Разработка способов измерения динамических сил в системе «колесо – рельс» с использованием модельного эксперимента и тензометрии

При прохождении подвижного состава по пути при взаимодействии колеса и рельса возникают динамические нагрузки, одновременно воздействующие на колесо, на остальные части вагона, а также на рельсовое полотно. Динамические силы при прочих равных условиях будут тем больше, чем больше жесткость элементов в системе, поэтому особенно сильному влиянию динамических ударов подвержены неподрессоренные части вагона и рельс при увеличенной жесткости подрельсового основания. Сверхнормативные динамические силы вызывают повышенные значения напряжений и прогрессирование дефектов, развитие усталостных трещин в рельсах, в деталях вагонов. В условиях интенсификации перевозок это может иметь негативные последствия и приводить к критическим несоответствиям.

В статье рассматривается опыт постановки модельного эксперимента для изучения распределения деформаций рельсового полотна при прохождении подвижного состава при различных условиях испытаний.

Целью настоящего исследования являлось совершенствование способов измерения динамических сил в системе «колесо – рельс», а также разработка и верификация адекватных моделей для изучения процессов, протекающих в данной системе.

В рамках исследования установлены условия верификации модели, при которых возможна реализация модельных экспериментов. В работе проанализировано деформированное состояние рельса под поездной нагрузкой и оценена применимость модели к задаче оценки деформаций рельса. Проведена верификация созданной модели по типу граничных условий, по размеру конечных элементов, по типу нагрузки и размеру пятна контакта, а также по расположению граничного участка. Установлена зависимость прогиба при изменении жесткости в системе «колесо – рельс». Предложено совершенствование способа восстановления действующих нагрузок в данной системе. Предлагаемая методика определения действующих сил позволяет повысить точность измерений и уменьшить погрешности.

1. Гапанович В. А. Вопросы взаимодействия подвижного состава и инфраструктуры при тяжеловесном движении // Железнодорожный транспорт. 2016. № 10. С. 10–15.

2. Инфраструктура в условиях интенсификации перевозок / В. А. Гапанович, В. О. Певзнер, О. А. Сус лов, В. В. Третьяков // Железнодорожный транспорт. 2016. № 3. С. 16–20.

3. ГОСТ 34759–2021. Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железно дорожный путь и методы испытаний : введ. 2022-02-01. Москва : Издательство стандартов, 2021. 32 c.

4. Мониторинг технического состояния железнодорожного пути с использованием метода непрерывной регистрации динамических процессов, возникающих при взаимодействии подвижного состава и пути / Ю. П. Бороненко, А. В. Третьяков, Р. В. Рахимов [и др.] // Бюллетень результатов научных исследований. 2021. № 3. С. 66–82.

5. Динамические силы и процессы в рельсах при ударном взаимодействии колес с дефектами / О. Г. Краснов, О. К. Богданов, М. Г. Акашев // Вестник ВНИИЖТ. 2016. Т. 75, № 6. С. 354–364.

6. Clegg E., Blevins W. G. Wheel impact load detector experience on CN // American Railway Engineering Association Bulletin. 1996. October. Р. 499–523.

7. Оптическая тензометрия в задаче взаимодействия колесо – рельс / В. Н. Федоринин, С. А. Бехер, В. С. Выплавень [и др.] // Автометрия. 2023. Т. 59, № 3. С. 33–42.

8. Достигнутый результат внедрения поста акселерометрического универсального контроля и дальнейшие перспективы при определении дефектов на поверхности катания колес вагонов / А. С. Ададуров, А. В. Нерезков, В. И. Федорова [и др.] // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2021. № 1 (69). С. 192–199.

9. Суслов О. А., Ададуров А. С. Экспериментальные исследования цифровых акселерометров и систем обнаружения дефектов поверхности катания колес подвижного состава на их основе // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. 2019. № 3 (47). С. 40–45.

10. Овчинников Д. В., Суслов О. А. Моделирование устойчивости бесстыкового пути при температурных нагрузках и критерии определения допускаемой температуры нагрева рельсовых плетей по условию недопущения выброса пути в процессе эксплуатации // Наука и образование транспорту. 2021. № 2. С. 238–243.

11. Оптимизация взаимодействия в системе колесо – рельс / С. А. Виноградов, А. В. Сухов, А. А. Лунин [и др.] // Железнодорожный транспорт. 2023. № 3. С. 37–45.

12. Schlumpf G. Messungen mit Dehnungsmesstreifen bei den SBB // Technische Rundschau. Bern, 1955. No. 26. S. 35–41.

13. Sych T., Kolomeets A. Methods of determination of forces in the “wheel-rail” system // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 216. P. 03009.

14. Анализ методов измерений силового воздействия подвижного состава на путь и систем технического контроля колес при движении поезда / Ю. П. Бороненко, Р. В. Рахимов, Р. Ю. Григорьев, В. В. Попов // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2020. Т. 17, № 3. С. 324–344.

15. Ершков О. П. Установление коэффициентов, учитывающих боковой изгиб и кручение рельсов // Труды ЦНИИ МПС. Москва : Трансжелдориздат, 1955. Вып. 97. С. 289–325.

16. Разработка средств мониторинга динамических процессов взаимодействия колес и рельсов в экс плуатации / С. А. Бехер, Т. В. Сыч, А. О. Коломеец, А. С. Кочетков // Вестник Сибирского государствен ного университета путей сообщения. 2018. № 3 (46). С. 33–42. EDN YAATUT.