Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка конструкции рельсового стыка для подъездных железнодорожных путей»

Сведения об участнике
ФИО
Чаплыгина Евгения Максимовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Тяжелое и среднее машиностроение
Тема
«Разработка конструкции рельсового стыка для подъездных железнодорожных путей»
Резюме
Создание проекта направлено на разработку конструкции рельсового стыка, которая отвечает современным требованиям, совмещая демпфирование вибрации и диагностирование технического состояния данного узла, и передает информацию об этом заинтересованным лицам.
Ключевые слова
рельсовый стык, демпфирование вибрации, скоростные железные дороги, диагностирование ж/д пути, эффективность использования ж/д пути.
Цели и задачи
Цель: повышение эффективности использования железнодорожного пути по сравнению с известными отечественными и зарубежными техническими решениями за счет создания новой конструкции рельсового стыка, позволяющей демпфировать вибрацию и диагностировать техническое состояние железнодорожного пути, а так же информировать об этом заинтересованных лиц.
Задачи:
- разработка модели рельсового стыка ж/д пути с учетом назначения и особенностей его работы;
- оценка влияния показателей жесткости узла скрепления на виброустойчивость и вибропрочность при условии взаимодействия верхнего и нижнего строения пути на основании теоретических и экспериментальных исследований;
- разработка новых вариантов конструкций рельсовых стыков с определением сфер их применения на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Введение

Сегодня широкое распространение получили стыки рельсов с тепловым зазором для подъездных путей и сварные - для скоростных. В зависимости от предназначения и расположения железнодорожных путей  следует выбирать методы диагностирования их технического состояния. Для скоростных ж/д путей используют автоматизированные системы встроенного диагностического контроля, которые расположены в локомотивах. А для подъездных ж\д путей предусмотрены периодические способы диагностирования. Особое внимание при диагностировании уделяют стыкам, от конструкции которых зависит надежность ж/д пути. Поэтому, разработка надежных конструкций рельсовых стыков подъездных путей является актуальной проблемой для железнодорожного транспорта.

Методы и материалы

При теоретических исследованиях процесса движения подвижного состава по рельсам использовался специализированный программный комплекс «DEFORM – 3D», в основу которого положен метод конечных элементов (МКЭ). Он позволяет достаточно точно описать криволинейные границы области определения решения и краевые условия. В то время как другие известные методы исследования динамических процессов, например, метод характеристик или метод совместного решения уравнений равновесия и уравнений динамики, отличаются либо недостаточной точностью результатов, либо большим количеством необходимых вычислений. Область применения МКЭ существенно расширилась, когда было показано, что возможна не только вариационная формулировка метода, но и формулировки, использующие такие варианты метода взвешенных невязок, как методы Галеркина и Рэлея-Ритца.

МКЭ на базе программного комплекса «DEFORM – 3D», применяемого в данном проекте, помимо всего прочего, возможно, проконтролировать эффективность конструктивных решений на всех этапах проектирования, а также проверить и отработать детально узлы непосредственно на ЭВМ без проведения дорогостоящих лабораторных или промышленных испытаний.

Для решения последующих задач планируется использовать средства диагностики вибрационных сигналов с цифровой интерпретацией для последующей оценки спектра воздействия элементов конструкции рельсовых стыков.

Описание и обсуждение результатов

Ожидаемые результаты и их научная новизна

  • Компьютерная конечно-элементная модель процесса взаимодействия деталей рельсового стыка при прохождении подвижного состава.
  • Новые разработанные конструктивные решения шарнирного скрепления рельсов, отличающиеся тем, что соединительный узел оснащен угловым демпфером и устройством диагностического контроля.
  • Налаживание непрерывного диагностического контроля за состоянием модернизированного участка железной дороги, что позволит эксплуатировать этот участок в соответствии с его реальным техническим состоянием.
  • Повышение эффективности эксплуатации модернизированных линий железной дороги за счёт увеличения скорости прохождения подвижных составов и в частности увеличение экономической эффективности, снижение вибрационной нагруженности подвижного состава и верхнего строения пути.

На данном этапе сконструирована 3D модель существующего распространённого рельсового стыка и проведены предварительные расчеты энергосилового взаимодействия элементов рельсового стыка при прохождении по нему подвижного состава. Моделирование проводилось в среде DFORM – 3D.

При моделировании приняты следующие начальные и граничные условия: колеса, шпалы, а накладки, болты и рельсы упругие. Скорость прохождения колеса диаметром 1200 мм по рельсу равна  60 км/ч (Расстояние между шпалами 440 мм, рельс  марки Р 50, нагрузка на колесо 125 000 Н, конструкция накладок по ГОСТ 19128 – 73 для рельсов Р 50. Было назначено минимальное количество элементов, необходимое для предварительного расчета: 100 тыс – для рельсов; 50 тыс – для накладок; 10 тыс – для болтов. Форма элемента – тетраэдр (поскольку так лучше описываются фасонные поверхности – типа сечения рельса).

Проанализировав результаты, следует отметить, что растяжение болтового соединения может составлять от 0,15мм до 0,3мм. Попутно следует отметить упругое сплющивание головки рельса, которое составляет 0,225мм

Следует отметить вибрационное начало силового взаимодействия элементов конструкции стыка, выраженное в пиковых нагрузках, которые передаются накладкам. Также отметим наличие удара при непосредственном прохождении по стыку. При первых отклонениях от работоспособного состояния конструкции стыка будет наблюдаться эскалация этого процесса, что спровоцирует прогрессирующий износ и последующий отказ стыка и пути в целом.

На данном этапе были рассмотрены только предварительные модельные представления и проанализированы первые результаты, позволившие  сконструировать пилотный вариант конструкции рельсового стыка  по критерию повышения его долговечности, выраженной в перераспределении нагрузок, вызывающих критические состояния узла.

Используемые источники
1. Пожидаева Е.Б. Современные виды рельсовых стыков. [Текст] Чаплыгина Е.М., Лычагина Т.С. // Наука и производство Урала. 2015. № 11. с. 147-149.
2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов: Пер. с англ. - М.: Мир, - 1979.
3. Дальневосточный государственный университет путей сообщения [Электронный ресурс], 2007 – 2015. – Режим доступа:
http://edu.dvgups.ru/METDOC/ITS/GDPUT/TEX_OTR/M3/3_2.HTM
4. Пожидаев Ю.А., Лычагина Т.С., Пожидаева Е.Б., Чаплыгина Е.М., Шарова Н.В., Мишурова Е.Н. Железнодорожный крепеж // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Инновации в металлообработке: взгляд молодых специалистов», Курск, 2015.
5. Кравченко, Н.Д. «Новые конструкции железнодорожного пути для метрополитенов» ) [Текст]: Кравченко Н. Д.; Всероссийский научно-исследовательский институт ж\д транспорта. – Москва, 1998.
Information about the project
Surname Name
Eugenia Chaplygina
Project title
Development of the construction of the rail junction for sidings
Summary of the project
Creating a project aimed at the development of the construction of a rail junction , which meets modern requirements , combining vibration damping and diagnostics of the technical state of the node , and transmits information about this to interested parties.
Keywords
rail joints , vibration damping , high-speed railways , diagnostics of railway track , the efficiency of the railway track .