Admin

Об измерении сил, действующих на рельс

ЗАМУХОВСКИЙ А.В., Российский университет транспорта (МИИТ), канд. техн, наук, ГРЕЧАНИК А.В., РУТ (МИИТ), канд. техн, наук, ИВАННИКОВА Е.Е., РУТ (МИИТ), старший преподаватель, КУЗНЕЦОВА Е.А., РУТ (МИИТ), старший преподаватель

Аннотация. В статье выполнен сравнительный анализ вертикальных и боковых сил, действующих на рельс от подвижного состава, измеренных методами Шлюмпфа и «РЖД-2016». Даны рекомендации по сфере применения этих методов.
Ключевые слова: железнодорожный путь, действующая на рельс сила от подвижного состава, метод Шлюмпфа, метод «РЖД-2016».

Оценка взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути включает в себя измерение силового воздействия колеса на рельс. Повысить достоверность результатов ходовых динамических испытаний силовых воздействий на путь — одна из основных задач при проведении натурных исследований.
Существуют различные методы экспериментального определения сил взаимодействия колеса железнодорожного экипажа и рельса [1—4]. А.М. Бржезовский [1] отмечает, что целесообразно проводить оценку адекватности применяемых способов экспериментального определения сил.

В отечественной практике нормативными методами измерения вертикальных и боковых сил являются метод Шлюмпфа (ГОСТ Р 55050—2012) [5] и «РЖД-2016» [6]. Оба метода основаны на применении
тензорезисторов, которые наклеивают на шейку рельса. Различия заключаются в количестве используемых тензорезисторов, схемах их подключения и обработке получаемых сигналов.

На рис. 1 приведены схемы наклейки и подключения тензорезисторов на рельс по методам Шлюмпфа и «РЖД-2016». При этом цифрами 1—6 обозначены собственно тензорезисторы, а литерой К — компенсатор (пассивный тензорезистор).
Метод Шлюмпфа подразумевает измерение боковых сил четырьмя тензорезисторами (1—4), расположенными симметрично по обе стороны шейки рельса и электрически соединенными в измерительный мост. На одну диагональ моста подают питающее напряжение, а вторую подключают к входу измерительного канала тензометрической аппаратуры. Для измерения вертикальной силы используют тензорезисторы 5 и 6, которые вместе с двумя компенсаторами электрически соединяют в измерительный мост (см. рис. 1, а).
Перед проведением измерений измерительные тракты тарируют с помощью передачи на рельс известных вертикальной и боковой нагрузок. Тарировочные коэффициенты получают как усредненное по нескольким нагружениям отношение градуировочной нагрузки к величине отклика.
В методе «РЖД-2016» (см. рис. 1, б) каждый тензорезистор вместе с тремя компенсаторами электрически соединяют в измерительный
мост. При тарировке измерительного сечения фиксируют показания каждого тензорезистора и состав
ляют матрицу влияния, связываю-
щую действующие на рельс силы с напряжениями в местах наклейки тензорезисторов и через нее вычисляют значения сил.
Группа авторов в статье «Сравнительный анализ результатов силового воздействия на железнодорожный путь с применением методов Шлюмпфа, «РЖД-2016» и «НВЦ-ТКП» [7] отмечает, что использование метода Шлюмпфа в испытаниях силового воздействия -подвижного состава на путь нецелесообразно в связи с завышением или заниже
нием искомых значений боковых сил, возникающих в системе «колесо—рельс», в отличие от результатов методов «РЖД-2016» и «НВЦ-ТКП», которые имеют хорошую сходимость результатов.
В 2022 г. в рамках НИОКР «Эксплуатационные испытания подрельсового основания с подшпальными прокладками», выполняемой по заказу ОАО «РЖД», на перегоне Бисертский завод—Солдатка (1 путь) Горьковской дороги были выполнены измерения напряженно-деформированного состояния пути. Цель исследований заключалась в том, чтобы определить эффективность применения подшпальных прокладок (далее — ПШП) и их надежность в зависимости от эксплуатационных условий.

В табл. 1 приведены характеристики участков, на которых проводились эксплуатационные испытания.
По измеренным параметрам напряженно-деформированного состояния пути вычислены фактические значения модуля упругости пути на опытных участках, приведенные в табл. 2.
В соответствии с техническим заданием силовую нагруженность пути определяли методами Шлюмпфа и «РЖД-2016». Калибровку измерительных сечений проводили в технологическое «окно». Калибровочная вертикальная и горизонтальная сила составляла 100 кН. На рис. 2 представлено калибровочное устройство.
В табл. 3 приведены результаты сравнения значений вертикальных сил в прямой и кривой, измеренных методами «РЖД-2016» и Шлюмпфа. Анализируя данные, можно сделать вывод, что они отличаются не более чем на 10 %.
В табл. 4 приведены результаты сравнения значений боковых сил в прямой и кривой, измеренных методами «РЖД-2016» и Шлюмпфа.


Из данных табл. 4 видно, что значения боковых сил в кривой, измеренных методами «РЖД-2016» и Шлюмпфа, отличаются не более чем на 27 %. Однако в прямой метод Шлюмпфа дает завышение боковых сил до 76 %, что подтверждает результаты сравнительного анализа, приведенного в статье [7].
Из вышеизложенного можно заключить, что при определении боковых сил метод Шлюмпфа дает большую погрешность по сравнению с методом «РЖД-2016», при этом значения вертикальных сил отличаются не более чем на 10 %.
Таким образом, при определении вертикальных сил можно использовать метод «РЖД-2016» наравне с методом Шлюмпфа, измеряя вертикальные нагрузки двумя тензорезисторами, электрически соединенными в измерительный мост (тензорезисторы 5 и 6 на рис. 1). Это позволяет сократить количество тензорезисторов, наклеиваемых на рельс, а также задействовать только один измерительный канал тензометрической аппаратуры вместо четырех при методе «РЖД-2016».
Выводы
Для определения боковых сил, действующих на рельс от колеса, применение метода Шлюмпфа нецелесообразно в связи с завышением или занижением значений искомых сил, возникающих в системе «колесо—рельс», в отличие от результатов метода «РЖД-2016».
Для определения только вертикальных сил от колеса на рельс достаточно использовать два тензорези-стора, наклеенных на шейку рельса на нейтральной оси, что позволяет сократить количество применяемых тензорезисторов и задействованных каналов в тензометрической аппаратуре.

Список источников

1. Бржезовский А.М. Методы экспериментальной оценки боковых сил (обзор) // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2017. Т. 76, № 1. С. 10—18.
2. Вороненко Ю.П., Рахимов Р.В. Измерение боковых нагрузок от колес на рельсы // Транспорт Российской Федерации. 2019. № 4 (83). С. 45-50.
3. Boronenko Y., Rahimov R., Lafta W.M. New approach measuring the wheel/rail interaction loads // Proceedings of the 2021 Joint Rail Conference, JRC 2021. 2021. P. V001T10A004. DOI: 10.1115/JRC2021-58471.
4. Investigation of dynamic processes of rolling stock—track interaction: experimental realization / Bondarenko I., Lukosevicius V., Kersys R., Neduzha L. // Sustainability. 2023. Vol 15, Iss. 6. P. 5356. DOI: 10.3390/su 15065356.
5. ГОСТ P 55050—2012. Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний. Введ. 01.07.2013. Изм. 01.05.2020. М.: Стандартинформ, 2019.
6. Методика экспериментально-расчетного определения фактических значений силовых факторов, действующих на головку рельса от колес железнодорожного подвижного состава, с использованием измерения силового воздействия на путь методом «РЖД-2016» (первая редакция): утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 28.09.2016 № 1971р.
7. Сравнительный анализ результатов силового воздействия на железнодорожный путь с применением методов Шлюмпфа, «РЖД-2016» и «НВЦ-ТКП» / А.А. Петров, К.В. Елисеев, А.В. Третьяков, А.Н. Марикин, В.В. Никитин, М.В. Зимакова, П.В. Козлов // Бюллетень результатов научных исследований. 2017. № 4. С. 174—189.

ABOUT MEASURING THE FORCES ACTING ON THE RAIL
Zamukhovsky Alexandr — Ph.D, Associate Professor, Department of Track and Track Management, Russian University of Transport (MIIT). miit.ppx@inbox.ru
Grechanlk Alexandr — Ph.D, Associate Professor, Department of Track and Track Management, Russian University of Transport (MIIT).
Ivannikova Elena — Senior Lecturer, Department of Track and Track Management, Russian University of Transport (MIIT).
Kuznetsova Elena — Senior Lecturer, Department of Track and Track Management, Russian University of Transport (MIIT).
Abstract. The article presents a comparative analysis of the vertical and lateral forces acting on the rail from the rolling stock, measured by the methods of Schlumpf and RZD-2016. Recommendations on the scope of application of these methods are given.
Keywords: railway track, the force acting on the rail from the rolling stock, the Schlumpf method, the «RZD-2016» method.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК