INVESTIGATION OF STRESS STATE IN THE ELEMENTS OF RAIL FASTENINGS, TYPE КПП-5 UNDER THE INFLUENCE OF ROLLING STOCK

M. P. Nastechik, I. O. Bondarenko, R. V. Marcul

Abstract


Purpose. To date, there is a tendency for the implementation of high-speed trains on the territory of the Ukrainian Railways, which requires increasing the strength and stability of the construction of the railway track. At the same time requirements for intermediate rail fastening have increased and widened. It is on trackwork and repair of the rail fastening labor costs during the operation are from 10 to 18%. One of the main types of fastening, which after long operational observations was included in the permanent operation (5 th. km.) is an intermediate fastening, type КПП-5. Data from previous theoretical studies reliably prevented clear science-based answers and results of the rail fastening. Therefore, the aim is to develop a methodology and rationale for the theoretical research work of rail fastening, type КПП-5 with a detailed assessment of the appearance of stress state places in its elements from the effects of rolling stock. Methodology. The basis of study methods of theoretical research work of the intermediate rail fastening, type КПП-5 (with a detailed assessment of the state of stress in its intermediate elements from the effects of the rolling stock) is the theory of finite elements method (FEM). Findings. Using the FEM it was found that one of the main elements of the intermediate rail fastening, which first perceives share of the value of the lateral force transmitted from the effects of rolling stock are elastic type terminals, type КП-5. Analyzing the data set, the bars in the terminal voltages at the inner side of the rail thread 53,1-56% are greater than the stresses on the outside of rail thread. Originality. A mathematical model of railway track with intermediate rail fastening, type КПП-5 under the action of rolling stock for the study of the stress state in the elements of fastening was developed. This mathematical model let take into account the physical and mechanical properties of the test elements and geometrical fixing fastenings as constructive and operational characteristics of the entire rail fastening in general. Practical value. The obtained results in this work of FE simulations allow reflecting and exploring the most likely places of the stress state appearance in the elements of the fastening, type КПП-5, in which damages and defects can be in the future. This in general will affect the operation stability of the railway track as a whole.


Keywords


intermediate fastening; elastic terminal; under-rail pad; stiffness; pressing force; finite element method

References


Govorukha V.V. Sozdaniye i vnedreniey uprugikh elementov promezhutochnogo skrepleniya relsovogo puti [The creation and implementation of elastic elements of intermediate rail fastening]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2003, issue 2, pp. 162-171.

Rybkin V.V., Hnatenko V.P., Tsyhanenko V.V., Moiseienko K.V. Eksperymentalne doslidzhennia vplyvu na koliiu ta strilochni perevody doslidnykh pivvahoniv na vizkakh modeli 18-4129 z navantazhenniam na vis 25 ts u porivnianni z pivvahonom na vizkakh modeli 18-100 z navantazhenniam na vis 23,5 t [Experimental study of the effects on the tracks and switches of research gondolas on trucks, model 18-4129 with an axle load of 25 t compared to the gondola on the model 18-100 trucks with axle load of 23.5 t.]. Dnipropetrovsk, 2008. 56 p. No. GR 0107U005238.

Rybkin V.V., Gnatenko V.P., Taturevich A.P. Ispytaniya elektrovoza ЭПЛ-01 po kriteriyu vozdeystviya na put i strelochnyye perevody [Test of ЭПЛ-01 locomotive by criterion effects on the tracks and switches]. Dnipropetrovsk, 2002. 63 p. No. GR 0102U005873.

Rybkin V.V., Gnatenko V.P., Taturevich A.P. Ispytaniya elektrovoza ЭПЛ9T-001 po kriteriyu vozdeystviya na put i strelochnye perevody [Test of ЭПЛ9T-001 locomotive by criterion effects on the tracks and switches]. Dnipropetrovsk, 2002. 158 p. No. GR 0102U005875.

Rybkin V.V., Gnatenko V.P., Taturevich A.P. Ispytaniya elektropoyezda ЭПЛ2T-01 po kriteriyu vozdeystviya na put i strelochnyye perevody [Test of ЭПЛ2T-01 locomotive by criterion effects on the tracks and switches]. Dnipropetrovsk, 2006. 114 p. No. GR 0102U005873.

Demchenko S.M., Piskunov V.L., Saienko O.V., Sestrynskyi V.O. Instruktsiia z ukladannia ta utrymannia reikovoi kolii z reikamy typu Р65, UIC60 i pruzhnym promizhnym skriplenniam typu KПП-5 ta vysokomitsnymy izoliuiuchymy stykamy (ЦП-0104) [Instructions for the laying and maintenance of track rails, type P65, UIC60 and elastic intermediate fastening, type KПП-5 and high strength and insulating joints (ЦП-0104)]. Kyiv, Transport Ukrainy Publ., 2003. 46 p.

Blokhin Ye.P., Rybkin V.V. Kompleksnyye khodovyye i dinamicheskiye i prochnostnyye po vozdeystviyu na put, stendovyye statisticheskiye na deystviye prodolnoy sily, udarno-opredelitelnyye ispytaniya elektrovoza ДС3-001 [Complex leading and dynamic and strength upon influence the track, bench statistics for the longitudinal force, the shock-determinative tests of locomotive ДС3-001]. Dnipropetrovsk, 2004. 196 p. No. GR 0103U003009.

Nekhoroshev Yu.P., Matvetsov V.I. Rezultaty ispytaniy skrepleniya СБ-3 [The test results of СБ-3 fastening]. Put i putevoye khozyaystvoThe Track and Track Facilities, 2005, no. 6, pp. 26-27.

Kostiuk M.D., Rybkin V.V., Bondarenko I.O., Ivchenko N.M. Otsinka parametriv pruzhnoi klemy marky KП.-5.2 [Assessment of elastic parameters of the brand KП.-5.2.]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2003, issue 2, pp. 11-17.

Rybkin V.V., Nastechik N.P., Markul R.V. Issledovaniye voprosov vnedreniya konstruktsii besstykovogo puti na zhelezobetonnykh shpalakh v krivykh radiusom meneye 300 m[Research of the introduction questions of the continuous welded rail design on concrete sleepers in curves with a radius less than 300 m]. Trudy X nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Sovremennyye problemy proyektirovaniya, stroitelstvava i ekspluatatsii zheleznodorozhnogo puti» [Proc. of the X Sci.-Technical Conf. «Contemporary issues of design, construction and operation of raiways»].Moscow, 2013, pp. 198-201.

Rybkin V.V., Bondarenko I.O., Kurhan D.M. Nadiinist zaliznychnoi kolii [The reliability of a railway track]. Dnipropetrovsk, DNUZT Publ., 2013. 154 p.

Rybkin V.V., Bondarenko I.O., Markul R.V. Otsinka vplyvu velychyny bichnoi-horyzontalnoi syly, shcho peredaietsia na vuzol promizhnoho reikovoho skriplennia typu KБ ta KПП-5 [Evaluation of the effect of the magnitude of the lateral and horizontal forces transmitted to the node intermediate rail fastening, type KБ and KПП-5]. Pratsi Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii «Problemy vzaiemodii kolii ta rukhomoho skladu» [Proc. of Intern. Sci. and Practical Conf. «Problems of Interaction between the Track and Rolling Stock»]. Dnipropetrovsk, 2013, pp. 38-39.

Rybkin V.V., Bondarenko I.O., Markul R.V. Otsinka vtomleno-mitsnistnykh kharakterystyk elementiv vuzla promizhnoho reikovoho skriplennia typu KБ-65 ta KПП-5 pry povtorno-zminnykh tsyklakh navantazhennia konstruktsii [Evaluation of wearily and strength characteristics of the elements of the intermediate rail fastening, type KБ-65 and KПП-5 during revariable load cycles design]. Pratsi Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii «Problemy vzaiemodii kolii ta rukhomoho skladu» [Proc. of Intern. Sci. and Practical Conf. «Problems of Interaction between the Track and Rolling Stock»]. Dnipropetrovsk, 2013, pp. 39-40.

Umanov M.I., Kovalev V.V., Sova S.N. Issledovaniya napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya puti so skrepleniyem KПП [The study of stress-strain state of the road with a KПП fastening]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2003, issue 2, pp. 101-105.

Rybkin V.V., Hnatenko V.P., Tsyhanenko V.V. Umovy doslidnoho zrazka manevrovoho teplovoza TEM103, rozrobleni na pidstavi rezultativ eksperymentalnykh ta teoretychnykh doslidzhen yoho vplyvu na koliiu ta strilochni perevody [The conditions of the prototype shunting locomotive TEM 103 developed on the basis of the results of experimental and theoretical studies of its effects on the tracks and switches]. Dnipropetrovsk, 2007. 44 p. No. GR 0107U005238.

Rybkin V.V., Gnatenko V.P., Taturevich A.P. Usloviya obrashcheniya opytnogo obraztsa magistralnogo passazhirskogo teplovoza ТЕП150-001, razrabotannyye na osnovanii eksperimentalnykh issledovaniy yego vozdeystviya na put i strelochnyye perevody [The conditions of circulation of the prototype mainline passenger locomotive TEП-001, developed on the basis of experimental studies of its effects on the tracks and switches]. Dnipropetrovsk, 2006. 102 p. No. GR 0106U010227.

Rezaie F., Shiri M.R., Farman S.M. Experimental and numerical studies of longitudinal crack control for pre – stressed concrete sleepers. Engineering Failure Analysis, 2012, vol. 26, pp. 21-30. doi: 10.1016/j.engfailanal.2012.07.001.

Rybkin V.V., Nastechik N. P., Marcul R.V. Stability issues of the continuous welded rail track on the concrete sleepers on the curves with radius R≤300 m. Sciences in Cold and Arid Region, 2013, vol. 5, issue 5, pp. 1-7.


GOST Style Citations


  1. Говоруха, В. В. Создание и внедрение упругих элементов промежуточного скрепления рельсового пути / В. В. Говоруха // Вісн. Дніпро-петр. нац. ун–ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2003. – Вип. 2. – С. 162–171.
  2. Експериментальне дослідження впливу на колію та стрілочні переводи дослідних піввагонів на візках моделі 18-4129 з навантаженням на вісь 25 тс у порівнянні з піввагоном на візках моделі 18-100 з навантаженням на вісь 23,5 тс. : звіт про НДР / ДНУЗТ ; кер. Рибкін В. В. ; викон.: Гнатенко В. П., Циганенко В. В., Мойсеєнко К. В. – Дніпропетровськ, 2008. – 56 с. – Бібліогр.: с. 56. – № ГР 0107U010381.
  3. Испытания электровоза ЭПЛ-01 по критерию воздействия на путь и стрелочные переводы : отчет о НИР / ДНУЖТ ; рук. Рыбкин В. В. ; исполн.: Гнатенко В. П., Татуревич А. П. – Днепропетровск, 2002. – 63 с. – Библиогр.: с. 63. – № ГР 0102U005873.
  4. Испытания электровоза ЭПЛ9Т-001 по критерию воздействия на путь и стрелочные переводы : отчет о НИР / ДНУЖТ ; рук. Рыбкин В. В. ; исполн.: Гнатенко В. П., Татуревич А. П. – Днепропетровск, 2002. – 158 с. – Библиогр.: с. 158. – № ГР 0102U005875.
  5. Испытания электропоезда ЭПЛ2Т-01 по критерию воздействия на путь и стрелочные переводы : отчет о НИР/ ДНУЖТ ; рук. Рыбкин В. В. ; исполн.: Гнатенко В. П., Татуревич А. П. – Днепропетровск, 2006. – 114 с. – Библиогр.: с. 114. – № ГР 0102U005873.
  6. Інструкція з укладання та утримання рейкової колії з рейками типу Р65, UIC60 і пружним проміжним скріпленням типу КПП-5 та високоміцними ізолюючими стиками (ЦП-0104) / С. М. Демченко, В. Л. Піскунов, О. В. Саєнко, В. О. Сестринський. – Київ : Транспорт України, 2003. – 46 с.
  7. Комплексные ходовые динамические и прочностные и по воздействию на путь, стендовые статистические на действие продольной силы, ударно-определительные испытания электровоза ДС3-001 : отчет о НИР / ДНУЖТ ; рук. Блохин Е. П., Рыбкин В. В. ; исполн.: Блохин Е. П., Рыбкин В. В. – Днепропетровск, 2004. – 196 с. – Библиогр.: с. 196. – № ГР 0103U003009.
  8. Нехорошев, Ю. П. Результаты испытаний скрепления СБ-3 / Ю. П. Нехорошев, В. И. Матвецов // Путь и путевое хоз-во. – 2005. – № 6. – С. 26–27.
  9. Оцінка параметрів пружної клеми марки КП.-5.2 / М. Д. Костюк., В. В. Рибкін., І. О. Бондаренко., Н. М. Івченко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун–ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2003. – Вип. 2. – С. 11–17.
  10. Рыбкин, В. В. Исследование вопросов внедрения конструкции бесстыкового пути на железобетонных шпалах в кривых радиусом менее300 м/ В. В. Рыбкин, Н. П. Настечик, Р. В. Маркуль // Соврем. проблемы проектирования, стр-ва и эксплуатации ж.-д. пути : тр. X науч.-техн. конф. – Москва, 2013. – С. 198–201.
  11. Рибкін, В. В. Надійність залізничної колії : навч. посіб. / В. В. Рибкін, І. О. Бондаренко, Д. М. Курган. – Дніпропетровськ : ДНУЗТ, 2013. – 154 с.
  12. Рибкін, В. В. Оцінка впливу величини бічної-горизонтальної сили, що передається на вузол проміжного рейкового скріплення типу КБ та КПП-5 / В. В. Рибкін, І. О. Бондаренко, Р. В. Маркуль / Пробл. взаємодії колії та рухомого складу : пр. міжнарод. наук.-практ. конф., присвяченій 100-річчю проф. М. А. Фрішмана / Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. – Дніпропетровськ, 2013. – С. 38–39.
  13. Рибкін, В. В Оцінка втомлено-міцністних характеристик елементів вузла проміжного рейкового скріплення типу КБ-65 та КПП-5 при повторно-змінних циклах навантаження конструкції / В. В. Рибкін, І. О. Бондаренко, Р. В. Маркуль / Пробл. взаємодії колії та рухомого складу : пр. міжнарод. наук.-практ. конф., присвяченій 100-річчю проф. М. А. Фрішмана / Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. – Дніпропетровськ, 2013. – С. 39–40.
  14. Уманов, М. И. Исследования напряженно-деформированного состояния пути со скреплением КПП / М. И. Уманов, В. В. Ковалев, С. Н. Сова // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2003. – Вип. 2. – С. 101–105.
  15. Умови дослідного зразка маневрового тепловоза ТЕМ103, розроблені на підставі результатів експериментальних та теоретичних досліджень його впливу на колію та стрілочні переводи : звіт про НДР / ДНУЗТ ; кер. Рибкін В. В. ; викон.: Гнатенко В. П., Циганенко В. В. – Дніпропетровськ, 2007. – 44 с. – Бібліогр.: с. 44. – № ГР 0107U005238.
  16. Условия обращения опытного образца магистрального пассажирского тепловоза ТЕП150-001, разработанные на основании экспериментальных исследований его воздействия на путь и стрелочные переводы : отчет о НИР / ДНУЖТ ; рук. Рыбкин В. В. ; исполн.: Гнатенко В. П., Татуревич А. П. – Дніпропетровськ, 2006. – 102 с. – Библиогр.: с. 102. – № ГР 0106U010227.
  17. Rezaie, F. Experimental and numerical studies of longitudinal crack control for pre – stressed concrete sleepers / F. Rezaie, M. R. Shiri, S. M. Farman // Engineering Failure Analysis. – 2012. – Vol. 26. – Р. 21–30. doi: 10.1016/j.engfaila-nal.2012.07.001.
  18. Rybkin, V. V. Stability issues of the continuous welded rail track on the concrete sleepers on the curves with radius R≤300 m / V. V. Rybkin, N. P. Nastechik, R.V. Marcul // Sciences in Cold and Arid Region. – Beijing, 2013. – Vol. 5. – Iss. 5. – Р. 1–7.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2015/42174

 

Cited-by:

1. ESTABLISHMENT OF THE PERMISSIBLE TRAIN SPEED ON THE CURVED TURNOUTS
O. M. Patlasov, S. O. Tokariev, Ye. O. Patlasov
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 2(62)  First page: 98  Year: 2016  
doi: 10.15802/stp2016/67318

2. DETERMINATION OF CONTACT STRESSES IN THE RAILS P50, WHICH ARE OPERATED IN THE METRO
O. V. Agarkov, R. M. Yosyfovych
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 4(58)  First page: 71  Year: 2015  
doi: 10.15802/stp2015/49209



Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)