Increasing of efficiency of railway broken stone ballast

Набоченко, О. С. Підвищення ефективності роботи щебеневого баластного шару залізничної колії : авт. дис. к. т. н.: 05.22.06 / О. С. Набоченко ; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - Д. : Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2013. УДК 625.141.021(043.3) ГРНТИ 73.29.11 Захист - 25 квітня 2013 р.UK: АНОТАЦІЯ Дисертація присвячена підвищенню ефективності експлуатації баластної залізничної колії з точки зору покращення роботи баластного шару шляхом встановлення раціональних параметрів конструкції колії та рухомого складу, експлуатаційних умов при оптимальних міжремонтних інтервалах. Виконано аналіз впливу та взаємозв'язків факторів впливу на розладнання баластного шару. Розроблено модель короткотривалих та довготривалих процесів взаємодії рухомого складу та залізничної колії, яка враховує розладнання баластного шару при багатократній дії рухомого складу та внутрішні динамічні процеси руху частинок щебеню та шпали у баластному шарі. Розроблено метод розрахунку розладнання геометрії колії, який враховує одночасний взаємний вплив основних груп факторів на роботу баластного шару. Запропоновано спосіб виміру ступеня ущільнення баласту, який ґрунтується на динамічній інтерпретації імпульсного відклику баластного шару. Виконано лабораторні та натурні вимірювання імпульсного відклику баластного шару з подальшим аналізом на реальних ділянках колії з різним ступенем ущільнення баласту при різних комбінаціях проходження важких колійних машин. Сформульовано практичні рекомендації щодо вибору епюри шпал в залежності від вантажонапруженості; ефективних параметрів роботи динамічних стабілізаторів колії та технології виконання робіт; раціонального співвідношення між швидкістю руху та осьовим навантаженням з точки зору роботи баластного шару та встановлено раціональні значення критерію призначення виконання підбивок баластного шару для пасажирського та вантажного рухуRU: АННОТАЦИЯ Диссертация посвящена повышению эффективности эксплуатации балластного железнодорожного пути с точки зрения улучшения работы балластного слоя путем установления рациональных параметров конструкции пути и подвижного состава, эксплуатационных условий при оптимальных межремонтных интервалах. Выполнен анализ влияния и взаимосвязей факторов влияния на расстройство балластного слоя и обобщены имеющиеся потенциалы улучшения работы балластного слоя с точки зрения уменьшения затрат жизненного цикла пути. Разработана модель кратковременных и длительных процессов взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути, которая учитывает расстройство балластного слоя при многократном воздействии подвижного состава, нелинейность работы подрельсовых опор и балластного слоя при взаимодействии пути и движущейся квазистатической силы, а также внутренние динамические процессы движения частиц щебня и шпалы в балластном слое. Моделирование динамических процессов, происходящих внутри балластного слоя под воздействием вибрационной нагрузки, выполняется с использованием метода молекулярной динамики. Согласно этому методу, каждая отдельная частица балластного слоя рассматривается как отдельное тело в контактном взаимодействии с соседними частицами, которое имеет вязко-упругие свойства и свойства трения. Разработан метод расчета расстройства геометрии пути, учитывающий одновременное взаимное влияние основных групп факторов на работу балластного слоя: факторов конструкции пути, подвижного состава, эксплуатационных условий и факторов содержания пути. В данном методе учтено влияние выполнения путевых работ на работу балластного слоя, а именно: после выполнения подбивки достигается определенная степень улучшения геометри пути, но одновременно происходит рост интенсивности деформаций при многократной подбивке из-за измельчения балластного материала. Степень улучшения зависит от геометрического состояния пути до подбивки. При этом учитывается, что с помощью побивки нельзя получить качество лучше, чем начальное качество пути, т.е. неровность из-за неравнопругости земляного полотна и неравномерной осадки при однослойной стабилизации пути. На основании знания механизмов расстройства балластного слоя и факторов, которые на него влияют, прогнозируется процесс расстройства геометрии пути и, соответственно этому, определяются рациональные строки текущего содержания и ремонтов пути. Предложен способ измерения степени уплотнения балласта, основанный на динамической интерпретации импульсного отклика балластного слоя, в основе которого лежит частотный анализ. Выполнено лабораторные и натурные измерения импульсного отклика балластного слоя с последующим анализом на реальных участках пути с разной степенью уплотнения балласта при различных комбинациях прохождения тяжелых путевых машин. Вследствие статистического анализа лабораторных и натурных измерений импульсного отклика балластного слоя выбрано параметры динамической интерпретации сигнала, которые позволяют надежно оценивать плотность балластного слоя, а именно: передний фронт волны, мгновенную частоту, начало спектра. На основании натурных измерений деформаций пути получены аналитические зависимости связи остаточных просадок пути в фазе стабилизации с параметрами импульсного отклика балластного слоя при различных степенях уплотнения. Сформулированы практические рекомендации по выбору эпюры шпал в зависимости от грузонапряженности; эффективным параметрам работы динамических стабилизаторов пути и технологии выполнения работ; рациональному соотношению между скоростью движения и осевой нагрузкой с точки зрения работы балластного слоя и установлены оптимальные значения критерия назначения выполнения подбивок балластного слоя для пассажирского и грузового движения; дана рекомендация рациональных величин вертикальных неровностей с точки зрения содержания балластного слоя, при которых назначаются работы по подбивке пути.EN: ABSTRACT The thesis is dedicated to increasing the efficiency of operation of the railway ballast in the point of view of ballast improvement by means of establishment of rational track design parameters and operating conditions. The analysis of effects and interactions of factors on the ballast work is done. A model of short-term and long-term processes of interaction between the rolling stock and railway track is developed. The model takes into account the ballast deterioration under the rolling stock loading and the internal dynamic processes of particles of ballast and sleepers in the ballast layer. A method of calculation of railway track geometry deterioration is completed. The method takes into account the simultaneous mutual influence of the main groups of factors. A method for measuring the degree of compaction of ballast is proposed. The method is based on a dynamic interpretation of the ballast impulse response, which is grounded on frequency analysis. Laboratory and field measurements of the ballast impulse response with the following analysis on real track sections with a different degree of ballast compaction are fulfilled. Practical recommendations are proposed: the sleeper layout depending on the traffic density; the effective parameters of the dynamic stabilizers; the optimal ratio between the train velocity and axial load depending on the ballast maintenance intervals

Studying the Railroad Track Geometry Deterioration as a Result of an Uneven Subsidence of the Ballast Layer

A method for calculating impairment of the track geometry under influence of dynamic loads in the course of passing the track unevenness by the rolling stock was developed. The method takes into consideration interrelated short-term processes of dynamic interaction and long-term processes of subsidence of the ballast layer in a mutual influence on each other. Mathematical model of dynamic interaction of the track in the form of a planar three-layer continual beam system with a two-mass discrete system corresponding to the rolling stock is the basis of the first part of the method. This model makes it possible to simulate dynamic loads from individual sleepers to the ballast when the rolling stock passes geometric unevennesses and the track elasticity unevennesses.The second part of the method is based on the phenomenological mathematical model of accumulation of residual deformations formed using the results of laboratory studies of subsidence of individual sleepers in the ballast layer. Peculiarity of this model consists in taking into consideration not only uniform accumulation of residual subsidence from the passed tonnage but also presence of a plastic component of subsidence which depends on the maximum stresses in the history of ballast loading by each sleeper.A new theoretical mechanism of development of the track unevenness was proposed. It takes into consideration not only residual subsidences of the ballast layer but also appearance of gaps under sleepers resulting in a local change of the track elasticity. This mechanism enables taking into consideration the ambiguous influence of subsidences with occurrence of gaps under the sleepers. Subsidence causes an increase in dynamic loads on the track and the ballast layer on the one hand and onset of the gap causes a decrease in the track rigidity and corresponding reduction of dynamic loads on the other hand.Practical application of the developed method was demonstrated on an example of quantitative estimation of long-term uneven subsidences of the ballast layer when changing the sleeper diagra

Experimental Determination of Specific Rolling Resistance of Movement of Special Self-Propelled Rolling Stock

Болжеларський, Я. В. Визначення питомого опору руху спеціального самохідного рухомого складу експериментальним методом / Я. В. Болжеларський, С. С. Довганюк, О. С. Набоченко // Зб. наук. пр. Укр. держ. ун-ту залізн. трансп. — Харків, 2014. — Вип. 148, ч. 1. — С. 156—163.UK: Розглянуто методи ексмериментального визначення опору руху рухомого складу залізниць та встановлено аналітичний вигляд залежності питомого опору руху дрезини ДГК-М1 у режимі холостого ходу від швидкості руху. Результати дослідження можуть бути використані у тягових розрахунках спеціального самохідного рухомого складу, у тому числі при виконанні судових залізнично-транспортних експертиз та проведенні службових розслідувань.RU: Рассмотрены методы экспериментального определения сопротивления движению подвижного состава железных дорог и в аналитическом виде установлена зависимость удельного сопротивления движению дрезины ДГК-М1 в режиме холостого хода от скорости движения. Результаты исследований могут быть использованы в тяговых расчетах специального самоходного подвижного состава, при выполнении судебных железнодорожно-транспортных экспертиз и проведении служебных расследований.EN: The problem of improving the traction calculations accuracy of special self-propelled rolling stock is considered in the paper. The information about rolling resistance value of self-propelled rolling stock is insufficient for braking distance calculation. Only the range of rolling resistance values is known and this is makes impossible to establish extract braking distance value. This problem is relevant to forensic railway expertise and to internal investigation of railway accidents. The methods of experimental determination of rolling resistance are considered. The rolling method with kinetic energy measurement is used. The rolling resistance of DGK-M1-type railcar is calculated. The statistical data processing is fulfilled and the analytic dependence of rolling resistance for range of speeds is established. The results of research may be used in forensic railway expertise and during internal investigation of rail accident.Львівська філія ДНУЗТ, Льві

Work Simulation of Continuous Welded Rail Into Curves by Ray Less 350m

Рибкін, В. В. Моделювання роботи безстикової колії у кривих радіусом менше 350 м / В. В. Рибкін, М. П. Сисин, О. С. Набоченко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. — 2011. — Вип. 36. — С. 111—116. УДК 625.14UK: Виконано теоретичні дослідження по розробці моделі роботи безстикової колії у горизонтальній площині під дією поздовжніх температурних напружень та проведено моделювання процесу викиду безстикової колії у поперечному напрямку. Проведено експериментальні дослідження по визначенню параметрів опору залізобетонної шпали поперечному зсуву. На основі розробленої моделі сформульовано практичний висновок про ефективність підвищення стійкості безстикової колії у кривих із радіусом менше 350 м шляхом застосування шпального анкера.RU: Выполнены теоретические исследования по разработке модели работы бесстыкового пути в горизонтальной плоскости под действием продольных температурных напряжений и проведено моделирование процесса выброса бесстыкового пути в поперечном направлении. Проведены экспериментальные исследования по определению параметров сопротивления железобетонной шпалы поперечному сдвигу. На основе разработанной модели сделано практический вывод об эффективности повышения устойчивости бесстыкового пути в кривых с радиусом меньше 350 м путем применения шпального анкера.EN: The method of continuous welded rail (CWR) track calculation is developed in the paper. The method allows carrying out calculations of buckling CWR in curves with radius less than 350 m

Die Instandhaltung der Bettung

Nabochenko O. Die Instandhaltung der Bettung / Ing. Olga Nabochenko, Ph.D. Mykola Sysyn, Dr-Ing. Ulf Gerber, prof. Viktor Rybkin // Sborník přednášek. Železniční Dopravní Cesta 2011.VOŠ a SPŠ stavební. Děčín, 23—24. února 2011. — S. 23—32.DE: Bei der Auslegung der Gleiskonstruktion oder der Festlegung der Betriebsbelastung wird bei der ukrainischen Eisenbahn die Leistungsfähigkeit der Schotterschicht durch einen Vergleich der berechneten und zulässigen Spannungen im Schotter bestimmt. Die zulässigen Spannungen werden nach der jährlichen Verkehrsbelastung und den Fahrzeugtypen unterschieden und erreichen Werte im Bereich von 0,15 bis 0,5 MPa (ЦП117) [1]. Derzeit wird jedoch immer offensichtlicher, dass die Übertragung des Kriteriums der zulässigen Spannungen auf den Schotter analog zu den anderen Bestandteilen des Oberbaus zu unakzeptablen Ergebnissen fuhrt. Der Hauptgrund hierfür ist die unscharfe Grenze zwischen einem arbeitsfähigen und nicht arbeitsfähigen Schotterzustand, welcher im Verlaufe der Lebensdauer einer ständigen Veränderung unterzogen ist. Ein weiterer Grund ist die fehlende Berücksichtigung der Instandhaltung auf die Lebensdauer der Schotterschicht. Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer Faktoren, ohne deren Kenntnis die Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Schotters schwierig ist. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung besteht in der Optimierung der zulässigen vertikalen Gleislagefehler zur Minimierung der Stopfintervalle und damit der Minimierung der Schotterkosten überhaupt. Dabei wird Anfangsqualität des Fahrweges berücksichtigt. Diese wiederum ist vom Ungleichförmigkeitsgrad des Unterbaus und der Verdichtungsqualität der Bettungsschicht abhängig

Study of Carrying Capacity of a Corrugated metal construction by criterion of Yield Hinge Development

Лучко, Й. Й. Дослідження несучої здатності металевої гофрованої конструкції за критерієм розвитку пластичного шарніру / Й. Й. Лучко, В. В. Ковальчук, О. С. Набоченко // Наука та прогрес транспорту. — 2015. — № 5. — С. 180—194. — doi: 10.15802/stp2015/55340UK: Дане дослідження спрямоване на: 1) проведення розрахунку еквівалентних сил, які виникають від рухомого складу залізниць у зимовий та літній періоди року при різних параметрах нерівностей залізничної колії та модуля пружності підрейкової основи; 2) дослідження несучої здатності металевої гофрованої конструкції (МГК) за показником розвитку пластичного шарніру у вершині металевої труби внаслідок отримання незворотних залишкових деформацій вертикального та горизонтального діаметрів труби. Методика. Розрахунок еквівалентних сил проведений за методикою розрахунку залізничної колії на міцність та стійкість. Далі було розроблено математичний алгоритм у програмному середовищі Mathcad 14, за допомогою якого проводились розрахунки утворення пластичного шарніру у вершині труби при різних величинах нерівності залізничної колії та ступеню ущільнення ґрунтової засипки. При даних дослідженнях розрахунки проводилися при проектному значенні ступеня ущільнення ґрунтової засипки та величини динамічного навантаження від рухомого складу залізниць. Результати. Аналіз багатоваріантних розрахунків перевірки умови виникнення пластичного шарніру у вершині склепіння труби показав, що зародження пластичного шарніру, яке має місце у склепінні МГК, виконується тільки за умовою одночасного, несприятливого впливу двох факторів (причин). Це фактори: допущення розвитку нерівності колії за межі допустимих значень без виконання заходів щодо її усунення чи обмеження швидкості руху поїздів (перша причина); зниження ступеня ущільнення ґрунтової засипки нижче 90 % (друга причина). При відсутності однієї із причин зародження пластичного шарніру не відбудеться. Наукова новизна. Вперше дослідженонесучу здатність металевої гофрованої конструкцій великого діаметру (більше 6 м) при врахуванні комплексу факторів: ступеню ущільнення ґрунтової засипки, величини динамічного навантаження від рухомого складу залізниць за критерієм розвитку пластичного шарніру у металі труби привиникненні залишкових незворотних деформацій вертикального та горизонтального діаметрів МГК. Практична значимість. Отримані авторами результати несучої здатності металевих гофрованих конструкцій (типу горизонтальний еліпс поперечного перетину) можуть бути використані інженерами Мостовипробувальних станцій Укрзалізниці та Укравтодору й проектними організаціями, які займаються проектуванням металевих гофрованих конструкцій діаметром, більшим за 6 м.RU: Данное исследование направлено на: 1) проведение расчета эквивалентных сил, возникающих от подвижного состава железных дорог в зимний и летний периоды года при различных параметрах неровностей железнодорожного пути; 2) исследование несущей способности металлической гофрированной конструкции (МГК) по показателю развития пластического шарнира в вершине металлической трубы вследствие получения необратимых остаточных деформаций вертикального и горизонтального диаметров трубы. Методика. Расчет эквивалентных сил проведен по методике расчета железнодорожного пути на прочность и устойчивость. Далее был разработан математический алгоритм в программной среде Mathcad 14, с помощью которого проводились расчеты образования пластического шарнира в вершине трубы при различных величинах неровности железнодорожном пути и степени уплотнения грунтовой засыпки. При данных исследованиях расчеты проводились при проектном значении степени уплотнения грунтовой засыпки и величины динамической нагрузки от подвижного состава железных дорог. Результаты. Анализ многовариантных расчетов проверки условия возникновения пластического шарнира в вершине свода трубы показал, что зарождение пластического шарнира, которое имеет место в своде МГК, проявляется только при условии одновременного, неблагоприятного влияния двух факторов (причин). Это факторы: допущение развития неровности пути за пределы допустимых значений без выполнения мероприятий по ее устранению или ограничению скорости движения поездов (первая причина); снижение степени уплотнения грунтовой засыпки ниже 90 % (вторая причина). При отсутствии одной из причин зарождения пластического шарнира не произойдет. Научная новизна. Впервые исследована несущая способность металлической гофрированной конструкции большого диаметра (более 6 м) с учетом комплекса факторов: степени уплотнения грунтовой засыпки, величины динамической нагрузки от подвижного состава железных дорог по критерию развития пластического шарнира в металле трубы при возникновении остаточных деформаций вертикального и горизонтального диаметров МГК. Практическая значимость. Полученные авторами результаты несущей способности металлических гофрированных конструкций (типа горизонтальный эллипс поперечного сечения) могут быть использованы инженерами Мостоиспытательных станций Укрзализныци, Укравтодора и проектными организациями, которые занимаются проектированием металлических гофрированных конструкций диаметром больше 6 м.EN: This research is aimed to: 1) calculation of equivalent forces caused by rolling stock in winter and summer seasons at different parameters of the irregularities of railway track; 2) research of bearing capacity of corrugated metal constructions (CMC) in terms of development of plastic hinge in the top of the metal pipe due to irreversible residual deformation of the vertical and horizontal diameters of the pipe. Methodology. The calculation of equivalent forces is carried out according to the method of calculating the railway track on strength and stability. Further a mathematical algorithm was developed in the software environment of Mathcad 14, with which the calculations were made about the formation of a plastic hinge at the top of the pipe for different values of the irregularities of the railway track and the degree of compaction of soil backfill. In these studies, the calculations were carried out at the design value of the compaction degree of soil backfill and magnitude of dynamic loading on railway rolling stock. Findings. Analysis of multivariate calculations of testing the condition of occurrence of plastic hinge at the top of the pipe arch has revealed that the first plastic hinge, which occurs in the set of CMC is revealed only when there is a simultaneous unfavorable influence of two factors (causes). These are the factors: the assumption of the development of the track irregularities out of the allowable values without the implementation of measures to eliminate or limit the speed of trains (the first cause); reduction of compaction of soil backfill below the 90 % (the second cause). In case of absence of one of the causes the origin of the plastic hinge will not happen. Originality. It was the first time, when the bearing capacity of corrugated metal construction with large diameter (more than 6 m) with account of factors complex: the degree of compaction of soil backfill, the magnitude of the dynamic loads from rolling stock by the criterion of plastic hinge development in the metal pipe when the occurrence of residual deformations of the vertical and horizontal diameters of the CMC was investigated. Practical value. The obtained results of the bearing capacity of corrugated metal constructions (like horizontal ellipse of cross-section) can be used by engineers of Bridge building stations of Ukrzaliznytsia, Ukravtodor and design organizations, which are engaged in the design of corrugated metal constructions with a diameter of more than 6 m