mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2022-20-6-4mirtr-2403Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGАнализ взаимосвязи подуклонки рельсов и ширины колеи на основании данных вагонов-путеизмерителейAnalysis of the Relationship between Rail Cant and Track Gauge Based on the Data Obtained by Track Recording CarsГаллямовД. И.GallyamovD. I.

Галлямов Дамир Ильдарович – преподаватель кафедры пути и путевого хозяйства

Самара

Gallyamov, Damir I., Lecturer at the Department of Track and Track Facilities

Samara

d.gallyamov@samgups.ruОвчинниковД. В.OvchinnikovD. V.

Овчинников Дмитрий Владиславович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой пути и путевого хозяйства

Самара

Ovchinnikov, Dmitry V., Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Track and Track Facilities

Samara

ovchinnikov@samgups.ruСамарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС)РоссияSamara State Transport UniversityRussian Federation2022190720232062734Copyright © Галлямов Д.И., Овчинников Д.В., 20232023Галлямов Д.И., Овчинников Д.В.Gallyamov D.I., Ovchinnikov D.V.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/2403

Увеличение срока службы верхнего строения пути всегда было и остаётся актуальной задачей, так как это позволяет снизить издержки на ремонт и текущее содержание пути.

Целью данной работы является определение взаимного влияния подуклонки рельсов и ширины колеи на основании результатов измерений, проведённых вагоном-путеизмерителем, а также их влияния на напряжённо-деформированное состояние рельса. Для анализа использовались статистические методы и метод конечных элементов. Используя статистические методы, было определено, что величины подуклонки и ширина колеи не имеют нормального распределения и характеризуются слабой обратной связью. Сделаны выводы о причинах данных результатов.

Для определения методом конечных элементов контактных напряжений в головке рельса на участках пути, имеющихся в выборке, с различной комбинацией подуклонки и ширины колеи, была разработана модель с полным геометрическим подобием. Результаты, полученные в ходе расчётов, демонстрируют, что отклонение подуклонки в интервале от 1/15 до 1/30 приводит к росту напряжений более чем на 20 %, при этом изменение ширины колеи имеет слабое влияние на напряжённо-деформированное состояние головки рельса. Максимальный рост контактных напряжений на анализируемом участке составил 97 % при подуклонке 1/990 и ширине колеи 1526 мм.

Рост контактных напряжений приводит к образованию усталостных трещин и, как следствие, к образованию дефектов и замене рельса. Для увеличения срока службы рельсов рекомендуется следить за состоянием скреплений и соблюдением технологии выполнения работ по текущему содержанию, а также пересмотреть допуск отклонения подуклонки рельсов как в большую, так и в меньшую стороны.

The increase in the service life of track superstructure has always been an important task since this allows reduction in the cost of repairs and current maintenance of the track.

The objective of the work is to determine the mutual influence of the rail cant and the track gauge based on the results of measurements carried out by track recording cars, as well as their impact on the stress-strain state of the rail. The analysis was based on statistical and the finite element methods. Using statistical methods, it was determined that the rail cant and track gauge values do not have a normal distribution and have a weak feedback. The reasons were explained in the conclusions.

To determine with the finite element method contact stresses in the rail head on the track sections available in the sample, with different combinations of rail cant and track gauge, a model with full geometric similarity was developed.

The results obtained from the calculations demonstrate that the deviation of the cant within the range from 1/15 to 1/30 leads to an increase in stresses by more than 20 %, while changing the track gauge has a weak effect on the stress-strain state of the rail head. The maximum increase in contact stresses, at the analysed section, was 97 %, with a cant of 1/990 and a track gauge of 1526 mm.

The growth of contact stresses leads to the formation of fatigue cracks and, as a consequence, to the defects and then to replacement of the rail. To increase the service life of the rails, it is recommended to monitor the condition of fasteners and compliance with the technology of current maintenance works, as well as to reconsider tolerance of the deviation of the cant both upward and downward.

железнодорожный транспортширина колеиподуклонка рельсовконтакт колеса и рельсаконтактные напряженияметод конечных элементовсрок службы рельсаrailway transporttrack gaugerail cantwheel-rail contactcontact stressesfinite element methodrail service lifeданная статья была написана в рамках научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы «Влияние подуклонки рельсов на условия взаимодействия колеса и рельса с разработкой прибора определения статического угла наклона рельса» (№ 122022200418-2).the article was written within the framework of research and development work «Influence of rail cant on the conditions of interaction of wheel and rail followed by the development of the device to define statical angle of rail cant» (No. 122022200418–2).ReferencesСычев В. П., Овчинников Д. В., Абдурашитов А. Ю., Сычева А. В. Методика определения ресурса железнодорожного пути в зависимости от условий его эксплуатации // Наука и техника транспорта. – 2021. – № 3. – С. 44–50. DOI 10.53883/20749325_2021_03_44.Sychev, V. P., Ovchinnikov, D. V., Abdurashito , Sycheva, A. V. Procedure for determining railway track life depending on its operating conditions. Nauka i tekhnika transporta, 2021, Iss. 3, pp. 44–50. DOI 10.53883/20749325_2021_03_44.Чернышёв М. А. Практические методы расчёта пути. – М.: Транспорт, 1967. – 236 с.Chernyshev, M. A. Practical methods of track calculation [Prakticheskie metody rascheta puti]. Moscow, Transport publ., 1967, 236 p.Ovchinnikov, D., Pokatsky, V., Gallyamov, D. Factors Affecting the Dynamic Rail Canting of the Railway Track. Transportation Research Procedia, 2020 International Scientific Siberian Transport Forum, Transsiberia 2020, Novosibirsk, 2021, pp. 544–551. DOI: 10.1016/j.trpro.2021.02.106.Ovchinnikov, D., Pokatsky, V., Gallyamov, D. Factors Affecting the Dynamic Rail Canting of the Railway Track. Transportation Research Procedia, 2020 International Scientific Siberian Transport Forum, Transsiberia 2020, Novosibirsk, 2021, pp. 544–551. DOI: 10.1016/j.trpro.2021.02.106.Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. – М.: Физматлит, 2006. – 816 с. ISBN 5-9221-0707-0.Kobzar, A. I. Applied mathematical statistics. For engineers and scientific workers [Prikladnaya matematicheskaya statistika. Dlya inzhenerov i nauchnykh rabotnikov]. Moscow, Fizmatlit publ., 2006, 816 p. ISBN 5-9221-0707-0.Покацкий В. А., Овчинников Д. В., Галлямов Д. И. Контактные напряжения при различном расположении колеса и рельса // Путь и путевое хозяйство. – 2020. – № 3. – С. 7–10. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=42608180 [ограниченный доступ].Pokaski, V. A., Ovchinnikov, D. V., Gallyamov, D. I. Contact voltages at different mutual location of wheels and rails. Put i putevoe khozyaistvo, 2020, Iss. 3, pp. 7–10. [Electronic resourceурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=42608180 [limited access].Peng, D., Jones, R., Constable, T. Tools and methods for addressing the durability of rolling stock. Engineering Failure Analysis, 2013, Vol. 34, pp. 278–289. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.08.011 [ограниченный доступ].Peng, D., Jones, R., Constable, T. Tools and methods for addressing the durability of rolling stock. Engineering Failure Analysis, 2013, Vol. 34, pp. 278–289. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.08.011 [limited access].Воробьёв А. А., Фёдоров И. В., Чистяков Э. Ю. [и др.]. Расчёт назначенного срока службы цельнокатаных колес железнодорожного подвижного состава по критерию надёжности // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2021. – Т. 18. – № 1. – С. 121– 131. – DOI: 10.20295/1815-588X-2021-1-121-131.Vorobyev, A. A., Fedorov, I. V., Chistyakov, E. Yu., Abduganiyev, T. R., Glukhov, A. E. Calculation of the design life of solid-rolled wheels of railway rolling stock according to the criterion of reliability. Izvestiya Peterburskogo univesiteta putei soobshcheniya, 2021, Vol. 18, Iss. 1, pp. 121–131. DOI: 10.20295/1815-588X-2021-1-121-131.Иванов П. Ю., Агафонов В. М., Дульский Е. Ю. Математическое моделирование процесса нагрева изоляции обмотки статора асинхронной вспомогательной машины электровоза // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2016. – № 1 (49). – С. 183–189. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=25815924 [ограниченный доступ].Ivanov, P. Yu., Agafonov, V. M., Dulskiy, E. Yu. Mathematical modeling of the process of heating of stator winding insulation of electric locomotives asynchronous auxiliary machine. Sovremennie tekhnologii. Sistemniy analiz. Modelirovanie, 2016, Iss. 1 (49), pp. 183–189. [Electronic resource]: https://elibrary.ru/item.asp?id=25815924 [limited access].Song, Yang; Zhang, Mingjie; Øiseth, O.; Rønnquist, A. Wind deflection analysis of railway catenary under crosswind based on nonlinear finite element model and wind tunnel test. Mechanism and Machine Theory, 2022, Vol. 168, 104608. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104608.Song, Yang; Zhang, Mingjie; Øiseth, O., Rønnquist, A. Wind deflection analysis of railway catenary under crosswind based on nonlinear finite element model and wind tunnel test. Mechanism and Machine Theory, 2022, Vol. 168, 104608. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104608.Залесова О. В., Якубович М. В. Расчёт наведённого напряжения на отключенной ЛЭП с помощью программы FEMM // Труды Кольского научного центра РАН. – 2011. – № 1 (4). – С. 37–42.Zalesova, O. V., Yakubovich, M. V. Calculation of the induced voltage on a disconnected power line using the FEMM program [Raschet navedennogo napryazheniya na otklyuchennoi LEP s pomoshchyu programmy FEMM]. Proceedings of Kola Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences, 2011, Iss. 1 (4), pp. 37–42.Zhi-Ping, Zeng; Fu-Shan, Liu; Wei-Dong, Wang. Three-dimensional train–track–bridge coupled dynamics model based on the explicit finite element method. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2022, Vol. 153, 107066. DOI: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.107066.Zhi-Ping, Zeng; Fu-Shan, Liu; Wei-Dong, Wang. Three-dimensional train–track–bridge coupled dynamics model based on the explicit finite element method. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2022, Vol. 153, 107066. DOI: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.107066. [Electronic resource]: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0267726121004887. Last accessed 24.11.2022.Daves, W., Kubin, W., Scheriau, S., Pletz, M. A finite element model to simulate the physical mechanisms of wear and crack initiation in wheel/rail contact. Materials Science, Engineering. Wear, 2016, pp. 78–83. DOI: 10.1016/j.wear.2016.05.027.Daves, W., Kubin, W., Scheriau, S., Pletz, M. A finite element model to simulate the physical mechanisms of wear and crack initiation in wheel/rail contact. Materials Science, Engineering. Wear, 2016, pp. 78–83. DOI: 10.1016/j.wear.2016.05.027.Magheri, S., Malvezzi, M., Meli, E., Rindi, A. An innovative wheel–rail contact model for multibody applications. Materials Science, Engineering. Wear, 2011, Vol. 271, Iss. 1–2, pp. 462–471. DOI: 10.1016/j.wear.2010.10.038.Magheri, S., Malvezzi, M., Meli, E., Rindi, A. An innovative wheel–rail contact model for multibody applications. Materials Science, Engineering. Wear, 2011, Vol. 271, Iss. 1–2, pp. 462–471. DOI: 10.1016/j.wear.2010.10.038.Wen, J., Marteau, J., Bouvier, S., Risbet, M., Cristofari, F., Secordel, P. Comparison of microstructure changes induced in two pearlitic rail steels subjected to a full-scale wheel/rail contact rig test. Materials Science, Engineering, Wear, 2020, 203354, pp. 456–457. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203354.Wen, J., Marteau, J., Bouvier, S., Risbet, M., Cristofari, F., Secordel, P. Comparison of microstructure changes induced in two pearlitic rail steels subjected to a full-scale wheel/rail contact rig test. Materials Science, Engineering, Wear, 2020, 203354, pp. 456–457. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203354.Khoa, D. Vo; Tieu, A. Kiet; Hongtao, Zhu T.; Kosasih, Buyung P. A 3D dynamic model to investigate wheel–rail contact under high and low adhesion. International Journal of Mechanical Sciences, 2014, Vol. 85, pp. 63–75. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2014.05.007.Khoa, D. Vo; Tieu, A. Kiet; Hongtao, Zhu T.; Kosasih, Buyung P. A 3D dynamic model to investigate wheel–rail contact under high and low adhesion. International Journal of Mechanical Sciences, 2014, Vol. 85, pp. 63–75. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2014.05.007.

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