Розробка структури системи підвищення безпеки функціонування земляного полотна на ділянках залізничної колії схильних до залишкових деформацій у відповідності до EN 16907

Abstract

На забезпечення безпеки руху рухомого складу залізниць впливає технічний стан земляного полотна [1–4]. Земляне полотно є основою для верхньої будови залізничної колії. Однак переважна протяжність існуючого земляного полотна на залізницях України проєктувалася під інші експлуатаційні вимоги залізничної колії, аніж вони є на теперішній час. На залізниці є ділянки земляного полотна, які схильні до деформацій, просадок, втрати стійкості укосів насипу, затоплення тощо [5]. В експлуатаційних умовах є випадки втрати несучої здатності та стійкості земляного полотна, що відображено в матеріалах [6–7]. Такі випадки негативно впливають на забезпечення безпеки руху поїздів та функціонування залізниці в цілому. Одним із методів оцінки технічного стану земляного полотна залізниці є моніторинг [8–14]. Який дозволяє вчасно встановити погіршення технічного стану земляного полотна та запобігти аварійним ситуаціям. Тому у магістерській кваліфікаційній роботі пропонується провести дослідження, щодо експериментального моніторингу технічного стану проблемних ділянок земляного полотна залізничної колії із використанням інерційних технологій. Об’єкт дослідження – земляне полотна залізничної колії. Предмет дослідження – вимірювання прискорень на проблемних ділянках земляного полотна. Мета дослідження – розробка структури системи підвищення безпеки функціонування земляного полотна на ділянках залізничної колії схильних до залишкових деформацій у відповідності до EN 16907 із використанням інерційних технологій. За результатами магістерської кваліфікаційної роботи виконано такі задачі досліджень: -проведено аналіз факторів, які впливають на деформативність земляного полотна залізничної колії; -проведено аналіз науково-дослідної літератури із проблем експлуатації земляного полотна та сучасних методів моніторингу технічного стану земляного полотна в експлуатаційних умовах залізничної колії; -проведено динамічні експериментальні дослідження рівня прискорень, які виникають при проїзді рухомого складу по ділянках колії із дефектним земляним полотном та із технічно справним; -встановлено критерії для моніторингу технічного стану земляного полотна в експлуатаційних умовах шляхом інерційних вимірювань прискорень; -наведено рекомендації із комплексного моніторингу технічного стану земляного полотна залізниці із використанням візуального та інструментального моніторингу. Із проведеного аналізу науково-дослідних робіт встановлено, що наявність ділянок земляного полотна, які схильні до деформацій, призводить до зменшення швидкостей руху рухомого складу, а також зменшує пропускну та провізну здатність залізниці. Крім цього такі ділянки загрожують безпеці руху. Встановлено, що для підвищення безпеки руху та забезпечення безперебійного функціонування залізничного транспорту необхідно проводити моніторинг змін технічного стану земляного полотна залізниці. Запропоновано проводити моніторинг земляного полотна методом інерційних технологій із використанням високочастотних датчиків прискорень. За результатами експериментальних досліджень записів прискорень, які виникають на технічно справній ділянці земляного полотна та на ділянці колії із дефектним земляним полотном встановлено, що найбільш оптимальним критерієм для моніторингу технічного стану земляного полотна залізничної колії є записи прискорень у вертикальному напрямі. При проїзді локомотиву ЧМЄ3 величина прискорень при технічно справному стані земляного полотна становила 5,81 м/с2, а при дефектному стані земляного полотна – 12,21 м/с2. На основі проведених досліджень встановлено, що підвищення безпеки руху залізничного транспорту можна досягти шляхом регулярного моніторингу змін технічного стану проблемних ділянок земляного полотна, які схильні до деформацій. Це можна досягти із застосування візуального моніторингу та інструментального моніторингу.The technical condition of the railway subgrade has a significant impact on the safety of railway rolling stock operations [1–4]. The subgrade serves as the foundation for the superstructure of the railway track. However, the majority of the existing subgrade along Ukraine’s railways was originally designed under different operational requirements than those currently in place. There are sections of the railway where the subgrade is prone to deformation, subsidence, slope instability of embankments, flooding, and other adverse effects [5]. In operational conditions, there are documented cases of loss of bearing capacity and stability of the subgrade, as noted in various sources [6–7]. These cases negatively affect the safety of train traffic and the overall functionality of the railway system. One of the effective methods for assessing the technical condition of the railway subgrade is monitoring [8–14], which enables the timely detection of deterioration and helps to prevent emergency situations. Therefore, this master’s qualification thesis proposes to carry out research on the experimental monitoring of the technical condition of problematic railway subgrade sections using inertial technologies. Object of the study – the railway track subgrade. Subject of the study – measurement of accelerations on problematic subgrade sections. Purpose of the study – development of a system structure for enhancing the safety of railway subgrade performance on track sections prone to residual deformations in accordance with EN 16907 using inertial technologies. Based on the results of the master’s qualification thesis, the following research tasks were accomplished: -An analysis was conducted on the factors influencing the deformability of the railway track subgrade; -A review of scientific and research literature was carried out regarding the challenges of subgrade operation and modern methods for monitoring the technical condition of subgrade in railway operational conditions; -Dynamic experimental studies were performed to assess the level of accelerations generated during the passage of rolling stock over track sections with defective subgrade and those with technically sound subgrade; -Criteria were established for monitoring the technical condition of the subgrade under operational conditions by means of inertial acceleration measurements; -Recommendations were provided for comprehensive monitoring of the railway subgrade’s technical condition using both visual and instrumental monitoring methods. From the conducted analysis of research studies, it was determined that the presence of subgrade sections prone to deformation leads to reduced train speeds, as well as decreased railway capacity and throughput. Additionally, such sections pose a threat to traffic safety. It was established that to improve traffic safety and ensure the uninterrupted functioning of railway transport, it is necessary to monitor changes in the technical condition of the railway subgrade. It is proposed to carry out subgrade monitoring using inertial technology methods with the application of high-frequency acceleration sensors. According to the results of experimental studies on acceleration recordings obtained from both technically sound subgrade sections and those with defects, it was found that the most optimal criterion for monitoring the technical condition of the railway subgrade is the vertical acceleration record. During the passage of a ChME3 locomotive, the acceleration magnitude on a technically sound subgrade section was 5.81 m/s2, while on a defective section it was 12.21 m/s2. Based on the conducted research, it was concluded that improving railway traffic safety can be achieved through regular monitoring of technical condition changes in problematic subgrade sections that are prone to deformation. This can be implemented through the use of both visual and instrumental monitoring techniques.