РОЗДІЛ 2
ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ РЕЙКОВИХ СКРІПЛЕНЬ ДЛЯ СУЧАСНИХ УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЗАЛІЗНИЦЬ УКРАЇНИ.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЙКОВИХ СКРІПЛЕНЬ НА ЛАБОРАТОРНИХ СТЕНДАХ
2.1 Аналіз основних характеристик сучасних рейкових скріплень на залізобетонних шпалах і обґрунтування раціональних параметрів пружності для вітчизняних скріплень
В сучасних умовах експлуатації для безстикової колії на залізобетонних шпалах використовуються різноманітні типи конструкцій безпідкладкових і підкладкових пружних рейкових скріплень. На закордонних залізницях для колії на залізобетонних шпалах переважно використовують безпідкладкові пружні скріплення анкерного типу, або скріплення з шурупно-дюбельним закріпленням. [6,8,12-16]. Шурупно-дюбельні безпідкладкові скріплення фірми "Фоссло" з клемою SKL 14 (рис. 2.5) надійно закріпилися в Німеччині і в ряді країн Західної Європи. Скріплення "Пендрол" (рис. 2.6) фірми "Пендрол" (Великобританія) з замурованими в бетонну шпалу анкерами використовуються як на західноєвропейських залізницях так і у багатьох інших країнах світу. Не так давно з'явились нові скріплення "Пендрол Фасткліп" (рис. 2.7),
попередньо змонтована змонтована
(рис. 2.7) цієї ж фірми, які значно відрізняються від звичайних скріплень "Пендрол" і призначені для менш жорстких умов експлуатації. В меншому обсязі використовуються скріплення з пружинною клемою з круглого прутка типу СБ-3 (Польща) (рис. 2.8) і АРС (Росія) а також з прутковою клемою з прямокутного профілю типу "Сафелок" (Канада) і DE (Голландія). В 2001 році в Росії укладено декілька сот кілометрів колії з безпідкладковим скріпленням ЖБР-65 (рис. 2.3) з закладним болтом, яке в подальшому передбачено модифікувати на шурупно-дюбельне.
Пружні скріплення підкладкового типу на закордонних залізницях використовуються як правило при дерев'яних шпалах чи на плитній бетонній безбаластній основі. Використання підкладок на дерев'яних шпалах дозволяє суттєво знизити рівень напружень, які передаються на поверхню шпали. Використання підкладочних скріплень для колії на плитній безбаластній основі дозволяє суттєво знижувати рівень вимушених коливань колії за рахунок еластичності монтажу вузла рейка - скріплення - опора, що забезпечується за допомогою пружніх пружинних прикріплювачів та пружніх прокладок між підошвами рейки, підкладки та плити. До найбільш розповсюджених пружних скріплень підкладочного типу відносяться скріплення все тих же ведучих закордонних фірм "Фоссло" з клемою SKL 12 та "Пендрол" (різних модифікацій).
На вітчизняних залізницях підкладочні скріплення використовуються як на дерев'яних так і на залізобетонних шпалах, у зв'язку з тим, що вітчизняні залізниці мають значно більш важкі експлуатаційні умови в порівнянні з західноєвропейськими.
Раніше також було прийнято відносити до пружних скріплень які широко використовуємі на вітчизняних залізницях підкладкові скріплення типу КБ з жорсткою клемою та 2-х витковою пружинною шайбою (рис. 2.1), однак сучасні дослідження показали, що за своїми характеристиками це скріплення не може відноситися до пружних. До нових пружних скріплень, виготовлених в СНГ, може бути віднесене російське скріплення БПУ-65 з пружинною пластинчастою клемою, що проходить дослідні експлуатаційні випробовування з середини 90-х років до теперішнього часу, а також нове російське підкладкове скріплення, що виконане по типу КБ, але з пружинною прутковою клемою ОП 105.
Впровадження нових конструкцій пружного типу на українських залізницях почалось в кінці 1990-х років з укладання скріплень типу СБ-3 польської конструкції. В той же час з'явилась вітчизняна модифікація цього скріплення типу КПП-1.
Потім, починаючи з 1999-2001 р.р. на українських залізницях були розроблені і впроваджені в дослідну експлуатацію нові типи вітчизняних скріплень типів КПП-5, КПП-5.2 і КПП-7.
Приблизні технічні вимоги до рейкових скріплень були сформульовані досить давно [11,12,14,15], тобто до появи скріплень сучасного типу. Тому в теперішній час їх необхідно конкретизувати і суттєво доповнити на основі аналізу створених за останній час і використовуємих за кордоном нових конструкцій скріплень, а також з урахуванням особливостей вимог, що пред'являються до вітчизняних залізниць, умови експлуатації на яких є значно більш важкими, ніж на західноєвропейських залізницях. Послідовно розглянемо основні вимоги до рейкових скріплень з пружними елементами , що застосовують на залізобетонних шпалах.
2.1.1. Аналіз основних вимог до рейкових пружних скріплень на залізобетонних шпалах
1. Стабільне притиснення рейки до шпали. На рейку в процесі експлуатації діють динамічні навантаження від коліс рухомого складу у вертикальному та поперечному напрямку, а також поздовжні зусилля від зміни довжини рейки при добовому коливанні температури. При недостатньому притисненні рейки до шпали пружинними клемами скріплення можливий угон рейкових плітей і порушення стійкості рейкової колії.
В світовій практиці прийнято проектувати пружні скріплення з такими параметрами жорсткості, щоб вони забезпечували необхідне та достатнє зусилля притиснення рейки до опори та при цьому перешкоджали повздовжньому проковзуванню рейки по опорі при дії сил угону чи температурних сил. У відомій роботі [16] рекомендовано мати для рейкових скріплень з пружинними клемами мінімально допустиме зусилля притиснення рейки однією клемою F=10 кН. Сучасні закордонні пружні скріплення мають номінальне зусилля притиснення рейки однією клемою до шпали в межах F=11-14 кН, відповідно: скріплення КБ з пружинною 2-витковою шайбою та жорсткою клемою має номінальне зусилля притиснення рейки до опори 2-ма клемами 2F=17-24 кН; скріплення ЖБР-65 2F=25 кН; скріплення Пендрол 2F=22-28 кН; скріплення Фоссло 2F=26 кН.
Але слід знати, що стабільне зусилля притисненя рейки до п