Подготовка железнодорожного пути к скоростному пассажирскому движению на Горьковской железной дороге тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат технических наук Шайдуллин, Шевкет Нургалиевич

• Шайдуллин, Шевкет Нургалиевич
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шайдуллин, Шевкет Нургалиевич

1 История вопроса в цели исследования

1.1 Стратегия Горьковской железной дороги в повышении скоростей движения пассажирских поездов

1.2 Оценка состояния верхнего строения пути

1.2.1 Меры для отмены ограничений скорости по состоянию земляного полотна

1.2.2 Нагрузочные испытания главных путей участка Москва - Горький-Московский

1.2.3 Оценка железнодорожного пути путеизмерителем ЦНИИ

1.2.4 Характеристики просадок железнодорожного пути

1.2.5 Реконструкция плана линии для скоростного движения

1.3 Выводы

2 Моделирование взаимодействия пути и подвижного состава при скоростном движении пассажирских поездов

2.1 Краткий обзор теории механических колебаний

2.2 Факторы, учитываемые в модели взаимодействия экипажа и пути в программной системе ADAMS/Rail

2.3 Расчет собственных форм и частот колебаний пассажирских вагонов

2.4 Расчет воздействий на путь колес пассажирских вагонов при прохождении ими системы вертикальных периодических неровностей (просадок пути)

2.5 Движение вагона через изолированную неровность

2.6 Движение колес вагона в кривых

2.7 Движение вагона при периодически изменяющейся ширине колеи в прямой

2.8 Влияние перекосов пути на вертикальные давления колес на рельсы

2.9 Взаимодействие колес вагона и пути на переломах продольного профиля пути

2.10 Выводы

3 Оценка влияния сварки стыков в стрелочных переводах на взаимодействие пути и подвижного состава

3.1 Постановка вопроса

3.2 Моделирование взаимодействия подвижного состава и пути в зоне одиночного рельсового стыка

3.3 Моделирование взаимодействия колес подвижного состава и элементов стрелочного перевода

3.4 Оценка напряжений в зоне рельсового стыка до и после сварки стыка

3.5 Экономическая эффективность алюмо-термитной сварки стыков стрелочного перевода

3.6 Выводы

4 Экспериментальные исследования работы клемм ОП-511 на анкерных участках

4.1 Анализ результатов наблюдений за работой анкерных участков бесстыкового пути

4.2 Работа упругих клемм ОП511 на опытных участках бесстыкового пути

4.3 Выводы

Заключение диссертации по теме «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог», Шайдуллин, Шевкет Нургалиевич

5 Основные выводы

1 .На перспективном скоростном участке пути Москва - Горький-Московский (звене Северо-западного транспортного коридора), преобладает конструкция железнодорожного бесстыкового пути на железобетонных шпалах и нет кривых малого радиуса. Введению скоростного движения поездов препятствует: наличие на некоторых раздельных пунктах участков пути на деревянных шпалах, изношенных стрелочных переводов на деревянных брусьях, стыков рельсовых нитей в уравнительных пролетах и в стрелочных переводах, карстоопасных участков земляного полотна, ряд участков бесстыкового пути на загрязненном асбестовом балласте. Стратегия Горьковской железной дороги по подготовке путевой инфраструктуры к скоростному пассажирскому движению состоит в организации от станции Петушки до станции Горький-Московский пяти скоростных участков длиною 40-5 Окм каждый, составляющих около 2/3 общего протяжения пути, и в обеспечении скорости движения пассажирских поездов по раздельным пунктам до 140км/ч. Задача сокращения времени движения поезда на участке Москва - Горький при этом решается с меньшими затратами времени и капиталовложений.

2.Введение скоростного пассажирского движения приводит к изменению частоты воздействия колес вагонов на путь. В области возмущающих частот сил вероятны кратковременные полные разгрузки колес на неровностях пути с амплитудами более первой степени, при которых взаимодействие приобретает ударный характер, а силы вертикальных нагрузок колеса на рельс возрастают более чем в 3-4 раза. Необходима модернизация конструкции пути и технологии его содержания, совершенствование нормативов содержания пути и подвижного состава в скоростном режиме.

Для пассажирских цельнометаллических вагонов типа Д47, имеющих ограничения скорости движения до 160км/ч и постоянно эксплуатирующихся в диапазоне скоростей до 120-140км/ч, введение скоростного движения приводит к усилению динамического воздействия на путь колес этого вагона из-за того, что его собственные свободные формы колебаний демпфированы для диапазона скоростей до 120-140км/ч. В связи с вышеизложенным ведется разработка и испытания вагонов для скоростного движения (с наклоняющимся кузовом, с пневматическими вертикальными демпферами и др.).

При скоростном движении нормативы содержания рельсовой колеи необходимо пересматривать с учетом изменения амплитудно-частотной характеристики колеблющейся системы экипаж-путь и регламентировать не только амплитуды неровностей, но и их длины. Необходимы коррективы и в Инструкции ЦРБ-394 (в части допускаемых отступлений в содержании рельсовой колеи при скоростном движении). Необходимо внедрение более надежных конструкций пути и повышение квалификации машинистов лицензионных выправочных машин, улучшение программного и аппаратного оснащения тяжелых путевых машин.

3.Для обоснования параметров технических решений по подготовке путевой инфраструктуры к скоростному пассажирскому движению в диссертации выполнено исследование процессов взаимодействия железнодорожного пути с пассажирским цельнометаллическим вагоном Д47, который планируется использовать при скоростном движении на участке Москва-Горький. При моделировании динамики взаимодействия колеса вагона и рельса использованы программные системы ADAMS/Rail и COSMOS/M, конечно-элементные и другие модели, позволяющие рассмотреть процессы колебаний механических систем подвижного состава на железнодорожном.

4.Установлено, что сохранение или небольшое (на 20-30%) превышение существующего уровня нагрузки пути вертикальными и продольными силами при скоростном движении пассажирских поездов возможно лишь при сохранении существующих диапазонов частот воздействий и выполнении условий безотрывного качения колеса по рельсу.

5. Установлено, что на скоростном пути отводы просадок пути должны выполняться уклоном не круче 5мм/пог.м, а амплитуда просадок не должна превышать первой степени по ЦП774. Уширение-сужение колеи в пределах 1-2мм от норматива (1520мм) слабо влияет на динамику скоростного движения, а изменения больее Змм приводят к резкому росту давления колес на рельсы. Поэтому предпочтительна подкладочная конструкция пути с раздельным рельсовым скреплением.

6. На участках бесстыкового пути с железобетонными шпалами и скреплением КБ-65, имеющим большой остаточный ресурс наработки тоннажа рекомендуется замена жестких клемм скрепления КБ-65 упругой клеммой ОП511 с целью ликвидации зазоров в узле скрепления. Двухлетний опыт Горьковской железной дороги по эксплуатации этой клеммы на бесстыковом пути показал ее достаточную прочность (выход клемм за 2 года составил 0.5%), и постоянную силу нажатия клемм на рельс. Максимальные напряжения в клемме ОП511 при нормативной затяжке клеммного болта составляют 60% от предела упругости. Клемма ОП511 по данным ВНИИЖТ имеет линейный график нагрузка — деформация и линейная зависимость стабильно обеспечивается при рабочей затяжке клеммного болта усилием 2.5-3.0тс (момент затяжки 18кг*м). После установки в скрепление КБ-65 клеммы ОП511 и выправки пути средняя просадка пути по амплитуде не превышает 5-6мм, что удовлетворяет требованиям скоростного пассажирского движения.

7.На скоростных участках железнодорожного пути не должно быть рельсовых стыков. Горьковской железной дорогой выполняется алюмотермитная сварка стыков стрелочных переводов.

8.Соединение бесстыковых плетей со стрелочными переводами рекомендуется выполнять по способу устройства анкерных участков. Двухлетние наблюдения за температурными и другими перемещениями концов рельсовых плетей с анкерными участками убеждают, что в климатической зоне Горьковской достаточна длина анкерного участка в 50м. Расчеты температурных перемещений частей стрелочных переводов и концов плети на конечно-элементных моделях не противоречат данным наблюдений на опытных участках пути.

9.Введение скоростного пассажирского движения поездов требует подготовки локомотивного и вагонного хозяйства, средств СЦБ и ACJIH, тормозного оборудования, отработки режимов ведения поезда, подготовки полосы отвода и ряда других мероприятий. В настоящее время эта комплексная работа ведется Горьковской железной дорогой в соответствии с решениями Коллегий МПС Российской Федерации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шайдуллин, Шевкет Нургалиевич, 2002 год

1. ADAMS User Guide. Mechanical Dynamics 1.corporated, Ann Arbor, Michigan U.S.A., 2002.

2. COSMOS/M User Guide. USA, California, Los Angeles, Structural Research and Analysis Corporation, 2002.

3. Kalker J.J.: "Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Solid mechanics and its application", Vol.2, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London, 1990.

4. Numata M. Buckling strength of railway track // Journal By Engineering Research, №9, 1957.

5. Pearce T.G.: Theory of Railway Vehicle Dynamics, Part 1: Derivation of Equations of Motion, B.R. Rep.TNDA 31, 1973.

6. Polach O.: "A fast wheel-rail force calculation computer code", O.Polach, 16th LAVSD Symposium, 30.08.-02.09.1999, Pretoria, South Africa.

7. Альбрехт В.Г., Бромберг E.M., Иванов K.E., Лященко В.Н., Першин С.П., Шульга В.Я. Бесстыковой путь и длинные рельсы. Москва, Транспорт, 1967.260с.

8. Альбрехт В.Г., Бромберг Е.М., Зверев Н.Б., Шульга В.Я., Чирков Н.С. Бесстыковой путь. Под редакцией В.Г.Альбрехта, Е.М.Бромберга. Москва, Транспорт, 1982. 206с.

9. Альбрехт В.Г., Крысанов Л.Г., Абдурашитов Д.Ю., ШмигаЮ.Н. Профильная обработка рельсов шлифовальными поездами с активными рабочими органами. Под редакцией В.Г.Альбрехта. Москва, Техинформ, 1999. 93с.

10. Бате, Вилсон. Численные методы анализа и метод конечных элементов. Москва, Стройиздат, 1982. 448с.

11. Боченков М.С. Продольные деформации в бесстыковом пути с автоматической разрядкой температурных напряжений // Вестник ВНИИЖТ, 1957, №7.

12. Бредюк В.Б. Автоматизированная система постановки пути в проектное положение // Путь и путевое хозяйство, №12, 1997.

13. Васильев А.Б. Применение системных методов для расчетов, конструирования железнодорожного пути и обоснования ресурсосбережения в путевом хозяйстве железных дорог. Автореферат докторской диссертации. Москва, МИИТ, 1998. 73стр.

14. Вериго М.Ф. Анализ методов математического моделирования динамических процессов в исследованиях развития бокового износа рельсов и гребней колес // Вестник ВНИИЖТ, №6, 1997. Стр.24-32.

15. Вериго М.Ф. Динамические модели устойчивости бесстыкового пути // Железные дороги мира, 1994, №10, стр.3-9.

16. Вериго М.Ф. Новые методы в установлении норм устройства и содержания бесстыкового пути. Москва, ВНИИЖТ, 2000, 184стр.

17. Вериго М.Ф., Коган А .Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. Москва, Транспорт, 1986. 559с.

18. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Челноков И.И. Динамика вагона. М., Транспорт, 1972, 304с.

19. Виногоров Н.П., Зверев Н.Б., Хвостик Г.С., Перфильев С.В. Сварка переводов с плетями // Путь и путевое хозяйство, №9, 1997.

20. Глюзберг Б.Э., Тейтель A.M., Титаренко М.И., Хвостик М.А. Новая конструкция контррельса-протектора / Вестник ВНИИЖТ, №3, 1997.

21. Гончарук B.JI. Динамическая модель трехвагонного пассажирского электропоезда // Сборник трудов 2-ой конференции CAD-FEM, Москва,.2002. Стр.357-361.

22. Гончарук B.JL, Новожилов Д.А. Оценка динамики прицепного вагона пассажирского электропоезда с учетом гибкости кузова // Сборник трудов 2-ой конференции CAD-FEM, Москва,.2002. Стр.362-367.

23. Грачева JI.O. Взаимодействие вагонов и железнодорожного пути (вынужденные колебания вагонов)Лр. ВНИИЖТ, 1972, вып. 356. 207с.

24. Грищенко В.А. Обеспечение надежности и эффективности бесстыкового пути в сложных условиях эксплуатации. Москва, ВНИИЖТ, 1992.

25. Данилов В.Н. Расчет рельсовой нити в зоне стыка./ Труды ВНИИЖТ. Вып. 70. М., Трансжелдориздат, 1952, 113с.

26. Ермаков В.М. Эффективность удлинения рельсовых плетей // Путь и путевое хозяйство, №5, 1998. Стр.7-9.

27. Железнодорожный путь./ Т.Г.Яковлева, Н.И.Карпущенко, С.И.Клинов, Н.Н.Путря, М.П.Смирнов. Под ред. Т.Г.Яковлевой. М., Транспорт. 1999. 405с.

28. Задорожный Л.И., Исаенко Э.П., Русин А.Н., Безруков М.В. Совершенствование конструкции и технологии текущего содержания бесстыкового пути: Пособие. Н.Новгород, изд. НГМА, 1999, 112с.

29. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Москва, Мир, 1975. 541с.

30. Иванов С.Ю., Исаенко Э.П., Безруков М.В. Подготовка железнодорожного пути к скоростному движению пассажирских поездов: Пособие. Нижний Новгород, Горьковская железная дорога, "Нижегородский печатник", 2001,136с.

31. Каменский В.Б., Шац Э.Я. Содержание железнодорожного пути в кривых. М.,Транспорт, 1987, 189 с.

32. Карпутценко Н.И. Надежность связей рельсов с основанием. Москва, Транспорт, 1986. 150с.

33. Карпущенко Н.И., Иванова Л.И. Упругие продольные перемещениярельсов под воздействием подвижной нагрузки./Сб. науч. Тр./ НИИЖТ, 1977.Вып.185. с.47-55.

34. Коган А .Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. 1997.

35. Коган А.Я., Грищенко В.А., Косенюк В.К. Устойчивость бесстыкового пути при температурном воздействии // Обеспечение надежности и эффективности бесстыкового пути в сложных условиях эксплуатации. Новосибирск: 1991. Стр.5-15.

36. Коган А.Я., Пейч Ю.Л. Расчет нестационарного напряженно-деформированного состояния элементов конструкции пути в зоне стыка рельсов. Вестник ВНИИЖТ, 2/2002, с.31-39

37. 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. Калининград, Гудок, 1997. 136с.

38. Крейнис З.Л. Спектральный состав очертания рельсовых нитей./Вестник ВНИИЖТ, 1982, №4, с.48-51.

39. Кудрявцев И.А. К вопросу о виброперемещениях, возникающих в земляном полотне // Устойчивость геотехнических сооружений на железнодорожном транспотре. Днепропетровск, 1989, стр.79-84.

40. Лазарян В.А., Литвин И.А. Дифференциальное уравнение колебаний экипажа, движущегося по инерционному пути. / Сб. "Некоторые задачи механики скоростного транспорта" Киев. Наукова думка. 1970, с.61-73.

41. Методические рекомендации по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте. Утверждены указанием МПС России № В-1024у от 31.08 1998г.

42. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (вторая редакция). Утверждены Минэкономики России, Госкомитетом России по строительной, архитектурной и жилищной политике №ВК477от21.06.1999г.

43. Першин С.П. Радиусы кривых при высокой скорости // Путь и путевое хозяйство, №1, 1998.

44. Попов С.Н. О допускаемых напряжениях на балласт / Вестник ВНИИЖТ, №97. Москва, 1955. Стр.353-385.

45. Правила расчета пути на прочность и надежность в зависимости от класса путей. ВНИИЖТ МПС, Москва, 1999. 62с.

46. Правила расчетов верхнего строения железнодорожного пути на прочность, МПС СССР 25.03.1954г.

47. Приказ министра путей сообщения №12Ц от 16.08.94г "О переходе на новую систему ведения путевого хозяйства на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий"/МПС РФ.М., 17с.

48. Проблемы улучшения динамических свойств пути высокоскоростных магистралей // Ж.д. мира, №6, 1997.

49. Путь и безопасность движения поездов / В.И.Болотин, В.А.Лаптев, В.С.Лысюк, В.Я.Шульга: Под. Ред. В.Я.Шульга. Москва, Транспорт, 1994.

50. Рабчук С.А. Задачи и программа перевооружения путевого хозяйства. Путь и путевое хозяйство. 1995. №4, с.5-12.

51. Ромен Ю.С. О движении экипажей в кривых участках пути./Вестник ВНИИЖТ, 1964. №6, с. 16-20.

52. Синицин А.П. Метод конечных элементов в динамике сооружений. Москва, Стройиздат, 1978. 230с.

53. Соловьев Н.В., Новакович В.И. Резервы повышения эффективности применения машин тяжелого типа на бесстыковом пути // Тр. ВНИИЖТ, 1976, вып.554.

54. Стрельцов А.С. Применение рельсовых плетей на больших металлических мостах. Москва, ВНИИЖТ, 1994.

55. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений / Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лащенников Б.Я., Шапошников Н.Н. Под ред. Смирнова А.Ф. Москва, Строиздат, 1984. 416с.

56. Технические указания по устройству, укладке и содержанию бесстыкового пути. МПС РФ, Главное управление пути. Москва, Транспорт, 1992, 72с.

57. Управление техническим состоянием пути./Н.И.Карпущенко, В.А.Грищенко, Г.К.Щепотин и др. Нолвосибирск, изд. СГАПС, 1995, 205с.

58. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. Москва, Недра, 1987. 221с.

59. Хвостик М.Ю. Повышение работоспособности болтовых соединений стрелочных переводов. Москва, ВНИИЖТ, 1994.

60. Цейтлин А.И. Прикладные методы решения краевых задач строительной механики. Москва, Стройиздат, 1984. 174с.

61. Чернышев М.А. Практические методы расчета пути. Москва, Транспорт, 1967. 235с.

62. Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков М.В. Влияние параметров элементов верхнего строения пути на их колебания при проходе подвижного состава // Сборник трудов 2-ой конференции CAD-FEM, Москва,.2002. Стр. 140-142.

63. Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков М.В. Моделирование воздействий подвижного состава на рельсовые нити в кривых // Сборник трудов 2-ой конференции CAD-FEM, Москва,.2002. Стр.368-371.

64. Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков М.В. Моделирование устойчивости колеса на рельсе при входе экипажа в кривую: Тез. докл. конф. Ресурсосберегающие технологии нажелезнодорожном транспорте, МИИТ, Москва, 2002, 2с.

65. Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков М.В. О параметрах железобетонных шпал, изготавливаемых в кассетах: Тез. докл. конф. Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте, МИИТ, Москва, 2002, 2с.

66. Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Васильев С.П., Безруков М.В. Расчеты железнодорожного пути с использованием конечно-элементных моделей: Учебное пособие. Нижний Новгород, Горьковская железная дорога, "Нижегородский печатник", 2002, 200с.

67. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. Москва, Транспорт, 1987, 479с.

68. Шульга В.Я. Бесстыковой путь на подрельсовом основании из железобетона. Москва, ВИНИТИ Академии наук СССР, 1959.

69. Шульга В.Я. Технико-экономическая эффективность и сферы применения бесстыкового пути // Бесстыковой путь. М., 1982.

70. Шульга В.Я. Что выгоднее: наплавка или науглероживание крестовин // Путь и путевое хозяйство, №12, 1998.

71. Эсвельд С. Вибрации грунта вблизи железных дорог. Железные дороги мира, №5,1992.

72. Яковлев В.Ф. Исследование сил взаимодействия колеса и рельса с учетом нелинейных односторонних связей и переменных масс./ Труды ЛИИЖТ, 1964. Выпуск 233. Стр.46-95.