Научная статья на тему 'Пример реализации методики оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане'

Пример реализации методики оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
114
18
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Известия Транссиба
ВАК
Область наук
Ключевые слова
КРИВИЗНА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ / THE CURVATURE OF THE RAILROAD TRACK / РАДИУС КРУГОВОЙ КРИВОЙ / THE RADIUS OF THE CIRCULAR CURVE / ДЛИНА ОСРЕДНЕНИЯ / AVERAGING LENGTH / УСТОЙЧИВОСТЬ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ / STABILITY OF THE CONTINUOUS WELDED RAILROAD TRACK / СИГНАЛЬНЫЙ ФАЙЛ / SIGNAL FILE / ТЕМПЕРАТУРА ЗАКРЕПЛЕНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ / THE ANCHORAGE TEMPERATURE OF RAILS / ВАГОН-ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЬ / БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ / TRAIN SAFETY / TRACK MEASUREMENT CAR

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Атапин Виталий Владимирович

В статье рассматривается пример реализации методики оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане. Приводятся результаты исследований данной методики, описывается ее положительный эффект.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EXAMPLE OF THE METHODS TO EVALUATE CONDITIONS AND RESERVE OF TRANSVERSE STABILITY IN CWR CURVES UNDER ABNORMAL TRACK MAINTENANCE

Example of the methods to evaluate conditions and reserve of transverse stability in CWR curves under abnormal track maintenance is discussed in the article. The author presents the results of the research of this method and also its positive effect is described.

Текст научной работы на тему «Пример реализации методики оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане»

УДК 625.143.482

В. В. Атапин

ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ И РЕЗЕРВА ПОПЕРЕЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ ПРИ ОТСТУПЛЕНИЯХ ОТ НОРМ СОДЕРЖАНИЯ В ПЛАНЕ

В статье рассматривается пример реализации методики оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане. Приводятся результаты исследований данной методики, описывается ее положительный эффект.

Методика оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане подробно описана в статье [1]. Сущность данной методики заключается в следующем.

Известно, что кривизна железнодорожного пути и соответствующий ей радиус кривой оказывают влияние на поперечную устойчивость бесстыкового пути в процессе эксплуатации. Кроме того, в статье [1] доказано и обосновано, что принятые до настоящего времени в качестве единственного показателя оценки состояния пути в плане и разграниченные по установленным скоростям движения поездов разности смежных стрел изгиба при различных расстояниях между их вершинами на ленте не могут быть использованы для определения и оценки условий и резерва поперечной устойчивости бесстыкового пути. Это связано прежде всего с тем, что данный показатель был определен еще до 1957 г. и установлен для загруженного звеньевого пути как показатель плавности движения поездов в сечении, где боковые и рамные силы ведущей оси экипажа взаимодействуют с рельсом. Использование только этого показателя для оценки условий и резерва поперечной устойчивости бесстыкового пути в кривых участках неправильно и некорректно по следующим причинам:

экспериментально доказано, что расчетным сечением для бесстыкового пути является незагруженный путь, и это отражено во всех технических указания (ТУ);

полученные нормы превышений температур [А/у] экспериментально установлены также для незагруженного пути и приняты как функция от радиуса кривых [2] и др.

Известно, что в настоящее время кривизна железнодорожного пути и соответствующий ей радиус кривой измеряются путеизмерительными средствами, в основном вагонами-путеизмерителями. Однако кривизна, получаемая данными средствами, является текущей (мгновенной) и не может быть использована для оценки условий устойчивости бесстыкового пути в кривых участках пути. Необходимо использовать ее осредненные значения.

Таким образом, в результате проведенного исследования было установлено [1], что для оценки и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане необходимо использовать значения кривизны железнодорожного пути, осредненные на длине, равной 4 и 20 м.

Кривизна, осредненная в кривых на длине 20 м и называемая базовой длиной, объясняется тем, что она формируется в процессе укладки рельсошпальной решетки и поддерживается рихтовкой в процессе эксплуатации пути по показаниям вагонов-путеизмерителей. При этой кривизне формируется начальное напряженное состояние рельсовых плетей и происходит его изменение при изменении температуры рельсовых плетей в процессе эксплуатации. Именно поэтому базовую кривизну можно считать как систему отсчета, относительно которой можно определять изменение кривизны на локальных участках при текущем содержании пути. Длина осреднения кривизны 20 м обосновывается также базой вагонов-путеизмерителей (17 м), принятой по конструктивным соображениям, длиной хорды для измерения вагоном-путеизмерителем параметров кривых (21,5 м), а также пересчетом замеренных значений параметров кривых к хорде длиной 20 м.

Кривизна, осредненная в кривых на длине 4 м и называемая длиной короткой неровности, экспериментально обосновывается и доказывается в исследованиях венгерских ученых, получивших значения длины упругих изгибов рельсошпальной решетки в плоскости пути при нагреве рельсовых плетей в кривых различных радиусов [1, 3]. Именно поэтому на данной длине происходит начальное зарождение и развитие отступлений в плане, а значит, и необходимость осреднения измеренной (мгновенной) кривизны и выявления данных неровностей с целью дальнейшего определения условий и резерва поперечной устойчивости.

Следовательно, для определения и оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане первоначально с помощью путеизмерительных средств непрерывно измеряют кривизну рельсовых плетей в плоскости железнодорожного пути.

Далее на основании измеренной (мгновенной) кривизны определяют осредненную кривизну в пределах круговой кривой на базовой длине, т. е. на длине 20 м, и осредненную кривизну на заданной длине короткой неровности, т. е. на длине 4 м.

Затем определяют максимальные по амплитуде значения осредненной кривизны в пределах круговой кривой на базовой длине и максимальные значения осредненной кривизны в пределах круговой кривой на заданной длине короткой неровности.

Далее вычисляют для каждой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления рельсовых плетей (min t3) по формуле:

mm t3 = ^ - [Аty ]. (1)

Потом, зная, что максимальное значение кривизны, осредненной на длине короткой неровности, т. е. на длине 4 м, является местом с наименьшим значением радиуса кривой и ослабляющим поперечную устойчивость пути, а максимальное значение осредненной кривизны на длине 20 м - базой для отсчета, рассчитывают отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей от первоначальной (At^x) по формулам:

АtриX = Кэп • 9360(Ккн - КБДН) = Кэп • 9360(К4м - К2(,м) (2)

или

Чих = Кэп • 9360(R- --L-) = Кэп • 9360(-L - JL), (3)

RKH ^БДН R4u R20u

где Кэп - коэффициент, учитывающий количество шпал на один километр пути. Принимается равным единице при R < 1200 м и 0,92 при R > 1200 м.

Далее определяют новую фактическую температуру закрепления рельсовых плетей (^.рих) по формуле:

t = t -Аt . (4)

о.рих з рих v s

Затем проверяют условие устойчивости круговой кривой

^.рих ^ mm ^ (5)

и находят температурный резерв поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой (AAtp,m) по формуле:

ААt = t - min t. (6)

рих о.рих з

Затем судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути. Рассмотрим пример реализации данной методики.

Место укладки кривой: направление Рязань - Инза, участок Воеводской - Качелай Куйбышевской железной дороги, путь - 1,655 км; административная структура - ПЧ-20/ ПЧУ-3/ПД-3/ПДБ-3; установленные скорости - 100/80/60 км/ч. Конструкция пути: рельсовые плети из рельсов Р65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный, рельсовые плети уложены и закреплены на шпалах при температуре = 34 °С, радиус кривой по паспорту (Яп) - 649 м, ожидаемая летняя температура для оценки резерва поперечной устойчивости бесстыкового пути /ож = /тах = 58 °С, допускаемое повышение температуры рельсовых плетей (из таблицы П.2.1 [1]) [Л/у] = 44 °С, интервалы осреднения кривизны (мгновенной) пути - 4 и 20 м. Все данные взяты по состоянию на июнь 2012 г.

Первоначально непрерывно измеряют кривизну (мгновенную) рельсовых плетей в плоскости пути с помощью вагона-путеизмерителя КВЛ-П2.1. Замеренная кривизна рельсовых плетей приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Кривизна (мгновенная) рельсовых плетей в плоскости пути, измеренная на участке Воеводское - Качелай (путь 1) с помощью вагона-путеизмерителя КВЛ-П2.1

Определяют осредненную кривизну рельсовых плетей на длине короткой неровности, т. е. на длине 4 м, и осредненную кривизну рельсовых плетей на длине базовой неровности, т. е. на длине 20 м (рисунок 2).

Рисунок 2 - Кривизна рельсовых плетей в плоскости пути, полученная путем осреднения мгновенной кривизны

на длине 4 и 20 м на участке Воеводское - Качелай (путь 1)

Зная, что на поперечную устойчивость бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане оказывают влияние места с наибольшей кривизной или наименьшим значением радиуса, определим данные места [4]. Максимальная кривизна рельсовых плетей в пределах круговой кривой при осреднении на длине 4 м (Х4м) находится в точке 1 и равна 0,002968 1/м (см. рисунок 2), что соответствует радиусу Я4м, полученному по данной кривизне, равному 337 м (рисунок 3). Максимальная кривизна рельсовых плетей в пределах круговой кривой при осреднении на длине 20 м (К20м) находится в точке 2 и равна 0,001798 1/м (см. рисунок 2), что соответствует радиусу ^20м, полученному по данной кривизне, равному 556 м (см. рисунок 3).

-Радиус, полученный путем осреднения кривизны (мгновенной) пути на дпине4 мгм

-Радиус, полученный путем осреднения кривизны (мгновенной) пути на дпине 20 мг м

Рисунок 3 - Радиус круговой кривой, полученный по кривизне рельсовых плетей, осредненной на длине 4 и

20 м, на участке Воеводское - Качелай (путь 1)

Далее определяют для рассматриваемой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления рельсовых плетей по формуле (1):

min t3 = 58 - 44 = 14(°С).

Затем определяют отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей в пределах круговой кривой по следующим формулам (2):

А ^их = 1 • 9360(0,002968 - 0,001798) = 11,0 (°С)

или

At = 1- 9360(—----) = 11,0 (°С).

р 337 556

Определяют новую фактическую температуру закрепления рельсовых плетей в пределах круговой кривой по формуле (3):

^.рих = 34 -11 = 23 (°С).

А затем проверяют условие устойчивости круговой кривой, исходя из неравенства (5):

23 (°С) > 14 (°С), условие выполняется.

Далее вычисляют температурный резерв поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой, определяемый по формуле (6),

АА t рих = 23 -14 = 9 (°С)

и судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.

В данном примере наглядно видно, что условие устойчивости в пределах исследуемой круговой кривой выполняется, температурный резерв АА^рих составляет 9 °С. К тому же, положительный эффект данной методики заключается и в том, что определение осредненной кривизны на длине 4 м (длина короткой неровности) способствует выявлению реально существующего участка (места) кривой с наибольшей кривизной (т. е. с наименьшим радиусом), которая оказывает непосредственное воздействие на поперечную устойчивость бесстыкового пути, а определение осредненной кривизны на длине 20 м является базой для отсчета максимальной кривизны.

Помимо этого примера в таблице 1 представлены результаты исследований других кривых Куйбышевской железной дороги, в которых на основании данной методики была произведена проверка условия устойчивости бесстыкового пути и подсчитан температурный резерв.

Таблица 1 - Результаты исследований

Но- Участок Rn, м Осредненная кри- ts, min t3, AtрИX, tо.рих, Условие AAV

мер визна пути, 1/м °С °С °С °С устойчи- °С

п/п К4м К20м вости ^.рих > min tj

Октябрьск — 30,0 > 18

1 Правая Волга (1 путь) Балашейка — 615 0,002316 0,001884 34 18 4,0 30,0 (выполн.) 29,5 > 20 12,0

2 Новообразцовое (1 путь) Вырыпаевка — 504 0,002803 0,002106 36 20 6,5 29,5 (выполн.) 22,8 > 15 9,5

3 Базарная (путь 1) Барыш — 654 0,002853 0,001766 33 15 10,2 22,8 (выполн.) 28,1 > 9 7,8

4 Поливаново (путь 1) Вырыпаевка — 1081 0,001917 0,001181 35 9 6,9 28,1 (выполн.) 28,4 > 16 19,1

5 Базарная (путь 1) Кузоватово — 599 0,002319 0,001826 33 16 4,6 28,4 (выполн.) 26,0 > 11 12,4

6 Безводовка (путь 2) Кузоватово — 852 0,002359 0,001395 35 11 9,0 26,0 (выполн.) 21,6 > 9 15,0

7 Безводовка (путь 2) Безводовка — 1070 0,002618 0,001181 35 9 13,4 21,6 (выполн.) 21,7 > 13 12,6

8 Рачейка (путь 2) Рачейка — Ба- 943 0,002347 0,001243 32 13 10,3 21,7 (выполн.) 25,2 > 15 8,7

9 лашейка (путь 2) Балашейка — 739 0,002521 0,001579 34 15 8,8 25,2 (выполн.) 26,6 > 18 10,2

10 Новообразцовое (путь 2) 600 0,002905 0,002002 35 18 8,4 26,6 (выполн.) 8,6

Таким образом, на основании полученных результатов исследования можно сделать вывод о том, что использование представленной методики помогает достаточно легко и просто определить состояние рельсовых плетей в кривых участках бесстыкового железнодорожного пути при отступлениях от норм содержания в плане, а точнее:

— рассчитать отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей от первоначальной;

— вычислить новую фактическую температуру закрепления рельсовых плетей;

— проверить условие устойчивости бесстыкового железнодорожного пути;

— определить температурный резерв устойчивости.

Кроме того, применение данной методики на всем полигоне бесстыкового железнодорожного пути позволит не только заблаговременно определять с точностью до метра то место, где произошло ослабление поперечной устойчивости бесстыкового пути, и осуществлять постоянный контроль за изменениями фактической температуры закрепления рельсовых плетей при отступлениях от норм содержания в плане, но и решать с ее помощью следующие задачи:

— выделять и ранжировать участки с отступлениями от норм содержания в плане по степени опасности;

— принимать в случае необходимости меры по устранению ослабления поперечной устойчивости бесстыкового пути;

— накапливать полученную информацию и на основании ее делать прогноз о состоянии рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути и др.

Список литературы

1. Атапин, В. В. Методика оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане [Текст] / В. В. Атапин / Вестник транспорта Поволжья. - 2012. - Вып. 1 (24). - С. 47 - 52.

2. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути [Текст] / МПС России. - М.: Транспорт, 2000. - 96 с.

3. Надь, И. Исследования явлений, вызываемых температурными напряжениями в бесстыковом пути [Текст]: Пер. с венг./ И. Надь. - М., 1976.

4. Ершов, В. В. Устойчивость бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания [Текст] / В. В. Ершов // Путь и путевое хозяйство. - 2008. - № 3 - С. 13 - 15.

УДК 625.143:620.19

В. П. Кутовой, А. П. Шабанов, М. М. Шакиртов

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕРШИНЫ УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ В ГОЛОВКЕ РЕЛЬСА

Рассмотрена возможность развития усталостных трещин в поле внешних сжимающих напряжений. Построена конечноэлементная модель, имеющая узкий трещиноподобный дефект с вершинами, очерченными по окружности, которая нагружалась пульсирующей сжимающей нагрузкой. Анализировалось напряженно-деформированное состояние в вершине этого дефекта по истечению каждого полуцикла нагружения. Показано, что такая нагрузка вызывает в исследуемой области симметричный цикл нагружения с существенными сжимающими и растягивающими напряжениями. В процессе роста количества циклов нагружения абсолютная величина этих напряжений увеличивается. Полученные результаты позволяют построить возможные схемы развития контактно-усталостных и усталостных повреждений в рельсах.

Наиболее опасные дефекты, возникающие в процессе эксплуатации рельса, имеют усталостный и контактно-усталостный характер. Как правило, эти трещины появляются в тех зонах рельса, которые нагружены преимущественно сжимающими напряжениями. К таким повреждениям можно отнести, например, трещины по рисункам 11, 21 и другие в работах [ 1,2] (рисунки 1, 2).

88 ИЗВЕСТИ Я Транссиба |№, 0113)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.