Розвиток методів діагностики та підвищення безпеки функціонування хрестовин стрілочних переводів в експлуатації із врахуванням основних положень ДСТУ EN 13232-1

Abstract

Стрілочні переводи забезпечують безперебійне функціонування перевізної роботи залізничної галузі. Конструктивно стрілочний перевід містить стрілку, хрестовину та з’єднувальні колії [1–2]. Ці конструктивні елементи виконують різні за призначенням функції та мають різні терміни експлуатації. Одним із проблемних елементів стрілочного переводу є хрестовина. Вона знаходиться на перетині двох рейок, що призводять до підвищеної динамічної дії на хрестовину від рухомого складу, вертикальних зносів сердечника та вусовиків і зародженням дефектів, і пошкоджень на поверхні робочих граней хрестовини [3–6]. Вони впливають на забезпечення безпеки руху. Тому важливою задачею наукових досліджень є вчасне виявлення та усунення дефектів на хрестовинах стрілочних переводів. У магістерській роботі наводиться метод діагностики та підвищення безпеки функціонування хрестовин стрілочних переводів в експлуатаційних умовах із використанням інерційних цифрових технологій оцінки динамічної взаємодії рухомого складу і хрестовини стрілочного переводу. Об’єкт дослідження – хрестовини стрілочних переводів. Предмет дослідження – методи діагностики та підвищення безпеки функціонування хрестовин. Мета дослідження – розробити методи діагностики та підвищення безпеки функціонування хрестовин стрілочних переводів в експлуатаційних умовах із врахуванням основних положень ДСТУ EN 13232-1. За результатами магістерської роботи виконано такі задачі досліджень: -проведено аналіз експлуатаційної стійкості хрестовин стрілочних переводів в умовах експлуатації; -розроблено методику експериментальної діагностики хрестовин стрілочних переводів в експлуатації; -проведено експериментальні вимірювання динамічної взаємодії хрестовин із рухомим складом залізниці; -наведено рекомендації із підвищення безпеки функціонування хрестовин стрілочних переводів в експлуатаційних умовах із врахуванням основних положень ДСТУ EN 13232-1. У результаті проведеного аналізу науково-дослідних робіт встановлено, що у більшості випадків хрестовини стрілочних переводів виходять із експлуатації не досягнувши нормативних термінів на відмову. У деяких випадках вони не досягають термінів на відмову приблизно в два рази [3–4]. Основними дефектами передчасного виходу хрестовин із експлуатації є вертикальний знос сердечника та вусовиків хрестовини [4, 7], а також виколювання металу та поверхні кочення вусовиків та сердечника. Розроблено методологію експериментальних інерційних досліджень технічного стану хрестовин стрілочних переводів на основі досвіду розробки таких систем у країнах ЄС, що відображено у наукових працях [8–15]. Вона передбачає запис прискорень за допомогою триосьового датчику прискорень. Результати експериментальних досліджень показали, що максимальні прискорення виникають у вертикальній площині хрестовини, а мінімальні – у повздовжньому напрямі хрестовини. Встановлено, що на величину прискорень має вплив швидкість руху рухомого складу. Підвищення швидкості призводить до збільшення величини прискорень. При швидкості руху пасажирських вагонів із тяговим рухомими складом ЧС7 рівною 64 км/год величина вертикальних прискорень склала 19,7 м/с2, а при швидкості руху швидкісного електропоїзду Hyundai Rotem (Інтерсі+) рівною 82 км/год – 56,7 м/с2. Встановлено, що для вчасного виявлення та попередження розвитку дефектів хрестовин стрілочних переводів в експлуатаційних умовах є застосування систем контролю технічного стану. Розробка методів та алгоритмів контролю дозволить підвищити термін експлуатації хрестовин, оскільки такі системи дозволяють вчасно попередити про розвиток несправностей хрестовини. Рекомендується застосовувати гнучку систему періодичності контролю технічного стану хрестовин стрілочних переводів в експлуатації із використанням як існуючих методів вимірювань так і інерційних систем контролю та моніторингу. Це дозволяє встановити інтервали між різними видами контролю із врахуванням інтенсивності руху поїздів, конструктивними особливостями хрестовин та умовами експлуатації, що призведе до підвищення функціональної безпеки експлуатації хрестовин стрілочних переводів.Turnouts ensure the uninterrupted functioning of railway transportation operations. Structurally, a turnout consists of a switch, a crossing (frog), and connecting tracks [1–2]. These structural elements perform different functions according to their purpose and have different service lives. One of the problematic elements of a turnout is the crossing. It is located at the intersection of two rails, which leads to increased dynamic impacts from rolling stock, vertical wear of the nose and wing rails, as well as the initiation of defects and damages on the working surface of the crossing [3–6]. These factors directly affect traffic safety. Therefore, an important task of scientific research is the timely detection and elimination of defects in turnout crossings. This master’s thesis presents a method for diagnostics and improving the safety of turnout crossings under operational conditions using inertial digital technologies for assessing the dynamic interaction between rolling stock and the turnout crossing. Object of the research – turnout crossings. Subject of the research – methods of diagnostics and improving the safety of turnout crossings. Purpose of the research – to develop methods for diagnostics and improving the safety of turnout crossings under operational conditions, taking into account the main provisions of DSTU EN 13232-1. According to the results of the master’s thesis, the following research tasks have been carried out: -analysis of the operational stability of turnout crossings under real operating conditions; -development of a methodology for experimental diagnostics of turnout crossings in service; -experimental measurements of the dynamic interaction between crossings and railway rolling stock; -formulation of recommendations for improving the safety of turnout crossings under operational conditions, considering the main provisions of DSTU EN 13232-1. As a result of the analysis of research studies, it was established that in most cases turnout crossings are withdrawn from service before reaching their normative failure life. In some cases, they fail to reach the specified service life by almost half [3–4]. The main defects causing premature withdrawal of crossings from operation are vertical wear of the nose and wing rails of the crossing [4, 7], as well as metal spalling and damage to the rolling surface of the nose and wing rails. A methodology for experimental inertial studies of the technical condition of turnout crossings has been developed, based on the experience of developing such systems in EU countries, as reflected in scientific works [8–15]. This methodology involves recording accelerations using a triaxial accelerometer. The results of experimental studies showed that the maximum accelerations occur in the vertical plane of the crossing, while the minimum values are observed in the longitudinal direction of the crossing. It was found that the magnitude of accelerations is influenced by the speed of rolling stock. An increase in speed leads to higher acceleration values. At a speed of 64 km/h for passenger cars hauled by the ChS7 locomotive, the vertical acceleration reached 19.7 m/s2, while at a speed of 82 km/h for the high-speed Hyundai Rotem (Intercity+) train, the vertical acceleration was 56.7 m/s2. It has been determined that timely detection and prevention of defect development in turnout crossings under operational conditions requires the application of technical condition monitoring systems. The development of control methods and algorithms will extend the service life of crossings, since such systems allow for early warning of defect development. It is recommended to apply a flexible system of control periodicity for the technical condition of turnout crossings in operation, using both existing measurement methods and inertial monitoring and diagnostic systems. This approach makes it possible to establish intervals between different types of control, taking into account train traffic intensity, structural features of crossings, and operational conditions, which will improve the functional safety of turnout crossings.