CC BY
20
УДК 625.1.03
В.В. РЫБКИН, д-р техн. наук, профессор М.И. УМАНОВ, канд. техн. наук, доцент
A.П. ТАТУРЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент
B.В. ЦЫГАНЕНКО, канд. техн. наук, доцент Н.В. ХАЛИПОВА, канд. техн. наук, доцент В.В. КОВАЛЕВ
ДНУЖТ (Украина)
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВОЗДЕЙСТВИЮ НА ПУТЬ ЭЛЕКТРОВОЗА ДС3-001
Приведено результаты експериментальних дослщжень електровоза ДС3-001 по B^mi на колда у прямих, кривих равдуса 400 i 600 м, а також у межах стршочних переводiв марки 1/9 i 1/11
Приведены результаты экспериментальных исследований электровоза ДС3-001 по воздействию на путь в прямых, кривых радиуса 400 и 600 м, а также в пределах стрелочных переводов марки 1/9 и 1/11
Results of experimental researches of electric locomotive ДС3-001 on influence for a way to straight, curve radius of 400 and 600 m and also in limits стрелочных translations of mark 1/9 and 1/11 are given.
Целью испытаний являлось получение экспериментальным путем расчетных параметров испытываемого электровоза, характеризующих его воздействие на путь, и определение напряженно-деформированного состояния пути и стрелочных переводов при различных скоростях движения, включая максимальную 180 км/ч.
Испытания проводились на пути типовых конструкций. Условия обращения электровоза ДС3 на сети железных дорог Украины разрабатывались на основании расчетов с использованием полученных экспериментальных данных и результатов анализа деформаций и напряжений в элементах пути и стрелочных переводов.
Испытанию подвергался электровоз ДС3-001, имевший пробег с момента постройки около 5000 км, на пяти опытных участках.
Опытный участок № 1: кривая радиусом 400 м, бесстыковый путь, рельсы Р65, железобетонные шпалы (2000 шт/км) на щебеночном балласте при толщине балласта под шпалой 30...35 см.
Опытный участок № 2: кривая радиусом 600 м с такой же конструкцией пути, как и на первом участке.
Опытный участок № 3: прямая с такой же конструкцией пути, как и на первом участке, лишь эпюра шпал была 1840 шт/км.
Опытный участок № 4: стрелочный перевод
типа Р65 марки 1/9, подрельсовое основание -железобетонные брусья; балласт щебеночный, толщина балласта 20.30 см.
Опытный участок № 5: стрелочный перевод типа Р65 марки 1/11, подрельсовое основание -деревянные брусья; балласт щебеночный, толщина балласта 20.30 см.
Состояние пути и стрелочных переводов на участках № 1, 2 и № 4, 5 соответствовало требованиям [1] и оценивалось на «хорошо» и «отлично» в соответствии с [2]. Состояние опытного участка № 3 соответствовало требованиям [3]. Опытный состав формировался из двух электровозов (ДС3 и ЧС8) и двух вагонов-лабораторий в середине. При испытаниях на стрелочном переводе М1/9 опытный состав состоял из двух электровозов и одного вагона-лаборатории. При испытаниях в прямом участке пути со скоростями 160.180 км/ч опытный состав состоял из одного электровоза ДС3.
Поездки осуществлялись со скоростями:
- по кривым радиусом 400 и 600 м - 20, 40, 60 и 80 км/ч;
- по прямому участку - 80, 100, 120, 140, 160, 170 и 180 км/ч;
- по стрелочным переводам - 20 и 40 км/ч только по боковому направлению. Кроме того, для тарировки приборов на каждом участке проводились поездки со скоростью 5 км/ч.
Испытания на участках начинались с наименьшей скорости. Решение о выполнении поездок с большими скоростями и до предельных включительно принималось только после экспресс-анализа результатов измерений.
В процессе выполнения экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния пути и стрелочных переводов непосредственно измерялись:
- напряжения в кромках подошвы и головок рельсов;
- напряжения в кромках подошвы остряка;
- вертикальные и горизонтальные перемещения рельсов;
- вертикальные силы, действующие на рельс.
По результатам экспериментов также рассчитывались боковые силы, действующие на рельс. Они определялись по методике доктора технических наук Ершкова О.П. по величинам напряжений в кромках подошвы и в наружной грани головки рельсов [4].
На участках № 1, 2, 3 измерения показателей воздействия на путь испытуемых единиц подвижного состава производились на одном 25-метровом звене.
Предварительно эти звенья выбирались в пределах опытного участка на основании анализа записей показаний датчиков боковых перемещений головки рельса и напряжений в кромках подошвы рельса.
При этом отбирали сечения, имеющие наибольшие значения напряжений в кромках подошвы при скоростях движения по каждому участку, близких к максимальным. Остальные приборы устанавливались в этих же сечениях.
Схема установки приборов в кривых приведена на рис. 1. Установка приборов в прямой аналогична рис 1, но количество сечений с датчиками уменьшено.
На стрелочных переводах (схемы № 4 и 5)
измерительные приборы устанавливались только в характерных сечениях по боковому направлению. Схема установки приборов приведена на рис. 2.
Для регистрации показателей взаимодействия пути и подвижного состава (кромочных, головочных и шеечных напряжений в элементах верхнего строения пути и стрелочных переводов) использовались тензометрические датчики с базой 20 мм, а для измерений пространственных деформаций рельсовых нитей - элек-тропрогибомеры.
В качестве регистрирующих приборов использовались светолучевые осциллографы Н-010 с усилителями постоянного тока. На каждом участке было установлено по 50...60 измерительных приборов. Всего при проведении испытаний по всем участкам было сделано 287 опытных поездок. После проведения половины указанного количества поездок на каждом опытном участке производился поворот опытного состава.
По показаниям каждого датчика при заданной скорости и направлении движения составлялась первичная выборка (выборочная совокупность), которая считалась случайным извлечением из генеральной совокупности, на основании чего осуществлялась статистическая обработка опытных данных.
Для каждой выборки определялись по стандартной методике основные статистики, а именно: среднее значение, среднеквадратиче-ское отклонение, максимальное вероятное и максимальное наблюденное значение при принятом в расчетах пути на прочность уровне вероятности (0,994). Эти выборки группировались для одной или нескольких осей каждого экипажа с проверкой возможности объединения по установленным критериям.
Рис. 1. Схема расстановки приборов в кривых
Козятин-1
65 63 61 59 57 55 53 51 49 47 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21
нечет Козятин-2
ПГ4 ПГ2 ПГ1
17 15 13 11 9 7 5 3
Рис. 2. Схема расстановки приборов на стрелочных переводах М1/9, М1/11
По результатам статистической обработки измерений определялись следующие основные показатели:
- максимальные вероятные значения динамических сил, напряжений и деформаций для сравнения с допускаемыми и рекомендуемыми значениями;
- зависимость средних и максимальных значений динамических характеристик от скорости и направления движения экипажей;
- максимальные наблюдавшиеся значения динамических сил, напряжений и деформаций;
- значения коэффициента перехода от осевых напряжений в подошве рельса к кромочным.
Анализ данных, полученных на опытных участках, показал, что напряжения в кромках подошвы рельсов от воздействия опытного подвижного состава не превышали допускаемой величины (240 МПа) в прямой и в кривых.
Анализ результатов статистической обработки измерения напряжений в элементах стрелочных переводов показал, что наибольшие кромочные напряжения в рельсах имеют место в наружной нити переводной кривой под направляющими осями электровозов, и в ряде случаев эти напряжения превышают допустимые. Это наблюдалось как на переводе 1/9, так и на переводе 1/11.
Превышения допускаемых напряжений в переднем вылете рамного рельса стрелочных переводов не зафиксировано.
В криволинейном остряке более высокие напряжения получены при противошерстном движении, но они не превышают допустимые.
Боковые силы в кривых и в прямом участке пути не превышали допустимые (табл.) [5]
Боковые силы в переводной кривой в обоих стрелочных переводах превышают допустимые 120 кН (табл.).
Горизонтальные отжатия головки рельсов в прямой и в стрелочных переводах не превышают рекомендуемые значения - 6 мм [6], а в наружной нити кривых R=400... 600 м оказываются больше них (табл.).
Наибольшие вертикальные нагрузки на рельсы наружной и внутренней рельсовых нитей кривых от воздействия колес электровоза ДС3 при скоростях движения до 80 км/ч не превышали 270 кН, а в прямой при скорости движения до 180 км/ч - не превышали 230 кН.
На стрелочных переводах марки 1/9 и 1/11 вертикальные силы не превосходили 270 кН при скорости движения до 40 км/ч.
Анализ данных по вертикальным прогибам рельсов показал, что во всех рассмотренных случаях осевые прогибы рельсов от воздействия набегающих и ненабегающих осей электровозов примерно одинаковы как до, так и после разворота опытного состава.
Осевые прогибы рельсов типа Р65 на железобетонных шпалах от воздействия на путь электровозов ДС3 и ЧС8 по абсолютной величине практически не отличаются друг от друга при всех скоростях движения. В кривой 400 м они не превышали 3 мм, в кривой 600 м они были существенно выше при малых скоростях движения и при скорости 20 км/ч достигали 8 мм. При повышении скорости они уменьшались в 1,5.2 раза.
Сводные результаты испытаний приведены в таблице.
На основании анализа указанных данных можно сделать следующие предварительные выводы.
Под опытным электровозом ДС3 наблюдается повышенное горизонтальное воздействие на путь, особенно существенно это сказывается в крутых кривых, хотя остается в пределах допусков.
Таблица
Сводные результаты первого этапа испытаний
№ п/п Контролируемый параметр Единица измерения Нормативный документ, содержащий требования к параметру (обознач. разде ла, пункты документа) Значения Диапазон скоростей, V, км/ч Заключение
допустимые фактические
Участок 1 - прямая
1 Кромочные напряжения в подошве рельсов МПа [1] не более 240 135 80... 180 удовл.
2 Боковые силы кН [5] не более 100 45 80...180 удовл.
3 Боковые отжатия головки рельсов мм [6] не более 6* 1,2 80.180 удовл.
Участок 2 - кривая Я=400 м
1 Кромочные напряжения в подошве рельсов МПа [1] не более 240 235 20... 80 удовл.
2 Боковые силы кН [5] не более 100 100 20... 80 удовл.
3 Боковые отжатия головки рельсов мм [6] не более 6* 7,0 20... 80 не удовл.
Участок 3 - кривая Я=600 м
1 Кромочные напряжения в подошве рельсов МПа [1] не более 240 150 20... 80 удовл.
2 Боковые силы кН [5] не более 100 80 20... 80 удовл.
3 Боковые отжатия головки рельсов мм [6] не более 6* 8,1 20... 80 не удовл.
Участок 4 - стрелочный перевод М 1/11
1 Кромочные напряжения в подошве рельсов МПа [1] не более 240 265 -40 км/ч 250 -20 км/ч 20.40 не удовл. огран. скор.25 км/ч
2 Боковые силы кН [5] не более 120 100 -20 км/ч 150 -10 км/ч 20.40 не удовл. огран. скор.25 км/ч
3 Боковые отжатия головки рельсов мм [6] не более 6* 5,5 -20 км/ч 6,0 -40 км/ч 20.40 удовл.
Участок 5 - стрелочный перевод М 1/9
1 Кромочные напряжения в подошве рельсов МПа [1] не более 240 270 -40 км/ч 180 -20 км/ч 20.40 не удовл. огран. скор.25 км/ч
2 Боковые силы кН [5] не более 120 15440 км/ч 10720 км/ч 20.40 не удовл. огран. скор.25 км/ч
3 Боковые отжатия головки рельсов мм [6] не более 6* 4,5 20.40 удовл.
При износе ходовых частей электровоза следует ожидать превышения допускаемых значений нормируемых величин.
Опытный экземпляр электровоза ДС3 удовлетворяет условиям эксплуатации на пути со стандартными типовыми конструкциями, с железобетонными шпалами и щебеночным балластом со скоростями движения до 160 км/ч, а на боковое направление типовых стрелочных переводов типа Р65 его скорость движения ограничивается до 25 км/ч на переводе марки 1/11, и до 25 км/ч на переводе марки 1/9.
Такие результаты повышенного бокового воздействия электровоза ДС3 на путь и стрелочные переводы были получены из-за неудачной его системы демпфирования, не соответствовавшей проектной.
После изменения системы демпфирования электровоза ДС3 были выполнены повторные испытания. Для этой цели на ст. Ивковка был выбран опытный участок № 6 на стрелочном переводе типа Р65 М 1/11 на железобетонных брусьях. Состояние стрелочного перевода отвечало требованиям [2] и оценивалось как удовлетворительное.
Сформированный опытный состав состоял из двух локомотивов ЧС2 (в голове и хвосте), вагона-лаборатории и электровоза ДС3.
Для оценки воздействия на стрелочный перевод при движении на боковой путь было выполнено 48 заездов со скоростями 10, 25, 40 и 50 км/ч.
В процессе испытаний измерялись:
- напряжения в кромках подошвы и нерабочей грани головки рельса;
- горизонтальные отжатия головки рельсов.
Кроме того, с использованием результатов
испытаний определялись боковые силы, действующие от подвижного состава на рельсы, по методике [4].
Полученные результаты напряженно-деформированного состояния стрелочного перевода показали, во всех случаях кромочные напряжения в подошве рельсов не превосходят допустимых 240 МПа. Максимальные значения боковых сил только при скорости 50 км/ч приближаются к допустимым для участков пути (100 кН).
Отжатия головки рельсов тоже во всех случаях остаются ниже рекомендуемых 6 мм.
Таким образом, можно сделать вывод, что электровозу ДС3 после изменения системы демпфирования можно разрешить движение на боковой путь стрелочного перевода типа Р65
М1/11 со скоростью 40 км/ч, то есть со скоростью движения, разрешенной для других локомотивов в таких условиях.
Таким образом, по результатам испытаний электровоза ДС-3 были сделаны следующие окончательные выводы:
- в прямых со стандартными типовыми конструкциями с железобетонными шпалами, щебеночным балластом электровоз ДС-3 удовлетворяет условиям эксплуатации со скоростями до 160 км/ч;
- в кривых участках на пути такой же конструкции электровоз ДС3 может обращаться со скоростями, которые соответствуют непогашенному ускорению анп=0,7 м/с2;
- на боковое направление стрелочных переводов типа Р65 М1/11 до 40 км/ч и марки 1/9 -25 км/ч.
Условия обращения электровоза ДС3 по пути других конструкций определялись расчетным способом и приведены в другой статье настоящего сборника [7].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. 1нструкщя по устрою та утриманню коли зал1з-ниць Укра!ни: ЦП/0050: затв. наказом Укрзал1з-нищ ввд 06.04.98 № 82-Ц.- Ки!в: Транспорт Украши, 1999. - 248 с.
2. Техшчш вказ1вки до розшифровування запиав кол1евим1рювальних вагошв, оцшки ввдстушв в1д норм утримання зал1знично! рейково! коли та при !х виявленш вжиття заход1в щодо забез-печення безпеки руху по!зд1в: ЦП/0020: затв. наказом Укрзал1знищ № 9-Ц в1д 17.01.96. - К.: Транспорт, 1997. - 76с.
3. Тимчасова шструкщя з оргашзаци швидшсного руху пасажирських по!зд1в. Вимоги до шфра-структури та рухомого складу. - Ки!в, 2002. -51 с.
4. Ершков О. П., Мелентьев Л. П., Яхов М. С. Расчеты железнодорожного пути в кривых и нормы его устройства // Труды ВНИИЖТ. - М.: Трансжелдориздат. - 1960. - Вып. 192. - 206 с.
5. Нормы для расчета и оценки прочности несущих элементов, динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог МПС. РФ колеи 1520 мм. - М. ВНИИЖТ, 1998.
6. Фришман М.А., Липовский Р.С., Цыганенко В.В. Проектирование рельсовой колеи. - Д., 1976.
7. Рыбкин В.В., Татуревич А.П., Сова С.Н. Результаты исследований по установлению условий обращения электровоза ДС3 на сети ж.д. Украины.
