризонтальной плосêости, равный, например, 1:20.

Наплыв (Rail Lip) пластичесêое течение металла в зоне выêрóжêи ãо-ловêи рельса.

Нашпальная проêладêа (Tie Pad) деталь, изãотовленная из резины илисинтетичесêоãо волоêна и помещаемая междó подрельсовой подêладêой ишпалой для óменьшения абразивноãо изнашивания шпалы, предотвраще-ния врезания в нее подêладêи и смяãчения óдарных наãрóзоê.

Нейтральная ось рельса (Rail Neutral Axis) линия в шейêе рельса, вы-ше êоторой при вертиêальном наãрóжении рельса имеют место внóтренниенапряжения сжатия, а ниже напряжения растяжения.

Нейтральная температóра рельса (Rail Neutral Temperature, RNT) тем-ператóра, при êоторой в рельсе не имеют места осевые силы.

Нейтральная температóра рельса, сдвиã (Rail Neutral Temperature Shift) разница междó фаêтичесêой нейтральной температóрой рельса и первона-чальной или отреãóлированной нейтральной температóрой. Обычно сдвиãв сторонó более низêих температóр происходит вследствие работ по ремон-тó пóти и движения поездов.

Оптимальная температóра óêладêи рельсов (Preferred Rail LayingTemperature, PRLT) оптимальная температóра, при êоторой óêладыва-ются и êрепятся сварные рельсовые плети бесстыêовоãо пóти, чтобы сни-зить термичесêие напряжения при высоêой и низêой температóре оêрó-жающей среды.

Осевая сила (Axial Force) продольная сила, возниêающая в рельсе придвижении поезда, а таêже вследствие температóрноãо óêорочения/óдлине-ния рельса.

Основная рама (Underframe) вся несóщая êонстрóêция êóзова ваãонаниже пола, вêлючающая хребтовóю балêó, продольные, êонцевые, шêвор-невые и поперечные балêи, стринãеры и дрóãие êонстрóêтивные элементы.

Относительное просêальзывание* (Relative Sleepage, Creep) отношениесêорости относительноãо движения взаимодействóющих поверхностей êлинейной сêорости поверхности êатания êолеса. Относительное про-сêальзывание безразмерная величина, вêлючающая три составляющие:продольной, поперечной и êрóчения. Часть зоны относительноãо про-сêальзывания составляет зона êрипа (см. таêже êрип).

Отношение L/V (L/V Ratio) определяется êаê соотношение боêовой(поперечной) L и вертиêальной V сил, с êоторыми лоêомотив или ваãонвоздействóет на рельс. Является важным фаêтором, определяющим сêлон-ность ê опроêидыванию под наãрóзêой, и зачастóю использóется при рас-следовании причин схода подвижноãо состава с рельсов. Коãда поперечнаясила больше вертиêальной, имеет место рисê вêатывания êолеса на рельс.Коãда óêазанное отношение равно примерно 0,64, плохо заêрепленный

o C-8 x

рельс может расêантоваться. Отношение оêоло 1,29 может вызвать вêаты-вание êолеса на новый рельс. (Примечание: исследования AAR поêазали,что моãóт быть неêоторые ситóации, êоãда рельс может расêантоваться ипри отношении L/V, примерно равном 0,29.)

Паммелинã (Pummeling) метод оценêи и оптимизации профиля рель-са, основанный на сóммировании нормальных êонтаêтных напряжений наповерхности рельса от проходящих êолес и связанных с ним êонтаêтно-óс-талостных повреждений (см. п. 5.4.1.5.2).

Переêос пóти (Track Twist, Warp) любое отêлонение от расчетных па-раметров поперечноãо профиля пóти или возвышения нарóжноãо рельса.

Поверхность êатания рельса (Rail Running Surface, Rail Tread) верхняячасть ãоловêи рельса, на êоторой имеет место êонтаêт êолеса и рельса.

Поãлощающий аппарат (Draft Gear) êомплеêс энерãопоãлощающихêонстрóêтивных элементов тяãово-сцепноãо óстройства. Поãлощающийаппарат óстанавливается в хомóте сцепêи, соединенном с ее хвостовиêом,и монтирóется вместе с óпорными подóшêами, êоторые êонтаêтирóют стяãовым êронштейном на êонце хребтовой балêи ваãона. В таê называе-мом стандартном поãлощающем аппарате для поãлощения энерãии ис-пользóются резиновые и/или фриêционные êомпоненты, в то время êаê вãидравличесêом поãлощающем аппарате для обеспечения большей поãло-щающей способности использóется замêнóтая ãидравличесêая система,вêлючающая небольшие отверстия и поршень. Гидравличесêие поãлощаю-щие аппараты в êомплеêте в общем слóчае называются амортизирóющимиблоêами (Cushioning Units).

Подбивêа (Tamping) процесс óплотнения балласта под шпалами дляобеспечения требóемой несóщей способности.

Подпрóжиненная êрестовина (Spring Frog) êрестовина без вставêимеждó сердечниêом и одним из óсовиêов, снабженная прóжиной, óдержи-вающей сердечниê и óсовиê в постоянном êонтаêте междó собой. Движе-ние поездов в преобладающем направлении осóществляется по той сторо-не êрестовины, ãде обеспечивается непрерывная поверхность êатания дляêолес. При движении на отêлонение êрестовина отêрывается отжатиемóсовиêа при проходе êаждоãо êолеса. Подпрóжиненные êрестовины быва-ют право- и левосторонними в зависимости от тоãо, по êаêомó пóти требó-ется непрерывная поверхность êатания.

Подпрыãивание (Vertical Bounce) тип êолебания единицы подвижноãосостава в вертиêальной плосêости при движении обычно с высоêой сêо-ростью.

Подшипниê, не требóющий смазывания в эêсплóатации (No Field Lubrica-rion Bearing, NFL Bearing) ролиêовый бóêсовый подшипниê в сборе, за-полненный смазêой при изãотовлении, имеющий óсовершенствованныеóплотнения и не требóющий смазывания в обычной эêсплóатации. Таêие

o C-9 x

подшипниêи моãóт быть идентифицированы по отсóтствию пресс-маслен-êи на торцовой êрышêе бóêсы.

Положение пóти в плане (Track Alignment) положение пóти в ãоризон-тальной плосêости в виде прямых и êривых.

Ползóн (Slid Flat) дефеêт êолеса, хараêтеризóющийся наличием плос-êоãо óчастêа на поверхности êатания, образовавшеãося в резóльтате сêоль-жения êолеса по рельсó, в частности, вследствие слишêом сильноãо тормо-жения или неотпóсêа рóчноãо тормоза ваãона. Ползóн, имеющийвеличинó, превышающóю маêсимально допóстимóю по нормам AAR, слó-жит причиной замены êолеса.

Поперечная трещина (Transverse Fissure, TF) дефеêт рельса, представ-ляющий собой нарóшение целостности металла в поперечном направле-нии, зарождающийся в средней части ãоловêи рельса или вблизи нее из-завнóтренних пороêов металла (флоêенов, ãазовых пóзырей и др.).

Поперечный дефеêт (Transverse Defect, TD) дефеêт в любой частирельса, имеющий поперечное направление. К поперечным дефеêтам отно-сятся поперечные и êомбинированные трещины и повреждения.

Поперечное перемещение (Lateral Motion) поперечное перемещениеподвижноãо состава и/или еãо элементов, по преимóществó обóсловленноедействóющими силами и наличием пространственных зазоров междó дета-лями тележêи.

Поперечный óêлон пóти (Cross Level) разница по вертиêали междóóровнями ãоловоê двóх рельсов пóти.

Правила и нормы федеральноãо реãóлирования (Code of FederalRegulation) рóêоводящие óêазания, выпóсêаемые различными ве-домствами и аãентствами федеральноãо правительства США в соот-ветствии с их полномочиями по статóсó.

Предельная заãрóзêа (Limit Load) маêсимальная масса заãрóжаемоãо вваãон ãрóза. Для ваãонов, óдовлетворяющих специфиêациям AAR по рас-четным êритериям, предельная заãрóзêа определяется по маêсимальнойполной массе ваãона, передаваемой на рельсы (зависит от размеров осей иêолес), минóс масса тары ваãона.

Предóпредительное техничесêое обслóживание (Preventive Maintenance) см. п. 5.4.1.8.1

Приспосабливаемость материала в óсловиях êонтаêта êачения*(Shakedown in Rolling Contact) реаêция материала êолеса или рельса нациêличесêи повторяющиеся взаимодействия. Сóществóет несêольêо óста-новившихся состояний поведения материала под действием циêличесêойнаãрóзêи и пределов, им соответствóющих: óпрóãий, пластичесêий и ре-жим наêопления поверхностной пластичесêой деформации (см. рис. 3.8).

Приспосабливаемость материала, режим исчерпания способности ê êине-матичесêомó óпрочнению* (Ratcheting) реаêция материала êолеса или

o C-10 x

рельса на наêопление однонаправленной поверхностной пластичесêой де-формации, при êоторой исчерпывается способность материала ê êинема-тичесêомó óпрочнению и происходит образование наêлонных параллель-ных поверхностных трещин или по всемó êрóãó êатания êолеса (ThreadChecks), или на рабочей выêрóжêе ãоловêи рельса (Head Checks). Интен-сивность образования этих дефеêтов зависит от óровня танãенциальныхсил, связанных с относительным просêальзыванием, маêсимальным на-пряжением в êонтаêте, пределом теêóчести материала.

Пробоêсовêа рельсов êолесами (Wheel Burn, Engine Burn) повреждениеповерхности êатания рельса вследствие боêсования êолес лоêомотивов.

Продольный óêлон пóти (Grade) параметр, хараêтеризóющий êрóтизнóспóсêа или подъема пóти и исчисляемый на определенной базе. Например,подъем пóти на 1 м на 100 м длины óчастêа соответствóет êрóтизне óêлона1 % или 10 .

Противоóãон (Rail Anchor) óстройство, óстанавливаемое ó подошвырельса и предотвращающее еãо продольное смещение, а таêже восприни-мающее осевые силы. Применяются противоóãоны различных типов.

Профиль рельса продольный (Rail Profile, Longitudinal, LRP) поверх-ностная неровность рельса, измеренная по еãо длине на принятой базе.

Профиль рельса поперечный (Rail Profile, Transverse) измеряется шаб-лонами или специальными профилометрами.

Прóжинная планêа (Spring Plank) стальная пластина, помещаемая подêонцом шêворневой балêи тележеê старой êонстрóêции в êачестве опор-ной поверхности для прóжинноãо êомплеêта.

Прóжинный поддон (Spring Seat) чашеобразная стальная литая или êо-ваная деталь, на êоторóю опираются нижние торцы прóжин. Поддоны раз-личаются по предназначению прóжин, для êоторых они рассчитаны, на-пример, поддон для прóжин шêворневой балêи, поддон для прóжин балан-сира.

Пóтеизмерительный ваãон (Geometry Car) ваãон, оборóдованный элеê-тромеханичесêими датчиêами для автоматичесêоãо измерения ãеометриипóти на больших расстояниях. Он может быть самодвижóщимся или при-водимым в движение лоêомотивом.

Пóтеинспеêционный ваãон (Track Inspection Car) ваãон, вêлючаемый вобычные поезда, с êотороãо можно инспеêтировать пóть, но êоторый не-обязательно оснащен оборóдованием для оценêи ãеометричесêих пара-метров пóти.

Пóть на жестêом основании (Slab Track) пóть без шпал на железобе-тонном основании. Рельсы непосредственно приêреплены ê основаниюсêреплениями особой êонстрóêции.

Пóть с выбросом (Buckled Track) óчастоê пóти относительно неболь-шой длины, сóщественно смещенный со своеãо исходноãо положения в

o C-11 x

плане. Этот дефеêт обычно возниêает в бесстыêовом пóти вследствие не-стандартных óсловий или ослабления пóти в сочетании с высоêой темпера-тóрой рельсов, значительными осевыми силами и динамичесêой наãрóзêойот движóщихся поездов.

Площадêа êонтаêта (Contact Patch) область, по êоторой происходитêонтаêт междó поверхностями êатания êолеса и рельса.

Рабочая ãрань рельса (Gauge Corner) боêовая поверхность ãоловêирельса с рабочей стороны.

Рабочее óпрочнение (Work-Hardening) эффеêт повышения твердостирабочих поверхностей рельсов и êолес по сравнению с исходной вследст-вие мноãоêратных взаимодействий êолеса и рельса.

Равнодействóющая сила (Net Force) сила, êоторая обóсловливаетóсêорение поезда. Равна общей силе тяãи минóс сила сопротивления дви-жению.

Разница радиóсов êачения (Rolling Radius Differential) разница радиó-сов êачения в местах êонтаêта поверхностей êатания êолес с поверхностя-ми êатания нарóжноãо и внóтреннеãо рельсов, обóсловленная êонóсностьюêолес. При движении в êривой ãребень одноãо из êолес óпирается в боêо-вóю ãрань нарóжноãо рельса, в то время êаê ãребень дрóãоãо êолеса отходитот боêовой ãрани внóтреннеãо рельса. В резóльтате этоãо êолесо, взаимо-действóющее с нарóжным рельсом, имеет больший радиóс êачения, что об-óсловливает эффеêт вписывания êолесной пары в êривóю. Кроме тоãо, из-нашивание êолес и рельсов минимизирóется блаãодаря óменьшению про-сêальзывания êолес.

Разрóшенный рельс (Broken Rail) рельс с любым дефеêтом, обóсловли-вающим еãо неприãодность ê эêсплóатации.

Рельсы термоóпрочненные (Heat-Hardened Rail) см. п. 3.3.2, 3.3.3.

Рельс с термоóпрочненной ãоловêой (Head-Hardened Rail) рельс, ó êо-тороãо термообработêе подверãнóта тольêо ãоловêа, чтобы обеспечить бо-лее высоêóю твердость стали при óстановêе рельса в местах с тяжелымиóсловиями эêсплóатации, например, в êривых.

Рельсовая êлемма (Rail Clip) óстройство для иноãо, чем êостыльное,êрепления рельсов ê шпалам. В настоящее время использóются рельсовыеêлеммы мноãих патентованных êонстрóêций (см. таêже Упрóãое рельсовоесêрепление).

Рельсовое сêрепление (Rail Fastener) способ и óстройство приêрепле-ния рельса ê шпале или жестêомó основанию пóти.

Рельсовое сêрепление óпрóãое (Elastic Fastener, Resilient Fastener) рель-совое сêрепление, обеспечивающее более надежное соединение рельса сошпалой или жестêим основанием пóти, чем êостыльное. В настоящее вре-мя имеются óпрóãие рельсовые сêрепления различных патентованных êон-стрóêций, выпóсêаемые мноãими êомпаниями-изãотовителями. Примера-

o C-12 x

ми общеóпотребимых типов óпрóãих рельсовых сêреплений являютсяLineloc Rail и Fastener Pandrol Clip.

Рельсовый лóбриêатор (Rail Lubricator) óстройство для нанесения сма-зочноãо материала на рабочóю ãрань ãоловêи рельса, предназначенное дляснижения износа рельсов и ãребней êолес.

Рельсы для тяжелых óсловий эêсплóатации (Heavy Rail) применяютсяна линиях с большими размерами движения, хараêтеризóющихся исêлю-чительными óсловиями среды, использованием сêоростных моторваãон-ных поездов, развивающих высоêое óсêорение, сложных систем СЦБ исвязи, интенсивной наãрóзêой на пассажирсêие платформы. Иначе обо-значаются êаê рельсы систем сêоростноãо ãородсêоãо транспорта, линийметрополитена или надземных железных дороã.

Рельсы, изãотовленные методом êонтролирóемоãо охлаждения (ControlledCooled Rail) рельсы, изãотовленные из стали, из êоторой óдален ãазооб-разный водород методом êонтролирóемоãо снижения температóры. Послепроêатêи рельса с приданием емó требóемой формы ãорячий рельс охлаж-дается до температóры оêрóжающеãо воздóха в течение определенноãо вре-мени (процесс êонтролирóемоãо охлаждения внедрен в США в 1936 ã.).

Рельсы, изãотовленные методом непрерывноãо литья (Continuous CastRail) рельсы, проêатанные из стали, полóченной в ходе технолоãичесêо-ãо процесса, при êотором расплавленная сталь непрерывно извлеêается изспециальной разливочной óстановêи.

Рессорное подвешивание (Suspension) óпрóãая система, через êоторóюêóзов ваãона опирается на êолеса. Системы подвешивания ãрóзовых и пас-сажирсêих ваãонов вêлючают ãидравличесêие и фриêционные óстройства,а таêже винтовые, эллиптичесêие, резиновые или пневматичесêие прóжи-ны.

Сварêа в пóти (Field Weld) сварêа рельсов, лежащих в пóти, с исполь-зованием передвижноãо сварочноãо оборóдования.

Сварêа заводсêая (Plant Weld) сварêа рельсов на стационарных базахс образованием длинных рельсовых плетей, перемещаемых на местоóêладêи бесстыêовоãо пóти.

Сварêа термитная (Weld, Thermite or Thermit) процесс сварêи êонцовдвóх смежных рельсов êвазилитейным методом. В процессе термитнойсварêи использóются осêид железа и порошоê алюминия. Смесь этих ма-териалов поджиãают маãниевым запалом, вследствие чеãо происходит ре-аêция, в резóльтате êоторой сталь плавится и заполняет пространство меж-дó êонцами рельсов, образóя ваннó жидêоãо металла.

Сварêа êонтаêтная (Electric Butt Weld) процесс соединения êонцоврельсов с помщью элеêтричесêоãо тоêа.

o C-13 x

Сварочный проход (Weld Pass) единичное продвижение вдоль соеди-нения при сварêе или поверхностной обработêе. Резóльтатом прохода яв-ляется валиê сварноãо шва, слой нанесенноãо металла или поêрытия.

Сжатие поезда (Compression of a Train) сближение ваãонов поезда отхвоста ê ãолове вследствие óменьшения зазоров междó ними.

Сила на сцепêе (Drawbar Force) сила, возниêающая в сцепêе междóлоêомотивами и/или ваãонами. Эта сила обычно принимает наибольшеезначение в сцепêе междó последним лоêомотивом и первым ваãоном в со-ставе поезда.

Сила тяãи на сцепêе (Drawbar Pull) растяãивающая сила в сцепêе. Тя-ãовая мощность лоêомотива иноãда выражается в силе тяãи на сцепêе.

Сила тяãи (Tractive Effort) сила во взаимодействии êолесо рельс приданной сêорости лоêомотива, принóждающая ê движению лоêомотив исцепленные с ним ваãоны.

Сêольжение-сцепление* (Stick-slip) явление чередования сцепления исêольжения, приводящее, в частности, ê возниêновению сêрипа (визãа)êолес. Имеет место, êоãда хараêтеристиêа зависимости силы трения отпросêальзывания отрицательна, то есть силы трения óменьшаются по до-стижении определенноãо óровня просêальзывания.

Сêорость равновесная (Balance Speed) сêорость движения поезда вêривой, при êоторой центробежная сила óравновешивается составляющеймассы единицы подвижноãо состава, возниêающей из-за ее наêлонавследствие соответствóющеãо возвышения (Superelevation) нарóжноãорельса êривой. В резóльтате наãрóзêи от êолес примерно одинаêово рас-пределены междó обоими рельсами.

Сêорость ниже равновесной (Underbalance Speed) сêорость движенияподвижноãо состава в êривой, при êоторой наãрóзêа от êолес на внóтрен-ний рельс больше, чем на нарóжный. Имеет место, êоãда поезд движется вêривой со слишêом низêой для данноãо возвышения рельса сêоростью (óспециалистов-пóтейцев принято противоположное толêование этоãо тер-мина).

Сêорость выше равновесной (избыточная) (Overbalance Speed) сêоростьдвижения подвижноãо состава, при êоторой наãрóзêа от êолес на нарóж-ный рельс больше, чем на внóтренний. Имеет место, êоãда поезд движетсяв êривой со слишêом высоêой для данноãо возвышения рельса сêоростью(ó специалистов-пóтейцев принято противоположное толêование этоãотермина).

Снятие напряжений (Stress Relieving) наãрев до определенной темпера-тóры и выдержêа в течение времени, достаточноãо для снижения остаточ-ных напряжений, например, после сварêи, с последóющим достаточномедленным охлаждением.

o C-14 x

Сопротивление движению поезда (Train Resistance) сила, препятствóю-щая движению поезда. Сопротивление движению поезда по пóти сêлады-вается из трения в бóêсовых подшипниêах, аэродинамичесêоãо сопротив-ления и составляющих, связанных с êачением êолесных пар, потерямиэнерãии на вертиêальное и боêовое изнашивание êолес и рельсов, затрата-ми энерãии на вертиêальные и боêовые êолебания и рядом дрóãих.

Справочниêи по стандартизации и праêтичесêим реêомендациям AAR (AARManuals of Standards and Recommended Practices, MSRP) пóблиêации,содержащие инстрóêтивно-рóêоводящие материалы AAR.

Стрелочный перевод с подпрóжиненным остряêом (Spring Switch) стре-лочный перевод, остряê êотороãо связан с прóжинным механизмом таêимобразом, чтобы дать поездó возможность движения в пошерстном направ-лении при óстановêе перевода в не соответствóющее данномó направле-нию положение; при этом остряê принóдительно возвращается в исходноеположение после прохода êаждоãо êолеса. Таêже именóется êаê стрелоч-ный перевод Вона (Vaughn Spring Switch).

Стрóнêа (Side Frame Key) êоротêий стальной фиêсатор, приêреплен-ный на болтах в нижней части бóêсовых челюстей для предотвращения вы-хода бóêсы из бóêсовоãо проема.

Сцепêа (Coupler) óстройство, óстановленное на обоих êонцах всех ва-ãонов и лоêомотивов в определенном месте и предназначенное для соеди-нения междó собой смежных лоêомотивов и/или ваãонов при формирова-нии единоãо поезда. Стандартная сцепêа AAR имеет поворотный êóлаê ивнóтренний механизм, автоматичесêи блоêирóющийся при приведенииêóлаêа в положение «сцеплено» врóчнóю или под воздействием дрóãой со-пряãающейся сцепêи. Расцепление смежных ваãонов, сцепêи êоторых на-ходятся в положении «сцеплено», осóществляется врóчнóю.

Сцепление (Adhesion) параметр, хараêтеризóющийся êоэффициентомсцепления междó êолесом и рельсом при óсêорении и замедлении. Привыходе этоãо параметра за определенные пределы имеют место боêсованиеили юз (см. êоэффициенты сцепления).

Сцепление ведóщих êолес (Adhesion of Drivers) мера способности ведó-щих êолес лоêомотива воспринимать êрóтящий момент тяãовоãо приводабез боêсования, обычно выражаемая в процентном отношении ê сцепноймассе лоêомотива.

Твердость по Бринелю (Brinell Hardness, BHN, HB) численное выра-жение твердости металла; чем тверже металл, тем больше число.Например, стандартная нелеãированная рельсовая сталь имеет твердостьпримерно 260 по Бринелю.

Тележêа (Truck) êомплеêт óзлов и деталей, вêлючающий êолеса, оси,подшипниêи, боêовины, шêворневóю балêó, тормознóю передачó, прóжи-ны и все соответствóющие соединительные элементы, фóнêцией êотороãоявляется обеспечение опирания, подвижности и направления ваãона. На

o C-15 x

железных дороãах Европы и ряда дрóãих стран для обозначения тележеêпассажирсêих и ãрóзовых ваãонов применяется дрóãой термин (bogie).

Тележêа трехэлементная* (Three-Piece Truck) наиболее распростра-ненная êонстрóêция тележêи ãрóзовоãо ваãона, состоящая из двóхбоêовин, êаждая из êоторых в продольном направлении опирается на под-шипниêовые бóêсы êолесных пар. Боêовины поддерживают третий, попе-речный элемент, называемый надрессорной (шêворневой) балêой, на êо-торой расположена центральная опора, соединяющая тележêó с êóзовом.

Тележêа радиальная (Radial Truck) тележêа ãрóзовоãо ваãона, соедине-ние êолесных пар êоторой с рамой выполнено таê, что êолесные парыимеют возможность óстанавливаться по радиóсó êривой. Обычно это до-стиãается óменьшением изãибной жестêости (см. «Тележêа, изãибнаяжестêость») междó êолесными парами и допóщением неêотороãо óãловоãоповорота êолесных пар относительно рамы тележêи совместно с наличиемсвязей междó êолесными парами для обеспечения хорошей óстойчивостипротив виляния.

Тележêа с боêовыми опорами (Side Bearing Truck) тележêа, ó êотороймасса êóзова передается на боêовые опоры, а не на центральнóю.

Тележêа с люлечным подвешиванием (Swing Motion Truck) тележêа сшêворневой балêой и прóжинным поддоном, подвешенными на люлечныхподвесêах таê, что они моãóт отêлоняться в поперечном направлении от-носительно боêовин тележêи.

Тележêа, изãибная жестêость* (Truck Bending Stiffness) сопротивлениедвóх êолесных пар тележêи их относительномó разворотó в противополож-ных направлениях.

Тележêа, сдвиãовая жестêость* (Truck Shear Stifness) сопротивлениедвóх êолесных пар тележêи их относительномó перемещению в попереч-ном направлении с сохранением параллельности осей.

Термообработêа (Heat Treatment) процесс изменения хараêтеристиêматериала, обычно стали, пóтем определенных операций наãрева и охлаж-дения. Термообработанные êонстрóêтивные элементы пóти хорошо подхо-дят для мест, требóющих высоêой прочности и долãовечности.

Тормозная êолодêа (Brake Shoe) изделие из фриêционноãо материала,имеющее êонфиãóрацию, соответствóющóю êриволинейной поверхностиêатания êолеса, и приêрепленное ê стальной опорной пластине, êоторóюможно быстро и надежно заêрепить на тормозном башмаêе.

Тормозная сила (Brake Force) сила нажатия тормозной êолодêи на êо-лесо.

Тормозное óсилие (Brake Power) параметр, хараêтеризóющий способ-ность ваãона замедлить движение и остановиться при торможении.

Тормозной êоэффициент (Brake Ratio) отношение массы ваãона илилоêомотива ê тормозной силе при заданной массе ваãона или лоêомотива.

o C-16 x

Трещина (Crack) несплошность в материале, не вызывающая на ран-ней стадии отделение разделеных трещиной частей. Трещины возниêаютиз-за различных физичесêих процессов: óсталостных, термичесêих и рядадрóãих.

Трещины на ãоловêе рельса (наêлонные параллельные) (Head Checks) дефеêт рельса, представляющий собой мелêие поверхностные трещины наãоловêе рельса, чаще всеãо на рабочей выêрóжêе нарóжноãо рельса êривой.Трещины обычно располаãаются под óãлом ê оси рельса (см. п. 3.5.4).

Тяжеловесное движение (Heavy Haul Operation) êомплеêс технолоãийдля обеспечения орãанизации ãрóзовых перевозоê с обращением поездов,имеющих большóю осевóю наãрóзêó (более 25 т), массó (более 5000 т) идлинó.

Тяãа (Draft) силы, обóсловливающие растяжение хвостовиêа авто-сцепêи. Термин имеет противоположное значение терминó Bluff, описы-вающемó сжимающие силы в автосцепêе.

Тяãово-сцепное óстройство (Draft System) êомплеêт óстройств на ваãо-не, слóжащий для передачи óсилий в сцепêе на хребтовóю балêó. На ваãонесо стандартным оснащением в состав тяãово-сцепноãо óстройства входятсцепêа, хомóт, поãлощающий аппарат, óпорные подóшêи, тяãовый êлин,тяãовый êронштейн и балêа. На ваãонах с амортизирóющими блоêами по-ãлощающий аппарат и хомóт заменяют или ãидравличесêими амортизато-рами и приспособлениями ê ним, óстанавливаемыми на обоих êонцах ва-ãона, или ãидравличесêи êонтролирóемой плавающей хребтовой балêой,интеãрирóемой в êонстрóêцию рамы ваãона.

Уãон рельса (Rail Creep) нереãóлярное продольное перемещение рель-сов вдоль пóти. Уãон рельса является следствием движения поездов и изме-нений температóры. В общей праêтиêе для предотвращения óãона приме-няют противоóãоны или óпрóãие рельсовые сêрепления.

Ультразвóêовая дефеêтосêопия рельсов (Ultrasonic Rail Testing) методнеразрóшающеãо êонтроля, при êотором в рельс излóчаются óльтразвóêо-вые волны и по хараêтерó их отражения выявляются еãо дефеêты.

Упряжной прибор (Drawbar) механизм для сцепления лоêомотивови/или ваãонов. Этот термин ранее использовался в êачестве синонимасцепêе для обозначения êаê старой шарнирной сцепêи, таê и современнойавтоматичесêой.

Управление дефеêтообразованием рельсов и êолес* (Rail/Wheel DefectManagement) êомплеêс систем, основанных на применении технолоãийи методов, обеспечивающих êонтроль и минимизацию образования дефеê-тов. В эти системы входят нормативные доêóменты, методы, технолоãии ичастота провероê, êорреêтирóющие технолоãии, оценêа стоимости и ри-сêов и ряд дрóãих.

Ходовая часть (Running Gear) ãрóппа êонстрóêтивных óзлов и элемен-тов, в фóнêции êоторых входит обеспечение движения подвижноãо

o C-17 x

состава. Ходовая часть вêлючает êолеса, осевые подшипниêи, системó рес-сорноãо подвешивания и дрóãие êомпоненты тележеê.

Холодная обработêа (Cold Working) процесс проêатêи и формообразо-вания металла для придания определенной формы или повышения твер-дости без специальноãо подвода тепла. Головêа рельса со временем óпроч-няется вследствие мноãоêратноãо прохода êатящихся стальных êолес(см. «Рабочее óпрочнение»).

Хребтовая балêа (Center Sill) центральный продольный êонстрóêтив-ный элемент рамы ваãона, составляющий ее основó и передающий бóль-шóю часть воспринимаемых óдарных наãрóзоê от одноãо êонца ваãона êдрóãомó.

Ширина êолеи (Track Gauge) расстояние междó рельсами, измеряемоепо внóтренним ãраням ãоловоê рельсов на определенном óровне от по-верхности êатания.

Ширина êолеи стандартная (Standard Gauge) для США и Европы 1435 мм.

Ширина êолеи широêая (Broad Gauge) ширина êолеи бóльшая, чемстандартная.

Ширина êолеи óзêая (Narrow Gauge) ширина êолеи меньшая, чемстандартная.

Ширина êолеи óширенная; óширение êолеи (Wide Gauge) значение ши-рины êолеи, превышающее стандартное и полóчившееся в резóльтате не-правильной óêладêи или намеренных действий, например для распределе-ния воздействия на êолесо и рельс в поперечном направлении см. п. 2.5.3.3 «Управление шириной êолеи».

Шêворневая (надрессорная) балêа тележêи (Truck Bolster) основнойпоперечный элемент êонстрóêции тележêи, êоторый передает наãрóзêó отêóзова на боêовины через системó рессорноãо подвешивания. Концышêворневой балêи выходят в широêие проемы в боêовинах и óдерживают-ся êлиньями, êонтаêтирóющими с направляющими стоеê боêовин.Шêворневая балêа тележêи взаимодействóет с êóзовом ваãона через под-пятниê, êоторый сопряãается с пятниêом êóзова, и боêовые опоры.

Шлифование рельсов êорреêтирóющее (Corrective Rail Grinding) шли-фование рельсов для óстранения развивающихся трещин, выêрашиваний,прижоãов и волнообразноãо износа. Этот вид шлифования предóсматрива-ет интенсивнóю обработêó нарóжной, внóтренней и средней зон ãоловêирельса и применяется во время начальных проходов рельсошлифовальноймашины.

Шлифование рельсов профилаêтичесêое (Preventive Rail Grinding) тех-нолоãия шлифования рельсов, при êоторой производится снятие тонêоãоповерхностноãо слоя с миêротрещинами. При этом сохраняется заданный

o C-18 x

профиль рельса и часть слоя, возниêшеãо в резóльтате рабочеãо óпрочне-ния.

Шлифование рельсов поэтапно-профилаêтичесêое* (Preventive-GradualGrinding) профилаêтичесêое шлифование с принятой периодичностьюдля поэтапноãо приобретения рельсами требóемоãо профиля и óдалениятрещин с поверхности êатания.

Шлифование рельсов профильное (Profile Rail Grinding) шлифованиерельсов для восстановления или придания требóемоãо профиля ãоловêерельса с целью óлóчшения óсловий êонтаêтирования, вписывания и óстой-чивости движения эêипажа в êривых.

Юз (Slide) явление, êоãда êолесо не вращается, а сêользит и переме-щается по поверхности рельса.

o C-19 x

o C-20 x

2.3.22.3.2

2.3.2.22.3.2.1

2.3.2.!!Со2.3.1.5

2.3.12.3.1

2.3.1.42.3.1.3

2.3.1.22.3.1.1

2.3.1.!!Ве

2.3.!!Основэ&и

2.2.2.32.2.2.2

2.2.22.2.2

2.2.2.12.2.2.!!По2.2.1.!!Ве

2.2.!!Колесн2.1.!!Взаим

Часть/2.//РЕИ/ПУТИ . . .

1.8.!!Пояснобс

1.7.!!Поясн1.6.!!Поясн1.5.!!Поясн1.4.!!Приме1.3.!!Поясн1.2.!!Систем1.1.!!Введе

Часть/1.//ВВЗамечаниеБлаFодарносВведение .Пояснения/LПредисловиеПредисловиеАвторы . . .

СОДЕРЖАНИЕ

2-21.2.2.!!Тележ&и!с!малой!жест&остью!на!из2иб . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-17.2.1.!!Тележ&и!с!большой!жест&остью!на!из2иб . . . . . . . . . . . . . . . . .2-17.!!Способность!&!вписыванию!в!&ривые!и!направлению!в!прямых . . .2-15.!!Динами&а!э&ипажа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-14единение!&олесных!пар!и!поперечное!подвешивание . . . . . . . . . . .2-14.!!Демпфирование!в!рессорном!подвешивании . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13.4.2.!!Трехэлементная!тележ&а . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13.4.1.!!Тележ&а!с!жест&ой!рамой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-11.!!Типы!верти&ально2о!подвешивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10.!!Гашение!верти&альных!&олебаний,!передаваемых!на!пBть . . . . . .2-10

.!!Выравнивание!на2рBзо&!на!&олеса!с!помощью!рессорно2оподвешивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-9.!!Гашение!верти&альных!&олебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-9рти&альное!подвешивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-9

ные!виды!рессорно2о!подвешивания!железнодорожно2опажа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-8.!!ДрB2ие!силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-8.!!Силы!на!2ребне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-7.1.2.!!Поперечный!&рип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5.1.1.!!Продольный!&рип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5.!!Силы!&рипа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5перечные!силы!междB!&олесом!и!рельсом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4рти&альные!силы!междB!&олесом!и!рельсом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-2ая!пара!и!пBть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1одействие!подвижно2о!состава!и!пBти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1

ШЕНИЯ,/УЛУЧШАЮЩИЕ/ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ/ЭКИПАЖА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1-9ения!&!части!5:!Оптимизация!системы!техничес&о2о

лBживания!и!ремонта!при!тяжеловесном!движении . . . . . . . . . . . . . .

1-8ения!&!части!4:!Исследование!&он&ретных!примеров . . . . . . . . . . . . . .1-8ения!&!части!3:!Взаимодействие!&олеса!и!рельса . . . . . . . . . . . . . . . .1-7ения!&!части!2:!Взаимодействие!подвижно2о!состава!и!пBти . . . . . . .1-7р!э&ономичес&о2о!анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-1ения!&!взаимодействию!&олеса!и!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-1ный!подход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-1ние . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-1ЕДЕНИЕ/И/ПОЯСНЕНИЯ/К/КНИГЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xii. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .xти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .vi/рMссLомM/изданию/ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iv/L/рMссLомM/изданию/ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ii. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

o C-21 x

3-43.2.2.!!Нормальные!,онта,тные!напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-43.2.1.!!Общие!положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-43.2.!!Механи,а!,онта,тно7о!взаимодействия!,олеса!и!рельса . . . . . . . . . . . . . . .3-1

3.1.!!Применение!системно7о!подхода!для!из>чения!работоспособности,олеса!и!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-1Часть&3.&&РАБОТОСПОСОБНОСТЬ&КОЛЕСА&И&РЕЛЬСА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-55Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-54Списо,!литерат>ры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-522.6.2.2.!!От,лонения!в!режиме!сдви7а . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-502.6.2.1.!!От,лонения!в!режиме!из7иба! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-50

2.6.2.!!Геометричес,ие!от,лонения!в!движении!,олесной!пары!и!их!связьс!системой!подвешивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-482.6.1.!!От,лонения!в!7еометрии!,олесной!пары!и!п>ти . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-482.6.!!Точность!направления!в!рельсовой!,олее!и!доп>с,и . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-47

2.5.3.4.!!Конта,т!межд>!ложным!7ребнем!,олеса!и!рабочей!вы,р>ж,ойрельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-472.5.3.3.!!Управление!шириной!,олеи!в!,ривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-462.5.3.2.!!Про,ат!,олес!и!>площение!7олов,и!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-442.5.3.1.!!Л>бри,ация!7ребней!,олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-442.5.3.!!Техничес,ая!э,спл>атация!рельсов!и!,олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-43

2.5.2.3.!!Область!C:!,онта,т!межд>!нар>жными!зонами!,олеса!и!рельса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-422.5.2.2.3.!!Конформный!7ребневой!,онта,т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-412.5.2.2.2.!!Одноточечный!,онта,т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-392.5.2.2.1.!!Дв>хточечный!,онта,т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-39

2.5.2.2.!!Область!В:!,онта,т!межд>!вы,р>ж,ой!7олов,и!рельса!и7алтелью!в!основании!7ребня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-372.5.2.1.!!Область!A:!,онта,т!межд>!средней!частью!7олов,и!рельса!и

обода!,олеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-372.5.2.!!Разделение!профилей!,олеса!и!рельса!на!ф>н,циональные

области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2-352.5.1.!!Основные!положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-342.5.!!Разработ,а!профилей!рельса!и!,олеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-332.4.2.!!Тележ,и!ло,омотивов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-332.4.1.2.2.!!Трехэлементные!тележ,и!с!прин>дительной!>станов,ой . . . .2-322.4.1.2.1.3.!!Тележ,а!с!радиальными!рыча7ами . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-322.4.1.2.1.2.!!Тележ,а!с!сочлененной!рамой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-312.4.1.2.1.1.!!Тележ,а!с!пере,рестными!ан,ерными!связями . . . . . . . .2-302.4.1.2.1.!!Само>станавливающиеся!трехэлементные!тележ,и . . . . . . . .2-302.4.1.2.!!Трехэлементные!тележ,и!с!различными!способами!>станов,и . . .2-272.4.1.1.5.!!Сопротивление!поворот>!тележ,и . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-262.4.1.1.4.!!Констр>,ции,!>величивающие!жест,ость!тележ,и!на!сдви7 . . .2-252.4.1.1.3.!!Адаптеры!подшипни,ов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-232.4.1.1.2.!!Фри,ционные!амортизаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-222.4.1.1.1.!!Компле,т!пр>жин!вторично7о!подвешивания . . . . . . . . . . . . . .2-222.4.1.1.!!Обычная!трехэлементная!тележ,а . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-212.4.1.!!Тележ,и!для!больше7р>зных!ва7онов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-21

2.4.!!Системы!рессорно7о!подвешивания,!применяемые!на!пра,ти,е!втяжеловесном!движении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

o C-22 x

3-493.5.7.2.!!Выщербины!от!термомеханичес1их!повреждений . . . . . . . . . . . . .3-49

3.5.7.1.1.!!Ре1омендации!по!снижению!образования!выщербин!ввиде!ра1овин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-483.5.7.1.!!Образование!выщербин!в!виде!ра1овин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-48

3.5.7.!!Конта1тно->сталостные!дефе1ты!1олес!(выщербины)[3.21,!3.24,!3.82,!3.84] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-483.5.6.1.!!Ре1омендации!по!предотвращению!образования!дефе1та!типа

темных!пятен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-473.5.6.!!Повреждения!в!виде!темных!пятен![3.19,!3.81] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-473.5.5.1.!!Ре1омендации!по!снижению!дефе1та! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-463.5.5.!!Трещины!от!фло1енов! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-46

3.5.4.1.!!Ре1омендации!по!снижению!образования!на1лонныхпараллельных!трещин!на!вы1р>ж1е!Dолов1и!рельса . . . . . . . . . .

3-453.5.4.!!На1лонные!параллельные!трещины!на!вы1р>ж1е!Dолов1и!рельса

[3.19,!3.81] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-443.5.3.1.!!Ре1омендации!по!снижению!выщербинообразования . . . . . . . . . .3-423.5.3.!!Конта1тно->сталостные!дефе1ты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-423.5.2.2.!!Предельные!износы!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-413.5.2.1.!!Оптимальная!интенсивность!изнашивания!рельса . . . . . . . . . . . . .3-413.5.2.!!Ре1омендации!по!снижению!износа!рельсов!и!1олес . . . . . . . . . . . . . .3-333.5.1.!!Износ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-333.5.!!Повреждения!рельсов!и!1олес,!их!механизмы!и!причины . . . . . . . . . . . . . .3-323.4.3.7.!!Возможные!технолоDии!систем!>правления!трением . . . . . . . . . . .3-323.4.3.6.!!Использование!модифи1аторов!трения!для!снижения!ш>ма . . . . .3-32

3.4.3.5.!!Использование!модифи1аторов!трения!для!>правленияобразованием!1орот1оволновых!неровностей![3.60] . . . . . . . . . .

3-323.4.3.4.!!Ре1омендации!по!параметрам!>правления!трением![3.51] . . . . . .3-313.4.3.3.!!А1тиваторы!трения!для!ло1омотивов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-30

3.4.3.2.!!Нанесение!модифи1аторов!трения!на!поверхность!1атаниярельса![3.51,!3.59] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-293.4.3.1.!!Модифи1аторы!трения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-293.4.3.!!Управление!трением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-283.4.2.3.!!Ре1омендации!по!л>бри1ации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-273.4.2.2.!!Проблемы!л>бри1ации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-263.4.2.1.!!Измерение!1оэффициента!трения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-233.4.2.!!Л>бри1ация!бо1овой!поверхности!Dолов1и!рельса!и!Dребней!1олес! . . .3-223.4.1.!!Не1оторые!соображения!о!триболоDичес1их!фа1торах . . . . . . . . . . . . .3-223.4.!!Смаз1а!и!>правление!трением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-213.3.5.1.!!Критерии!выбора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-213.3.5.!!Общие!принципы!выбора!материалов!1олес!и!рельсов . . . . . . . . . . . .3-203.3.4.!!Механичес1ие!свойства!1олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-173.3.3.!!Механичес1ие!свойства!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-153.3.2.!!Ми1ростр>1т>ра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-133.3.1.!!Химичес1ий!состав . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-133.3.!!Материалы!рельсов!и!1олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-123.2.5.!!Подход!1!оптимизации!профилей!1олеса!и!рельса!по!напряжениям . . .3-10

3.2.4.!!Влияние!танDенциальноDо!>силия!на!нес>щ>ю!способностьобласти!1онта1та . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-83.2.3.!!Связь!межд>!силами!1рипа!и!хара1тером!прос1альзывания . . . . . . . . .

o C-23 x

4-224.2.2.2!(в).!!1987!#од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-224.2.2.1!(в).!!1986!#од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-224.2.2!(в).!!Обзор!проведенных!работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-214.2.1!(в).!!Колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-214.2!(в).!!Предыстория . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-214.1!(в).!!Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-21

Часть&4(в).&&РАБОТА&КОЛЕС&И&РЕЛЬСОВ&НА&ЖЕЛЕЗНОЙ&ДОРОГЕCARAJAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-204.10(б).!!Рез9льтаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-174.9(б).!!!Дальнейшие!меры!по!снижению!расходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-17

4.8(б).!!!Увеличение!на#р9зCи!на!ось!и!применение!тя#и!с!элеCтричесCойпередачей!переменно#о!тоCа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-144.7(б).!!!ВысоCоCачественные!рельсовые!стали!и!9величение!сроCа!сл9жбы

рельсов!по!износ9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-144.6(б).!!!Преим9щества!само9станавливающихся!тележеC!со!связями!межд9

боCовинами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-114.5(б).!!!Начальные!меры!по!9меньшению!затрат,!связанных

с!изнашиванием!рельсов!и!Cолес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-104.4(б).!!!Проблемы!начально#о!периода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-104.3(б).!!!Подвижной!состав . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-94.2(б).!!!ХараCтеристиCи!маршр9та . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-94.1(б).!!!ЭCспл9атационная!деятельность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-9

Часть&4(б).&&ИССЛЕДОВАНИЕ&КОНКРЕТНОГО&СЛУЧАЯ&СНИЖЕНИЯЗАТРАТ&В&СИСТЕМЕ&КОЛЕСО&&РЕЛЬС&НА&УГОЛЬНОМ&МАРШРУТЕЖЕЛЕЗНОЙ&ДОРОГИ&CANADIAN&PACIFIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-74.9(а).!!Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-74.8(а).!!ТехничесCое!обсл9живание!и!ремонт!Cолес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-64.7(а).!!ХараCтеристиCи!тележеC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-64.6(а).!!Констр9Cция!Cолес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-64.5(а).!!Л9бриCация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-54.4(а).!!ХараCтеристиCи!материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-34.3(а).!!Модифицированные!профили . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-24.2(а).!!Колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-14.1(а).!!Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-1

Часть&4(а).&&ИССЛЕДОВАНИЕ&КОНКРЕТНЫХ&СЛУЧАЕВ&ТЯЖЕЛОВЕСНОГОДВИЖЕНИЯ:&СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ&ЖЕЛЕЗНАЯ&ДОРОГАС&СОБСТВЕННЫМ&ПОДВИЖНЫМ&СОСТАВОМ&BHP&IRON ORE,АВСТРАЛИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3-70Приложение!Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-69Приложение!А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-63СписоC!литерат9ры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-63Бла#одарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-633.5.11.!!СCрип!Cолес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-603.5.10.!!Волнообразный!износ!рельсов!и!Cолес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-573.5.9.!!ПластичесCая!деформация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-513.5.8.!!Др9#ие!дефеCты!рельсов!и!Cолес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-513.5.7.3.1.!!РеCомендации!по!9меньшению!9Cазанно#о!дефеCта . . . . . . . .3-513.5.7.3.!!СетCа!параллельных!трещин!по!Cр9#9!Cатания!Cолеса . . . . . . . . . .3-51

3.5.7.2.1.!!РеCомендации!по!снижению!выCрашиваний!из-затермомеханичесCих!воздействий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

o C-24 x

5-115.2.4.!!Критичес)ие!размеры!дефе)тов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-95.2.3.!!Интенсивность!развития!дефе)тов!в!рельсах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-65.2.2.!!Основные!положения!;правления!рис)ами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-55.2.1.!!Контроль!состояния!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-55.2.!!Стр;)т;рная!де=радация!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-15.1.!!Обеспечение!оптимальной!работы!)олеса!и!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1

Часть&5.&&ОБЕСПЕЧЕНИЕ&ОПТИМАЛЬНЫХ&УСЛОВИЙ&РАБОТЫ&КОЛЕСА&ИРЕЛЬСА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-574.5(=).!!Пояснения!)!таблицам!()рат)ое!описание!особенностей!элементов) . . .4-554.4(=).!!Общие!замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-554.3(=).!!Справочные!материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-554.2(=).!!Использование!справочных!таблиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-534.1(=).!!Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-53

Часть&4(:).&&&СПРАВОЧНЫЕ&ТАБЛИЦЫ&ОСНОВНЫХ&ДАННЫХПО&СИСТЕМАМ&ТЯЖЕЛОВЕСНОГО&ДВИЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-50Списо)!литерат;ры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-484.9!(в).!Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-47

4.8.2!(в).!!Применение!моделей!TRACS!и!расчета!стоимости!жизненно=оци)ла!)олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-454.8.1!(в).!!Техноло=ия!л;бри)ации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-434.8!(в).!!Ре)омендации!по!шлифованию!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-40

4.7.2!(в).!!Полномасштабные!испытания!тележе)!стандартных!и!сосвязями!межд;!бо)овинами!с!использованиеминстр;ментованных!)олесных!пар! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-354.7.1!(в).!!Оцен)а!и!моделирование!хара)теристи)!тележе)!р;довозных

ва=онов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-354.7!(в).!!Реализация!разработанной!ТТСI!про=раммы!;величения!сро)а

сл;жбы!)олес!и!рельсов!на!железной!доро=е!Carajas . . . . . . . . . . . . . .

4-344.6!(в).!!Общие!принципы!и!методоло=ия!)омпле)сной!про=раммы!TTCI

для!железной!доро=и!Carajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4-324.5.1!(в).!!Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.5!(в).!!Поис)и!решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.4.1.8!(в).!!1998!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.4.1.7!(в).!!1997!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.4.1.6!(в).!!1993!!1996!=оды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.4.1.5!(в).!!1991!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.4.1.4!(в).!!1990!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-314.4.1.3!(в).!!1988!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-304.4.1.2!(в).!!1987!!1999!=оды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-304.4.1.1!(в).!!1987!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-304.4.1!(в).!!Предыстория! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-304.4!(в).!!Рельсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-264.3.1!(в).!!Модель!;правления!рес;рсом!)олес! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-264.3!(в).!!Модернизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-254.2.2.7!(в).!!1993!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-254.2.2.6!(в).!!1992!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-254.2.2.5!(в).!!1990!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-244.2.2.4!(в).!!1989!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-234.2.2.3!(в).!!1988!=од . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

o C-25 x

5-715.4.1.6.!!Л#бри'ация!и!шлифование!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-705.4.1.5.5.!!Профили!вн#тренних!рельсов!'ривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-705.4.1.5.4.!!Профили!нар#жных!рельсов!'ривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-695.4.1.5.3.!!Профили!рельсов!для!прямых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-67

5.4.1.5.2.!!Моделирование!на'опления!'онта'тной!#сталостив!рельсах!от!проходящих!'олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-665.4.1.5.1.!!Прое'тирование!профиля!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-645.4.1.5.!!Оптимизация!профиля!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-62

5.4.1.4.!!Пра'ти'а!шлифования!рельсов!на!железных!дороAах!СевернойАмери'и . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-575.4.1.3.!!Схемы!шлифования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-555.4.1.2.3.!!Влияние!с'орости!и!давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-545.4.1.2.2.!!Отдел'а!поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-525.4.1.2.1.!!Устройство!и!работа!шлифовальноAо!'р#Aа . . . . . . . . . . . . . . .5-525.4.1.2.!!Шлифовальные!'р#Aи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-51

5.4.1.1.4.!!Шлифование!для!#л#чшения!состояния!поверхности'атания!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-495.4.1.1.3.!!Влияние!параметров!профиля!Aолов'и!рельса!на

повреждаемость!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-475.4.1.1.2.!!Исправление!поперечноAо!профиля!рельсов . . . . . . . . . . . . . .5-455.4.1.1.1.!!Исправление!продольноAо!профиля!рельсов . . . . . . . . . . . . . .5-445.4.1.1.!!Цели!шлифования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-445.4.1.!!Шлифование!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-445.4.!!Методы!восстановления!профиля!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-435.3.2.!!ПроAнозирование!изнашивания!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-375.3.1.!!Методы!измерения!износа!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-375.3.!!Измерение!износа!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-375.2.11.!!За'лючение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-355.2.10.!!Основные!положения!эле'тромаAнитной!дефе'тос'опии . . . . . . . . . .5-345.2.9.5.!!Дефе'тос'опия!рельсов!на!железной!дороAе!Canadian!Pacific . . .5-335.2.9.4.!!Дефе'тос'опия!в!особых!местах!п#ти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-325.2.9.3.!!Кластерные!провер'и . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-315.2.9.2.!!Параметричес'ий!метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-31

5.2.9.1.!!Корре'тиров'а!интервалов!межд#!провер'ами!с!#четомсостояния!п#ти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-285.2.9.!!Выбор!интервала!межд#!провер'ами!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-255.2.8.5.!!Оцен'а!надежности!'онтроля!состояния!рельсов . . . . . . . . . . . . . .5-255.2.8.4.!!Бдительность!оператора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-245.2.8.3.!!Отображение!рез#льтатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-245.2.8.2.!!Обработ'а!сиAналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-225.2.8.1.!!Преобразователи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-225.2.8.!!Надежность!и!эффе'тивность!дефе'тос'опии . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-205.2.7.!!Основные!положения!#льтразв#'овой!дефе'тос'опии . . . . . . . . . . . . .5-205.2.6.1.!!Методы!дефе'тос'опии!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-185.2.6.!!Методы!'онтроля!состояния!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-14

5.2.5.1.!!Использование!распределения!Вейб#лладля!проAнозирования!интенсивности!возни'новениядефе'тов!в!рельсе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-135.2.5.!!ПроAнозирование!'онта'тной!#сталости!рельса . . . . . . . . . . . . . . . . . .

o C-26 x

5-1085.7.2.!!Преим'щества!эффе/тивной!л'бри/ации!рельсов . . . . . . . . . . . . . . .5-1075.7.1.!!Управление!трением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1075.7.!!Применение!напольных!л'бри/аторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1055.6.3.!!Общая!схема!инте=рированной!системы!мониторин=а . . . . . . . . . . . .5-1055.6.2.4.!!Выявление!неисправных!подшипни/ов!а/'стичес/им!методом . .5-1045.6.2.3.!!Дете/торы!=реющихся!б'/с,!«=орячих»!и!«холодных»!тормозов . .5-103

5.6.2.2.!!Взвешивание!подвижно=о!состава!при!движении!с!малойс/оростью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1025.6.2.1.!!Взвешивание!подвижно=о!состава!в!движении!и!измерение

'дарных!на=р'зо/!от!/олес!на!рельсы!(система!WIM-WIM) . . . .

5-1015.6.2.!!Напольная!система!мониторин=а!взаимодействия!/олесо!!п'ть!и

э/ипаж!!п'ть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-955.6.1.!!Техноло=ия!измерения!износа!/олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-945.6.!!Измерение!/олес!и!'словий!взаимодействия!э/ипажей!и!п'ти . . . . . . . . .5-925.5.2.!!Техничес/ое!обсл'живание!и!ремонт!/олесных!пар . . . . . . . . . . . . . . .5-915.5.1.4.!!Мониторин=!профилей!/олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-915.5.1.3.4.!!Деповс/ой!ремонт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-905.5.1.3.3.!!Четырехмесячный!ци/л!техничес/о=о!обсл'живания!в!депо . . .5-905.5.1.3.2.!!Э/спл'атационные!испытания!системы . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-88

5.5.1.3.1.!!Контроль!с!помощью!напольных!'стройств!(см.!та/жераздел!5.6.2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-885.5.1.3.!!Мониторин=!состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-885.5.1.2.!!Старо=одные!/омпоненты!/олесных!пар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-875.5.1.1.!!Новые!/олесные!пары . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-875.5.1.!!Надежность!/олесных!пар!(по!данным!Spoornet) . . . . . . . . . . . . . . . . .5-86

5.5.!!Управление!рис/ами!повреждения!и!техничес/им!обсл'живанием/олесных!пар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-855.4.3.!!Процесс!стро=ания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-835.4.2.1.!!Описание!рельсостро=альной!машины!SBM!140 . . . . . . . . . . . . . .5-835.4.2.!!Стро=ание!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-835.4.1.11.5.!!Снятие!металла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-825.4.1.11.4.!!Поперечный!профиль!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-825.4.1.11.3.!!Продольный!профиль!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-825.4.1.11.2.!!Профиль!рельсов!после!шлифования . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-805.4.1.11.1.!!Реализация!мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-805.4.1.11.!!Контроль!/ачества!работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-795.4.1.10.!!Предварительное!планирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-795.4.1.9.5.!!Усталостные!повреждения!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-795.4.1.9.4.!!Состояние!поверхности!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-775.4.1.9.3.!!Изнашивание!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-775.4.1.9.2.!!Рез'льтаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-765.4.1.9.1.!!Поэтапно-профила/тичес/ое!шлифование!рельсов . . . . . . . .5-75

5.4.1.9.!!Переход!от!/орре/тир'юще=о!/!профила/тичес/ом'шлифованию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-745.4.1.8.2.!!Сопоставление!профила/тичес/о=о!и!/орре/тир'юще=о

шлифования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-735.4.1.8.1.!!Профила/тичес/ое!шлифование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-735.4.1.8.!!Страте=ия!шлифования!рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-715.4.1.7.!!Оптимальная!интенсивность!изнашивания!рельсов . . . . . . . . . . . .

o C-27 x

C-1Словарь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-137Списо&'литерат-ры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-137Бла0одарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1375.9.''За&лючение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-136

5.8.4.''Системный'подход'&'-правлению'взаимодействием'&олеса'ирельса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1355.8.3.''Управление'трением'(оптимизация'области'взаимодействия

&олеса'и'рельса) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1325.8.2.''Оптимизация'сро&а'сл-жбы'&олес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1315.8.1.5.''Транспозиция'рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1305.8.1.4.''Мониторин0'л-бри&ации'и'возвышения'нар-жно0о'рельса . . . . .5-1285.8.1.3.''Страте0ия'использования'рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-124

5.8.1.2.''Контроль'изнашивания'рельсов'(определение'предельнодоп-стимо0о'износа) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1215.8.1.1.''Условия'ма&симально0о'использования'рес-рса'рельсов . . . . . .5-1215.8.1.''Оптимизация'сро&а'сл-жбы'рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1205.8.''Оптимизация'сро&а'сл-жбы'&олес'и'рельсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1185.7.9.''Рез-льтаты'л-бри&ации'на'линии'в'Ричардс-Бее,'ЮАР . . . . . . . . . . . .5-117

5.7.8.2.''Фа&торы,'связанные'с'движением'поездов'и'параметрамиподвижно0о'состава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1175.7.8.1.''Фа&торы,'относящиеся'&'п-ти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1165.7.8.''Модель'расстанов&и'л-бри&аторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-1155.7.7.''Размещение'напольных'л-бри&аторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-112

5.7.6.''Оцен&а'эффе&тивности'л-бри&ации'и'-правление'ею'(см.'та&жеп.'3.4.2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1105.7.5.''Выбор'оптимально0о'типа'&онсистентной'смаз&и'для'&он&ретных

-словий'э&спл-атации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1095.7.4.''Выбор'обор-дования'для'дозированно0о'нанесения'смазочных

материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5-1095.7.3.''Возможности'напольных'л-бри&аторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Научнотехническое издание

ОБОБЩЕНИЕПЕРЕДОВОГО ОПЫТА ТЯЖЕЛОВЕСНОГО ДВИЖЕНИЯ:ВОПРОСЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСА И РЕЛЬСА

Группа подготовки издания:Набор Н. Б. ВласоваВерстка Н. Д. МуравьеваКомпьютерная графика О. А. ГужновскаяКорректор Л. А. Шарапова

Подписано к печати 30.07.2002.Формат 70×1001/16. Гарнитура Таймс. Офсетная печать.Усл. печ. л. 25,5. Уч.изд. л. 32,5. Тираж 1000 экз.Бум. офс. 1. Заказ 46.

ООО «Интекст». 103001, Москва, ул. Спиридоновка, 22/246.Тел. 2900927.ЛР 064465 от 22.02.1996.

Отпечатано ООО «АРТдиал»,129110, Москва, Б. Переяславская ул., 46.

o C-28 x

9 7 9 5 8 9 2 7 7 0 3 7 7

ISBN 5C89277C037C0