Введение к работе
Актуальность работы
Бесстыковой путь температурно-напряженного типа имеет значительные преимущества перед звеньевым, благодаря чему в последние годы он стал основной конструкцией верхнего строений пути на сети железных дорог ОАО «РЖД». Но из-за происходящих выбросов пути, а также из-за разрывов рельсовых плетей бесстыковой путь такой конструкции является потенциально опасным элементом комплекса инженерных сооружений железнодорожного транспорта.
Согласно Федеральной программе «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» повышение безопасности железнодорожного транспорта является одним из ключевых направлений развития.
«Восточно-Сибирская железная дорога» (ВСЖД) - часть Транссибирской магистрали, являющейся связующим звеном между Европой и Азией, основной задачей которой является пропуск подвижного состава с должной безопасностью и своевременностью доставки грузов и пассажиров. С целью снижения эксплуатационных затрат на ВСЖД в 1999 г. было принято решение о внедрении более совершенной конструкции верхнего строения пути, которой является бесстыковой путь температурно-напряженного типа. Тенденция увеличения протяженности бесстыкового пути с начала укладки приведена на рис. 1.
2эзз
233 г
233Ї
Протяженность, км
35.0
9В.0
210.0
350.9
539.1
5В2.6
571.6
842.7
1310.2
1257.1
1474.0
1712.2
1920.4
Рис. 1. График увеличения протяженности бесстыкового пути на ВСЖД
в период 1999-2011 гг.
Часть сети железных дорог ОАО «РЖД» находится в сложных эксплуатационных условиях (сочетание кривых малого радиуса с затяжными спусками и подъемами, высокие сезонные и суточные колебания температур, обращение поездов повышенной массы и длины), так, на ВСЖД, типовая конструкция бесстыкового пути без каких-либо эксплуатационных ограничений может применяться менее чем на 80 % от эксплуатируемой длины дороги.
В последние годы на сети дорог ОАО «РЖД» и на ВСЖД в частности наблюдается тенденция к переходу от содержания плетей длиной 800 м к содержанию плетей длиной в блок-участок и перегон, что значительно затрудняет контроль за температурной работой плетей по применяемому в данное время методу «маячных» шпал.
Для ликвидации этих ограничений необходима разработка мероприятий, расширяющих допускаемый температурный интервал укладки для конструкции бесстыкового пути и способа контроля за температурным режимом эксплуатируемых плетей.
Цель работы
Целью диссертационной работы является расширение допускаемого интервала укладки конструкции бесстыкового пути, путем повышения ее устойчивости в сложных условиях эксплуатации, а также разработка способа контроля за температурным режимом эксплуатируемых плетей.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
Выполнен аналитический обзор существующих методов обеспечения устойчивости бесстыкового пути.
Разработана методика и проведены экспериментальные исследования по определению напряжений в плетях бесстыкового пути на основе метода акустоупругости.
Разработана методика оценки устойчивости бесстыкового пути в послере-монтный период на основе конечно-элементного моделирования.
Разработано устройство для повышения устойчивости рельсошпальной решетки, путем модернизации существующей конструкции железобетонной шпалы.
Методы исследования
Диссертационная работа основана на использовании комплекса теоретических и экспериментальных исследований, к числу основных из которых относятся следующие:
- метод акустической тензометрии в основе которого лежит упругоакустический эффект;
методы сопротивления материалов и расчета устойчивости конструкций;
метод конечных элементов, применяемый для расчета конструкций верхнего строения железнодорожного пути;
методы статистической обработки результатов экспериментов и их корреляционного анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана методика определения напряженного состояния бесстыкового пути на основе метода акустической тензометрии;
на основании экспериментально полученных данных построены зависимости сопротивления шпал и величин упругого отпора при действии поперечной нагрузки на участках с различным пропущенным тоннажем;
усовершенствована существующая конечно-элементная модель расчета устойчивости бесстыкового пути посредством ввода различных нелинейных зависимостей сопротивления подрельсовых опор поперечной нагрузке от пропущенного по участку тоннажа.
Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций подтверждается:
применением для измерения напряжений в рельсах оборудования, основанного на явлении акустоупругости, возможности которого подтверждены сертификатом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии;
использованием сертифицированного программного обеспечения применяемого для расчета конечно-элементных моделей бесстыкового пути, возможности которого подтверждаются в опубликованных работах других авторов;
хорошей сходимостью результатов экспериментальных исследований с теоретическими расчетами.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем:
подтверждена возможность применения метода акустоупругости для определения напряжений в рельсовых плетях;
установлено влияние пропущенного тоннажа по участку на сопротивляемость железобетонных шпал сдвиговым усилиям, а также на величину упругого отпора при действии поперечной нагрузки;
- в результате моделирования устойчивости бесстыкового пути на участках
с различным значением пропущенного тоннажа было определено его влияние на
устойчивость бесстыкового пути в кривых участках;
- предложен способ повышения устойчивости бесстыкового пути посредством
усиления железобетонных шпал и подтверждена его эффективность путем проведе
ния экспериментальных исследований в лабораторных условиях.
Реализация результатов работы
В производственный процесс Иркутск-Сортировочной дистанции пути ВСЖД -филиала ОАО «РЖД» была внедрена методика оценки напряженного состояния бесстыкового пути на основе метода акустоупругости.
Личный вклад автора состоит:
в разработке методики и проведении экспериментальных исследований по определению напряжений в плетях бесстыкового пути на действующих участках пути ВСЖД посредством прибора, принцип работы которого основан на методе акустоупругости;
в разработке методики и проведении экспериментальных исследований по определению величин сопротивления и упругого отпора железобетонных шпал при воздействии поперечной нагрузки на участках железнодорожного пути с различным пропущенным тоннажем;
в усовершенствовании существующей конечно-элементной модели расчета устойчивости бесстыкового пути посредством ввода экспериментально полученных зависимостей сопротивления подрельсовых опор сдвиговым усилиям, зависящим от пропущенного по участку тоннажа;
в разработке устройства для повышения устойчивости бесстыкового пути посредством модернизации существующей конструкции железобетонных шпал и проведении экспериментального исследования разработанного устройства.
На защиту выносятся:
методика определения напряженного состояния бесстыкового пути на основе метода акустической тензометрии;
усовершенствованная конечно-элементная модель расчета устойчивости бесстыкового пути;
полученные экспериментальным путем зависимости сил сопротивления шпал и величин упругого отпора при действии поперечной нагрузки на участках с различным пропущенным тоннажем;
способ увеличения устойчивости бесстыкового пути посредством разработанного автором работы устройства.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и получили одобрение:
- на второй международной научно-практической конференции «Развитие
транспортной инфраструктуры Забайкалья - основа роста экономики Забайкальского
края», проходившей в Чите в 2008 г.;
на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог», проходившей в Иркутске 20-24 апреля 2009 г.;
на техническом совете службы пути ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» на тему «Проблемы текущего содержания бесстыкового пути» проходившем 23 апреля 2010г.;
на V Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», проходившей в Екатеринбурге 25-29 апреля в 2011 г.;
на II Межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона», проходившей в Иркутске 16-18 октября 2011 г.;
на заседаниях кафедры «Путь и путевое хозяйство» ИрГУПС, проходивших в 2008-2011 гг.
Публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, двух приложений и списка литературы, включающего 127 наименований. Диссертация изложена на 207 страницах машинописного текста, содержит 105 рисунков, 13 таблиц.
