автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Разработка параметров цельнолитных крестовин типа Р65 облегченных конструкций

ВВЕДЕНИЕ.

1.- АНАЛИЗ И ВЫБОР ЖЕСТКИХ КРЕСТОВИН.

1.1. Современное состояние конструкций крестовин . д

1.2. Требования, предъявляемые к крестовинам

1.3. Анализ и выбор жестких конструкций крестовин

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И КРЕСТОВИН.

2.1. Расчетная схема определения динамических сил взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути

2.2. Определение расчетных параметров, влияющих на динамические силы в шодействия.

2.3. Результаты А^чета динамических сил и выводы

2.4. Влияние раскладки брусьев на характер силового взаимодействия

Выводы.

3. Расчет ЦЕЛЬНОЛИТЫХ КРЕСТОВИН ПО МЕСТНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ С УЧЕТОМ

УПРУГИХ ОПОР

3.1. Выбор метода расчета

3.2. Краткие сведения о расчете крестовины - как складчатой системы, лежащей на отдельных жестких опорах

3.3. Обоснование расчетной схемы

3.4. Особенности расчета складчатой оболочки, имеющей упругие опоры (случай нешарнирного опирания)

3.5. Расчет цельнолитой крестовины по контуру поперечных сечений на местные напряжения с учетом упругих опор.

3.6. Пример расчета цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/11 по напряжениям по контуру поперечного сечения с учетом упругих опор

Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЯЕНИЙ В ОБЛЕГЧЕННОЙ КРЕСТОВИНЕ.

4.1. Задачи исследования

4.2. Методика испытаний и аппаратура

4.3. Исследование напряжений в крестовине, лежащей на жестких опорах.Д

4.4. Исследование напряжений и деформаций в крестовине, лежащей на отдельных упругих опорах . Х

4.5. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных. . Д

Выводы.Ц

5. РАЗРАБОТКА ЦЕЛЬНОЛИТОЙ ОБЛЕГЧЕННОЙ КРЕСТОВИНЫ ТИПА Р

МАШ 1/9.Ц

5.1. Выбор оптимальных геометрических параметров цельнолитой крестовины в плане.

5.2. Выбор оптимальных очертаний поперечных сечений цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/9 облегченной конструкции.

5.3. Продольный профиль цельнолитой крестовины типа Р марки 1/9 облегченной конструкции

Выводы.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ. ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. В основных: направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года подчеркнута необходимость дальнейшего повышения пропускной и провозной способности железных дорог и прежде всего на грузонапряженных магистралях [I] Решение этой задачи связано с увеличением пропускной и перерабатывающей способности станций и узлов, которые в значительной мере зависят от их технической оснащенности, в том числе и от надежности конструкций стрелочных переводов.

Стрелочные переводы являются наиболее сложной, ответственной и дорогостоящей частью верхнего строения пути, от состояния которых в свою очередь зависит безопасность движения поездов и пропускная способность железных дорог.

Как известно, в стрелочном переводе крестовины представляют собой конструкции железнодорожного пути, имеющие отличительные конструктивные и геометрические особенности обуславливающие специфику взаимодействия их с подвижным составом.

Отличительными особенностями жестких крестовин по отношению к пути на перегоне является:

- наличие разрыва рельсовой колеи в месте пересечения рельсовых нитей в одном уровне;

- наличие вертикальной неровности в зоне перекатывания колес с сердечника на усовик и наоборот;

- наличие углов удара в горизонтальной плоскости в усовики и в контррельсы;

- переменная жесткость на изгиб ввиду изменения по длине поперечного сечения.

Эти особенности вызывают дополнительные динамические воздействия на элементы крестовинного узла.

Переменная жесткость и неравноупругость основания эквивалентны изолированным динамическим неровностям пути, вызывающим дополнительные вертикальные силы взаимодействия колес и элементов крестовины [5] .

При движении экипажей по крестовинному узлу с вертикальными и горизонтальными неровностями возникают непогашенные ускорения, ухудшающие условия комфортабельности езды пассажиров.

Ударно-динамические условия взаимодействия крестовины и подвижного состава при указанных особенностях создают условия более интенсивного накопления контактно-усталостных дефектов и других деформаций [б, 34] .

Таким образом, крестовинный узел является концентратором самых неблагоприятных условий взаимодействия пути и подвижного состава, как работающий в более тяжелых условиях, чем путь на перегоне. Вследствие этого жесткие крестовины не только обуславливают (ограничивают) скорости движения поездов, но и имеют значительно меньший срок службы, чем рельсы [35] .

В этом аспекте, имея в виду, что крестовина является массовой продукцией - в пути на сети железных дорог СССР их сотни тысяч - создание, совершенствование и продление срока службы их, особенно в связи значительным повышением скоростей, интенсивности движения и осевых нагрузок, представляет собой проблему огромной государственной важности.

Целью работы является исследование напряженно-деформированного состояния цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/11 облегченной конструкции с разработкой параметров и формы поперечных сечений облегченной цельнолитом крестовины типа Р65 марки 1/9.

Диссертация состоит из шести глав, которые излагаются в следующей последовательности.

В первой главе диссертации дан анализ конструкций жестких крестовин путем сравнения и выявления их основных достоинств и недостатков.

На основании анализа было установлено, что наиболее перспективными из жестких крестовин являются цельнолитые.

Б ЛИИЖТе д.т.н.,профессором С.В.Амелиным и к.т.н.,доцентом Д.И.Даниленко спроектирована конструкция облегченном цельнолитой крестовины типа Р65 марки I/II. Эта конструкция имеет целый ряд существенных преимуществ перед типовой сборной, она имеет вес, равный весу сердечника сборной крестовины типа общей отливки с наиболее изнашиваемыми частями усовиков Р65 марки I/II. Максимальные динамические силы, возникающие в конструкции облегченной цельнолитой крестовине, при воздействии подвижной нагрузки меньше, чем на крестовине сборной типовой примерно на 17-20 что способствует увеличению работоспособности цельнолитой крестовины и в конечном итоге повышает срок ее службы.

Назрела необходимость создания цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/9, которая отвечала бы современным и перспективным условиям эксплуатации.

Прежде чем создать такую конструкцию, необходимо оценить работоспособность существующей облегченной цельнолитой крестовины типа Р65 марки I/II и выводы, полученные при оценке этой крестовины,.учесть в конструировании цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/3.

Во второй главе при помощи аналогового моделирования на АВМ приводится сравнительная оценка сил взаимодействия цельнолитых крестовин типа Р65 марки 1/11 и 1/9 облегченных конструкций и сборных типовых крестовин типа общей отливки с наиболее изнашиваемыми частями усовиков типа Р65 марки 1/11 и 1/9. В этой же главе на основании учета распределения динамических сил в контакте колеса и крестовины при движении подвижного состава в пределах неровности крестовинного узла произведен расчет оптимальной укладки брусьев под крестовиной типа Р65 марки 1/11.

В третьей главе диссертации произведен теоретический расчет поперечных сечений крестовины с использованием теории упругости из условия, чтобы действующие напряжения не превышали допустимых значений. Для расчета применяется метод перемещений в приложении его к складчатым оболочкам, разработанный д.т.н.»профессором А.В.Александровым. Впервые предложил применить этот метод к расчету цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/6 в своей кандидатской диссертации Э.й.Даниленко [20] . В настоящей диссертации был продолжен расчет цельнолитой крестовины с учетом упругого основания для крестовины типа Р65 марок 1/11 и 1/9 облегченных конструкций.

В четвертой главе излагаются результаты экспериментального исследования местных напряжений в цельнолитых облегченных крестовинах типа Р65 марки 1/11 на жестких и упругих опорах и их сравнительная оценка. Испытания проводились на Днепропетровском стрелочном заводе.

В пятой главе на основании выводов, полученных из теоретических и экспериментальных исследований по цельнолитой крестовине типа Р65 марки 1/11 облегченной конструкции, разработана и предлагается конструкция цельнолитой крестовины типа Р65 марки 1/9 облегченной конструкции. В этой лее главе рассматриваются вопросы оптимального проектирования продольного и поперечного профилей цельнолитом крестовины типа Р65 марки 1/9 облегченной конструкции.

Б шестой главе приводятся технико-экономические соображения и сравнения конструкций крестовин: цельнолитой типа Р65 марки 1/9 облегченной конструкции и сборном с литым сердечником типа общей отливки с наиболее изнашиваемыми частями усовиков типа Р65 марки 1/9.

Результаты работы докладывались и были одобрены на XXIX научно-технической конференции по вопросам путевого хозяйства Октябрьской железной дороги и ЛИМТа в 1983 году и на заседаниях кафедры "Железнодорожный путь" ЛйИЖТа в 1983-1984 годах.

I. АНАЛИЗ И ВЫБОР ЖЕСТКИХ КРЕСТОВИН.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В диссертационной работе выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по повышению работоспособности цельнолитых облегченных крестовин, которые позволяют сделать следующие выводы и предложения:

1. На основании анализа жестких крестовин показано, что перспективными из них являются цельнолитые крестовины.

2. В результате теоретических и экспериментальных исследований работы цельнолитых крестовин типа Р65 марок 1/11 и 1/9 облегченных конструкций установлено, что такие крестовины обеспечат нормальные условия работы их в обычных эксплуатационных условиях под подвижным составом.

3. Применение облегченных крестовин дает возможность получить существенною экономию металла.

4. Сравнительная оценка силового взаимодействия типовых и облегченных крестовин, выполненная с помощью аналогового моделирования, показала, что в цельнолитой крестовине облегченной конструкции за счет изменения массы и жесткости удалось снизить динамические эффекты на 17-20 % .

Максимальные динамические силы в контакте колеса и крестовины достигали в крестовинах марки 1/11 - 362 кН, марки 1/9 -385,5 кН.

5. Предложена методика расчета напряжений по контуру сечений цельнолитой крестовины с учетом влияния упругих опор.

Составлен алгоритм и выполнены числовые примеры расчета крестовины типа Р65 марки 1/11 и 1/9 с .использованием ЭВМ серии ЕС. Удовлетворительная сходимость результатов расчета и данных эксперимента подтверждает применимость используемой методики к расчету цельнолитых крестовин по местным напряжениям.

6. Выявлено, что упругое основание снижает уровень поперечных и продольных нормальных напряжений по контуру поперечных сечений при оптимальном модуле упругости основания в среднем на 22 - 34 %.

7. На основе проведенных исследований предложена и принята к внедрению цельнолитая крестовина типа Р65 марки 1/9 облегченной конструкции.

8. Ожидаемый экономический эффект от внедрения цельнолитой облегченной крестовины типа Р65 марки 1/9 может составить 2,4 тыс.рублей при грузонапряженности 40 млн.т брутто/ год.

1. Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1.8I-I985 годы и до 1990 года. - В кн. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.»Политиздат, 1981. с,Ж

2. Александров A.B. Дащеников Б.Я.,Шапошников H.H. Строительная механика (Тонкостенные пространственные системы)-М.: Стройиздат,1983,с.487.

3. Александров A.B. Прочность, колебания и устойчивость складчатых и плитно-балочных систем. (Разработка и применение метода перемещений на основе решений прикладной теории упругос-ти)-Дисс. .докт.техн.наук-МИИТ,1965,542 с.

4. Амелин C.B. О стрелочных переводах будущего.-Сб.трудов ЛИМЖТа,вып.422,Л.»Транспорт,1977, с.42-57.

5. Амелин C.B. Пути улучшения конструкций стрелочных переводов.-В сб. материалов научно-технических конференций по вопросам путевого хозяйства.-JI. ДИИЖТ, 1956,с.81-86.

6. Амелин C.B. Стрелочные переводы для скоростного движения. -Путь и путевое хозяйство. 1971, № 7 с.12-15.

7. Амелин C.B. Соединения и пересечения рельсовых путей.-М. Трансжеддориздат, 1968, с.84-89.

8. Амелин С.В.,Смирнов М.П.,Яковлев В.Ф. Исследование износоустойчивости элементов стрелочных переводов.-Сб.тр.ЛИИЖТа, вып.188, Л.,1962,с.5-62.

9. Амелин С.В.,Смирнов М.П.,Яковлев В.Ф. Исследование из-дешормаций и напряжении в стрелочном переводе марки 1/22.

10. Сб.трудов ЛИИЖТа, вып. 2 II Л., 1963, с. 3k-k& .

11. Амелин С.В.,Смирнов М.П.,Яковлев В.Ф. Вопросы взаимо-деиствин пути и подвижного состава в пределах стрелочного перевода. -Cd. тр .ЛИШТа,Вып. 188 ,Л., 1962, с. 90-91.

12. Амелин C.B.,Даниленко Э.й. Конструирование железнодорожных крестовин с учетом прочности.-Вестник ВНИШКТа-М,: Транспорт,IS77,fö 8,с.41-45.

13. Амелин C.B.,Цепушелов A.A. Какими должны быть крестовины. -Путь и путевое хозяйство, te 7,1975,с.38-41.

14. A.C. 578390 (СССР). Острая крестовина для стрелочного перевода железнодорожного пути. (Амелин С.В.,Яковлев В.Ф.,Абросимов В.И.,Фролов Л.Н.,Трофимов А.Н.,Агафонов Г.Ф.-Опубл. в Б.И.,1977, № 40.

15. Березовский М.В.,Смирнов М.П.,Даниленко Э.И. Новый стрелочный перевод типа Р65 марки 1/6 под высокие нагрузки путей горячих перевозок металлургических заводов.-Сб.тр.ЛИШТа, вып.344,Л.,:1972,с.60-78.

16. Власов В.М.,Комолова Е.Ф.,Асатуров A.A. Повышение эксплуатационной стойкости железнодорожных крестовин.-Тр.ЦНИИ МПС, М.Транспорт.I97I,c.4-I8.

17. Волошко Ю.Д. Особенности расчета пути на сплошном крупноблочном железобетонном основании.-Тр.ДИИТа,Днепропетровск вып.30,i960,с.73-75.

18. Волошко Ю.Д. Расчет рациональной упругости с блочными основаниями.Тр.ДИИТа и МИИТа,М.,вып.249,1967,ç.94-105.

19. Волошко Ю.Д.,Гнатенко В.Н.,Евтюхов Г.А. Теоретическиеисследования взаимодействия облегченных крестовин с подвижным составом.-Тр.ДИИТа,вып.188/18,Днепропетровск,1977,с.8-13.

20. Даниленко Э.И. Исследование работы цельнолитых крестовин под воздействием повышенных колесных нагрузок.-Дисс. .канд. техн.наук.-1974,с.210.

21. Даниленко Э.И. Прочность цельнолитых крестовин. Путь и путевое хозяйство. 1974. № 10,с.10.

22. Даниленко Э.И. Расчет цельнолитой крестовины по местным напряжениям на контуре поперечных сечений.-Сб.трудов ЛИИНТа, Л.,вып.381,1975,C.I02-II2.

23. Кемочкин Б.Н. Теория упругости.-Госиздат по строительству и архитектуре.-М.,1957,с.255.

24. Коган А.Я.,Перельштейн Г.Г.Делнин Г.Г. Расчеты железнодорожного пути на вертикальную динамическую нагрузку.-Труды ЦНИИ МПС,вып.502,М.,:Изд.Транспорт,1973,с.79.

25. Коган А.Я. Вертикальные динамические силы, действующие на путь.-Труды ЦНИИ МПС,вып.402,М.,¡Транспорт,1969,206 с.

26. Крысанов Л.Г.Д'ейтель A.M. ,Глюзберг Б.Э. Взаимодействие колес с крестовиной при. изменении характеристик ее основания.-Вестник ВНИИЖТа,№ 7.1977,с.43-45.

27. Кудрявцев H.H. Исследование динамики необрессоренных масс вагонов.-Труды ЦНИИ МПС,вып.287,М.¡Транспорт,1965,с.68.

28. Леванков И.С. Влияние неравножесткости пути на шпалах и в междушпальном пролете на силы взаимодействия пути и подвижного состава.-Труды ДИИТа,вып.57,Днепропетрвск,1965,с.63-79.

29. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений.-Экономическая газета. Ш 10, 1977,с.16.

30. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений на железнодорожном транспорте.-МПС.1978.с.3-II.

31. Методы расчета стержневых систем, пластинок и оболочек с использованием ЭВМ.-/ А.В.Александров,Б.Я.Лащеников,H.H.Шапошников, В.А.Смирнов.!. :Стройиздат.1976.чЛ.248 е.,ч.П.237 с.

32. Новое в конструкции стрелочных переводов на Британских железных дорогах.-Экспресс-информация ВИНТИ № 7М.:1970. 17 с.

33. Обоснование норм вертикального износа крестовин стрелочных переводов.-Отчет по НйР.Ленингр. инстит. ж.-д.тр-та

34. Г.Р.76096712).Л.,1979,с.15-34.

35. Путря H.H. К вопросу о повышении эксплуатационной надежности крестовин.-Дисс. . канд.техн.наук.,М.,1967 с.56-68.

36. Работа стрелочного перевода типа Р65 марки I/II при скорости 200 км/ч. Параметры, конструкция, нормы содержания и результаты динамических испытаний.-Из опыта работы Октябрьской железной дороги и ЛИИЖТа. Информационное письмо К? 1(281),Л., 1966,с.2.

37. Смирнов А.Ф.»Александров A.B.,Шапошников H.H.,Лащеников Б.Я. Расчет сооружений с применением вычислительных машин.-Стройиздат.М.,1964,с.241-346.

38. Современные методв расчета сложных статически неопределимых систем.-Сборник статей (под ред. Филина А.П.).Л.,Судпром-гиз.1961.876 с.

39. Симон А.А.,Смыков Е.К. Содержание стрелочных переводов новых.' конструкций. -Транспорт. М. 1972. с .152.

40. Трофимов А.Н.,Агафонов Г.Ф.,Данилов В.А. Результаты эксплуатационных наблюдений за крестовинами с припуском сердечника на наклеп.-Сб.трудов ЛИИНТа,вып.381,1975.с.95-83.

41. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений.-М.¡Экономика.1969,с.43.

42. Филин А.П. Матрицы в статике стержневых систем. -Ст ройи здат.Л.,1966.с.438.

43. Фришман М.А.,Климов В.И.,Евтюхов Г.А. Сравнительные испытания типовой и облегченной крестовин.-Труды ДЙИТа.,вып. 188/18.Днепропетровск.1976.с.3-8.

44. Фришман М.А.,Евтюхов Г.А.»Орловский А.Н.,Бурдим В.А. Облегченные крестовины типа Р65.-Труды ДИИТа.,вып.180/17, Днепропетровск.1976.с.3-6.

45. Шахунянц Г.М. Устройство железнодорожного пути.М. Трансжелдориздат,1944,т.Ш,с.215-219.

46. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь.-М.Транспорт,1961 465 с.

47. Яковлев В.Ф. О параметрах расчетной схемы сил взаимодействия в контакте колеса и рельса.-Сб.трудов ЛИИЖТа.вып.222. Л.,1964,с.41-46.

48. Яковлев В.Ф. Электротензометрические измерения при исследовании взаимодействия пути и подвижного состава.-Учебноепособие.ЛИИЖТ.1963.с.2-63.

49. Янковский А.В:.,Шлыгин М.И.,Литвин Г.А. Проектирование стрелочных переводов.-Труды ЦНИИ ЫПС.вып.27.1948.С17-26.

50. SO. G. ^cLG-kío^u/^ <£¿s<z/?ác//i/?&?c/ Se~¿tceé, ¿os?STÍ

51. ZU/éri¿o/?e/z/ ¿¿e/eztsq^s ¿ tv*^1. ЪУе.f. S¿Z/7?o/?/2 £ /Vecsetisr?^ ¿/г „/Fcse./?aÁn -Ó2.<2Á/?¿Á / /SSO / S.52. 3«££<2.¿¿S? о/упеъ1. C.C7/Z /€creé?-ZÚC/c/d&oc¿ot¿o/z , /W¿se, /0.6yg-éSf

52. J&J ZO^Ä/T fi¿A//C sSO ¿&-SSfailitoy JjSoc. " SS. Jk</*e . /Se* *aza/7lf¿e,2&? ¿¿Oj&feeí&S, гг 2¿}<e¿c¿<2/z^

53. Tezzís ofi./C. /кг/ъсулелт! iJay. ft/ét/r* c/<e

54. Рос/ег* Тгсуур^оог/ ' /У^ A/crtcJ, 4, УгШ

55. Sl.tfotéjer, freu?*. lÓkíoÁesi1. UCJ&6¿) dc 'Sesz