автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Разработка и исследование прокладок с повышенными виброзащитными свойствами для промежуточных рельсовых скреплений железнодорожного пути метрополитенов

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор и анализ виброзащитных конструкций пути метрополитенов.

1.2. Цель и задачи исследования по улучшению виброзащитных свойств существующей конструкции пути метрополитенов.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПУТИ НА ЕГО ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА.

2.1. Выбор расчетной схемы и ее параметров.

2.2. Влияние вязкоупругих свойств пути на виброускорения тоннельной обделки.

2.3. Выводы.

3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗИНОВЫХ ПРОКЛАДОК НА ВЯЗКОУПРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЗЛА СКРЕПЛЕНИЯ

ТИПА "МЕТРО".

3.1. Цель и объекты исследования.

3.2. Методика определения вязкоупругих характеристик.

3.3. Влияние формы и материала прокладок на изменение жесткости и гистерезиса типового узла скрепления.

3.4. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ РЕЗИНОВЫХ

ПРОКЛАДОК В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1. Методика испытаний прокладок.

4.2. Оценка виброзащитных свойств прокладок и определение вариантов для возможного практического использования.

4.3. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ВИБРОЗАЩИТНЫХ ПРОКЛАДОК В ПУТИ МЕТРОПОЛИТЕНОВ.

5.1. Влияние нашпальных резиновых прокладок на напряженное состояние путевых шурупов.

5.2. Эксплуатационные испытания скреплений типа "Метро" с вибро защитными прокладками.

5.3. Экономическая эффективность применения виброзащитных прокладок.

5.4. Выводы.

В В Е Д Е Н И Е "Основными направлениями окономического и социального развития СССР на I98I-I935 годы и на период до 1990 года", утвер лоденными ХХУ1 съездом КПСС, сформулирована главная задача для транспортной системы страны: повышение эффективности и качества ее работы I На ноябрьском (1982 г.) Пленуме Щ КПСС подчеркивалась необходимость "полнее обеспечивать потребности народного хозяйства и населения в транспортных услугах, повысить качество этих услуг". Наряду с другими мероприятиями, для этого предус матривается значительно улучшить обслуживание пассажиров путем расширения сферы применения внутригородского пассажирского транспорта. В успешном решении этой задачи в крупных городах важная роль отводится метрополитенам. Сеть отечественных метрополитенов постоянно увеличивается. После вступления в строй восьмого метрополитена в Ереване протяженность линий метрополитенов страны на начало 1984 года составляла 378 км в двухпутном исчислении. У;ке к 1990 году метро политены будут эксплуатироваться в 15 городах, а в более далекой перспективе, к 2000 году, планируется довести их количество до 23. Характерной особенностью при строительстве новых линий в СССР и за рубежом является тенденция к уменьшению объемов материалов и удешевлению производства работ. Следствием этого яви лось массовое применение тонкостенных тоннельных обделок из сборного железобетона, сооружаемых на небольшой глубине. Однако опыт эксплуатации метрополитенов на участках с мелким заложе нием тоннеля показал, что на этих участках приобрела большую актуальность проблема защиты близрасположенных жилых зданий от вибраций, возникающих при движении поездов. Согласно исследованиям ЦНИИ транспортного строительства (ЦНИИСа) и ЦНИИ строи тельных конструкций (ЦНИИСК) эти вибрации не влияют на прочность строительных конструкций зданий. Вместе с тем, измерения пока зывают, что в тех случаях, когда вопреки существующим нормам [2] расстояния от наружных стен тоннеля до зданий составляют менее 40 м, превышение уровней вибраций в них относительно допускаемых з составляет до 10, а иногда до 20 дБ. Это является недопустимым с точки зрения санитарно-гигиенических требований з поскольку, согласно данным специализированных медицинских уч реждений, приводит к нарушению сна, отдыха и работоспособности жителей, а так же способствует росту ряда нервных и сердечнососудистых заболеваний. В связи с широкими масштабами строительства метрополитенов в нашей стране актуальность проблемы виброза щиты зданий, расположенных вблизи трасс мелкого заложения, пос тоянно возрастает. Опыт отечественных и зарубежных исследований свидетельствует, что борьба с вибрациями на пути от источника их возникновения внутри тоннеля до человека в здании технически осуществима во всех элементах механической системы "вагон-здание". Однако эффективность виброзащиты в пределах каждого элемента этой системы (вагон, путь, обделка, грунт, здание) неравнозначна. Кроме того, уровни вибраций, проникающие в здания, при прочих равных условиях, зависят и от удаленности зданий от трассы. Поэтому в каждом конкретном случае может оказаться целесообразным применение какого-либо одного или нескольких виброзащитных мероприятий. Отсюда вытекает необходимость проведения исследований по определению технико-экономической эффективности каждого меро приятия.в нашей стране изыскание инженерно-технических решений по защите жилых зданий от повьпиенных колебаний проводится в соот- ветствии с координационным планом Госстроя, разработанного по поручению Совета Министров СССР (утвержден в 1977 году) "Разработка и внедрение мероприятий по снижению до допустимых уровней шуг/ia и вибраций в жилых зданиях, расположенных вблизи линий метрополитенов мелкого за.яожения". Согласно этого плана около 20 организаций 8ми министерств и ведомств призваны выполнять ис следования, направленные на усовершенствования подвижного сое тава, железнодорожного пути, тоннельной обделки, конструкций жилых зданий, а так же на разработку экранирующих конструкций, планировочных и градостроительных решений. В соответствии с координационным планом основными направлениями исследований по снижению уровней вибраций в зданиях являются: а) по усовершенствованию вагонов улучшение поверхности катания колес, уменьшение необрессоренных масс; б) по совершенствованию тоннельной обделки применение утяжеленных обделок с различно расположенной дополнительной массой, увеличение продольной лсесткости тоннеля; в) на пути распространения колебаний от тоннеля к зданиям- устройство в грунтовой среде вдоль трассы экранирующих устройств различных конструкций (экраны, стены, щели); г) по совершенствованию зданий виброиэоляция надземной части здания от его ф;пдамента, сооружение виброгасителей на фундаментах. Возможные мероприятия в железнодорожном пути с целью снижения уровней вибраций заключаются в уменьшении числа возмущающих факторов на поверхности катания рельсов и в улучшении виброза щитных свойств самого пути. Поэтом;- в качестве одной из главных задач, предусмотренных координационным планом, является модернизация конструкции железнодорожного пути, которая позволила бы понизить вибрационное воздействие подвижного состава на тоннельную обделку. Решение этой задачи осуществляется по двум направлениям. Первое направление относится к созданию новой конструкции верхнего строения пути, принципиально отличной от существующей. Применение такой конструкции возможно только на строящихся линиях. Второе направление относится к осуществлению мероприятий по улучшению виброзащитных свойств пути на эксплуатируемых линиях, где принципиальные изменения конструкции практически невозможны. Настоящая работа посвящена второму из указанных направлений, то есть разработке мер по снижению вибрационного воздействия на тоннельную обделку от движущихся метропоездов за счет улучшения виброзащитных свойств существующей конструкции пути. Работа выполнялась под руководством к.т.н. Барабошина В.Ф, в лаборатории "Железнодорожный путь метрополитенов" отделения метрополитенов ВНИИЖТа.

Выводы к главе 5

1. Испытаниями в лабораторных условиях узла скрепления "Метро" с нашпальными прокладками толщиной 20 мм (011 317) и 14 мм из резины РП-101 при одновременном воздействии на него вертикальной и горизонтальной поперечной (боковой) нагрузки установлено, что в этом случае изгибные напряжения в шурупах скрепления значительно больше, чем при типовой конструкции скрепления: при боковой нагрузке 20 кН - соответственно в 2,3 и 1,7 раза.

2. Проведенные испытания показали, что применение в эксплуатационных условиях нашпальных прокладок толщиной 20 мм а также толщиной 14 мм) значительно увеличит напряженное состояние шурупов в кривых даже больших радиусов. Поэтому использование указанных прокладок в качестве виброзащитных элементов целесообразно ограничить прямыми участками пути. С этой же целью на кривых участках пути следует применять только подрельсовые прокладки ОП 316 из резины БН-ЗА.

3. Эксплуатационные наблюдения за состоянием пути и элементов рельсового скрепления с виброзащитными прокладками

0Г1 317 из резины РП-101 на прямом участке пути и с прокладками 0Г1 316 из резины БН-ЗА в кривой радиуса 500 м показали, что после того как прошедший тоннаж по опытным участкам составил сооветственно 212 и 100 млн.т груза:

3.1. Оба типа прокладок не утратили своей работоспособности и оказались пригодными к дальнейшей эксплуатации.Физико-механические показатели прокладок, формирующие их виброзащитные свойства изменились незначительно.

3.2. Изломов подкладок и шурупов скреплений не было обнаружено как на опытных, так и на контрольных участках пути.

3.3. По сравнению с соответствующими контрольными участками интенсивность уширения рельсовой колеи на опытном участке с прокладками ОП 316 была такой же, а на опытном участке с прокладками ОП 317 - на 16% больше.

3.4. На опытном участке с прокладками ОП 317 к моменту пропуска около 100 млн.т груза натяжение шурупов уменьшилось относительно монтажного на 25% и соответствовало величине крутящего момента 9 кН'см. В дальнейшем натяжение оставалось постоянным. Ослабление натяжения шурупов не оказало влияния на стабильность рельсовой колеи.

3.5. На участке с налтальными прокладками Oil 317 при прошедшем тоннаже 190 млн.т средняя интенсивность выхода двухвитковых шайб по излому составила 5,1% на 100 млн.т прошедшего груза. Наиболее интенсивный выход шайб наблюдался до прошедшего тоннажа 50-100 млн.т. За период межремонтного срока службы рельсов ожидаемое количество изломавшихся шайб составит около 10% от числа первоначально уложенных.

4. Экономическая эффективность использования виброзащитных прокладок определялась по разработанной методике, основой которой является обеспечение виброзащиты жилых зданий, расположенных на определенном расстоянии от тоннеля метрополитена. Данная методика учитывает стоимость городских земельных площадей, освобождаемых для жилищного строительства за счет приближения к тоннелю нормируемых границ санитарно-защитной зоны, которое становится возможным в результате проведения виброзащитных мероприятий.

5. Проведенные расчеты показали, что годовой экономический эффект от применения рекомендуемых вариантов прокладок на 1км двухпутного участка составляет 27,5 тыс.руб. для прямых и 14,3 тыс.руб. - для кривых участков пути.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М. "Политиздат", I98I, с.97-130.

2. Планировка и застройка городов, поселков и сельских населенных пунктов. СНиП П-бО-75. М., 1975, 80с.

3. Санитарные нормы допустимых вибраций в жилых домах. М., 1975, 9с. 4. КоЫег к.А. Verbeseerung dee Schotteroberbaus in Tunneln und auf BrUcken mit elastisohen Polyurethan-Matten. "BTR Bisenbahnteohnisohe Rundschau". 1978, 27, f9, s.543-548.

4. Соловьев B.C., Макеев A,A., Молодцов Г.В. Мероприятия по снижению шума и вибраций в метрополитенах Мюнхена и Гамбурга. "Транспортное строительство". М., "Транспорт", 1979, №4, с. 55-56.

5. Pugiwara Т., Nakamura S. Experimental test on vibration-proof tracks and their effects. "Permanenit Way". 1974, 15, B3, p.20-27.

6. Colnat J. Problems de bruit et vibrations dus aux transports ferroviaires en milieu urbain dispositifs d© protection. "Travaux", 1981, Ji»558, p.49-60.

7. Murray R. Suppressing noise and vibration; in the subway. "Railway Gazette; International-". 1974, 130, №9, p.337-341.

8. Соловьев B.C. Виброизолированные конструкции пути метрополитена. "Транспортное строительство". М., "Транспорт", 1980, №3, с. 56-58. 10. Hew track pads cut vibratiom. "International Railway Journal", 1973, 13, №9, p.90. II.Hofer J., Sailer J. Der schotterlose, fcdrperschallgedSmmte Oberbau der Wiener tJ-flaha. "Internationales Verkehrswesen". 1975, 5-6, £3, B.133-137.

12. Барабошин В.Ф. Основные параметры новой конструкции пути метрополитенов с повышенными виброзащитными свойствами. Труды ВШИЖГ. М., "Транспорт", I 9 8 I вып.630, с. 26-53.

13. Комплексная программа метростроения. "Метрострой". I 9 8 I т, с. 1-3.

14. Железнодорожный транспорт СССР. ЦНИИТЭИ МПС. М., "Транспорт", I98I, 29с.

15. Рекомендации Всесоюзной научно-технической конференции Минтрансстроя "Повышение эффективности и качества транс портного строительства на БАМе, а таюке в других районах Сибири и Дальнего Востока". М., 1979, 37с.

16. Ильичев В.А. Расчет параметров колебаний грунта и зданий, вызываемых движением поездов метрополитена. "Динамический расчет сооружений на специальные воздействия. Справочник проектировщика". М., "Стройиздат", I98I, с. 136-143.

17. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. СНиП П-19-79. М., 1980, 41 с.

18. Яковлев В.Ф. Влияние расчетных характеристик элементов пути и подвижного состава на уровень динамических сил в контакте колеса и рельса. Труды ЛИИШТ, Л., 1964, вып.233, с.96-145.

19. Крысанов Л.Г., Тейтель A.M., Глюзберг Б.Э. Взаимодействие колес с крестовиной при изменении характеристик ее основания. Вестник ВШИЖТ, 1977, 7, с.43-46.

20. Коган А.Я. Вертикальные динамические силы, действующие на путь. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", 1969, вып.402, 206с.

21. Коган А.Я. Расчеты железнодорожного пути на вертикальную динамическую нагрузку. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт",1973, вып.502.

22. Кудрявцев Н.Н. Исследование динамики необрессоренных масс вагонов. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", 1965, вып.287, 168 с.

23. Орловский А.Н., Клименко В.Н. Обоснование выбора расчетной схемы для исследования взаимодействия колеса и пути в зоне неровностей. Труды ДИИТ. М., "Транспорт", 1965, вып.57, с. 42-49.

24. Данилов В.Н. Расчет рельсовой нити в зоне стыка. Труды ВНИИЖТ. М., "Трансжелдориздат", 1952, вып.70, 114с.

25. Яковлев В.Ф. О параметрах расчетной схемы сил взаимодействия в контакте колеса и рельса. Труды Ж И Ж Т Л., "Транспорт", 1964, вып.222, C.I87-2II.

26. Крепкогорский С. Вертикальные колебания надрессорного строения подвижного состава и их влияние на путь. Труды ВНИИЖТ. М., "Трансжелдориздат", 1958, вып.152, 172 с.

27. Вериго М.Ф., Коган А.Я. К вопросу о процессах взаимодействия необрессоренных масс и пути. Вестник ВНИИЖТ, 1969, б, с. 22-25.

28. Козырев А.И. Способы снижения динамического воздействия ходовых частей вагонов метрополитена на путь и тоннельную обделку. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МИИТ, 1982, 26с.

29. Львов А.А., Захаров А.Н., Бржезовский A.M. Методика экспериментального определения пространственных перемещений вагонов метрополитена. Труды ВНИИЖГ. М., "Транспорт", вып.653, 1982, с. 53-58.

30. Дашевский М.А. Дифракция упругих волн на полости, подкрепленной кольцом жесткости. "Строительная механика и расчет сооружений". М., 1967, 2 с.33-36.

31. Дашевский М.А., Ильичев В.А., Поляков B.C. Влияние массы обделки на уровень колебания тоннеля метрополитена и окружающего грунта. "Динамика оснований, фундаментов и подзем ных сооружений (материалы У Всесоюзной конференции в г.Ташкенте) T.I. М., I98I, C.3II-3I3.

32. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. М., "Мир", 1982, 428 с.

33. Якушкин И.М. Пассажирские перевозки на метрополитенах. М., "Транспорт", 1982, 175 с.

34. Львов А.А, и др. Результаты измерений пространственных перемещений вагонов метрополитена. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", вып.653, 1982, с. 59-80.

35. Чернышева А.Я., Уткин А С Кузнецов А.В. Анализ соответствия эксплуатируемых и опытных вагонов метрополитенов габариту подвижного состава. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", 1982, вып.653, C.I05-II4.

36. Лиманов Ю.А. Метрополитены. М., "Транспорт", I97I, 360с.

37. Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию. Труды ШЗ АН СССР. М., "Наука", 1973, вып.15, с.6-34.

38. Шахунянц Г.М. Устройство железнодорожного пути. Т.Ш. Трансжелдориздат. 1944, 484 с.

39. Данович В.Д. О связи между параметрами континуальной и дискретной моделей пути. Труды даИТ. Днепропетровск. 1978, вып.198/20, с.45-50.

40. Мелентьев Л.П., Грановский А.Н. Повышение эффективности использования железнодорожных рельсов на метрополитенах.Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", I98I, вып.630, с. 53-63.

41. Вибрации в технике. Под ред. Болотина В.В., T.I, М., "Машиностроение", 1978, 352 с.

42. Барабошин В.Ф. и др. Улучшение виброзащитных свойств существующей конструкции пути метрополитенов. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", I98I, вып.630, с. 4-25.

43. Ильинский B.C. Защита аппаратов от динамических воздействий М., "Энергия", 1970, 320 с.

44. Шишкина В.В., Кузьмичев И.Г. Размещение жилых домов вблизи линий метрополитена. "Городское хозяйство Москвы". М., "Московский рабочий", 1973, 5, с. 30-32.

45. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М., "Трансжелдориздат", 1961, 615 с.

46. Потураев В.Н., Дырда В.И., Круш И.И. Прикладная механика резины. Киев. "Наукова думка". 1975, 216с.

47. Израелит Г.Ш. Механические испытания резины и каучука. Л.-М., "Госхимиздат", 1949, 455 с.

48. Шахунянц Г.М. и др. Работа пути с железобетонными шпалами под нагрузкой. Труды МИИТ. М., "Транспорт", 1965, вып.178, 252с.

49. Лысюк B.C. и др. Влияние жесткости и неровностей пути на деформации, вибрации и. силы взаимодействия его элементов. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", 1969, вып.370, 1б4с.

50. Тейтель A.M. Влияние параметров и конструкции стрелочных переводов на виброускорения элементов пути и подвижного состава. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., ВНИИЖТ. 1974, 21с.

51. Шляпина В.Н., Виницкий Л.Е., Грановский А.Н. Влияние коэффициента формы и способов закрепления резиновых элементов на их вязкоупругие свойства. "Каучук и резина". М., "Химия", 1983,

52. Шляпина В.Н., Мальцева О.Н., Виницкий Л.Е. Распределение вертикальной нагрузки на опорных поверхностях подрельсовых резиновых прокладок. Вестник ВНИИЖТ. 1977, I, с.31-33.

53. Метод определения динамического модуля и модуля внутреннего трения при ударном растяжении. ГОСТ 10827-75, М., 1975, 6с.

54. Метод определения динамического модуля и модуля внутреннего трения при знакопеременном изгибе. ГОСТ 10828-75. М., 1975, Зс.

55. Купцов В.В. Методика определения жесткости резиновых прокладок-амортизаторов на сжатие. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", 1979, вып.616, с.46-50.

56. Евдокимов Б.А. Влияние жесткости скреплений на стабильность пути в зоне стыков. Вестник ВНИИЖТ, 1977, 4, с.37-42.

57. Беликов Л.Б. Влияние размеров резиновых элементов на их амортизационные свойства. Вестник ВНИИЖТ. 1966, I, с.53-55.

58. Батуев Г.С. и др. Инженерные методы исследования ударных процессов. М., "Машиностроение", 1969, 245с.

59. Барабошин В.Ф., Ананьев Н.И. Вредные вибрации пути и борьба с ними. М., "Транспорт", 1972, 47с.

60. Крысанов Л.Г., Тейтель A.M. О влиянии жесткости основания на виброускорения крестовинных узлов стрелочных переводов. Вестник ВНИИЖТ, 1972, 4, с. 1-5.

61. Барабошин В.Ф., Ананьев Н.И. Вибрации подрельсовых оснований в стыке. Вестник ВНИИЖТ. 1975, 6, с. 42-47.

62. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений. ГОСТ 27.502-83 (СТ СЭВ 3944-82). М., 1984, 23с.

63. Прикладная статистика. Правила определения оценок и довери тельных границ для параметров нормального распределения. ГОСТ 11.004-74. М., 1974, 20с.

64. Соловьев B.C., Лалаев Э.М., Шмигель А.И. Уровни вибрационного фона в жилых зданиях. "Транспортное строительство". 1982, 9, с. 45-46.

65. Шишкина В.В. Гигиеническое изучение вибраций в жилых домах и ее нормирование. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. М., 1979, 231с.

66. Шишкина В.В., Карагодина И.Л. Вибрация как неблагоприятный фактор внутрижилищной среды и его гигиеническая регламентация. "Гигиена и санитария". I98I, 12, с. 16-19.

67. Барабошин В.Ф., Гусев B.C. Повышение долговечности шурупов в кривых участках пути. Труды ВНИИЖТ. М., "Транспорт", I98I, вып.630, с. 9I-I0I.

68. Грановский А.Н. Результаты экспериментальных исследований вертикальных сил, действующих на рельсы от колес электропоездов. Труды ВНИИЖГ. М., "Транспорт", 1979, вып.611, с. 79-84.

69. Алексеев М.В. и др. Оценка воздействия на путь современных электровозов и тепловозов. М., "Трансжелдориздат", 1961,43с.

70. Ершков О.П. и др. Об увеличении нормы непогашенного ускорения движения вагонов. "Метрострой", 1976, 2, с.22-23.

71. Шахунянц Г.М. и др. Определение ширины колеи на прямых участках пути Московского метрополитена. Труды МИИТ, 1963, вып.177, C.4-I0I.

72. Гайдамака П С Петров Н.В. Эксплуатационные качества скреплений Д-2. "Путь и путевое хозяйство". М., 1968, 8, с.8-9.

73. Определение экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Минск, "Полымя", 1979, 144с.

74. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. СП 509-78. М., "Стройиздат", 1979, б5с.

75. Кабакова С И Экономические проблемы использования земель в строительстве. М., "Стройиздат", I98I, 156с.

76. Типовые технические обоснованные нормы времени для учета работ по текущему содержанию пути. М., "Транспорт", 1972, 592 с.