автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Оптимизация сдвигов при рихтовке железнодорожного пути

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ методов расчета выправки пути. Цель и задачи исследования.

1.1. Обзор методов расчета выправки пути.

1.2. Обзор и анализ выправочных систем.

Цель и задачи исследования.

Глава 2. Расчет кривизны и сдвигов пути в плане по стрелам несимметричной измерительной хорды.

2.1. Расчет кривизны рельсовой нити по стрелам несимметричной измерительной хорды.

2.2. Расчет сдвигов пути в плане по стрелам несимметричной измерительной хорды.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Оптимизация положения пути при выправке криволинейных участков.

3.1. Выбор целевой функции и параметров оптимизации при расчете криволинейных участков пути.

3.2. Учет ограничений при расчете сдвигов в криволинейных участках пути.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Разработка основных технических требований к микропроцессорной системе (МС ВНИИЖТ) и результаты ее испытаний в условиях эксплуатации.

4.1. Основные технические требования к узлам микропроцессорной системы и выбор оборудования.

4.2. Результаты испытаний микропроцессорной системы в условиях эксплуатации.

Выводы к главе 4.

Перспективы развития железнодорожного транспорта направлены на повышение скоростей движения подвижного состава по существующему пути, что предъявляет новые требования к качеству производства выправочных работ при капитальном ремонте пути, а также при его текущем содержании.

Как показывают исследования отечественных и зарубежных ученых, при повышении скоростей движения до 200-250 км/ч на комфортабельность движения поездов существенное влияние оказывают геометрические неровности пути длиной до 80-120 м. Существующие путевые машины цикличного действия типа ВПР, ВПРС и непрерывного ВПО, оснащенные автоматическими системами выправки пути сглаживающего типа не позволяют выправлять длинные неровности без проведения теодолитной съемки пути, и тем самым не обеспечивают требуемую плавность положения пути для скоростных участков. Выправка длинных неровностей пути в прямых участках возможна с применением лазерных систем, однако, из-за усложнения технологии работ они не нашли широкого распространения на железных дорогах России.

В последние годы появилось несколько вариантов двухпроходных систем (измерительный и рабочий проход машины), реализующих различные методы расчета геометрии пути с использованием микропроцессорных средств. Использование этих устройств направлено на выявление и выправку как коротких, так и длинных неровностей пути. В процессе анализа работы микропроцессорных систем выявлен ряд существенных недостатков в методах, положенных в основу алгоритмов расчета сдвигов пути.

Настоящая диссертационная работа направлена на разработку новых, более точных методов расчета неровностей пути с учетом возможных ограничений на параметры криволинейных участков пути и величины сдвигов для выправки железнодорожного пути.

В данной работе на защиту выносятся:

- оптимизационный подход к расчету криволинейных участков пути с учетом возможных ограничений на величины сдвигов и на проектные параметры плана линии;

- аналитический метод расчета кривизны рельсовой нити на основе стрел изгиба пути, измеренных на базе несимметричной измерительной хорды;

- метод определения сдвигов пути на основе стрел изгиба, измеренных на базе несимметричной измерительной хорды.

Выводы к главе 4

1. Разработанные технические требования к микропроцессорной системе, учитывающие различные факторы, позволили обоснованно подойти к выбору отдельных элементов системы. Безотказная работа узлов микропроцессорной системы в течении ряда лет на выправочных машинах типа ВПР и ВПО подтвердила обоснованность выбора микропроцессорных устройств в бортовом исполнении.

2. Длительная эксплуатация выправочно-подбивочных машин, оборудованных микропроцессорной системой, показала высокое качество выправочных работ, что подтверждено рядом отзывов из эксплуатирующих организаций.

Заключение

Повышение качества выправочных работ при расчете сдвигов по разработанным методам, позволяет повысить скорости движения поездов, снизить материальные затраты по текущему содержанию и ремонту пути, а также получить достоверные данные о геометрии пути.

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Разработанный метод расчета сдвигов при выправке и переустройстве криволинейных участков пути по результатам записи несимметричных стрел изгиба дает возможность на основе оптимизационного подхода минимизировать значения отклонений пути относительно расчетной оси и определить, с учетом возможных ограничений на величины сдвигов, значения параметров криволинейных участков пути, максимально приближенных к проектным.

2. Получена в общем виде зависимость, позволяющая преобразовать косвенный показатель неровностей пути - стрелы изгиба несимметричной измерительной хорды, в общепринятую характеристику - кривизну рельсовой нити.

3. Модификация метода последовательных приближений, учитывающая передаточную функцию несимметричной измерительной системы, дала возможность получить точный метод расчета положения пути по данным его измерения системой с несимметричной измерительной хордой, которой оборудованы практически все выправочные машины и большинство путеизмерителей.

4. Установлено, что разработанный метод оценки положения пути, по данным его измерения системой с несимметричной измерительной хордой, позволяет выявлять как низкочастотную структуру неровностей пути (длинные «заводины»), так и высокочастотные составляющие. При этом погрешность получаемых результатов составила 0.7-2.1 %, что значительно ниже, чем при использовании существующих методов.

5. Установлено, что получение общего решения в результате оптимизации без ограничения на величины сдвигов, с последующим определением частного решения при учете ограничений, в ряде случаев позволяет реализовать конкретные условия работы путевых машин на участках, содержащих переезды, мосты, платформы и прочие ограничения.

6. Полученные в данной работе методы реализованы в микропроцессорной системе выправки пути (МС ВНИИЖТ), которая внедрена на машинах ВПР-02, ВПРС-02, ВПР-02М, ВПРС-03, ВПО-ЗООО, ВПО-З-ЗООО. Безотказная работа узлов микропроцессорной системы на выправочных машинах подтвердила обоснованность выбора микропроцессорных устройств в бортовом исполнении. Эксплуатация выправочно-подбивочных машин, оборудованных микропроцессорной системой, показала высокое качество выправочных работ, что подтверждено многочисленными отзывами из эксплуатирующих организаций.

1. Араманович И. Г., Лунц Г. Л., Эльсгольц Л. Э. Функции комплексного переменного. Операционное исчесление. Теория устойчивости. -Москва, Государственное издательство физико-математической литературы, 1965, 392 с.

2. Бредюк В. Б. Аналитический расчет кривой Межвуз. сб. науч. тр.: Вопросы проектирования и строительства железных дорог в условиях Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 1984, с. 63-69.

3. Бредюк В. Б. Оптимизация параметров плана линии Межвуз. сб. науч. тр.: Вопросы проектирования и строительства железных дорог в условиях Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 1983, с. 80-89.

4. Бредюк В. Б. Проектные эпюры кривизны Межвуз. сб. науч. тр.: Вопросы проектирования железных дорог в сложных физико-географических условиях Сибири. Новосибирск, 1980, с. 129-134.

5. Бредюк В. Б. Выправка криволинейных участков пути в плане при текущем содержании. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 1973.

6. Бредюк В. Б. Повышение эффективности машинной выправки пути с применением автоматизированной системы «Навигатор» Труды 1-й науччно-практической конференции: МПС РФ, Департамент пути и сооружений, ГУП «Ремпутьмаш». Калуга, «Политоп», 2002, с. 18-21.

7. Воробьев H. Н. Теория рядов. Москва, Наука, 1975, 368 с.

8. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. -Москва, государственное издательство иностранной литературы,1948, 255 с.

9. Деманов Д. А. Алгоритм расчетов выправки железнодорожного пути. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 1976.

10. Деманов Д. А. Новое в расчете кривых Журн.: Путь и путевое хозяйство. Москва, 1975, №12, с. 26-28.

11. Дьяконов В. П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. Москва, Наука, 1989, 240 с.

12. Дюнин А. К., Ковтун Д. Г., Ангелейко В. И. Вопросы теории проектирования железнодорожных кривых. Новосибирск, 1960, 260 с.

13. Дюнин А. К., Проценко А. И. Аналитический метод проектирования переустройства железнодорожного пути в плане Учебн. пособие. Новосибирск, 1967, 226 с.

14. Дюнин А. К., Проценко А. И. Аналитический метод проектирования переустройства железнодорожного пути в плане Учебн. пособие. Новосибирск, 1988, 44 с.

15. Евдаев Б. Н. Некоторые вопросы расчета выправки железнодорожных кривых. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 1967.

16. Ершова К. Б. Отчет о научно-исследовательской работе: Создание микропроцессорных устройств управления рабочими органами выправочно-подбивочно рихтовочных машин. Отчет ВНИИЖТ, Москва, 1991, 73с.

17. Ершова К. Б. Отчет о научно-исследовательской работе: Оценка состояния и тенденции развития устройств для автоматической выправки железнодорожного пути и способов его выправки. Отчет ВНИИЖТ, Москва, 1991, 283с.

18. Железные дороги колеи 1520. СТНЦ Ц-01-95. Москва, Министерство путей сообщения РФ, 1995г.

19. Игисинов M. С. Разработка метода съемки и расчета выправки плана кривых железнодорожного пути. Автореферат диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук -Алматы, 2002.

20. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и программное обеспечение. Пер. с англ. Москва, Мир, 2001, 575 с.

21. Келер Й. Рихтовка пути с помощью вычислительной системы. -Eisenbahningenieur, 1990, № 12, с. 52-56.

22. Коган А. Я. К вопросу об оценке положения пути в плане методом хорд Межвуз. сб. науч. тр.: Надежность и эффективность работы железнодорожного пути в условиях Сибири. Новосибирск,1980, с. 46-48.

23. Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. Москва, Транспорт, 1997, 326 с.

24. Козийчук П. Г. Выправка кривых железнодорожного пути.-Москва, 1944.

25. Козийчук П. Г. Кривые в железнодорожном пути. Москва, 1937.

26. Козийчук П. Г., Мищенко И. М. Вопросы плана и профиля железнодорожного пути. Москва, Трансжелдориздат, 1940, 160 с.

27. Корн Т., Корн Г. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) Пер. с англ. Москва, Наука, 1974, 832 с.

28. Краткий каталог продукции фирмы «Прософт» 7.0. Москва, 2002, 256 с.

29. Лебедев А. А., Кучеренко В. П. Обобщенная теория машинной выправки железнодорожного пути. Научн. журн.: Вестник ВНИИЖТ. Москва, 1993, №6, с. 28-33.

30. Лебедев А. А. Машинный расчет оптимального очертания железнодорожного пути в плане с учетом ограничений.

31. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 1976.

32. Лебедев А. А., Кучеренко В. П. Основы системного подхода к обеспечению оптимальных геометрических параметров пути. Вестник ВНИИЖТ. Москва, 1999, №2, с. 26-28.

33. Лебедев А. А., Кучеренко В. П. К вопросу об оценке допустимых отклонений пути от расчетной оси при его выправке в плане. Вестник ВНИИЖТ. Москва, 1999, №4, с. 45-47.

34. Лебедев А. А. Основы постановки пути на проектную ось в плане. -Научн. журн.: Вестник ВНИИЖТ. Москва, 1984, №4, с. 47-49.

35. Лебедев А. А. Машинный расчет выправки железнодорожных кривых в плане при текущем содержании пути. Труды ВНИИЖТ, вып. №621: Вопросы автоматизированного управления ремонтами железнодорожного пути. Москва, 1980, с. 102-109.

36. Лебедев А. А. Матричные методы в расчетах выправки железнодорожного пути. Научн. журн.: Вестник ВНИИЖТ. Москва, 1981, №5, с. 40-45.

37. Машина выправочно-подбивочно-рихтовочная ВПР-02. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва, Транспорт, 1995,416 с.

38. Машина выправочно-подбивочно-рихтовочная ВПР-02. Техническое описание электрооборудования. Москва, ЦКБ тяжелых путевых машин, 1987, 110 с.

39. Мышкис А. Д. Лекции по высшей математике. Москва, Наука, 1968, 640 с.

40. Пискунов Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисления. Том второй. Москва, Наука, 1978, 576 с.

41. Попович М. В., Белов А. В., Уралов В. Л. Выправка железнодорожного пути системами сглаживающего типа. Учебн. пособие (часть 1), Ленинград, 1978, 48 с.

42. Попович М. В., Белов А. В., Иванов Е. Р., Уралов В. Л. Выправка железнодорожного пути системами сглаживающего типа. Учебн. пособие (часть 2), Ленинград, 1980, 60 с.

43. Попович М. В., Белов А. В., Уралов В. Л. Выправка железнодорожного пути системами сглаживающего типа. Учебн. пособие (часть 3), Ленинград, 1982, 48 с.

44. Попович М. В. Механизация выправки железнодорожного пути -учебное пособие (часть 1), Санкт- Петербург, 1994, 105 с.

45. Попович М. В. Механизация выправки железнодорожного пути -учебное пособие (часть 2), Санкт- Петербург, 1997, 112 с.

46. Попович М. В. Механизация выправки железнодорожного пути -учебное пособие (часть 3), Санкт- Петербург, 1999, 97 с.

47. Романовский П. И. Ряды Фурье. Теория поля. Аналитические и специальные функции. Преобразование Лапласа. Москва, Государственное издательство физико-математической литературы, 1961,303 с.

48. Соломонов С. А. под редакц. Путевые машины. Москва, Транспорт, 1977, 392 с.

49. Сырейщиков Ю. П. под редакц. Новые путевые машины (Подбивочно-выправочные и рихтовочные ВПР-1200, ВПРС-500 и Р-2000). Москва, Транспорт, 1984, 320 с.

50. Табак Д., Куо Б. Оптимальное управление и матеатическое программирование. Пер. с англ. Москва, Наука, 1975, 280 с.

51. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути/ МПС России. Москва, Транспорт, 2000, 96 с.

52. Технические условия на работу по ремонту и планово-предупредительной выправке пути. Москва, Транспорт,1998, с. 124-125.

53. Турбин И. В. Аналитический метод расчета выправки однорадиусных кривых. Транспортное строительство, 1984, № 1, с. 7-9.

54. Турбин И. В. Практические расчеты при проектировании трассы железных дорог. Москва, Транспорт, 1987, 199 с.

55. Туровский И. Я. Расчет выправки железнодорожных кривых. Москва, Транспорт, 1972, 214 с.

56. Уланов О. И., Рейхарт Е. И., Андрианов Е. И. Безэталонное измерение продольной волнообразной непрямолинейности Научн. журн.: Заводская лаборатория. Москва, 1993, №1, с. 70-73.

57. Филин А.П. Матрицы в статике стержневых систем. Москва, 1966, 437 с.

58. Хайтман В. А. Определение положения точек начала и конца переходных кривых. Труды ЦНИИМПС, вып. 593. Москва, Транспорт, 1978, с. 80-85.

59. Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь. Москва, Транжелдориздат МПС, 1961,616 с.

60. Щекотков Ю. М. Вопросы машинного расчета и рихтовки при капитальном и среднем ремонтах пути. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 1971.

61. Шершавицкий Л. М. О текущем содержании кривых, журн.: Путеец, Москва, 1938, №7.

62. Шутов А. П. Автоматизация измерений кривизны пути для целей его содержания и оптимизация параметров плана линии.- Межвуз. сб. науч. тр.: Вопросы проектирования, строительства и реконструкции железных дорог Сибири. Новосибирск, 1984, с. 74-78.

63. Шутов А. П. Автоматизация измерений кривизны железнодорожного пути. Межвуз. сб. науч. тр.: Вопросы проектирования железных дорог в сложных физико-географических условиях Сибири. Новосибирск, 1980, с. 115-120.

64. Шутов А. П. Разработка методов автоматизации съемки и проектирования машинной выправки пути в плане. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук -Новосибирск, 1987.

65. Chappelet М. Nouvelle methode de leve de plan de voies posees en courbe et de calcul de l'angle au centre, au moyen des diagrammes de fleches. Bull, de Congres de Chemin de fer, № 3, 1936.

66. Hofer M. Die Absteckung von Gleisbogen aus Evolventenunterschieden. Berlin, 1927.

67. Lord W. H. Maintaintaining Railroad Curves with a String. Railway Eng. and Main. №№ 8-12, 1948.

68. Lord W. H. Maintaintaining Railroad Curves with a String. Railway Eng. and Main. №№ 1-2, 1949.

69. Ott. Grundzuge des Nalenz- Hoferverfahrens. «Bahubau» №32, 1932.

70. Petersen. Der Ubergangsbogen im Eisenbahngleis. «Organ» №22, 1932.

71. Schramm G. Allgemeine Theorie des Nalenz Hofer Verfahrens. «Organ» №16, 1931.

72. Weiss L. Beitrage zum Nalenz Hofer - Verfahrens. «Organ» №6, 1932.