Диссертация (Выбор типа промежуточных рельсовых скреплений методом вибродиагностики), страница 9

Результаты можно сохранить на жестком диске компьютера в нужномформате.50С целью визуализации и анализа, полученных в ходе проведенныхизмерений, , использовался пакет прикладных программных продуктовкомпании “Mathsoft Engineering & Education, Inc.” – “Mathcad”. Дляобеспечения возможности проведения подробного анализа динамическоговоздействия от известной осевой нагрузки (в данной работе - электровоз ВЛ80с), разработана специальная программа, позволяющая вырезать из общейзаписи сигнала интересующий фрагмент. Программа написана на языке С++ исовместима с программным пакетом рассмотренным выше. Структурная схемапрограммы представлена на рисунке 2.10.Значения амплитуды и фазы k -й гармонической составляющей связаны сзначениями Vk следующим образом:Vk  Re k  i Im k(2.7)Vk  NX k eik(2.8)Xk 1Re k 2  Im k 2N(2.9) Im k Re k(2.10)k  arctg где X k и k – соответственно, амплитуда и фаза k -й гармоническойсоставляющей; Re k  X k cos(k ) ; Im k  iX k sin(k ) .Все составляющие пакета были протестированы на реальных данных,полученныхкомплекса.сиспользованиеммобильногоаппаратно-программного51Рисунок 2.10 – Структурная схема программы обработки и визуализации данных52Выводы по второй главеНа основе изложенного выше, следуют выводы, приведенные ниже:1.

Ошибка измерений проводимых в диапазоне частот от 1 до 1000 Гцсоставляет не более 5 %. Таким образом, мобильный аппаратно-программныйкомплексприемлемдляпроведенияэкспериментальныхисследованиймеханических колебаний (вибрации) железнодорожного пути.2. Программный пакет обладает подходящими характеристиками дляпроведенияэкспериментальныхисследованиймеханическихколебаний(вибраций) железнодорожного пути.3.Мобильныйаппаратно-программныйкомплексипрограммноеобеспечение, позволяют достаточно полно и с высокой точностью решать задачиисследований механических колебаний (вибраций) железнодорожного пути привибродинамическом воздействии подвижного состава.4.

Предлагаемую методику вибродиагностики можно принять за основу припроведении натурных измерений параметров колебаний с целью сравнениядинамическойработыжелезнодорожногопромежутоных рельсовых скреплений.путисразличнымитипами533.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА ПУТЬ3.1 Информативные параметры, характеризующие состояние объектаНа основании изучения динамических процессов железнодорожного пути сразличными типами промежуточных скреплений при воздействии поезднойнагрузки, в том числе и с участием автора данной работы [141-158], предлагаетсяметод вибродиагностики, основанный на измерении и анализе механическихколебаний (вибраций) элементов пути при воздействии эксплуатационныхнагрузок от подвижного состава.Данный метод позволяет выявлять основные причины возникновениявибрационных воздействий подвижного состава на путь, подробно изложенные вразделе 1.3 настоящей работы.Нарисунке3.1представленакриваяполигармоническойвибрации,характеристики которой использовались для количественной оценки вибрациипри проведении вибродиагностики.Рисунок 3.1– Кривая полигармонической вибрации543.2 Натурные измерения вибрации элементов ВСПсо скреплением типа Vossloh W-14 под поездной нагрузкойНатурные измерения вибрации элементов ВСП проводились на участке путиПК 4035-4045 УПЧ-46.

Для выявления наиболее значимых критериев оценкивоздействия подвижного состава на путь, был выбран участок с ПРС типа VosslohW-14. На рисунке 3.2 представлены фрагменты железнодорожного пути сустановленными датчиками вибрации. Записи механических колебаний элементовжелезнодорожного пути производили в двух сечениях данного участка, имеющиходинаковые характеристики (рельс типа Р65, расстояние между соседнимишпалами – 0,54 м, щебеночный балласт) на прямом горизонтальном участкежелезнодорожного пути.Рисунок 3.2 – Фрагменты железнодорожного пути с установленными датчикамивибрацииЗаписи производились в летний период.

В таблице 3.1. представлены данныепо скоростям движения подвижного состава и численности записей. Скоростьдвижения подвижного состава определяли по виброграммам.В целях выявления закономерностей вибрации ВСП от воздействияподвижного состава, анализ производился при известных характеристикахисточника вибрации и известной нагрузке на ось от подвижного состава. Вчастности, для 80% грузовых и пассажирских составов для данной магистальнойлинии в качестве тяговой силы используется электровоз ВЛ-80с с осевой55нагрузкой Рст=12 т. Характерные геометрические параметры данного локомотива,оказывающие влияние на частоту воздействия приведены на рисунке 3.3.Таблица 3.1 – Данные по скоростям движения подвижного состава и численностизаписейСкоростьдвижения,км/ч4550535961636667Численность Скоростьзаписейдвижения,км/ч8698708718738741675876878Численность Скоростьзаписейдвижения,км/ч87988188288689189581008103Численностьзаписей888888168Рисунок 3.3 – Геометрические характеристики электровоза ВЛ-80сНа рисунке 3.4 предсавлена виброграмма и ее спектр, полученные наподошве рельса при проходе пассажирского состава со скоростью 100 км/ч.

Нарисунках 3.5-3.20 приведены осцилограммы, акселерограммы и их спектры,полученные на исследуемых элементах железнодорожного пути (рельсе, упругойклемме, шпале) Vossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100км/ч, после обработки указанным выше программным пакетом.567035ммс035700123456789101112131415t cа400320Vk24016080011031 10100f k  ГцбРисунок 3.4 – Виброграмма (а) и ее спектр (б), полученные на подошве рельсаVossloh W-14 при проходе пассажирского состава со скоростью 100 км/ч400200s( мкм)020040000.10.20.30.40.50.6 0.7t с0.80.911.11.21.3Рисунок 3.5 – Осциллограмма, полученная на подошве рельса Vossloh W-14 придвижении электровоза ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч8000Sk40000110100f k  ГцРисунок 3.6 – График спектральной плотности виброперемещения подошвырельса с ПРС Vossloh W-14 при проходе состава со скоростью 100 км/ч576030aмс02306000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.3t сРисунок 3.7 – Акселерограмма, полученная на подошве рельса Vossloh W-14 придвижении электровоза ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч80A k 4001101 101003f k  ГцРисунок 3.8 – График спектральной плотности виброускорения подошвы рельса сПРС Vossloh W-14 при проходе состава со скоростью 100 км/ч400200s( мкм)020040000.10.20.30.40.50.6 0.7t с0.80.911.11.21.3Рисунок 3.9 – Осциллограмма, полученная на упругой клемме типа Vossloh W-14при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч41.2 10Sk60000110f k  Гц100Рисунок 3.10 – Спектр осциллограммы, полученный на упругой клемме типаVossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч587035aмс02357000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.3t сРисунок 3.11– Акселерограмма, полученная на упругой клемме типа Vossloh W14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч120Ak6001101 101003f k  ГцРисунок 3.12 – Спектр акселерограммы, полученный на упругой клемметипа Vossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч200100s( мкм)010020000.10.20.30.40.50.6 0.7t с0.80.911.11.21.3Рисунок 3.13 – Осциллограмма, полученная на середине железобетонной шпалыVossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч6000S k 30000110100f k  ГцРисунок 3.14 – Спектр осциллограммы, полученный на середине железобетоннойшпалы Vossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч597035aмс02357000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.3t сРисунок 3.15 – Акселерограмма, полученная на середине железобетонной шпалыVossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч60A k 3001101 101003f k  ГцРисунок 3.16 – Спектр акселерограммы, полученный на середине железобетоннойшпалы Vossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч400200s( мкм)020040000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.3t сРисунок 3.17 – Осциллограмма, полученная на конце железобетонной шпалыVossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч9000Sk45000110f k  Гц100Рисунок 3.18 – Спектр осциллограммы, полученный на конце железобетоннойшпалы Vossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч605025aмс02255000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.3t сРисунок 3.19 – Акселерограмма, полученная на конце железобетонной шпалыVossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч60A k 3001101 101003f k  ГцРисунок 3.20 – Спектр акселерограммы, полученный на конце железобетоннойшпалы Vossloh W-14 при проходе локомотива ВЛ-80с со скоростью 100 км/ч3.2.1 Результаты исследований механических колебаний подошвы рельсаВтаблицемеханических1ПриложенияколебанийАподошвыприведенырельса,результатывозникающихисследованийпридвижениилокомотива ВЛ-80с с различными скоростями.Из анализа результатов иследований механических колебаний подошвырельса выявлено следующее:– в диапазоне скоростей движения локомотива ВЛ-80с 45-78 км/ч,преобладающая частота на спектре виброперемещения fп.s изменяется в диапазонеот 4,2 до 7,2 Гц и соответствует частоте воздействия, вычисленной по формуле (1)для параметра возбуждения l1=3 м, где l1=3 м расстояние между колеснымипарами тележки локомотива ВЛ-80с;– в диапазоне скоростей движения локомотива 79-82 км/ч, преобладающаячастота на спектре виброперемещения fп.s изменяется в диапазоне от 6,1 до 6,3 Гц,61то есть имеет место суперпозиция частот, соответствующих параметрамвозбуждения l1=3 м и l2=4,5 м, где l2=4,5 м расстояние между тележкамилокомотива ВЛ-80с;– в диапазоне скоростей движения локомотива 86-103 км/ч преобладающаячастота на спектре виброперемещения fп.s изменяется в диапазоне от 5,3 до 6,3 Гци соответствует частоте воздействия, вычисленной по формуле (1) для параметравозбуждения l2=4,5 м;– в диапазоне скоростей от 45 до 50 км/ч преобладающая частота на спектревиброскорости fп.υ не зависит от частоты воздействия, а зависит от условийконтактного взаимодействия между рельсом и шпалой, частота fп.υ изменяется вдиапазоне от 242 до 338 Гц;– в диапазоне скоростей от 53 до 82 км/ч преобладающая частота на спектревиброскорости fп.υ полностью совпадает с преобладающей частотой на спектревиброперемещения fп.s;– в диапазоне скоростей движения локомотива 79-95 км/ч, преобладающаячастота на спектре виброскорости fп.s изменяется в диапазоне от 6,1 до 7,3 Гц, исоответствует частоте суперпозиции частот, с параметрами возбуждения l1=3 м иl2=4,5 м;– дальнейшее увеличение скорости движения локомотива приводит кувеличению влияния параметра возбуждения l2=4,5 м на преобладающую частотуна спектре виброскорости fп.υ;– преобладающая частота на спектре виброускорения fп.а не зависит отчастоты воздействия (скорости движения и параметров возбуждения), а зависитотусловийконтактноговзаимодействиямеждурельсомишпалой.Преобладающая частота на спектрах виброускорения fп.а полученных на подошверельса при проведении исследований изменялась в диапазоне от 160 до 422 Гц.На рисунке 3.21 представлен график зависимости пикового значениявиброперемещения подошвы рельса от скорости локомотива ВЛ-80с, построенныйпо данным таблицы 1 (графы 2 и 3).Полученная зависимость описывается62степенной функцией вида sp=0,1117V1,7292 с коэффициентом детерминации R2 =0,8957.sp , мкм400,00350,00300,00y = 0,1117x1,7292R² = 0,8957250,00200,00150,00100,0050,000,000,0020,0040,0060,0080,00V, км/ч100,00120,00Рисунок 3.21 – Зависимость пикового значения виброперемещения подошвырельса от скорости движения локомотива ВЛ-80сНа рисунке 3.22 представлен график зависимости отношений динамическойсилы, воздействующей на подошву рельса к статической силе от скоростидвижения локомотива ВЛ-80с.

Зависимость описывается степенной функцией, скоэффициентом детерминации 0,9. Данная зависимость дает достаточнодостоверный прогноз силового воздействия на рельс для скорости движенияподвижного состава в диапазоне 0-120 км/ч.На рисунке 3.23 приведена зависимость СКЗ виброперемещения подошвырельса от скорости локомотива ВЛ-80с. Зависимость описывается степеннойфункцией, с коэффициентом детерминации 0,8956.Отсюда можно сделать вывод, что разрушительное действие механическихколебаний возникающих на подошве рельса при движении локомотива ВЛ-80с,характеризуемоесреднеквадратическимзначениемвиброперемещения,описывается степенной функции вида sе=0,0034V2,377 , где 0,0034 – масштабныймножитель, 2,377 – показатель степени.63Рдин /Рст3,53y = 0,0013x1,6426R² = 0,92,521,510,50020406080100120V, км/чРисунок 3.22– График зависимости отношений динамической силы,воэдействующей на подошву рельса к статической силе от скорости локомотиваВЛ-80сs e , мкм6002,377y = 0,0034x4502R = 0,89563001500020406080V, км/ч100120140160Рисунок 3.23 – Зависимость СКЗ виброперемещения подошвы рельса от скоростилокомотива ВЛ-80сНа рисунке 3.24 приведена зависимость пикового значения виброскоростиподошвы рельса от скорости локомотива ВЛ-80с, зависимость описываетсястепенной функцией, с коэффициентом детерминации 0,2138.