автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Контроль и оценка предотказного состояния бесстыкового пути в плане

На правах рукописи

АТАПИН ВИТАЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Контроль и оценка предотказного состояния бесстыкового пути в плане

Специальность: 05.22.06-«Железнодорожный путь, изыскание

и проектирование железных дорог»

16 СЕН 2015

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук .

Самара 2015

005562350

Работа выполнена на кафедре «Путь и строительство железных дорог» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО СамГУПС)

Научный руководитель: ЕРШОВ Валентин Васильевич, доктор

технических наук, доцент

Официальные оппоненты: НОВАКОВИЧ Василий Иванович,

доктор технических наук, профессор кафедры «Путь и путевое хозяйство» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения» СУСЛОВ Олег Александрович, кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Бесстыковой путь» отделения «Путь и путевое хозяйство» ОАО «Научно- исследовательский институт железнодорожного транспорта ОАО «ВНИИЖТ»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Иркутский

государственный университет путей сообщения»

Защита состоится «13» октября 2015 г. в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д218.008.03 на базе ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 7-520.

С диссертацией, авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО ПГУПС (www.pgups.ru). Автореферат размещен на сайте Минобрнауки России (www.vak.ed.gov.ru).

Автореферат разослан « 3» дд 2015 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу совета Университета.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук доцент

Колос Алексей Федорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одной из ключевых задач железнодорожного транспорта является обеспечение безопасности движения поездов. Решение данной задачи достигается за счет снижения уровня возникающих рисков, повышения надежности систем и объектов инфраструктуры, применения ресурсосберегающих технологий и конструкций. Одной из таких конструкций является бесстыковой путь, который эксплуатируется на более 70% протяженности главных путей. Бесстыковой путь представляет собой основную конструкцию для укладки на участках скоростного, высокоскоростного и тяжеловесного движения поездов.

В процессе эксплуатации бесстыковой путь под воздействием вибродинамических нагрузок от подвижного состава и природно-климатических факторов накапливает деформации, приводящие к отклонениям от норм содержания, в том числе таким, которые ослабляют его устойчивость. Одними из ослабляющих факторов являются остаточные деформации (неровности) в плане.

Существующие методики оценки устойчивости бесстыкового пути не имеют единого и достоверного математического алгоритма расчета наступления предотказного состояния.

Анализ случаев потери устойчивости бесстыкового пути (сдвига) за последние пять лет показывает, что их количество на сети железных дорог имеет тенденцию к увеличению. Некоторые из них произошли по причине образования «углов в плане», появление которых связано не только с нарушениями, допущенными в технологии работ при техническом обслуживании пути, но и с образующимися в процессе эксплуатации неровностями в плане.

В связи с этим разработка системы контроля и оценю! предотказного состояния бесстыкового пути в плане, основанная на данных современных средств диагностики, представляется актуальной.

Степень разработашшсти. Вопросам контроля и оценки предотказиого состояния бесстыкового пути посвящен ряд научно-исследовательских работ. Краткий их обзор представлен в первой главе диссертации. Большинство результатов данных исследований позволяют решать частные задачи и не имеют возможности регулярного и достоверного контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане. Решение этой задачи требует системного подхода, позволяющего на основе данных контроля, выполняемого диагностическими средствами, дать оценку вероятности наступления частичного или полного отказа и определить основной фактор, который привел к предотказному состоянию. Особое внимание необходимо уделять процессу накопления остаточных деформаций в плане.

Целью диссертационного исследования является разработка системы контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проанализированы существующие системы контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане и дана оценка достоверности полученных результатов.

2. Выделены параметры, оказывающие существенное влияние на оценку вероятности наступления предотказного состояния бесстыкового пути в плане.

3. Выполнено обоснование длин осреднения кривизны пути при определении базовых и минимальных значений радиусов, позволяющих контролировать накопление остаточных деформаций в плане.

4. Разработана методика выявления участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью бесстыкового пути в плане.

5. Разработана методика определения условий и показателей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане, использование которой позволяет с высокой степенью достоверности определять наступление предотказного состояния с использованием основных принципов методологии УРРАН.

6. Подтверждена достоверность и работоспособность разработанной методики на основе анализа данных по кривизне пути, измеряемой вагонами-путеизмерителями КВЛ-ГГ по всей сети железных дорог. Проведена оценка достоверности полученных результатов.

7. Предложен метод прогнозирования предотказного состояния бесстыкового пути в плане, основанный на анализе изменения кривизны пути во времени.

8. Разработана и внедрена совместно с НГТЦ ИНФОТРАНС программа «Контроль и анализ предотказного состояния бесстыкового пути в плане» (КАПС БП УРРАН), позволяющая в автоматизированном режиме осуществлять контроль и оценку предотказного состояния бесстыкового пути в плане.

Объектом исследования является конструкция бесстыкового пути с различными эксплуатационными и климатическими условиями.

Предметом диссертационного исследования является изучение процесса потери поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане с определением вероятности наступления предотказного состояния методом прогнозирования.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в следующем:

1. Доказана необходимость корректировки математического алгоритма расчета наступления предотказного состояния бесстыкового пути в плане путем расширения факторов, влияющих на достоверность определения участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью.

2. Введен новый показатель оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане: «интенсивность изменения температурного эквивалента» (ДД^д)), позволяющий повысить ее достоверность и точность.

3. Предложен метод прогнозирования предотказного состояния бесстыкового пути в плане, основанный на анализе изменения кривизны пути во времени.

4. Введены новые основные и дополнительные критерии оценки предотказного состоянии бесстыкового пути в плане.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что на основе экспериментальных данных, теоретических расчетов изучены процессы накопления остаточных деформаций бесстыкового пути в плане, приводящие к нарушению поперечной устойчивости, и изложены основные показатели корректировки существующих методов определения предотказного состояния бесстыкового пути в плане.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработана система контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане, позволяющая выявлять участки бесстыкового пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью, осуществлять их ранжирование в зависимости от уровня наступления предотказного состояния и принимать управленческие решения по повышению надежности и безопасности движения поездов.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы статистической обработки данных, получаемых с сертифицированного измерительного оборудования вагонов-путеизмерителей КВЛ-П, методы научного планирования эксперимента, экспериментальные и эксплуатационные исследования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Анализ существующих систем контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане, а также параметры, оказывающие существенное влияние на оценку данного состояния.

2. Обоснование длин осреднения кривизны пути при определении базовых и минимальных значений радиусов, позволяющих контролировать накопление остаточных деформаций в плане.

3. Методика выявления участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью бесстыкового пути в плане.

4. Методика определения условий и показателей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане с использованием основных принципов методологии УРРАН, включающая новый показатель оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане: «интенсивность изменения температурного эквивалента» (ДЛ^од).

5. Метод прогнозирования предотказного состояния бесстыкового пути в плане, основанный на анализе изменения кривизны пути во времени.

6. Результаты экспериментальных исследований и теоретических расчетов, подтверждающих достоверность и работоспособность разработанных методик и метода прогнозирования предотказного состояния бесстыкового пути в плане.

Степень достоверности научных и практических результатов подтверждается количественным совпадением значений эксплуатационных наблюдений за предотказным состоянием бесстыкового пути в плане с расчетными данными, полученными по результатам обработки. Оценка достоверности расчетных значений предотказного состояния бесстыкового пути в плане подтверждается коэффициентом корреляции, значения которого лежат в пределах от 0,81 до 0,99.

Апробация результатов. Основные результаты и материалы диссертации рассматривались и получили одобрение на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011», проходившей в г. Ростов-на-Дону 11-13 мая 2011 г.; международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии на транспорте, в промышленности и образовании», проходившей в г. Днепропетровске, Украина 12-13 мая 2011 г.; IV всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование транспорту», проходившей в г. Самаре-Оренбурге 20—21 октября 2011 г.; международной научно-технической конференции, посвященной 55-летию УрГУПС, «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура», проходившей в г. Екатеринбурге 15—16 ноября 2011 г.; всероссийской научно-практической конференции,

посвященной 175-летию российских железных дорог «Транспортное образование и наука: проблемы и перспективы», проходившей в г. Самаре-Уфе 24 октября 2012 г.; международной научно-практической конференции «Транспорт-2013», проходившей в г. Ростов-на-Дону 24-26 апреля 2013 г.; IV международной партнерской конференции «Современный подвижной состав: приоритеты, инновации, перспективы», проходившей в г. Ялте, АР Крым, Украина 10-15 июня 2013 г.; XIV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», проходившей в г. Москве 24-25 октября 2013 г.; III международном семинаре «Технологии диагностики железнодорожной инфраструктуры», проходившем в г. Риге, Латвия 27-28 ноября 2013 г.

Публикации, объем и структура диссертации

Основные положения диссертации опубликованы в 24 печатных работах, в том числе 11 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 156 наименований, 3 приложений. Диссертация изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 85 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведенного исследования и выбранной темы, сформулирована цель, показана научная новизна, а также теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ существующих систем контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане, основанных на определении устойчивости на отечественных и зарубежных железных дорогах. Разработкой параметров и норм устойчивости загруженного звеньевого пути в России занимались такие ученые, как: О.П. Ершков, М.А. Фришман, М.А. Чернышов и др. В России важный вклад в изучение вопросов устойчивости бесстыкового пути внесли такие ученые, как: М.С. Боченков, Е.М. Бромберг, М.Ф. Вериго, Н.П. Виногоров, В.В. Ершов,

Н.Б. Зверев, Н.И. Залавский, В.В. Карпачевский, Г.В. Карпачевский, Н.И. Карпущенко, АЛ. Коган, A.A. Кривободров, М.А. Маркарьян, С.И. Морозов, В.И. Новаковнч, Д.В. Овчинников, СЛ. Першин, Ю.С. Ромен, O.A. Суслов, В.Я. Шульга и многие другие. Среди зарубежных ученых, занимавшихся вопросами устойчивости бесстыкового пути, необходимо отметить следующих: И. Айзенман, Д.Л. Бертлетг, Ф. Бирманн, Г. Жанен, М.А. Мартине, Р. Мейер, Э. Немешди, А. Прюдомм, Ф. Рааб, Л. Сакмауэр, Э.В. Сикмаер, X. Фритч и многие другие.

В большинстве работ указанных авторов рассматриваются условия статического равновесия для исправного железнодорожного пути.

В действующих нормативах единственным показателем состояния бесстыкового пути в плане является разность смежных стрел изгиба Af на соседних 20-ти метровых участках. Данный показатель был установлен еще до 1957 г. «для управления общим уровнем силового взаимодействия пути и подвижного состава». Нормативные значения Af определены ВНИИЖТом из условия устойчивости подвижного состава при вписывании направляющей оси экипажа как величина отношения удерживающих сил к сдвигающим.

Экспериментами ВНИИЖТа, проводимыми в 60-80-е годы XX века, в качестве дополнительного показателя устойчивости бесстыкового пути принято допускаемое изменение температуры рельсовых плетей [Aty] по сравнению с температурой закрепления. Нормативные значения [Aty] получены в условиях стенда для незагруженного бесстыкового пути в зоне отсутствия нагрузки от подвижного состава, дифференцированы по типу

рельсов, эпюре шпал, роду балласта и радиусу кривой [Дty) = <P

аппроксимируются зависимостью [Д^] = (58--^^) где R - радиус

кривой, м; Кэп - коэффициент, зависящий от эпюры шпал (Кзп = 1 при R< 1200 м, Кэп = 0,92 при R > 1200 м).

В таблице 1 приведены значения коэффициентов устойчивости Ку, отнесенных к одной шпале, в сечениях пути с различной нагрузкой.

Таблица 1 — Значения коэффициентов поперечной устойчивости загруженного и незагруженного бесстыкового пути (сечение I, П и III)

№ п/п № сечения Расчетные показатели Радиус кривой R, м

2000 1200 1000 800 600 500 400 350

1 I сечение1' К> 1,35 1,31 1,30 1,29 1,27 1,26 1,25 1,24

2 II сечение-" КУ 2,95 1,90 1,65 1,38 1,12 0,98 0,85 0,83

3 III сечение^' к> 2,41 1,55 1,35 1,13 0,92 0,80 0,70 0,68

Примечание. 11 Сечение в зоне действия боковой нагрузки от вписывания экипажа в кривую.

2' Сечение в зоне отсутствия нагрузки от подвижного состава.

3) Сечение в зоне отсутствия нагрузки от подвижного состава, но подверженное вибрационному воздействию от проходящего подвижного состава: после поезда, перед поездом, в межтележечном пространстве).

Ку является основным критерием оценки при обеспечении устойчивости пути против сдвига на зарубежных железных дорогах.

В процессе эксплуатации накапливающиеся деформации в плане, помимо учитываемой разности смежных стрел изгиба ДГ, характеризуются изменением радиуса с проектного значения до фактического

(минимального)

Изменение радиуса сопровождается изменением температурного эквивалента на величину Д^, определяемую по формуле (1) и, как следствие, изменением температурно-напряженного состояния бесстыкового пути:

Выявлена необходимость корректировки математического алгоритма расчета наступления предотказного состояния бесстьгкового пути в плане путем расширения факторов, влияющих на достоверность определения участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью, а также актуальность исследования процесса изменения проектных и минимальных радиусов, позволяющих контролировать накопление остаточных деформаций в плане.

Вторая глава посвящена исследованию изменений проектных значений радиуса, которые в процессе укладки характеризуют начальное (базовое)

напряженное состояние и представляют собой систему отсчета, относительно которой происходят дальнейшие изменения, а также минимальных значений радиуса, которые характеризуют ослабление несущей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане, вплоть до сдвига.

Для определения и контроля числовых значений радиусов применяются современные средства диагностики, оснащенные гироскопическими системами, которые осуществляют измерение мгновенной (локальной) кривизны пути р. Величина р зависит от длины осреднения сигнала кривизны (аналог длины хорды).

Выполнено обоснование длин осреднения кривизны для получения проектных и минимальных значений радиусов, позволяющих контролировать накопление остаточных деформаций в плане.

При обосновании длины осреднения для получения проектного радиуса Яд раскрыты следующие вопросы: возможность использования в качестве Яб паспортных значений радиусов Я,,, а также значений Я;0 и Я (^ф), где Я2о -радиус, полученный по кривизне, измеренной и осредненной на длине хорды в 20 м, Я (£Р) - радиус, полученный по средней стреле изгиба.

В результате анализа значений Яп установлено, что использовать их в качестве Яб нельзя по причине несоответствия действительному состоянию пути. Для проверки возможности использования в качестве Яб значений Яго или Я (Гср> выполнен эксперимент, в ходе которого получены числовые значения данных радиусов (таблица 2), позволяющие сделать вывод о том, что наиболее точно описывает начальное напряженное состояние радиус Я2о-

Для обоснования длины осреднения кривизны при получении минимального радиуса Ятц1 были использованы результаты:

- исследований поперечной устойчивости бесстыкового пути венгерских специалистов;

- методики определения длины хорды с заданной неровностью, реализуемой при работе путеобследовательской станции ЦНИИ-4, согласно которой длина хорды должна превышать длину заданной неровности на 0,2 (20%) длины неровности 1„е(нп1 с каждой стороны, т.е. в сумме Ьмрды = 1,4-1нер_ти (см. таблицу 3).

Таблица 2 - Сравнительный анализ Rm R (fcp) и R20

№ п/п Статистический параметр Радиус, м Диапазон радиусов R„, м

350-500 501-600 601 -800 801 -1000 1001-1200

1 2 3 4 5 6 7 8

1 X (среднее значение) R„ 426 566 659 883 1089

2 R(U 429 577 656 879 1069

3 R20 434 582 662 889 1085

4 о (среднеквадрати-ческое отклонение) R„ 35,6 29,7 52,0 60,7 56,8

5 R(U 40,8 38,0 59,8 74,6 64,0

6 R20 43,1 38,8 62,3 76,9 63,9

7 S (относительная погрешность) R«; Rn 2,4 % 3,1 % 1,7% 2,9 % 3,4 %

8 R2*; R (£,>) 1,3 % 0,9 % 1,2 % 1,2% 1,5 %

9 R If,), Rn 1,8% 2,7 % 1,6% 2,9 % 3,6 %

Таблица 3 — Значения длин упругих изгибов рельсошпапьной решетки при нагреве

Радиус кривой Я, м 600 500 400 300 Среднее

Длина хорды изгиба 1вер-™, м 3,16 3,12 2,95 2.68 2,98

Длина хорды (осреднения), Ь^ХОРДЫ 1>4'1нерлп, М 4,42 4,37 4,13 3,75 4,17 = 4

По результатам таблицы 3, в качестве длины осреднения при определении минимального радиуса Rmin принята длина 4 м и соответствующий ей локальный радиус R4.

Таким образом, было доказано, что процесс формирования начального напряженного состояния происходит при первоначальной укладке пути и осуществляется на длине хорды в 20 м, признаком изменения которого является радиус R20. Потеря несущей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане происходит при дальнейшей эксплуатации в процессе накопления остаточных деформаций пути на длине от 4 м, наглядным признаком изменения которых является радиус R4.

С целью определения и дальнейшего исследования радиусов R20 и R» изложен алгоритм осреднения кривизны пути для определения данных радиусов и разработана методика выявления участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью бесстыкового пути в плане.

Исследования радиусов R20 и R4 проводились на 150 участках в различных диапазонах. Все участки представлены конструкцией бесстыкового пути с рельсовыми плетями длиной до блок-участка и перегона из рельсов Р65, железобетонными шпалами на щебеночном балласте, с различными типами рельсовых скреплений и эксплуатационными условиями.

На основе данных по определению радиусов R20 и R4 выполнен расчет минимально вероятных значений радиусов min R2o и min R4, проведена статистическая обработка результатов исследования, и получены зависимости дня определения минимально вероятных значений радиусов (таблица 4).

Таблица 4 — Результаты статистической обработки радиусов R2o и R4 и определения минимально вероятных радиусов min R20 и min R4

Полученная зависимость Значения минимально вероятных радиусов кривых при R„, м

350 400 500 600 800 1000 1200

min R;„ = 0,84R„- 26,72 267 309 393 477 645 813 981

min R, = 0,21R„ + 135,88 209 220 241 262 304 346 388

Rj = 0,36R;o -t- 151.59

Предложенные зависимости (см. таблицу 4) могут быть использованы для определения прогнозных значений остаточных деформаций в плане и характера их развития во времени.

В третьей главе разработана методика определения условий и показателей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане, использование которой позволяет с высокой степенью достоверности определять наступление предотказного состояния с использованием основных принципов методологии УРРАН.

Таким образом, алгоритм системы контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане приведен на рисунке 1. Он является универсальным и может использоваться для любого элемента плана (рельсовая плеть, ПК, километр и др.).

На основе экспериментальных данных выполнены расчеты условий и показателей поперечной устойчивости, позволяющие изучить процесс накопления остаточных деформаций, которые приводят к нарушению поперечной устойчивости. Например, из 150 рассмотренных участков пути было выявлено 12 участков, где величина Ку (R4) < 1, что свидетельствует об ослаблении поперечной устойчивости и подтверждается результатами эксплуатационных наблюдений. На всех 12-ти участках пути наблюдается интенсивный рост AAt^ величина которого составляет более 3 °С/период. На основе полученных данных проведена оценка достоверности результатов, полученных сравнением теоретических расчетов с эксплуатационными наблюдениями, которая представлена коэффициентом корреляции, лежащим в пределах от 0,81 до 0,99.

Измерение кривизны бесстыкового пути с помощью автоматизированных диагностических средств (преимущественно вагонов-путеизмерителей КВЛ-П)

Осреднение/фильтрация измеренной кривизны пути на длине базовой (20 м) и короткой неровности (4 м) с целью выявления участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью: р4 и р2(,

Определение радиусов кривых, позволяющих контролировать накопление остаточных деформаций в плане: Я* и Я2о

X

Определение температурного эквивалента, учитывающего накопление деформаций (неровностей) в плане по формуле:

Д/„, =9360-Кт -I —----

Кл

Определение интенсивности изменения температурного эквивалента по времени по формуле:

Определение коэффициента поперечной устойчивости по формуле:

к.., = -

Р,

■f.

aEF Аt ■ — R.

ДДг,

Д'„

-Д

.{пред п )

Определение минимальной температуры закрепления рельсовой плети по формуле:

Определение измененной минимальной температуры закрепления рельсовой плети по формуле:

К = ¿шахшах ~ ([А/ ] ~ М„я )

Проверка условия поперечной устойчивости, исходя из условия:

t3 > min t3 (по ТУ-2000) t4 > min/

(по ТУ-2012)

Определение температурного резерва для сохранения условия поперечной уст-ти:

ДА/.,

= t.. - nun г, (по ТУ-2000)

AAC, =t-mint,

(по ТУ-2012)

Выдача рекомендаций о предотказном состоянии бесстыкового пути в плане для прннятин управленческих решеннй

Рисунок 1 - Алгоритм системы контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане

Разработана карточка поперечной устойчивости участка бесстыкового пути, позволяющая при характерных изменениях бесстыкового пути в плане спрогнозировать вероятность наступления предотказного состояния.

Четвертая глава посвящена практической реализации предлагаемой системы контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане с целью проверки ее достоверности и работоспособности на таких участках, где уже ранее были как зафиксированные случаи потери устойчивости бесстыкового пути (сдвига) за период 2011-2013 гг., так и незафиксированные (контрольные участки).

В таблице 5 приведены числовые значения отдельных показателей, определяемых по разработанным методикам, которые получены по результатам последних проходов вагона-путеизмерителя КВЛ-П, предшествующих сдвигам пути, а также на контрольных участках пути в аналогичный период времени.

Таблица 5 — Значения показателей поперечной устойчивости на участках сдвига и контрольных участках

Показатель Участок № рассматриваемого участка сдвига и контрольного участка

№ 1 №2 КаЗ №4 №5 №6 №7 №8 №9 № 10

Ку-;1 (Ь^::) Выброс >4 1,73 1,75 1,06 3,01 1,34 2,98 >4 1,17 2,65

Контр. 2,68 1,81 2,15 1,36 >4 1,32 2,75 >4 1,10 1,53

Ку.п (Ид) Выброс 1,28 1.29 1,03 0,86 1,43 0,97 0,87 1,00 0,84 0,90

Контр. 1,91 1,43 1,81 1,31 2,28 1,08 1,79 >4 1,09 1,24

Д1пя. Выброс 12,5 5,2 10,8 7,4 6,1 7,9 15,5 18,1 10,8 15,8

Контр. 3,9 4,2 2,8 1,1 5,0 4,8 3,4 3,5 0,4 3,5

АД1,„(ц Выброс 3,6 8,8 9,2 1,2 0,6 2,8 8,3 6,2 9,0 5,0

Контр. 0,8 -0,2 0,4 -0,1 0,2 1.0 0,1 0,1 -0,2 -0,4

По результатам анализа полученных данных (таблица 5) можно сделать следующие выводы:

— из всего перечня участков, где были зафиксированы случаи сдвига пути, на 7-ми участках показатели поперечной устойчивости в период, предшествующий сдвигу, соответствовали «недопустимому» уровню предотказности. На этих участках величина Ку.п (1^) < 1,0, что говорит о потере несущей поперечной устойчивости бесстыкового пути, в то время как величина Ку.п (Я:о) > 1 (таблица 5). На всех участках сдвига отмечается интенсивный рост ДД^.щ, свидетельствующий о наличии остаточных деформаций пути в плане, по результатам исследования которых, можно подчеркнуть их значимость в процессе контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути. На остальных 3-х участках сдвига показатели

поперечной устойчивости соответствуют «нежелательному» уровню предотказности, из чего можно сделать вывод о том, что возможной причиной сдвига послужили не только остаточные деформации в плане, но и другие ослабляющие факторы, степень влияния которых станут предметом для дальнейших исследований;

- на всех участках, где не были зафиксированы случаи сдвига (контрольные участки), показатели поперечной устойчивости находятся в «допустимом» предотказном состоянии, обеспечивают устойчивость и подтверждают данное состояние результатами эксплуатационных наблюдений.

Таким образом, подтверждена работоспособность предлагаемой системы, позволяющей с высокой степенью достоверности выявлять участки пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью бесстыкового пути.

Выполнено обоснование пороговых уровней наступления предотказного состояния бесстыкового пути в плане, которые предусмотрены методологией УРРАН. При обосновании данных уровней принят принцип АЬАЯР.

Предложены выходные формы, обеспечивающие наглядное представление результатов обработки. Пример одной из выходных форм приведен ниже. При ее анализе видно, что на участке сдвига показатели (Ку и АДи(Ч) поперечной устойчивости изменялись во времени (например, в апреле Ку_п (П4) = 1,82 и ДД^ед = -0,2 °С/период) и по результатам последнего перед сдвигом прохода вагона-путеизмерителя КВЛ-П соответствовали (в тоне Ку.п (Я,) = 0,87 и ДД^, = 8,3 °С/период) «недопустимому» (выделены «жирным» шрифтом) предотказному состоянию (рисунок 2 и 3), что требовало принятия управленческих решений.

С целью осуществления автоматизированного контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане совместно с НПЦ ИНФОТРАНС разработана программа «Контроль и анализ предотказного состояния бесстыкового пути в плане» (КАПС БП УРРАН), которая прошла опытную эксплуатацию на всей сети железных дорог.

Карточка мониторинга изменения поперечной устойчивости бесстыкового пути

_______Дорога: Забайкальская

Тип вагона-путеизмерителя: КВЛ-П2.1 Карточка от 22.06.2013 Последний проезд от 22.06.2013

Участок: Таптугары-Семиозерный Направление: Чита-Хабаровск Путь: 2 | Км: 6942 1 ПЧ: 10

Характе шетики кривой Параметры устойчивости, относящиеся к кривой

Начало Конец Длина Плеть ^тахтах [ДМ ли t. W min t,

км м км м м начало конец "С °С °С °С °С

6941 644 6942 388 751 6941 пк8+99 6942 пк7+64 58 51 33 25 25±5 7

Характеристики круговой кривой Характеристики переходных кривых

Начало Конец Длина R„ R(U Начало Конец Длина

км м км м м м м км м км м м

6941 700 6942 240 547 1365 1253 6941 644 6941 700 56

6942 240 6942 388 148

Динамика изменения показателен попе] при накоплешш остаточных дефо »ечной устойчивости шашш в плане

Временной период КМ ПК Факт, радиус Я, Темп, эквивалент Измен, мин темп, закр,°С Резерв темп-р Коэффициент устойчивости Интен-тъ изменения теми чкь-та

ди min t4 AAt„„ КУ

R-20 R. приЯго при Ra

м м °с °С °с °С.;период

Июнь, к 6942 I 1343 393 15,5 22,5 2,5 2,98 0,87 8,3

Май, к 6942 1 1351 635 7,2 14,2 10,8 3,00 1.41 3,1

Апрель, к 6942 1 1358 819 4,1 11,1 13,6 3,01 1,82 -0,2

Апрель, р 6942 1 1351 912 4,2 11,2 13,8 3,00 1,80 - 0,4

Март, к 6942 1 1348 791 4,4 11,4 13,6 2.99 1,75 - 0,3

Февраль, к 6942 1 1353 775 4,7 11,7 13,3 3,00 1,72 0,8

Февраль, р 6942 1 1360 808 4,3 11,3 13,7 3,02 1,79 0,6

Январь, к 6942 1 1355 824 4,0 11,0 14,0 3,00 1,83 0,2

Январь, р 6942 1 1361 836 3,9 10,9 14,1 3,02 1,85 0

fsi:

s

,1 ,rr

I ü :

ГчГ

ЛО61Л,С р Ф-аах-ль.< Март.- р Ик.и

Рисунок 2 — Динамика изменения Кт

* ; 7

5 | : /

г i« г. ........../

511 - ' /

г I S 5 ; ...... ...t ...

Iii <

и •• .............................—....................?--------

2 .1 .: зглъ.. Января.* .Зеакзлъ. л. Мзат. ...... АарбОь а. Аяаель. л... .Маял.... .Яхыь. :■..

—•— ¿кМгл.:л) -РОООГ'не.аог.усгимого'согтглк-ля ^

------.арог лнея»я9тег-ьмго''ссстояиу.= — — г-ооог '^от- у* тимого*

Рисунок 3 — Динамика изменения АА^ (Х> 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие практические результаты и научные выводы:

1. Доказана необходимость корректировки математического алгоритма расчета наступления предотказного состояния бесстыкового пути в плане путем расширения факторов, влияющих на достоверность определения участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью.

2. Доказано, что при изменении кривизны пути в диапазоне от 4 до 20 м происходит ослабление несущей поперечной устойчивости бесстыкового пути, которое выражается в изменении радиусов К20 и К^, характеризующих формирование начального напряженного состояния и ослабление несущей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане, а также позволяющих контролировать накопление остаточных деформаций.

3. Разработана методика выявления участков пути с ослабленной несущей поперечной устойчивостью бесстыкового пути в плане.

4. Разработана методика определения условий и показателей поперечной устойчивости бесстыкового пути в плане с использованием основных принципов методологии УРРАН, включающая новый показатель оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане: «интенсивность изменения температурного эквивалента» (ДА11и ГА,).

5. Предложен метод прогнозирования предотказного состояния бесстыкового пути в плане, основанный на анализе изменения кривизны пути во времени. При величине Ку < 1, а также ДД1т(>) > 3 °С/период, выявленной на участке оценки, отмечается «недопустимое» предотказное состояние, за которым в любой момент времени может последовать сдвиг пути. На таком участке пути требуется принятие мер по проведению неотложных работ, связанных с устранением выявленных нарушений.

6. Изучены процессы накопления остаточных деформаций бесстыкового пути в плане, приводящие к нарушению поперечной устойчивости, на основе сравнения данных, полученных на участках, где были зафиксированы случаи

сдвига пути с данными контрольных участков. В результате анализа полученных данных сделан вывод о том, что предлагаемая система контроля и оценки предотказного состояния бесстыкового пути в плане позволяет заблаговременно с высокой степенью достоверности выявлять участки с ослабленной несущей поперечной устойчивостью бесстыкового пути, которые представляют большую опасность сдвига. Например, из 10-ти рассмотренных участков сдвига за период 2011-2013 гг. на 7-ми участках уже за месяц до сдвига по ряду показателей было «недопустимое» предотказное состояние, на 3-х участках — «нежелательное».

7. Разработана и внедрена на сети железных дорог программа «Контроль и анализ предотказного состояния бесстыкового пути в плане» (КАПС БП УРРАН).

Публикации в рецензируемых научных изданиях:

1. В В. Атапин, В В. Ершов. Опенка устойчивости бесстыкового пути в кривых // Путь и путевое хозяйство. — 2011. Ла 9. — С. 12—15.

2. В В. Ершов, В В. Атаппн. Устойчивость бесстыкового пути и нормы его содержания // Путь и путевое хозяйство. - 2012. №3. - С. 29-30.

3. В.В. Атапин. Методика оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бессгыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане // Вестник транспорта Поволжья. - 2012. № 1. - С. 47-52.

4. В.В. Атапин, В.В. Ершов. Методика осреднения кривизны при определении радиусов кривых // Вестнпк транспорта Поволжья. - 2012. Л*»5. - С. 55-59.

5. В.В. Атапин, В.В. Ершов. Поперечная устойчивость бесстыкового пути при воздействии поездов // Вестнпк транспорта Поволжья. - 2012. Л'«6. - С. 96-101.

6. В.В. Атапин. Методика осреднения кривизны при отступлениях от норм содержания в плане//Транспорт Урала.-2012. №4.-С. 64-68.

7. В.В. Атапин. Пример реализации методики оценки условий и резерва поперечной устойчивости в кривых участках бесстыкового пути при отступлениях от норм содержания в плане // Известия Транссиба. - 2013. № 1. - С. 83-88.

8. В.В. Ершов, В.В. Атапин. Исследование поперечной устойчивости кривых участков бесстыкового путл // Путь и путевое хозяйство. — 2013. №4. — С. 13—16.

9. В.В. Атапин, В.В. Ершов. Поперечная устойчивость бесстыкового пути и ее выходные формы //Вестник транспорта Поволжья. — 2013. №2.— С. 80-87.

10. В.В. Атаппн. Исследование изменения радиусов кривых, полученных при различных длинах осреднения//Вестник СамГУПС. — 2013. №2. — С. 42-54.

11. Ю.А Седелкин, В.В. Атапин. Методология УРРАН для определения предотказного состояния инфраструктуры//Путь п путевое хозяйство.-2015. №3. -С. 8-11.

Другие публикации:

12. В.В. Атапин. Устойчивость бесстыкового пути - залог обеспечения безопасности движения поездов // Сб. научных статей с международным участием «Инновации для транспорта». Омск, 2010 г. часть 1. - С. 101-104.

13. B.B. Атапин. Улучшение работоспособности бесстыкового пути // Труды 1-й региональной научно-технической конференции «Новые технологии на транспорте, в энергетике и строительстве», Омск, 2010 г. -С. 8-10.

14. В В. Атапин, В.В. Ершов. Устойчивость бесстыкового пути И Региональная научная конференция «Образование, наука, транспорт в XXI веке: опыт, перспективы инновации» Самара, 2011 г.-С. 5.

15. В.В. Атапин. Автоматизированное выявление неисправностей пути // Тезисы Международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии на транспорте, в промышленности и образовании», Днепропетровск, Украина 12—13 мая 2011 г. — С. 6.

16. В.В. Атапин. Анализ отечественных методов определения устойчивости бесстыкового путл // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011», Ростов-на-Дону, 2011 г. - С. 203-205.

17. В.В. Атапин. Методика оценки параметров резерва поперечной устойчивости бесстыкового пути в кривых участках пути при отступлениях от норм содержания в плане // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование транспорту», Самара, 2011 г. - С. 109-112.

18. В.В. Лтаптг. Методика определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути при отступлениях от норм содержания в плаве // Материалы научно-технической конференции, посвященной 55-летию УрГУПС «Транспорт XXI века: исследования, инновации, ттфраструктура», Екатеринбург 2011 г — С. 796-801. '

19. В.В. Атапин. Влияние отступлений от норм содержания в плане на поперечную устойчивость бесстыкового пути для условий Куйбышевской железной дорога // Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 175-летию российских железных дорог «Транспортное образование и наука: проблемы и перспективы» Самара. 2012 г. -С. 200-204. '

20. В.В. Атапин. Факторы, влияющие на устойчивость бесстыкового пути // Сборник научных трудов «Железнодорожный путь Поволжья», Самара, 2012 г. - С. 22-24.

21. В.В. Атапип, В.В. Ершов. Исследование влияния отступлений от норм содержания в плане на поперечную устойчивость бесстыкового пути // Труды Международной научно-практической конференции «Транспорт-2013», Ростов-на-Дону, 2013 г.

22. И.К. Михалюш, О.Б. Симаков, Ю.А. Седелкин, В.В. Атапин. Новые подходы к мониторингу железнодорожного пути // Труды IV Международной партнерской конференции «Современный подвижной состав: приоритеты, инновации, перспективы» Ялта, Украина, 2013 г. - С. 77.

23. И.К. Михалюш, О Б. Симаков, Ю.А. Седелкин, В.В. Атапин. Комплексный подход к мониторингу железнодорожной инфраструктуры на основе технологии УРРАН // Труды XIV научно-праетической конференции «Безопасность движения поездов», Москва, 2013 г

24. И.К. Михалкин, О.Б. Симаков, Ю.А. Седелкин, В.В. Ершов, В.В. Атапин. Комплексный подход к мониторингу железнодорожной инфраструктуры на основе технологии УРРАН // Транспортная газета Евразия Вести.-2013. № 12. -С. 15-16.

Пописано к печати «13» августа 2015 г.

Печать-ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз._Заказ № 686._Печ. л. - 1.0

СР ФГБОУ ВПО ПГУПС 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9