Определение критических параметров оценки устойчивости бесстыкового пути

Оглавление

Toggle

Цикл статей:
Глава 1 – Зависимость устойчивости бесстыкового пути от типов промежуточных рельсовых скреплений и условий их эксплуатации

Глава 2 – Экспериментальное определение сопротивления промежуточ­ных скреплений повороту рельсов относительно шпал

Глава 3 – Оценка устойчивости бесстыкового пути в зависимости от вида и условий эксплуатации промежуточных рельсовых скреплений методом дифференциальных уравнений равновесия

Глава 4 – Определение критических параметров оценки устойчивости бесстыкового пути

При определении критических параметров оценки устойчивости бесстыкового пути методом дифференциальных уравнений автором была написана программа на языке программирования Delphi. Интерфейс про­граммы представлен на рисунке 18.

В качестве примера определим критические параметры, определяю­щие устойчивость бесстыкового пути со скреплением КБ-65 и затяжкой гаек клеммных болтов 150Нм при следующих исходных данных: F = 82,56-\0′⁴м²– площадь поперечного сечения рельса Р-65; / = 564 • 10^-8л/⁴ – момент инерции рельса;

В=2,429кН/м при эпюре шпал 1%40ип]км,В=2,64кН/м при эпюре шпач 2000шт/км, ¿> = 0,513-10″³лг – коэффициенты, характеризующие щебеночный балласт; М = 0,88, д = 23,8, г = 0,0011 – коэффициенты, характеризующие скрепление КБ-65 при затяжке гаек клеммных болтов крутящим моментом 150Нм для эпюры шпал 2000 шт/км.

Расчет проведем для кривого участка пути радиусом 1000 м и эпю­рой шпал 2000 шт/км при значении амплитуды напряженной неровности С=0,002 м с помощью программы по определению критических парамет­ров оценки устойчивости бесстыкового, на пути методом дифференциаль­ных уравнений, написанной на языке программирования Delphi. Критиче­ские параметры связаны следующей системой трансцендентных уравне­ний:

Зададимся в первом приближении значением критической продоль­ной силы /^=2000кН и пользуясь первыми четырьмя уравнениями систе­мы (99), проведем вычисления:

Во втором приближении примем Р_1к = 1,75-10³ кН Произведя расчеты, получим:

Аналогично расчету, представленному выше, автором был проведен комплекс расчетов и получены зависимости критических параметров от амплитуды бытовой неровности пути при следующих характеристиках конструкции верхнего строения пути:

балласт щебеночный, рельсы Р65, скрепления типа КБ-65, ЖБР-65 и АРС-4, F = 82,56-10′⁴м²\ й = 0,5-10′²кН1м\ I = 564-Ю”⁸лг⁴; Ъ = 0,513ЛО^м;

В=2,429кН/ м при эпюре шпал \840шт/км’,В=2,64к11/м при эпюре шпал 2000шт/км’, крутящие моменты затяжки гаек клеммных болтов принимались 50, 100, 150 и 200 Нм, на скреплениях с подкладочным вариантом (КБ) гайки за­кладных болтов были затянуты с нормативной затяжкой 120Нм. Для скре­пления типа АРС-4 прижатие клеммы характеризовалось позицией моно­регулятора – эксцентрика (1-я, 2-я, 3-я и 4-я позиции). Расчеты велись для прямого участка пути и для кривых участков с радиусами 1200, 1000, 800 и 600 м, с эпюрой шпал 1840 шт/км и 2000 шт/км.

На рис. 2-6 представлены зависимости продольной критической си­лы от бытовой неровности для скреплений типа КБ-65, ЖБР-65, АРС-4.

Рис. 20. Зависимости продольной критической силы от величины бытовой неровности пути для скрепления ЖБР – 65 при прижатиях рельса крутящими моментами 200Нм, 150Нм, ЮОІІм и 50Нм. а) прямой участок пути; б) радиус 1000 м;

Из рисунка 22 видно, что при увеличении затяжки гаек клеммных болтов продольная температурная критическая сила возрастает.
Величина повышения температуры рельсовой плети [М_д]°С, допус­каемая по условию устойчивости пути против выброса [51] при различных типах скреплений, степени прижатия рельса к подрельсовому основанию, а также при различных радиусах кривых участков пути может быть опре­делена по формуле

где а – коэффициент линейного расширения рельсовой стали, а = 0,0000118 град^-1;

Е – модуль упругости рельсовой стали, £ = 2,Ы0Ч-///.и²; Г – площадь поперечного сечения рельса, F = 82.56 -10″⁴л(²;

м_у – величина повышения температуры рельсовой плети, допускае­мая по условию устойчивости пути против выброса, °С;

к_у – коэффициент запаса (принимается равным 1,5).

В таблице 6 приведены значения повышений температуры рельсо­вой плети, допускаемых по условию устойчивости пути для скреплений КБ-65, ЖБР-65, АРС-4 при амплитуде бытовой неровности пути равной 2мм.

степень при­жатия	эпюра шпал, шт/км	Повышение температуры рельсовой иле ги А1у, допускаемое по условию устойчивости пути против выброса.
		в прямом участке	в кривых радиусом, м
			2000	1200	1000	800	600
1. Для скрепления типа КБ-65
50Нм	2000	63	56	53	52	50	48
	1840	61	55	52	51	49	46
ІООНм	2000	66	59	56	55	53	50
	1840	65	58	55	54	52	49
150Нм	2000	68	61	58	56	54	51
	1840	66	59	56	55	53	50
200Нм	2000	70	62	59	58	56	52
	1840	68	61	57	56	54	50
2. Для скрепления типа ЖБР-65
50Нм	2000	58	51	48	47	45	42
	1840	57	50	47	46	45	42
ЮОНм	2000	62	55	52	51	49	46
	1840	61	54	51	50	48	45
150Нм	2000	66	59	56	54	53	50
	1840	64	57	54	53	51	48
200Нм	2000	80	73	70	69	67	63
	1840	77	70	67	66	64	60
3. Для скрепления типа АРС-4
1-я позиция*	2000	51	45	42	41	39	36
	1840	51	44	42	40	39	36
2-я позиция*	2000	54	48	45	43	42	39
	1840	54	47	44	43	41	38
3-я позиция*	2000	56	49	46	45	43	40
	1840	55	49	46	44	43	40
4-я позиция*	2000	57	50	47	46	44	41
	1840	56	50	47	45	44	41

Для сравнения в таблице 7 представлены данные повышений темпе­ратуры рельсовой плети для рельсов типа Р-65, допускаемых по усло­вию устойчивости пути (Технические указаний по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути, Допускаемые повышения температур рельсовых плетей).

эпюра шпал, шт/км	Повышение температуры рельсовой плетиА(у°С, допус­каемое по условию устойчивости пути.
	в пря­мом участке	в кривых радиусом, м
		2000	1200	1000	800	600
щебеночный балласт
2000	58	53	51	49	47	43
1840	54	50	47	46	44	41
асбестовый балласт
2000	55	52	48	47	44	42
1840	52	48	45	43	41	39

Как видно из табл. 7 допускаемое повышение температуры плети С, не дифференцировано в зависимости от типа скрепления и степени прижатия рельса к подрельсовому основанию.

Выводы

1. В зависимости от типа промежуточного рельсового скрепления допускаемые повышения температуры рельсовых плетей могут отличаться от соответствующих им нормативов, предусмотренных ТУ [52]. Так, на¬пример, допускаемое по условию устойчивости, повышение температуры рельсовых плетей для скрепления типа ЖБР-65 больше на 4-9°С, соответ¬ствующего допустимого повышения температуры для скрепления КБ-65;
2. В зависимости от прижатия рельса к подрельсовому основанию допускаемые повышения температуры рельсовых плетей могут отличаться между собой для скрепления КБ-65 на 9°С, для скрепления ЖБР на 2°С, для АРС-4 на 5°С.
3. При дифференциации допускаемых повышений температур рельсовых плетей бесстыкового пути в зависимости от типа и состояния скреплений можно рекомендовать сферы применения промежуточных рельсовых скреплений по отношению к бесстыковому пути.
4. Учитывая полученные автором результаты, представляется возможным определить способность работы промежуточных рельсовых скреплений при повторной укладке их в бесстыковой путь.

Заключение

1. Устойчивость бесстыкового пути зависит от параметров сопротивляемости рельсошпальной решетки деформациям, которая характеризуется сопротивлением балласта поперечному сдвигу шпал; сопротивлением промежуточных скреплений повороту рельсов; сопротивлением бесстыкового пути продольным перемещениям. Представляется целесообразным учесть сопротивление промежуточных рельсовых скреплений повороту рельса относительно шпал в горизонтальной плоскости. В расчетах по оценке устойчивости пути параметры, характеризующие его устойчивость, описываются различными аналитическими выражениями. Исходя из физики процесса, для аппроксимации экспериментальных данных по определению указанных параметров, используется трехпараметрическая функция
   арктангенса вида Л = д-<р+М-агс%—. Принятая функция имеет нечетность, т.е. обладает кососимметричностью, в силу которой Д-х)= – /(х). В диссертации определены параметры указанной функции для различной степени прижатия рельса к подрельсовому основанию промежуточными скреп¬лениями КБ-65, ЖБР-65 и АРС-4.
2. С учетом полученных автором экспериментальных данных опре-деляющих сопротивление скреплений повороту рельса относительно шпалы была дополнена и уточнена физико-математическая модель расчета устойчивости бесстыкового пути.
   Представленная модель позволяет выполнить расчет по оценке ус-тойчивости бесстыкового пути для конструкции пути с различными типа¬ми промежуточных рельсовых скреплений и степенью прижатия ими рельса к подрельсовому основанию.
3. Из анализа результатов видно, что величина критической силы, частоты и длины волны неровности пути в плане зависят от типа промежуточного рельсового скрепления и степени прижатия рельса к шпале, характеристик начальной неровности, радиуса кривой и свойств балласта. Для скрепления КБ-65 с затяжкой гаек клеммных болтов крутящим моментом 200Нм величина критической силы на 15% меньше по сравнению со скреплением ЖБР-65 с прижатием рельса к шпале, вызываемым крутящим моментом 200Нм. Для скрепления АРС-4 при четвертой позиции монорегулятора величина критической силы на 20-25% меньше чем у скрепления КБ-65 с затяжкой гаек клеммных болтов крутящим моментом 200Нм.
4. Определены повышения температуры рельсовой плети допускаемые по условию устойчивости пути против выброса в зависимости от прижатия рельса к подрельсовому основанию для прямого участка пути и кривых участках, для скреплений КБ-65, ЖБР-65 и АРС-4. Это дает возможность дополнить технические требования к промежуточным рельсовым скреплениям ЦП 1-86, позволяет сократить эксплуатационные расходы на содержание пути, повысить безопасность движения и расширить полигон укладки бесстыкового пути.
5. Разработана программа для ПВМ для расчета основных критических параметров оценки устойчивости бесстыкового пути в зависимости от типа скрепления и характеристики прижатия рельса к шпале, сопротивления поперечному перемещению шпал в балласте, вида и степени уплотнения балласта.
6. При дифференциации допускаемых повышений температур рельсовых плетей бесстыкового пути в зависимости от типа и состояния скреплений можно рекомендовать сферы применения промежуточных рельсовых скреплений для бесстыкового пути.
7. Используя предложенную расчетную модель для проведя экспе-риментов со старогодными промежуточными рельсовыми скреплениями представляется возможным определить их работоспособность при повторной укладке их в бесстыковой путь.
8. Результаты, полученные в ходе исследования, можно использовать в автоматизированной системе контроля напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути, с использованием разработок Акустического института им. академика Андреева H.H. и ВНИИЖТа основанных на теории звуковых колебаний. Периодическая диагностика напряженного состояния плетей способствует предотвращению выбросов бесстыкового пути, сокращению эксплуатационных расходов на содержание пути, повышению безопасности движения и расширению полигона укладки бесстыкового пути.

Список литературы

1. Елизаров C.B. Современные методы расчета инженерных конструкций на железнодорожном транспорте: Метод конечных элементов и программа COSMOS/M: Учеб.пособие. – СПб: ПГУПС, 2002.-211 с.
2. Кудрявцев И.А. Расчет элементов верхнего строения пути методом конечных элементов: Учеб. пособие – Гомель, 1982. – 32 с.
3. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в NSC/NASTRAN for Win¬dows. – Мю: ДМК Пресс, 2001. – 448 с.
4. К. X. Чу и П. X. Ли. Влияние продольных усилий на бесстыковой путь// Железные дороги мира. 1980. №12 с. 59-64.
5. Конечно-элементные модели расчета железнодорожного пути на прочность и устойчивость: Сб. ст./Ауезбаев Е.Т., Безруков М.В., Васильев А.Б., Васильев С.П., Исагалиев Е.Б., Исаенко Э.П. Под ред. Э.П. Исаенко, М.: Гудок, 1997.- 136 с.
6. Лебедев A.B. Экспериментальное определение сопротивления промежуточных скреплений повороту рельсов относительно шпал// Вест¬ник ВНИИЖТ. 2006 № 6.
7. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1968. 262с.
8. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Гостехиздат, 1968. 559с
9. Ржаницын А.Р. Устойчивость равновесия упругих систем. М.: Гос.Издат. технико-теоретич. лит., 1955, – 476 с.
10. Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем. М.: Гостехиздат, 1956. 600 с.
11. Зверев Н.Б. Бесстыковой путь со скреплениями различных типов. -М.: Транспорт, 1965, 32 с.
12. Бромберг Е.М. и др. Бесстыковой путь. Труды ЦНИИ МПС, вып. 244, М., Трансжелдориздат, 1962.
13. Бесстыковой путь / В.Г. Альбрехт, Н.П. Виногоров, Н.Б. Зверев и др.; Под ред. В. Г. Альбрехта, А.Я. Когана. – М.: Транспорт, 2000. 408 с.
14. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути / МПС России. М.: Транспорт, 2000. 96 с.