CC BY
46
УДК 625.11
М. Б. КУРГАН, Н. П. ХМЕЛЕВСЬКА (ДПТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПАРАМЕТР1В ПЛАНУ Л1Н11 НА ВЕЛИЧИНУ В1ДЦЕНТРОВИХ НЕПОГАШЕНИХ СИЛ
Розглядаеться вплив параметр!в кривих на величину ввдцентрових сил, що викликають розлад i знос коли.
Ключовi слова: вщцентрова непогашена сила, параметри плану лши, модернiзацiя коли
Рассматривается влияние параметров кривых на величину центробежных сил, которые вызывают расстройство и износ пути.
Ключевые слова: центробежная непогашенная сила, параметры плана линии, модернизация пути
The influence of parameters of curves on the value of centrifugal forces causing the rail track wear is considered. Keywords: centrifugal uncompensated force, track line parameters, track modernization
1. Загальш положення. Мета дослщження
Завдання, що поставлеш перед зал1зничним транспортом на перюд до 2020 року, виплива-ють ¡з схвалено! Кабшетом М1н1стр1в Укра!ни СтратегИ [1]. Основними з них е модершзащя зал1зничних лшш за напрямками м1жнародних транспортних коридор1в; техшчне переосна-щення об'екпв шфраструктури зал1зниць; ор-гашзащя руху по!зд1в за напрямками, ор1енто-ваними переважно на один вид перевезень (па-сажирсью або вантажш). Зупинимось бшьш детально на спец1ал1зацИ напрямюв руху.
Переключення перевезень на паралельш ходи призводить до змши штенсивност руху ван-тажних i пасажирських по!зд1в, що впливае на напружено-деформований стан коли, а в кшцевому результат на експлуатацшш витра-ти, ремонт i утримання колшно! шфраструк-тури.
Загальну дда рухомого складу D, що призводить до зносу колшно! iнфраструктури, мо-жна представити як сумарну роботу поздов-жньо! Dпозд, поперечно! Dпоп i вертикально!
Dверт сил [2, 3], тобто
В результап розподiлення потоюв основний ефект полягае в зменшенш непогашених попе-речних прискорень, що забезпечуе бшьш висо-кий рiвень комфорту пасажирiв та зменшення зносу верхньо! будови колi!' i рухомого складу. Зменшення поперечних прискорень шдвищуе також стабiльнiсть положення верхньо! будови коли i може призвести до збшьшення мiжремо-нтних перiодiв [3].
Для ощнки ефекту вiд зменшення розладу i зносу колi! був застосований показник - непогашена вщцентрова сила. Такий шдхщ слщ вважати обгрунтованим, тому що поперечш сили всiх видiв в кривих (направляючi сили, боковi i рамш) залежать вiд вiдцентрово! сили [4].
Вщцентрова сила I, що виникае при прохо-дженш рухомого складу по кривiй радiусом R, визначалась за формулою
I =
m ■V2 G ■V2
R
g ■ R
(1)
D = j Dn^ + D^ + DBерT .
Кожна з названих сил визначаеться як добу-ток вщповщного прискорення апозд, апоп, аверт
на масу рухомого складу, а робота сил - як до-буток сили на перемщення у вiдповiднiй пло-щинi.
2. Непогашена вiдцентрова сила
В умовах розмежування вантажного й паса-жирського руху i пiдготовки пасажирських хо-дiв до Свро-2012 великого значення набувае плавшсть руху i комфортабельнiсть !зди.
де т - маса одиницi рухомого складу;
О, g - вщповщно сила ваги { прискорення вшьного падшня.
Сила I притискуе екшаж до зовшшньо! рейки, перевантажуючи !! { збшьшуючи отр руху екшажу. Кр1м того, ця сила впливае на самопочуття пасажир1в.
При влаштуванш шдвищення зовшшньо! рейки И з'являеться складова сили ваги Н, спрямована усередину криво! (рис. 1), яка по-внютю чи частково вр1вноважуе вщцентрову силу.
При нестач1 шдвищення сила Н не зр1вно-важуе I, тод1 мае мюце непогашена вщцентро-ва сила
© Курган М. Б., Хмелевська Н. П., 2010
F = Q
V2
3,62 R
S
(2)
Rвiд =J F ■AS ,
(3)
Нaдaлi poбoтa пoпepeчниx сил на кол1ю poз-глядалась умовно як cyмa нeпoгaшeниx вщвдн-тpoвиx сил yпpoдoвж ^mof, тобто
дe AS - ^ок iнтeгpyвaння (пepeмiщeння по-хзда у^одовж кpивoï, пpийнятo 1 м).
Мeтoю poбoти e poзpoбкa зaxoдiв щодо змe-ншeння вiдцeнтpoвиx сил, що д1ють на кол1ю.
Рис. 1. Сxeмa сил, що
3. Дослщження основних фaктopiв, що впливають на величину непогашених вiдцeнтpoвиx сил
Для визнaчeння вeличини впливу вiдцeнт-poвиx сил на кол1ю були виконаш poзpaxyнки для д1лянок Кшв - KopoCTem, Кшв - Козятин, Козятин - Шeпeтiвкa i Шeпeтiвкa - KopoCTem, як1 вiдpiзняютьcя пapaмeтpaми плану i поздов-жнього пpoфiлю. На пepшoмy eтaпi poзpaxyнки виконувались для потоку по!зд1в пpи юнуючо-
дшть на eкlпaж у кpивlй
му пiдвищeннi зoвнiшньoï peйки в кpивиx. В якост1 xapaктepиcтик плану лшп poзглядaлиcь сума кут1в пoвopoтy ^ивж, вiднeceниx до 1 км а0, cepeднiй paдiyc кpyгoвиx кpивиx Rcep i ce-
peдня ^жизна (з ypaxyвaнням пepexiдниx) . Poзpaxoвaнi пapaмeтpи для д1лянок, що
Pcep
дocлiджyвaлиcь, нaвeдeнo в табл. 1.
Таблиця 1
Poзpaxункoвi пapaмeтpи для дослщжуваних дiлянoк
Показники Вжадт дaнi для д1лянок
Кшв - Козятин ^pocrem - Шeпeтiвкa Козятин - Шспетшка Кжв - ^pocrem
L , км 1б0,5 150,9 149,4 50,0
а0, гpaд./км 4,12 5,21 7,24 9,12
R , м cep 7 1524 1402 1310 882
-L, м-1 Pcep 468-Ю-6 577-10-6 574-10-6 725-10-6
За формулою (3) була розрахована робота непогашених вщцентрових сил Яв{д для рiзних мас рухомого складу та юнуючого стану коли.
Результати наведет у вигщщ гiстограм на рис. 2.
.13 в
800 700 600
Ц 500 | 400 И 300
200 100 0
1
1 1 1
4.1 5.2 7.2
Кут повороту кривих, град/км
9.1
□ 3600 т
□ 4200т
□ 4800 т
□ 5400т
Рис. 2. Сумарна робота непогашених вщцентрових сил на дослщжуваних д1лянках при р1знш мас по!зда
Аналiз динамiки змши (рис. 2) показав, вщцентрових сил на колго також зменшусться
(рис. 3).
що при зростаннi маси вантажних повдш зме- '
ншуеться 1х загальна кiлькiсть i сумарна дiя
Рис. 3. Сумарна робота непогашених вщцентрових сил в кривих
При зростанш вантажонапруженосп кiль- трових сил на колда в кривих може бути опи-кiсть поlздiв збiльшуeться i сумарна дiя вщцен- сана лiнiйним законом (рис. 4).
250000
200000
150000
•Э
£ 100000
50000
10 15 20 25 30 35 40 45 Вантажонапружешсть млн. т/р1к
50
55
60
—Кшв - Коростень Д Козятин - Шепет1вка
Л1н1йний (Ки'в - Коростень) Шшйний (Козятин - Шепет1вка)
■ КиКв-Козятин
■ Ше пе и вка -Коро ст е нь ■Шшйний (Кшв - Козятин) ■Л1н1йний (Шепет1вка - Коросте!
Рис. 4. Сумарна дш ввдцентрових сил в залежносп в1д вантажопотоку
Анатз отриманих розрахункових значень рис. 5. Експоненщальною залежшстю може
показав, що величина непогашених вщцентро- бути описано зв'язок непогашених вщцентро-
вих сил корелюе з параметром а0, експоненщ- вих сил з показником середньо! кривизни альна залежнють такого зв'язку наведена на (рис 6)-
800
н
м 600
о «
я
-3
у 400 я .3 и
И 0Й
200
Явщ = 89.833e0.2113 Alfa Я2 = 0.8833
5 6 7 8
Кут повороту кривих Alfa, град/км
О 4200 Експоненщальний (4200)
Рис. 5. Залежшсть роботи непогашених ввдцентрових сил ввд кута повороту, вщнесеного до 1 км лши
10
0
9
Риа б. Зaлeжнicть poбoти нeпoгaшeниx вiдцeнтpoвиx cил ввд cepeдньoï кpивизни Poзpaxyнкoвi дaнi 6ули тaкoж aпpoкcи- пpoпoнoвaниx тi мaтeмaтичнi фyнкцiï, якi дa-
мoвaнi мaтeмaтичними фyнкцiями виду:
1
ють нaймeншy пoxибкy пpи aпpoкcимaцiï (5), (б). Пopiвняльнi дaнi нaвeдeнi в тaбл. 2 i 3.
^д = f (а 0,-);
Reiд = f (а 0, Rcep )
Rвiд =
1
(4)
0,01б0 - 0,000774л// - 0.000452 1
(5)
Викopиcтoвyючи мeтoдикy [5] i ^B^^pTOy пpoгpaмy REGRFAK, 6ули вибpaнi з 58-ми зa-
Rвiд = 2982,б -119,^77 - . (б)
Тaблиця 2
Результата апроксимаци за формулою (5)
7, %о 1 р Ri, , тж. т-км Б1д ? noxtóra,
Виxiднi Poзpaxyнкoвi
4,12 0,00046S 218,8 216,9 -0,28
5,21 0,000574 296,3 299,7 0,32
7,24 0,000577 324,5 327,9 0,34
9,12 0,000725 Ре 704,6 зультати апроксимаци 689,4 за формулою (б) -0,64 Тaблиця 3
i, %о R , м cep 5 Ri, , тж. т-км Б1д ? Шкибга, %
Виxiднi Poзpaxyнкoвi
4,12 1524 21S,S 216,9 -0,88
5,21 1402 296,3 299,7 0,98
7,24 1310 324,5 327,9 -0,21
9,12 SS2 704,6 689,4 -0,04
З ан^зу даних табл. 3 i 4 видно, що на су-марну роботу непогашених вiдцентрових сил основним впливовим фактором е ращуси кру-гових кривих i 1х довжина (кути повороту). Вплив перехщних кривих вiдбиваеться на робот вiдцентрових сил не настiльки суттево.
4. Зменшення роботи вiдцентрових сил у кривих
Одним iз способiв зменшення бокового зно-су е встановлення оптимального пiдвищення зовшшньо! рейки в кривих. У порядку експе-рименту на напрямку Курган - Челябшськ в кривих були влаштоваш шдвищення, що забез-печили однаковi навантаження на обидвi рей-ковi нитки. Так, в кривiй радiусом 809 метрiв пiсля змiни шдвищення з 100 до 60 мм штенси-внють бiчного зносу зменшилась рiвно в два рази. Для порiвняння варiантiв використовува-вся умовний показник - робота непогашених вiдцентрових сил. Сума таких умовних робгг по всш дiлянцi i для всх типiв рухомого складу i служить показником, який указуе на ефект вщ зменшення непогашених поперечних приско-рень.
Визначення роботи непогашених вщцентро-вих сил i пiдвищень, яю були б оптимальними за критерiем мiнiмуму ще! роботи, передбаченi у програмi RWPlan [6]. Розрахунки виконують-ся наступним чином.
1. За результатами зйомки у програмi RWPlan вiдтворюеться iснуючий план.
Результати розрахуншв дп непога!
2. За програмою MoveRW виконуються тя-говi розрахунки для рiзних категорш по]дщв, що обертаються на дшянщ.
3. У програмi RWPlan задаються по1'здопо-токи для iснуючого стану, а швидкосп руху поlздiв в кривих за результатами тягових розрахуншв.
4. Для заданого по1'здопотоку визначаеться робота непогашених вiдцентрових сил для ю-нуючого стану i знаходяться пiдвищення, якi для цього по1'здопотоку забезпечать максимально допустим швидкостi i мiнiмум зносу коли.
5. Для пасажирського руху за спещальною методикою в програмi RWPlan виконуються розрахунки перевлаштування плану в межах земляного полотна, яка забезпечить максима-льнi швидкостi пасажирських по]дщв i експре-сiв.
6. На основi результатiв тягових розрахунюв формуються новi структури по!здопотоюв i знаходяться пiдвищення для проектного плану лшп за умови мiнiмуму роботи непогашених вщцентрових сил i забезпечення встановлених швидкостей руху.
За наведеною технологiею були виконанi розрахунки на напрямках: Кшв - Коростень, Кш'в - Козятин, Козятин - Шепетвка i Шепет-вка - Коростень (табл. 4). Результати наведет на рис. 7 i 8.
Таблиця 4
вщцентрових сил Явщ на кол1ю
Дшянки Г, Q, N, Значення Я , в1д ' тис. т-км
млн т тонн поКздш По!здопотж за ксн Попдопотж за кот
парний непарний парний непарний
Кш'в - Коростень 4,0 4000 1500 18934 19820 11963 12788
Кш'в - Козятин 51,8 4600 19500 128901 91221 61760 68721
Козятин -Шепет1вка 41,7 4600 17888 134535 130087 85941 85337
Шепет1вка -Коростень 3,0 3600 1150 7507 7720 4214 4203
1600 « 1400
0 1200 н
И 1000
'о
¡3 800 я
1 600
и
0
1 400
I 200
о Он
0
Р
о ^
« а
э £
□ При iснуючому шдвищенш
□ При оптимальному пiдвищеннi
Рис. 7. Робота вщцентрових сил до i пiсля модернiзацil (напрямок непарний)
Напрямок парний
ч
и и
и
п
о р
н
н
^
и
.13 п
и
и н
^ а
а
и
о п
а
н
о
ю
о
а.
1400 1200 1000 800 600 400 200
□ При 1снуючому шдвищенш □ При оптимальному шдвищенш
Рис. 8. Робота непогашених ввдцентрових сил до i тсля модернiзацil (напрямок парний)
ЗАГАЛЬН1 ВИСНОВКИ I РЕКОМЕНДАЦП
1. З використанням параметр1в плану дшя-нок Ки1в - Коростень, Ки1в - Козятин, Козя-тин - Шепетвка 1 Шепетвка - Коростень вста-новлено аналггичш залежносп роботи непогашених вщцентрових сил вщ кута повороту кри-вих, вщнесених до 1 км, { середньо! кривизни.
2. Запропоновано способи зменшення дп непогашених вщцентрових сил в кривих дшян-ках коли. Розрахунки показали, що влаштуван-ня пдвищень за умови мнмуму роботи непогашених вщцентрових сил (нав1ть без розмежу-
вання потоюв) дозволяе для дшянок, що роз-глядалися, зменшити цю роботу на 10...15 %.
3. Зменшення роботи непогашених вщцент-рових сил за рахунок встановлення оптимального шдвищення зовн1шньо1 рейки в кривих веде до скорочення витрат на ремонт коли та рухомого складу. Сучаст комп'ютерт технологи, розроблен на кафедр1 проектування 1 бу-д1вництва дор1г ДИТу доц. I. П. Корженевичем дозволяють достатньо просто виконувати роз-рахунки { надавати пропозици щодо встанов-лення оптимального пщвищення в кривих.
0
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Стратепя розвитку зал1зничного транспорту на перюд до 2020 року [Текст] : Схвалено Розп. Кабшету Мш1стр1в Украши вщ 16 грудня 2009 р. № 1555-р. - К., 2009. - 4 с.
2. Шахунянц, Г. М. Железнодорожный путь [Текст] : учебник / Г. М. Шахунянц. - М.: Транспорт, 1987. - 479 с.
3. Корженевич, I. П. Вплив тдвищення швидкосп руху по!зд1в на витрати, пов'язаш 1з зносом ко-лшно! шфраструктури [Текст] / I. П. Корженевич, М. Б. Курган, Ю. С. Бараш // Вюник Днш-ропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - 2008. - Вип. 21. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. - С. 285-292.
4. Фришман, М. А. Как работает путь под поездами [Текст]. - 4-е изд. / М. А. Фришман. - М.: Транспорт, 1983. - 168 с.
5. Курган, М. Б. Математичш методи 1 модел1 в спещальних задачах [Текст] / М. Б. Курган, Д. М. Курган, I. О. Бондаренко. - Д.: дНуЗТ, 2005. - С. 27.
6. Корженевич, I. П. Розширеш можливосп проек-тування перебудови плану шд висош швидкосп по!зд1в у програш Я^Р1аи 1.3.4 [Текст] / I. П. Корженевич. // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. -2007. - Вип. 19. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. -С. 67-77.
Надшшла до редколегп 18.05.2010.
Прийнята до друку 28.05.2010.
