Исследование сил и характера взаимодействия пути и подвижного состава на железных дорогах Казахстана – часть 3

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории

А. Н. Динник показал, что с точки зрения максимальных касательных напряжений наиболее опасная точка находится на некоторой глубине от поверхности катания. Подробно этот вопрос был рассмотрен Н. М. Беляевым для различных случаев эллиптической контактной площадки. Им получены формулы для определения контактных напряжений при соприкосновении тел различной формы, определена величина напряжений в опасной точке внутри тел и глубина расположения данной точки при любом эксцентриситете эллипса соприкосновения.

Контактно-усталостные разрушения металла колес подвижного состава происходят в зоне его поверхности катания и на некоторой глубине. В результате приходится принимать меры по восстановлению их профиля. Учитывая специфику профиля бандажа колес подвижного состава, в теоретических исследованиях рассматривается случай контактирования выпуклой катания колеса с рельсом (расчетная схема представлена на рисунке 7.

R1 – поверхность катания головки рельса; R2 – радиус головки рельса, мм; R3 – радиус колеса, мм; R4 – рaдиуc поверхности катания колеса, мм

а) Расчетная схема для определения контактных напряжений с соответствующими основными радиусами, характеризующими геометрию контакта колеса и рельса; б) Полуэллипсоид контактных давлений

Рисунок 7

При установлении уровня удельных давлений от колеса на рельсы использовано теоретическое решение С. П. Тимошенко.

Наибольшая величина удельного давления в контактной площадке определялась по формуле

(5)

где Р нагрузка, нормальная к поверхности катания; а и b – полуоси эллиптического контура поверхности катания.

В четвертом разделе проведено исследование сил, действующих на рельсовые нити при боковых колебаниях экипажа.

Методы расчета боковых сил, действующих от подвижного со­става на путь, и расчетные схемы для изучения процессов взаимодействия экипажа, движущегося в прямых и круговых кривых участках пути, не имеющих отступлений от идеального проектного очертания, достаточно подробно разработаны в трудах многочисленных отечественных и зарубежных ученых.

Однако вопросы определения боковых сил, действующих на участках пути переменной кривизны, какими являются переходные и сбитые кривые, неровности рельсовой колеи в плане, еще исследованы недостаточно.

Как уже отмечалось, реальная конструкция пути с точки зрения расчетной математической системы содержит односторонние и нелинейные кинематические связи, переменные массы, непостоянные возмущающие факторы и другие особенности.

В целом схема взаимодействия экипажа и пути в горизонтальной плоскости может быть представлена как механическая система со многими степенями свободы. Математической моделью ее будет система п дифференциальных уравнений второго порядка.

На рисунке 8 показана расчетная схема, принятая к расчету.

Рисунок 8 – Расчетная схема (в плане), принятая к расчету

Если предположить, что основные элементы экипажа (кузов, тележки, колесные пары) при движении по кривой совершают поступательное (поперек оси пути) и вращательное (относительно собственного центра тяжести) перемещения, то движение экипажа может быть описано четырнадцатью дифференциальными уравнениями второго порядка.

Расчетная схема экипажа в продольной и поперечной плоскостях и в плане показаны на рисунке 9.

Рисунок 9 – Расчетная схема экипажа в продольной (а), поперечной (б) плоскостях и в плане (в)

а) вертикальные силы, б) боковые силы, в) горизонтальные поперечные силы

наружная нить, – – – – – внутренняя нить

Рисунок 10 – Силы, действующие на рельсовые нити при удовлетворительном состоянии пути с учетом возвышения наружного рельса nP=40, 80 и 120мм

По результатам расчетов были построены графики, на которых приведен изменения вертикальных, боковых и горизонтальных поперечных сил, напряжений и деформаций рельсов при изменении параметров рельсовой колеи в зависимости от скорости.

Расчетным путем определены значения вертикальных сил, действующих на наружную и внутреннюю рельсовые нити, боковых сил и горизонтальных поперечных сил (трения) в зависимости от величины возвышения наружного рельса при различных скоростях движения экипажа (рисунок 10).

В пятом разделе проведена динамическая оценка норм устройства и содержания рельсовой колеи в кривых участках пути.

Практика эксплуатации железных дорог показала, что основной причиной сходов подвижного состава с рельсов в кривых является недопустимое уширение или сужение колеи. Поэтому рассмотрение вопроса об оптимальной ширине колеи в кривых для железных дорог имеет большое значение.

На железных дорогах СНГ, как правило, в кривых участках пути, особенно малых радиусов для обеспечения вписывания в них экипажа без заклинивания ходовых частей между наружной и внутренней рельсовыми нитями делается уширение колеи.

Изменение ширины колеи в кривых может происходить вследствие бокового износа рельсов, при этом надежная связь рельсов со шпалами не нарушается. Поэтому во избежание излишних перешивок пути с деревянными шпалами положительный допуск в ширине колеи на кривых радиусом 500м и менее увеличивается на величину фактического износа боковой грани головки рельса наружной нити.

Приведенные в пятой главе исследования показали, что ширина рельсовой колеи является важнейшей характеристикой железнодорожного пути и одним из основных факторов, определяющих степень воздействия на него подвижного состава.

Ввиду того, что в процессе эксплуатации рельсовой колеи возникают остаточные деформации, устанавливаются допуски на ее содержание.

Опыт эксплуатации железных дорог с уменьшенной номинальной шириной колеи в России и Германии оказался положительным: достигнуто, в частности, улучшение плавности движения и определенное снижение затрат на содержание верхнего строения пути.

Уменьшение зазора между колеса и головкой рельса особенно желательно при высоких скоростях движения поездов, так как при этом значительно уменьшаются боковые силы.

Напряжения, возникающие в подошве рельса, в большинстве случаев находятся в пределах допускаемых. Исключение составляют напряжения во внешней кромке подошвы рельса в кривых радиусом 400м при скорости движения подвижного состава 80км/ч. Объясняется это высокой скоростью движения. В кривых радиусом 300м чрезмерные осевые напряжения наблюдаются при ширине колеи 1515мм. В процессе расчетов были определены также вертикальные прогибы рельсов и упругие отжатия головки наружной нити. Величины прогиба наружной рельсовой нити колебались от 3,6мм при скорости движения 25км/ч в кривой радиуса 80м до 5,4мм при скорости 80км/ч и кривой радиусом 400м. Упругие отжатие наружной рельсовой нити изменялось от 8мм (R=80м, V=25км/ч) до (R=400м, V=80км/ч). На рисунке 11 представлены зависимости и от радиуса кривых, полученные с использованием геометрических параметров и нанесены значения боковых сил, возникающих при движении подвижного состава.

Pисунок 10 – Рекомендуемые нормы ширины колеи в кривых, с учетом боковых сил взаимодействия пути и подвижного состава

Наложение силовых параметров на график и их анализ позволили рекомендовать величины уширения рельсовой колеи при различном радиусе кривых.

Заключение

Выполненные исследования по определению сил и характера взаимодействия пути и подвижного состава для железных дорог Казахстана позволяют отметить следующее.

1. Нормальная ширина колеи принята равной 1520мм, осевые нагрузки достигают 280кН. Сложность топографических и инженерно-геологических условий обусловили необходимость применение больших уклонов (до 20‰) и кривых малых радиусов (до 300м).

2. Для исследования сил и характера взаимодействия экипажа и пути использована методика, исследовать динамику взаимодействия системы «экипажпуть» с учетом большого числа эксплуатационных факторов. В диссертации определены основные характеристики и параметры пути и подвижного состава железных дорог РК, которые использовались при решении задач по этой методике. В качестве расчетного экипажа наиболее распространенные 4-х осные полувагоны.

3. При исследовании сил, действующих на рельсовые нити при вертикальных колебаниях (подпрыгивания и галопирования) экипажа, были использованы характеристики неровностей рельсовых нитей. Расчеты, произведенные с помощью ПЭВМ, дали следующие результаты: при скорости движения до 8-км/ч величина максимальной динамической силы достигала 233кН при удовлетворительном состоянии пути и 279кН – при неудовлетворительном. Значения осевых напряжений в рельсах не превышают допускаемых и составляют 100 и 150МПа соответственно при удовлетворительном и неудовлетворительном состоянии пути.

4. Исследования контактных напряжений в рельсах, выполненные на ПЭВМ в соответствии с теорией Герца-Беляева и решениями Тимошенко, показали, что при динамическом взаимодействии колеса со статической нагрузкой 190кН и рельса в неблагоприятных условиях (неудовлет-ворительное состояние пути, максимальная скорость, неудачное сочетание контактирующих поверхностей) они не превышают допускаемых величин. Максимальные расчетные контактные напряжения были менее 1100МПа.

Результаты теоретических расчетов позволяют дать ряд практических рекомендаций, связанных с обточкой колес и шлифовкой рельсов.

5. Для изучения характера силового воздействия экипажа на рельсовые нити в кривых, решения задач, связанных с установлением оптимальной ширины колеи в кривых различных радиусов, допусками в содержании ширины колеи и рассмотрения вопросов уменьшения интенсивности бокового износа наружных рельсов в кривых малых радиусов, по методике ВНИИЖТа на ПЭВМ проведены исследования сил, возникающих при боковых колебаниях (относ, виляние, боковая качка) экипажа. В качестве исходных данных приняты следующие: кривая радиусом 300м (минимальный радиус, принятый при переустройстве), рельсы Р50, шпалы деревянные в количестве 1840шт/км, балласт щебеночный, осевая нагрузка 180кН.

6. Максимально допустимая ширина колеи определена из условия может возникнуть при совпадении точки перехода коничности поверхности катания колеса с 1:7 в 1:20 с началом закругления головки рельса. Она получилась равной 1530мм. С учетом максимального упругого отжатия рельсовых нитей, значение которого было определено ранее и составило 8мм, а также изгиба осей груженых вагонов, величина которого принята равной 2мм, может быть рекомендовано максимально допустимая ширина колеи величиной 1540мм. Минимально допустимая ширина колеи, определенная из условия исключение заклинивания колесной пары с максимальной насадкой между рельсовыми нитями, получалось равной 1510мм.

7. При проведении теоретических расчетов, особенно по методике, получен ряд дополнительных результатов по взаимодействию пути и подвижного состава (например, прогиб рельсов при различном состоянии пути, упругие отжатия головки и подошвы рельсов и др.).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Баймухамбетова М. К., Тулебаев С. К., Дюсенгалиева Т. М. Анализ кинематической схемы конструктивного межэкипажного сопряжения при рассмотрении его продольных деформаций// Магистраль №6 (108), 2009, С. 56-59.

2. Баймухамбетова М. К., Тулебаев С. К., Дюсенгалиева Т. М. К вопросу определения обобщенных сил, определяющих движение поезда // ПОИСК №1, 2010, С. 312 – 314.

3. Баймухамбетова М. К., Тулебаев С. К., Шаиков З. К., Мусаев Ж. С. математическое моделирование движения поезда по пути произвольного очертания // Вестник КазАТК №6, 2009, С. 31 – 38.

4. Солоненко В. Г., Баймухамбетова М. К., Шаиков З. К., Тулебаев С. К., Разработка блок-схемы программы моделирования движения поезда по пути произвольного очертания // Вестник КазАТК №6, 2009, С. 25 – 31.

5. Баймухамбетова М. К., Тулебаев С. К., Шаиков З. К., Шимбулатова А. Б. О проверке корректности математической модели движения поезда // Вестник КазАТК №6, 2009, С. 38- 43.

6. Мусаев Ж. С., Шимбулатова А. Б., Тулебаев С. К., Аутов Е. А. вагондар арбашалардың техникалық жағдайының олардың динамикалық мінездемелеріне ықпалын жасауы Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Механика и строительство транспортных сооружений» Алматы, КазГАСА, 2010, С. 524-528.

7. Мусаев Ж. С., Тулебаев С. К., Анализ движения экипажа по вертикальным неровностям пути // Материалы науч.-техн. конф. «Повышение эффективности автоматизированных систем управления перевозочным процессом в транспортных системах в новых информационных технологиях» / Алматы, КазАТК, 2010, с. 205-207.

8. Солоненко В. Г., Тулебаев С. К. Исследование сил, действующих на рельсовые нити при вертикальных колебаниях экипажа // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные процессы в развитии транспортно-коммуникационного комплекса» / Алматы, КУПС, 2009, Т.4, с. 76-81.

9. Мусаев Ж. С., Тулебаев С. К. Выбор расчетной схемы для случая движения экипажа по вертикальным неровностям пути // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные процессы в развитии транспортно-коммуникационного комплекса» / Алматы, КУПС, 2009, Т.4, с. 86-89.

10. Тулебаев С. К. К вопросу решения задачи движения экипажа по пути, имеющему вертикальные неровности // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные процессы в развитии транспортно-коммуникационного комплекса» / Алматы, КУПС, 2009, Т.4, с. 115-120.

Түйін

Тулебаев Сакен Коптлеуович

Қазақстан теміржолдарында жол мен жылжымалы құрамның өзара әсерінің күші мен сипатын зерттеу

Мамандығы: 05.22.06 – «Теміржол жолы, іздестіру және теміржолдарды жобалау» – техника ғылымдарының кандидаты ғылыми атағына іздену диссертациясы

Жол мен жылжымалы құрамның өзара әсер ету күшін анықтаған кезде жылжымалы құрамның құрылысынаерекше назар аудару қажет, себебі, бұл күштер құрылыстың беріктігіне және доңғалақтар жұбының рельстен шығып кетуіне қарсы тұрақтылығына қауіп төндіруі мүмкін. Жолдың қисық профилінен өтуі кезінде динамикалық жүктемелер жылжымалы құрамның жеке бұрыштарының өлшеміне сәйкес өлшемге дейін жетеді, себебі, квазистатикалық сипаттағы күштер вагондардың доңғалақтар жұбының рельстен шығып кетуіне әкелуі мүмкін.

Қозғалыс үрдісінде жылжымалы құрам жолдың тегіссіздіктерінің, айнымалы қаттылығы мен басқа да себептердің нәтижесінде қарқындылығы вагон мен жолдың динамикалық қасиеттеріне және қозғалыс жылдамдығына тәуелді күрделі тербелістер жасайды.

Жұмыстың мақсаты – қозғалыс жылдамдығына, жол мен жылжымалы құрамның параметрлеріне тәуелді жол мен жылжымалы құрамның өзара әсері кезінде күштерді анықтау.

Жұмыстың идеясы – жылжымалы құрамның өзара әсерінің анықтау бойынша математикалық модельдерді жасап шығаруда және солардың негізінде рельстерде түйіспелі-қажу ақауларды алдын алу бойынша практикалық ұсыныстар беруде.

Қойылған мақсатқа қол жеткізу үшін келесі тапсырмалар орындалды:

- жолдың есептеу параметрлерін анықтау бойынша теориялық зерттеулерді жүргізу: диссипативті күштердің қаттылығы, рельстік-шпалды тордың инерциялы қасиеттерін;

- жылжымалы құрамның құрылыстық параметрлерінің динамикалық сынақтардың нәтижесінде жалпыландыру негізінде рессорлық іліністің, тербеліс өшіргіштерінің негізгі параметрлерін таңдау бойынша бекіту;

- жылжымалы құрамның экипаждың тік тербелісі кезінде рельстік тізбекке өзара әсерін математикалық моедлін жасап шығару;

- жылжымалы құрам мен жолдың қозғалыс жылдамдығына тәуелді өзара әсерінің тәуелділігін орнату;

- жылжымалы құрамның доңғалақтарының тозуын төмендету үшін түйіспелі кернеуліктерді азайту бойынша іс-шараларды жасап шығару.

Зерттеулердің объектісі – «экипаж-жол» жүйесінің өзара әсерінің динамикасы.

Зерттеулердің пәні – жылжымалы құрам доңғалақтарынан рельске түсетін мүмкін кернеуліктерді анықтау.

Зерттеу әдістері теміржол-экипаж» күрделі механикалық жүйесіне кешенді әдіс қолдануға негізделеді.

Қорғауға шығарылатын ғылыми қаулылар:

- теміржолдың қатты-динамикалық сипаттамаларын және жылжымалы құрамның динамико-кинематикалық сипаттамаларын есептеу әдісі;

- жылжымалы құрам мен жолдың өзара әсерінің сызықты есепті сұлбалары үшін математикалық модель;

- рельстердің түйіспелі беріктігін бағалауды анықтау әдісі;

- рессорлық ілінісі екі есе жылжымалы құрамның математикалық моделі.

Ғылыми қаулылар мен қорытындылардың нақтылығы мен дәлелі алынған нәтижелерді тәжірибелік мәліметтермен салыстырумен және ЭЕМ-да модельдеумен бұзылу механикасының, математикалық талдаудың және логикалы математикалық өрнектерің қазіргі заманғы әдістерін қолданумен расталады.

Қойылған тапсырмаларды зерттеудің әдісі жылжымалы құрам мен жолдың өзара әсерлесу облысында зерттеулерді және жылжымалы құрамды пайдалану шарттарын талдау мен ғылыми жалпыландыру негізінде орындалды. Экипаждың қозғалысын зерттеу нәтижелері ЭЕМ қолданумен математикалық модельдеу әдістерімен алынды.

Диссертациялық жұмыстың ғылыми жаңалығы:

- жылжымалы құрамның параметрлерін сандық анықтау әдісінің дамуы;

- күштердің мәнін және жол мен жылжымалы құрамның өзара әсерінің сипатын қозғалыс жылдамдығы мен жолдың параметрлеріне тәуелді анықтау;

- типтік жылжымалы құрамның тік және бүйірлік тербелістері кезінде жолға әсер ететін күштерді зерттеу;

- рельстік колеяның геометриялық өлшемдерін қолданумен колеяның максималды және минималды рұқсат етілген ені және жылжымалы құрамның жолмен қозғалысы кезінде пайда болатын бүйірлік күштердің мәні анықталды.

Жұмыстың практикалық құндылығы.

Теориялық есептеулер статикалық жүктемелер кезіде рельстің түйіспелі беріктігіне әсер ететін негізгі параметрлерді қолданумен болатын түйіспелі кернеуліктердің максималды мәні 1380МПа құрайтынын көрсетті.

Колеяның радиуысы әр түрлі қисықтарда енінің құрылыстық нормалары жасап шығарылды.

Түйіспелі кернеуліктерді зерттеу әр түрлі факторлардың олардың өлшеміне әсер етуін анықтауға және рельстерде түйіспелі-қажу ақауларын алдын алу бойынша практикалық ұсыныстарды беруге мүмкіндік береді.

Summary

Tulebaev Saken Koptleuovich

Study of power and nature of the interaction of the way and rolling stock on railways Kazakhstan

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника