Упруго-линейная модель динамического контроля жесткости балластного слоя железнодорожного              пути

Владимир Сергеевич Выплавень; Сергей Алексеевич Бехер

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

Авторы

В. С. Выплавень Сибирский государственный университет путей сообщения
С. А. Бехер Сибирский государственный университет путей сообщения

DOI:

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

Ключевые слова:

подрельсовое основание, математическая модель, неразрушающий контроль, динамический плотномер, упругость, балласт, железнодорожный путь

Аннотация

В статье представлены результаты математического моделирования ударных упругих процессов установки динамического контроля балластного слоя железнодорожного пути. Установка используется для определения степени уплотнения и оценки несущей способности балластного слоя в межремонтный период, при выполнении подбивочных, выправочных работ, динамической стабилизации пути и в период контроля технологии осуществления ремонтных путевых работ. Процесс воздействия на контролируемое упругое основание рассмотрен в рамках четырехэлементной математической модели. Выявлены временные интервалы взаимодействия между элементами модели. Каждый временной интервал описывается системой дифференциальных уравнений второго порядка, для которой получены аналитические решения. Выполнена верификация модели с реальными сигналами, зарегистрированными в процессе экспериментов на основании с известной жесткостью при вариации жесткости упруго-демпферного элемента. В процессе испытаний вертикальное ускорение штампа измерялось акселерометром с частотой дискретизации 42 кГц, сохранялось на ЭВМ и обрабатывалось специализированным программным обеспечением. Для верификации результатов моделирования полученные сигналы сравнивались с аналитическими с использованием корреляционного анализа. В результате моделирования определены амплитудные и временные информативные параметры для оценки модуля упругости основания. Получены зависимости параметров от характеристик установки в условиях неопределенности высоты падения груза, массы штампа, жесткости упруго-демпферного элемента, угла наклона направляющей штанги. По полученным зависимостям оценено влияние неопределенностей на погрешность оценки жесткости основания. Определены информативные параметры, позволяющие определить жесткость основания с погрешностью не более 7 %. Разработан способ выбора оптимальных характеристик конструкции установки и информативных параметров для обеспечения минимальных погрешностей.

Биографии авторов

В. С. Выплавень, Сибирский государственный университет путей сообщения

аспирант, инженер-программист научно-исследовательской лаборатории «Физические методы контроля качества»

С. А. Бехер, Сибирский государственный университет путей сообщения

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Электротехника, диагностика и сертификация»

Библиографические ссылки

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.