Разработка средств мониторинга динамических процессов взаимодействия колес и рельсов в эксплуатации

Современные системы контроля динамики взаимодействия железнодорожных транспортных средств и рельсов основаны на косвенных измерениях деформаций, сил и виброускорений. Системы позволяют эффективно обнаруживать неисправный подвижной состав, оказывающий сверхнормативное воздействие на путь. Однако для их массового применения на железных дорогах РФ необходимо решить вопросы метрологического обеспечения. Целью работы является создание методики калибровки тензометрического участка пути и оценка погрешности измерения динамических сил в системе колесо - рельс под поездной нагрузкой. Исследования проводились расчетным методом конечных элементов и экспериментально в реальных условиях эксплуатации. Создан оснащенный тензодатчиками измерительный участок, и разработано специализированное нагружающее устройство, воспроизводящее вертикальную силу до 218 кН и боковую силу до 110 кН. Для натурных испытаний применялась быстродействующая микропроцессорная тензометриче-ская система «Динамика-3». Разработана конечно-элементная модель с переменным средним размером элементов, равным 1 мм в средней части и 5 мм на торцах модели. Выполнена оценка влияния среднего размера элементов, граничных условий на торцах модели и способа приложения вертикальной силы на результаты расчета. Неопределенности результатов не превышают 0,5 %. Исследованы источники погрешности измерения сил для способа «РЖД-2016» и способа измерения вертикальной силы одной парой тензодатчиков. Обнаружено влияние несимметричности установки пары тензодатчиков и жесткости подрельсового основания на точность измерений силы. Вертикальный эксцентриситет пары тензодатчиков, равный 5 мм, определяет погрешность на уровне 5 %, которая не может быть устранена на этапе калибровки. Возникающие после калибровки вариации жесткости подрельсового основания приводят к погрешностям измерений методом «РЖД-2016» на уровне 20-30 %. Для обеспечения погрешности не более 1 % необходимая точность установки преобразователей деформаций составляет 1 мм. Проведена калибровка измерительного участка пути. Экспериментально обоснована линейная зависимость симметричных деформаций в паре тензодатчиков от силы с коэффициентом корреляции более 0,99. Показано, что влияние бокового воздействия на погрешность измерения вертикальной силы сопоставима с дрейфом нуля тензосистемы и не превышает 1 %.

мониторинг, ходовые части вагонов, измерение, калибровка, динамическая сила, тензометрия, рельс, деформации, monitoring, car running gears, measurement, calibration, dynamic force, strain measurement, rail, strain

1. Огневой В. Я. Фрактографические особенности разрушения литых боковых рам тележек грузовых вагонов // Ползуновский альманах. 2011. № 4. С. 39-41.

2. Руководящий документ по ремонту и техническому обслуживанию колесных пар с буксовыми узлами грузовых вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 (1524) мм. РД ВНИИЖТ 27.05.01-2017. URL: https://www.ldz.lv/sites/default/files/09_KV_Padome_57_1%20v_p.%2025.7_Piel.%2016_2.pdf (дата обращения: 15.05.2018).

3. Дистанционный размерный контроль колес в движущемся железнодорожном составе / А. Н. Байбаков, К. И. Кучинский, С. В. Плотников, В. В. Сотников, Ю. В. Чугуй // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 102-109.

4. Двоеглазов А. В., Хоперский В. И. Наглядно о структуре КТСМ-02 // Автоматика, связь, информатика. 2011. № 4. С. 39-41.

5. Зингер М. Б. УКСПСК гарантирует повышение надежности // Автоматика, связь, информатика. 2011. № 2. С. 24-27.

6. Автоматическая диагностика колесных пар с помощью системы ARGUS // Железные дороги мира. 2004. № 5. С. 61-63.

7. Измерительная система Quo Vadis // Железные дороги мира. 2005. № 11. С. 64-68.

8. LeDosquet G., Pawellek F., Muller-Bouttau F. Lasca: Automatic monitoring of the running quality of railway vehicles // RTR. 2007. № 2. P. 1-6.

9. Обнаружение некруглости колес // Железные дороги мира. 2003. № 8. С. 64-68.

10. Clegg E., Blevins W. G. Wheel Impact Load Detector Experience on CN American Railway // Engineering Association Bulletin. 1996. P. 499-523.

11. Lahti Otto. Junan pyoravikojen havainnointi raiteeseen asennetulla mittalaitteella. Ratahallintokeskuksen julkaisuja A 12/2008. Helsinki, 2008.

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

13. Степанова Л. Н., Бехер С. А., Кочетков А. С. Особенности использования быстродействующей тензометрии для контроля колес грузовых вагонов в движении // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2010. № 2 (38). С. 53-57.

14. Микропроцессорные многоканальные тензометрические системы для динамических испытаний конструкций / Л. Н. Степанова, С. И. Кабанов, С. А. Бехер, М. С. Никитенко // Датчики и системы. 2011. № 8. С. 29-34.

15. Бехер С. А., Коломеец А. О. Повышение достоверности контроля колес грузовых вагонов в движении с использованием цифровых методов обработки информации // Дефектоскопия. 2015. № 3. С. 61-68.