Исследование сопряжения элементов продольного профиля железнодорожного пути посредством имитационного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат наук Исламов, Айдар Рафатович

• Исламов, Айдар Рафатович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Исламов, Айдар Рафатович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 РАЗВИТИЕ МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЛИНИИ

1.1 Развитие норм проектирования железных дорог России

1.2 ЭВМ в проектировании

1.3 Программные продукты развития проектирования

1.4 Нормы проектирования продольного профиля и моделирование движения подвижного состава

1.5 Критерии проектирования продольного профиля и отражение их в нормах

1.6 Переломы профиля

1.7 Выводы по первой главе и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2 СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА ПО ПЕРЕЛОМАМ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

2.1 Компьютерное моделирование

2.2 Работа в программном комплексе «Универсальный механизм»

2.2.1 Алгоритм работы в программном комплексе «им»

2.2.2 Продольная динамика поезда

2.2.3 Вертикальные силы, возникающие в поезде

2.3 Апробация программного комплекса «Универсальный механизм»

2.4 Анализ по критериям безопасности и плавности движения поезда

2.5 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 БИКЛОТОИДНЫЕ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КРИВЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

3.1 Стабильность продольного профиля на участках его переломов

3.2 Биклотоидное проектирование переломов профиля

3.2.1 Работа в программном комплексе «Универсальный механизм»

3.2.2 Продольная динамика и вертикальные силы, возникающие в поезде

3.3 Анализ силовых параметров движения поезда по «биклотоидным» переломам продольного профиля

3.4 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УВЕЛИЧЕННЫХ ПЕРЕЛОМОВ

ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ И БИКЛОТОИДНОГО СОПРЯЖЕНИЯ

4.1 Рекомендации по применению увеличенных переломов продольного профиля

4.2 Движение тяжеловесных поездов

4.3 Экономическая эффективность

4.4 Учет качества пути при определении силового воздействия экипажа на путь посредством имитационного моделирования

4.5 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Результаты тяговых расчетов и имитационного моделирования

движения поезда на заданном участке пути (пример 1)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Результаты тяговых расчетов и имитационного моделирования движения поезда по переломам продольного профиля, сопряженным вертикальными

кривыми (пример 2)

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Показания динамометрического вагона и значения сил в межвагонном

соединении, полученные имитационном моделированием движения поезда

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Результаты имитационного моделирования движения поезда по

переломам продольного профиля, сопряженным биклотоидами

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Продольный профиль железнодорожного пути участка

Юдино - Екатеринбург

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование сопряжения элементов продольного профиля железнодорожного пути посредством имитационного моделирования»

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожная инфраструктура одна из основных экономических и социальных сфер государства. Железные дороги - это элемент единой транспортной системы страны, поэтому проектирование железнодорожных объектов представляет собой важную и ответственную область. Железные дороги должны соответствовать потребностям в перевозке в полном объеме с требуемыми критериями комфортности, безопасности движения.

Актуальность работы

Любое проектирование профиля железной дороги (новое строительство, реконструкция или капитальный ремонт пути) опирается на неукоснительное следование требованиям норм в отношении переломов продольного профиля. При

этом соблюдение существующих норм проектирования [1-3] приводит к большим

\

запасам, что делает проект более дорогим. Например, несоблюдение норм (движение тяжеловесных поездов по переломам, запроектированным по нормам прошлых лет) не приводит ни к каким «отрицательным» последствиям. Кроме того, нормы «ориентированы» на идеальный по качеству путь, что не всегда соответствует действительности.

Определяя усилия и их изменения, возникающие при прохождении поезда по переломам продольного профиля, посредством имитационного моделирования, можно получить не только обоснованные параметры, но и более экономически выгодные решения, учитывающие качественные характеристики пути.

Исследования, выполненные в настоящей работе, соответствуют приоритетным направлениям развития отрасли.

Цель настоящей работы: исследование силовых параметров процесса движения поезда через сопряженные элементы продольного профиля и на основе этого разработка и научное обоснование методики проектирования переломов продольного профиля с применением компьютерного моделирования.

Задачи исследования

Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1 обобщение, анализ существующих методик проектирования переломов продольного профиля, и разработка методики их проектирования с применением компьютерного моделирования;

2 посредством имитационного моделирования, исследование силовых параметров процесса движения поезда через сопряженные элементы продольного профиля: на «горбе», в «яме»;

3 анализ и сравнение результатов имитационного моделирования продольной динамики поезда с экспериментальными данными динамометрического вагона при движении по переломам продольного профиля;

4 исследование стабильности очертания профиля при его переломах;

5 обоснование разработанной методики проектирования и принятия проектных решений.

Объектом исследования диссертационной работы являются переломы продольного профиля железнодорожного пути.

Предметом исследования является процесс движения поезда, по сопряженным элементом продольного профиля.

Научная новизна работы Исследовались силовые параметры процесса движения поезда через перелом

профиля, анализ которых позволил разработать методику проектирования

\

переломов продольного профиля с применением компьютерного моделирования, создан внешний блок предобработки данных продольного профиля для работы в

им.

Показано, что движение тяжеловесных поездов через переломы, запроектированные по «прежним» нормам не нарушает критерии плавности и безопасности движения поезда.

Впервые предложено биклотоидное проектирование переломов продольного профиля.

Исследовано влияние качества пути на силовые параметры прохождения поездом переломов профиля.

Автор ввел новое понятие: «проектирование переломов продольного профиля

%

посредством имитационного моделирования», при реализации которого удалось получить обоснованные параметры сопряженных элементов продольного профиля, обеспечивающих плавность и безопасность движения подвижного состава.

Теоретическая и практическая значимость работы

Предложенная в работе методика проектирования переломов продольного профиля посредством имитационного моделирования позволяет получить обоснованные значения, отвечающие критериям безопасности и плавности движения поезда, и снижающие эксплуатационные и строительные затраты за

ч

счет уменьшения продольных усилий, возникающих между вагонами и вертикальных между колесом и рельсом, и в частных случаях уменьшению объемов земляных работ.

Подтверждена возможность применения увеличенных (отличных от нормативных) переломов при проектировании продольного профилй и сопряжении его смежных элементов в вертикальной плоскости кривыми. В качестве вертикальной кривой может быть представлена круговая кривая с радиусом Я, либо биклотоидная кривая с переменным радиусом от оо до Я.

Применение разработанной в диссертационной работе методики проектирования позволяет получать продольный профиль с учетом качества пути.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в диссертации применены методы сравнения, математической статистики, наименьших квадратов (полиномиальная аппроксимация), дифференциальных вычислений, теоретической механики, тяговые расчеты, экспериментальные испытания.

Исследования динамики поезда проводились на ЭВМ с использованием программного комплекса «Универсальный механизм», разработанного под руководством профессора кафедры «Прикладная механика», БГТУ Д. Ю. Погореловым.

Для работы в программном комплексе «УМ», в диссертационной работе разработан блок предобработки данных содержащий тригонометрические расчеты.

Обработка результатов расчетов выполнена в среде Microsoft Office Exel 2007.

Достоверность результатов обеспечена сравнением полученных данных с результатами более ранних исследований, в том числе имитационным моделированием, экспериментально подтвержденных разработчиками программы UM; применением эффективных численных методов; сравнением полученных данных с результатами экспериментальных поездок с использованием динамометрического вагона в составе пассажирского и грузового поездов.

\

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- Межвузовской научно-практической конференции «Молодые ученые -транспорту», УрГУПС, г. Екатеринбург, 2010г. [4];

- Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт - 2011», РГУПС, г. Ростов-на-Дону, 2011г. [5];

Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки», КИЖТ, г. Курган, 2011г. [6];

ч

- Международной научно-практической конференции «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура», УрГУПС, г. Екатеринбург, 2011г.[7];

- Международной научно-технической конференции «Роль путевого хозяйства в инфраструктуре железнодорожного транспорта», ЦДКЖ, г. Москва, 2012г. [9];

- IX научно-технической конференции с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», МГУПС (МИИТ), г. Москва, 2012г. [10];

Международной научно-практической технической конференции «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе», СГУПС, г. Новосибирск, 2012 г. [12].

Диссертационная работа на основе докладов, была одобрена:

- на заседании кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог», МГУПС (МИИТ), 06.04.2012г.;

- на расширенном заседании кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог», ПГУПС, 28.05.2012г;

- на заседании кафедры «Путь и железнодорожное строительство», УрГУПС, 02.09.2014г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка литературы, включающего в себя 77 наименований и 5 приложений.

Объем диссертации 274 страницы основного текста, 108 рисунков, 84 таблицы.

ГЛАВА 1 РАЗВИТИЕ МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ

ЛИНИИ

1.1 Развитие норм проектирования железных дорог России

11 ноября 1837 года (по новому стилю) состоялось торжественное открытие первой в России железной дороги массового пользования - Царское Село и Санкт-Петербург соединились однопутной железнодорожной колеей. Инициатором проектирования железной дороги, а также её строительства стал австрийский инженер Франц Герстнер.

Идея создания свода норм проектирования в России возникла еще в 19 веке, но в то время имела вид разнообразных уставов, предписаний и положений, содержащих в себе помимо проектирования железных дорог большинство сопутствующих хозяйств.

СНиПы, именно с таким названием, появились в 1955-56 годах. И одним из первых для проектирования железных дорог стал СНиП И-Д.З.

После появилась система СНиП 60-х годов, в это время вышли СН129-60 [13] и СН137-60, а далее СНиП П-Д.1-62 [14], СН368-67и СН468-67.

В 70-е годы была введена система нормативных документов, и с учетом проведенных исследований вышли СНиП Ш-38-75, а далее СНиП П-39-76 [15], который оставался актуальным два десятка лет.

В 90-х появилась новая система нормативных документов. Так для проектирования железных дорог вышли: СНиП 32-01-95 и СТН Ц-01-95, используемые в настоящее время.

Наряду со СНиП, также выходили ТУ - технические условия, уточняющие определенные виды работ по устройству железнодорожного пути.

На сегодняшний день, ввиду развития железнодорожной отрасли и появления новых технологий, существующие СНиПы, так же теряют свою актуальность.

Необходимо создание новых нормативных документов, учитывающих опыт прошлых лет, научные достижения нового времени с возможностью индивидуального проектирования для каждой дороги.

С внедрением компьютерной технологии во все сферы деятельности человека, современные нормы также должны предполагать применение при проектировании имитационного моделирования.

1.2 ЭВМ в проектировании

Результативность инвестиционных проектов в большей степени зависит от принимаемых решений при выполнении проектно-изыскательских работ. При использовании традиционных технологий, разработка проектов в транспортном строительстве растягивалась на годы, что на сегодняшний день неприемлемо. Кроме того, не всегда принимали проект в полной мере отвечающий критериям безопасности, плавности и оптимальности.

До настоящего времени пользуются нормами, которые обычно дают пределы и ограничения тех или иных проектируемых величин. План и профиль оказывают на поезд силовое воздействие, которое только косвенно учитывается в нормах.

С применением компьютерных технологий, задачи, стоящие перед проектировщиком, стали решаться значительно быстрее. Этому способствуют

л

применение новых технических средств изысканий и систем автоматизации проектных работ (САПР).

Развитие компьютерных технологий и программных продуктов дало возможность моделировать движение поезда по запроектированным профилям, оценивая силовое воздействие плана и профиля на поезд. На сегодняшний день существуют технологии инженерных изысканий, которые позволяют получить цифровые модели местности (ЦММ), что значительно ускоряет процесс проектирования.

ЭВМ позволяет:

1) рассмотреть большое количество вариантов (снижает трудоемкость проектирования);

2) найти оптимальный или близкий к нему вариант;

3) оценить силовое воздействие трассы (плана, профиля) на поезд, что позволяет принять «безопасный» вариант, удовлетворяющий критериям плавности и безопасности движения поезда, что безусловно повышает конкурентоспособность железной дороги;

4) учесть качество пути еще на стадии проектирования.

%

1.3 Программные продукты развития проектирования

С появлением персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) на базе технологических линий проектирования (ЛТП) стали разрабатываться автоматизированные рабочие места (АРМ).

По ряду причин рассматриваемые задачи не получили комплексного решения в виде САПР. Разработки в области комплексной автоматизации процессов проектирования железных дорог после начала экономической реформы в 90-х годах прошлого века в РФ были практически прекращены.

Во второй половине 90-х годов в других отраслях стали создаваться

программные продукты по автоматизации изысканий и проектирования различных

>

объектов. В это время стали доступны и зарубежные комплексы программ [16]. В настоящее время широко используются системы автоматизированной обработки материалов изысканий, проектирования генпланов и железных дорог, такие как:

«Топоматик ЯоЬиг - Железные дороги» - программный продукт, разработанный на основе практического опыта работы инженеров-проектировщиков в области железнодорожного проектирования и строительства. Функциональными возможностями комплекса являются: создание цифровой модели рельефа (ЦМР),

проектирование плана трассы железной дороги, проектирование продольного профиля новой и реконструируемой железной дороги, проектирование поперечных профилей новой и реконструируемой железной дороги, подсчет объемов работ земляного полотна и верхнего строения пути, выправка плана (рихтовки)[17].

«Credo» - многофункциональный комплекс, обеспечивающий автоматизированную обработку данных в геодезических, землеустроительных работах, инженерных изысканиях, подготовку данных для различных геоинформационных систем, создание и инженерное использование цифровых моделей местности, автоматизированное проектирование объектов транспорта, генеральных планов объектов промышленного и гражданского строительства [18].

«САПР КРП - Капрем» - система автоматизированного проектирования капитальных ремонтов железнодорожных путей позволяющая:

- выполнить проектирование капитальных ремонтов железных дорог - от обработки съемки до выдачи проектно-сметной документации: проектирование плана линии (прямых, кривых), проектирование продольного профиля, проектирование поперечных профилей с учетом проектов плана и продольного профиля, проектирование плана раскладки плетей бесстыкового пути;

- выполнить проверку продольного профиля и плана пути: составление плана (расчет элементов плана); спрямление продольного профиля [19].

«GeoniCS» - программный продукт, работающий на платформе AutoCAD Civil 3D либо AutoCAD, предназначен для обработки данных геодезических и инженерно-геологических изысканий, создания цифровой модели местности (ситуации, рельефа, инженерно-геологического строения, существующих сетей), создания топопланов в отечественных условных знаках, проектирования генеральных планов и вертикальной планировки, внешних инженерных сетей и линейно-протяженных объектов [20].

«GEO+CAD» - программный комплекс представляет собой, открытый набор

N

совместимых программных продуктов для платформы AutoCAD, предназначенных для решения задач инженерных изысканий, геоинженерного проектирования и географических информационных систем (ГИС) инженерного назначения [21].

«Ferrovia» - программа предназначена для разработки проектов строительства,

реконструкции, ремонта железных дорог и железнодорожных объектов. Ferrovia поддерживает AutoCAD Civil 3D DTM и совместим с другим программным обеспечением Computer Generated Solutions (CGS) для гражданского строительства, таких как Plateia и Акватерра [22].

«AutoCAD Civil 3D» - это программа предназначенная для проектирования генеральных планов, земельных кадастров, дорог, ландшафтного проектирования и благоустройства, трубопроводных канализационных сетей и охраны окружающей среды [23].

Л

«IndorCAD» - это системы автоматизированного проектирования,

предназначенные обработки материалов геодезических изысканий, построения и

обработки ЦММ, трассирования линейных объектов, проектирование рельефа,

насыпей и выемок произвольной сложности, автомобильных дорог, зданий,

инженерных сетей и прочей инфраструктуры [24].

«Pythagoras» - программа позволяет обрабатывать данные полевых измерений,

проектировать, создавать чертежи, выполнять различные измерения и расчеты,

вычислять объемы выемки/насыпи, разрабатывать модули автоматизации, создавать

тематические карты, базы данных и связывать их с объектами чертежа, производить

\

контроль исполнительной съемки и выводить готовую документацию на печать. Чертежные возможности программы позволяют вычерчивать практически любые графические объекты [25].

Все эти программы облегчают работу проектировщика, повышают его производительность, что способствует увеличению вариантности и значительно быстрее позволяют получить проектные решения близкие к оптимальному. Но все это в «рамках» существующих норм, среди которых проектировщик использует: СНиПы, СТНЦ и т.п. Эти нормы обобщают опыт и научные достижения применительно к каким-то осредненным проектным условиям. Соблюдение норм гарантирует

ч

применительно к железнодорожному пути выполнения критериев:

- безопасности - соблюдение габаритов, скоростных режимов, допустимой величины сил (ускорений)

'Л

(1.1)

- плавности - изменения ускорении поезда

¿/о <11

<

¿/а сИ

и др.,

(1.2)

где 6" - усилия в автосцепке, - допустимое усилие, V - скорость, г - время, а ~ ускорение поезда.

Однако, эти продукты не позволяют оценить силовое воздействие плана и профиля на движущийся поезд в каждой «проектной ситуации».

Развитие железнодорожной техники и технологий происходит быстрее, чем пересматриваются нормы, поэтому соблюдение существующих норм проектирования в ряде случаев приводит к большим запасам, что делает проект более дорогим.

1.4 Нормы проектирования продольного профиля и моделирование

движения подвижного состава

При проектировании или реконструкции продольного профиля железнодорожной линии, существующие нормы [1-3] предлагают ограничения в виде рекомендуемых и допустимых величин алгебраической разности уклонов (А/„) и длин элементов продольного профиля (/„). Нормы проектирования Д/„ и /н зависят от

л

скорости движения поезда, его массы и режима движения, причем эти нормы приняты из условия:

5 <14 (1-3)

где Б— усилия в автосцепке; - допустимое усилие.

Движение поезда через перелом профиля является типичным примером переходного процесса, при котором усилия в автосцепке имеют наибольшее по модулю значения [26].

Ранее исследованиями переходных режимов движения поездов занимались такие ученые как Н. Е. Жуковский, М. М. Протодьяконов, В. А. Лазарян, Е. П. Блохин, С. В. Вершинский и др.. В частности, Н.Е. Жуковский указал, что если не принимать во внимание сопротивления относительного перемещениям экипажей, то • при определении усилий в автосцепке поезд можно рассматривать либо как упругий стержень (состав) с грузом на одном из концов (локомотив), либо как систему твердых тел, соединенных между собой упругими связями [28].

М. М. Протодьяконов, рассматривал поезд как однородную упругую нить, при этом он показал, что на максимальную величину перелома продольного профиля влияют масса поезда, его скорость и режим ведения [29], что представил в формуле:

к(Р + 0) (1.4)

где [ту] - допустимое усилие на автосцепке;

(Р + в) — вес поезда;

К— коэффициент одновременности:

V -(1.5)

где V - скорость поезда, м/с;

С - скорость распространения упругой волны в поезде (С ~ 85 м/с).

В исследованиях академика В. А. Лазаряна и д.т.н. Е. П. Блохина, изначально были предложены расчетные схемы поезда в виде стержня с упругими несовершенствами (состав) с грузами на концах (тянущий и толкающий локомотивы), либо в виде системы твердых тел, соединенных элементами с упругими несовершенствами1. В случае неоднородных поездов, составленных из разнотипных и различно нагруженных вагонов, расчетная схема принималась в виде системы стержней с упругими несовершенствами или системы твердых тел, имеющих различные массы [26]. Пользуясь приведенными схемами, ученые в своих

1 Упруго-фрикционные амортизаторы, различно работающие на сжатие и растяжение.

исследованиях провели ряд аналитических расчетов, которые были подтверждены результатами экспериментов в натуре (рис. 1.1) [31].

Рисунок 1.1- Сопоставление результатов опыта №1019 по трогании предварительно растянутого поезда (осциллограммы) и результатов расчета (кружки)

На рис. 1.1 линия 1 - сила тока, протекающая через двигатели электровозов; линии 2, 3, 4, 5, 6 и 7 усилия в сечениях состава х/1, соответственно равных 1; 0,83; 0,59 (линия 4 и 5); 0,33; 0,17; линия 8 - величина сжатия поглощающего аппарата,

расположенного в сечении х/1 = 0,33; линия 9 - отметка времени I (0,6 сек), г = у -

безразмерный аргумент; а - скорость распределения возмущений (м/с); / - время (с); / - длина состава (м).

В ходе аналитических расчетов переходных режимов движения поездов, исследователи столкнулись с проблемой большого объема вычислений. Эти вычисления становились еще более громоздкими для неоднородных поездов, а в некоторых случаях практически невыполнимыми. Для решения этой проблемы, В. А. Лазаряном и Е. П. Блохиным было применено аналоговое моделирование, а для вычисления более сложных задач, использовались ЭЦВМ [32].

В качестве расчетной схемы поезда была выбрана одномерная цепочка твердых тел, соединенных существенно нелинейными деформируемыми элементами. При этом математической моделью выступало дифференциальное уравнение движения поезда, которое было записано в виде:

= (/ = 1,2...); (1.6)

' т1

А = ^ (1-7)

(/=2'3-)- ч (1.8) где Э1 = х\— абсолютная скорость 1-го экипажа;

5,, — силы, действующие на /-ое тело, зависят от характеристик деформируемых элементов (межвагонных соединений);

силы тяги, зависящие от режима движения цепочки (поезда); т, - масса экипажа;

х, - Лагранжева координата2 центра масс /-го тела (экипажа); ql = - относительное перемещение центров масс двух соседних

экипажей.

\

В общем случае внешние силы, действующие на локомотивы (Р/) и вагоны (Р,") в каждый момент времени были представлены в виде:

/г" =Р1+]У1+В1+АЕГ

(1.9) (1.10)

где Р1 - составляющая силы тяжести /-го экипажа;

- сила основного сопротивления поступательному движению г'-го экипажа; В1 - сила, тормозящая /-ый экипаж;

Р— сила тяги локомотива, изменяющаяся в зависимости от скорости

движения согласно его тяговой характеристики; АР1 - доля силы тяги, «приходящаяся» на экипаж.

2 - упрощенная система координат, используемая для описания движения исследуемой единицы.

Исследования академика В. А. Лазаряна и д.т.н. Е. П. Блохина вошли в основу норм проектирования продольного профиля железных дорог, используемых и на сегодняшний день. Несмотря на то, что их опыты были выполнены аналитически на

ч

ЭЦВМ методами моделирования движения подвижного состава и практически подтверждены в натуре, в большей мере, они имеют рекомендательный характер, поскольку применимы к осредненным проектным условиям.

1.5 Критерии проектирования продольного профиля и отражение их в

нормах

В существующих нормах основными критериями проектирования продольного профиля для новой железной дороги являются:

- категория железнодорожной линии;

- ограничивающий уклон;

- расчетная масса поезда, определяющая его длину;

- полезная длина приемо-отправочных путей (/110п), определяющая величины алгебраической разности уклонов (Д/„) и длин элементов профиля (/„);

- скорость поезда и режимы его ведения.

Для реконструкции существующей железнодорожной линии:

\

- существующий ограничивающий уклон;

- полезная длина приемо-отправочных путей (/„Ш1), определяющая величины алгебраической разности уклонов (Д/„) и длин элементов профиля (/„);

- разница уровней головок с соседними путями на 2х путных железных дорогах;

- высота подвеса контактного провода [2].

Приведенные критерии явно не отражают влияния профиля и качества пути на продольные и вертикальные силы, возникающие в поезде, поэтому текущие нормативные документы так же должны иметь количественные величины, отвечающие критериям безопасности и плавности движения поездов.

1.6 Переломы профиля

Существующие нормы проектирования продольного профиля 11-3] рассматривают перелом продольного профиля как сопряжение смежных элементов, при этом величина сопряжения регламентируется параметром - алгебраическая разность уклонов смежных элементов А/, рекомендуемые и допустимые значения которой, в соответствии с [2] и [3], приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 - Нормативы для проектирования продольного профиля новой линии

Категория Наибольшая алгебраическая разность уклонов смежных

железнодоро элементов профиля Д/н, %о, (числитель) и наименьшая

жнои линии, длина разделительных площадок и элементов переходной

подъездного крутизны /,„ м, (знаменатель) при полезной длине

пути приемо-отправочных путей /поп м

850 1050 2-850= 1700 2-1050 = 2100

Рекомендуемые нормы

Скоростная 6/250 4/300 — —

Особогрузона

пряженная — 3/250 3/250 3/400

I 6/200 4/250 3/250 3/300

II 8/200 5/250 4/250 3/300

III 13/200 7/200 7/250 4/253

IV 13/200 3/200 3/250 —

Допускаемые нормы

Скоростная 10/250 9/300 — —

Особогрузона

пряженная — 10/200 5/250 4/300

I 13/200 10/200 5/250 4/300

II 13/200 10/200 6/250 4/250

III 13/200 10/200 8/250 6/250

IV 20/200 10/200 10/200 —

Примечания: 1. Временные участки трассы проектируются по нормам железных дорог IV категории при полезной длине приемо-отправочных путей 850 м.

2. При проектировании подъездных пугей и временных участков в трудных условиях допускается увеличивать алгебраическую разность уклонов Д/„ до 30 %о при длине элементов профиля /н не менее 150 м.

Смежные элементы продольного профиля следует сопрягать в вертикальной

плоскости кривыми радиусом i?n, км:

20 - на скоростных линиях; 15 - на линиях I и II категорий, 10 - на

особогрузонапряженных линиях и линиях III категории; 5 - на железных дорогах IV

категории. При проектировании, дополнительных главных путей и усиления (реконструкции) существующих железных дорог в трудных условиях, а также подъездных путей допускается уменьшать радиусы вертикальных кривых до, км: 15 - на скоростных линиях; 10 - на линиях I и П категорий; 5 - на особогрузонапряженных линиях и линиях III категории; 3 - на железных дорогах IV категории.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исламов, Айдар Рафатович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ч

1 СНиП 32-01 -95(актуализированная редакция). СП 119.13330.2012. Железные дороги колеи 1520 мм. М., 2012.

2 СТН Ц 01-95. Железные дороги колеи 1520 мм. М. : МПС, 1995.

3 Технические условия на работы по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути. № 75р, М., 2013.

4 Г.Л.Аккерман, А.Р.Исламов Компьютерные технологии и моделирование при проектировании железных дорог. Сборник научных работ VIII межвузовской конференции «Молодые ученые - транспорту», УрГУПС, г. Екатеринбург, 2010г., С. 175-186.

5 А.Р.Исламов Компьютерное моделирование движения поезда по переломам продольного профиля. Сборник трудов всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011», РГУПС, г. Ростов-на-Дону, 2011, С. 215217.

6 А.Р.Исламов Компьютерное моделирование при проектировании продольного профиля. Сборник материалов международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки», КИЖТ, г. Курган, 2011, С. 46-47.

7 А.Р.Исламов Проектирование продольного профиля с применением компьютерного моделирования. Сборник материалов международной научно-практической конференции «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура», УрГУПС, 2011, С.857-863.

\

8 А.Р.Исламов Имитационное моделирование движения поезда по сопряженным элементам продольного профиля. Вестник УрГУПС, Вып. 4 (12), г. Екатеринбург, 2011, С. 77-82.

9 Г.Л. Аккерман, А.Р. Исламов Анализ влияния сопряжения элементов продольного профиля на силы в межвагонном соединении посредством

имитационного моделирования. Сборник материалов международной

ч

научно-технической конференции «Роль путевого хозяйства в инфраструктуре железнодорожного транспорта», ПТКБ ЦП, г. Москва, 2012, С.282-284.

10 А.Р.Исламов Проектирование продольного профиля посредством имитационного моделирования. Сборник материалов IX научно-технической конференции с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», МГУПС (МИИТ), г. Москва, 2012, С.263-265.

11 Г.Л. Аккерман, А.Р. Исламов Исследование силовых параметров процесса движения поезда через переломы смежных элементов продольного профиля имитационным моделированием. Транспорт Урала, Вып. 3 (34), УрГУПС, г. Екатеринбург, 2012г, С. 63-65.

12 Г.Л. Аккерман, А.Р. Исламов Исследование силовых параметров процесса движения тяжеловесных поездов через переломы продольного профиля. Сборник тезисов международной научно-практической конференции «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе», Новосибирск: СГУПС, 2012г. С. 40-42.

13 СН 129-60 Нормы и технические условия проектирования железных дорог колеи 1524 мм общей сети СССР.

14 СНиП И-Д. 1-62 Железные дороги колеи 1520 мм.

15 СНиП Н-39-76 Железные дороги колеи 1520 мм.

16 Ли Ен Бом. Разработка метода проектирования железной дороги по цифровой модели местности : Дис. канд. техн. наук : 05.23.11 : Новосибирск, 2005 94 с. РГБ ОД, 61:05-5/3551

17 НПФ «Топоматик»: официальный сайт программного продукта «Топоматик Robur». URL: http://www.topomatic.ru (дата обращения 16.09.2011).

18 Кредо-Диалог: официальный сайт программного продукта «CREDO». URL: http://www.credo-dialogue.com/ (дата обращения 16.09.2011).

19 САПР КРП: официальный сайт программного продукта «Капрем». URL: http://www.kaprem.com/ (дата обращения 16.09.2011).

\

20 НПЦ «Геоника»: официальный сайт программного продукта «GeoniCS». URL: www.geonika.net (дата обращения 16.09.2011).

21 Геокад: официальный сайт программного продукта «GEO+CAD». URL: http://www.geocad.com.ua/ (дата обращения 16.09.2011).

22 Computer Generated Solutions: официальный сайт программного продукта «Ferrovia». URL: www.cgsplus.com (дата обращения 16.09.2011).

23 Autodesk: официальный сайт программного продукта «AutoCAD®Civil 3D». URL: http://www.autodesk.ru (дата обращения 16.09.2011).

24 ИндорСофт: официальный сайт программного продукта «IndorCAD». URL: http://www.indorsoft.ru (дата обращения 16.09.2011).

25 Принт: геодезическое оборудование: программное обеспечение: «Pythagoras». URL: http://www.prin.ru (дата обращения 16.09.2011).

26 Лазарян В. А., Блохин Е. П. О математическом моделировании движения поезда по переломам продольного профиля пути. М., 1974, с. 83-123 (Труды Моск. ин-та инж. ж.-д. трансп., вып. 444).

27 Н.Крюков. Железнодорожное дело: Курс примененный к программам Николаевского Инженерного Училища - 3-е изд., исправл. и пополн. -С.Пб.: Т-во Худ. Печати, 1907.-210 е..

28 Жуковский Н. Е. Собрание сочинений. Том VIII, М-Л, ОНТИ, 1937.

29 Изыскания и проектирование железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. трансп./ М.М. Протодьяконов - МИИТ, Выпуск 46 - М.: Трансжелдориздат, 1934.-330 с.

30 Протодьяконов М.М. Проектирование продольного профиля железных дорог при электрической, тепловозной и паровозной тяге с автосцепкой. Трансжелдориздат, М., 1957.

31 Лазарян В. А., Блохин Е. П., Манашкин Л. А., Бадикова Л. С. Интегральная оценка поведения связей в поезде и определение их параметров по

результатам натуральных испытаний. Труды ДИИТа, вып. 103, «Транспорт», М., 1971.

32 Лазарян В. А., Блохин Е. П., Белик Л. В. Применение ЭЦВМ к исследованию переходных режимов движения поеждов. Труды ДИИТа, вып. 114, «Транспорт», М., 1970.

33 Изыскание и проектирование железных дорог: Учебник для вузов ж.-д.

ч

трансп./ А. В. Горинов, И. И. Кантор, А. П. Кондратченко, И. В. Трубин - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1979. - 319 с. - Т. I.

34 Совершенствование норм проектирования железных дорог. Под ред. А. В. Горинова и А. И. Иоаннисяна. М., 1974, 210 с. (Труды Моск. ин-та инж. ж.-д. трансп., вып. 444).

35 Г.Л. Аккерман, А.Р. Исламов Влияние сопряжения элементов продольного профиля на силы в межвагонном соединении тяжеловесных поездов. Путь и путевое хозяйство, Вып. 2, М.: ОАО «РЖД», 2013, С. 25-27

36 Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г. Требования к величинам переломов

ч

профиля. Путь и железнодорожное строительство: Сб.научн.тр. -Екатеринбург: Изд-во УрГУПС. - Вып. 66 (149). - 2008.

37 Технический справочник железнодорожника: Том 3. Проектирование и постройка железных дорог./Д. Д. Бизюкин, А. Е. Вичеревин, А. В. Ливеровский - М.: Трансжелдориздат, 1950. - 590 с.

38 Расчеты и проектирование железнодорожного пути. Под ред. В.В. Виноградова и A.M. Никонова. - М.: Маршрут, 2003.- 486 с.

39 Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь. М., Транспорт, 1969. 536 с.

40 Использование математических методов оптимизации и ЭВМ при

ч

проектировании продольного профиля железных дорог, под ред. д-ра техн. Наук Б. К. Малявского. М., Транспорт, 1977. 169 с. (Труды Всесоюз. н.-и. ин-та трансп. стр-ва вып. 101). Авт.: В. И. Струченков, М. А. Баранов, В. С. Рабинович, А. И. Хвостик.

41 Safety of Railroad Passenger Vehicle Dynamics. Final Summary Report. U.S. Department of Transportation, Federal Railroad Administration, 2002, 53 c. >

42 Бахвалов Ю.А., Зарифьян A.A., Кашников B.H., Колпахчьян П.Г. и др. Моделирование электромеханической системы электровоза с асинхронным тяговым приводом. Под ред. Е.М. Плохова. - М.: Транспорт, 2001 - 286 с

43 Бузало Г.А. Математическое моделирование динамических процессов при пассивном и управляемом прохождении локомотивом криволинейных участков пути. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Ростов н/д.: 2003. - 18 с.

44 Kalker J.J., Piotrowski J. Some New Results in Rolling Contact//Vehicle System Dynamics, 18(1989), pp 223-242.

45 Оценка безопасности движения вагонов при отклонениях от норм содержания ходовых частей и пути. - М.: Глобус, 2003, 257 с.

46 Универсальный механизм: официальный сайт программного продукта «UM» . URL: http://www.umlab.ru (дата обращения 15.07.2014).

47 Универсальный механизм 6.0. Руководство пользователя. Глава 8

\

Моделирование динамики железнодорожных экипажей Глава 15 Продольная динамика поезда. Брянск, 2010.

48 Iwnicki S.D. The Manchester Benchmarks for Rail Vehicle Simulation. Department of Mechanical Engineering, Manchester Metropolitan University, England, Supplement to Vehicle System Dynamics, Vol. 31, ISSN 0042-3114, Swets & Zeitlinger 1999. - 199 c.

49 Погорелов Д.Ю., Толстошеев A.K., Ковалев P.B. и др. Динамический анализ и синтез механизмов с использованием программы UM / Брянск: БГТУ, 1997.- 16 с.

50 Погорелов Д.Ю. Введение в моделирование динамики систем тел: Учеб. пособие. - Брянск: БГТУ, 1997. - 156 с.

51 Погорелов Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики технических систем с использованием программного комплекса «Универсальный

механизм» // Вестник компьютер, и информ. технологий. - 2005. - № 4Ч- С. 27-34.

52 Погорелов Д.Ю. Моделирование механических систем с большим числом степеней свободы. Численные методы и алгоритмы: дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.02.01. - Брянск, 1994. - 262 с.

53 Погорелов Д.Ю., Ефимов Г.Б. О численных методах моделирования движения системы твердых тел: Учеб. - М.: ИПМ, 1994. - 30 с.

54 Заверталюк A.B., Черкашин Ю.М., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А., Яковлева Е.В. Технология моделирования условий схода подвижного состава (с применением программного комплекса «Универсальный механизм»). Шифр работы: 19.5.018.Н. М.: ОАО РЖД, ОАО ВНИИЖ. 2009.

55 Пермяков A.A. Безопасность движения вагона в кривых участках пути при различных технических состояниях системы вагон-путь: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07. - Екатеринбург, 2004. - 145 с.

__ч

56 Пермяков A.A., Салтыков Д.Н. Анализ норм содержания грузового вагона в эксплуатации по динамическим показателям. - Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта: сб. науч. трудов / Материалы науч.-техн. конф., поев. 125-летию Свердловской железной дороги. — В 4-х т. - Т. 1. - Екатеринбург: УрГУПС, 2003. - С. 44-53.

57 Загорский М.В., Никифоров Н.И., Симонов В.А. Исследование влияния параметров механизма радиальной установки колесных пар на ходовую динамику тепловоза // Вестник ВУГУ. Сер. Транспорт. 2002. № 6 (52). С. 65-69.

58 Михальченко Г.С., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А. Совершенствование динамических качеств подвижного состава железных дорог средствами компьютерного моделирования. Тяжелое машиностроение, 12, 2003, С. 2-6.

59 Михальченко Г.С., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А., Круговых A.B., Симонов В.В. Исследование пространственных колебаний рельсовых экипажей с использованием программного комплекса "Универсальный

механизм'7/Проблемы механики железнодорожного транспорта: Динамика, надёжность и безопасность подвижного состава: Тез. докл. IX Междунар. конф. - Днепропетровск: ДГТУ, 1996. - С. 107-108.

60 Погорелов Д.Ю., Павлюков А.Э., Юдакова Т.А., Котов С.В. Моделирование контактных взаимодействий в задачах динамики систем тел / Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. тр. / Под ред. В.И. Сакало. Брянск: БГТУ, 2001. С. 11-23.

61 Коссов B.C. Работы ВНИКТИ по созданию трехэлементной тележки для грузовых вагонов с осевой нагрузкой 245 кН. // Тез. докл. XI Межд. конф. «Проблемы механики железнодорожного транспорта». Днепропетровск, 2004.

62 Коссов B.C., Сорочкин Э.М., Михальченко Г.С., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А. Обоснование выбора конструкции и параметров трехэлементной тележки грузового вагона методами компьютерного моделирования его динамики. // Тез. докл. XI Межд. конф. «Проблемы механики железнодорожного транспорта». Днепропетровск, 2004.

63 Языков В.Н. Применение модели негерцевского контакта колеса с рельсом для оценки динамических качеств и показателей износа колес грузового тепловоза. Дисс. канд. техн. наук, Брянский гос. техн. ун-т. - Брянск, 2004.

64 Азарченков A.A., Расин Д.Ю. Моделирование процесса продольного соударения вагонов. // Сб. тез. док. 1-й Всероссийск. научно-техн. конф. студ. и асп. 24 - 26 марта 2004. г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 244 с.

65 Галичев А.Г. Влияние триботехнического состояния колес и рельсов на динамику движения грузового тепловоза в режимах выбега и тяги. Дисс. ... канд. техн. наук, Брянский гос. техн. ун-т. - Брянск, 2002

66 Кобищанов В.В., Антипин Д.Я., Забелин АЛ. Оценка динамической на-груженности несущих конструкций кузовов вагонов // Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», МГуПС (МИИТ), 2003, С. IV-41.

67 Загорский М.В. Обоснование конструкции и параметров экипажной части

>

перспективного четырехосного тепловоза по тяговым и динамическим показателям. Дисс. на соискание уч. степ, к.т.н. Брянск, 2003.

68 Vinnik L., Bourtchak and Pogorelov D. Results of The Investigation of Railway Vehicles Properties with The New Design of Wheelsets Using The Refined Theoretical Models and Field Tests. Extensive Summaries, 18th IAVSD Symposium Dynamics of Vehicles on roads and tracks, pp. 198-201, 2003.

69 Ромен Ю.С., Белоусов A.B. Влияние сил крипа на процессы взаимодействия в системе колесо - рельс. // Проблемы механики железнодорожного транспорта. Днепропетровск, 2004 г., С. 141.

%

70 Коссов B.C. Снижение нагруженности ходовых частей локомотива и пути. Дисс. д-ра техн. наук. Коломна, 2001.

71 Коссов B.C., Галичев А.Г., Ковалев Р.В. Влияние триботехнических характеристик системы "колесо-рельс" на динамические качества грузового тепловоза / Оптимизация прочностных и транспортных характеристик транспортных машин. Материалы юбилейной науч. конф. 15-16 ноября 1999 г. Брянск. БГТУ. 1999. С.87-89.

72 Ковалев Р.В., Котов С.В., Симонов В.А., Ефимов В.П. Влияние параметров буксовых адаптеров для тележки типа 18-100 на показатели износа

s

бандажей колесных пар и устойчивость движения грузовых вагонов. Вестник БГТУ. 2004. № 1(1). С. 147-155.

73 Manual for Railway Engineering "AREMA" (American Railway Engineering and Maintenance of way Association). USA. 2012.

74 Technical Instructions "Railroad Design and Rehabilitation". Washington. 2000.

75 Standard specifications for the design and construction of private sidetracks. CSX transportation. Florida. 2007.

76 Аккерман Г. Л. Теория и практика проектирования железных дорог с учетом воздействия окружающей среды. Дисс. д-ра техн. наук. Москва, 1992.

77 Изыскание и проектирование железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. трансп./ И. И. Кантор. - М.: ИЦК «Академкнига», 2003. - С. 53-56