Факторы, влияющие на температуру рельсов

Изменение температуры рельса происходит в условиях сложного теплообмена.

Летом, находясь под действием солнечных лучей, рельсы получают тепловую энергию, тратя ее часть на обратное излучение и теплоотдачу в окружающую среду. Когда рельс нагревается (тепла подводится боль­ше, чем отводится), значения температуры в разных его точках, изменя­ясь во времени, все больше возрастают.

При достижении равновесия (теплового) между количеством подво­димого и отдаваемого тепла температура рельсов перестает повышаться, хотя локальные значения температуры различных участков как по длине рельса, так и по его поперечному сечению могут довольно существенно различаться. Наблюдаемая разница в температуре по поперечному сече­нию рельса (головка, шейка, подошва) достигает 10°С. Затем температу­ра рельса понижается, а его температурное поле выравнивается.

Температура рельса зависит от многих факторов: температуры воз­духа, типа рельса и состояния его поверхностей, а также ориентирова­ния рельса относительно сторон света, плана и профиля пути; попереч­ного профиля земляного полотна (насыпь, выемка, нулевое место), интенсивности солнечной радиации и прозрачности атмосферы, скорости и направления ветра, качества и отражательной способности балласта и ряда других причин.

При одной и той же температуре воздуха и различных сочетаниях других перечисленных факторов температура рельса летом на одном и том же перегоне может быть разной условий может достигать 10-М 5°С и даже более.

Температура рельсов летом в дневные часы, как правило, выше тем­пературы воздуха. Разница температур рельса и воздуха является вели­чиной переменной и с повышением максимальной температуры возду­ха несколько уменьшается.

Разница температур рельса и воздуха летом достигает 16—18 °С в северных регионах и 24—26 °С — в средних и южных районах страны. За расчетную разницу температур между ними летом в настоящее время принимают 20 °С т.е.

t_р = t_в + 20°С; (1)

где t_р—температура рельса;

t_в—температура воздуха.

Зимой температура рельсов меньше отличается от температуры воз­духа. Наблюдения показали, что в зоне экстремальных зимних темпе­ратур воздуха (-30 °С и ниже) их температура может быть на 3—5 °С выше по сравнению с воздухом. Из-за выхолаживания при сильном ветре температура может быть и ниже температуры воздуха. Однако обычно зимой температура рельсов и воздуха совпадает t_р = t_в.

При изготовлении и укладке рельсовых плетей, производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту бесстыкового пути измеряют фактическую температуру рельсов. В настоящее время таковой принято считать температуру головки рельса. При подобных измерениях приме­няют различные технические средства: приборы для непосредственного измерения в пути на месте производства работ; стационарные приборы для измерения на постах метеорологических станций и дистанций пути; стационарные или переносные приборы для измерения на рельсо-сварочных предприятиях в процессе изготовления плетей. Впервые температу­ра рельсовой плети измеряется на рельсосварочном предприятии, где определяется та, при которой изготовлена плеть.

В проекте укладки бесстыкового пути каждой паре рельсовых пле­тей присваивается порядковый номер, под которым в дальнейшем она будет значиться в заявке на сварку и других учетных документах, но об этом речь еще впереди.

В начале и конце каждой плети на внутренней стороне шейки рельса (со стороны оси пути) белой масляной краской указывается номер рельсосварочного предприятия, номер плети по сварочной ведомости, ее длина в метрах с точностью до второго знака после запятой при тем­пературе рельсов +20 °С. При иной температуре рельсовая плеть, оче­видно, будет иметь другую длину. Изменение dL длины рельсовой пле­ти в этом случае может быть определено по формуле

dL = 0,0000118L(20 - t), (2)

где L — длина рельсовой плети при температуре +20 °С (указана на

внутренней стороне шейки рельса);

t — температура рельсовой плети в момент измерения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

СП-51

Рисунок 1 - Распределение продольных температурных напряжений по длине рельса:

L — общая длина рельса; х— длина подвижной части рельса; (L - 2х)— неподвижная

часть рельса; R — стыковое сопротивление.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

СП-51

При постоянном по длине рельса погонном сопротивлении R на дли­не рельса х возникает погонное сопротивление/те, которое равномерно изменяется до нуля в конце рельса.

В сечениях А и Б возникнут напряжения D_t = рх!F. В промежутке между этими сечениями рельс не испытывает деформаций и работает как рельс, жестко закрепленный по концам. Длина активного концевого участка х может быть найдена из выражения

х = аЕFdt/р. (3)

Анализ этой формулы показывает, что длина «активной» части рель­са х прямо пропорциональна величине приращения температуры dt и обратно пропорциональна величине погонного сопротивления. Вели­чина последнего зависит от типа, конструкции и состояния промежу­точных скреплений, силы прижатия рельса к шпале, рода, состояния и степени уплотнения балластного слоя и ряда других причин. В пре­дельном случае

х = 0,5L. (4)

Наибольшее изменение температуры, при котором полностью преодо­леваются погонные сопротивления и продольные деформации распрос­траняются по всей длине рельса, равно

max t_пог = 0,5Lр/аЕF. (5)