Диссертация (792833), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В связи с влиянием жесткости пути начастотные характеристики системы при отдельных значениях жесткости путипоявляются резонансные явления, приводящие к значительному повышениюсил взаимодействия. Следовательно, критические скорости зависят не только отразмеров геометрической неровности, как это принимается во многихисследованиях, но и от расчетных характеристик системы «колесо-рельс»;– повышение жесткости шейки рельса с 5·105 до 15·105 кг/см вызываетувеличение сил взаимодействия в контакте на 30-80 % и удлинение зон отрываколеса от рельса на 10-35 %. Наиболее интенсивно влияет жесткость шейкирельса в пределах неровностей с высоким уровнем динамических сил (стыковаявпадина, впадина в сильно изношенной крестовине и т.п.). Для неровностейтакого типа величина сил в контакте почти линейно зависит от жесткостишейки рельса;– контактная жесткость колеса и рельса, является параметром, наиболеесущественно влияющим на уровень сил взаимодействия колеса и рельса.Повышение контактной жесткости в четыре раза приводит к увеличению силвзаимодействия в 1,20-2,25 раза.
При наибольшем из рассмотренных значенийконтактной жесткости зоны отрыва колеса от рельса достигали 20-22 см вкрестовине и 15-17 см – в стыках. Интенсивность влияния контактнойжесткости зависит от вида неровности и скорости движения колеса. С26увеличение скорости движения повышается относительное влияние контактнойжесткости колеса и рельса при увеличении абсолютных значений сил.– изменение приведенной массы пути, участвующей во взаимодействииэлементов системы, в пределах от 0,5-2,0 кг·с2/см для статического равновесиявызывает эффект, аналогичный изменению жесткостей упругих связей. Сувеличением массы пути возрастают силы взаимодействия и длины зон отрываколеса от рельса. В отличие от рассмотренных выше параметров влияниеприведенной массы пути в большей степени сказывается на плавныхнеровностях. Наиболее интенсивно изменяются силы не в контакте, а силы,действующие на шейку оси колесной пары. Последние при массе верхнегостроения пути равной 2,0 кг·с2/см достигают 25-27 т;– изменение величины коэффициента вязкого трения в основании пути впределах 400-800 кг·с/см не оказывает существенного влияния на уровень сил вконтакте.
В большинстве неровностей наблюдается незначительное увеличениесил (на 2-5 %) с ростом коэффициента вязкого трения в основании пути от 400до 800 кг·с/см. Как следует из анализа значений упругих перемещенийэлементов верхнего строения пути, этот параметр оказывает влияние главнымобразом на величину сил, действующих на основание.
Эти силы, приувеличении коэффициента вязкого трения в основании пути в два раза,уменьшаются на 30-50 %. Кроме того изменение коэффициента вязкого тренияприводит к изменению декремента затухания сил в контакте. Процессзатухания амплитуд затухания сил, при увеличении коэффициента вязкоготрения в основании пути, идет более интенсивно, что вызывает уменьшениесредневзвешенных значений этих сил и является положительным. Последнееобстоятельство говорит о том, что при подборе размера и материалов дляупругих прокладок кроме жесткости необходимо учитывать их демпфирующиесвойства;– изменение жесткости диска колеса в пределах (6-24)·106 кг/смувеличивает силы в контакте. В случае большой жесткости диска колесаувеличивается и зона отрывов его от рельса. Учитывая сравнительно большое27влияние жесткости диска колеса на уровень сил взаимодействия, необходимопроводить конструктивные мероприятия по ее снижению, в частности, за счетвведения упругих элементов.В настоящие время в Республике Казахстан используется «Методикаоценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения егонадежности» [91], утвержденная в Департаменте пути и сооружений МПСРоссии и, разработанная во Всероссийском научно-исследовательскооминститутежелезнодорожноготранспорта.Основуметодикисоставили«Правила производства расчетов верхнего строения железнодорожного пути напрочность» издания 1954 г.
с учетом предложений транспортных ВУЗов,научных и проектно-конструкторских организаций и железных дорог. Однако,оценочные критерии прочности, приведенные в данной методике, неучитывают вибрационный характер воздействия экипажа на путь.1.3 Основные причины, оказывающие влияние на увеличениевибрационного и силового воздействия на путьУвеличениескоростейдвиженияпоездовпривозрастающейгрузонапряженности дорог требует повышения прочности и устойчивости пути.Применение железобетонных шпал и рельсов тяжелых типов вызывает наряду сусилением пути повышение его жесткости.
Увеличением жесткости путиусиливается влияние неровностей на рельсах и колесах экипажа на вибрации,деформациирасстройстваисиловоевзаимодействиесуществующегопутисэлементов.Установлено,железобетоннымичтошпаламинакапливаются интенсивнее, чем пути с деревянными шпалами, особенно приналичии неровностей на рельсах.Усиление верхнего строения пути – укладка рельсов тяжелых типов,щебеночного балласта, железобетонных шпал - связано с увеличением егожесткости. Если бы колеса подвижного состава и путь не имели неровностей,то более жесткий путь обладал бы в основном положительными качествами28(вызывал бы меньшее сопротивление движению поездов, меньшие изгибныенапряжения в рельсах и т.п.). Но наличие неравномерного проката, наваров,ползунов на колесах, неровностей в стыках и местах сварки рельсов, а такжепробоксовин, седловин, волнообразного износа и других неровностей нарельсах значительно ухудшает взаимодействие элементов пути и подвижногосостава и является возбудителем вредных вибраций, особенно при высокихскоростях движения поездов.
В этих условиях кроме воздействия с частотой,равной частоте прохода колес (до 16 Гц), путь одновременно испытывает иболее высокочастотные воздействия. Путь является дискретной системой.Сопротивляемость его всем этим воздействиям поездной нагрузки проявляетсяв основном через силы трения и сцепления между отдельными его элементамии частицами (между рельсами и шпалами, шпалами и балластом, междущебенками, песчинками и частицами грунта земляного полотна).Приэксплуатацииобъектовжелезнойдорогиследуетучитыватьспособность их сохранять исходные параметры при природном и техногенномвоздействиях.
Характер этих воздействий определяется влиянием различныхфакторов, в том числе и уровнем вибраций, возникающих при движенииподвижного состава. Вибрационные воздействия оказывают существенноевлияние на состояние железнодорожного пути. Причинами их возникновенияявляются [92-101]:– прогибы пути и опорной системы, возникающие при движенииподвижного состава (квазистатическое возбуждение);– различные расстояния между осями колесных пар (параметрическоевозбуждение);– дефекты колес (ползуны, навары, выбоины, неравномерный прокат идр.) и рельсов (пробоксовины, седловины, волнообразный износ и др.);– разрывы железнодорожного пути в стыках рельсов и на стрелочныхпереводах, которые вызывают ударные воздействия.291.4 Существующие методы оценки вибродинамических воздействийэкипажа на путьПрименяемая в настоящее время, методика испытаний по воздействию напуть, предложенная проф. М.Ф. Вериго и А.Я.
Коганом в семидесятых годахпрошлого столетия [102], рекомендует производить измерения следующихпараметров: напряжений во внутренней и наружной кромках подошвы рельса,вертикальных и горизонтальных нагрузок от колеса на рельс и на шпалы,просадок и отжатий рельсов.Число и исследуемых сечений пути лимитируется возможностямиконкретной измерительной и обрабатывающей аппаратуры, а так жефинансовыми возможностями ее приобретения.Измерение напряжений в рельсах тензометрическим методом, н являетсяе требует внесения изменения в конструкции пути опытного участка, инаиболее рациональным методом. Определение нагрузки на рельс методомШлюмпфа [103] также производятся на основе тензометрии и проведениясиловых калибровок измерительных сечений.В работах [104, 105] приведены измеренные напряжения в рельсахжелезнодорожного пути, как в вертикальном, так и в горизонтальномпоперечном направлении.
По мнению авторов [104, 105] полученные имирезультаты обосновывают необходимость проведения предварительной оценкиупругости пути в измеряемых сечениях, а также, на стадии подготовкиопытного участка производить калибровки измеряемых сечений для оценкижесткости пути, что позволит увеличить число измеряемых сечений припроведении опытных поездок.В работе [106] анализируются нагрузки на рельсы и полусуммынапряжений в кромках подошвы рельса, полученные на двух участках пути.Коэффициенты корреляции составляли величины между 0,8 и 0,95. При этом вотдельных сечениях корреляции выше, чем в объединенной совокупности из-за30различного влияния неровностей пути на траекторию движения в разныхсечениях.В качестве «вероятностной оценки, определяемой по зависимостивеличины, можно использовать величину среднеквадратического отклонения(СКО), мгновенных значений от линейной зависимости» [107, 108].Одним из важных этапов приемочных и сертификационных испытанийподвижного состава, в котором устанавливается соответствие экипажадействующим нормам безопасности движения и прочности пути, являютсядинамические комплексные и по воздействию экипажа на путь и стрелочныепереводы испытания.
Основой их методического обеспечения, как вРоссийской Федерации, так и в Республике Казахстан, в настоящее времяявляется «Типовая методика испытаний по воздействию на путь» [109].Во ВНИИЖТ, в лаборатории «Комплексные испытания и взаимодействиепути и подвижного состава» накоплен значительный опыт проведенияиспытаний и научно-исследовательских работ. Так, С.С. Крепкогорским и А.А.Верхотинымбылавнедренапрограммнаяобработкаопытныхданныхстатистическими методами [110, 111].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
