CC BY
38
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
ЗАЛ1ЗНИЧНА КОЛ1Я
УДК:625.143.472
О. М. ДАРЕНСЬКИЙ1*, Ю. Л. ТУЛЕЙ2, Д. О. ПОТАПОВ3, А. С. МАЛШЕВСЬКА4
1 Каф. «Колш та колшне господарство», Украшський державний ушверситет зал1зничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Харкгв, Украша, 61050, тел./факс +38 (057) 730 10 58, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0001-8871-5710 2Департамент колii Укрзалiзницi, вул. Тверська, 5, ки!в, Украша, 03680, тел. + 38 (044) 465 03 50, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-0978-3713
3Каф. «Ктя та колiйне господарство», Украiнський державний ушверситет залiзничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Хар^, Украiна, 61050, тел./факс +38 (057) 730 10 60, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-7279-4271 4Каф. «Ктя та колiйне господарство», Украiнський державний унiверситет залiзничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Хар^, Украша, 61050, тел./факс +38 (057) 730 10 60, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-4780-7691.
ЖОРСТК1СТЬ ПРИКР1ПЛЮВАЧ1В ПРОМ1ЖНИХ СКР1ПЛЕНЬ ДЕРЕВ'ЯНИХ ШПАЛ ПРИ Д11 ГОРИЗОНТАЛЬНИХ ПОПЕРЕЧНИХ СИЛ
Мета. Незважаючи на постшне збiльшення протяжностi дiлянок iз безстиковою колiею на залiзобетон-них шпалах, дерев'яш шпали - це один iз варiантiв пiдрейкових опор, що експлуатуються на достатньо великий шлькосп напрямк1в, зокрема, залишаються безальтернативними в кривих радiусами до 350 м, а також у головних колiях метрополггешв. Основними видами прикрiплювачiв у найбiльш розповсюджених типах промiжних рейкових скрiпленнях для дерев'яних шпал е колшш костилi та шурупи. Оск1льки iснуючi в кривих донках коли особливостi контактування системи «колесо-рейка» мають суттевий вплив на процеси взаемодii' залiзничноl коли та рухомого складу, в робот необхщно визначити жорстк1сть колiйних шурупiв та костилiв, як1 безпосередньо приймають участь у формуванш просторово! жорсткостi вузлiв пром1жних рейкових скрiплень при ди горизонтальних поперечних сил. Методика. Дослщження жорсткостей прикрш-лювачiв проводились експериментально для двох типiв промiжних рейкових скршлень - ДО та «Метро». Для проведення експериментальних випробувань було обрано 10 дослщних дiлянок на колiях регiональноi' фiлii' «Пiвденна залiзниця» ПАТ «Укрзалiзниця», та 8 - на головних колiях КП «Харшвський метрополiтен». Кожна з дослвдних дмнок знаходилась у приблизно однакових експлуатацшних умовах, але мала рiзну величину пропущеного тоннажу. Результата. Отримаш значення жорсткостi колiйних костилiв та шурушв. Наукова новизна. Авторами вперше були отримаш експериментальш данi щодо змiни жорсткостей прикрь плювачiв (колшних шурупiв та костилiв), залежно ввд термiну експлуатацп для магiстральних залiзниць та колiй метрополiтенiв. Це дае змогу виконувати розрахунки величини горизонтальних поперечних сил у кривих дшянках коли (зокрема в кривих iз радусами менше 350 м), а також прогнозно ощнювати змшу !х рiвня в процесi експлуатацп. Практична значимiсть. На основi отриманих експериментальних даних було вста-новлено, що змша жорсткостi колiйних шурушв та костилiв, залежно вiд термшу служби, носить нелiнiйний характер. Проведеш дослвдження дозволяють бiльш рацiонально тдходити до питання визначення оптима-льно1 конструкци пром1жних рейкових скрiплень, виходячи з конкретних умов експлуатацп, а також сприя-тимуть розробцi заходiв щодо пiдвищення надiйностi роботи вузлiв промiжних рейкових скрiплень для дерев'яних шпал.
Ключовi слова: рейкова опора; промiжнi рейковi скрiплення; верхня будова коли; шпали; рейки; жорстшсть; експериментальнi дослвдження
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
Вступ
Конструкцiя коли на дерев'яних шпалах бу-де застосовуватись на мапстральних залiзницях Украши ще досить тривалий час. Це зумовлено тим, що найбiльш розповсюджена конструкщя - безстикова колiя на залiзобетонних шпалах -мае обмеження при застосуванш. Насамперед такi обмеження стосуються кривих дiлянок коли з радiусом менш нiж 350 м. Вщмшною ри-сою взаемодп коли та рухомого складу в кривих дшянках коли е виникнення значних гори-зонтальних поперечних сил.
Мета
Метою цього дослщження е експеримента-льне визначення жорсткостей прикрiплювачiв -костилiв або шурупiв при дп горизонтальних поперечних сил на пiдкладки промiжних скрш-лень для дерев'яних шпал та встановлення за-лежностей змш цих параметрiв тд час експлу-атацп коли.
Методика
Для виконання дослiджень взаемодп коли та рухомого складу в кривих малих радiусiв слiд використовувати переважно числовi методи дослiджень, оскiльки саме таю методи дають можливiсть, на вiдмiну вiд експериментальних дослiджень в коли, отримувати результати при точно вщомих вихiдних даних.
В роботах [2-4] розглянуто роботу п'яти титв скршлень для дерев'яних шпал, яю засто-совуються на магiстральних залiзницях, та скрiплення типу «Метро». Отримаш математи-чнi залежностi, якi описують роботи цих скрш-лень тд дiею вертикальних та горизонтальних поперечних сил.
Числовi дослiдження взаемодп коли та рухомого складу для умов мапстральних залiз-ниць здшснюються в основному з використан-ням плоских розрахункових схем [5, 6]. При цьому колiя розглядаеться у виглядi балки, що спираеться на суцшьну пружну основу. Основнi недолши тако! розрахунково! схеми були висв> тленi ранiше в роботах [7-10].
В роботах [1, 5, 6] жорсткосп коли в точщ контакту «колесо-рейки» у вертикальному та горизонтальному поперечному напрямку при-ймати постшними на основi дослiджень
[11-13]. Але результати аналiзу, зробленому в роботах [2-4], свщчить, що на величину гори-зонтально1 поперечно1 жорсткостi рейкових опор суттево впливае рiвень вертикального на-вантаження.
Математичш моделi динамiчних систем «екшаж-колiя» повиннi включати в себе, зок-рема, моделi формування просторових жорсткостей шдрейково1 основи, наприклад, просторових жорсткостей вузлiв промiжних рейкових скрiплень.
Як правило, пружш лiнiйнi i кутовi перем> щення рейки на опорi складаються з перем> щень за рахунок деформацш пружних елемен-тiв у вузлi промiжного скрiплення i пружних перемщень шпал в баластi.
Для визначення горизонтально1 поперечно1 жорсткостi одного з основних промiжних рейкових скршлень для дерев'яних шпал типу ДО в робот запропоновано розрахункову схему, яка наведена на рис. 1. Ця схема застосовуеться за таких умов: дiя горизонтально1 поперечное' сили Суст викликае тшьки горизонтальне пере-
мiщення рейки без И кручення; мiж тдошвою
рейки, тд кладкою \ костилями зазори вщсутш.
а.
R,
в.
Fr
TP
Рис. 1. Розрахункова схема вузла скршлення типу ДО
Fig. 1. Diagram of DO-type fastening node
Умова р1вноваги у вузл1 скршлення мае ви-
гляд:
Rz = Fmp + mQK
де Fmp - сила тертя тдкладки по шпат; QK -отр одного костиля поперечному вщжиманню; m - кшькють основних i обшивочних коститв у вузлi скрiплення.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2016, № 6 (66)
До подолання сили тертя Fmp, горизонтальних поперечних деформацш у вузлi скрiплення не вщбуваеться.
Тодi умови прояву i формування горизонтально!' поперечно! жорсткостi скршлення ДО можна подати наступними виразами:
- при Rz < /под • Ry
- при Rz > /под • Ry
Cz = m • Ск
(1)
Рис. 2. Розрахункова схема вузла скршлення типу «Метро»
Fig. 2. Diagram of «Metro» -type fastening node
Ця схема застосована за таких умов: горизонтальна сила Яу викликае тшьки горизонталь-
не перемщення рейки без и кручення; м1ж ш-дошвою рейки, тдкладкою I шурупами зазори вщсутш.
Умова р1вноваги у вузл1 скршлення буде мати вигляд
R = F
y mp
-m • ОШ
де Яу 1 Яг - д1юч1 на вузол скршлення вертикальна 1 горизонтальна поперечш сили, кН; Упод - коефщент тертя пщкладки по шпал!; Ск - жорстюсть костиля при його поперечному вщжиманш, кН/м.
На колхях метрополiтенiв застосовуеться промхжш рейковi скршлення типу «Метро» (рис. 1), та дерев'яш шпали, як закладеш у мо-нолхтний бетон. Специфiка конструкци скршлення типу «Метро» в тому, що воно не ство-рюе ошр рейкам при !'х кутових перемiщеннях (крученнi), тому жорстюсть опори при крученнi рейки у цьому випадку буде дорiвнювати нулю.
Крхм того, горизонтальнi поперечнi перем> щення дерев'яних шпал, як омонолiченi у бе-тош не можлив1, тому горизонтальна поперечна жорстюсть опори для колш метрополiтену складаеться виключно з горизонтальнох' попе-речнох' жорсткосп скрiплення.
Розрахункова схема для визначення горизо-нтальноi поперечноi жорсткосп системи «тд-кладка - колшш шурупи» наведена на рис. 2.
де Fmp - сила тертя пщкладки по шпалi; Qm -ошр одного шурупа поперечному вщжиманню; т - кiлькiсть шурупiв у вузлi скрiплення (m = 4).
До подолання сили тертя Fmp горизонтальних поперечних деформацш у системi «пщкла-дка - колiйнi шурупи» не вщбуваеться.
Тодi умови прояву i формування горизонтально! поперечно! жорсткосп виражаються ви-разами
- при Ry < /под • Rz
cyi =
- при Ry > /ПОд • Rz
Сy1 = m • Сш
(2)
де Сш - жорстюсть шурупа при вiджиманнi, Н/м.
Для визначення жорсткостi костилiв при !х поперечному вiджиманнi, узгодження роботи яких визначае жорсткiсть скрiплення ДО при горизонтальних поперечних вигинах рейки, був використаний пристрш, загальний вигляд якого наведений на рис. 3.
Рис. 3. Прилад для визначення поперечних перемщень елеменпв скршлення ДО вщносно шпали:
1 - рамка; 2 - захоплювачц 3 - пластина; 4 - домкрат
Fig. 3. The device for determining the transverse displacement of DO fastening elements relative to the sleeper:
1 - frame; 2 - grippers; 3 - plate; 4 - jack
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
Пристрш складаеться з рамки, мае спещаль-ш вщгини, за допомогою яких захоплюеться головка i шдошва рейки з боку ос коли. Наван-таження на торець шпали задавалося гiдравлiч-ним домкратом ДГ-5, шток якого упирався в торець шпали, а основа - в приварену до рамки пластину. Значення навантаження фшсува-лися по манометру, вмонтованому в цилшдр домкрата. Перемщення шпали щодо шдошви рейки визначалися iндикатором 1Ч-10.
Перед початком дослщження костилi доби-валися, баласт у торця шпали вщкопувався на глибину 10 см. Для виключення впливу сил те-ртя шпали по баласту рейкову нитку вившува-ли на висоту 15-20 мм двома домкратами ДГП-8. Пiсля цього на шпалу встановлювався при-стрiй, домкрат, iндикатор перемщення i почи-налися випробування.
Навантаження на шпалу прикладалося схщ-часто по 5 кН до досягнення перемiщень шпали рiвних 0,6 мм, що е реальними перемщеннями пiдошви рейки в колй при русi в кривш радiу-сом 350 м. Достатшм виявлявся рiвень наван-тажень, як правило, 38-40 кН для нових шпал i 20-25 кН для старопридатних.
Таблиця 1
Характеристики дослвдних дшянок для визначення napaMeTpiB вертикально'1 жорсткост колiйних костилiв при вмжимашм
Table 1
Characteristics of test sites to determine the parameters of vertical rigidity of track spikes when displaced
№ дiля-нки Величина вантажонапруженоста Встановлена швидюсть руху Радiус криво! дшянки Термш служби колй (рокв)
1 20 65 400 7,5
2 9 60 330 2,5
3 15 65 344 5,9
4 18 70 320 6,8
5 17 70 300 3,8
6 22 70 310 0,8
7 14 60 365 8,3
8 5,5 75 340 9,1
Випробування були виконаш на восьми д> лянках, експлуатацшш характеристики яких наведенi в табл. 1. На кожнш дшянщ було ви-пробувано не менше нiж 25 шпал.
Для визначення жорсткост шурупiв були виконанi випробування за допомогою пристрою, загальний вигляд якого наведений на рис. 4. Пристрш складаеться з гiдравлiчного домкрату з зусиллям 20 кН, шток якого упирав-ся у реборду тдкладки, а основа домкрата передавала зусилля на зразковий статичний динамометр ДОСМ-5. Динамометр, в свою чергу, передавав зусилля на опор, який опирався у шдошву рейки з протилежного боку коли. Перемщення тдкладки щодо шпали визнача-лись шдикатором 1Ч-10.
Перед початком дослщження за допомогою динамометричного ключа контролювався р> вень натягнення шурутв скрiплення або доби-вання костилiв.
Для лiквiдацil люфтiв i зазорiв пiдкладку попередньо навантажували силою, яка дорiв-нювала 6,5 кН з подальшим повним розванта-женням. Пiсля цього починалось випробування.
Рис. 4. Пристрiй для визначення жорсткостi шурупiв при !х вiджиманнi
Fig. 4. The device for determining the screw rigidity during displacement
Навантаження, на шдкладку прикладалося схiдчасто з кроком 3,5 кН до досягнення пере-мщень, якi складали 0,2 мм, що вщповщае реа-льним перемiщенням пщкладки в коли при русi в кривш R = 300 м. Випробування були викона-нi на 10 дшянках коли регюнально! фши «Ив-денна залiзниця» ПАТ «Укрзатзниця» та на 8 дiлянках КП «Харкiвський метрополiтен», якi вiдрiзнялись термшами експлуатацп. На кожнiй дiлянцi було випробувано не менше шж 10 шпал.
Вплив експлуатацшних чинникiв в коли на величини жорсткостi шурушв при горизонтальному навантаженш оцшювався коефiцieнтом кореляци.
Результати
В процес експлуатацп жорсткiсть костилiв та шурушв зменшусться, залежностi цих величин вщ термiнiв служби нелiнiйнi (рис. 5, 6).
Експериментальш данi були апроксимоваш показовим рiвнянням:
С=R/A , (3)
де t - термiн експлуатацп коли (роки).
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
Середня помилка апроксимаци для р1вняння (3) складае 7,8 %.
термЫ служби, роки
-теоретична крива # експериментальш даш
Рис. 5. Графж залежносп жорсткосп колшних кос-тил1в вщ термшу експлуатацп коли
Fig. 5. Graph of dependency of track spike rigidity on the track life
| 122.0
I 121.5
орс 121.0
ож
120.5 120.0 119.5 119.0
0 2 4 6 8 10
TepMiH служби, роки
^—теоретична крива • експериментальнi данi
Рис. 6. Графш залежностi жорсткостi колiйних шурушв вщ термiну експлуатаци коли
Fig. 3. Graph of dependency of track screw rigidity on the track life
Експериментальш даш були апроксимоваш показовим рiвнянням:
Сш = 121,17-103 - 0,604-103 t0191, (4)
де t - термш експлуатацп коли (роки).
Середня похибка апроксимаци для рiвняння (4) складае 8,7 %.
Вплив шших експлуатацшних чинниюв на жорсткiсть шурушв, в тому чи^ момент натягу, виявити не вдалося. Дослщження показали, що момент натягу шурушв впливав тшьки на величину початково! сили, при якш починалось вибiрка люфтiв i зазорiв.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
Наукова новизна та практична значимкть
В роботi на основi даних експерименталь-них робiт були отримаш значення жорсткостi прикрiплювачiв для промiжних скрiплень для дерев'яних шпал - костилiв та шурупiв.
Вперше на вщмшу вiд iнших робгг були отриманi зазначенi параметри не тшьки у фш-сованому час^ а i залежно вiд часу експлуатацп коли. Така iнформацiя дае можливють викону-вати розрахунки горизонтальних поперечних сил в кривих малих радiусiв (менше нiж 350 м), ощнювати змiни цих сил тд час експлуатацп. Слiд зазначити, що на сьогоднi в таких кривих укладаються тiльки дерев 'яш шпали.
Отримана iнформацiя дозволяе визначати оптимальш конструкци промiжних скрiплень для таких умов з точки зору динамши взаемоди коли та рухомого складу.
Висновки
Отримаш емшричш залежностi жорсткост костилiв та шурупiв промiжних скршлень для дерев'яних шпал при ди горизонтальних попе-речних сил вщ термiнiв експлуатацп коли. Цi даш е складовими вихiдних параметрiв для ви-конання числових дослiджень взаемоди коли та рухомого складу.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Велшець, В. П. Експериментальш дослвдження горизонтально1 поперечно1 жорсткосп рейко-вих ниток при р1зних конструкщях рейкових скршлень / В. П. Велшець // Наука та прогрес транспорту. - 2015. - № 6 (60). - С. 57-64. аог 10.15802^2015/57018.
2. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган. -Москва : Транспорт, 1986. - 599 с.
3. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава в кривых малого радиуса и борьбе с боковым износом рельсов и гребней колес / М. Ф. Вериго. - Москва : ПТКБ ЦП МПС, 1997. - 207 с.
4. Даренський, О. М. Анал1з розвитку теорш ро-зрахуншв зал1зничних колш / О. М. Даренський, Е. А. Белжов // Зб. наук. пр. УкрДУЗТ. -2015. - № 154. - С. 149-155.
5. Исследования упруго-динамических характеристик пути в горизонтальной плоскости / В. Ф. Яковлев, И. И.Семенов, А. И. Фролов,
B. И. Пoлeтaeв // Tp. ЛИИЖГ. - 1977. - № 280.
- С. 82-99.
6. Kpaвчeнкo, Н. Д. Условия работы peльcoвых нитей при вoздeйcтвии боковой нагрузки / Н. Д. Kpaвчeнкo ; Bcecoюз.нayч.-иccлeд. ин-т ж.-д. трансп. - Ыосква : Tpaнcпopт, 1977. -38 с. - (Дocтижeния науки и тeхники - в производство).
7. Лысюк, B. С. Bepoятнocтныe иccлeдoвaния жecткocти пути / B. С. Лысюк / Becra. BH^:®Ta. - 1981. - № 6. - С. 53-56.
8. Maлiшeвcькa, A. С. Формування просторово1 жорсткосп peйкoвих опор мeтpoпoлiтeнy / A. С. Maлiшeвcькa, Д. A. Фаст // Ыир науки и инноваций. - T. 1, Bbm. 2 (2) - 2015. -
C. 48-55.
9. Tyлeй, Ю. Л. Aнaлiз просторово1 жорсткосп cкpiплeнь ДО / Ю. Л. Tyлeй // Зб. наук. пр. Ук-рДУЗГ - 2015. - № 157. - С. 82-85.
10. Tyлeй, Ю. Л. Aнaлiз формування жорсткостей cкpiплeнь тишв Д-2, Д-4, :тПД-2 та CKД-65Д / Ю. Л. Tyлeй // Зб. наук. пр. УкpДУЗT. - 2016.
- № 159. - С. 109-118.
11. Bogacz, R. Influence of sleepers shape and configuration on track-train dynamics / R. Bogacz, W. Czyczula, R. Konowrocki // Shock and Vibration. - 2014. - Vol. 2014. - P. 1-7. doi: 10.1155/2014/393867.
12. Bogacz, R. On new effects of wheel-rail interaction / R. Bogacz, R. Konowrocki // Archive of Applied Mechanics. - 2012. - Vol. 82. - Iss. 1011. - P. 1313-1323. doi: 10.1007/s00419-012-0677-6.
13. Frangopol, D. M. Life-cycle performance, management, and optimization of structural systems under uncertainty: accomplishments and challenges / D. M. Frangopol // Structure and infrastructure engineering: Maintenance, Management, Life-Cycle Design and Performance. - 2011. -Vol. 7. - Iss. 6. - P. 389-413. doi: 10.1080/15732471003594427.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
А. Н. ДАРЕНСКИЙ1*, Ю. Л. ТУЛЕЙ2, Д. А. ПОТАПОВ3, А. С. МАЛИШЕВСКАЯ4
1 Каф. «Путь и путевое хозяйство», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61050, тел./факс +38 (057) 730 10 58, эл. почта [email protected], (ЖСГО 0000-0001-8871-5710
2Департамент пути Укрзализныци, ул. Тверская, 5, Киев, Украина, 03680, тел. + 38 (044) 465 03 50, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-0978-3713
3Каф. «Путь и путевое хозяйство», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61050, тел./факс +38 (057) 730 10 60, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-7279-4271
4Каф. «Путь и путевое хозяйство», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61050, тел./факс +38 (057) 730 10 60, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-4780-7691.
ЖЕСТКОСТЬ ПРИКРЕПИТЕЛЕЙ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ
СКРЕПЛЕНИЙ ДЛЯ ДЕРЕВЯННЫХ ШПАЛ
ПРИ ДЕЙСТВИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ
Цель. Несмотря на постоянное увеличение протяженности участков с бесстыковым путем на железобетонных шпалах, деревянные шпалы - это один из вариантов подрельсовых опор, которые эксплуатируются на достаточно большом количестве направлений, в частности, остаются безальтернативными в кривых радиусами до 350 м, а также в главных путях метрополитенов. Основными видами прикрепителей в наиболее распространенных типах промежуточных рельсовых скреплениях для деревянных шпал являются путевые костыли и шурупы. Поскольку существующие в кривых участках пути особенности контакта системы «колесо-рельс» имеют существенное влияние на процессы взаимодействия железнодорожного пути и подвижного состава, в работе необходимо определить жесткость путевых шурупов и костылей, которые непосредственно участвуют в формировании пространственной жесткости узлов промежуточных рельсовых скреплений при воздействии горизонтальных поперечных сил. Методика. Исследование жесткости прикрепите-лей проводилось экспериментально для двух типов промежуточных рельсовых скреплений - Д0 и «Метро». Для проведения экспериментальных испытаний было выбрано 10 опытных участков на путях регионального филиала «Южная железная дорога» ОАО «Укрзализныця», и 8 - на главных путях КП «Харьковский метрополитен». Каждый из опытных участков находился в примерно одинаковых эксплуатационных условиях, но имел разную величину пропущенного тоннажа. Результаты. Получены значения жесткости путевых костылей и шурупов. Научная новизна. Авторами впервые были получены экспериментальные данные по изменению жесткостей прикрепителей (путевых шурупов и костылей) в зависимости от срока эксплуатации для магистральных железных дорог и путей метрополитенов. Это позволяет выполнять расчеты величины горизонтальных поперечных сил в кривых участках пути (в частности в кривых с радиусами менее 350 м), а также прогнозно оценивать изменение их уровня в процессе эксплуатации. Практическая значимость. На основе полученных экспериментальных данных было установлено, что изменение жесткости путевых шурупов и костылей, в зависимости от срока службы, носит нелинейный характер. Проведенные исследования позволяют более рационально подходить к вопросу определения оптимальной конструкции промежуточных рельсовых скреплений, исходя из конкретных условий эксплуатации, а также могут способствовать разработке мероприятий по повышению надежности работы узлов промежуточных рельсовых скреплений для деревянных шпал.
Ключевые слова: рельсовая опора; промежуточные рельсовые скрепления; верхнее строение пути; шпалы; рельс; жесткость; экспериментальные исследования
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
0. M. DARENSKIY1*, YU. L. TULEY 2, D. O. POTAPOV3, A. S. MALISHEVSKAYA4
1 Dep. «Track and Track Facilities», Ukrainian State University of Railway Transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61050, tel./fax +38 (057) 730 10 58, e-mail [email protected], ORCID 0000-0001-8871-5710 2Track Department, Ukrzaliznytsia, Tverska St., 5, Kyiv, Ukraine, 03680, tel. + 38 (044) 465 03 50, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-0978-3713
3Dep. «Track and Track Facilities», Ukrainian State University of Railway Transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61050, tel./fax +38 (057) 730 10 60, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-7279-4271 4Dep «Track and Track Facilities», Ukrainian State University of railway transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61050, tel./fax +38 (057) 730 10 60, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-4780-7691
RIGIDITY OF INTERMEDIATE FASTENING SCREWS
AND SPIKES FOR WOODEN SLEEPERS
UNDER THE ACTION OF HORIZONTAL LATERAL FORCES
Purpose. Despite the steady increase in the length of sections of continuous welded rail on concrete sleepers, wooden railway sleepers, as one of the options of under-rail bearings, are still operated on a sufficiently large number of areas, in particular, remain uncontested in the curve of up to 350m radius, as well as on the main ways of subways. The main types of fasteners in the most common types of intermediate rail fastenings for wooden sleepers are track screws and spikes. Since the «wheel-rail» system contact peculiarities existing in track curved sections have a significant impact on the processes of interaction between the railway track and rolling stock, it is necessary in this work to determine the rigidity of the track screws and spikes, which are directly involved in the formation of spatial rigidity of the intermediate rail fastening nodes under the influence of horizontal transverse forces. Methodology. The study of the track screw and spike rigidity was conducted experimentally for the two types of intermediate rail fastenings - D0 and «Metro». To carry out experimental tests, 10 test sites were selected on the roads of the regional branch of «Southern Railway» of «Ukrzaliznytsia», and 8 - in the main routes of KP «Kharkiv Metro». Each of the test sites was in approximately the same operating conditions, but had different values of passed tonnage. Findings. The values of the track screw and spike rigidity were obtained. Originality. The authors first obtained the experimental data on variation in rigidity of track screw and spike, depending on the useful life for the main railways and subway routes. This allows calculation of the horizontal shear forces in track curved sections (particularly in curves of up to 350 m radius), as well as the forecast evaluation of their level change during operation. Practical value. Based on the experimental data, it was found that variation in rigidity of track screw and spike depending on the lifetime is nonlinear. These experiments allow a more rational approach to the issue of determining the optimal design of the intermediate rail fasteners, based on the specific operating conditions, and may also contribute to the development of measures to improve the reliability of the components of intermediate rail fastenings for wooden sleepers.
Keywords: support rail; intermediate rail fasteners; track structure; railway sleepers; rail stiffness; experimental research
REFERENCES
1. Velinets V.P. Eksperymentalni doslidzhennia horyzontalnoi poperechnoi zhorstkosti reikovykh nytok pry riznykh konstruktsiiakh reikovykh skriplen [Experimental investigations of horizontal lateral stiffness of rails under different designs of rail fasteners]. Nauka ta prohres transportu - Science and Transport Progress, 2015, no. 6 (60), pp. 57-64. doi: 10.15802/stp2015/57018.
2. Verigo M.F., Kogan A.Ya. Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sostava [The interaction between the track and rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1986. 558 p.
3. Verigo M.F. Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sostava v krivykh malogo radiusa i borbe s bokovym iznosom relsov i grebney koles [The interaction of the track and rolling stock in horseshoe curves and control of horizontal wear and wheel flanges]. Moscow, PTKB TSP MPS Publ., 1997. 207 p.
4. Darenskiy O.M., Belikov E.A. Analiz rozvytku teorii rozrakhunkiv zaliznychnykh kolii [The theory development analysis of railways calculations]. Zbirnyk naukovykh prats Ukrainskoho derzhavnoho universytetu zaliznychnoho transport [Proc. of Ukrainian State University of Railway Transport], 2015, no. 154, pp. 149-155.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 6 (66)
5. Yakovlev V.F., Semenov I.I., Frolov A.I., Poletayev V.I. Issledovaniya uprugo-dinamicheskikh kharakteristik puti v gorizontalnoy ploskosti [Research of elastic and dynamic characteristics of the track in the horizontal plane]. Trudy Leningradskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta [Proc. of Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University], 1977, no. 280, pp. 82-99.
6. Kravchenko N.D. Usloviya raboty relsovykh nitey pri vozdeystvii bokovoy nagruzki [Working conditions of rails under the action of lateral load]. VNIIZhT, seriya «Dostizheniya nauki i tekhniki - v proizvodstvo» [AllUnion SRIRT, Series «Advances in Science and Technology - into Production»]. Moscow, Transport Publ., 1977. 38 p.
7. Lysyuk V.S. Veroyatnostnyye issledovaniya zhestkosti puti [Probabilistic studies of track stiffness]. Vestnik VNIIZhTa - Vestnik of the Railway Research Institute, 1981, no. 6, pp. 53-56.
8. Malishevskaya A.S., Fast D.A. Formuvannia prostorovoi zhorstkosti reikovykh opor metropolitenu [Formation of spatial rigidity of metro rail supports]. Mir nauki i innovatsiy - World of Science and Innovation, 2015, vol. 1, issue 2 (2), 48-55.
9. Tuley Yu.L. Analiz prostorovoi zhorstkosti skriplen DO [Analysis of spatial rigidity of DO-type fastening node]. Zbirnyk naukovykh prats UkrDUZT [Proc. of Ukrainian State University of Railway Transport], 2015, no. 157, pp. 82-85.
10. Tuley Yu.L. Analiz formuvannia zhorstkostei skriplen typiv D-2, D-4, KPPD-2 ta SKD-65D [Analysis of stiffnesses formation of fastening node, types D-2, D-4, 2, KPPD and SKD-65D]. Zbirnyk naukovykh prats UkrDUZT [Proc. of Ukrainian State University of Railway Transport], 2016, no. 159, pp.109-118.
11. Bogacz R., Czyczula W., Konowrocki R. Influence of sleepers shape and configuration on track-train dynamics. Shock and Vibration, 2014, vol. 2014, p. 1-7. doi: 10.1155/2014/393867.
12. Bogacz R., Konowrocki R. On new effects of wheel-rail interaction. Archive of Applied Mechanics, 2012, vol. 82, issue 10-11, pp. 1313-1323. doi: 10.1007/s00419-012-0677-6.
13. Frangopol D.M. Life-cycle performance, management, and optimization of structural systems under uncertainty: accomplishments and challenges. Structure and infrastructure engineering: Maintenance, Management, Life-Cycle Design and Performance, 2011, vol. 7, issue 6, pp. 389-413. doi: 10.1080/15732471003594427.
Стаття рекомендована до друку д.т.н., проф. В. Д. Петренком (Украта), д.т.н., проф.
Д. А. Плуг1ним (Украта)
Надшшла до редколегп: 29.08.2016
Прийнята до друку: 30.11.2016
