Способ текущего содержания кривого участка пути в плане и рельсовая колея для его реализации
METHOD OF CURRENT MAINTENANCE OF CURVED SECTION OF TRACK IN PLAN AND TRACK FOR ITS REALIZATION

Способ текущего содержания кривого участка пути в плане и рельсовая колея для его реализации. Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к взаимодействию железнодорожной колесной пары с рельсовой колеей, и может быть использовано при текущем содержании кривых участков пути в плане и при строительстве и реконструкции железных дорог и метрополитена.
Известен способ текущего содержания кривого участка пути в плане (варианты), включающий подсыпку песка на наружную рельсовую нить по мере ее износа (патент RU 2545153, В61С 15/10, B61K 3/00, опубл. 27.03.2015, бюл. №9). Подсыпка песка приводит к замене трения скольжения на наружной рельсовой нити на трение качения с уменьшением износа рельсовой нити и железнодорожного колеса. Одновременно происходит замена на внутренней рельсовой нити трения качения на трение скольжения. Попеременный износ наружной и внутренней рельсовых нитей продляет ресурс и снижает стоимость жизненного цикла рельсового пути и железнодорожного колеса. Однако данный способ недостаточно эффективен и неприменим для криволинейных участков пути с малым радиусом.
Указанный способ в техническом отношении является наиболее близким предлагаемому изобретению и принят за прототип.
Перед изобретением была поставлена задача повышения эффективности способа и распространение его на криволинейные участки пути в плане с меньшим радиусом.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа и распространение его на криволинейные участки пути в плане с меньшим радиусом, повышение ресурса и снижение стоимости жизненного цикла рельсового пути и железнодорожного колеса за счет уменьшения интенсивности износа рельсовой колеи в целом посредством равномерного и попеременного износа наружной и внутренней рельсовых нитей.
Технический результат достигается за счет того, что в способе текущего содержания кривого участка пути в плане, включающем подсыпку песка на наружную рельсовую нить, подсыпку песка осуществляют на рельсовую нить рельсовой колеи, выполненной со сдвигом мест взаимодействия элементов системы колесо - рельс по поверхности катания рельсов в сторону от центра кривой посредством изменения подуклонки наружного рельса.
Таким образом, предлагаемый способ заключается в сдвиге в криволинейном участке пути поверхностей катания на наружном и внутреннем рельсах в сторону от центра кривой за счет изменения подуклонки наружных рельсов. Рельсы устанавливают асимметрично. При этом ширина колеи, определяемая как расстояние между внутренними гранями головок рельсов, несколько уменьшается, а площадь поверхности колеса по кругу катания, взаимодействующая с поверхностью катания наружного рельса, увеличивается.
Исходим из следующего. Основное взаимодействие в системе колесо - рельс происходит на стыке гребень - боковая поверхность рельса. Величина трения при подсыпке песка прямо пропорциональна площади соприкасающихся поверхностей железнодорожного колеса по кругу катания и рельса по поверхности катания. Чем больше указанная площадь, тем больше вероятность перехода при подсыпке песка трения скольжения на наружной рельсовой нити на трение качения с меньшим износом соприкасающихся поверхностей.
Если колесной паре, находящейся в покое на криволинейном участке пути, придать ускорение, то она придет в движение по направляющим рельсовым нитям. При этом колесо на наружной рельсовой нити будет испытывать сопротивление трения качения с меньшим износом, а колесо на внутренней рельсовой нити - сопротивление трения скольжения с большим износом взаимодействующих поверхностей колеса и рельса.
Однако если придать внешнее ускорение тележке, содержащей несколько колесных пар и находящейся на криволинейном участке пути, то сопротивление трения качения будут преодолевать колеса колесных пар, движущиеся по внутренней рельсовой нити. Соответственно, колеса колесных пар, движущиеся по наружной рельсовой нити, будут преодолевать сопротивление трения скольжения. Указанное связано со смещением центра тяжести тележки в сторону центра кривой и перераспределением вертикальных нагрузок со стороны тележки на рельсовые нити в сторону внутренней рельсовой нити. Смещение центра тяжести в сторону центра кривой на криволинейном участке пути в наибольшей степени будет проявляться в случае с подвижной единицей в виде вагона, база которого (расстояние между центрами опор кузова вагона на ходовые части тележки) в несколько раз превышает базу тележки. При ширине колеи 1520 мм, базе вагона, равной 12600 мм, и радиусе кривой 1000 м смещение продольной оси вагона в сторону центра кривой составит 1,8 см, а при радиусе кривой 1500 м - 1,2 см.
ГОСТ Р 54747-2011 определяет подуклонку как угол наклона плоскости подрельсовой площадки к продольной оси шпалы, измеряемый в вертикальной плоскости (не путать с уклоном пути от горизонта, создающим возвышение наружного рельса для уравновешивания центробежных сил, действующих на наружный рельс).
Подуклонка нивелирует разницу диаметров поверхностей колес по кругу катания на одной колесной паре, полученную при изготовлении, и обеспечивает самоустановку колесной пары при движении на прямом участке пути и в кривой до момента касания гребня боковой поверхности головки рельса.
На чертеже показан профиль рельсового пути, выполненный со сдвигом поверхности катания на наружном рельсе в сторону от центра кривой.
Профиль включает наружный рельс 1 и внутренний рельс 2 с колесами 3 и 4 колесной пары соответственно. Взаимодействие колеса 3 на круге катания с рельсом 1 происходит в точке 5 с пятном контакта 6, а взаимодействие колеса 4 на круге катания с рельсом 2 - в точке 7 с пятном контакта 8.
Осуществляют текущее содержание кривого участка пути в плане следующим образом.
При необходимости обеспечения между рельсом 1 и колесом 3 трения качения производят подсыпку песка на поверхность рельса 1. Так как область пятна 6 находится в центральной части поверхности головки рельса 1 и является наибольшей, то на нее попадает больше песка и он в меньшей степени сносится с поверхности напором воздуха при движении подвижной единицы по рельсу 1. Указанное приводит к достижению технического результата, в том числе и за счет уменьшения количества необходимого для подсыпки песка.
В качестве примера можно привести осуществление способа на профиле рельсовой колеи, предназначенном для использования на участках пути в кривых среднего радиуса (для колеи шириной 1520 мм размер радиуса от 1250 до 500 метров), который выполняют с асимметрично расположенными рельсами. Внутренний рельс устанавливают с нулевой подуклонкой (перпендикулярно), наружный - с двойной подуклонкой (при подуклонке 1/20 величина двойной подуклонки равна 1/10) относительно продольной оси шпалы. Переход от прямолинейного участка в криволинейный и обратно выполняют в переходном профиле пути с плавным изменением подуклонки наружного рельса.
Для реализации предлагаемого способа используют рельсовую колею, отличительной особенностью которой является то, что она содержит кривой участок пути в плане с подсыпкой песка на наружную рельсовую нить, который выполнен со сдвигом мест взаимодействия элементов системы колесо - рельс по поверхности катания рельсов в сторону от центра кривой посредством изменения подуклонки наружного рельса.
Достигается повышение эффективности, ресурса и снижение стоимости жизненного цикла рельсового пути и железнодорожного колеса за счет уменьшения интенсивности износа рельсовой колеи в целом посредством равномерного и попеременного износа наружной и внутренней рельсовых нитей. Появляется возможность использования в предлагаемой рельсовой колее криволинейного участка пути в плане с меньшим радиусом.
Предлагаемые технические решения обладают новизной, для специалиста явными не являются, промышленно применимы.