RU2567495C1 - Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком - Google Patents
Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567495C1 RU2567495C1 RU2014134297/11A RU2014134297A RU2567495C1 RU 2567495 C1 RU2567495 C1 RU 2567495C1 RU 2014134297/11 A RU2014134297/11 A RU 2014134297/11A RU 2014134297 A RU2014134297 A RU 2014134297A RU 2567495 C1 RU2567495 C1 RU 2567495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- isostike
- elements
- section
- track
- dynamic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к применению вычислительных средств при проектировании и отработке элементов верхнего строения пути, в частности для определения перемещения рельсовых путей, в том числе изолирующих стыков, при воздействии на них подвижной нагрузки. Для оценки состояния участка железнодорожного пути этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие. Используют параллельно две математические модели - статическую конечно-элементную модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку. Конечно-элементное моделирование проводят в два этапа. На основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик. Достигается возможность оценки технического состояния изостыков. 1 ил.
Description
Изобретение относится к ж/д транспорту, к конструкции верхнего строения пути (ВСП) и применению вычислительных средств при проектировании и отработке элементов ВСП, в частности для определения перемещения рельсовых путей, в том числе изолирующих стыков, при воздействии на них подвижной нагрузки.
Из патента СССР №618476, опубл. 05.08.1978 г., принятого за прототип, известен способ оценки состояния железнодорожного пути с использованием электронной вычислительной машины (ЭВМ) и измерительных устройств, смонтированных в путеизмерительном вагоне, заключающийся в том, что в процессе движения вагона при определенной скорости измеряют положение рельсовой колеи: посадки рельсовых нитей, положение пути по уровню и в плане, ширину рельсовой колеи, электрические сигналы, пропорциональные величинам измеряемых параметров, подают на ЭВМ, предварительно в ЭВМ вводят допуски по каждому параметру, посредством ЭВМ сравнивают величины каждого измеряемого параметра с допустимыми, определяют отступления измеренных величин от допусков и затем для заданной длины контролируемого участка пути подсчитывают их количество, перед поездкой закладывают в ЭВМ математическую модель взаимодействия оцениваемого пути и экипажа при требуемой скорости его движения, одновременно с параметрами положения рельсовой колеи измеряют неровности на рабочей поверхности рельса и модуль упругости подрельсового основания, по введенным в ЭВМ величинам положения рельсовой колеи, неровностей на рабочей поверхности рельсов, модуля упругости подрельсового основания, а также фактической скорости путеизмерителя в процессе его движения решают системы алгебраических и дифференциальных уравнений упомянутой математической модели, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, напряжения в элементах пути и их изменения во времени, действующие силы, по полученным данным вычисляют коэффициенты и напряжения, силы и т.п., по каждому из параметров вычисляют величины отступлений от допусков, определяют предельную скорость для участков с отступлениями параметров, выводят полученные данные на регистрацию и печать с привязкой к местоположению.
Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого способа, являются следующие - способ оценки состояния участка ВСП заключается в том, что этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в ЭВМ моделей, описывающих их взаимодействие, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, силы взаимодействия между этими элементами, напряжения в них, а также их изменения во времени, используют полученные в результате данные для формирования заключения относительно технического состояния пути.
Главный недостаток существующего способа оценки состояния ВСП состоит в том, что он не позволяет оценивать техническое состояние изостыков, являющихся неотъемлемым компонентом пути и источником повышенных динамических нагрузок, увеличивающих риск нарушения изолирующих свойств изостыка и разрушения его металлокомпозитных накладок. Изостык - специфическое место ж/д пути, что требует к нему особого отношения. В то же время, принятый в качестве прототипа способ подразумевает измерения на ходу - с помощью вагона-лаборатории, что эффективно при относительно однородном пути. Изостык, предназначенный для получения электрического сигнала при замыкании колесами цепи «рельс-рельс», отличается от обычного стыка тем, что его накладки электрически изолированы от рельсов. Местный прогиб участка пути со стыком заведомо больше, чем в остальных местах рельсового пути, что приводит к повышенным нагрузкам на стык. А наличие зазора между концами стыкуемых рельсов, тем более, когда на рабочей поверхности этих концов имеется смятие, провоцирует удары при взаимодействии стыка с колесами вагонной тележки. Это ускоряет износ композитного слоя накладки, особенно на верхних контактных поверхностях вблизи срединного сечения стыка. В свою очередь, этот износ приводит к появлению люфта между рельсами и накладками, который еще больше снижает жесткость стыка и увеличивает динамическую составляющую сил взаимодействия между колесом и рельсами в зоне стыка. Конструкция накладок изостыка и технология их изготовления должны отвечать требованиям прочности и ресурса, что, в свою очередь, требует тщательной отработки - с учетом разных условий эксплуатации и отклонений в пределах допусков: размеров, жесткостных и демпфирующих свойств композита, его прочности и износостойкости. Без использования математического моделирования такая отработка требует значительно больших финансовых и временных затрат.
Предлагаемый способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком не предусматривает использования измерительного вагона-лаборатории, но также основан на математическом моделировании взаимодействия пути с экипажем. Предлагаемый способ оценки состояния пути с изостыком предусматривает для повышения достоверности такой оценки и повышения за счет этого надежности работы изостыков применение параллельно двух взаимосвязанных моделей - конечно-элементной (КЭ) модели, позволяющей решать статическую задачу определения напряженно-деформированного состояния (НДС) в элементах стыка, и динамической модели - для моделирования процесса взаимодействия вагонной тележки со стыком в динамике.
Преимущество КЭ модели - в детальном представлении конструкции, поскольку рельсы и накладки разбивают на достаточно мелкие элементы, чтобы получить подробную картину НДС деталей стыка. Недостаток КЭ моделирования - в невозможности решения задачи динамики взаимодействия изостыка с колесами экипажа. Это реализуется в динамической модели, созданной средствами вычислительного комплекса EULER, предназначенного для решения такого рода задач.
Для достижения названного технического результата предлагается способ оценки состояния участка железнодорожного пути, заключающийся в том, что этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, силы взаимодействия между этими элементами и напряжения в них, их изменения во времени, используют полученные в результате данные для формирования заключения относительно технического состояния пути, причем, в отличие от прототипа, используют параллельно две математические модели - статическую КЭ модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку, при этом КЭ моделирование проводят в два этапа, так что формирование облика динамической модели и определение ее параметров производят на основе результатов первого этапа конечно-элементного моделирования, а результаты моделирования динамического взаимодействия вагонной тележки с изостыком используют затем в качестве исходных данных для проведения второго этапа конечно-элементного моделирования; получают в результате картину напряженно-деформированного состояния в элементах изостыка и на основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик для обеспечения требуемого уровня надежности по запасу прочности и ресурсу.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются следующие - используют параллельно две математические модели - статическую КЭ модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку, причем конечно-элементное моделирование проводят в два этапа, так что формирование облика динамической модели и определение ее параметров производят на основе результатов первого этапа конечно-элементного моделирования, а результаты моделирования динамического взаимодействия вагонной тележки с изостыком используют затем в качестве исходных данных для проведения второго этапа конечно-элементного моделирования; получают в результате картину НДС в элементах изостыка и на основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик для обеспечения требуемого уровня надежности по запасу прочности и ресурсу.
Благодаря наличию данных отличительных признаков достигается следующий технический результат - повышение надежности работы изостыков ж/д пути за счет использования при отработке их конструкции математического моделирования взаимодействия изостыка с колесами вагонной тележки и получения исчерпывающих данных относительно состояния участка железнодорожного пути с изостыком, данных о статических и динамических нагрузках на него, зависимости этих нагрузок от всех значимых параметров - геометрии и жесткостных свойств накладок и подрельсового основания, температурных напряжений в рельсах, скорости экипажа, геометрических и инерционных свойств вагонных тележек, степени износа композитного изолирующего слоя накладок и смятия на концах стыкуемых рельсов; на основании этих данных выносят заключение относительно запаса прочности стального сердечника накладки и прогнозируемого ресурса изостыка в целом с учетом всего многообразия возможных вариантов сочетания размеров, механических свойств элементов изостыка и условий его эксплуатации.
Предлагаемый способ может быть использован на железнодорожном транспорте.
Суть способа поясняется структурной блок-схемой взаимодействия динамической и КЭ моделей (см. чертеж).
Способ реализуется следующим образом:
- создают КЭ модель на основе априорных исходных данных - геометрии пути и деталей изостыка, данных о жесткостных свойствах материалов, из которых изготовлены детали изостыка, жесткостных свойств подрельсового основания;
- проводят КЭ моделирование (первый этап), решая статическую задачу при разных положениях колес вагонной тележки и при вариации условий внешней среды (жесткостных свойств подрельсового основания), а также при вариации степени износа композита, что достигается в модели изменением геометрии и жесткостных свойств композитного слоя накладки; при этом определяют перемещения в разных точках изостыка и исследуемого участка пути;
- проводят анализ полученных данных и формируют облик динамической модели - определяют конфигурацию и размеры ее недеформируемых частей и определяют жесткости и пространственное положение условных пружин, соединяющих эти недеформируемые части модели;
- уточняют конфигурацию и все параметры динамической модели в ходе моделирования с ее помощью той же статической задачи, сравнивая перемещения, полученные в динамической и КЭ моделях;
- решают динамическую задачу взаимодействия вагонной тележки и участка пути с изостыком при варьировании всех значимых параметров (скорости экипажа, геометрии элементов в пределах допусков, жесткостных и диссипативных свойств этих элементов) и определяют изменение во времени перемещений и силовых факторов взаимодействия между элементами динамической модели;
- проводят повторное КЭ моделирование (второй этап), корректируя нагружение с учетом влияния динамики по данным динамического моделирования; определяют НДС элементов изостыка и делают заключение о техническом состоянии участка пути с изостыком при вариациях всех значимых параметров:
- скорости вагонной тележки;
- температурных напряжений в рельсах;
- упругих свойств подрельсового основания с имитацией выплеска балласта, сезонных изменений жесткости подрельсового основания;
- высоты ступеньки и степени смятия на концах рельсов в зоне межрельсового зазора;
- жесткостных свойств композитного слоя и степени его износа;
- делают заключение на основе обобщения полученных данных - относительно влияния на нагрузки и на запас прочности элементов изостыка всех значимых параметров;
- делают оценку прогнозируемого ресурса изостыка - для разных вариантов конструкции и с учетом разброса значений геометрических и жесткостных параметров в допусках и при разных условиях эксплуатации.
Claims (1)
- Способ оценки состояния участка железнодорожного пути, заключающийся в том, что этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, силы взаимодействия между этими элементами и напряжения в них, а также их изменения во времени, используют полученные в результате данные для формирования заключения относительно технического состояния пути, отличающийся тем, что используют параллельно две математические модели - статическую конечно-элементную модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку, причем конечно-элементное моделирование проводят в два этапа, так, что формирование облика динамической модели и определение ее параметров производят на основе результатов первого этапа конечно-элементного моделирования, а результаты моделирования динамического взаимодействия вагонной тележки с изостыком используют затем в качестве исходных данных для проведения второго этапа конечно-элементного моделирования; получают в результате картину напряженно-деформированного состояния в элементах изостыка и на основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик для обеспечения требуемого уровня надежности по запасу прочности и ресурсу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014134297/11A RU2567495C1 (ru) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014134297/11A RU2567495C1 (ru) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2567495C1 true RU2567495C1 (ru) | 2015-11-10 |
Family
ID=54537048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014134297/11A RU2567495C1 (ru) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2567495C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670723C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2018-10-24 | Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО "ВНИКТИ") | Способ определения напряженно-деформированного состояния различных упругих объектов |
RU2757941C1 (ru) * | 2020-12-24 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Устройство оценки и контроля динамического состояния верхнего строения пути в условиях интенсификации перевозочных процессов |
RU2795351C1 (ru) * | 2022-12-20 | 2023-05-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Способ оценки напряженно-деформированного состояния железнодорожного пути в условиях Крайнего Севера и Сибири |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD80932A (ru) * | ||||
SU618476A1 (ru) * | 1976-01-14 | 1978-08-05 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта | Способ оценки состо ни железнодорожного пути с использованием электронной вычислительной машины (эвм) и измерительных устройств,смонтированых в путеизмерительном вагоне |
RU2394120C2 (ru) * | 2008-09-11 | 2010-07-10 | Межрегиональная общественная организация "Поволжское отделение Российской инженерной академии" | Способ оценки состояния железнодорожного пути |
-
2014
- 2014-08-22 RU RU2014134297/11A patent/RU2567495C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD80932A (ru) * | ||||
SU618476A1 (ru) * | 1976-01-14 | 1978-08-05 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта | Способ оценки состо ни железнодорожного пути с использованием электронной вычислительной машины (эвм) и измерительных устройств,смонтированых в путеизмерительном вагоне |
RU2394120C2 (ru) * | 2008-09-11 | 2010-07-10 | Межрегиональная общественная организация "Поволжское отделение Российской инженерной академии" | Способ оценки состояния железнодорожного пути |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670723C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2018-10-24 | Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО "ВНИКТИ") | Способ определения напряженно-деформированного состояния различных упругих объектов |
RU2670723C9 (ru) * | 2017-12-21 | 2018-11-15 | Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО "ВНИКТИ") | Способ определения напряженно-деформированного состояния различных упругих объектов |
RU2757941C1 (ru) * | 2020-12-24 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Устройство оценки и контроля динамического состояния верхнего строения пути в условиях интенсификации перевозочных процессов |
RU2795351C1 (ru) * | 2022-12-20 | 2023-05-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Способ оценки напряженно-деформированного состояния железнодорожного пути в условиях Крайнего Севера и Сибири |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Numerical and experimental study of wheel-rail impact vibration and noise generated at an insulated rail joint | |
Kouroussis et al. | Railway-induced ground vibrations–a review of vehicle effects | |
Martínez-Casas et al. | Numerical estimation of stresses in railway axles using a train–track interaction model | |
Yang et al. | Numerical study of wheel-rail impact contact solutions at an insulated rail joint | |
Paixão et al. | The effect of differential settlements on the dynamic response of the train–track system: A numerical study | |
Milković et al. | Wayside system for wheel–rail contact forces measurements | |
Pletz et al. | A wheel set/crossing model regarding impact, sliding and deformation—Explicit finite element approach | |
Beretta et al. | Probabilistic fatigue assessment for railway axles and derivation of a simple format for damage calculations | |
Xu et al. | Geometry evolution of rail weld irregularity and the effect on wheel-rail dynamic interaction in heavy haul railways | |
Melo et al. | Dynamic analysis of the train-bridge system considering the non-linear behaviour of the track-deck interface | |
Rauert et al. | On the prediction of the interaction effect caused by continuous ballast on filler beam railway bridges by experimentally supported numerical studies | |
Vale et al. | A dynamic vehicle-track interaction model for predicting the track degradation process | |
Ghofrani et al. | Predicting rail defect frequency: An integrated approach using fatigue modeling and data analytics | |
Han et al. | A new binary wheel wear prediction model based on statistical method and the demonstration | |
Yang et al. | Modelling of non-steady-state transition from single-point to two-point rolling contact | |
Rapp et al. | Measuring concrete crosstie rail seat pressure distribution with matrix based tactile surface sensors | |
RU2567495C1 (ru) | Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком | |
Zhang et al. | Long-term evolution mechanism of the rail weld irregularity in metro lines based on the wear theory | |
Kim et al. | Hybrid model for railroad bridge dynamics | |
Cortis et al. | Development of a wayside measurement system for the evaluation of wheel-rail lateral contact force | |
Delprete et al. | An easy instrument and a methodology for the monitoring and the diagnosis of a rail | |
Mehrali et al. | Investigating on Vehicle-Slab Track Interaction Considering Random track bed Stiffness | |
Leander et al. | Dynamics of thick bridge beams and its influence on fatigue life predictions | |
Ding et al. | A reliability analysis method of dynamic irregularity for track–viaduct system with low stiffness | |
Costello et al. | Stochastic rail wear model for railroad tracks |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190823 |