Анализ материалов обобщения передового опыта тяжеловесного движения на зарубежных железных дорогах

Движение считают тяжеловесным, если осевые нагрузки равны 25 т и более, объем ежегодных перевозок по линии составляет не менее 20 млн. т брутто или масса поездов превышает 5000 т.

В настоящее время на Российских железных дорогах в постоянном обращении находятся поезда массой 6 тыс.т. В период до 2010 г. для перевозки руды, угля и нефти планируется организовать движение поездов массой от 6 до 18 тыс.т. В связи с этим проводятся комплексные исследования по применению осевой нагрузки 30 т, которую планируется вводить на отдельных участках железных дорог.

При использовании высокопрочных сталей в системе колесо-рельс в перспективе в эксплуатации возможны осевые нагрузки, достигающие 60 т и более.

За рубежом тяжеловесное движение поездов осуществляется, как правило, на специализированных однопутных линиях. Нормы устройства и содержания на этих линиях устанавливаются исходя из динамических характеристик подвижного состава конкретных типов, используемого для перевозки грузов, и могут не совпадать с общепринятыми.

При смешанном движении грузовых и пассажирских поездов в основном используются однопутные линии и двухпутные участки, построенные по габаритам однопутных (исключение составляют железные дороги европейских стран). При таком устройстве линий устранена возможность попадания сошедшего подвижного состава на соседний путь, т.е. практически исключается столкновение с ним поезда, следующего по другому пути. Это позволяет ряду железных дорог принимать сугубо экономические критерии оценки безопасности движения и допускать существенно менее жесткие нормы устройства и содержания пути, чем на Российских железных дорогах.

Введению в обращение тяжеловесных поездов и подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками, как правило, предшествуют работы по усилению пути. Особое внимание уделяется вопросам прочности и устойчивости земляного полотна, созданию высокоэффективных систем дренажа, водоотвода и специальных защитных слоев. Жесткие требования предъявляются к качеству балластных материалов. Вводится контроль жесткости пути, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Применяются деревянные шпалы, изготовленные только из твердых пород древесины. Предпочтение отдается рельсовым скреплениям раздельного типа, обеспечивающим постоянную величину прижатия подошвы рельса к шпале. Такие меры позволяют не только обеспечить прочность и надежность верхнего строения пути, но и существенно снизить затраты на его текущее содержание.

Администрации железных дорог имеют возможность выбора путей оптимизации эксплуатационной деятельности при тяжеловесном движении с обеспечением его экономической эффективности. Процесс оптимизации основывается на системном подходе, в котором одновременно рассматривается единица подвижного состава, колесо, рельс и путь в целом.

Обеспечение оптимальных условий работы колеса и рельса

рельса колесо подвижной состав

В достижении экономии топливно-энергетических ресурсов, расходуемых на тягу поездов, а также увеличения ресурса колес и рельсов, значимая роль принадлежит согласованности их профилей в зоне контакта.

Функционально профили рельса и колеса можно разделить на следующие области:

область А - контакт между средней частью головки рельса и обода колеса;

область В - контакт между выкружкой головки рельса и галтелью в основании гребня;

область С - контакт между наружными зонами рельса и колеса.

Зоны изнашивания колес

Основными формами гребневого контакта являются: двухточечный контакт, одноточечный контакт, конформный контакт*.

(* - контакт конформный - форма контакта области гребня колеса и зоны рабочей выкружки головки рельса, при которой профили колеса и рельса имеют подобные очертания. Имеются определения степени конформности: просто конформный и плотно конформный).

Переход к конформным профилям - это одно из решающих достижений зарубежных железных дорог в решении проблем системы колесо-рельс.

При разработке конформного профиля важно учесть такие моменты:

радиусы и длины дуг профиля;

контакт по касательной при слиянии этого профиля с профилем поверхности катания колеса, чтобы гарантировать минимальную возможность двухточечного контакта между поверхностью катания и гребнем;

допустима некоторая свобода при выборе угла наклона гребня для соответствия существующим стандартам текущего содержания;

радиусы рабочей грани рельса должны следовать профилю гребня и плавно переходить в профиль поверхности катания головки рельса, избегая возникновения двухточечного контакта между рельсом и колесом.