Состояние трамвайного полотна в Саратове и основные дефекты

В среду мы с Антоном Морваном ("Общественное мнение"), Владимиром Аблизиным ("Сарметро") и Сергеем Родионовым (руководитель отдела структурного подразделения Главного вычислительного центра ОАО "РЖД", историк, железнодорожник) отправились на обследование состояния трамвайного полотна. Наш путь начался у 10 корпуса СГУ и далее по рельсам 3 и 9 маршрутов почти через 3 часа мы завершили осмотр у Товарных проездов. То есть можно сказать, что мы осмотрели рельсы наиболее востребованных маршрутов в центральной части. Что творится на периферии страшно даже и представить. Давайте познакомимся с основными дефектами рельсового пути и их причинами.

Понятное дело, что все эти ухищрения, на которые у нас идут, не от хорошей жизни, а из-за отсутствия должного финансирования. Но и при этом работы можно было бы выполнять аккуратно и качественно. Тем не менее, что есть - то мы и покажем.
Ни для кого не секрет, что большинство рельсов у нас довольно старые. В качестве "новых трамвайных" идут списанные рельсы, купленные у железнодорожников.

Итак приступим к осмотру. Что мы видим на этом участке?

Стык разнотипных рельсов без переходников, ступеньки по высоте, разогнанный большой зазор, вставка короткого куска в стыке.

Обилие коротких вставок встречается на протяжении всего рельсового пути.

Я рельс слепила из того, что было.

Многослойные навары на стыке сваркой, но яма на поверхности катания все равно осталась.

Самодельная крестовина, поверхность катания крайне разбита и деформирована, видны наплавки обычной сваркой.

Боковая выборка на повороте на стыке на наружном рельсе, глубина до 4 см, фактической уширение пути в этом месте 4 см относительно шаблона, сильный боковой удар при проходе трамвая.

От этого выброса рельс сточился почти в два раза.

Балласта маловато и он скорее всего не подбит под шпалы, костылей тоже забито меньше чем надо, много пустых отверстий в шпальных накладках. Кроме того видно, что накладки разного типа (количество отверстий, размер).

Многочисленные "горбы" на рельсах.

Накладка прикручена двумя болтами, вставка короткого куска в стыке, причем вставка не доходит до подошвы рельса, подошва цельная, значит вставка - это только кусок сверху.

Несоосность на стыке, горб на одной нитке рельсов.

Он же, с другой стороны в анаглифе.

Нет одного болта на стыке, накладка отошла от рельсов, губка желобчатого рельса сточена до того, что отломилась и вместо неё приварили болт, выбоина на поверхности катания.

Огромные дыры полученные ацетиленовой сваркой для болтов, сейчас стыки сварены, но до этого явно были свинчены, существующее сверленое отверстие на рельсе справа не подходило для свинчивания по месту.

Разрыв соединителя между рельсами на стыке. Контакт неплотный, что приводит к искрению.

Раскрутились болты в стыке на повороте, рельсы разошлись и находятся под приличным углом друг к другу, на этом месте будут боковые удары.

Расплющивания типа выбоин напротив существующего стыка на другой нитке пути.

Сварные швы на стыках не зашлифованы (так практически везде на путях), накат только на 1 см поверхности катания с внутренней стороны пути, что говорит о том, что угол подуклонки рельсов сильно не совпадает с углом конусности колес, у колес угол больше. Если рельсы твердые, тут будет на колесах образовываться вмятина около гребня.

Соединение рельсов Р-65 и Р-50 накладками от Р-50 без переходников, левый рельс висит в воздухе, перепад высоты на стыке.

Разошедшиеся стыки заварены подручными материалами, в данном случае болтом.

Типовой волнообразный износ в местах пересечения с автомобильным движением и после него по направлению движения.

Типовой волнообразный износ в кривых, распространен повсеместно.

Типовые выбоины на сваренных стыках.

Трещина рельса и скол поверхности катания около нее.

На всём протяжении путей в земле валяются болты, гайки, башмаки...

Примерно от 1–ой Беговой до 4-го Товарного проезда пути проходят практически в болоте. Рельсы со шпалами проваливаются в эту почти не просыхающую грязь, куда стекает вода со всех более возвышенных частей местности в окрестностях. Хоть и существует некоторое количество водоотводных лотков, как вдоль, так и поперек путей, выведенных в дренажный колодец около путей на углу 3-го Товарного проезда, очевидно, что необходимо поднять пути выше уровня почвы на серьезный слой балласта и обустроить в этом слое серьезный дренаж с выходом в тот же колодец, например. Может быть, даже подложить под балласт бетонные плиты с тем, чтобы балласт не проваливался в это болото. Примерно такая же ситуация с путями 10-го трамвая от Политехнической до угла Клочкова и 1-ой линии.

Состояние путей - это одна из главных проблем снижения скорости движения трамваев, а так же выхода из строя подвижного состава. У СГЭТ даже имеется рельсошлифовальная машина, которая по-моему с 80-х ни раз не использовалась... Все предложения и замечания, сформулированные после исследования я отдам на следующей неделе в комитет транспорта и дорожного хозяйства.

В процессе обследования были найдены интересные трамвайные артефакты и конечно же отфотографированы окрестности. Об этом речь пойдёт в следующих постах:
2013-04-17 Трамвайный тур в центре
Артефакт Пролетарской линии и строительство домов на проезжей части Большой Садовой

P.S. от Сергея Родионова в ответ на комментарии к этому посту:

Про зазоры.

Температурный коэффициент расширения рельсовой стали по справочникам колеблется от 0, 0000114 до 0,0000118/град. Отсюда легко посчитать, что для свободно лежащего, незакрепленного рельса, длиной 25 метров расширение будет составлять примерно 1 мм на 4 градуса изменения температуры.
Смотрим в таблицу ниже, где уже все это посчитано для разных температур и климатических зон. Видим, что средний размер зазора при температурах ниже -30 градусов составляет 22 мм. Мы ходили при температуре воздуха около +20, зазор номинальный должен быть порядка 5 мм. Не более. Для рельсов длиной 12, 5 метров цифры будут ровно в 2 раза меньше.

Также в трудах разных авторов можно посмотреть расчеты расширения рельсов, закрепленных в шпальной решетке, где этому процессу препятствует закрепление рельсов на палах. И шпал в балласте. Например: «Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Кафедра "Железнодорожный путь, основания и фундаменты" В.П. Новичков "УКЛАДКА И СОДЕРЖАНИЕ 25-МЕТРОВЫХ РЕЛЬСОВ". Методические указания по выполнению контрольной работы, Хабаровск - 2000. Рецензент: Доцент кафедры “Железнодорожный путь, основания и фундаменты” Дальневосточного государственного университета путей сообщения Л.Л. Севостьянова».

Усредненные расчеты показывает, что реальное расширение с учетом этих факторов примерно в 2 раза меньше. Но для случая трамвайных путей, где за скреплениями практически не ухаживают, можно считать, что расширения близки к цифрам для незакрепленных рельсов.
Зазоры на приведенных в посте фотографиях достигают 30 мм и более. Легко прикинуть, что при морозе -30 эти стыки растянутся до 50 мм и просто может порвать стыковые болты. Для летнего времени такие зазоры неприменимы.

Про «питатели».

Берем «ИНСТРУКЦИЮПО УСТРОЙСТВУ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ ВСН 94-77 ( Минтрансстрой)», видим:

Рис. 8. Рельсовые соединители (размеры даны в миллиметрах):
а - соединитель медный приварной на участках с электротягой; б - соединитель стальной приварной на участках без электротяги; в - схема приварки соединителя

3.15. Для улучшения токопроводимости рельсовых стыков на линиях с автоматической блокировкой, электрической централизацией или с другими устройствами СЦБ, а также на участках электрической тяги применяются рельсовые соединители (рис. 8).
Рельсовые соединители применяются: стыковые, стрелочные, междурельсовые и междупутные.
Стыковые приварные рельсовые соединители из медного троса длиной 200 мм и сечением не менее 70 мм2 применяются на участках электротяги постоянного тока и 50 мм2 - на участках переменного тока. Трос приварных стыковых соединителей должен плотно сидеть в обоймах (наконечниках); торцы троса в наконечниках должны быть оплавлены электродугой с угольным электродом.
Приварка стыковых соединителей к объемно-закаленным рельсам производится согласно техническим указаниям, утвержденным МПС.

Из свода правил СП 98.13330.2012 "ТРАМВАЙНЫЕ И ТРОЛЛЕЙБУСНЫЕ ЛИНИИ", Актуализированная редакция СНиП 2.05.09-90.

Междурельсовые соединители трамваев делают из медной проволоки сечением не менее 10 мм2 или из стальной и биметаллической проволоки с эквивалентным по проводимости сечением.

Про подуклонку

Раньше может и не было. Де-факто на саратовских рельсах ее и так видно, что есть, при желании можно взять уровень и им проверить. Особенно показательны рельсы около ост. Вокзальная. Если бы колеса трамваев были цилиндрическими, то накат был бы по всей ширине рельса, если рельсы лежат без подуклонки, и с внешней стороны рельса, если рельсы с подуклонкой. Поскольку накат реально только с внутренней стороны, причем на остальной поверхности рельсов нет и следа хотя бы от одного вагона, отсюда вывод, что все трамваи на 9 и 10 маршруте имеют не цилиндрические, а конические колеса. Очевидный факт, подтверждаемый обсуждением на этом форуме (целый топик). Разумеется, если на трамвае уже давно используются жд рельсы и под них соответственно, жд накладки клиновидной формы, то пути де-факто подуклоненные и колеса обтачивают под них на конус. Так что опять же заявления, что подуклонки на трамвае нет, реально устарели на много-много лет, и если ее где и нет, то только в дремучих заповедниках, куда не дошли современные жд технологии.

Далее, чисто трамвайная диссертация.

Селищев, В.И. "Совершенствование конструкции, системы обслуживания и ремонта ходовой части трамвайных вагонов"
Ученая cтепень: кандидат технических наук
Место защиты диссертации: Москва, 1984
Специальность: Транспортные системы городов и промышленных центров

Введение

Дальнейшее совершенствование транспортного обслуживания городов и промышленных центров выдвигает на уровень наиболее неотложных задачу повышения скоростей движения при одновременном увеличении объема пассажироперевозок I Практика эксплуатации городского электрического транспорта (ГЭТ) показывает, что в этих условиях, с ростом скоростей и динамичности нагрузок, появляются признаки, указывающие на высокую интенсивность износа деталей и узлов ходовых частей подвижного состава (ПС), в частности, бандажей колесных пар (КП) трамвайных вагонов. Естественно, что от действия значительного уровня динамических нагрузок, вызванных, главным образом, несовершенной формой контакта колес с рельсами, помимо возрастания износовых явлений для бандажей, наблвдаются случаи преждевременного разрушения элементов подрезиненных колес, деталей крепления буксовых узлов, другие повреждения, требующие дополнительного ремонтного вмешательства. Все это снижает технико-экономические показатели эксплуатации ПС трамвая. Надо заметить, что по вопросам взаимодействия КП локомотивов и вагонов магистрального транспорта с рельсами пути проведен значительный объем исследований как отечественными /2,3,4,5,6/, так и зарубежными /7,8/ специалистами. Здесь, в качестве одного из основных мероприятий, позволяющих повысить работоспособность ходовой части, предлагается пересмотреть геометрию существующих профилей бандажей. Такой подход очевидно возможен и для ПС трамвая. Однако применять в полном объеме для ГЭТ материалы и результаты исследований на железнодорожном транспорте не представляется возможным. Действительно, условия эксплуатации трамвайных вагонов характеризуются рядом своих специфических особенностей, принебрегать которыми недопустимо /40,41,46,47/. В некоторых городах страны (Пермь) сделаны первые попытки изменить существующий профиль трамвайного колеса. Но в этих случаях /В9/, геометрические параметры профиля бандажа назначались с целью улучшить условия взаимодействия колеса и рельса для некоторых частных случаев движения вагона (например, в кривых). Поэтому соответствующие результаты не в полной мере отвечали основным требованиям, предъявляемым к паре колесо-рельс и увеличения ресурса трамвайного бандажа. Исследования по конструированию более совершённых профилей проводятся в АКХ группой сотрудников с участием автора /10/. Вместе с тем, относительно малое число работ по данному вопросу ставит определенные трудности для решения практически важных задач эксплуатации ГЭТ. Это обстоятельство указывает на необходимость проведения специальных исследований по изучению процесса износа бандажей трамвайных вагонов, актуальность которых не вызывает сомнений. В настоящей работе ставится задача разработки рационального профиля трамвайного бандажа на основе теоретических и экспериментальных исследований процессов износа бандажей КП с учетом динамики взаимодействия ПС и пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗНОСА БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР (КП) ТРАМВАЙНЫХ ВАГОНОВ
I.I. Классификация дефектов износа бандажей колесных пар Рассматривая явления износа бандажей КП, мы имеем в виду и основу его появления трение меаду элементами пары "колесо-рельс". Как известно /2,4/ процесс качения колеса по рельсу предполагает периоды псевдоскольжения и проскальзывания колеса относительно рельса. Процесс псевдоскольжения (упругого скольжения или крипа) связанный с поступательным движением экипажа, настолько длителен, что практически равен всему периоду эксплуатации КП, в течение которого происходит износ бандажа. В то же время, проскальзывание колеса (с переходом в боксование), хотя и сопряжено с возникновением существенных дефектов износа бандажа, явление кратковременное и эпизодическое. В связи с изложенным, в рамках поставленной задачи, предлагается дефекты износа бандажей вагонов трамвая

Выводы
I. Показано, что износ бандажей в прикаточный период происходил быстрее, чем на других этапах работы, для колес с коническим и цилиндрическим профилями соответственно в 2 и 3 раза.
2. Указано, что прикаточный период опытных колес оканчивался после пробега 27-30 т.км. При этом колеса приобрели среднесетевую коническую форму с уклоном образующих конуса I/I4. При дальнейшей эксплуатации до предельного износа толщины бандажа интенсивность износа возрастает за счет образования неровностей и восстановления размеров реборды.
3. Показано, что, согласно теоретическим исследованиям, пробег бандажа с новым профилем увеличился на 40 тыс.км.
4. Средний износ бандажей с новым и цилиндрическим профилями по опытным данным за весь период эксплуатации составляет соответственно 12,5 т.щ/мм в зоне выкружки и 4,1 т.щ/мм - у фаски; 9,8 т.км/мм в зоне выкружки и 2,9 т.км/мм - у фаски.
5. По данным теоретических и экспериментальных исследований постреены графические зависимости износов высоты и толщины реборды от пробега.
6. Показано, что, за счет применения нового профиля, пробег бандажа по износу толщины реборды на 25 тыс.км, по износу высоты реборды - также на 25 тыс.км.
7. Произведена оценка профиля на устойчивость против схода колеса с рельс.
Показано, что по всем рассмотренным критериям обеспечивается устойчивость колеса на рельсе при движении как на прямых, так и в кривых участках пути.
8. Приведена оценка экономической эффективности использования нового профиля. Только по Харьковскому ТТУ годовой экономический эффект составляет 32,8 тыс.руб., а от внедрения нового профиля на 10 тыс.единиц ПС - порядка 656 тыс.руб.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изложенные в диссертационной работе материалы по исследованию явлений износа бандажей КП трамвайных вагонов позволяют сделать следующие основные выводы:
1. Разработан подход к оценке характеристик относительного износа рабочих поверхностей бандажей КП, базирующийся на методике, применяемой в ЛНИИ АКХ.
2. Приведена новая классификация дефектов, возникающих в процессе эксплуатации бандажей КП. Показано влияние отдельных элементов бандажа на работоспособность КП.
3. Получены среднеэксплуатационные значения, характеризующие особенности взаимодействия каздого бандажа в рассматриваемых сечениях с рельсами пути для 3-х типов ПС.
Показано преимущество перед другими типами ПС вагонов с тележками мостовой конструкции.
4. По экспериментальным данным впервые получены графические зависимости интенсивности износа контрольных сечений бандажей с цилиндрическим и коническим профилями в функции пробега, нашедшие применение при построении моделей износов.
5. На основании систематизации и обработки опытных данных разработаны более прогрессивные профили бандажей КП вагонов 1,2, 3 типов и результирующий среднесетевой профиль колеса. Особенностью новых профилей явилось образование конической поверхности катания бандажа, уменьшение угла наклона конической части реборды, увеличение радиуса выкружки.
6. Разработана модель вертикальной и горизонтальной динамики вагона, позволяющая оценить уровень динамического взаимодействия колеса и рельса. Решением системы дифференциальных уравнений на ЭВМ получена результирующая динамическая нагрузка, используемая в. моделях износа бандажей КП.
7. Разработан новый подход к построению моделей износа бандажей КП с использованием данных теории и эксперимента.
Б основу модели положены интегральные зависимости, исходные выражения которых описывают кривые интенсивности износа. Для приведения параметров износа бандажей КП к резонансным явлениям в модели использованы основополагающие факторы, такие как удельные давления и контактные напряжения.
8. На основе моделей износа разработан новый алгоритм построения характеристик износа бандажей с выделением периода прикатки и образования коничности, а также проката до предельного износа ТБф, BP, ТР.
9. С целью оценки работоспособности и получения характеристик износа бандажа впервые в практике трамвайного транспорта аналитическим методом получены графические зависимости износа, позволяющие подтвердить достоинства и преимущества нового профиля.
В частности, по теоретическому обоснованию пробеги бандажей до предельного размера для цилиндрического и конического профилей соответственно составляют 200 и 240 тыс.км. Фактический же пробег (с учетом обточек) составляет 87 и 123 тыс.км.
10. Указано, что прикаточный период опытных колес оканчивался после пробега 27-30 тыс.км, колеса приобрели коническую форму с уклоном конуса I/I4. При этом в прикаточный период износ происходил быстрее, чем в последующий период работы для конического и цилиндрического профилей соответственно в 2 и 3 раза.
11. По данным теоретических и экспериментальных исследований построены графические зависимости износа высоты и толщины реборды от пробега. Показано, что за счет применения нового профиля пробег бандажа по износу высоты и толщины реборды увеличивается на 20-25 тыс.км.
12. Показано, что по основным критериям обеспечивается безопасность от вкатывания колеса с новым профилем на головку рельса как на прямых, так и в кривых участках пути.
13. Получены характеристики износов при опытной эксплуатации цилиндрических и конических профилей. Показано совпадение теоретических и экспериментальных графических зависимостей, что указывает на достаточно высокую точность расчетов. Приведены также линейные зависимости, построенные по средним значениям износов подтверждающие преимущества нового профиля бандажа.
14. Результаты исследований могут быть использованы при разработке новых и совершенствовании ходовых частей существующего ПС, а также при совершенствовании технологии содержания и обслуживания ходовых частей и КП ПС.
15. Рекомендованные автором профили бандажей КП прошли эксплуатационные испытания и внедрены в Харьковском ТТУ и ряде предприятий ГЭТ Донецкой области.
16. Произведена оценка экономической эффективности использования нового профиля, которая составляет от внедрения на одном вагоне - 65,6 руб.; 500 вагонах ХТТУ - 32,8 тыс.руб., а по РСФСР сумма экономии составит более I млн.руб.
17. Результаты исследований использованы при разработке Г0СТ"а 5257-79. Бандажи черные для подвижного состава трамвая и положены в основу Г0СТ"а 25712-83. Бандажи чистые для вагонов трамвая.

Смотрим п. 10 заключения:

10. Указано, что прикаточный период опытных колес оканчивался после пробега 27-30 тыс.км, колеса приобрели коническую форму с уклоном конуса I/I4. При этом в прикаточный период износ происходил быстрее, чем в последующий период работы для конического и цилиндрического профилей соответственно в 2 и 3 раза.

Пишут, что после прикатки, на бандажах трамваев возникает конусность 1/14, это еще больший конус, чем на додуклоненных жд рельсах -1/20. Именно поэтому мы и наблюдаем около ост. Вокзальная накат на внутреннем крае рельса. Потому что конусность колеса у трамвая больше чем подуклонка рельсов. Все становится на свои места.
Диссертант все равно в той или иной степени предлагает конусность бандажа и поуклонку рельсов, это очевидные пути.