Дослідження напруженого стану в елементах вузла скріплення типу КПП-5 під дією рухомого складу
Loading...
Files
Date
2015
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UKR: Мета. На сьогодні існує тенденція з впровадження швидкісного та високошвидкісного руху поїздів на дорогах Укрзалізниці, що потребує підвищення міцності та стійкості конструкції залізничної колії. Одночасно із цим підвищились та розширились вимоги, пред’явлені до проміжних рейкових скріплень. Саме на колійні роботи з утримання та ремонту вузла скріплення припадає від 10 до 18 % трудових витрат під час експлуатації. Одним із основних видів скріплення, які після довготривалих експлуатаційних спостережень
увійшли в постійну експлуатацію (5 тис. км) є проміжне скріплення типу КПП-5. Дані попередніх теоретичних досліджень достовірно не давали чітких науково-обґрунтованих відповідей та результатів роботи всього
вузла скріплення. Тому метою досліду є розробка та обґрунтування методики проведення теоретичного дослідження роботи вузла скріплення типу КПП-5 із детальною оцінкою місць появи напруженого стану в його елементах від дії рухомого складу. Методика. В основі обґрунтування методики теоретичного дослідження роботи вузла проміжного рейкового скріплення типу КПП-5 (з детальною оцінкою напруженого стану в його проміжних елементах від дії рухомого складу) лежить теорія методу скінченних елементів (МСЕ). Результати. З допомогою застосування теорії МСЕ було встановлено: одним із головних елементів
вузла скріплення, які першими сприймають частку величини бічної сили, що передається від дії рухомого складу, є пружні клеми типу КП-5. Аналізуючи отримані дані, встановлено, що значення напружень у прутках клеми з внутрішньої сторони рейкової нитки на 53,1−56 % більше, ніж значення напружень у зовнішній
стороні рейкової нитки. Наукова новизна. Розроблена математична модель роботи залізничної колії із проміжним рейковим скріпленням типу КПП-5 під дією рухомого складу для дослідження напруженого стану
в елементах вузла скріплення. Дана математична модель дозволяє врахувати фізико-механічні властивості досліджуваних елементів та геометричні умови закріплення, що представляють собою конструктивні та експлуатаційні характеристики роботи всього вузла скріплення в цілому. Практична значимість. Отримані в даній роботі положення та результати скінченно-елементного моделювання дозволяють відобразити та
дослідити найбільш імовірні місця появи напруженого стану в елементах скріплення типу КПП-5, в яких в подальшому можуть виникнути пошкодження та дефекти, що впливатиме на стабільність роботи залізничної колії в цілому.
RUS: Цель. На сегодняшний день существует тенденция по внедрению скоростного и высокоскоростного движения поездов на дорогах Укрзализныци, что требует повышения прочности и устойчивости конструкции железнодорожного пути. Одновременно с этим повысились и расширились требования, предъявляемые к промежуточным рельсовым скреплениям. Именно на путевые работы по содержанию и ремонту узла скрепления приходится от 10 до 18 % трудовых затрат во время эксплуатации. Одним из основных видов скрепления, которые после длительных эксплуатационных наблюдений вошли в постоянную эксплуатацию (5 тыс. км), является промежуточное скрепление типа КПП-5. Данные предыдущих теоретических исследований достоверно не давали четких научно обоснованных ответов и результатов работы всего узла крепления. Поэтому целью опыта является разработка и обоснование методики проведения теоретического исследования работы узла скрепления типа КПП-5 с детальной оценкой мест появления напряженного состояния в его элементах от воздействия подвижного состава. Методика. В основе обоснования методики теоретического исследования работы узла промежуточного рельсового скрепления типа КПП-5 (с детальной оценкой напряженного состояния в его промежуточных элементах от воздействия подвижного состава) лежит теория метода конечных элементов (МКЭ). Результаты. С помощью применения теории МКЭ было установлено: одним из главных элементов узла скрепления, которые первыми воспринимают долю величины боковой силы, передаваемой от воздействия подвижного состава, являются упругие клеммы типа КП-5. Анализируя полученные данные, установлено, что значение напряжений в прутках клеммы с внутренней стороны рельсовой нити на 53,1−56 % больше, чем значение напряжений на внешней стороне рельсовой нити. Научная новизна. Разработана математическая модель работы железнодорожного пути с промежуточным рельсовым скреплением типа КПП-5 под действием подвижного состава для исследования напряженного состояния в элементах узла скрепления. Данная математическая модель позволяет учесть физико-механические свойства исследуемых элементов и геометрические условия закрепления, представляющие собой конструктивные и эксплуатационные характеристики работы всего узла скрепления в целом. Практическая значимость. Полученные в данной работе положения и результаты КЭ–моделирования позволяют отразить и исследовать наиболее вероятные места появления напряженного состояния в элементах скрепления типа КПП-5, в которых в дальнейшем могут возникнуть повреждения и дефекты, что повлияет на стабильность работы железнодорожного пути в целом.
ENG: Purpose. To date, there is a tendency for the implementation of high-speed trains on the territory of the Ukrainian Railways, which requires increasing the strength and stability of the construction of the railway track. At the same time requirements for intermediate rail fastening have increased and widened. It is on trackwork and repair of the rail fastening labor costs during the operation are from 10 to 18%. One of the main types of fastening, which after long operational observations was included in the permanent operation (5 th. km.) is an intermediate fastening, type КПП-5. Data from previous theoretical studies reliably prevented clear science-based answers and results of the rail fastening. Therefore, the aim is to develop a methodology and rationale for the theoretical research work of rail fastening, type КПП-5 with a detailed assessment of the appearance of stress state places in its elements from the effects of rolling stock. Methodology. The basis of study methods of theoretical research work of the intermediate rail fastening, type КПП-5 (with a detailed assessment of the state of stress in its intermediate elements from the effects of the rolling stock) is the theory of finite elements method (FEM). Findings. Using the FEM it was found that one of the main elements of the intermediate rail fastening, which first perceives share of the value of the lateral force transmitted from the effects of rolling stock are elastic type terminals, type КП-5. Analyzing the data set, the bars in the terminal voltages at the inner side of the rail thread 53,1-56% are greater than the stresses on the outside of rail thread. Originality. A mathematical model of railway track with intermediate rail fastening, type КПП-5 under the action of rolling stock for the study of the stress state in the elements of fastening was developed. This mathematical model let take into account the physical and mechanical properties of the test elements and geometrical fixing fastenings as constructive and operational characteristics of the entire rail fastening in general. Practical value. The obtained results in this work of FE simulations allow reflecting and exploring the most likely places of the stress state appearance in the elements of the fastening, type КПП-5, in which damages and defects can be in the future. This in general will affect the operation stability of the railway track as a whole.
RUS: Цель. На сегодняшний день существует тенденция по внедрению скоростного и высокоскоростного движения поездов на дорогах Укрзализныци, что требует повышения прочности и устойчивости конструкции железнодорожного пути. Одновременно с этим повысились и расширились требования, предъявляемые к промежуточным рельсовым скреплениям. Именно на путевые работы по содержанию и ремонту узла скрепления приходится от 10 до 18 % трудовых затрат во время эксплуатации. Одним из основных видов скрепления, которые после длительных эксплуатационных наблюдений вошли в постоянную эксплуатацию (5 тыс. км), является промежуточное скрепление типа КПП-5. Данные предыдущих теоретических исследований достоверно не давали четких научно обоснованных ответов и результатов работы всего узла крепления. Поэтому целью опыта является разработка и обоснование методики проведения теоретического исследования работы узла скрепления типа КПП-5 с детальной оценкой мест появления напряженного состояния в его элементах от воздействия подвижного состава. Методика. В основе обоснования методики теоретического исследования работы узла промежуточного рельсового скрепления типа КПП-5 (с детальной оценкой напряженного состояния в его промежуточных элементах от воздействия подвижного состава) лежит теория метода конечных элементов (МКЭ). Результаты. С помощью применения теории МКЭ было установлено: одним из главных элементов узла скрепления, которые первыми воспринимают долю величины боковой силы, передаваемой от воздействия подвижного состава, являются упругие клеммы типа КП-5. Анализируя полученные данные, установлено, что значение напряжений в прутках клеммы с внутренней стороны рельсовой нити на 53,1−56 % больше, чем значение напряжений на внешней стороне рельсовой нити. Научная новизна. Разработана математическая модель работы железнодорожного пути с промежуточным рельсовым скреплением типа КПП-5 под действием подвижного состава для исследования напряженного состояния в элементах узла скрепления. Данная математическая модель позволяет учесть физико-механические свойства исследуемых элементов и геометрические условия закрепления, представляющие собой конструктивные и эксплуатационные характеристики работы всего узла скрепления в целом. Практическая значимость. Полученные в данной работе положения и результаты КЭ–моделирования позволяют отразить и исследовать наиболее вероятные места появления напряженного состояния в элементах скрепления типа КПП-5, в которых в дальнейшем могут возникнуть повреждения и дефекты, что повлияет на стабильность работы железнодорожного пути в целом.
ENG: Purpose. To date, there is a tendency for the implementation of high-speed trains on the territory of the Ukrainian Railways, which requires increasing the strength and stability of the construction of the railway track. At the same time requirements for intermediate rail fastening have increased and widened. It is on trackwork and repair of the rail fastening labor costs during the operation are from 10 to 18%. One of the main types of fastening, which after long operational observations was included in the permanent operation (5 th. km.) is an intermediate fastening, type КПП-5. Data from previous theoretical studies reliably prevented clear science-based answers and results of the rail fastening. Therefore, the aim is to develop a methodology and rationale for the theoretical research work of rail fastening, type КПП-5 with a detailed assessment of the appearance of stress state places in its elements from the effects of rolling stock. Methodology. The basis of study methods of theoretical research work of the intermediate rail fastening, type КПП-5 (with a detailed assessment of the state of stress in its intermediate elements from the effects of the rolling stock) is the theory of finite elements method (FEM). Findings. Using the FEM it was found that one of the main elements of the intermediate rail fastening, which first perceives share of the value of the lateral force transmitted from the effects of rolling stock are elastic type terminals, type КП-5. Analyzing the data set, the bars in the terminal voltages at the inner side of the rail thread 53,1-56% are greater than the stresses on the outside of rail thread. Originality. A mathematical model of railway track with intermediate rail fastening, type КПП-5 under the action of rolling stock for the study of the stress state in the elements of fastening was developed. This mathematical model let take into account the physical and mechanical properties of the test elements and geometrical fixing fastenings as constructive and operational characteristics of the entire rail fastening in general. Practical value. The obtained results in this work of FE simulations allow reflecting and exploring the most likely places of the stress state appearance in the elements of the fastening, type КПП-5, in which damages and defects can be in the future. This in general will affect the operation stability of the railway track as a whole.
Description
М. Настечик: ORCID 0000-0002-4178-6092; І. Бондаренко: ORCID 0000-0003-4717-3032; Р. Маркуль: ORCID 0000-0002-7630-8963
Keywords
проміжне скріплення, пружна клема, підрейкова прокладка, жорсткість, сила притискання, метод кінцевих елементів, промежуточное скрепление, упругая клемма, подрельсовая прокладка, жесткость, сила прижатия, метод конечных элементов, intermediate fastening, elastic terminal, under-rail pad, stiffness, pressing force, finite element method, КККГ
Citation
Настечик М. П., Бондаренко І. О., Маркуль Р. В. Дослідження напруженого стану в елементах вузла скріплення типу КПП-5 під дією рухомого складу. Наука та прогрес транспорту. 2015. № 2 (56). С. 146–156. doi: 10.15802/stp2015/42174.