dm2016 5 76 77

шпалы

Синтетические шпалы после 30 лет службы Шпалы из искусственной древесины производства компании Sekisui за 30 лет с начала их применения были уложены в 16 странах на мостах и участках под стрелочными переводами общей протяженностью 1400 км. Научно-исследовательский институт железнодорожной техники Японии (RTRI) обследовал два таких участка, чтобы оценить показатели работы шпал. Шпалы из армированного волокном пенополиуретана (fiber reinforced foamed urethane, FFU) были разработаны компанией Sekisui в качестве альтернативы традиционным деревянным. При тех же эксплуатационных показателях синтетические шпалы предусматривали более длительный срок службы и повышение стойкости к природным условиям. Шпалы из FFU впервые были уложены в 1980 г. и служат до сих пор на участках пути под стрелочными переводами, в тоннелях и на мостах в 16 странах (рисунок). Не-

давно покупателями этих шпал стали британская компания-оператор инфраструктуры Network Rail, которая впервые уложила их на двух мостах в сентябре 2014 г., и бельгийская компания Infrabel, которая завершила укладку шпал на мосту в начале 2015 г. Армированный волокном пенополиуретан производится прессованием нитей стекловолокна со вспененным полиуретаном на экструзионном прессе высокого давления. Процесс производства начинается со смешивания исходных материалов — полиола и изоцианида с не-

сколькими добавками, а после перемешивания и экструзии сырьевую смесь армируют длинными прядями стекловолокна. Далее производится вспенивание и отверждение, после чего готовый продукт разделяют на отрезки длиной 12 м для последующей обработки и раскроя по длине, указанной заказчиками. Одним из основных достоинств таких шпал является их долговечность. Недавним подтверждением этого стало исследование, проведенное RTRI по поручению компании Sekisui. Были испытаны изготовленные из FFU синтетические короткие шпалы и мостовые брусья, прослужившие в Японии более 30 лет. Конкретно испытаниям подверглись полушпалы из тоннеля Канмон на линии Санъё компании Kyushu Railway и мостовые брусья с линии Уэцу компании JR East. Всего в Канмонском тоннеле уложили 74 полушпалы (37 пар) размером 120×240×590 мм, рельсы массой 60 кг/м и скрепления с фиксаторами. Прямой в плане путь имеет уклон 2,2 %; нагрузка от движения поездов составляет 18,9 млн т брутто, что соответствует в среднем 52 тыс. т в сутки. Всего за последние 30 лет пропущено 580 млн т. Компания Kyushu Railway за время эксплуатации шпал провела замену подрельсовых прокладок в 1984 и 2005 гг., замену рельсов — ­­­­­­в 1985, 1991, 1996 и 2002 гг.

Программа испытаний полушпал

Укладка синтетических шпал

Результаты обследования показали, что после 15, 20, 25 и 30 лет службы полушпалы не имели трещин и деформаций поверхности,

76 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2016, № 5

шпалы

цвет поверхностного слоя не изменился, путевые шурупы не были ослаблены. Более того, подрельсовые прокладки оказались хорошо закрепленными, а в ходе осмотра со стороны дренажной канавы не обнаружены ни отслаивания, ни трещины, ни ослабленные концы шпал. Дополнительно были проведены испытания путевых шурупов на выдергивание. В ходе испытаний в головке путевого шурупа высверливали отверстие диаметром 8,5 мм, вставляли в него штифт, чтобы использовать его в качестве демонтажного приспособления, а затем подсоединяли штифт к оборудованию для измерения усилия выдергивания. Результаты показали, что значения усилия выдергивания путевого шурупа из синтетических полушпал находились в диапазоне 23,3 – 50,4 кН при средней величине 32,5 кН, что превышает среднее значение 30 кН, допустимое по японскому стандарту JIS E 12031. Кроме того, проводились испытания, в процессе которых полушпалу фиксировали на стенде, предназначенном для выкручивания путевого шурупа, с помощью накидного ключа и измерения момента затяжки. Измерения продолжались до тех пор, пока требуемые для выкручивания шурупа значения момента не начинали снижаться. Значения момента при выкручивании путевых шурупов находились в диапазоне от 163 до 336 Н·м при средней величине 223,7 Н·м. Значения момента для конкретных шурупов были разными, но при этом они примерно соответствовали результатам, полученным при исследовании шпал после 10 лет службы. Результаты испытаний физических свойств показали, что шпалы по‑прежнему соответствуют требованиям стандартов JIS E 12031 и ISO 12856 – 1. Кроме того, было установлено, что среднее значение плотности образцов шпал после

15 лет службы составило 680 кг/м3 и было почти таким же, как для образцов, использованных в ходе недавних испытаний.

Испытания мостовых брусьев В 1980 г. на мосту Миомотегава, расположенном на прямом участке пути с уклоном 4,4 ‰, были уложены 18 мостовых брусьев размером 200×200×2700 мм с рельсами массой 50 кг/м и рельсовыми скреплениями в форме буквы F, пришитыми заершенными рельсовыми костылями. Нагрузка от движения поездов для данного участка равна 6,1 млн т брутто в год, за 30 лет она составила 180 млн т. Согласно данным исследования и сведениям, полученным от оператора JR East, работы по ремонту пути на мосту не проводились в течение 20 лет после укладки мостовых брусьев. Результаты обследования показали отсутствие на мостовых брусьях трещин и деформаций поверхности. Несмотря на то что некоторые костыли ослабли, а размеры их головок уменьшились вследствие коррозии, в целом состояние синтетических мостовых брусьев было признано хорошим. Испытания также показали относительно сильную корреляцию между использованными образцами. Для трех мостовых брусьев были проведены усталостные испытания на изгиб. Образцы размером 30×30×520 мм были вырезаны таким образом, чтобы их продольное направление было параллельно нитям стекловолокна. Нагрузку прикладывали перпендикулярно волокнам с расстоянием между точками опоры 420 мм. Максимальные значения изгибающих усилий составляли 70 Н/мм2, 75, 80, 90, и 95 Н/мм2, а число циклов доходило до 100 млн. Помимо усталостных испытаний на изгиб, были проведены статические испытания на изгиб в це-

лях сбора данных для конвертирования значений давления при усталостных испытаниях в эквивалентную удельную массу. Статические испытания на изгиб проводили по 5 раз для одного образца, взятого из каждого из брусьев. Габаритные размеры образцов и расстояние между точками опоры были такими же, что и при проведении усталостных испытаний на изгиб. Сравнение результатов испытаний мостовых брусьев после 30 лет службы с результатами усталостных испытаний на изгиб, проведенных для шпал после 15 лет службы, и результатами для новых синтетических мостовых брусьев показывает, что со временем их прочность снижается. Образцы, взятые на мосту, выдерживали нагрузку 77,8 Н/мм2, а взятые из новых синтетических шпал — 94 Н/мм 2. Это означает, что за прошедшие 30 лет прочность снизилась на 16,2 Н/мм2. Вместе с тем результаты испытаний мостовых брусьев после 15 лет службы показали прочность 78,9 Н/мм2, что лишь немногим отличается от результатов после 30 лет, т. е. заметного снижения прочности не произошло. Помимо всего прочего, если допустить, что осевая нагрузка на высокоскоростных линиях Синкансен составляет 170 кН, а мостовые брусья подвергались нагрузкам, повторяющимся при прохождении поездов с частотой, эквивалентной 50 годам службы (проектное значение долговечности), то их устойчивость к возникновению усталостных трещин после 30 лет службы будет равна примерно 74,8 Н/мм2. Это значительно превышает допустимое отклонение, равное 25 Н/мм2, для нагрузок, обычно возникающих в шпалах, и говорит о том, что они будут служить достаточно надежно в течение еще 20 лет. Материалы компании Sekisui (www.sekisui.de); International Railway Journal, 2015, № 12, pp. 49 – 50.

ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2016, № 5 77