Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5
За результатами спостереження ділянки залізничної колії встановлено силу притиску рейкового скріплення КПП-5 за монтажного стану і її зміну під час проходження вантажного потягу. Розроблено методику випробування на витривалість пружних клем такого скріплення та побудовано криву втоми для клем, виг...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Назва видання: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135676 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 / В.І. Грибовська, Р.В. Чепіль // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 1. — С. 111-115. — Бібліогр.: 19 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-135676 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1356762018-06-16T03:06:47Z Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 Грибовська, В.І. Чепіль, Р.В. За результатами спостереження ділянки залізничної колії встановлено силу притиску рейкового скріплення КПП-5 за монтажного стану і її зміну під час проходження вантажного потягу. Розроблено методику випробування на витривалість пружних клем такого скріплення та побудовано криву втоми для клем, виготовлених зі сталі 60С2. По результатам наблюдения участка железнодорожного пути определено силу прижима рельсового скрепления КПП-5 в состоянии после монтажа и ее изменение при прохождении грузового поезда. Разработана методика испытания на выносливость упругих клемм такого скрепления и построена кривая усталости для клемм, изготовленных из стали 60С2. As a result of the railway track section observation the values of КПП-5 type rail fastener compression force in the mounting status and its change during the freight train movement are estimated. The method of the endurance testing of the fasteners elastic clamps is developed and on its basis the fatigue curve for 60С2steel clamps is plotted. 2013 Article Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 / В.І. Грибовська, Р.В. Чепіль // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 1. — С. 111-115. — Бібліогр.: 19 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135676 625.143: 539.43 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
За результатами спостереження ділянки залізничної колії встановлено силу притиску
рейкового скріплення КПП-5 за монтажного стану і її зміну під час проходження вантажного потягу. Розроблено методику випробування на витривалість пружних клем
такого скріплення та побудовано криву втоми для клем, виготовлених зі сталі 60С2. |
| format |
Article |
| author |
Грибовська, В.І. Чепіль, Р.В. |
| spellingShingle |
Грибовська, В.І. Чепіль, Р.В. Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Грибовська, В.І. Чепіль, Р.В. |
| author_sort |
Грибовська, В.І. |
| title |
Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 |
| title_short |
Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 |
| title_full |
Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 |
| title_fullStr |
Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 |
| title_full_unstemmed |
Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 |
| title_sort |
оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення кпп-5 |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135676 |
| citation_txt |
Оцінювання витривалості пружних клем рейкового скріплення КПП-5 / В.І. Грибовська, Р.В. Чепіль // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 1. — С. 111-115. — Бібліогр.: 19 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT gribovsʹkaví ocínûvannâvitrivalostípružnihklemrejkovogoskríplennâkpp5 AT čepílʹrv ocínûvannâvitrivalostípružnihklemrejkovogoskríplennâkpp5 |
| first_indexed |
2025-07-09T23:53:40Z |
| last_indexed |
2025-07-09T23:53:40Z |
| _version_ |
1837215491404333056 |
| fulltext |
111
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 625.143: 539.43
ОЦІНЮВАННЯ ВИТРИВАЛОСТІ ПРУЖНИХ КЛЕМ
РЕЙКОВОГО СКРІПЛЕННЯ КПП-5
В. І. ГРИБОВСЬКА, Р. В. ЧЕПІЛЬ
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
За результатами спостереження ділянки залізничної колії встановлено силу притиску
рейкового скріплення КПП-5 за монтажного стану і її зміну під час проходження ван-
тажного потягу. Розроблено методику випробування на витривалість пружних клем
такого скріплення та побудовано криву втоми для клем, виготовлених зі сталі 60С2.
Ключові слова: клема пружна, навантаження, деформація, витривалість.
Обсяг перевезень в Україні від 2001 до 2011 року зріс із 370 до 468 млн. т на
рік, тобто на 27% [1–3], що призвело до підвищення силового навантаження від
рухомого складу на колію. У зв’язку із цим виникла потреба в реконструкції верх-
ньої будови колії (рейка–скріплення–шпала–баласт) для забезпечення стабільної
її роботи [4, 5]. За конструкцією і технологією найскладнішим вузлом у цій системі
є кріплення рейки до шпали. Тривало використовуване костильне скріплення (так
зване ДО) та скріплення типу КБ [6] вже не відповідають сучасним вимогам екс-
плуатації (швидкість руху вантажних потягів – 80…100 km/h та пасажирських –
140…160 km/h, вантажонапруженість понад 25 мнл. т брутто в рік та осьові наван-
таження 250 kN), що зумовило потребу у розробці нових типів скріплення [7–9].
Сучасними світовими стандартами рейкових скріплень є Pandrol (Велико-
британія), Vossloh (Німеччина), SB-W1 (Польща) [9–12], однак вони не забезпечу-
ють надійної роботи в експлуатаційних умовах вітчизняних залізниць. З 2003 ро-
ку на залізницях України розпочато впровадження скріплення типу КПП-5 і на
сьогодні ним укомплектовано майже 4000 km залізничних шляхів [7, 13]. Його
головні переваги: пружне і надійне притиснення рейки до шпали за достатнього
опору рейкової нитки поздовжнім і поперечним переміщенням; суттєво менші
витрати на монтаж рейко-шпальної системи (до 48% економії порівняно зі скріп-
ленням КБ) і утримання колії (до 25% економії); низька металоємність та мала
кількість деталей (5 елементів, враховуючи, що анкер складник шпали, порівняно
з 21 елементом у скріпленні КБ) [4]. Скріплення КПП-5 використовують на пря-
мих ділянках безстикових залізничних колій та криволінійних ділянках з радіу-
сом не менше 350 m за вантажонапруженості до 45 млн. т брутто у рік зі швид-
кістю руху пасажирських потягів до 140 km/h і вантажних – до 90 km/h. Воно ук-
ладається в колію з рейками типу Р65, Р50 чи подібних європейських аналогів,
наприклад UIC-60, на залізобетонні шпали, а середній ресурс становить 500 млн. т.
брутто пропущеного вантажу [14]. Зрозуміло, що для забезпечення надійності
функціонування та підвищення якості контролю і обслуговування колії необхідна
достовірна інформація про умови експлуатації вузла скріплення та ресурсні ха-
рактеристики його елементів.
Мета роботи – дослідити рейкове скріплення типу КПП-5 у реальних умовах
експлуатації та розробити методику випробування пружних клем як найважливі-
ших елементів його конструкції.
Контактна особа: В. І. ГРИБОВСЬКА, e-mail: vgrybovska@ipm.lviv.ua
112
Будова вузла скріплення КПП-5. Він складається (рис. 1) з двох забетоно-
ваних у шпалу анкерів 1, які передають на неї бокове навантаження від рейки і
кріплять пружні клеми 2, що забезпечують постійне притиснення рейки до шпа-
ли [15, 16]. Між клемами та рейкою встановлюють ізолюючі вкладиші 3, а для
електричної ізоляції підошви рейки від залізобетонної шпали та зниження дина-
мічних навантажень від рухомого складу встановлюють підрейкову прокладку 4.
Рис. 1. Вузол (а) та складники (b) рейкового скріплення КПП-5:
1 – анкер; 2 – клема пружна; 3 – ізолюючий вкладиш; 4 – підрейкова прокладка.
Fig. 1. Assembly (a) and components (b) of КПП-5 type rail fastening:
1 – anchor; 2 – clamp; 3 – insulating shell; 4 – spacer.
Згідно з нормативними документами
[17], для забезпечення стійкості рейкових
ниток сила притиску клеми повинна ста-
новити не менше 8 kN. Оскільки під час
проходження потяга за рахунок просідан-
ня підрейкової прокладки сила притиску
клеми може суттєво зменшуватись, то
скріплення розробили таким чином, що
клеми перебувають під сталим статичним
навантаженням. Під час монтажу вузла
клема розгинається і вертикальне перемі-
щення її головки рівне 9,0 mm. Згодом во-
но зменшується за рахунок просідання
прокладки на 1…2 mm. Наприклад, про-
кладка, виготовлена з пластмаси марки
“Еластолан” (Німеччина) просідає на 1 mm,
а з пластмаси “Вітур” (Росія) – до 2 mm
[4]. У результаті клема зазнає зворотної
пружної деформації і її початкове верти-
кальне переміщення (9,0 mm) зменшуєть-
ся до 7,0…8,0 mm, що за жорсткості
1,75 kN/mm відповідає силі притиску 12,3…14,0 kN (рис. 2).
Дослідження роботи скріплення на колії. В експлуатаційних умовах ви-
значили силу клемного притиску під час проходження вантажного потягу на пе-
регоні Скнилів–Миколаїв Львівської залізниці. Дійсні значення сили притиску та
особливості її зміни в часі отримували за допомогою тензометричного пристрою.
Рис. 2. Залежність сили притиску
клеми (Р) від вертикального
переміщення (h) її головки
(результати для різних клем).
Fig. 2. Dependence of clamp compres-
sion force (P) vs vertical displacement
(h) of its head (data for various clamps).
113
Робота пристрою така. У вузол скріплення замість ізолюючого вкладиша (рис. 1,
позиція 3) встановлюють так званий “модифікований” вкладиш, який у зоні при-
кладання сили клемного притиску має вмонтований тензорезистивний давач, за
сигналами якого визначають діючі зусилля в часі, що виводяться на монітор пе-
реносного комп’ютера у вигляді графіка (рис. 3). Робоча частота пристрою 48 МHz, а
період вимірювань 1 ms.
Рис. 3. Зміна сили клемного
притиску рейки в часі
під час проходження
вантажного потягу.
Fig. 3. Change of clamp
compression force in time
during train movement.
Встановлено (рис. 3), що під час проходження потяга вузол скріплення і,
зокрема, клема зазнають циклічних навантажень, які з часом можуть спричинити
втомне руйнування клеми і вихід з ладу цілого вузла. Вони асиметричні відносно
монтажного навантаження Рass. Зокрема, під час наїзду колеса на шпалу клема
зазнає розвантаження (рис. 3, точка А) і сила клемного притиску зменшується за
рахунок стиску еластичної підрейкової прокладки. Після проходження колеса си-
ла притиску набуває попереднього значення, а за рахунок вигину рейки трохи
збільшується, незначно перевищуючи статичний рівень на 0,3…0,5 kN (рис. 3,
точка В). Під час проходження потягу сила притиску змінювалась від Рmin =
= 9,6 kN до Рmax = 11,6 kN (рис. 3), тобто розмах навантаження становив 2,0 kN,
що відповідає розмаху вертикального переміщення головки клеми 1,1 mm (див.
рис. 2). Однак слід зауважити, що залежно від ваги потягу, його швидкості, типу
колісних візків, віддалі між шпалами та інших чинників перевищення сили при-
тиску вище монтажного рівня може і не спостерігатися.
Таким чином, аналіз роботи вузла скріплення за реальних умов експлуатації
показав, що для визначення ресурсу пружні клеми необхідно випробовувати на
витривалість із забезпеченням амплітуди 0,8…1 kN за високої асиметрії циклу на-
вантаження. На колії монтажний натяг клем залежить від багатьох чинників, а са-
ме: товщини і жорсткості підрейкових прокладок та ізолюючих вкладишів; відста-
ні від осі отвору анкера до площадки рейкової основи після бетонування шпали;
допусків на виготовлення всіх деталей вузла скріплення тощо. Тому значення мон-
тажного натягу клеми може коливатись у досить широких межах. Аналіз статис-
тичних параметрів натягу подібних пружних елементів європейських безболтових
рейкових скріплень показав [18], що середнє значення вертикального монтажного
переміщення головки клеми становить 8,0 mm за середньоквадратичного відхилення
±1,4 mm, а сила притиску клеми за її жорсткості 2 kN/mm – 16 kN за середньоквад-
ратичного відхилення ±2,8 kN. Розрахунки для скріплення КПП-5 вказують на ме-
жі 4,7…10,7 mm і 8,2…18,7 kN, відповідно (див. рис. 2). Деякі автори [19] під час
розрахунків вертикальної жорсткості скріплення задають вертикальне переміщен-
ня головки клеми під час монтажу на рівні 6 mm, що, враховуючи вищенаведені
особливості виготовлення та роботи вузла, може не забезпечити необхідної сили
притиску рейки за тривалої дії динамічних сил і спричинити деформацію колії.
Як відзначалося вище, під час проходження потягу максимальне значення
сили притиску Рmax в окремих випадках може перевищити монтажний рівень
навантаження Рass на 3…5% (рис. 3). Тоді, за найбільшого розрахункового зна-
114
чення вертикального переміщення головки клеми (10,7 mm) максимальні наван-
таження, які може зазнавати клема, становитимуть 19,6 kN (див. рис. 2). Отже,
під час випробування на витривалість необхідно забезпечити варіацію макси-
мального навантаження Рmax в діапазоні 8…20 kN, а мінімального Рmin – 6…8 kN
(R = 0,75…0,9).
Методика випробування клем. Схема закріплення і навантаження клеми
передбачає її випробування за циклічного розтягу (рис. 4). До верхнього нерухо-
мого захвата 1 за допомогою роз’ємного фіксатора 3 кріпиться клема, яка наван-
тажується в зоні її головки через нижній рухомий захват 2 за допомогою гака 4.
Пальці 5 забезпечують рухоме з’єднання гака і фіксатора із захватами. Захвати 1 і
2 мають різьбове з’єднання з нижньою і верхньою траверсами втомної машини
жорсткого типу (із заданими переміщеннями). Контролюють силу динамомет-
ром, встановленим на верхньому захваті, сигнал з якого передається через анало-
гово-цифровий перетворювач на персональний комп’ютер. Переміщення головки
клеми фіксується двома індикаторами, один з яких дає змогу контролювати її
статичний розтяг, а інший – розмах переміщення за циклічних навантажень.
Клему закріплюють у захвати установки і статично навантажують до необ-
хідного рівня Рst = (Рmаx − Рmin)/2, фіксуючи при цьому початкове вертикальне пе-
реміщення її головки. Після цього задають розмах навантаження Рmаx − Рmin = 2 kN,
що відповідає розмаху переміщення 1,1 mm. Випробовувати можна з частотою
навантаження до 10 Hz. За великих навантажень періодично контролюють гео-
метричні розміри клем, щоб виявити можливу залишкову пластичну деформацію,
яка неприпустима в експлуатації. Випробовують клеми до повного руйнування
або до заданої бази на ці деталі – 5⋅106 циклів. За результатами випробувань бу-
дують криву втоми (рис. 5) клем, виготовлених з конкретних матеріалів за відпо-
відною технологією, на підставі якої роблять висновки про роботоздатність і на-
дійність досліджуваних клем, згідно з нормативними документами [16, 17].
Рис. 4. Fig. 4. Рис. 5. Fig. 5.
Рис. 4. Схема кріплення клеми за циклічних випробувань: 1, 2 – верхній і нижній захвати;
3 – роз’ємний фіксатор клеми; 4 – навантажувальний гак; 5 – пальці.
Fig. 4. Scheme for clams fixing under cyclic tests: 1, 2 – upper and lower grips;
3 – split-design clamp locking device; 4 – loading hook; 5 – fingers.
Рис. 5. Крива втоми пружних клем, виготовлених зі сталі 60С2.
Fig. 5. Fatigue curve of elastic clamps made of 60С2 steel.
ВИСНОВКИ
Встановлено силу клемного притиску рейкового скріплення КПП-5 за мон-
тажного стану та її зміну під час проходження вантажного потягу. На основі цьо-
115
го розроблено методику випробування на витривалість пружних клем рейкового
скріплення типу КПП-5.
РЕЗЮМЕ. По результатам наблюдения участка железнодорожного пути определено
силу прижима рельсового скрепления КПП-5 в состоянии после монтажа и ее изменение
при прохождении грузового поезда. Разработана методика испытания на выносливость
упругих клемм такого скрепления и построена кривая усталости для клемм, изготовлен-
ных из стали 60С2.
SUMMARY. As a result of the railway track section observation the values of КПП-5 type
rail fastener compression force in the mounting status and its change during the freight train
movement are estimated. The method of the endurance testing of the fasteners elastic clamps is
developed and on its basis the fatigue curve for 60С2steel clamps is plotted.
1. Державний комітет статистики України. – URL: http://www.ukrstat.gov.ua/operativ
/operativ2012/tz/vp/vp_u/vp0912_u.htm
2. Зайцева К. В., Божок А. Р. Огляд сучасного стану вантажних і пасажирських переве-
зень залізничним транспортом України // Прометей. – 2011. – № 3. – С. 41–44.
3. Петренко Е. А. Динамика перевозок на железнодорожном транспорте Украины // За-
лізничний транспорт України. – 2010. – № 6. – С. 53–56.
4. Будівництво та реконструкція залізничної мережі України для збільшення пропускної
спроможності та запровадження швидкісного руху поїздів / М. Д. Костюк, В. В. Козак,
В. О. Яковлєв та ін. – К.: ІЕЗ ім. Є. О. Патона, 2010. – 216 с.
5. Верхній будові колії – сучасні конструкції та технології / М. Д. Костюк, Е. І. Даниленко,
С. Д. Тараненко, Я. І. Микитін // Залізничний транспорт України. – 2009. – № 3. – С. 36–38.
6. ЦП-0138. Інструкція з улаштування та утримання колії залізниць України. – К.: Транс-
порт України, 2006. – 336 с.
7. Говоруха В. В. Механика деформирования и разрушения упругих елементов промежу-
точных рейсовых скреплений. – Днепропетровск: “Лира ЛТД”, 2005. – 388 с.
8. Даніленко Е. І., Твердомед В. Д., Бойко В. Д. Поздовжня стійкість сучасних конструк-
цій верхньої будови колії // Зб. наук. праць ДонІЗТ. – 2011. – № 26. – С. 129–133.
9. Грибовська В. І. Аналіз експлуатаційних недоліків та розробка сучасних проміжних
рейкових скріплень // Матеріали XІХ наук.-техн. конф. мол. наук. “Проблеми коро-
зійно-механічного руйнування, інженерія поверхні, діагностичні системи”. – Львів:
ФМІ НАН України, 2005. – С. 88–93.
10. News, views and contacts from the global Railway industry. – URL: http://www.railway-
technology.com/contractors/rail/
11. Judge T. Rail fastening of North American companies // Railway Track & Structures.
– 2008. – № 6. – Р. 45–53.
12. Стагл Дж. Рельсовые скрепления и их компоненты // Железные дороги мира. – 2005.
– № 5. – С. 73–76.
13. ЦП-0104. Інструкція з укладання та утримання рейкової колії з рейками типу Р65,
UIC-60 і пружним проміжним скріплення типу КПП-5 та високоміцними ізолюючими
стиками. – К.: Транспорт України, 2003. – 52 с.
14. Малые детали, с которых начинается большая надежность // Евразия Вести. – 2008.
– № 2. – С. 21.
15. Патент України № 49768А. Рейкове скріплення / В. В. Говоруха, М. Д. Костюк.
– Опубл. 16.09.2002; Бюл. № 9.
16. Яковлєв В. О. Практичні рекомендації щодо проведення вхідного контролю якості ма-
теріалів верхньої будови колії. – Дніпропетровськ: ДНУ ЗТ ім. В. Лазаряна, 2003. – 194 с.
17. Правила розрахунків залізничної колії на міцність і стійкість / Е. І. Даніленко, В. В. Рибків.
– К.: Транспорт України, 2005. – 119 с.
18. Повышение надежности работы безболтового рельсового скрепления / В. И. Инютин,
В. Е. Мирошников, В. Е. Мирошников, Д. В. Пищик // Тез. доп. 69-ої Міжн. наук.-
практ. конф. “Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту”. – Дніпро-
петровськ, 2009. – С. 143–145.
19. Даренський О. М., Соя П. П. Особливості роботи проміжного скріплення КПП-5 під
дією просторових сил // Зб. наук. праць УкрДАЗД. – 2011. – Вип. 126. – С. 252–257.
Одержано 11.12.2012
|