CC BY
137
128
Общетехнические задачи и пути их решения
УДК 625.12:621.332.31:624.078.5:624.131.385 В. Н. Ли, А. С. Сапов
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
ВЛИЯНИЕ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЕЗДОВ НА ОПОРУ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
При рассмотрении проблемы устойчивости опор контактной сети в теле земляного полотна необходимо учитывать вибродинамическую нагрузку от проходящих составов. Для выявления особенностей колебательного процесса опор контактной сети и граничных с ними слоёв грунта проведены экспериментальные исследования.
опора контактной сети, вибродинамическое воздействие.
Введение
В процессе эксплуатации опоры контактной сети электрифицированных участков подвергаются интенсивному динамическому воздействию. В предлагаемой работе изучается вопрос о вынужденных колебаниях опор контактной сети и граничных с ними слоев грунта.
К причинам появления колебаний можно отнести следующие: нарушение кинематической связи между колесом и рельсом, собственные колебания пути при проходе состава по неровностям. Появляющиеся горизонтальные поперечные силы передаются на балластный слой земляного полотна и через него - на опору.
Изучение двух основных характеристик колебательного процесса в грунтах насыпи и опорах контактной сети (амплитуды и частоты колебаний) выполнено для проверки ранее установленных зависимостей распространения колебаний в теле земляного полотна железной дороги.
1 Условия проведения испытаний
Натурные испытания были проведены на одном из перегонов Забайкальской железной дороги. Для регистрации параметров колебания частиц грунта и опор контактной сети применялись два комплекта сейсмоприемников - типа СМ-ЗКВ и типа К-001.
Выходные сигналы датчиков через регулятор усиления поступали на ленту светолучевого осциллографа Н-041У4.2. Осциллограф включается в сеть переменного тока от понижающего трансформатора на участке нейтральной вставки через блок питания. Для получения на осциллографной бумаге вибросмещений соответствующих им частот применялись специальные интегрирующие гальванометры типа М002.
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
129
Изучение распространения колебаний осуществлялось путем установки датчиков в различных точках поперечного сечения насыпи и по высоте опоры (рис. 1).
Сейсмодатчики крепились на опоре специальными жесткими хомутами. При помощи каждого датчика записывались две или три составляющие пространственных колебаний: вертикальная Az, горизонтальная поперек оси пути Ау и вдоль оси пути Ах. Во время прохода поезда фиксировался тип локомотива, тип подвижных единиц, скорость их движения.
Колебания изучались в следующих условиях. Земляное полотно представлено насыпью высотой 2,2 м. Суглинистые
3680
ZZZ 7’7^V7777 vvv W7 7 7 7 7|
Рис. 1. Схема установки сейсмодатчиков на опору контактной сети
грунты в теле и основании насыпи находились в туго- и мягкопластичном состоянии. Перед насыпью в низинах находился застой воды. Мощность песчано-гравийного грунта над основной площадкой составляла 1,0... 1,2 м, величина щебеночного балласта 0,5 м. Рельсы Р-65, скрепление костыльное, шпалы деревянные эпюрой 1840 штук на километр.
Для исследований была выбрана анкерная опора с небольшим (4°) наклоном от оси и вдоль пути. Она расположена вне зоны стыка рельсов примерно посередине звена на расстоянии 3,68 м от оси четного пути [1].
Стаканный фундамент на 0,5 м выступает над поверхностью откоса насыпи, на 1,2 м заглублен в дренирующие и на 2,75 м в суглинистые грунты, в том числе на 1,8 м в основание насыпи.
2 Результат натурного изучения распространения колебаний по телу опоры контактной сети и земляному полотну железнодорожной насыпи
В результате расшифровки осциллограмм и статистической обработки данных записей колебательного процесса частиц грунта и опоры при проходе 61 поезда получено следующее. Наибольшее воздействие на грунты и
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
130
Общетехнические задачи и пути их решения
опору из грузовых подвижных единиц оказывает проход полувагонов с углем и другими тяжелыми сыпучими и строительными материалами, затем - четырехосных цистерн, электровозов ВЛ-80 и ВЛ-60. Так, у конца шпалы амплитуда колебаний на уровне подошвы при скорости движения 60 км/ч достигает результирующих средних арифметических величин: 300 мкм (микрон) от полувагонов, 250...280 мкм от четырехосных цистерн,
220...230 мкм от электровозов.
Амплитуды колебаний реализуется в основном с частотой 1,5...3,5 Гц в грунтах и частотой 5...10 Гц у опоры, то есть имеют низкочастотный характер. Этот частотный спектр вынужденных колебаний часто совпадает с собственной частотой системы земляное полотно - опора контактной сети - основание, что приводит к резонансным явлениям. На рисунке 2 приведены примеры осциллограмм.
Рис. 2. Фрагменты осциллограмм по изменению вертикальных (1) и горизонтальных (2) амплитуд вибросмещений по высоте опоры
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
131
Подобное явление зарегистрировано сейсмодатчиками при проходе грузового поезда со скоростью 60 км/ч, состоящего из полувагонов с углем и электровоза ВЛ-80. Увеличение колебаний типа «биение» началось через 11,3 с (188 м) от момента прохода головы поезда и продолжалось в течение 3,7 с.
Вертикальные колебания Az опоры возросли в 3...4 раза, а частиц грунта - в 2 раза. Результирующая амплитуда опоры повысилась в 2,5 раза, грунта - в 3 раза.
Основная частота в резонансный период: вертикальная - в пределах
5...10 Гц, горизонтальная - опоры 5...6 Гц, частиц грунта 2...10 Гц. Изменение амплитуд колебаний по высоте опоры представлено на рисунке 3.
Рис. 3. Изменение амплитуд колебаний по высоте опоры: 1 - вертикальных Az; 2 - горизонтальных Ах; 3 - горизонтальных А^; 4 - результирующих Ар
За начало отсчета по высоте опоры Н0 принята поверхность грунта откоса насыпи. Величина амплитуды колебания и характер ее изменения наглядно показывает резкое возрастание горизонтальных составляющих колебательного процесса, а в итоге и результирующих колебаний в исследованном диапазоне высот (до 5 метров). От верха стаканного фундамента до отметки 4,45 м горизонтальные колебания Ах увеличились в 2,56 раза, горизонтальные Ау - в 2,4 раза. Вертикальные колебания можно считать практически постоянными.
На рисунке 4 приведена зависимость вибросмещений частиц грунта у опоры от скорости движения трёх наиболее массовых подвижных единиц в зоне и за пределами стыка рельсов. Наличие стыка рельсов приводит к увеличению амплитуд колебаний до 1,5 раз.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
132 Общетехнические задачи и пути их решения
а) б)
движения: а - за пределами стыка рельсов; б - в зоне стыка рельсов;
1 - электровозы ВЛ-80; 2 - 4-осные цистерны; 3 - полувагоны, электровозы ВЛ-60
Представленная в правой части рисунка 5 кривая характеризует затухание колебаний частиц грунта по глубине в граничных с опорой слоях грунта. При этом коэффициент затухания колебаний определен как отношение амплитуд колебаний на определенном уровне от верхней поверхности грунта возле опоры к амплитуде, зарегистрированной на поверхности грунта. Он приведен в левой части рисунка в полулогарифмических координатах.
А р
Д _ р
-1,2 ln81 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 01 ~ / ,1
Рис. 5. Затухание амплитуд вибросмещений частиц грунта по глубине возле опоры
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
133
Так как имеются определенные коэффициенты затухания колебаний по глубине и в горизонтальном поперечном направлении, присущие описанным выше особенностям сложения земляного полотна, то распространение волн вибросмещений грунта в теле и основании земляного полотна хорошо описывается ранее установленной закономерностью [2].
Коэффициенты затухания колебаний по глубине и в горизонтальном поперечном направлении относительно оси пути для земляного полотна, находящегося в длительной эксплуатации, как показали эти и ранее выполненные испытания, зависят от высоты насыпи и для большого диапазона высот должны определяться экспериментально.
Данные измерений позволили установить закономерность распространения амплитуд вибросмещений по высоте опоры. Результирующую максимальную вероятную амплитуду можно получить по экспоненциальной зависимости вида [3], мкм:
Ар = А • еаНо,
где а, а - коэффициенты, установленные экспериментально;
Н0 - расстояние от комля опоры до расчетной отметки на опоре, м.
Эти коэффициенты необходимы для учета вибродинамической нагрузки при расчете усилий, действующих со стороны земляного полотна на опору контактной сети.
Заключение
Таким образом, натурные испытания по регистрации распространения волн колебаний в грунтах и по опоре контактной сети во время прохода поездов позволили установить закономерности этого процесса и выявить некоторые его особенности:
величина амплитуд вибросмещений по высоте опоры описывается установленной экспоненциальной зависимостью;
распространение колебаний частиц грунта также происходит по экспоненциальной зависимости с характерными коэффициентами затухания по глубине и в горизонтальном поперечном направлении;
амплитуды колебаний возбуждаются в основном с частотой
1,5...3,5 Гц в грунтах и частотой 5... 10 Гц у опоры, то есть имеют низкочастотный характер. Совпадение частот системы земляное полотно - опора контактной сети - основание приводит к резонансным явлениям;
наибольшие амплитуды колебаний зарегистрированы при прохождении полувагонов с углем, причем наличие рельсового стыка возле опоры приводит к возрастанию амплитуды колебаний в 1,5 раза.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
134
Общетехнические задачи и пути их решения
Библиографический список
1. Неразрушающий контроль элементов контактной сети и токоприёмников электроподвижного состава электрифицированных железных дорог : монография / В. Н. Ли, С. Н. Химухин. - Хабаровск : ДВГУПС, 2007. - 266 с.
2. Устойчивость земляных откосов / Я. Х. Хуан. - М. : Стройиздат, 1988. - 240 с.
3. Разработка способов выправки и закрепления опор контактной сети на деформируемых откосах земляного полотна : отчет о НИР / Хабар. ин-т инженеров жел.-дор. транспорта. - Руководитель Ли В. Н. - Хабаровск : ХабИИЖТ, 1995. - 52 с.
УДК 614.8.084
Е. Ю. Нарусова, С. А. Донцов
Московский государственный университет путей сообщения
ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
Дана оценка состояния охраны труда на железнодорожном транспорте, приведены причины и источники производственного травматизма. Для профилактики опасных и вредных факторов труда на рабочих местах предприятий железнодорожного транспорта предложено создание и внедрение Концепции безопасности труда и предупреждения производственно-профессионального риска персонала.
Предложенная концепция способствует снижению риска производственного травматизма и профессиональных заболеваний, созданию более комфортных условий труда персонала.
охрана труда, производственный травматизм, концепция безопасности труда.
Введение
В принятой программе структурной реформы на железнодорожном транспорте обозначены основные цели и задачи до 2030 года: удовлетворение рыночного спроса на перевозки, повышение эффективности деятельности и качества услуг, обеспечение потребностей государства, юридических и физических лиц в железнодорожных перевозках.
В этих новых социально-экономических условиях совершенно очевидна необходимость повышения социальной ответственности ОАО РЖД за сохранение здоровья лиц, занятых на производстве.
Проводимая в Компании работа по созданию безопасных и благоприятных условий труда, предупреждению и сокращению несчастных случаев на производстве позволяет сохранить тенденцию к снижению производст-
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
