Теоретичні дослідження ефективності вдосконаленого поздовжнього профілю хрестовин стрілочних переводів

We have developed a comprehensive method to prolong the time of operation of frogs at railroad switches, based on the consideration of a longitudinal profile of the frog, the magnitude of dynamic forces and normal stresses.We have improved a longitudinal profile of the frog, brand 1/11, project 1740, by the method of surfacing under field operation conditions. The slopes of a trajectory after the passage of an average statistical wheel over the proposed profile amount to 3.7 ‰ instead of 10 ‰ for a standard profile of the frog.It was established that increasing a load on the frog to 60 % at the expense of a deflection under the frog beam leads to the accelerated disarrangement of the frog, as a result of fatigue defects at the rolling surface, while the cost of frog operation in this case increases by five times.We modeled a dynamic interaction between the rolling stock and a standard, as well as the proposed, longitudinal profiles of frogs. Calculation of dynamic processes of the nonlinear interaction between the rolling stock and a standard profile of the frog and the profile restored by surfacing, showed that the magnitude of forces for the proposed frog at the motion speed of 150 km/h is 50 % lower compared with a standard longitudinal profile. At linear simulation of dynamic additions of forces, the magnitude of forces decreases for the proposed profile to 30 %.We employed a graphical method to calculate the magnitudes of axial inertia moments and the moments of resistance in the characteristic cross sections of the frog. The estimation of the stressed-strained state of the frog was performed using equations of five moments for a continuous beam on elastic point supports. It was established that stresses at the static calculation of the frog are low and are much less than the maximum permissible magnitude of stresses for a given grade of steel. Therefore, we can argue that the frog works under a load at the expense of existing reserve of strength.Разработан комплексной метод повышения срока службы крестовин стрелочных переводов, основанный на учете продольного профиля крестовины, величины динамических сил и нормальных напряжений.Усовершенствован продольный профиль крестовины марки 1/11 проекта 1740 методом выполнения наплавки в полевых условиях эксплуатации. Уклоны траектории после прохода среднестатистического колеса предложенным профилем достигают 3,7 ‰, вместо 10 ‰ у заводского профиля крестовины.Установлено, что увеличение нагрузки на крестовину до 60% за счет просадки под брусом крестовины приводит к ускоренному расстройство крестовины, вследствие возникновения усталостных дефектов на поверхности катания, при этом затраты на эксплуатацию крестовины увеличиваются в пять раз.Проведено моделирование динамического взаимодействия подвижного состава с заводским и предложенным продольными профилями крестовин. Расчеты динамических процессов нелинейного взаимодействия подвижного состава с крестовиной заводского профиля и профиля восстановленного наплавкой показали, что величина сил в предложенной крестовине при скорости движения 150 км/ч является на 50% ниже по сравнению с заводским продольным профилем. При линейном моделировании динамических добавок сил величина сил уменьшается в предложенного профиля до 30%.Рассчитано графическим методом величины осевых моментов инерции и моментов сопротивления в характерных сечениях крестовины. Проведена оценка напряженно-деформированного состояния крестовины с использованием уравнений пяти моментов для неразрезной балки на упругих точечных опорах. Установлено, что напряжение при статическом расчете крестовины невысоки и гораздо меньше предельно допустимую величину напряжений для данной марки стали. Поэтому можно утверждать, что крестовина работает под нагрузкой за счет использования имеющихся резервов прочностиРозроблений комплексний метод підвищення терміну служби хрестовин стрілочних переводів, що базується на врахуванні поздовжнього профілю хрестовини, величини динамічних сил та нормальних напружень.Удосконалено поздовжній профіль хрестовини марки 1/11 проекту 1740 методом виконання наплавки у польових умовах експлуатації. Уклони траєкторії після проходу середньостатичного колеса запропонованим профілем сягають 3,7 ‰, замість 10 ‰ у заводського профілю хрестовини.Встановлено, що збільшення навантаження на хрестовину до 60 % за рахунок просадки під брусом хрестовини призводить до прискореного розладнання хрестовини, внаслідок виникнення втомних дефектів на поверхні кочення, при цьому витрати на експлуатацію хрестовини збільшуються у п’ять разів.Проведено моделювання динамічної взаємодії рухомого складу із заводським та запропонованим поздовжніми профілями хрестовин. Розрахунки динамічних процесів нелінійної взаємодії рухомого складу залізниць із хрестовиною заводського профілю і профілю відновленого наплавкою показали, що величина сил у запропонованій хрестовині при швидкості руху 150 км/год є на 50 % нижчою порівняно із заводським поздовжнім профілем. При лінійному моделюванні динамічних добавок сил величина сил зменшується у запропонованого профілю до 30 %.Розраховано графічним методом величини осьових моментів інерції та моментів опору у характерних перерізах хрестовини. Проведено оцінку напружено-деформованого стану хрестовини із використанням рівнянь п’яти моментів для нерозрізної балки на пружних точкових опорах. Встановлено, що напруження при статичному розрахунку хрестовини є невисокими і набагато меншими за гранично допустиму величину напружень для даної марки сталі. Тому можна стверджувати, що хрестовина працює під навантаженням за рахунок використання наявних резервів міцност

Методика визначення термопружного стану залізобетонної балки моста підсиленої метилметакрилатом

This paper reports the analysis of methods for determining temperature stresses and deformations in bridge structures under the influence of climatic temperature changes in the environment. A one-dimensional model has been applied to determine the temperature field and thermoelastic state in order to practically estimate the temperature fields and stresses of strengthened beams taking into consideration temperature changes in the environment. The temperature field distribution has been determined in the vertical direction of a reinforced concrete beam depending on the thickness of the structural reinforcement with methyl methacrylate. It was established that there is a change in the temperature gradient in a contact between the reinforced concrete beam and reinforcement. The distribution of temperature stresses in the vertical direction of a strengthened reinforced concrete beam has been defined, taking into consideration the thickness of the reinforcement with methyl methacrylate and the value of its elasticity module. It was established that the thickness of the reinforcement does not have a significant impact on increasing stresses while increasing the elasticity module of the structural reinforcement leads to an increase in temperature stresses. The difference in the derived stress values for a beam with methyl methacrylate reinforcement with a thickness of 10 mm and 20 mm, at elasticity module E=15,000 MPa, is up to 3 % at positive and negative temperatures. It has been found that there is a change in the nature of the distribution of temperature stresses across the height of the beam at the contact surface of the reinforced concrete beam and methyl methacrylate reinforcement. The value of temperature stresses in the beam with methyl methacrylate reinforcement and exposed to the positive and negative ambient temperatures increases by three times. It was established that the value of temperature stresses is affected by a difference in the temperature of the reinforced concrete beam and reinforcement, as well as the physical and mechanical parameters of the investigated structural materials of the beam and the structural reinforcement with methyl methacrylateПроведен анализ методов определения температурных напряжений и деформаций в мостовых конструкциях при воздействии климатических температурных перепадов окружающей среды. Применена одномерная модель определения температурного поля и термоупругого состояния для практической оценки температурных полей и напряжений усиленных балок с учетом воздействия температурных перепадов окружающей среды. Получено распределение температурного поля в вертикальном направлении железобетонной балки в зависимости от толщины конструктивного усиления метилметакрилатом. Установлено, что на контакте железобетонной балки и усиления наблюдается изменение градиента температуры. Получено распределение температурных напряжений в вертикальном направлении усиленной железобетонной балки с учетом толщины усиления метилметакрилатом и величины модуля его упругости. Установлено, что толщина усиления не оказывает значительного влияния на повышение напряжений, однако увеличение модуля упругости конструктивного усиления приводит к повышению температурных напряжений. Разница полученных значений напряжений для балки с метилметакрилатным усилением толщиной 10 мм и 20 мм при модуле упругости Е=15000 МПа составляет до 3% при положительных и отрицательных температурах. Установлено, что на контактной поверхности железобетонной балки и метилметакрилатного усиления происходит изменение характера распределения температурных напряжений по высоте балки. Значение температурных напряжений в балке с метилметакрилатным усилением и действие положительных и отрицательных температур окружающей среды увеличивается в три раза. Установлено, что на величину температурных напряжений влияет разница температур железобетонной балки и усиления, а также физико-механические параметры исследуемых конструкционных материалов балки и конструктивного усиления метилметакрилатомПроведено аналіз методів визначення температурних напружень та деформацій у мостових конструкціях при дії кліматичних температурних перепадів навколишнього середовища. Застосовано одновимірну модель визначення температурного поля та термопружного стану для практичної оцінки температурних полів та напружень підсилених балок із врахуванням температурних перепадів навколишнього середовища. Отримано розподіл температурного поля у вертикальному напрямі залізобетонної балки у залежності від товщини конструктивного підсилення метилметакрилатом. Встановлено, що на контакті залізобетонної балки та підсилення спостерігається зміна градієнту температури. Отримано розподіл температурних напружень у вертикальному напрямі підсиленої залізобетонної балки із врахуванням товщини підсилення метилметакрилатом та величини модуля його пружності. Встановлено, що товщина підсилення не має значного впливу на підвищення напружень, проте збільшення модулю пружності конструктивного підсилення призводить до підвищення температурних напружень. Різниця отриманих значень напружень для балки із метилметакрилатним підсиленням товщиною 10 мм і 20 мм при модулі пружності Е=15000 МПа становить до 3 % при додатних і від’ємних температурах. Встановлено, що на контактній поверхні залізобетонної балки і метилметакрилатного підсилення відбувається зміна характеру розподілу температурних напружень по висоті балки. Значення температурних напружень у балці із метилметакрилатним підсиленням і дії додатних та від’ємних температур навколишнього середовища збільшується у три рази. Встановлено, що на величину температурних напружень впливає різниця температур залізобетонної балки і підсилення, а також фізико-механічні параметри досліджуваних конструкційних матеріалів балки та конструктивного підсилення метилметакрилато

Determining the causes of rolling stock derailment from the track using modern research methods

The analysis of cases of rolling stock derailment from the track at PJSC «Ukrzaliznytsia» over the past 5 years has been carried out and their main types are given. It is noted that the rapid development and improvement of computer technology allows the use of computer and mathematical modelling in the study of cases of rolling stock derailment from the rail track, which makes it possible to take into account a combination of factors that have the main influence on the behavior of rolling stock when moving along the track. It has been established that the first step is the construction of a mathematical model of an object using a selected type of mathematical description: algebraic, differential, integral equations, discrete mathematics, set theory, and others. And the second step is the choice of a method for solving these models. The simulation methods are given, which, depending on the programming style, are divided into: procedural-oriented, object-oriented, logical-oriented, rule-oriented, and oriented to constraints. An object-oriented programming of a freight car has been developed, which will make it possible to evaluate its main dynamic indicators, in particular, indicators of stability from derailment. This in turn will facilitate the establishment of the main causes of rolling stock derailment from the rail track

Research of safety indicators of diesel train movement with two-stage spring suspension

The problem of the interaction of rolling stock with the rail track has been analyzed in the present paper. It has been established that in the process of transport science development a number of methods for determining the causes of wheel pairs derailment are developed, which, in a varying degree, take into account the peculiarities of their interaction. The problem of choosing the most accurate method for estimating the causes of rolling stock derailment becomes more complicated because of the lack of sufficient experimental data that would allow us to verify the adequacy of the models. The indicators of stability of the wheel against derailment, which are used on the railways of Ukraine and Europe, have been examined. Their dependences on the speed of movement were derived. It has been established that the increase of the speed of motion leads to the increase of the interaction power of the rolling stock with the rail track, which may, under certain operational parameters, provoke its derailment. As a result of the calculations, it has been shown that the use of norms for car design and calculation used on Ukrainian railways can lead to an inadequate estimation of traffic safety parameters, since it does not take into account the unevenness of the railway track. It has been established that the requirements of BS EN 14363: 2005 European norms are stricter in comparison with the norms for calculation and evaluation of the bearing elements strength and dynamic qualities of motor-vehicle rolling stock used on Ukrainian railways. A comparison of the experimentally and theoretically calculated values of the stability margin coefficient against wheel derailment of the first wheel pair of the diesel train car was carried out

Research of safety indicators of diesel train movement with two-stage spring suspension

The problem of the interaction of rolling stock with the rail track has been analyzed in the present paper. It has been established that in the process of transport science development a number of methods for determining the causes of wheel pairs derailment are developed, which, in a varying degree, take into account the peculiarities of their interaction. The problem of choosing the most accurate method for estimating the causes of rolling stock derailment becomes more complicated because of the lack of sufficient experimental data that would allow us to verify the adequacy of the models. The indicators of stability of the wheel against derailment, which are used on the railways of Ukraine and Europe, have been examined. Their dependences on the speed of movement were derived. It has been established that the increase of the speed of motion leads to the increase of the interaction power of the rolling stock with the rail track, which may, under certain operational parameters, provoke its derailment. As a result of the calculations, it has been shown that the use of norms for car design and calculation used on Ukrainian railways can lead to an inadequate estimation of traffic safety parameters, since it does not take into account the unevenness of the railway track. It has been established that the requirements of BS EN 14363: 2005 European norms are stricter in comparison with the norms for calculation and evaluation of the bearing elements strength and dynamic qualities of motor-vehicle rolling stock used on Ukrainian railways. A comparison of the experimentally and theoretically calculated values of the stability margin coefficient against wheel derailment of the first wheel pair of the diesel train car was carried out

Theoretical Study Into Efficiency of the Improved Longitudinal Profile of Frogs at Railroad Switches

We have developed a comprehensive method to prolong the time of operation of frogs at railroad switches, based on the consideration of a longitudinal profile of the frog, the magnitude of dynamic forces and normal stresses.We have improved a longitudinal profile of the frog, brand 1/11, project 1740, by the method of surfacing under field operation conditions. The slopes of a trajectory after the passage of an average statistical wheel over the proposed profile amount to 3.7 ‰ instead of 10 ‰ for a standard profile of the frog.It was established that increasing a load on the frog to 60 % at the expense of a deflection under the frog beam leads to the accelerated disarrangement of the frog, as a result of fatigue defects at the rolling surface, while the cost of frog operation in this case increases by five times.We modeled a dynamic interaction between the rolling stock and a standard, as well as the proposed, longitudinal profiles of frogs. Calculation of dynamic processes of the nonlinear interaction between the rolling stock and a standard profile of the frog and the profile restored by surfacing, showed that the magnitude of forces for the proposed frog at the motion speed of 150 km/h is 50 % lower compared with a standard longitudinal profile. At linear simulation of dynamic additions of forces, the magnitude of forces decreases for the proposed profile to 30 %.We employed a graphical method to calculate the magnitudes of axial inertia moments and the moments of resistance in the characteristic cross sections of the frog. The estimation of the stressed-strained state of the frog was performed using equations of five moments for a continuous beam on elastic point supports. It was established that stresses at the static calculation of the frog are low and are much less than the maximum permissible magnitude of stresses for a given grade of steel. Therefore, we can argue that the frog works under a load at the expense of existing reserve of strength

Procedure for Determining the Thermoelastic State of A Reinforced Concrete Bridge Beam Strengthened with Methyl Methacrylate

This paper reports the analysis of methods for determining temperature stresses and deformations in bridge structures under the influence of climatic temperature changes in the environment. A one-dimensional model has been applied to determine the temperature field and thermoelastic state in order to practically estimate the temperature fields and stresses of strengthened beams taking into consideration temperature changes in the environment. The temperature field distribution has been determined in the vertical direction of a reinforced concrete beam depending on the thickness of the structural reinforcement with methyl methacrylate. It was established that there is a change in the temperature gradient in a contact between the reinforced concrete beam and reinforcement. The distribution of temperature stresses in the vertical direction of a strengthened reinforced concrete beam has been defined, taking into consideration the thickness of the reinforcement with methyl methacrylate and the value of its elasticity module. It was established that the thickness of the reinforcement does not have a significant impact on increasing stresses while increasing the elasticity module of the structural reinforcement leads to an increase in temperature stresses. The difference in the derived stress values for a beam with methyl methacrylate reinforcement with a thickness of 10 mm and 20 mm, at elasticity module E=15,000 MPa, is up to 3 % at positive and negative temperatures. It has been found that there is a change in the nature of the distribution of temperature stresses across the height of the beam at the contact surface of the reinforced concrete beam and methyl methacrylate reinforcement. The value of temperature stresses in the beam with methyl methacrylate reinforcement and exposed to the positive and negative ambient temperatures increases by three times. It was established that the value of temperature stresses is affected by a difference in the temperature of the reinforced concrete beam and reinforcement, as well as the physical and mechanical parameters of the investigated structural materials of the beam and the structural reinforcement with methyl methacrylat