Упруго-линейная модель динамического контроля жесткости балластного слоя железнодорожного              пути

V S Vyplaven; S A Bekher

doi:10.22213/2410-9304-2023-1-4-13

Authors

V. S. Vyplaven Siberian Transport University
S. A. Bekher Siberian Transport University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-1-4-13

Keywords:

sub-rail base, mathematical model, nondestructive testing, dynamic densimeter, elasticity, ballast, railway track

Abstract

The paper presents the results of mathematical modeling of the shock-elastic interaction process in the dynamic densimeter for dynamic control of the ballast layer of the railroad track. The installation is used to determine the compaction level and to estimate the carrying capacity of the ballast layer during the inter-repair period of tampering, renewal and track stabilization operations. The effect of exposure on the controlled elastic base is considered within a four-element mathematical model. The time intervals of interaction between the model elements are revealed. Each time interval is described by a system of second-order differential equations, for which analytical solutions were obtained. The model verification was evaluated during tests with a dynamic control unit consisting of a loading plate, a falling weight, and an elastic-damping element located between the weight and the loading plate. Tests were conducted on a polyurethane surface with known stiffness. In the process, signals of vertical acceleration of the loading plate when the load strikes the elastic-damping element were recorded. The acceleration was recorded by an accelerometer sensor with a sampling rate of 42 kHz being connected to a computer with specialized software. The acceleration data were obtained for different values of the stiffness of the elastic-damping element in the installation. To evaluate the simulation results, the obtained signals were compared with the theoretical model by the correlation method. According to the results of modeling, the main amplitude and time informative parameters used to determine the degree of compaction of the base layer have been singled out. The dependence of the values of informative parameters on the installation parameters (load weight, loading plate weight, stiffness of an elastic-damping element) in conditions of uncertainty was studied. The obtained dependences are used to estimate the error of each parameter in calculating the rigidity of the base. Informative parameters have been determined that allow you to determine the stiffness of the base with an error of not more than 7%. A method for selecting the optimal characteristics of the unit design and informative parameters to ensure minimum errors has been developed.

Author Biographies

V. S. Vyplaven, Siberian Transport University

Postgraduate Student

S. A. Bekher, Siberian Transport University

DSc in Engineering, Associate Professor

References

Kuttah D. (2021). Determining the resilient modulus of sandy subgrade using cyclic light weight deflectometer test [Transportation Geotechnics], vol. 27, no. 100482. DOI: 10.1016/j.trgeo.2020.100482.

Březina Ilja, Grošek Jiří, Janků Michal. (2017). Measurement of Deflections and Determination of Jointed Plain Concrete Pavements Stiffness by Falling Weight Deflectometer [Procedia Engineering], vol. 190, pp. 162-169. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.05.322.

Sysyn M., Gerber U., Liu J., et. al. (2022). Studying the Relation of the Residual Stresses in the Ballast Layer to the Elastic Wave Propagation [Transportation Infrastructure Geotechnology]. DOI: 10.1007/s40515-022-00249-z.

Duddu S.R., Chennarapu H. (2022). Quality control of compaction with lightweight deflectometer (LWD) device: a state-of-art [International Journal of Geo-Engineering], vol. 13, iss. 1, no. 6. DOI: 10.1186/s40703-021-00171-2.

Сазонова С. А., Пономарев А. Б. Некоторые предпосылки применения динамического плотномера к определению модуля деформации грунта // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2018. Т. 9, № 3. С. 28-35. DOI:10.15593/2224-9826/2018.3.03.

Сазонова С. А., Румянцев С. Д. Применение экспресс-методов для определения характеристик насыпных грунтов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2017. Т. 8, № 3. С. 113-120. DOI:10.15593/2224-9826/2017.3.13.

Суслов О. А. Прогнозная модель расчета накопления неисправностей элементов верхнего строения пути и геометрии рельсовой колеи // Наука и образование транспорту. 2021. № 2. С. 245-250.

Суслов О. А., Федорова В. И. Перспективные подходы к прогнозному моделированию деградационных процессов элементов верхнего строения пути и их применение при создании цифровых двойников // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2021. Т. 80. № 5. С. 251-259. DOI:10.21780/2223-9731-2021-80-5-251-259.

Скутин А. И., Мыльников М. М. Разработка модели возникновения поперечных сил в балластном слое под воздеиствием внешних нагрузок // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2020. №4(68). С. 220-230. DOI:10.26731/1813-9108.2020.4(68).220-230.

Повышение качества работ по виброуплотнению балласта / М. А. Буракова, И. В. Колесников, О. И. Мелешко и др. // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2017. № 12. С. 545-549.

Коваленко Н. И. Особенности обеспечения межремонтного цикла эксплуатации пути трехкратной продолжительности // Наука и технологии железных дорог. 2020. Т. 4, № 4 (16). С. 96-103.

Попович М. В., Волковойнов Б. Г., Атаманюк А. В. Обеспечение стабильности железнодорожного пути путевыми машинами после глубокой очистки балластного слоя // Транспорт Российской Федерации. 2008. № 6 (19). С. 48-51.

Косенко С. А., Мишин Е. А. Динамический стабилизатор пути в технологических цепочках по ремонту пути // Вестник современных исследований. 2018. № 12.1 (27). С. 569-573.

Manakov A., Abramov A., Ilinykh A. (2021). Result assessment of the quality railway track padding [Lecture Notes in Civil Engineering], vol. 130, pp. 193-203. DOI:10.1007/978-981-33-6208-6_20.

Yunlong Guo, Valeri Marikine, Guoqing Jing. (2022). Railway ballast [Rail Infrastructure Resilience: A Best-Practices Handbook]. Elsevier. DOI: 10.1016/B978-0-12-821042-0.00021-6.

Инженерные решения по повышению устойчивости верхнего строения железнодорожного пути / В. Л. Шаповалов, В. А. Явна, К. М. Ермолов и др. // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4 (68). С. 119-135.

Мыльников М. М. Влияние параметров плана на устойчивость балластной призмы железнодорожного пути // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2021. № 1 (69). С. 156-164. DOI: 10.26731/1813-9108.2021.1(69).156-164.

Исследования динамических сил в системе колесо-рельс в процессе движения грузового вагона / С. А. Бехер, А. О. Коломеец, Л. Н. Степанова и др. // Контроль. Диагностика. 2016. № 7. С. 68-72. DOI: 10.14489/td.2016.07.pp.068-072.

Абдурашитов Ю. А., Сычев В. П., Абдурашитов А. Ю. Оценка влияния воздействия подвижного состава с различной нагрузкой на ось на железнодорожный путь с различной толщиной балластного слоя и элементами верхнего строения пути на основе моделирования // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2018. Т. 12, № 12 (12). С. 58-64.

Дружинина О. В., Гапеева А. С., Людаговская М. А. Анализ системы "железнодорожный путь-подвижной состав" на основе методов оценки влияния поездных нагрузок на техническое состояние пути // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. 2019. № 6. С. 3-9.

Ермоленко И. Ю., Морозов Д. В., Асташков Н. П. Влияние продольных нагрузок на безопасность движения при эксплуатации на горно-перевальных участках пути // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2021. № 2 (82). С. 104-111. DOI: 10.46973/0201-727X_2021_2_104.

Абдурашитов А. Ю., Сычева А. В., Кузнецова Н. В. Варианты усиления конструкции железнодорожного пути при обращении поездов с повышенными осевыми нагрузками // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2020. Т. 16. № 16 (16). С. 35-42.

Ашпиз Е. С. Подход к расчету показателей надежности элементов пути // Мир транспорта. 2011. Т. 9. № 5 (38). С. 34-41.

Проблемы повышения осевых нагрузок и скоростей движения поездов на участках распространения слабых грунтов / И. В. Колос, Е. С. Свинцов, Г. М. Стоянович и др. // Бюллетень результатов научных исследований. 2017. № 4. С. 26-31.