mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2019-17-4-6-21mirtr-1702Research ArticleВОПРОСЫ ТЕОРИИTHEORYМетодика определения интегрального распределения сил, действующих на путьTechnique to Determine Integral Distribution of Forces Acting on the Railway TrackКрасновО. Г.KrasnovO. G.

Краснов Олег Геннадьевич – кандидат технических наук, заведующий отделом пути и специального подвижного состава

Коломна

Krasnov Oleg G. – Ph.D. (Eng.), head of the Track and special rolling stock department

Kolomna

vnikti@ptl-kolomna.ruНаучно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО «ВНИКТИ»)РоссияResearch, Design and Technological Institute of Rolling Stock (JSC VNIKTI)Russian Federation201928082019174621Copyright © Краснов О.Г., 20192019Краснов О.Г.Krasnov O.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/1702

Необходимым условием внедрения тяжеловесного движения на железных дорогах мира является комплексная оценка его эффективности, включающая исследование влияния повышенных осевых нагрузок на деградацию элементов верхнего строения пути, деформационные параметры балластного слоя и нижнего строения пути и мероприятий по соответствующему усилению железнодорожной инфраструктуры. Необходимо достаточно точно учитывать силовые факторы, воздействующие на путь со стороны разных типов подвижного состава сразличной осевой нагрузкой. Распределение силовых факторов для конкретного участка железнодорожного пути является многофакторным процессом, количественные параметры которого зависят от структуры поездопотока, типа подвижного состава иего доли всуточном пакете поездов, проходящем по данному участку, установленной скорости движения, профиля пути (прямая, кривая), технического состояния подвижного состава и элементов верхнего строения пути.

Целью работы явилась разработка методики определения интегрального закона распределения вертикальных и боковых сил, воздействующих на путь от колёс разного типа подвижного состава в зависимости от его доли в суточном пакете поездопотока. Использовались методы математической статистики.

В процессе экспериментальных исследований воздействий разного типа подвижного состава определены статистические распределения вертикальных и боковых сил. Гистограммы вертикальных и боковых сил аппроксимированы теоретическими законами. Для подтверждения справедливости выбранных функций аппроксимации использовался критерий согласования Колмогорова–Смирнова. Для смешанного движения на железных дорогах разработана методика, позволяющая учитывать вклад доли каждого типа подвижного состава в силовое воздействие на путь при расчёте суммарного воздействия. Методика базируется на реальных, экспериментально установленных распределениях с учётом сезонности (зима, лето) вертикальных и боковых сил, скорости движения по рассматриваемому участку пути и может использоваться на участках, где внедряется тяжеловесное движение.

A comprehensive assessment of the effectiveness of heavy-haul traffic is a prerequisite for its implementation in world railway sector. The assessment should include the study of the effect of increased axial loads on degradation of the elements of the track’s superstructure, deformation parameters of the ballast layer and the track’s substructure, and of measures intended to reinforce the railway infrastructure accordingly. It is necessary to consider rather accurately the force factors acting on the track and generated by different types of rolling stock with various axial loads. The distribution of force factors for a specific section of a railway track is a multifactorial process, the quantitative parameters of which depend on the structure of the train traffic flow, the type of rolling stock and its share in the total daily train traffic passing through this section, speed limits set for the section, track profile (straight line, curve), technical conditions of rolling stock and elements of the track superstructure.

The objective of the work was to develop a technique for determining the integral law of distribution of vertical and lateral forces affecting the track and caused by wheels of different types of rolling stock, depending on the share of the operation of the respective types of rolling stock in the daily train traffic flow. Methods of mathematical statistics were used.

In the process of experimental studies of the effects of various types of rolling stock, the statistical distributions of vertical and lateral forces have been determined. The histograms of vertical and lateral forces have been approximated by theoretical laws. Kolmogorov–Smirnov fit criterion has been used to confirm goodness of chosen approximation functions. A technique has been developed for mixed freight and passenger railway traffic that allows to consider the contribution of the share of each type of rolling stock in the force impact on the track when calculating the total impact. The technique is based on real, experimentally established distributions of vertical and lateral forces, traffic speed at the considered section of the track with regard to seasonality (winter, summer), and can be used for the sections where heavyhaul traffic is being implemented.

железная дорогатяжеловесное движениеподвижной составповышенные осевые нагрузкивертикальные и боковые силызакон распределениявоздействиепутьrailwayheavy-haul trafficrolling stockhigh axle loadingvertical and lateral forcesdistribution lawimpacttrackРабота выполнена по проекту РФФИ 17-20-01-088/17The study has been made within the project of the Russian Foundation for Basic Research RFBR17-20-01-088/17ReferencesCzyczuła W., Chudyba Ł. Dynamic response of rail track in longitudinal direction // Transportation Overview [Przegląd Komunikacyjny]. – No. 7. – July 2018. – pp. 1–9. – DOI: 10.35117/A_ENG_18_07_01.Czyczuła, W., Chudyba, Ł. Dynamic response of rail track in longitudinal direction. Transportation Overview [Przegląd Komunikacyjny], Iss. 7, July 2018, pp. 1–9. DOI: 10.35117/A_ENG_18_07_01.Askarinejad H., Barati P., Dhanasekar M., Gallage C. Field studies on sleeper deflection and ballast pressure in heavy haul track // Australian Journal of Structural Engineering. – Vol. 19. – Iss. 2. – March 2018. – pp. 1–9. – DOI: 10.1080/13287982.2018.1444335.Askarinejad, H., Barati, P., Dhanasekar, M., Gallage, C. Field studies on sleeper deflection and ballast pressure in heavy haul track. Australian Journal of Structural Engineering, Vol. 19, Iss. 2, March 2018, pp. 1–9. DOI: 10.1080/13287982.2018.1444335.Pengfei Liu, Wanming Zhai, Kaiyun Wang. Establishment and verification of three-dimensional dynamic model for heavy-haul train–track coupled system // Vehicle System Dynamics (International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility). – Vol. 54. – Iss. 11. – August 2016. – р p. 1511–1537. – D O I : 10.1080/00423114.2016.1213862.Pengfei Liu, Wanming Zhai, Kaiyun Wang. Establishment and verification of three-dimensional dynamic model for heavy-haul train–track coupled system. Vehicle System Dynamics (International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility), Vol. 54, Iss. 11, August 2016, рp. 1511–1537. D O I : 10.1080/00423114.2016.1213862.Rhodes D. Technical Standards for Heavy Haul Track Components in the Middle East // 9th International Heavy Haul Conference. – 2009. – pp. 993–997. – [Электронный ресурс]: http://railknowledgebank.com/Presto/content/GetDoc.axd?ctID=MTk4MTRjNDUtNWQ0My00OTBmLTllYWUtZWFjM2U2OTE0ZDY3&rID=MjYyOA==&pID=Nzkx&attchmnt=VHJ1ZQ==&uSesDM=False&rIdx=MjE5MQ==&rCFU=. Доступ 29.07.2019.Rhodes, D. Technical Standards for Heavy Haul Track Components in the Middle East. 9th International Heavy Haul Conference, 2009, pp. 993–997. [Electronic resource]: http://railknowledgebank.com/Presto/content/GetDoc.axd?ctID=MTk4MTRjNDUtNWQ0My00OTBmLTllYWUtZWFjM2U2OTE0ZDY3&rID=MjYyOA==&pID=Nzkx&attchmnt=VHJ1ZQ==&uSesDM=False&rIdx=MjE5MQ==&rCFU=. Last accessed 29.07.2019.Gräbe H., Shaw F. J. Design life prediction of a heavy haul track foundation //Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. – 2010. – Vol. 224. – Iss. 5. – pp. 337–344. – DOI: 10.1243/09544097JRRT371.Gräbe, H., Shaw, F. J. Design life prediction of a heavy haul track foundation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2010, Vol. 224, Iss. 5, pp. 337–344. DOI: 10.1243/09544097JRRT371.Gerlici J., Nozhenko O., Cherniak G., Gorbunov M., Domin R., Lack T. The development of diagnostics methodological principles of the railway rolling stock on the basis of the analysis of dynamic vibration processes of the rail. – MATEC Web of Conferences 157, 03007. – January 2018. – DOI: 10.1051/matecconf/201815703007.Gerlici, J., Nozhenko, O., Cherniak, G., Gorbunov, M., Domin, R., Lack, T. The development of diagnostics methodological principles of the railway rolling stock on the basis of the analysis of dynamic vibration processes of the rail. MATEC Web of Conferences 157, 03007, January 2018. DOI: 10.1051/matecconf/201815703007.Koziol P., Kudla D. Vertical vibrations of rail track generated by random irregularities of rail head rolling surface. – Journal of Physics: Conference Series. – Modern Practice in Stress and Vibration Analysis (MPSVA) 2018. – 1106 012007. – DOI: 10.1088/1742–6596/1106/1/012007.Koziol, P., Kudla, D. Vertical vibrations of rail track generated by random irregularities of rail head rolling surface. Journal of Physics: Conference Series: Modern Practice in Stress and Vibration Analysis (MPSVA) 2018, 1106012007. DOI: 10.1088/1742–6596/1106/1/012007.Об актуализации основных параметров генеральной схемы развития сети железных дорог РЖД до 2020 и 2025 гг. в региональном разрезе. – Заседание НТС ОАО «РЖД» от 16.03.2016 г. [Электронный ресурс]: http://www.rzd.ru/best/public/ru? STRUCTURE_ID=886&layer_id=5176&refererLayerId=5175&id=354. Доступ 12.08.2019.On updating the main parameters of the general scheme for development of Russian Railways network until 2020 and 2025 in a regional context. Meeting of Science and Technical Council of JSC Russian Railways dated March 16, 2016 [Ob aktualizatsii osnovnykh parametrov generalnoi skhemy razvitiya seti zheleznykh dorog RZD do 2020 i 2025 gg. v regionalnom razreze. Zasedanie NTS OAO RZD ot 16.03.2016]. [Electronic resource]: http://www.rzd.ru/best/public/ru? STRUCTURE_ID=886&layer_id=5176&refererLayerId=5175&id=354. Last accessed 12.08.2019.Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г. Утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877-р. [Электронный ресурс]: https://www.mintrans.ru/documents/1/1010. Доступ 29.07.2019.Strategies for development of railway transport in the Russian Federation until 2030. Approved by the order of the Government of the Russian Federation of June 17, 2008 No. 877-r [Strategiya razvitiya zheleznodorozhnogo transporta v Rossiiskoi Federatsii do 2030 g. Utv. rasporyazhebiem Pravitelstva Rossiiskoi Federatsii ot 17 iyunya 2008 g. № 877-r]. [Electronic resource]: https://www.mintrans.ru/documents/1/1010. Last accessed 29.07.2019.Виленкин С. Я. Статистическая обработка результатов исследования случайных функций. – М.: Энергия, 1979. – 210 с.Vilenkin, S. Ya. Statistical processing of research results of random functions [Statisticheskaya obrabotka rezultatov issledovaniya sluchainykh funktsiy]. Moscow, Energia publ., 1979, 210 p.Андерсен Т. Статистический анализ временных рядов. – М.: Мир, 1976. – 767 с.Anderson, T. W. Statistical analysis of time series Edition in Russian. Moscow, Mir publ., 1976, 767 p.Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надёжности: ЦПТ-52. Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 22.12.2017 г. № 2706р. [Электронный ресурс]: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=EXP&n=713998&dst=4294967295&date=18.10.2019. Доступ 29.07.2019.Methodology for assessing the impact of rolling stock on the track according to the conditions for ensuring its reliability: TSPT-52. Approved by the order of JSC Russian Railways dated December 22, 2017 No. 2706r [Metodika otsenki vozdeistviya podvizhnogo sostava na put’ po usloviyam obespecheniya ego nadezhnosti: CPT-52. Utv. Rasporyazheniem OAO RZD ot 22.12.2017 No. 2706r]. [Electronic resource]: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=EXP&n=713998&dst=4294967295&date=18.10.2019. Last accessed 29.07.2019.Коссов В. С., Лунин А. А. Исследования продольной динамики и воздействия на путь соединённых поездов массой 12600 т // Тяжёлое машиностроение. – 2016. – № 9. – С. 21–26.Kossov, V. S., Lunin, A. A. Study of longitudinal dynamics and impact on the track of connected trains with a mass of 12600 t [Issledovaniya prodolnoi dinamiki i vozdeistviya na put’ soedinennykh poezdov massoi 12600 t]. Tyazheloe mashinostroenie, 2016, Iss. 9, pp. 21–26.Коссов В. С. Результаты экспериментальных и теоретических исследований воздействия подвижного состава на путь в перспективных условиях эксплуатации // Бюллетень Объединённого учёного совета ОАО «РЖД». – 2013. – № 5. – С. 27–36.Kossov, V. S. Results of experimental and theoretical studies of the impact of rolling stock on the track in promising operating conditions [R e z u l t a t y eksperimentalnykh i teoreticheskikh issledovanii vozdeistviya podvizhnogo sostava na put v perspektivnykh usloviyakh ekspluatatsii]. Bulletin of the Joint Scientific Council of JSC Russian Railways, 2013, Iss. 5, pp. 27–36.Коссов В. С., Лунин А. А., Краснов О. Г., Спиров А. В. Оценка воздействия на путь грузовых вагонов с осевыми нагрузками 23,5, 25 тс // Железнодорожный транспорт. – 2018. – № 3. – С. 63–68.Kossov, V. S., Lunin, A. A., Krasnov, O. G., SpirovA. V. Assessment of the impact on the track of cargo cars with axial loads of 23,5, 25 tf [Otsenka vozdeistviya na put’ gruzovykh vagonov s osevymi nagruzkami 23,5, 25 ts]. Zheleznodorozhniy transport, 2018, Iss. 3, pp. 63–68.Коссов В. С., Лунин А. А., Краснов О. Г., Спиров А. В. Воздействие на путь грузовых вагонов с повышенными осевыми нагрузками // Путь и путевое хозяйство. – 2018. – № 3. – С. 19–23.Kossov, V. S., Lunin, A. A., Krasnov, O. G., Spirov, A. V. Impact of cargo cars with increased axial loads on the track [Vozdeistvie na put’ gruzovykh vagonov s povyshennimi osevymi nagruzkami]. Put’ i putevoe khozyaistvo, 2018, Iss. 3, pp. 19–23.Третьяков В. В., Петропавловская И. Б., Певзнер В. О., Громова Т. И. и др. Воздействие на путь вагонов с повышенной осевой нагрузкой // Вестник ВНИИЖТ. – 2016. – № 4. – С. 233–238.Tretyakov, V. V., Petropavlovskaya, I. B., Pevzner, V. O., Gromova, T. I. [et al]. Impact on the track of cars with increased axial load [Vozdeistvie na put’ vagonov s povyzhennoi osevoi nagruzkoi]. Vestnik VNIIZhT, 2016, Iss. 4 pp. 233–238.Степов В. В. Эксплуатация вагонов с повышенной осевой нагрузкой на участке Ковдор–Мурманск // Железнодорожный транспорт. – 2016. – № 10. – С. 19–22.Stepov, V. V. Operation of cars with increased axial load at Kovdor–Murmansk section [Ekspluatatsiya vagonov s povyshennoi osevoi nagruzkoi na uchastke Kovdor– Murmansk]. Zheleznodorozhniy transport, 2016, Iss. 10, pp. 19–22.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.