Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

АКАШОВ АСЛАН  НУРГАЛИЕВИЧ

 

 

 

 

 

 

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ 

РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ СТАБИЛЬНОСТИ ГЕОМЕТРИИ

РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ  НА УЧАСТКАХ ОБРАЩЕНИЯ ПОЕЗДОВ 

ПОВЫШЕННОГО ВЕСА И ДЛИНЫ

 

 

 

 

 

 

Специальность 05.22.06

Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание  ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА, 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ)

 

Научный руководитель:        доктор технических наук

                                                 Вячеслав Михайлович Ермаков

Официальные оппоненты:     доктор технических наук, профессор

Виктор Ошерович Певзнер 

кандидат технических наук,

Эльдар Данилович Загитов 

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет

путей сообщения» (ПГУПС)

 

Защита состоится «18»  февраля 2010 г. в 14⁰⁰ час. на заседании диссертационного ученого совета Д 218.005.11 при Московском государственном университете путей сообщения по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова д. 9, стр. 9, ГСП-4, МИИТ, ауд. 1235.

 

С диссертацией можно  ознакомиться в библиотеке Московского  государственного университета путей сообщения. Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу совета университета.

 

Автореферат разослан « 18 » января 2010 г.

 

Ученый секретарь 

диссертационного совета,

д-р. техн. наук, профессор     Ю.А. Быков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность  работы. Интегральным показателем эффективности ведения путевого хозяйства является обеспечение нормативного положения рельсовых нитей в плане и профиле. Расстройства пути в процессе эксплуатации в виде просадок, перекосов, отступлений в плане требуют периодических затрат на их устранение. Интенсивность расстройства пути при заданных условиях эксплуатации зависит от ряда факторов: качества материалов верхнего строения пути (ВСП), качества подбалластного основания, соблюдения типовых параметров конструкции всего железнодорожного пути (ЖДП), реализуемых при проведении ремонтно-путевых работ.

Опыт эксплуатации ЖДП на участках обращения поездов повышенного веса и длины свидетельствует, что на одном и том же перегоне с одинаковой конструкцией ВСП и одинаковой наработкой тоннажа имеются участки с различным состоянием параметров геометрии рельсовой колеи (ГРК). Необходимо выяснить причину неравномерной остаточной деформации пути и вклад в это каждого элемента верхнего строения пути (ВСП) и земляного полотна (ЗП).

Переход ОАО «РЖД»  и АО «НК «КТЖ» к рыночным условиям хозяйствования требует при вводе поездов повышенного веса и длины технико-экономического обоснования принятия совокупных решений по конструкции ЖДП, периодичности и объемам его технического обслуживания, материалам  ВСП, усилению подшпального основания по критерию минимизации затрат за период жизненного цикла ЖДП.

По данному вопросу  имеются результаты исследований ведущих  железнодорожных вузов и научно-исследовательских институтов, специалистов железных дорог и др. исследователей, однако комплексных количественных оценок до сих пор нет. Поэтому в условиях обращения поездов повышенного веса и длины решение задач по определению причин различного состояния одинаковых по проведенным ремонтам, конструкции пути и условиям эксплуатации участков для принятия соответствующих технических мер становится еще более актуальным.

 

Цель работы. Разработка комплексных конструктивно-технологических и организационных мероприятий, направленных на повышение стабильности ГРК на основе определения причин возникновения и интенсивности расстройств пути на участках обращения поездов повышенного веса и длины.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Разработана методика оценки ГРК, позволяющая оценивать дифференцированно по длине пути интенсивность расстройств в вертикальной плоскости в зависимости от наработки тоннажа.

2. Дана качественная и количественная оценка факторов, влияющих в наибольшей степени на стабильность ГРК

3. Выполнены экспериментальные  исследования степени влияния  на ГРК:

– доли обращения поездов  повышенного веса и длины;

– параметров неровностей на поверхности катания рельса, в том числе и волнообразного износа;

– наличие механических стыков;

– загрязненности и гранулометрического  состава щебня;

– состояния земляного полотна  и др.

4. Разработаны конструктивно-технологические  и организационные решения для повышения стабильности ГРК, в т.ч. на участках обычного смешанного движения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации выполнены: статистическая обработка результатов экспериментов, эксплуатационные наблюдения и экспериментальные исследования. Выполнялись полевые эксперименты на объектах Московской железной дороги. Проведены расчеты напряжений, действующих на основную площадку земляного полотна (ОПЗП) до и после укладки комбинированного защитного слоя с использованием метода конечных элементов, реализованный в программно-вычислительном комплексе «Katran».

 

Научная новизна работы:

1. Разработана «Методика оценки ГРК, позволяющая оценивать дифференцированно по длине пути интенсивность расстройств ГРК в вертикальной плоскости». Разработанная методика позволяет достоверно выявлять причины интенсивного расстройства ГРК, связанные с конструкцией пути, за счет локализации границ конструктивно различающихся участков, что отличает ее от ранее разработанных.

2. Впервые приведены зависимости интенсивности расстройств ГРК в средней части плети от наработки тоннажа, а также в зависимости от доли обращения поездов повышенного веса и длины от грузонапряженности, позволяющие анализировать и определять эффективность применяемых решений по конструкции ВСП и разделительных слоев (например, из геотекстиля).

3. Выявлено, что при более 50% обращения поездов повышенного веса и длины по сравнению с 11% обращения таких поездов, интенсивность расстройств ГРК возрастает до 1,5-2 раз.

Практическая  значимость диссертационной работы состоит в возможности использования разработанной автором методики оценки ГРК для качественной и количественной оценки основных факторов, приводящих к расстройству ГРК на участках обращения поездов повышенного веса и длины и на их основе разрабатывать и назначать адресные решения.

Реализация разработанных в диссертации конструктивно-технологических решений с их адресной реализацией (зоны повышенного динамического воздействия поездной нагрузки, участки с больным ЗП и др.) позволит существенно снизить затраты на техническое обслуживание пути.

 Конструктивно-технологические и организационные решения внедрены на участках Московской ж.д. по направлению Бекасово-Сортировочная – Яганово, где обращаются поезда повышенного веса и длины.

Положения, выносимые  на защиту.

1. Методика оценки ГРК, позволяющая оценивать дифференцированно по длине пути интенсивность расстройств в вертикальной плоскости.

2. Основные закономерности, характеризующие интенсивность расстройств пути на участках обращения поездов повышенного веса и длины и результаты качественной и количественной оценки факторов, влияющих на стабильность ГРК.

3. Результаты натурных  экспериментов и эксплуатационных  наблюдений по определению причин различного состояния ГРК на участках с одинаковыми условиями эксплуатации.

4. Обоснованные расчетами  и результатами эксплуатационных  наблюдений конструктивно-технологические и организационные решения по повышению стабильности ГРК на участках обращения поездов повышенного веса и длины.

5. Экономическая оценка адресного применения разработанных конструктивно-технологических и организационных решений на участках обращения поездов повышенного веса и длины.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Путь и путевое хозяйство» МИИТа (2007-2009 гг.); на заседании кафедры «Железнодорожный путь» ПГУПС в 2009 г.; на IX и X научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2008 и 2009 гг.; на Техническом Совете Департамента пути и сооружений АО «НК «КТЖ» в 2008г.; на II научно-практической конференции «Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство». – М.: МИИТ, 2009 г.; на V международной научно-практической конференции «Наука и инновация - 2009» Прага, 2009 г.

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 7 статьях, из них 2 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 статья опубликована в издании рекомендованный ВАК РК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников. Объем диссертационного исследования – 134 страницы, работа включает 50 рисунка, 15 таблиц и приложение.

 

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, показана научная новизна и практическая значимость работы, сформулирована цель исследования.

В первой главе выполнен анализ существующего порядка оценки геометрических неровностей железнодорожного пути и обзор зарубежного, отечественного опыта исследования влияния поездов повышенного веса и длины на деформативность пути и способы его усиления. Большой вклад в решение этих вопросов внесли ученые ВНИИЖТа, МИИТа и других железнодорожных ВУЗов и организаций России и Казахстана: Альбрехт В.Г., Амелин Г.Е., Ашпиз Е.С., Блажко Л.С., Варызгин Е.С., Вериго М.Ф., Глюзберг Б.Э., Ермаков В.М., Желнин Г.Г., Исаенко Э.П., Каменский В.Б., Карпущенко Н.И., Кизатов Е.А., Крейнис З.Л., Коншин Г.Г., Коваленко Н. И., Коган А.Я., Лехно И.Б., Левинзон М.А., Лысюк В.С., Мишин В.В., Омаров А.Д., Оразбеков А.К., Певзнер В.О., Прокудин И.В.,  Стоянович Г.М., Тихомиров В.И., Федулов В.Ф., Шахунянц Г.М., Шульга В.Я., Яковлева Т.Г., а также зарубежные ученые: Baluch H., Eisenmann J., Esweld C., Soft J., Ziddel W. и др.

Большинство исследований по вопросам пути и путевого хозяйства посвящено описанию конструкции пути в целом или его отдельных элементов, методам расчета их прочности и устойчивости, рациональным способам ремонта пути и его текущего содержания с применением современных технологий и механизмов.

Значительно меньшее  внимание уделяется качественной и количественной оценке состояния пути и интенсивности его расстройства при наработке тоннажа и воздействия различных типов подвижного состава, климатических и других факторов, для принятия соответствующих решений по повышению стабильности ГРК.

 

 

 

На основании проведенного анализа уточнены достоинства и недостатки существующих методик оценки состояния ГРК, определена степень изученности влияния на ГРК конструктивных и эксплуатационных факторов и сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлены результаты исследования причин неравномерных остаточных деформаций пути на участках Московской ж.д. с обращением поездов повышенного веса и длины и Алматинской дистанции пути Казахстанской ж.д. общей протяженностью 1010 км (по Московской ж.д. 840 км, по Алматинской дистанции пути -170 км).

В целях качественной и количественной оценки факторов, влияющих на ГРК, автором была разработана Методика оценки состояния ГРК, позволяющая оценивать дифференцированно по длине пути интенсивность расстройств в вертикальной плоскости как на участках обращения поездов повышенного веса и длины, так и на участках обычного смешанного движения в зависимости от наработки тоннажа. Таким образом, отдельно оценивались интенсивность расстройства ГРК локальных участков, приходящихся на уравнительные пролеты, горловины станций, переезды, подходы к мостам, больные места ЗП и средние части плетей бесстыкового пути с учетом выполненных ремонтов.

Участки с нестабильным состоянием ЗП выявлялись и количественно оценивались по сигналам проходов путеизмерительного вагона КВЛ-П с помощью программного комплекса StabWay по методике проф. Е.С. Ашпиза.

Результаты исследования показали, что чем больше грузонапряженность и доля поездов повышенного веса и длины, тем больше протяженность нестабильных участков пути из-за деформаций ЗП. На рисунке 1 представлена диаграмма роста протяженности нестабильных участков пути из-за деформаций ЗП от увеличения грузонапряженности за счет поездов повышенного веса и длины.

Рисунок 1 - Рост нестабильных участков из-за деформаций ЗП

При этом основное количество нестабильных мест из-за деформаций ЗП приходится на подходы к станциям, мостам, переездам и на зоны уравнительных пролетов (70-80% из общего количества нестабильных участков по ЗП).