Расчеты верхнего строения пути. Расчеты пути на прочность. Классификация рельсов по длине. Расчеты бесстыкового пути, страница 19

Увеличить погонное сопротивление при костыльном скреплении можно за счет постановки противоугонов (сопротивление одного клинового противоугона смещению по подошве рельса составляет 2500, а пружинного – 800 кгс). При существующих схемах закреплении пути от угона на двухпутных участках за счет постановки противоугонов увеличение погонного сопротивления незначительно. Перепад температуры не преодоление погонного сопротивления с учетом противоугонов увеличивается всего лишь на 30-60%, по сравнению с костыльным скреплением.

На однопутных участках противоугоны увеличивают погонное сопротивление перемещению рельса не так, как на двухпутных. В зависимости от способа установки противоугоны препятствуют только увеличению длины рельса или ее уменьшению. В противоположную сторону в каждом конкретном случае противоугоны никакого влияния на погонное сопротивление не оказывают. На однопутных участках при существующем способе установки пружинных противоугонов, препятствующих удлинению рельса, перепад температуры на преодоление погонного сопротивления увеличивается в 2-3 раза по сравнению с костыльным скреплением. Как правило, этот перепад не превышает 2-4˚С, что является несущественным, т.к. составляет менее 4% от годовой амплитуды колебания температуры рельса.

В случае применения раздельного (пружинного или жесткого) скрепления сопротивление рельсов продольному перемещению по шпалам летом больше, чем сопротивление перемещению шпал в балласте. В зимних условиях при замерзшем балласте погонное сопротивление лимитируется проскальзыванием рельса относительно скрепления на шпале. В результате этого получается, что погонное сопротивление зависит от сопротивления шпалы смещению в балласте, состояние которого летом и зимой неодинаково, и от типа применяемого скрепления, т.к. для расчетов при щебеночном или асбестовом балласте и эпюре шпал 1840 шт/км и более летнее погонное сопротивление рекомендуется принимать равным 6,5 кгс/см, а при замерзшем балласте 25 кгс/см по одной рельсовой нитке.

В дальнейшем предполагается, что сопротивление продольному перемещению на каждой шпале остается постоянным в течение всего процесса перемещения с достаточной для практических расчетов точностью. Кроме того, принято, что величина сопротивлений сдвигу рельса на каждой шпале одинакова. Равными между собой принимаются и силы трения в накладках на обоих стыкуемых рельсовых концах. При указанных допущениях все силы, действующие на рельс, будут располагаться симметрично относительно его среднего сечения. Поэтому при изменениях температуры середина рельса будет оставаться на месте, а обе его половины будут перемешаться симметрично относительно середины рельса, попеременно удлиняясь и уменьшаясь при повышении и понижении температуры.

Все вышесказанное справедливо для предположения, что рельсы могут удлиняться и укорачиваться на любую величину. Однако в большинстве районов бывшего Союза,  в том числе и в Беларуси, фактические изменения длины стандартных 25-метровых рельсов превышают конструктивную величину стыковых зазоров. В этом случае летом слитых стыках после образования нулевых зазоров дальнейшее повышение температуры рельсов приводит к нажатию торцов рельсов                         друг на друга, т.е. возникает торцевое давление. А зимой в этих районах раскрытие стыковых зазоров больше конструктивного значения приводит к изгибу и срезу болтов. Появляющиеся при этом силы торцевого давления и силы, изгибающие стыковые болты, вредны и затрудняют эксплуатацию ж.д. пути, особенно в суровых климатических условиях, а также в кривых малого радиуса.

Стыковое сопротивление - это сосредоточенные силы, приложенные к концам рельсов и препятствующие изменению их длины под действием температур. Они зависят от конструкции и состояния стыковых скреплений, а также от ухода за ними. Величина стыкового сопротивления определяется силами трения на поверхностях контакта накладок и пазухи рельсов, которая зависит от количества болтов в стыке и их натяжения. При существующем стыковом скреплении и способах затяжки стыковых  болтов  фактическое  стыковое  сопротивление  не  превышает,  как  правило,  7-15 тс.

В настоящее время повсеместно для 25-метровых рельсов типа Р65 и Р75 применяют четырехдырные накладки, хотя по условиям температурной работы звеньевого пути целесообразнее использовать шестидырные накладки (увеличивается стыковое сопротивление, уменьшаются температурные деформации рельсов, повышается плавность хода поездов в кривых и т.п.). Повышение сопротивления стыка путем увеличения коэффициента трения накладок по рельсам используется пока мало. За рубежом были попытки покрытия контактных поверхностей накладок и рельсов фрикционными составами (так, в США используют смесь шеллока с порошком окиси алюминия, т.е. «замороженные» стыки), а также склеивание стыков. Попытки использовать в стыках фрикционные прокладки из фибры, резины и пластмассы пока не увенчались успехом ввиду малой механической прочности этих материалов.

Силы торцевого давления увеличивают и без того большие температурные сжимающие силы в пути. Допускать торцевое давление нежелательно, т.к. это приводит к отколу кромки головки рельса в стыках в результате наката, появившегося с торцов рельсов в зимнее время. Отколы эти по длине рельса достигают 15-20 мм и делают фактический стыковой зазор с учетом этого равным 40-45 мм. Подобные зазоры увеличивают удары колес подвижного состава в стыках и вызывают преждевременный выход из строя пути и подвижного состава. Кроме того, непараллельность торцов стыкуемых рельсов при торцевом давлении может создать повышенные местные напряжения в рельсах и при отсутствии поезда, что создает угрозу безопасному движению поездов и может привести к нарушению устойчивости рельсошпальной решетки и выбросу пути.

Силы, срезающие или изгибающие стыковые болты, увеличивают растягивающие температурные силы и создают угрозу среза стыковых болтов и разрыва стыков в зимнее время, что довольно часто происходит на практике.