Методика определения допустимых напряжений в рельсах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 625.143

В. В. РИБК1Н, О. М. БАЛЬ (ДПТ)

МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ДОПУСТИМИХ НАПРУЖЕНЬ В РЕЙКАХ

Наведена методика визначення допустимих напружень в рейках на 0CH0Bi аналiзу 1х одиночного виходу з коли. Пропонуеться диференцiацiя допустимих напружень в рейках залежно в!д категори лши.

Предложена методика определения допустимых напряжений в рельсах на основании анализа их одиночного изъятия из пути. Предлагается дифференциация допустимых напряжений в рельсах в зависимости от категории пути.

The article suggests a technique of determining admissible efforts in rails on the basis of the analysis of random removal of a rail from track. The differentiation of admissible efforts in rails is offered depending on a category of track.

На даний час в юнуючих правилах розраху-нку коли на мщшсть [1] допустимi напруження в рейках для ланково! коли ([с] = 240 МПа)

встановлеш однозначно для вшх категори коли. Положенням про проведення планово-запобiжних ремонтно-колшних робгг на залiз-ницях Укра!ни (ЦП/0113) [2] головш коли по-д^ються на 7 категорш залежно вщ вантажо-напруженостi та встановлено! швидкостi руху. Доцiльно розглянути, як змшюеться величина допустимих напружень в рейках залежно вщ вантажонапруженостi та встановлено! швидко-стi руху. Також дане «Положення» встановлюе умови призначення ремонтно-колiйних робiт для цих категорш по основному критерда (про-пущений тоннаж) та додаткових критерiях (одиночний вихщ рейок).

Перiодичнiсть ремонтiв залежить вiд допустимо! величини одиночного виходу рейок, яка встановлена для певно! категори коли. Тобто ю-нуе диференцiацiя норм залежно вiд категори коли. Щоб забезпечити перiодичнiсть ремонтно-колшних робгг, встановлено! «Положенням», по^бно враховувати навантаження вiд рухомо-го складу протягом нормованого перiоду експлуатаци. З цього слiдуе, що чим вища категорiя коли, тим швидше накопичуються деформацi! в !! елементах. Зв'язавши допустиму величину одиночного виходу рейок з напруженнями в рейках, можна отримати допустиму величину напружень для кожно! категорi! коли.

Головним критерiем оцiнки мiцностi коли е допустим напруження в рейках. На нашу думку та думку шших вчених [3] допустимi зна-чення напружень наведенi в правилах [1] е не-обхщною умовою, але не е достатньою. Позна-чимо допустимi напруження в рейках за достатньою умовою як I с р \ - це допустимi

р -1д.у

напруження визначенш з умов не перевищення

допустимо' кшькосп вщмов рейок, а за необ-хщною умовою I с р I . Допустим! напружен-

L г _1н.у

ня в рейках I с р I , прийнят! як допустим! на-

L Г JHу

пруження розтягу в кромках п!дошви рейки за рахунок ii' згину i кручення п!д д!ею вертикаль-них i горизонтальних сил в!д рухомого складу, вир!шують т!льки першу задачу оцшки м!цност!.

В !нших дослщженнях було запропоновано перейти в!д нормування допустимих напружень по границ! текучосп до нормування допусти-мих напружень в рейках при робот! на витрива-л!сть [4]. При цьому умовна межа витривалосп при робот! на згинаюч! деформаци розрахована в лабораторних умовах ! не враховуе терм!н та умови експлуатаци саме в коли в реальних умовах. Оск!льки в реальних умовах рейки за-знають не т!льки згин, а витримують складн! деформаци, то пропонуеться при визначенш допустимих напружень в рейках використову-вати розрахунок за показниками над!йност!, тому що вони вщображають реальш напруження в рейках безпосередньо в коли. Тому, щоб виршити другу задачу - достатню умову мщ-носп, потр!бно враховувати терм!н та умови експлуатаци. Виходячи з цього пропонуеться розраховувати допустим! напруження в рейках

враховуючи додатков! критери. Отже I с р I -

L у _1д.у

це функц!я, яка залежить вщ умов експлуатаци, характеристик рейок, допустимого значення !нтенсивност! в!дмов рейок.

Диференц!ац!я допустимих напружень в рейках повинна бути залежною в!д категори коли. Також опираючись на досвщ ВНИИЖТу [5], доц!льно розд!лити допустим! напруження для вагошв ! локомотив!в.

Враховуючи дв! умови - достатню ! необ-х!дну, умова м!цност! прийме такий вигляд:

розр <

[Ср ]д., <[Ср ]н.у '

(1)

де срозр - розрахунков1 напруження в рейках.

В основу дано! роботи покладена методика визначення допустимих напружень в рейках [5]. До дано! методики запропоновано ряд ш-ших величин, яю розглянуто нижче.

Допустим! напруження в рейках по достат-

: умов! I с п\

д

н1й '

д.у

[с р ] д,=/ (КФ]),

(2)

де К - категор1я коли зпдно [2]; [А,] - допустима штенсивнють вщмов рейок, для кожно! категорп коли встановлена [2]. Допустимий одиночний вихщ рейок (кшькють дефектних мюць) змшюються 3.. .12 шт/км.

В свою чергу штенсивнють вщмов рейок А -функщя, яка залежить вщ багатьох фактор1в, що було розглянуто в робой [6]. В результат факторного анатзу видшено фактори, як знач-но впливають на штенсивнють вщмов рейок -напруження, що виникае в рейках (а напруження залежать вщ осьового навантаження), про-пущений тоннаж, фактична швидкють, та кривизна коли.

Умову не перевищення допустимо! штенси-вносп вщмов залежно вщ прийнятих фактор1в можна записати у вигляд!:

складу, МПа; Т - пропущений тоннаж, млн т брутто; К - кривизна коли, 1/м; V - фактична швидкють руху рухомого складу, км/год.

На вщм!ну дано! роботи в методищ [5] роз-глядаються два параметри - пропущений тоннаж та напруження в рейках тд час прохо-дження рухомого складу. Також двопараметри-чний критерш мщносп к [5] поданий як добу-ток двох простих функцш (степеневих).

В явному вигляд! штенсивнють потоку вщмов рейок для р1зних титв вщмов можна подати р1з-ними законами розпод1лу [7]. Зпдно з статистикою найбшьше поширеш вщмови контактно-втомленого характеру. Тому пропонуеться взяти нормальний закон розпод1лу вщмов, { функщя ¿нтенсивносп вщмов прийме такий вигляд:

А(Т, Р, К V ) = -

-( - А+ЕР" + ^2 + ПК )2

2((+РТ)

у!2ж(Е + РТ )2

(4)

де А, В, С, П, Р, " - коефщенти апроксимацп.

Невщом! коефщенти (А, Е, ", С, П, Е, Р) отримаш на пщстав! з1браних даних про вщмо-ви рейок на дослщних дшянках [6] за методом найменших квадрат1в.

Прир1внявши р1вняння (4) до [А], 1 обчисли-вши вщносно осьового навантаження Р, отриму-емо допустиме значення навантаження [ Р]

А = ф(с; Т; К ;V )<[А],

(3)

-(Т - А+ЕР" + ^2 + ПК )2

2(Е+РТ)

де с - ддаче напруження (Р - навантаження, кН) в рейщ тд час проходження рухомого

Т2п(Е + РТ )2

= [А],

(5)

1

[А]л/2П (Е + РТ )2 ТА + СУ 2 + ПК

Е

Допустим! напруження за достатньою умо-

вою

[с р ]

I- У Лд.у

можна подати у вигляд! р1вняння,

[ср Г =[ср ]

1_ У Лд.у 1_ У Лд.у

(6)

(8)

перейшовши в1д навантажень до напружень

[с р ] ду =Г[Р], (7)

лд.у

де у - коефщент переходу в!д навантажень до напружень.

У результат! отримуемо I с р ] - допусти-

I- У -1д.у

м! напруження в рейках, з умови не перевищення допустимо! кшькосп вщмов рейок за перюд нормативного напрацювання. Для без-стиково! конструкцп кол!! допустим! напруження дор!внюють

Для ланково! - потр!бно в!дняти темпера-турш напруження, як! не враховуються роз-рахунком. Тому для тих категорш кол!!, що передбачають ланкову конструкщю кол!!, допустим! напруження можна обчислити за формулою

[с р ] Гу

[ср ] ■

I- У Лд.у

-с

Кз

(9)

де с{ - температурн! напруження в рейках; Кз -коефщент запасу. Розрахунок с{ наведений в [8].

е

У результат даних дослщжень можна зро-бити висновок, що допустимi напруження в рейках залежать вiд термiну та умов експлуа-тацi!. Диференщювання по категорiях колi! дасть можливють для колiй з меншою вантажо-напруженiстю встановити бiльшi значення допустимих напружень в рейках. Також важ-ливим пунктом е розподш напружень для ло-комотивiв та вагошв, для локомотивiв бiльшi значення внаслщок меншо! долi участi !х у вантажооб^у. Результати обчислень допустимих напружень в рейках залежно вщ категори коли будуть наведет в наступних публшащях.

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Правила производства расчетов верхнего строения железнодорожного пути на прочность. Литограф. изд. МПС, 1954.

2. Положення про проведення планово-запобгжних ремонтно-колшних робгт на зал1зницях Укра!-ни. ЦП/0113. - К., 2004. - 32 с.

3. Вериго М. Ф. Основы методики статистической оценки прочности пути с учетом грузонапряженности / М. Ф. Вериго, В. С. Лысюк // Тр. ВНИИЖТ, 1972. - Вып. 466, - С. 51-67.

4. Вериго М. Ф. Общие предпосылки для корректировки правил расчетов пути на прочность и предложения по изменению этих правил / М. Ф. Вериго, С. С. Крепкогорский // Тр. ВНИИЖТ, 1972. - Вып. 466. - С. 4-50.

5. Лысюк В. С. Прочный и надежный железнодорожный путь / В. С. Лысюк, В. Н. Сазонов, Л. В. Баш-катова. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003 - 589 с.

6. Рыбкин В. В. Планирование эксперимента для определения интенсивностей отказов рельсов / В. В. Рыбкин, Е. М. Баль // Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований: Труды научно-технической конференции. - М.: МИИТ, 2004. - С. 1У-31.

7. Рибкш В. В. Визначення закошв розпод1лу ште-нсивностей ввдмов рейок / В. В. Рибкш, О. М. Баль // Проблемы механики железнодорожного транспорта: Динамика, прочность и безопасность движения подвижного состава: XI Международная конференция. Тезисы докладов. - Д.: Изд-во Полный компьютерный сервис, 2004. - 200 с.

8. Даншенко Е. I. Техшчш вказ1вки по улаштуван-ню, укладанню, ремонту 1 утриманню безстико-во!' коли на зал1зницях Украши / Е. I. Даншенко, М. I. Карпов, М. Д. Костюк и др. - К.: Транспорт Укра!ни, 2002. - 101 с.

Надшшла до редколегп 09.02.05.