Транспортная газета Евразия Вести

Разделы:

 Свежий номер
 Подшивка
 Материалы
 Новости
 О газете
 Редакция
 Подписка

 Консалтинг
 Лицензирование
 Сертификация
 Юридические
 услуги

 Партнеры
 Ресурсы сети
 Реклама на сайте

Поиск:


 

БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ


Версия для печати
Обсудить в форуме

Почему разбиваются поезда

Помимо форсмажорных обстоятельств одной из главных причин крушений, аварий и сходов поездов с рельсов является отсутствие координации в разработке методов обеспечения оптимального функционирования технических средств вагонного, локомотивного и путевого хозяйств

Почему разбиваются поезда
Почему разбиваются поезда
Почему разбиваются поезда
Почему разбиваются поезда
Почему разбиваются поезда
Почему разбиваются поезда
Почему разбиваются поезда
Если в поездной и маневренной работе безопасность движения поездов достаточно велика, то в путевом, локомотивном и вагонном хозяйствах ситуация с безопасностью далека от идеальной. Статистика неумолимо свидетельствует: только в прошлом году из-за различных дефектов пути произошло 4 крушения, 38 сходов поездов с рельсов (около 40% от всех сходов по сети) и 195 изломов рельсов под поездами. В локомотивном и вагонном хозяйствах положение не многим лучше.

Каковы основные причины крушений, аварий и сходов поездов с рельсов? Ответ на этот и некоторые другие вопросы читатель найдет в интересном материале доцента МИИТа А.М. Никонова. Предоставляем ему слово...

Предваряя последующий анализ наиболее типичных случаев крушений, аварий и сходов поездов, сразу замечу: их основные причины следует искать не в дефектах конструкции железнодорожного пути, которая соответствует требованиям железных дорог всех крупнейших стран мира, а в неэффективном функционировании многих технических средств.

При разработке мер для повышения уровня безопасности движения необходимо учитывать, что все технические средства функционируют не изолированно, а в условиях теснейшего взаимодействия. В частности, железнодорожный путь "работает" в условиях сложнейшего динамического взаимодействия механической системы "колесо-рельс", на которую непосредственно влияет режим ведения поезда. Следовательно, теснейшая координация разработки методов обеспечения функционирования технических средств вагонного, локомотивного и путевого хозяйств является просто обязательным, но до сего дня плохо выполнимым требованием обеспечения безопасности движения.

Каковы же наиболее типичные случаи схода подвижного состава с рельсов и их причины? Попробуем разобраться, предложив самые надежные способы их предотвращения.

СХОДЫ ИЗ-ЗА ПРОВАЛА КОЛЕСА ВНУТРЬ КОЛЕИ

Основной причиной схода из-за провала колеса внутрь колеи является недопустимая величина уширения колеи, возникающего вследствие отжатия гребнем колеса одного из рельсов. При этом второе колесо проваливается внутрь колеи. Такой сход возможен лишь при одном из условий или их сочетании:

- действие большой поперечной боковой силы от колеса, способной отжать рельс; это - главное условие;

- недостаточное сопротивление такому отжатию рельса: недостаточная поперечная жесткость рельса; наличие ослабленных промежуточных рельсовых скреплений, которые не обеспечивают необходимую вертикальную и горизонтальную жесткость; кусты гнилых шпал;

- напрессовка снега между подошвой рельса и подкладкой.

Вероятность такого схода выше в крутых кривых, на деревянных шпалах, при рельсах Р50 и Р43 (невысокая поперечная жесткость), при костыльных скреплениях.

Крайне опасной является напрессовка снега под подошвой рельса или наличие нескольких регулировочных прокладок, при которых подошва рельса поднимается выше кромки подкладки. Процесс образования просвета между подошвой рельса и подкладкой в начале протекает без заметного уширения колеи, а поэтому обнаружить его нелегко. Но после поднятия подошвы рельса выше реборды подкладки уширение колеи интенсивно нарастает - в начале на двух-трех шпалах, так как соседние подкладки удерживает рельс. При дальнейшей напрессовке снега и на соседних пяти-шести подкладках происходит уширение колеи до недопустимых размеров под воздействием боковых сил от колес, при котором возможен провал колес внутрь колеи.

Наиболее надежный способ обнаружения таких неисправностей - осмотр промежуточных скреплений с очисткой от снега. В первую очередь очищают путь в кривых, на которых осенью не закончили работы по подрезке балласта под подошвой рельса, а также места возможного пучения. Возможна напрессовка снега на подкладках и в тех местах, где не были закончены работы по подбивке отрясенных шпал, ликвидации потайных толчков просадок и провисаний рельсов. Укладкой противоконтовочных подкладок через 5-6 шпал можно предотвратить расконтовку рельсов.

Стабильность ширины колеи на железобетонных шпалах значительно выше, чем на деревянных. Однако на длительно эксплуатируемых участках, особенно в кривых радиусом менее 600 м, в результате повышенной поперечной жесткости пути со скреплениями КБ происходит постепенное разрушение нашпальных прокладок в месте их контакта с наружной кромкой подошвы рельса. После разрушения края подкладки рельс упирается в бортик шпального углубления и скалывает бетон. Под действием боковых сил рельс начинает выталкивать подкладку из углубления в шпале и ломает ее. В результате возникает не допустимое уширение колеи, которое может быть причиной схода с рельсов.

Максимально допустимой считается такая ширина колеи, при превышении которой возможен провал колес. Теоретически началом провала можно считать такое положение, при котором одно из колес опирается краем бандажа с уклоном 1/7 на рельс в начале выкружки его головки. Однако практически опасность схода возникает уже тогда, когда колесо опирается на рабочую кромку головки рельса не краем бандажа, а любой частью коничности с уклоном 1/7. При этом возникает большое распирающее усилие, которое может отжать рельс наружу. Этому будут способствовать локальные отступления от норм содержания пути (уширение колеи, просадка или перекос, изолированная неровность на головке рельса), а также отступления от норм содержания ходовых частей подвижного состава. Согласно приказа № 6Ц от 6.03.1996 г. ширина колеи более 1548 мм не допускается.

Сопротивляемость рельсовой нити поперек колеи зависит от вертикальной нагрузки на головку рельса. Процесс провала колеса внутрь колеи начинается с отжатия гребнем колеса одного из рельсов наружу колеи. Это может происходить на длине от одного до нескольких метров. Когда ширина колеи достигнет критической величины, другое колесо начинает проваливаться внутрь колеи, отжимая рельс наружу. При этом на рабочей грани остаются хорошо заметные задиры металла, которые являются яркой отметкой начала провала колеса. Это должно быть отражено с привязкой к пикетажу в акте расследования причин схода.

Примеры сходов. Их не мало. Так, на Читинском отделении Забайкальской дороги 3.02.01 г. произошел сход из-за уширения колеи и провала первой колесной пары третьего вагона почтово-багажного поезда. Было разрушено 33 м пути, а перерыв движения составил 5 часов. Причиной уширения колеи был выход рельса из реборд подкладок на 13 шпалах подряд с отжимом костылей и рельса внутренней нити из-за напрессовки снега и песка под подошвой рельса.

На Волховстроевском отделении Октябрьской дороги 17.03 2000 г. произошел сход двух хвостовых пассажирских вагонов при скорости 60 км/ч. Причиной схода явилось нарушение технологии ремонта пути при устранении неисправности IV степени: шпалы не затесывались. Изношенные подкладки и костыли не заменялись, карточки были уложены наслоением до 5 штук на 5 шпалах подряд без устройства соответствующего отвода и добивкой костылей на примыкающих участках в обе стороны. В результате этого при проходе пассажирского поезда из-за выхода рельса из реборд подкладок и последующего его отжатия произошел провал колес внутрь колеи и сход двух вагонов с рельсов, к счастью без жертв.

СХОДЫ ИЗ-ЗА НАКАТЫВАНИЯ КОЛЕСА НА РЕЛЬС

Накатывание гребня колеса на головку рельса приводит к провалу другого колеса колесной пары внутрь колеи и неизбежному сходу с рельсов многих вагонов. Такие случаи, к сожалению, нередки. Если колесная пара, движущаяся вдоль пути под действием продольной силы тяги, в каком-то месте изменяет траекторию движения и направляется поперек пути, то необходимо исследовать, по меньшей мере, два вопроса. Какая сила заставила изменить траекторию движения, и почему это произошло на этом участке пути?

Передние оси тележек вагонов при движении по кривым, а нередко и на прямых участках пути, набегают на боковые грани рельсов. Угол набегания - до 0,01 рад, а в крутых кривых даже несколько больше. Чем больше этот угол, тем больше величина поперечной силы и тем вероятнее накатывание гребня колеса на головку рельса.

Если поперечная боковая сила давления гребня колеса на головку рельса велика, а вертикальная динамическая сила, действующая от колеса на головку рельса, мала (например, вследствие разгрузки при колебаниях вагона), то гребень начнет подниматься по рабочей грани головки рельса и окажется на его поверхности катания. Выражение для критического состояния получим из условия равновесия сил, действующих на рельс


где РД - вертикальная динамическая сила,

YБ - поперечная боковая сила,

μ - коэффициент трения скольжения,

β - угол набегания колеса на рельс.

Накатывание колеса на головку рельса не является мгновенным процессом. Оно происходит в течение некоторого времени tсх. Если в это время коэффициент запаса устойчивости kу за счет колебаний кузова или неподрессоренных масс станет больше единицы, то колесо соскальзнет вниз, процесс накатывания его на головку рельса прервется и безопасность движения не нарушится.

Таким образом, накатывание колеса на головку рельса (сход колеса с рельса) зависит от величин сил взаимодействия колеса и рельса и геометрии колеса, а точнее - его гребня. Сопутствующими факторами, влияющими на накатывание колеса, являются:

- углы наклона рабочей грани головки рельса и гребня колеса (степень и форма их износа);

- коэффициент трения взаимодействующих поверхностей (с лубрикацией или без);

- выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки (дефект 11.1 или 11.2);

- вертикальные или горизонтальные неровности рельса;

- план и профиль пути.

Поскольку вероятность накатывания колеса на головку рельса зависит от отношения сил РД/YБ, то, естественно, чем меньше нагрузка на колесо, тем вероятнее сход такого вагона. Анализ сходов за последние несколько лет показал, что сходы по причине вползания колеса на рельс чаще были у порожних вагонов.

На Северной железной дороге 24.02.2000 г. произошла авария грузового поезда при скорости 75 км/ч вследствие схода с рельсов второй тележки 11-го вагона. После этого поезд проследовал 8 км, и на входном стрелочном переводе ст. "Молочная" произошел разворот тележки с последующим сходом еще 26 вагонов, один из которых вышел за габарит и столкнулся с локомотивом встречного поезда. Причиной крушения явились отступления от норм содержания у сошедшей колесной пары:

- на поверхности катания колеса имелась выщербина глубиной 5 мм на длине 48 мм с расслоением во внутрь металла, а также неравномерный прокат более 3 мм;

- разница диаметров колес одной колесной пары была 4 мм.

В процессе движения указанные неисправности вызвали повышенные колебания (голопирование) вагона. При прохождении стыка, имевшего просадку 16 мм и отклонение по ширине колеи 6 мм на 1 пог. м, произошло обезгруживание правого по ходу колеса второй колесной пары второй тележки, накатывание его на головку рельса и перекатывание через нее.

Когда же неисправности вагона "сталкиваются" с неисправностями пути, вероятность схода повышается.

СХОДЫ ИЗ-ЗА ВЫБРОСА ПУТИ

В соответствии с Техническими указаниями по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути выбросом пути называется "резкое нарушение продольной устойчивости бесстыкового пути в виде одно- или многоволнового горизонтального или вертикального искривления путевой решетки под действием сжимающих продольных сил (температурных и (или) угона)".

Если конструкция бесстыкового пути надежно закреплена от угона, то основной фактор, от которого зависит устойчивость пути - действие продольных температурных сил. При достижении сверхнормативных (закритическиих) величин температурных сил потеря устойчивости или выброс рельсошпальной решетки происходит как правило в горизонтальной плоскости.

Длительное время велась дискуссия о влиянии динамических воздействий поездов на устойчивость пути. Динамические исследования, проведенные ВНИИЖТом в действующем пути, показали, что устойчивость бесстыкового пути, нагретого до максимально разрешенных температур, при проходе по нему грузовых поездов не снижается. Однако влияние грузовых поездов на устойчивость бесстыкового пути будет значительным при отступлениях сверхдопусков в содержании пути и вагонов, а также при нарушениях режима движения поезда.

Хорошо известно, что перед движущимся поездом рельс имеет форму обратного изгиба и рельсошпальная решетка немного приподнимается. В результате, несколько снижается сопротивление поперечному перемещению пути. Эта "обратная волна", бегущая перед поездом, может оказаться в месте локального ослабления пути (незакрепленные клеммы и т.п.) и спровоцировать выброс пути. Непосредственно выброс произойдет перед локомотивом.

В случае, когда плеть в целом не имеет подвижек, но внутри ее имеются участки с незакрепленными клеммами, при проходе поезда на этих участках начинаются местные подвижки плети. В результате по концам таких участков образуются значительные добавочные силы сжатия и растяжения. Это и есть те силы угона, которые суммируются с температурными силами и повышают вероятность выброса пути.

При наезде колесной пары на волну искривленного рельса гребень одного из колес накатывается на головку рельса и колесо выскакивает наружу колеи, а второе колесо - внутрь колеи. Точное место начала схода можно обнаружить по задирам металла на головке рельса, по деформированным деталям скреплений и выбоинам на шпалах.

К примеру, на Алтайском отделении Западно-Сибирской железной дороги 23.08.99 г. потерпел крушение грузовой поезд со сходом с рельсов 30 вагонов из-за выброса пути Расследованием установлено, что причиной выброса является грубое нарушение технологии работ по выправке бесстыкового пути. Предупреждение об ограничении скорости движения выдано не было. Бригада в составе двух монтеров пути производила выправку с использованием домкрата и гидравлического рихтовщика при температуре рельсовой плети, превышающей температуру закрепления на 23 0С. В соответствии с ТУ 2000 "При отклонении пути в плане по обеим рельсовым нитям 10 мм на 10 м и превышением температуры рельсовой плети более чем на 15 0С относительно температуры закрепления угол в плане разрешается устранять только после разрядки температурных напряжений по обеим рельсовым нитям".

СХОДЫ ИЗ-ЗА СДВИГА ПУТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ БОКОВЫХ СИЛ ПОЕЗДА

Бывали случаи, когда при служебном расследовании причин крушений поездов на бесстыковом пути основной причиной крушения называли выброс пути. Были даже ссылки на выброс пути в морозную погоду. Единственным основанием для этого была одна из возможных форм горизонтального изгиба путевой решетки при выбросе. Действительно, эта форма указывает на то, что произошел выброс пути. Но она не может указать на причину выброса.

Ранее было отмечено, что устойчивость бесстыкового пути не снижается при проходе грузового поезда. Пока температура рельса не достигла сверхнормативной (закритической) величины, продольная сила неспособна преодолеть сопротивление поперечному смещению рельсошпальной решетки. А когда на этой решетке находится поезд, сопротивление поперечному смещению пути возрастает по данным ВНИИЖТа в десятки раз. Так почему же произошел выброс пути?

Во-первых, потому, что появилась поперечная сила, в десятки раз больше, чем поперечная составляющая продольной температурной силы, которая была в пути до его выброса. Во-вторых, "Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути" 2000 г. такой вид деформации называют сдвиг пути, а не выброс, и указывают его причину "Резкое нарушение продольной устойчивости бесстыкового пути под действием боковых сил поезда и поперечных составляющих температурных сил".

СХОДЫ ИЗ-ЗА ИЗЛОМОВ РЕЛЬСА

На российских железных дорогах лежат одни из самых прочных рельсов в мире. Вместе с тем, ежегодно из пути изымают по 70- 100 шт. дефектных рельсов на 100 км пути, в т.ч. 20-40 шт./100 км остродефектных рельсов. Проведен анализ распределения изъятых за 8 лет рельсов из бесстыкового пути линии Санкт-Петербург - Москва:

Самые опасные - дефекты контактно-усталостного происхождения, особенно приводящие к поперечным трещинам и изломам рельсов (I группа). Выколы, выщербины металла на рабочей выкружке головки (дефект 11.1-2) достигают более 1/3 всех повреждений, а вместе с II группой (дефекты 20 и 21) - более половины всех повреждений.

Вызывает беспокойство изъятие более 1/4 рельсов по дефектам V группы. Наиболее опасным считается дефект 53.1, при котором рельс в зоне стыка распадается на много небольших кусков (иногда до 20 шт. на 1 м). Опасность состоит еще и в том, что обнаружить такой дефект из-за малой величины трещины не всегда представляется возможным современными средствами.

Основными причинами появления дефектов 53.1 являются:

- некачественное изготовление фасок как в болтовых отверстиях (при изготовлении на заводе и при ремонте), так и по контуру торца рельса;

- неупрочнение болтовых отверстий;

- накладки клинового типа "отрывают головку от подошвы";

- плохое содержание стыков.

Особое внимание необходимо обратить на дефекты VI группы. В приведенном распределении эта группа занимает только 5,9% от всех дефектов. Изломы рельсов из-за коррозионо-усталостной трещины в подошве рельса (дефект 69) до 1984 г. на железных дорогах СССР случались крайне редко. С 1969 по 1972 гг. было только 26 изломов. Но с 1984 г. такие изломы стали возникать чаще. С 1987 по 1954 гг. было уже 700 изломов, т.е. около 100 в год или в 15 раз больше, чем в начале 70-х годов. Из 214 изломов рельсов в 2000 г. на железных дорогах России 20% изломов были из-за дефекта 69 и 18% - из-за дефекта 53. На Московской железной дороге по дефекту 69 в 1994 г. было 50% от всех изломов под поездами, а в 1999 г. - 30%.

Анализ сведений об изломах рельсов на Московской и Октябрьской дорогах показал, что около 80% трещин, вызывающих изломы, возникают в середине подошвы (на расстоянии до 30 мм от оси рельса), и только около 8% - от кромки подошвы. В зону проекции шейки рельса, в которой можно с высокой вероятностью обнаружить их средствами дефектоскопии, попадает около 30% трещин в начальной стадии развития.

К моменту излома площадь трещин в 55% случаев становится около 40 мм2. Однако, около 10% изломов возникало от трещин площадью 10 мм2. Шириной 5 мм и глубиной 2,5 мм.

Такие трещины возникают главным образом в бесстыковом пути на железобетонных шпалах. Изломы равновероятны в любом месте рельсовой плети. Они возникают после пропуска по рельсам более 250 млн. т. брутто, а основное их количество (70%) - после прохода более 400 млн.т. брутто. В период 8 месяцев, когда балласт находился в талом состоянии, случалось около 40% изломов от общего их числа, а за 4 зимних месяца - около 60% изломов.

На Читинском отделении Забайкальской железной дороги 20.01.01 г. произошло крушение грузового поезда из-за излома рельса в составной кривой с радиусами 293, 1116 и 415 м. В результате 24 вагона исключены из инвентаря, подлежал текущему ремонту электровоз ВЛ80, разрушено 300 м пути. Перерыв движения - 9 часов по нечетному пути и 24 часа по четному.

Причиной крушения явилось разрушение в стыке отдающего конца рельса из-за трещины по первому болтовому отверстию (дефект 52.1). рельс распался на 6 кусков с отколом головки на длине 730 мм от торца. Все это отнесли на неудовлетворительное содержание стыка. Размера трещины позволяли выявить средства дефектоскопии.

Этот пример еще раз показал необходимость улучшения качества работы операторов средств дефектоскопии. Все еще нередки случаи ошибок операторов дефектоскопов: из-за их ошибок сломались под поездами в 1993 г. 490 рельсов, в 1998 - 265 шт., 1999 - 198 шт., 2000 г. - 214 шт.

СТРЕЛОЧНЫЙ ПЕРЕВОД

Он является неотъемлемой частью железнодорожного пути, а потому все те виды сходов подвижного состава и их причины, которые рассмотрены ранее, присущи и ему. Но, с другой стороны, стрелочный перевод является специфической и более сложной частью пути. А следовательно, и участком повышенной опасности для движения поездов, что необходимо учитывать при его укладке и содержании.

Из многих факторов, влияющих на безопасность движения на стрелочных переводах, выделим три группы причин сходов подвижного состава:

- неисправности, при которых п. 3.15 ПТЭ запрещает эксплуатировать стрелочные переводы и глухие пересечения;

- неисправности подвижного состава и особенно отступления от норм содержания их ходовых частей;

- режим ведения поезда, а особенно скорость движения и режим торможения.

Как же все-таки обеспечить безопасность движения поездов? Здесь следует задействовать, как минимум, три фактора.

Во-первых, повысить эффективность работы средств диагностики состояния пути за счет замены старых и применения новых съемных и мобильных средств дефектоскопии.

Во-вторых, перейти от планово-периодического к планово-прогнозируемому контролю рельсов.

И, наконец, резко повысить уровень технической грамотности и ответственности всего персонала, связанного с безопасностью движения. Только в этом случае мы добьемся ощутимого успеха.

© Евразия Вести IX 2003







IX 2003

Евразия Вести IX 2003

Стратегия развития путевого комплекса российских железных дорог

"Ремпутьмаш" наращивает сотрудничество, темпы и качество роста

Как завоевывают рынки сбыта

Через кооперацию к собственным "ноу-хау"

Испытания и управление качеством новой техники

Смело внедрять в производство новые полимерные фильтры

Путевое хозяйство и безопасность движения

Новые технологии на службе пути

Как усовершенствовать системы неразрушающего контроля

Сертификация объектов путевой инфраструктуры набирает обороты

Некоторые проблемы неразрушающего контроля рельсов

Самый надежный и экономичный способ контроля старогодных рельсов

Оптимизировать внедрение и эксплуатацию систем неразрушающего контроля рельсов

Еще раз об алюминотермитной сварке

"РАДИОАВИОНИКА" обеспечивает безопасность движения поездов

"ТВЕМА" выводит формулу пути

"ИНФОТРАНС" раздвигает границы применения компьютерных технологий

Чем заменять, лучше восстанавливать

"Зеленый свет" подготовке профессионалов-путейцев

PDF-формат



 

Copyright © 2003-2016 "Евразия Вести"
Разработка: интернет-студия "ОРИЕНС"

Евразия Вести