Таким образом, чтобы снизить вероятность изломов по овальному пятну или полностью избежать их, необходимо добиваться возможно меньших внутренних напряжений в рельсах.
Усталостные повреждения, обусловленные качением колес. В последние годы резко возросло количество усталостных повреждений рельсов, возникающих на рабочей грани головки под действием поездной нагрузки, особенно на внутреннем рельсе кривых радиусом 400 – 1500 м. Этот дефект 2223 проявляется в виде очень небольших трещин, расположенных примерно параллельно одна другой с интервалом в несколько миллиметров (рис. 9, а). Трещины проникают в головку рельса под углом 10 – 25° к направлению движения. В большинстве случаев длина их достигает 10 мм, а глубина проникновения составляет несколько миллиметров (рис. 9, б).
Рис. 9. Усталостные повреждения (дефект 2223), вызываемые поездной нагрузкой:а и б — трещины на рабочей грани головки наружного рельса из стали марки 900 B; в — поперечный излом рельса, начавшийся в зоне дефекта 2223 |
Дефекты 2223 могут переходить в стабильное состояние, при котором поведение рельсов в эксплуатации не ухудшается. Однако возможно сращивание отдельных трещин, в результате чего возникают вырывы небольшой толщины. Иногда трещины развиваются от рабочей грани головки рельса к середине поверхности катания и, сильно углубляясь в рельс, могут вызвать его излом (рис. 9, в). Именно такое повреждение было причиной схода с рельсов поезда в Великобритании в октябре 2000 г.
Причины возникновения и развития рассматриваемых усталостных повреждений связаны с условиями эксплуатации. Одной из них является то, что колеса современных моторных осей работают на пределе сцепления, вследствие чего в зоне контакта колесо — рельс действуют высокие напряжения сдвига. При этом износ рельсов сильно снижен благодаря улучшенной лубрикации гребня бандажа. Для рельсов с бейнитной структурой металла эта проблема решена, а при перлитной структуре переход дефектов 2223 в стабильное состояние возможен лишь в том случае, когда интенсивность роста трещин приблизительно равна интенсивности износа. Это возможно при достаточно широкой зоне напряжений под поверхностью катания и рабочей гранью головки рельса.
Если исходить из того, что дефекты 2223 возникают вследствие слишком высоких напряжений сдвига, для развития трещин необходимо, чтобы амплитуда колебаний этих напряжений превышала определенное пороговое значение. На рис. 7 видно, что изломы по овальному пятну (почти во всех известных случаях) прекращают распространяться, дойдя до области под поверхностью катания, в которой действуют сжимающие напряжения. При этом часть амплитуды напряжения находится в области сжатия. Аналогичным образом развитие трещин при дефекте 2223 замедляется или даже прекращается под действием высоких сжимающих внутренних напряжений. Однако если эти трещины достигают зоны наклепа, дальше они не развиваются, а поворачивают вниз, частично переходя в область действия растягивающих внутренних напряжений, где скорость их роста возрастает.
Таким образом, под поверхностью катания головки рельса необходимо создавать широкую область сжимающих напряжений. Эта область может быть заметно увеличена оптимизацией роликовой правки.
Рис. 10. Усталостные повреждения рельса (дефект 227):а — на поверхности катания; б — поперечный усталостный излом, начавшийся в зоне дефекта 227 |
Часто возникают усталостные контактные дефекты рельса (дефект 227), показанные на рис. 10, а. Они возникают в результате зарождения под поверхностью катания трещин, которые под небольшим углом распространяются на глубину до 3 – 5 мм. Такой дефект также может привести к излому (рис. 10, б), если своевременно не будет распознан методами, применяемыми для регистрации дефектов 2223 и соответственно мест, где возможен излом по овальному пятну. При наличии дефектов 227, так же как и 2223, желательно снижение внутренних растягивающих напряжений в головке рельса.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.