CC BY
73
120
Проблематика транспортных систем
2. Левитин И.Б. Инфракрасная техника. - Л.: Энергия, 1973.
3. Золотарёв В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. - Л.: Химия, 1984.
4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1977.
УДК 624.042.7
В. В. Кондратов, А. И. Орешкин, А. М. Уздин
ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОСТИ ПРОКЛАДНОГО СЛОЯ НА ДИНАМИКУ МОСТОВОГО ПОЛОТНА
Рассмотрено влияние жесткости прокладного слоя на динамические эффекты в элементах верхнего строения пути, в частности безбалластного мостового полотна (БМП). Показано, что снижение жесткости подрельсового основания или прокладного слоя БМП приводит к снижению динамических нагрузок, вызванных неровностями рельсового пути и дефектами колесных пар. Однако при этом происходит расстройство рельсовых скреплений и устройства соединения плит БМП с продольными или главными балками. В связи с этим снижение жесткости элементов ВСП следует ограничивать и искать новые технические решения рассмотренных узлов соединения.
верхнее строение пути, коэффициент динамичности, безбалластное мостовое полотно, податливость.
Введение
Для снижения динамических эффектов взаимодействия пути и подвижного состава традиционно стремятся к снижению жесткости пути за счет использования упругих подрельсовых подкладок и упругих подкладок под шпалы или балластную призму [1], [2]. Такого рода решения обеспечивают снижение динамических нагрузок на путь, однако при этом возникают некоторые негативные эффекты, рассмотренные ниже.
1 Положительное влияние повышения податливости пути на динамику ВСП
Снижение динамических нагрузок на путь при повышении его податливости происходит за счет трех эффектов.
Во-первых, происходит уменьшение резонансной частоты верхнего строения пути (ВСП). Само по себе это снижение не приводит к уменьшению максимума значения коэффициента динамичности ц. Величина ц зависит от затухания в системе, m 1/g, где g - коэффициент неупругого сопротивления по первой форме колебаний ВСП. Как показывают исследования НИИ мостов и
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем 121
имеющиеся публикации [3], большинство резин без специальных добавок характеризуется относительно низким демпфированием и не снижает ц. Этот факт проиллюстрирован рисунком 1 (кривые 1 и 2).
Рис. 1. Коэффициенты динамичности: для жесткого ВСП - сплошная кривая 1, к = 60 c-1, g = 0,1; для податливого ВСП - точечная кривая 2, к = 20 c-1, g = 0,1;
ВСП с повышенным демпфированием - штрих-пунктир 3, к = 20 c-1, g = 0,1 Однако период воздействия Т обратно пропорционален скорости поезда V:
1
V’
(1)
где 1 - периодичность неровности.
Вследствие сказанного резонансный пик в случае податливого пути достигается при меньших скоростях. Величина динамической нагрузки существенно снижается при снижении скорости.
Так, по данным [3], сила удара Q колеса о локальную неровность имеет
вид:
Q = V-4MC , (2)
где М- эффективная масса пути, включающаяся в работу, С - жесткость пути.
M
Если учесть, что T = 2тсЛ|-^-, то из (1), (2) получим:
Q
1C
2 p
(3)
т. е. сила удара пропорциональна жесткости пути.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/2
122
Проблематика транспортных систем
Еще больший эффект снижения жесткости имеет место для сил инерции неподрессоренных масс, вызванных неровностями на колесах; по данным [3], динамическая нагрузка на путь пропорциональна квадрату скорости.
Во-вторых, при снижении жесткости пути сокращается диапазон опасных частот, вызывающий динамические нагрузки на путь, что проиллюстрировано рисунком 1.
В-третьих, из современных синтетических материалов можно производить высоко демпфирующие прокладки и использовать их вместо обычных резин.
Это позволяет, в свою очередь, снизить величину m (кривая 3 на рис. 1).
2 Отрицательное влияние повышения податливости пути на работу ВСП
При наличии указанных положительных эффектов возникают и отрицательные, снижающие надежность и долговечность мостового полотна.
Во-первых, при езде на балласте и стыковом пути динамическая нагрузка на путь при ударе о стык увеличивается. Это обусловлено увеличением угла ф излома рельса в стыке с увеличением податливости подрельсового основания (рис. 2).
Ф
Рис. 2. Схема прохождения колесом стыковой неровности
На рисунке 3 приведена зависимость силы удара от жесткости подрельсового основания. Аналогичный эффект наблюдается и при ударе о стык для безбалластного мостового полотна, уложенного на податливый прокладной слой из дерева или синтетических материалов.
Во-вторых, снижение жесткости подрельсового основания хотя и ведет к снижению динамической нагрузки на путь, ухудшает работу элементов ВСП.
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
123
Рис. 3. Зависимость сила удара Q (в кгс) от вертикальной погонной жесткости основания
UZ° (в МПа) при скорости поезда V = 80 км/ч (сплошная кривая) и V = 240 км/ч (точечная
кривая)
Так, опыт эксплуатации безбалластного пути типа Rheda в Германии показал, что применение резиновых подкладок под железобетонные шпалы приводит к расстройству пути, и от указанного решения пришлось отказаться [1].
На железнодорожных мостах России и стран бывшего СССР основной конструкцией ВСП является безбалластное мостовое полотно (БМП), предложенное в НИИ мостов в 70-х годах. Первоначально плиты БМП укладывались на бетонную подливку. В настоящее время широкое распространение приобретает укладка плит на податливые прокладные слои (рис. 4).
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/2
124
Проблематика транспортных систем
Рис. 4. Безбалластное мостовое полотно на железобетонных плитах:
1 - плита мостового полотна; 2 - главная или продольная балка;
3 - прокладной слой; 4 - высокопрочная шпилька крепления плиты Полотно крепится к проезжей части высокопрочными шпильками. При укладке плит на жесткий прокладной слой усилие в шпильке мало меняется при проходе поезда, а нагрузка от колеса локализуется в пределах одной плиты. Использование податливого слоя приводит к существенным изменениям усилий в шпильке при проходе поезда и к перераспределению нагрузки от поезда на несколько плит. При этом на плиты, расположенные перед поездом, передается выдергивающая нагрузка, что неблагоприятно сказывается на их работе. Указанное перераспределение нагрузки осуществляется через рельсовый путь, что приводит к росту напряжений в рельсе и ухудшению работы последнего. Для определения реального напряженного состояния шпилек при проходе поезда в НИИ мостов был проведен ряд экспериментов на мосту с податливым прокладным слоем. Для фиксирования напряжений в шпильках предварительно на них было наклеено по два тензодатчика (рис. 5).
Рис. 5. Шпилька тензометрическая
На рисунке 6 приведены тензограммы напряжений по датчикам на одной шпильке с взаимно перпендикулярных сторон при проходе поезда. Как видно из тензограммы, шпилька не только испытывает осевое растяжение-сжатие, но и значительные изгибные деформации.
Если учесть, что отмеченные негативные эффекты происходят в динамике и сопровождаются вибрациями плит БМП и высокочастотным знакопеременным нагружением рельса и шпилек, то можно утверждать, что традиционные конструкции ВСП на мостах не приспособлены к применению с податливыми прокладными элементами. При эксплуатации БМП на податливых прокладных слоях отмечается больший процент выхода из строя шпилек прикрепления по сравнению с жесткими прокладными слоями. Кроме того, на податливых прокладных слоях появляются поперечные трещины в плитах (рис. 7), вызванные увеличивающимся продольным изгибающим моментом по сравнению с жестким прокладным слоем.
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем 125
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
t, с
Рис. 6. Тензограмма изменения напряжений в одной шпильке по двум тензодатчикам за все время прохода грузового состава по мосту
Рис. 7. Трещины на нижней поверхности плит БМП при применении податливых прокладных слоев.
Заключение
Предварительный анализ БМП показывает [4], что использование податливых прокладных слоев требует, как минимум, применения пружинных шайб под высокопрочные шпильки для снижения размаха изменения напряжений в шпильках. Сами шпильки целесообразно устанавливать по оси прокладного слоя. Это исключит по крайней мере растяжение верхней поверхности плиты при затяжке шпилек. Податливость прокладного слоя необходимо ограничивать из условия ограничения напряжений в рельсах.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/2
126
Проблематика транспортных систем
Важным представляется и повышение демпфирования в упругих элементах ВСП, что может быть обеспеченно за счет применения в качестве прокладок под рельсы и плиты ВСП высокодемпфирующих материалов.
Библиографический список
1. Родес Д. Тенденции развития конструкции верхнего строения пути // Железные дороги мира. - 2002. - №1.
2. Вериго М. Ф., Коган А. Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. - М.: Транспорт, 1986.
3. Савинов О. А. Сейсмоизоляция сооружений (концепция, принцип устройства, особенности расчета) // Динамические проблемы строительной техники: Избр. статьи и доклады. - СПб., 1993.
4. Кондратов В. В., Уздин А. М., Харина Ю. А. Основные дефекты конструкции безбалластного мостового полотна на железнодорожных мостах и их влияние на безопасность движения // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2004. - №1.
УДК 519.714.2
В. Б. Мехов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников
КОНТРОЛЬ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ КОДОВ С СУММИРОВАНИЕМ ВЗВЕШЕННЫХ ПЕРЕХОДОВ
Рассматривается новый двоичный код с суммированием взвешенных переходов, относящийся к классу разделимых кодов с обнаружением ошибок. Разработана структура функционального контроля комбинационной схемы на основе предложенного кода.
код с обнаружением ошибок, схема контроля, тестер.
Введение
На рисунке 1 приведена обобщенная структура функционального контроля комбинационной схемы. Заданная схема fx) реализует систему булевых функций f (x), f2(x), ...,fn(x) от m переменных Хц Х2,xm. Для организации контроля устанавливается блок дополнительной логики g(x), который вычисляет такие функции g1(x), g2(x),..., gk(x), что рабочие выходные векторы <f f2...f g1 g2... gk> являются кодовыми словами некоторого кода с обнаружением ошибок. Факт принадлежности этих векторов выбранному коду контролируется с помощью специального устройства - тестера [1], [2].
При возникновении неисправностей в блоках f(x) и g(x) происходит искажение выходного вектора <f f2...f g1 g2 -. gn>, что фиксируется тестером. В качестве кода, на основе которого организуется контроль, может быть использован любой код с обнаружением ошибок. Наиболее часто применяется разделимый код, у которого отдельно выделяются информационная и контрольная части кодовой комбинации. При этом контрольная часть строится по заданной информационной части. При контроле комбинационной схемы (см. рис. 1) ин-
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
