Восстановление изношенных элементов рабочих органов путевых (1220280), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Наличие в пробе более 6 % частиц длиной более 100 мм не допускается.
Что касается формы частиц балласта, то она должна быть неправильной с острыми краями.
Доля частиц с соотношением l/d (длина/толщина) более 3:1 должна составлять 5 – 30 % общей массы. Проверке подвергаются группы гравия грануляций от 31,5/50 до 16/31,5.Щебень, предназначенный для балластировки верхнего строения пути, должен быть чистым, без посторонних включений (органических, мергелистых или глинистых). Доля в очищенном от загрязнений щебне фракций размером менее 0,063 мм не должна превышать 1 % общей массы. Чтобы обеспечить наивысшую степень чистоты от примесей, необходимо промывать щебень на заводе.
Балластная призма:
Чистое, упругое и однородное щебеночное основание верхнего строения пути является важным условием бесперебойного функционирования системы колесо — рельс. Щебеночное основание оказывает большое влияние на срок службы и геометрию пути, а значит, на эффективность текущего содержания верхнего строения пути.
Балластная призма должна выполнять следующие задачи:
• максимально равномерно распределять давление, передаваемое от колес на шпалы и нижнее строение пути;
• обеспечивать упругость пути с целью минимизации динамических нагрузок;
• гарантировать фиксированное и устойчивое положение шпал, т. е. высокую степень сопротивления их продольному и поперечному сдвигу;
• иметь хорошую водо и воздухопроницаемость с целью обеспечения продолжительного срока службы шпал и сохранения несущей способности нижнего строения пути.
Данные задачи выполняются в случае правильного выбора толщины и поперечного сечения призмы, качества щебня и степени его уплотнения.
Для обеспечения наиболее благоприятных условий передачи эксплуатационных нагрузок нижнему строению пути необходимо стремиться к наибольшей толщине балластного слоя.
Толщина балластного слоя должна быть такой, чтобы линии распределения давления соседних шпал пересекалась над повехностью защитного слоя земляного полотна, в противном случае зоны нижнего строения пути, заключенные между шпалами, будут подвергаться слишком высоким нагрузкам (рис. 3).Толщина балластного слоя зависит от расстояния между шпалами, ширины шпал и угла распределения давления.
Нагруженный балластный слой в основном состоит из гранул исходной формы, т. е. той, которую они имели при поставке щебня и последующей отсыпке, частично из более мелких зерен, разделяющих основные частицы, и совсем мелких. Согласно принятой здесь терминологии, первые основные частицы называются скелетообразующими, вторые — дистанцирующими и третьи — заполняющими.Новый балластный слой состоит почти полностью из основных, или скелетообразующих, частиц. В результате воздействия эксплуатационных нагрузок на грани этих частиц передаются значительные усилия. Катящееся по рельсу колесо, находясь на некотором расстоянии перед шпалой, вызывает ее небольшой подъем, сменяющийся при перекатывании колеса резким опусканием в щебень. Это обусловливает образование многочисленных сколов щебня в местах контакта.
Дистанцирующие фракции, образованные в результате этих сколов, повышают сопротивление шпал сдвигу. Но с течением времени доля таких частиц возрастает, дополнительно образуются мелкие заполняющие фракции, которые в результате множественных циклов нагружения обволакивают основные скелетообразующие частицы щебня. Вследствие этого внутренний угол трения материала становится меньше, снижается сопротивление сдвигу, а значит, и несущая способность балласта. Заполняющие фракции, состоящие из суглинков и глины, могут также проникать в балластную призму из защитного слоя земляного полотна.
Нагрузка на балласт:
В процессе эксплуатации балластный слой подвергается квазистатическим и динамическим нагрузкам. Прежде всего — это вертикальные силы, создающие давление и напряжение в балластной призме, воспринимающей их. В связи с этим несущая система пути должна быть рассчитана таким образом, чтобы не могли возникнуть недопустимые упругие и пластические деформации. При этом следует обратить внимание на следующее: в связи с неравномерностью нагружения шпал в балластной постели неравномерное уплотнение щебня и нижнего строения пути, а также неравномерность распределения нагрузок в области контакта колесо — рельс обусловливают большой разброс значений нагружений и деформации верхнего строения пути. В зависимости от технического состояния пути, подвижного состава, а также скорости последнего разброс значений указанных параметров может находиться в диапазоне 10 – 30 %.
Вертикальные силы:
Балластная призма и нижнее строение пути воспринимают вертикальные нагрузки следующих видов:
• колесная нагрузка;
• удары, действующие вертикально вниз;
• силы, действующие вертикально вверх.
Нагрузки от колес для существующего подвижного состава в основном известны (например, для локомотива до 125 кН). Но в процессе качения нагрузки от колеса на рельс значительно изменяются. Эти изменения зависят от скорости, состояния пути и рессорного подвешивания экипажа. Удары, действующие вертикально вниз, возникают в местах стыковых зазоров, а также под действием колес с дефектом некруглости.
Поскольку рельсы являются опорой для многих упругих элементов, действие вертикальных сил вызывает реакции, направленные вверх. Данные реакции воздействуют на рельсовые скрепления.
Степень деформации зависит от нагрузки колеса на рельс, жесткости рельсов и шпал, расстояния между шпалами, упругости балластного слоя и нижнего строения пути.
Под влиянием эксплуатационной нагрузки на краях отдельных частиц щебня возникают высокие силы давления, отчасти направленные под углом к поверхности контакта и нередко приводящие к откалыванию. Напряжения изгиба, появляющиеся прежде всего у плоских частиц щебня, приводят к изломам и, следовательно, к изменению гранулометрического состава. При этом место максимального нагружения находится на глубине, соответствующей половине ширины шпалы.
Давление на щебень под шпалой:
Величину давления на щебень непосредственно под шпалой можно определить с помощью известного метода расчета Циммермана. Согласно его теории опорные площадки с подкладками обычных поперечно расположенных шпал преобразуются в равновеликие продольные шпалы.
Анализ результатов расчета показывает, что при низком коэффициенте балластного основания:
• увеличен прогибу, в результате чего нагрузка на рельс увеличена;
• понижены значения давления на балласт р и реакции опоры S. При высоком коэффициенте балластного основания:
• повышены значения давления на балласт р и реакции опоры S, т. е. нагрузка на балласт увеличена;
• нижнее строение пути недостаточно упругое.
Высоким нагрузкам на щебень могут противодействовать установка упругих прокладок между рельсом и шпалой, нанесение упругих покрытий на подошву шпалы, укладка подбалластных матов.
Качество пути:
В результате поездных нагрузок и других воздействий на железнодорожный путь с течением времени происходит загрязнение балластного слоя и его неравномерное оседание. Степень загрязнения характеризует качество пути и определяет сроки проведения работ по текущему содержанию и ремонту, прежде всего исправлению положения пути с помощью механической подбивки шпал и при необходимости — по очистке балластного слоя.
Под качеством пути понимается состояние его конструкции. Для объективной оценки берут среднее отклонение от положения пути в плане в пределах определенной длины участка.
Кривые изменения качества пути показывают, что после определенной нагрузки достигается предел качества, при котором требуется принятие мер по подбивке пути. Достижение этого предела характеризуется тем, что путь больше не обеспечивает необходимой плавности хода подвижного состава.
С возобновлением эксплуатационных нагрузок отклонение в положении пути увеличивается, что отображается экспоненциальной кривой. Ухудшение происходит из-за откалывания материала на ребрах граней и перемещения частиц щебеночного балласта. Быстрое увеличение отклонения в положении пути в начальный период возобновившейся эксплуатации (от 0,5 млн. до 2 млн. т) приводит к значительному снижению качества пути. Далее качество пути ухудшается почти по линейному закону.
Степень возрастания отклонений в положении пути зависит большей частью от его начального качества. Чем оно выше, тем продолжительнее период между началом эксплуатации и моментом, когда достигается предел качества. Высокое начальное качество бывает в том случае, если конструкция пути отвечает последним техническим достижениям и для укладки пути и его текущего содержания применяются оптимальные технологии.
Осадка балласта под действием эксплуатационных нагрузок:
На качество пути влияет прежде всего осадка балластного слоя. Как уже отмечалось, в результате воздействия вертикальных нагрузок от качения подвижного состава, особенно в начальный период эксплуатации пути, происходят значительные перемещения частиц щебня и их обкалывание, приводящие к относительно большой осадке балласта. Поскольку щебень при подбивке укладывается более компактно, то воспринимаемые частицей щебня нагрузки распределяются между несколькими точками касания, благодаря чему осадка становится меньше.
Характер осадки зависит преимущественно от величины давления на балласт, которое, в свою очередь, зависит от жесткости рельсошпальной решетки и уровня динамической нагрузки от колеса. В общем случае осадка щебеночного балласта зависит от следующих факторов:
• эксплуатационной нагрузки;
• качества верхнего строения пути;
• загрязнения балластного слоя.
Эти факторы определяют также характеристику качества пути.
Влияние эксплуатационной нагрузки определяется следующим:
• наработкой (млн. т/год);
• нагрузкой на ось (высокая осевая нагрузка является главной причиной сильной осадки, так как интервалы между подбивками сокращаются примерно на 30 % при увеличении осевой нагрузки на 10 %);
• скоростью движения (повышение скорости движения обусловливает рост динамической нагрузки от колес, в результате чего увеличивается давление на балластный слой).Качество верхнего строения пути зависит от:
• конструкции — типа рельсов, материала шпал (деревянные или бетонные), рельсовых скреплений;
• балластного материала;
• толщины балластного слоя;
• типа земляного полотна;
• наличия защитного слоя земляного полотна.
Фактор загрязнения балласта означает, что по мере увеличения загрязнения ускоряется процесс осадки. Отклонения положения пути в плане и профиле увеличиваются, и это требует подбивки шпал через более короткие интервалы времени.
Уровень начальной осадки можно уменьшить посредством применения целенаправленной, контролируемой осадки, осуществляемой с помощью динамического стабилизатора пути (DGS). Благодаря его использованию непосредственно после подбивки шпал частицы щебеночного балласта смещаются без повреждения граней и создают таким образом однородный балластный слой. Тем не менее последующие осадки от воздействия эксплуатационных нагрузок достаточно значительны. Это объясняется случайным характером распределения частиц щебня под шпалами (под разными шпалами сумма площадей соприкосновения частиц щебня с подошвой различна).
В связи с неравномерностью осадки в продольном направлении возникают волны пути длиной от 3 до 25 м. В поперечном направлении относительно оси пути осадка в зоне укладки шпал также неравномерна, что приводит к возвышению одного рельса над другим и, следовательно, к дефектам пути в профиле. Как только такие дефекты достигают заданного предела, требуется проведение подбивочных работ.
Подбивка шпал:
При машинной подбивке частицы щебеночного балласта уплотняют под шпалами в горизонтальном направлении. В результате этого фиксируется исправленное положение пути по своей высоте. Смещение щебня предотвращается прежде всего силами трения. Горизонтально направленная сила действия при подбивке шпал вызывает взаимные смещения частиц щебня.
Поскольку при каждой подбивке путь поднимается (выправка положения пути в профиле), под шпалами образуется пустое пространство. Благодаря применению асинхронного принципа подбивки шпал с постоянным давлением шпалоподбивочных агрегатов компании Plasser & Theurer, движущихся по прямой линии с частотой подбивки 35 Гц, все пустоты под шпалами заполняются, и щебень под ними уплотняется. В ходе процесса подбивки происходит лишь перемещение частиц щебня при незначительном скалывании, степень которого зависит от качества материала, из которого изготовлен щебень.
Исследование процесса образования мелких фракций при подбивке шпал (без учета воздействия эксплуатационных нагрузок) не дает исчерпывающих результатов, поскольку после каждой подбивки и последующей эксплуатационной нагрузки изменяется структура балласта.
При подбивке под каждой шпалой образуется от 1,8 до 3,9 кг частиц мелких фракций. Балластный слой отсыпается из расчета 1050 кг щебня на одну шпалу. Под действием эксплуатационных нагрузок возникает гораздо больше сколов. Максимальная доля мелких фракций находится в зоне балластного слоя, в которой происходит распределение давления, передаваемого от шпалы на балласт.
Распределение давления под шпалами и загрязнение балласта мелкими фракциями:
В зоне заглубления пики шпалоподбойки создается самое высокое уплотнение балласта. От торцов шпалы к оси пути плотность его уменьшается. В то же время можно видеть, что уплотнение увеличивается сверху вниз в соответствии с распределением давления от поездной нагрузки.
В новом балласте доля допустимых мелких фракций составляет, как правило, 3 – 5 % общей массы. Увеличение их доли приводит к ухудшению качества балласта.
Содержащаяся в старогодном балласте доля мелких фракций определяет эксплуатационный показатель щебня и рассматривается как загрязнение, если ее процентное содержание больше допустимого уровня, определяемого техническими условиями поставки. Мелкой считается фракция, которая проходит через квадратное отверстие сита размером 22,4 мм. Если доля мелких фракций больше нормы, то ухудшается водопроницаемость балласта, в результате чего тенденция к дальнейшему загрязнению возрастает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
