ДЕФЕКТЫ РЕЛЬСОВ
составляет примерно треть длины
пятна
контакта.
Количество
воз-
можных вариантов возникновения
коротких
поверхностных трещин
очень велико, если высота шерохо-
ватостей
или
размер зерна доста-
точно
малы.
При увеличении
ше-
роховатости
количество
неровно-
стей не увеличивается, но они ста-
новятся крупнее. В соответствии с
этим уменьшается количество мест
зарождения трещин, однако веро-
ятность
возникновения
трещин
возрастает, так как увеличивается
предрасположенность к концентра-
ции напряжений в надрезе. Если ко-
лесо вращается в режимах увеличе-
ния скорости или торможения, то-
гда в зоне контакта возникают до-
полнительные касательные силы и
напряжения, на которые наклады-
вается распределение касательных
напряжений,
возникающих
в
ре-
зультате действия нормальной си-
лы. В этом случае общий максимум
распределения касательных напря-
жений сдвигается ближе к поверх-
ности, причем коэффициент трения
может быть относительно высоким.
Приработка и накопление
пластических деформаций
На
рис.
4
показано изменение
напряжений в процессе качения в
различных зонах головки рельса и
для разных марок стали в зависи-
мости от удлинения, определяемого
пределом текучести и ударной вяз-
костью материала. Абсолютная уп-
ругость материала рельса при кон-
такте качения не встречается даже
на начальном этапе (рис. 4,
а),
так
как уже при первом проходе колеса
сразу же происходит пластическая
деформация шероховатостей в зоне
контакта. Последующие процессы
качения
приводят
к
пластическо-
му
гистерезису.
Если
после
опре-
деленного числа прокатываний ха-
рактеристика
материала в резуль-
тате деформационного упрочнения
(наклепа) идет по прямой линии на
диаграмме
«напряжения — дефор-
мации» и больше не доходит до по-
рога дальнейших пластических де-
формаций (процесс качения проис-
ходит упруго), то говорят о прира-
ботке поверхностей (рис. 4, б).
Если характеристика материала
идет по пластическому гистерезису
(рис. 4, в), то тогда говорят о пла-
стической приработке. Это проис-
ходит при каждом прохождении ко-
леса по поверхности катания из-за
больших напряжений сжатия в зо-
не контакта. Поскольку материал не
может смещаться при наличии бо-
кового препятствия в виде гребня,
то пластическая деформация огра-
ничивается поверхностью катания
и прилегающими к ней зонами.
Поскольку
при
каждом
прока-
тывании
происходит дальнейшая
пластическая деформация (особен-
но при набегании гребня на рабо-
чую грань головки
рельса), тогда
говорят
о
накоплении
пластиче-
ских деформаций (рис. 4,
г).
В по-
следнем случае петля гистерезиса
на диаграмме движется без ограни-
чения к еще большим пластическим
деформациям.
Накопление деформаций встре-
чается у более мягких рельсов, на-
пример И260, а приработка обычно
характерна для рельсов с закален-
ной головкой типа И350НТ.
Усталостные дефекты рельсов
наземных линий
После того как на сети железных
дорог Австрии (ОВВ) были введены
в эксплуатацию электровозы.трех-
фазного тока,
развивающие высо-
кую скорость и большую силу тя-
ги, увеличилось
количество
уста-
лостных дефектов на головке рель-
са, которые образуются вследствие
высоких напряжений в зоне контак-
та. Такие дефекты наблюдаются на
линиях с высокой нагрузкой, осо-
бенно на двухпутных с бетонными
шпалами, там, где радиус кривой
меньше
3000 м
или
имеется
про-
дольный уклон, а также на участках
разгона. Силы поверхностного тре-
ния, действующие в поперечном и
продольном направлениях, приво-
дят к истиранию верхнего слоя ма-
териала на рабочей грани головки
рельса и образованию трещин. На
однопутных участках такие дефек-
ты наблюдаются значительно реже.
Если колесо вступает в контакт с
рельсом на краю рабочей грани, то
вследствие малой поверхности ка-
сания в зоне контакта под действи-
ем
высокой
вертикальной
нагруз-
ки возникает большая сила трения,
вызывающая значительный износ
рельса.
В кривой радиусом
менее
300 м это приводит к уменьшению
срока службы рельсов; усталостные
дефекты здесь встречаются редко.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, №6
Рис. 4. Изменение напряжений на различных стадиях нагружения рельса в контакте каче-
ния в зависимости от удлинения:
о — напряжения; /—удлинение:
а —
упругая деформация: б—упругая приработка: в - пла-
стическая приработка: г — накопление пластических деформаций
74
предыдущая страница 75 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн следующая страница 77 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн Домой Выключить/включить текст