Современные рельсовые скрепления

1. Современные рельсовые скрепления «Важно создавать упругость пути в самых верхних его элементах» Г.М. Шахунянц • Проблема старая как метрополитен • При типовом пути метрополитена - на бетоне - жесткость рельса между шпалами и на шпале отличается примерно на порядок, и поезд идет по «стиральной доске» с шагом 61 см. На скоростях 40 – 60 км/час он создает мощные колебания в характерных для метрополитена полосах частот - 31,5 и 63 Гц. • Снижение жесткости подрельсовых опор в вертикальном направлении - наиболее эффективный способ улучшения характеристик пути. Десятки статей, книг и экспериментов доказывают, что при этом: • снижаются нагрузки на основание пути • уменьшаются напряжения в рельсе • повышается долговечность тоннельных конструкций • снижаются вибрации на поверхности • Что мешает снизить жесткость подрельсовых опор? • Формальным ограничением снижения жесткости является только неписанное правило, гласящее, что перемещение рельса по вертикали под поездом не должно превышать 5 мм, однако реальным ограничением служат сопутствующие такому снижениювтрадиционных конструкциях путипобочные эффекты: • Вертикальные перемещения рельса, подкладки или шпалы приводят к интенсивному износу шурупов, анкеров, болтов, боковых стенок «галоши» или других элементов конструкции, направляющих движение рельса, подкладки или шпалы. Это, в свою очередь, ведет к нарушению геометрии пути и разрушениям подрельсовых опор. • Снижение вертикальной жесткости приводит в этих конструкциях к автоматическому снижению и горизонтальной жесткости и, следовательно, к нарушению ширины колеи и подуклонки .

2. «Благодаря» перечисленнымэффектам, конструкции пути с подрельсовыми, нашпальными и подшпальными упругими прокладками допускают упругое перемещение рельса не более чем на 2 - 3мм при статическом нагружении, что, исходя из параметров даже самых современных упругих прокладок, составит не более 2-х мм в динамике, вместо допустимых 5-ти. По этим причинам заметного эффекта от конструкций добиться не удается, и вряд ли удастся в будущем. В частности, их эффективность с точки зрения виброзащиты не превышает 6-8 дБ в полосе частот 63 Гц. Дополнительными недостатками подшпальной прокладки является сложность ее контроля и замены, а подрельсовой – значительное увеличение нагрузок на клеммы

3. Новый подход Начиная с 2001 года, Группа компаний «АБВ» ведет НИОКР с целью создать скрепление, решающее старую проблему. В работах участвовали и ученые с мировым именем, и сотрудники профильных НИИ и ВУЗов, и специалисты - практики Московского метрополитена. Первую теоретическую проверку виброзащитных возможностей скрепления провел Институт машиноведения РАН под руководством академика Фролова К.В., автора классического справочника «Вибрации в технике» и одного из крупнейших в мире специалистов в данной тематике. Его подписью утвержден отчет об этой работе. Стендовые и эксплуатационные испытания скреплений проходили в МИИТе и ВНИИИЖТе. Инструментальную проверку их эффективности осуществляли ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в г.Москве» и лаборатория компании Gerb (Германия, Берлин). При подготовке документов, регламентирующих эксплуатацию новых скреплений, неоценимую помощь оказала Служба пути Московского метрополитена.

4. В результате, вразработанном и запатентованном «АБВ» скреплении ВГС (для Европы - торговая марка Cradle) удалось сделать независимыми регулировку вертикальной и горизонтальной жесткости. Рельс установлен на подкладке, качающейся на сайлент-блоке и опертой на пружину. Сайлент-блок обеспечивает жесткость скрепления в горизонтальных направлениях, а пружина в вертикальном. Примененная эластомерная пружина обладает практически одинаковой жесткостью в статике и в динамике – разница составляет 15 %. Изменение подуклонки рельса Уширение колеи Путь трения направляющей базы В новой конструкции, даже при больших вертикальных перемещениях рельса, не происходит ни уширения колеи, ни износа сайлент-блокаввиду отсутствия в нем трения скольжения.. Образующаяся при мягких скреплениях «обратная волна» перед тележкой лишь приподнимает подкладку скрепления немного вверх, не нагружая клеммы и не отрывая скрепление от шпалы или бетона. Благодаря всему этому, вертикальную жесткость скрепления можно безболезненно снижать до 2 Кн/мм, обеспечивая полное использование разрешенных 5 мм. И сайлент-блок, и пружина, находясь в стороне от рельса, легко контролируются и, при необходимости, заменяются. Для замены пружины нет необходимости раскреплять рельс, он поддомкрачивается вместе с подкладкой скрепления и пружина легко заменяется.

5. Расчеты и испытания показали, что новые упругие рельсовые скрепления обеспечивают: 1.Снижение вибраций в диапазоне частот 31.5. 63 Гц на 8 – 20 дБ (в зависимости от модели). 2. Снижение напряжений в рельсе на 7-10%. 3. Снижение максимальной нагрузки на подрельсовую опору до 1,4 тонн при рельсе Р65 и до 1,7 тонны для рельса Р50. 4. Распределение нагрузки от колесной пары на 8 -12 опор. 5. Равномерность износа головки рельса (поскольку под поездами с разной нагрузкой рельс имеет разную подуклонку и разную колею в пределах допусков). Графики прогиба рельса и распределения нагрузки при вертикальной жесткости подрельсовой опоры 4 кН/мм

6. На сегодня в эксплуатации находятся несколько моделей скреплений ВГС: ВГС 2 для установки на деревянные шпалы. Скрепление ВГС 2 установлено на Сокольнической линии Московского метрополитена для защиты ГМИИ им. А.С. Пушкина и Картинной галереи А.Шилова. Обеспечило снижение вибраций на 8- 13 дБ в частотах 31,5 и 63 Гц. Вибрации в залах музеев приведены в соответствие санитарным нормам. Сокольническая линия. Перегон Кропоткинская Библиотека им. Ленина. Кривая Р400 Конструкция ВГС 2 позволяет заменять старые подкладки типа Метро или КД на ВГС так же, как это делалось обычно, при смене подкладок. После замены всех подкладок на ВГС - в одну ночь устанавливаются все пружины, и путь становится виброзащитным. Такими технологическими возможностями не обладает ни одна из российских и зарубежных конструкций, сравнимой с ВГС эффективности. Количество установленных скреплений более 6000. Минимальный радиус кривой 400м. Разрешенная скорость 80км/ч. Опыт эксплуатации: более 5 лет, более 230 млн.т. брутто. Отказы не зафиксированы, НИ ОДНА пружина не потребовала замены.

7. ВГС 5 с полушпалами из композиционного материала Эктон Эти полушпалы, обладающие электрическим сопротивлением в 1000 раз выше, чем бетонные или деревянные шпалы, оберегают конструкции пути и тоннеля от электрокоррозии. Применяется при строительстве новых линий. Митинская линия, перегон Митино-Волоколамская Количество установленных скреплений около 40 000. Минимальный радиус кривой 300м. Максимальный продольный уклон 400/00. Разрешенная скорость 80км/ч. Опыт эксплуатации конструкции более 3 лет, более 100 млн.т. брутто. Отказы не зафиксированы, НИ ОДНА пружина не потребовала замены

8. Новые модификации С учетом 5-ти летнего опыта эксплуатации ВГС, разработаны модификации скреплений для деревянных и железобетонных шпал, а так же для установки непосредственно на путевой бетон. Они прошли стендовые испытания и готовы к серийному производству и поставке. Технологичность и малодетальность – принципиальные преимуществ новых скреплений. Скрепление ВГС 2 МД Для пути на деревянных шпалах

9. Скрепление ВГС 2 МБ Для пути на бетонных шпалах-коротышах, применяемых в Санкт-Петербургском метрополитене.

10. Скрепление ВГС 10 Для пути на монолитном бетоне с непосредственной установкой скреплений

11. Скрепление ВГС 7 Для пути на метромостах и эстакадах с плитами БМП. Устанавливается на посадочное место скрепления КБ. Снижает динамические воздействия на плиты пути, нормализует шум и вибрацию.

12. Подводя итог, можно сказать, что в арсенале метрополитенов появились конструкции скреплений, способные обеспечить значительное (в 10 – 15 раз) снижение вертикальной жесткости подрельсовых опор при сохранении их жесткости в горизонтальных направлениях. Это открывает новые перспективы как для защиты от вибраций, так и для улучшения динамических и эксплуатационных параметров пути. Впервые появилась возможность исправить ситуацию на действующих участках путей. На основе уже апробированных решений нами могут быть разработаны специальные конструкции, отвечающие вашим требованиям. Мы готовы к диалогу и приглашаем Вас к нему.