Підвищення якості оцінки працездатності залізничної колії за рахунок удосконалення розрахункових характеристик підрейкової основи - Автореферат

Автор дисертації брала участь в науково-дослідних роботах, що виконувались за завданням Головного управління колійного господарства Укрзалізниці за темою “Проведення динаміко-міцнісних випробувань колії на залізобетонних шпалах з пружним скріпленням типу КПП, рейками UIC60 та розробці рекомендацій по встановленню швидкостей руху поїздів“ (державний реєстраційний номер 0103U007770), договір № 205/03-9.03-ЦТЕХ 53.148 від 25.04.2003 р.), а також у розробці нормативно-технічного документа “Правила розрахунків залізничної колії на міцність і стійкість” ЦП-0117 затвердженого наказом Укрзалізниці від 13.12.2004 р. Метою дисертаційної роботи є підвищення якості оцінки працездатності залізничної колії за рахунок удосконалення розрахункових характеристик підрейкової основи шляхом розробки методики визначення модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині, що враховує наявність всіх складових конструкції колії. Виконати комплексну оцінку впливу різних факторів на величину модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині і розробити методику розрахунку модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині для інженерних розрахунків колії. Вперше розроблена модель конструкції залізничної колії, що дозволяє при моделюванні зовнішній дії рухомого складу виконувати дослідження деформативних процесів підрейкової основи з використанням методу кінцевих елементів, яка відрізняється від існуючих моделей більш досконалим врахуванням фізико-конструктивних параметрів колії, що дозволяє більш точно досліджувати деформативний процес. Встановлено аналітичні залежності між фізико-конструктивними факторами і значеннями модуля пружності підрейкової основи колії та розроблена нова методика визначення розрахункових значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині при розвязанні задачі оптимального устрою залізничної колії.Розроблена модель конструкції залізничної колії при зовнішній дії для дослідження деформативних процесів підрейкової основи з використанням методу кінцевих елементів, яка дозволяє прогнозувати поведінку конструкції колії залежно від її геометричних, фізико-механічних характеристик, а також від значення і місця прикладання сил. Розрахунками за розробленою моделлю, з підтвердженими експериментальними дослідженнями, встановлено, що конструкція колії, яка знаходиться в справному стані, тобто відповідає вимогам правил технічної експлуатації і нормам утримання, в середньому має розкид між мінімальними та максимальними значеннями модуля пружності підрейкової основи для конструкцій із залізобетонними шпалами у 3,4 рази, для конструкцій із деревяними шпалами - 2,68 рази, напружень - відповідно у 1,2 та 1,15 рази. На основі комплексних експериментально-теоретичних досліджень розроблена нова методика визначення значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині, яка враховує випадковий характер параметрів, що впливають на формування модуля пружності і дозволяє визначати дану величину у вигляді інтервалу значень. Запропоновано рекомендації по використанню розробленої методики визначення значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині, застосовування яких дозволить більш точно (від 1,23 до 1,62 рази) визначити сили взаємодії колії і рухомого складу, а також напружено-деформований стан елементів колії (від 3,4 до 4,23 рази) у тому числі при наявності відхилень від “відмінного” стану. Введення додаткового техніко-економічного критерію дозволить: комплексно і диференційовано враховувати показники надійності колії при вирішенні питань про збільшення швидкості руху і осьового навантаження поїздів; підвищити вплив і ефективність застосовування баластного шару (до 4,2 разів), скріплень (до 6 разів) і шпал (до 3 разів), що у ряді випадків дозволить довше експлуатувати колію без проведення ремонтних робіт, тобто подовжити її працездатний стан.К вопросу определения напряженного состояния рельсов методом конечных элементов // Труды Х Межд. научн.-практ. конфер. Данович В.Д., Патласов А.М., Бондаренко И.А. Использование метода конечных элементов и современного программного обеспечения для расчета железнодорожныхм рельсов и крестовин // Труды IV Межд. научн.-практ. конфер. К вопросу о выборе модуля упру гости пути // Труди міжн. наук.-практ. конфер. Оцінка параметрів пружної клеми марки КП-5.2 (Костюк М.Д., Рибкін В.В., Бондаренко І.О., Іванченко Н.М.) - Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

У дисертаційній роботі на основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень вирішена важлива науково-технічна задача підвищення ефективності експлуатації колії при дотримані нормативних значень показників поза устроєм і утриманням залізничної колії. Основні наукові результати, висновки та практичні рекомендації дисертації полягають у такому.

Розроблена модель конструкції залізничної колії при зовнішній дії для дослідження деформативних процесів підрейкової основи з використанням методу кінцевих елементів, яка дозволяє прогнозувати поведінку конструкції колії залежно від її геометричних, фізико-механічних характеристик, а також від значення і місця прикладання сил. Розрахунками за розробленою моделлю, з підтвердженими експериментальними дослідженнями, встановлено, що конструкція колії, яка знаходиться в справному стані, тобто відповідає вимогам правил технічної експлуатації і нормам утримання, в середньому має розкид між мінімальними та максимальними значеннями модуля пружності підрейкової основи для конструкцій із залізобетонними шпалами у 3,4 рази, для конструкцій із деревяними шпалами - 2,68 рази, напружень - відповідно у 1,2 та 1,15 рази.

Виконано комплексну оцінку впливу параметрів підрейкової основи на деформативність колії. Отримано, проаналізовано і оцінено аналітичні залежності між різними факторами і модулем пружності підрейкової основи колії при розвязанні задач визначення міцності, надійності і стійкості залізничної колії.

На основі комплексних експериментально-теоретичних досліджень розроблена нова методика визначення значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині, яка враховує випадковий характер параметрів, що впливають на формування модуля пружності і дозволяє визначати дану величину у вигляді інтервалу значень.

Запропоновано рекомендації по використанню розробленої методики визначення значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині, застосовування яких дозволить більш точно (від 1,23 до 1,62 рази) визначити сили взаємодії колії і рухомого складу, а також напружено-деформований стан елементів колії (від 3,4 до 4,23 рази) у тому числі при наявності відхилень від “відмінного” стану.

На підставі розробленої методики по визначенню значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині, внесено пропозицію по оцінці деформативної працездатності залізничної колії. Введення додаткового техніко-економічного критерію дозволить: комплексно і диференційовано враховувати показники надійності колії при вирішенні питань про збільшення швидкості руху і осьового навантаження поїздів; підвищити вплив і ефективність застосовування баластного шару (до 4,2 разів), скріплень (до 6 разів) і шпал (до 3 разів), що у ряді випадків дозволить довше експлуатувати колію без проведення ремонтних робіт, тобто подовжити її працездатний стан.

Для розгляду питань забезпечення вимог міцності, стійкості і деформативності введено поняття стабілізуючого шару, який укладається між елементами конструкції колії або є складовою частиною одного з них. Залежно від вимог за деформативністю колії розроблено рекомендації по розрахунках параметрів стабілізуючого шару та встановлено залежності ефективності використання матеріалів для укладання у шар від модуля деформації земполотна, що уніфікує багатоваріантність при виборі способів зміцнення конструкції колії.

Визначено параметри ефективного застосовування підбаластного щебеневого шару. Встановлено, що ділянки залізничної колії, які мають підбаластний щебеневий шар, утворений в процесі експлуатації, більше 30 см, відносяться до мало деформованих ділянок. А для посилення конструкцій колій, які обпираються на земляне полотно, що складається з ґрунтів середньої і слабої міцності, товщина підбаластного щебеневого шару більше 30 см не доцільна.

Результати дисертаційної роботи використано в науково-дослідних роботах, виконаних за замовленням Укрзалізниці. Отримані діапазони значень модуля пружності підрейкової основи колії у вертикальній площині використані при підготовці даних при виконанні науково-дослідної роботи по коректуванню правил розрахунку колії на міцність. В рамках роботи по встановленню допустимих швидкостей руху на ділянках колії із залізобетонними шпалами, пружинним скріпленням типу КПП і рейками UIC60 визначено розрахункові параметри рейок UIC60.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО У ТАКИХ РОБОТАХ

Деформация подшпального упруго-вязкого инерционного основания под динамической нагрузкой / Данович В.Д., Патласов А.М., Халипова Н.В., Бондаренко И.А. // Збірник наукових праць ДІІТ. - Вип. 4. - Дніпропетровськ: Транспорт, 1999. - С. 5-22.

Выбор расчетной схемы и параметров железнодорожного пути при расчете методом конечных элементов / Данович В.Д., Рыбкин В.В., Патласов А.М., Бондаренко И.А. // Строительство: Сб. научн. Тр. ДИИТА. - Вып. 10. - Днепропетровск, 2002. - С. 35-45.

Влияние параметров грунта назначения вертикального модуля упругости пути / Данович В.Д., Рыбкин В.В., Патласов А.М., Бондаренко И.А. // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. - Вип. 2. - Днепропетровск, 2003. - С. 151-154.

Рыбкин В.В., Бондаренко И.А. О корректировке правил расчетов железнодорожного путина прочность // Вестник БЕЛГУТА: Наука и транспорт, № 2 (9). - Гомель, 2004. - С. 42-44.

Бондаренко И.А. К вопросу определения модуля упругости пути в вертикальной плоскости. // Транспортні системи і технології, вип. 5, - К.: КУЕТТ, 2004. - С. 16-27.

Інженерний розрахунок залізничної колії на міцність / Рибкін В.В., Баль О.М., Бондаренко І.О., Сисін М.П. // науково-практичний журнал “Транспорт України” № 2. - Київ, 2005. - С. 40-44.