2 - Стор 5
Ремонт та динаміка рухомого складу
У загальному випадку взаємодія колії та рухомого складу визначається особливостями конструкцій ходових частин рухомого складу та рейкової колії, а також якістю технічного утримання локомотивів, вагонів та колії.
Одним із способів досягнення цих цілей є підвищення осьових навантажень, що пов'язано зі посиленням вимог до стану шляху та штучних споруд, удосконаленням їх поточного змісту та, відповідно, зі збільшенням витрат.
З точки зору виживання залізниць як галузі економіки це означає, що, незважаючи на вживані заходи щодо підвищення продуктивності та зниження витрат з метою поліпшення фінансового стану, в даний час більшість залізничних компаній не в змозі забезпечити своєчасну окупність капітальних вкладень [1].
Для зміни ситуації в галузі на краще шляхом підвищення осьових навантажень і тим самим збільшення вантажообігу на основних магістральних лініях залізниці можуть вибрати два рішення: застосувати технології, що дозволяють послабити напружений стан у зоні контакту колесо — рейка і підвищити опір інфраструктури навантаженням, що збільшуються, з одночасним управлінням її характеристиками по здатності, що несе. Якщо забезпечувати можливість експлуатації рухомого складу з вищими осьовими навантаженнями шляхом підвищення міцності колійної структури, що потребує великих капітальних вкладень і не завжди ефективно в різних умовах експлуатації [2].
В даний час пріоритетним є шлях послаблення напруженого стану у взаємодії колеса та рейки [3].
Розглядаються чотири основні аспекти досягнення поставленої
зниженнярівня поперечних сил;
зниження статичних та динамічних (у тому числі ударних) вертикальних навантажень;
зниження контактних напруг у колесах та рейках;
покращення динамічних характеристик рухомого складу.
Використання наявних у розпорядженні залізниць технічних нововведень або їх поєднань у будь-якому з цих аспектів різною мірою змінює енергетичну картину контакту і, відповідно, знос контактуючих тіл.
Безпека руху поїздів, безперебійність та рентабельність роботи залізничного транспорту суттєво залежать від конструкції локомотивів, вагонів та стану колії. Залізничний шлях і рухомий склад є єдиною механічною системою, в якій вони взаємодіють, перебуваючи в залежності один від одного.
Призначення шляху та ходових частин рухомого складу полягає у напрямку руху рухомого складу, у забезпеченні для нього безперервної стійкої опори з мінімальним опором руху. У реальних умовах рейки та колеса мають нерівності на поверхнях катання, а також деякі технічні особливості. В результаті цих нерівностей в елементах рухомого складу та шляхи виникають коливання, а між ними динамічні сили взаємодії.
При русі енергія локомотива витрачається як на поступальне переміщення, а й у подолання сил тертя і порушення коливань. Коливання, у свою чергу, викликають знос і руйнування рухомого складу і шляху. Основне завдання дослідження динамічних процесів у системі «локомотив – шлях» полягає у визначенні оптимальних значень параметрів цієї системи, при яких значно зменшуються коливання та динамічні сили. Для визначення оптимальних параметрів необхідне дослідження коливальнихпроцесів локомотива та його окремих частин, встановлення критеріїв для оцінки плавності ходу, критеріїв стійкості проти сходу з рейок, перекидання та видавлювання вагонів зі складу поїзда, аналіз способів придушення звивистого руху рухомого складу та вібрації його елементів [4].
При вивченні процесів взаємодії шляху та рухомого складу досліджують коливання та динамічні сили, що розвиваються в єдиній динамічній системі
Усі завдання взаємодії можна класифікувати за ознакою «об'єкт вивчення» (ОИ). Під «об'єктом вивчення» для верхньої будови шляху розуміють:
заданий переріз колії або однієї рейки;
Ремонт та динаміка рухомого складу
сукупність заданих перерізів шляху;
безперервно задану ділянку колії.
Під «об'єктом вивчення» для рухомого складу розуміють:
задане колесо заданої одиниці рухомого складу;
однойменні колеса однотипних екіпажів;
усі колеса заданого екіпажу;
усі колеса однотипних екіпажів;
всі колеса поїзда.
Залежно від поєднання «об'єкта вивчення» для верхньої будови шляху та «об'єкта вивчення» для рухомого складу вирішується певне завдання з точки зору взаємодії верхньої будови шляху та рухомого складу, оцінки впливу на шлях, встановлення найбільших допустимих швидкостей руху заданого типу рухомого складу. У цьому частина завдань вирішується в детерміністичної постановці, тобто початкові і граничні умови може бути точно задані. Більшість завдань взаємодії вирішується у стохастичній (імовірнісній) постановці. Оцінюючи взаємодії рухомого складу на шлях становлять практичний інтерес такі величины:
- сили, що діють на шлях переміщення, швидкості таприскорення елементів шляху;
напруги в елементах колії;
інтенсивність накопичення залишкових деформацій у елементах шляху;
динамічні сили в елементах рухомого складу;
напруги в елементах рухомого складу;
переміщення, швидкості та прискорення елементів рухомого складу. Взаємодія колії та рухомого складу відбувається у складній
обстановці, чинники якої можуть суттєво змінювати характер та сили взаємодії аналізованої системи [5].
Найбільший економічний ефект досягається за допомогою заходів, спрямованих на верхню будову залізничної колії [6].
Важливе значення мають фундаментальні дослідження щодо вироблення перспектив подальшого розвитку залізничного транспорту та
комплексну оцінку його технічного рівня. Мають бути вирішені наукові проблеми забезпечення безпеки руху поїздів, створено та впроваджено сучасні, високоефективні технічні засоби забезпечення безпеки, розроблено наукові питання покращення умов праці залізничників та ліквідації важкої ручної праці.
1. S. Kalay, J. Samuels. Railway Track & Structures, 2002 № 3, нар. 13 - 16.
2. Викрадення дороги // Залізничний транспорт: Енциклопедія / Гол. ред. Н. С. Конарьов. - М.: Велика українська енциклопедія, 1994. - С. 61-
3. Львів, А. А. Взаємодія колії та рухомого складу при високих швидкостях руху та підвищених осьових навантаженнях [Текст] / О. А. Львів. - М.: Транспорт 1978 р.
4. Ковальов, Є. В. Економічна ефективність поліпшення динамічних якостей рухомого складу / Є. В. Ковальов // «Економіка промисловості». Вип. Ст, 1900. -
5. Годицький – Цвірко, А. М. Взаємодія колії та рухомого складу залізниць / О. М. Годицький –Цвірко. - Держтрансвидав, ОГІЗ, 1931.
6. Шаповалов, В. В. Стійкість елементів залізничної колії та вплив їх стану на процес динамічної взаємодії колії та рухомого складу / П. М. Щербак, О. І. Шевченко, М. Б. Шуб // ВЕСТНИК РГУПС. - 2000 р. - №1. - З
В. В. Шілер, А. В. Шілер, Н. А. Бєлоглазова
МЕТОДИКА АНАЛІЗУ ОДИННИХ ГЕОМЕТРИЧНИХ НЕРОВНОСТЕЙ РЕЛЬСІВ
Розроблено методику відносної оцінки динамічних властивостей одиночних нерівностей щодо критичних параметрів нерівності, встановлених правилами експлуатації верхньої будови колії.
Ремонт та динаміка рухомого складу
Згідно зі статистичними даними поїзна навантаження (за пропуском тоннажу), що витримується рейкою протягом терміну його служби до зняття з колії, варіюється від 100 млн. до 2,5 млрд. т брутто [6]. Причинами аварій і такого широкого діапазону (25-кратний) у ресурсі рейок, як правило, є незадовільна динаміка системи «рухомий склад – шляхи».
Аналіз показує, що максимальні величини динамічних добавок тиску колеса на рейку, що виникають під час руху рухомого складу, створюються на % за рахунок нерівностей у дорозі; за рахунок групових нерівностей на колесі –%, від ізольованих нерівностей на колесі – 0,2 ÷ 1,5 % Хвилеподібне зношування на окремих ділянках вражає до 10 ÷ 30 % рейок від загальної протяжності рейкових колій. За своєю формою хвилеподібний знос поділяють на два характерні види: короткі хвилі від 0,03 до 0,08 м, що відрізняються наявністю світлих горбів у чергуванні з темними западинами (рифлі), і з хвилями завдовжки від 0,2 до 2 м. Численними вимірами , наведеними у ВНДІЖТі [4] встановлено, що найбільша кількість нерівностей має довжину до 1,2 м, а ухил від 0,3 до 13 0/00. Крімнерівностей, роботу системи «колесо – рейка» різною мірою впливають понад 60 чинників. Для практичних цілей дослідження взаємодії колісної пари та верхньої будови колії, як показує аналіз робіт, достатньо обліку двох видів безперервних відступів: динамічних і геометричних (хвильовий знос) нерівностей шляху.
В ОмГУПС розроблений і виготовлений шляховимірювальний комплекс, призначений для одночасної реєстрації з підвищеною точністю восьми геометричних параметрів рейкової колії: хвилеподібний знос і горизонтальні нерівності обох рейкових ниток, ширина колії, піднесення за рівнем, міжшпальна відстань і зазор між шпалою і підошою головки рейки. За результатами вимірювань рейкової колії виконано статистичний аналіз та визначено закони розподілу амплітуд усіх видів геометричних нерівностей. Встановлено, що амплітуди хвилеподібного зносу мають логнормальний закон розподілу, який формується за дії великої кількості взаємно незалежних факторів [3, 6]. У цьому випадковий приріст пропорційний вже досягнутому на той час значенню амплітуди хвилі (тобто.
інтенсивність утворення нерівностей наростає із збільшенням їх амплітуд). Решта видів нерівностей мають нормальний закон розподілу амплітуд.
У частотній області спектри хвилеподібного зношування отримані через перетворення Фур'є кореляційної функції. По рейкових нитках спектри хвилеподібного зносу відрізняються як за кількістю піків, так і за амплітудами. Хвилястий знос є джерелом високочастотних коливань системи «колісна пара – шлях», вплив яких на земляне полотно значно знижує несучу здатність ґрунту, що сприяє збільшенню інтенсивності утворенняпросадок та перекосів.
Статистичний спектральний аналіз має низку недоліків. Так, у спектральному методі всі форми траєкторій усереднюються за рахунок перетворення на гармонійний ряд, який у спектральній щільності показує розподіл дисперсії амплітуд за частотами. Тому за спектральною щільністю неможливо ідентифікувати вид і довжину групових нерівностей з різними довжинами хвиль, встановити форму траєкторії одиночної нерівності, виконати прив'язку до конкретного відрізку шляху. В результаті при використанні спектральної щільності втрачається більша частина інформації про стан поверхонь катання головки рейки, що суттєво ускладнює встановлення причин утворення будь-якого виду зношування поверхонь головки рейки. Тому в подальших дослідженнях за результатами реєстрації нерівностей рейкової колії поряд із спектральним аналізом застосовується аналіз параметрів та траєкторії кожної нерівності. Прив'язка результатів вимірів нерівностей до ділянок рейкової колії здійснювалася за рейковими стиками, які були попередньо пронумеровані. Аналіз нерівностей проводився за такими параметрами: довжинам хвиль і амплітудам нерівностей, форм їх траєкторій, поєднанням нерівностей з різною довжиною хвиль.
При візуальній оцінці стану колії рейки використовують значення амплітуд і довжини хвиль нерівностей, а також їх кількість на одиницю довжини рейки. При цьому керуються наближеним співвідношенням: чим менше амплітуда і більша довжина хвилі, тим менша динамічна дія рухомого складу на шлях.
Ремонт та динаміка рухомого складу
Тому для об'єктивної та більш точної оцінки параметрів одиночної нерівності хвилеподібного зносу в запропонованій роботі запропоновано показник, який у числовійформі значно точніше й у числовій формі характеризує одиночну нерівність як динамічний чинник у системі «колесо – рейка». Цей показник отримано з використанням диференціального рівняння руху системи «колісна пара – шлях», в якому геометрична нерівність поверхні катання рейки представлена синусоїдою