CC BY
13ПУТЬ И ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF THE RIGIDITY OF THE RAIL THREAD
N.R-Muhammadiyev1, N.I.Begmatov2
1 Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university (Saint-Pitersburg, Russia) 2 Joint Stock Company "Scientific Research Institute of Railway Transport" (JSC "VNIIZhT") (Moscow, Russian)
Abstract: Rail the joint is the weakest point of the path. On the one hand, the rail thread is weakened at the junction, and on the other hand, the rolling stock wheels have a reinforced impact on the joint, often shock in nature. In order to quickly improve the design of rail joints and the methods of their maintenance, it is important to master the calculation methods that allow to highlight the main points of the joint operation under the influence of rolling stock wheels. The work of Russian and Soviet scientists and engineers based on a detailed study of the operation of rail joints created several methods for their calculation. However, the existing calculation methods are not yet sufficiently developed to solve the above problem.
Key words: railway joint, stiffens, beam, rail deformation, Winkler base, butt plate, rail deflection.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ РЕЛЬСОВОЙ НИТИ
Н.Р.Мухаммадиев1, Н.И.Бегматов2
петербургский государственный университет путей сообщений императора Александра 1
(г. Санкт-Петербург, Россия) 2 Акционерное общество «Научно- исследовательский институт железнодорожного транспорта»
(АО «ВНИИЖТ») (г. Москва, Россия)
Аннотация: Рельсовый стык является самым слабым местом пути. С одной стороны, в стыке ослаблена рельсовая нить, а с другой — колёса подвижного состава оказывают на стык усиленное воздействие, часто ударное по своему характеру. Для того чтобы быстрее совершенствовать конструкцию рельсовых стыков и способы их содержания, важно овладеть методами расчёта, позволяющими осветить основные моменты работы стыка под воздействием колёс подвижного состава. Трудами русских и советских учёных и инженеров на основе детального изучения работы рельсовых стыков создано несколько методов их расчёта. Однако существующие методы расчёта разработаны ещё недостаточно для решения указанной выше задачи.
Ключевые рельсовый стык, жесткость, балка, деформация рельса, основание Винклера, слова: стыковая накладка, прогиб рельса.
Введение. В связи с повышением скоростей движения поездов, грузонапряженности линий и осевых нагрузок существенно увеличивается вибрационные воздействие на элементы железнодорожного пути при проходе колес подвижного состава. Особенно заметно вибрационное воздействие на путь на участках с железобетонными шпалами.
Следовательно, защита элементов железнодорожного пути от вредного
воздействия вибрационных нагрузок является весьма актуальной проблемой. При создании новых конструкций следует предусматривать конструктивные мероприятия, снижающие уровень вибрационных нагрузок.
Вследствие конструктивных особенностей пути, обусловленных прерывистостью рельсовой нити, колеса подвижного состава оказывают дополнительное воздействие на рельсы, которое передается на шпалы, балластный слой, земляное полотно и скрепления. Это дополнительное воздействие вызывает расстройство пути, которые накапливаются в зоне рельсового стыка гораздо интенсивнее, чем в средней части рельсов, и, следовательно, в зоне стыка значительно быстрее происходит выход элементов пути из строя. Например, вертикальные осадки пути накапливается в стыке 2-3 раза интинсивнее, чем в середине рельсового звена, вследствие чего образуется местные стыковые просадки пути, которые в свои очередь приводят к возникновению динамических сил; при загрязненном балласте образуется «выплески».
Выше рассматривались деформации непрерывного рельса в предположении, что характеристики основания неизменны по всей длине рельса. Здесь будут рассмотрены деформации изгиба рельса в плоскости его симметрии, в предположении, что как жёсткость самого рельса, так и характеристики его основания в отдельных точках отличаются от средних значений соответствующих величин на большом протяжении пути (стык как местное уменьшение жёсткости рельса на изгиб, просевшая шпала как местное уменьшение жёсткости рельсового основания).
Анализ ограничим сначала случаем, когда основание рельса развивает только вертикальные реакции (основание Винклеровского типа), а стык считается упругим шарниром. При этих предположениях удаётся получить простые расчётные формулы. Более общий анализ работы рельсовой нити в стыке (расчёт на действие произвольно направленной статической нагрузки) будет выполнен ниже.
Общая расчётная схема и основные уравнения, описывающие
деформацию рельсовой нити в стыке. Поэтому расчёт, излагаемый в этом пункте, является также только одним из частных случаев общего решения. Рельсовая нить в стыке претерпевает более или менее значительное (в зависимости от конструкции и состояния стыка) изменение жёсткости. Детальная картина изменения фактической жёсткости рельсовой нити в стыке очень сложна. Изучить её сразу во всех деталях весьма трудно. Но для решения отдельных вопросов, имеющих, безусловно, большое практическое значение (определение величин изгибающих моментов и поперечных сил» воспринимаемых стыком, деформация рельсовой нити в стыке) отнюдь нет необходимости изучать деформацию стыка обязательно одновременно во всех деталях [1].
Имея в виду сказанное, здесь будем учитывать только одну особенность рельсового стыка, наиболее важную для рассматриваемых в данном параграфе вопросов, состоящую в что жёсткость рельсовой нити в стыке значительно отличается от жёсткости рельса в целом сечении
Из предыдущего видно, что одной из важнейших расчетных характеристик рельсового стыка является у, определяющий жесткость стыка на изгиб в вертикальной плоскости.
Эта характеристика конструкции стыка (и его состояние) не может быть получена чисто расчетным путем, как это имеет для коэффициента 8, оценивающего влияние сближения стыковых шпал на работу стыка [2-4].
Поэтому она должна находиться из опыта. Перейдем к описанию одного из методов экспериментального определения величины коэффициента у.
Два куска рельса соединяются друг с другом накладками. Для этой цели лучше взять стык, вырезанный из пути, вставить его в статический пресс и загрузить сосредоточенной силой по схеме балки на двух опорах рис. 1.
Рисунок 1. Схема балки на двух опорах
Сила прикладывается по оси стыкового зазора и измеряется величина прогиба точки приложения силы под действием единичной нагрузки. Обозначим устэ.
После этого стык заменяется целым рельсом, и производятся аналогичные измерения. Величину прогиба загруженного сечения рельса,
приходящуюся на единицу силы, обозначим через у ст э.
По разницу в величинах у'ст э и у рэ определяют величину гамма.
Для вывода расчетной формулы вычислим изгиб стержня, обладающего жёсткостью Е^ и загруженного по схеме рис. 2 [5].
Рисунок. 2. Изгиб стержня жесткостью Е^
Угол в стыке
Мст = P.
cm 4
ю М
г cm с
El
Знак минус указывает на расположение осей, принятое на рис. 2. Производя соответствующие вычисления, получим
У cm
13
ri2
48 EI 8EI
p p
Если подставить в эту формулу величин, полученную экспериментальным путём, у стэ, то найдем неправильное значение у , так как на результат эксперимента оказывает влияние и погрешности изменений. Для того чтобы в некоторой мере уменьшить их влияние, вычислим поправку для
перехода от у ^ к у ст ■
Для этой цели используем результаты измерений на целом рельсе. Если обозначим погрешности измерения через 5, тогда
у р.э = у ст0=0) + ^ .
Отсюда
^ У р.э У ст.р(0=0) .
Пологая, что одинаково в обоих измерениях, получим
У т.э У р.э о 7--т .
8Е1
И окончательно
8EI у - у 8EI
_ / ' ' \ p _ У ст.э J р.э
У ст.э У р.э ) j2 p j2
Таким образом, величина у оказалось равной 23,4 см.рад.
Заключение. Так как опыт проведен на новом стыке, элементы которого не приработались друг к другу, то приведенная величина у, вероятно несколько завышена по сравнению со средней величиной, соответствующей эксплуатационным условиям. Изложенная методика определения величины коэффициента у не является, конечно единственно возможной, но она, по -видимому, наиболее проста.
Список литературы
1. Данилов В. Н. Расчет рельсовой нити в зоне стыка. М.: Гос. транс. жел. изд. 1978.
2. Шахунянц Г. М. Устройство железнодорожного пути, том III. М.: Трансжелдориздат, 1979.
3. Лурье А. И. операционные исчисление и его задачам механики. Гос. изд. Техн-теорет. Лит., 1982.
4. Беляев Н. М. сопротивление материалов. Гос.изд.техн-теорет. Литературы, 1963.
5. Барабошин В. Ф., Ананьев Н. И. Повышение стабильности пути в зоне рельсового стыка. М.: Транспорт, 1978. 45 с.
References
1. Danilov V. N. Calculation of the rail thread in the joint zone. Gos. trance. yellow ed. M: 1978. Р. 14-15.
2. Shakhunyants G. M. The device of the railway track, volume III. Transzheldorizdat, 1979. Р. 44-45.
3. Lurie A. I. operational calculus and its problems in mechanics. Gos. ed. Techno-theorist. Lit., 1982. Р. 10-12.
4. Belyaev N. M. the resistance of materials. State Publishing House of Technology. Literature, 1963. Р.60-62.
5. Baraboshin V. F., Ananiev N. I. Improving the stability of the track in the area of the rail junction. M.: Transport, 1978. Р 33-35.
Сведения об авторах / Information about authors
Мухаммадиев Неъматжон Рахматович - аспирант, Петербургского Государственного Университета Путей Сообщений им. Александра I (Россия, Санк-Петербург), E-mail: nemat.9108@mail.ru
Muhammadiyev Nematjon Rahmatovich - Post-graduate student, Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University (Saint-Pitersburg, Russia), E-mail: nemat.9108@mail.ru
Бегматов Нодир Исмоилович - Аспирант, Научный центр «Путевая инфраструктура и вопросы взаимодействия колесо-рельс», Акционерное общество «Научно- исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»), E-mail: nodir.begmatov.@mail.ru
Begmatov Nodir Ismoilovich - Post-graduate student, Scientific Center "Track Infrastructure and Wheel-Rail Interaction Issues", Joint Stock Company "Research Institute of Railway Transport" (JSC "VNIIZhT"), E-mail: nodir.begmatov. @mail .ru
