Теоретичні і практичні питання впровадження і експлуатації стрілочних переводів на залізобетонних брусах на залізницях України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський інститут залізничного транспорту

Харківської державної академії залізничного транспорту

УДК 625.151

ТЕОРЕТИЧНІ І ПРАКТИЧНІ ПИТАННЯ ВПРОВАДЖЕННЯ І ЕКСПЛУАТАЦІЇ СТРІЛОЧНИХ ПЕРЕВОДІВ НА ЗАЛІЗОБЕТОННІЙ ОСНОВІ НА ЗАЛІЗНИЦЯХ УКРАЇНИ

05.22.06. Залізнична колія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ШАВЛОВСЬКИЙ Микола Миколайович

Київ 2001

Дисертація є рукопис.

Робота виконана на Південно-Західній залізниці та на кафедрі “Реконструкція та експлуатація залізниць і споруд” Київського інституту залізничного транспорту Міністерства транспорту України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Кутах Олександр Петрович, ректор Київського інституту залізничного транспорту.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Глюзберг Борис Ейніхович, Всеросійський науково-дослідний інститут залізничного транспорту, завідувач стрілочної лабораторії;

кандидат технічних наук, доцент Ковтун Павло Володимирович, Білоруський державний університет транспорту, кафедра “Будівництво і експлуатація доріг”.

Провідна установа - Дніпропетровський державний університет залізничного транспорту Міністерства транспорту України.

Захист відбудеться “29” листопада 2001 р. о 1330 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.820.01 в Київському інституті залізничного транспорту за адресою: 03 049, м. Київ, вул. Лукашевича, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського інституту залізничного транспорту за адресою: 03049, м. Київ, вул. Лукашевича, 19.

Автореферат розісланий “26” жовтня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________Карпов М.І.

Загальна характеристика роботи

Вступ. Українські залізниці являють собою потужну транспортну систему, що займає за розмірами та за обсягами перевізної роботи і рівню застосованих технічних засобів друге місце після Росії серед усіх незалежних держав, які утворилися на території колишнього Союзу. По густоті залізниць, що приходяться на територію, українські залізниці займають провідне місце серед тих же держав (0.037 км на 1 кв. км площі), далеко випереджаючи Росію (0.005 км на 1 кв. км) та наближаються по цьому показнику до найбільш розвинутих європейських держав, таких як: Германія, Великобританія, Польща, Франція, Іспанія. Протяжність залізниць України (по експлуатаційній довжині) складає 22.5 тис. км, що являється 4-м показником у Європі після Германії, Франції, Польщі (за виключенням Росії). Однак, за обсягом перевізної роботи залізниці України міцно утримують друге місце серед країн СНД та Європи, поступаючись на світовому рівні по показникам вантажної роботи лише Росії та США, а по пасажирській роботі лише Росії та Японії.

Стрілочні переводи і пересічення колій являються особливими, найбільш складними і найбільш відповідальними конструкціями колії, що працюють у специфічних у порівнянні зі звичайною колією і в більш важких ніж ця колія умовах експлуатації. Ці конструкції спеціально призначені для здійснення з'єднань і пересічень залізничних колій і без їх застосування неможливо вирішити задачі по розгалуженню і розвитку колій на станціях, по переводу залізничного рухомого складу з однієї колії на іншу. Тобто, стрілочні переводи являються, по суті, ключовими конструкціями колії, що забезпечують здійснення перевізного процесу.

Конструкції стрілочних переводів і пересічень повинні постійно вдосконалюватися, вони не повинні відставати від динаміки нарощення міцності верхньої будови колії в цілому, повинні враховувати умови експлуатації, що змінюються, повинні включати в собі сучасні досягнення вітчизняної і зарубіжної науки і техніки і повинні відповідати рівню світових стандартів.

До останнього часу на залізницях СНД вважалося, що дерев'яні бруси являються практично єдиним раціональним типом підрейкової основи для стрілочних переводів. На російських залізницях, в країні багатій на ліс, і до дійсного часу дерев'яні шпали і дерев'янні бруси використовуються як основний тип підрейкової і підстрілочної основи. На залізницях України, що почали свою роботу як самостійна транспортна система з 1992 р., ситуація щодо питання підрейкової і підстрідлочної основи виглядає зовсім інакше. В умовах великого дефіциту власної деревини і великої вартості експортної, (коли експортні дерев'яні шпали мають ціну приблизно на 10% дорожче, ніж залізобетонні шпали власного виробництва), - в цих умовах укладання в колію залізобетонних підрейкових основ являється одним з головних заходів по посиленню залізничної колії і стрілочних переводів на залізницях України.

Широке впровадження стрілочних переводів на залізобетонних брусах на залізницях України визначене Укрзалізницею як один з пріоритетних напрямків технічного прогресу галузі колійного господарства.

Дисертація присвячена теоретичним і експериментальним дослідженням питань впровадження і експлуатації на залізницях України стрілочних переводів на залізобетонних брусах.

Актуальність теми. З 1992 року на Українських залізницях з кожним роком нарощується впровадження в колію стрілочних переводів на залізобетонних брусах.

Зараз в колію вже укладено понад 17,5 тисяч таких переводів, що складає близько 20 % від загальної кількості переводів на мережі. Почалася масова експлуатація цих стрілочних переводів. Робота таких переводів відрізняється від роботи переводів на дерев'яних брусах у зв'язку зі зміною жорсткості рейкових ниток, приведеної маси колії, що приймає участь у взаємодії з рухомим складом. Сили взаємодії колії і рухомого складу на переводах із дерев'яними брусами також відрізняються від сил взаємодії на переводах із залізобетонними брусами. Тому повинні відрізнятися і допустимі швидкості руху по переводах на залізобетонних і дерев'яних брусах. З урахуванням того, що до теперішнього часу залишалося не досить вивченим питання взаємодії колії і рухомого складу на стрілочних переводах з залізобетонними брусами (у тому числі на переводах нових конструкцій), а також у зв'язку з гострою необхідністю встановлення допустимих швидкостей руху по таким переводам, тема даної дисертації, яка присвячена рішенню саме цих питань, є актуальною і має важливе значення для залізничного транспорту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота має безпосередній зв'язок з Галузевою програмою Головного управління колійного господарства Укрзалізниці по вдосконаленню стрілочних переводів залізниць України, а також, планами і програмами двох наукових робіт “Дослідження можливості підвищення допустимих швидкостей рухомого складу по стрілочним переводам на залізобетонних брусах”, виконаних ДІІТом за замовленням Південно-Західної залізниці у 1997-1998-1999 роках. В 1997 році були виконані дослідження щодо переводу типу Р65 марки 1/11, в 1998-1999 рр. по переводу марки 1/9 типу Р65. В обох роботах, виконаних за замовленням Південно-Західної залізниці, автор дисертації приймав безпосередню участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження. У дисертації вирішена головна наукова задача: розробити і обгрунтувати теоретичними і експериментальними методами можливість і доцільність впровадження і експлуатації на залізницях України стрілочних переводів типу Р65 марки 1/11 і 1/9 на залізобетонних брусах. Вирішення саме цієї головної задачі являлося темою дисертації. Для досягнення поставленої мети були вирішені такі задачі:

1. Виконані теоретичні розрахунки по дослідженню пружнодинамічних параметрів колії на стрілочних переводах Р65 1/9 і Р65 1/11 з залізобетонними брусами.

2. Проведені експериментальні динаміко-міцносні випробування роботи стрілочного переводу Р65 1/11 на залізобетонних брусах під дією рухомого складу.

3. Проведені експериментальні динаміко-міцносні випробування роботи стрілочного переводу Р65 1/9 на залізобетонних брусах під дією рухомого складу.

4. Виконано аналіз і порівняння результатів досліджень сил, напружень і деформацій, що з'являються при дії рухомого складу на переводи на залізобетонних і дерев'яних брусах.

5. На основі результатів досліджень динамічної силової взаємодії колії і рухомого складу встановлені допустимі швидкості руху поїздів по стрілочним переводам на залізобетонних брусах типу Р65 марок 1/11 і 1/9.

6. Зроблено техніко-економічне обгрунтування впровадження і експлуатації на залізницях України стрілочних переводів на залізобетонних брусах.

Наукову новизну одержаних результатів складають:

1. В результаті комплексних експериментально-теоретичних досліджень отримані нові результати по силовій взаємодії і напружено-деформаційному стану стрілочних переводів вітчизняного виробництва типу Р65 марок 1/11 і 1/9 на залізобетонних брусах при динамічному впливу вантажних поїздів у діапазоні швидкостей руху від 5 до 90 км/год і пасажирських поїздів у діапазоні швидкостей руху від 5 до 140 км/год.

2. Теоретичними розрахунками отримані нові результати по пружно-динамічним параметрам колії в зоні стрілочних переводів Р65 1/11 і Р65 1/9 на залізобетонних брусах включаючи: розподілення по довжині переводів жорсткості колії, модуля пружності колії (також по всій довжині переводів), пружних прогинів рейкових ниток (також по усій довжині стрілочних переводів).

3. Дано наукове обгрунтування можливості збільшення допустимих швидкостей руху вантажних і пасажирських поїздів по стрілочним переводам типу Р65 марок 1/1 і 1/9 на залізобетонних брусах і встановлені порогові значення цих швидкостей.

4. Зроблене техніко-економічне обгрунтування впровадження і експлуатації на залізницях України стрілочних переводів на залізобетонних брусах. стрілочний залізобетонний брус перевод

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій обумовлена тим, що усі висновки і нові розроблені рішення обгрунтовані теоретичними розрахунками та підтверджені експериментально і отримали впровадження на залізницях.

Наукове значення роботи полягає з одного боку в тому, що отримані в дисертації нові наукові результати уточнюють базові дані по пружно-динамічним параметрам колії в зоні стрілочних переводів на залізобетонних брусах і дозволяють дослідникам у галузі взаємодії колії і рухомого складу більш правильно виконувати необхідні розрахунки колії на міцність, стійкість і силову взаємодію.

З другого боку наукове значення роботи полягає у тому, що в дисертації науковими методами виконаний приклад вирішення задачі по розширенню полігону допустимих швидкостей руху для стрілочних переводів на залізобетонних брусах вітчизняного виробництва.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що:

1. Встановлені обгрунтовані нормативи допустимих швидкостей руху поїздів для сучасних стрілочних переводів на залізобетонних брусах вітчизняного виробництва типу Р65 марок 1/11 і 1/9.

2. Нові результати по пружно-динамічним характеристикам колії в зоні стрілочних переводів Р65 1/11 і Р65 1/9 дозволять дослідникам, інженерно-технічним і науковим робітникам в області колії і колійного господарства, а також в області взаємодії колії і рухомого складу, більш правильно проектувати нові конструкції переводів і виконувати розрахунки колії на міцність, стійкість і силову взаємодію.

3. Отримані результати досліджень дають можливість встановити правильні і раціональні умови експлуатації для сучасних вітчизняних стрілочних переводів на залізобетонних брусах типу Р65 марок 1/11 і 1/9 і забезпечити безпеку руху по ним поїздів.

4. Результати досліджень дають можливість зробити висновок про міцність, стійкість і надійність стрілочних переводів на залізобетонних брусах сучасного вітчизняного виробництва і внести необхідні корективи по якості виготовлення окремих деталей і вузлів розглядаємих переводів.

5. Отримані результати досліджень дозволять визначити найбільш раціональні сфери використання стрілочних переводів на залізобетонних брусах ( в тому числі на головних та інших залізничних коліях).

Особистий внесок здобувача. Автор дисертації безпосередньо приймав участь у всіх експериментальних дослідженнях, що виконувалися по темі дисертації. Безпосередньо при його участі і разом з науковим керівником виконаний аналіз результатів досліджень і розроблені основні висновки. Теоретичні розрахунки по визначенню пружно-динамічних параметрів колії в межах стрілочних переводів виконані особисто автором під керівництвом доц. О.П. Кутаха і проф. Е.І. Даніленко.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідалися і отримали схвалення: на науково-технічних нарадах Головного управління колійного господарства Укрзалізниці (Київ, лютий 2001 року), технічних нарадах Південно-Західної залізниці (1999-2001рр.), на міжкафедральному семінарі Київського інституту залізничного транспорту (грудень 2000р.), на наукових семінарах кафедри “Реконструкція та експлуатація залізниць і споруд” Київського інституту залізничного транспорту (грудень 2000р., лютий 2001 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації опублікований в 7 друкованих роботах і 2-х науково-технічних звітах по НДР. Серед них 6 наукових статей у наукових фахових виданнях та наукових збірниках праць ВУЗів (ДІІТу, КІЗТу, ХарДАЗТу), тези доповіді на міжнародній науковій конференції з проблем механіки залізничного транспорту (Дніпропетровськ, травень 2000 р.), 2 науково-технічних звіти по НДР кафедри “Колія та колійне господарство” ДІІТу 1998 і 1999 рр.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти основних розділів, загальних висновків, списку використаної літератури, та п'яти додатків. Повний обсяг роботи складає … сторінок друкованого тексту, в тому числі: … рис. на … сторінках, … таблиць на … сторінках, список літератури з … найменувань на … сторінках, та 5 додатків на … сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі викладено стан проблеми по впровадженню і експлуатації стрілочних переводів на залізобетонних брусах, обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, що пов'язана з впровадженням цих конструкцій на Українських залізницях, сформульовані цілі і задачі дисертаційних досліджень, відображені наукова новизна і практична цінність роботи, наведені відомості про апробацію і основні публікації результатів досліджень.

У першому розділі наведено аналіз сучасного стану залізничного транспорту Українських залізниць взагалі і колійного господарства у тому числі. Виконано порівняння роботи залізничного транспорту Українських залізниць з роботою залізниць Росії і країн Європи і світу. Показано, що українські залізниці за розмірам мережі, обсягами перевізної роботи, і насиченості території мережею залізниць та рівню технічних засобів займають одне з ведучих місць серед найбільш розвинутих транспортних держав Європи. Наприклад по насиченості території мережею залізниць Україна (0,037 км на 1 км2 площі території держави) набагато випереджає Росію (0,005 км на 1 км2) і наближається до провідних країн Європи (Іспанія - 0,033, Франція - 0,066, Польща - 0,074, Германія - 0,128). За обсягом перевезень залізниці України твердо утримують друге місце серед країн СНД і Європи, поступаючись на світовому рівні лише Росії та США по перевезенню вантажів та Росії і Японії по перевезенню пасажирів. Визначені перспективи удосконалення та розвитку колійного господарства залізниць України, обгрунтовані висновки, що стрілочні переводи є ключовими конструкціями колії, які забезпечують перевізний процес на станціях, перегонах та на транспорті взагалі. Визначено, що серед головних і перспективних задач колійного господарства України є широке впровадження в колію стрілочних переводів на залізобетонних брусах.

Наприкінці першого розділу сформульована актуальність теми дисертації та визначені основні задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі розрахунково-теоретичним методом вирішена задача по визначенню пружно-динамічних параметрів колії на стрілочних переводах типу Р65 марок 1/11 і 1/9 з залізобетонними брусами. В тому числі виконані розрахунки жорсткості колії по усій довжині стрілочного переводу, модуля пружності підрейкової основи і пружних прогинів рейкових ниток також в межах усієї довжини стрілочних переводів 1/11 і 1/9.

Розрахунки виконані за методикою д.т.н. професора Е.І. Даніленко, при цьому конструкція колії в межах стрілочного переводу розглядалась як багатониткова конструкція з балок безкінечної довжини, що лежить на окремих пружних опорах (брусах), які в свою чергу розглядались як балки обмеженої довжини, що лежать на суцільній рівнопружній основі. Прийнята до розрахунку модель колії показана на рис 1.

Алгоритм вирішення задачі прийнятий у слідуючому вигляді:

1) визначення пружних прогинів підрейкових опор під дією одиничних сил, прикладених в підрейкових перерізах. У випадках розглядання багатониткових рейкових схем необхідно враховувати вплив завантажених і незавантажених рейкових ниток;

2) визначення сумарної точечної жорсткості підрейкової основи для шаруватої конструкції;

3) визначення вертикального модуля пружності підрейкової основи з урахуванням епюри розкладки брусів;

4) визначення сумарної жорсткості рейкових ниток, які працюють сумісно з підрейкової основою; для багатониткових конструкцій потрібно враховувати вплив незавантажених ниток і особливості конструктивного устрою (тобто жорсткість кожної нитки).

Пружні прогини брусів, як балок на пружній основі, визначались з рішення диференційного рівняння вигину, розробленого акад. А.Н. Криловим:

, (1)

де Еш- модуль пружності при вигині балки. Використовується для дерева при вигині поперек волокон Еш=104 МПа; для залізобетонних шпал або брусів потрібно використовувати Еш=3.4 *104 МПа (для бетону марки 500);

Іш- момент інерції поперечного перерізу шпал;

Z- прогин шпали;

UZ- модуль пружності підшпальної основи (UZ=СБb, де СБ- коефіцієнт пружного стиснення підшпальної основи, що називається “коефіцієнтом постелі” шпали, b- ширина нижньої постелі шпали);

Qі- зовнішні вертикальні зосереджені сили, що діють на брус. (Зважаючи на те, що реальні діючі сили як правило при визначенні характеристик колії ще не відомі, можна вести розрахунок на вплив одиничних сил Qі=1.0, а потім коригувати розрахунки на дію реальних сил взаємодії).

Локальна жорсткість підрейкової основи визначалася як сумарна жорсткість шаруватої опори, що складається з підкладки, бруса, баласту і земляного полотна (див. рис. 1-b):

, (2)

де Сz-бо- складова жорсткості, що враховує вигин шпали і залежить від пружного просідання баластового шару і земляного полотна під шпалою (або брусом);

Сz-ш- складова жорсткості, що залежить від шпали (або бруса);

Сz-скр- складова жорсткості, що залежить від скріплення.

Складова жорсткості визначалась за формулою:

, (3)

де СБ- коефіцієнт “постелі” підшпальної основи;

a- коефіцієнт вигину шпали (або бруса), рівний відношенню середньої просадки шпали до просадки в підрейковому перерізі (приймається по епюрам прогинів шпали або бруса);

l, b- довжина і ширина постелі шпали (або бруса).

Складова жорсткості, що залежить від шпали або бруса Кz-ш, визначається за методикою професора Г.М. Шахунянца і враховує роботу деформації стиснення шпали під навантаженням поперек волокон і деформацію зминання деревини під підкладкою:

. (4)

Жорсткість шпали (бруса) при роботі на стиск у підрейковому перерізі визначалась за формулою:

. (5)

Жорсткість шпали (або бруса) на зминання під підкладкою визначалась за формулою

(6)

У формулах (5 і 6) наведені слідуючі позначення:

h- висота шпали (бруса);

wn- площа підкладки;

m- відношення напруження в підрейковій основі до середнього по підкладці (можна приймати приблизно рівномірне розподілення напружень на площі підкладки, тобто m=1);

Е- модуль пружності при зминанні деревини поперек волокон;

С- коефіцієнт постелі при зминанні підкладки (для дерев'яних брусів С=4000…1000 Н/см3, для залізобетонних брусів С=Ґ).

Після визначення локальної жорсткості пружних опор шукане значення модуля пружності підрейкової основи і сумарна жорсткість рейкових ниток (жорсткість колії) у кожній точці по довжині стрілочного переводу визначалась за формулами

, (7)

, (8)

де Сі- відстань між пружними опорами (по осям, що визначається епюрою розкладки шпал (або брусів);

Е=2.1·105 МПа- модуль пружності сталі;

Ір.н- момент інерції рейкової нитки, що приймає участь у роботі на вигин у вертикальній площині.

Динамічні прогини для будь-якого перерізу кожної рейкової нитки стрілочного переводу визначались за формулою

, (9)

де - вертикальне динамічне навантаження, що передається на розглядаєму рейкову нитку в і-му перерізі.

Особливістю розрахунку по прийнятій методиці є можливість врахування впливу на розглядаєму завантажену рейку незавантажених рейкових ниток. Це рішення дозволяє найбільш точно враховувати роботу усієї багатониткової системи і рейкошпальної решітки при будь-якому завантаженні колії: по прямим чи боковим коліям. В розробці рішення, запропонованого професором Е.І. Даніленко, автор дисертації прийняв безпосередню участь.

Розрахункова схема для визначення урахування взаємного впливу рейкових ниток при вигині брусів під дією вертикальних сил приведена на рис. 2.

Вплив незавантажених рейок на величину пружних прогинів завантажених рейкових ниток враховується за допомогою введення приведених моментів:

; . (10)

Тут І1;І2;І3;І4- моменти інерції відповідних рейкових ниток при вертикальному вигині з урахуванням їх конкретного конструктивного оформлення і з урахуванням взаємодії окремих конструктивних елементів, що визначають степінь участі кожного з них у роботі на вигин (у випадку рейкової нитки збірної конструкції, що складається з декількох елементів, що спільно працюють на вигин).

I1, I2, I3, I4 моменти інерції відповідних рейкових ниток при вертикальному вигині з урахуванням їх конкретного конструктивного оформлення.

Для випадку, коли завантаженими рейковими нитками є 3-я і 4-а (при русі на бокову колію), приведені моменти інерції цих ниток потрібно визначати за виразами:

; . (11)

Розрахунки жорсткості рейкових ниток , модуля пружності підрейкової основи і динамічних прогинів рейкових ниток виконані автором на ПЕОМ за спеціальною програмою для сучасних стрілочних переводів Р65 1/11 і Р65 1/9 на залізобетонних брусах. Результати розрахунків приведені в тексті дисертації і в додатку 1 у вигляді графіків моментів і пружних прогинів брусів і розрахункових значень жорсткості колії, модуля пружності колії і динамічних прогинів рейкових ниток, розподілених по довжині стрілочного переводу.

Фрагменти отриманих результатів проілюстровані нижче на рис. 3.

У третьому розділі викладені результати експериментальних досліджень напружено-деформованого стану стрілочного переводу типу Р65 марки 1/11 на залізобетонних брусах. Дослідження виконані при проведенні динаміко-міцносних випробувань переводу на Південно-Західній залізниці у 1997 р. Випробування були виконані силами галузевої науково-дослідної лабораторії ДІІТу при участі автора дисертації. Стрілочний перевід випробовувався за допомогою дослідного поїзду, сформованого з 2-х електровозів, 2-х суцільнометалевих пасажирських вагонів і двох 4-вісних вантажних напіввагонів, завантажених щебенем до номінальної вантажопідйомності. Заїзди дослідного поїзду здійснювалися по прямому напрямку за схемою “човника”, тобто у пошерстному (ПШ) і протишерстному (ПРШ) напрямках зі швидкістю руху від 25 км/год до 140 км/год. Всього за час випробувань було виконано 79 заїздів дослідного поїзда. Вплив вантажних вагонів досліджувався при швидкостях руху до 80 км/год, а для діапазону 85-100 км/год були виконані теоретичні розрахунки. При випробуваннях досліджувались:

напруження в рейках по усій довжині переводу, а також в гостряках, в хрестовині, в контррейках і контррейкових болтах;

деформації рейкових ниток у вертикальній і горизонтальній площинах по всій довжині стрілочного переводу;

стабільність положення з/б брусів у вертикальній і горизонтальній площинах;

динамічні вертикальні і горизонтальні сили, що передаються на колію від коліс рухомого складу в усіх зонах стрілочного переводу.

Результати експериментальних досліджень оброблялись на ЕОМ методами математичної статистики, до аналізу приймались максимальні виміряні значення, максимальні можливі та середні.

В результаті оброблення результатів отримано:

1. Напруження в усіх рейкових елементах та гостряках стрілочного переводу Р65 1/11 не перевищували допустимих значень при впливі усіх одиниць рухомого складу дослідного поїзду. При цьому найбільші напруження у рамних рейках не перевищували =180 МПа; у прямому гостряку =142 МПа в зоні сумісної роботи гостряка з рамною рейкою та =188 МПа у зоні повної ширини головки гостряка, де він сприймає колісні навантаження самостійно; в колійних рейках з'єднувальних колій між стрілкою та хрестовиною напруження не перевищували =140 МПа; в колійних приконтррейкових рейках у зоні хрестовини вони не перевищували =145 МПа;

2. Вертикальні динамічні сили, що діють на рейки та гостряки стрілочного переводу, також не перевищували допустимих значень. По абсолютній величині у всіх випадках, тобто при різних швидкостях руху, у всіх зонах стрілочного переводу максимальні вертикальні динамічні сили отримані у межах =200-240 кН, що не перевищує рекомендованого допустимого рівня вертикальних сил для рейкових елементів стрілочних переводів []Ј300-350 кН, а для хрестовин []=450-490 кН. Отриманий рівень динамічних сил для переводу на залізобетонній основі не перевищує також сил, що звичайно фіксувалися при випробуваннях стрілочних переводів на дерев'яних брусах, які у різних умовах складали від 200 до 450 кН.

Визначальними за рівнем силового впливу на елементи стрілочного переводу є локомотиви та вантажні вагони. Саме ці одиниці рухомого складу дають найбільші сили взаємодії. Пасажирські вагони в усіх випадках дають рівень сил приблизно у 1.5 рази менший ніж локомотиви і вантажні вагони. Визначено, що критичними швидкостями руху по динаміці силового впливу на колію являються: для вантажних вагонів швидкість Vкр=80 км/год, а для локомотивів Vкр=120 км/год. Саме при цих швидкостях руху отримані абсолютно найбільші вертикальні сили взаємодії у межах всієї довжини переводу.

3. Горизонтальні бокові сили, також як і вертикальні, не перевищували рекомендованих допустимих значень [Hбок]= 100 кН, що свідчить про достатній запас міцності конструкції у горизонтальному поперечному напрямку при русі рухомого складу по прямому напрямку.

4. Отримані при випробуваннях вертикальні динамічні прогини рейкових ниток та їх горизонтальні бокові віджиммання продемонстрували достатню жорсткість та стабільність у вертикальній та горизонтальній площинах, приблизно у 2 рази більш високою, ніж у переводах на дерев'яних брусах. Це дає підстави затверджувати, що безпека руху поїздів за вказаними параметрами на переводах даної конструкції на залізобетонній основі забезпечена. Отримані значення прогинів у межах 2.5-3.5 мм та бокових віджимань у межах 1.5-2 мм не повинні викликати турбування по відношенню до безпеки руху поїздів.

У четвертому розділі викладені результати динаміко-міцносних випробувань стрілочного переводу типу Р65 марки 1/9 на залізобетонних брусах. Випробування були проведені на Південно-Західній залізниці у 1998 році. НДР по випробуванням цього переводу також як для переводу Р65 1/11 була виконана за замовленням Південно-Західної залізниці силами НДЛ ДІІТу при участі автора. Методика випробувань переводу Р65 1/9 була прийнята аналогічною методиці випробувань переводу Р65 1/11. Швидкості руху дослідного поїзда при випробуваннях вимірювались у тому ж діапазоні 25-140 км/год. Кількість заїздів дослідного поїзда по переводу Р65 1/9 склала 118. Осьові навантаження рухомого складу складали: від локомотива ЧС-8 -210 кН/вісь, від вантажних вагонів 235-240 кН/вісь, від пасажирських вагонів - 140-145 кН/вісь.

Результати випробувань аналізувалися в залежності від типу рухомого складу, від напрямку руху (ПШ, ПРШ) та від швидкостей руху. Вимірювані величини досліджувались по всій довжині стрілочного переводу. Результати випробувань представлені у розділі у вигляді підсумкових таблиць та графіків залежностей дослідних параметрів від швидкостей руху та від напрямку руху. В результаті випробувань отримано:

1. Напруження в усіх рейкових елементах від впливу усіх одиниць рухомого складу, в тому числі при русі дослідного поїзду з локомотивами та пасажирськими вагонами з максимальними швидкостями руху =140 км/год, не перевищували допустимих значень (для рейок =240 МПа, для гостряків =275 МПа). При цьому запас міцності по напруженням складав близько 40%. Рівень напруженого стану елементів стрілочного переводу Р65 1/9 виявився практично однаковим з рівнем напруженого стану стрілочного переводу типу Р65 марки 1/11 на залізобетонних брусах проекту 1740.

2. Вертикальні динамічні сили, що діють на рейкові елементи та гостряки у зоні стрілки та з'єднувальних колій стрілочного переводу Р65 1/9 також не перевищували рекомендованих значень допустимих динамічних сил (=300-350 кН) при впливі всіх одиниць рухомого складу в усьому дослідному діапазоні швидкостей руху (тобто для пасажирських вагонів та локомотивів при =140 км/год та для вантажних вагонів при =80 км/год).

Вертикальні динамічні сили, що діють на хрестовину в зоні перекочування коліс з вусовика на сердечник, отримані суттєво більшими, ніж у межах решти частини стрілочного переводу. Рівень цих сил виявився близьким до допустимого при швидкостях руху: локомотивів та пасажирських вагонів =100 км/год та вантажних вагонів =80 км/год. При більш високих швидкостях руху максимальні можливі значення діючих динамічних сил від коліс рухомого складу можуть перевищувати рекомендовані значення допустимих для хрестовин сил (=450-490 кН), і тим самим можуть викликати розлад вузлів конструкції.

3. Горизонтальні бокові динамічні сили, що діють на рейкові елементи стрілочного переводу Р65 1/9, виявились менше рекомендованих допустимих значень =100 кН у всьому діапазоні випробуваних швидкостей руху (тобто до =140 км/год) від усіх одиниць рухомого складу дослідного поїзду. Запас за рівнем діючих бокових сил складав приблизно 20-30 %. Рівень бокових динамічних сил, що діють на елементи стрілочного переводу Р65 1/9, виявився приблизно рівним рівню сил отриманих на переводі типу Р65 марки 1/11 на залізобетонних брусах проекту 1740.

4. Вертикальні прогини практично по усій довжині стрілочного переводу не перевищували 2.0-2.7 мм, а горизонтальні бокові віджимання голівок рейок не перевищували 2.0-2.5 мм. Максимальні пружні зміни ширини колії складали 3.1-3.7 мм. Отримані значення прогинів та бокових відтисків рейок не повинні викликати турбування по відношенню до безпеки руху поїздів. Для порівняння можна вказати, що на стрілочних переводах на дерев'яних брусах вертикальні прогини, як правило, фіксуються приблизно на рівні 10 мм та більше, горизонтальні віджимання на рівні 6-8 мм та більше, а пружні зміни ширини колії на рівні 8-12 мм.

5. Виміри стабільності, стану стрілочних брусів переводів обох марок 1/9 і 1/11 типу Р65 показали, що пружні горизонтальні зміщення торців брусів не перевищували 0.75 мм. Це свідчить про дуже стійке положення брусів у плані.

Далі був зроблений спільний аналіз результатів випробувань стрілочних переводів Р65 1/11 і Р65 1/9, що дозволило співставити роботу цих переводів при впливі однакового рухомого складу. Наприкінці розділу на основі результатів випробувань переводів Р65 1/11 і Р65 1/9 в дисертації були зроблені заключні висновки про рекомендовані допустимі швидкості руху поїздів (по прямому напрямку) за умовою силової взаємодії між рухомим складом і елементами конструкції переводів.

Таким чином за рівнем силової взаємодії (по умовам вертикальної динаміки при проходженні хрестовинного вузла, який являється головним по силовій динаміці) в якості допустимих швидкостей руху по стрілочним переводам Р65 1/9 на залізобетонних брусах слід рекомендувати:

для вантажних завантажених поїздів не більше =80 км/год;

для пасажирських поїздів не більше =90 км/год.

По переводам марки 1/11 типу Р65 в якості допустимої швидкості руху по умовам вертикальної динаміки слід рекомендувати:

для пасажирських поїздів =140 км/год;

для вантажних завантажених поїздів =90 км/год;

На рис. 4 і 5 приведені порівняльні графіки розподілення динамічних вертикальних сил P і горизонтальних сил H по довжині стрілочних переводів типу Р65 марок 1/11 і 1/9 проектів 1740 і 2215.

У п'ятому розділі виконані техніко-економічні розрахунки для порівняння варіантів використання на залізницях України стрілочних переводів марок 1/11 і 1/9 типу Р65 на залізобетонних брусах замість переводів тих же марок на дерев'яних брусах. Розрахунки виконанні за типовою методикою, прийнятою для підприємств залізничного транспорту. Вона основана на порівнянні варіантів приведених витрат, що включають капітальні і експлуатаційні витрати. При цьому враховувалися реальні вартості матеріалів і трудовитрат, що діють для умов Укрзалізниці на 2000 р. (Південно-Західна залізниця).

Строки служби елементів стрілочних переводів і трудовитрати на їх утримання визначені по натурним експлуатаційним спостереженням за роботою переводів в колії. Розрахунки показали, що техніко-економічний ефект від впровадження на українських залізницях стрілочних переводів на залізобетонних брусах замість переводів на дерев'яних брусах, отриманий за рахунок збільшення строку служби при експлуатації в колії основнихелементів переводів (в першу чергу залізобетонних брусів) склав за весь період впровадження (з 1992 по 2001 рр.):

- на один стрілочний перевод - 104745 гривень;

- від укладки усіх переводів на ж/б брусах по Південно-Західній залізниці 202 млн. 681 тис. гривень.

Результати ефективності використання стрілочних переводів на залізобетонних брусах підтверджені актами Південно-Західної залізниці.

Висновки

1. Наведено аналіз сучасного стану залізничного транспорту і колійного господарства українських залізниць, визначено, що серед головних і перспективних задач по удосконаленню колійного господарства є широке впровадження в колію стрілочних переводів на залізобетонних брусах.

2. Виконані теоретичні розрахунки по дослідженню пружнодинамічних параметрів колії на стрілочних переводах типу Р65 марок 1/11 і 1/9 з залізобетонними брусами. Теоретичними методами визначена жорсткість рейкових ниток, модуль пружності підрейкової основи і пружні прогини рейкових ниток по усій довжині стрілочних переводів Р65 1/11 та Р65 1/9.

3. Проведені експериментальні динаміко-міцносні випробування роботи стрілочного переводу типу Р65 марки 1/11 на залізобетонних брусах під дією рухомого складу, включаючи локомотиви, вантажні та пасажирські вагони при швидкостях руху від 5 до 140 км/год. Визначено, що критичними швидкостями руху по динаміці силового впливу на колію являються: для вантажних вагонів швидкість 80 км/год, а для локомотивів 120 км/год. Пасажирські вагони в усіх випадках дають рівень сил приблизно у 1.5 рази менший ніж локомотиви і вантажні вагони. Рівень напружень в рейкових елементах, сил діючих на рейки та деформацій рейкових ниток не перевищує допустимих значень.

4. Проведені експериментальні динаміко-міцносні випробування роботи стрілочного переводу типу Р65 марки 1/9 на залізобетонних брусах за тією ж методикою, що й для переводу типу Р65 марки 1/11.

За результатами випробувань визначено, що рівень напруженого стану елементів стрілочного переводу Р65 1/9 виявився практично однаковим з рівнем напруженого стану стрілочного переводу типу Р65 марки 1/11. Напруження в усіх рейкових елементах стрілки та перевідних колій від впливу усіх одиниць рухомого складу дослідного поїзду не перевищували допустимих значень. Запас міцності по напруженням склав близько 40 %.

Виміри вертикальних та горизонтальних прогинів рейок та стабільності рейкової колії показали, що практично по усій довжині стрілочного переводу ці параметри не викликають турбувань з боку безпеки руху поїздів на всьому виміряному діапазоні швидкостей майже до 100 км/год у вантажних і до 140 км/год у пасажирських поїздів.

Вертикальні динамічні сили, що діють на рейки в зоні стрілки і з'єднувальних колій також не викликають турбувань з позицій безпеки руху поїздів. Але рівень динамічних сил, що діють на хрестовину в зоні перекочування коліс з вусовика на сердечник виявився суттєво більшим, ніж у межах решти стрілочного переводу і отриманий близьким до рекомендованих допустимих для хрестовин сил [Рmax]=450-490 кН, а в деяких випадках і більше, при швидкостях руху вантажних завантажених поїздів вище за 80 км/год і пасажирських поїздів вище за 90 км/год.

5. За результатами динаміко-міцносних випробувань визначено, що за умовами вертикальної динаміки по переводам марки 1/11 типу Р65 на залізобетонних брусах слід рекомендувати такі допустимі швидкості руху поїздів по прямому напрямку:

- для пасажирських поїздів =140 км/год;

для вантажних завантажених поїздів =90 км/год.

По переводам марки 1/9 типу Р65 на залізобетонних брусах слід рекомендувати такі допустимі швидкості руху:

- для пасажирських поїздів =90 км/год;

для вантажних завантажених поїздів =80 км/год.

Допустима швидкість руху поїздів по боковому напрямку для переводів обох марок Р65 1/11 та Р65 1/9 повинна бути встановлена =40 км/год за умовами не перевищення допустимих непогашених прискорень.

6. Виконані розрахунки показали, що техніко-економічний ефект від впровадження стрілочних переводів на залізобетонних брусах типу Р65 марок 1/11 і 1/9 замість переводів на дерев'яних брусах, за рахунок збільшення строку їх служби при експлуатації в колії склав за весь період впровадження (з 1992 по 2001 рр.): по Південно-Західній залізниці 202 млн. 681 тис. гривень, тобто 104745 гривень на один стрілочний перевід.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Даніленко Э.И, Гнатенко В.П., Шавловский Н.Н., Некоторые теоретические и практические вопросы связанные с внедрением стрелочных переводов на железобетонныъ брусьях. / В. сб. науч. трудов ДИИТ "Исследования пути и подвижного состава", Днепропетровск, 1997, с. 20-31.

2. Шавловский Н.Н. Испытания стрелочного перевода типа Р65 марки 1/11 на железобетонных брусьях на Юго-Западной железной дороге. / В збірнику наукових праць Київського інституту залізничного транспорту, вып.1., т.1, 1998.

3. Даниленко Э.И., Сиволоп Т.Л., Шавловский Н.Н. Учет взаимного влияния рельсовых нитей при расчетах изгиба брусьев под стрелочными переводами или другими многотонными конструкциями. / В сб. науч. трудов ДИИТ "Исследования взаимодействия пути и подвижного состава", Днепропетровск, 1997, с. 42-46.

4. Danilenko E., Shavlovsky N., Maintenance of railway track and structures containing different defects / В. кн. 'Zbornic prednazok VI Vedecka Konfencia, 9 sekcia, Dopravne stavitelstvo a geotechnika', Slovakia, Koљice, 1997, s. 171-174.

5. Даниленко Э.И., Уманов М.И., Воробейчик Л.Я., Шавловский Н.Н. Определение условий обращения подвижного состава по стрелочным переводам на железобетонных брусьях. / В сб. тезисных трудов Х международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта". Днепропетровск, 2000, с. 66-67.

6. Даниленко Э.И., Шавловский Н.Н. Результаты испытаний стрелочных переводов типа Р65 марок 1/11 и 1/9 на железобетонных брусьях. Залізничний транспорт України №4, 2000, с. 19-23.

7. Возненко И.Я., Шраменко В.П., Штомпель А.Н., Шавловский Н.Н. О расширении возможностей способа окончательного восстановления рельсовых плетей с изгибом их в вертикальной плоскости // Межвуз. сб. науч. тр./ ХИИТ, 1992. Вип.19. с. 15-19.

Анотація

Шавловський М.М. Теоретичні і практичні питання впровадження і експлуатації стрілочних переводів на залізобетонних брусах на залізницях України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.06 - Залізнична колія. - Київський інститут залізничного транспорту, Київ, 2001.

Дисертація присвячена теоретичним і експериментальним дослідженням питань впровадження і експлуатації на залізницях України стрілочних переводів на залізобетонних брусах. У роботі виконані:

- теоретичні розрахунки по дослідженню пружно-динамічних параметрів колії на стрілочних переводах Р65 1/9 і Р65 1/11 з залізобетонними брусами;

- проведені експериментальні динаміко-міцносні дослідження роботи стрілочного переводу Р65 1/11 на залізобетонних брусах під дією рухомого складу;

- проведені експериментальні динаміко-міцносні дослідження роботи стрілочного переводу Р65 1/9 на залізобетонних брусах під дією рухомого складу;

- виконано аналіз і порівняння результатів досліджень сил, напружень і деформацій, що з'являються при дії рухомого складу на переводи на залізобетонних і дерев'яних брусах;

- на основі результатів досліджень динамічної силової взаємодії колії і рухомого складу встановлені допустимі швидкості руху поїздів по стрілочним переводам на залізобетонних брусах типу Р65 марок 1/11 і 1/9;

- зроблено техніко-економічне обгрунтування впровадження і експлуатації на залізницях України стрілочних переводів на залізобетонних брусах.

Ключові слова: стрілочні переводи, залізобетонні бруси, пружно-динамічні параметри колії, динаміко-міцностні випробування, динамічні сили, напруження, деформації.

Summary

Shavlovsky N.N. Theoretical and practical questions of introduction and exploitation railway switches with concrete sleepers in the Ukrainian railways. Manuscript.

Thesis on a scientific degree award of Candidate of Technic Sciences on the speciality 05.22.06 - railway track - Kiev Railway Transport Institute, Kiev,2001.

The dissertation contains theoretical and practical result of investigations railway switches after their introduction and exploitation in railway track in the Ukrainian railways.

The following questions were worked out in dissertation:

- Theoretical calculations on investigation of elastic;

- dynamic parameters of the track under the railway switches R65 1/11 and R65 1/9 with concrete sleepers;

- experimental dynamic-durability testing of railway switch (R65 1/11) with reinforced concrete sleepers;

- the same testing of railway switch (R65 1/9) with sleepers were fulfilled too;

- a comparison result of investigation railway switches on concrete sleepers with results of investigation railway switches on wooden sleepers was done;

- admissible speeds of trains for switches with concrete sleepers were established on base testing results of railway switches R65 1/11 and R65 1/9;

- technic-economic substantiation of introduction and exploitation railway switches with concrete sleepers in the Ukrainian railway was fulfilled.

Key words: railway switches, concrete sleepers, investigations, dynamic parameters of track, dynamic forces, stresses, displacement of rails.

Аннотация

Шавловский М.М. Теоретические и практические вопросы внедрения и эксплуатацию стрелочных переводов на железобетонных брусьях на железных дорогах Украины. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.22.06 - Железнодорожный путь. - Киевский институт железнодорожного транспорта, Киев, 2001.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям вопросов внедрения и эксплуатации на железных дорогах Украины стрелочных переводов на железобетонных брусьях. В роботе выполнены:

- теоретические расчеты по исследованию упруго-динамических параметров колеи на стрелочных переводах Р65 1/9 и Р65 1/11 с железобетонными брусьями;

- проведены экспериментальные динамико-прочностные исследования работы стрелочного перевода Р65 1/11 на железобетонных брусьях под действием подвижного состава;

- проведены экспериментальные динамико-прочностные исследования работы стрелочного перевода Р65 1/9 на железобетонных брусьях под действием подвижного состава;

- выполнены анализ и сравнение результатов исследований сил, напряжений и деформаций, что появляются при действии подвижного состава на переводы на железобетонных и деревянных брусьях;

- на основе результатов исследований динамического силового взаимодействия колеи и подвижного состава установлены допустимые скорости движения поездов по стрелочным переводам на железобетонных брусьях типа Р65 марок 1/11 и 1/9;

- выполнено технико-экономическое обоснование внедрения и эксплуатации на железных дорогах Украины стрелочных переводов на железобетонных брусьях.

в результате комплексных экспериментально-теоретических исследований получены новые результаты по силовому воздействию и напряженно-деформационному состоянию стрелочных переводов отечественного производства типа Р65 марок 1/11 и 1/9 на железобетонных брусьях при динамическом воздействии грузовых поездов в диапазоне скоростей движения от 5 до 140 км/час.

Теоретическими расчетами получены новые результаты по упруго-динамическим параметрам пути в зоне стрелочных переводов Р65 1/11 и 1/9 на железобетонных брусьях включая: распределение по длине переводов жесткости пути (также по всей длине переводов); упругих прогибов рельсовых нитей (также по всей длине переводов).

Дано научное обоснование возможности увеличения допустимых скоростей движения грузовых и пассажирских поездов по стрелочным переводам типа Р65 марок 1/11 и 1/9 на железобетонных брусьях и установлены пороговые значения этих скоростей.

Ключевые слова: стрелочные переводы, железобетонные брусья, упруго-динамические параметры пути, динамико-прочностные исследования, динамические силы, напряжения, деформации.

Размещено на Allbest.ru

...