vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2016-75-6-354-364vestnikvniizht-121Research ArticleДругоеMiscellaneousДинамические силы и процессы в рельсах при ударном взаимодействии колес с дефектамиDynamic forces and processes in the rails under impact interaction of wheels with defectsКрасновО. Г.KrasnovO. G.krasnovog@mail.ruБогдановО. К.BogdanovO. K.noemail@neicon.ruАкашевМ. Г.AkashevM. G.noemail@neicon.ruАкционерное общество «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ»)РоссияJoint Stock Company “Research Design and Technological Institute of Rolling Stock” (JSC “VNIKTI”)Russian Federation201628122016756354364Copyright © Краснов О.Г., Богданов О.К., Акашев М.Г., 20162016Краснов О.Г., Богданов О.К., Акашев М.Г.Krasnov O.G., Bogdanov O.K., Akashev M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/121

Проблеме взаимодействия колес подвижного состава с дефектами на поверхности катания и рельсов железнодорожного пути и также движению колес по неровностям рельсов посвящено значительное количество теоретических и экспериментальных исследований. Весомый вклад в решение данной проблемы внес М. Ф. Вериго. В настоящее время появились новые измерительно-программные комплексы, позволяющие обрабатывать большие объемы статистической информации, что дает возможность уточнить ряд положений. На основе экспериментальных исследований определены характерные особенности динамических процессов взаимодействия колес с типовыми дефектами на поверхности катания, суммарных прогибов рельсов от воздействия ударных сил. Сделаны выводы.

The paper presents the main results of comprehensive experimental studies on the determination of regularities of dynamic processes and actual values of the forces of interaction of wheels with defects on rolling surface and rails on the modern designs of the track, carried out at the experimental section of railway track. It was determined experimentally that: dynamic processes of interaction of wheels with defects such as flats, weld-on, uneven rolling have specific shape and phase marked by the geometrical shape of defects; dependencies on impact forces to the flat-type defects were approximated by a polynomial function with the highest levels of forces in the speed range of 50 - 70 km/h. For defects such as weld-on or uneven rolling marked by impact forces with increasing speed; all the above types of defects are marked by considerable variation of levels of impact forces for the same modes of running (speed, direction), which is connected with meandering nature of the movement of wheelset, determining differences in the interaction of wheel and rail; dynamic impact loads initiate pulsed total deflection of rail in the vertical direction and the horizontal transverse motion. Values of total vertical deflection reach 8 - 9 mm for the values of impact forces of 400 - 450 kN that is 3.5 - 4 times more than the quasi-static motion of rolling stock; dynamic impact impulse excites damped oscillatory processes in vertical and horizontal directions with decay time 0.1 - 0.12 seconds. The levels of vertical acceleration in the rails with impact forces of 400 - 450 kN reached 191 - 258 m/s. The spectrums of vertical oscillations dominated oscillations with a frequency of 6.4, 50 - 60, 90 - 110 Hz. The presence of high-frequency components is connected to the excitation of vertical vibrations of the rail-sleeper network. In the process of impact interaction rail oscillations with frequencies of 25, 75 - 80 Hz also developed laterally.

ударные силыдинамические процессыдефекты колессуммарный прогиб рельсаспектрчастотаускорениеimpact forcesdynamic processeswheel defectstotal rail deflectionspectrumfrequencyaccelerationReferencesПетров Н. П. Напряжения в рельсах от вертикальных давлений катящихся колес. Влияние скорости и неправильного вида колес // Записки Русского технического общества. Санкт-Петербург, 1907. 120 с.Petrov N. P. Napryazheniya v rel’sakh ot vertikal’nykh davleniy katyashchikhsya koles. Vliyanie skorosti i nepravil’nogo vida koles [Stresses in the rails from vertical pressure of rolling wheels. The impact of speed and the wrong shape of wheels]. Zapiski Russkogo tekhnicheskogo obshchestva [Notes of the Russian Technical Society]. Saint-Petersburg, 1907, 120 p.Холодецкий А. А. К вопросу о влиянии скорости и неправильного вида колеса на динамические прогибы рельсов. М., 1915. 93 с.Kholodetskiy A. A. K voprosu o vliyanii skorosti i nepravil’nogo vida kolesa na dinamicheskie progiby rel’sov [On the effect of the speed and the wrong kind of wheels on the dynamic deflections of rails]. Moscow, 1915, 93 p.Митюшин Н. Т. Влияние выбоин на динамические напряжения в рельсах // Труды МИИТ. Вып. 22. М.: Трансжелдориздат, 1932. С. 35 - 51.Mityushin N. T. Vliyanie vyboin na dinamicheskie napryazheniya v rel’sakh [Effect of corrugations on the dynamic stresses in the rails]. Trudy MIIT [Proceedings of MIIT]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1932, no. 32, pp. 35 – 51.Крачковский В. П. Динамическое воздействие нагрузки на железнодорожный путь // Расчеты железнодорожного пути: труды МИИТ. Вып. 54. М.: Трансжелдориздат, 1937. С. 42 - 217.Krachkovskiy V. P. Dinamicheskoe vozdeystvie nagruzki na zheleznodorozhnyy put’ [Dynamic impact of load on the railway track]. Raschety zheleznodorozhnogo puti. Trudy MIIT [Calculations of railway track. Proceedings of MIIT]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1937, no. 54, pp. 42 – 217.Шахунянц Г. М. Расчеты верхнего строения пути. М.: Трансжелдориздат, 1959. 264 с.Shakhunyants G. M. Raschety verkhnego stroeniya puti [Calculations on railway track superstructure]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1959, 264 p.Мищенко К. Н. Устройство железнодорожного пути. Т. III, глава V, § 19. М.: Трансжелдориздат, 1944. С. 411 - 421.Mishchenko K. N. Ponyatie ob udarnom vozdeystvii [The concept of impact action], G. M. Shakhunyats. Ustroystvo zheleznodorozhnogo puti [Structure of railway track], Vol. III, Chapter V, Par. 19. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1944, pp. 411 – 421.Попов А. А. К вопросу о динамическом воздействии колеса на рельс при прохождении неровностей пути // Труды ЦНИИ МПС. Вып. 3. М.: Трансжелдориздат, 1949. С. 155 - 186.Popov A. A. K voprosu o dinamicheskom vozdeystvii kolesa na rel’s pri prokhozhdenii nerovnostey puti [On the question of dynamic effects of the wheels on the rails when passing track irregularities]. Trudy TsNII MPS [Proceedings of TsNII MPS]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1949, no. 33, pp. 155 – 186.Королёв К. П. Вписывание паровозов в кривые участки пути // Труды ЦНИИ МПС. Вып. 37. М.: Трансжелдориздат, 1950. 224 с.Korolyov K. P. Vpisyvanie parovozov v krivye uchastki puti [Performance of steam locomotive in curves sections of track]. Trudy TsNII MPS [Proceedings of TsNII MPS]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1950, no. 37, 224 p.Данилов В. Н. Расчет рельсовой нити в зоне стыка // Труды ВНИИЖТ. Вып. 70. М.: Трансжелдориздат, 1952. 113 с.Danilov V. N. Raschet rel’sovoy niti v zone styka [Calculation of the rail line in the junction area]. Trudy VNIIZhT [Proceedings of VNIIZhT]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1952, no. 70, 113 p.Вериго М. Ф. Вертикальные силы, действующие на путь при прохождении подвижного состава // Взаимодействие пути и подвижного состава и вопросы расчетов пути: труды Всесоюзн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. транспорта, вып. 97. М.: Транспорт, 1955. С. 25 - 288.Verigo M. F. Vertikal’nye sily, deystvuyushchie na put’ pri prokhozhdenii podvizhnogo sostava [Vertical forces acting on the track when rolling stock is passing]. Vzaimodeystvie puti i podvizhnogo sostava i voprosy raschetov puti. Trudy Vsesoyuzn. nauch. issled. in-ta zh. d. transporta [Interaction of track and rolling stock and issues of track calculations. Proc. of the All-Union Scientific Research Institute of Railway transport]. Moscow, Transport Publ., 1955, no. 97, pp. 25 – 288.Вериго М. Ф., Коган А. Я. К вопросу о процессах взаимодействия необрессоренных масс и пути // Вестник ВНИИЖТ. 1969. № 6. С. 22 - 25.Verigo M. F., Kogan A. Ya. K voprosu o protsessakh vzaimodeystviya neobressorennykh mass i puti [On the question of the processes of interaction of unsprung masses]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 1969, no. 6, pp. 22 – 25.Вериго М. Ф., Коган А. Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. М.: Транспорт, 1986. 560 с.Verigo M. F., Kogan A. Ya. Vzaimodeystvie puti i podvizhnogo sostava [Interaction of track and rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1986, 560 p.Тимошенко С. П. О динамических напряжениях в рельсах // Отдельный оттиск из «Вестника инженера» за 1915. № 4. С. 143 - 152.Timoshenko S. P. O dinamicheskikh napryazheniyakh v rel’sakh [About the dynamic stresses in the rails]. Vestnik inzhenera,1915, no. 4, pp. 143 – 152.Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. М.: Транспорт, 1997. 326 с.Kogan A. Ya. Dinamika puti i ego vzaimodeystvie s podvizhnym sostavom [Dynamics of the railway track and its interaction with rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1997, 326 p.Коган А. Я., Пейч Ю. Л. Расчет нестационарного напряженно-деформированного состояния элементов конструкции пути в зоне стыка рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2002. № 2. С. 31 - 39.Kogan A. Ya., Peych Yu. L. Raschet nestatsionarnogo napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya elementov konstruktsii puti v zone styka rel’sov [Calculation of non-stationary stressstrain state of structural elements of railway track in the junction area of the rails]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2002, no. 2, pp. 31 – 39.Коган А. Я., Никитин Д. А., Полещук И. В. Колебания пути при высоких скоростях движения экипажей и ударном взаимодействии колеса и рельса. М.: Интекст, 2007. 168 с.Kogan A. Ya., Nikitin D. A., Poleshchuk I. V. Kolebaniya puti pri vysokikh skorostyakh dvizheniya ekipazhey i udarnom vzaimodeystvii kolesa i rel’sa [Oscillations of track at high speeds of carriages and impact interaction of wheel and rail]. Moscow, Intext Publ., 2007, 168 p.Коган А. Я. Воздействие на путь поездов, имеющих в своем составе вагоны с ползунами на колесных парах // Вестник ВНИИЖТ. 2014. № 3. С. 3 - 7.Kogan A. Ya. Vozdeystvie na put’ poezdov, imeyushchikh v svoem sostave vagony s polzunami na kolesnykh parakh [Impact on the railway track of trains, having in its composition carriages flats on wheelsets]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2014, no. 3, pp. 3 – 7.Kovalev, R., Lysikov, N., Mikheev G., Pogorelov, D., Simonov, V., Yazykov, V., Zakharov, S., Zharov, I., Goryacheva, I., Soshenkov, S., Torskaya, E., Freight car models and their computer-aided dynamic analysis. Multibody System Dynamics. 2010. Vol. 22 (4), 399-423.Kovalev R., Lysikov N., Mikheev G., Pogorelov D., Simonov V., Yazykov V., Zakharov S., Zharov I., Goryacheva I., Soshenkov S., Torskaya E., Freight car models and their computer-aided dynamic analysis. Multibody System Dynamics, 2010, Vol. 22 (4), pp. 399 – 423.Кудрявцев Н. Н. Исследование динамики необрессоренных масс вагонов // Труды Всесоюзн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. транспорта. Вып. 97. М.: Транспорт, 1965. 168 с.Kudryavtsev N. N. Issledovanie dinamiki neobressorennykh mass vagonov [Research of dynamics of unsprung masses of cars]. Trudy Vsesoyuzn. nauch. issled. inst, zh. d. transporta [Proc. of the All-Union Scientific Research Institute of Railway transport]. Moscow, Transport Publ., 1965, no. 97, 168 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.