Аяганова Алия Жумабаевна, Бергенжанова Гулим.

г. Алматы, Республика Казахстан

ВИБРАЦИОННЫЕ УСКОРЕНИЯ В БАЛЛАСТЕ ПРИ НЕРОВНОСТЯХ ПУТИ

Вибрационные ускорения в балласте приводят, как известно, к интенсивному расстройству пути и увеличению затрат на текущее содержание пути.

Экспериментальные исследования по влиянию вибрационных ускорений в балласте проведены на пути с рельсами, имеющими синусоидальную геометрическую неровность на поверхности катания со средним уклоном 5,6% (рисунок 1).

Как показывают результаты исследований, с увеличением скорости движения ускорения в балласте с железобетонными шпалами увеличиваются. При скорости 70км/ч ускорение на пути с деревянными шпалами составило 3,6м/с², а для пути с железобетонными шпалами – 11,5м/с² (первая и третья оси) и 6,7 м/с² под второй и четвертой осями.

При взаимодействии колеса и рельса при изолированной неровности на поверхности катания рельсов, как указываюсь выше, возникают неустановившиеся колебания верхнего строения пути. Эти колебания характеризуются сложением вынужденных и собственных колебаний. При этом вынужденные колебания вызываются возмущающей силой, возникающей при прохождении колесом неровности. Как показано в [60] при действии возмущающей силы, определяемой динамикой неровности, сначала имеет место разгрузки рельса, затем – перегруз, потом снова разгрузка. После выхода колеса за пределы неровности – происходят происходит собственные колебания системы «колесо-путь». Все эти фазы колебательного процесса показаны на виброграммах (рисунок 1).

На образцах осциллограмм римской цифрой I обозначен участок, соответствующий действию возмущающей силы. Как показали подсчеты, длина этого участка соответствует времени прохождения колесом неровности, т.е. времени действия возмущающей силы. При неровности длиной 50см на основной фон накладываются колебания с более высокой частотой, которые являются, очевидно, свободными колебаниями.

Участок II представляет запись вибрационных ускорений в балласте после выхода колеса за пределы неровности, т.е. запись свободных колебаний. По данным В.Ф. Яковлева и И.И. Семенова [1] свободные колебания в железобетонных шпалах затухают медленнее, чем при деревянных, что объясняется уменьшением коэффициента вязкого трения железобетонных шпал, характеризующим силу сопротивления колебаниями пути при виброускорениях балласта.

Вибрационное ускорение шпал, особенно железобетонных, в силу их повышенной жесткости и массы может служить определенным критерием величины вибрационного ускорения балласта.

Максимальные ускорения шпал при неровности на рельсе возникают в тот момент, когда колесо подвижного состава находится непосредственно в пределах неровности (рисунок 2). На пути с «ровными» рельсами, как показал анализ осциллограмм, максимальные ускорения шпал появляются тогда, когда колесо подвижного состава еще не доходит до исследуемого сечения (т.е. шпалы, на которой установлен ускорениемер), а находятся на некотором расстоянии от него, не превышающем длину положительной полуволны прогиба рельса. При перемещении колеса в исследуемое сечение происходит снижение величины вибрационного ускорения шпалы. Поэтому расшифровка осциллограмм произведена как по максимальным ускорениям, так и по ускорениям шпалы, непосредственно находящей под нагрузкой.

1 – «ровный» рельс; II – неровности длиной 50см, глубиной 1мм; III – неровность длиной 25см глубиной 1мм; 1 – деревянные; 2 – железобетонные шпалы.

Рисунок 1 - Образец осциллограмм вертикальных (а) и горизонтальных (б) ускорений в балласте при скорости 70км/ч

В результате расшифровки осциллограмм получены средние и максимальные значения ускорений деревянных и железобетонных шпал при «ровных» рельсах, средние и максимальные значения ускорений железобетонных шпал при наличии неровности (таблица 1).

Таблица 1 - Виброускорения в шпалах при неровностях в рельсах

Скорость подвижного состава, км/ч	Ускорения деревянных шпал в долях g					Вибрационные ускорения железобетонных шпал в g
						Без неровности с прокладками
			наблюденное						наблюденное
25	-		-
50
60	-		-			-			-
70
80						-			-
100	-		-
Скорость подвижного состава, км/ч	Вибрационные ускорения железобетонных шпал в g
	С неровностью i=5,6% и прокладками
25
50	-	-		-	-		-	-		-
60	-	-		-				-		-
70
80				-	-		-	-		-
100

При этом, как показано в работе, всегда обеспечивается надежная связь между уклоном траектории и динамическими силами (рисунок 2). Получено, что максимум сил в контакте располагается в зоне положительных наибольших уклонов (встречных подъемов) траектории движения колеса по неровности.

Рисунок 2 - Выборки соотношения между уклонами траектории

и динамическими силами

Экспериментальные данные [2] позволили установить, что существует большая разница между ускорениями балласта под шпалой и в междушпальном ящике, а именно ускорения балласта под шпалой больше в 2,2-5,8 раза, чем в междушпальном ящике. Этот большой перепад динамики неровностей способствует градиенту динамических сил, приводящих к относительному смещению частиц балласта, увеличению их подвижности и накоплению остаточных деформаций в балласте (уплотнению балластного слоя) [3].

Литература:

1. Яковлев В.Ф. Исследования сил взаимодействия колеса и рельса с учетом нелинейных односторонних связей и переменных масс. – Тр. ЛИИЖТ, вып. 233 – Л.: 1964, С.12 – 21.

2. Управление надежностью бесстыкового пути. /В.С.Лысюк, В.Т.Семенов, В.Н.Ермаков, Н.Б.Зверев, Л.В.Башкатова; Под ред. В.С.Лысюка –М.:Транспорт, 1999 –373 с.

3. Яковлева Т.Г., Карпущенко Н.И., Клинов С.И., Путря Н.Н., Смирнов Н.П. Железнодорожный путь. /Под ред. Т.Г.Яковлева – М.: Транспорт, 1999 –405с.