ДЕФЕКТЫ
РЕЛЬСОВ
деформация,
износ
и
образова-
ние трещин
на
поверхности
ката-
ния
рельсов
влияют
на
ходовые
свойства
и
срок
службы
подвиж-
ного состава, а также на длитель-
ность
эксплуатации
рельсов.
Что
касается контакта качения, то кри-
вая зависимости между силой сцеп-
ления и проскальзыванием полно-
стью отражает динамику скольже-
ния,
включая колебательные про-
цессы при проскальзывании.
Положение, размер и взаимоза-
висимости
зон
контакта дают ин-
формацию
о
силах,
передающих-
ся от колеса к рельсу. Полученный
вектор силы при контакте качения
можно разложить на три составляю-
щие: нормальную силу N. силу про-
дольного сдвига 0.х и силу попереч-
ного сдвига О . Последняя уменьша-
ется с уменьшением радиуса кривой.
Если колесо набегает на рельс,
тогда на поверхность рабочей гра-
ни
воздействует дополнительный
момент,
который
индуцирует ли-
нейное
поле
касательных
напря-
жений
при
кручении.
При
этом
имеет место продольное, попереч-
ное и вращательное проскальзыва-
ние. Возникающие в головке рель-
сов на глубине 3 -4 мм напряжения
сдвига при равномерном движении.
ускорении
и
замедлении
на
пря-
молинейном участке и в кривой в
среднем составляют 200 Н/мм2. Эти
напряжения сдвига, действующие
на глубине, имеют большое значе-
ние для характеристики механизма
разрушения рельса. Относительное
положение вектора силы сцепления
может меняться не только в зави-
симости от нагрузки или кривизны
пути, но и при изменении геомет-
рии колеса и рельса в результате из-
носа. С точки зрения механики раз-
рушения нельзя вести расчеты, за-
меняя многоточечную передачу сил
в
контакте
эквивалентной
силой,
прикладываемой в одной точке.
Напряжения и спектр нагрузок
рельса
На
рельсы
метрополитена
со-
вместно действуют нагрузки, вызы-
вающие механические, температур-
ные и остаточные напряжения. При
этом проблему взаимодействия ко-
леса и рельса лучше подразделить
на две следующие:
•общая
проблема
напряжений,
когда рельс подвергается комплек-
су нагрузок — механических (изгиб
под действием осевых
нагрузок и
обусловленный положением рельса
в пути), температурных (сварочные,
рабочие и др.) и остаточных (охла-
ждение, выправка пути);
•локальная
проблема
напряже-
ний, когда исследуются локальные
нормальные
напряжения,
а
так-
же напряжения сдвига, возникаю-
щие при качении в непосредствен-
ной близости от места контакта. В
частности,
чередование
напряже-
ний сдвига, возникающих
под по-
верхностью на небольшой глубине с
увеличением числа проходов коле-
са, приводит к усталости материала
под поверхностью катания.
Известно, что максимальные рас-
тягивающие напряжения на поверх-
ности катания рельса, возникающие
при изгибе в процессе его укладки
и качении, не появляются одновре-
менно с контактными напряжения-
ми качения. Согласно рис. 3. рельс
претерпевает циклический изгиб ме-
жду каждыми двумя проходами ко-
лес,
т.е.
вдоль
поверхности
ката-
ния
возникают растягивающие на-
пряжения. Остаточные напряжения,
полученные
в
результате
выправ-
ки концов только что выпущенных
прокатным
цехом
рельсов,
могут
достигать непосредственно под по-
верхностью катания величины, рав-
ной
100-200 Н/мм2. Аналогичные
температурные напряжения
возни-
кают в свободно лежащих рельсах, а
также в сварных бесстыковых плетях.
В процессе качения вертикальные
нормальные напряжения во многих
случаях локально превышают предел
текучести, что приводит к образова-
нию пластичных областей в пределах
поверхности катания рельса, причем
после снятия нагрузки остаются зна-
чительные упругие собственные на-
пряжения сжатия.
Общая проблема напряжений
в контакте качения
Отправной
точкой
теоретиче-
ских
расчетов для
контакта
каче-
ния
является
теория
линейно-уп-
ругого балластного основания при
а, Н/мм:
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
Рис. 3. Кривые изменения напряжений, рассчитанных на базе измеренных величин
растяжения при проходе шестивагонного поезда метрополитена на линии из Вены. Рас-
тяжения измерялись на головке и подошве рельса:
с
— напряжения; #
— время
72
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, №6
предыдущая страница 73 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн следующая страница 75 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн Домой Выключить/включить текст