гу научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии рамн

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
(МИИТ)
ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ
СТЫКОВ СВАРНЫХ РЕЛЬСОВ
ШЕЙКИН ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ
Научный руководитель:
профессор КРУГЛОВ В.М.
МОСКВА, РОССИЯ
2014
Актуальность проблемы
На пути развития крупных городов в условиях
растущих пассажиропотока и автотранспортного парка
неизбежно возникает проблема совершенствования
городской транспортной системы.
Общепризнанным
направлением
решения
данной проблемы является развитие городского
рельсового транспорта.
Стратегическая цель:
Поиск баланса между надежностью инфраструктуры путевого хозяйства
и стоимостью строительства и эксплуатации трамвайных путей
Стоимость
одного стыка
Технологические
возможности
эксплуатирующей
организации
Надежность
стыка
Задачи исследования:
1. Определение теоретических и фактических
значений прочности переходных стыков, сваренных
методом электродуговой сварки;
2. Сравнительный анализ прочностных характеристик
переходных стыков со стыками однотипных рельсов;
3. Выявление проблем надежности переходных стыков;
4. Разработка универсальной методики оценки
надежности
переходных
стыков,
сваренных
различными способами.
Особенности сварных стыков в
трамвайных путях:
Многолетний опыт эксплуатации трамвайных
путей показал, что одним из наиболее проблемных
мест являются сварные рельсовые стыки и в
особенности стыки рельсов различных типов
(переходные
стыки).
В
отличие
от
железнодорожного транспорта, где в основном
применяются контактный и алюминотермитный
способы сварки рельсов, в трамвайных путях по
объективным причинам наиболее распространены
стыки, сваренные методом электродуговой сварки.
Рисунок 1. Основные этапы процесса испытания натурного
образца на статический трехточечный изгиб.
А) Подготовка натурного
образца к испытаниям
Б) Установка рельса на
опорах
В) Рельс после разрушения
Рисунок 2. Диаграммы процесса изгиба натурных образцов
под испытательной нагрузкой с растяжением подошвы
рельсов.
А) «Нагрузка-прогиб» при
изгибе стыка рельсов Р65
Б) «Нагрузка-прогиб» при
изгибе стыка рельсов Т62
В) «Нагрузка-прогиб» при
изгибе переходного стыка
Рисунок 3. Геометрия переходного стыка на примере
испытанного образца: до разрушения (слева) и после
разрушения (справа)
Рисунок 4. Сечения элементов переходного стыка Р65/Т62.
А) Сечение рельса Р65
Б) Сечение рельса Т62
В) Сечение места разрушения по сварному стыку
Таблица 1. Сравнение геометрических характеристик
сечений рельсов разных типов.
тип рельса
Р65
Т62
Р65/Т62
3540
3547
3313
расстояние от оси до верха
97,5
82,0
сечения (мм)
расстояние от оси до низа
82,5
98,0
сечения (мм)
момент сопротивления (см3)
по верху головки рельса
358
435
по низу подошвы рельса
435
360
85,2
параметр
момент инерции
(относительно
горизонтальной
центральной оси, см4)
94,8
350
389
Таблица 2. Минимальные значения разрушающей
нагрузки для рельсов разных типов.
На основании вышеприведенных данных следует, что
надежность переходного стыка в эксплуатации не должна
быть заметно ниже надежности стыков однотипных рельсов.
Вывод 1:
Проведенный нами анализ показал, что
полученные в ходе испытаний рельсов
различных типов значения разрушающей
нагрузки соответствовали предъявляемым
требованиям.
Статические испытания образцов не
выявили
«тревожных
симптомов»
возможного понижения эксплуатационной
надежности стыков.
Рисунок 5. Пример сквозной трещины в сварном стыке
рельсов в трамвайных путях.
Рисунок 6. Модель метода конечных элементов
переходного стыка рельсов Р65 и Т62.
Рисунок 7. Нормальные напряжения в продольном
направлении в головке рельса Т62 на участке,
примыкающем к сварному стыку, [ МПа].
Длина участка – 55 мм.
Таблица 3. Нормальные напряжения в продольном
направлении в характерных точках сечения рельса
Т62, находящегося на границе со сварным стыком,
МПа.
№ точки
1
2
3
Напряжение в
точке
Оценка среднего напряжения
в окрестности точки
Отношение напряжения в точке
к оценке среднего напряжения в
ее окрестности
-25
-15,95
1,57
-9,3
-4,42
2,11
-12
-8,30
1,45
Вывод 2:
Таким образом, расчетом получены
повышенные коэффициенты концентрации
напряжений в отдельных зонах сварного
стыка, что подтверждает наличие условий
для образования и наличия усталостных
трещин. Для наиболее полной оценки
надежности
переходных
стыков
в
трамвайных путях необходимо дополнить
испытания
стыков
на
прочность
испытаниями на выносливость.
Перспективы дальнейших исследований.
 1. Получение фактических нагружений
переходных рельсовых стыков от
воздействия рельсового транспорта.
 2. Проведение лабораторных испытаний
переходных стыков на выносливость.
 3. Разработка мероприятий по снижению
как остаточных напряжений, так и
«сглаживанию» полей концентрированных
напряжений.
Благодарю за внимание!