Комплексне дослідження впливу конструкції стрілочного переводу залізничної колії на динамічні параметри модельних рухомих об’єктів залізничного транспорту із врахуванням вимог EN 14363.

Abstract

Стрілочні переводи, які знаходяться в експлуатації залізничної колії являються складними інженерними конструкціями [1]. Їхні конструктивні особливості мають безпосередній вплив на динамічні параметри при русі рухомого складу по стрілочному переводу [2–4]. До цих параметрів відноситься погіршення плавності руху рухомого складу, підвищений рівень вібрацій, виникнення додаткових динамічних навантажень та їх вплив на забезпечення безпеки руху поїздів. Динамічні параметри рухомого складу при русі по стрілочному переводу, ще більше погіршуються у випадку зносу конструктивних елементів стрілочних переводів таких як хрестовин та стрілок. У випадку викришування металу на робочих поверхнях кочення стрілочного переводу зростають ударні навантаження, що спричиняють підвищений знос рухомого складу та конструктивних елементів стрілочного переводу. Тому важливою задачею наукових досліджень є проведення комплексних досліджень впливу конструкції стрілочного переводу залізничної колії на динамічні параметри рухомих об’єктів залізничного транспорту із врахуванням вимог EN 14363 [5], і на основі них можна розробити рекомендацій із удосконалення конструктивних особливостей стрілочних переводів. Об’єкт дослідження – стрілочні переводи залізничної колії. Предмет дослідження – динамічні параметри модельних рухомих об’єктів залізничного транспорту. Мета дослідження – провести комплексне дослідження впливу конструкції стрілочного переводу залізничної колії на динамічні параметри модельних рухомих об’єктів залізничного транспорту із врахуванням вимог EN 14363. За результатами магістерської роботи виконано такі задачі досліджень: -проведено аналіз особливостей впливу конструкцій стрілочних переводів на динамічні параметри рухомого складу залізниці; -проведено аналіз вимог норм EN 14363 при експериментальній оцінці рухомого складу; -розроблено методику комплексного оцінювання динамічних параметрів модельних рухомих об’єктів залізничного транспорту у межах стрілочного переводу; -проведено експериментальні дослідження динамічних параметрів модельних рухомих об’єктів залізничного транспорту; -розроблено рекомендації із удосконалення конструкцій стрілочних переводів з метою зменшення динамічного впливу на рухомий склад залізниці. Аналіз науково-дослідних робіт показав, що стрілочні переводу мають значний вплив на динамічні параметри рухомого складу залізничного транспорту [6, 7]. Це насамперед пов’язано із особливостями конструкцій стрілочних переводів та складністю утримання стрілочних переводів в експлуатаційних умовах. Крім цього на динамічні показники руху має вплив напрям руху. Величини бокових сил є вищими при русі рухомого складу у протишерстному напрямі стрілочного переводу [3, 4], а деформації у пошерстному напрямі [8]. Відповідно до норм ДСТУ EN 14363 динамічними параметрами, при випробуванні рухомого складу, є величини бокових та вертикальних сил, відношення бокових сил до вертикальних, прискорення візків та кузова рухомого складу та плавність руху. Одним із методів забезпечення надійності та функціональної безпеки стрілочних переводів при русі рухомого складу є моніторинг стану конструкцій стрілочних переводів [9–12]. Для дослідження впливу конструкції стрілочного переводу на динамічні показники проведено експериментальні дослідження на навчальному полігоні із використанням інерційної системи вимірювань [13]. Експерименти проведені у межах стрілки стрілочного переводу та перевідної кривої. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що на величину динамічних показників рухомого складу, у межах руху стрілочним переводом, має вплив напрям руху. При русі у протишерстному напрямі величина прискорень є вищою за рух у пошерстному напрямі. Встановлено, що величина вертикальних прискорень, які виникають на рамі модельного залізничного візка, є вищою у корені вістряків стрілочного переводу, а велична поперечних прискорень у вістрі вістряків. Максимальна величина вертикальних прискорень у протишерстному напрямі руху склала 11,68 м/с2, а у пошерстному 10,05 м/с2. Відповідно величина горизонтальних поперечних прискорень склала 5,79 м/с2 та 5,3 м/с2.Railway turnouts in operation are complex engineering structures [1]. Their design features have a direct impact on the dynamic parameters of rolling stock movement through the turnout [2–4]. These parameters include deterioration of ride comfort, increased vibration levels, the occurrence of additional dynamic loads, and their influence on ensuring train traffic safety. The dynamic parameters of rolling stock when passing through a turnout deteriorate further in the case of wear of structural elements such as crossings and switch points. When metal chipping occurs on the running surfaces of the turnout, impact loads increase, causing accelerated wear of both the rolling stock and the structural elements of the turnout. Therefore, an important task of scientific research is to carry out comprehensive studies of the influence of turnout design on the dynamic parameters of railway transport vehicles, taking into account the requirements of EN 14363 [5]. Based on these studies, recommendations for improving the design features of turnouts can be developed. Object of the study – railway track turnouts. Subject of the study – dynamic parameters of model railway transport vehicles. Purpose of the study – to conduct a comprehensive study of the influence of turnout design on the dynamic parameters of model railway transport vehicles, considering the requirements of EN 14363. According to the results of the master’s thesis, the following research tasks were accomplished: -analysis of the features of turnout design influence on the dynamic parameters of railway rolling stock; -analysis of EN 14363 requirements for experimental assessment of rolling stock; -development of a methodology for comprehensive evaluation of the dynamic parameters of model railway transport vehicles within turnouts; -experimental studies of the dynamic parameters of model railway transport vehicles; -development of recommendations for improving turnout designs to reduce the dynamic impact on railway rolling stock. Analysis of research studies has shown that railway turnouts have a significant impact on the dynamic parameters of railway rolling stock [6, 7]. This is primarily related to the structural features of turnouts and the complexity of their maintenance under operational conditions. In addition, the direction of movement affects the dynamic performance of rolling stock. The values of lateral forces are higher when moving in the facing direction of the turnout [3, 4], while deformations are greater in the trailing direction [8]. According to the requirements of DSTU EN 14363, the dynamic parameters assessed during rolling stock testing include lateral and vertical forces, the ratio of lateral to vertical forces, bogie and carbody accelerations, and ride comfort. One of the methods of ensuring the reliability and functional safety of turnouts under rolling stock movement is monitoring the condition of turnout structures [9–12]. To investigate the influence of turnout design on dynamic performance, experimental studies were carried out on a training test site using an inertial measurement system [13]. The experiments were conducted within the switch blade area and the diverging curve of the turnout. The results of the experimental studies showed that the direction of movement affects the magnitude of the dynamic performance indicators of rolling stock when passing through a turnout. In the facing direction, the acceleration values are higher than in the trailing direction. It was found that the magnitude of vertical accelerations arising in the frame of the model railway bogie is higher at the root of the switch blades, while the magnitude of lateral accelerations is greater at the tip of the switch blades. The maximum vertical acceleration in the facing direction reached 11.68 m/s?, while in the trailing direction it was 10.05 m/s?. Accordingly, the magnitude of horizontal lateral accelerations amounted to 5.79 m/s? and 5.3 m/s?, respectively.