СПОСОБ ЮСТИРОВКИ РЕЛЬСОВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ Российский патент 2002 года по МПК E01B27/17 E01B33/00 

Изобретение относится к высокоскоростному рельсовому транспорту.

Преимущественная область применения - высокоскоростной рельсовый транспорт и экспериментальные исследования на рельсовых установках, требующие разгона испытываемых объектов до высоких скоростей.

Направляющие для движения высокоскоростного рельсового транспорта требуют повышенной жесткости крепления к основанию и точности выправки пути.

Известен способ выправки железнодорожного пути, заключающийся в том, что измеряют стрелы изгиба рельсовой нити в различных ее сечениях, вычисляют программную стрелу в зоне сдвижки пути и производят сдвижку пути (а.с. СССР 1705459, Е 01В 33/00, опубликовано в Бюл. 2, 1992 г.).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ выправки железнодорожного пути в продольном профиле, заключающийся в том, что измеряют положение пути в продольном профиле, определяют величины выправки и производят выправку пути, воздействуя на него горизонтальными колебаниями и вертикальной статической нагрузкой (патент РФ на изобретение, Е 01В 27/17, 33/00; 2025548, опубликовано в Бюл. 24, 1994 г.).

Недостатком известных способов выправки железнодорожного пути является то, что определяемые величины выправки направляющей не связаны с ее жесткостными свойствами, инерционно-массовыми и жесткостными характеристиками конкретного движущегося объекта и параметрами его движения, которые в совокупности могут приводить к возбуждению резонансных колебаний системы "направляющая - движущийся объект". Возбуждение таких колебаний является причиной повышенных контактных нагрузок, приводящих к повреждению рельсовой направляющей и опорных элементов движущегося объекта при высоких скоростях движения последнего.

Решаемой технической задачей является устранение условий возникновения резонансно-опасных режимов движения высокоскоростного объекта. Технический результат - увеличение скорости движения высокоскоростных объектов при установленных ограничениях нагрузок, действующих на рельсовую направляющую и опорные элементы движущегося объекта, износа опор, крена объекта (для монорельсовых объектов).

Технический результат достигается применением способа юстировки рельсовых направляющих, заключающийся в следующих операциях:
измеряют положение рельсовых направляющих в продольном профиле;
определяют структуру зависимости неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты;
определяют и исключают из полученной зависимости резонансно-опасные гармоники для заданного режима движения высокоскоростного объекта по рельсовым направляющим с заданными жесткостными свойствами;
определяют величины выправки рельсовой направляющей как разности между измеренными значениями ее продольного профиля и значениями продольного профиля, свободного от резонансно-опасных гармоник;
производят выправку рельсовых направляющих.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается от прототипа следующей совокупностью новых признаков:
определяют структуру зависимости неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты;
определяют и исключают из полученной зависимости резонансно-опасные гармоники для заданного режима движения высокоскоростного объекта по рельсовым направляющим с заданными жесткостными свойствами;
определяют величины выправки рельсовой направляющей как разности между значениями продольного профиля, свободного от резонансно-опасных гармоник и измеренными значениями ее продольного профиля.

Определение структуры зависимости неровностей рельсовой направляющей от продольной координаты позволяет представить неровности направляющей в виде набора гармоник с определенной амплитудой и длиной волны.

Определение резонансно-опасных гармоник для заданного режима движения высокоскоростного объекта по рельсовым направляющим с заданными жесткостными свойствами позволяет выявить гармоники, возбуждающие резонансные колебания системы "направляющая - движущийся объект", приводящие к повышению контактных нагрузок.

Исключение из полученной структуры резонансно-опасных гармоник позволяет реализовать продольный профиль направляющей, обеспечивающий движение высокоскоростного объекта по направляющей с заданной скоростью без превышения установленных ограничений нагрузок, действующих на направляющую и опорные элементы движущегося объекта, износа опор, крена объекта. (для монорельсовых объектов).

Изобретение поясняется графическими материалами, представленными на фиг. 1. . .4. На фиг. 1 приведена исходная зависимость измеренных неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, на фиг. 2 - структура зависимости измеренных неровностей оси рельсовой направляющей, на фиг. 3 - структура зависимости неровностей оси рельсовой направляющей, не содержащая резонансно-опасных гармоник, на фиг. 4 приведены измеренная зависимость (Y_изм) неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, зависимость (Y_мод) неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, не содержащая резонансно-опасных гармоник, и величины выправки оси рельсовой направляющей (Y_выпр).

Способ юстировки рельсовых направляющих реализуется следующим образом.

Перед движением по рельсовой направляющей высокоскоростного объекта производят плановую и высотную геодезическую съемку положения рельсовой направляющей в продольном профиле.

Выполняют вручную или с помощью ЭВМ математическую обработку результатов измерений и определяют зависимость неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, производят разложение полученной зависимости в ряд Фурье, содержащий длины волн гармоник и соответствующие им амплитуды неровностей.

При помощи математической модели движения высокоскоростного объекта по рельсовой направляющей (или другим доступным путем) определяют гармоники, представляющие резонансную опасность для заданного режима движения конкретного высокоскоростного объекта по рельсовым направляющим с известными жесткостными свойствами.

Исключают из полученного ранее ряда резонансно-опасные гармоники и при помощи обратного преобразования Фурье получают зависимость неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, свободную от резонансно-опасных гармоник, и определяют величины выправки рельсовой направляющей как разность между измеренными значениями продольного профиля, свободного от резонансно-опасных гармоник, и измеренными значениями ее продольного профиля.

Пример конкретной реализации способа юстировки рельсовой направляющей, выполненной в виде рельса Р-65 с жесткостью закрепления к основанию H=2•10⁸ Н/м, длиной 2 км.

До использования способа при движении по направляющей двухопорного монорельсового объекта массой 300 кг, длиной 2.6 м, с расстоянием между опорами 1.4 м со скоростью 1300-1400 м/с износ опор скольжения составил 2...3 мм, что соответствует усилиям в контакте ~200...300 кН, приводящим к недопустимому крену объекта в 8...10^o.

Было измерено положение рельсовой направляющей в продольном профиле на длине 2 км (см. фиг. 1, для удобства рассмотрения приведен участок длиной 128 м), путем разложения в ряд зависимости неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты с помощью прямого преобразования Фурье получена структура неровностей - длины волн и соответствующие им амплитуды неровностей (фиг. 2).

С помощью математической модели движения высокоскоростного объекта по рельсовой направляющей было установлено, что резонансно-опасными являются гармоники с длиной волны 20...40 м и амплитудой 0,04...0,08 мм, указанные гармоники были исключены из структуры измеренных неровностей (см. фиг. 3).

Для структуры неровностей, изображенной на фиг. 3, с помощью обратного преобразования Фурье получена зависимость неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, не содержащая резонансно-опасных гармоник (см. фиг. 4, зависимость Y_мод). Величины выправки рельсовой направляющей Y_выпр определены как разности между значениями продольного профиля, свободного от резонансно-опасных гармоник Y_мод, и измеренными значениями продольного профиля Y_изм (см. фиг. 4).

В результате применения способа юстировки рельсовых направляющих при движении по направляющей, свободной от резонансно-опасных гармоник, высокоскоростного двухопорного объекта со скоростью 1300...1400 м/с расчетный износ опор скольжения составит 0.8...1.2 мм, что соответствует контактным усилиям 80...100 кН, крен объекта при этом не превысит 1...1.5^o.

Изобретение относится к области высокоскоростного рельсового транспорта, в частности к способам юстировки рельсовых направляющих. Способ юстировки рельсовых направляющих заключается в том, что измеряют положение рельсовых направляющих в продольном профиле, после чего определяют структуру зависимости неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, затем определяют и исключают из полученной структуры резонансно-опасные гармоники для заданного режима движения высокоскоростного объекта по рельсовым направляющим с заданными жесткостными свойствами. Величины выправки определяют как разности между значениями продольного профиля направляющей, свободного от резонансно-опасных гармоник, и измеренными значениями продольного профиля направляющей, после чего производят выправку рельсовых направляющих. Технический результат - увеличение скорости движения высокоскоростных объектов при условиях ограничения нагрузок, действующих на рельсовую направляющую и опорные элементы движущегося объекта. 4 ил.

Способ юстировки рельсовых направляющих, заключающийся в том, что измеряют положение рельсовых направляющих в продольном профиле, определяют величины выправки положения направляющих, производят выправку, отличающийся тем, что после измерения положения рельсовых направляющих определяют структуру зависимости неровностей оси рельсовой направляющей от продольной координаты, определяют и исключают из полученной структуры резонансно-опасные гармоники для заданного режима движения высокоскоростного объекта по рельсовым направляющим с заданными жесткостными свойствами, а величины выправки определяют как разности между значениями продольного профиля направляющей, свободного от резонансно-опасных гармоник, и измеренными значениями продольного профиля направляющей.