CC BY
41
УДК 625.12:14
Д. М. КУРГАН, I. О. БОНДАРЕНКО (ДПТ)
ВПЛИВ СТАНУ ЗАЛ1ЗНИЧНО1 Д1ЛЯНКИ I СТРУКТУРИ ПО1ЗДОПОТОКУ НА ЖИТТеВИЙ ЦИКЛ КОЛП
Запропоновано критерiй оцiнки впливу на колш рухомого складу, що приводить до вичерпання ресурсу шдрейково! основи i, з часом, необхiдностi замiни верхньо! будови, з урахуванням стану коли i структури по!здопотоку, що обертаеться.
Предложен критерий оценки воздействия подвижного состава на железнодорожный путь, приводящего к исчерпанию ресурса подрельсового основания и необходимости замены верхнего строения с учетом состояния пути и структуры поездопотока на участке.
The criterion of an estimation influence a rolling stock on a track which results in the end of a resource the basis under rails and necessities of replacement the top structure in view of a condition of a way and structure of a stream of trains on a site is offered.
Основним критерieм призначення модерш-заци е пропущений тоннаж [1]. Дшсно, основна робота, яку виконуе колiя, i вщ яко! вщбуваеть-ся И поступове зношування е сприйняття нава-нтаження вiд рухомого складу. Звичайно на процес вичерпання ресурсу коли буде впливати не тшьки загальний обсяг сприйнятого наван-таження, а i його структура, а також стан коли i система ремонтов по вiдновленню И працездат-ного стану. Тому необидно мати критерш, що враховуе наведет чинники i надае змогу визна-чити ступень зношування коли, i як наслщок величину витрат на И ремонт та термш роботи.
Для перерiзу коли пропущений тоннаж мож-на представити як суму ваги, яка передаеться на нього вщ кожного колеса, що про!хало. Доцшь-но розглядати не статичне, а динамiчне наван-таження з урахуванням ступеня вiрогiдностi.
Механiчна робота, яку буде виконувати д> юча на перерiз коли сила можна визначити як добуток ще! сили на перемщення, яке вона спричиняе. Для коли таким перемщення буде вертикальний прогин.
Дда вщ колеса на перерiз рейки i вiдповiд-ний прогин можна визначити за практичними розрахунками коли на мщшсть [2].
Таким чином пропонуеться кiлькiсний критерш дн на колiю - мехашчна робота вертикально! сили на перерiз коли. Такий показник можна вважати бшьш розкритою формою про-пущеного тоннажу i використовувати для ощн-ки поступового зношування коли i строкiв призначення ремонтов, але з урахуванням характеристик рухомого складу i стану коли.
Метою дано! роботи е спроба дати порiвня-льну оцiнку впливу структури по!здопотоку i стану дшянки на величину дi! на колда i вщпо-
вiдно на швидюсть и поступового зношування.
Робота вертикально! сили вщ одиницi рухомого складу (одного вагона або локомотива) для перерiзу коли буде визначатися за формулою
R Пк ' "^екв ' а ' Zmax :
(1)
де Рекв - вертикальна сила, дiюча вiд вiзка на рейку, вiд значення яко1 обчислюеться вертика-льний прогин рейко-шпально1 решiтки;
zmax - максимальний прогин рейко-шпально1 решiтки в точщ прикладення сили;
а - коефщент вигину шпали, для переходу вщ максимального значення прогину до серед-нього [3];
п - кшьюсть колiс.
Значення вертикально! сили (/>екв) i прогину (zmax) обчислюються за методикою шженерно-го розрахунку на мщшсть, яка затверджена ш-струкцiею ЦП-0117 [2].
Вiдповiдно до запропоновано! методики бу-ло розраховано роботу вертикальних сил при проходженш по колi! рiзних одиниць рухомого складу в залежност вiд швидкостi руху. Ре-зультати розрахунку для д^нки, що мае стан-дартну конструкцiю верхньо! будови коли (рейки Р65, шпали затзобетонш, баласт щебе-невий, безстикова колiя) i знаходиться у справному сташ (вiдхилення вiд норм утримання у межах 1...П ступеня, модуль пружностi тдрей-ково! основи 50 МПа) показаш у виглядi граф> кiв залежностi вертикально! сили вщ швидкостi руху, рис. 1-2.
На значення вертикально! сили, яка виконуе роботу по прогину рейко-шпально! рештоки,
суттево впливае стан залiзничноl коли. В робот! запропоновано три стани:
1 - працездатний стан (наявшсть вщхилень Г..П ступеня, модуль пружностi шдрейково! основи 50 МПа);
2 - частково працездатний стан (вщхилення
III ступеня, модуль пружносп пщрейково! ос-нови 30 МПа);
3 - стан, що наблизився до непрацездатного (вщхилення IV ступеня, модуль пружносп пщрейково! основи 15 МПа).
вант. вагон (21.5т/вюь) —■—2ТЕ10 —А— ТЕП70
—А— ВЛ80 —Ж—ЧС7 —•— ЧС200
—1— ДЕ1 -А-ДС3 —В— пас. вагон
Рис. 1. Залежшсть роботи вертикальних сил вщ швидкосп руху одинищ рухомого складу 20
5 15
о
II 10
га *
I-о.
О)
ш
о ю о о.
Навантаження, на вюь, т
10 15 ■18 20
■21.5 ■23
10 20 30 40 50 60 70 80
90 100 110 120
Швидмсть руху, км/год
Рис. 2. Залежшсть роботи вертикальних сил вщ швидкосп руху для одиночного вантажного вагона
Залежносп вертикально! роботи вщ швидкосп 3 для пасажирського вагона i на рис. 4 для вантаж-руху у вiдповiдностi до стану коли наведенi на рис. ного вагона з навантаженням 21,5 т/вiсь.
5
0
16 14
2 0
стан коли
Швидмсть руху, км/год
20 40 60 80 100 120 140 160
Рис. 3. Залежшсть вертикально! роботи вщ швидкосп руху для пасажирського вагона з урахуванням стану коли
40
о X 35
ь (3 м 30
к Ü * X к 25
р ш s" 20
m ГО с s 15
1- о
о ю 10
о о. 5
0
стан коли -1 _ -2
Швидкють руху, км/год
10 20 30 40 50 60 70 80
Рис. 4. Залежшсть вертикально! роботи вщ швидкосп руху для вантажного вагона (21,5 тМсь) з урахуванням стану коли
Анатз отриманих результат!в розрахунюв виконаних для р1зних одиниць рухомого складу, показав, що зростання роботи вертикально! сили вщносно працездатного стану коли (1) майже не залежить вщ типу рухомого складу i швидкост руху. На рис. 5-6 наведено змши об-сягу роботи вертикально! сили для 2 та 3 сташв вщносно працездатного стану (1) для пасажирського та вантажного вагошв.
4
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
g ю
О S
£ 5
о ю
- о а
и #
ш о
стан коли
Швидкiсть руху, км/год
20 40 60 80 100 120 140 160
коли при визначенш роботи вертикально! сили. Так для переходу коли в частково працездатний стан необхщно щоб обсяг роботи вертикальних сил збшьшився в 1,7 разiв; а щоб колiя перейшла у непрацездатний стан - в 3,2 рази.
4
I-
о ю о
а
>
I. §
ю о
I-
х u Э
о
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
стан коли --А—3
Швидмсть руху, км/год
10 20 30 40 50 60 70 80
Рис. 5. Змiна обсягу роботи вертикально! сили при попршенш стану колй' для пасажирського вагону
На основi виконаних розрахункiв i проведе-ного аналiзу були встановлеш коефiцieнти, за допомогою яких можна оцiнити стан залiзничноï
Рис. 6. Змша обсягу роботи вертикально! сили при попршенш стану колй' для вантажного вагону (21,5 т/вюь)
Для виконання розрахунку з урахування по-!здопотоку у якостi вихiдних даних була при-йнята дiлянка Придншровсько! залiзницi Днш-ропетровськ-П'ятихатки. Конструкцiя верхньо! будови коли: рейки Р65, шпали залiзобетоннi, баласт щебеневий. Рухомий склад: пасажирсью вагони на вiзках КВЗ-ЦНИИ, вантажнi на вiз-ках ЦНИИ-Х3-0, локативи ЧС7 i ВЛ8.
Для аналiзу впливу стану коли на роботу вертикально! сили, у проведених розрахунках вардавався модуль пружностi пщрейково! основи вщ 10 до 70 МПа i наявшсть просадок вщ I до IV ступеня вщхилення. Модуль пружносп пщрейково! основи безпосередньо входить до багатьох формул розрахунку коли на мщшсть. За ступенем просадок визначалися параметри вертикально! нерiвностi коли, значення яких впливають на розрахунок вщповщного серед-ньоквадратичного вiдхилення однieï зi складо-вих сили, що дie вiд колеса на рейку за методикою, запропонованою в [2].
Аналiз отриманих напружень в елементах верхньо! будови коли показуе, що вони не перевищують допустимi значення для вах розглянутих станiв коли i швидкостей руху. Як i передбачалося вщхилення у значеннях модуля пружносп шдрейково! основи та наявшсть просадок у дозволених межах [2, 4] не приводять до порушення умов мiцностi колй. Але тривале збтьшення да на колш (як показано рашше у числовому вигляд буде ощнюватися роботою вертикально! сили) прискорюе зношування всiх елемен-тш колй i наближати строк проведення ремонпв.
Для обрано! дшянки були проведенi розра-хунки за формулою (1). Отримана залежшсть обсягу роботи вiд модуля пружносп шдрейково!' основи i ступеня просадок. Дат прийняли, що експлуатащя дiлянки в режимi, для якого визначеш строки проведення ремонтов [1], буде вiдповiдати розрахунковому варiанту з модулем пружностi 50 МПа i наявшстю просадок до I ступеня вщхилень (1 стан коли). Тодi можна порiвняти ди на колiю у виглядi вертикальноï роботи вiд рiзних одиниць рухомого складу. Вщповщш графiки приведенi на рис. 7.. .14.
10 20 30 40 50 60
12 3^ —I—70
Ступшь вщступу (просадки)
Рис. 7. Змша обсягу роботи вертикальноï' сили в1д ступеня просадок для р1зних модул1в пружносп пiдрейковоï' основи (локомотив ВЛ8)
Просадки Iстутнь
II CTyHiHb
III ступнь
IV CTyniHb
Модуль пружносп пiдрейковоï основи, МПа
10
20 30 40 50
60
70
Рис. 8. Змша обсягу роботи вертикальноï' сили ввд модуля пружносп шдрейково! основи для р1зних ступешв просадок (локомотив ВЛ8)
É
о
ю
о р
^ S
ю
о
450 400 350 300 250 200 150 100 50
10 20 30 40 50 60 70
1 2 3 4 -
Ступiнь вщступу (просадки)
Рис. 9. Змша обсягу роботи вертикально! сили в1д ступеня просадок для р1зних модул1в пружносп шдрейково! основи (вантажний вагон)
400
350
* 300 s"
I-
о
*g 250 и
L.
5
<0 200
150
100
-•— I CTyniHb
II CTyHiHb
-Л— III CTyniHb
-к— IV CTyniHb
Модуль пружносп пщрейково'Г основи,
50 J МПа
10 20 30 40
50 60
70
Рис. 10. Змша обсягу роботи вертикально! сили в1д модуля пружносп шдрейково! основи для р1зних ступешв просадок (вантажний вагон)
-♦—10 в—20
30 ■*— 40 ■Ж—50 «—60 -1—70
12 3 4
Ступшь вщступу (просадки)
Рис. 11. Змша обсягу роботи вертикально! сили в1д ступеня просадок для р1зних модул1в пружносп щдрейково! основи (локомотив ЧС7)
350 300 250 200 150 100
I-
о ю о
О. ^
К
о ю О
—♦-I CTyniHb —■-II CTyHiHb
—X— IV CTyniHb
Модуль пружносп пщрейково1 оси*
50 J-,-,-МПа -,-
10
20
30
40
50
60
70
Рис. 12. Змша обсягу роботи вертикально! сили в1д модуля пружносп шдрейково! основи для р1зних ступешв просадок (локомотив ЧС7)
400 350 ¡s 300 <g 250
u 200
к
Ю 150
О
100 50
-♦—10 *—20 ■h— 30 ■*—40 ■Ж—50 «—60 -1—70
12 3 4
Ступшь вщступу (просадки)
Рис. 13. Змша обсягу роботи вертикально! сили в1д ступеня просадок для р1зних модул1в пружносп шдрейково! основи (пасажирський вагон)
I ступнь стун1нь ступ1нь IV ступнь
Модуль пружност1 пщрейково! основи, МПа
10 20 30 40 50 60 70
З наведених графтв, для рiзних одиниць рухомого складу маемо дещо рiзнi залежносп роботи вертикально! сили вiд модуля пружносп пiдрейковоï основи i наявност просадок. Бiльш об'ективну оцiнку можна отримати, якщо роз-глянути потш поïздiв, який проходе через роз-рахунковий перерiз коли. Згiдно даних стосов-но дiлянки Днiпропетровськ-П'ятихатки, в се-редньому вантажний по!зд складаеться з 2 ло-комотивiв i 36 вагошв, а пасажирський по!зд - з 1 локомотива i 18 вагошв, кшьюсть вантажних поïздiв за добу - 45, пасажирських - 35. Були отриманi результати розрахунюв роботи вертикально! сили вщ такого потоку. Далi прийнято, що строк мiж ремонтами при робот вертикально! сили над колiею, яка знаходиться у 1 сташ -модуль пружностi 50 МПа i наявшсть просадок до I ступеня вщхилень - становить 100%, i ощ-нено вплив змши модуля пружносп шдрейково! основи i ступеня просадок у процентному вщношенш обсяг роботи вертикальний сил. Результати такого порiвняння приведено на рис. 15.
Рис. 14. Змша обсягу роботи вертикально! сили в1д модуля пружносп шдрейково! основи для р1зних ступешв просадок (пасажирський вагон)
300 %
"'ДРеи.
ковоГ
60
°СНо*и, М1Ъ
70
□ I
/ V □ II ■ III
111 /
■ V
Рис. 15. Залежшсть обсягу роботи вертикальних сил в1д значень модуля пружносп шдрейково! основи
i наявносп просадок
Анатз результата розрахунюв (див. рисунок 15) приводить до наступних висновюв:
- дiя роботи вертикальних сил на колда л> нiйно залежить вiд ступеня просадок, збшь-шення величини просадок на один ступень [5] збшьшуе дiю роботи вертикальних сил на колда приблизно на 5.10 %;
- при зменшенш модуля пружносп шдрейково! основи вщ 50 до 30 МПа, дiя роботи вертикальних сил на колда збшьшуеться в 1,4.1,7 разiв, далi йде бшьш рiзке погiршення процесу - при модулi пружностi 20 МПа вплив ди на колiю збiльшуeться приблизно в 2 рази, а при 10 МПа - в 3,4.3,8 разiв.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Положения про проведения планово-запобiжних ремонтно-колшних робгг на зал1зницях Украй-
ни. ЦП0113 от 10.08.2004, №630-Ц3 - К., 2004. - 32 с.
2. Правила розрахуншв зал1знично! коли на мщшсть 1 стшшсть. ЦП0117 от 13.12.2004, №960-ЦЗ - К., 2004. - с.170.
3. Чернышев М. А. Практические методы расчета пути. - М:. Транспорт, 1967. - 236 с.
4. 1нструкщя по устрою та утриманню коли зал1з-ниць Укра!ни / Е. I. Даниленко, А. М. Орловсь-кий, А. П. Татуревич та шш.: ЦП-0138. - К.: Транспорт Укра!ни, 2006. - 248 с.
5. 5 Техшчш вказ1вки щодо оц1нки стану рейково! коли за показниками кол1евим1рювальних ваго-шв та забезпечення безпеки руху по!зд1в при вщступах в1д норм утримання рейково! коли. ЦП-0020. - К., 1997 - 36 с.
Надшшла до редколегп 30.11.07.
