Способ определения кривизны рельса под нагруженным колесом, изгибающего момента, напряжений от изгиба рельса, относительной жесткости и модуля упругости подрельсового основания
Использование: при контроле состояния железнодорожного пути. Сущность изобретения: способ заключается в том, что измеряют относительное перемещение трех точек, расположенных на поверхности катания головки рельса, в зоне упругой деформации, возникающей вблизи точки приложения колесной нагрузки. Относительное перемещение трех точек определяют непрерывно в процессе движения нагруженного вагона. На ленте вагона-путеизмерителя записывают относительное перемещение трех точек в зоне упругой деформации рельса под нагруженным колесом и вне этой зоны, что позволяет исключить влияние неровностей поверхности катания. По результатам измерений вычисляют кривизну рельса под нагруженным колесом, изгибающий момент, напряжения от изгиба рельса, относительную жескость и модуль упругости подрельсового основания. 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к контролю состояния железнодорожного пути и может быть использовано для управления рабочими органами путевой машины.
Известен способ измерения кривизны рельса, заключающийся в том, что определяют относительное перемещение трех точек, расположенных на рабочей поверхности головки рельса. Наиболее существенными недостатками этого способа являются отсутствие нагрузки на рельсовую нить, что не позволяет определить упругие характеристики подрельсового основания; дискретность измерений, обусловленная использованием нивелира. Техническим результатом изобретения является расширение его технологических возможностей и определение кривизны рельса под нагруженным колесом в процессе его перемещения вдоль рельса с последующим вычислением изгибающего момента, изгибных напряжений в рельсе, модуля упругости подрельсового основания. Для достижения этого технического результата в способе определения кривизны рельса под нагруженным колесом, изгибающего момента, напряжений от изгиба рельса, относительной жесткости и модуля упругости подрельсового основания, заключающемся в том, что определяют относительное перемещение трех точек, расположенных на рабочей поверхности головки рельса упомянутое перемещение трех точке определяют непосредственно вблизи нагруженного колеса, перемещаемого с заданной скоростью, а кривизну, изгибающий момент и напряжения от изгиба рельса, относительную жесткость и модуль упругости подрельсового основания определяют в соответствии с соотношениями:
P - нагрузка колеса на рельс;

U - модуль упругости подрельсового основания;
M - изгибающий момент;


где
Rn - радиус кривизны в точке приложения нагрузки;
Y - относительное перемещение точек, мм;
L - база измерения, мм;
a - эмпирический коэффициент. Эмпирический коэффициент "a" зависит от схемы измерения относительного перемещения трех точек. При измерении перемещения точки B по схеме, приведенной на фиг. 1, коэффициент "а" равен 1. При измерении перемещения точки C по той же схеме коэффициент "а" равен 2. При измерении перемещения точек B или C по схеме, приведенной на фиг. 2, коэффициент "а" определяют эмпирически или рассчитывают для заданной схемы нагружения рельса. По радиусу кривизны рельса под нагруженным колесом рассчитывают изгибающий момент, напряжения в подошве рельса, модуль упругости подрельсового основания. Если перемещение точки B и C превысило допустимое значение, на ленте регистрирующего прибора делают отметки, позволяющие обнаружить пикеты, звенья и отдельные шпалы, на которых уровень напряжений в подошве, обусловленный изгибом рельса под нагруженным колесом, превышает допустимую величину, и выполняют на этих шпалах работы по предотвращению возникновения усталостных трещин в подошве. Признаки, совпадающие с прототипом: кривизну рельсовой нити в вертикальной плоскости определяют по относительному перемещению трех точек. Новые признаки:
относительное перемещение трех точек определяют в зоне упругой деформации рельса под нагруженным колесом;
измерение относительного перемещения трех точек производят непрерывно в процессе движения нагруженного вагона;
регистрируют на ленте вагона-путеизмерителя разность относительных перемещений трех течек, зафиксированных на двух измерительных устройствах, что позволяет исключить влияние относительного перемещения трех точек, обусловленного неровностями поверхности катания головки рельса. Использование предлагаемого способа определения кривизны рельса под нагруженным колесом обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: позволяет обнаружить, а при использовании в качестве управляющего органа путевой машины устранить участки рельсовой нити, на которых уровень растягивающих напряжений в подошве рельсов превышает допустимые значения, и тем самым предотвратить изломы рельсов по коррозионно-усталостным трещинам в подошве рельса и внезапные разрушения рельсов в пути под поездами. Пример. Предложенным способом произведены измерения перемещения точки B относительно прямой, соединяющей точки A и C (фиг. 1). Расстояние между точками A и C для упрощения расчета взято 1080 мм, что соответствует удвоенному расстоянию между шпалами. Измерения проведены на участке бесстыкового пути с рельсами типа P65, уложенными на железобетонные шпалы со щебеночным балластом, скреплениями типа КБ, количество шпал на 1 км пути - 1860 шпал. Осевая нагрузка - 20 т. Перемещение точки B записано на ленту вагона-путеизмерителя. Необходимо определить напряжения в подошве рельсов и модуль упругости подрельсового основания в сечениях по длине рельсовой нити, в которых перемещение точки B составило 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 мм. Для определения изгибных напряжений приняли схему нагружения участка рельса, расположенного вблизи точки приложения нагрузки, как балки на двух опорах с опорными моментами (фиг. 3). При Mn-1=Mn+1 =0 изгибающий момент в сечении рассчитывали по формуле:

поскольку при данной схеме измерения кривизны рельса под нагруженным колесом коэффициент "а" равен 1; радиус кривизны

напряжение в подошве

При Mn-1=Mn=Mn+1 изгибающий момент в сечении n равен

а радиус кривизны

напряжения в подошве

При схеме нагружения рельса как балки на упругом основании коэффициент относительной жесткости равен:

модуль упругости подрельсового основания равен:
U = 4


В рассматриваемом примере L/2 = 540 мм; E = 2


Формула изобретения


U = 4



где R - радиус кривизны рельса под нагруженным колесом;
L - база измерения;
Y - относительное перемещение трех точек;
a - эмпирический коэффициент, равный 1 или 2 в зависимости от схемы измерения;
E - модуль упругости рельса;
J - момент инерции поперечного сечения рельса;
Z - расстояние от нейтральной оси рельса;
P - нагрузка колеса на рельс;

U - модуль упругости подрельсового основания;
M - изгибающий момент;

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4