Способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к применению вычислительных средств при проектировании и отработке элементов верхнего строения пути, в частности для определения перемещения рельсовых путей, в том числе изолирующих стыков, при воздействии на них подвижной нагрузки. Для оценки состояния участка железнодорожного пути этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие. Используют параллельно две математические модели - статическую конечно-элементную модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку. Конечно-элементное моделирование проводят в два этапа. На основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик. Достигается возможность оценки технического состояния изостыков. 1 ил.

 

Изобретение относится к ж/д транспорту, к конструкции верхнего строения пути (ВСП) и применению вычислительных средств при проектировании и отработке элементов ВСП, в частности для определения перемещения рельсовых путей, в том числе изолирующих стыков, при воздействии на них подвижной нагрузки.

Из патента СССР №618476, опубл. 05.08.1978 г., принятого за прототип, известен способ оценки состояния железнодорожного пути с использованием электронной вычислительной машины (ЭВМ) и измерительных устройств, смонтированных в путеизмерительном вагоне, заключающийся в том, что в процессе движения вагона при определенной скорости измеряют положение рельсовой колеи: посадки рельсовых нитей, положение пути по уровню и в плане, ширину рельсовой колеи, электрические сигналы, пропорциональные величинам измеряемых параметров, подают на ЭВМ, предварительно в ЭВМ вводят допуски по каждому параметру, посредством ЭВМ сравнивают величины каждого измеряемого параметра с допустимыми, определяют отступления измеренных величин от допусков и затем для заданной длины контролируемого участка пути подсчитывают их количество, перед поездкой закладывают в ЭВМ математическую модель взаимодействия оцениваемого пути и экипажа при требуемой скорости его движения, одновременно с параметрами положения рельсовой колеи измеряют неровности на рабочей поверхности рельса и модуль упругости подрельсового основания, по введенным в ЭВМ величинам положения рельсовой колеи, неровностей на рабочей поверхности рельсов, модуля упругости подрельсового основания, а также фактической скорости путеизмерителя в процессе его движения решают системы алгебраических и дифференциальных уравнений упомянутой математической модели, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, напряжения в элементах пути и их изменения во времени, действующие силы, по полученным данным вычисляют коэффициенты и напряжения, силы и т.п., по каждому из параметров вычисляют величины отступлений от допусков, определяют предельную скорость для участков с отступлениями параметров, выводят полученные данные на регистрацию и печать с привязкой к местоположению.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого способа, являются следующие - способ оценки состояния участка ВСП заключается в том, что этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в ЭВМ моделей, описывающих их взаимодействие, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, силы взаимодействия между этими элементами, напряжения в них, а также их изменения во времени, используют полученные в результате данные для формирования заключения относительно технического состояния пути.

Главный недостаток существующего способа оценки состояния ВСП состоит в том, что он не позволяет оценивать техническое состояние изостыков, являющихся неотъемлемым компонентом пути и источником повышенных динамических нагрузок, увеличивающих риск нарушения изолирующих свойств изостыка и разрушения его металлокомпозитных накладок. Изостык - специфическое место ж/д пути, что требует к нему особого отношения. В то же время, принятый в качестве прототипа способ подразумевает измерения на ходу - с помощью вагона-лаборатории, что эффективно при относительно однородном пути. Изостык, предназначенный для получения электрического сигнала при замыкании колесами цепи «рельс-рельс», отличается от обычного стыка тем, что его накладки электрически изолированы от рельсов. Местный прогиб участка пути со стыком заведомо больше, чем в остальных местах рельсового пути, что приводит к повышенным нагрузкам на стык. А наличие зазора между концами стыкуемых рельсов, тем более, когда на рабочей поверхности этих концов имеется смятие, провоцирует удары при взаимодействии стыка с колесами вагонной тележки. Это ускоряет износ композитного слоя накладки, особенно на верхних контактных поверхностях вблизи срединного сечения стыка. В свою очередь, этот износ приводит к появлению люфта между рельсами и накладками, который еще больше снижает жесткость стыка и увеличивает динамическую составляющую сил взаимодействия между колесом и рельсами в зоне стыка. Конструкция накладок изостыка и технология их изготовления должны отвечать требованиям прочности и ресурса, что, в свою очередь, требует тщательной отработки - с учетом разных условий эксплуатации и отклонений в пределах допусков: размеров, жесткостных и демпфирующих свойств композита, его прочности и износостойкости. Без использования математического моделирования такая отработка требует значительно больших финансовых и временных затрат.

Предлагаемый способ оценки состояния железнодорожного пути с изолирующим стыком не предусматривает использования измерительного вагона-лаборатории, но также основан на математическом моделировании взаимодействия пути с экипажем. Предлагаемый способ оценки состояния пути с изостыком предусматривает для повышения достоверности такой оценки и повышения за счет этого надежности работы изостыков применение параллельно двух взаимосвязанных моделей - конечно-элементной (КЭ) модели, позволяющей решать статическую задачу определения напряженно-деформированного состояния (НДС) в элементах стыка, и динамической модели - для моделирования процесса взаимодействия вагонной тележки со стыком в динамике.

Преимущество КЭ модели - в детальном представлении конструкции, поскольку рельсы и накладки разбивают на достаточно мелкие элементы, чтобы получить подробную картину НДС деталей стыка. Недостаток КЭ моделирования - в невозможности решения задачи динамики взаимодействия изостыка с колесами экипажа. Это реализуется в динамической модели, созданной средствами вычислительного комплекса EULER, предназначенного для решения такого рода задач.

Для достижения названного технического результата предлагается способ оценки состояния участка железнодорожного пути, заключающийся в том, что этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, силы взаимодействия между этими элементами и напряжения в них, их изменения во времени, используют полученные в результате данные для формирования заключения относительно технического состояния пути, причем, в отличие от прототипа, используют параллельно две математические модели - статическую КЭ модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку, при этом КЭ моделирование проводят в два этапа, так что формирование облика динамической модели и определение ее параметров производят на основе результатов первого этапа конечно-элементного моделирования, а результаты моделирования динамического взаимодействия вагонной тележки с изостыком используют затем в качестве исходных данных для проведения второго этапа конечно-элементного моделирования; получают в результате картину напряженно-деформированного состояния в элементах изостыка и на основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик для обеспечения требуемого уровня надежности по запасу прочности и ресурсу.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются следующие - используют параллельно две математические модели - статическую КЭ модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку, причем конечно-элементное моделирование проводят в два этапа, так что формирование облика динамической модели и определение ее параметров производят на основе результатов первого этапа конечно-элементного моделирования, а результаты моделирования динамического взаимодействия вагонной тележки с изостыком используют затем в качестве исходных данных для проведения второго этапа конечно-элементного моделирования; получают в результате картину НДС в элементах изостыка и на основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик для обеспечения требуемого уровня надежности по запасу прочности и ресурсу.

Благодаря наличию данных отличительных признаков достигается следующий технический результат - повышение надежности работы изостыков ж/д пути за счет использования при отработке их конструкции математического моделирования взаимодействия изостыка с колесами вагонной тележки и получения исчерпывающих данных относительно состояния участка железнодорожного пути с изостыком, данных о статических и динамических нагрузках на него, зависимости этих нагрузок от всех значимых параметров - геометрии и жесткостных свойств накладок и подрельсового основания, температурных напряжений в рельсах, скорости экипажа, геометрических и инерционных свойств вагонных тележек, степени износа композитного изолирующего слоя накладок и смятия на концах стыкуемых рельсов; на основании этих данных выносят заключение относительно запаса прочности стального сердечника накладки и прогнозируемого ресурса изостыка в целом с учетом всего многообразия возможных вариантов сочетания размеров, механических свойств элементов изостыка и условий его эксплуатации.

Предлагаемый способ может быть использован на железнодорожном транспорте.

Суть способа поясняется структурной блок-схемой взаимодействия динамической и КЭ моделей (см. чертеж).

Способ реализуется следующим образом:

- создают КЭ модель на основе априорных исходных данных - геометрии пути и деталей изостыка, данных о жесткостных свойствах материалов, из которых изготовлены детали изостыка, жесткостных свойств подрельсового основания;

- проводят КЭ моделирование (первый этап), решая статическую задачу при разных положениях колес вагонной тележки и при вариации условий внешней среды (жесткостных свойств подрельсового основания), а также при вариации степени износа композита, что достигается в модели изменением геометрии и жесткостных свойств композитного слоя накладки; при этом определяют перемещения в разных точках изостыка и исследуемого участка пути;

- проводят анализ полученных данных и формируют облик динамической модели - определяют конфигурацию и размеры ее недеформируемых частей и определяют жесткости и пространственное положение условных пружин, соединяющих эти недеформируемые части модели;

- уточняют конфигурацию и все параметры динамической модели в ходе моделирования с ее помощью той же статической задачи, сравнивая перемещения, полученные в динамической и КЭ моделях;

- решают динамическую задачу взаимодействия вагонной тележки и участка пути с изостыком при варьировании всех значимых параметров (скорости экипажа, геометрии элементов в пределах допусков, жесткостных и диссипативных свойств этих элементов) и определяют изменение во времени перемещений и силовых факторов взаимодействия между элементами динамической модели;

- проводят повторное КЭ моделирование (второй этап), корректируя нагружение с учетом влияния динамики по данным динамического моделирования; определяют НДС элементов изостыка и делают заключение о техническом состоянии участка пути с изостыком при вариациях всех значимых параметров:

- скорости вагонной тележки;

- температурных напряжений в рельсах;

- упругих свойств подрельсового основания с имитацией выплеска балласта, сезонных изменений жесткости подрельсового основания;

- высоты ступеньки и степени смятия на концах рельсов в зоне межрельсового зазора;

- жесткостных свойств композитного слоя и степени его износа;

- делают заключение на основе обобщения полученных данных - относительно влияния на нагрузки и на запас прочности элементов изостыка всех значимых параметров;

- делают оценку прогнозируемого ресурса изостыка - для разных вариантов конструкции и с учетом разброса значений геометрических и жесткостных параметров в допусках и при разных условиях эксплуатации.

Способ оценки состояния участка железнодорожного пути, заключающийся в том, что этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие, определяют перемещения элементов системы экипаж-путь, силы взаимодействия между этими элементами и напряжения в них, а также их изменения во времени, используют полученные в результате данные для формирования заключения относительно технического состояния пути, отличающийся тем, что используют параллельно две математические модели - статическую конечно-элементную модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку, причем конечно-элементное моделирование проводят в два этапа, так, что формирование облика динамической модели и определение ее параметров производят на основе результатов первого этапа конечно-элементного моделирования, а результаты моделирования динамического взаимодействия вагонной тележки с изостыком используют затем в качестве исходных данных для проведения второго этапа конечно-элементного моделирования; получают в результате картину напряженно-деформированного состояния в элементах изостыка и на основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик для обеспечения требуемого уровня надежности по запасу прочности и ресурсу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения, а именно к области автоматического управления движением судов. Система идентификации гидродинамических коэффициентов математической модели движения судна содержит рулевой привод, датчики: угловой скорости, курса судна, угла перекладки руля, боковой скорости, скорости хода судна, углового ускорения и бокового ускорения, блок задания маневра идентификации, два блока суммирования, блок памяти, блок сравнения, десять сумматоров и десять множителей.

Изобретение относится к области авиационной техники и, в частности, к системам комплексного контроля веса и центровки пассажирских и транспортных самолетов классической схемы, у которых топливо расположено в крыле, а нагрузка - в фюзеляже, и может быть использовано для определения в полете текущего значения веса коммерческой нагрузки и оперативного управления аэродинамическими характеристиками: дальностью, высотой, скоростью.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при управлении движением судна. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для выработки упрежденных координат пушки и команды управления реактивным управляемым снарядом.

Изобретение относится к области вычислительной техники. .

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных устройствах тренажеров и исследовательских комплексах транспортных средств, в трансмиссии которых имеются гидротрансформаторы.

Изобретение относится к аналогов'ой вычислительной технике и ^ложет быть использовано при исследовании обжигания транспортных средств. .

Изобретение относится к устройствам для строительства и ремонта железнодорожного пути и может быть использовано при постановке пути в проектное положение. Система для управления выправкой железнодорожного пути содержит мобильную референцную станцию, путевую машину и смонтированное на её раме устройство для выправки железнодорожного пути.

Настоящая группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля железнодорожного пути, в частности для определения отклонения железнодорожного пути от проектного положения.

Устройство для выправки железнодорожного пути содержит опирающуюся на ходовые тележки раму путевой машины, устройство определения пройденного пути, контактирующую с рельсами измерительную тележку.

Комплекс (2) установлен на ходовые рельсы (3), включает закрепленные на раме (4) две пары ходовых колес (5). Колеса (5) одной из пар выполнены в виде блоков, содержащих по два базовых колеса (6).

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. .

Изобретение относится к способам непрерывного контроля состояния железнодорожного бесстыкового пути при помощи путеизмерительных средств. .

Изобретение относится к устройствам обнаружения посторонних предметов и может быть использовано для контроля чистоты железнодорожного пути на перегонах и станциях.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. .

Изобретение относится к стендовым конструкциям для проведения макетных исследований моделирования динамики движения подвижного состава железнодорожного транспорта в прямых и кривых участках пути. Способ макетных исследований моделирования движения подвижного состава по рельсовому пути характеризуется тем, что фиксация тележки перед спуском производится при помощи спускового механизма путем накатывания тележки на горку разгона до тех пор, пока первая по ходу движения ось колесной пары не начнет упираться в носик крючка, который опускается вниз по мере дальнейшего движения тележки до попадания набегающей оси в выемку на крючке, после чего под действием силы тяжести противовеса крючок возвращается в исходное положение, тем самым фиксируя тележку на месте спуска. Конструкция для осуществления указанного способа макетных исследований моделирования движения подвижного состава по рельсовому пути характеризуется тем, что спусковой механизм тележки состоит из крючка с противовесом, закрепленным на основании при помощи винта и имеющим возможность свободного поворота. 2 н.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к применению вычислительных средств при проектировании и отработке элементов верхнего строения пути, в частности для определения перемещения рельсовых путей, в том числе изолирующих стыков, при воздействии на них подвижной нагрузки. Для оценки состояния участка железнодорожного пути этот участок и вагонную тележку представляют посредством реализованных в электронно-вычислительной машине моделей, описывающих их взаимодействие. Используют параллельно две математические модели - статическую конечно-элементную модель участка пути с изостыком и динамическую, включающую в себя кроме участка пути с изостыком также вагонную тележку. Конечно-элементное моделирование проводят в два этапа. На основе полученных данных вырабатывают рекомендации по изменению или доработке конструкции изостыка, его элементов, жесткостных и других характеристик. Достигается возможность оценки технического состояния изостыков. 1 ил.

Наверх