Публикации и статьи

Комплексная оценка состояния пути.

Бельтюков В.П. Доцент ПГУПС
Марков А.А.Директор НТК СНК
ОАО «Радиоавионика»

Статья опубликована в сборнике научных трудов ОАО "Радиоавионика" "Радиоэлектронные комплексы многоцелевого назначения", Санкт-Петербург, 2006

На сети дорог ОАО "РЖД" уже несколько лет успешно эксплуатируются средства ультразвуковой дефектоскопии рельсов со сплошной регистрацией и с последующей расшифровкой сигналов контроля. Эксплуатация и опыт расшифровки сигналов ультразвуковой и магнитной дефектоскопии показывают, что наиболее опасными для движения поездов, как по состоянию геометрии пути, так и по интенсивности развития внутренних дефектов в рельсах являются одни и те же участки. Это, безусловно, вызвано тем, что эти участки пропустили больший тоннаж по сравнению с остальным полигоном железных дорог. Следовательно, на этих участках надо обращать повышенное внимание на сигналы, указывающие на возможное появление внутренних трещин.

Почему именно на этих участках?

Во-первых, потому что на них общее плохое состояние пути, большее количество усталостных дефектов, и, следовательно, больше вероятность того, что обнаруженное подозрительное место окажется на самом деле быстро развивающейся трещиной.

Во-вторых, при наличии значительных искажений геометрии пути в рельсах возникают дополнительные знакопеременные напряжения, вызывающие развитие трещин. Причины возникновения дополнительных напряжений – это собственные напряжения рельса вследствие его изгиба на неровности, и дополнительные динамические напряжения, возникающие в рельсе при проходе подвижного состава по неровности на пути.

Таким образом, развитие неисправностей геометрии пути и развитие внутренних дефектов в рельсах – это два взаимосвязанных и взаимно влияющих друг на друга процесса. Это означает на практике, что появление неисправностей в геометрическом положении рельсовых нитей способствует ускорению развития внутренних дефектов рельсов. А плохое состояние рельсов (особенно наличие поверхностных дефектов: износа, смятия, выщербин и т.д.) в свою очередь вызывает дополнительное силовое воздействие на путь и более интенсивное расстройство пути.

Для прогнозирования времени, в течение которого возникает вероятность излома рельсов, необходимы расчеты напряжений, возникающих в исправном пути, напряжений при наличии различных неисправностей колеи; интенсивности развития трещин и вероятных сроков излома рельса по дефекту.

Неисправности рельсовой колеи измеряются и регистрируются вагонами-путеизмерителями. В соответствии с Инструкцией по расшифровке лент путеизмерителей [1] неисправности пути подразделяются на четыре степени – от первой степени (отклонения в пределах норм) до четвёртой (неисправности, угрожающие безопасности движения поездов). Можно предположить, что основными неисправностями колеи, влияющие на развитие дефектов в рельсах, являются короткие неровности в вертикальной плоскости, то есть просадки и перекосы пути.

Наиболее опасными для развития трещин являются касательные и растягивающие нормальные напряжения. Предварительные расчеты показывают, что при наличии просадок пути растягивающие напряжения в головке и подошве рельса увеличиваются примерно в два раза на неисправностях второй степени, и до трёх – четырёх раз при наличии неисправностей четвертой степени. Это вызывает ускорение интенсивности роста трещин в несколько раз, и поэтому места совпадения дефекта в рельсе и геометрической неровности рельсовой нити должны контролироваться особенно тщательно. Требования по мерам, принимаемым при обнаружении такого сочетания дефектов, должны быть установлены более строгими чем на участках без внешнего повреждения рельсов, и эти требования должны быть закреплены как в нормативах текущего содержания пути, так и в нормативах оценки обнаруженных неисправностей.

Для выявления взаимной зависимости между интенсивностью развития неисправностей геометрии рельсовой колеи и дефектов рельсов необходимо проведение эксплуатационных наблюдений и статистической обработки результатов проверки пути путеизмерительными и дефектоскопными средствами за ряд лет по полигону железных дорог.

Проводившиеся ранее подобные исследования и предварительные исследования, проводимые в рамках изучения данной проблемы в настоящее время, показывают связь между частотой возникновения некоторых видов дефектов и наличия неисправностей геометрии пути. Из наиболее часто встречающихся дефектов рельсов это – дефекты по рисунку 53 по классификации НТД/ЦП-1-93 [2] (трещины от болтовых отверстий) и в меньшей степени по рисунку 21 (поперечные трещины головки рельса вследствие недостаточной контактно-усталостной прочности металла).

Для того чтобы определить влияние различных видов неисправностей пути, выявляемых путеизмерителями, на интенсивность развития дефектов рельсов, необходимы дополнительные исследования. Нужны как статистические исследования связи между дефектами рельсов и геометрии пути, так и расчеты скорости развития трещин и вероятности достижения дефектом критических размеров при различных сочетаниях неисправностей. В результате должны быть получены нормативные требования по порядку действий работников путевого хозяйства при обнаружении внутреннего дефекта рельса в зависимости от наличия и размера неисправностей геометрии пути в этом месте. Возможные рекомендуемые действия – это или немедленная замена рельса, или повторный контроль средствами дефектоскопии, установление наблюдения за подозрительным местом, или другие меры безопасности в зависимости от вероятного развития дефекта.