І
прохождении
отдельного
колеса
или колесной пары, которой уком-
плектована одна тележка или две,
следующие друг за другом. Под ко-
лесной
парой
путь
или
соответ-
ственно рельс прогибается, но после
прокатывания колес рельсошпаль-
ная решетка пытается приподнять-
ся в исходное положение. При этом
на
поверхности
катания
рельсов
возникают изгибающие моменты,
эпюра которых содержит два мак-
симума растяжения (Л*тах2) и один,
находящийся между ними, макси-
мум сжатия
(Мтах0)'
причем макси-
мум сжатия в целом выше максиму-
ма растяжения.
Процессы,
происходящие
при
прокатывании одной или двух сле-
дующих друг за другом тележек, не-
сколько сложнее, так как отдельные
прогибы от действия колесных пар
будут накладываться.
В этом слу-
чае получается
комбинированное
распределение максимумов растя-
жения и сжатия. На рис. 3 показа-
на кривая напряжений при прохо-
ждении поезда с 24 осями. Первая
тедежка дает три максимума растя-
жения с восходящими амплитудами
(положительная часть красной кри-
вой), в то время как пары тележек
двух следующих друг за другом ва-
гонов производят не шесть, а толь-
ко пять максимумов растяжения, из
которых самое большое — среднее.
Таким
образом,
две
проходящие
друг за другом тележки дают в ито-
ге более
высокие
растягивающие
напряжения при изгибе по сравне-
нию с отдельной тележкой.
При проходе состава из шести
вагонов
получается
31
максимум.
Через каждые 5 мин над точкой из-
мерения
проходит
один
поезд,
в
течение часа-11, а за 20 ч работы
пройдут 220 поездов, которые со-
здадут 6820 максимумов напряже-
ний растяжения. За год число мак-
симумов составит 2489 300.
С
другой
стороны,
при
прохо-
де одной тележки
образуется два
максимума
сжатия.
Для
шестива-
гонного поезда в сутки получается
440 •
6 = 2640 максимумов сжатия, а
в год - 963 600.
Относительно
правильное
рас-
пределение
напряжений,
показан-
ное на рис. 3, может значительно из-
мениться, если в результате некор-
ректной укладки рельсов составляю-
щие статического растяжения будут
накладываться на динамические со-
ставляющие (например, в Вене при
укладке пути на плитном основании
имели место факты оседания и скру-
чивания отдельных плит). На осно-
ве
кривой
распределения
растяги-
вающих
напряжений,
снятой
при
«идеальном качении» (т.е. на участ-
ке с правильной укладкой рельсов),
можно с помощью соответствующих
инструментальных средств опреде-
лить изменения в положении рель-
са, исходя из снятой реальной кри-
вой напряжений растяжения.
Геометрия поверхности
рельса, шероховатость
и касательные напряжения
В ходе рассмотрения проблемы
усталости
при
качении
колеса
по
рельсу различают физические про-
цессы на микро-, макро- и проме-
жуточном уровнях.
На
макроуровне
используется
классическая
механика
контакта
для гладких поверхностей и выте-
кающие из этого законы трения, а
также решается
проблема
контак-
та качения.
На среднем уровне формулиру-
ются механические уравнения (за-
коны сохранения импульса, момен-
та количества движения и энергии)
и взаимосвязи между силами сцеп-
ления и проскальзываниями на ос-
нове
номинальной
площади
кон-
такта, номинальных напряжений и
температурной характеристики.
На
микроуровне учитываются
микрошероховатости (в диапазоне
длины волн от 1 до 100 мкм) и ре-
альные поверхности
неровностей,
напряжения
и температурные
ха-
рактеристики, а также предельные
условия. Кроме того, определяются
ЕФЕКТЫРЕЛЬСОВ
зависящие от состояния контакти-
рующих
поверхностей
коэффици-
енты трения.
Согласно классической теории
контактирующие при
качении
по-
верхности
в
идеале
принимают-
ся гладкими, и поэтому с помощью
трехмерной зоны контакта можно
получить параболическое распреде-
ление нагрузки с максимумом в се-
редине.
При
исследовании
склон-
ности
к
образованию
трещин
на
поверхности
катания
рельсов
не-
обходимо проблему контакта рас-
сматривать с учетом шероховатости,
так как поверхность катания рель-
са, выпущенного из прокатного це-
ха,
характеризуется
геометрией с
определенным распределением ше-
роховатостей и впадин между ними.
В процессе качения шероховатые
поверхности колеса и рельса оказы-
вают взаимное давление, кроме то-
го, происходит процесс, аналогич-
ный
зубчатому
зацеплению.
При
этом оба контактирующих элемен-
та
подвергаются
упругопластиче-
ской деформации, причем локаль-
ные деформации
могут быть
зна-
чительными.
Высокие локальные
силы
давления,
действующие
на
верхушки неровностей, превышают
предел текучести и при снятии на-
грузки приводят к возникновению
растягивающих остаточных напря-
жений. Поскольку контакт неровно-
стей, сопровождающийся расходом
энергии,
длится
кратковременно,
то удельное энерговыделение ста-
новится достаточно высоким. При
этом локально температура дости-
гает предела аустенитно-мартенсит-
ного превращения, что приводит к
повышению хрупкости материала.
Шероховатость поверхности рель-
са,
таким
образом,
оказывает
ре-
шающее влияние на срок его служ-
бы, ибо возрастает возможность за-
рождения поверхностных трещин.
Величина
и
распределение ше-
роховатостей зависят от глубины
максимальных
локальных
каса-
тельных
напряжений,
которая
на
очень гладкой поверхности рельсов
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, №6
73
предыдущая страница 74 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн следующая страница 76 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн Домой Выключить/включить текст