Запобігання сходу з рейок спеціального рухомого складу шляхом створення комплексної системи протидії - Автореферат

Аналіз транспортних аварій, повязаних зі сходом коліс з рейок, показує, що вирішення цієї проблеми можливе за допомогою застосування інноваційних рішень, які протидіють сходу коліс із рейок та забезпечують підвищення безпеки руху. Рівень безпечної експлуатації рухомого складу на залізницях визначається наявністю запасу стійкості рейкового екіпажу, тому вирішити питання запобігання сходу рейкових екіпажів з рейок можна шляхом створення (за рахунок конструктивних факторів) у зоні контакту колесо-рейка сил, які протидіють сходу коліс із рейок. Практичне значення отриманих результатів: розроблено колісну пару для спеціального рухомого складу, профіль якої характеризується наявністю додаткової доріжки кочення та контргребеня, що забезпечує протидію сходу колісної пари з рейок в той час, коли основний гребінь колеса вкочується на робочу поверхню рейки; розроблено систему запобігання сходу коліс спеціального рухомого складу, що дає можливості протидіяти сходу коліс за рахунок наявності додаткової доріжки кочення та додаткового гребеня, забезпечує контроль положення колісної пари в рейковій колії і надає в автоматичному режимі інформацію про положення колісної пари відносно рейкової колії. У першому розділі виконано огляд та аналіз робіт з дослідження динаміки залізничних екіпажів та питання сходу коліс з рейок, як складової проблеми забезпечення безпеки руху, проаналізовано існуючі допоміжні пристрої, призначення яких - запобігти аваріям та зменшити масштаби катастроф у разі сходу колісної пари з рейкової колії та огляд існуючого математичного моделювання контактної взаємодії колеса з рейкою.У реальних умовах руху колісна пара виконує складні просторові переміщення, під час яких трапляється стикання гребеня колеса з боковою поверхнею головки рейки, що призводить до виникнення додаткових бічних сил. Окрім цього проміжок між ненабігаючим колесом і рейкою із зовнішнього боку колії має бути таким, щоб зовнішній гребінь не перешкоджав поперечному переміщенню колісної пари до того моменту, коли набігаюче колесо у момент вкочування на голівку рейки, втратить контакт з рейкою по поверхні кочення. У даній роботі розглянуто контакт обох коліс колісної пари за умови одноточкового гребеневого контакту на одному колесі і двоточкового на іншому. За умови, що звязок колеса з рейкою буде таким, що утримує, при розгляді двоточкового контакту колеса з рейкою враховується дія напруги між бічною поверхнею голівки рейки, гребеня або контргребеня колісної пари. У випадку аварійної ситуації, коли одне з коліс колісної пари вкочується внутрішнім гребенем на головку рейки, інше колесо контактує, спираючись на контргребінь, з головкою рейки і, завдяки криволінійній поверхні, що зєднує контргребінь з поверхнею кочення за допомогою перехідної кривої повертається у вихідне положення контакту поверхнею кочення колеса з головкою рейки після проходження небезпечної ділянки колії.Аналіз стану наукових досліджень в галузі динаміки залізничних екіпажів показав, що одними з головних причин сходів рухомого складу з рейок є вкочування гребенів коліс на головку рейок, а визначення раціональних параметрів профілів коліс - це найбільш ефективні засоби поліпшення взаємодії рухомого складу та колії та підвищення безпеки руху. Вдосконалено математичну модель, що, поряд з показниками динамічної навантаженості рейкових екіпажів, включає модель розрахунку показників поперечної горизонтальної динаміки екіпажів з урахуванням використання удосконаленого профілю колісної пари та поперечних деформацій рейкових ниток. Отримано нові залежності між параметрами руху екіпажу і параметрами контактування обох коліс у двогребеневому виконанні з рейками, що дає можливість відстежувати поведінку колеса під час руху і фіксувати небезпечні фази взаємодії з метою вжиття заходів щодо запобігання сходу та покращення динамічних показників безпеки руху. Удосконалено метод геометричного моделювання формоутворення нової конструкції профілю колісної пари та досліджень геометричних характеристик контактування, уточнено характер горизонтальних сил, що діють у контакті колеса та рейки і забезпечують переміщення кожної колісної пари в напрямку, протилежному дії бічної сили та сприяють підвищенню стійкості руху. Адекватність математичної моделі теоретично доведено з використанням імітаційного моделювання, за допомогою якого на спеціальнорозробленій автором математичній моделі силової взаємодії колісної пари та колії, доведено, що максимальна поперечна сила взаємодії колісної пари, яка має додаткові гребені, з рейковою колією при поперечному переміщенні екіпажу більше (48 КН проти 32 КН) для колісної пари стандартної конструкції, що свідчить про те, що ця додаткова сила (16 КН) і є силою, що протидіє сходу з рейок і на 33% збільшує вірогідність утримання колісної пари на рейковій колії.

В роботі вирішена актуальна для залізничного транспорту спеціального призначення науково-прикладна задача, повязана з забезпеченням протидії сходу екіпажу з рейок за рахунок розробки системи протидії сходу з використанням колісної пари у двогребеневому виконанні.

1. Аналіз стану наукових досліджень в галузі динаміки залізничних екіпажів показав, що одними з головних причин сходів рухомого складу з рейок є вкочування гребенів коліс на головку рейок, а визначення раціональних параметрів профілів коліс - це найбільш ефективні засоби поліпшення взаємодії рухомого складу та колії та підвищення безпеки руху. За результатами аналізу матеріалів патентного пошуку можна засвідчити, що існуючі допоміжні пристрої виконують функцію сигналізації про схід колеса з рейки, а не запобігають виникнення цієї ситуації. Тому необхідно удосконалити систему протидії сходу рухомого складу з рейок.

2. Вдосконалено математичну модель, що, поряд з показниками динамічної навантаженості рейкових екіпажів, включає модель розрахунку показників поперечної горизонтальної динаміки екіпажів з урахуванням використання удосконаленого профілю колісної пари та поперечних деформацій рейкових ниток. Отримано нові залежності між параметрами руху екіпажу і параметрами контактування обох коліс у двогребеневому виконанні з рейками, що дає можливість відстежувати поведінку колеса під час руху і фіксувати небезпечні фази взаємодії з метою вжиття заходів щодо запобігання сходу та покращення динамічних показників безпеки руху.

3. Удосконалено метод геометричного моделювання формоутворення нової конструкції профілю колісної пари та досліджень геометричних характеристик контактування, уточнено характер горизонтальних сил, що діють у контакті колеса та рейки і забезпечують переміщення кожної колісної пари в напрямку, протилежному дії бічної сили та сприяють підвищенню стійкості руху.

4. Запропоноване науковообгрунтоване технічне рішення конструктивного виконання колісної пари у двогребеневому виконанні, що відповідає існуючим нормам розрахунку за критеріями вертикальної та горизонтальної динаміки, а також показників стійкості руху. Результати розрахунку коефіцієнтів динаміки та поперечної стійкості для колісної пари у двогребеневому виконанні збігаються з розрахунковими даними для вантажних вагонів із суцільнокатаними колесами в межах 10-15% і не перевищують нормативних значень. Так, для не обресорених елементів рами візка вантажного вагону вони складають: для коефіцієнта вертикальної динаміки 0,60-0,90 в порожньому режимі та 0,5-0,85 в навантаженому режимі, для рамних сил в долях осьового навантаження відповідно 0,25-0,40 для порожнього та 0,20-0,38 для навантаженого режимів.

5. Адекватність математичної моделі теоретично доведено з використанням імітаційного моделювання, за допомогою якого на спеціальнорозробленій автором математичній моделі силової взаємодії колісної пари та колії, доведено, що максимальна поперечна сила взаємодії колісної пари, яка має додаткові гребені, з рейковою колією при поперечному переміщенні екіпажу більше (48 КН проти 32 КН) для колісної пари стандартної конструкції, що свідчить про те, що ця додаткова сила (16 КН) і є силою, що протидіє сходу з рейок і на 33% збільшує вірогідність утримання колісної пари на рейковій колії. Ці обставини надають перевагу при поперечному переміщенні екіпажу з колісними парами у двогребеневому виконанні, ніж при використанні колісної пари зі стандартними суцільнокатаними колесами.

6. Розроблено удосконалений профіль залізничного колеса у двогребеневому виконанні, що забезпечує додатковий контакт у горизонтальній площині при поперечних коливаннях колісної пари відносно рейкової колії та додає екіпажу стійкості і збільшує сили опору коліс проти сходу з рейок при проходженні криволінійних ділянок колії. Конструкція колеса у двогребеневому виконанні захищена автором патентом на корисну модель.

7. Розроблено систему протидії сходу з рейок коліс спеціального рухомого складу, що містить колісну пару з резервним профілем кочення, датчики для фіксації моменту перекочування колеса на резервний профіль і блок управління, який має безпосередній звязок з гальмівною системою і з системою оповіщення в кабіні машиніста.

8. Для оцінки ефективності використання ємкісних датчиків у системі протидії сходу колісної пари у двогребеневому виконанні використано порівняння розрахункових значень горизонтального переміщення колеса відносно головки рейки з використанням частот, отриманих за результатами експерименту з реальними значеннями поперечних переміщень колісної пари. В діапазоні вимірюваних значень поперечного зсуву колеса відносно головки рейки від - 25 мм до 25 мм відносна похибка вимірювання не перевищує 15%.

9. Методики, висновки та рекомендації дисертації прийняті до впровадження ХК «Луганськтепловоз» та на Придніпровській залізниці з метою використання методики розрахунку профілю колісної пари у двогребеневому виконанні та впровадження системи протидії сходу з рейок коліс спеціального рухомого складу. Частину результатів також впроваджено в Дніпропетровському національному університеті залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна та у Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля в навчальний процес та при проведенні наукових досліджень, про що свідчать відповідні акти впровадження.

10. Прогнозований економічний ефект від впровадження запропонованих технічний рішень складає орієнтовно 98 тис. грн. на один поїзд з 60 вантажних вагонів спеціального призначення за рік.

1. Дегтярьова Л. М. Фактори та засоби впливу на протидію сходу коліс з рейок / І.М. Бєлобородова, Л.М. Дегтярьова, О.В. Сергієнко // Вісник Східноукр. нац-го університету ім. В.Даля. - 2007.- № 12 (118) - 202 с.

2. Дегтярьова Л.М. Проблеми безпеки руху залізничних потягів і шляхи протидії сходу екіпажа з рейок [Електронний ресурс] / Л.М. Дегтярьова, Ю.І. Осенін // Вісник Східноукр. нац-го університету ім. В.Даля. - 2008. - №1Е. - Режим доступу до журн.: http://www.nbuv.gov.ua/e-journals/Vsunud/2008-1E/08dlmser.htm

3. Дегтярева Л.М. Математическое описание силового взаимодействия колес и рельсов / Л.М. Дегтярева, С.В. Мямлин, Ю.И. Осенин //Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - 2009. - вип. 28.- С. 21-25.

4. Дегтярьова Л.М. Математичний опис силової взаємодії колісних пар, обладнаних пристроями для протидії сходу, і рейок / Л.М. Дегтярева, С.В. Мямлин, Ю.И. Осенин // Вісник Східноукр. нац-го університету ім. В.Даля. - 2009.- №4(134), І ч. - С. 21-25.

5. Дегтярьова Л.М. Колесо железнодорожного экипажа с внешним гребнем/ Дегтярева Л.Н., Мямлин С.В., Осенин Ю.И. // Зб. наук. праць ДОНІЗТ. Вип. 22. - Донецьк: ДОНІЗТ, 2010. - С. 154-163.

6. Дегтярьова Л.М. Динамічна взаємодія рейкової колії з новим профілем кочіння колісної пари / Дегтярьова Л.М., Мямлін С.В., Сапронова С.Ю. // Вісник Східноукр. нац-го ун-ту ім. В.Даля. - 2010.- №5(147), частина 1. - С. 157-163.

7. Деклараційний патент на корисну модель №28887 Україна, МПК В61L3/00. Пристрій для протидії сходу залізничного складу з рейок / Осенін Ю.І., Дегтярьова Л.М.; заявник і патентовласник Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. - № u200709380; заявл. 17.08.2007; опубл. 25.12.2007, Бюл. №12.

8. Деклараційний патент на корисну модель №38720 Україна, МПК В61F19/00. Пристрій для запобігання сходу колісної пари з рейок / Осенін Ю.І., Дегтярьова Л.М.; заявник і патентовласник Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. - № u200807260; заявл. 26.05.2008; опубл. 12.01.2009, Бюл. №1.

9. Деклараційний патент на корисну модель №52359 Україна, МПК (2009) В60В3/00, В 60 17/00. Колесо рейкового транспортного засобу / Дегтярьова Л.М. Осенін Ю.І.; заявник і патентовласник Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. - № u201001728; заявл. 18.02.2010; опубл. 25.08.2010, Бюл. № 16.

10. Дегтярьова Л.М. Підвищення безпеки руху поїздів шляхом протидії сходу вагонів з рейок //Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту: 69 міжнар. наук.-практ. конф., 21-22.05 2009 р., тези доповід. - Дніпропетровськ, 2009 - С. 22.

Размещено на .ru