Введение к работе
Актуальность исследования. Анализ экономической деятельности по данным Службы пути Московского метрополитена, показал, что финансовые затраты на содержание ряда конструкций пути пока неоправданно высоки. Например, работы по замене дефектных деревянных шпал и стрелочных брусьев составляют от 9,1 до 11,5 процентов от общих финансовых затрат на капитальный ремонт всего пути, а время, затрачиваемое на выполнение этих работ, достигает нескольких месяцев, что отражается на качестве обслуживания пассажиров, пользующихся метрополитеном.
Эксплуатация пути метрополитена обусловлена рядом специфических факторов, предъявляющих к надежности конструкции пути дополнительные требования. Этими факторами являются:
- невозможность осмотра пути во время движения поездов;
- малая продолжительность перерывов в движении поездов, в которые можно производить осмотр и ремонт пути (средняя продолжительность перерыва составляет 2 часа 45 минут);
- высокая грузонапряженность до 45 млн.т-км-брутто/км в год;
- высокая интенсивность движения поездов (интервал движения поездов в часы пик менее минуты);
- наличие контактного рельса;
- недостаточный габарит для возможности использования тяжелой техники при производстве работ;
- возможность обводнения.
Идеальным решением для метрополитена явилась бы конструкция пути, не требующая текущего содержания и имеющая максимальный межремонтный срок службы. Определяющими при этом становятся конструктивные решения и качество выполнения монтажных и строительных работ.
Применение композитных материалов в последние годы становится одним из основных направлений развития подрельсового основания , что позволяет существенно увеличить его надежность, сократить затраты на монтаж и обслуживание, увеличить сроки службы. В то же время, существующая конструкция пути в целом и, особенно, технология его устройства не позволяют в полной мере использовать преимущества подрельсовых опор из композитных материалов. При использовании существующей технологии укладки пути композитные опоры теряют связь с путевым бетоном, отслаиваются, что влечет за собой дополнительные затраты на их повторное закрепление при текущем содержании пути.
Цель исследования состоит в разработке эффективной технологии укладки пути с композитными коротышами, обеспечивающей его длительную надежную работу, и разработке технологии закрепления отслоившихся коротышей в путевом бетоне при текущем содержании.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Экспериментально установлена зависимость потери связи композитных коротышей с путевым бетоном от конструктивных и технологических особенностей укладки пути традиционными методами.
2. Исследован характер силового профиля пути с коротышами, то есть профиля, по которому движется колесо.
3. Разработана конечно-элементная модель работы пути с композитными коротышами в процессе укладки пути.
4. Разработаны технические и технологические решения для надежного закрепления композитных коротышей в путевом бетоне как при укладке пути, так и при последующем текущем содержании.
5. Выполнен комплекс лабораторных экспериментов для подтверждения эффективности принятых технических решений.
Методы исследования. В работе использованы основные положения строительной механики и динамики взаимодействия подвижного состава и пути, метод конечных элементов, а также теория решения изобретательских за дач, методы полевых и лабораторных экспериментов и их статистической обработки, включая быстрое преобразование Фурье.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов конечно-элементного моделирования и расчета спектров ответа, соответствием расчетных значений экспериментальным данным.
Выводы и рекомендации диссертационной работы подтверждаются результатами проведенных эксплуатационных наблюдений и практическим использованием при текущем содержании и новом строительстве Московского метрополитена.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Предложена и экспериментально подтверждена гипотеза о причине потери связи подрельсовых опор с путевым бетоном безбалластного пути метрополитена;
2. Создана математическая модель и установлены закономерности взаимодействия пути и подвижного состава метрополитена при проезде неровности пути;
3. Научно обоснованы конструктивные и технологические параметры конструкции безбалластного пути с отдельными опорами, обеспечивающие его эксплуатационную надежность;
4. Дано научное обоснование технологии укладки безбалластного пути метрополитена.
Практическая ценность. Разработанные в диссертации подходы и способы позволили разработать технологии надежного закрепления подрельсовых опор в путевом бетоне, как на стадии строительства, так и при текущем содержании пути.
Реализация результатов работы. На основе полученных в диссертации результатов были разработаны с участием автора временные инструкции по текущему содержанию пути с коротышами, по текущему содержанию пути с двухблочными шпалами на Бутовской линии, по текущему содержанию пути со скреплениями виброигасящими на перегоне ст. "Кропоткинская"-ст. "Библио тека им. Ленина". Московским метрополитеном утверждены технологический регламент устройства пути с композитными шпалами коротышами и технологический процесс закрепления композитных шпал коротышей, потерявших связь с путевым бетоном. Результаты исследований использованы ГУП "Московский метрополитен" при устройстве пути центрального ядра мини-метро Московского международного делового центра "Москва-Сити" и на Серпуховской линии.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:
• Гипотеза о причине потери связи композитных коротышей с путевым бетоном и ее экспериментальное подтверждение;
• Модель влияния систематической неровности на динамику подвижного состава;
• Технология укладки пути с композитными коротышами, обеспечивающая долговечную и надежную работу пути;
• Практические предложения по технологии закрепления отслоившихся композитных шпал-коротышей от путевого бетона.
Апробация результатов. Основные положения диссертации докладывались на Международной научно-технической конференции "Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований" 19-20 октября 2004 г. Москва., на VI научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" 26-27 октября 2005 г. Москва., на научно-технических совещаниях Мосметрогипротранса и Московского метрополитена, заседаниях кафедры «Путь и путевое хозяйство» МИИТ, 2004 - 2006 г. Результаты работы использовались при исследованиях опытных участков пути метрополитена с двухблочными шпалами, при разработке конструкции подрельсового основания перекрестного съезда на виброизолированных плитах на центральном ядре ММДЦ "Москва-Сити". Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя введение, четыре главы, заключение и изложена на страницах машинописного текста, в том числе рисунков. Список использованных источников насчитывает наименований.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определена цель работы, ее научная новизна и практическая значимость.
