Особливості роботи проміжних скріплень типів ТРЕП та ТРЕП-Ш в умовах колій незагального користування

Abstract

UA: Дисертація присвячена експериментально-теоретичним дослідженням напружено-деформованого стану роботи підрейкової основи з проміжними рейковими скріпленнями типів ТРЕП та ТРЕП-Ш з урахуванням сил взаємодії спеціального та спеціалізованого рухомого складу та колії в умовах залізниць незагального користування. Проведено огляд та аналіз літературних джерел за тематикою дослідження. Розроблені математичні моделі для визначення просторових жорсткостей проміжних рейкових скріплень типів ТРЕП та ТРЕП-Ш дозволили встановити перелік параметрів конструктивних елементів для визначення просторової жорсткості вузла зазначених скріплень. Одержані розрахункові рівняння дозволяють визначати ці жорсткості при динамічній дії на колію спеціального та спеціалізованого рухомого складу. Проведено експериментальні дослідження, які дозволили встановити жорсткості пружних елементів проміжних рейкових скріплень типів ТРЕП та ТРЕП-Ш. Адаптовано математичну модель просторової динамічної системи «екіпажколія», яка враховує особливості роботи рейкових опор при застосуванні проміжних рейкових скріплень типів ТРЕП та ТРЕП-Ш. Для визначення напружено-деформованого стану підрейкової основи розроблено комплекс моделей рейок, елементів проміжних рейкових скріплень типів ТРЕП та ТРЕП-Ш, шпал та баласту на основі використання методу скінченних елементів. Виконано багатоваріантні числові розрахунки просторового напруженого стану елементів підрейкової основи з проміжними рейковими скріпленнями типів ТРЕП та ТРЕП-Ш в умовах експлуатації колій незагального користування. Здійснено верифікацію розрахунків сил взаємодії колій та рухомого складу, виконаних на підставі комплексу математичних моделей просторової динамічної системи «екіпаж–колія» та оцінки напружено-деформованого стану підрейкової основи з проміжними скріпленнями типів ТРЕП та ТРЕП-Ш при статичному та динамічному навантаженнях. Результати дисертаційної роботи дали змогу розробити рекомендації, щодо застосування проміжних рейкових скріплень типів ТРЕП та ТРЕП-Ш в умовах колій незагального користування. RU: Диссертация посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям напряженно-деформированного состояния работы подрельсового основания железнодорожного пути с промежуточными рельсовыми скреплениями типов ТРЕП и ТРЕП-Ш с учетом сил взаимодействия от специального и специализированного подвижного состава на железнодорожный путь в условиях железных дорог необщего пользования. Во введении обоснована актуальность рассмотренной темы. Сформулировано цель исследований, объект, предмет и задачи исследований. Описаны методы исследований и научная новизна полученных результатов. В первом разделе выполнен анализ характеристик путей необщего пользования. Установлены технические особенности специального и специализированного подвижного состава. Сделан вывод про возможность использования промежуточных рельсовых скреплений типов ТРЕП и ТРЕП-Ш. Принята для дальнейших исследований математическая модель пространственной динамической системы «экипаж–путь», в основе которой используется расчетная схема пути в виде рельсов-балок, опирающихся на отдельные опоры с нелинейными упруго-диссипативными характеристиками. Во втором разделе были разработаны математические модели формирования пространственных жесткостей рельсовых опор со скреплениями типов ТРЕП и ТРЕП-Ш. Экспериментально определены упругие характеристики узлов этих скреплений. Полученная на основе данных экспериментальных исследований информация, позволила внести в математическую модель динамической системы «экипаж–путь» необходимые изменения. В третьем разделе многовариантными численными расчетами исследовано силы взаимодействия специального и специализированного подвижного состава, и железнодорожного пути в условиях путей необщего пользования. Математическая модель пространственной динамической системы «экипаж- путь», позволила учитывать дополнительные динамические силы, которые вызваны неравножесткостью подрельсового основания, отличием упругих и диссипативных характеристик опор и их нелинейностью. В расчетную модель добавлены уравнения пространственной жесткости рельсовых опор с промежуточными рельсовыми скреплениями типов ТРЕП и ТРЕП-Ш при вертикальных и горизонтальных изгибах и кручении рельса. В модели учтены упруго-диссипативные силы, которые возникают в точке контакта колеса и рельса, дополнительные динамические силы, которые вызваны дисбалансом колеса, неравномерностью износа поверхности качения, наличием ползунов. Модель учитывает ширину колесной пары, ширину пути, наклон рельсов, конечность поверхности качения колес, наличие вертикальных и горизонтальных неровностей пути. Предложенная математическая модель реализована в современной системе математического моделирования Mathcad. В четвертом разделе выполнено исследования напряженно- деформированного состояния работы подрельсового основания промежуточных рельсовых скреплений типов ТРЕП и ТРЕП-Ш с помощью метода конечных элементов. Моделирование рельсов, подрельсовых прокладок и упругих клемм было выполнено с использованием конечных элементов для расчетов объектов из однородного упругого материала. Моделирование контактов между рельсами, прокладками, изолирующими вкладышами и анкерами использовалось при помощи конечных элементов упругих связей. В модели железобетонной шпалы ША-Т учтены конечные элементы, которые моделируют работу бетона и арматуры, с усилием предварительного натяжения. Модель балластного слоя состоит из конечных элементов, предназначенных для моделирования односторонней работы этих материалов на сжатие, с учетом смещения. В пятом разделе экспериментальными работами проведена сопоставимость предложенных моделей и методов расчетов реальным условиям эксплуатации путей необщего пользования. Во время проведения эксперимента измерялись вертикальные и горизонтальные силы, которые действуют на шпалу и напряжения, которые возникают на верхней постели шпалы. Кроме этого, при помощи метода Шлумпфа были измерены горизонтальные поперечные силы. С целью исключения влияния деформаций и вибраций балласта и земляного полотна на измерения перемещений элементов пути, было использовано видеоцифровую систему, которая позволяет измерять перемещения рельсов и шпал с точностью 0,03 мм в реальном времени с точностью 10-3 с. Расхождения при определении горизонтально поперечных сил находиться в границах 8,5 %, при определении сил, действующих на шпалу в границах 9,4 %, при определении напряжений на верхнюю постель шпалы в границах 9,6 %. EN: The dissertation is devoted to the experimental and theoretical research of the stress-deformed state of the underbreathing foundation with intermediate rail fastenings of the types TREP and TREP-SH taking into account the forces of interaction of the special and specialized rolling stock and the track in the conditions of non-garbage railways. The analysis of rail supports with fastenings TREP and TREP-Sh under spatial forces was conducted; the parameters forming spatial rigidities of these supports were defined. On the base of experimental research, both in laboratories and in the field, the rigidities of elastic elements of rail supports and the impact of loads on these parameters were defined, and dependencies of changes in spatial rigidities in operation were established. The changes considering some operational features of the vehicle/track system with the fastenings TREP and TREP-Sh were produced in the mathematical model of the spatial dynamics. Implementation of the design diagram of the track taken as a beam rested on many elastic supports with non-linear elastic-dissipative characteristics allowed considering additional dynamic forces being a result of an irregular rigidity of the rail foundation. The numerical methods were used in the research into spatial forces on the special and specialized track with the fastenings TREP and TREP-Sh. The influence of characteristics of the fastenings on the active forces was defined, and the comparative operational analysis of the track with the fastenings TREP, TREPSh and KB was made. The elements of the rail foundation with the fastenings TREP and TREP-Sh for non-public railways were modeled with the application of the finite element method in order to calculate the mode of deformation. On the base of multi-choice calculations the analysis of the mode of deformation of the rail foundation elements in various operational conditions for non-public railways was made. The practical recommendations for application of the fastenings TREP and TREP-Sh were given. The experimental works on the test section of a non-public railway with the fastenings TREP sleepers were conducted. The modern microprocessor-based video digital technology and computers were applied. The results and theoretical calculations were compared with the experimental data.