6. Виды напряжений в рельсах

• Постоянные напряжения — это собственные напряжения, ко­торые с течением времени лишь не­сколько изменяют свою величину за счет релаксации.

• Временные напряжения возни­кают и действуют только в период дей­ствия подвижной нагрузки и измене­ний температур. Временные напряже­ния от колесной нагрузки возникают и исчезают практически мгновенно (до 0,1—0,2 с) и являются динамическими, а от температурных сил — действуют и изменяются сравнительно медленно (до 2—3 ч) и являются статическими.

Временные напряжения в рельсах под колесной нагрузкой, в свою оче­редь, подразделяют на

• общие напря­жения (от изгиба и кручения)

• местные напряжения

1. контактные на головке (колесо с рельсом, площадь контакта ≈1÷2 см²)

2. напряжения концентрации в зонах болтовых отверстий

3. напряжения концентрации в зонах перехода шейки к подошве рельса

4. подголовочные напряжения в зоне перехода головки в шейку и шейки в головку. Причина – резкое изменение геометрии элемента

Местные напряжения оказывают су­щественное влияние на дефектность рельсов: контактные напряжения, на­пример, на зарождение и развитие по­перечных усталостных трещин в голов­ке (дефект 21 по классификации МПС), а концентрации напряжений в зоне болтовых отверстий (просверленных без раззенковки) вызывают усталост­ные трещины под углом 45° к ней­тральной оси рельса (дефект 53).

7. Собственные напряжения в рельсах. Напряжения, вызванные технологией изготовления

Среди собственных (внутренних) воздействий в пути наибольший практи­ческий интерес представляют собствен­ные напряжения в рельсах. Они могут возникать по причинам технологичес­кого и эксплуатационного порядка.

Технологические напряжения в рель­сах. После проката рельсов их подо­шва остывает быстрее, чем головка, вследствие чего возникает искривление рельса вогнутостью на головку (кото­рая остывает последней). Для исправ­ления этого искривления рельсы под­вергают холодной правке на ролико-правильных машинах. В настоящее время после проката рельсов тяжелых типов их принудительно искривляют, для того чтобы они выпрямились после остывания. Предпринимаются попытки добиться прямолинейности рельсов с помощью их сильного осевого растя­жения после проката.

При холодной правке в рельсах воз­никают собственные напряжения, кото­рые называются остаточными.

Впереди колеса в головке рельса возникают местные растягивающие на­пряжения. Остаточные напряжения до­стигают 60—80 МПа и являются растя­гивающими в головке и сжимающими в кромках подошвы рельсов. Они сум­мируются с местными, что может при­вести к опасности появления трещин в металле головки и последующих уста­лостных разрушений рельсов. Поэтому остаточные напряжения в головке нуж­но снижать.

В то же время сжимающие напряже­ния в кромках подошвы являются свое­го рода предварительным напряже­нием, так как под поездной на­грузкой в них появляются растягиваю­щие напряжения от изгиба рельса

σ_{техн.изг}=σ_t+σ_правка+σ_{закалка}+σ_i

ТО, Технологические напряжения в рель­сах – напряжения, связанные с температурным режимом остывания, вызванные правкой, закалкой и др моментами изготовления рельса.

Уровень напряжений, вызванных технологией изготовления, сопоставим с уровнем напряжений, возникающих под воздействием подвижного состава. Их учёт при оценке степени надежности работы обязателен.