CC BY
8
14. Bakran M.M. Primenenie tyagovykh preobrazovatelei na baze tranzistorov IGBT [Application of traction converters based on IGBT transistors]. Zheleznye dorogi mira [Railways of the World], 2002, No. 5, pp. 34-38.
15. Mel'nichenko O.V., Yagovkin D.A., Portnoi A.Yu. Razrabotka novogo energosberegayushchego algoritma upravleniya VIP el-ektrovoza na IGBT modulyakh [Development of a new energy-saving control algorithm of the reversible converter of the electric locomotive using IGBT modules]. Vestnik instituta tyagi i podvizhnogo sostava: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Bulletin of the Institute of Traction andRolling Stock: Interuniversityproc.]. In Stetsyuk A.E. and Gamolya Yu.A. (eds.) DVGUPS Publ., 2013, Iss. 9, pp. 17-24.
16. Mel'nichenko O.V., Portnoi A.Yu., Yagovkin D.A., Shramko S.G. Novyi vypryamitel'no-invertornyi preobrazovatel' dlya tyagovogo podvizhnogo sostava peremennogo toka s povyshennymi energeticheskimi kharakteristikami v rezhime tyagi [New reversible converter for traction rolling stock of alternating current with increased energy characteristics in traction mode]. Nauka i tekhnika transporta [Science and technology of transport], 2014, No. 3, pp. 46-51.
17. Elektrovoz magistral'nyi 2ES5K (3ES5K). Rukovodstvo po ekspluatatsii [Electric locomotive main 2ES5K (3ES5K). An operation manual]. Novocherkassk: 2007, Vol. 1 - 635 p., Vol. 2 - 640 p.
18. Rotanov N.A. Proektirovanie sistem upravleniya elektropodvizhnym sostavom [Designing of control systems for electric rolling stock]. In Rotanov N. A. (ed.) Moscow: Transport Publ., 1986, 327 p.
19. Bystritskii Kh.Ya., Dubrovskii Z.M., Rebrik B.N. Ustroistvo i rabota elektrovozov peremennogo toka [The arrangement and operation of AC electric locomotives]. Moscow: Transport Publ., 1982, 406 p.
20. Zakharevich S.V. Perekhodnye i ustanovivshiesya protsessy v skhemakh elektropodvizhnogo sostava vypryamitel'nogo tipa [Transient and steady-state processes in rectifier-type electric rolling stock circuits]. Leningrad: Nauka Publ., 1966, 240 p.
Информация об авторах
Томилов Вячеслав Станиславович - аспирант кафедры электроподвижного состава, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: slava-tomilov22 @gmail .com
Мельниченко Олег Валерьевич - д. т. н., заведующий кафедрой электроподвижного состава, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, email: [email protected]
Шрамко Сергей Геннадьевич - к. т. н., доцент кафедры электроподвижного состава, Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: [email protected]; Богинский Сергей Антонович - заместитель начальника Дирекции тяги по планированию и контролю ремонта локомотивов, г. Иркутск, e-mail: [email protected].
DOI 10.26731/1813-9108.2020.1(65). 182-191
Information about the authors
Vyacheslav S. Tomilov - Ph.D. student of the Subdepartment of Electric Rolling Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
Oleg V. Mel'nichenko - Doctor of Engineering Science, Head of the Subdepartment of Electric Rolling Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
Sergei G. Shramko - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Electric Rolling Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected] Sergei A Boginskii - Deputy Head of the Directorate of Traction for the planning and control of repair of locomotives, Irkutsk, e-mail: [email protected].
УДК 629.463.3:656.222.1
Оценка опасности схода с рельсов вагонов-цистерн с различной высотой центра тяжести груза при движении по пути с реальными неровностями в плане и профиле
А. А. Тармаев 1И, Г. И. Петров 2, Н. Ю. Соснов 1
1 Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация
2 Российский университет транспорта, г. Москва, Российская Федерация И [email protected]
Резюме
Работа посвящена численному (компьютерному) моделированию динамических процессов взаимодействия пути и грузового вагона, имеющих допустимые отклонениями в содержании. В качестве базового вагона принята серийная модель четырехосной цистерны для бензина и светлых нефтепродуктов. Выбраны основные критерии динамического взаимодействия, безопасности движения, ходовых качеств и определены численные значения показателей. В качестве критериев, определяющих безопасность движения, приняты минимальное значение коэффициента запаса устойчивости колеса против схода с рельса, динамические величины рамных и боковых сил, действующих на колесные пары вагонов, а также минимальная величина контактных сил между пятником и подпятником (минимум контактных сил). Обоснован выбор рационального значения высоты центра тяжести, обеспечивающего безопасность движения с учетом скоростных режимов эксплуатации подвижного состава и сочетаний допустимых отклонений в содержании пути и ходовых частей экипажей. На основе полученных результатов проведен анализ и выработаны обоснованные рекомендации по выявлению влияния опасных значений высоты центра тяжести вагонов-цистерн на показатели безопасности движения и ходовых качеств. Определены допустимые скорости движения в диапазоне высот центра тяжести котла цистерны.
Ключевые слова
безопасность движения, вагон-цистерна, центр тяжести вагона, безопасная скорость, устойчивость от схода с рельсов Для цитирования
Тармаев А.А. Оценка опасности схода с рельсов вагонов-цистерн с различной высотой центра тяжести груза при движении по пути с реальными неровностями в плане и профиле / А. А. Тармаев, Г. И. Петров, Н. Ю. Соснов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. - Т. 65 № 1. - С. 182-191. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.1(65).182-191
Информация о статье
поступила в редакцию: 20.01.2020, поступила после рецензирования: 23.02.2020, принята к публикации: 15.03.2020
Assessment of the risk of derailment of tank cars with various height of the center of gravity of freight when driving along the track with real irregularities in plan and profile
A. A. Tarmaev 1H, G. I. Petrov 2, N. Yu. Sosnov 1
1 Irkutsk State Transport University, Irkutsk, the Russian Federation
2 Russian University of Transport, Moscow, the Russian Federation И [email protected]
Abstract
The work discusses the numerical (computer) modeling of dynamic processes of interaction of the track and freight wagon having permissible deviations in the content. A serial model of a four-axle tank for gasoline and light oil products is adopted as the base car. The main criteria for dynamic interaction, traffic safety, driving performance are selected and numerical values of indicators are determined. The minimum value of the safety factor of the wheel against derailment, dynamic values of the frame and lateral forces acting on the wheelsets of the cars and the minimum value of the contact forces between the body center plate and the bogie center plate (minimum contact forces) are taken as the criteria determining the safety of movement. The paper justifies the choice of the rational value of the gravity center height, which ensures traffic safety with taking into account the high-speed modes of the rolling stock operation and combinations of permissible deviations in the maintenance of the track and running gears of the vehicles. Based on the results obtained, an analysis is carried out and reasonable recommendations for the identification of influence of the dangerous values of the height of the tank car gravity center on traffic safety indicators and driving performance are developed. The permissible speeds of movement in the height range of the gravity center of the tank boiler are determined.
Keywords
traffic safety, tank, gravitational center, safe speed, resistance to derailment
For citation
Tarmaev A. A., Petrov G. I., Sosnov N. Yu. Otsenka opasnosti skhoda s rel'sov vagonov-tsistern s razlichnoi vysotoi tsentra tya-zhesti gruza pri dvizhenii po puti s real'nymi nerovnostyami v plane i profile [Assessment of the risk of derailment of tank cars with various height of the center of gravity of freight when driving along the track with real irregularities in plan and profile]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2020, Vol. 65, No. 1, pp. 182-191. 10.26731/1813-9108.2020.1(65).182-191
Article info
Received: 20.01.2020, Revised: 23.02.2020, Accepted: 15.03.2020
Введение <
Повышение эффективности железнодорожного ж транспорта требует увеличения скорости движения,
наращивания максимальной осевой нагрузки, внед- с
рения новых конструкций, улучшения характеристик < подвижного состава (ПС) при условии обеспечения
безопасности движения. При этом первостепенное ]
значение имеет предупреждение аварий и крушений. <
Между тем проблема предупреждение аварий и ] крушений, в частности схода подвижного состава с
рельсов, из года в год остается актуальной. Количе- ,
ство сходов подвижного состава в среднем р
составляет 2-4 случая в год. Наиболее часто подвержены сходам вагоны с высоко расположенным центром тяжести - цистерны [1]. В основном сходы цистерн происходят при движении со скоростью более 60 км/ч по кривым радиусом менее 850 м [2].
Большое число нарушений безопасности движения подвижного состава наблюдается при наличии отклонений в содержании их ходовых частей и верхнего строения пути.
В этой связи обоснование условий безопасного движения вагонов [3-15] и оценка опасности схода с рельсов цистерн в реальных условиях эксплуатации
являются актуальными проблемами, которые имеют научное и практическое значение.
Исследуемые параметры и условия проведения моделирования
В качестве базового вагона-цистерны принята серийная модель четырехосной цистерны для бензина и светлых нефтепродуктов с базой вагона 7 800 мм, массой тары 23,2 т, грузоподъемностью 60 т, осевой нагрузкой 20 800 Н. Базовая высота центра тяжести цистерны в груженом статическом состоянии 2 415 мм (1 715 мм от плоскости скользунов вагона) и в порожнем статическом состоянии 1 462 мм (762 мм от плоскости скользунов вагона).
Состояние износа ходовых частей тележек вагона принято среднесетевым, неровности рельсовых нитей - случайными вертикальными и горизонтальными локальными неровностями.
Для оценки влияния высоты центра тяжести на показатели безопасности проводилось компьютерное моделирование движения груженого вагона-цистерны в кривой радиуса 650 м со скоростями движения от 30 до 120 км/ч с шагом по скорости 10 км/ч. Неровности рельсовых нитей путевой структуры представлены (рис. 1).
Рассматривалось 23 варианта высоты центра тяжести от 760 до 1 860 мм с шагом варьирования 50 мм.
На основании опыта предыдущих исследований в качестве критериев, определяющих безопасность движения экипажа, были выбраны показатели безопасности движения - минимальное значение коэффициента запаса устойчивости колеса против схода с рельса, рамные и боковые силы, а также минимальная величина контактных сил между пятником и подпятником (минимум контактных сил).
Минимально допустимая величина коэффициента запаса устойчивости составляет не менее 1.2, опасность схода существует при значении коэффициента запаса устойчивости менее 1.0. Допустимое значение уровня рамных сил составляет для данного вагона не
более 83 200 Н для груженого и не более 19 200 Н для порожнего режимов, боковых сил - не более 100 000 Н. Кроме этого, не допускается «обезгрузка» в контакте пятник - подпятник тележек, т. е. минимальная величина контактных сил между пятником и подпятником (минимум контактных сил) не должна быть равна нулю (если нет контактных сил, то возникает «обезгрузка» подпятника тележки вагона).
Оценка устойчивости движения груженой цистерны с изменением высоты центра тяжести
Далее представлена зависимость коэффициента запаса устойчивости от величины высоты центра тяжести и скорости движения (рис. 2), (табл. 1).
Анализ представленных данных по запасу устойчивости колеса против схода с рельсов показывает, что на скоростях более 100 км/ч существует опасность схода с рельсов при высоте центра тяжести более 1 510 мм. Движение данного вагона опасно при скоростях движения 110-120 км/ч при практически любой высоте центра тяжести вагона. При малых скоростях 30-40 км/ч опасная величина высоты центра тяжести более 1 510 мм.
Таким образом, по коэффициенту запаса устойчивости колеса против схода с рельсов безопасность движения обеспечивается в диапазоне эксплуатационных скоростей и более, но до 100 км/ч, при высоте центра тяжести кузова менее 1 510 мм.
Представлена зависимость максимального уровня рамных сил от величины высоты центра тяжести и скорости движения (рис. 3), (табл. 2).
Анализ данных показывает, что в диапазоне эксплуатационных скоростей и более до 100 км/ч уровень рамных сил не превышает допустимых значений при высоте центра тяжести в рассматриваемом диапазоне высот 760-1 860 мм.
Превышение допустимого уровня рамных сил для данного вагона возникает на скоростях движения 110 км/ч и более при высоте центра тяжести более 910 мм. На скоростях 120 км/ч наблюдается превышение
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
4 -(И к—ч Г*
тЛ»
<>—< h / 1 \ / N
r
0,96 1,06 1,16 1,26 1,36 1,46 1,56 1,66 1,76 1,!
1,96 2,06
■ 30 км/ч 40 км/ч 50 км/ч 60 км/ч 70 км/ч 80 км/ч 90 км/ч 100 км/ч 110 км/ч 120 км/ч
Величина высоты центра тяжести, м Груженая цистерна, кривая радиуса 650 м, возвышение 100 мм
Рис. 2. Зависимость коэффициента запаса устойчивости от высоты центра тяжести и скорости Fig. 2. The dependence of the safety factor on the height of the center of gravity and speed
Таблица 1. Коэффициент запаса устойчивости от скорости движения и высоты центра тяжести _ Table 1. Safety factor on the speed of movement and the height of the center of gravity_
Высота центра тяжести Скорость, км/ч
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,76 2,25 2,07 2,08 2,34 2,18 1,98 1,87 2,06 1,28 0,62
0,81 2,21 2,06 2,06 2,33 2,04 1,98 1,99 2,04 1,37 0,64
0,86 2,17 1,99 2,06 2,3 1,75 2,02 2,09 1,93 0,89 0,74
0,91 2,15 2 2 2,26 1,75 2,09 2,14 2,04 0,67 0,59
0,96 2,13 1,98 2,05 2,11 1,85 2,11 1,96 2,02 0,91 0,59
1,01 2,12 2 2 1,99 1,96 2,07 2,23 2,03 0,96 1
1,06 2,11 2 1,97 1,72 1,92 2,05 2,17 2,12 0,58 0,81
1,11 2,05 1,97 1,92 1,7 2,08 2,2 2,06 2,07 1,06 0,47
1,16 1,64 1,88 1,73 1,65 2,12 2,22 2,28 2,04 и 0,64
1,21 1,37 1,36 1,53 1,67 2,06 2,18 2,28 2,07 1,16 0,54
1,26 1,73 1,35 1,48 1,74 2,04 2,16 2,21 2,38 1,19 0,58
1,31 1,42 1,48 1,47 1,78 2,04 2,21 2,15 2 1,23 1,24
1,36 1,53 1,86 1,5 1,82 2 2,07 2,19 2,35 1,19 1,45
1,41 1,4 1,69 1,55 1,82 1,87 2,17 2,24 2,26 1,16 0,63
1,46 1,35 1,29 1,63 1,81 1,87 2,16 2,33 2,4 1,46 1,79
1,51 1,3 1,23 1,8 1,73 1,99 2,21 2,31 2,4 1,59 1,91
1,56 1,18 1,35 1,7 1,64 1,99 2,25 2,27 2,39 1,68 2,03
1,61 1,13 1,01 1,51 1,75 2,11 2,26 2,09 2,41 1,92 0,61
1,66 1,06 0,87 1,47 2,02 2,1 2,25 2,67 2,51 2,13 0,65
1,71 1,06 0,81 1,3 1,67 1,79 2,33 2,84 2,55 2,27 0,82
1,76 0,98 0,58 1,08 1,42 1,67 2,16 2,85 2,56 2,41 0,64
1,81 0,95 0,46 1,23 1,23 1,79 2,1 2,89 2,77 0,62 2,7
1,86 0,94 0,52 1,16 1,72 1,79 2,11 2,9 2,8 0,56 2,69
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения, при которых есть опасность схода (Ку < 1), подчеркнуты показатели, не удовлетворяющие допустимому значению параметра (1 < Ку < 1,2).
допустимого уровня сил практически во всем диапазоне высоты центра тяжести.
Таким образом, по уровню рамных сил безопасность движения обеспечивается в диапазоне эксплуатационных скоростей и более до 100 км/ч при
высоте центра тяжести кузова в рассматриваемом диапазоне 760-1 860 мм.
Подобным образом рассмотрена и зависимость максимального уровня боковых сил от величины высоты центра тяжести и скорости движения (рис. 4), (табл. 3).
120000
100000
80000
60000
J 40000
20000
0
- 30 км/ч 40 км/ч 50 км/ч 60 км/ч 70 км/ч 80 км/ч 90 км/ч 100 км/ч 110 км/ч 120 км/ч
0,96 1,06 1,16 1,26 1,36 1,46 1,56 1,66 1,76 1,86 1,96 2,06
Величина высоты центра тяжести, м Груженая цистерна, кривая радиуса 650 м, возвышение 100 мм
Рис. 3. Зависимость рамных сил от скорости и высоты центра тяжести Fig. 3. The dependence of the frame forces on the speed and height of the center of gravity
Таблица 2. Зависимость рамных сил от скорости и высоты центра тяжести
Высота центра тяже- Скорость, км/ч
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,76 31 291,4 31 264,12 27 985,4 25 116,01 38 629,36 37 558,29 57 540,37 50 758,32 68 514,67 112 010,6
0,81 31 736,49 29 140,37 27 937,51 26 261,24 35 933,96 34 174,05 48 436,98 43 429,89 68 108,79 101 227,6
0,86 27 174,78 29 934,58 27 106,5 30 010,7 35 691,07 32 761,88 40 006,54 52 209,15 74 306,83 98 912,29
0,91 35 726,42 27 228,71 30 352,93 30 271,23 31 544,77 33 483,1 42 749,72 68 715,64 73 415,29 105 577,6
0,96 34 032,67 31 271,32 27 832,79 30963,49 31 951,49 35 273,54 39 435,64 66 365,5 83 363,23 106 249,3
1,01 29 570,08 27 175,07 25 983,65 30 947,3 31 620,77 36 885,28 37 131,07 59 481,45 82 139,57 101 122,8
1,06 29 744,94 26 353,41 26 368,56 31 537,0 29 068,21 33 900,47 42 799,71 60 867,46 87 139,56 105 673,8
1,11 33 401,31 29 206,47 27 343,9 30 336,46 30 735,64 32 525,81 43 143,55 65 004,11 78 110,4 108 899,5
1,16 30 441,96 33 302,75 26 877,82 28 896,41 40 419,4 30 870,45 38 026,29 50 044,37 75 448,15 107 283,9
1,21 27 613,56 26 408,47 30 307,98 29 883,03 27 851,15 30 741,15 45 938,48 46 851,27 75 793,28 102 765,4
1,26 31 686,17 27 503,11 31 797,03 26 732,26 26 500,85 31 871,77 43 699,4 56 619,5 89 854,0 103 130,1
1,31 28 043,82 32 347,75 34 708,13 26 278,69 26 406,95 30 169,49 44 131,01 48 730,34 71 643,66 107 911,1
1,36 34 410,98 27 366,54 27 194,32 24 813,43 27 046,35 34 997,38 34 602,82 49 889,54 70 177,77 105 374,2
1,41 36 757,93 28 913,86 26 354,15 24 861,68 35 424,93 33 769,3 30 100,5 50 700,54 68 329,34 99 054,28
1,46 36 093,29 28 024,42 33 257,81 24 938,33 27 668,41 30 501,56 35 526,37 47 605,52 74 290,1 94 642,95
1,51 30 503,68 30 035,76 29 905,03 27 669,88 24 857,12 30 310,26 36 475,63 45 003,36 67 503,86 89 519,75
1,56 32 583,28 32 184,27 26 264,0 24 806,31 24 399,65 30 164,17 44 490,61 52 876,32 76 721,34 81 589,02
1,61 41 752,82 28 938,25 30 458,69 25 123,68 30 561,64 30 146,01 40 745,25 50 105,21 73 843,12 78 147,76
1,66 34 477,96 26 377,88 29 377,33 28 000,25 25 010,12 26 751,96 37 345,46 52 329,18 72 213,17 73 959,97
1,71 28 751,47 29 913,22 26 246,9 29 153,82 23 315,11 31 550,72 43 292,73 57 768,64 64 859,77 82 367,41
1,76 32 558,26 33 589,28 27 853,68 25 793,06 27 624,21 27 281,34 40 729,66 54 606,46 72 033,89 69 485,62
1,81 31 853,99 30 220,84 32 941,97 26 150,26 24 846,87 27 073,06 38 186,5 50 299,2 60 011,15 72 200,63
1,86 31 248,62 38 721,82 28 927,73 28 149,63 23 617,39 28 518,75 38 067,08 48 723,55 57 513,15 67 099,73
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения, не удовлетворяющие допустимому значению параметра по максимуму уровня подъема (отрыва) пятника.
Анализ представленных данных показывает, что в диапазоне эксплуатационных скоростей и более до 100 км/ч уровень боковых сил не превышает допустимых значений при высоте центра тяжести в рассматриваемом диапазоне высот 760-1 860 мм.
Превышение допустимого уровня боковых сил для данного вагона возникает на скоростях движения 110 км/ч и более при высоте центра тяжести более 810 мм. На скоростях 120 км/ч наблюдается превышение допустимого уровня сил практически во всем диапазоне высоты центра тяжести.
140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
-30 км/ч
40 км/ч
50 км/ч
60 км/ч
70 км/ч
80 км/ч
0,96 1,06 1,16 1,26 1,36 1,46 1,56 1,66 1,76 1,86 1,96 2,06
Величина высоты центра тяжести, м Груженая цистерна, кривая радиуса 650 метров, возвышение 100 мм
Рис. 4. Зависимость боковых сил от скорости и величины высоты центра тяжести Fig. 4. The dependence of lateral forces on speed and the height magnitude of the center of gravity
Таблица 3. Зависимость боковых сил от скорости и величины высоты центра тяжести Table 3. Dependence of lateral forces on speed and height magnitude of the center of gravity
Высота центра тяжести Скорость, км/ч
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,76 46 362 44 188 44 506 48 561 60 518 69 297 78 001 88 222 91 963 103 359
0,81 46 339 43 903 45 182 48 597 60 352 69 853 71 960 80 729 92 643 119 065
0,86 46 295 45 324 45 235 47 469 61 995 67 438 66 730 83 890 104 125 119 827
0,91 46 584 44 734 45 918 49 196 59 856 64 891 81 356 85 402 99 649 124 359
0,96 46 783 45 502 45 061 48 771 57 862 64 476 76 540 88 939 96 187 125 697
1,01 47 445 45 712 45 392 49 286 56 063 66 216 70 723 81 028 99 469 120 733
1,06 47 728 45 006 44 838 48 756 54 859 67 667 70 313 80 818 101 175 124 742
1,11 47 949 45 768 45 351 49 146 54 140 61 121 73 198 84 529 101 239 121 093
1,16 51 349 45 585 47 039 49 092 53 941 59 877 68 107 73 519 100 122 117 456
1,21 53 819 51 273 48 502 49 259 54 191 61 890 71 589 76 260 100 029 113 835
1,26 49 660 51 339 49 029 49 411 54 300 59 983 70 168 76 163 91 566 107 377
1,31 52 281 49 518 48 898 49 364 54 713 58 675 67 781 78 950 86 715 106 209
1,36 49 932 47 710 48 559 50 354 54 784 64 165 66 798 76 916 85 006 104 978
1,41 52 306 49 080 48 733 50 713 54 463 61 064 65 729 75 907 85 430 101 782
1,46 53 249 52 218 49 702 50 405 53 891 61 263 69 242 74 993 86 258 100 022
1,51 53 372 52 398 47 082 50 393 53 907 58 623 66 519 75 735 89 734 91 216
1,56 54 273 52 158 47 923 52 748 54 111 59 400 68 085 77 243 98 163 94 409
1,61 54 911 55 606 50 297 53 372 53 604 57 737 65 142 77 242 89 695 96 296
1,66 55 482 55 989 50 801 50 898 52 778 57 236 65 731 77 912 79 104 90 617
1,71 55 212 55 875 53 344 49 311 52 502 57 179 67 985 76 289 76 295 91 120
1,76 56 395 57 578 52 502 51 203 54 450 58 151 65 389 73 009 76 870 85 903
1,81 56 547 57 562 53 142 52 537 54 607 58 905 65 120 70 860 70 632 83 877
1,86 56 070 57 442 54 996 50 659 55 307 58 552 65 158 67 801 79 782 82 389
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения, метра по максимуму уровня динамических сил.
Таким образом, боковые силы не превышают допустимых значений в диапазоне эксплуатационных скоростей и более до 100 км/ч при высоте центра тяжести кузова 760-1 860 мм.
Показаны зависимости минимальных контактных сил на пятнике от величины высоты центра тяжести и скорости движения (рис. 5), (табл. 4).
не удовлетворяющие допустимому значению пара-
Анализ данных показывает, что в диапазоне эксплуатационных скоростей и более до 100 км/ч не возникает опасности «обезгрузки» подпятника тележки при высоте центра тяжести 1 060 мм и 1 310-1 860 мм. Опасности «обезгрузки» пятника не возникает на скоростях движения до 90 км/ч при высоте центра тяжести 7601 860 мм. На скоростях 110-120 км/ч возникает
100 км/ч
0,96 1,06 1,16 1,26 1,36 1,46 1,56 1,66 1,76 1,86 1,96 2,06
Величина высоты центра тяжести, м Груженая цистерна, кривая радиуса 650 м, возвышение 100 мм
Рис. 5. Зависимость минимальных контактных сил на пятнике от скорости и величины высоты центра тяжести Fig. 5. The dependence of the minimum contact forces on the center plate the speed and height magnitude of the center of gravity
Таблица 4. Зависимость минимальных контактных сил на пятнике от скорости и величины высоты центра тяжести Table 4. The dependence of the minimum contact forces on the center plate on the speed
Высота центра тяжести Скорость, км/ч
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,76 365 941,8 356 928,6 341 123,5 290 436,8 154 103,4 202 786,1 145 795,8 113 949,0 0 0
0,81 366 286,1 354 779,9 344 809,4 287 812,7 158 436,6 208 585,0 169 156,3 146 839,1 0 0
0,86 365 965,4 360 412,8 346 555,4 288 996,3 168 608,3 210 962,8 129 020,2 164 894,4 0 0
0,91 368 199,5 355 104,8 347 839,1 289 322,8 167 844,0 215 018,3 160 264,4 136 129,9 0 0
0,96 361 102,3 356 295,6 350 072,7 284 628,3 165 013,9 213 882,8 195 794,1 65 728,6 0 0
1,01 360 903,4 356 766,9 350 323,4 286 775,4 165 379,7 210 478,4 122 305,8 38 523,5 0 0
1,06 367 448,7 358 999,2 350 167,8 283 816,7 167 640,5 209 235,9 130 348,1 0 0 0
1,11 356 160,0 360 275,1 350 194,5 287 458,2 166 965,4 200 463,4 175 866,2 48 408,29 0 0
1,16 323 728,6 331 323,3 331 834,5 272 262,5 169 806,4 205 540,3 195 905,8 96 328,37 0 0
1,21 296 778,4 273 023,3 293 554,3 281 382,1 170 943,0 204 642,0 177 308,2 12 135,02 0 0
1,26 268 360,2 258 913,0 273 310,8 291 667,2 170 484,7 208 317,2 173 746,5 13 879,86 0 0
1,31 257 264,9 266 331,6 261 937,2 296 878,3 174 404,7 201 386,8 183 312,0 0 0 0
1,36 249 958,8 251 720,4 258 993,5 299 005,9 170 155,2 201 070,1 96 720,1 0 0 0
1,41 249 912,3 259 635,5 263 273,5 293 529,7 170 951,2 221 538,9 167 234,9 0 0 0
1,46 245 521,4 245 124,4 291 317,7 299 481,0 172 299,9 220 681,6 101 911,5 0 0 0
1,51 233 684,7 207 939,6 311 547,8 300 872,5 173 715,0 216 490,6 69 532,7 0 0 0
1,56 226 164,1 227 249,2 297 471,2 291 744,1 174 821,6 214 952,1 137 041,3 0 0 0
1,61 212 916,8 194 039,6 265 200,6 289 163,2 173 166,9 216 369,5 117 671,9 0 0 0
1,66 211 706,1 181 122,6 250 781,3 295 622,1 176 813,1 215 997,2 151 221,5 0 0 0
1,71 207 594,4 171 906,8 227 007,6 284 742,8 174 726,9 209 506,9 103 883,1 0 0 0
1,76 202 198,7 163 931,3 211 379,1 235 708,1 171 219,1 214 877,7 169 425,1 0 0 0
1,81 194 820,7 153 318,4 215 255,0 192 515,2 175 691,6 217 606,8 184 233,5 0 0 0
1,86 190 819,0 139 052,0 203122,2 295 875,7 179 717,5 224 494,4 141 084,3 0 0 0
Примечание. Жирным метра по «обезгрузке»
шрифтом выделены значения, подпятника тележки вагона.
опасность «обезгрузки» подпятника тележки практически во всем диапазоне высот центра тяжести.
Таким образом, по зависимости минимальных контактных сил на пятнике нет опасности «обезгрузки» пятника на эксплуатационных скоростях
не удовлетворяющие допустимому значению пара-
движения (до 90 км/ч) при высоте центра тяжести в диапазоне 760-1 860 мм. Опасность «обезгрузки» пятников зафиксирована на скоростях 110 км/ч при высоте 1 060 мм и 1 310-1 860 мм и на скоростях 120 км/ч во всем диапазоне высот.
&
о rt X
s
ST
S3
g
m
0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0
У V
и •if X
> /
W
IHb 4Mb 1HF W4h ■IKII w 4Mb 4Mb 4Mb
30 км/ч
40 км/ч
50 км/ч
60 км/ч
70 км/ч
80 км/ч
90 км/ч
100 км/ч 110 км/ч
0,96 1,06 1,16 1,26 1,36 1,46 1,56 1,66 1,76 1,86 1,96 2,06
Величина высоты центра тяжести, м Груженая цистерна, кривая радиуса 650 м, возвышение 100 мм
Рис. 6. Зависимость величины отрыва колес вагона от скорости движения и значений высоты центра тяжести Fig. 6. The dependence of the separation of the wheels of the car from speed of the movement and height values of the center of gravity
Таблица 5. Зависимость величины отрыва колес вагона от скорости движения и значений высоты центра тяжести
Table 5. The dependence of the separation of the wheels of the car on the speed of the movement __and the height values of the center of gravity_
Высота центра тяжести Скорость, км/ч
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,76 0 0 0 0 0 0 0 0 0,019258 0,036414
0,81 0 0 0 0 0 0 0 0 0,025817 0,033912
0,86 0 0 0 0 0 0 0 0 0,021088 0,027504
0,91 0 0 0 0 0 0 0 0 0,01886 0,027574
0,96 0 0 0 0 0 0 0 0 0,023879 0,030854
1,01 0 0 0 0 0 0 0 0 0,022327 0,029536
1,06 0 0 0 0 0 0 0 0,00211 0,015782 0,033849
1,11 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0193 0,039504
1,16 0 0 0 0 0 0 0 0 0,021324 0,043176
1,21 0 0 0 0 0 0 0 0,002231 0,02127 0,046206
1,26 0 0 0 0 0 0 0 0,001392 0,019166 0,049744
1,31 0 0 0 0 0 0 0 0,005638 0,016191 0,049624
1,36 0 0 0 0 0 0 0 0,001597 0,01808 0,0484
1,41 0 0 0 0 0 0 0 0,000765 0,019827 0,052112
1,46 0 0 0 0 0 0 0 0,005156 0,023597 0,056381
1,51 0 0 0 0 0 0 0 0,007761 0,027028 0,057931
1,56 0 0 0 0 0 0 0 0,00878 0,030346 0,057975
1,61 0 0 0 0 0 0 0 0,011478 0,031916 0,057307
1,66 0 0 0 0 0 0 0 0,004585 0,033672 0,051615
1,71 0 0 0 0 0 0 0 0 0,034411 0,048722
1,76 0 0,00053 0 0 0 0 0 0,000309 0,035342 0,047705
1,81 0 0,000711 0 0 0 0 0 0,001228 0,035982 0,043697
1,86 0 0,001233 0 0 0 0 0 0,001529 0,036491 0,03971
Примечание. Не удовлетворяющие допустимому значению по величине подъема колеса относительно головки рельса.
Рассмотрены также ависимости величины отрыва колес относительно головки рельса от скорости движения и значения высоты центра тяжести. Нулевая величина отрыва колеса, т. е. когда контакт колеса с головкой рельса не нарушается, обозначены на графике и в таблице величиной 0 (рис. 6), (табл. 5).
Анализ представленных данных показывает, что в диапазоне эксплуатационных скоростей зафиксирован отрыв колеса на малой неравновесной скорости 40 км/ч при высоте центра тяжести 1 760-1 860 мм. На скоростях выше эксплуатационных возникает опасность отрыва колеса на скорости 100 км/ч при высоте
центра тяжести 1 060 мм, а на скоростях 110-120 км/ч во всем диапазоне высот центра тяжести.
Таким образом, по зависимости величины отрыва колес относительно головки рельса от скорости движения и значения высоты центра тяжести нет опасности отрыва колес на эксплуатационных скоростях движения (до 90 км/ч) при высоте центра тяжести в диапазоне 760-1 710 мм. Опасность отрыва колес от головки рельса зафиксирована на скоростях 40 км/ч при высоте 1 760-1 860 мм, на скоростях 100 км/ч при высоте 1 060-1 860 мм и на скоростях 110-120 км/ч во всем диапазоне высот.
Заключение
Безопасность движения груженой цистерны обеспечивается в диапазоне эксплуатационных скоростей при высоте центра тяжести кузова не более 1 510 мм. Опасность «обезгрузки» пятников зафиксирована на скоростях 110 км/ч при высоте 1 060 мм и 1 310-1 860 мм и на скоростях 120 км/ч во всем диапазоне высот. Опасность отрыва колес от головки рельса зафиксирована на скоростях 40 км/ч при высоте 1 760-1 860 мм, на скоростях 100 км/ч при высоте 1 060-1 860 мм и на скоростях 110-120 км/ч во всем диапазоне высот.
Список литературы
1. Леоненко Е.Г. Взаимодействие пути и порожних грузовых вагонов при движении в прямых и кривых участках пути / Е.Г. Леоненко // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2019. - Т. 63, № 3. - С. 148-154. - DOI: 10/2673/1813-9108.2019.3(63). 148-154
2. Кажаев А.Н. Влияние высоты центра тяжести и массы порожних вагонов на скорость их безопасного движения /
A.Н. Кажаев, В.С. Плоткин // Вестник ВНИИЖТ. - 2009. - № 4. - С. 24-26.
3. Ахмадеева А.А. Вертикальная динамика вагона с учетом неровностей колеи / А.А. Ахмадеева, В.Е. Гозбенко, С.К. Каргапольцев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2014. - № 3(23). - С. 57-62.
4. Гозбенко В.Е. Вертикальные колебания экипажа с учетом неровностей пути / В.Е. Гозбенко, А.А. Ахмадеева // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2013. - № 3(13). - С. 56-59.
5. Ворон О.А. К вопросу выбора ходовых частей для перспективного изотермического подвижного состава / О.А. Ворон, Ю.П. Булавин, И.В. Волков // Вестник РГУПС. - 2018. - № 4. - С. 63-70.
6. Житков Ю.Б. Компьютерное моделирование динамики вагона-цистерны с жидким грузом: дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Ю.Б. Житков, ПГУПС. - СПб., 2018. - 118 с.
7. Михеев Г.В. Методы моделирования динамики железнодорожных колесных пар с учетом упругости / Г.В. Михеев, Д.Ю. Погорелов, А.Н. Родиков // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2019. - № 4 (77). -С. 40-51. DOI: 10.30987/article_5cb58f50b38371.23941436.
8. Мугинштейн Л.А. Влияние продольных сил на опасность сходов порожних вагонов в поездах / Л.А. Мугинштейн, Ю.С. Ромен // Вестник ВНИИЖТ. - 2011. - № 3. - С. 3-6.
9. Ромен Ю.С. Факторы, обуславливающие процессы взаимодействия в системе колесо-рельс при движении поезда в кривых / Ю.С. Ромен // Вестник ВНИИЖТ. - 2015. - № 1. - С. 17-26.
10. Филиппов В.Н. К вопросу обеспечения безопасности движения вагонов с увеличенной высотой центра тяжести /
B.Н. Филиппов, И.В. Козлов, А.В. Смольянинов, Я.Д. Подлесников // Транспорт Урала. - 2014. - № 2(41). - С. 39-43.
11. Черкашин Ю.М. Влияние параметров экипажей и пути на безопасность движения поездов / Ю.М. Черкашин, Д.Ю. Погорелов, В.А. Симонов // Вестник ВНИИЖТ. - 2010. - № 2. - С. 3-9.
12. An B., Wen J., Wang Panjie, Wang Ping, Chen R., Xu J. Numerical Investigation into the Effect of Geometric Gap Idealisation on Wheel-Rail Rolling Contact in Presence of Yaw Angle // Mathematical Problems in Engineering, 2019, pp. 1-14. DOI: 10.1155/2019/9895267.
13. Gao X., True H., Li Y. Lateral dynamic features of a railway vehicle // Proc IMechE Part F: J Rail and Rapid Transit. 230(3), pp. 1-15, February 2015. DOI: 10.1177/0954409715572856.
14. Kuzyshin A., Batig A., Sobolevska J., Kostritsa S., Ursulyak L., Dovhaniuk S. Determing the causes of rolling stock derailment from the track using modern research methods // MATEC Web of Conferences 294, 03004 (2019). DOI: 10.1051/matec-conf/201929403004.
15. Xu L., Zhai W. A three-dimensional dynamic model for train-track interactions // Applied Mathematical Modelling. 76 (2019), pp. 443-465. DOI: 10.1016/j.apm.2019.04.037.
References
1. Leonenko E.G. Vzaimodeistvie puti i porozhnikh gruzovykh vagonov pri dvizhenii v pryamykh i krivykh uchastkakh puti [The interaction of the track and empty freight cars when driving in straight and curved sections of the track]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2019, Vol. 63, No. 4, pp. 148154. DOI: 10/2673/1813-9108.2019.3(63).148-154.
2. Kazhaev A.N., Plotkin V.S. Vliyanie vysoty tsentra tyazhesti i massy porozhnikh vagonov na skorost' ikh bezopasnogo dvizheniya [Influence of height of gravitational center and weight of empty freight cars on speed of their safe movement]. Vestnik VNIIZhT [Proceedings of the Railway Research Institute]. 2009, No. 4, pp. 24-26.
3. Akhmadeeva A.A., Gozbenko V.E., Kargapol'tsev S.K. Vertikal'naya dinamika vagona s uchetom nerovnostei kolei [Vertical dynamics of the railway car with a gauge irregularity being taken into account]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2014, Vol. 23, No. 3, pp. 57-62.
4. Gozbenko V.E., Akhmadeeva A.A. Vertikal'nye kolebaniya ekipazha s uchetom nerovnostei puti [Vertical oscillations of the carriage with the account of the track irregularities]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2013, Vol. 39, No. 3, pp. 56-59.
5. Voron O.A., Bulavin Ju.P., Volkov I.V. K voprosu vybora hodovykh chastei dlya perspektivnogo izotermicheskogo podvizhnogo sostava [On the choice of carriage chassis for promising isothermal rolling stock]. Vestnik RGUPS, 2018, No. 4, pp. 63-70.
6. Zhitkov Yu.B. Komp'yuternoe modelirovanie dinamiki vagona-tsisterny s zhidkim gruzom: diss. ... kand. tekhn. nauk: 05.22.07 [Computer simulation of the dynamics of a tank car with a liquid cargo: a Ph.D. (Engineering) diss.]. Saint Petersburg, St.-Petersburg State Transport University Publ., 2018, 118 p.
7. Mikheev G.V., Pogorelov D.Yu., Rodikov A.N. Metody modelirovaniya dinamiki zheleznodorozhnykh kolesnykh par s uchetom uprugosti [Methods for wheelset dynamics modeling taking into account elasticity]. Vestnik Bryanskogo gosudarstven-nogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Bryansk State Technical University], 2019, No. 4(77), pp. 40-51. DOI: 10.30987/article_5cb58f50b38371.23941436.
8. Muginshtein L.A., Romen Yu.S. Vliyanie prodol'nykh sil na opasnost' skhodov porozhnikh vagonov v poezdakh [Influence of longitudinal forces on risk of empty cars derailment in trains]. Vestnik VNIIZhT [Proceedings of the Railway Research Institute]. 2011, No. 3, pp. 3-6.
9. Romen Yu.S. Faktory, obuslavlivayushchie protsessy vzaimodeistviya v sisteme koleso-rel's pri dvizhenii poezda v krivykh [Factors Responsible for Wheel - Rail Interaction in Curves]. Vestnik VNIIZhT [Proceedings of the Railway Research Institute], 2015, No. 1, pp. 17-26.
10. Filippov V.N, Kozlov I.V., Smol'yaninov A.V., Podlesnikov Ya.D. K voprosu obespecheniya bezopasnosti dvizheniya vagonov s uvelichennoi vysotoi tsentra tyazhesti [Regarding the issue of safe operation of cars with increased height of center of gravity]. Transport Urala [Transport of the Urals]. 2013, No. 2(41), pp. 39-43.
11. Cherkashin Yu.M., Pogorelov D.Yu., Simonov V.A. Vliyanie parametrov ekipazhei i puti na bezopasnost' dvizheniya poezdov [Influence of rolling stock and track parameters on train traffic safety]. Vestnik VNIIZhT [Proceedings of the Railway Research Institute]. 2010, No. 2, pp. 3-9.
12. An B., Wen J., Wang P., Wang P., Chen R., Xu J. Numerical Investigation into the Effect of Geometric Gap Idealisation on Wheel-Rail Rolling Contact in Presence of Yaw Angle. Mathematical Problems in Engineering,Vol. 2019, pp. 1-14, 2019. DOI: 10.1155/2019/9895267.
13. Gao X., True H., Li Y. Lateral dynamic features of a railway vehicle. Proc IMechE Part F: J Rail and Rapid Transit. 230(3), pp. 1-15, February 2015. DOI: 10.1177/0954409715572856.
14. Kuzyshin A., Batig A., Sobolevska J., Kostritsa S., Ursulyak L., Dovhaniuk S. Determing the causes of rolling stock derailment from the track using modern research methods. MATEC Web of Conferences 294, 03004 (2019). DOI: 10.1051/matecconf/201929403004.
15. Xu L., Zhai W. A three-dimensional dynamic model (2019), pp. 443-465. DOI: 10.1016/j.apm.2019.04.037.
Информация об авторах
Тармаев Анатолий Анатольевич - к. т. н., доцент, доцент кафедры вагонов и вагонного хозяйства, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: [email protected]
Петров Геннадий Иванович - д. т. н., профессор, заведующий кафедрой вагонов и вагонного хозяйства, Российский университет транспорта, г. Москва, e-mail: [email protected]
Соснов Николай Юрьевич - аспирант, кафедры вагонов и вагонного хозяйства, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: [email protected]
DOI 10.26731/1813-9108.2020.1(65). 191-199
for train-track interactions. Applied Mathematical Modelling. 76
Information about the authors
Anatolii A Tarmaev- Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor, Associate Professor of the Subdepartment of Railway Cars and Rolling Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected] Gennadii I. Petrov - Doctor of Engineering Science, Professor, Head of the Subdepartment of Railway Cars and Rolling Stock, Russian University of Transport, Moscow, e-mail: [email protected]
Nikolai Y. Sosnov - Ph.D. student of the Subdepartment of Railway Cars and Rolling Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
УДК 625.12
Исследование влияния трещиноватости скальных грунтов на устойчивость откосов глубоких выемок железных дорог
Н. М. БыковаИ, С. А. Исаев, В. В. Четвертнова
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация И [email protected]
Резюме
Неблагоприятные инженерно-геологические условия, характеризующиеся наличием скальных трещиноватых пород, геодинамическими и геодеформационными процессами, характерны типичны для ряда участков существующих
