Разработка вопросов повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий в путевое хозяйство дистанции

   10. РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И ВНЕДРЕНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО ДИСТАНЦИИ

  10.1. Проблемы бокового износа рельса и гребня колеса

В процессе движения подвижного состава возникает как адгезивный, так и абразивный боковой износ рельсов и гребней колёс. Первый из них вызывает разрушения из-за схватывания контактирующих поверхностей рельсов и гребней колёс при их взаимном скольжении. Эти разрушения связаны с изменением поверхностных слоёв вследствие существенной пластической деформации, окисления, отделения и смещения частиц материала рельса и гребней колёс. Адгезивный боковой износ рельсов и гребней колёс прогрессирует за счёт воздействия микронеровностей их поверхностей, температур в поверхностном слое, удельного давления в контакте скользящих поверхностей, а также способности материала к образованию адгезивных микросоединений.

Абразивный боковой износ рельсов и гребней колёс в зонах их контактов характеризуется стачиванием материала вследствие воздействия абразивных частиц, а также вследствие воздействия (при взаимном скольжении) шероховатой твёрдой поверхности гребня колеса на боковую грань головки и наоборот. Типичным повреждением поверхности боковой грани головки рельсов и гребня колеса при абразивном износе являются бороздки и сильная деформация их поверхностных слоёв.

Из множества факторов, влияющих на фрикционный боковой износ головки рельсов и гребней колёс, основными (определяющими) являются два:

1.) скольжение гребня по боковой грани головки рельса. (Нет скольжения – нет  фрикционного износа);

2.) удельное давление гребня на боковую грань головки рельса, определяемое делением силы прижатия гребня на площадь его контакта с рельсом. (Нет давления гребня на боковую грань головки – нет их износа).

Дополнительными факторами, влияющими на боковой износ головки рельсов и гребней колёс, являются:

свойства стали колёс и рельсов, их химический состав, микроструктура; шероховатость и твёрдость поверхностного контактирующего слоя, определяющих сопротивляемость сжимающей нагрузке и растягивающим силам трения;

угол наклона гребня бандажа ψ , определяемый типом профиля и степенью износа гребня;

положение колёсной пары в рельовой колее, которое характеризуется углом набегания α ;

радиус кривой;

коэффициент трения между гребнями бандажа колеса и боковой внутренней гранью головки рельсов;

смазывание гребней и рельсов;

загрязнение и повреждение поверхностей гребней и боковой внутренней грани головки рельсов;

атмосферные условия (температура, влажность).

В результате многолетних исследований такие виды скольжения, как псевдоскольжение, именуемое «крипом», скольжение, обусловленное взаимным верчением контактирующих поверхностей, именуемое «спином», и поперечное скольжение признаны нами малозначимыми в формировании бокового износа рельсов и гребней колёс. Основными в этом отношении являются следующие два вида скольжения:

неизбежное круговое скольжение прижатого гребня колеса по боковой грани головки рельса при двухточечном их контактировании;

продольное скольжение колеса по рельсу, обусловленное различием между разностью длин наружной и внутренней рельсовой нити в кривой и между разностью развёрнутых длин кругов катания колёс, следующих по наружной и внутренней рельсовой нити кривой.

10.2. Круговое скольжение гребней колёс по боковой грани головки рельса

Специфической особенностью железнодорожного транспорта является наличие гребней на колёсах. Гребни контактируют с боковой гранью головки рельса, как правило, в точке более удалённой от оси вращения колёсной пары, чем бандаж (обод) контактирует с верхом головки. Радиусы указанных контактов совпадают только в частном случае при одноточечном контактировании колёс с головкой рельса. Доля таких контактов не превышает 30 %. Вследствие различия радиусов контактирования с головкой рельса бандажа и гребня неизбежно круговое скольжение гребня колеса по боковой грани головки рельса.

На прямых участках пути колёсные пары исправной тележки при следовании поезда в режиме тяги или выбега, как правило, находятся в сцентрированном положении, когда зазор между гребнем и боковой гранью головки правого и левого рельса одинаков. При следовании поезда в режиме торможения, вследствие действия в автосцепках продольных сил сжатия, вагоны устанавливаются в зигзагообразное положение. При этом тележки следуют с прижатыми гребнями к боковой грани головки рельсов, в том числе и на прямых участках.

У «шальных» же тележек, доля которых в грузовых поездах составляет примерно одна – две из тысячи проходящих тележек, гребни прижаты к боковой грани головки одного рельса постоянно, в том числе и при следовании поезда в режиме тяги и выбега.

В кривых R<1000 м гребни первых по ходу колёсных пар тележек практически всегда прижаты к боковой грани головки рельса, в том числе и на прямых участках. Всё выше изложенное установлено эксперементально с помощью приборов, имеющихся в лаборатории динамики, прочности и нормативов пути ВНИИЖТа.