Температурная работа бесстыкового пути

ТЕМПЕРАТУРНАЯ РАБОТА БЕССТЫКОВОГО ПУТИ 

  ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 

    Бесстыковой путь устраивают, как правило, при  усиленном капитальном и капитальном ремонтах пути по типовой технологии с временной укладкой инвентарных рельсов длиной 25 м, в последующем заменяемых рельсовыми плетями. В кривых радиусом менее 500 м, а при необходимости и в других случаях, могут укладываться инвентарные рельсы длиной 12,5 м.

    Допускается укладка бесстыкового пути и без  предварительного проведения указанных ремонтов на участках, где состояние верхнего строения соответствует требованиям ТУ.

    Разница температур закрепления соседних коротких плетей, составляющих длинную плеть, не должна превышать 5°С, а суммарная разность по всей длине плети - 10 °С.

    Разница между температурами закрепления правой и левой рельсовых нитей не должна превышать 10°С во избежание эксцентриситета продольных сил в путевой решетке, снижающего запас ее устойчивости против выброса. Во всех случаях фактические температуры закрепления должны находиться в пределах ±5 °С от оптимальной температуры.

    При выполнении путевых работ, связанных  с изменением устойчивости всей рельсошпальной решетки (подъемка пути, рихтовка, машинная очистка щебня и др.), температурой закрепления бесстыкового пути следует  считать среднюю из температур закрепления правой и левой нитей.

    Если  же работы выполняют по одной рельсовой  нити (восстановление целостности плети, смена подкладок, прокладок и  т.д., то при определении возможности  производства работ в расчет принимают  температуру закрепления плети, на которой производятся работы.

    Если  плети бесстыкового пути необходимо уложить при температурах выше или ниже оптимальных, то следует принимать меры для введения плетей в необходимый температурно-напряженный режим в соответствии с утвержденными технологическими процессами.

    Не  рекомендуется укладывать рельсовые  плети при температурах ниже минус 15 °С в прямых участках и в кривых радиусом более 800 м, при температурах ниже минус 10 °С - в кривых радиусом 501-800 м и при температурах ниже минус 5 °С - в кривых радиусом 500 м и менее.

    На  эксплуатируемых участках укладки  бесстыкового пути до 2000 г. плети, кроме  свариваемых длиной до блок-участка  или перегона, закрепляются, как  правило, в верхней половине расчетного интервала в соответствии с приложением.

    Температуру рельсов определяют по головке специальным  термометром. Точность измерений температуры - ± 1°С, пределы измерений - от - 40 °С до + 60 °С. Фактические температуры закрепления каждой рельсовой

плети должны быть зафиксированы в журнале  учета службы и температурного режима рельсовых плетей и на шейке рельса, а длинных плетей - в паспорте-карте и на шейке рельса.В течение двух-трех месяцев после укладки желательно произвести шлифовку уложенных рельсовых плетей. 
 
 

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЛЬСОВ 

    Изменение температуры рельса происходит в  условиях сложного теплообмена.

    Летом, находясь под действием солнечных  лучей, рельсы получают тепловую энергию, тратя ее часть на обратное излучение  и теплоотдачу в окружающую среду. Когда рельс нагревается (тепла подводится больше, чем отводится), значения температуры в разных его точках, изменяясь во времени, все больше возрастают.

    При достижении равновесия (теплового) между  количеством подводимого и отдаваемого тепла температура рельсов перестает повышаться, хотя локальные значения температуры различных участков как по длине рельса, так и по его поперечному сечению могут довольно существенно различаться. Наблюдаемая разница в температуре по поперечному сечению рельса (головка, шейка, подошва) достигает 10°С. Затем температура рельса понижается, а его температурное поле выравнивается.

    Температура рельса зависит от многих факторов: температуры воздуха, типа рельса и состояния его поверхностей, а также ориентирования рельса относительно сторон света, плана и профиля пути; поперечного профиля земляного полотна (насыпь, выемка, нулевое место), интенсивности солнечной радиации и прозрачности атмосферы, скорости и направления ветра, качества и отражательной способности балласта и ряда других причин.

    При одной и той же температуре воздуха и различных сочетаниях других перечисленных факторов температура рельса летом на одном и том же перегоне может быть разной условий может достигать 10-М 5°С и даже более.

    Температура рельсов летом в дневные часы, как правило, выше температуры воздуха. Разница температур рельса и воздуха является величиной переменной и с повышением максимальной температуры воздуха несколько уменьшается.

    Разница температур рельса и воздуха летом достигает 16—18 °С в северных регионах и 24—26 °С — в средних и южных районах страны. За расчетную разницу температур между ними летом в настоящее время принимают 20 °С т.е. 
 

    t_р = t_в + 20°С;      (1) 
 

    где t_р—температура рельса;

          t_в—температура воздуха. 

    Зимой температура рельсов меньше отличается от температуры воздуха. Наблюдения показали, что в зоне экстремальных зимних температур воздуха (-30 °С и ниже) их температура может быть на 3—5 °С выше по сравнению с воздухом. Из-за выхолаживания при сильном ветре температура может быть и ниже температуры воздуха. Однако обычно зимой температура рельсов и воздуха совпадает t_р = t_в.

    При изготовлении и укладке рельсовых  плетей, производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту бесстыкового пути измеряют фактическую температуру рельсов. В настоящее время таковой принято считать температуру головки рельса. При подобных измерениях применяют различные технические средства: приборы для непосредственного измерения в пути на месте производства работ; стационарные приборы для измерения на постах метеорологических станций и дистанций пути; стационарные или переносные приборы для измерения на рельсо-сварочных предприятиях в процессе изготовления плетей. Впервые температура рельсовой плети измеряется на рельсосварочном предприятии, где определяется та, при которой изготовлена плеть.

    В проекте укладки бесстыкового пути каждой паре рельсовых плетей присваивается порядковый номер, под которым в дальнейшем она будет значиться в заявке на сварку и других учетных документах, но об этом речь еще впереди.

В начале и конце каждой плети на внутренней стороне шейки рельса (со стороны  оси пути) белой масляной краской  указывается номер рельсосварочного предприятия, номер плети по сварочной  ведомости, ее длина в метрах с точностью до второго знака после запятой при температуре рельсов +20 °С. При иной температуре рельсовая плеть, очевидно, будет иметь другую длину. Изменение dL длины рельсовой плети в этом случае может быть определено по формуле 

dL = 0,0000118L(20 - t),    (2) 

где L — длина рельсовой плети при температуре +20 °С (указана на 

              внутренней           стороне шейки рельса);

      tI — температура рельсовой плети в момент измерения. 
 
 

Рисунок 1 - Распределение продольных температурных  напряжений по длине рельса:

L — общая длина рельса; х — длина подвижной части рельса; (L - 2х) — неподвижная

часть рельса; R — стыковое сопротивление; 

    При постоянном по длине рельса погонном сопротивлении R на длине рельса х возникает погонное сопротивление/те, которое равномерно изменяется до нуля в конце рельса.

    В сечениях А и Б возникнут напряжения D_t = рх!F. В промежутке между этими сечениями рельс не испытывает деформаций и работает как рельс, жестко закрепленный по концам. Длина активного концевого участка х может быть найдена из выражения 

                        х = аЕFdt/р.                                   (3)   

    Анализ  этой формулы показывает, что длина  «активной» части рельса х прямо пропорциональна величине приращения температуры dt и обратно пропорциональна величине погонного сопротивления. Величина последнего зависит от типа, конструкции и состояния промежуточных скреплений, силы прижатия рельса к шпале, рода, состояния и степени уплотнения балластного слоя и ряда других причин. В предельном случае        

                                    х = 0,5L.                                      (4) 

    Наибольшее  изменение температуры, при котором  полностью преодолеваются погонные сопротивления и продольные деформации распространяются по всей длине рельса, равно 

                    max t_пог = 0,5Lр/аЕF.                         (5)