CC BY
40
УДК 625.032.432
РИБК1Н В В., д.т.н., профессор (ДНУЗТ), ПАТЛАСОВ О.М., к.т.н., доцент (ДНУЗТ), ПАНЧЕНКО П.В., acnipaHT (ДНУЗТ).
Експериментальш досл1дження взаемодй' колй' та рухомого складу при шви-дкостях руху до 160 км/год
Вступ
З метою впровадження швидюсного руху пасажирських поiздiв до ЕВРО-2012 та згь дно «Стратегй розвитку залiзничного транспорту на перiод до 2020 року», введеною в дш рiшенням КМУ вiд 16.12.2009 р. №1555-р [1], колieвипробувальною лабораторieю ДНУ-ЗТа на замовлення Укрзалiзницi були проведет дослщження взаемодй колй та рухомого складу при швидкостях руху до 160 км/год.
Пщстава для проведення експеримента-льних дослщжень е вiдсутнiсть допускiв по утриманню колй при досягненнi яких необ-хiдно обмежувати швидкiсть руху поiздiв на дiлянках де встановлена швидюсть руху пасажирських поiздiв понад 140 км/год [2, 3, 4].
Характеристика дослщнот дшянки, методика проведення випробувань та обробки да-них
Дiлянка колй, що дослщжувалась, роз-ташована на непарнiй колй перегону Борис-пiль - Баришiвка Квденно-Захщно' залiзницi в кривiй радiусом 2100 м; конструкцiя колй безстикова; рейки Р65; шпали залiзобетоннi, епюра шпал 1840 шт./км; баласт щебеневий.
Вiдступи за станом колй вщ нормативiв не перевищували III ступеня.
Загальна ощнка колй на кiлометрi - «вь дмшно».
Напружено-деформований стан колй до-слiджувався пiд дiею дослiдного по'зда. Згiдно з [5] його максимальна реалiзована швидкiсть тдчас експерименту повинна дорiвнювати 176 км/год. Для ще' реалiзацй дослiдний по'зд був сформований з двох електровозiв серй
ДС-3, двох пасажирських вагошв на Bi3Kax КВЗ-ЦНИИ.
По'1'здки виконувалися човником (в парному та непарному напрямку) 3i швидкостями 5, 100, 120, 130, 140, 150, 160, 176 км/год. Швидюсть 5 км/год реалiзовувалась для тару-вання вимiрювальноi апаратури.
Пiд час експерименту визначалися таю характеристики взаемодй рухомого складу та колй:
- напруження у рейках;
- вертикальш та горизонтальш сили, що д^ть на рейки;
- горизонтальш та вертикальш перемь щення рейкових елемешив;
- горизонтальш та вертикальш приско-рення кузова пасажирського вагона.
Допустимi величини прискореннь кузова вагона, сил, деформацш та напружень в колй зпдно з [5, 6] становлять: 1. Напруження в кромках, МПа:
- шдошви рейки..................................240
2. Горизонтальш сили взаемодй колеса та рейки, кН:
- для локомотива....................................150
- для вагона.................................................120
3. Перемщення рейки, мм:
- вертика...................................................10
- горизонтальш (рекомендований показник, який визначаеться тд час випробувань)......6
4. Прискорення кузова пасажирського вагона, м/с2:
- вертикальш.....................................3.43
- горизонтальш.........................................2.45
Мюця встановлення приладiв визначалися на пiдставi натурних обмiрiв колй та мате-матичного моделювання взаемодй пасажирсь-кого вагона з тшею.
Натурнi обмiри включають в себе ширину колп, положення за рiвнем та стрши виги-ну. Результати вимiрiв приведенi на рисунках 1- 2. Нульова точка на рисунках 1 та 2 вщпо-вщае початку перехщно! криво!. Центр досль дно! дiлянки (ПГ7) знаходиться на цих рисунках в точцi 170 м. Ця точка вiдповiдаe центру штучно зробленш нерiвностi в плаш. Сама не-
рiвнiсть робилась для встановлення впливу рiзницi сумiжних стрш вигину, вимiряних вiд середини хорди 20 м, на динамiчнi показники вагона та колп при швидкосп руху до 160 км/год.
Схема установки приладiв на дослiднiй дшянщ наведена на рисунку 3.
60 50 40 30 20 10 0
. АЛ Гц^Г
V \
100 довжина, м 150
— стрши вигину — рiвень
Рисунок 1. - Результати натурних вимiрiв рiвня рейкових ниток та стрш вигину вщ сере-
дини хорди 20 м
1526 1524 1522 1520 1518 1516 1514 1512 1510
/ч, Л| \ \ (А и
=1 (лр- 14 1 ¿-У-¿у
50
100 150
довжина, м
200
250
300
Рисунок 2. - Результати натурних вимiрiв ширини колп
ст.Барышевка ст. БоРисполь
Четное направление
Нечетное направление
ПВ1 ПГ1
■ Н.
ПВ3 ПГ3
Г3
ПВ5 ПГ5
ПВ2 ПГ2
Умовнi позначення:
ПВ13 ПГ13
ПВ14 ПГ14
- прилад для вимiрювань вертикальни сил, Ш;
- прилад для вимiрювань напружень у кромщ пiдошвi рейки;
- прилад для вимiрювань напружень у кромщ головки рейки, Г;
- прилад для вимiрювання горизонтальних перемщень головки рейки, ПГ; /* - прилад для вимiрювання вертикальних перемiщень рейки, ПВ.
Рисунок 3. - Схема установки приладiв.
0
50
200
250
300
0
ПГ7
Кiлькiсть дослщних по'здок при кожнiй швидкостi забезпечувала необхщну статисти-чну достовiрнiсть результат.
Для реестраци показникiв взаемодп колп та рухомого складу використовувалися тензо-метричнi датчики, для вимiрiв просторово' деформаци рейкових ниток - електропроги-номiри системи ЦНИИ МПС. Реестращя пока-зникiв здiйснювалась за допомогою аналого-цифрових перетворювачiв на переносний комп'ютер.
Горизонтальнi прогини вимiрювалися за допомогою прогиномiрiв (111), якi кршилися до штирiв, що забивалися у баласт безпосере-дньо бiля рейки.
Вертикальш сили, що дiють вщ колiс на рейки, вимiрювалися за допомогою тензодат-чикiв (Ш), що наклеювалися вертикально в зонi нейтрально'!' ос по обидва боки шийки рейки i включалися в спшьну роботу. Пока-зання цих датчиюв записувалися через пщси-лювачi.
Для визначення бокових сил, що д1ють вщ рухомого складу на кол1ю, прилади розта-шовувалися групами. Вимiр напружень у зов-нiшнiх i внутрiшнiх кромках пiдошов рейок здiйснювався за допомогою тензометричних датчикiв з базою 20 мм i опором 200 Ом. Датчики наклеювалися практично бшя само'! кро-
мки пщошви по !'!' нижнiй поверхш. У тих по-перечних перерiзах рейок, де розмiщувалися датчики кромкових напружень, вимiрялися напруження в зовшшнш гранi головки рейок (Г) за допомогою аналопчних датчикiв.
Боковi сили, що д1ють вiд колiс на рейки, розраховувалися за методикою О.П. Сршова [7].
Напружено-деформований стан колп. Виникаючi в колп боковi сили вiд дослiдного по'зда наведен в таблицi 1.
Середнi значення горизонтальних сил на головку рейково'' нитки вiд вагонiв i локомо-тивiв дiяли назовнi колп i не перевищували вiдповiдно 20 та 33 кН. Максимальнi боковi сили в колп досягали 43,21 кН вщ пасажирсь-ких вагонiв при швидкосп 160 км/год та 62,35 кН вщ локомотивiв при швидкосп 140 км/год. При цьому щ значення не суттево за-лежать вщ швидкостi.
Аналiз таблищ 1 показав, що абсолютнi величини бокових сил не перевищували за ма-ксимальними ймовiрними та спостереженими значеннями 120 кН та 150 кН (для вагона та локомотива).
Середш статичш горизонтальш вiджи-мання головки рейково'' нитки при швидкостi 176 км/год вщ вагонiв не перевищили 0,54 мм, а вiд локомотивiв 0,82 мм ( таблиця 2).
Таблиця 1. - Горизонтальш сил (кН) , що спостер^алися.
швидк1сть, рухомий cереднi cереднi квадрати- max ймо- max спостережеш
км/год склад чн1 в1дхилення вфш
1 2 3 4 5 6
100 ДС-3 29,82 10,19 55,31 49,92
вагон 17,42 7,14 35,27 33,00
120 ДС-3 32,04 8,87 54,23 57,39
вагон 19,08 7,02 36,64 42,68
130 ДС-3 32,98 8,72 54,79 56,65
вагон 19,52 6,53 35,84 35,98
140 ДС-3 31,35 9,81 55,86 62,35
вагон 18,63 7,33 36,95 38,41
150 ДС-3 30,41 9,55 54,29 56,36
вагон 18,31 6,77 35,24 33,82
160 ДС-3 30,89 9,74 55,25 57,01
вагон 19,20 6,79 36,16 43,21
176 ДС-3 29,46 10,69 56,20 58,18
вагон 18,19 7,95 38,05 35,60
Таблиця 2. - Горизонтальш прогини рейок (мм), що спостерiгалися.
швидюсть, км/год рухомий склад середш середш квадрати-чш вщхилення max ймов1рш max спостережеш
1 2 3 4 5 6
100 ДС-3 0,17 0,43 1,24 1,57
вагон 0,43 0,26 1,08 1,95
120 ДС-3 0,28 0,46 1,42 2,52
вагон 0,46 0,30 1,21 2,07
130 ДС-3 0,34 0,44 1,43 2,90
вагон 0,51 0,30 1,24 1,78
140 ДС-3 0,49 0,56 1,88 5,69
вагон 0,50 0,36 1,40 2,44
150 ДС-3 0,54 0,76 2,45 5,80
вагон 0,43 0,40 1,44 2,00
160 ДС-3 0,69 0,93 3,02 5,87
вагон 0,43 0,41 1,45 2,08
176 ДС-3 0,82 1,07 3,51 7,28
вагон 0,54 0,52 1,84 2,71
Максимальнi вiджимання головки назо-вш коли вiд вагошв досягали 2,71 мм та 7,28 мм вщ локомотивiв при швидкосп 175 км/год. При зростаннi швидкосп вiд 140 до 160 км/год максимальш прогини змшю-ються не суттево.
Середнi вертикальнi сили дiючi на рейку пiд час досшдних по'1'здок не перевищили для вагошв 81.13 кН при швидкостi 160 км/год та
Таблиця 3. - Вертикальш сили (кН), що сг
112.13 кН для локомотивiв при швидкосп 120 км/год ( таблиця 3).
Максимальш спостережеш вертикальш сили тд локомотивом виникали при швидкос-тi 160 км/год i склали 180 кН, пiд вагонами при швидкостi 100 км/год i склали 134.6 кН.
При збiльшенi швидкостi спостер^аеть-ся не суттеве зростання максимально ймовiр-них вертикальних сил, як для локомотивiв так i для вагонiв.
швидюсть, км/год рухомий склад середш середш квадратич-ш вщхилення max ймов1рш max спостережеш
1 2 3 4 5 6
100 ДС-3 104,28 13,98 139,22 166,10
вагон 73,15 11,09 100,87 134,60
120 ДС-3 11,13 13,23 145,21 165,30
вагон 79,19 9,36 102,59 109,20
130 ДС-3 112,00 14,59 148,47 169,20
вагон 79,76 9,63 103,85 123,40
140 ДС-3 108,40 17,52 152,19 170,20
вагон 77,05 11,29 105,27 108,30
150 ДС-3 110,31 16,41 151,34 174,00
вагон 80,79 11,86 110,43 111,70
160 ДС-3 111,40 17,65 155,52 180,00
вагон 81,13 12,77 113,06 110,40
176 ДС-3 107,91 18,43 154,00 179,20
вагон 77,61 14,23 113,20 111,70
Таблиця 4. - Напруження (МПа) у кромщ п1дошви рейки, що спостерiгалися.
швидк1сть, км/год рухомий склад cередн1 cередн1 квадра-тичн1 в1дхилення max ймов1р-н1 max спостереже-н1
1 2 3 4 5 6
100 ДС-3 44,87 15,14 82,72 120,10
вагон 30,20 10,24 55,79 89,70
120 ДС-3 46,76 16,59 88,23 138,80
вагон 32,58 11,29 60,81 111,70
130 ДС-3 47,39 17,41 90,91 121,30
вагон 33,57 10,65 60,19 82,60
140 ДС-3 46,64 20,15 97,02 135,30
вагон 32,89 11,79 62,37 86,40
150 ДС-3 48,09 21,38 101,54 172,40
вагон 33,59 10,78 60,55 72,20
160 ДС-3 49,58 23,54 108,44 169,60
вагон 34,18 11,22 62,24 103,70
176 ДС-3 48,13 27,30 116,37 181,30
вагон 33,43 13,03 66,02 80,90
Напруження в кромках пщошв рейок та-кож не суттево залежать в1д швидкост1, серед-н1 значення для локомотива не перевищили 49,58 МПа та для вагошв 33,59 МПа при швидкосп 160 км/год. Максимальш ймов1рш та максимальнi спостереженi значення склали для локомотива 180 МПа, для вагошв 134,6 МПа ( таблиця 4).
Вертикальш прогини рейок тд час екс-перименту не перевищили 5,19 мм для локо-мотив1в та для вагошв 4,15 мм при швидкосп 140 км/год. Середш значення як для вагошв так для локомотив!в не перевищують 2,02 мм. Максимальш ймов1рш прогини рейок для ло-комотив!в склали 3,38 мм при швидкосп 140 км/год та для пасажирських вагошв 3,03 мм при 140 км/год (див. таблиця 5).
швидк1сть, км/год рухомий склад cередн1 cередн1 квадра-тичн1 в1дхи-лення max ймов1р-н1 max спостереже-н1
1 2 3 4 5 6
100 ДС-3 1.90 0.43 2.99 2.95
вагон 1.63 0.43 2.72 2.63
120 ДС-3 1.87 0.47 3.05 3.10
вагон 1.65 0.45 2.77 2.71
130 ДС-3 1.97 0.46 3.13 3.06
вагон 1.71 0.48 2.90 2.67
140 ДС-3 1.94 0.57 3.38 5.19
вагон 1.71 0.53 3.03 4.15
150 ДС-3 1.91 0.47 3.09 3.73
вагон 1.67 0.46 2.83 3.09
160 ДС-3 2.02 0.44 3.13 3.57
вагон 1.72 0.44 2.81 2.94
176 ДС-3 1.97 0.44 3.08 3.65
вагон 1.70 0.47 2.87 2.94
вагон 1.70 0.47 2.87 2.94
Таблиця 5. - Вертикальш прогини рейок (мм), що спостер1галися.
Анал1з горизонтальних прискорень кузова вагона
Горизонтальш (поперечш) та вертикаль-нi прискорення вимiрювались в останньому купе пасажирського вагону за допомогою приладу МАСТЯАХ.
Окремi осцилограми вимiрiв прискорень при рiзних швидкостях i напрямку руху з Ба-ришiвки на Бориспiль наведеш на рисунку 4. Нульова точка на рисунку 4 вщповщае 170 м точщ рисункiв 1 та 2. Ця точка е центром горизонтально! нерiвностi в плаш.
Горизонтальна нерiвнiсть робилася штучно кожен день перед проведенням експери-менту i вiдповiдала III ступеню вiдхилення. При цiй нерiвностi рiзниця у сумiжних стрiлах вигину вимiряних вщ середини хорди 20 м дорiвнювала 23-25 мм.
Аналiз записiв горизонтальних прискорень показав схож1сть характеру запиав при рiзних швидкостях. При цьому вщбуваеться деяке запiзнення при зростанш швидкостi.
Значення максимальних прискорень при рiзних швидкостях в межах нерiвностi наведено на рисунку 5.
1.50 1.00 0.50 0.00
Г> ггН1 л у л ь
V Л 1 1 / К /М А'
■ 100 км/год
-120 км/год
130 км/год — - - 140 км/год--150 км/год
160 км/год
175 км/год
Рисунок 4. - Горизонтальш динамiчнi прискорення кузова пасажирського вагона в зош до-
слщно! дшянки.
□ 100 км/год □ 120 км/год
□ 160 км/год □ 176 км/год
1 - прискорення кузова вагона, що д^ть у середину криво!;
2 - прискорення кузова вагона, що д^ть на зовш криво!.
Рисунок 5. - Максимальш додатш та вщ'емш горизонтальш динамiчнi прискорення кузова пасажирського вагона в зош штучно зроблено! криво!
0
10
20
довжина, м
Висновки
У результат виконаних експеримента-льних дослщжень було встановлено:
1. Максимальн вим1ряш значення вер-тикальних сил вщ дп колю ваготв та локомо-тив1в на рейки в кривих дшянках з рейками Р65 не перевищували 135 та 180 кН вщповщ-но, максимальт ймов1рт - 113,2 та 155,52 кН вщповщно, середш - 81,13 та 112,13 кН. При цьому при зростанн швидкосп вщ 140 до 160 км/год вони змшюються не суттево.
2. Динамша змши вертикальних проги-тв рейок тд дослщним рухомим складом в залежносп вщ швидкосп аналопчна змшам вертикальних сил, а !'х максимальна величина не перевищувала 6 мм на колп з штучно зроб-леною нер1вн1стю в плат III ступеня. Найбь льш1 прогини спостер1галися при швидкосп 140 км/год 1 з1 зростанням швидкосп не зб1-льшувались.
3. Максимальт експериментальн та ймов1рт горизонтальт вщжимання головки рейок тд впливом рухомого з1 зростанням швидкосп вщ 140 до 160 км/год збшьшуються несуттево (на 1,5 - 2,0 мм).
4. Максимальт експериментальн та ймов1рт сили боково'' дп колю рухомого складу на рейки з1 зростанням швидкосп вщ 140 до 160 км/год практично не збшьшуються 1 тд д1ею локомотив1в знаходяться в межах 62,35 кН, а ваготв - 43,21 кН. Ц1 значення не перевищують допустим! 120 (150) кН.
5. Напруження, виникаюч1 в кромках т-дошви рейок тд локомотивом не перевищували 182 МПа тд локомотивом 1 112 МПа тд вагоном, що значно менше допустимого зна-чення - 240 МПа.
6. Горизонтальт динам1чт прискорення кузова вагона не перевищили 1.9 м/с .
7. Результати експерименту (напружено-деформований стан колп та прискорення кузова пасажирського вагона) стали пщставою для встановлення адекватносп розроблено'' математично'' модел1 взаемодп колп та пасажирського вагона на в1зках КВЗ-ЦНИИ, що в цшому дозволило дати рекомендаци [8] по нормативам утримання колп при швидкостях
руху до 160 км/год.
Список лггератури
1. Стратегия розвитку залiзничного транспорту на перюд до 2020 року. Рiшення КМУ вщ 16.12.2009 р. №1555-р.
2. Техтчт вказiвки щодо оцiнки стану рейково'1' колп за показниками колiевимiрюва-льних вагонiв та забезпечення безпеки руху поiздiв при вiдступах вщ норм утримання рейково'1 колп (ЦП/0020) // Бша Церква: ТОВ «1мпрес» -2005. -48 с.
3. Тимчасова шструкщя з органiзацГi швидкiсного руху пасажирських поiздiв. Ви-моги до шфраструктури та рухомого складу (ВНД 32.1.07.000-02), К.:Укрзашзниця, - 2002. - 51 с.
4. 1нструкщя з улаштування та утримання колп залiзниць Укра'ни (ЦП-0138) / Дань ленко Е.1., Яковлев В.О., Орловський А.М., Карпов М.1. та шшь -К.: Транспорт Укра'ни, 2006. -336 с.
5. Техтчт вказiвки з проведення натур-них випробувань рухомого складу щодо впли-ву на кол^ та стрiлочнi переводи / B.C. Сав-лук, В В. Рибкiн, О.М. Патласов - Ки'в -2010. -17 с.
6. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) / ГосНИИВ - ВНИИЖТ -Москва - 1996. - 203 с.
7. Ершков О.П. Исследование жесткости железнодорожного пути и ее влияние на работу рельсов в кривых участках // Труды ВНИ-ИЖТа. - 1963.- Вып № 264. -С. 152.
8. Проведення дослщжень з улаштування, укладання, ремонту i утримання безстико-во'1 колп в умовах швидкюного руху поiздiв з наданням норм утримання та ремонту: Зв^ о НДР / Дтпропетровський нащональний унь верситет залiзничного транспорту. - № ГР 0110U006300 Инв. № 465. - Дншроперовськ, 2010. - 64 с.
Анотацн:
Викладеш результати експериментальних досль джень взаемоди коли та рухомого складу при швидкос-тях руху до 160 км/год.
Приведены результаты экспериментальных исследований взаимодействия пути и подвижного состава при скоростях движения до 160 км/час.
The results of experimental researches interaction of railway track and rolling stock at speeds of movement to 160 km/hour.
УДК 625.032.432
РИБК1Н В. В., д. т. н., проф., (ДНУЗТ), ЛИСАК В. А., астрант, (ДНУЗТ),
БУРДЮКА О. Л., шженер. (Керченський стршочний завод).
Дослщження роботи стршочного переводу проекту кс1002.00.000. у безстико-в1й колй'
Вступ
На зал1зницях Укра'ни безстикова кол1я е найбшьш прогресивною 1 основною конструкщею колп. Переваги безстиково' колп, а та-кож широке використання на зал1зницях Укра-!'ни в якосп тдрейково'' основи зал1зобетон-них шпал, роблять !'!' основною конструкщею зал1знично!' колп незалежно вщ розм1р1в ван-тажонапруженост1 [1]. Тому виникае необхщ-шсть досл1дження роботи стршочних перево-д1в, що примикають до безстиково!' колп.
Вщповщно до рекомендащй ОСЖД [3], при примиканн1 стршочного переводу до безстиково'' колп необхщно влаштовувати захист у вигляд1 таких конструкщй:
- зр1внююч1 дшянки;
- анкерн1 д1лянки;
- зр1внювальш стики;
Вщповщно до д1ючих норм Укрзал1знищ [1], примикання д1лянок безстиково'' колп необхщно здшснювати лише одним способом -через два зр1внювальш прольоти, довжиною
12,5 метр1в.
Стршочний перевщ типу Р65 марки 1/11 проекту КС6511-03.00.000 на зал1зобетонних брусах розроблено ВАТ «Керченський стршочний завод» для застосування на дшянках з безстиковою конструкщею колп. Особливютю даного переводу е те, що хрестовина мае по-довжений заднш вил1т. Вш зак1нчуеться особливою конструкщею стика заднього вильоту хрестовини. З'еднання рейок з хрестовиною вщбуваеться не торець у торець, як у звичай-них стршочних переводах, а пщ кутом 4°48' (рис. 1). Через це виникае загроза зр1зу болт1в пщ д1ею температурних сил, при недотриман-ш Гснуючих Гнструкц1й по утриманню зр1в-нюючих прольот1в безстиково'' колп.
Ось чому метою роботи е визначення па-раметр1в мщносп хвостового скр1плення хрестовини дослщного стр1лочного переводу за умови забезпечення безпеки руху по'здГв пщ д1ею осьових температурних сил.
