Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта
Проведены экспериментально-теоретические исследования нагруженности и напряженного состояния составных частей стрелочных переводов и съездов горного транспорта. Цель исследований – определение влияния нагрузок от подвижного состава на напряжения в элементах конструкции стрелочных переводов и съездов...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109482 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта / В.В. Говоруха // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 63-75. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-109482 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1094822016-12-01T03:02:11Z Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта Говоруха, В.В. Проведены экспериментально-теоретические исследования нагруженности и напряженного состояния составных частей стрелочных переводов и съездов горного транспорта. Цель исследований – определение влияния нагрузок от подвижного состава на напряжения в элементах конструкции стрелочных переводов и съездов. Представлен экспериментально-расчетный метод исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов от воздействия подвижного состава. Расчетные формулы основаны на базе экспериментальных исследований в шахтных условиях, где установлены фактические нагрузки от воздействия подвижного состава, а также нагрузки и напряжения в отдельных элементах конструкции. Скорость движения поездов, нагрузки и напряжения определялись с использованием тензометрической аппаратуры, включая силомерные подрельсовые подкладки и тензодатчики напряжений. Результаты экспериментальных исследований обработаны методами математической статистики с учетом многомерного распределения Пуассона и стандартизованной величины нормальных отклонений. Экспериментально-теоретические исследования позволили определить значения коэффициентов динамичности воздействия опытного подвижного состава на стрелочные переводы и съезды, напряжения в элементах конструкции, а также определить их зависимости от величины скоростей движения отдельных подвижных единиц поезда. Результаты проведенных исследований использованы для разработки исходных технических требований на создание стрелочной продукции горных предприятий. Проведені експериментально-теоретичні дослідження навантаженості і напруженого стану складових частин стрілочних переводів і з'їздів гірничого транспорту. Мета досліджень – визначення впливу навантажень від рухомого складу на напруження в елементах конструкції стрілочних переводів і з'їздів. Представлений експериментально-розрахунковий метод дослідження навантаженості і напруженого стану стрілочних переводів і з'їздів від дії рухомого складу. Розрахункові формули засновані на базі експериментальних досліджень в шахтних умовах, де встановлені фактичні навантаження від дії рухомого складу, а також навантаження і напруження в окремих елементах конструкції. Швидкість руху потягів, навантаження і напруження визначалися з використанням тензометричної апаратури, включаючи силомірні підрейкові підкладки і тензодатчики напруги. Результати експериментальних досліджень оброблені методами математичної статистики з урахуванням багатовимірного розподілу Пуассона і стандартизованої величини нормальних відхилень. Експериментально-теоретичні дослідження дозволили визначити значення коефіцієнтів динамічності дії дослідного рухомого складу на стрілочні переводи і з'їзди, напруженість в елементах конструкції, а також визначити їх залежності від величини швидкостей руху окремих рухомих одиниць потягу. Результати проведених досліджень використані для розробки початкових технічних вимог на створення стрілочної продукції гірничих підприємств. Experimental and theoretical researches of loading capacity and stress state are conducted for components of point switches and drive ways of the mine transport. The aim of the research is to determine impact of loads induced by the rolling stock on stresses in elements of the point switches and drive way structure. Experimental method of calculation is presented for studying loading capacity and stress state of the point switches and drive ways induced by rolling stock. The calculation formulas are based on in-field experimental researches in mines where factual loads induced by the rolling stock, loads and stresses in separate elements of the structure were defined. Train speed, loads and stresses were defined by using tensometric gears including force-measuring under-the-rail linings and tensomentric sensors of stresses. The experiment results were processes by methods of mathematical statistics with taking into account the Poisson multidimensional distribution and standardized value of normal deviations. The experimental and theoretical researches have allowed to define values for coefficients of dynamic impact of a pilot rolling stock on the point switches and drive ways and stresses in the structure elements and to determine their dependences on the value of speed of separate moving units of the train. The findings were applied in initial technical requirements worked for mine point products production. 2014 Article Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта / В.В. Говоруха // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 63-75. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109482 622. 62: 625.151.3: 625.14 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проведены экспериментально-теоретические исследования нагруженности и напряженного состояния составных частей стрелочных переводов и съездов горного транспорта. Цель исследований – определение влияния нагрузок от подвижного состава на напряжения в элементах конструкции стрелочных переводов и съездов. Представлен экспериментально-расчетный метод исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов от воздействия подвижного состава. Расчетные формулы основаны на базе экспериментальных исследований в шахтных условиях, где установлены фактические нагрузки от воздействия подвижного состава, а также нагрузки и напряжения в отдельных элементах конструкции. Скорость движения поездов, нагрузки и напряжения определялись с использованием тензометрической аппаратуры, включая силомерные подрельсовые подкладки и тензодатчики напряжений. Результаты экспериментальных исследований обработаны методами математической статистики с учетом многомерного распределения Пуассона и стандартизованной величины нормальных отклонений. Экспериментально-теоретические исследования позволили определить значения коэффициентов динамичности воздействия опытного подвижного состава на стрелочные переводы и съезды, напряжения в элементах конструкции, а также определить их зависимости от величины скоростей движения отдельных подвижных единиц поезда. Результаты проведенных исследований использованы для разработки исходных технических требований на создание стрелочной продукции горных предприятий. |
| format |
Article |
| author |
Говоруха, В.В. |
| spellingShingle |
Говоруха, В.В. Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Говоруха, В.В. |
| author_sort |
Говоруха, В.В. |
| title |
Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта |
| title_short |
Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта |
| title_full |
Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта |
| title_fullStr |
Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта |
| title_full_unstemmed |
Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта |
| title_sort |
исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109482 |
| citation_txt |
Исследования нагруженности и напряженного состояния стрелочных переводов и съездов горного транспорта / В.В. Говоруха // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 63-75. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT govoruhavv issledovaniânagružennostiinaprâžennogosostoâniâstreločnyhperevodovisʺezdovgornogotransporta |
| first_indexed |
2025-07-07T23:10:04Z |
| last_indexed |
2025-07-07T23:10:04Z |
| _version_ |
1837031547942731776 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114 63
УДК 622. 62: 625.151.3: 625.14
В.В. Говоруха, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ И НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ И СЪЕЗДОВ
ГОРНОГО ТРАНСПОРТА
В.В. Говоруха, канд. техн. наук, ст. наук. співроб.
(ІГТМ НАН Украины)
ДОСЛІДЖЕННЯ НАВАНТАЖЕНОСТІ І НАПРУЖЕНОГО СТАНУ
СТРІЛОЧНИХ ПЕРЕВОДІВ ТА З'ЇЗДІВ
ГІРНИЧОГО ТРАНСПОРТУ
V.V. Govorukha, Ph.D (Tech.), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine)
RESEARCH OF LOAD CAPACITY AND STRESS STATE OF POINT
SWITCHES AND RAMPS OF MINE TRANSPORT
Аннотация. Проведены экспериментально-теоретические исследования нагруженности
и напряженного состояния составных частей стрелочных переводов и съездов горного
транспорта. Цель исследований – определение влияния нагрузок от подвижного состава на
напряжения в элементах конструкции стрелочных переводов и съездов. Представлен экспе-
риментально-расчетный метод исследования нагруженности и напряженного состояния
стрелочных переводов и съездов от воздействия подвижного состава. Расчетные формулы
основаны на базе экспериментальных исследований в шахтных условиях, где установлены
фактические нагрузки от воздействия подвижного состава, а также нагрузки и напряжения в
отдельных элементах конструкции. Скорость движения поездов, нагрузки и напряжения оп-
ределялись с использованием тензометрической аппаратуры, включая силомерные подрель-
совые подкладки и тензодатчики напряжений. Результаты экспериментальных исследований
обработаны методами математической статистики с учетом многомерного распределения
Пуассона и стандартизованной величины нормальных отклонений. Экспериментально-
теоретические исследования позволили определить значения коэффициентов динамичности
воздействия опытного подвижного состава на стрелочные переводы и съезды, напряжения в
элементах конструкции, а также определить их зависимости от величины скоростей движе-
ния отдельных подвижных единиц поезда. Результаты проведенных исследований использо-
ваны для разработки исходных технических требований на создание стрелочной продукции
горных предприятий.
Ключевые слова: стрелочные переводы и съезды, горный транспорт, нагруженность,
напряжения.
Введение. Прочность и несущая способность стрелочных переводов и съез-
дов определяет реализацию возможностей подвижного состава и технических
характеристик локомотивов и вагонов.
Повышению технического уровня и совершенствованию конструкции стре-
лочной продукции предшествует разработка методов расчета нагруженности от
__________________________________________________________________
© В.В. Говоруха, 2014
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114 64
подвижного состава и установление напряженного состояния составных частей
и элементов переводов и съездов.
Отсутствие таких методов расчета для анализа величины внешних нагрузок
и формирования напряженного состояния определяет их необходимость при
создании современных конструкций стрелочных переводов и съездов.
В известных работах Е.Е. Новикова, Б.А. Кузнецова, П.П. Ладутиной,
А.Н. Выскребца, С.О. Федоряченка, В.В. Процива, В.В. Мишина, П.М. Деркача,
С.Ф. Шибалова, П.С. Шахтаря, А.К. Были, Е.Ф. Земляного и др. представлены
некоторые теоретические исследования нагруженности ходовой части шахтных
локомотивов и вагонов с использованием упрощенных расчетных схем под-
вижных единиц и рельсового пути. При этом рассматривалась ходовая часть ва-
гонов с жесткой насадкой колес на оси колесных пар, в то время как все колеса
шахтных вагонов имеют свободное вращение колес относительно осей колес-
ных пар (подшипниковые узлы).
В известных теоретических работах для определения динамических нагру-
зок учтены вертикальные неровности, а поперечные неровности не учитыва-
лись, как в прямолинейных, так и в криволинейных участках. Вместе с этим
теоретические исследования взаимодействия подвижных единиц с шахтными
стрелочными переводами и съездами не выполнялись. Не производились также
натурные экспериментальные исследования нагруженности и напряженно-
деформированного состояния шахтных стрелочных переводов и съездов в
шахтных условиях от действия подвижного состава при различных скоростях
движения.
Высокие нагрузки от подвижного состава способствуют интенсивному раз-
рушению элементов на стрелочной продукции, снижению их срока службы до
1–3 лет вместо 6–7 лет, увеличению расходов на реконструкцию, замену, теку-
щее содержание и ремонт, повышению травматизма на шахтном рельсовом
транспорте [1–4]. Приведенная информация подтверждает актуальность пред-
ставленных в работе исследований.
Целью работы является исследование влияния нагрузок от подвижного со-
става на напряжения в элементах стрелочной продукции. Задача исследований
состоит в определении нагруженности и напряженного состояния элементов
шахтных стрелочных переводов и съездов.
Основная часть исследований. Наиболее существенное влияние на фор-
мирование силового и напряженно-деформированного состояния элементов
стрелочных переводов и съездов оказывают нагрузки от ходовой части локомо-
тивов и вагонов; параметры и характеристики остряков, крестовин, контррель-
сов, рамных рельсов, подкладок, лафетов, стыковых и корневых мостиков и
других деталей; способы и условия крепления узлов и частей с примыкающими
элементами и основанием; несущая способность всех деталей и узлов их креп-
ления, а также брусьев, балласта, основания или почвы выработки и др.
Для установления влияния нагрузок от действия подвижного состава на
элементы конструкции стрелочных переводов и съездов Институтом геотехни-
ческой механики НАН Украины проведены в период 1986–1990 гг. комплекс-
ные экспериментальные тензометрические исследования взаимодействия опыт-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114 65
ного подвижного состава (локомотивы и вагоны) и опытных стрелочных пере-
водов типа ПО 933-1/5-20 на шахтах «Украина» и «Россия» Донецкого угольно-
го бассейна, шахте №3 «Великомостовская» Западно-Волынского угольного
бассейна, а также опытных стрелочных переводов типа ПО 743-1/5-20 на шах-
тах «Им. Артема» и «Октябрьская» Криворожского рудного бассейна [5].
Примеры графиков зависимостей величин вертикальных и поперечных на-
грузок на элементы стрелочных переводов типа ПО 933-1/5-20 от скорости
движения опытного подвижного состава в шахтных условиях показаны на
рис. 1.
В основу определения нагрузок положен экспериментально-расчетный ме-
тод. Нагрузки, действующие от ходовой части подвижного состава на элементы
стрелочных переводов и съездов, обобщены посредством коэффициентов ди-
намики и динамических добавок к статическим нагрузкам для соответствующе-
го подвижного состава и расчетных элементов переводов и съездов.
Коэффициенты динамических добавок представлены отношением дополни-
тельной динамической нагрузки при взаимодействии подвижного состава и
стрелочных переводов к статической нагрузке в состоянии покоя. При этом
расчетные вертикальные нагрузки верт
расчP , передаваемые от колес подвижных
единиц на элементы переводов с учетом динамической добавки и неравномер-
ности распределения нагрузок между колесами, определяются из выражения
)1( верт
дин
р
нер
верт
ст
верт
расч kkРР += , (1)
где верт
cтP – статическая вертикальная нагрузка от колеса на элементы верхнего
строения, Н; р
нерk – коэффициент неравномерности распределения нагрузок
между колесами подвижной единицы, принимаемый равным 1,1−1,3 – для об-
рессоренных систем ходовой части и 1,3−2,0 – для необрессоренных (нижний
предел значений относится к средствам транспорта, соответствующим требова-
ниям правил эксплуатации, а верхний − соответствующий наиболее возможным
отклонениям от этих требований); верт
динk – коэффициент динамических добавок
вертикальных нагрузок.
Расчетные поперечные горизонтальные нагрузки гор
расчP определяются со-
гласно выражения
гор
дин
верт
ст
гор
расч kРP = , (2)
где гор
динk − коэффициенты динамики, принимаемые как отношение максималь-
ных величин горизонтальной нагрузки к статической вертикальной нагрузке от
колеса.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114 66
а б
в г
д е
ж з
1 – электровоз типа К-14 массой 14 т; 2 – неамортизированный вагон типа ВГ 3,3 массой
6,5 т; 3 – вагон типа ВДК 3,3 массой 6,3 т с амортизацией ходовой части;
4 – неамортизированный вагон типа ВГ 3,3 массой 2 т (не нагруженный)
Рисунок 1 – Зависимости нагрузок, действующих на элементы конструкций стрелочных
переводов, от скорости движения состава: а), б), в), г), д), е), ж) – вертикальные силы на
остряки, крестовины, наружные рельсы кривой, брусья;
з) – поперечные силы на остряки и болтовые соединения;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114 67
Величина расчетной вертикальной нагрузки бр
расчQ на стрелочные брусья,
расположенные в концевых участках остряков, крестовин или рельсов, не
имеющих стыковых соединений, определяется из выражения
бр
нер
'верт
расч
бр
расч kXPQ i= , (3)
где '
iX − нагрузка на отдельные брусья при единичной величине нагрузки от ко-
леса, Н; бр
нерk − коэффициент неравномерности распределения нагрузок на бру-
сья в результате неравноупругости основания и наличия зазоров, принимаемый
равным 1,1−1,6 (нижний предел соответствует хорошим условиям эксплуата-
ции, а верхний − неудовлетворительным).
Расчетная вертикальная нагрузка на стрелочные брусья бр
расчQ , расположен-
ные в зоне всей длины остряков, крестовин или рельсов при наличии стыковых
соединений, определяется из выражения
бр
нер
бр
дин
верт
ст
бр
расч kkРQ = , (4)
где верт
стР – статическая нагрузка от колеса на элемент перевода, Н; бр
динk − ко-
эффициент динамики, определяемый как отношение максимальной динамиче-
ской нагрузки на брусья к статической нагрузке от колеса на элемент перевода.
Нагрузки болт
динQ передаваемые на болты в корневом устройстве, контррель-
сах и стыковых соединениях крестовин, определяются из выражения
болт
нер
болт
дин
верт
ст
болт
дин kkРQ = , (5)
где болт
динk − коэффициент динамики, принимаемый как отношение динамиче-
ской нагрузки на стыковое болтовое соединение к статической вертикальной
нагрузке от колеса подвижной единицы; болт
нерk − коэффициент неравномерности
распределения нагрузки между болтами в узле стыкового крепления, прини-
маемый равным 1,2−2,0 (нижний предел соответствует хорошим условиям экс-
плуатации, а верхний − неудовлетворительным).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114 68
Таблица 1 – Коэффициенты динамичности нагрузок, действующих на элементы стрелочных переводов
Стрелочная часть с корневым
устройством
Переводная кривая со
стыковыми соединениями
Крестовинная часть с
контррельсами
Скорость движения поездов, м/с
Подвижные единицы
Условное обо-
значение
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
верт
динk 1,03 1,28 1,43 1,56 0,37 0,48 0,51 0,48 1,43 1,77 1,86 2,00
гор
динk 1,86 2,03 2,20 2,26 0,57 1,41 1,80 2,34 0,74 1,46 2,06 2,77
бр
динk 2,14 2,83 3,03 3,20 1,51 1,74 1,83 1,88 2,48 3,43 3,57 3,77
Локомотив
болт
динk 1,90 2,00 2,11 2,56 0,81 1,23 1,57 1,94 0,96 1,46 1,76 2,05
верт
динk 0,66 1,89 1,96 2,02 0,37 0,60 0,97 0,85 1,15 2,02 2,15 2,15
гор
динk 1,61 1,99 2,05 2,05 0,81 1,66 2,33 2,93 0,81 1,67 2,33 2,91
бр
динk 2,02 3,19 3,62 3,68 1,84 2,58 3,01 3,13 2,45 3,19 3,13 3,13
Вагонетка
с жестким
креплением
болт
динk 1,81 2,11 2,32 2,41 1,30 1,73 1,90 2,19 1,51 1,99 2,21 2,37
верт
динk 0,21 0,91 0,97 1,06 0,10 0,39 0,61 0,71 0,71 1,29 1,41 1,41
гор
динk 1,32 1,64 1,76 1,84 0,60 1,20 2,00 2,75 0,70 1,60 2,20 2,80
бр
динk 1,58 2,40 2,66 2,59 1,52 2,02 2,47 2,72 1,71 2,15 2,34 2,40
Вагонетка с
амортизацией
ходовой части
болт
динk 1,52 1,74 1,83 1,89 0,81 1,62 1,93 2,03 1,11 1,76 2,01 2,24
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
69
Значения коэффициентов верт
динk , гор
динk , бр
динk , болт
динk , получены по максималь-
но вероятным значениям величин сил в элементах и узлах конструкции, уста-
новленные экспериментальным методом в шахтных условиях. Результаты ис-
следований, приведенные в табл. 1, относятся к стрелочной части с корневым
устройством, переводной кривой со стыковыми соединениями крестовин, кре-
стовинной части с контррельсами.
Величина нагрузки на стрелочные брусья '
iX от действия единичной нагруз-
ки от колеса подвижной единицы (удельные нагрузки), расположенной в зоне
стыка, представлена в табл. 2. В скобках даны порядковые номера опорных
брусьев с началом отсчета от стыка.
Оценка напряженно-деформированного состояния элементов стрелочных
переводов и съездов производится по величине действующих и допустимых
контактных, сжимающих и растягивающих напряжений в элементах и узлах ис-
следуемой конструкции.
Таблица 2 – Удельные нагрузки на стрелочные брусья
Нагрузка, кН Элемент пе-
реводов и
съездов
Стыковой
пролет, мм
Общее число
брусьев, шт.
на стыковой брус в
зоне нагруженного
стыка
на опорный брус в зоне
нагруженного стыка
3 +0,78 (1) −0,16 (3)
4 +0,74 (1) −0,17 (4)
5 +0,68 (1) −0,13 (5)
6 +0,65 (1) −0,10 (6)
7 +0,63 (1) −0,05 (7)
Остряки 400
8 +0,61 (1) −0,03 (8)
2 +1,28 (1) −0,31 (2)
3 +1,00 (1) −0,28 (3)
4 +0,87 (1) −0,20 (4)
5 +0,81 (1) −0,14 (5)
340
6 +0,74 (1) −0,11 (6)
2 +1,60 (1) −0,60 (2)
Крестовины
600 3 +1,40 (1) −0,50 (3)
4 +0,75 (1) −0,16 (4)
5 +0,69 (1) −0,13 (5)
6 +0,66 (1) −0,11 (6)
7 +0,64 (1) −0,05 (7)
Рельсы 400
8 +0,62 (1) −0,03 (8)
На рис. 2 представлены отдельные результаты исследуемых нагрузок на
шпалы (рис. 2. а), напряжений в элементах конструкции (рис. 2. б) от воздейст-
вия подвижного состава при скорости движения 1–5 м/с.
Наибольшие контактные напряжения возникают между бандажом колеса и
контактирующими с ним элементами верхнего строения переводов и съездов.
При этом имеют место случаи эксплуатации колес с нормальными и изношен-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
70
ными бандажами. От влияния износа образовывается седлообразная форма по-
перечного профиля бандажа с впадиной около 15 мм по кругу катания, утонче-
нием до 10 мм имеющейся реборды и появлением дополнительной дублирую-
щей реборды высотой до 15 мм и радиусом около 7 мм в наружной крайней
части бандажа. Особенно частые случаи такого износа имеют место на колесах
локомотивов и секционных поездов.
а) б)
1 – рельсы типа Р33, электровоз типа К-14, 2 – рельсы типа Р33, вагонетка типа УВГ 3,3,
3 – рельсы типа Р24, электровоз типа К-14; 4 – рельсы типа Р24, вагонетка типа УВГ 3,3
Рисунок 2. – Зависимости максимальных напряжений в элементах рельсового пути:
а – нагрузка на шпалы, б – напряжения в рельсах;
Наиболее неблагоприятные условия возникновения наибольших местных
контактных напряжений проявляются в зонах головки острия остряка, началь-
ной части сердечника крестовины, а также на рамных рельсах и усовиках кре-
стовины по траектории движения имеющейся и дополнительной реборд банда-
жа колеса.
Определение максимальных контактных напряжений между поверхностями
бандажа колеса и рельса можно рассматривать из условия качения цилиндра по
ровной или сферической поверхности. Для решения этой задачи использованы
известные методы теорий упругости Герца-Беляева.
Максимальные контактные напряжения max
контσ , действующие в точках оси
площадки между цилиндрической и ровной поверхностями контактирующих
элементов, определены из выражения
[ ]
верт
расчmax
конт конт0,418
P Е
bR
σ σ= ≤ , (6)
где Е − модуль деформации на сжатие материала расчетного элемента, Н/м2;
b − размер площадки контакта по ширине головки рельса, остряка, крестовины
или др., м; R − радиус колеса по кругу катания, м; [ ]контσ − допустимые кон-
тактные напряжения (для рельсовой стали [ ]контσ равно от 500 до 1000 МПа,
для стали Ст. 35 ГЛ – 500 МПа, для чугуна ВЧ 45−5 – от 85 до 130 МПа).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
71
Контактные напряжения в случае пересечения двух перекатывающихся ци-
линдров или двух сферических плоскостей (при износе бандажа колеса) опре-
делены из выражения
[ ]
верт 2
расчmax
конт 2 конт
2
P Е
R
σ α σ= ≤ , (7)
где α − приведенный коэффициент, определяемый согласно параметрам радиу-
сов кривизны соприкасающихся тел
22
1
R
A = и
12
1
R
B = при соблюдении усло-
вия А < В; R1 − радиус дополнительной реборды бандажа колеса, м; R2 − радиус
головки остряка, крестовины или рельса в местах взаимного контакта с допол-
нительной ребордой, м.
Значения коэффициентов α равны 0,386; 0,400; 0,420; 0,440; 0,468; 0,490;
0,536; 0,600; 0,716; 0,970; 1,280; 1,800, 2,270 в соответствии с соотношениями
A/В, равными 1,0; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01. Приведен-
ные выражения соответствуют коэффициенту Пуассона, равному 0,3.
Кромочные напряжения кσ в остряках, крестовинах или рельсах переводов
и съездов определены из выражения
[ ]σσ ≤==
W
fPN
W
Мf u
верт
расч
к , (8)
где М − изгибающий момент в расчетных сечениях, Н·м; W − момент сопротив-
ления в расчетной плоскости для расчетного сечения, м3; f − коэффициент пе-
рехода от осевых напряжений к кромочным с учетом действия горизонтальных
сил и эксцентриситета приложения нагрузки от колес подвижной единицы;
[σ] − допустимые напряжения для материала расчетных элементов конструк-
ции, МПа; uN − приведенный переходной параметр для перехода от нагрузки к
изгибающим моментам.
Значения коэффициента f в зоне стрелочной и крестовинной частей равны
1,1−1,4 для локомотивов и 1,1−1,25 для вагонов, а для переводных кривых − со-
ответственно 1,05−1,20 и 1,02−1,10. Нижний и верхний интервалы коэффициен-
тов соответствуют скорости движения поездов от 1 до 4 м/с. Представленные
результаты установлены экспериментальным методом.
Моменты сопротивления расчетных сечений W определяются с учетом
сложной формы расчетных элементов переводов и съездов.
Приведенный переходной параметр uN рекомендуется принимать равным:
17−18,5 cм для крестовин соответственно длиной 1,0−2,2 м с 2−4 опорными
брусьями; 10−25 см для остряков длиной 2,1−3,5 м; 15−23,4 см для рамных
рельсов длиной 3−6 м; 12,1 и 3,6 см соответственно для стыкового сечения
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
72
вкладыша цельнолитой крестовины и сечения, проходящего по первому болто-
вому отверстию; 12,1 см для стыковых сечений.
Величина допустимых напряжений для материалов расчетных элементов
конструкции определяется по нормативным документам. Для примера следует
привести, что для рельсов типов Р24 и Р33 допустимые значения равны
200 МПа, а для рельсов типа Р43 и Р50 − 240 МПа; для крестовин из стали
110 Г1ЗЛ и 35Г2Л – 300 и 215 МПа соответственно; для высокопрочного чугу-
на крестовин – 160 МПа; для стыковых накладок – 215 МПа.
Максимальные напряжения в подкладках определяются из выражения
( ) [ ]σσ ≤
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
+
=
п
2
п
2
2
2
бр
расчподкл
к
3
b
с
В
lc
bh
Q
, (9)
где
21
2
ll
blc
+
= при ;12 ll > l1, l2 − длины участков подкладки за пределами подош-
вы рельса или другого элемента, м; пB , b, h − длина, ширина и толщина под-
кладки, м; пb − ширина подошвы рельса или другого элемента, м.
Максимальные напряжения в корневом мостике определяются согласно вы-
ражению
[ ]σσ ≤= 2
верт
расчмост
к 41,1
bh
lP
, (10)
где l − величина стыкового пролета в корневом устройстве, м; b, h − ширина и
толщина корневого мостика, м.
Максимальные напряжения в стыковых лафетах крестовин определяются из
выражения
[ ]σσ ≤= 2
'верт
расчл
к
375,0
bh
lP
, (11)
где 'l − величина стыкового пролета, м; b, h − ширина и толщина листа стыко-
вого лафета, м.
Средние напряжения смятия на стрелочных брусьях определяются из выра-
жения
[ ] см
uu
PNQ
σ
ωω
σ ≤==
верт
расчсм
бр
расчбр
см , (12)
где uω − площадь опорной поверхности подкладки с учетом ее изгиба, м2;
[ ]смσ − допустимые напряжения смятия, МПа; смN − переходной коэффициент,
равный 0,87 для остряков длиной 3 м; 0,98 – для корневого мостика; 1,26−1,4–
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
73
для крестовин с 4 и 2 опорными брусьями.
Допустимые напряжения смятия для сосновых и еловых материалов равны
2,2 МПа, для пихтовых − 2 МПа, для буковых − 3,5 МПа. При отсутствии обра-
ботки брусьев антисептиками допустимые напряжения смятия для подземных
условий могут уменьшаться на 30−50 % в результате изменения показателей
прочности древесины после 1−2 лет эксплуатации.
Напряжения в болтовых соединениях стыков определяются из выражения
[ ]σ
ω
σ ≤=
болт
болт
расчболт
расч
Q
, (13)
где болтω − площадь поперечного сечения по нарезке резьбы болта.
С помощью экспериментальных исследований [5] установлено, что допус-
тимая величина нагрузки на выдергивание одного прикрепителя равна 2−3 кН
для костылей и сосновых брусьев (предельная нагрузка до выдергивания
4−9 кН; 3−4 кН для шурупов и сосновых брусьев (предельная нагрузка до вы-
дергивания 6−17 кН); 20−23 кН для болтов и струнобетонных шпал (предельная
нагрузка до разрушения 40−60 кН). Пример графиков зависимостей относи-
тельных перемещений прикрепителей от нагрузки приведен на рис. 3.
1, 2, 3 – соответственно костыльные, шурупные и болтовые прикрепители
Рисунок 3 – Зависимость относительных перемещений прикрепителей промежуточных
скреплений от нагрузки
Несущая способность на выдергивание костыльных и щурупных прикрепи-
телей определяется силами упругого обжатия поверхности прикрепителя дре-
весиной и коэффициентом трения на контактирующих поверхностях, а для шу-
рупов дополнительно появляются силы сопротивления срезу и смятию волокон
древесины в зоне утолщений резьбовой навивки. С помощью эксперименталь-
ных исследований установлено, что при влиянии окружающей среды и много-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
74
кратном воздействии колес ходовой части подвижного состава на элементы
верхнего строения, включая прикрепители, происходят износ, коррозия, гние-
ние и накопление остаточных деформаций в зоне контактирующих поверхно-
стей, прикрепителей и древесины. При этом после 3−5 млн. циклов воздействия
нагрузок на протяжении 1−3 лет эксплуатации несущая способность прикрепи-
телей снижается на 30−50 %.
Выводы.
1. На базе результатов экспериментальных исследований в шахтных услови-
ях установлены зависимости величин нагрузок на элементы стрелочных пере-
водов и съездов от скорости движения поездов в составе локомотива и вагонов,
а также определены напряжения в отдельных элементах их конструкции.
2. Представлен экспериментально-расчетный метод исследований нагрузок
воздействия подвижного состава на элементы стрелочных переводов и съездов,
а также напряжений, возникающих в отдельных элементах их конструкции.
3. Полученные результаты исследования нагруженности и напряженного со-
стояния стрелочных переводов и съездов использованы для разработки исход-
ных технических требований создаваемых средств горного рельсового транс-
порта.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мельников,С.А. Совершенствование действующих и создание новых шахтных локомотивов /
С.А. Мельников, В.А. Будишевский, В.И. Бережинский // Уголь Украины. – 2009.–№ 5. – С. 12–15.
2. Бережинский,В.И. Новые разработки для повышения безопасности работ на шахтном транс-
порте и подъеме // В.И. Бережинский, С.В. Бабаков // Уголь Украины. – 2012.–№ 6. – С. 17–20.
3. Иванов, О.И. Оценка профессионального риска травмирования шахтеров / О.И. Иванов
// Уголь Украины. – 1999.–№ 11. – С. 46–47.
4. Говоруха, В. В. Совершенствование рельсового пути и стрелочных переводов подземного
рельсового транспорта/ В.В. Говоруха // Уголь Украины. – 2013.–№ 3. – С. 44–49.
5. Говоруха, В.В. Физико-технические основы создания элементов рельсового транспорта шахт и
карьеров / В.В. Говоруха. – Киев: Наук. думка, 1992. – 200 с.
REFERENCES
1. Melnikov, S.A., Budishevskiy, V.A. and Berezhynskiy, V.I. (2009), "Improvement of acting and
creation of new mine locomotives", Coal of Ukraine, no. 5, pp 12–15.
2. Berezhynskiy, V.I. and Babakov, S.V. (2012), "New developments for safety increase of operations
on mine transport and hoisting.", Coal of Ukraine, no. 6. – pp. 17–20.
3. Ivanov, O.I. (1999), "Evaluation of professional risk of miners injuries", Coal of Ukraine, no. 11,
pp. 46–47.
4. Govorukha, V.V. (2013), "Improvement of railway and point switches of underground rail transport",
Coal of Ukraine, no. 3, pp. 44–49.
5. Govorukha, V.V. (1992), Fiziko-tekhnicheskiye ocnovy sozdaniya elementov relsovogo transporta
shakht i karyerov [Physical-technical basics of railway transport elements creation for mines and open-pits],
Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторе:
Говоруха Владимир Васильевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заве-
дующий лабораторией проблем рельсового транспорта отдела физико-механических основ горного
транспорта, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Ук-
раины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, igtm-rail-trans@yandex.ru.
mailto:igtm-rail-trans@yandex.ru�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
75
About the author:
Govorukha Vladimir Vasilyevich, Candidate of Technical Sciences (Ph.D.), Senior Researcher, Head of
Laboratory of Mine Railway Transport in Department of Mining Transport Physics and Mechanics, M.S.
Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Science of Ukraine (IGTM
NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, igtm-rail-trans@yandex.ru.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Проведені експериментально-теоретичні дослідження навантаженості і на-
пруженого стану складових частин стрілочних переводів і з'їздів гірничого транспорту. Мета
досліджень – визначення впливу навантажень від рухомого складу на напруження в елемен-
тах конструкції стрілочних переводів і з'їздів. Представлений експериментально-
розрахунковий метод дослідження навантаженості і напруженого стану стрілочних переводів
і з'їздів від дії рухомого складу. Розрахункові формули засновані на базі експериментальних
досліджень в шахтних умовах, де встановлені фактичні навантаження від дії рухомого скла-
ду, а також навантаження і напруження в окремих елементах конструкції. Швидкість руху
потягів, навантаження і напруження визначалися з використанням тензометричної апарату-
ри, включаючи силомірні підрейкові підкладки і тензодатчики напруги. Результати експери-
ментальних досліджень оброблені методами математичної статистики з урахуванням багато-
вимірного розподілу Пуассона і стандартизованої величини нормальних відхилень.
Експериментально-теоретичні дослідження дозволили визначити значення коефіцієнтів
динамічності дії дослідного рухомого складу на стрілочні переводи і з'їзди, напруженість в
елементах конструкції, а також визначити їх залежності від величини швидкостей руху
окремих рухомих одиниць потягу.
Результати проведених досліджень використані для розробки початкових технічних ви-
мог на створення стрілочної продукції гірничих підприємств.
Ключові слова: стрілочні переводи і з’їзди, гірничий транспорт, навантаженість, напру-
женість.
Abstract. Experimental and theoretical researches of loading capacity and stress state are con-
ducted for components of point switches and drive ways of the mine transport. The aim of the re-
search is to determine impact of loads induced by the rolling stock on stresses in elements of the
point switches and drive way structure. Experimental method of calculation is presented for study-
ing loading capacity and stress state of the point switches and drive ways induced by rolling stock.
The calculation formulas are based on in-field experimental researches in mines where factual loads
induced by the rolling stock, loads and stresses in separate elements of the structure were defined.
Train speed, loads and stresses were defined by using tensometric gears including force-measuring
under-the-rail linings and tensomentric sensors of stresses. The experiment results were processes
by methods of mathematical statistics with taking into account the Poisson multidimensional distri-
bution and standardized value of normal deviations.
The experimental and theoretical researches have allowed to define values for coefficients of
dynamic impact of a pilot rolling stock on the point switches and drive ways and stresses in the
structure elements and to determine their dependences on the value of speed of separate moving
units of the train.
The findings were applied in initial technical requirements worked for mine point products pro-
duction.
Keywords: point switches and ramps, mine transport, load capacity, stresses
Статья поступила в редакцию 6.02. 2014
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук В.Ф. Монастырским
mailto:igtm-rail-trans@yandex.ru�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
76
УДК 622.831.325.3
С.А. Курносов, д-р техн. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ДЕГАЗАЦИЯ НАРУШЕННОГО ГОРНЫМИ РАБОТАМИ
ПОРОДНОГО МАССИВА ПОЗАДИ ЛАВЫ
С.А. Курносов, д-р техн. наук, ст. наук. співр.
(ІГТМ НАН України)
ДЕГАЗАЦІЯ ПОРУШЕНОГО ГІРНИЧИМИ РОБОТАМИ
ПОРОДНОГО МАСИВУ ПОЗАДУ ЛАВИ
S.A. Kurnosov, D.Sc. (Tech.), Senior Reseacher
(IGTM NASU),
DEGASSING OF ROCKS DISTURBED BY MINING
OPERATIONS BEHIND THE LONGWALL
Аннотация. Предмет исследований – закономерности изменения напряженно-
деформированного состояния массива и путей миграции метана под влиянием горных работ.
Целью исследований является установление механизма и закономерностей разрушения газо-
насыщенного массива горных пород позади лавы для разработки методики определения ра-
циональных параметров дегазационных скважин. В результате шахтных экспериментальных
исследований установлены закономерности изменения напряженно-деформированного со-
стояния массива горных пород позади лавы в ранее разработанном и разрабатываемом вы-
емочных столбах, а также на их сопряжении. На основании данных закономерностей опреде-
лен механизм разрушения массива, пути миграции и зоны скопления метана, что позволило
разработать методику расчета рациональных параметров дегазационных скважин. Практиче-
ское значение полученных результатов заключается в обосновании параметров бурения дега-
зационных скважин, учитывающих закономерности миграции метана в массиве под влияни-
ем горных работ, что позволяет принимать рациональные технические решения по повыше-
нию эффективности дегазационных мероприятий.
Ключевые слова: разрушение массива, пути миграции метана, дегазация.
Существенной проблемой отработки угольных пластов на шахтах Донбасса
является высокая газоносность угля и вмещающих пород. Это значительно по-
вышает опасность ведения горных работ и снижает допустимую по газовому
фактору нагрузку на очистной забой. Основным источником поступления ме-
тана в выработанное пространство являются песчаники, как породы, имеющие
наибольшую природную газоносность и легко отдающие газ при разрушении
[1]. Существенное повышение эффективности дегазационных мероприятий
достигается применением схем дегазации, предусматривающих разделение в
пространстве и во времени процессов добычи угля и дегазации массива. Прак-
тически это реализуется применением дополнительной дегазационной выра-
ботки, располагаемой вне зон влияния стационарного и временного опорных
давлений и предназначенной для бурения из нее дегазационных скважин на ос-
новные источники газовыделения [2].
_________________________________________________________________
© С.А. Курносов, 2014
|