Полигонные испытания стыковых накладок шарнирного типа

Введение. Повреждения рельсов в виде трещин шейки в области стыков и болтовых отверстий преобладают на участках железных дорог с большой грузонапряженностью и суровыми климатическими условиями. Об этом свидетельствует статистика изъятия из эксплуатации остродефектных рельсов по Забайкальской железной дороге. Анализ научных публикаций показал, что с точки зрения повышения надежности преимущество имеет стык с шарнирной конструкцией рельсовых накладок, которая за счет видоизмененного опирания на пазуху рельса снижает напряжения в шейке. Целью работы является подтверждение гипотезы о возможности снижения напряжений в шейке рельса путем использования новой конструкции накладки. Для этого были проведены натурные сравнительные испытания стыка с шарнирной конструкцией и со стандартной клиновидной конструкцией накладки.
Материалы и методы. Для измерения напряженно-деформированного состояния шейки рельса в стыке применен метод тензометрии. Испытания накладок проводились при различных моментах затяжки стыковых болтов. В ходе испытаний сначала регистрировались монтажные напряжения вокруг болтового отверстия, после чего измерялись дополнительные динамические нагрузки, возникающие при прохождении поезда.
Результаты. Полученные результаты показали, что шарнирные накладки снижают монтажные растягивающие напряжения в шейке рельса на 30 % и увеличивают запас усталостной прочности рельсов на 24 % при увеличении момента затяжки стыковых болтов с 600 Нм до 1100 Нм, по сравнению с клиновидной конструкцией. Вертикальные нагрузки мало зависят от затяжки болтов, а напряжения в накладках остаются в безопасных пределах. Мониторинг работы стыка также подтверждает надежность шарнирной конструкции: значения момента затяжки сохраняются на 13 % лучше, при этом дефектов и повреждений накладок и рельсов не было выявлено.
Обсуждение и заключение. Рассмотрены и проанализированы преимущества шарнирной конструкции стыковой накладки. Показано, что она обеспечивает повышенную надежность рельсовых стыков, снижает напряжения в шейке рельса и имеет повышенный запас усталостной прочности. Установлено, что данная конструкция сохраняет более высокую стабильность затяжки болтов в процессе эксплуатации по сравнению с клиновидными накладками. Это позволяет повысить долговечность стыкового соединения, сократить частоту обслуживания и снизить эксплуатационные затраты. Решение особенно эффективно для участков с высокой грузонапряженностью и суровым климатом.

1. Клинов С. И., Кондратьев А. А. Высокопрочные болты // Путь и путевое хозяйство. 1988. № 1. С. 33–35.

2. Виногоров Н. П., Клементьев К. В. Как повысить надежность стыка: возможные варианты // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 5. С. 21–24. EDN: https://elibrary.ru/lkkoci.

3. Шур Е. А. Повреждения рельсов. М.: Интекст, 2012. 192 с. EDN: https://elibrary.ru/qnysej.

4. Шур Е. А., Чурюмова И. А., Бейзеров М. С., Зайцев И. Ф. Влияние качества изготовления болтовых отверстий на надежность железнодорожных рельсов в зоне стыка // Повышение эффек‑ тивности и надежности работы рельсов. Сер. «Труды ВНИИЖТ». М.: Транспорт, 1990. С. 80–89. EDN: https://elibrary.ru/vgavhj.

5. Певзнер В. О., Железнов М. М., Каплин В. Н., Третья‑ ков В. В., Мысливец М. Н., Томиленко А. С. Повышение стабиль‑ ности пути в зоне стыков за счет применения упругих подшпальных прокладок // Вестник Научно-исследовательского института же‑ лезнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2016. Т. 75, № 3. С. 140–146. EDN: https://elibrary.ru/wbkdqr.

6. Лысюк В. С. Управление надежностью бесстыкового пути интенсивными методами // Управление надежностью железно­дорожного пути. М.: Транспорт, 1991. С. 24–41.

7. Малявин Д. А., Клементьев К. В. Проблема роста количе‑ ства мест временного восстановления рельсовых плетей // Путь и путевое хозяйство. 2024. № 8. С. 18–21. EDN: https://elibrary.ru/kxlmls.

8. Maximov J. T., Duncheva G. V. A new approach to enhance‑ ment of fatigue life of rail-end-bolt holes. Engineering Failure Analysis. 2013;29:167–179. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2012.12.001.

9. Mayville R. A., Hilton P. D. Fracture mechanics analysis of a rail- end bolt hole crack. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 1984;1(1): 51–60. https://doi.org/10.1016/0167-8442(84)90020‑X.

10. Крысанов Л. Г., Клокова О. О. Напряжения в рельсах в зоне стыка // Вестник Научно-исследовательского института железно‑ дорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 1986. № 1. С. 50–52.

11. Борц А. И., Рейхарт В. А., Суслов О. Н., Дубинский С. И. Оценка ресурса рельсов с болтовыми отверстиями // Путь и путе‑ вое хозяйство. 2018. № 3. С. 24–32. EDN: https://elibrary.ru/ytisuo.