Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ особенностей выдаваемых предупреждений об ограничении скоростей движения поездов 12
1.1. Анализ отчетных данных по предупреждениям 12
1.2. Влияние повышения осевой нагрузки вагонов на выдаваемые предупреждения 20
1.3. Анализ данных по времени действия предупреждений 23
1.4. Оценка соответствия объемов ремонтных работ изменившимся условиям эксплуатации 29
Выводы по главе I 33
ГЛАВА 2. Эмперименталбное определение допустимых неровностей в пути и возможностей повышения скоростей пропуска поездов на участках проведения путевых работ . 35
2.1. Общие положения 35
2.2. Критерии установления скоростей пропуска поездов по неровностям при производстве путевых работ . 43
2.2.1. Критерии прочное ти-,, пути при производстве путевых работ " 45
2.2.2. Критерии соблюдения ширины колеи ". 47
2.2.3. Критерии устойчивости рельсошпальной решетки при производстве путевых работ 54
2.2.4. Критерии, устанавливаемые по динамическим показателям подвижного состава 56
2.3. Методика исследования 56
2.4. Опытные участки пути и подвижной состав 61
2.4.1. Опытные участки пути 61
2.4.2. Модуль упругости пути в вертикальной плоскости 76
2.4.3. Выбор подвижного состава для исследований . 77
2.5. Скорости пропуска поездов по условиям поперечной устойчивости рельсошпальной решетки при производстве путевых работ . 79
2.5.1. Обзор исследований по выбору критериев 79
2.5.2. Испытания по уточнению значений критериев устойчивости рельсошпальной решетки в процессе проведения
путевых работ 93
2.5.3. Анализ рашых сил, возникающих при движении подвижного состава по неровностям пути в плане и профиле 104
2.5.4. Скорости пропуска подвижного состава по критерию поперечной устойчивости рельсошпальной решетки 114
2.6. Скорости пропуска подвижного состава на участках проведения путевых работ, устанавливаемые по показателям вертикальной динамики подвижного состава 121
2.7. Показатели напряженно-деформированного состояния пути на участках путевых работ при различных отступлениях
от норм 130
2.7.1. Прямые участки пути 130
2.7.2. Кривые участки пути 142
2.7.3. Растягивающие напряжения в головке рельса 149
2.8. Допустимые величины неровностей в зависимости от скорости движения подвижного состава при производстве путевых работ 150
2.9. Изменения в "Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ" 159
Выводы по главе 2 171
ГЛАВА 3. Оценка состояния пути и планирование работ по устранению возникащих деформаций .173
3.1. Анализ исследований по развитию в пути неровностей и планированию выправочшх работ 174
Стр.
3.2. Анализ исследований по определению показателей напряженного состояния и классификации пути 200
3.2.1. Исследования на отечественных железных дорогах 200
3.2.2. Исследования на зарубежных железных дорогах 216
3.3. Совершенствование методов оценки состояния пути 232
З.ЗЛ. Определение характеристик фоновой составляющей 235
3.3.2. Определение показателей взаимодействия по фактическим спектрам неровностей 239
3.3.3. Определение влияния изолированных неровностей с учетом фоновой составляющей 242
3.4. Оценка интенсивности роста неровностей 247
3.5. Классификация участков пути по уровню напряженно- деформированного состояния элементов верхнего строения . 254
3.6. Оценка потребности в проведений выправочных работ 263
Выводы по главе 3 273
ГЛАВА 4. Совершенствование оценки влияния пркдтпревдений об ограничении скорости на перевозочный процесс 274
4.1. Показатели оценки скоростей движения 274
4.2. Предложения по классификации предупреждений 278
4.3. Организационно-технические мероприятия по снижению потерь в эксплуатационной работе, вызванных выдачей предупреждений об ограничении скорости на грузовые поезда 280
4.4. Оценка экономической эффективности повышения скоростей пропуска поездов при производстве путевых работ 285
Выводы по главе 4 289
Заключение 291
Список использованных источников
- Влияние повышения осевой нагрузки вагонов на выдаваемые предупреждения
- Критерии устойчивости рельсошпальной решетки при производстве путевых работ
- Анализ исследований по определению показателей напряженного состояния и классификации пути
- Организационно-технические мероприятия по снижению потерь в эксплуатационной работе, вызванных выдачей предупреждений об ограничении скорости на грузовые поезда
Введение к работе
В современных условиях работы транспорта скорость и своевременность доставки грузов и пассажиров становятся одним из основных источников доходов железных дорог.
В числе факторов, от которых зависят эти показатели, значительное место занимают предупреждения об ограничении скоростей движения поездов. Постоянное чередование таких участков с участками, где скорость не ограничена, приводит к снижению реализуемых скоростей, нарушениям графика движения поездов и увеличению расхода энергии на перевозки.
Значительная часть этих ограничений скорости связана с состоянием железнодорожного пути и проведением ремонтных работ.
Нормальные условия эксплуатации пути предусматривают такой темп накопления деформаций, что своевременные ремонты и работы по текущему содержанию пути исключают появление расстройств, требующих ограничения скорости движения. На начальном этапе после капитального ремонта превалируют работы по устранению отдельных неисправностей, а в последующем возникает потребность в сплошной выправке участков с частичной заменой элементов верхнего строения.
Однако в последние годы из-за несоответствия уровня воздействия подвижного состава на путь резервным возможностям конструкции и объемам ремонтных работ наблюдается рост количества действующих предупреждений и протяженности пути, на котором они возникли.
Поэтому наиболее актуальной задачей стали повышение минимальных скоростей движения в местах их наибольших ограничений и разработка мер по снижению интенсивности роста числа таких ограничений. В современных условиях при ограниченном получении ресурсов» постоянно возрастающей стоимости энергоносителей и оборудования потребовалось проведение специальных исследований по изысканию возможностей снижения отрицательного воздействия предупреждений об ограничении скорости на перевозочный процесс.
Общая схема проведения исследований приведена на рис. 0.1.
Актуальность работы, В диссертационной работе обоснована возможность существенного повышения скоростей пропуска поездов при производстве путевых работ. Назначаемые скорости поставлены в соответствие с фактическим состоянием пути. На базе выполненных исследований разработаны конкретные рекомендации, что послужило основой для пересмотра Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ.
С, целью улучшения состояния пути при его текущем содержании разработаны предложения по уточнению сроков проведения выправоч-ных работ в зависимости от напряженного состояния верхнего строения и совершенствованию методов расчета этого состояния.
Для повышения заинтересованности предприятий путевого хозяйства в увеличении реализуемых скоростей движения разработан технико-экономический показатель - расчетная разрешенная техническая скорость движения, позволяющий учесть конкретный вклад путейцев в работу транспорта.
Влияние повышения осевой нагрузки вагонов на выдаваемые предупреждения
Детальный анализ сетевых отчетных данных по действующим предупреждениям с 1979 г. (табл. 1.6) показывает, что в период эксперимента имевшиеся средства по поддержанию пути в исправном состоянии перестали соответствовать усложнившимся условиям эксплуатации /213/. До 1985 г. в среднем за год количество предупреждений увеличивалось на 147 шт., а протяженность пути с предупреждениями - на 161 км. Средняя длина одного предупреждения составляла 1,032 км.
Начиная с 1986 г., темп роста количества предупреждений увеличивается в 2,7 раза, а их протяженности - в 5 раз.
В основном он был вызван увеличением количества предупреждений и протяженности пути с ограничением скоростей движения по состоянию рельсов и "по содержанию" пути. Протяженность пути с ограничением скорости из-за дефектности рельсов увеличилась с уровня IIO0-I3OQ км до 1700-1800 км, несмотря на рост объемов капитального ремонта на 15 %, В настоящее время количество предупреждений по дефектности рельсов возрастает, в основном, за счет развития бокового износа рельсов. В отчетных формах нет данных о протяженности пути с рельсами, имеющими боковой износ свыше 15 мм, когда требуется ограничивать скорость движения, однако на 01.01.1989 г. протяженность пути с рельсами, имеющими боковой износ от 5 до 10 мм, увеличилась по сравнению с этой величиной на 01.01.1984 г. в полтора раза, а с износом более 10 мм - в 2,5 раза.
Далее в тексте вагоны с предельной загрузкой именуются вагоны ПЗ.
Это может быть объяснено тем, что при ограничении скорости на изношенных рельсах и движении в кривых участках с отрицательными непогашенными ускорениями при перекосах тележек вагон ложится на скользуны, а увеличение нагрузки ведет к росту момента сил трения.
Наиболее интенсивный рост наблюдается по предупреждениям, связанным с содержанием пути, которые вызваны, в основном, расстройствами балластного слоя и шпального хозяйства. Повышение осевой нагрузки вагонов привело к интенсивному разрушению щебня из сравнительно мягких горных пород, в результате чего балласт
вий.слой быстро теряет дренирующие свойства и на пути возникают выплески. Особенно интенсивно этот процесс идет в зоне стыков.
По срокам действия этот рост совпадает с введением с 1985 г, повышенной загрузки вагонов. В особенности он усилился в 1987 г., когда была разрешена массовая повышенная загрузка вагонов. При этом за год протяженность пути с предупреждениями увеличилась на 1233 км, в том числе на 368 км по рельсам и на 799 км по "содержанию" пути. Средняя длина одного предупреждения за этот период составила 1,191 км.
После отмены в августе 1987 г. массовой повышенной загрузки вагонов и перехода на пропуск таких вагонов маршрутами во внутри-дорожном сообщении или в пределах ограниченного полигона темп роста протяжения пути с предупреждениями значительно снизился.
Следует отметить, что на зарубежных железных дорогах введению в обращение подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками повсеместно предшествовала работа по санации земляного полотна, усилению подбалластных подушек с укладкой в ряде случаев геотекстйльного армирования и переход на применение щебня из горных пород повышенной твердости. Это относится не только к железным дорогам США. и Канады, но и к Европейским железным дорогам категории J) , где осевые нагрузки повышены до 22 5 кН /118/.
Таким образом, можно констатировать, что в результате воздействия на путь вагонов ПЗ ускорился процесс расстройства пути.
Отчетные данные не позволяют полностью оценить влияние предупреждений об ограничении скорости на перевозочный процесс, поскольку не содержат информации о продолжительности действия предупреждений и величинах ограничения скорости движения. Поэтому дополнительно были проанализированы исходные данные по журналам выдачи предупреждений в дистанциях пути, собранные в различных регионах сети /210, 211, 15/.
Анализ показал, что наибольшая доля общей продолжительности действия предупреждений приходится на обкатку пути после производства ремонтных работ, составляющую 40 % и выше на различных дорогах /210, 211/.
Выдача предупреждений "по обкатке" пути связана с четырьмя основными причинами: дефектностью инвентарных рельсов, имеющих значительные ступеньки в стыках; задержкой с укладкой бесстыко-вых плетей; недостатком балласта для засыпки рельсошпальной решетки на фронте работ; низким качеством отделочных работ. Устранение этих причин носит более хозяйственный, чем технический характер.
На сети дорог в настоящее время эксплуатируется несколько тысяч километров звеньевого пути с железобетонными шпалами. Скорости движения по этим участкам составляют до 80 км/ч для грузовых поездов и до 100 км/ч для пассажирских. Следовательно, при соответствующем качестве инвентарных рельсов скорости после ремонта могут быть подняты даже до укладки бесстыковых плетей, как минимум, до 80 км/ч.
Критерии устойчивости рельсошпальной решетки при производстве путевых работ
Решение вопроса о повешении скоростей пропуска поездов в процессе производства работ и после их окончания в конечном счете связано с установлением скоростей в зависимости от степени ослабления конструкции пути, имеющихся неровностей и типа обращающегося подвижного состава.
Возможность проведения повторной после обкатки пути выправки его делает интенсивность накопления деформаций не столь лимитирующим критерием, как в обычной эксплуатации.
Только расчетным путем решить задачу установления скоростей на участках производства работ не представляется возможным, поскольку параметры пути, необходимые для их проведения, имеют широкий разброс и результаты могут использоваться лишь для качественной оценки.
Поэтому в качестве основного направления решения поставленных задач был принят метод прямого эксперимента по определению показателей взаимодействия пути и подвижного состава на неровностях пути и их сочетаниях, характерных для условий проведения работ.
На первом этапе были рассмотрены следующие виды ремонтных работ: подъемка и рихтовка пути, вырезка балласта по концам шпал, сплошная смена рельсов.
Однако простой перебор всех видов производимых на пути работ, а их насчитывается около ста, мог неоправданно затянуть решение вопроса. Поэтому в дальнейшем был избран другой путь: для основных путевых работ были имитированы условия их выполнения, а затем, на основе данных, подученных на участках проведения работ, были определены максимальные неровности, которые могут встретиться на участках ремонта.
Амплитуды таких неровностей, естественно, значительно превышали те, которые встречаются в эксплуатации. С учетом необходимости введения достаточных коэффициентов запаса на неучтенные факторы и возможные отклонения от установленной технологии производства работ, величины неровностей в экспериментах поднимались на 40-100 % по сравнению с обнаруженными на участках проведения ремонтных работ.
Одновременно был проведен анализ показателей взаимодействия пути и подвижного состава на основании результатов проводившихся ранее исследований. Это позволило выявить наихудшие по показателям взаимодействия пути и подвижного состава из обращающихся по сети типов массового подвижного состава для включения в состав опытного поезда.
Экспериментальные исследования по определению показателей взаимодействия подвижного состава и пути с неровностями проводились в несколько этапов. Вначале (в 1972 и 1973 гг.) были определены показатели взаимодействия на сравнительно небольших неровностях (до 15-20 мм) при скоростях движения до 100 км/ч. Тем самым было оценено соответствие существовавшей в то время системы балльной оценки пути реальным показателям взаимодействия. Как показано в /204/, нормативы оценки пути, разработанные в период, когда преобладающим типом подвижного состава были двухосные вагоны и паровозы, в современных условиях с точки зрения безопасности движения могут быть пересмотрены.
В первую очередь это касалось неровностей на участках производства работ, где вопросы накопления деформаций не имеют того значения как в обычной эксплуатации пути» Кроме того, была установлена принципиальная возможность разрабатывать допустимые значения неровностей пути для каждой скорости движения с точки зрения безопасности движения.
Затем (в 1977-1980 гг.) были проведены исследования на неровностях, максимальных из тех, которые могут встретиться на участках производства работ, со значительным расширением круга испытываемого подвижного состава. Для каждого вида неровностей поездки начинались с минимальных скоростей движения (15 или 25 км/ч), затем скорость поэтапно повышалась каждый раз с анализом полученных результатов до достижения показателей взаимодействия, угрожающих безопасности движения /62-67, 69, 70, 204, 216/.
Одновременно с этими исследованиями проводились эксперимента по уточнению значения критериев установления скоростей движения для участков проведения ремонтных работ.
Анализ исследований по определению показателей напряженного состояния и классификации пути
Оценка напряженного состояния и классификация пути необходимы для установления порядка ограничений скоростей движения поездов в местах ослаблений или расстройств пути, включающих отклонения в геометрическом положении рельсовых нитей от проектного положения и изменения в состоянии конструкции верхнего строения пути.
Совершенствование оценки этих факторов отчетливо наблюдается в развитии методов расчетов пути на прочность, которым в отечественной науке и практике уделялось постоянное внимание.
Исторически первым направлением в этих методах явился анализ детерминированных изолированных неровностей или их последовательностей, описываемых тем или иным способом.
Первыми в России этим вопросом занимались профессора Н.П. Петров и А.А.Холодецкий. В 1903 г. в работе "Влияние поступательной скорости колеса, упругости основания опор рельса и неправильности вида рельса и колес на напряжения в рельсе" Н.П.Петров предложил учитывать изменения профиля и плана пути, неровностей на колесе, а также ввел в расчет траекторию движения по неровности на пути. Затем на основании геометрических характеристик траектории неровности им были составлены таблицы изменений напряжений в рельсах в зависимости от этих характеристик.
Профессор А А.Холодецкий в работе "Исследование влияния внешних сил на верхнее строение железнодорожного пути", выпущенной в 1897 г.» рассчитал добавочное силовое воздействие от изолированной неровности прямолинейного очертания при постоянной скорости движения.
В 1915 г. в работе "0 динамических напряжениях в рельсах" профессор С.П.Тимошенко рассмотреть"неровность, очерченную по синусоиде, и рассчитал возникающую динамическую добавку.
Теоретические разработки Н.П.Петрова и А.А.Хододецкого легли в основу разработанного комиссией под председательством Куницкого Циркуляра управления железных дорог № 13753 от I.06.1915. Практически это была первая попытка включения в официальные нормативные документы положений, характеризующих состояние пути при назначении допустимых скоростей движения поездов /56/.
Оценивая эти работы и намечая пути развития методики расчетов пути на прочность в ССОР, Б.Н.Сергеев писал:
"Для рельсов и шпал мы имеем возможность в случав необходимости сознательно идти на перенапряжения и допускать остаточные деформации. Однако, необходимость усиленного надзора и ремонта по устранению этих остаточных деформаций приводит к повышению стоимости содержания пути. Если же остаточные деформации своевременно не устраняются, путь быстро приходит в такое состояние, при котором уже возникает прямая опасность излома рельса, поставленного в совершенно ненормальные условия работы" /265/.
В приказе БШІС от 24.II.1925 г. "О производстве расчетов для определения напряжений в элементах верхнего строения пути и наибольших допускаемых скоростей движения в зависимости от пути" (в отмену вышеназванного циркуляра) был введен коэффициент , оценивающий увеличение динамического воздействия колес на рельсы, в связи с наличием выбоин и неровностей на бандажах и рельсах. Коэффициент принимался для товарных паровозов при нулевой скорости равным 1,0; при скорости 50 км/ч (14 м/с) - 1,8; для пассажирских паровозов при = 0 - 1,0; при f= 100 км/ч (28 м/с) - 2,0. В приказе также указывалось, что "в случав, если в пути имеются пучины, или есть путь по каким-либо причинам не находится во вполне удовлетворительном состоянии, то на таких участках железных дорог необходимо ограничить скорость" /202/.
В 1929 г. вышел приказ ШШС » 1081 от 21.09.1929 г., "в. котором на основании фактики отдельных дорог устанавливались для различных единиц подвижного состава и для путей определенной мощности стандартные скорости движения".
При пересмотре и совершенствовании правил расчета пути на прочность Б.Н.Сергеев изложил основные научно-технические предпосылки дальнейших исследований:
"В пути наряду с упругими исчезающими деформациями происходят деформации неупругие, остающиеся (например, осадка отдельных шпал), которые постепенно накапливаясь могут достигуть значительных размеров. При этом действительные напряжения в рельсах могут оказаться далекими от теоретических.
Накопление неупругих деформаций зависит не столько от величины нагрузки, сколько от продолжительности и числа повторяющихся воздействий. Для этих остаточных деформаций наиболее правильным измерителем должен быть тоннаж...
Теоретические и инструментальные исследования показывают, что просадка одной шпалы легко может привести к увеличению напряжений в рельсах на 40 % и более..
Организационно-технические мероприятия по снижению потерь в эксплуатационной работе, вызванных выдачей предупреждений об ограничении скорости на грузовые поезда
Начальником отделения дороги в соответствии с приказом начальника дороги утверждается график работы путевых машин ВПР--1200, Р-2000, ШВС-500, а при необходимости и путевых машин тяжелого типа на таких участках.
Для производства плановых работ, требующих выдачи предупреждений I и 2 категорий, начальником дистанции пути не позднее чем за сутки представляется заявка в отделение дороги, на основании которой диспетчерский аппарат организует поездную работу с обеспечением пропуска поездов заданного веса и установленных размеров движения.
При внезапно возникших препятствиях, угрожающих безопасности движения, предупреждения I и 2 категорий выдаются немедленно.
Руководство дистанций пути обязано немедленно принять меры к устранению препятствий и отмене предупреждений, а диспетчерский аппарат - к заблаговременной остановке в заранее определенных местах или обеспечению дополнительных мер, включая усиление тяги, по пропуску поездов критического веса.
Применение классификации предупреждений в условиях перехода к рыночным отношениям позволит сконцентрировать усилия служб пути и движения на первоочередном устранении причин ограничения скоростей движения, наиболее неблагоприятно влияющих на перевозочный процесс.
Появление неграфиковнх предупреждений влечет за собой не только опоздания поездов из-за увеличения времени хода сверх расчетного, но и рост расходов энергии на перевозки при возросшей ее стоимости, а также возрастание механического износа и расстройств в пути и на подвижном составе. Поэтому требуется совершенствование методов определения количества предупреждений и их протяженности, закладываемых в график движения.
Имеющиеся данные показывают, что в график должны закладываться четыре группы предупреждений, связанных с эксплуатацией и ремонтами пути:
1. Постоянные - по дефектным местам пути и искусственных сооружений (больные места земляного полотна, дефектные мосты, стрелочные переводы в кривых участках пути и т.д.). Скорость пропуска поездов по таким местам должна устанавливаться на основании результатов их специальных обследований с учетом классности сооружений.
2. Длительные предупреждения - устанавливаемые в соответствии с действующей нормативной документацией при возникновении расстройств и износов, превышающих допустимые пределы, и при отсутствии ресурсов для немедленной замены. Для правильного прогнозирования появления этих предупреждений необходимо установление закономерностей развития тех или иных расстройств в соответствующих условиях эксплуатадии и ежегодное составление балансов объемов ожидаемых расстройств и планируемого поступления материалов с привязкой объемов работ к конкретным участкам.
3. Предупреждения, связанные с производством ремонтных работ. Существующий порядок установления скоростей пропуска поездов по местам производства ремонтных работ является унифицированным для всей сети. С точки зрения безопасности движения и назначения скоростей в зависимости от фактического состояния пути этот подход не вызывает сомнений, а с точки зрения возможной длительности отделочных работ и обкатки необходим учет местных особенностей (технической оснащенности ПЖ комплектами машин, в том числе для выправочно-отдеяочннх работ, возможности завоза и накопления балластных материалов, состояния парка инвентарных рельсов и т.д.).
Первые две группы предупреждений имеют точный "адрес" -место действия - и точно оговоренную документацией скорость движения. Предупреждения третьей группы имеют примерные координаты места действия - обычно в пределах перегона. Зная реальные возможности ремонтных предприятий, можно прогнозировать с учетом имеющегося опыта, какова будет реальная скорость после окончания ремонтных работ и как долго может длиться обкатка.
Вполне очевидно также, что оплата за выполненные работы должна производиться с учетом сроков обкатки и устанавливаемых при этом скоростей пропуска поездов.
4. Четвертую группу составляют предупреждения, вызываемые расстройствами пути в отдельных местах, выходом из строя отдельных элементов верхнего строения, производством работ по текущему содержанию пути. Каждый из этих факторов, в принципе, подчиняется определенным закономерностям возникновения и развития, как например, по одиночному выходу рельсов по дефектам, но в сумме они могут быть описаны только статистическими закономерностями. Места действия этих предупреждений также во многом носят случайный характер.
