Способ определения оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов и ремонтных звеньев бесстыкового железнодорожного пути Российский патент 2024 года по МПК G01M5/00 E01B35/12 B61K9/08 

Изобретение относится к области исследования напряженно-деформированного состояния упругих объектов, а именно участков соединений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути с уравнительными рельсами, ремонтными звеньями или стрелочными переводами.

Бесстыковые рельсовые плети теоретически могут быть неограниченной длины. В мировой практике имеются плети длиной в десятки километров, при этом в плеть включаются свариваемые с нею прямые участки стрелочных переводов. Однако применение плетей такой длины, особенно на участках, где часто перемежаются прямые и кривые со значительной разницей в продолжительности службы рельсов на них, осложняет ведение путевого хозяйства, вызывая или необходимость замены всей плети из-за ее местного повреждения или вырезки поврежденных мест и вваривания взамен них соответствующей длины рельсов, подобранных по геометрическому очертанию к примыкающим участкам плети. Это, несомненно, требует больше времени, чем замена рельса звеньевого пути. Также на линиях с высокой грузонапряженностью необходимо, чтобы в графике движения поездов были предусмотрены ежедневные «окна» для путевых и других работ достаточной продолжительности.

Известно, что типовая длина бесстыковых рельсовых плетей в СССР составляла 800м. Рельсовые плети заканчивались укладкой двух-четырех уравнительных рельсов длиной 12,5м с таким расчетом, чтобы максимальная сумма зазоров была не меньше перемещений торцов температурно-подвижных участков при экстремальных расчетных температурах (Г.М. Шахунянц «Железнодорожный путь» издание третье, переработанное и дополненное, Москва «Транспорт», 1987).

Также известно, что перед временным восстановлением рельсовой плети используют установочный рельс длиной 8-11м. (Распоряжение ОАО «РЖД» от 14.12.2016 №2544 «Об утверждении и введении в действие Инструкции по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути» п.4.1 «Временное восстановление рельсовых плетей).

Также известно, что в местах повреждения рельсовых плетей, например при возникновении трещины в головке рельса, или при сквозном поперечном изломе рельса в месте повреждения устанавливают шестидырные накладки таким образом, чтобы середина накладки была совмещена с дефектом рельса (Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути», утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 29.12.2012г., п.4.5).

При проведении указанных работ не проводились исследования, касающиеся оптимального выбора длин и количества уравнительных рельсов или ремонтных звеньев для обеспечения уменьшения напряженно-деформированного состояния участков соединения рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути с уравнительными рельсами, ремонтными звеньями и со стрелочными переводами.

Техническим результатом изобретения является уменьшение напряженно-деформированного состояния участков соединений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути с уравнительными рельсами, ремонтными звеньями и со стрелочными переводами путем подбора оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов, ремонтных звеньев.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов и ремонтных звеньев бесстыкового железнодорожного пути, заключающемся в осуществлении построения геометрически подобных физических моделей участков соединений рельсовых плетей и уравнительных рельсов посредством компенсационных накладок и создании конечно-элементных моделей построенных физических моделей, производят статическое и гармоническое нагружение физических и конечно-элементных моделей различными видами нагрузок, измеряют боковые перемещения рельсов и напряжения в них, частоты и амплитуды резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния созданных физических и конечно-элементных моделей, при этом варьируют длины и количество уравнительных рельсов, создают геометрически подобные физические и конечно-элементные модели для каждой длины уравнительных рельсов, нагружают указанные модели нагрузками, соответствующими реальным нагрузкам на рельс от различных единиц подвижного состава, измеряют на физических моделях и рассчитывают на конечно-элементных моделях частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния в местах установки компенсационных накладок созданных физических и конечно-элементных моделей, сравнивают полученные значения на близких по величине частотах и выбирают ту физическую и конечно-элементную модель, у которой амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния минимальны.

Также технический результат достигается тем, что осуществляют построение геометрически подобных физических моделей участков соединения рельсовых плетей и ремонтных звеньев посредством компенсационных или ремонтных накладок и создают конечно-элементные модели указанных геометрически подобных физических моделей.

Также технический результат достигается тем, что осуществляют построение геометрически подобных физических моделей участков соединения рельсовых плетей и стрелочных переводов посредством компенсационных или ремонтных накладок и создают конечно-элементные модели указанных построенных геометрически подобных физических моделей.

Также технический результат достигается тем, что создают и нагружают конечно-элементные модели участков соединений посредством компенсационных накладок реальных рельсовых плетей и реальных уравнительных рельсов, посредством компенсационных или ремонтных накладок реальных рельсовых плетей и реальных ремонтных звеньев, реальных рельсовых плетей и реальных стрелочных переводов, которые нагружают и измеряют частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния.

Сущность способа поясняется фигурами:

- на фиг. 1 представлена конечно-элементная модель при гармоническом нагружении исследуемого участка бесстыкового железнодорожного пути;

- на фиг.2 представлен выносной элемент А фиг.1;

- на фиг. 3 представлен график изменений поперечных перемещений среднего сечения компенсационной накладки по частоте;

- на фиг. 4 представлен график изменений продольных напряжений в среднем сечении компенсационной накладки по частоте.

Конечно-элементная модель участка бесстыкового железнодорожного пути (далее по тексту – конечно-элементная модель) (фиг.1, 2) содержит насыпь 1, шпалы 2 и прикрепленные к ним с помощью набора крепежных элементов (клемм, прокладок и т.п.) бесстыковые рельсовые плети 3 и уравнительные рельсы 4, соединенные между собой компенсационными накладками 5 (см. фиг. 2).

Вертикальная нагрузка на рельс от колесных пар (на фиг. не показаны) имитируется нагружными элементами 6 большой массы в виде кубиков, установленных на рельс конечно-элементной модели. Местом воздействия на рельс поперечной боковой нагрузки от колесной пары выбирается один из узлов сетки конечно-элементной модели на боковой грани головки рельса под нагружным элементом 6. Компенсационные накладки 5 и нагружные элементы 6 прикреплены к уравнительным рельсам 4 связями, например, типа BONDED.

На фиг. 3 и 4 приведены графики изменений амплитуд поперечных перемещений и продольных напряжений по частоте, для узла сетки конечно-элементной модели в среднем сечении компенсационной накладки, построенные по результатам проведенных измерений и расчетов.

Целью осуществлении предлагаемого способа является уменьшение напряженно-деформированного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути в местах их соединений с уравнительными рельсами, ремонтными звеньями или стрелочными переводами, что достигается путем варьирования и выбора оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов или ремонтных звеньев.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на примере конечно-элементной модели с уравнительными рельсами длиной 25 м.

Для проведения испытаний создают геометрически подобную физическую и конечно-элементную модель участков бесстыкового железнодорожного пути, рельсовые плети 3 которых соединены посредством компенсационных накладок 5 с уравнительными рельсами 4 (фиг.1, 2). Имитируют вертикальные весовые нагрузки от колесных пар нагружными элементами 6 большой массы в виде кубиков, установленных на рельсы плети 3 и уравнительные рельсы 4 в местах предполагаемого контакта рельсов и колесных пар. Местом воздействия на рельс поперечной боковой нагрузки от колесной пары выбирают один из узлов сетки конечно-элементной модели на боковой грани головки рельса плети 3 и уравнительного рельса 4 под нагружным элементом 6. В конечно-элементной модели компенсационные накладки 5 и нагружные элементы 6 прикреплены к плетям 3 и уравнительным рельсам 4 связями типа BONDED.

Далее проводят статическое и гармоническое нагружение конечно-элементной модели приложенными в местах расположения колесных пар вертикальными и поперечными боковыми нагрузками, величины которых соответствуют реальным значениям нагрузок на рельс от колесных пар различных единиц подвижного состава. Измеряют на физической модели и рассчитывают на конечно-элементной модели частоты и амплитуды резонансных колебаний исследуемых параметров напряженно-деформированного состояния физической и конечно-элементной модели, строят графики изменений амплитуд поперечных перемещений и продольных напряжений по частоте, например, среднего сечения компенсационных накладок.

Для осуществления выбора оптимальных длин и количества уравнительных рельсов или ремонтных звеньев сравнивают измеренные и полученные расчетным путем (см. фиг.3, 4) амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния исследуемых физических и конечно-элементных моделей всех рассмотренных вариантов и выбирают ту физическую и конечно-элементную модель, у которой амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния, минимальны, причем сравнение производят на близких по величине частотах.

При проведении работ на реальных участках бесстыкового пути переносное нагружающее оборудование устанавливается на рельсы. При этом исследуемый участок пути выводится из эксплуатации на время проведения указанных в способе работ.

Предлагаемый способ позволит:

- уменьшить напряженно-деформированное состояние участков бесстыкового железнодорожного пути путем проведения исследований на их геометрически подобных физических и конечно-элементных моделях;

- осуществить выбор оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов или ремонтных звеньев, как на натурных объектах, так и на геометрически подобных физических моделях, что в свою очередь позволит значительно уменьшить время проведения испытаний и затрачиваемые при этом средства.

Также указанный способ можно применить на участках соединений бесстыкового пути при примыкании рельсовых плетей к мостам и при перекрытии мостов рельсовыми плетями.

Изобретение относится к области исследования напряженно-деформированного состояния упругих объектов. Способ определения оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов и ремонтных звеньев бесстыкового железнодорожного пути заключается в том, что осуществляют построение геометрически подобных физических моделей участков соединений рельсовых плетей и уравнительных рельсов посредством компенсационных накладок, создают конечно-элементные модели построенных физических моделей. При этом варьируют длины и количество уравнительных рельсов. Создают геометрически подобные физические и конечно-элементные модели для каждой длины уравнительных рельсов, нагружают указанные модели нагрузками. Измеряют на физических моделях и рассчитывают на конечно-элементных моделях частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния. Сравнивают полученные значения на близких по величине частотах и выбирают ту физическую и конечно-элементную модель, у которой амплитуды минимальны. Технический результат заключается в уменьшении напряженно-деформированного состояния участков соединений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения оптимальных размеров и количества уравнительных рельсов и ремонтных звеньев бесстыкового железнодорожного пути, заключающийся в том, что осуществляют построение геометрически подобных физических моделей участков соединений рельсовых плетей и уравнительных рельсов посредством компенсационных накладок, создают конечно-элементные модели построенных физических моделей, производят статическое и гармоническое нагружение физических и конечно-элементных моделей различными видами нагрузок, измеряют боковые перемещения рельсов и напряжения в них, частоты и амплитуды резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния созданных физических и конечно-элементных моделей, отличающийся тем, что варьируют длины и количество уравнительных рельсов, создают геометрически подобные физические и конечно-элементные модели для каждой длины уравнительных рельсов, нагружают указанные модели нагрузками, соответствующими реальным нагрузкам на рельс от различных единиц подвижного состава, измеряют на физических моделях и рассчитывают на конечно-элементных моделях частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния в местах установки компенсационных накладок созданных физических и конечно-элементных моделей, сравнивают полученные значения на близких по величине частотах и выбирают ту физическую и конечно-элементную модель, у которой амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния минимальны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют построение геометрически подобных физических моделей участков соединения рельсовых плетей и ремонтных звеньев посредством компенсационных или ремонтных накладок и создают конечно-элементные модели указанных построенных геометрически подобных физических моделей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют построение геометрически подобных физических моделей участков соединения рельсовых плетей и стрелочных переводов посредством компенсационных или ремонтных накладок и создают конечно-элементные модели указанных построенных геометрически подобных физических моделей.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создают конечно-элементные модели участков соединений посредством компенсационных накладок реальных рельсовых плетей и реальных уравнительных рельсов, которые нагружают и измеряют частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что создают конечно-элементные модели участков соединений посредством компенсационных или ремонтных накладок реальных рельсовых плетей и реальных ремонтных звеньев, которые нагружают и измеряют частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что создают конечно-элементные модели участков соединений посредством компенсационных или ремонтных накладок реальных рельсовых плетей и реальных стрелочных переводов, которые нагружают и измеряют частоты и амплитуды максимальных резонансных колебаний параметров напряженно-деформированного состояния.