Диссертация (792833), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На основе численногоанализа изучена несущая способность укрепленного земляного полотна,воспринимающего вибродинамическую нагрузку.Степень вибрационного воздействия на балласт в работе [36] оцениваласьпо вибрационным ускорениям частиц балласта. Авторы объяснили это тем, чтооценку вибрационного воздействия на сыпучую среду, к которой можноотнести и балласт на определенной стадии его работы (когда он не слишкомзагрязнен) рекомендуется производить по ускорениям [37, 38]. Авторами, былапоставлена задача измерить вибрационные ускорения в балласте, возникающиепри прохождении колесом одиночной изолированной неровности на рельсе.Авторы приводят образцы акселерограмм вертикальных и горизонтальныхускорений в балласте при прохождении двухосной тележки четырехосноговагона, и отмечают, что особенностью записи ускорений (и при неровностях нарельсе, и без них) является отсутствие фона, соответствующего приложениювесовой составляющей силы давления колес на рельс и силы, обусловленнойколебаниями надрессорного строения.По мнению авторов это свидетельствует о том, что приложение этих силпроисходит сравнительно медленно и они не вызывают значительных силинерции в балласте.
Поэтому указанные силы можно считать медленноменяющимися с точки зрения воздействия на балласт, а характер приложенияих – близким к статическому (в условиях описываемых опытов). Записьускорений при отсутствии неровностей не имеет определенной формы,максимум их не всегда совпадает с моментом прохождения колеса над шпалой,около которой установлен акселерометр. Это в особенности относится кускорениям на пути с деревянными шпалами. По предположению авторов, этиускорения обусловлены случайными неровностями на колесах.15Авторы отмечают, что на пути с железобетонными шпалами получаетсяболее определенная форма записи.
С увеличением скорости ускорения при«ровном» рельсе на пути с деревянными и железобетонными шпаламиувеличиваются. При этом ускорения на пути с железобетонными шпаламиполучились больше, чем с деревянными. Они оказались разными поднаправляющими осями и под осями второй и четвертой. Под направляющимиосями (первая и третья оси) при скорости 70 км/ч ускорение оказалось равным11,5 м/с2, а под второй и четвертой осями – 6,7 м/с2. По мнению авторов, эторазличие произошло за счет взаимного наложения колебаний.
Приведенныецифры показывают, что ускорения на пути с железобетонными шпалами приотсутствии неровностей в 1,85-3,2 раза превышают ускорения на пути сдеревянными шпалами.При наличии неровностей на поверхности катания рельсов [39] процесснакопления остаточных деформаций рассматривается как процесс влияниявибраций на внедрение шпал в балластное основание (при устойчивомземляном полотне). Это воздействие слагается из следующих основных сил[40]:– весовой составляющей вертикального давления колеса на рельс;– силы, передаваемой рессорой колесу;– действием на колесо переменных сил, наличием неровностей в пути и наколесах и вилянием экипажа.При движении экипажа первые две силы можно считать медленноменяющимися.
Они не вызывают существенных сил инерции в балластномслое. Силы же, обусловленные неровностями на рельсе, наоборот, приводят кпоявлению значительных сил инерции, и их нельзя считать медленноменяющимися. Продолжительность действия этих сил зависит от размеровнеровностей на пути и колесах. По исследованиям ЦНИИ и ЛИИЖТабольшинство неровностей на рельсах имеет длину от 0,15 до 1,2 м.Продолжительность действия сил инерции от неровностей на рельсах будет внесколько раз меньше силы, передаваемой рессорой колесу и возникающей при16колебанияхнадрессорногостроения.Придвиженииэкипажавесоваясоставляющая, а также сила, возникающая за счет колебания рессор ипередаваемая на шпалу, будут медленно меняющимися по отношению квызванным неровностями на рельсах силам инерции неподрессоренных масс.При этом последние являются знакопеременными.Таким образом, силы, действующие на шпалу при наличии неровностей нарельсах создают условия для вибрационного погружения шпал в балласт.Однако этот процесс имеет место лишь в том случае, когда вибрации,вызванные знакопеременной силой, вызывают изменение эффективногокоэффициента внутреннего трения балласта, который во многом определяетустойчивостьпоследнегопротивнакопленияостаточныхдеформаций.Специальные опыты, посвященные влиянию вибраций на эффективныйкоэффициент внутреннего трения щебня автору данной работы неизвестны.Однако установлено, что подвижность сыпучей среды резко увеличивается поддействием вибраций [41, 42].
Это явление используется в различныхвиброуплотнителях, вибросепараторах, вибрационных грохотах и т.д. Для пескаполучена зависимость эффективного коэффициента внутреннего трения отускорения колебаний, эффект от вибраций увеличивается пропорциональнодиаметру частиц песка.Влияние вибрации на погружение штампов в щебень показано в опытахВ.Ф. Федулова [43].Японские ученые исследовали влияние вибраций на конструкцию пути нетолько теоретически, но и опытным путем.
В частности, ими при проведениисравнительного технико-экономического анализа для различных конструкцийверхнего строения пути был сделан расчет ожидаемых затрат на текущеесодержание пути. В расчете[44, 45] использованы следующие параметры:коэффициент подвижной нагрузки, определяемый произведением ожидаемоготоннажа и скорости движения поездов на количественную характеристикуподвижного состава, и коэффициент конструкции верхнего строения пути,17учитывающий величины динамического воздействия на балласт под шпалой ивибрационные ускорения балласта.Уменьшение сопротивления сдвигу балласта вдоль пути от воздействиявертикальной вибрации, возникающей при движении подвижного состава,выявленоЭ.В.
Сикмайером [46].Известно, что вибрации, возникающие в элементах ВСП при воздействииподвижногосостава,являютясуперпозициейналожениясвободныхивынужденных механических колебаний [47-52]. Трудами отечественных изарубежных специалистов установлено, что гамма частот колебаний элементовверхнего строения пути, включает в себя колебания с частотой от десятков досотен и тысяч герц. Однако влияние вибраций на путь и зависимость их в своюочередь от конструкции пути, изучены недостаточно полно, что вызываетпротиворечия между специалистами в данном вопросе. Например, в Германиисчитают вибрацию высокой частоты причиной волнообразного износаповерхности катания рельсов, тогда как во Франции причиной считаютстроение стали [53].
Имеются и другие противоречия.Существует мнение, что в промежуточных скреплениях главную рольиграет упругая прокладка, обеспечивающая вертикальную жесткость узла«рельс-шпала» [54-60]. Экспериментально установлено, что в диапазоне частотнижечастотысвободныхколебанийрельсовыхскрепленийусилие,приложенное к верхней поверхности упругой прокладки, передается нанижнюю в неизменной форме. В диапазоне же частот, превышающихсобственную частоту колебаний скреплений, упругая прокладка уменьшает этоусилие и снижает вибрационное перемещение шпалы.
При частоте колебаний550 Гц и выше, передаваемых от рельса на основание, перемещения становятсяравными нулю. Нулевое значение перемещения означает, что шпала становитсяпрактически неподвижной и исчезает один из факторов, приводящих красстройству пути [61].Исходя из теории колебаний, это мнение представляется совершеннобесспорным, так как любой амортизатор является своеобразным поглотителем18колебаний, увеличивающим период независимых колебаний конструкции посравнению с периодом возмущающей силы. Таким образом, уменьшаютсядинамические перемещения и силы, действующие на опоры.Рассмотрение вибраций как одной из основных причин накопленияостаточных осадок особенно необходимо на пути с железобетонными шпалами.При переходе к железобетонным шпалам удельное давление на балластнесколько увеличилось по сравнению с таковым при деревянных шпалах.
Но веще большей степени изменились условия передачи динамических сил наподшпальное основание.Величина динамических сил, передаваемых на балласт, при прочих равныхусловиях, зависит от жесткости связи между балластом и рельсом. Роль такойсвязи играет шпала с промежуточным скреплением. На железобетонныхшпалах жесткость этой связи значительно выше, чем на деревянных. Об этомсвидетельствует увеличение модуля упругости пути [62, 63].Неблагоприятное влияние вибраций сказывается и на сопротивляемостипути поездным нагрузкам в продольном и поперечном направлениях (угон,изменение положения в плане и ширины колеи) [64-67], а также настабильности и прочности болтовых соединений промежуточных и стыковыхрельсовых скреплений [68-71].Общеизвестно, что при одинаковых по форме и размерам неровностях нажестком пути (железобетонные шпалы) динамические силы основного фонавзаимодействия колеса и рельса выше, чем на упругом (деревянные шпалы).Это обстоятельство отрицательно проявляется на стойкости рельсов.
Опытэксплуатации показывает, что при железобетонных шпалах выход рельсов постыковым дефектам возрос в два-три раза по сравнению с выходом надеревянных шпалах [72]. Наблюдается более интенсивное образованиеволнообразного износа рельсов.Для более полной реализации преимуществ железобетонных шпал [73] имаксимальногоуменьшенияуказанныхвышенедостатковнаучные19исследованияипрактическиемерынеобходимопроводитьподвумнаправлениям.Во-первых, необходимо всеми возможными способами предупреждатьобразование неровностей на колесах подвижного состава и на рельсах илисвоевременно устранять их во избежание действия возмущающих сил,порождающих вредные вибрации. К числу мероприятий в этом направленииотносятся: повсеместное внедрение бесстыкового пути, шлифование рельсов сволнообразнымизносомивсякимидругимивидаминеровностейиужесточение технических требований в отношении размеров допускаемыхнеровностей на поверхности катания рельсов и колес, а также усилениеконтроля за их состоянием.Во-вторых, необходимо создать такие промежуточные скрепления,которые изолировали бы в достаточной степени шпалы, балласт и земляноеполотно от вредных вибраций.
Такие скрепления уменьшали бы уровеньдинамическоговоздействияколесподвижногосоставанапутьсжелезобетонными шпалами, а также интенсивность остаточных осадок путипри имеющихся эксплуатационных неровностях на рельсах и колесах до уровняпри деревянных шпалах.В настоящее время на магистральных путях АО «НК «Казахстан ТемирЖолы» используются следующие типы промежуточных рельсовых скреплений(таблица 1.1):20Таблица 1.1 – Применяемые в Республики Казахстан типы промежуточныхрельсовых скреплений№ПротяженностьДоля отГод началас даннымразвернутойэксплуатациип.п.типомдлины, %скрепленийПротяженность пути с деревянными шпалами на 01.01.2017 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
