Моделирование устойчивости бесстыкового пути на участках с различным пропущенным тоннажем

Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство Экономика и управление

Рис. 6. Отношение доминирования Если ЛПР посчитает указанный критерий незначительным в сравнении, есть возможность отключить его (рис. 7).

Рис. 5. Результат сравнения вариантов защитных сооружений, программа «Валерия» рекомендует для выбора Вариант 4 - Габионная стена высотой 2 м и шириной по дну 2 м с устройством улавливающей траншеи шириной по дну 2 м

На рис. 5 в правой части окна диалога программа выводит таблицу ЯНА.

При использовании программы, когда возникают условия превосходства, появляется окно-вопрос (рис. 6) о доминировании одного варианта над другим с указанием критерия, по которому считается индекс несогласия.

Рис. 7. Подсказка программы

Учет критериев ведется на одноименной вкладке программы (рис. 5).

Следует заметить, что из программы «Валерия» возможен экспорт результатов сравнения в документ Microsoft Word.

Вывод: предложенная методика многокритериального выбора оптимального решения в проектировании железных дорог служит хорошим инструментом в процессе принятия решений. Методика носит рекомендательный характер, оставляя окончательный выбор за лицом, принимающим решение.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Холодов П. Н. Многокритериальный выбор оптимального решения при проектировании железных дорог / П. Н. Холодов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 4 (32). С. 76-82.

2. Ларичев, О. И. Теория и методы принятия решений, а так же Хроника событий в Волшебных Странах : учебник / О. И. Ларичев. М. : Логос, 2000. 296 с.

3. Холодов П. Н. Система поддержки принимаемых решений «Валерия» / П. Н.Холодов, В. А. Подвербный : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617609, 17.11.2010.

УДК 625.143.482 Карпов Иван Геннадьевич,

аспирант кафедры «Путь и путевое хозяйство» ИрГУПС, тел.: 89501441346, e-mail: Karpov_ig@irgups.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ НА УЧАСТКАХ С РАЗЛИЧНЫМ ПРОПУЩЕННЫМ ТОННАЖЕМ

I. G. Karpov

MODELING OF STABILITY OF A CONTINUOUS WELDED RAIL TRACK ON SITES WITH THE VARIOUS PASSED TONNAGE

Аннотация. В статье приведены результа- Abstract. In the article results of modeling of

ты моделирования устойчивости бесстыкового stability of a continuous welded rail track on sites

пути на участках с различным пропущенным тон- with the various passed tonnage are resulted. нажем. Keywords: stability modeling, the tonnage, re-

Ключевые слова: моделирование устойчи- sistance function. вости, тоннаж, функция сопротивления.

иркутским государственный университет путей сообщения

Бесстыковой путь температурно-напряженного типа является сложной и потенциально опасной инженерной конструкцией, входящей в комплекс инженерных сооружений железнодорожного транспорта. При температуре рельсовой плети выше температуры ее закрепления бесстыковой путь начинает работать на устойчивость, что при несоблюдении норм текущего содержания может привести к его выбросу. Особенно низкой устойчивостью к выбросу обладают участки железнодорожного пути с разрыхленным балластом. Разрыхление балласта происходит вследствие проведения на участке ремонта с поднятием рельсошпальной решетки, либо выправки со сплошной подбивкой шпал. В послеремонтный период эксплуатации путь обладает низкой устойчивостью к выбросу, но в период стабилизации устойчивость пути увеличивается. Задача выявления периода, в течение которого происходит увеличение устойчивости до нормального уровня, является актуальной [3, 4].

Увеличение устойчивости пути после ремонта объясняется тем, что происходит уплотнение балласта под динамическим воздействием поездов на путь.

Для определения характеристик устойчивости пути после ремонта автором было предложено построить модель бесстыкового пути в программном комплексе М8С/Ка81гап [1] с использованием функциональных зависимостей перемещения железобетонных шпал от поперечной нагрузки. Для выявления необходимых для моделирования устойчивости пути зависимостей были проведены эксперименты по их определению. Для этого были выбраны экспериментальные участки, располагающиеся на ВСЖД. Выбранные участки отличались друг от друга количеством наработанного ими тоннажа (0, 5, 50, 120 млн т брутто), при этом шпалы, балласт, скрепления были одного вида. На данных участках в соответствии с утвержденной службой пути ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» -методикой были проведены экспериментальные исследования с целью определения функциональных зависимостей перемещения железобетонных шпал от действия поперечной нагрузки. В результате проведенных экспериментов и последующей статистической обработки данных были получены зависимости, представленные на рисунках 1, 2, 3 и 4. На данных рисунках представлена выборка средних значений сопротивления железобетонных шпал поперечной нагрузке.

Аппроксимирующая функция зависимости, представленной на рис. 1, имеет следующий вид:

шшт

/(х) = р1  х5 + р2  х4 + р3  х3 +

р4  х2 + р5  х1 + р6  х

где х - значение нагрузки; р1 = 1.587е-011; р2 = -6,904е-009; р3 = 9,939е-007; р4 = -4,459е-005; р5 = 0,000924; рб = 0,005837.

0.00 100.00 200.00 300.00

Нагрузка, кг

Рис. 1. Зависимости перемещений железобетонной шпалы от действующей поперечной силы, 0 млн т брутто

Аппроксимирующая функция зависимости представленной на рис. 2, имеет следующий вид: / (х) = р1  х5 + р2  х4 + р3  х3 +

р4  х2 + р5  х1 + р6  х + р7

где х - значение нагрузки; р1 = 1,32Е-13; р2 = -1Е-10; р3 = 2,95Е-08; р4 = -3,9Е-06; р5 = 0,00023; ^6 = 0,00419; //7 = 0,00768.

2.50

7 ПП

£

Е

Ф 1 50

г

X

0)

3 1.00

0)

Е

о 0 ™

о.

0)

С 0.00

-0.50

1

1

1

1

/ 1

*

1 г

4

1

У

V

гх

>0 01 ,0( 0( ,0( 0(

* Сопротивление жб шпалы свдигающей нагрузке —Аппроксимация

Нагрузка, кг

Рис. 2. Зависимости перемещений железобетонной шпалы от действующей поперечной силы, 5 млн т брутто

Аппроксимирующая функция зависимости представленной на рис. 3, имеет следующий вид: /(х) = р1 х9 + р2  х8 + р3  х1 + р4  х6 + р5  х5 + р6  х4 + р7  х3 + (3) р8  х2 + р9  х1 + р10 где х - значение нагрузки; р1 = 8.6е-022; р2 = = -1,834е-018; р3 = 1,625е-015; р4 = -7,746е-013; р5 = 2,151е-010; р6 = -3,522е-008; р7 = 3,271е-006; р8 = -0,0001524; р9 = 0,003296; р10 = = -0,002377.

Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство Экономика и управление

ш

Нагрузка,

Рис. 3. Зависимости перемещений железобетонной шпалы от действующей поперечной силы, 50 млн т брутто

Аппроксимирующая функция зависимости представленной на рисунке 4 имеет следующий вид:

/(х) = р1 • х9 + р2 • х8 + р3 • х1 +

p4  x6 + p5  x5 + p6  x4 + p7  x3 +

p8  x2 + p9  x1 + p10 где x - значение нагрузки; p1 = 2.454E-20; p2 = = -3,551E-17; p3 = 2,13E-14; p4 = -6,847E-12; p5 = 1,274E-09; p6 = -1,384E-07; p7 = 0,000008457; p8 = -0,0002611; p9 = 0,003756; p10 = -0,0007986.

2 50

ь

2

Ф 1.50

S

X

о

3 1 00

о

Э

о II 51Í

о.

о

с 0.00

-0.50

)0 яж 0( 0 60-:

* Сопротивлениежб шпалы сдвигающей нагрузке -Аппроксимация

Нагрузка, кг

Рис. 4. Зависимости перемещений железобетонной шпалы от действующей поперечной силы, 120 млн т брутто

Для проведения моделирования устойчивости бесстыкового пути на участках пути с различным пропущенным тоннажем были построены соответствующие модели, имеющие различные функции сопротивления подрельсовых оснований.

Описание моделей бесстыкового пути

При построении моделей использовались аппроксимирующие зависимости, полученные по средним значениям сопротивления железобетонных шпал поперечной нагрузки. Модели бесстыкового пути, созданные для анализа устойчивости на участках пути с различным пропущенным тоннажем, были построены в соответствии с разработанной О.А. Сусловым методикой [5].

Модель бесстыкового пути создавалась со следующим рядом допущений:

1. Рельс представлен в виде балки, имеющей сечение с геометрическими размерами рельсов Р65, соответствующими ГОСТу на рельсы (ГОСТ Р51685-2000).

2. Шпалы в кривых расположены радиально.

3. Зависимость угловых деформаций принята в виде линейной зависимости и представляет собой произведение угла поворота рельса в сечении над узлом скрепления (/, рад) на жесткость узла скрепления на кручение (г, Н • 1/даа ) М=г•/.

4. Силы сопротивления поперечным перемещениям определяются экспериментально и имеют различные значения в зависимости от пропущенного по участку тоннажа.

5. Моделируемый участок жестко зажат заделками с двух сторон.

6. Длина модели принимается равной 100 м, что превышает длину наблюдаемых выбросов и предотвращает влияние концевых участков на результат расчета.

Согласно ТУ-2000 [2], появление на бесстыковом пути искривлений пути в плане обеих рельсовых нитей величиной 10 мм на длине 10 м необходимо расценивать как возможное начало выброса. Руководствуясь этим, при анализе данных, получаемых при моделировании участков бесстыкового пути, потерей устойчивости считалась сдвижка обеих рельсовых нитей на величину более 10 мм.

Для оценки устойчивости бесстыкового пути было создано 2 модели бесстыкового пути, имеющие следующие значения радиусов: 300, 800. Конечно-элементная модель бесстыкового пути имеет вид, приведенный на рис. 5, 6.

Рис. 5 Фрагмент конечно-элементной модели бесстыкового пути

Рис. 6. Общий вид конечно-элементной модели бесстыкового пути

иркутским государственный университет путей сообщения

Результат проведенного моделирования устойчивости бесстыкового пути на участках с различным пропущенным тоннажем

В результате моделирования устойчивости бесстыкового пути были получены значения температуры, при которых путь теряет устойчивость. Потерей устойчивости считалась сдвижка обоих рельсовых нитей на величину более 10 мм.

В результате статистической обработки данных, полученных путем моделирования устойчивости бесстыкового пути, были построены графики зависимостей устойчивости пути от наработанного участками тоннажа (рис. 7, 8).

Выводы

1. Созданы модели участков бесстыкового пути с возможностью задания различных сопротивлений подрельсовых опор поперечной нагрузке.

2. Путем проведения экспериментальных исследований были получены данные о сопротивлении железобетонных шпал при действии поперечной нагрузки.

3. В результате статистической обработки данных были получены соответствующие зависимости и их аппроксимирующие функции, используемые в последующем при создании моделей участков бесстыкового пути.

4. В результате моделирования устойчивости бесстыкового пути на участках с различным значением пропущенного тоннажа, было выявлено, что при увеличении пропущенного тоннажа с 0 до 120 млн т брутто устойчивость бесстыкового пути увеличивается на 31 и 37 % в кривых радиусом 350 и 800 м соответственно.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Рис. 7. График увеличения температуры выброса при увеличении наработанного тоннажа в кривой 350 м

Рис. 8. График увеличения температуры выброса при увеличении наработанного тоннажа в кривой 800 м

1. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в NSC/NASTRAN for Widows. М. : ДМК Пресс, 2001. 448 с.

2. Правила и технология выполнения основных работ при текущем содержании пути: ЦПТ-52 : утв. 30 июня 1997. М. : Транспорт, 2000. 136 с.

3. Управление надежностью бесстыкового пути / В. С. Лысюк, В. Т. Семенов, В. М. Ермаков, Н.Б. Зверев и др.; под ред. В. С. Лысюка. М. : Транспорт, 1999. 375 с.

4. Першин С. П. Методы расчета устойчивости температурно-напряженного пути и способы ее повышения / дисс... канд. техн. наук. М., 1959.

5. Суслов О. А. Расширение сферы применения бесстыкового пути на горно-перевальных участке в условиях экстремальных температур : дис... канд. техн. наук. Иркутск, 2004. 187 с.