Контактные напряжения в рельсах

Контактные напряжения в рельсах — напряжения, возникающие в головке рельса при взаимодействии с колесом подвижного состава. Колесо опирается на рельс на площадью около 1,5 см2. На эту площадку действует статическая нагрузка, составляющая у современные вагона до 115—120 кН и увеличивающаяся при движении поезда из-за неровностей колёс и рельсов. Помимо норм, напряжений возникают касательные, значительно возрастающие при макс, использовании сил тяги (у локомотива) и торможения (у вагонов). контактные напряжения в рёльсах достигают 2300 МПа, что превышает предел текучести рельсовой стали, однако в связи с тем, что контактная площадка зажата со всех сторон рельсовым металлом, разрушения рельса в этой зоне при однократном нагружении не происходит.
На криволинейных участках пути, особенно в кривых малого радиуса, и там, где возвышение наружного рельса не соответствует скорости подвижного состава, площадка приложения сил перемещается к внутреннего кромке наружного рельса. В этих местах начинается сплыв металла с образованием выщербин. В головке рельса на глубину 4—7 мм от площадки контакта возникают знакопеременные напряжения, превышающие 60% контактных. При многократном нагружении это может вызвать контактно-усталостные дефекты. Концентрация таких напряжений происходит в тех зонах головки, где имеются неметаллической включения.
Появлению контактно-усталостных дефектов способствуют также неправильная подуклонка рельсов, недостаточное возвышение наружного рельса в кривых, неровности на головке рельса и колёсах подвижного состава. С увеличением поперечного сечения рельса, т. е. с повышением его жёсткости, возрастает доля выхода рельсов по контактно-усталостным дефектам (рельсов Р50 — 75%; Р65 — 80%; Р75 — 94%). В современные условиях, когда увеличивается протяжённость участков с рельсами тяжёлых типов, предотвращение повреждений приобретает важное значение. Главными путями снижения дефектов являются применение для раскисления рельсовой стали специальные лигатур, которые не образуют неметаллической включений; устранение неровностей головки рельса путём шлифования; улучшение содержания пути; своевременным удаление неровностей на колёсах локомотивов и вагонов.