Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов

Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов

Предложен способ качественной оценки состояния по перекосам рельсовых нитей участков железнодорожного пути по результатам проведенных на них ходовых динамических испытаний грузовых вагонов. При проведении исследований применялись методы математического моделирования и математической статистики, в ча...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Лапина, Л.Г., Мащенко, И.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2014
Назва видання:Техническая механика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88465
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:Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов / Л.Г. Лапина, И.А. Мащенко // Техническая механика. — 2014. — № 1. — С. 52-58. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-88465
record_format dspace
spelling irk-123456789-884652015-11-15T03:02:38Z Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов Лапина, Л.Г. Мащенко, И.А. Предложен способ качественной оценки состояния по перекосам рельсовых нитей участков железнодорожного пути по результатам проведенных на них ходовых динамических испытаний грузовых вагонов. При проведении исследований применялись методы математического моделирования и математической статистики, в частности спектрального анализа. Запропоновано спосіб якісної оцінки стану за перекосами рейкових ниток ділянок залізничної колії, на яких проходили ходові динамічні випробування вантажних вагонів. При проведенні досліджень застосовувалися методи математичного моделювання та математичної статистики, зокрема спектрального аналізу. А method of а qualitative assessment of the distorted rail lines of the railway track portions is proposed using the results of dynamic running tests of freight cars. In the research methods of mathematical modeling and mathematical statistics, in particular a spectral analysis were used. 2014 Article Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов / Л.Г. Лапина, И.А. Мащенко // Техническая механика. — 2014. — № 1. — С. 52-58. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88465 519.2:629.2 ru Техническая механика Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Предложен способ качественной оценки состояния по перекосам рельсовых нитей участков железнодорожного пути по результатам проведенных на них ходовых динамических испытаний грузовых вагонов. При проведении исследований применялись методы математического моделирования и математической статистики, в частности спектрального анализа.
format Article
author Лапина, Л.Г.
Мащенко, И.А.
spellingShingle Лапина, Л.Г.
Мащенко, И.А.
Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
Техническая механика
author_facet Лапина, Л.Г.
Мащенко, И.А.
author_sort Лапина, Л.Г.
title Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
title_short Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
title_full Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
title_fullStr Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
title_full_unstemmed Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
title_sort оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов
publisher Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88465
citation_txt Оценка состояния пути по перекосам рельсовых нитей с использованием данных ходовых динамических испытаний грузовых вагонов / Л.Г. Лапина, И.А. Мащенко // Техническая механика. — 2014. — № 1. — С. 52-58. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series Техническая механика
work_keys_str_mv AT lapinalg ocenkasostoâniâputipoperekosamrelʹsovyhnitejsispolʹzovaniemdannyhhodovyhdinamičeskihispytanijgruzovyhvagonov
AT maŝenkoia ocenkasostoâniâputipoperekosamrelʹsovyhnitejsispolʹzovaniemdannyhhodovyhdinamičeskihispytanijgruzovyhvagonov
first_indexed 2025-07-06T16:15:29Z
last_indexed 2025-07-06T16:15:29Z
_version_ 1836914866792693760
fulltext 52 УДК 519.2:629.2 Л. Г. ЛАПИНА, И. А. МАЩЕНКО ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПУТИ ПО ПЕРЕКОСАМ РЕЛЬСОВЫХ НИТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ХОДОВЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ Предложен способ качественной оценки состояния по перекосам рельсовых нитей участков желез- нодорожного пути по результатам проведенных на них ходовых динамических испытаний грузовых ваго- нов. При проведении исследований применялись методы математического моделирования и математиче- ской статистики, в частности спектрального анализа. Качественную оценку перекосов рельсовых нитей предлагается проводить путем сравнения диспер- сий и спектральных плотностей неровностей пути, вычисленных с использованием экспериментальных записей вертикальных ускорений боковых рам тележки над буксами и передаточной функции тракта «бо- ковая рама тележки – путь», с базовыми дисперсиями и спектральными плотностями неровностей участ- ков пути известной балльности. Приведены примеры практического применения такого способа оценки. Использование предложенного подхода при обработке результатов ходовых динамических испытаний позволит исключить те участки, где сумма баллов выходит за установленные пределы, и повысит тем самым достоверность экспериментальной оценки динамических качеств экипажа. Запропоновано спосіб якісної оцінки стану за перекосами рейкових ниток ділянок залізничної колії, на яких проходили ходові динамічні випробування вантажних вагонів. При проведенні досліджень засто- совувалися методи математичного моделювання та математичної статистики, зокрема спектрального ана- лізу. Якісну оцінку перекосів рейкових ниток пропонується проводити шляхом порівняння дисперсій і спектральних густин нерівностей колії, обчислених з використанням експериментальних записів вертика- льних прискорень бічних рам візка над буксами і передавальної функції тракту "бічна рама візка – колія», з базовими дисперсіями і спектральними густинами нерівностей ділянок колії відомої бальності. Наведено приклади практичного застосування такого способу оцінки. Його використання при обробці результатів ходових динамічних випробувань дозволить виключити ті ділянки, де сума балів виходить за встановлені межі, і підвищить тим самим достовірність експериментальної оцінки динамічних якостей екіпажу. А method of а qualitative assessment of the distorted rail lines of the railway track portions is proposed us- ing the results of dynamic running tests of freight cars. In the research methods of mathematical modeling and mathematical statistics, in particular a spectral analysis were used. Qualitative assessments of distortions of rail lines are proposed to compare variances and spectral densities of irregularities of the track calculated using experimental records of vertical accelerations of the bogie side frames over axle boxes and the tract transfer function of the side bogie frame and track with the basic variances and spectral densities of irregular portions of the track of known intensities. Examples of practical applications of this method of assessments are presented. The proposed method for processing the results of dynamic running tests will exclude those areas where intensities of irregularities are beyond the measured limit, and thus increase the accuracy of the experimental evaluation of the dynamic response of the vehicle. Для получения полного представления о состоянии пути, определяемом неровностями в вертикальной плоскости, наряду с оценкой по просадкам [1] необходимо произвести оценку и по взаимному положению рельсовых нитей по высоте (т. е. неровностям по уровню), доля которых в общем количестве отступлений от норм содержания рельсовой колеи на железных дорогах Украины весьма значительна. Оценку состояния пути по уровню можно выполнить по энергетическим спектрам (спектральным плотностям (СП)) и дисперсиям неровностей путем сравнения их расчетных значений с некоторыми базовыми спектральными плотностями (БСП) и базовыми дисперсиями (БД) аналогично тому, как опи- сано в работе [1] для просадок. В качестве исходных данных для определе- ния СП неровностей пути используются записи вертикальных ускорений двух боковых рам тележки над буксами одной колесной пары, полученные во время ходовых динамических испытаний экипажа наряду с записями ускоре- ний его обрессоренных частей. По известным спектральным плотностям ускорений заданных точек эки-  Л. Г. Лапина, И. А. Мащенко, 2014 Техн. механика. – 2014. – № 1. 53 пажа СП неровностей пути можно найти по известной формуле [2] 24 )( )( )( óñê íåð    iW S S , (1) где )(íåð S – спектральная плотность неровностей пути;  – круговая часто- та вынужденных колебаний, рад/сек ( f 2 , f – частота, Гц); )(óñê S – СП ускорений заданной точки экипажа; )( iW – передаточная функция тракта «неровности пути – перемещение заданной точки экипажа»; i – мни- мая единица. Для вычисления СП неровностей рельсовых нитей по уровню можно определить СП ускорений боковых рам тележки над буксами одной колесной пары, вызванных колебаниями боковой качки, и передаточную функцию, устанавливающую связь между этими ускорениями и вызывающими их не- ровностями пути (неровностями по уровню). Для этого достаточно использо- вать упрощенную расчетную схему половины одной тележки грузового ваго- на, включающую в себя связанные осью колесной пары половины необрес- соренных масс тележки с упругими колесами на упругом пути (рис. 1). В приведенной расчетной схеме 1m – часть необрессоренной массы тележки, равная полусумме масс боковины, оси ко- лесной пары, диска одного колеса и двух ступиц; 1J – сумма моментов инерции (от- носительно вертикальной продольной плос- кости симметрии экипажа) колесной пары и боковых рам тележки; 1c – радиальная жесткость диска колеса; 1 – эквивалент- ное демпфирование диска колеса; 2m – масса половины диска одного колеса; 2c – жесткость пути, приходящаяся на одно ко- лесо; 2 – эквивалентное демпфирование пути, приходящееся на одно колесо; b2 – расстояние поперек пути между колесами одной колесной пары; )(tzz 11  , )(tzz 22  , )(tzz 33  , )(tzz 44  – вертикальные перемещения сосредоточенных масс в расчетной схеме; )(t11  , )(t22  – вертикальные неровности двух рельсовых нитей. Уравнения вынужденных колебаний такой системы имеют вид:                 .)()( ,)()( ,)()()()( ,)()()()( 222222421421424242 121212311311323232 42142112 1 122 1 1 31131122 1 112 1 1 0 0 cmzzczzzczzm cmzzczzzczzm zzczzz b J mz b J m zzczzz b J mz b J m     (2) m1 2b J1 m1 z1 z2 c1, 1 m2 m2 z4, 2 z3, 1 c2, 2 Рис. 1 54 В данных исследованиях интерес представляют только колебания, вы- званные неровностями пути по уровню )(t . Введя новые переменные )()()( ttt 12  , )()()( tztzt 12  , )()()( tztzt 34  и представив их в виде tie  )( , ,)( tie  tie )( , после несложных преобра- зований можно записать уравнения (2) в частотной области в виде:                             ).( )()()( ,)()( 22 2 2 112121 2 2 1111 2 2 1 0 2 cim icccim icci b J (3) Для определения обратной передаточной функции )(ïåð iA , связываю- щей кососимметричное относительно оси пути перемещение необрессорен- ной части тележки )( и неровности по уровню )( , удобно выразить )( из первого уравнения системы (3) через )( и подставить его во вто- рое:   . )()( )( )( )(ïåð 22 2 2 2 1111 2 2 1 2121 2 2 2 cim icci b J ccim iA              (4) По разности экспериментальных записей ускорений двух боковых рам тележки над буксами одной колесной пары )()()( tztzt 12   однозначно определяется спектральная плотность )(  S . Спектральная плотность не- ровностей по уровню )(S может быть вычислена с помощью выражения )()( ïåð     S a S 4 2 , (5) где 2 2 )(ïåðïåð  iAa . Численные значения этого коэффициента для случая задания параметров тележки 18-100 со стандартными колесами и пути с железобетонными шпа- лами приведены на рис. 2. Как видно из графика, отличия между СП разности перемещений боко- вых рам тележки над буксами и СП перекосов рельсовых нитей существенно изменяются с ростом частоты. Поэтому, в отличие от случая оценки состоя- ния пути по просадкам [1], приближенно принимать в качестве СП неровно- стей по уровню значения СП разности перемещений боковых рам тележки 55 над буксами одной колесной пары не следует, поскольку связывающий их коэффициент 2 ïåða существенно от- личается от 1 в широком диапазоне частот. Согласно [3] неровности по уровню подразделяются на перекосы и плавные отклонения по уровню. К перекосам относятся резкие измене- ния положения рельсовых нитей по уровню в разные стороны с длиной волны неровности 40 м и менее. Бо- лее длинные неровности в попереч- ной вертикальной плоскости счита- ются плавными отклонениями по уровню. Проведенные исследования пока- зали, что с помощью описанного способа достоверно могут быть оценены неровности по уровню с длиной волны от 3 до 50 м [4, 5]. Исходя из этого, в дальнейшем исследуются только короткие неровности по уровню – перекосы рельсовых нитей с длиной волны от 3 до 40 м. Вычислив для каждой скорости движения нижнюю min и верхнюю max границы частотного диапазона, соответствующие максимальной и ми- нимальной (соответственно 40 м и 3 м) длине перекосов рельсовых нитей, можно найти дисперсию перекосов D на каждом участке пути как площадь под кривой односторонней СП по известной формуле      max min )( dSD . (6) Интегральная оценка состояния пути по дисперсиям дает возможность получить результаты, несколько абстрагируясь от конкретного набора пере- косов рельсовых нитей. Путем сравнения спектральных плотностей и дисперсий перекосов участка пути, на котором проходили ходовые испытания вагонов, с базовыми СП и дисперсиями можно приближенно оценить балльность этого участка по перекосам. Методика формирования БСП перекосов аналогична описанной в статье [6] для просадок. Суть ее состоит в том, что на основе реальных записей по- казаний путеизмерителя формируются процессы перекосов рельсовых нитей, соответствующие виртуальным участкам пути с заданной суммой баллов за перекосы ïåð . Для этого искусственно изменяются ординаты отдельных неровностей таким образом, чтобы изменить балльность участка до требуе- мого значения ïåð . Амплитуды перекосов подбираются так, чтобы они по возможности были близки к наибольшим для заданной степени отступления от норм содержания рельсовой колеи. Данным способом сформирован ряд процессов, соответствующих раз- личным значениям ïåð . В качестве исходного взята запись неровностей по уровню, имеющих наибольшую дисперсию в анализируемом частотном диа- 0 0,5 1 1,5 2 0 10 20 30 f , Гц 2 перa Рис. 2 56 пазоне среди рассмотренных записей на участках нулевой балльности маги- стрального пути Пятихатки – Чаплино Приднепровской железной дороги (для таких участков имелось достаточно большая выборка записей показаний путеизмерителя). Следует отметить, что каждый из построенных случайных процессов является только одним вариантом возможных неровностей по уровню пути заданной балльности ïåð , однако при этом спектральная плот- ность и дисперсия таких неровностей близки к максимально возможным. С учетом соотношений, установленных при анализе статистических ха- рактеристик перекосов на участках с 0ïåð , определены верхняя и нижняя границы СП и дисперсии перекосов на участках различной балльности. По- лученные значения верхней границы СП и дисперсии предлагается использо- вать как базовые при проведении качественной оценки состояния участков железнодорожного пути по перекосам. Зависимость БД перекосов рельсовых нитей от суммы баллов за эти не- ровности на участке может быть аппроксимирована следующим аналитиче- ским выражением:   6224 108311033710441    ,,,)( ïåðïåðïåðmaxD , м2. (7) Нижняя граница дисперсий перекосов minD на участках пути балльно- сти ïåð определяется следующим образом: 10/)()( ïåðmaxïåðmin   DD . (8) Алгоритм проведения качественной оценки состояния пути по перекосам аналогичен описанному в статье [1] для просадок рельсовых нитей. Он пред- полагает сравнение дисперсии неровностей анализируемого участка с БД, а затем спектральной плотности этих неровностей – с БСП, соответствующими участкам пути заданной балльности. Практическое его применение проде- монстрировано на примере оценки состояния двух участков пути (24-й и 31-й километры направления Новомосковск – Воскобойня) по записям ускорений боковых рам тележек цистерны-эталона (скорость движения на участках со- ответственно 110 км/ч и 90 км/ч), полученным при испытаниях, проведенных в марте 2011 г. Украинским научно- исследовательским институтом ваго- ностроения. Для этого направления имелась также «Ведомость оценки ки- лометров» (февраль 2011 г.), согласно которой перекосы рельсовых нитей на участке 24-й км оценены в 20 баллов, на участке 31-й км – 0 баллов. На рис. 3 показано расположение уровней дисперсий перекосов рельсо- вых нитей D на анализируемых участках пути в области возможных значений от minD до maxD (на ри- сунке она выделена серым цветом) в зависимости от суммы баллов за пере-Рис. 3 0 2 4 6 8 0 20 40 60 80 31-й к м пер D ·10 6 , м2 24-й к м 57 косы ïåð . На рис. 4 приведено сравнение расчетных СП перекосов рельсо- вых нитей на этих участках с соответствующими БСП: с БСП-20 (соответ- ствующей участку пути с 20ïåð ) для участка 24-й км и с БСП-0 (соответ- ствующей 0ïåð ) для участка 31-й км. 1,0E-10 1,0E-08 1,0E-06 1,0E-04 0 2 4 6 8 S  (f ), м2·с f , Гц 1,0E-10 1,0E-08 1,0E-06 1,0E-04 0 2 4 6 S  (f ), м2·с f , Гц а) б) Рис. 4 Как видно из рис. 3 и рис. 4а, дисперсия перекосов рельсовых нитей на участке 24-й км лежит в области допустимых значений для такой балльности, а СП перекосов на этом участке (пунктирная линия) не превышает БСП-20 (сплошная линия) во всем анализируемом частотном диапазоне. Следова- тельно, сумма баллов за перекосы рельсовых нитей ïåð на данном участке вполне может соответствовать данным Ведомости. На участке 31-й км дисперсия перекосов превышает допустимые для ну- левой балльности значения (см. рис. 3), и СП перекосов в низкочастотной области на графике лежит выше БСП-0 (см. рис. 4б). Поэтому перекосы рель- совых нитей на этом участке могут быть оценены от 35 баллов и выше (что следует из рис. 3), но никак не в 0 баллов, как это указано в Ведомости. Дан- ный факт может означать либо неточности данных Ведомости, либо сдвижку при фиксировании километровых отметок в испытаниях. Выводы. 1. По имеющимся экспериментальным записям вертикальных ускорений двух боковых рам тележки грузового вагона над одной колесной парой можно определить СП и дисперсии перекосов рельсовых нитей на пу- ти, по которому двигался этот вагон при испытаниях. 2. Сравнение характеристик перекосов, определенных по ускорениям бо- ковых рам тележки, с БСП и БД позволяет получать качественную оценку состояния пути по перекосам рельсовых нитей и контролировать данные «Ведомости оценки километров». Это также дает возможность при обработке результатов динамических испытаний вагонов исключить в эксперименталь- ных записях показателей динамических качеств экипажа данные, полученные на участках пути ненадлежащего состояния, повысив тем самым достовер- ность экспериментальной оценки динамических качеств экипажа, и умень- 58 шить различия между экспериментальными и прогнозными оценками иссле- дуемых показателей. 1. Лапина Л. Г. Оценка просадок рельсовых нитей по ускорениям боковых рам тележек движущегося грузового вагона / Л. Г. Лапина, И. А. Мащенко // Техническая механика. – 2013. – № 2. – С. 44 – 50. 2. Ушкалов В. Ф. Статистическая динамика рельсовых экипажей / В. Ф. Ушкалов, Л. М. Резников, С. Ф. Редько. – Киев : Наук. думка, 1982. – 360 с. 3. Технічні вказівки щодо оцінки стану рейкової колії за показниками колієвимірювальних вагонів та забезпечення безпеки руху поїздів при відступах від норм утримання рейкової колії : ЦП-0020 : затв. наказом Укрзалізниці від 17.01.1996 р. № 9-Ц (зі змінами та доповненнями у відповідності до наказу від 01.12.2004 р. №917-Ц3). – Київ, 2005. – 48 с. 4. Спектральный состав неровностей пути и напряженно-деформированное состояние его элементов / А. Я. Коган, М. А. Левинзон, С. В. Малинский, В. О. Певзнер // Вестник ВНИИЖТ. – 1991. – № 1. – С. 39 – 43. 5. Ушкалов В. Ф. Расчетные возмущения для исследования динамики железнодорожных вагонов / В. Ф. Ушкалов, Л. Г. Лапина, И. А. Мащенко // Залізничний транспорт України. – 2012. – № 1. – С. 38 – 41. 6. Лапина Л. Г. Анализ статистических характеристик просадок рельсовых нитей и построение базовых неровностей пути / Л. Г. Лапина // Техническая механика. – 2013. – № 1. – С. 17 – 24. Институт технической механики Получено 27.11.13 НАН Украины и ГКА Украины, в окончательном варианте 05.02.14 Днепропетровск

Схожі ресурси