Размещено на http://allbest.ru

22

1

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Планирование подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки железнодорожного пути с учетом критерия неравноупругости

05.02.22 - Организация производства (транспорт)

Гавриленко Александр Константинович

Екатеринбург - 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС) Федеральное агентство железнодорожного транспорта.

Научный руководитель: доктор технических наук Аккерман Геннадий Львович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Блажко Людмила Сергеевна,

кандидат технических наук Прохоров Владимир Михайлович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ)

Защита диссертации состоится 14 ноября 2007г. в 14 час. на заседании диссертационного совета КМ 218.013.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» по адресу: 620034 г. Екатеринбург, Колмогорова 66, ауд. 283.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «___» октября 2007 г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес Ученого совета Университета.

Ученый секретарь

Регионального диссертационного совета Александров А.Э.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Организация и планирование путевых работ в значительной степени определяет состояние железнодорожного пути, позволяет удлинить межремонтные сроки, экономить материально-технические ресурсы, существенно влияет на безопасность движения поездов.

На долю путевого хозяйства приходится около половины основных фондов железнодорожного транспорта Российской Федерации. Поэтому новые подходы к обоснованию своевременности назначения участков пути к ремонту и планово-предупредительной выправке - задача, напрямую влияющая на успех внедрения системы менеджмента качества на сети дорог ОАО «РЖД». Стабильное и надежное состояние железнодорожного пути в течение всего периода эксплуатации позволит привлекать дополнительные инвестиции в развитие перевозок и повысить конкурентоспособность ОАО «РЖД» на российских и международных транспортных рынках.

Планирование путевых работ основывается на установленных нормативными документами межремонтных сроках, а также на результатах мониторинга состояния пути и сравнения величин критериев назначения ремонтов и планово-предупредительной выправки с их допустимыми значениями.

Одно из важнейших свойств, отражающих состояние пути - его равноупругость. Она должна достигаться после всех путевых работ. Согласно «Техническим условиям на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути» (ЦПТ-53) основные работы по восстановлению равноупругости подрельсового основания - подъемочный ремонт и планово-предупредительная выправка. Объемы этих работ существенны. К примеру, в 2006 г. на сети ОАО «РЖД» объем машинизированной выправки пути превысил 20 тыс. км и составил шестую часть от развернутой длины главных путей.

Действующие критерии выбора участков вышеуказанных работ - количество отступлений II степени на километр пути, превышение процентной доли загрязненности щебня, число неисправных элементов верхнего строения пути. Состояние пути характеризуется балловой оценкой в различные периоды времени. Качество выполненных путевых работ также выражается в баллах: до и после.

Между тем, при выборе граничных значений параметров пути, при которых требуется проведение ремонтных и выправочных работ, необходимо оценивать динамику взаимодействия пути и подвижного состава с выделением негативных, с точки зрения накопления расстройств пути, состояний подрельсового основания. Проведение натурных экспериментов требует значительных затрат. В связи с этим большое значение имеет применение имитационного моделирования движения вагона по пути с его фактическим состоянием. Определение степени неравноупругости пути позволит принять более обоснованные решения по назначению подъемочных ремонтов пути и планово-предупредительных выправок, а также контролировать качество работ.

Целью диссертационной работы является создание методики планирования подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки пути с учетом степени неравноупругости подрельсового основания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Обосновать учет степени неравноупругости подрельсового основания при планировании и организации подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки железнодорожного пути.

2. Разработать методику определения упругого прогиба пути с использованием данных вагона-путеизмерителя и аппаратно-программного комплекса «Профиль».

3. Предложить и обосновать дополнительный критерий назначения подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки пути на участках с удовлетворительным состоянием земляного полотна и рельсовых скреплений.

4. Разработать методику планирования подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки пути с учетом критерия неравноупругости.

Объектом исследования в настоящей работе является система организации ремонтов и планово-предупредительных выправок пути, как части инфраструктуры железнодорожного транспорта ОАО «РЖД».

Предметом исследования являются критерии планирования участков подъемочного ремонта и планово-предупредительных выправок железнодорожного пути.

Методы исследования. Диссертационная работа базируется на экспериментально-теоретических исследованиях, в основу которых легли результаты анализа данных, полученных с вагонов-путеизмерителей и аппаратно-программного комплекса «Профиль» на участках Свердловской железной дороги - филиала ОАО «Российские железные дороги», а также результаты многовариантного имитационного моделирования на ЭВМ динамики вагона на основе теории дифференциальных уравнений при различных параметрах состояния пути. Для обработки полученных данных использованы методы теории вероятности и математической статистики, анализ Парето, положения теории взаимодействия подвижного состава и пути, теории планирования эксперимента, принцип математического изоморфизма.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. При планировании, организации и оценке качества ремонтно-путевых работ впервые предложено учитывать степень неравноупругости подрельсового основания.

2. Впервые разработана методика определения упругого прогиба пути с использованием данных вагона-путеизмерителя и аппаратно-программного комплекса «Профиль». Достоверность методики подтверждена экспериментально.

3. Разработан и научно обоснован дополнительный критерий назначения подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки на участках с удовлетворительным состоянием земляного полотна и рельсовых скреплений.

4. Впервые предложена методика планирования подъемочного ремонта и планово предупредительной выправки пути с учетом критерия неравноупругости.

Практическая значимость исследования. В результате выполненных исследований разработана методика определения упругого прогиба железнодорожного пути с использованием данных вагонов-путеизмерителей и съемных путеизмерительных тележек АПК «Профиль», позволяющая на участках со здоровым земляным полотном оценить упругие свойства пути без использования диагностических поездов.

Получена количественная оценка влияния параметров неравноупругости подрельсового основания на динамику взаимодействия подвижного состава и пути.

Разработана методика, которая по данным о неравноупругости подрельсового основания дает возможность более обоснованно принимать управленческие решения по назначению подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки пути.

На защиту выносится методика планирования подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки пути, включающая:

1. Обоснование необходимости учета степени неравноупругости подрельсового основания на участках со здоровым земляным полотном и годными рельсовыми скреплениями;

2. Методику определения упругого прогиба пути с использованием данных вагона-путеизмерителя и аппаратно-программного комплекса «Профиль», позволяющую проводить мониторинг и разрабатывать меры организационного воздействия на состояние железнодорожного пути;

3. Критерий назначения работ по восстановлению равноупругости железнодорожного пути, отражающий степень неравноупругости подрельсового основания;

4. Результаты численных экспериментов и имитационного моделирования взаимодействия пути и подвижного состава для оценки граничных значений критерия неравноупругости;

5. Методику планирования подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки пути с учетом критерия неравноупругости.

Реализация результатов работы. Разработанные в ходе исследований рекомендации по выбору участков, требующих восстановления равноупругости подрельсового основания, учитывались при выполнении ремонтных работ на Свердловской железной дороге, филиале ОАО «РЖД» в 2007 г.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы изложены, обсуждены и одобрены на конференциях, семинарах, совещаниях: межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту», ГОУ ВПО УрГУПС (Екатеринбург, 2005г.); научно-технической конференции, посвященной столетию Г.М.Шахунянца, МИИТ, (Москва, 2006г.); научно-практической конференции «Перспективы технического развития путевого комплекса ОАО «РЖД» в условиях его реформирования» посвященной 75-летию ПТКБ ЦП ОАО «РЖД» (Москва, 2007 г.).

Результаты диссертационной работы доложены на научно-технических советах, проводимых в филиале ОАО «РЖД» - «Свердловская железная дорога» в 2007 г.; на семинарах кафедры «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС в 2004-2007 гг. и кафедры «Путь и путевое хозяйство» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) в 2006 и 2007 гг.

Публикации. Основные положения диссертационной работы и научные результаты опубликованы в девяти печатных работах (9 статей), в том числе три статьи опубликованы в научных журналах, входящих в «Перечень изданий рекомендованных ВАК для публикаций научных результатов диссертации» («Путь и путевое хозяйство», «Транспорт Урала»); остальные статьи в сборниках научных трудов МИИТ, ДВГУПС, ПТКБ ЦП ОАО «РЖД», УрГУПС. Имеется решение о выдаче патента от 08.08.2007г, заявка на изобр.№2006122754/11 (024695) приоритет от 26.06.2006г.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, приложений и содержит 121 страницу, 41 рисунок в тексте, 16 таблиц. Библиографический список содержит 113 наименований.

Автор выражает признательность научному руководителю профессору Г.Л. Аккерману за помощь и поддержку в работе; благодарит коллектив кафедр «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС и «Путь и путевое хозяйство» МИИТ за плодотворное обсуждение и ценные замечания, а также инженеров О.В. Голубева, П.А. Желтышева, В.В. Роготнева, А.Ю. Дробкова, Е.А. Петрова и А.А. Семенова за помощь при постановке экспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности темы, формулируются цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе проведен краткий обзор исследований в области взаимодействия подвижного состава и пути, проанализирована система назначения ремонтов и планово-предупредительных выправок пути, сформулированы задачи, решаемые в работе, обоснована их актуальность.

Значительный вклад в изучение динамики работы пути под подвижной нагрузкой, а также вопросов организации и планирования ремонтов железнодорожного пути внесли исследования: Альбрехта В.Г., Ашпиза Е.С., Блажко Л.С., Бондаренко И.А., Бредюка В.Б., Васютинского А.Л., Вериго М.Ф., Воробъева Э.В., Гасанова А.И., Глюзберга Б.Э., Данилова В.Н., Дановича В.Д., Ершкова О.П., Желнина Г.Г., Каменского В.Б., Когана А.Я., Крачковского В.П., Крейниса З.Л., Крепкогорского С.С., Лазаряна В.А., Леванкова И.С., Левинзона М.А., Лысюка В.С., Матюшина Н.Т., Мишина В.В., Певзнера В.О., Петрова Н.П., Прохорова В.М., Тимошенко С.П., Филоненко-Бородича М.М., Фришмана М.А., Холодецкого А.А., Шахунянца Г.М. и других ученых, а также коллективов научно-исследовательских институтов и работников железнодорожного транспорта.

Согласно различным исследованиям, в том числе проведенным на кафедре «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС, на накопление расстройств пути значительное влияние оказывает неравноупругость подрельсового основания. Она влияет: на стабильность состояния пути (изменяющаяся по длине пути жесткость усложняет динамику взаимодействия подвижного состава и пути); на напряженно-деформированное состояние пути (модуль упругости и коэффициент относительной жесткости пути участвует во многих формулах расчета пути на прочность); на износ рельсов. Эту же закономерность можно проследить в работах ученых МИИТа, ДИИТа, ВНИИЖТа. Установлено, что в ряде случаев численные значения динамических сил, вызванных неравноупругостью, оказываются больше, чем силы вызванные наличием неровностей в пути. Более того, при неудовлетворительном контроле жёсткости пути при железобетонном подрельсовом основании повышается выход рельсов по дефектам, особенно связанный с контактными повреждениями головки рельсов.

Для восстановления равноупругости подрельсового основания предназначен подъемочный ремонт пути и планово-предупредительная выправка. Работы назначаются по результатам проверки путеизмерительным вагоном, которая определяет число и сочетание различных отступлений от нормативов содержания рельсовой колеи, характеризуя бальность участка. Основным критерием, для назначения указанных работ служит предельное число отступлений на километр [N] (от 20-ти до 40-ка) в зависимости от классности пути при не превышении процента загрязненности балласта, дополнительными - доля негодных шпал и скреплений. Нормирование и планирование работ по числу отступлений обладает рядом недостатков.

Во-первых, число отступлений на километр, загрязненность балласта, число негодных шпал и скреплений лишь косвенно отражают жесткость пути.

Во-вторых, имеется существенный разброс установленных скоростей, при которых нормируется одно и тоже число отступлений. При этом, чем выше грузонапряженность участка (группа пути), тем интервал скоростей больше.

В-третьих, число отступлений на километре включает в себя слишком большое количество разнообразных отступлений от норм (отступления по уровню, просадке, перекосу, рихтовке, и др.), а также всевозможных их сочетаний, что не позволяет дать качественную оценку проблем, вызвавших неравножесткость на участке.

В-четвертых, число отступлений на километр не является реальной физической величиной, с помощью которой можно охарактеризовать напряжения или силы, возникающие в элементах верхнего строения пути. К тому же загрязненность балласта практически не определяется, поэтому ее присутствие в качестве критерия для назначения путевых работ носит формальный характер.

Проведенный в диссертационной работе анализ показывает, что необходимо дополнить критерии назначения подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки характеристикой неравноупругости участка. Для определения пороговых значений неравноупругости предлагается использовать имитационное моделирование движения вагона по неравножесткому пути. На основании проведенного анализа организации назначения участков подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе разработана методика определения упругого прогиба пути с использованием данных вагона-путеизмерителя и аппаратно-программного комплекса «Профиль». Методика включает в себя: получение данных о просадках рельсовых нитей (далее просадках) и взаимном положении рельсовых нитей по уровню (далее уровне) с помощью указанных путеизмерительных средств; определение упругого прогиба пути как разницы ненагруженного и нагруженного положений рельсовой колеи с требуемым шагом по длине участка.

Для определения упругого прогиба пути существуют разные способы. ВНИИЖТ разработал специальный измерительный комплекс. По результатам его прохода можно определить упругие перемещения рельсов под нагрузкой комплекса. В данной работе предлагается определять упругие характеристики пути с помощью доступных путеизмерительных средств. Для получения данных о геометрии рельсовых нитей под воздействием подвижной нагрузки могут быть использованы вагоны-путеизмерители, являющиеся основным средством контроля состояния пути на железных дорогах Российской Федерации, а для получения данных о геометрии ненагруженного пути - съемные путеизмерительные средства, в частности аппаратно-программный комплекс (АПК) «Профиль». В диссертационной работе экспериментальное определение упругих прогибов пути проведено на участках Свердловск-сортировочный - Решеты и Свердловск-сортировочный - Шувакиш (на обоих участках звеньевой путь, шпалы деревянные, балласт асбестовый, рельсы Р65). Данные по просадкам и уровню, полученные от прохода по исследуемым участкам вагона-путеизмерителя (ВПИ) КВЛ-П и тележки АПК «Профиль», обрабатывались и импортировались в табличный редактор EXCEL из программы ЦПТ 53 v4.20 и программы WAY. После чего построены совместные для обоих измерительных комплексов графики просадок и уровня с интервалом по длине 1 метр (рис. 1). Видно, что между графиками, полученными разными устройствами есть тесная связь. Разница ординат графиков показывает упругий прогиб пути с учетом динамики вагона.

Рис. 1. Графики уровня и просадок от ВПИ КВЛ-П и АПК «Профиль» на исследуемом участке Свердловск-сортировочный - Решеты (фрагмент)

Для подтверждения достоверности данных об упругом прогибе пути, полученных с помощью ВПИ КВЛ-П и АПК «Профиль», автором разработан способ определения упругого прогиба пути под движущейся нагрузкой с использованием цифровой видеосъемки (решение о выдаче патента от 08.08.2007г, заявка на изобр.№2006122754/11 (024695) приоритет от 26.06.2006г). Для этого в выбранных контрольных точках, за пределами пути устанавливается геодезический штатив с видеокамерой. На рельс наносится горизонтальная метка и прикладывается металлическая линейка. Фиксируется кадр рельса с линейкой без нагрузки. Затем, не меняя фокусное расстояние, записывается поведение рельса под движущимся поездом. Стоит отметить, что наличие у современных видеокамер стабилизатора исключает влияние вибраций от воздействия подвижного состава на качество изображения.

Компьютерная обработка в графическом редакторе позволяет сопоставить кадры нагруженного и ненагруженного рельса и в делениях линейки визуально определить упругий прогиб рельса. При этом в зависимости от фокусного расстояния и разрешающей способности видеокамеры точность взятия отсчета по линейке достигает 0.1мм. Проверка таким способом данных об упругом прогибе пути на выбранных случайным образом сечениях пути показала хорошую качественную и количественную сходимость результатов, полученных косвенным путем (по данным ВПИ КВЛ-П и АПК «Профиль») и прямым замером (с помощью видеосъемки), - расхождение составило в среднем 11%. По полученным значениям построены графики изменения упругого прогиба пути по каждому рельсу. Фрагмент графика для участка Свердловск-сортировочный - Решеты приведен на рисунке 2. Из рис. 2 видно, что упругий прогиб пути на исследуемом участке колеблется в широких пределах (от у_min= 0,3 мм до у_max= 12,9 мм).



Рис. 2. График изменения упругого прогиба пути, правый рельс (фрагмент для участка 1638 км - 1639 км)

Полученный практический «аппарат» для оценки жесткости пути, позволяет совершенствовать систему назначения участков работ по тем видам ремонтов, которые направлены на поддержание равноупругости подрельсового основания, а также оценивать качество ремонтов. Стоит учитывать, что упругая осадка пути содержит обобщенный прогиб всех элементов верхнего и нижнего строения (подрельсовые подкладки и прокладки, шпалы, балласт, земляное полотно) и не дает информацию о доле каждого элемента.

Поэтому при принятии решения о назначении участка пути к ремонту или планово-предупредительной выправке необходимо учитывать состояние шпал и скреплений (визуальные осмотры пути) и состояние земляного полотна, учет деформаций которого ведется в паспорте неустойчивого и деформирующегося земляного полотна формы ПУ-9. При наличии неисправностей земляного полотна требуются дополнительные исследования.

Решение по виду и сроку ремонта на таком участке принимаются отдельно. На Свердловской железной дороге протяженность участков с больным земляным полотном составляет около 1 % от развернутой длины дороги, поэтому на остальных участках равноупругость подшпального основания восстанавливается в основном подбивкой балластного слоя и заменой негодных шпал и скреплений. При этом доля просадки балласта в общем прогибе пути может составлять 10 - 40 %, а в отдельных случаях и больше. Так как упругий прогиб, модуль упругости и жесткость пути величины вероятностные, то они обладают своими среднеквадратическими отклонениями и коэффициентами вариации.

Чтобы оценить степень неравноупругости пути, необходимо определить скользящее среднеквадратическое отклонение (СКО) одного из параметров упругости пути (упругого прогиба S_у, модуля упругости подрельсового основания S_u или жесткости пути S_ж).

Поскольку определение пороговых значений неравноупругости в настоящей работе проведено путем имитационного моделирования, входными данными которого являются жесткость связей, в дальнейшем все выводы о пороговых значениях неравноупругости сделаны по скользящим СКО жесткости пути.

Однако с учетом того, что наибольшее распространение при оценке упругих свойств пути получил модуль упругости подрельсового основания, для выбора критериев назначения работ произведен перерасчет к скользящему СКО модуля упругости S_u. Скользящие СКО вычисляются на отрезках длиной 100 м последовательно со сдвигом пути на 1 м по формулам:

, (2)

, (3)

где х_j - значение модуля упругости в i-м сечении пути, мм;

n - количество измерений на отрезке длиной 100 м.

В третьей главе изложены результаты проведенных численных экспериментов и имитационного моделирования по оценке влияния неравноупругости пути на динамику взаимодействия пути и подвижного состава. Определены факторы, которые совместно с неравноупругостью пути существенно влияют на ускорения неподрессоренных частей вагона.

Для нахождения скользящего СКО модуля упругости подрельсового основания как порогового критерия неравножесткости проводилось имитационное моделирование динамики рельсовых экипажей в программной среде «Универсальный Механизм» (UM), с использованием готовой математической модели движения грузового вагона, разработанной на кафедре «Вагоны» Уральского государственного университета путей сообщения.

Достоверность математической модели движения грузового вагона доказана сравнением расчетных показателей, полученных на модели кафедрой «Вагоны» УрГУПС, и экспериментальных, полученных ФГУП «ПО Уралвагонзавод» при динамических испытаниях полувагонов.

В основе теоретических исследований лежит принцип математического изоморфизма. В качестве изоморфных систем в работе выступает реальное динамическое взаимодействие пути и подвижного состава и его модель, состоящая из 19 масс, связанных между собой упруго-диссипативными связями.

Распределенный по длине коэффициент демпфирования пути принимался на основании исследований д.т.н. Когана А.Я. равным 610⁴ Нс/м². Неравножесткость подрельсового основания задавалась в модели в виде колебания с гармонической составляющей по формуле (4).

(4)

где Ж₀ - средняя величина жесткости пути в текущем эксперименте;

А_i - коэффициент изменения амплитуды колебаний жесткости i-й гармоники; N - число гармоник; l_i - длина волны изменения жесткости i-й гармоники; х - длина пути.

Длины волн неравножесткости принимались по результатам исследований Леванкова И.С (i=1..5; l₁ = 15,62 м; l₂ = 3,57 м; l₃ = 2,67 м; l₄ = 1,43 м; l₅ = 0,54 м), а изменение амплитуды колебаний жесткости выполнялось подбором так, чтобы среднеквадратическое изменение жесткости пути отличалось в каждом эксперименте на 7 - 15 %. При этом кроме неравножесткости пути из процесса моделирования исключены все несовершенства рельсов и колес, чтобы выявить чистое влияние неравножесткости на исследуемую величину.

Для оценки влияния значений скорости и массы вагона, а также плана исследуемого участка, жесткости и неравножесткости подрельсового основания в работе было предложено выделить наиболее значимые факторы для того, чтобы сократить численные исследования. Это осуществлялось методами планирования эксперимента.

В результате поставленного полного факторного эксперимента получены зависимости поверхности отклика от изменения факторов в виде (5):

(5)

При этом значения линейных коэффициентов рассчитывались по формуле:

, (6)

где N - число факторов, H - число опытов в эксперименте. - логическое значение фактора (равно 1 или -1).

Коэффициенты взаимовлияния вычисляются по формуле:

. (7)

В случае проведения эксперимента типа общее количество опытов, необходимых для определения искомой линейной зависимости (5), будет равно:

, (8)

где - число факторов,

- число повторений эксперимента в каждой «точке» плана.

В предложенной методике число опытов равно .

В качестве параметра отклика принято вертикальное ускорение на буксовых узлах а_в, возникающее при движении вагона по неравножесткому пути. После обработки результатов эксперимента была получена модель в виде (5), представленная полиномом первой степени.

Анализ регрессионной зависимости показывает, что наиболее значительно на величину параметра отклика влияют факторы: х₁ - скорость движения и х₄ - неравножесткость пути, кроме того существенно влияние сочетаний факторов х₁ и х₂ - скорости и массы вагона; х₂ и х₃ - массы вагона и жесткости пути; х₃ и х₄ - жесткости и неравножесткости пути.

После того как были определены факторы (параметры состояния), имеющие преобладающее влияние на динамику взаимодействия пути и подвижного состава, проведены многовариантные расчеты.

Моделировалось движение полувагона на прямом участке пути с различной осевой нагрузкой (5.7, 20, 23.7 т) с различной неравножесткостью пути (коэффициент вариации 0.0 - 0.8) и скоростями движения 11; 15; 20 и 25 м/с.

На рис.4. представлена осциллограмма изменения вертикального ускорения буксовых узлов, при движении полувагона с осевой нагрузкой 23,7 т со скоростью 11 м/с по пути со средней жесткостью 49000 кг/см (U_ср = 22 МПа) и неравножескостью 7200 кг/см (S_u = 4.4 МПа).

Рис.4. Осциллограмма изменения ускорений буксовых узлов по длине участка

Общее количество полученных осциллограмм - 336. По каждой осциллограмме определены максимальные значения ускорений буксовых узлов.

В четвертой главе впервые предложены критерии назначения подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки, учитывающие степень неравноупругости подрельсового основания на участках с удовлетворительным состоянием земляного полотна. Разработана методика планирования ремонтов пути с учетом критерия неравноупругости.

По полученным в ходе численных экспериментов данным построены зависимости изменения вертикальных ускорений буксовых узлов от скорости движения, осевой нагрузки вагона, модуля упругости и неравноупругости подрельсового основания.

Для нахождения пороговых значений скользящего среднеквадратического отклонения модуля упругости подрельсового основания S_u, при котором необходимо назначать работы по восстановлению равноупругости пути, составлены «карты рельефа ускорений».

Они представляют собой зависимости изменения вертикального ускорения неподрессоренных частей экипажа а_в от осевой нагрузки Р_ос и неравноупругости S_u для различных скоростей движения V и среднего модуля упругости подрельсового основания U_ср .

Карты для среднего модуля упругости подрельсового основания U_ср =22 МПа приведены на рис. 5, 6.

Рис.5. Карты рельефа ускорений при V = 11 и 15 м/с (U_ср =22 МПа)



Рис.6. Карта рельефа ускорений при V = 20 и 25 м/с (U_ср =22 МПа)

Таким образом, результаты моделирования рассматриваются в трехмерной плоскости, что дает возможность учитывать совместное влияние сразу нескольких факторов на исследуемую величину. Анализ карт показывает, что характеристика рельефа ускорений существенно зависит от сочетаний всех расчетных параметров (а_в, Р_ос, U_ср, S_u,, V ). Выводы о негативных с точки зрения накопления расстройств пути диапазонах ускорений по каждой карте делается отдельно.

В итоге, получены различные пороговые значения S_u в зависимости от класса пути и диапазона скоростей движения поездов (см. табл. 1). Помимо критерия неравноупругости в таблице оставлены все действующие критерии, за исключением степени загрязненности балласта.

Таблица 1. Предлагаемые критерии назначения подъемочного ремонта и планово - предупредительной выправки пути

Класс пути	Скорость грузовых поездов км/ч	Основной критерий	Дополнительные критерии
			Действующие критерии	Предлагаемый критерий
		Кол-во отступлений 2 степени, шт/км, более	Негодных деревянных шпал, от и до %	Шпал с выплесками, от и до %	Негодных скреплений, от и до %	Ucp=22 Мпа (Уср = 3.3мм)	Ucp=50 Мпа (Уср = 1.9 мм)	Ucp=100 Мпа (Уср =1.1 мм)	Ucp=150 Мпа (Уср = 0.95 мм)
1 и 2	61-90	25 (20)	6 -10	2-3	10-15	7,8-9,9	17,5-19,5	27,2-42,5	42,0-51,0
2	40-60	30 (25)				10,0-10,6	25,0-28,2	42,5-45,0	> 74,5
3	61-90	35 (30)	6-10	2-3	10-15	8,7-10,4	19,5-22,0	42,5-45,0	> 51,0
	40-60	35 (30)	10-15	4-7	15-20	10,5-11,0	> 27,5	> 44,5	> 80,0
4	40-60	40 (40)	15-25	5-10	20-30	10,5-11,5	> 28,9	> 46,7	> 80,0

Прим. В скобках приведены значения количества отступлений для назначения планово-предупредительной выправки.

Этот показатель предлагается устранить из-за трудности его установления в условиях линейных подразделений (отсутствует удобная и доступная методика), оставив в качестве показателя состояния балластного хозяйства количество шпал с выплесками. К тому же загрязненность балласта косвенно сможет учесть и критерий неравноупругости.

Существенный разброс пороговых значений S_u для пути с различным средним модулем упругости объясняется тем, что при жестком пути (U_ср > 100 МПа) изменение U_ср на 50% (со 100 МПа до 150 МПа) приводит к уменьшению упругого прогиба всего на 0.15 мм, поэтому для жесткого пути допускаются сравнительно большие значения критерия неравноупругости. Правильность выводов подтверждается коэффициентом вариации _u, который представляет собой отношение S_u к U_ср. Для всех значений модуля упругости пути коэффициент вариации, при котором необходимо назначать работы, в зависимости от класса пути и скорости колеблется в пределах 0.27 - 0.5. При этом нижняя граница этого интервала соответствует более жесткому пути с высоким классом и скоростью, а верхняя граница - пути с низким классом и скоростью.

Предлагаемый порядок назначения участков подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки:

а) проводится оценка упругих характеристик пути, в рамках совершенствования системы мониторинга пути;

б) определяются участки пути, имеющие превышения на начало года ремонта нормативной наработки тоннажа или срока службы в годах;

в) выбираются участки со значением основного критерия не менее 80% от нормируемого;

г) на выбранных участках оцениваются дополнительные критерии негодных элементов верхнего строения пути с определением произведения их долей от нормируемых значений, аналогично тому, как это делается в соответствии с «Техническими условиями на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути»;

д) в случае, когда по основному критерию путь подлежит подъемочному ремонту или планово-предупредительной выправке, работы назначаются с ранжированием участков по критерию неравноупругости.

е) в случае, когда по основному критерию путь не подлежит подъемочному ремонту или планово-предупредительной выправке, то оценивается доля негодных элементов верхнего строения пути и если она больше 80%, то работы назначаются с ранжированием участков по критерию неравноупругости, если нет - работы не требуются.

Участки, на которых критерий неравноупругости превышает установленные таблицей 1 величины, можно наглядно определить по графику изменения скользящего среднеквадратического отклонения (рис.7, выделен рамкой), построенному по результатам определения упругих свойств пути на участке.

Рис.7. Фрагмент графика S_U на участке для оценки потребности в работах по восстановлению равноупругости пути

Для приведения пути в равноупругое состояние широко используется подбивка подшпального основания выправочно-подбивочными машинами. Основной машиной выправочного комплекса в настоящее время является «Дуоматик». путь подрельсовый железнодорожный выправка

На 180-ти метровом участке перегона Исток - Косулино Свердловской железной дороги проведен эксперимент по оценке влияния режима подбивки машины «Дуоматик» на восстановление равноупругости пути. Инструкция по работе машины рекомендует определять параметры цикла подбивки в зависимости от высоты подъемки пути.

В ходе опыта через 10м по пути с помощью видеосъемки проводилось определение упругого прогиба пути до подбивки. После чего проведена подбивка каждого участка в разных режимах (отличаются длительностью цикла сжима): на участке 10 - 70 цикл 1,6с; на участке 80 - 140 цикл 2х1с с уплотнителями балласта; на участке 150 - 180 цикл 3х1с с уплотнителями балласта. Затем определены упругие прогибы пути после подбивки в тех же точках пути (см. рис. 8).

Рис.8. Упругий прогиб пути до и после подбивки машиной «Дуоматик»

В результате эксперимента сделан вывод о необходимости изменения длительности цикла подбивки пути не только в зависимости от величины подъемки или сдвижки, но и от жесткости в конкретном сечении пути. Для выработки более полных практических рекомендаций требуются дополнительные экспериментальные и теоретические исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Для назначения подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки железнодорожного пути и оценки качества проведенных работ предложено использовать упругие характеристики пути. Для этого необходимо натурно определять упругий прогиб железнодорожного пути y и расчетом устанавливать модуль упругости подрельсового основания U и скользящее среднеквадратическое отклонение модуля упругости S_u.

2. Определение упругого прогиба y в рамках мониторинга пути предложено выполнять с использованием имеющихся на сети железных дорог Российской Федерации вагонов-путеизмерителей и мобильных путеизмерительных тележек АПК «Профиль». В этом случае не требуется организационно-распорядительных мероприятий по включению в график мониторинга дополнительных единиц техники. Данные с вагонов-путеизмерителей возможно получать с частотой равной частоте проверок пути путеизмерителями, а проведение измерений тележками АПК «Профиль» может проходить «под прикрытием» имеющихся на дистанциях пути дефектоскопных и путеизмерительных тележек.

3. Достоверность экспериментальных данных об упругом прогибе пути, полученных в работе с помощью вагона-путеизмерителя КВЛ-П и АПК «Профиль», проверена авторским способом с использованием цифровой видеосъемки. Проверка показала хорошую качественную и количественную сходимость результатов, - расхождение составило в среднем 11%.

4. При принятии решения о назначении участка пути к ремонту или планово-предупредительной выправке необходимо учитывать состояние шпал и скреплений (визуальные осмотры пути) и состояние земляного полотна. При наличии неисправностей земляного полотна требуются дополнительные исследования. Решение по виду и сроку ремонта на таком участке должны приниматься отдельно.

5. Чтобы оценить степень неравноупругости пути, необходимо определять скользящее среднеквадратическое отклонение модуля упругости (упругого прогиба). Предлагается определять скользящие СКО на базе стометровых участков пути с последовательным сдвигом на 1 м.

6. Получена зависимость поверхности отклика от изменения факторов х₁…х_N (скорости движения, осевой нагрузки вагона, жесткости и неравножесткости подрельсового основания), позволившая оценить степень влияния каждого фактора на силу воздействия на путь. Установлено, что наиболее значительно на величину параметра отклика (ускорение неподрессоренных частей экипажа) влияют скорость движения и неравножесткость пути.

7. Получены граничные ускорения буксовых узлов при движении вагона по пути с различной неравноупругостью (неравножесткостью) в зависимости от скорости движения, массы вагона, жесткости и неравножесткости подрельсового основания при отсутствии несовершенств рельса и колеса.

8. Для различных классов пути получена усовершенствованная таблица с критериями назначения подъемочных ремонтов и планово-предупредительных выправок, которую предлагается включить в «Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути». Дополнительный критерий - скользящее среднеквадратическое отклонение модуля упругости подрельсового основания S_u - в зависимости от скорости движения грузовых вагонов и класса пути колеблется от 7,8 до 11,5 МПа (для пути со средним модулем упругости Ucp=22 МПа) и от 42,0 до 80,0 МПа (для пути со средним модулем упругости Ucp=150 МПа).

10. В перспективе, с учетом дальнейшей информатизации путевого хозяйства и внедрения системы менеджмента качества, предлагается включить в функцию путевых центров диагностики (ПЦД) прогнозирование изменения состояния железнодорожного пути с помощью имитационного моделирования движения вагона по пути с реальными значениями деградационных изменений в системе «колесо-рельс» (износ головки рельса, колес вагонов, нарушение равноупругости и др.)

11. Экспериментально установлено, что сплошная подбивка неравноупругого железнодорожного пути машиной «Дуоматик» при выборе режима подбивки только в зависимости от величины подъемки и сдвижки пути не придает пути свойств равноупругости. Рекомендуется изменять длительность цикла подбивки также в зависимости от жесткости пути на расчетном участке.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Гавриленко, А.К., Аккерман, Г.Л. Организация планирования ремонтов по восстановлению равноупругости железнодорожного пути [Текст] // Транспорт Урала. - 2007. - №3(14). - С.83-87.

2. Аккерман, Г.Л., Аккерман, С.Г., Гавриленко А.К. и др. Оценка состояния железнодорожного пути [Текст] // Транспорт Урала. - 2006. - №4 (11). - С.37-47.

3. Гавриленко, А.К. Учет жесткости железнодорожного пути [Текст] // Путь и путевое хозяйство: научно-популярный, производственно-технический журнал. - 2007. - №4. - С.37-39.

4. Гавриленко, А.К. Основные этапы становления и пути совершенствования методов определения характеристик состояния железнодорожного пути [Текст]. - Путь и железнодорожное строительство: Сб. науч. тр. / УрГУПС; Под ред. д.т.н. Г.Л. Аккермана. - Екатеринбург: УрГУПС, 2005. - C.103-112.

5. Гавриленко, А.К. Новый подход к определению жесткости железнодорожного пути [Текст]. - Проблемы развития сети железных дорог: Сб. научн. тр. / ДВГУПС; Под ред. д.т.н. В.С. Шварцфельда. - Хабаровск: ДВГУПС, 2006. - C.114-117.

6. Гавриленко, А.К. О критериях назначения участков подъемочного ремонта и планово-предупредительной выправки железнодорожного пути [Текст]. - Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: Труды третьей научно-практической конференции с международным участием. - Москва: МИИТ, 2006г. - С.188-191.

7. Гавриленко, А.К. Назначение ремонтов пути по критерию равноупругости [Текст]. - Перспективы технического развития путевого комплекса ОАО «РЖД» в условиях его реформирования: Труды научно-технической конференции с международным участием в связи с 75-летием ПТКБ ЦП ОАО «РЖД». - Москва, 2007. - С.192-195.

8. Гавриленко, А.К., Аккерман, Г.Л. Использование критерия неравноупругости в системе планирования ремонтов железнодорожного пути [Текст] // Современные устройства и системы автоматики, информатики и связи / Под ред. Б.С. Сергеева.- Екатеринбург: УрГУПС, - 2007. - C.103-112

9. Гавриленко, А.К., Смердов М.Н. Использование данных современных путеизмерительных средств для определения вертикальной жесткости пути [Текст]. - Повышение эффективности работы путевого хозяйства и инженерных сооружений железных дорог: Труды научно-практической конференции.- Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С.199.

10. Способ определения упругого прогиба железнодорожных рельсов. Решение о выдаче патента от 08.08.2007г, заявка на изобр.№2006122754/11 (024695) приоритет от 26.06.2006г.

Размещено на Allbest.ru

...