Развитие конструкций железнодорожных рельсов, их стыковых соединений и технологий обработки

Цель диссертации – проведение историко-технического анализа конструкций рельсов, их стыковых соединений и термической обработки с конца XVIII в. (колейных дорог – с середины XVI в.) по начало XXI в. с воссозданием целостной исторической картины их развития в рассматриваемый период.
Объектом исследования является железнодорожный путь в России с конца XVIII в. по начало ХХI в.
В качестве предмета исследования рассмотрены конструктивные изменения рельсов для обеспечения движения по ним подвижного состава, повышения надёжности и комфортности перевозки пассажиров и грузов в зависимости от качества металла рельсов и способов его технологической обработки, а также этапов строительства железнодорожного пути в дореволюционный, советский и постсоветский периоды. Особое внимание уделено бесстыковому пути в современных условиях.
Научная новизна диссертации заключается в том, что на основе системного подхода впервые проведён комплексный историко-технический анализ и воссоздана целостная историческая картина развития процессов конструктивных изменений железнодорожных рельсов, их стыковых соединений и технологий обработки, в том числе: установлена периодизация развития конструкций колейных дорог на основе выявленных изменений в геометрии профиля рельса, что подтверждалось нормативами стандартов; проведена оценка влияния государственной научно-технической политики, политической и экономической конъюнктуры в области строительства железных дорог на объёмы выпуска рельсов.
Практическая значимость работы определяется изготовлением, апробированием опытного образца горелки для подогрева концов рельсов, свариваемых алюминотермитным способом, и разработкой «Способа алюминотермитной сварки рельсов при отрицательных температурах», защищённого патентом РФ №.
Результаты исследования используются в ходе преподавания курсов «История науки и техники» для студентов направления «Инноватика», курсовом и дипломном проектировании – для студентов инженерных механических специальностей МГУПС (МИИТ); обучения и переаттестации сварщиков, повышения квалификации инженерно-технических кадров; создания работ по истории железнодорожного транспорта.

Оглавление.
Введение.
История разработки конструкций колейных дорог.
Создание деревянных лежней и железных рельсов в период с середины XVI в. по 1788 г.
Совершенствование конструкции рельса в 1789 г. – 1865 г.
Изменение основных геометрических параметров рельсов в 1866 – 1902 гг.
Стандартизация геометрии рельсов и материалов в 1903 – 1946 гг.
Совершенствование геометрии профиля рельса в период с 1947 г. по начало XXI в.

Поставка рельсов для строительства железных дорог.
Выпуск рельсов в период с 1830-х по 1865 гг.
Выпуск рельсов в 1866 – 1902 гг.
Выпуск рельсов в 1903 – 1946 гг.
Выпуск рельсов в 1947 – 2011 гг.

История совершенствования химического состава и способов термической обработки рельсов.
Использование передовых технологий для изготовлений металлических рельсов в XVIII – первой половине XIX вв.
Разработка технологии производства и термообработки рельсов в период с 1866 г. до начала XX в.
Применение стандартов и технологий на изготовление рельсовой стали в первой половине XX в.
Разработка стандартов на химический состав рельсовой стали.
Организация упрочняющей термической обработки рельсов.
Совершенствование государственных стандартов на изготовление рельсов в период с 1947 г. до начала XXI в.
Внедрение новой технологии производства рельсов.
Основные требования, предъявляемые к рельсам по условиям современной и перспективной эксплуатации.
Формирование специальных требований к рельсам.
Применение упрочняющей термической обработки новых рельсов.

Историко-технический анализ совершенствования стыковых скреплений и соединений сваркой железнодорожных рельсов.
Современные виды и способы соединений рельсов.
Болтовые и сварные (неразъёмные) соединения рельсов.
История разработки инновационных технологий для разных способов сварки рельсов.
Преимущества и недостатки бесстыкового пути и способов его получения в современных условиях.
Влияние внешних условий на сохранение работоспособности железнодорожного пути.
Описание процесса алюминотермитной сварки.
Разработка оборудования и проведение эксперимента по алюминотермитной сварке рельсов.
Создание элементов многопламенной горелки для предварительного подогрева концов рельсов и её испытания.
Организация испытания разработанной горелки и экспериментального определения температур при предварительном подогреве рельсов.
Определение эффективной тепловой мощности пламени горелки при предварительном подогреве.
Численный анализ температурных полей и скоростей охлаждения при алюминотермитной сварке рельсов.
Особенности распределения температур и скоростей охлаждения по длине рельса при их алюминотермитной сварке.
Перспективы использования алюминотермитной сварки для получения бесстыковых соединений рельсов.
Основные результаты и выводы.