CC BY
58
УДК 625.151.2 : 629.4.015 : 656.2.08
к. в. мойсеснко, о. в. шатунов (дпт)
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ДОВЖИНИ ПРЯМО1 ВСТАВКИ НА БЕЗПЕКУ РУХУ ВАГОН1В СУМ1ЖНИМИ ПЕРЕВОДАМИ, УКЛАДЕНИМИ ЗА ПЕРШОЮ СХЕМОЮ
Наведено результати експериментального дослвдження впливу довжини прямо! вставки м1ж сумгжними стршочними переводами, укладеними за першою схемою, на безпеку руху вагошв (за критер1ем стшкост! колеса в1д сходу з рейок).
Ключовi слова: стршочний перевщ пряма вставка, вагон, безпека руху
Вщсутнють або недостатня довжина прямо! вставки й м1ж сум!жними стршочними переводами е порушенням «1нструкци з улаштування та утримання коли зал!зниць Укра!ни» [1], яке повинне усуватися тд час !х ремонту або мо-дертзаци. Але через брак кошт1в та дослщжень впливу довжини прямо! вставки на безпеку ру-ху по!зд1в \ витрати з утримання таких перево-д1в нав1ть тд час модертзацп це робиться ду-же рщко. У результат! тривалий час розташу-вання значно! кшькосп перевод!в на зал!зницях Укра!ни вимогам [1] не вщповщае.
Об'ектом цього дослщження е пряма вставка м!ж стр!лочними переводами типу Р65 на зал!зобетонних брусах. Зважаючи на вщмшну просторову стаб!льн!сть таких перевод!в та практичну неможлив!сть провалювання колю-них пар всередину кол!! безпека руху по!зд!в по них гарантуеться за умови виконання двох ос-новних вимог:
показники взаемоди переводу та рухомого складу (напруження в металевих частинах, го-ризонтальш сили, що д!ють на рейки, горизон-тальн! перем!щення брус!в) не повинш переви-щувати допустимих значень, наведених у [2];
— можливють викочування гребеня колеса рухомого складу на рейку(гостряк) стршочного переводу мае бути виключена.
У результат! виконаних рашше досл!джень [3] виявлено, що зменшення довжини прямо! вставки м!ж сум!жними переводами типу Р65 марки 1/11, укладеними за першою схемою, тд час руху по!зд!в по бокових напрямках обох перевод!в призводить до зб!льшення горизонтального та, ймов!рно, вертикального наванта-ження на кривол!н!йний гостряк у межах бокового стругання. Але для перевод!в, конструкц!я яких передбачае повну к!льк!сть упорок у межах рамних рейок, допустим! величини показ-ник!в взаемод!! переводу та рухомого складу не перевищуються. Тому швидкосп руху по!зд!в такими сум!жними переводами, укладеними за
першою схемою, можна встановлювати як для одиночних, незалежно в!д довжини прямо! вставки м!ж ними.
У ц!й статт! наведено результати наступного етапу дослщжень безпеки руху по!зд!в по бокових напрямках обох сум!жних перевод!в, роз-ташованих за першою схемою: визначення впливу довжини прямо! вставки на можливють викочування гребеня колеса ваготв на рейку.
Методика проведення дослщження та обробки даних
Ощнка безпеки руху екшажа за критер!ем можливосп викочування гребеня колеса на рейку в цш робот! зд!йснюеться за допомогою величини, що називаеться «коефщент запасу стшкост! проти сходу тд час викочування гребеня колеса на рейку» [4] (дал! — коефщент запасу стшкост!). Для будь-якого моменту часу вш розраховуеться за наведеною в [4] формулою, до яко! входять коефщ!енти вертикально! динамши в першому ступен! шдвшування обох кол!с кол!сно! пари, рамна сила, що на не! д!е, та деяю пост!йн! величини. Можливють викочування колеса на рейку виключена, якщо м> н!мальне значення коеф!ц!ента запасу ст!йкост! перевищуе нормативну величину.
Дослщження проводилося на тих самих переводах, що й дослщження [3], — переводи № 29 ! № 43 ст. Запор!жжя-Вантажне Приднш-ровсько! зал!знищ (фрагмент схеми станцп !з зображеними на нш досл!дними переводами наведено на рис. 1).
Вплив довжини прямо! вставки на безпеку руху вагошв сум!жними переводами визначав-ся шляхом пор!вняння результат!в, одержаних за крайтх значень довжини прямо! вставки (й = = 0 ! й = да), з допустимими величинами. Цикл й = 0 — дослщний по!зд рухаеться по бокових напрямках обох сум!жних перевод!в, цикл й = = да — тшьки по боковому напрямку дослщного
© Мойсеенко К. В., Шатунов О. В., 2012
переводу. Аналопчно [3] даш, одержанi за циклом й = да, виконують функщю контролю: да-ють змогу оцiнити стан дослiдних переводiв та вагонiв з позици !х придатностi для дослiджень, а два експерименти проведено для тдвищення надшност 1х результатiв (спочатку дослiдний по1зд рухався з переводу № 43 на перевщ № 29, а по^м, пiсля розвороту, навпаки).
Дослщш переводи розташованi на головнiй коли, тип Р65, марка 1/11, проект 1740, бруси затзобетонш, пряма вставка мiж ними вщсут-ня. По прямому напрямку переводiв для паса-жирських поlздiв встановлена максимальна швидюсть 100 км/год, для вантажних — 80 км/год; по боковому — 40 км/год для обох категорш поlздiв. Переважна бшьшють поlздiв рухасться по прямому напрямку дослiдних пе-реводiв, по боковому — здебшьшого виконуеть-ся тiльки маневрова робота. На початок випро-бувань по дослщних переводах було пропущено близько 240 млн т вантажу брутто, але за-вдяки регулярнш замiнi та якiсному утриманню металевих частин 1х вертикальний та горизон-тальний знос не перевищував 1...2 мм. Баласт-ний шар та залiзобетоннi бруси, стан стршоч-них переводiв i прилеглих колш за рiвнем та положенням у плаш загалом вiдповiдали вимо-гам [1] (детальш обмiри дослiдних переводiв, виконанi пiсля закiнчення випробувань за тех-нологiею, аналогiчною наведенiй у [5], тдтвер-дили цей висновок).
Як дослщш вагони були вибраш чотиривю-ний пiввагон на вiзках моделi 18-100 в заванта-женому (маса вагона 88,5 т, щебшь) та порож-ньому (20,7 т) станах та пасажирський вагон на вiзках КВЗ-ЦНИИ (вагон-лабораторiя ГНДЛ «Вагони»). Крiм вагонiв до дослщного по!зда входили також два електровози сери ВЛ11 (один у головi по!зда, другий — у хвоста) для оргашзаци руху дослщного по!зда «човником». Вiзки завантаженого шввагона пройшли моде-рнiзацiю: ковзуни звичайно! конструкци були
ст. Янцеве
замшеш на пружнi (за рахунок постайного контакту надресорно! балки з кузовом вагона ця модернiзацiя зумовлюе деяке збiльшення моменту опору повороту вiзка вiдносно кузова та сприяе зростанню рамно1 сили, що, за iнших рiвних умов, на коефщент запасу стiйкостi впливае негативно). Щц час випробування тех-шчний стан вагонiв контролювався працiвни-ками служби вагонного господарства та ГНДЛ «Вагони» — вiдступiв вiд норм утримання заре-естровано не було.
Вертикальш та рамнi сили, необхiднi для розрахунку коефщента запасу стiйкостi проти сходу, визначалися для перших за напрямком руху дослiдних вагонiв осей обох вiзкiв. Крiм того, рееструвалися деяю iншi процеси, потрiб-нi для прив'язки одержаних даних до переводiв (прискорення букс колiсних пар пасажирського вагона) та повнiшого опису динамши та кше-матики руху вагошв сумiжними переводами (рис. 2).
Датчики, за допомогою яких проводилися вимiрювання, встановлювалися на рухомому склацi вщповщно до вимог [4] та з'еднувалися комутацшними мережами з апаратурою вагона-лаборатори. Далi вони тарувалися вщповщно до стандартних методик ГНДЛ «Вагони», яка проводила випробування. Пщ час дослщжень застосовувалися прямокутнi тензорезистори КФ5П1 з базою 20 мм виробництва ВФ «Веда» (ТВ 3.06 Украши 7710-0001-93), тензотдсилю-вачi типу ТУМ-12, вимiрювально-реестрацiйна станцiя на базi ПЕОМ з частотою опитування датчикiв 300 Гц, швидкостемiр, датчики вим> рювання лiнiйних перемiщень типу ЛХ-704, акселерометри типу АТ 1105-5. Вимiрювальна апаратура була атестована та перевiрена.
Польова частина дослщжень проводилася з 12 до 15 травня 2008 року. По1здки дослiдного по1зда здiйснювалися iз швидкостями 5 , 15, 25 i 40 км/год у режимi вибiгу (по 3 по1здки з кож-ною швидкiстю).
ст. Запор/жжя-1
Рис. 1. Фрагмент схеми станци Запор1жжя-Вантажне (суцшьними стршками зображено маршрут руху попда тд час випробувань переводу № 29 за циклом й = 0, пунктирною — й = да)
ст. Янцеве IН
ст, Запортжя-1
щ
к
I
н
У
ГИввагон
Р
¡4
1
I н
I н
/
.у к
"V
Пасажирський вагон
7
р
—сг-
Умовнi позначення: Р - коефiцieнт вертикально! динамiки в першому ступеш пiдвiшування; Н - рамна сила;
У - горизонтальне прискорення п1дп'ятника пiввагона;
У - горизонтальне прискорення кузова пасажирського вагона над шворневою балкою на рiвнi шдлоги; ф - кут повороту вiзкiв вiдносно кузова; 2 - вертикальне прискорення букс
Рис. 2. Процеси, що вимiрювалися пiд час дослвджень
Перед розрахунком коефiцieнта запасу стш-костi процеси, що вимiрювались (^м приско-рень букс), були профшьтроваш з метою вилу-чення високочастотних складових (вiдповiдно до вимог [4] дiапазон частот процесiв перед обробкою та аналiзом мае бути в iнтервалi 0...20 Гц). Для цього використовувалося про-грамне забезпечення ГНДЛ «Вагони», розроб-лене на основi дискретних прямого та зворотно-го перетворень Фур'е. Значення постiйних величин, що застосовувалися пщ час розрахунку коефщента запасу стiйкостi, наведет нижче:
1. Кут нахилу твiрно! гребеня колеса до горизонтально! осi (для колю за [6])............ 60°
2. Коефщент тертя поверхш колю по рейках ...................................................0,25
3. Вертикальне статичне навантаження на шийку ос колюно! пари, кН:
- завантажений тввагон................ 208,46
- порожнш тввагон.......................36,05
- пасажирський вагон................... 105,16
4. Вага непщресорених частин, що припадае на колюну пару, кН:
- для шввагошв.............................. 14,4
- для пасажирського вагона............... 15,6
5. Вщстань мiж серединами шийок осi кол> сно! пари, м.......................................2,036
6. Вщстань вщ точок контакту колю з рейками до середини шийки ос колюно! пари, м:
- для колеса, що набтае.................. 0,264
- для колеса, що не наби-ае...............0,219
7. Вщстань мiж точками контакту колюно! пари з рейками, м................................. 1,58
8. Радiус кола кочення (для колю за [6]), м............................................. 0,475.
Для кожних дослщного переводу, вагона, циклу й швидкосп руху було одержано по три реалiзацi! коефщента запасу стшкосп (тшьки в одному випадку через техшчш причини вийшла одна реалiзацiя та в кшькох - дв^. За початок та кшець реалiзацi! прийнято вщпо-вщно переднiй стик рамно! рейки дослщного переводу та найближчий до нього кшець вщхи-лення контррейки - на нашу думку, схщ вагона через викочування колеса на рейку на дшянщ дi! контррейки та вусовика хрестовини практично неможливий. Довжина реалiзацi! склала 28,8 м.
Лише у 5 % випадюв реалiзацi! вiдрiзнялися одна вiд iншо!, причому три чверт незбiгiв припадало на порожнш вантажний вагон i чверть - на пасажирський. Найiмовiрнiше, що причинами такого хорошого зб^у реалiзацiй е плавний рух дослщного по!зда переводами та ефективна робота гасителiв коливань вiзкiв ва-гонiв, а велику частку незбтв, якi припадають на порожнш вагон, можна пояснити надмiрною для порожнього режиму жорсткiстю ресорного пщвшування вiзкiв моделi 18-100.
Зважаючи на невелику кшьюсть значень у однш реатзаци (800...6200), за мшмальне зна-чення коефiцiента запасу стшкосп приймався мiнiмум ще1 функцп, а не мшмальне ймовiрне значення, як звичайно. Хороший зб^ реалiзацiй мiж собою дозволив збiльшити точнiсть визна-чення коефiцiента запасу стiйкостi за рахунок його розрахунку як середнього з кшькох одер-жаних величин ^зниця мiж крайнiми значен-нями коефiцiента найчастiше складала 0,3... 0,5, у деяких випадках досягала 0,9). У разi значно1 рiзницi мiж реалiзацiями до уваги брався най-бiльш несприятливий випадок.
Вщповщно до кшькосп значень в однш реа-лiзацil за граничне значення коефщента запасу стiйкостi проти сходу прийнято для пасажирсь-кого вагона 1,7, для вантажного — 1,5 [4].
Результати дослщження
Залежносп коефщента запасу стiйкостi проти сходу пщ час викочування на рей-ку(гостряк) дослщного переводу вщ швидкостi для колеса, що набiгае, наведенi на рис. 3 i 4. Тут чорним кольором показано даш, одержат за циклом й = 0, шрим — й = да, кружечками по-значенi величини, отримаш для дослiдного переводу № 43, трикутниками — № 29, горизонтальна лшя вказуе допустиму величину. На рис. 5-7 зображеш оригiнальнi реатзаци кое-фiцiента запасу стiйкостi по довжиш переводу, одержанi для рiзних вагошв пiд час руху iз швидюстю 40 км/год (вiдiбранi найбiльш не-сприятливi випадки вiдповiдно до даних рис. 3 i 4: завантажений шввагон — перевiд № 43, по-рожнiй пiввагон та пасажирський вагон — пере-вiд № 29). Значення сiрого та чорного кольорiв тут таке саме, як i на рис. 3 i 4.
Аналiз цих даних дозволяе зробити таю ви-сновки:
— безпека руху дослщних вагошв за умови прямування по кожному з дослщних переводiв як по одиночному (цикл дослщжень й = да) га-рантуеться, що пщтверджуе справний стан дослщних переводiв i вагошв та !х придатнiсть для проведення дослiджень;
— коефiцiент запасу стшкоста, зареестрова-ний за циклу й = 0, бiльший за допустиму величину в ушх дослщжених випадках. Це дозволяе з упевнешстю стверджувати, що конструкци переводу типу Р65 марки 1/11 проекту 1740, шввагошв на вiзках 18-100 та пасажирського вагона на вiзках КВЗ-ЦНИИ гарантують немо-жливiсть викочування колеса на рейку пщ час прямування по бокових напрямках сумiжних переводiв, укладених за першою схемою. Та-
ким чином, довжина прямо1 вставки мiж стрi-лочними переводами зазначеного проекту на безпеку руху вагошв наведено1 вище конструкци за цим критерiем не впливае;
— для завантаженого тввагона та пасажирського вагона наявна тенденцiя щодо зменшен-ня коефiцiента запасу iз збiльшенням швидко-стi руху незалежно вiд циклу дослiджень. Для порожнього вагона пщстави для такого твер-дження вiдсутнi — не виключено, що в цьому випадку швидюсть впливае на коефiцiент запасу стшкост меншою мiрою.
Звертае на себе увагу залежшсть коефiцiен-та запасу стшкосп вiд швидкостi, що спостер> галася для другого вiзка завантаженого пiвва-гона пiд час руху дослщним переводом № 43 за циклу й = да — коефщенти суттево меншi, шж у рештi випадкiв, хоча гранично1 величини все ж не досягають (див. рис. 4, а). Аналiз первинних даних показуе, що в цьому випадку за вшх швидкостей руху вагона мiнiмум коефiцiента рееструвався на вщсташ 2.3 метри вщ перед-нього стику рамно1 рейки. Це зумовлено знач-ними величинами рамних сил i коефiцiента вертикальное' динамiки (КВД) на колес^ що набi-гае (КВД на колесу що не набiгае, на величину коефщента впливае дуже мало). Найiмовiрнi-ше, що причиною появи значних рамних сил та розвантаження колеса, що набтае, стало ос> дання величиною 14 мм у передньому стику рамно1 рейки разом iз зiм'яттям кiнцiв рейок до 2 мм та невеликим кутом у плаш. За вщсутноста цих вiдступiв коефщенти були б суттево бiль-шими.
Зображеш на рис. 5-7 залежностi поясню-ють, чому коефiцiенти запасу, одержат для рiзних циклiв дослiджень (див. рис. 3 i 4), вщрь зняються мiж собою бiльшою або меншою м> рою: якщо екстремуми обох функцш припада-ють на дшянку збiгу, тодi рiзниця невелика, в шшому випадку — значна.
Найкраще залежносп коефiцiента запасу стшкоста вiд довжини переводу збiгаються для пасажирського вагона, трохи прше — для завантаженого i зовшм погано — для порожнього тввагона, хоча iнодi (найчастiше для другого вiз-ка) траплялися випадки дуже непоганого збiгу. Рахуючи вщ переднього стику рамно1 рейки, довжина дшянки незбiгу для пасажирського вагона досягае 3 м, а для завантаженого — 12 м. Також слщ зазначити, що одержанi за рiзних швидкостей руху дослiдного по1зда залежностi коефiцiента запасу стiйкостi по довжиш переводу дуже подiбнi мiж собою (незалежно вiд циклу дослщження).
3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25
3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25
3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25
0
0
0
10
20
10
20
10
20
км/год
30
40
-Л- - "I
, ,—- /Ч
ГУ
>С
км/год
30
40
О-
км/год
30
40
Рис. 3. Залежшсть коефщента запасу стшкосп вщ швидкосп для р1зних тишв вагошв (перший в1зок): а — завантажений шввагон, б — порожнш шввагон, в — пасажирський вагон
3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25
3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25
3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25
0
0
10
20
10
20
км/год
30
40
км/год
30
40
Рис. 4. Залежшсть коефщента запасу стшкосп вщ швидкосп для р1зних тишв вагошв (другий в1зок): а — завантажений шввагон, б — порожнш шввагон, в — пасажирський вагон
а
а
10 8 6 4 2 0
10 8 6 4 2 0
Л
\Л 1 \ / л
-л. — А*
м
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
м /
м
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 Рис. 5. Коефщенти запасу стшкосп завантаженого тввагона: а - перший вiзок, б - другий вiзок
10 8 6 4 2 0
ЦП/ 1 ¥ II
м
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
10 8 6 4 2 0
-10 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Рис. 6. Коефщенти запасу стшкосп порожнього тввагона: а - перший вiзок, б - другий вiзок
10 8 6 4 2 0
м
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
10 8 6 4 2 0
А
Л V«, Л и №
м
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 Рис. 7. Коефщенти запасу стшкосп пасажирського вагона: а - перший вiзок, б - другий вiзок
а
б
а
б
а
б
Висновки
1. Результати виконаних дослщжень дозво-ляють з упевненiстю стверджувати, що конс-трукцiï переводу типу Р65 марки 1/11 проекту 1740, шввагошв на Bi3rax 18-100 та пасажирського вагона на bÎ3^x КВЗ-ЦНИИ гарантують неможливiсть викочування колеса на рейку пщ час прямування по бокових напрямках сумiж-них переводiв, укладених за першою схемою. Таким чином, довжина прямоï вставки мiж стрiлочними переводами зазначеного проекту на безпеку руху вагошв наведеноï вище конс-трукцiï за цим критерieм не впливае.
2. Для завантаженого тввагона на вiзках моделi 18-100 та пасажирського вагона на вiз-ках моделi КВЗ-ЦНИИ пiд час руху по боковому напрямку стршочного переводу проекту 1740 iз збшьшенням швидкостi спостерiгаеться зменшення коефщента запасу стiйкостi проти сходу.
Можливо, що для порожнього тввагона на вiзках моделi 18-100 швидкiсть впливае на кое-фiцiент запасу стшкосп меншою мiрою.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. 1нструкщя з улаштування та утримання коли заль зниць Украши. ЦП-0138 [Текст] : Затв.: Наказ Укрзал1знищ 22.12.05. № 427-Ц. - К.: ТОВ «НВП Пол1графсерв1с», 2006. - 336 с.
2. Техшчш вказ1вки з проведения натурних випро-
бувань стршочних переводав на мщшсть [Текст] : Затв.: Наказ Укрзал1знищ 04.03.10. № 028-ЦЗ. -К., 2010. - 15 с.
3. Мойсеенко, К. В. Вплив довжини прямо1 вставки
на допустим! швидкосп руху по1здав сумгжними стршочними переводами, укладеними за першою схемою [Текст] / К. В. Мойсеенко // Вюник Днш-ропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Ла-заряна. — 2011. - Вип. 38. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2011. — С. 117-126.
4. РД 24.050.37—90 Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества [Текст]. - М.: ВНИИВ, 1990. - 49 с.
5. Курган, М. Б. Положення сум1жних стршочних переводав у план й поздовжньому профш [Текст] / М. Б. Курган, Т. А. Сенченко, К. В. Мойсеенко // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. — 2009. — Вип. 26. -Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2009. — С. 75-82.
6. ГОСТ 9036—88 Колеса цельнокатаные. Конструк-
ция и размеры [Текст]. - Введен 01.01.90. -М.: Изд-во стандартов, 1989. - 15 с.
Надшшла до редколегп 22.06.2011. Прийнята до друку 29.06.2011.
к. в. моисеенко, а. в. шатунов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЛИНЫ ПРЯМОЙ ВСТАВКИ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ВАГОНОВ ПО СМЕЖНЫМ ПЕРЕВОДАМ, УЛОЖЕННЫМ ПО ПЕРВОЙ СХЕМЕ
Приведены результаты экспериментального исследования влияния длины прямой вставки между смежными стрелочными переводами, уложенными по первой схеме, на безопасность движения вагонов (по критерию устойчивости колеса от схода с рельсов).
Ключевые слова: стрелочный перевод, прямая вставка, вагон, безопасность движения
K. V. MOYSEYENKO, O. V. SHATUNOV
EXPERIMENTAL RESEARCH OF INFLUENCE OF LENGTH OF DIRECT INSERT ON SAFETY OF RUN OF CARS ON ADJACENT SWITCHES LAID ACCORDING TO THE FIRST SCHEME
The results of experimental research of influence of length of a direct insert between adjacent switches, laid according to the first scheme, on the traffic safety of cars (by criterion of the wheel stability against derailment). Keywords: switch, direct insert, car, traffic safety
