03 августа 2020 21:26

Скупой платит дважды

Уменьшить боковой износ колёс и рельсов поможет переменная ширина колеи

Ежегодное увеличение объёмов просроченного капитального ремонта пути на сети дорог приводит к тому, что объективно обеспечить безопасность движения поездов не всегда представляется возможным. Какой же выход из этой ситуации?
На мой взгляд, многие проблемы можно было бы «закрыть» при использовании в конструкции рельсошпальной решётки бесподкладочного рельсового скрепления АРС. Но против этого решения выдвигают аргументы, главный из которых – цена.

Шпала со скреплением АРС в комплекте стоит 2999 руб. без НДС и без доставки к месту укладки, а шпала ЖБР-Ш3Д – 2327 руб. (в ценах 2014 года). Как видим, последняя дешевле. Тем более что, когда дело доходит до укладки, стоимость арсовской шпалы подскакивает уже до 4332 руб. И первая реакция специалистов какая? Ваша продукция дороже, поэтому мы будем использовать шпалы других производителей. Позвольте, а берёте ли вы в расчёт эксплуатационные расходы? Тот самый жизненный цикл, о котором так много говорится в последнее время? Ведь шпала АРС рассчитана на 50 лет эксплуатации. А на деле служить она будет как минимум 75 лет. Я это утверждаю как специалист в области железобетонных конструкций и как мостовик. Но для этого нужно сделать так, чтобы она не разрушалась во время эксплуатации. Ведь в мостовых конструкциях железобетон служит более 100 лет. Возьмите, к примеру, железобетонный переход тоннельного типа под путями на станции Новосибирск-Главный, возведённый ещё в 1913 году, – до сих пор эксплуатируется без всяких проблем. Все вопросы решены на века, включая гидроизоляцию. А шпала современная на базе скрепления КБ больше 15 лет не прослужит, особенно на участках с интенсивным движением.

Необходимо понять, что любая конструкция зависит от заданных условий работы. У нас сегодня в основном двухточечное крепление шпал с рельсами (с обеих сторон рельса) либо с помощью болтов, либо других элементов. Давайте посмотрим, как работает конструкция пути в этих условиях.

Мы в своё время, не подумав, ушли от старых типов скреплений, взяв за основу германские образцы, и в результате постепенно довели колею до ширины 1520 мм вместо 1524 мм, которая была до этого. И фактически зажали колею в жёстких рамках (особенно в кривых). Стало быть, и путь необходимо привести в соответствие с этими условиями. А это достаточно сложно сделать. Поезд не может плавно вписаться в кривую, потому что колёса в колёсных парах жёстко связаны друг с другом и имеют одинаковую угловую скорость. В связи с этим при движении в кривых возникает паразитное проскальзывание в контакте «колесо – рельс». При вписывании колёсной пары в кривую имеет место значительное силовое воздействие гребня колеса на головку рельса. В результате рельс начинает работать в условиях значительного силового воздействия (по нормативным документам – семь тонн на метр, а это достаточно серьёзная сила). Но рельсы крепятся в двух точках – соответственно возникает пара сил, которая действует попеременно, за счёт чего появляется эффект качелей. К тому же нужно учитывать депланацию рельса, которая провоцирует выдёргивающий эффект. Поэтому на деревянных шпалах костыли могут выдёргиваться, а путейцы их потом проходят и забивают. Но всё это работает до поры до времени, поскольку идёт достаточно интенсивный износ всех систем.

Теперь рассмотрим ситуацию с железобетоном. Я уже 50 лет занимаюсь им и должен сказать, что это материал довольно сложный, анизотропный, по-разному сопротивляющийся растяжению-сжатию. И к нему подойти с налёта нельзя. Каждый материал сопротивляется по-разному. И в любом из них присутствует такое явление, как пластическое разрыхление и начальные дефекты. Есть ещё такое понятие, как приспосабливаемость материалов к параметрам нагрузки. Когда материал приспособился к среде и начинает работать в одном постоянном режиме, достигается состояние равновесия. Но, если материал вывести из этого состояния, он будет работать совершенно по-другому. И вся система может пойти вразнос, что в конечном итоге может привести к полному её расстройству. Положим, если в железобетонной шпале сделать два отверстия, с одной и с другой стороны, целостность шпалы как материала в этом случае будет нарушена, причём серьёзно. Эти отверстия имеют высокую концентрацию напряжений на краях. Вдобавок ко всему мы в это отверстие ещё и вставляем болт и закручиваем его с определённым усилием. В результате все эти напряжения входят в новое состояние с ещё одним свойством материала – двухосной ползучестью, а также виброползучестью. Этим свойством обладают все материалы, начиная от титана и заканчивая сталью. В том числе и бетон. По этой причине нужно по нескольку раз в год подтягивать гайки и шурупы в скреплении. А для этого последние должны быть как следует смазаны. Но в силу ползучести материалов бетон через 15–16 лет потеряет свою прочность в местах стыков. В результате чего болт просто-напросто может вырвать. Примерно столько же служит и деревянная шпала. А за счёт наложения действия дополнительных сил от колёсных пар эффект ползучести бетона ещё более усиливается. В результате он начинает попросту «расползаться» по разным направлениям, что может в конечном итоге привести к разрушению шпалы. В связи с этим я и утверждаю, что двухточечное закрепление шпал ни к чему хорошему не приводит. В то же время усложнять конструкцию нельзя – в этой системе всё должно быть предельно просто.

В анкерном скреплении АРС две точки, находящиеся с разных сторон рельса, объединены в одну систему, где боковые силы со стороны колёс принимает на себя анкер как более жёсткий элемент и компенсирует их. Такая шпала гарантированно прослужит не менее 50 лет. В результате мы и пришли к конструкционному решению, в котором полностью избавились от резьбовых элементов – от болтов и шурупов! Их заменили монорегуляторы. Установленные в соответствии с проектным положением, они удерживают рельс с постоянным по всей длине плети усилием. Прокладка по своей долговечности доведена сегодня заводами-изготовителями до пропуска 1000 млн тонн брутто. По изолятору тоже неплохие результаты: 400 млн тонн брутто пропущенного груза. И в ближайшее время планируется довести технические возможности изоляторов до пропуска 700 млн тонн брутто. Больше ничего в конструкции АРС не изнашивается, поэтому эксплуатационные затраты для этих устройств предельно низкие, так как шпала вместе с анкером остаётся без замены.

Смею утверждать, что лучше этого скрепления пока ещё ничего не придумали. Процесс его внедрения начался ещё в 2001 году. По этим шпалам на некоторых участках уже пропущен 1,2 млрд тонн грузов. И ни одна шпала не потребовала замены.

Но самое главное заключается в том, что с помощью этих скреплений мы достигли возможности обеспечения переменной ширины колеи. Для чего это нужно? Прежде всего для уменьшения бокового износа колёс и рельсов, особенно в кривых малого радиуса. Именно поэтому на деревянных шпалах за счёт природной эластичности древесины была переменная ширина колеи, благодаря чему вписывание тележки в колею проходило более или менее безболезненно. И с помощью этой переменной ширины удалось достигнуть снижения бокового износа рельсов.

Можно с уверенностью сказать, что система скрепления АРС относится к импортозамещающим системам. Сегодня эксплуатационные затраты на путь, где использованы скрепления АРС, в несколько раз ниже затрат на другие типы скреплений. Да и само по себе скрепление это малообслуживаемое. А это значит, что, к примеру, в северных труднодоступных районах не нужно держать специальные бригады для обслуживания АРС. На сети сегодня уже уложено более 14 тыс. км путевой решётки с таким скреплением шпал. При этом имеются единичные случаи выхода его элементов из строя – менее одного процента. Так что всё говорит в пользу этих устройств.

Посмотрите, что творится на сортировочных станциях – насколько интенсивный там износ элементов верхнего строения пути! Горочный комплекс в Орехово-Зуеве считается одним из лучших по состоянию пути, потому что там выправку производили совсем недавно. А остальные, мягко говоря, оставляют желать лучшего. А почему бы там не уложить решётку со скреплением АРС, которое имеет возможность регулирования по высоте? Это улучшило бы эксплуатационные характеристики, снизились бы и расходы на корректировку и выправку пути. Но мы здесь чувствуем ощутимое сопротивление материала, но на этот раз – человеческого. А ведь задачи у нас у всех одни – максимальное снижение эксплуатационных затрат на железнодорожном транспорте и обеспечение безопасности движения.

Валерий Круглов,
д.т.н., заслуженный деятель науки РФ,
директор НИИ транспорта
и транспортного строительства МИИТа




Оставить комментарий
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
  1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31