Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных экономических условиях одним из перспективных направлений в работе железнодорожного транспорта является повышение надежности пути и ходовых частей подвижного состава при одновременном снижении эксплуатационных расходов на основе перехода от затратных к ресурсосберегающим технологиям.
Одним из таких направлений является снижение интенсивности износа рельсов и колес подвижного состава. Связано это с тем, что в середине 80-х годов прошлого века интенсивность износа рельсов в кривых и подрез гребней резко возросли.
Некоторые специалисты связывают это с переходом в 1970 г. со стандартной ширины колеи 1524 мм на 1520 мм. Анализ научно-исследовательских работ, предшествующих переходу на суженную колею 1520 мм показал, что в тот период сколько-нибудь значимой проблемы бокового износа рельсов и гребней колес не было, а возникла она, в 80-х годах.
Какие события следует отметить за период в части влияния на условия взаимодействия пути и подвижного состава?
Переход на унифицированную ширину колеи 1524 мм в кривых радиусом 350 м и более с 1957 г.
Уменьшение ширины колеи с 1524 мм до 1520 мм в прямых и кривых радиусом 350 м и более с 1970 г.
Укладка объемнозакаленных рельсов типа Р65 начиная с 1966г.
Переход с подшипников скольжения на роликовые с 1970 г. с прекращением попадания смазки из букс на рельсы и устранением поперечных разбегов колесных пар.
Переход с чугунных тормозных колок на композитные, что привело к резкому снижению проката и резкому возрастанию браковки колес по тонкому гребню и выщербинам.
Увеличение среднего возраста (старение) парков грузовых вагонов и локомотивов начиная с 90-х годов по сравнению с 70-ми годами прошлого века.
Количественной оценки влияния этих факторов на интенсивность износа до сих пор нет.
В связи с этим, актуальной проблемой является изучение процессов износа рельсов и колес подвижного состава и разработка предложений по продлению сроков их службы и стабилизации параметров рельсовой колеи в кривых.
Объектом исследования является верхнее строение пути в кривых.
Предметом исследования являются процессы взаимодействия в системе “колесо-рельс”, износа рельсов и расстройства колеи в кривых.
Целью является установление влияния параметров рельсовой колеи на механизм и интенсивность износа рельсов и уширения рельсовой колеи в кривых и разработка мероприятий по уменьшению этих негативных явлений.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие задачи:
- изучение процесса и основных факторов, влияющих на интенсивность износа рельсов и колес подвижного состава в кривых;
- анализ влияния параметров рельсовой колеи и ходовых частей подвижного состава на интенсивность их износа на основе математических моделей взаимодействия в системе “колесо-рельс”;
- установление влияния параметров рельсовой колеи, осевых нагрузок, радиуса кривых на интенсивность износа колес и рельсов на основе натурных наблюдений, корреляционного и регрессионного анализа статистических данных;
- разработка предложений по оптимизации параметров рельсовой колеи для снижения интенсивности износа рельсов;
- технико-экономическая оценка мероприятий по рациональному ведению рельсового хозяйства и обеспечению безопасности движения поездов в кривых.
Методы исследований включают анализ результатов ранее выполненных исследований и отчетных данных, теоретические исследования взаимодействия в системе “колесо-рельс” в кривых, эксплуатационные наблюдения за износом рельсов и колес подвижного состава со статистической обработкой их результатов, технико-экономического обоснования мер по продлению срока службы рельсов и обеспечения безопасности движения поездов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- выборе, обосновании и исследовании математической модели износа рельсов в кривых;
- исследовании основных факторов, в том числе параметров рельсовой колеи, влияющих на интенсивность износа с использованием данных вычислительного эксперимента по принятой математической модели;
- анализе и обобщении результатов многолетних экспериментальных исследований износа рельсов и уширения рельсовой колеи в кривых, расположенных в различных эксплуатационных условиях, со статистической обработкой результатов;
- получении и анализе эмпирических зависимостей интенсивности износа рельсов и уширения рельсовой колеи на основе корреляционного анализа полученных экспериментальных данных;
- в разработке и апробации частной методики технико-экономической оценки мероприятий по использованию рельсов различного эксплуатационного качества на наружной нити кривых.
Практическая значимость работы:
Основные научные положения и выводы диссертации направлены на решение важной прикладной задачи железнодорожного транспорта - увеличения срока службы рельсов и снижения затрат на регулировку ширины колеи в кривых за счет:
- обоснования рациональных параметров устройства и содержания рельсовой колеи и мер по их стабилизации;
- прогнозирования срока службы рельсов в кривых по предложенной математической модели, учитывающей конкретные условия эксплуатации;
- технико-экономического обоснования сфер применения рельсов различного эксплуатационного качества в кривых.
На защиту выносится:
- методический подход к оценке интенсивности износа рельсов и расстройства рельсовой колеи, основанный на теоретических и экспериментальных исследованиях, в том числе с применением видеосъемки процессов взаимодействия в системе “колесо-рельс”;
- качественные и количественные оценки влияния параметров рельсовой колеи на интенсивность износа рельсов в различных эксплуатационных условиях;
- эмпирические зависимости интенсивности износа рельсов и уширения рельсовой колеи в кривых в зависимости от основных эксплуатационных факторов;
- методика технико-экономической оценки мероприятий по рационализации ведения рельсового хозяйства в кривых;
- комплексная система мер по продлению срока службы рельсов и поддержанию параметров рельсовой колеи для обеспечения безопасности движения.
Личный вклад автора:
- обоснован выбор математических моделей для исследования взаимодействия в системе “колесо-рельс” при движении по кривым грузовых вагонов на тележках модели 18-100 и интенсивности износа рельсов в зависимости от параметров рельсовой колеи и ходовых частей подвижного состава;
- сделан анализ результатов вычислительного эксперимента по выбранной модели и даны качественные и количественные оценки влияния параметров рельсовой колеи на величину поперечных сил и интенсивность бокового износа рельсов в кривых;
- проведены эксплуатационные наблюдения и в результате обработки статистических данных получены эмпирические зависимости интенсивности износа рельсов в кривых;
- разработана методика технико-экономической оценки мероприятий по продлению срока службы рельсов и обеспечению безопасности движения поездов;
- даны предложения по совершенствованию системы ведения рельсового хозяйства в кривых.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются сопоставлением результатов исследований, полученных автором и другими исследователями, применением адекватного математического аппарата, обработкой большого объема статистических данных по износу рельсов в кривых и колес подвижного состава; удовлетворительной сходимостью результатов расчетов и натурных наблюдений за износом рельсов и колес подвижного состава.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены и получили одобрение:
- на научно-технических советах службы пути Западно-Сибирской железной дороги;
- на заседаниях кафедры “Путь и путевое хозяйство” СГУПС в 2006-2009 годах
- на научно-технической конференции “Наука и молодежь 21 века” в СГУПСе в 2006 году;
- на конференции “Дни науки 2006” в СГУПСе в 2006 году.
Результаты проведенных исследований использованы при написании отчетов по темам: 19.5л 002Р ЦТех ОАО “РЖД” “Оптимизация рельсовой колеи” по договору от 14.08.2007 и 19.5.0013Р ЦТех ОАО “РЖД” “Эксплуатационные наблюдения на опытных и контрольных кривых в соответствии с программами и методиками”.
Публикации.
По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, две из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения списка использованной литературы (113 наименований). Работа изложена на 175 страницах основного текста, содержит 31 таблицу, 56 рисунков.
Приложения на 9 страницах.
