The author analyzes rail imperfections, proposes its classification, and describes the results of researches and comparative studies on deformations caused by contact wearing at different track sections operated under variable conditions. The article contains recommendations based on revealed situation.Анализ рельсовых дефектов, их  классификация. Исследования  и сравнения причин контактно- усталостных деформаций на участках  пути разного типа и в разных  эксплуатационных условиях. Выводы и рекомендации с учетом выявленных  критических оценок

E. A. Kremnev

Е. А. Кремнев

World of Transport and Transportation Journal (E-Journal - Moscow State University of Railway Engineering, MIIT) / Мир транспорта

•МИР ТРАНСПОРТА 02’12Рельс – это дорогостоящий и дефи‑цитный элемент железнодорожно‑го пути, от которого напрямую за‑висит надежность, безопасность и эконо‑мичность любых видов перевозок. Поэто‑му выявление причин образования дефек‑тов в рельсах никогда не снимался с по‑вестки дня.Ресурс рельса призван наращиваться, и пропущенный тоннаж до изъятия из пу‑ти ныне по принятым критериям должен составлять свыше 1 млрд тонн брутто/км. По статистике на сети железных дорог РФ количество изломов и дефектов рельсов идёт к снижению, но продолжает еще оста‑ваться высоким.Среди общего числа дефектов рельсов по ОАО «РЖД» (ведомость Ф.ПО‑4) наи‑большее их количество приходится на го‑ловки рельсов, на конец 2010 года – 70715. Первое место  занимает  дефект по  коду 17–трещина, отслоение и выкрашивание металла по поверхности катания головки рельса, в  том числе и в рельсовой плети. На втором месте дефект по коду 10–тре‑щины по поверхности катания  головки рельсов. На  третьем – поперечные уста‑лостные трещины в головке рельсов код 21. Далее идет дефект по коду 11–трещины, Кремнев Евгений Алексеевич – аспирант Мо-сковского государственного университета путей сообщения (Нижегородский филиал).Евгений КРЕМНЕВevgeny A. kReMneVАнализ рельсовых дефектов, их классификация. Исследования и сравнения причин контактно-усталостных деформаций на участках пути разного типа и в разных эксплуатационных условиях. Выводы и рекомендации с учетом выявленных критических оценок.Ключевые слова: железная дорога, колесо-рельс, контактно-усталостный дефект, причины износа, повышение ресурса износоустойчивости.УДК 625.143.3;625.032.4 НАУКА И ТЕХНИКАПричины контактно-усталостных дефектов63•МИР ТРАНСПОРТА 02’12отслоения и выкрашивания металла по бо‑ковой рабочей выкружке головки рельса. По Горьковской железной дороге  (ГЖД) на первом месте, если судить по количеству рельсов,  снятых с  главных путей, дефект 10. Причинами этих фактов, согласно нор‑мативно‑технической документации по де‑фектам рельсов  (НТД/ЦП‑93), являются неметаллические включения, волосовины, плёны, закаты, что чаще всего связано с на‑рушениями  технологии  изготовления рельсовой стали [1].Дефекты 10 и 11 возникают при про‑пущенном  тоннаже порядка  (100 млн  т брутто/км), примеры приведены на рис. 1, 2. Причем заметно, что дефекты в головке рельсов часто наблюдаются  сразу после проведения капитального ремонта пути или его реконструкции. То есть естествен‑ным образом, рождается вопрос, не слу‑жат ли причинами большей части дефек‑тов некачественные рельсы, поставляе‑мый железнодорожникам путевой мате‑риал? Какие  вообще  здесь  существуют зависимости?По  данным металлографических  ис‑следований, проведённых на металлурги‑ческих  предприятиях,  рельсовая  сталь в местах изломов соответствует стандарту. [2]. Но это не значит, что тем самым вопрос закрыт. Проблема контактно‑усталостных дефектов на поверхности катания и боко‑вой выкружке рельсов существует и за ру‑бежом. Решается она не только с позиции совершенствования прочностных характе‑ристик рельсовой стали. Например, в Ан‑глии  одной  из  причин  возникновения контактно‑усталостных дефектов головки рельса  считаются  высокие напряжения, связанные с рассогласованием профилей колеса и рельса [3]. И скорее всего именно отсутствие уверенности в оценках экспер‑тов  оставляет  проблему  нерешенной. По  сути,  сегодня нет  единых воззрений на  природу  возникновения  контактно‑усталостных дефектов в рельсах.Количество  дефектов  по  кодам 10 и 11 не нарастает в зависимости от про‑пущенного тоннажа, а даже снижается – показано на рис. 1, 2. Следовательно, су‑ществуют другие причины отказов, в том числе связанные и с отклонениями пара‑метров рельсовой колеи.Принято полагать, что взаимодействие системы колесо‑рельс имеет случайный ха‑рактер, но местоположение дефекта всегда ориентировано на вполне конкретные харак‑теристики пути. По данным лент путеизме‑рителя,  рельсошпалобалластным картам и  дефектным  ведомостям  службы пути можно констатировать, что достаточно боль‑шая доля дефектов головки рельса, например по коду 10, возникает не только в кривых, но и прямых участках пути с отличной балль‑Рис. 1. Количество снятых дефектных рельсов по коду 10 с разбивкой по тоннажу на ГЖД в 2007 году.Рис. 2. Количество снятых дефектных рельсов по коду 11 с разбивкой по тоннажу на ГЖД в 2007 году.85645326501338810641185020406080100120140Количество дефектных рельсов, шт.Пропущенный тоннаж млн.т брутто/км64•МИР ТРАНСПОРТА 02’12ностью, примеры таких участков оцифрова‑ны и приведены на рис. 3. Характеристики пути сведены в таблицу № 1.Путь представлен рельсовыми плетями на железобетонных шпалах, щебеночном балласте, рельсы Р65, пропущенный тоннаж составляет 465 тонн брутто. По обозначен‑ным километрам, пикету и звену, на кото‑рых были выявлены дефекты по коду 10, можно определить местоположение дефек‑та с указанием размеров отклонений, уточ‑нением нитей. По существующей норма‑тивно‑технической документации основ‑ные геометрические параметры пути это: ширина колеи  1520  (+8–4 мм),  уровень рельсовых нитей, рихтовки двух нитей (углы в плане), просадки, подуклонка рельса 1/20 (1/12–1/60). На рис. 3 представлены изме‑рения ширины колеи и рихтовки пути, эти параметры характеризуют качество кон‑струкции рельсошпальной решетки.Известно,  что  движение  экипажа на прямом участке пути описывается сину‑соидой по формуле Клингеля. В пределах оговоренных  условий любое нарушение таких геометрических параметров рельсо‑вой колеи, как шаблон и подуклонка, при‑водит к нарушению плавности хода, про‑исходит виляние экипажа, что ведёт к уве‑личению рамных сил.При анализе фрагментов путеизмери‑тельных лент видно, что дефекты по коду 10 произошли  в местах  заужения колеи 1513,5–1514,5 мм и  резких  отклонений в плане «потенциально опасных мест». Вме‑сте с  тем при расчётном взаимодействии колеса и  рельса металл  в  средней части рельсовой  головки работает  в  условиях, близких к всестороннему сжатию, и спосо‑бен пропустить значительный тоннаж без пластических деформаций. Но выкрашива‑ния по дефектам 10 и 11 имеют пластические деформации – наклёп, что свидетельствует о многократном  ударном,  нерасчётном взаимодействии колеса и рельса. Наложе‑ние профиля выкрашивания на профиль рельса демонстрирует, что он имеет форму полуэллипса с высотой полуоси  (глубина выкрашивания) от 3,2 до 8 мм. Это говорит о  воздействии поперечной касательной силы на головку рельса, направленной под определённым углом к вертикальной оси рельса.В работе [5] впервые построены кривые усталостного разрушения объемно‑закален‑ных рельсовых плетей по максимальному и минимальному срокам службы рельсов от укладки их в путь до излома (кривые Вел‑лера). Критические напряжения при разру‑шении  рельсовой  плети  изменяются от 1000 до 5000 кгс/см 2 и более, что указывает на большой диапазон пepегрузок плети. По этим кривым графическим методом мож‑но определить, что разрушение по дефектам кода 10 произошли при критических напря‑жениях в диапазоне от 2000 до 4000 кгс/см 2 в прямом участке пути с отличной балльно‑стью. В условиях, указанных в таблице 1, такие высокие напряжения способны возникать только в результате нерасчётного взаимодей‑ствия колеса и рельса.Ударную природу  зарождения имеют разные дефекты головки рельсов – с кода‑ми 10, 11, 17, 21, 30 и другие. Зачастую же они могут возникать в пути только в одном потенциально опасном месте. Сочетание дефектов показано на рис. 4.Вывод, если не делать чрезмерных обоб‑щений, сводится к нескольким локальным рекомендациям. Для того чтобы во много Рис. 3. Оцифрованные фрагменты путеизмерительной ленты участков пути 725 км и 731 км с дефектами по коду 10.65•МИР ТРАНСПОРТА 02’12раз сократить количество дефектов в голов‑ке  рельсовых  плетей  главным  образом по коду 10, 11 на сети дорог необходимо:• улучшить качество рельсошпальной решетки, поставляемой для главных путей, установить  допуски  по ширине  колеи 1520 мм в диапазоне от +0,5 мм до –0,5 мм и подуклонке рельсов 1/20 (1/19–1/21).• пересмотреть существующую класси‑фикацию дефектов НТД/ЦП‑93, по кото‑рой причиной большинства дефектов го‑ловки рельсов является нарушение техно‑логии рельсовой стали, что, судя по многим исследованиям, следует считать заключе‑нием ошибочным.• внедрить систему контроля качества при реконструкции и ремонте пути с целью создания бездефектного пути.ЛИТЕРАТУРА1. Нормативно‑техническая документация дефек‑тов рельсов НТД/ЦП‑93.– М.: Транспорт, 1993 г.2. Иванов П. С., Малов Е. В., Кулёмин В. Н. Уста‑лостное разрушение рельсов бесстыкового пути//Путь и путевое хозяйство.– 1998.–№ 3.3. Grassie S. L. Проблема излома рельсов//Желез‑ные дороги мира.– 2001.– № 1.4. Иванов П. С., Малов Е. В., Кулёмин В. Н. Уста‑лостное разрушение рельсов бесстыкового пути//Путь и путевое хозяйство.– 1998.–№ 2.5. Иванов П. С. Кинетика усталостного разруше‑ния рельсовых плетей железнодорожного пути по де‑фектам в подошве рельса.– Н. Новгород, 2009.Таблица 1Дефекты рельсов по коду 10, возникающие в прямых участках пути, при отличной балльности по оценке ленты путеизмерителя (ГЖД Шахунская дистанция пути ПЧ-8)№ КМучастки путиШирина колеи,мм,диапа-зон на ПКРихт.пр.Кол-во потенциально опасных местна ПКРихт.лев.кол-во потенциально опасных местна ПКДлина дефекта, ммКод 10 Глубина дефекта, ммКод 101 722 1520–1516 3 8 35 4,02 724 1520–1516 6 4 35 3,53 725 1516 В допуске В допуске 40 3,54 725 1516 В допуске В допуске 36 4,105 731 1516 В допуске В допуске 45 3,16 731 1516 В допуске В допуске 35 3,57 732 1516 В допуске В допуске 35 3,58 741 1516 В допуске В допуске 35 4,0CAuses of ContACt WeAR fAuLtsKremnev, Evgeny A. – Ph. D. student of Moscow State University of Railway Engineering (Nizhny Novgorod branch).The author analyzes rail imperfections, proposes its classification, and describes the results of researches and comparative studies on deformations caused by contact wearing at different track sections operated under variable conditions. The article contains recommendations based on revealed situation.Key words: railway, rail-wheel, contact wear imperfection, causes of wearing, increased wear resistance.Координаты автора (contact information): Кремнев Е. А. – Rewyil207@yandex.ru.Рис. 4. Наложение дефектов по кодам 10, 11, 17, 21, 30, 44.•

ПРИЧИНЫ КОНТАКТНО-УСТАЛОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ

https://mirtr.elpub.ru/jour/article/download/625/974

ПРИЧИНЫ КОНТАКТНО-УСТАЛОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

World of Transport and Transportation Journal (E-Journal - Moscow State University of Railway Engineering, MIIT) / Мир транспорта