Влияние дендритной неоднородности металла и поперечного сечения рельса на его долговечность

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Влияние дендритной неоднородности металла и поперечного сечения рельса на его долговечность

05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

Григорьева Людмила Алексеевна

Ростов-на-Дону

2002

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации» (РГУПС)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор НОВАКОВИЧ В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор ФИЛИППОВ В.М.

кандидат технических наук, доцент АБДУРАШИТОВ А.Ю.

Ведущая организация - Московский государственный университет путей сообщения

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования обусловлена современными тенденциями развития путевого хозяйства железных дорог РФ - расширением полигона бесстыкового пути и создания благоприятных условий для устройства, укладки, ремонта и эксплуатации бесстыкового пути со сверхдлинными, до протяженности перегонов, рельсовыми плетями.

Необходимость решения данной проблемы состоит в том, что:

вместе с напряжениями от изгиба под действием катящихся колес, в рельсах бесстыкового пути возникают контактные напряжения; те и другие ведут к появлению контактно-усталостных повреждений рельсов бесстыкового пути;

распространение полигона бесстыкового пути на железобетонных шпалах значительно увеличивает среднюю величину жесткости подрельсового основания. Поэтому важным является определение необходимых служебных характеристик рельсового металла, а также рациональной формы и площади поперечного сечения рельса для бесстыкового пути.

Цель работы

Настоящее исследование имело целью:

определение влияния дендритной неоднородности рельсового металла и жесткости сечения рельса на стойкость к появлению дефектов контактно-усталостного характера;

определение напряженно-деформированного состояния рельсов бесстыкового пути при предлагаемом изменении поперечного сечения рельса.

Основные задачи исследования

исследование механизма образования и развития контактно-усталостных повреждений;

проверка изменения условий устойчивости бесстыкового пути и повреждаемости рельсов контактно-усталостными дефектами при уменьшении жесткости рельса;

обоснование рекомендаций по изменению типа рельса с Р65 до Р58;

проверка влияния дендритной неоднородности рельсового металла в условиях эксплуатации.

Научная новизна

На основании эксперимента определен механизм образования и развития контактно-усталостных повреждений, возникающих из-за разницы свойств элементов полосчатой структуры. Установлена необходимость сохранения в металле остаточного уровня полосчатости, который препятствовал бы распространению поперечных трещин усталости. Разработан оптимальный режим диффузионного отжига.

Предложено обеспечить повышение стойкости рельсов дефектам контактно-усталостного характера за счет снижения жесткости рельса. Установлено, что модуль упругости подрельсового основания при использовании железобетонных шпал приблизительно в 5 раз больше, чем при деревянных шпалах, и, следовательно, рельс подвергается еще большим контактным напряжениям, которые приводят к разрушению головки рельса дефектами 11._1-2, 21._1-2, из чего следует необходимость снижения погонного веса рельса.

Расчетом определено, что при эксплуатации в бесстыковом пути рельсов типа Р58 возрастет устойчивость пути в целом, так как уменьшится необходимое погонное сопротивление поперечному перемещению пути в горизонтальной плоскости.

Есть основание предполагать, что металл рельса меньшего погонного веса будет лучше прорабатываться при прокатке, и иметь большую стойкость против дефектов контактно-усталостного характера.

Практическая ценность работы

разработан способ диффузионного отжига блюмов перед прокаткой на рельс (патент № 2082773) для сохранения остаточного уровня полосчатости;

уменьшение погонного веса рельса на 8 кг/п.м снижает необходимое погонное сопротивление поперечному оси пути перемещению на 17%. При неизменных капитальных затратах на металл, может быть изготовлено на 12% больше рельсов. Рельсы Р58 должны быть не хуже по качеству металла рельсов Р65 в результате лучшей проработки металла при прокатке.

Реализация результатов работы

На основании разработанных технических условий ТУ 14-2-439-81 на комбинате «Азовсталь» и Нижне-Тагильском металлургическом комбинате были изготовлены опытные и контрольные рельсы, которые были уложены для проведения эксплуатационных испытаний на опытных участках Северо-Кавказской железной дороги. В результате эксплуатационных наблюдений установлена значительно меньшая поврежденность опытных рельсов дефектами контактно-усталостного характера.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и одобрены на научно-технических конференциях:

II Международная научно-техническая конференция «Износостойкость машин», Брянск, 1996;

57-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, посвященная Дню науки «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и подготовки специалистов», Ростов-на-Дону, 1998;

Отраслевая научно-техническая конференция, посвященная 70-летию университета «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении», Ростов-на-Дону, 1998

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе патент на изобретение «Способ диффузионного отжига блюма перед прокаткой на рельс».

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 130 страницах основного текста, содержит 34 рисунка, 17 таблиц. В библиографический список литературных источников включено 132 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность рассматриваемой проблемы и дана общая характеристика работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ кратко изложено состояние вопроса по проблеме природы возникновения контактно-усталостных повреждений, и рассмотрены пути повышения стойкости рельсов.

До настоящего времени остро стоит вопрос о решающей роли того или иного фактора на возникновение и развитие контактно-усталостных разрушений, и нет общепризнанного комплексного подхода к данной проблеме. Анализируя влияние различных факторов на контактную усталость, на основании работ отечественных и зарубежных исследователей, нами был сделан вывод о значительном влиянии структуры рельсового металла.

При рассмотрении типичных видов контактно-усталостных повреждений, возникающих в головке рельсов, были выявлены два разнородных повреждения, классифицируемого номером 11._1-2 по унифицированной классификации дефектов.



Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ на основании металлографических исследований сделан вывод о различии в механизме образования и развития дефектов 11._1-2-А и 11._1-2-Б.

Рис. 2

Макроскопический анализ шлифов, вырезанный в поперечном направлении, показал, что дефект, классифицируемый как 11._1-2-А, на некоторой глубине имеет трещину, расположенную приблизительно параллельно поверхности катания рельса (рис. 2). Установлены два варианта возникновения продольных трещин усталости. Трещина может развиваться от острого входящего угла между наплывом и боковой гранью рельса (рис. 2). А также от внутренних трещин, появляющихся в зоне боковой выкружки рельсов. Образовавшиеся начальные трещины под действием переменных контактных напряжений развиваются в продольном по рельсу направлении. Вследствие трения гребня колеса о поверхность рельса, в зоне контакта может происходить образование наплыва на внутреннюю грань головки в зоне продольной трещины (рис. 2). Последующая фаза развития продольной трещины и пятна над ней заключаются в образовании трещин в зоне пятна и выкрашивании металла над продольной трещиной (рис. 1 а, стадии А3, А4).

Рис. 3

дендритная неоднородность рельсовый металл

Второй вид контактных повреждений, классифицируемый как 11._1-2-Б представляет собой выкрашивания (рис. 3), возникающие с поверхности катания рельсов при отсутствии видимых концентраторов напряжений. Вначале на поверхности катания рельса появляется сетка мелких трещин, связанных с интенсивной пластической деформацией. Подавляющая часть трещин имеет продольно-наклонное направление и является результатом образования тонких лепестков, отслаивающихся от головки рельса (рис. 1, стадия Б1). Возникшие мелкие трещины, являются концентраторами напряжений и могут служить начальными очагами, от которых развиваются трещины усталости, распространяющиеся наклонно к поверхности катания, в зоне боковой выкружки головки рельса.

Проведенные исследования поперечного профиля рельсов позволяют предполагать, что появление на рельсах контактных повреждений 11._1-2-А или -Б зависит при прочих равных условиях от состояния контакта колеса с рельсом. Если граница касания гребня колеса с рельсом находится в верхней части выкружки рельса, то возникают преимущественно темные пятна 11._1-2-А. При понижении границы касания гребня колеса с рельсом увеличивается общая площадь контакта, что приводит к возрастанию бокового износа рельса, увеличению количества выкрашиваний 11._1-2-Б и уменьшению поврежденности темными пятнами 11._1-2-А.

Было установлено, что главным фактором, определяющим возникновение и развитие контактно-усталостных повреждений, является наклеп, а в качестве сопутствующего фактора - наличие дефектов микроструктуры.

Рис. 4

Во всех исследованных нами рельсах в зоне зарождения усталостных трещин на продольных шлифах отчетливо наблюдается полосчатая структура (рис. 4), вызванная дендритной ликвацией в слитке. Эпицентр поперечной трещины (начальная трещина) совпадает с направлением полос полосчатой структуры с небольшим наклоном в сторону движения поездов.

Полосчатость структуры является одной из основных причин зарождения усталостных контактных повреждений в деформированных участках головки рельса, поскольку наличие полос сопровождается неоднородностью их свойств и, в первую очередь, разной способностью к пластической деформации.

Данный вывод подтвержден нами также на основании результатов определения микротвердости отдельных структурных составляющих в зоне зарождения контактно-усталостных повреждений, а также на основе микроскопического анализа структуры.

На основании этих исследований был предложен режим диффузионного отжига, выравнивающий неоднородность химического состава структурных составляющих.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ показана методика лабораторных испытаний, и исследован механизм образования контактно-усталостных повреждений на образцах.

Воспроизведение контактных дефектов рельсов были выполнены на лабораторной установке конструкции А.И. Кармазина (рис. 5). Данные испытания позволили расширить диапазон возможных изменений структуры рельсовой стали, и, прежде всего, оценить перспективу влияния дендритной неоднородности на усталостную стойкость образцов.

Для получения корректных результатов при лабораторных испытаниях были выполнены следующие условия:

контактно-усталостные повреждения должны быть воспроизведены в зоне боковой кромки образца предварительно подвергнутой пластической деформации;

образцы должны быть нагружены в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, что имитирует движение колеса в кривой по упорной нитке с вилянием, а также одно- и двухточечный контакт колеса с рельсом;

точки поперечного сечения образца должны воспринимать знакопеременные напряжения изгиба;

повреждения, образующиеся на образцах в результате испытаний, должны быть аналогичны повреждениям на рельсах.

Образцы для испытаний имели форму кольца прямоугольного поперечного сечения с наружным диаметром 80 мм. Одновременно испытывались два образца (рис. 5). Для этой цели они свободно устанавливались на опорах обоймы 4, которая, в свою очередь, крепилась на конусной втулке 7; наружная 6 и внутренняя 5 гайки, установленные с двух сторон от обоймы 4, предохраняли образцы от соскакивания во время работы машины. Конусная втулка 7 с образцами 1, укрепленными на обойме, крепится на шпинделе четырехроликовой испытательной машины. Образец 1 и обойма 4 с восемью опорами имитируют рельсошпальную решетку.

При вращении образцов относительно четырех нажимных роликов в точках их поперечных сечений между опорами обоймы воспроизводятся знакопеременные напряжения изгиба. Нажимные ролики предусмотрены двух типов: с цилиндрическими 3 и коническими 2 поверхностями катания. Диаметр цилиндрического и конического роликов по кругу катания при испытании образцов диаметром 80 мм равен 100 мм. Для создания переменных напряжений в контакте, имитирующем движение колес в кривой с вилянием, а также одно- и двухточечный контакт колеса с рельсом, нажимные ролики, цилиндрический и конический, в нагружающем устройстве машины установлены друг за другом.

Характерно, что поперечные трещины усталости образуются в сечениях между опорами обоймы и не появляются на опорах, несмотря на наличие крупных контактных повреждений, образующихся вблизи опор в местах наибольшей жесткости образцов. Это объясняется тем, что в сечениях образца на опорах появляются только контактные напряжения и не возникают знакопеременные напряжения от его изгиба.

Рассматривалась вероятность увеличения контактно-усталостной стойкости при изменении размера поперечного сечения (жесткости).

При испытании образцов относительно высокой жесткости поперечные трещины не образовывались, а появлялись в большом количестве контактные повреждения 11._1-2 (рис. 6 а). Дефекты 11._1-2-А образовывались только на образцах с наибольшей жесткостью. У образцов пониженной жесткости (при малых размерах поперечного сечения) разрушение в процессе испытания происходило вследствие поперечного излома (рис. 6 б). При этом контактные повреждения вида 11._1-2-А отсутствовали, а повреждения вида 11._1-2-Б образовались в небольшом количестве.

а	б
Рис. 6. Размеры поперечных сечений образцов: 1 группа - 5 х 2,5 мм; 2 группа - 6 х 3,0 мм; 3 группа - 8 х 4,0 мм; 4 группа - 10 х 5,0 мм

Нами проводились испытания образцов пониженной жесткости, уложенных на сплошном жестком основании. В этом случае, при исключении знакопеременных напряжений изгиба, возникли только контактные повреждения. На основании этого можно предположить, что легкие рельсы должны иметь меньший уровень поврежденности контактными дефектами, и будучи уложены на жесткое основание, исключающее их изгиб, не будут подвержены возникновению поперечных трещин усталости.

При определении оптимальных эксплуатационных свойств, выбор размера поперечного сечения рельса (жесткости рельса) должен быть тесно связан с конкретным режимом термической обработки, так как стойкость контактно-усталостным повреждениям зависит при прочих равных условиях, от структуры стали. Предложен режим термообработки образцов из рельсовой стали, состоящий из дополнительного диффузионного отжига, закалки и отпуска на твердость (34-36)HRC.

Влияние диффузионного отжига на стойкость устанавливалось при температуре нагрева заготовок (1150-1180)⁰С длительностью 3, 6, 10 часов. Примерно до такой же температуры нагреваются блюмы при промежуточном их нагреве перед прокаткой. В качестве контрольных предусмотрены образцы, не подвергавшиеся отжигу. Термообработка заготовок (отжиг, нормализация для исключения влияния величины зерна) проводилась одновременно.

Диффузионный отжиг повышает однородность структуры, тем самым, уменьшая концентрацию напряжений на границах элементов полосчатой структуры и, следовательно, склонность стали к зарождению контактно-усталостных дефектов. Однако с увеличением однородности структуры (длительность отжига 6, 10 ч) облегчается пластическая деформация, что ведет к большей повреждаемости образцов, так как облегчается перенаклеп (разупрочнение), возрастает число возможных нарушений сплошности. Поэтому наиболее благоприятной структурой является такая, при которой сохраняется определенная полосчатость, с достаточной сопротивляемостью пластической деформации.

а
б
Рис. 7. Удельная повреждаемость образцов, термообработанных на твердость (34-36)НRC в зависимости от числа циклов нагружения а - по дефектам 11.1-2-Б; б - по дефектам типа 11.1-2-А, 21.1-2

Исследованию подвергались также образцы, подвергнутые обусловленной деформации с двух-, трех- и четырехкратной вытяжкой.

Следует отметить, что с увеличением степени вытяжки образцов до трехкратной возрастает число циклов до образования заданных дефектов. После четырех- и шестикратной дополнительной вытяжки число циклов нагружения до образования заданного числа дефектов на один образец существенно уменьшается.

а	б
Рис. 8. Зависимость среднего числа поперечных трещин (а) и выкрашиваний (б) на один образец от числа циклов нагружений: 1 - в состоянии поставки; 2, 3, 4 - после двух-, трех- и четырехкратной вытяжки

В результате испытаний образцов с исходной микроструктурой и образцов, подвергнутых разной степени вытяжки, оптимальной признана трехкратная дополнительная вытяжка, при которой стойкость контактным повреждениям и поперечным трещинам усталости была наибольшая.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ дана характеристика трех опытных участков СКЖД, а также методика оценки поврежденности рельсов.

На комбинатах «Азовсталь» и Нижне-Тагильском металлургическом комбинате (НТМК) изготовлены три партии рельсов с разной дендритной неоднородностью: первая партия рельсов (шифр А-95) изготовлена из блюмов, подвергнутых дополнительному диффузионному отжигу в методических печах при температуре (1150-1180)⁰С в течение четырех часов обозначается буквой А; вторая партия рельсов, являющихся контрольными, изготовлена из второго ковша той же плавки по принятой на комбинате технологии - К; третья партия «транзитных» рельсов, являющихся также контрольными, изготовлена без нагрева блюмов в методических печах - Т. Рельсы данных партий были подвергнуты термической обработке на Нижне-Тагильском металлургическом комбинате по принятой там технологии и уложены на опытных участках для проведения эксплуатационных испытаний.

Таблица 1

Химический состав рельсовых сталей с разной дендритной неоднородностью

Шифр	№ плавки	Число рельсов в партии	Химический состав рельсовой стали, %
			C	Mn	Si	P	S	Al	Cr	Ni	Cu
А-95	У1655	14	0,77	1,00	0,23	0,022	0,041	0,086	-	-	-
К	1655У	12	0,74	0,92	0,23	0,022	0,039	0,084	-	-	-
Т	М539	10	0,79	0,99	0,30	0,027	0,023	-	0,07	0,06	0,16
Т	539М	3	0,80	0,99	0,35	0,025	0,023	-	0,07	0,06	0,16

Оценка поврежденности рельсов контактными дефектами 11._1-2-А и 11._1-2-Б осуществлялась путем определения количества (или протяженности) этих дефектов в разной стадии развития по отношению к порядковому номеру шпал (начиная от стыка) в зависимости от массы перевезенного груза.

Опытные рельсы оказались более устойчивыми к контактным повреждениям 11._1-2-Б в сравнении с контрольными и «транзитными» рельсами. Установлена более высокая стойкость опытных рельсов к контактным повреждениям в виде темных пятен 11._1-2-А по сравнению с контрольными. На контрольном рельсе в процессе эксплуатации появилась поперечная трещина 21._1-2.

Опытные рельсы (А) являются наиболее дорогими, но наиболее устойчивыми к возникновению контактно-усталостных повреждений. Такие рельсы, после проведения дополнительного диффузионного отжига при температуре 1150-1180⁰С с выдержкой в течение 4 часов, целесообразно укладывать только на упорную нитку в кривых с радиусами от 400 до 800 м.

Таблица 2

Поврежденность контактными дефектами рельсов с разной дендритной неоднородностью (А, К, Т) в зависимости от массы перевезенного груза, уложенных в кривой радиуса 603 м на первом опытном участке Ростовской дистанции пути СКЖД

Дата освидетельст-вования	Масса перевезенного груза, млн. т брутто	Поврежденность групп рельсов контактными дефектами 11.1-2-Б, м/25м
		А	К	Т
Весна 1985 г	54,7	-	-	-
Осень 1985 г	84,3	0,08	0,49	0,42
Весна 1986 г	105,0	0,30	1,73	0,27
Осень 1986 г	121,2	0,75	1,56	1,41
Весна 1987 г	136,5	1,70	2,46	3,87
Осень 1987 г	151,4	0,65	1,98	1,49
Весна 1988 г	165,4	0,33	2,64	1,56
Осень 1988 г	178,9	0,04	0,20	0,11
Весна 1989 г	192,3	0,008	0,04	0,06
Осень 1989 г	209,9	0,004	0,07	0,05
Весна 1990 г	223,5	0,06	0,59	0,32
Лето 1991 г	254,0	0,012	0,016	0,022
Лето 1992 г	276,8	0,030	0,20	0,08
Лето 1993 г	296,8	0,015	0,05	0,038
Лето 1994 г	314,3	0,457	0,36	0
Лето 1995 г	331,3	0,087	2,869	0,191
Отношение наибольшей поврежденности сравниваемых рельсов к наибольшей поврежденности опытных рельсов (А)	1,00	1,69	2,28

Аналогичные результаты были получены при эксплуатационных испытаниях рельсов, уложенных на втором и третьем опытных участках Шахтинской дистанции пути СКЖД.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приводится обоснование технической целесообразности предлагаемого рельса Р58.

На основании проведенных исследований влияния жесткости образцов на интенсивность образования дефектов контактно-усталостного характера, был сделан вывод о возможности выбора такой жесткости, которая в сочетании с направленным изменением структуры металла, увеличивала бы стойкость рельсов.

На основании результатов исследований нами даны рекомендации по уменьшению площади поперечного сечения рельса. Так как модуль упругости подрельсового основания при использовании железобетонных шпал приблизительно в 5 раз больше, чем при деревянных шпалах, то, следовательно, можно считать, что бесстыковой путь уложен на более жестком основании. Поэтому рельс типа Р65 подвергается большим контактным напряжениям, приводящим к возникновению в головке рельса дефектов 11._1-2, 21._1-2.

Расчет на устойчивость бесстыкового пути с рельсами типа Р58 показал снижение необходимого погонного сопротивления поперечному перемещению пути в горизонтальной плоскости (улучшение условий устойчивости против выброса).

Экспериментальные исследования образцов, подвергнутых обусловленной деформации показали их большую стойкость контактно-усталостным повреждениям по сравнению с недеформированными образцами. Это объясняется тем, что в обжатых образцах происходит закатывание внутренних несплошностей металла (пор, пустот, микротрещин). А последующая термическая обработка еще более упрочняет металл за счет выравнивания его состава. Оптимальной признана трехкратная дополнительная вытяжка, при которой стойкость контактным повреждениям и поперечным трещинам усталости наибольшая.

Обосновано, что металл рельса меньшего погонного веса будет лучше прорабатываться при прокатке, и иметь большую стойкость против дефектов контактно-усталостного характера. В связи с изложенным следует рекомендовать более высокую величину обжатия головки рельса, оптимальное значение которого может быть принято после эксплуатационных испытаний рельсов.

Возможность применения более легких рельсов, кроме улучшения условий устойчивости бесстыкового пути, в последнее время подтверждается также следующими изменениями в условиях эксплуатации железнодорожного пути:

Повсеместно растет протяженность бесстыкового пути, который при капитальном ремонте укладывается только на железобетонных шпалах.

При ремонтах с увеличением толщины щебеночного балласта практически снята проблема ограничения вертикального давления на основную площадку земляного полотна;

Улучшение качества щебня и применение глубокой его очистки, а также улучшение состояния балластной призмы позволяют существенно повысить несущую способность балласта, что приводит к снижению интенсивности накопления остаточных деформаций в балласте под шпалой;

Прочность рельсов имеет весьма большой запас и при типе Р65 значительно превышает потребность при любой реальной скорости движения поездов с современным и перспективным подвижным составом.

Возможность безопасной эксплуатации рельса Р58 была проверена расчетом напряженно-деформированного состояния. Увеличение давления на балласт при рельсах Р58 до 10% по сравнению с Р65 можно считать для грузонапряженности до 40 млн.т.бр/км в год вполне допустимым, при учете стабильно улучшающегося состояния балластной призмы на сети отечественных железных дорог.

Расчет показал, что требуемое погонное сопротивление в горизонтальной плоскости q на 17 % меньше, чем при рельсах типа Р65. Это самое существенное преимущество рельса типа Р58.



Рис. 9. Зависимость необходимого погонного сопротивления поперечному перемещению пути в горизонтальной плоскости

Таблица 3

Основные геометрические параметры стандартных рельсов и предлагаемого рельса Р58

№ п/п	Показатель	Р65 по ГОСТ 8161-75	Р58 предлагаемый	Р50 по ГОСТ 7174-75
1.	Масса 1 м рельса, кг	64,72	58,6	51,67
2.	Масса одного рельса длиной 25 м, кг	1618	1465	1292
3.	Высота рельса, мм в том числе: высота головки шейки подошвы	45,0 105,0 30,0	43 92 25	42,0 83,0 27,0
4.	Ширина головки, мм вверху внизу	73,0 75,0	73 75	70,2 72,0
5.	Ширина подошвы, мм	150	150	132
6.	Толщина шейки в средней части, мм	18	16	16
7.	Площадь поперечного сечения, см2	82,65	74,65	65,99
8.	Распределение площади по профилю, % головки шейки подошвы	34,1 28,5 37,4	29 16 30	38,1 24,5 37,4
9.	Расстояние от центра тяжести, мм до низа подошвы до верха головки	81,3 98,7	73,3 86,7	70,5 71,5
10.	Момент инерции относительно осей, см4 горизонтальной вертикальной	3540 564	2538,85 525,17	2018 375
11.	Момент сопротивления, см3 по низу подошвы по верху головки по боковой грани подошвы	435 358 75	346,4 292,8 70	285 247 55

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. При изучении природы возникновения контактно-усталостных повреждений 11._1-2 и поперечных трещин 21._1-2 на рельсах установлено, что образование этих дефектов возможно от любых концентраторов напряжений: неметаллических включений (окисных и сульфидных), пор, пустот.

2. Усталостные повреждения рельсов в виде начальных продольных трещин возникают от многократного нагружения рельса колесами подвижного состава и могут явиться эпицентрами контактно-усталостных повреждений 11._1-2-А и 21._1-2.

3. Лабораторные исследования рельсовой стали на предмет стойкости контактным повреждениям 11._1-2 и поперечным трещинам усталости 21._1-2 подтвердили отрицательное влияние полосчатости, вызванное дендритной ликвацией в слитке. Однако полосчатое строение рельсовой стали препятствовало развитию поперечных трещин усталости и пластической деформации. Рекомендуется сохранение остаточного уровня полосчатости, достигаемого диффузионным отжигом оптимально выбранного режима.

4. Рельсы, после проведения дополнительного диффузионного отжига при температуре 1150-1180⁰С с выдержкой в течение 4 часов, целесообразно укладывать на упорную нитку в кривых с радиусами до 800 м, так как они являются наиболее стойкими к контактно-усталостным повреждениям.

5. Проблема увеличения устойчивости бесстыкового пути рассматривалась с точки зрения влияния жесткости поперечного сечения рельса. Предложен рельс типа Р58 с шириной подошвы 150 мм одинаковой с рельсом Р65 (для сохранения взаимозаменяемости по промежуточному скреплению). Расчет показал, что приведенный момент инерции рельсошпальной решетки в горизонтальной плоскости J_р-ш для рельса Р58 получился всего на 6 % меньше, чем у Р65 (но на 28 % больше, чем у Р50). Таким образом, требуемое погонное сопротивление на 17 % меньше, чем при рельсах типа Р65. Это самое существенное преимущество рельса типа Р58. Уменьшение зазора при разрыве рельсовой нити также немаловажно.

6. Увеличение давления на балласт при рельсах Р58 до 10 % по сравнению с Р65 можно считать для грузонапряженности до 40 млн.т.бр/км в год вполне допустимым, если учесть существенное и стабильно улучшающееся состояние балластной призмы на сети отечественных железных дорог. Проблема ограничения вертикального давления на основную площадку земляного полотна также отпала за счет многолетнего увеличения толщины щебня при ремонтных работах, применения глубокой его очистки, и улучшения качества применяемого щебня. Поэтому уменьшение мощности рельсов не повлечет за собой ухудшения работы пути.

7. Прочность самих рельсов имеет весьма большой запас и при типе Р65 значительно превышает ее потребность при любой реальной скорости движения поездов. Выпуск более легких рельсов позволит существенно улучшить качество рельсового металла. К тому же Министерство путей сообщения, закупая рельсы у металлургических комбинатов, получит на 12 % больше рельсов при равных капитальных вложениях.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Кармазин А.И., Кибальченко В.И., Аносов Н.В., Кармазина Л.А. и др. Эксплуатационная стойкость рельсов с различными вариантами дендритной неоднородности и раскисления. Межвузовский сборник научных трудов. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1991. С. 38-43.

Кармазин А.И., Нахимович И.А., Григорьева Л.А. Пути повышения долговечности цельнокатаных колес грузовых вагонов. Межвузовский сборник научных трудов. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1995. С. 25-38.

Кармазин А.И., Нахимович И.А., Григорьева Л.А. Пути повышения долговечности рельсов и колес подвижного состава. Межвузовский сборник научных трудов. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1995. С 5-9.

Кармазин А.И., Нахимович И.А., Григорьева Л.А. Машина для испытаний на знакопеременный изгиб и переменные контактные напряжения. II Международная научно-техническая конференция. Ч. 3. Брянск: 1996. С. 3.

Кармазин А.И., Нахимович И.А., Григорьева Л.А. Влияние центровки колесных пар в тележках грузовых вагонов и формы рельсов в кривых на повреждение колес и рельсов как пар трения. Межвузовский сборник научных трудов. Ч. 1. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1997. С. 16-22.

Кармазин А.И., Кармазина Л.А. Способ диффузионного отжига блюмов перед прокаткой на рельс. Патент № 2082773 с приоритетом от 26 мая 1993 г. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 27.06.97. Бюл. № 18.

Кармазин А.И., Григорьева Л.А. Повышение в условиях эксплуатации долговечности колес и рельсов как пар трения. 57-я научно-техническая конференция. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1998. С. 169-170.

Григорьева Л.А. Влияние дендритной неоднородности на повреждаемость рельсов контактными дефектами. Отраслевая научно-техническая конференция. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1998. С. 250.

Кармазин А.И., Григорьева Л.А. Исследование стойкости рельсов. «Железнодорожный транспорт», № 10. 1999. С. 32-35.

Кармазин А.И., Кармазин П.А., Григорьева Л.А. Одновременное повышение долговечности рельсов и колес грузовых вагонов как пар трения в условиях эксплуатации. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет, 2001.

Григорьева Л.А. О проблеме увеличения устойчивости бесстыкового пути. Сборник научных трудов. Технические науки. Вып. 5, Минеральные Воды: РГУПС. С. 25-26.

Новакович В.И., Григорьева Л.А. Рельсы для бесстыкового пути. «Путь и путевое хозяйство», № 9. 2001. С. 12-13.

Кармазин А.И., Григорьева Л.А. Повышение долговечности колес грузовых вагонов и рельсов. Межвузовский сборник научных трудов «Проблемы повышения надежности подвижного состава», Ростов-на-Дону: РГУПС. 2001. С. 41-44.

Размещено на Allbest.ru

...