Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта
У статті розглядаються питання розробки методів і методик розрахунку рейкової колії з найбільшим приближенням до реальних умов її експлуатації. The questions of elaboration of methods and methods of calculation of rail way with most approaching to the real its external environments are examined in t...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32830 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта / А.И. Волошин, С.Л. Ладик // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859639007944638464 |
|---|---|
| author | Волошин, А.И. Ладик, С.Л. |
| author_facet | Волошин, А.И. Ладик, С.Л. |
| citation_txt | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта / А.И. Волошин, С.Л. Ладик // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | У статті розглядаються питання розробки методів і методик розрахунку рейкової колії з найбільшим приближенням до реальних умов її експлуатації.
The questions of elaboration of methods and methods of calculation of rail way with most approaching to the real its external environments are examined in the article.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:19:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
Геотехническая механика"
УДК 625.1
А.И. Волошин, д.т.н., проф.,
С.Л. Ладик, инж.
(ИГТМ НАН Украины)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ ШАХТНОГО
РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА
У статті розглядаються питання розробки методів і методик розрахунку рейкової колії
з найбільшим приближенням до реальних умов її експлуатації.
PROSPECTS OF PLANNING OF FACILITIES OF MINE RAIL
TRANSPORT
The questions of elaboration of methods and methods of calculation of rail way with most
approaching to the real its external environments are examined in the article.
В настоящее время для горной промышленности наибольшее значение
имеет создание средств рельсового транспорта и совершенствование транс-
портных систем шахт и карьеров [1].
Особо актуален рельсовый транспорт шахт и карьеров, который должен
постоянно совершенствоваться применительно к потребностям производства,
экономики, техники безопасности и экологии. Дальнейшее улучшение
средств рельсового транспорта должно базироваться на новых научных и
технических решениях, формирующихся на основе процессов взаимодейст-
вия элементов транспортных средств: взаимодействие рельсового пути и под-
вижного состава, нагруженность, устойчивость, напряженно-
деформированное состояние и надежность составных элементов конструкции
применительно к сложным условиям горного производства.
Как один из основных видов транспорта перевозки грузов в шахтах, карь-
ерах и железных дорогах рельсовый транспорт нуждается в постоянном со-
вершенствовании и модернизации. Решение этой комплексной задачи вклю-
чает разработку эффективных методов исследования нагруженности, устой-
чивости движения, напряженно-деформированного состояния, надежности
элементов конструкции в процессе взаимодействия рельсового пути c под-
вижным составом в условиях шахт и карьеров, а также практическое приме-
нение этих методов для создания и совершенствования как перспективных,
так и современных рельсовых транспортных средств и систем. В связи с этим
особенно важны теоретические исследования взаимодействия элементов
рельсовых транспортных систем "подвижной экипаж груз рельсовый путь
смежные устройства", испытывающих пространственные колебания в усло-
виях движения по горизонтальным и наклонным участкам рельсового пути
шахт и карьеров. Результаты этих исследований позволят оценить нагружен-
ность и устойчивость движения, а также определить рациональные конструк-
тивные схемы и параметры подвижных составов различных типов. Для реше-
ния комплексной задачи совершенствования и модернизации рельсового
транспорта необходимы также экспериментальные исследования характери-
Выпуск № 81
стик и показателей нагруженности, прочности и надежности элементов рель-
совых путей шахт и карьеров; разработка методов и способов определения
рациональных параметров элементов рельсовых путей с учетом свойств и ха-
рактеристик конструкции верхнего строения и основания применительно к
эксплуатационным условиям шахт и карьеров; разработка рекомендаций для
создания и модернизации различных средств рельсового транспорта шахт,
карьеров и магистральных железных дорог.
В связи с этим необходимо ускорить совершенствование существующих и
создание новых элементов средств горного рельсового транспорта, которые
позволили бы выбрать рациональные параметры и сформулировать обосно-
вание требования к элементам рельсовых путей, подвижным единицам, а
также системам горизонтального и наклонного рельсового транспорта шахт и
карьеров.
По данным обследования 102 угольных шахт Донецкого, Кузнецкого, Ка-
рагандинского, Печорского, Львовско-Волынского и Подмосковного бассей-
нов [2] на основные производственные процессы, связанные с содержанием,
ремонтом и эксплуатацией откаточных путей подземного транспорта, расхо-
дуется 10 % от общих эксплуатационных затрат горных предприятий. Уста-
новлено, что главная причина такого состояния подземного рельсового
транспорта заключается в несоответствии конструкции рельсового пути и
уровня его нагруженности от действия подвижного состава. Поэтому реше-
нию задач создания или эксплуатации элементов средств шахтного рельсово-
го транспорта должны предшествовать корректные исследования взаимодей-
ствия подвижных рельсовых экипажей и рельсового пути применительно к
реальным условиям эксплуатации с учетом основных факторов, оказываю-
щих влияние на колебания, нагруженность, устойчивость и безопасность
движения.
В 1950 1970 гг. были заложены научные основы физики процесса взаимо-
действия колеса и рельса в рудничном транспорте, а также обоснованы гео-
метрические параметры элементов путевой структуры и рельсовых экипажей.
В первых работах по исследованию движения железнодорожных транс-
портных средств нормальной колеи в криволинейных участках ограничива-
лись геометрическим и квазистатическим вписыванием. При этом учитыва-
лись условия свободного прохождения ходовой части подвижных единиц в
кривых без учета заклинивания, а при квазистатическом условия равнове-
сия ходовых частей и рельсового пути при их взаимодействии в криволиней-
ных участках [2].
С появлением вычислительных машин представилась возможность при-
нимать для исследований исходные предпосылки и расчетные схемы с учетом
конструктивных особенностей транспортных систем не только при квазиста-
тическом вписывании в кривые, а и выполнять исследования собственных и
вынужденных колебаний системы "рельсовый путь подвижная единица".
Такие работы были выполнены Ю.С. Роменом, В. А. Лазаряном и его много-
численными учениками, М.Ф. Вериго и А.Я. Коганом.
Геотехническая механика"
В.Ф. Ушкаловым и другими учеными проведен комплекс исследований
колебаний рельсовых экипажей как многомассовых механических систем с
различным демпфированием, ими разработаны методы определения стати-
стических характеристик реакций систем при стационарных и нестационар-
ных случайных воздействиях, способы оптимизации расчетных параметров и
математического моделирования колебаний подвижного состава при детер-
минированных и случайных воздействиях со стороны пути.
Анализ исследований в области механики железнодорожного транспорта
показывает, что для создания и совершенствования современных железнодо-
рожных транспортных систем первостепенное значение имеет установление
оптимальных и рациональных параметров конструкций и узлов связи, обес-
печивающих высокие динамические качества подвижного состава в условиях
прямолинейного и криволинейного движения. Упрощенные расчетные схемы
не могут обеспечить надежную оценку влияния параметров рессорного под-
вешивания и структуры конструктивных схем рельсовых экипажей вследст-
вие приближенных исходных предпосылок.
В научных исследованиях механики подземного рельсового транспорта
шахт и рудников взаимодействие элементов шахтного рельсового пути и под-
вижных транспортных средств рассматривалось без учета влияния таких па-
раметров рельсового пути, как масса, показатели жесткости и рассеяния энер-
гии каждым элементом пути; неровности пути и рельсовых нитей в плане и
профиле и т. д. Решение таких сложных задач с учетом пространственных ко-
лебаний элементов транспортной системы возможно благодаря развитию со-
временных компьютерных технологий. При этом первостепенное значение
имеет создание математических моделей, полно и достоверно описывающих
реальные условия эксплуатации.
В настоящее время разработаны модели и методики расчета рельсового
пути, исходящие из того, что напряженно-деформированное состояние ос-
новных составных частей конструкции рельсового пути определяется харак-
тером и величиной действующей нагрузки от ходовой части подвижного со-
става, а также конструктивными и эксплуатационными особенностями эле-
ментов путевой структуры. Учитывается взаимное влияние всех работающих
элементов конструкции с учетом того, что значение сил, передаваемых от
рельсов крестовин, остряков на опоры (шпалы, брусья), зависит от техниче-
ской характеристики конструкции, распределительной способности элемен-
тов верхнего строения пути, расстояний между опорами, величины упругости
промежуточных скреплений, подшпального основания и состояния неравно-
упругости этого основания под отдельными опорами.
Разработанные математические модели позволяют выполнять исследова-
ния собственных и вынужденных колебании стационарных и переходных ре-
жимов и устойчивости движения шахтных двух – и четырехосных вагонов,
секционных поездов и локомотивов узкой колеи (750 и 900 мм) с ходовой ча-
стью, имеющей свободную или жесткую насадку колес по прямолинейным и
криволинейным участкам пути с вертикальными и горизонтальными неров-
Выпуск № 81
ностями, а также оценить различные расчетные схемы и конструктивные ре-
шения для исследуемого шахтного подвижного состава и путевой структуры.
На основании сравнения данных исследований для различных расчетных
схем подвижных единиц и путевой структуры показано, что для получения
достоверных результатов можно принимать расчетные схемы, в которых учи-
тываются основные, наиболее важные конструктивные особенности подвиж-
ного средства и его ходовых частей (включая, в первую очередь, свободную
или жесткую насадку колес на осях), а также инерционные и упруго-
диссипативные свойства экипажа и пути. При этом путевую структуру пред-
почтительно представлять в виде приведенных к каждому колесу одиночных
сосредоточенных масс, прикрепленных с помощью упруго-диссипативных
элементов, вместо цепочной разветвленной системы приведенных к каждому
колесу сосредоточенных масс. Для этих случаев расхождение результатов ис-
следований по показателям нагруженности составляет 4,6 5,3 %, а по показа-
телям безопасности движения 10,6 %. В исследованиях расчетных схем со
свободной и жесткой насадкой колес расхождение показателей нагруженно-
сти достигает 35 66 %, а показателей безопасности движения 35 61 %. Полу-
ченные результаты позволяют выполнить оценку точности полноценных и
упрощенных методов исследований.
Исследование характерных частот собственных колебаний рассмотренных
механических систем позволило установить, что на прямолинейных участках
шахтного пути движение двухосных вагонеток при определенных эксплуата-
ционных условиях может быть неустойчивым в случае жесткой насадки колес
на оси колесных пар, а на криволинейных участках пути могут иметь место
интенсивные колебания виляния. Движение секционных поездов и четырех-
осных вагонов со свободной насадкой колес и локомотивов устойчиво в экс-
плуатационном диапазоне скоростей.
На основании исследования вынужденных колебаний, обусловленных верти-
кальными и горизонтальными неровностями пути, установлено, что значительное
снижение динамических показателей нагруженности и безопасности движения
этих подвижных единиц имеет место при движении по неровностям небольшой
протяженности длиной (1,0-3,0 м). При этом могут возникать значительные на-
грузки на ходовые части подвижных единиц и элементы рельсового пути, следст-
вием которых может быть обезгруживание колес, сход колес с рельсов, разруше-
ние или сдвиг элементов путевой структуры.
При определенных сочетаниях значений скорости движения двух – и че-
тырехосных вагонов, секционных поездов, локомотивов и длины горизон-
тальных неровностей пути может иметь место явление резонанса, обуслов-
ленное близостью частот вынужденных колебаний и частот собственных ко-
лебаний экипажей. В этом случае наблюдается критическое повышение зна-
чений вертикальных и поперечных сил нагружения исследуемых транспорт-
ных систем, которое приводит к нарушению безопасности движения, превы-
шению допустимых значений уровня нагрузок, сопровождаемому разрушени-
ем деталей и узлов, износом и накоплением остаточных деформаций относи-
Геотехническая механика"
тельно ширины колеи, плана и профиля рельсовых нитей.
Увеличение ширины до 0,015 0,025 м для колеи 750 мм и до
0,020 0,035 м для колеи 900 мм приводит к существенному улучшению ди-
намических показателей двухосных вагонеток, а для секционных поездов, в
отличие от вагонеток, возможно определенное ухудшения этих показателей.
Показатели, характеризующие нагруженность и безопасность движения,
существенно ниже на криволинейных, чем на прямолинейных участках пути.
На динамические показатели криволинейного движения оказывают влияние,
в основном, параметры неровностей пути, величина непогашенного ускоре-
ния необрессоренных частей, скорость движения, а также неустановившиеся
процессы в переходных кривых.
Выводы.
Разработаны метод расчета элементов рельсового пути с наибольшим
приближением к реальным условиям их эксплуатации и метод определения
устойчивости подшпального основания с учетом воздействия активных и ре-
активных удельных нагрузок на отдельные частицы балласта или земляного
полотна. При этом учитывается угол наклона рельсового пути и собственный
вес действующих массивов основания.
Этот метод исследований напряженно-деформированного состояния и ус-
тойчивости элементов конструкции рельсового пути и стрелочных переводов,
а также подшпального основания позволяет при создании и совершенствова-
нии новых конструкций определить рациональные параметры элементов пу-
тевой структуры с учетом реальных условий эксплуатации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Говоруха В.В. Физико-технические основы создания элементов рельсового транспорта шахт и карье-
ров. Текст - Киев: Наук. думка, 1992.- 200 с.
2 Говоруха В.В. Механика взаимодействия рельсового пути, подвижных транспортных средств и смеж-
ных устройств: Монография Текст Дн-вск: Лира, 2006. 448 с.
Рекомендовано до публікації д.т.н М.С. Четвериком 19.08.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32830 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:19:07Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Волошин, А.И. Ладик, С.Л. 2012-05-25T18:24:08Z 2012-05-25T18:24:08Z 2009 Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта / А.И. Волошин, С.Л. Ладик // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32830 625.1 У статті розглядаються питання розробки методів і методик розрахунку рейкової колії з найбільшим приближенням до реальних умов її експлуатації. The questions of elaboration of methods and methods of calculation of rail way with most approaching to the real its external environments are examined in the article. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта Prospects of planning of facilities of mine rail transport Article published earlier |
| spellingShingle | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта Волошин, А.И. Ладик, С.Л. |
| title | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта |
| title_alt | Prospects of planning of facilities of mine rail transport |
| title_full | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта |
| title_fullStr | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта |
| title_full_unstemmed | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта |
| title_short | Перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта |
| title_sort | перспективы проектирования средств шахтного рельсового транспорта |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32830 |
| work_keys_str_mv | AT vološinai perspektivyproektirovaniâsredstvšahtnogorelʹsovogotransporta AT ladiksl perspektivyproektirovaniâsredstvšahtnogorelʹsovogotransporta AT vološinai prospectsofplanningoffacilitiesofminerailtransport AT ladiksl prospectsofplanningoffacilitiesofminerailtransport |