Проект дистанции пути на равнинной местности, страница 13

После укладки рельсов и затяжки стыковых болтов изменения температуры вызывают возникновение одинаковых температурных сил по всей длине рельса, пока не преодолеется полностью стыко­вое сопротивление. При этом величина температурных сил окажет­ся равной стыковому сопротивлению. После преодоления сты­кового сопротивления постепенно, начиная с концов, включается погонное сопротивление. В результате его преодоления в рельсах возникают температурные силы, которые принимают наибольшие значения точно посередине рельса. Эти силы зависят от величины погонного сопротивления.

3.2.2 Влияние погонного сопротивления

Величина погонного сопротивления продольному перемещению рельсошпальной решетки зависит в основном от типа и эпюры шпал, от рода и степени уплотнения балласта в шпальных ящиках, от типа промежуточного скрепления и силы прикрепления рельсов к шпале.

В случае слабого прикрепления рельса к шпалам, что имеет место при костыльном скреплении, величина погонного сопротив­ления незначительна, так как балласт в работе не участвует, а наддернутые костыли не обеспечивают необходимого прижатия рельса к опорам. При этом зимой и летом погонное сопротивление принимается одинаковым, потому что лимитируется оно сопротивлением перемещения рельса относительно шпалы. Для нового ко­стыльного скрепления величина погонного сопротивления продоль­ному перемещению по одной рельсовой нити не превышает 3 кгс/см. Погонное сопротивление изношенного скрепления снижается до 1 кгс/см и менее. За счет постановки противоугонов можно до­биться незначительного увеличения погонного сопротивления при костыльном скреплении.

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 определяется уже проскальзыванием рельса относи­тельно скрепления. Поэтому для практических расчетов летнее по­гонное сопротивление для раздельного скрепления можно прини­мать 65, а зимнее – 25 кгс/см по одной рельсовой нитке.

В результате преодоления погонного сопротивления часть тем­пературной работы идет на изменение длины рельса, а часть – на изменение его напряженного состояния. Причем в момент преодо­ления погонного сопротивления на всей длине рельса эти части оказываются одинаковыми. Такое положение указывает на то, что в этот момент фактические перемещения рельса равны половине теоретических.

Каждые 1 кгс/см погонного сопротивления уменьшают годовые де­формации 25-метрового рельса типа Р50, Р65 и Р75 соответственно на 0,22; 0,18 и 0,15 мм, что при костыльном скреплении несущест­венно. Такое уменьшение температурных деформации рельса от погонного сопротивления можно не учитывать. Более существенно­го уменьшения деформаций рельса можно добиться при раздель­ном скреплении, суммарное погонное сопротивление которого пре­вышает 30 кгс/см.

В процессе преодоления погонного сопротивления наряду с пе­ремещениями изменяется напряженное состояние рельсов. Как указывалось выше, эпюра температурных сил в рельсах от по­гонного сопротивления имеет форму равнобедренного треугольни­ка. Наибольшие температурные силы при этом образуются посередине рельса.

Температурные силы в 25-метровых рельсах, образующиеся от погонного сопротивления, незначительны, и даже для нового ко­стыльного скрепления не превышают 3750 кгс. Для преодоления погонного сопротивления на всей длине 25-метрового рельса в за­висимости от типа требуется перепад температур от 0,6 до 2,0°С, который в практических расчетах можно не учитывать. Сказанное справедливо для прямого хода температуры, т. е. когда после укладки рельсов температура повышается или понижается. При обратном ходе температуры преодолевается двойное погонное со­противление, поэтому температурные силы от погонного сопро­тивления и перепады температур на их преодоление увеличивают­ся вдвое.

Для того, чтобы исключить торцовое давление и обеспечить раскрытие стыкового зазора в пределах конструктивного, необходимо погонное сопротив­ление порядка 50-70 кгс/м. Такое погонное сопротивление не­возможно получить не только при костыльном, но даже при раз­дельном скреплении.

3.2.3 Влияние стыкового сопротивления

В действующей Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути записано, что «для нормальной работы и увеличения срока службы болтов и шайб необходимо гайки сты­ковых болтов затягивать усилием, соответствующим крутящему моменту при рельсах типа Р65-60, Р50-48 и Р43-38 кгс/м. При соблюдении указанных  рекомендаций   можно   обеспечить стыковое сопротивление до 30000 кгс. Однако по данным ЦНИИ МПС, МИИТа и НИИЖТа величина стыкового сопротивления в действующем пути в основном составляет от 7000кгс до 10000 кгс, дости­гая в отдельных случаях 15000 кгс. Это говорит о резервах, которые необходимо использовать для облегчения работы 25-метроьых рельсов.

Установим влияние стыкового сопротивления на уменьшение температурных деформаций 25-метровых рельсов и определим возможность обеспечения за счет сопротивлений нормальной рабо­ты рельсов такой длины. При колебаниях температуры стыковое сопротивление до определенного значения температурных сил (ве­личины стыкового сопротивления) аналогично жесткой заделке ис­ключает изменение длины лежащего в пути рельса. При этом каж­дые 1000 кгс стыкового сопротивления уменьшают температурные деформации 25-метровых рельсов на 0,32 мм. Для указанных зна­чений фактического стыкового сопротивления порядка 10000 кгс это уменьшение составит всего лишь 3,2 мм, что является недостаточ­ным, даже в районах, где годовая амплитуда колебания темпера­туры рельса менее 100°С. Для того, чтобы повсеместно избежать торцевого давления и работы болтов на срез, потребуется обеспе­чить стыковое сопротивление до 60000 кгс.