автореферат диссертации по транспорту, 05.22.12, диссертация на тему:Теоретические основы и практические методы расчета прочности и износостойкости пересечений и соединений рельсовых путей промышленного транспорта

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

ДАНШ1ЕНКО Эдуард Иванович

УДК 656.3:625.151.001.24

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ И СОВДШЕНИЙ РШЛЭВЫХ ПУТЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА

Специальность 05.22.12 - Промышленный транспорт 05.22.06 - Железнодорожный дуть

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Днепропетровской ордена Трудового Красного знамени, институте инженеров железнодорожного транспорта имени Ы.И.Калинина

Официальные оппоненты: доктор технический наук, профессор БЕЛЫХ Кии Дмитриевич

доктор технических наук , ПУГРЯ Николай Никитович

доктор технических наук ШАШКОВ Николай Анатольевич

Ведущее предприятие - Ассоциация "ЖРШАЛЛУРГТРАНС" Государственного комитета Украины по металлургической промышленности.

Защита состоится " __1992. 1>. в УЪ часов

на заседании специализированного совета Д.114.03.01 в Петербургском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 9, дуд.7-402.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " Аи^г^л. 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

Е.П.Дудкин

жгтл

СБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

гациЯ ^51^25Щ°£1ь_научного_иссле£ованиял Промышленный яелезнодо-рожшй транспорт имеет важное народнохозяйственное значение. Наряду с автомобильным транспортом на промышленный железнодорошшй транспорт преходится основной объем перевозок, реализуег.т на промышленных предприятиях (более одной трети), причем б ряде от-ре^лей, например в металлургической промышленности, промшленньй железнодорожный транспорт не имеет конкуренции.

Промышленный железнодорожный транспорт выполняет большой объем перевозочной работы и, несмотря на малые расстояния перевозок, по ряду показателей может конкурировать с магистральным железнодорожным транспортом.

Обцзя протяженность промышленных железных дорог к 1592 г. составила 150,3 тыс.км, объем годовой погрузки составляет 12 млрд.т грузов, что почти в' три раза превышает отправку грузов на магистральном Транспорте. На промышленных железных дорогах применяются разнообразнее кснстоукцин соединений и переселений путей более широкого набора марок, чем на магистральном транспорте: 1/3,5, 1/5, 1/6, 1/7, 1/9, 1/11. Лс/хие пересечения используются само: различных углов, в соответствии с индивидуальны!™ нуждами предприятий.

Среди промышленных предприятий иакболь^:й' у,;ельный вес по протяженности железнодорожных путей, объему перевозок, интенсивности движения поездов, количеству стрелочных переводов - занимают. предприятия металлургической промышленности. Протяженность путей металлургических и горнорудные предприятий составляет около 24,5 тыс.км. Стрелочные переводы, пересечения путей и их конструктивные комбинации являются наиболее ответственны.:/ конструкциями пути. На путях предприятий металлургической промышленности они выполняют особые функции, непосредственно участвуют ~ технологическом цикле предприятия, обеспечиьая транспортировку специфических грузов меэду ц.¡хами. От их технического состояния и качества работы зависит весь перевозочный процесс на площадке, а значит и технологический процесс всего производственного цикла. Специфические эксплуатационные особенности технологических путей металлургических предприятий, к которым относятся более низкие, чем на магистральном транспорте, скорости движения

( V = 3-15 км/ч на моткомбинатах и V = 30-50 кц/ч на Г01Сах), сущестгзнно более высокие осевые нагрузки (до 4!ЗЬ+Ь6и кЦ/ось на меткомбинатах и до 260+300 кН/ось на ГОдлх), а такие большое количество кривых малого радцуса - все это предопределяет особые требования к конструкциям соединений и пересечений для этих путей, которые должны учитывать и условия эксплуатации, я стесненность площадки. Разработка и проектирование стрелочных переводов и пересечений пуфей для промтранспорта не долины чдти по дути копирования конструкций, применяемых на магистральном транспорте, они должны разрабатываться с учетом особых условий зкспдуатации, специфических особенностей специального подвижного состава, рационального решения Генплана предприятий.

До настоящего времени в практике проектирования и расчетов дути отсутствуют инженерные методы прочностных расчетов стрелочных переводов, пересечений путей и их конструктивных модификаций. Проектирование и разработка новых конструкций как на промышленном, так и на магистральном транспорте выполняется, как правило на основании учета опыта проектирования аналогичных конструкций, экспериментальных исследований и опыта эксплуатации в пути конструкций-аналогов,а также в немалой степени на основании конструкторской интуиции. Очевидно, что существующая методика разработки конструкций не гарантирует от возможных ошибок, она не дает возможности рационально решать вопросы соотношения прочности и металлоемкости конструкции и, наконец, она не соответствует современному уровню науки. Точно также в практике проектирования соединений и пересечений путей отсутствуют научно обоснованные методы расчетов этих конструкций на долговечность при длительной эксплуатации. Это не дает возможности с достаточным основанием прогнозировать ресурс их работы для конкретных эксплуатационных условий, а следовательно не дает возможности рационально планировать обновление конструкций в пути.

Доэтону разработка научных основ и практических методов расчета прочности и износостойкости элементов конструкций пересечений и соединений путей с учетом полного комплекса эксплуатационных условий, с разработкой методики прогнозирования сил взаимодействия и работоспособности конструкций применительно к заданным условиям эксплуатации, являются в настоящее время весьма актуальными. Решение этих задач позволяет выйти на новый уровеш

научно-обоснованного оптимального прочностного проектирования конструкций с применением компьютеризации, оно должно способствовать улучшен;.» технико-экономических показателей конструкций за счет более рационального использования металлоемкости и наилучшего подбора несущей способности применительно к заданным эксплуатационным условиям.

Диссертационная работа выполнялась автором в соответствии с планами ¿¿¡Р кафедр "Путь и путевое хозяйство" ДШТа и "йелез-нодорокный путь" .ЛЖГа, по заказам Минчермета Украины, института "П1ПР0(Л7и1Ь", ¿¡ТлБ Трансчермет, ¿из им.Войкова, а также Й1С, Приднепровской, Октябрьской и Алма-Атинской железных дорог.

У®^ь_1'ссле^ования^ Разработка теоретических основ и практических методов расчета прочности и износостойкости пересечений и соединений рельсовых а>тей для широкого набора марок крестовин применяемых на путях промышленного транспорта. Разработка практических методов научного прогнозирования сил взаимодействия и износостойкости конструкций на основе комплекса заданных эксплуатационных условий.

^етщика_иослс^ованля^ Объектом исследования являются литые пересечения и еоед..нения путей с крестовинами из высокомарганцо-в/.стой стали различного конструктивного оформления (цельнолитые, сборные с л/.ти:.1 сердечником, цельнолитые с пониженной металлоеы-костью) широкого набора марок (1/5, 1/6, 1/7, 1/9, 1/11), предназначенные для эксплуатации 11а предприятиях металлургической и горно-рудной промышленности, на магистральных дорогах.

Для достижения поставленной цели в работе использованы сле-дук^е методы исследований. Выполнен многосторонний анализ результатов ранее проведенных исследований с использованием методов математической статистики и факторного анализа.

С применением экспер.ментально-теоретических методов исследованы зависимости вертикальных сил взаимодействия, возникавших при движении подвикного состава по неровностям в зоне перекатывания крестовин стрелочных переводов^! параметров этих неровностей и выведены уравнения взаимосвязей.

¿¿ро ведено моделирование процессов взаимодействия подвижного состава и пути в пределах стрелочных переводов и выполнены мно-говарпантнке расчеты сьл взаимодействия с помощью АЭБМ при варьи-

ровашш характеристик пути, подвижного состава и схем взшшо-действ;

Теоретические основы прочностного расчета разновариантных конструкций литых крестовин разработаны на базе положений теории упругости, теории оболочек и складчатых конструкций с использованием теоретических решений отечественных и зарубежных ученых: И.Г.Бубнова, С.П.Тиыошенко, П.Й.Иапковича, Л.В.Александрова, Ы.Левн, Л.Файлона и др Многовариантные расчеты различных конструкций крестовин на прочность выполнены с применением современных ЭВМ типа Ш-РС. При этом были разработаны специальные алгоритмы и программы расчетов.

Экспериментальные исследования проводились в несколько этапов: прочностные на статическую нагрузку в лаборатории" условиях, прочностные на циклическую повторно-переменную нагрузку' в лабораторных условиях, на циклическую усталостную прочность в лабораторных условиях я в пути, динамико-прочностныз и экспдуа-тационные испытания под опытным составом и графиковыми поездами на технологически путях металлургических заводов и на магистральной делезной дороге. Экспериментальное исследования выполнялись с применением методов электротензометрии к современной тен-зометрической аппаратуры. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики.

Эксплуатационные испытания конструкций проведены на технологических путях металлургических заводов Украины, па технологических путях открытых горных разработок Центрального горно-рудного бассейна, на экспериментальном кольце БНИИЖГа, на эксплуатируемых путях Приднепровской и Октябрьской железных дорог магистральной сети. Д/ш обобщенного анализа эксплуатационной работы различных конструкций крестовин по изучению работы крестовин ь пути на горно-рудных предприятиях Северного бассейна (Лппатит-ский ГОК), Криворожского бассейна, металлургических комбинатов Украины, севера России и Урала, а также на келезнодорожшх путях магистральных дорог испольаозапы результаты исследований 1Ша, ДОИТа, ВЙШЖа, 1ЯКБ Трансчермет.

В результат.« выполненной работы определены основные закономерности формирования вертикально неровностей на крестовинах широкого набора марок, используемых на промтрааспор-

ге, установлены зависимости между основными параметрам;) натурных неровностей и крутизной углов, реализуемых крестозннзми; ^формулированы основные функциональные зависимости и выведены универсальные уравнения многофункциональных взаимосвязей между 1араметрами натурных вертикальных неровностей в зоне перекатыва-шя на крестовинах и вертикальными силами взаимодействия, реализуемыми колесами подвижного состава пун движении по крестовшюм различного конструктивного оформления и различной степени изношенности. Разработана практическая методика расчета и прогнози-ювания этих сил, позволяющая определять их с достаточной стернью точности без использования сложных расчетных схем.

Выявлены закономерности кинетики вертикального износа по-шрхности катания крестовин из высокомарганцовистой стали при шзллчных ревизуема узлах разветвления, установлены нэпрерыз-;ые функциональные связи ме?зду износом л факторами экспдуатаци-1ННОЙ работы крестов;:н в пути. Выведены и экспериментально под-■вервдоны универсальные ¿-равнения непрерывкой функциональной 1заикосппзи вертикального износа крестовин с полкш комплексом кспдуатационных факторов, влияющих на этот износ, включая: проученный тоннан, статическую и удельную колесную нагрузку, ско-ость и направление движения, диаметры эксплуатируемых колес, пектр распределения нагрузок в обчём грузопотоке, динамику вза-ыодействия. На основе выполненного ресения разработана практи-еская методика, позволяющая с достаточной степенью точности, же в период начальной эксплуатации или на стадии проектирования ассчптывать и прогнозировать износ крестовин различных марок в ¡обой :.:с;.:е;;г эксплуатации в зависимости от существующих или про-кг'руемьк условий эксплуатации.

Разработана теория расчета внутренних усилий в сечениях ° еле литой крестовины на основе пространственной расчетной схемы кладчатой конструкции, с реиением объемной задачи, при совместим действии продольно-пог.аречного изгиба и деформаций элементов инструкции в собственной плоскости. Составлены алгоритм и .про-рамма прочностного расчета крестовин для современных ЭВМ, поз-элявцая определять рациональные размерные соотношения мезду со-гавлявди:п элементами конструкции из условий прочности. На ос-эве результатов расчетов даны научно-обоснованные рекомен-1ции по оптимизации конструктивных очертаний элементов и узлов

литых крестовин (из условий прочности) для наиболее распространенных марок, которые могут быть использованы еще на стадии проектирования конструкций.

На основе статистического анализа работы в пути представительной партии крестовин (более 300 шт.), эксплуатировавшихся при разных условиях, выявлены и функционально определены зависимости между износостойкостью крестовин из высокоыарганцовистой стали и механическими войствами исходного ггтшша.

Обоснованы критерии оценки прочности литых крестовин из еы-сокомарганцоввстой стали при длительной работе в пути, и разработана методика расчета допускаемых напряжений в литых крестовинах из стали ПОПЗЛ из условий длительной прочности при знакопеременном нагружении для различных характеристик асимметрии цикла и для различного качества состояния поверхности конструкции.

УЕ§1$ткческау_Цй1Ц2!ЛЬ работы состоит в возможности широкого использования результатов исследований научно-исследовательскими, проектными и производственными организациями, а ть.кже отдельными исследователями в научной и инженерной деятельности, все основные выводы и расчетные методики доведены до уровня практического применения.

В результате выполненной работы установлены и систематизированы пределы изменения параметров натурных неровностей (глубина, уклоны) для широкого набора марок крестовин в среднеизношен-ном и предельно изношенном состояниях.

Разработана практическая методика расчета и прогнозирования на инженерном уровни сил взаимодействия между колесами подвижного состава и крестовиной, позволяющая определять значения этих сил при различных скоростях движения подвижного состава без использования AcibU или cibwL

Разработана практическая методика расчета и прогнозирования вертикального износа крестовин различных марок ь зависимости от существующих или проектируемых условий эксплуатации.

Составлены алгоритм и программа расчета для современных оШ и выполнены многовариантные расчет на прочность на УЬМ ibùi-PC с варьированием исходных параметров для литых крестовин различного конструктивного оформления Рои I/o, Р6Ь I/V, Р6Ь 1/11.

Разработаны практические рекомендации но оптимизации очертаний элементови узлов литых крестовин из условий прочности, которые могут бы^ь использованы еще на стадии проектирования конструкций.

Разработаны изготовлены и испытаны варианты новых конструкций стрелочных переводов и литых крестовин для наиболее рас-, пространенных марок, применяемых на путях предприятий металлургической промышленности и .на магистральным транспорте, в том числе: стрелочного перевода компактной длины с криволинейной крестовиной Put> 1/и нТ; крестовин пониженной металлоемкости: P6b I/a ill' обл; Poo I/Ii шО обл. ulu пути); Роо 1/9 knG обл. (ни пути), предложены разработки облегченных острых крестовин Рьо 1/7, Рои 1/ У и тупых крестовин Pöb ¿/ъ, Роо ¿/7.

Разраоотана методика расчета и определены допускаемые величины напряжений в литых крестовинах и пересечениях из стали ШПЗд из условий длительной прочности для различного качества состояния поверхности конструкции.

¿остове2ность_и_обосновшно^ Результаты ис-

следований получены автором на базе комплексных испытаний конструкций (статических, дпнамико-прочностлых, на вкносливось, эксплуатационных) •■ применения современных теоретических и зкс-г.ер,¡ментально-теоретических методов-исследований: с использованием передовых научных достижений математики, теории упругости, теории взапмодей' твия пути и подвижного состава, сопротивления материалов, вычислительной техники, металлографии. -!се результаты теоретических исследований проверены и подтверждены экспериментами. проведение исследований на достаточно широком полигоне конструкций разнообразного набора марок позволяет считать подученные результаты достаточно обоснованными.

Реализация_раооты^ Результаты, полученные в диссертации, реализованы при проектировании, изготовлении и внедрении в эксплуатацию следующих конкретных конструкций пересечений и соединений путей выполненных по разработкам и при непосредственном участии автора: стрелочный перевод Pub I/ö iJT с криволинейной крестовиной (проекты '¿ЬО и конструкция ¿iiil&T); стрелочный перевод Риа I/S иТ с облегченной крестовиной (проект 552, конструкция ЛО промтранспроект); крестовина Pcb 1/9 1JT бесподкла-

дочная (проект 64b, конструкция ЛО Промтранспроект); крестовина Р6Ь 1/9 1Д11С пониженной металлоемкости (проект ОЗл, конструкция ДШТ-АлИПТ) ; стрелочный поревод Р65 I/II Ш1С с крестовиной пониженной металлоемкости для приемо-отправочных путей (проект 031, конструкция да1Т-./1ШШт-дСЗ).

проектирование и изготовление конструкций бшо выполнено на основе прочностных расчетов, разработанных автором и изложенных в диссертации. Всего было изготовлено и уложено в путь более 530 стрелочных переводов и отдельных крестовин конструкции автора, из них более 490 на технологических путях металлургических заводов и ГОКов (марок 1/6 и 1/9).

Научные исследования и разработки автора были осуществлены в рамках нцучно-исследовательских работ, выполненных по заказам Ылнчермета Украины, института "ПШРОСТАЛЬ", liTKB Трансчермет, ШЗ им.Войкова, а также Ш1С, Приднепровской, Октябрьской и Алма-Атинской железных дорог.

Пзготоьление крестовин новых конструкций по разработкам автора осуществлялось на Днепропетровском стрелочном заводе, Керченском металлургическом заводе им.Войкова, металлургическом комбинате "Криворонсталь", изготовление крестовин с улучшением материала выполнено на Новосибирском стрелочном заводе.

Крестовины по разработкам автора были улокены в путь и эксплуатировались на технологических путях перевозки горячих грузов шаклеиского, Комцунарского и Макеевского металлургических комбинатов, Михайловского ГОКа, на цутях Приднепровской, Октябрьско! и Алма-Атинской железных дорог.

Разработанные конструкции компактных переводов с крестовинами Pob I/o позволили сократить размеры путевого развитая при реконструкции Енакиевекого, Комцунарского и Ыакеевского металлургических комбинатов и эффективно использовать промплощадки для размещения металлургических цехов с более мощными агрегатами. Внедрение новых конструкций крестовин пониженной металлоемкости Р65 1/9 и Pûb I/II позволило подучить существенную экономию металла и снизить расходы на изготовление конструкций. Подтвержденный суммарный экономический эффект по реальному объему внедрения разработок автора составил более 1,3 млн.рублей (в ценах до 1990 года). Кроме т.>го, ожидаемый годовой эффект от внедрения новых конструкции литых крестовин Pob 1/9 пониженной металлоемкости и

улучшенной технологичности (по расчетам завода-изготовителя -КМЗ им.Войкова) составит, начиная с 199<: года, не менее 334 тыс. рублей в год (в ценах 19У1 г.). Ряд разработок автора, связанных с темой диссертации, зарегистрирован в качестве изобретений и защищен авторскими свидетельствами (а.с. ],« 117^970 и ;,'•> 142о77а, положительное решение от ¿£.01.90. но заявке и' 47с497у). Материалы диссертации использованы в научно-исследовательских отчетах кафедр "путь и путевое хозяйство" ДШТа и "Нелезнодорок-ный путь" лЛ1(1лТа и при издании 36 печатных научных публикаций. Ряд рекомендаций и методик использованы при написании трех кандидатских диссертаций.

кпройацпя работы, отдельные вопросы, основные положения и материалы диссертации были доЛокены и подучили одобрение па: всесоюзных научно-технических конференциях в Ленинграде по вопросам путевого хозяйства (г.Ленинград, лИЬаТ, 1977, 197У, 19и0, 19о1, 19и6, г.г.); Всесоюзном координационном совещании по пробле-

мам промышленного транспорта в металлургии 1г.1аарнупола, 1990г.); Научно-технический конференции путейцев Алма-Атинской железной дороги и лл^Та £г.Алма-Ата, 19оо г.); Научно-технической конференции Восточно-Сибирской железной дороги и ИрШТа (г.^ркутск, 19о7 г.); заседании »|Дл но стрелочным переводам Министерства металлургии СССР (г.Керчь, КЫЗ, Io.ij3.yjr.); объединенном техническом совещании конструкторов и изготовителей-стрелочников ¡Икнете СССР (г.Керчь, КмЗ, 30.G6.b9r.); технических совещаниях по конструкциям стрелочных переводов для промтранспорта в институте Т/ЫРиСТАлЬ" (г.Харьков, 09.Uii.90r.); на Криворожском металлургическом комбинате (г.Кривой Рог, ¿4.0Ь.9иг.); научных семинарах кафедры "¿{уть и путевое хозяйство" ДО1Та (г.Днепропетровск, 19841991 г);созещанаи по проблемам промтранспорта г.Мариуполь 07.04.92

Ь целом диссертационная работа была рассмотрена и одобрена на: заседании кафедры 'Муть и путевое хозяйство" ДИмТа (г.Днепропетровск, заседании кафедры "Промышленный транспорт и АлП" Ми&а (г.Санкт-Петс^бург, ¿¿.01.92 г.); объединенном заседании кафедр "Промышленный транспорт и АШ" и "йелезнодорокный дуть" ^ШдТа (г.Санкт-Петербург, 26с02.92г.); объединенном техническом совета ассоциации "Укрметаллуогтранс" с участием ДДеТИ, д^МТа (г.Днепропетровск, 17.03.9^г.).

Публикации^ iio материалам диссертации оцубликоваьо 26 работ в том числе .2 изобретения. Общим объемом 26 печатных листов. (Одна работа опубликована за рубежом на немецком языке в «урнале D£T DIE EISENBAIWTECHNIK ). Основные положения диссертации отражены в научно-технических отчетах.

рб>ем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, общих выводов и предложений, списка литературы и приложений. Обьем диссертации составляет страниц учитывае-

мого машинописного текста, страниц таблиц, страниц

рисунков. Список использованной литературы составляет наименований. Вспомогательные материалы к главам диссертации, акты внедрения, документация по экономической эффективности работы выделены в отдельный том приложений объемом страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение посвящено обоснованию значимости рассматриваемой тематики, обзору научных школ по вопросам соединений и пересечений рельсовых путей, формулированию цели исследования.

Специфика работы предприятий металлургической промышленности обуславливает необходимость рассматривать соединения и пересечения цутей на производственной площадке как совершенно необходимые конструкции, которые непосредственно участвуют в обеспечении функционирования основного производства. Обоснование и проектирование конструкций пересечений и соединений цутей представляет собой слокцую научную и инженерную задачу особенно в том случае, если иметь целью разработку конструкций оптимальной прочности, надежности и металлоемкости.

Вопросами научного обоснования конструкций соединений и пересечений рельсовых путей занимались многие отечественные ученые-профессора А.А.ХрлодецкиЙ, Н.Н.Гордиеико, Е.А.Гибшман, и др. В современный период развития стрелочной ндуки большой вклад в вопросы разработки проектирования, расчетов и исследований стрелочных переводов и пересечения цутей внесли ведущие ученые транспортной науки: профессора Г.М.ка..унянц, С.В.Амалин, М.В.Березовский, В.И.Ангелейко, М.А.Чериышов, а.д.огрищман, В.ш.иковлев, M.il.Смирнов, К.Д.Велых, Н.Н.Ц/тря, &.Д.Волошко; научные сотрудники и инаеиеры: А.К.Ьнковсккй, М.И.Шлыгин, А.Н.Стаханов, Г.А.Литу

вин, Б.В.Миконл, Г.И.Иваценко, И.П.Семенов, Н.Н.¿ясаков, А.С.Хо-ружий, А.Н.Конаков, Ü.H.Петров, В.П.Демидов, Ю.Ц.Глокман.л.В.Лебединская, В.В.Говоров, А.В.Ыаройко.

Большую и полезную работу по разработке и совершенствованию конструкций стрелочных переводов ведет больная группа ученых и инженеров-стрелочников в различных научно-исследовательских центрах страны. Во ЗНИМпТе: д.т.н. Б.Э.Глюзберг; к.т.н. А.Ы.Тей-те,.ь, Г.Г.Ыелнин, л.Г.Крысанои, Б.И.Шахов; научные сотрудники: В.Г.Донец, М.И.Титаренко, В.П.1лихайлова, Н.А.Колонина i" др.; в ПротрансНШпроекте и ПТКБ Трансчермет: к.г.н. Б.А¿вдокимов, А.П.Рив-кин, Л.Л.Андреева, Г.¿.Коляда, Ь.й.Колоднг-í; а лийлТе- к.т.н.: В.И.Абросимов, Л.Н.¿ролов, В.В.Г'ниломедов, А.Н.Трофимов, Г.Г.Андреев, Г.й.Агафонов, M.iJ.Козловский, В.Г.Воробьев; в дЖГч: к.т.н. Р.С.ллповский, А.П.Татуревич, А.Н.Орловский, В.П.Гнатенко, Г.А.ьвтюхов, А.Л.Трякин; в БелкшТе: к.т.н. К.К.Смыков, Н.В.Бубликов, i..¡1.Войтович, ¿.В.Скрежендевский, П.В.Ковтун.

Отдельно следует отметить специалистов, занимающихся вопросами улучшения качества стали "ля соединений и пересечений путей и внесших весомый вклад в решение этой проблемы. Ь этом направлении работают: д.т.н. ¿.к. 1дур, А.А.Дерибас, Е.'И.Пряхин; к.т.н.: Р.З.Кац, л.и.Красиков, Н.ы.йптекарь, ii.h.Самарин, В.Б.Белоаодский, научные сотрудники и инхенеры: А.З.Дьяченко, А.Г.Даренко, А.Г.Коган, И.Н.Клещева и др.

Ряд специалистов стрелочников успешно работает индивидуально в других научных и производственных центрах страны, среди них: к.т.н. А.А.Симон, Д.А.Акользин, В.Ы.лнин, В.В.Говоруха, Т.М.Мна-лимов, Г.К.Нилин, Й.Т.Чабанюк, П.В.Левадный, А.В.Соценко; инженеры: Г.А.Ткалич, В.Г.Васильев, С.а.Степченко, А.Р.Солодовник, А.В.Водянов л др.

При работе над диссертацией автор пользовался результатами • исследований вышеперечисленных'специалистов. При решении теоретических задач использованы фундаментальные работы ведущих зарубежных и отечественных ученых-расчетчиков в области взаимодействия пути и подлинного состава, работы подрельсового основзния, теории упругости, теории проектирования конструкций: и.Г.Бубнова,С.И.Тимошенко, П.^.аалковича, М.леви, л.Файлона, Н.Ы.Беляева, В.ii.Ногаева, В.А.лазаряна, Г.Ы.Ыахунянца, М.а.Вериго, В.Н.Данилова,

Е.И.Блохнна, В.Г.Альбрехта, В.б.Яковлева, А.И.Когана, и.И.Ьршко-ва, М.П.Смирнова, К.Д.Белых, В.Д.Дановича, Н.С.Никерова. Использовались такие труды ведущих специалистов в области надежности железнодорожного пути, работы цодрельсового основания: профессг-ров Н.Ч.Карпущенк'), З.Л.Крейниса, Т.Г.Нковлевой, И.Ь.ирокудина; к.т.н. В.С.лысика, А.И.Гасанова, Г.Г.Кониша и др.

приведен обзор современного состоят-1 'I проблемы соединений и пересечений железнодорожных путей на промышленном транспорте, рассмотрены особенности их эксплуатации на путях металлургических и горнорудных предприятий, намечены перспективы развития конструкций, сформулирована постановка задач исследования.

Сравнительный анализ эксплуатационных условий для отечественного и зарубежного рельсового транспорта показывает, что:

- реальные удельные нагрузки от колес на железнодорожных путях горнорудных предприятий (Р/<1 141,2 + 169,и кН/м) в 1,1-1,32 ра- 1 за превышает разрешенную величину нагрузки на магистральных дорогах. Такие ке нагрузки на технологических цутях металлургических заводов, достигающие Р/А = 351 кЦ/ы, до 2,7 раз превышают ту же нагрузку;

- при этом разрешенная удельная нагрузка Р/6. 126,76 кЦ/м на магистральных дорогах отечественного транспорта (в расчете на типовой диаметр вагонного колеса 0,55 м) в 1,35-1,46 раза превосходит нормативы, установленные на дорогах Западной Европы, а реально допускаемая нагрузка на интенсивно эксплуатируемых участках отечественных дорог Р/с1 = 142,0-147,5 кД/ы - находится на уровне предельных нормативов дорог Ша.

Сравнивая величину действующих колесных нагрузок, следует учитывать, что средняя грузонапряженность на дорогах ОДА в 4-5 раз ниже, а на западноевропейских дорогах в 5-10 раз ниже, чем на отечественных магистральных дорогах. Грузонаирлженность на наиболее интенсивно эксплуатируемых технологических цутях металлургических заводов составляет 30-37 ылн.там/км в год, а на путях ГОКов - 40-45 шш.ткы/км в гом, что выше, чем среднесетевая грузонапряженность магистральных дорог.

Динамику изменения средней иогошюй массы рельсов, определяющую мощность конструкции в обычном пути и на стрелочных пере-

йодах, для путей пропыленных железных дорог и путей ivkiC за последние lu лет моы;о проследить из рис.1. Анализ показывает, что несмотря на тямелые условия эксплуатации, имеет место устойчивое отставание мощюстп рельсов на стрелочных переводах (54,4 кг/ г.ог.м) от мощности рельсов примыкающих путей (¿о,4 кг/пог.м). Имеет место такте отставание моодости стрелочных переподов путей промышленного ;:;елезнодоро;1мого транспорта предприятий металлурги .еской прс1>:ы:лленноети (трансчеркета) от магистрального транспорта, где средняя исгонная масса рельсов в стрелочных переводах u 1991 row составляла bu,и кг/пог.м.

¿¡евду тем соединения и пересечения путей, стрелочные переводы в частности, являются наиболее ответственными конструкциями нерхнего строения пути, на которых реализуются, наибольшие динамические силы взаимодействия, отп силы могут вызывать провде-временные расстройства и выход конструкций в случае несоответствия их мощности обращающимся нагрузкам, или наоборот, при чрезмерной мощности и жесткости конструкций - будут вызывать повышенный износ и расстройства подт-.кного состава. Требования при проектировании стрелочных переводов и их конструктивных комбинаций для лредприятп" металлургической промышленности долгшы учитывать не только всприсы прочности и долговечности конструкций, но и специфику генерального плана предприятии, главной задачей которого является экономия дорогостоящей производственной площадки. Последнее требует компактного ресения путевых схем и компактных стрелочных переводов малой длины с крутыми углами ответвления. С другой стороны, при проектирован::;; указанных стрелочных переводов и пересечений цутей требуется учитывать специфику экс члуатационных условий, и том числе более высокие колесные нагрузки, и одновременно существенно меньшую динамику взанмодей:т-впя по сравнению с магистральным транспортом. То есть, проектирование таких конструкций для предприятий металлургической и горнорудной промышл KHOCTii не долино идти по пути копирования конструкций, применяемых на магистральных дорогах.

па рельсовых путях 'трансчермета используются соединения и пересечения путей с широким набором углов разветвления, характеризуемых марками крестовин 1/3,о; 1/5, 1/6, 1/7, 1/9, I/II, ¿/9, ¿р, ¿¡/о. Наибольшее распространение имеют стрел очные переводы с крестовинами марок 1/9 и 1/7, доля которых в общем количество

Динамика изменения средней погонной массы рельсов в духи и на стрелочных переводах для путей 1ЖГ и ШС

80

60

20

Ж.0. пути ПЖТ и Трансчермета

»».им, стрелочные Релжьсы перевозы

64,8

5"|,0

12,3

зз,<|

стрелочные

РеАЬСЬ1 псрсВвЗы _• -* >

ж.З. пути МПС

55,3

56,1. "

58,9

стрелочные перевоЗы

36,0 П 31,0

ЙД

31,9

37.5

50,0

5Т..Ч

37,6 И,8

'.6

25,6

52.0

<8.0

4.6

50,0

73,Н 51,1

2Е.Е

■13,7

стрелочные персВоЗы

£ЗЕтСи

27.1

ср Р65 Р50 Р« Р65 Р50 Р« ср ср Р&5 Р50 Р\3 РС5 Р50 Р« ср Р65 Р50 Р^ТТ" Р63 Р50 Р^'Тп^ типы рельмб и '--—--' -у-1 »-,—с—» >--у—!х—< стрел. переЫо&

«81 1390 4931

£3 Бее гути ПЖТ Ш средняя погонная имей рельсо&

О пути Трансчермета I количество рельсо5 Ь елобных пут8х

§ Средняя гигонная масса стрелочных переводов

Рис.1

1390

«оЗы

Таблица I

Сводные данные по хотачеству стрелочных переводов уложенных а дуть на предприятиях Трансчеруета " . ' _ Стрелочные переводы, число комплектов

регионы"1^ " ""ZfL^I"""

1/Я5 1/5 1/6 1/7 1/9 I/II 1/5 1/6 1/7 1/9 I/II 1/5 1/6 1/7 1/9 I/II

^еТралсчериета'стра- 16 1069 I19cJ 12262 4078 93 199 167 4375 15020 194 301 74 2109 9490 94 ны

лургических предприя- 16 1021 1190 10950 1901 60 197 164 4149 10930 96 74 1972 5161 47 тиях

^-^предаи!0- 2 - 609 2496 'l5 - 47 3242 45 - - 96 2000 20

^ 2ти®ТаЛЬНЫХ П?0ДПРИ" " 46 - 803 Iöl 18 2 - 179 tod 53 17 - 119 2329 27 Всего на предприятиях

Трансчерцета Украины 13 333 1002 3676 1655 33 157 Ы 2625 5699 _92 165 55 1036 3460_ 40_

В том числе на металлургических прэдприл- 13 333 1002 3372 633 24 157 78 2573 3517 25 162 55 950 1352 16 тиях

В том числе на горнорудных предприятиях - - - 146 908 - - 3 29 1697 32 - - 41 1203 1С

На остальных предприятиях_________________-___ - - 160 64 14 - - 23 4Ь5_ 35 3__45 905_14

Всего стрелочных переводов на предприятия Трансчермзта 5I4I9 (ГОКи -г536, Ыеталлзаводы - 39120) В том числе на украины (ГОКи -4С69, Ееталлзаводы - 14272)

уложенных переводов составляет 93,Ь % (табл.1).

В качестве-основной конструкция для острых крестовин приняты кесткпе желобчатые цельнолитые крестовины с неподвижными элементами из высокомарганцовистой стали ЫОИЗл. Цельнолитыми изготавливаются и тупые крестовины для глухих пересечений перекрестных переЕодов и съездов с различными углами крестовин. Значительно реме используются крестовины сборные типа обцей отливки сердечника с изнашиваемой частью усовиков, частично применяются крестовины сборно-рельсовые из рельсов Р43.

ари разработке и проектировании новых конструкций' пересечений и соединений путей всегда щ годится решать три принципиально различные, хотя и взаимосвязанные задачи: выбор очертаний конструкций в плане, конструирование продольного профиля и конструирование поперечных сечений. Если первая из указанных задач решается геометрическим расчетом, вторая - теоретическими расчетами взаимодействия колеса и конструкции и экспериментальными исследованиями траекторий перекатывания, то третья задача, связанная с конструированием поперечных сечений, из-за отсутствия инженерных методов прочностного расчета стрелочных переводов и пересечений путей, до настоящего времени в отечественной практике проектирования как на промышленном, так и на магистральном транспорте решается, как правило, на основании учета опыта проектирования аналогичных конструкций в отечественной и зарубежной практике, экспериментальных исследований, конструкторской интуиции и опыта работы в пути конструкций-аналогов. Очевидно, что существующая методика разработки конструкций не гарантирует от возможных ошибок, не дает возможности выбрать оптимальные очертания поперечных сечений и не соответствует современному уровню развития науки.

Такое положение, по мнении автора, является ненормальным. Оно не позволяет оптимально выполнять прочностное проектирование конструкций, не позволяет рационально решать вопросы соотношения прочности и металлоемкости конструкций, надежности их работы на длительном периоде эксплуатации.

Обобщение и анализ исследований, касающихся проблем длительной работоспособности соединений и пересечений путей, показали, что в практике проектирования этих конструкций отсутствуют также инженерные методы расчетов их на долговечность при экспду-

атацип в пути во взаимосвязи с .условиями эксплуатации.

Вышеприведенные выведи определили постгшвку основных задач настоящей диссертационной работы.

В качестве сопутствующих задач поставлены:

- исследование и разработка практических методов расчета елл взаимодействия во взаимосвязи с параметра;.!«- вертикальных неровностей в зоне перекатывания:

- исследование износостойкости литых крестовин уз высокомарганцовистой стали в зависимости от качества исходного металла;

- определение критериев прочности в литых крестовинах пр:. работе их на длительном периоде эксплуатации в условиях воздействия повторно-перемоншх нагрузок;

- исследование упруго-динамических характеристик рельсовых нитей в пределах стрелочных переводов различных марок.

решены вопросы исследования вертикальных неровностей в зоне перекатывания на крестовинах различных марок и взаимосвязи параметров этих неровностей с реализуемыми углами разветвлении и сила;.5.1 взаш/Ю^ействия. Неровности изучались по вертикальным траекториям перекатывания колес по крестовина;.: различной степени изношенности, от средне;:зно^ешшх до сильно изношенных, с износом близким к предельно допусаеиому.

/анализ боль-ого объема исследований по вертикальны;! неровностям на стреловых переводах, _ выполненных .ШиаТом, В1МКдТом, Д>1Том, обобщение и статистическая обработка! результатов массовых измерений траекторий перекатывания колес по крестовинам различных конструкций и марок, позволил автору систематизировать обширную информацию по неровностям и установить наличие зависимости основных параметров неровностей (глубина, уклоны, длина) от реализуемых углов крестовин (или их марки).

¡.1атематическая обработка натурных неровностей крестовин одного типа рельса Р65 и широкого набора марок 1/5, 1/6, 1/7, 1/9, 1/11, с расчетом величин встречных уклонов ¡-ЕСТр , суммарных уклонов на переломе неровности , длин неровностей Ь , с дифференциацией неровностей по направлению движения (пошерстное Ш1, или противошерстное 1]Рш) и по степени износа крестовин (средне-изнощенные и максимальноизношенные), дала возможность определить вид функциональных зависимостей длины неровности,встречных и

суммарных уклонов неровностей от реализуемого угла разветвления на крестовинах. ; 1МТ = \(1дА) ; (см.

рис.£).

На следующем этапе была решена задача по установлению взаимосвязей между параметра.« неровностей и силами взаимодействия, реализуемыми колесами подвитого состава при движении по ним. В качестве основы решения этой задачи бьши использованы фундаментальные исследования профессора д.т.н.В.Ф.Яковлева по изучению влияния неровностей на силы взаимодействия на крестовинах массового использования Р65 1/11. Используя установленные методами корреляционного анализа взаимосвязи между динамическими силами и отдельными параметрами неровностей для дискретных значений скоростей движения, автор, применив графо-акалитический метод решения задачи и расширив область исследования, в конечном итоге подучил уравнения непрерывной многофункциональной связи между реализуемыми силами взаимодействия и полным комплексом параметров, описывающих неровность, с учетом условий эксплуатации в виде скорости и направления движения. Общий вид зависимости

лРк^,*. КЛ) 4

Конкретный вид универсальных уравнений многофункциональных связей между силами и параметрами нерогностей в зоне перекатывания для различных условий движения получен следующий: при поверстном ЦШ1) движении:

-*-0,0ЧЦ0,«2УК- 3,826К-0,7'|7 <0*,У1+0,555V•«■36,2 при протирошерстном (иРЫ) движении : дРк-0,227 21+ 0,23'17^0лл21.+010055((ьс)1+010363и1ьс--1,05ибс+ 3 ^

+ 0,0721^ + 0,4688Ук-«(.8гЦ к - О.Т^О^уЧ 0,638 V* 35,85

Используя уравнения (3) и (2) и имея детерминированное очертание вертикальной неровности, можно с достаточной вероятностью вычислять значения динамических сил в контакте дРк , обусловленных этой неровностью, при заданных значениях скорости движения и направления. Нолученьые уравнения позволяет прогнозировать величину сил на крестовинах на любом этапе их эксплуатации в том случае, если у исследователя имеется аппарат прогнозирования разви-

то

_____ Imw« »tfpo$*o«mti С, и«

Рис. 2

тия неровности на этом периоде.

Дг тьнейаие. исследования показали, что уравнения (2) и (3) в приведенной виде дают весьма близкую сходимость с расчетными значениям!: тех же сил, получаемых известными методами расчета с применением АЭВМ, для тех неровностей, параметры которых не выходят за пределы базового интервала, на основе которого сформулированы исходные зависимости профессора Б.й.Яковлева. Причем это не зависит от марки крестовины, имеют значение лишь параметры неровности. Для возможности применения уравнений многофункциональных связей (2) и (3) к более широкому полигону натурных параметров (для более пологих или более крутых неровностей) была выполнена корректировка этих уравнений на основе проверки значений сил дРк расчетами на маыинах АВК-2 в приложении к конкретным натурным неровностям крестовин ь!арок 1/7, 1/9, 1/11 для среднеизношенных и максимальноизноаеннкх крестовин.

В результате получены откорректированные универсальные уравнения многофункциональных связей дРк = | (¡.В( ¡Ел, И, V) , позволяющие выполнять расчеты сил взаимодействия для диапазона параметров неровностей каждой марки крестовин 1/7, 1/9, 1/11. Результаты расчетов сил по уравнениям проверены расчетами на ЭВМ и экспериментальными измерениями. Сходимость результатов в пределах исследованного диапазона скоростей V = 10-120 км/ч (с ограничением скоростей по каждой марке крестовины установленными нормативами) получена удовлетворительной, в пределах 3-Ь %, что дает основания рекомендовать применение подученных уравнений для прогнозных расчетов сил Езаимодействия на крестовинах.

Приведенная методика имеет основания к применению и на других конструкциях соединений путей, например для расчета оил при движении по стрелке. Различие будет заключаться только в индиви-' дуальных особенностях неровностей данной конструкции и количественных соотношениях между параметрами общего уравнения (I).

3_тт)етьей_главе диссертации выполнено исследование износа крестовин. Этот раздел имеет прямую логическую связь с предыдущей главой. Износ поверхности ка.ания непосредственно влияет на формирование вертикальной неровности, увеличение износа по мере эксплуатации ьонструкцин вызывает изменение основных параметров неровности (глубины, уклонов) и, как следствие, ведет к измене-

кии сил взаимодействия. Поэтому для решения комплексной задачи по прогнозировании сил взаимодействия на крестовинах в каждый конкретней период эксплуатации, необходимо изучить количественный механизм нарастания вертикального износа на поверхности катания и установить взаимосвязи параметров неровностей с износом.

Последняя задача ранее реыека проф. В.а.Яковлевым при исследовании натурных неровностей крестовин массового производства. В данном разделе автором реаена проблема количественного механизма износа крестовин во взаимосвязи с комплексом конкретных эксплуатационных факторов, при которых они работают.

Исследовав общие закономерности кинетики износа жестких крестовин различных конструкций из высокомарганцовпстой стали, и обобщив материалы ранее выполненных исследований, автор прицел к выводу о том, что известная зависимость меяду верти,калшьм износом крестовин и пропущенным тонна ,:ем

К=аУТ+6Т (4)

наиболее правильно отражает физическую сущность явления износа. Указанной зависимости с достаточной точность» удовлетворяют экспериментальные кривые износа жестких крестовин различных игрок и типов, подученные различными авторами при исследовании работы в пути крестовин марок от 1/5 до 1/Хс! в условиях как промышленного, так и магистрального транспорта. ' _ ••

Однако, практическое использование зависимости (4) для определения износа конкретных крестовин, работающих в конкретных условиях эксплуатации фактически невозможно, так как, во-первых, уравнение (4) устанавливает зависимость износа только от одного эксплуатационного параметра и, во-вторых, как показали исследования, коэффициенты " й" и " 8 " в формуле (4) долины иметь самостоятельные конкретные значения для каждой конкретной конструкции. Они изменяются в зависимости от типа и марки крестовин, их конструктивного оформления и, что-не менее важно, они изменяются в зависимости от условий эксплуатации.

В выполненных ранее исследованиях отсутствуют практические рекомендации к определению указанных коэффициентов " а" и " 6".

Таким образом, задача состояла в том, чтобы установить функциональную взаимосвязь ые;хду эксплуатационными условиями, в которых работают крестовины, и величинами коэффициентов "а" и " Е ". Для рееения поставленной многофункциональной задачи автору

потребовалось проделать большой обьем вспомогательных исследований и расчетов, обратиться к методам факторного и логического анализа, проделать болыцую снстематизационную работу по обобщению ранее выполненных исследований. С целью установления общих закономерностей,исследования были проведены на крестовинах с сильно различающими^ углами разветвления:марок I/o, 1/9, I/II, при их работе в резко отличающихся условиях эксплуатации на технологических путях металлургических заводов, на путях ГОКов и на путях магистральных дорог. Б целях большей объективности исходной информации для анализа были приняты результаты эксплуатационных испытаний различных исследовательских фирм (JfflliaTa, IlPûU-ТРАНСКШхРОйСГА, ШШа), а также собственные испытания автора. Базовыми для решения поставленной задачи явились исследования автора по износу крестовин типа Р65 марки 1/6, проведенные на технологических путях перевозки горячих грузов Енакиевского металлургического завода. Специальная постановка эксперимента позволила детпьно учесть все эксплуатационные факторы, влияющие на износ крестовин, в том числе: пропускаемый тоннаж Т, , колесные нагрузки PL , диаметры колес подвижного состава <it , спектр пропускаемых колесных нагрузок, интенсивность движения грузопотоков, скорости движения поездов Vt .

В дальнейшем, сформировав исходные положения для построения расчетного аппарата на основании: обидах закономерностей кинетики износа крестовин, определения факторов влияющих на износ, их интеграции в обобщенную комплексную характеристику, дифференцированного подхода к крестовинам различного направления движения, автор, применив методы графо-аналитического решения и логического анализа, установил вид функциональных зависимостей коэффициентов "а" и " Ь" уравнения (4) от комплекса эксплуатационных факторов, выражаемого интегральной обобщенной, характеристикой ^(pvQl ' отражающей конкретные условия для каждой конкретной конструкции.

мДГ-Wi-iw+WI

г ( 5 )

Bl-A-Sin(u-'U(n!)^yl)+(Kl)t J f

где обобщенная характеристика эксплуатационных факторов принята

Ь 11 «JklllVт) ^ аРК • bi , .

u(pvU =-П- + -i--С Ь )

w —ZI— + —J— 9 £p(0 depCT)

2t

Сравнение расчетных :: натурных кривых износа для крестовин Р65 1/6, эксплуатируемых на технологических путях перевозки горячих грузов ¿МЗ (нату-ные кривые показаны толсты;«! линиями)

Рис. 3

В формулах (6) и 16) обозначены: Рф(Т) , Уг?(г) , ¿Ср(т) ~

средневзвешенные по тоннаад значения соответственно: колесной нагрузки, скорости движения и диаметра колес пропускаемого по крестовине подвижного состава;. Ар* - динамическая добавка контактной силы от вертикальной неровности на крестовине \ йЬ - ьремя действия динамической силы; д - ускорение силы тяжести; К, , С, , - числовые коэффициенты уравнений (5),определяемые расчетом и имеющие конкретное значение для каждой конкретной марки крестовин определенной конструкции; А, и!, - соответственно амплитуда, круговая частота и фаза смещения относительно начала координат синусоиды по уравнению которой изменяется величина ^ . Таким образом, в результате было выведен новый аналитический вид зависимости, выражающей непрерывную функциональную связь износа крестовин к. с полным комплексом эксплуатационных факторов, влияющих на него на всех этапах эксплуатации. _

h=

K<Vk+c<?I

л Sin

-u.

max

Л-Sii/

Ш

\ л ■

I »mat mi«

Л* №.

т CO

'Аналитический вид зависимости (7) был полностью подтвержден ис-иследованнями износа крестовин марок 1/9 и I/II при резко отличающихся условиях эксплуатации. Экспериментальная проверка этой зависимости на крестовинах всех трех исследованных марок 1/6, 1/9, I/II применительно к износу сердечников или усовиков ьо всех случаях дала хорошую сходимость с экспериментальными кривыми из-носаСв пределах 7 %, см.рис.3). Таким образом установлено, что выражение (7) является справедливым для определения величины износа на крестовинах любой марки и типа в любой момент экспдуата- . цпи. Выражение (7) может быть использовано при прогнозных расчетах вертикального износа крестовин на любом этапе эксплуатации.

Предложенная методика определения износа на крестовинах монет б.ть распространена на другие конструктивные элементы соединений и пересечений путей, например для определения износа остряков и рамных рельсов в стрелках. Требуется только корректировка количеств енных соо тношеннй.

выполнены расчеты на АЭ3^1 сил взаимодействуя система окша;:;-цуть при движении по крестовинам шро-

кого набора марон предприятий металлургической промышленности. В этом разделе излагается методика расчета и выполнены сами расчеты динамических сил при движении но натурным неровностям крестовин типа Р&Ъ марок 1/7, 1/9, 1/11, имеквдйс разную степень износа (от средноизношенных дс ыаксимальнопзношенных) и разные ус-иовил эксплуатации (пошерстное и противоаерстное направления движения). Для возможности сравнительного анализа все расчеты выполнены на воздействие одинакового экипажа - 4-х ссного грузового вагона на тележках ЦШхИ-ХЗ, т.е. того, который находится в обращении на путях магистрального и промышленного транспорта. Для оценки работы конструкций.под воздействием других экипажей для крестовин марок 1/9, 1/11 выполнены такие расчеты на воздействие думпкаров '¿ИС-&0 и ЬС-65, используемых на горнорудных предприятиях. Динамическое воздействие экипажей технологических цутей перевозки горячих грузов не рассматривалось ввиду того, что в диапазоне реализуемых на этих путях скоростей движения V = Зт-о кц/ч процесс взаимодействия близок к статическому за-грукению.

Исходя из цели выполняемых расчетов, состоящей в получении возможно более точных результатов.но силам ЕзаимодейстЕИя, необходимых для проверки прогнозных расчетов сил по уравнениям^) и (3) раздела 2, автор после тщательного анализа возможных рссчетных схем принял к расчету две принципиально различные схемы, одна из которых учитывает колебания экипажа в продольной плоскости, другая в поперечной, т.е. фактически были учтены пространственные колебания экипажа.

В принятых расчетных схемах з 1тено влияние соседних колес тележки и колес второй тел..жки, влияние соседней рельсовой нити и переменной в пределах длины стрелочного перевода, жесткости рельсовых нитей. Кроме того, был проведен тщательный расчет исходных параметров упруго-динамических характеристик рельсовых, нитей в пределах стрелочного перезода для различных конструкций крестовин, в том числе цельнолитых, пониженной металлоемкости и "¡борных. Механические параметры подвитого состава были приняты по фундаментальны.! источникам динамики подвижного состава. Все это позволило получить достаточно надежные результаты по сила!/ взаимодействия, имеющие сходимость по различным расчетным схемам в пределах йР = ы-17 кН или 3*5 % на одно.колесз. Сравнение ре-

Сравнение результатов расчета сил на АЭВЫ и по уравнениям (2.34) и (2.36^ для неровностей крестовин различных марок и разной степени, изноыенности

лР/>1

360 320

типсбые кресоЬинм

— АЭВМ _ ~ по формуле с корректироБлои

облегченные крестоЕины

_-— АЭВМ _

— по формуле с корректировкой

У^ПШ 1=8,0

2,78(40) 6,9425) <1,^0) <6,7(60) 22,2(30) 27,«(-100)

V, »Ус (км/ч)

Рис. к

зультатов расчета с экспериментальными данными также дало удовлетворительную сходимость в пределах IG-I7 "/а.

После проведения вышеизложенных подготовительных исследований были выполнены многовариантные расчеты сил взаимодействия для натурных неровностей среднеизиогенных и макснмалыюизношен-ны:' крестовин марок 1/7, 1/9, I/II, описанных в разделе 2. Результаты расчетов сил на АЭЫ.1 совместно с экспериментальными данными по определению тех же сил на реальных крестовинах в пути позволили выполнить проверку расчетов с.и по уравнениям многофункциональной зависимости полученным в разчйле Сходимость решений получена весьма удовлетворительной, в пределах 3*9 %. Некоторые результаты сравнительных расчетов приведены на рис.4.

§_25™L'_E22£2:5§ Диссертации рассмотрены вопросы прочностного расчета литых конструкций пересечек..й на примере жестких острых цельнолитых крестовин. Такие крестовины, как отмечено з разделе I, ¡'¡меют преобладающее распространение на рельсовых путях предприятий металлургической промышленности. При разработке теоретических основ прочностного расчета крестовин автором исаодь-зованы фундаментальные работы по теории упругости отечественных и зарубежных ученых И.Г.Бубнова, С.П.Тимошенко, il.Попковича, А.Б.Александрова, М.^еви, Л.^айлона, Д.Г^'дьера. Для расчета еы6-ран наиболее ответственный участок крестовины-зона перекатывания колес с усовшса ка сердечник (или в обратном направлении). Схематически вес., расчет разделен на 3 отапа: на первом, основном этапе, рассматривается расчет конструкции на статическую нагрузку» на втором этапе вводится учет динамики взаимодейстзия и упругого основания, ка третьем этапе дополнительно рассматривается расчет внутренних усилий и деформаций в зонах ослабленных участков облегченных конструкций пониженной металлоемкости.

Статический расчет крестовины выложен :.о методу перемещений с использованием разложения неизвестных перемещений в тр«го-нометрические ряды, введенных в практ><лсу расчетов теории упругости Й.Леви, л.Оайлоном, 0.П.Тимошенко. идл расчете крестовина рассматривается как частный случаи складчатой оболочки, при этом используется реиение _.роф.А.В.Александрова для складчатых плг.т-нобалочных конструкций с разработанной км системой вспомогательных функций, позволяющих вычислять реакции на кромках элементов

от введенных единичных смещении узлов конструкции. Принятый для расч-зта метод позволяет учитывать любые действующие силовые факторы и соответствующие км деформации,возникающие в сечениях складчатой оболочки, причем деформации учитываются точно, как для действительной континуальной' системы рассматриваемого типа, так как для описания деформаций пластин и других элементов, входящих в состав оболочки, используются решения теории упругости.

При выборе расчетной схемы были рассмотрены несколько вариантов, особенности каждого из которых определялись местом расположения внешней нагрузки и рассматриваемым контуром поперечных сечений конструкции. Всего в предварительных расчетах было рассмотрено б расчетных схем с варьированием количества неизвестных смещений от 18 до 44 при трех основных вариантах расположения нагрузки: только на сердечнике, на уссчике и сердечнике и только на усовике.

В дальнейшем при рассмотрении ; словий перекатывания колес на крестовине, с учеюм особенностей конструкции, ее опирания на опоры и результатов экспериментальных исследований по распределению сил на крестовинах, для детальных расчетов была выбрана следующая расчетная схема, представленная на рис.5.

При расчете крестовины по -принятой методике конструкция в пределах расчетного участка путем продольных разрезов условно разбивается на отдельные элементы, которые считаются соединенными вместе нег^ерывно-распределеннкми упругими связями. Эти элементы классифицируются как пластины или брусья. Основная система рассматривается как система с закрепленными узлами. Для осуществления расчета по направлению вве,"энных связей, закрепляющих узловые линии, задаются един-чные смещения в виде функции, охватывающей перемещение всех точек узловой линии, вместе с введенными фиктивными связями. В кавдом узле предполагаются четыре неизвестные функции, выражающие линейные и угловые перемещения по направлению введенных связей. Неизвестные функции поперечных перемещений и углов поворота ZL(x) и функции продольных перемещений Zj(x) раскладываются в тригонометрические ряды соответственно по синусам и косинусам: 7 фГ^^п^; Z,(x)= zTzf-Cos^-.

1 1 I м Гу И-4 i I

Единичные реакции в узлах конструкции ^ £ , за которые принимаются кромки смежных элементов, находятся с помощью системы вспомогательных функций проф. A.B.Александрова.

Суммарные обобщенные реакции определяют как работу реакций, полученных для единичного смещения на действительных перемещениях 2, ; по направлениям введенных связей. Амплитудные значения неизвестных перемещении • опрэдсляют из систем:; канонических уравнений, которая составляется по обще!.(у правилу метода перемещений, согласно которому суммарные групповые реакции во всех системах введенных связей конструкции от их смещений по гармоникам с неизвестным: амплитудами и от внешней нагрузки должны быть равны нулю.

• 1« "

Ы чг ^г I

( а )

с, 2со+ оо2м («) + ,« ?М+ в

Система составляется и решается отдельно для каждой гармоники номера "И". Поредок системы уравнений определяется количеством неизвестных по принятой расчетной схеме. Количество гармоник, которое необходимо удерживать в расчете, зависит от требуемой точности расчета. ^

Действительные значения искомых пересечений Н-^Сх) находятся от заданной величины внешней нагс^дки. Искомые значения Б!*'тренних усили": изгибающих моментов или нормальных сил '

определяют по общему правила' метода перемещений как сук- ■ ку усилий в основной системе, вызванных неизвестными Е^х)к усилий от внешней нагрузки.

Изгибающие моменты на кромках элементов определяются выражениям;!: *

..и»г r_.Cn) лх. пгЬ1л п5Сх

мх "К

С9 )

1 Г !

где I - длина расчетного участка; У - решения дифференциальных уравнений изгиба п.:астпн для случаев задания изгиба прогибами пли углами поворота кромок.

i» «Mçf I ^ ( ю )

Ч * a n l" *

получаемых из основных уравнений изгиба пластин

, ЗУ ЗУ 3W. о CII)

Зхч 2 Зх'Эу* Г 3.J"

при представлении прогибов пластины в форме тригонометрического

ряда по методу М.Леви UJ=X Y -Su-!!^ , для каждого

m-i м I

m-н;

или

3"0 3*8 3-0 ( 12 )

а*- 2 зх^зу1 + Зу*

при представлении углов поворота кромо.с в той же форме

И) ui ifj*-,

G = Z Y • Slm—г- для какого m = п.

Нормальные силы дя и определяются из решения дифференциального бпгармонического уравнения, характеризующего плоское напряженное состояние пластин:/

ЗУ ,, З'у аур с 13 )

Зхч 2 э3г u

после задания функции напряжений по метода Л.Найлона в виде ряда

м «се жЗ?*

!f = 2. Yw-SLh —и решения уравнения для каждого m »и . В уравнении ( 13 ) У - функция напряжений, связанная с искомыми напряжениями зависимостями д1* ; .

Окончательные выражения для с^ределения искомых нормальных напряжений бж и в люб' м сечении по толщине плоских элементов, составляющих поперечное сечение,при действии на эти элементы совместного-изгиба в поперечной и продольной плоскостях с одновременной продольно-поперечной деформацией в собственной плоскости подучены в Еиде

к,

5 ( M )

ь.

S

У;

Таблица 2

Нормальные напряжения -г- на внутреннем контуре поперечных сечений цельнолитых крестовин Р 65 1/9 ИТ, Р 65 1/9 обл., Р 65 1/6 и Р 65 1/11, полученные при *= I для ос:г вного вари ел та исходных параметров (Р- 230 кК/к, /.= ■ 100см) и при варьировании па--1метров для крестовины Р 65 1/9 ГГГ.

№ вари- Тип, марка крестовины и варьируемые параметры*' Напряжения, МПа

антов 6х, °ц бх. 6« 6« б,. 6x1 6*9

I 2 3 л 5 6 7 8 9 10 II

9.4 Р 65 1/9ГГГ 172,5 170.7 -166,5 -146,6 -107,7 -90,9 63,7 40,7 36.5 ]

0,139 0,03 -74,7 -0,24 5,2 63,6 Ь3,5 8,6 23,4

9.13 Р65 1/9оол 159,7 0,61 156,4 0,006 -169,4 -69,8 -150,6 0,15 -105,5 6,9 -93,0 51,4 67,3 72-,8 48.2 11.3 40,6 25,4 основной

6.0 Р65 1/6 50,7 49,6 -€8,1 -60,6 -54,1 -49,4 "Iй 29,4 20.5 ^ вариант

-0,06 0,014 -2,87 -0,4 7,0 24,9 39,3 7,2 14,2 к 5

ИЛ Р65 1/1I 61,2 59,8 -123,4 -114,2 -69,0 -64,5 61,0 49,6 34,6 тп

-0,2 0,01 -36,9 -0,49 12,4 29,1 49,7 13,1 24,9 _

о.

Hila ПО

а о

so

40 О

-40 -«О

шмгнение л

пр

UJNCHCHUÍÍ

.6,

/

1.Г0, n¡> чд пр «0.55 *fg >055 изменение толщины э»спгитоа см'

б, б.

б,

HRa (со

uinewûHL'fi J,

uinsHCHue (Г,

о -<0

IÍ? Цо ф 4,0 Пр « 0,5 llp «0.S ижгисииз ТОЛЦЦНЫ 9ЛемРИТС&,СМ

-ИО

£

б, МП «о

«о sa 40 о

-40 -120

s иэн V енение 8Ч Ir?] б, — б, и SM енгх ие ls

Ш \

б

л а 6. • 6« ÍM

е, % 6, 63 б. б, Ï:

n Р Hß Г UIMCKCHU F е un 0 пр -(.Oí lip -(, klhm «ленвнтое, см И

е. 6, •ч б, б, б,

\ <* б, в,

б, hilft «О

<20 10 40 О

-40 -420

тиснение Б,

' Га

uíNCHeHue6e

пр '¡fi iiji -î,o пр 40,2 шменение ширины злсмгнтсв, см

n ¡»ai

б

б

б

6

В форцулах (14) кроме обозначенных выше в тексте величин приняты следующие обозначения: Л - расстояние по толщине элемента от нейтральной оси до положения волокон в которых определяются напряжения: — - иох'1.бная ;сесткость пластины-олемента:

у - коэффициент Цуассона; Е - мо^'ль упругости.

Особую сложность в предложенном методе прочностного расчета представило решение задачи в полном виде с учетом рассмотрения в^его комплекса возможных деформаций рабочих сечений конструкции в реальных условиях воздействия внешней нагрузки. Для этого автору понадобилось учесть и рассмотреть работу всех составляющих элементов конструкции (по условию задачи соединенных вместз непрерывно распределенными .упругими сг-язями) при совместном изгибе в двух глазных плоскостях (продольной и поперечной) с одновременным действием продольно-поперечной деформации. То есть, фактически решена обьемнчя задача для ьсего рассматриваемого расчетного участка конструкции. При решении указанной задачи потребовалось привлечение расчетного аппарата теории изгиба пластин и брусьев с решением дифференцпалышх уравнений их изгиба и деформаций в собственной плоскости.

В дальнейшем на основе аналитического решения были разработаны специальные алгоритмы для поэтапного решения задачи и составлена сквозная программа прочностного расчета крестовин для современных ЭВМ. Решение доведено до практического метода расчета, с использованием которого выполнены многоварпантше прочностные расчеты литых крестовин разлпчног- конструктивного оформления (в том числе пониженной металлоемкости) марок 1/6, 1/9, 1/1I типа Р65. Расчеты выполнены на 5ВЫ нового поколения 1Б».1-РС. Решение задачи с использованном ЭВЛ позволило автору методом варьирования исходных параметров осуществить поиск оптимальных размерных соотношений ..о элементам поперечных сечений конструкций из условий прочности. Некоторые результаты рас>.зтов приведены в табл.И п проиллюстрированы нг рис.6.

Учет упругого основания выполнен на основе решения задачи проф. С 11. Тимошенко о балке, лежащей на упругом о снова! ¡и;, и опертой на концгх. При этом крестовина рассматривается как балка конечной длины. Переход от основного решения с начальными условиями "свободного подвеса" I; балке с упругим основанием осуществляется посредством введен».;, в порученное решение вертикаль:;:-: •:

прогибов дополнительного выражения, являющегося частью решения задачи профессора С.П.Тпмояенко.

Полученное решение в конечном виде учитывает соотношение жесткостей рассматриваемой конструкции - крестовины и упругого основания. Принятая форма реыения проверена эксперимектально-тегретическнм методом с исследованием прогибов на опытных натурных крестовинах при различных условиях опирашш и вычислении тех же прогибов теоретическ-.м способом.

Учет динамической нагрузки осуществлен аналогично тому, как это делается в практических расчетах цути на прочность, то есть динамический расчет заполняется по методике статического при значении действующей силы, численно равной динамической силе в данный момент времени.

Расчет напряжений в зонах ослаблений конструкция арочными проемами выполнен по отдельной методике с использованием решений, разработанных в теории изгиба кривых бруоьсв.

В_шестой_главе приведены результаты экспершентальных исследований прочностных и деформативных свойств новых конструкций литых крестовин и стрелочных переводов. Для реиения вопросов по теме диссертации автором вылолчен комплекс экспериментальных исследований на стрелочных переводах и отдельных крестовинах различного конструктивного оформления. Исследования проводились в несколько этапов: прочностное - на статическую нагрузку в лабораторных условиях, динамико-прочностные - под опытным и под графиковыми поездами, эксплуатационные испытания в цути - на работоспособность по износу и дефектам. Кроме того, для конструкций пониженной металлоемкости были проведены испытания на усталостную прочность в лабораторных условиях и в цути.

Испытания проведены на следувдих объектах: на ¿1нак;!евском, Комадунарском и Макеевском металлургических з..водах, Ыихайловеком ГОКе, Днепропетровском стрелочном заводе, на экса1уатируемих гц1-тях Приднепровской, Октябрьской кАлма-Атпнской „селезил; дорог, на экспериментальном кольце хЗШКГа, б лабораториях ;;W:ji.Ta,(^M'a. конструкции для испытания были уложены на технологических путях металлургических завс,,ов, путях открытых горных разработок и на эксплуатируемых путях магистральных дорог, й качестве обьектов исследований были приняты: стрелочные переводы Рсо 1/6 с .чрпво-

Таблица 3

фрагменты результатов испы-ашй опытных конструкций на статическую и динамическую нагрузки

(3-.с

Испытания на статическую нагрузку (—-—)

Место измерений, исмеря■ еыые велич" ни

а)

а

к 2

Характеристика коне; - Крестовина 1/6 рукции нагрузи

Внутренняя поверхность крестовины под загруженным усовиком

Продольные вертикальные стенки

Внутренняя поверхность крестовины под сердечником

Опорная подошва крестовины

Но контуру арок

Крестовина 1/9 Р65

с'продоль ными ребрами кест кости :~"оёз про дольных ■ ребер ЖЕСТКОс ти : р =230кН~ "р~362кН

+_о9_ ___-____ =1И1(-150|

-45,5 -т^у?) -

-ЗТь -35~

- __г_____ +74(+602_ 4-96 •

+94(67~2) +35(+35)~ +47

±34(449). +П2(+159) 465__

4-164(4-242] +273_

Измеряемые величины

Динамико-прочностные испытания под поездной нагрузкой

Стрелочный ¿л ере- Крестовина 1/9

вод 1/6 Роб, Роб,

опытный слитко- грузовые вагоны

возный поезд у = 60-70 км/ч V = 4-8 км/ч

Динамические вертикальные силы, кБ

близкие к статике 2Р «=500, 400, 300

1*1ибольиие напряжения Ша

Деформации рельсовых нитеи, мм

316(контррельс) 2ь5(остряк) 2и9(ракн.рельс)

+4,4 ширина колеи в криво

+4,79 иелоб контр- прогибы ^рельса

крестовина, зона

перекатывания

175/330 (295)

190/~с0

задний стык

1У1/230 (ср./макс.

вер.)

160-230 (242) по контуру арок

3,и*Ю,в вертикальные

Примечание: в скобках приведены результаты, подученные теоретическими расчетами

за

линейными цельнолитыми крестовинами для путей перевозки горячих грузов; крестовины цельнолитые типа Роо марки 1/У пониженной металлоемкости для услоьий промтранспорта; крестовины цельнолитые РоЬ 1/9 бесподкладочные для промтранспорта; крестовины Роо 1/9 и Р65 I/II пониженной металл шмкости для i.LiC.

Результаты статических .прочностных испытаний явились основой для д.тальной проверки разработанной в разделе Ь теории расчета констру1:цйй крестовин, методика проведения испытаний предусматривала исследование напряжений и деформаций по всему контуру основных опытных сечений в зоне перекатывания. Статические испытания позволили установить соответствие вновь разработанных конструкций величинам предусматриваемых реальных колесных нагрузок. Испытания на динамическую нагрузку дали возможность исследовать прочностные качества опытных конструкций в реальных условиях эксплуатации с учетом елияния динамических эффектов. Эксплуатационные испытания опытных конструкций в пути позволили установить ресурс их работоспособности. Всего в рамках диссертационной работы автором было испытано более 20 отдельных конструкций крестовин и стрелочных переводов при испытаниях на прочность и выносливость и более 100 конструкций при эксплуатационных испытаниях.

Некоторые результаты исследований приведены в табл.3.

На основе результатов экспериментальных исследований и прочностных ргсчетов были сфорцулироваыы практические рекомендации по оптимизации размерных соотношений поперечных сечений литых крестовин различных марок. Это дало возмошюсть разработать новые конструкции стрелочных переводов и крестовин пониженной металлоемкости со снижением массы до 2о-30 %.

рассмотрены вопросы влияния качества металла на износостойкость и прочность литых крестовин. Ь стой главе рассмотрены вопросы работоспособности по износу литых крестовин из высокомарганцовистсй стали в зависимости от качества исходного металла, а такке обоснованы критерии оценки прочности литых пересечений при длительной работе в дути и разработана методика расчета допускаемых напряжений. Исследования выполнены на примере изучения работы в пути на магистральных дорогах крестов.;н стандартного производства МПС Р65 I/II типа общей отливки сердечника

с наиболее изнашиваемой частью усовлков.

Одним из эффективных направлений повышения работоспособности стрелочных переводов, и в частности крестовин, является повышение качества металла, из которого они изготавливаются. 13 сзязи с реализованным за последние годы ростом интенсивности движения поездов и величины колесных нагрузок на дорогах ШС, появилась необходимость в изыскании новых высокопрочных сталей для литых жестких кресто' -.н, так кик именно отп конструкции быстрее других элементов стрелочных переводов выходят из строя. Столь же целе-сообргзно обеспечить улучшение качества стали для крестовин путей промышленного транспорта, особенно путей металлургических предприятий, на которых сроки службы крестовин также невелики. Чтобы вести поиск новых материалов целенаправлено, ориентируясь на заданный уровень свойств, необходимо иметь обоснованные данные о служебных характеристиках используемой и настоящее время для изготовления крестовин высокоыарганцовистой стали ПОПЗл. То есть, нужно иметь данные о влиянии качества металла на износостойкость крестовин в пути. Выполненные ранее исследования не дают однозначного ответа на этот вопрос, Поэтому автором были проведены самостоятельные исследования в указанном направлении. С целью получения достоверных результатов.исследования были выполнены н? основе большой партии крестовин (более Зои итук).эксплуатировавшихся при разных условиях на разных участках 5-ти. дорог (Октябрьской, Сезерной, Свердловской, Куйбышевской, Приднепровской) .

Сведения по ,:знссу крестов! "Н были собраны по натурным дан-' ным обследований дорог, данные по химсоставу и механическим свойствам стали были взяты из регистрационных документов готовой продукции на заводах-изготовителях: Новосибирском и днепропетровском стрелочных заводах. Для установления закономерностей влияния качества исходного металла (по механическим свойствам) на продолжительность работы крестовин по износу была выполнена статистическая обработка больного объема полученных . .анных с построением кривых частостей распределения крестовин по пропускаемому тоннажу в зависимости от механических свойств исходного металла.

В результате многостороннего анализа были выявлены и фунг-

цлональяо определены зависимости между работоспособностью крестовин по износу и механическим свойствам исходного металла. Подученные результаты дали возможность определить требуемый уровень свойств металла для любого заданного срока службы крестовин по износу. Б дальнейшем на основании этих результатов автор совместно' с д.т.н. профессором .Е. 11.Пряхиным (С31М), провел ряд исследовательских работ на Новосибирском стрелочном заводе и в ЦНИИ материалов (Ленинград) по улучшению качества высокомарганцовистой стали. Эта работа дала возможность предложить в 1979 г. в качестве материала для крестовин новую высокопрочную высокомарганцовистую сталь марки 130Г14Х1Й>Ал. Комплекс ее прочностных н износостойких характеристик в 1,3-1,о раза выше, чем у стали НОГ'13Л. Изготовленные из нее опытные крестовины показали при эксплуатации на Октябрьской железной дороге лучшую сопротивляемость износу и дефектам, однако пока предложенная сталь но нашла применения для массового изготовлекп, вследствие некоторых технических трудностей еэ производства (комплексное легирование и повышение температуры при термической обработке).

Во второй части главы дано обоснование критериев прочности литых пересечений, в том числе крестовин стрелочных переводов, и приведена методика расчета допускаемых напряжений в крестовинах из условий работы конструкций на длительном периоде эксплуатации. В результате расчетов и экспериментальных исследований, выполненных совместно с д.т.н. К.А.1дуром к А.Г.Коганом (ВНИШСГ), получены и предложены в 19б9 г. для практического использования значения допускаемых напряжений для литых крестовин и пересечений из стали П0Г13Л с различным качеством состояния поверхности;

В_ восьмой главе излагается практическая часть диссертационной работы. В ее составе: разработка новых конструкций соединений и пересечений путей, изготовление опытных конструкций и промышленных партий переводов и крестовин на заводах, укладка новых конструкций в путь для испытаний и эксплуатации. В этой' же главе приведены данные по технико-экономической эффективности выполненных исследований.

Результаты исследований по диссертации подучили практическую реализацию в виде разработки следующих конструкций пересечений и соединений путей: стрелочный перевод г/л а Рбо марки 1/6

с цельнолитой крестовиной для технологических путей перевозки горячих грузов металлургических заводов (проекты ¡¿bü, л1ШдТ); стрелочный перевод Pöo 1/9 iff с облегченной крестовиной (проект 5L)2, Tili! Ленпромтранспроект); крестовина цельнолитая бесподкладочная Ри5 1/9 (проект 04о, ГШ ленпротранспроект); крестовина цельнолитая Роо 1/9 Ii 1С пониженной металлоемкости (проект oüü, 1Т—А л! Ii iT); стрелочный перевод Рой I/II hliiC с крестовиной пониженной металлоемкости для приемо-отправочных путей (проект 030, ^31, дППТ-ДСЗ).

¡¡овне конструкции были разработаны на основе исследований и рекомендаций автора но заказам кшчермета Укралны, института "lVuiPüCTjVJLb", иТКБ Траисчермет, iü.13 i.M.Войкова, üiiC, Пр/дцеправ-ской и Алма-Атинской железных дорог.

Изготовление стрелочных переводов и крестсв/.и новых конструкций по разработкам автора осуществлялось на Днепропетровском стрелочном заводе, Керченском металлургическом заводе им.Войкова, металлургическом комбинате "Кривороксталь"; изготовление крестсвин с улучшением материала выполнено на Новосибирском стрелочном заводе. Всего было изготовлено более 490 стрелочных переводов и отдельных крестовин для технологический путей металлургических заводов и ГОКов (парк.. I/o и 1/9) н более -¿0 крестовин для дорог МпС (марки I/II и 1/9). Стрелочные переводы Роо 1/6 были уложены в путь и эксплуатировались на технологических цутях перевозки горячих грузов шакпевокого, Кокцунарского и макеевского металлургических комбинатов. крестовины РоЬ 1/9 с облегченной бесподклад очной крестовиной уложены в путь на ilnxafi-' ловском Гине. Опытные экземпляры крестовин Р6Ь 1/9 ¡<1и0 пониженной металлоемкости были уложеп в дуть проыл,. дпнаш.ко-проч-ностные и эксплуатационные испытания па Пр.даепровсксй ллма-Атпнскоп железных дорогах, опытная пьртия крестов.i. Poü I/II пониженной металлоемкости была уложена в путь и прош;а экспдуа-тационную проверку в течение более чем 7-летьего ujp/.ода ¡.а ¿¿р..-днепровской железной дороге.

Внедрение компактных стрелочных переводов Puü 1/6 ьозоолпло сократить размеры путового развития пр.. реконструкции ¿лыспьа-ского, Коммунарского Макеевского меткод.бп^атоь, оффективко использовать промплощадкп ^ля размещения цехов с более мощными аг-

регатами. Внедрение новых конструкций крестовин пониженной металлоемкости Püö 1/9 и Pub 1/11 позволило получить экономию металла и снизить расходы на изготовление конструкций.

Подтвержденный суммарный экономический эффект по реальному объе»ду внедрения разработок автора составил более 1,3 млн.рублей (в ценах до 19У5 г.). Кроме .того, ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения новых конструкций литых крестовин Р65 1/9 ПТ (по расчетам завода изготовителя КМЗ им.Ьойкова) составит, начиная с I99<J г., не менее 334 тыс.ркблей в год (в ценах до 1991 г.).

GR4ÜJ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

I. Выполнен комплекс теоретических, экспериментальных, аналитических исследований в приложении к пересечения!.! и соединениям путей сирокого набора марок, применяемых на промышленном транспорте (от 1/5 до I/II), охватырающий большой круг рассмотренных задач (прочное?ь, износостойкость, неровности, силы взаимодействия и др.), объединенных единой целью - разработки рациональных конструкций пересечений и соединений путей оптимальной прочности, металлоемкости и долговечности н получивших широкий практический выход в виде новых разработок конструкций приоритетного характера и практических методов расчета прочности, сил и износосюйкост.с крестовин и соединений путей.

Определены основные закономерности формирования вертикальных неровностей на крестовинах широкого набора марон, используемых на путях промышленного транспорта. Систематизированы значения параметров неровностей в зоне перекатывания, установлена их зависимость от реализуемых углов разветвлений.

3. Сформированы основные функциональные зависимости и выведены унпверсалы^е уравнения многофункциональных взаимосвязей между параметрами натурных неровностей в зоне перекатывания и вертикальными силами взаимодействия, реализуемыми Килосаи; при движении по крестовинам различных марок, различного конструктивного оформления и разной степени изношенности.

4. Разработана практическая методика расчета и прогнозирования динамических сил взаимодействия реализуемых на крестовинах широкого набора марок, позволяющая на инженерном уровне без использования сложных расчетных схем определять их с достаточной

степенью точности на любом этапе эксплуатации конструкций при различных скоростях движения подв^.лного состава, методика может также иметь применение дJiя рас .-та и прогнозирования сил на стрелках и других конструкциях соединен..!! и пересечений путей.

о. Выявлены закономерности кинетики вертикального износ,-поверхности катания пересечений ..з ьысокомирганцовистой ст«ли при различных реализуемых уг^ах разветвления. Установлена непрерывные (функциональные сиязи мезду изнссом и факторами эксалуатан Ц'онной работы. Ьвведены и экспериментально подтверждены уравнения непрерывной функциональной взаимосвязи вертикально-о износа крестовик с полным комплексом эксплуатационных факторов, Влияющих на ».зное, включая: пропущенный тоннаж, величину колесной вдгрузки, спектр распределения нагрузок в общем грузопотоке, скорость и направление движения, диаметры эксплуатируемых колес, дшшмлку ьзаимодействия.

о. Разработана прагтическая методика, позволяющая с достаточной степенью точности прогнозировать износ жестких крестов/н различных марок на любом этапе их эксплуатации в зависимости от существующих или проектируемых условий эксплуатации, ыотодкка может быть использована для прогнозирования износа других конструкций соединений и пересечений путей, например, стрелок, тупых крестовин. Методика позволяет прогнозировать срок», службы конструкций по износу и может быть использована при планирован..и ремонтов и замены конструкций.

7. Разработана теория прочностного расчета литых конструкций крестовин на основе пространствен!.^; расчетной схемы с решением объемной задачи и с определением деформаций к! внутренних усилий в любах точках в теле конструкций.

Ь. Разработаны алгоритм и программа прочностного расчета крестовин и пересечений для современных ЭВл! на алгоритмическом языке РСЖТЯЛМ . Выполнены многоварпантные расчеты на прочность на ЭВМ 1ВМ-РС с варьирован!.ем исходных параметров „ля лнтгх крестовин различного конструктивного оформления марок 1/о, 1/У к 1/11 типа Ри5. На основе результатов расчетов составлены научно-обоснованные рекомендации по оптимнзац.... !.сн-трукт..ьт:х очертаний и размерных соотнесен..й элементов !, уз.хв ..¡.тьх креетоапн ..з условий прочности Д.4Я наиболее ргепространенпгх мар.т: крестив..;:,

применяемых па промышленном транспорте. Репокендацпл могут быть использованы в процессе разработки конструкций еще на стадии проектирования.

9. tía основе прочностных расчетов, подтвержденных экспериментальной проверкой, paspaCjTüHbi 1: изготовлены новые конструкции пересечений г. соединений путей для наиболее распространенных марок крестовин, применяемых на путях металлургической промыален-ности (I/o, 1/9, I/II . 1/7). Ряд конструкций peuieH с понижением металлоемкости при обеспеченной прочности. Новые конструктивные решения защицены авторскими свидетельствами на изобретения (u.c. № II72976 и ir 14¿u77a). Стрелочные переводы и с.тделькые крестовины по разработкам автора были улоь.ены в путь н эксплуатировались ка технологических путяхм металлургических предприягпй и на путях Mi 1С. Всего было уложено в путь более 530 стрелочных переводов и отдельных крестовин, lio них белее 490 - на технологических путях метал.]ургпческих заводов ». ГОКов.

10. Выполнен больиой комплекс экспериментальных работ по -хследованию новых конструкций пересечений и соединений путей, зключавдий: испытания на статическую прочность, динамико-проч-юстчые испытания, испытания ка выносливость, металлографические ^следования, испытания механических свойств материала, эксплуатационные испытания новых конструкций г> пути, и позволившие )пытиым путем проверить результаты теоретических расчетов и внесли необходимые коррективы в ранее выполненные разработки конст-)укцнй. Всего в рамках диссертационной работы испытано более 20 >тделькых конструкций крестовин и стрелочных переводов при испытаниях на прочность и более Iuü конструкций при эксплуатационных 1СПЫТЭНИЯХ.

11. На основе статистического анализа работы в пути пред-:тавительнсй партии крестовин, эксплуатировавшихся при разных ус-ювпях, выявлены и функционально определены зависимости ме'кду работоспособностью по износу крестовин из высокомаргаацовпстой ета-.и к механическими свойствам.! иаходниго металла.

I»;. Обоснованы критерии оценки прочности литых крестовин рн длительной работе в пути, и разработана методика расчета до-ускаем^х напряжений в литых пересечениях из стали ПОПЗл из словий длительной прочности для различного качества состояния озе^хкеети конструкции.

i»5

13. Внедрение разработок по результатам исследований автора позволило получить значительный технико-экономический эффект. Подтвержденный экономический эффект по реальному обьему внедрения разработок автора составил более 1,3 млн.рублем (в ценах до 19о5 г.). Кроме того, ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения на путях промтранспорта литых бесподкладочных крестовин Рь5 1/9 пониженной металлоемкости по расчетам завода-изготовителя Ш/13 имЛойкоеэ составит, начиная с 199»: г., не менее 334 тыс.рублей в год (в ценах 1991 г.).

основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Березовский Л.В., Смирнов isi.il., Даннленко Э.И., Солтапов В.il., Степченко C.Û. Новый стрелочный перевод типа РС5 марки I/o под высокие нагрузки цутей горячих перевозок металлургических заводов. Труды j^iiiilTa, ьыл.344, л., 1972, с.6и-7о.

2. даннленко Э.И. Расчет цельнолитой крестовины по местным напряжениям на контуре поперечных сечений как складчатой оболочки по методу перемещений, деп.рук. PiùïiriiTH Ah СССР "Jexa-нпаа" if' b, lu., 1974, реф. сБ 117-74, 17 с.

3. Данилекко Э.И. iipo4HocTb цельнолитых крестовин, "путь и цуте-вое хозяйство", J,« 10, iii., 1974, с.7.

4. Даннленко Э.И. Расчет цельнолитой крестовины по местным напряжениям. Труды лНН1\Та, вып. 3с1, л., 197о, c.lL'2-II3.

5. Смирнов bi.il., Даннленко 3.1;. U критериях оценки прочности цельнолитых к;ест.зин. Труды «ilhaiTa, вып.422, Л., 1977, с.14-30.

6. Даннленко Э.И., Романов B.Li. Непрерывная регистрация линейных перемещений, "¿цть и путевое хозяйство", У 7, 1977, c.Ib.

7. Даниленко Э.И. Вертикальный изьос цельнолитых крестовин, "промышленный транспорт", Д' b, 1977, с.19.

о. Даннленко Э.И. К вопросу влияния режимов введения поезда на напряженно-силовое взаимодействие колес и рел: со eux нитей при движении в кривых участках пути. Деп.рук. Р& BiliiilT.1 ¿iB СССР "йелезнодорожьий транспорт", S 10, Л., 1977, реф.10Б51-77,15с. 9. Амелин C.B., Даннленко Э.И. Конструирование железнодорожных цельнолитых крестовин с учетом прочности. "Вестник ВяИл.'Д'а", tf U.-M., 1977, с.41-45.

10. Даниленко Э.И. G выборе материала и правильном распределении его по сечениям цельнолитых крестовин. Цежвузовский сборник научных трудов W I9Ó/I9, ДШ1Т, Днепропетровск, 1977,с.55-62.

11. Пряхин Е.И., Ыеманаева Г.Л., Магницкий О.Н., Даниленко Э.11. Литейная хладностойкая с.аль для высоконагрудацных деталей. Сборник ВОТ, серия ХУ1, вып.ЬУ, Л., 1977, 3 с.

12. Пряхин Е.И., Гуляев В.Б., Даниленко Э.И. К вопросу улучшения материала для изготовления литых железнодорожных крестовин. "Литейное производство", ¡í 2, Í.I., Металлургия, 1978,с.9-10.

13. Даниленко ЭЛ., Фролов л.Н., Романов В.М., Грачев А.В., Mo— рас 0. Влияние вертикальной нагрузки при измерении горизонтальных сил в пути. "Вестник ВшКдТа", № I, ¡Í., 1979г.

с.41-44.

14. Абросимов В.П., Даниленко Э.И., Трофимов A'.rí., аролов Л.П., Г.Ф.лгафонов. Испытана новая крестовина. "Путь и путевое хозяйство", » 3, У., 1979, с.ЗЗ-ЗС.

15. Амелин C.B., Даниленко Э.Й., Пряхин Е.И. Сталь повышенной прочности для «¡елезнодорояных крестовин. "Вестник ВПИПдТа",

3, Í.I., 1979, 10 с.

16. 4)ani?6ttko G.I., Fîofov L.N., Ro*wtovV.M., M<ms Е. Ийег dos, Meno» de?

Ilo7isonkïkïâflc atiiei кЦеие.ЛЕТШЕ EISEílMHrtTECHNIK.,B<wtíM&,Wí, «.-S. zn-zii.

17. Абросимов В.И., Даниленко З.И., Трофимов А.П., Фролов л.Н. Крестовина с поворотным сердечником. "Пут. и цутевое хозяйство", Г> Ü, У., 1931, с.26-28.

Iti. Трофимов А.П., Даниленко Э.Й., Агафонов Г.Q. Вопросы совершенствования цельнолитой скоростной крестовины. Межвузовский сборник трудов, № 698, ШКТ, Ы., 1982, с.91-103.

19: Даниленко Э.П., Амелин C.B., Мналшлов Т.М. К вопросу оптимального распределения брусьев под кеоткий крестовиной типа Р65 марки 1/11. Дел.рук. Ш ВИНИТИ АН СССР "йбЛбзьодормш'Я транспорт", }? 10, U., 19ЬЗ, реф. 1иП2и-оЗ, S с. .

20. Даниленко З.И., Гниломедов В.ь., "налимов Тл-Î. Определение сил взаимодействия на крестовинах с различной мессой и лост-костьи. Деп.рук. Fi.i Bi'.rüíTíi Ail СССР и£елезнодори,.ацЛ транспорт", ;.■ Iu, id., 19оЗ, реф. ЮГС29-Ш, II с.

21. Даниленко Э.И., Гниломедов В.Ь., Абросимов B.U.Ç.woboo взаимодействие подвижного состава и крестовин с непрерывно;: поверхностью катания. Мьжвуэоьвскпй сборник научных трудов. ДНйТ, Днепропетровск, ILO, c.9ö-I07.

22. Абросимов В.П., Агафонов Г.О., Данплеико Э.П., Трофимов ^.Н., Фролов л.И. Текущее содержание крестовин с непрерывной поверхностью катания. Доп.рук. Рл Ы1ыТ»1 аН СССР "лелезиодо-рожный тр-испорт", № II, М., 1964, реф. .IU'Iu4-d4, 10 с.

23. Амелин C.B., даниленко Э.п., Волошко ь).Д., ьвтюхоь I .A., орловский A.n. Цельнолитая облегченная крестовина пониженной металлоемкости Pu О I/II д,*я обычных эксплуатационных условий (нескоростные участки.). межвузовский сборник научных трудов. ДгШТ, Днепропетровск, ISo4, с.1о-23.

¿4. Даниленко Э.И., Абросимов ö.li., Троф».моь A.ii., Фролов ji.u., Агафонов Г.у. Пероькости на крестовинах типа Pub марки I/II с непрерывной поверхностью катания и обоснование норм ..зноса. Межвузовский сборник научных трудов. Дм1Т, Днепропетровск,' I9cö, с.оЗ-76.

2Ь. Амелин C.B., даниленко ci.»;., ььтюхои Т.д., Абросимов Б.Я., Волошко Ю.Д., Драпалюк В.В. .нрестовина стрелочного перевода. A.c. л» II72970, опубл. lö.Oü.oo., бю^л. ,.> 30, Зс.

26. Даниленко Э.К. Исследование вертикальных ьеровностеп на тупых и острых крестовинах перекрестного стрелочного перевода типа Рои марки 1/9 и расчет сил взаимодействия с подвижным составом. Межвузовский сборник науч,.„-х трудов. ДшТ, Днепропетровск, I9j6, ^.73-o3.

27. Даниленко Э.п., Волошко В. Д., орловский A.ri. Дельно литая крестовина пониженной металлоемкости. Экспресс-информация. ЗЦ1ПИ, Запорожье, 1Ус6, 4с.

2Ь. Волошко Ю.Д., Даниленко Э.п., Орловский A.n. /лелезнодорожные крестовины новых конструкций и перспективы их рационального использования. Тезисы докладов Xu научно-технической конференции KpiiliTa и специалистов оксп^уатации и строительства железных дорог Сибири и BAwla, /1р1шТ, иркуток, I9o7,c.o4-ô7.

29. Даниленко Э.И., Волооко Ю.Д., лвтюхов Т.н., лми...;н C..J., л коале в В.й., Солодовник А.Р., Мналимов T.il. г.рестовпна стре..оч-ного перевода. А.С.л» 142Ь77о, одубл.и7.1и.Ьо.,б^..;1)37, 4с.