Мониторинг верхнего строения пути (Раздел дипломной работы на тему: "Планирование и организация путевых работ на Новосокольнической дистанции пути Октябрьской железной дороги")

2.Мониторинг верхнего строения пути

2.1.Геометрические исследования пути.

Сформировавшееся много лет назад и широко применяемое до сих пор понятие «путь» охватывает все проблемы, связанные с созданием его трассы (прямые и кривые участки, переходные кривые, отводы воз­вышения, вставки, уклоны, их переломы и т. п.) и взаимным положе­нием рельсовых нитей (ширина рельсовой колеи, ее уширение, возвы­шение, подуклонка рельсов и т. п.).

Диагностика верхнего строения пути рассматривает эти проблемы в отношении допускаемых отклонений, методов измерений и прогно­зирования происходящих в пути изменений. Она не занимается вы­водом основных зависимостей для определения номинальных значений, методами проектирования и оптимизации геометрических схем, спосо­бами производственных измерений. Можно сказать, что целью диаг­ностики верхнего строения пути является определение его геометриче­ской точности.

Эти положения свидетельствуют о весьма важной роли геометри­ческих исследований пути, которые отличаются следующими особен­ностями :

1)  относительно   высокой   точностью   результатов,   выражаемых, как правило, в численной форме, и простотой их толкования по отно­шению к отдельной измеряемой величине;

2)  удобством механизации и автоматизации;   

3)  разнообразием   измерительной   аппаратуры — от   простейших универсальных инструментов (штангенциркуля и рулетки)  до путеизмерителей.

4)  трудностью точного анализа результирующих данных для всех одновременно выполняемых измерений, т. е. сложностью принятия однозначно определенных границ между состояниями верхнего строе­ния пути.

Результаты геометрических исследований пути существенно вли­яют на принятие решения о проведении ремонтов. Эти результаты изме­няются во времени вследствие возрастающих нагрузок на путь.

Приняв систему координат, изображенную на рис. 2.1., в которой  х — расстояние, измеряемое вдоль оси пути; у — поперечное откло­нение; z — отклонение, перпендикулярное теоретической плоскости пути (в кривых — поверхности, проходящей через обе рельсовые нити), можно установить, что у и z изменяются в зависимости от рас­стояния х и времени t.

Величины у и z будем рассматривать далее как непрерывные слу­чайные величины (с определенными ограничениями) и называть их горизонтальные  и  вертикальные  неровности.

Рис.2.1.Основные геометрические величины пути

Полный диагноз геометрического состояния пути, рассматривае­мого как система двух рельсовых нитей, уложенных на определенном расстоянии между собой, охватывает следующие величины:

а)  ширину колеи (рис. 2.1. а, г)

                                                 2.1

б)  различие во взаимном положении рельсовых нитей по уровню

(рис.  2.1. б)

                                                   2.2

 в)  перекос (рис. 2.1. в)

                                            2.3

г) продольную неровность рельсовых нитей в вертикаль­ной плоскости (см. рис. 2.1. б)

                                                 2.4

д) горизонтальные   неровности:

в  прямом  пути

в кривой (в том числе переходной) (см. рис. 2.1. г) отдельно для каждой  нити:

                                            2.5

Желая рационально оценить состояние верхнего строения пути с одинаковыми конструктивными характеристиками и условиями со­держания, его измеряют на длине 200—300 м , причем, если не­прерывная запись результатов измерения на ленте невозможна, ин­тервалы между измерениями ширины колеи, взаимного положения рельсовых нитей по уровню и продольных неровностей должны состав­лять 0,5—1,5 м (практически через одну или две шпалы или через 1 м). Допустимы и большие интервалы, но не для всех диагностических задач.

Длина участков, измерения которых должны составить базу оценки состояния данного пути, зависит от цели оценки и способа, с помощью которого это состояние можно охарактеризовать. Следует предосте­речь от вычисления величин, которые наверняка излишни.

Результаты геометрических исследований верхнего строения пути (помимо исследований, выполняемых путеизмерителями) можно представить с помощью:

1)  графиков, иллюстрирующих измеренные величины в принятом масштабе и непосредственно отображающих состояние пути; графики легко анализируются и позволяют выделить наиболее неблагоприят­ные участки, не обеспечивая, однако, определения степени вероят­ности превышения допускаемых отклонений; лишь измерения на длине 200—300 м дают возможность составить фактическую картину его

состояния;

2)  распределений измеряемых величин и их параметров, прежде всего дисперсий, представляющих собой основание для оценки необ­ходимости ремонта и проведения ряда сравнений, однако они не позво­ляют оценить реальную форму отдельных неровностей и место наи­больших неровностей; достаточной основой для обработки такого рас­пределения являются измерения на длине пути 200—300 м;

3)  кривых спектральной плотности, характеризующих одновремен­но величину неровностей и ее протяженность; частоту здесь обычно вы­ражают в единицах длины, а не времени, т. е. единицей измерения этой функции является мм²/цикл/м; опыт показал, что характер функ­ций для различных состояний верхнего строения пути аналогичен, но зависимость амплитуды от частоты различается весьма сильно; кри­вые спектральной плотности необходимы тогда, когда результаты изме­рения верхнего строения пути должны представлять собой базу оценки динамических воздействий подвижного состава (для его содержания их роль невелика); построение этих кривых сложно, поскольку тре­бует сложных расчетов и измерений на длине  пути  не менее 500 м (желательно даже 1500 м);  таким образом,  в диагностике верхнего строения пути они  играют второстепенную   роль.

2.2 Ширина рельсовой колеи

2.2.1. Характеристики и величины

Ширина колеи S, т. е. расстояние между внутренними гранями рель­сов, измеряемое на расчетном уровне—между точками, находящимися на 13 мм ниже поверхности катания (рис.2.2.), является одним из ос­новных параметров пути. Расчетный уровень имеет обычно условное значение, поскольку в различных типах рельсов принимают различ­ные радиусы закругления головки. Постоянный размер k необходим не столько для однозначного и точного определения зазора между рель­сом и гребнем колеса, сколько из соображений  единообразия    измерительных   инструментов.

Рис. 2.2 Ширина колеи

Ширина колеи является величиной, измеряемой наиболее часто. Очень мало таких диагностических задач, которые бы не предусма­тривали измерения этого размера.

Ширину колеи измеряют с точностью до 1 мм. Диапазон измерений достигает примерно 40 мм.

Принятие определенной номинальной ширины имеет существенное значение для величины зазора между головкой рельса и гребнем ко­леса, от которой зависит поперечная сила Y, передаваемая колесом рельсу:

                                                         2.6

где:  

γ — зазор между колесом и рельсом;

т — масса  подвижного состава;

β_Z — поперечная жесткость рельсовой нити;

а — половина  длины  экипажа; v — скорость движения экипажа.

Опыт эксплуатации железных дорог с уменьшенной номинальной шириной колеи в России оказался благоприятным: достигнуто, в частности, улучшение плавности движения и определенное снижение затрат на содержание верхнего строения пути.