Анализ взаимосвязи подуклонки рельсов и ширины колеи на основании данных вагонов-путеизмерителей

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.

1. Сычев 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.

2. Чернышёв М. А. Практические методы расчёта пути. – М.: Транспорт, 1967. – 236 с.

3. 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.

4. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. – М.: Физматлит, 2006. – 816 с. ISBN 5-9221-0707-0.

5. 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].

6. 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].

7. 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.

8. 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].

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.