CC BY
27
УДК 625.032.432
А. М. ОРЛОВСЬКИЙ, К. Л. КАЛЕНИК, В. В. КОВАЛЬЧУК (ДПТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПОЗДОВЖНЬОГО ПРОФ1ЛЮ ЖОРСТКИХ ХРЕСТОВИН НА ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ БРУСАХ
У данш роботi дослвджено вплив поздовжнього профiлю жорстких хрестовин типу Р65 марки 1/11 на за-лiзобетонних брусах на взаемодш коли та рухомого складу в зош нерiвностей на поверхнi кочення.
Ключовi слова: поздовжнш профiль жорстких хрестовин типу Р65 марки 1/11, залiзобетонний брус, вза-eмодiя коли та рухомого складу, зона нерiвностей на поверхш кочення
Стршочш переводи, являються невщ'емною частиною зал!знично! коли. Конструкщя стр1-лочного переводу сприймае бшьш1, в пор1внян-ш з1 звичайною кол1ею, навантаження вщ рухомого складу. Одним ¿з найбшьш вщповщаль-них елеменпв стршочного переводу е хресто-вина на яку ддать велик динам1чш сили, що викликано 11 поздовжшм та поперечним профь лями.
Великий внесок у розвиток питань пов'язаних з покрашенням взаемоди коли та рухомого складу в межах хрестовини внесли видатш вчеш колшники С. В. Амелш, В. Ф. Яковлев, М. П. Смирнов, Е. I. Даншенко, М. С. Ншеров, Б. Е. Глюзберг, М. М. Путря, В. В. Рибкш, Г. I. 1ващенко, Р. С. Лшовський, I. I. Семенов, В. I. Аброс1мов, Л. М. Фролов, М. I. Тггаренко. Результати дослщжень зазна-чених вчених засвщчили, що найбшьший вплив на взаемод1ю коли та рухомого складу в межах хрестовини оказуе 11 поздовжнш профшь. Тому до поздовжнього профшю хрестовини висува-еться ряд вимог:
1) плавшсть перекочування колю рухомого складу з вусовика на осердя в зош розриву рейково! нитки;
2) плавний перехщ колю рухомого складу з хрестовин на рейков! нитки, що при-микають;
3) забезпечення безпеки руху при встанов-лених швидкостях на протяз! всього пе-рюду експлуатаци;
4) мшмальш динам1чш сили при рус рухомого складу у зош хрестовини.
Анал1з стану вилучених з експлуатаци хрестовин [5] показав, що найбшьший вщсоток вщ-мов хрестовин здшснюеться з причин викри-шування та зносу осердя хрестовин й вусови-юв. А саме, до 50 % вщ загально! кшькосп вилучених хрестовин становлять дефекти зносу осердя { вусовиюв, 30 % - викришування осердя та вусовиюв, 20 % - шш1 дефекти. Кр1м того результати зазначеного анал1зу вказують на невщповщнють чинного проектного поздовж-
нього профшю (ГОСТ 28370-89) експлуатацш-ним умовам, оскшьки середне напрацювання хрестовин на вс1х дослщних напрямках Укрза-л1знищ не досягае гарантшного терм1ну експлуатаци. У бшьшосп випадюв напрацювання хрестовин не досягае терм1ну напрацювання на вщмову практично вдв1ч1.
Метою дано! роботи е удосконалення д1ю-чого проектного поздовжнього профшю хрестовини (ГОСТ 28370-89) з метою подовження терм1ну служби хрестовин у коли, а також зме-ншенню кшькост дефектов у хрестовинах.
Навесш 2010 р. було проведено експлуата-щйш дослщження поздовжнього профшю хрестовин ГОСТ 28370-89 на станци Дшпропет-ровськ по головних та станцшних кол1ях, типу Р65 марки 1/11, укладених на зал1зобетонних брусах, по парнш та непарнш кол1ях. Вим1рю-вання проводилось, як по прямому так { по боковому напрямках хрестовин. Станщя Дшпро-петровськ була обрана у якост дослщно! дшян-ки, оскшьки знаходиться в штенсивних експлу-атацшних умовах: вантажонапруженють парно! коли 40...50 млн т-км/км, непарно! - 60...70 млн т-км/км.
Методика вим1рювання була наступною. На хрестовин! маками визначалися характерш пе-ретини: горло хрестовини, математичний центр, перер1зи 12, 20, 30, 35, 40, 50 та 60 мм. При цьому вим1рювання поздовжнього проф> лю здшснювалось по п'яти точках: по дв1 точки на вусовиках та одна точка по середин!. Вим> рювання поздовжнього профшю здшснювалось модершзованою лшшкою А. К. Янковського. На данш лшшщ встановлений бшунок ¿з шкалою 20 мм. Бшунок та одна ¿з опор лшшки е рухомими вщносно поверхн! катання осердя.
Для анал1зу змши профшю хрестовин у за-лежност! вщ пропущеного тоннажу вс профш розбивалися на декшька груп. Подш на групи здшснювався таким чином, щоб в одну групу попали переводи ¿з р1зницею пропущеного тоннажу не бшьше 15 млн т.
© А. М. Орловський, К. Л. Каленик, В. В. Ковальчук, 2012
По отриманих середньостатистичних поздовжнiх профiлях, зпдно аналiтичного методу розрахунку [3] отримано вертикальш траектори руху по хрестовиш за наступними залежностями:
{*) СО { } (1)
де х' — абсциса точки переходу колеса п вусо-
вика на осердя;
■}] (дг) - траектор1я перекочування колеса по
хрестовинi у вертикальнш площинi;
Лд (л:) - фактичний середньостатистичний
поздовжнш профiль вусовиюв;
- фактичний середньостатистичний
поздовжнiй профшь сердечника;
IV - поперечний профшь бандажа колеса, за вимiрами Л. Г. Крисанова [1];
- величина зазору \пж робочою граню колеса та робочою граню вусовика (сердечника). У даних розрахунках приймалася нульс(в<) ве -личина зазору.
Для вибору характерних нерiвностей при середньому ступеню зносу та максимально допустимому, експериментальний матерiал був згрупований у двi великi групи (40.55 млн т та 60...75 млн т). Тип нерiвностi визначався на основi класифшаци запропоновано! проф. Яковлевим В.Ф. [2]. Результати наведет на рис. 1 та 2.
Горло
МЦХ 12 20 30 35 40 50 60
> 2( Ю 4( Ю 6( га ЛЭ^ 10 00 00 14 ао1,мм гб
00
-Траектори по боковому напрямку хрестовини -Траектор^ по прямому на прямку хрестовини
Рис. 1. Середньостатичш траектори руху, шсля пропуску 40.55 млн т
Горло МЦХ 12 20 30 35 40 50 60
Траектори по прямому на прямку хрестовини
Траекторш по боковому на прямку хрестовини
Рис. 2. Середньостатистичш траектори руху, тсля пропуску 60.75 млн т.
Пюля пропуску 40.55 млн т (що вщповщае середньому ступеню зносу) траекторiя мае ви-гляд бугра вщ горла до перетину розмiщеного на вщсташ 400 мм вiд горла. Помiчаються гос-трi впадини в зош перекочування колеса з вусовика на осердя, як характеризуются знач-ним сумарним ухилом. В подальшому при зб> льшеннi пропущеного тоннажу збiльшуеться кiлькiсть синусоподiбних нерiвностей. При близькому до максимального зносу (пропущено
80.95 млн т) збшьшуеться вiдсоток траекто-рiй, якi мають значний сумарний ухил нерiвно-сп.
1нколи спостерiгаеться перехщ синусоподь бних нерiвностей на хвилеподiбнi. Ухил на виходi iз нерiвностi при збшьшенш пропущеного тоннажу збiльшуеться (тим i по-яснюеться перехiд вiд типу бугор до типу сину-соподiбноl), разом iз тим збiльшуеться глибина
нерiвностi, а висота бугра у свою чергу змен-шусться.
Глибина нерiвностi змiнюeться несуттево (2...4 мм шсля пропуску 50... 65 млн т i 5... 6 мм при пропущеному тоннаж 60.. .75 млн т). У якост розрахунково! схеми для визначен-
ня додаткових динам1чних сил, що д1ють на
хрестовину при проходженнi колесом рухомого складу нерiвностi, прийнята схема з одним сту-пенем вшьносп, яка наведена на рис. 3. Вико-ристання подiбного типу розрахункових схем детально обгрунтовано у [4].
к г с г' гт-г"
Рис. 3. Розрахункова схема для визначення динам1чних сил
Математична модель взаемоди коли та рухомо-го складу в межах хрестовини складаеться з маси колеса та маси хрестовини, а також жорс-ткосп с та в'язюстю к основи, як характеризу-ють И амортизацiйнi та дисипативнi властивос-т1. Програмна реалiзацiя наведено! математич-но! моделi виконана у програмному забезпеченi 8сИаЪ 5.2.0.
Нерiвнiсть на хрестовиш вводилась до математично! моделi за допомогою кубiчного сплайна. При цьому уводилися характернi абс-циси нерiвностi (горло, МЦХ, перетини 12, 20, 30, 35, 40, 50, 60 мм) вщповщно 1м задавалися ординати.
Для подальших розрахункiв моделi за основу бралися вихiднi даш iз робiт [2, 3, 4]. Маса колеса пасажирського вагона iз вiзками типу КВЗ-ЦНИИ згiдно [3] приймалась 850 кг, приведена маса коли 1258 кг вщповщно. Жорст-кiсть основи хрестовини с = 1.47-105 кН/м, кое-фщент в'язкого тертя основи хрестовини к= 127,5 кНс/м.
Одним з основних факторiв, який буде ви-значати термш служби хрестовин е величина ухилу нерiвностi на хрестовинi у вертикальнш площинi. Розрахунок величини динамiчноl добавки вертикальних сил зображений на рис. 4
та 5. 1з збшьшенням величини пропущеного тоннажу збiльшуеться величина сил, що обумо-влено збшьшенням уклону нерiвностi в процесi експлуатаци.
Аналiз результатiв розрахунку додаткових вертикальних динамiчних сил взаемоди коли та рухомого складу в межах хрестовини показав, що застосування типового поздовжнього про-фшю для жорстких хрестовин на затзобетон-них брусах приводить до збшьшення динамiч-них сил взаемоди. На нашу думку однiею з основних причин зазначених вище недолтв е взаемне положення вусовика та осердя хресто-вини для типового поздовжнього профшю, що призводить до значних початкових ухилiв трае-ктори руху колiс рухомого складу по хрестовиш.
Нашi пропозици щодо удосконалення типового поздовжнього профшю хрестовини поля-гають в наступному. Точку падшня поздовжнього профшю вусовиюв на нуль, потрiбно здшснювати у перерiзi 60 мм, а у перерiзi 20 мм висоту вусовика понизити до 4,0 мм проти 6,7 мм (рис. 6-7). Вертикальш траектори руху (рис. 8), яю виникають при поздовжньому про-фiлi по ГОСТу 28370-89 мають бiльш крутi уклони, нiж у запропонованого профiлю.
Рис. 4. Динамiчна добавка вертикальних сил по профшю пiсля пропуску 40-55 млн т
Рис. 5. Динамiчна добавка вертикальних сил по профшю тсля пропуску 60...75 млн т
Для перев1рки наших пропозицш було про-анал1зовано динам1чш сили, що виникають при використанш типового поздовжнього профшю хрестовини та запропонованого авторами дано!
роботи. Параметри коли та рухомого складу при моделюванш приймались однаковими для обох вар1ант1в поздовжнього профшю хрестовини.
Горло МЦХ 12 20 30 40 50 60
6,7 6,7
2
1 ?( )П Ш 1П 1П т "> 1П ПП 15 ^ 0 ПП 1 л ПП 1 й
Вусовик Сердечник
Рис. 6. Типовий профшь ГОСТ 28370-89 марки 1/11
Горло 6
4 2 О -2 -4
МУХ 12 20 30 40 50 60
4 4
2С 0 4С Ю 6С 0 8С )/ 7 1000 12 и 00 14 00 16
■Сердечник Вусовик
Рис. 7. Запропонований профшь хрестовини
Горло 1
0,5 О
-0,5 -1 -1,5
МЦХ 12 20 30 35 40 50 60
Г 2 )0 4 )0 6( ю о! 00 /^12 00 14 00 16
-Траекторы узапропонованого профтю хрестовини -Траекторш при типовому позцовжньому профт! хрестовини
00
Рис. 8. Траекторп руху
7 б 5 1£ 4 3 2 1 О У.клл/год
20 60 100
■ Величина сиг у гипового п роф1л ю хрес го вин и 0,4 4 Я 7 Л
■ Вел ич и на сил у за п ро по нова но го 1 рОО|ЛЮ 0,4 1 7 3 1
Рис. 9. Динамiчна добавка вертикальних сил
Результати розрахунку, наведет на рис. 9, свщчать, що величина динам1чних вертикальних сил у запропонованого профшю у 2,5 рази е меншою, шж у типового профшю ГОСТ 28370-89. У зв'язку ¡з меншою величи-
ною динам1чних сил даний профшь може зб1-льшити термш служби хрестовин у коли, що дасть змогу зменшити витрати колшного гос-подарства на ремонт та поточне утримання хрестовин стршочних перевод1в.
Б1БЛ1ОГРАФИЧНИЙ СПИСОК
1. Крысанов, Л. Г. Эксплуатационные характеристики колесных пар грузовых вагонов [Текст] / Л. Г. Крысанов // Вестник ВНИИЖТ. - 1972. -№ 3. - С. 34-39.
2. Совершенствование ведения стрелочного хозяйства [Текст] / С. В. Амелин [и др.]; под ред. С. В. Амелина. - М.: Транспорт, 1983. - 238 с.
3. Амелин, С. В. Геометрические неровности рельсовых нитей [Текст] / С. В. Амелин, В. Ф. Яковлев, И. И. Семенов // Труды ЛИИЖТа. - 1964. - № 222. - С. 43-64.
4. Клименко, В. Н. Исследование динамических сил взаимодействия крестовин и тележки четырехосного вагона [Текст] / В. Н. Клименко, А. М. Микитенко // Труды ДИИТа. - Л., 1968. -№ 98. - С. 34-40.
5. Дослщження й аналiз експлуатацшно! стшкосп елеменлв стршочних переводiв за 2009 рш [Текст] : звгг про НДР. - ДИИТ, КГНДЛ. -2009. - 47 с.
Надшшла до редколегп 05.10.2011.
Прийнята до друку 14.10.2011.
А. М. ОРЛОВСКИЙ, К. Л. КАЛЕНИК, В. В. КОВАЛЬЧУК
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЖЕСТКИХ КРЕСТОВИН НА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БРУСЬЯХ
В данной работе исследовано влияние продольного профиля жестких крестовин типа Р65 марки 1/11 на железобетонных брусьях на взаимодействие пути и подвижного состава в зоне неровностей на поверхности катания.
Ключевые слова: продольный профиль жестких крестовин типа Р65 марки 1/11, железобетонный брус, взаимодействие пути и подвижного состава, зона неровностей на поверхности катания
A. M. ORLOVS'KYI, K. L. KALENYK, V. V. KOVALCHUK
INVESTIGATION OF LONGITUDINAL PROFILE OF RIGID FROGS ON REINFORCED CONCRETE SLEEPERS
In the paper the effect of longitudinal profile of rigid frogs of type R65 mark 1/11 on reinforced concrete sleepers on the interaction in the 'wheel-rail' system in the zone of rolling surface irregularities is investigated.
Keywords: longitudinal profile of rigid frogs of type R65 mark 1/11, reinforced concrete sleeper, interaction in the 'wheel-rail' system, zone of rolling surface irregularities
