Основные результаты наблюдений

Рис.4.1.Зависимость величины износа И от наработки тоннажа Тна подъеме

Рис.4.2. Зависимость износа И от радиуса кривой К на подъеме при Т=100 млн т бр

Расчетные значения приведенного износа на подъеме

Оценки точности уравнений приведены в табл. 4.4

Из таблицы 4.4 видно, что для вертикального износа значителен разброс фактических значений относительно среднего. Это связано с тем, что на подъеме вертикальный износ сильно зависит от состояния каждой конкретной кривой, и его значения могут отличаться на практике приблизительно в 1,5 раза от указанных в табл. 4.1.

Зависимость вертикального и бокового износа от пропущенного тоннажа близка к линейной (см. рис. 4.1), интенсивность износа при изменении радиуса от 300 до 800 м уменьшается соответственно от 0,04 до 0,028 мм/млн т бр по вертикальному и от 0,092 до 0,022 мм/млн т бр по боковому износу. Очевидно, что боковой износ с уменьшением радиуса кривой становится интенсивнее вертикального.

Регрессионные зависимости износа рельсов от наработки тоннажа и радиуса кривой на спуске четного пути

По методике, использованной при расчетах на подъеме, выполнены аналогичные расчеты для участка на спуске [56]. Полученные зависимости имеют вид:

И _в=0,299Т°-⁹⁵⁷К-°-²⁸² (4.4)

к_б=1,558Т⁰–⁸⁸К-°-⁴⁵⁷ (4.5)

к_пр=0,909Т⁰⁹¹⁶К-⁰³⁵¹ (4.6)

Эти зависимости отражены в таблице 4.5 – 4.7 и на рис. 4.3 и 4.4.

Зависимость величины износа h от наработки тоннажа Т

Рис.4.4 Зависимость величины износа И от радиуса кривой Р на спуске при Т = 100 млн т бр

1. – вертикальный износ
2. – боковой износ
3. – приведенный износ

Оценки точности уравнений приведены в табл. 4.8

Зависимость и бокового, и вертикального износа от пропущенного тоннажа близка к линейной (см. рис. 4.3). При изменении радиуса кривой от 300 м до 800 м интенсивность износа уменьшается: вертикального от 0,046 до 0,035 мм/млн т бр, бокового от 0,056 до 0,036 мм/млн т бр, приведенного от 0,074 до 0,052 мм/млн т бр.

Исследование влияния уклона пути на износ рельсов

Приближенная оценка влияния уклона на износ содержится в [60]: при переходе от движения по площадке к уклону 5 ⁰/оо на 1 °/оо износ увеличивается на 4,8%, при переходе от уклона 5 °/₀₀ к уклону 10 °/₀о увеличение износа составляет 11,6% при изменении продольного уклона пути на 1 °/оо. Результат можно рассматривать как приблизительный. Изменение уклона неоднозначно влияет на износ рельсов и зависимость эта более сложная.При включении в расчет третьего фактора износа – уклона пути получены следующие регрессионные зависимости [61].

Оценка точности регрессионных уравнений приведены в табл. 4.9

Точность аппроксимации при учете уклона пути повысилась (см. табл. 4.4, 4.8).

Полученные зависимости отражены на рис. 4.5 и 4.6.

Зависимость бокового износа рельсов на подъеме от продольного уклона пути выявить не удалось. Остальные зависимости показывают значительное влияние уклона пути на износ упорной нити. При изменении уклона от 6 % до 18 % износ увеличивается: вертикальный на подъеме – в 1,57 раза, вертикальный на спуске – 1,34 раза, боковой на спуске – в 1,37 раза. Неучет уклона пути при оценке износа, следовательно, приводит к значительной погрешности.

Нормативы на сплошную замену рельсов необходимо дифференцировать не только в зависимости от плана пути, но и от продольного уклона пути.

Влияние рекуперативного торможения на износ рельсов

Данному вопросу посвящена обширная литература по различным аспектам этой проблемы: схемы формирования поездов, количественная оценка влияния рекуперативного торможения на износ рельсов, экономическая эффективность электрического торможения, влияние возвышения.

Зависимость величины износа Ь от продольного уклона пути на подъеме при Т=200 млн т бр наружного рельса в режиме рекуперативного торможения, силовое воздействие на путь, повышение безопасности движения, экономия электроэнергии и т.д.

В рамках данной работы нас будут интересовать прежде всего силовое воздействие на путь, количественная оценка влияния рекуперации на износ рельсов, схемы формирования поездов и влияние возвышения наружного рельса.

В рамках данной работы нас будут интересовать прежде всего силовое воздействие на путь, количественная оценка влияния рекуперации на износ рельсов, схемы формирования поездов и влияние возвышения наружного рельса.

Изучением влияния рекуперативного торможения занимались видные ученые нашей страны В.В. Андрашко, Ю.Д. Волошко, А.Т. Иванов, Н.И. Карпущенко, А.Я. Коган, В.А. Лаптев, Ю.Н. Ликратов, В.Н. Лисунов, Р.Я. Медлин, Л.А. Мугинштейн, O.A. Некрасов, Ю.А. Усманов, В.Я. Шульга, В.Н. Шестаков, М.А. Фришман, Г. Г. Ядрошникова и другие.

В статье А.Я. Когана и др. [62] на основании комплексных испытаний на Львовской железной дороге делается вывод, что увеличение сил рекуперации в голове поезда и сил подталкивания приводит к возрастанию максимальных рамных сил. Рекомендуется при рекуперации головным электровозом и подталкивающим продольную силу на автосцепке не превышать 600 кН для того, чтобы боковое воздействие на путь электровозов было в заданных пределах.

В статье [63] влияние рекуперативного торможения на износ рельсов оценивается увеличением износа на 35 %. Но подробный анализ эксплуатационной работы при этом не дан. Дается рекомендация ограничить рекуперативное торможение условиями, при которых продольная сжимающая сила не превышала бы 55 тс, что позволит уменьшить разницу между средними и максимально вероятными значениями коэффициентов износа рельсов.

В статье [64] утверждается, что на перевальных участках наибольший вертикальный износ наблюдается на подъеме, а боковой – на спусках.

Замеры показали [64], что величины боковых сил от колес локомотива В Л10 и группы головных вагонов при движении на спуске в режиме рекуперативного торможения в 1,5-2 раза больше, чем при движении в тяговом режиме на подъеме. При ведении поезда двойной тягой в режиме рекуперации воздействие на рельсы второго по ходу локомотива, следующего в голове поезда, на 15-35 % больше, чем первого. Если второй локомотив находится в хвосте поезда, он оказывает боковое давление на рельсы на 20-30 % меньше, чем головной, при одинаковых тормозных силах.

В [65, 66] на основании экспериментов на звеньевом пути с деревянными шпалами, рельсами Р65, скрепление костыльное и при уклонах до 28°/₀₀ увеличение силового воздействия на путь при рекуперативном торможении поездов оценивается в 20-50 % . (Движение осуществлялось локомотивами ВЛ-8). В этой же работе заслуживает внимания не утратившее, по-видимому, своего значения предложение применения несимметричных подкладок с повышенной площадью опирания и армирования шпал деревянными дюбелями твердых пород для улучшения технического состояния пути.

Анализ работы Южно-Уральской дороги (путь на деревянных шпалах, рельсы Р65, балласт щебеночной с асбестовым покрытием, уклон до 10°/оо) показал [67], что суммарный выход рельсов при наработке тоннажа 350 млн. т брутто в 1,5 раза больше, а при тоннаже 500 млн. т в 2,2 раза больше, чем без применения рекуперативного торможения. На Московской и Донецкой дорогах на бесстыковом пути с железобетонными шпалами, рельсами Р65, щебеночным балластом средней прочности суммарный выход рельсов увеличился в 2 и 5,5 раз при наработке тоннажа 300 и 500 млн. т соответственно.

O.A. Некрасов, В.А. Лаптев, Л.А. Черноусов в [68] дают обобщенные данные воздействия на путь поездов при электрическом торможении: боковое давление на рельсы увеличивается на 15-20 %, упругое отжатие рельсовых нитей – в 1,5 раза. Указывается, что при рекуперации подается под колеса в единицу времени на 30 – 40% больше песка, чем в тяговом режиме, что является одной из причин увеличения интенсивности износа рельсов.

На затяжных спусках при вождении тяжеловесных поездов вопрос о силовом воздействии на путь приобретает особое значение. В статье [69] Ю.Д. Волошко и А.Г. Иванова обращают внимание на то, что более опасными являются возникающие при установившемся режиме торможения тяжелых поездов на затяжных спусках силы квазистатического характера.

Предпринимавшиеся попытки уменьшить негативное влияние рекуперативного торможения на боковой износ рельсов увеличением возвышения наружного рельса против расчетной величины не привели к ожидаемому результату. В [64] приводятся следующие данные: увеличение возвышения на 21 мм привело к снижению бокового износа на 3 – 5%. При увеличении возвышения положительный эффект от уменьшения направляющих сил компенсируется увеличением угла набегания.

Мы не будем касаться вопросов эффективности электрического торможения с экономической точки зрения, чему посвящены многие работы, например [68, 70], особенно последняя, выполненная под руководством O.A. Некрасова. В этой же работе содержится достаточно обширная библиография. Солидаризируясь с той точкой зрения, что электрическое торможение не имеет альтернативы [68] и в сущности является внеэкономической категорией, мы ставим задачу дать количественную оценку влияния рекуперативного торможения поездов в условиях затяжных спусков со сложным планом линии ВСЖД и выработать обоснованные нормативы на сплошную замену рельсов.

После перевода участка Иркутск – Слюдянка на переменный ток и повышенным вниманием МПС к ресурсосберегающим технологиям [71] проблема экономии электроэнергии и рекуперативного торможения должна быть всесторонне оценена. На недостаточную эффективность рекуперации электровозами переменного тока указывалось в [72].

Влияние рекуперативного торможения по воздействию на путь обсуждалось в работах [63, 66, 67, 71-74] и многих других.Рекуперативное торможение увеличивает износ рельсов на 35% [63] силовое воздействие на путь увеличивается на 20-50% [66], на 20% напряжения в рельсах [66], затраты труда на участках пути с рекуперативным торможением в 1,5 раза больше затрат на участках без рекуперативного торможения [67]. Для уменьшения негативного влияния рекуперативного торможения на путь рекомендуется [74] увеличить число тормозных осей, так как износ ярко проявляется при реализации предельных усилий тяги или торможения, когда нарушается закон пропорциональности приращений усилий тяги (торможения) и избыточного скольжения и, следовательно, резко увеличивается работа сил трения.

Сравнительная оценка динамики износа рельсов на подъеме и спуске при рекуперативном торможении поездов и периодичности сплошной смены рельсов

На рис. 4.7. построены графики отношений величин износа на спуске и подъеме на основе формул (4.1.-4.6.).

Главной особенностью в износе рельсов на спуске и подъеме является то, что с увеличением радиуса кривой эти отношения увеличиваются, а, следовательно, будут увеличиваться и соотношения между сроками служб рельсов на подъеме и спуске. Отметим, что отношения соответствующих износов на спуске и подъеме зависит от наработки тоннажа, уменьшаясь с увеличением последнего.

Влияние рекуперативного торможения приводит прежде всего к более интенсивному, чем на подъеме, развитию вертикального износа при любых радиусах и отношение вертикального износа на спуске к соответствующей величине на подъеме увеличивается от 1,9 до 2,1 при увеличении радиуса кривой от 300 до 800 м (при наработке тоннажа 100 млн.т.бр. груза) [75]. На ряде контрольных кривых с радиусом 600 -г- 800 м, данные износа которых не входили в массив обрабатываемых, это отношение еще выше, достигая в среднем 2,6 при радиусе 11=800 м.

На участках интенсивного электрического торможения и подачи песка вертикальный износ рельсов развивается в ряде случаев быстрее бокового.В таблице 4.10 представлены данные приращений вертикального и бокового износа рельсов в кривых на спуске четного пути.

Характеристики кривых:

Движение в кривой 1 характеризуются предельными токами рекуперации и большой подачей песка. За зимний период песка накапливалось до верха головки рельса. В несколько меньшей степени подавался песок в кривых 2 и 3. В кривой 4 после торможения на 5276 км и движения в кривой радиуса 236 м с уклоном 7-9 °/₀₀ (пк 9-10 5276 км по пк 6 5277 км) движение осуществлялось при меньших токах рекуперации и значительно меньшей подачей песка.

Анализ показывает, что: в кривой 1 среднее приращение вертикального и бокового износа составили 4,8 и 2,7 мм, т.е. вертикальный износ больше бокового в 1,8 раза; в кривой 2 приращения составили 3,95 и 2,97 мм соответственно вертикального и бокового износа, а их отношение равно 1,33; в кривой 3 отношение вертикального и бокового износа составили 2,61:1,94=1,34; в кривой 4 это отношение равно 4,3:3,2=1,34.Анализ износа в четырех конкретных кривых показывает, что при рекуперативном торможении поездов, сопровождающимся интенсивной подачей песка, вертикальный износ больше бокового и это превышение вертикального износа над боковым тем больше, чем больше токи рекуперации.

Используемая Литература

60.Золотарский А.Ф. Износ и срок службы рельсов. – В трудах В НИИЖТа «Вопросы исследования работы рельсов». Вып. 14, М., «Трансжелдориздат», 1947, стр. 4-86.

• Коротаев Б.В. Износ термоупрочнённых рельсов на перевальном участке в кривых малых радиусов. – В межв. сб. научных трудов «Исследование воздействия на путь современного подвижного состава». Днепропетровск, 1986, стр. 117-123.
• Коган А .Я., Шестаков В.Н., Коваль В.А. Воздействие на путь поездов повышенной массы на перевальных участках Львовской дороги. – В сб. трудов ВНИИЖТа «Повышение прочности и надёжности пути» (под ред. ЛысюкаВ.С.) М., «Транспорт», 1989,122 стр.
• Леванков И.С., Орловский А.Н., Понырко В.Н., Цыганенко В.В. Исследование износа рельсов в условиях сложного плана и профиля пути на электрифицированных участках. – В тр. ДИИТа «Исследование взаимодействия пути и подвижного состава». Вып. 117, Днепропетровск, 1970, стр. 119-130.
• Боченков М.С., Карпущенко Н.И., Ликратов Ю.Н. Износ рельсов и бандажей электровозов на перевальных участках. – «Железнодорожный транспорт», 1977, № 3,стрю 67-69
• Фришман М.А., Волошко Ю.Д., Леванков И.С., Орловский А.Н., Татуре- нич А.П., Цыганенко В.В. Исследование условий работы пути на участках рекуперативного торможения.- В сб. научных трудов ДИИТа «Исследования взаимодействия пути и подвижного состава» под ред. М..Фришмана. Вып. 99. М., «Транспорт». 1969, стр.3-15.
  бб.Орловский А.Н. Влияние режима вождения поездов по перевальным участкам на засоряемость балластного слоя пути песком из песочниц локомотивов. – В сб. научных трудов ДИИТа «Взаимодействие пути и подвижного состава». Вып. 117, Днепропетровск, 1970, стр. 99-107
• Шкляренко Л.М., Белый В.И., Лукашов В.В., Шульга В.Я., Кокин М.В., Лаптев В.А., Лобанова Н.С., Лосев А.Т. Особенности эксплуатации пути при торможении. – «Железнодорожный транспорт», 1979, № 11, стр.36-39
• Некрасов O.A., Лаптев В.А., Черноусов Л.А. Электрическое торможение- важный фактор эффективности, – «Железнодорожный транспорт», 1986, № 1, стр. 54-58
• Волошко Ю.Д., Иванов А.Т. Пути снижения воздействия тяжеловесных поездов на рельсовую колею при электрическом торможении. – В межв. сб. научных трудов «Исследование взаимодействия пути и подвижного состава». Вып. 228/25. ГУУЗ, ДИИТ, 1983, 125 стр.
  70.Эффективность электрического торможения. Отчёт ОНИР, М.,ВНИИЖТ. Руководитель О.А.Некрасов
• Рекомендации научно-практической конференции « Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». 17-19 ноября 1998 года. М.
• Курасов A.C. Рекуперация: реальные возможности и эффективность. – Железнодорожный транспорт, 1986, № 2, с. 68-69.
• Карпущенко Н.И., Полякова Г.Г., Светличный М.М. Воздействие подвижного состава на путь в кривых малого радиуса при рекуперативном торможении поездов. – В тр. НИИЖТ «Железнодорожный путь на грузо- напряжённых участках». Вып. 185, Новосибирск, 1977, с. 104-111.
• Лисунов В.Н. Особенности работы пути при электрическом торможении. – «Железнодорожный транспорт», 1980, № 10, с. 62-64.
• Кемеж Н.П., Коротаев Б.В., Кожевин C.B. Особенности развития износа головки рельсов на перевальном участке в условиях применения рекуперативного торможения. – В сб. научных трудов ВНИИЖТ «Повышение эффективности и надёжности работы рельсов». М., «Транспорт», 1990, с. 116-121