Оценка напряженно-деформированного состояния упругой клеммы скрепления в зависимости от усилия затяжки прикрепителя

Надежность промежуточных рельсовых скреплений приобретает особое значение в условиях роста грузонапряженности и осевых нагрузок подвижного состава. Работоспособность узла скрепления во многом определяется усилием прижатия рельса упругой клеммой, которое в эксплуатационной практике не измеряется напрямую, а контролируется косвенно – по моменту затяжки прикрепителя. Вследствие значительного расхода приложенного момента на преодоление сил трения фактическое осевое усилие в прикрепителе характеризуется существенным статистическим разбросом, что приводит как к недостаточному, так и к чрезмерному нагружению клеммы. Анализ эксплуатационных отказов показывает: около 99 % случаев выхода клемм ЖБР из строя связаны с трещинообразованием и изломами, что обуславливает необходимость количественной оценки напряженного состояния клеммы во всем диапазоне реализуемых усилий затяжки.

В работе методом конечных элементов в среде APM FEM выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния пружинной клеммы ЦП369.102 скрепления ЖБР в составе узла «клемма – рельс – упорная скоба». Установлено расположение наиболее нагруженных зон, получены аналитические зависимости напряжений в контрольных точках от осевого усилия затяжки и определены критические значения усилия, при которых напряжения в опасном сечении достигают предела текучести (около 35,4 кН) и предела прочности (около 39,5 кН) стали 60С2А. На основе статистических данных о разбросе усилия затяжки выполнена вероятностная оценка риска достижения предельных напряжений для различных состояний резьбовых поверхностей. Показано, что для новых и смазанных шурупов вероятность превышения предела текучести достигает значительных величин.

1. Определение напряженно-деформированного состояния упругой клеммы рельсового скрепления W30 / В. С. Коссов, О. Г. Краснов, М. В. Тимаков [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2025. Т. 84, № 1. С. 51–59.

2. Бочкарев Д. И., Лапушкин А. С. Современное состояние, анализ работы и перспективы развития промежуточных рельсовых скреплений // Механика машин, механизмов и материалов. 2019. № 2 (47). С. 85–92.

3. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути : утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 14.12.2016 № 2544р. Москва : ОАО «РЖД», 2016. 176 с.

4. Инструкция на сборку, укладку и эксплуатацию пути с различными модификациями рельсового скрепления ЖБР на железобетонных шпалах : утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 05.04.2018 № 689р. Москва : ОАО «РЖД», 2018. 41 с.

5. Ильиных А. С., Войченко А. А., Абрамова Т. С. Оценка усилия затяжки путевых шурупов упругих рельсовых скреплений методом тензометрии // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2025. № 3. С. 8–17.

6. Мезин И. Ю., Лимарев А. С., Ушаков М. Ю. Анализ требований к потребительским свойствам рельсовых скреплений и условиям производства пружинных клемм // Качество в обработке материалов. 2016. № 2 (6). С. 22–27.

7. Ронжина Ю. В. Термическое упрочнение быстродвижущимся потоком воды упругих клемм рельсовых скреплений : специальность 05.16.09 «Материаловедение (машиностроение)» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ронжина Юлия Вадимовна ; Московский государственный автомобильно-дорожный институт (технический университет). Москва, 2013. 226 с.

8. ГОСТ 14959–2016. Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали. Технические условия : приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 марта 2017 г. № 112-ст введен в действие с 1 января 2018 г. Москва : Стандартинформ, 2017. 28 с.

9. ГОСТ Р 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия : введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 октября 2013 г. № 1155-ст : дата введения 2014-07-01. Москва : Стандартинформ, 2013. 95 с.

10. ГОСТ 1050–2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия : приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 октября 2014 г. № 1451-ст введен в действие с 01.01.2015. Минск : Стандартинформ, 2015. 40 с.

11. Виноградов А. Г. Совершенствование конструкции и технологии изготовления пружинных клемм крепления рельсов на основе моделирования процесса пластической гибки : специальность 05.02.09 «Технологии и машины обработки давлением» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Виноградов Александр Георгиевич ; Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова. Магнитогорск, 2013. 18 с.

12. Железков О. С., Лактюшин А. А., Макаров Б. Б. Внутренние силовые факторы и напряжения в пружинных клеммах рельсовых скреплений при их установке // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования : тезисы 80-й Международной научно-технической конференции, Магнитогорск, 18–22 апреля 2022 г. Магнитогорск : Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова,