DOI: https://doi.org/10.15802/stp2016/61003

MODELING OF DEVELOPMENT VERTICAL DEFORMATION OF RAILWAY TRACK

D. M. Kurhan

Abstract

Purpose. State of railway track must meet the conditions of safety, comfort and smooth ride. The presence of irregularities deteriorates the dynamics of interaction of track and rolling stock, causes speed limiting, creates the possibility of movement safety violation. This brings up the question concerning the study of the factors leading to the possibility of track irregularities and the process of their development. The purpose of this paper is to analyse the processes of emergence and development of irregularities in the area of unequal vertical elasticity of railway track using mathematical modelling. Methodology. Railroad under the trains works as the system of elastic bodies, so the emergence and development of irregularities can be represented as the transition from elastic to permanent strain. Irregularity development will affect the dynamics of interaction between track and rolling stock not only at the wheel location directly in the area of irregularity, but also at a certain distance beyond. Therefore, to study the development of irregularities, including those along the track, it is necessary to model the process of wheel load movement along the area. The adopted model consists of a wheel set moving on  inertia-free beam and resting on individual supports. It is described by Lagrange differential equations. The work introduced the hypothesis that the level of permanent strain is distributed in proportion to the dynamic deflection derivative. Findings. Location of vertical longwise irregularity does not necessarily reproduce the location of the problem area. While in operation the vertical irregularity extends not only in depth but also along the track, herewith the increase in length is accompanied by the displacement of local maxima and the emergence of new ones. This leads to the development of so-called «pits» when approaching unequal-elastic areas. Originality. The work provides further development of tasks for track and rolling stock interaction modelling, in particular aimed to take into account the unequal elasticity areas and their influence on the formation of the track irregularities. The paper proposes new approaches to modelling the transition from elastic to permanent strain that allows predicting the development of track irregularity sizes depending on the area characteristics. Practical value. The results obtained by the author can be used to determine the schedule for track equal elasticity renovation works, as well as to analyse the measures aimed at the prevention of irregularities in areas with variable elasticity of railway track.

Keywords

track; track irregularity; rail deflection; unequal elasticity of track; interaction of track and rolling stock; railroad crossing

References

Gavrilenko A.K. Uchet zhestkosti zheleznodorozhnogo puti [Accounting of rigidity of a railway]. Put i putevoye khozyaystvo – Track and Track Facilities, 2007, no. 4, pp. 37-39.

Danilenko E.I. Zaliznychna koliia. Ulashtuvannia, proektuvannia i rozrakhunky, vzaiemodiia z rukhomym skladom [Railway track. Structure, planning and calculations, interaction with rolling stock]. Kyiv, Inpres Publ., 2010, vol. 2. 456 p.

Danilenko E.I., Rybkin V.V. Pravyla rozrakhunkiv zaliznychnoi kolii na mitsnist i stiikist. TsP-0117 [Rules of calculations of the railway track strength and stability. TsP-0117]. Kyiv, Transport Ukrainy Publ., 2004. 64 p.

Danovich V.D., Reydemeyster A.G., Khalipova N.V. Matematicheskaya model vzaimodeystviya puti i passazhirskogo vagona pri dvizhenii po uchastkam proizvolnoy krivizny [Mathematical model of interaction between the track and the passenger car when driving on sections of arbitrary curvature]. Transport – Transport, 2001, vol. 8, pp. 124-138.

Kurhan D.M. Do vyrishennia zadach rozrakhunku kolii na mitsnist iz urakhuvanniam nerivnopruzhnosti pidreikovoi osnovy [To the solution of problems about the railways calculation for strength taking into account unequal elasticity of the subrail base]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2015, no. 1 (55), pp. 90-99. doi: 10.15802/stp2015/38250.

Kurhan M.B., Kurhan D.M., Luzhytskyi O.F. Doslidzhennia nerivnostei kolii v mezhakh zaliznychnykh pereizdiv [Inequalities research of the track at the railroad crossings]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2015, no. 5 (59), pp.84-96. doi: 10.15802/stp2015/55341.

Kurgan N.B. Predposylki sozdaniya vysokoskorostnykh magistraley v Ukraine [Prerequisites for creation of high-speed lines in Ukraine]. Ukrainski zaliznytsi – Ukrainian Railways, 2015, no. 5-6, pp. 16-21.

Lapina L.G. Analiz statisticheskikh kharakteristik prosadok relsovykh nitey i postroeniye bazovykh nerovnostey puti [Analysis of statistical characteristics of rail sagging and the construction of basic irregularities of the track]. Tekhnicheskaya mekhanika – Technical Mechanics, 2013, no. 1, pp. 17-24.

Solovev V.P., Anisin A.V., Nadezhin S.S., Pevzner V.O., Tretyakov I.V. Modelirovaniye protsessa nakopleniya ostatochnykh deformatsiy puti s ispolzovaniyem super EVM [Modeling of accumulation process of residual deformations of the track using a super computer]. Fundamentalnyye issledovaniya dlya dolgosrochnogo razvitiya zheleznodorozhnogo transporta : sbornik trudov chlenov i nauchnykh partnerov. Obedineniye uchenogo soveta OAO «RZhD» [Fundamental research for long-term railway transport development : Proc. of members and scientific partners Association of the scientific Council of JSC «RZD»]. Moscow, Inteks Publ., 2013, pp. 185-192.

Zheleznov M.M., Pevzner V.O., Solovev V.P., Nadezhin S.S. Nauchnyye osnovy modelirovaniya vzaimodeystviya puti i podvizhnogo sostava v sovremennykh usloviyakh ekspluatatsii [The scientific basis of modeling the interaction of track and rolling stock in modern conditions]. Byulleten Obedinennogo uchenogo soveta OAO «RZhD» [Bulletin of the joint scientific council of JSC «RZD»], 2014, no. 4, pp. 2-29.

Babenko A., Lynnyk H., Moiseienko K. Polozhennia pro provedennia planovo-zapobizhnykh remontno-koliinykh robit na zaliznytsiakh Ukrainy. TsP-0287 [The provision on scheduled preventive maintenance repair and track work on the Railways of Ukraine. TsP-0287]. Kyiv, Devalta Publ., 2015. 45 p.

Kossov V.S., Bidulya A.L., Krasnov O.G., Akashev M.G. Rezultaty ekspluatatsionnykh ispytaniy geometricheski-silovogo metoda otsenki sostoyaniya puti [The field test results of geometric-force method for track state estimation]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2013, no. 5 (47), pp. 97-104. doi: 10.15802/stp2013/17971.

Talavira H.M. Osidannia osnovnoi ploshchadky zemlianoho polotna vid rukhomoho skladu na perekhidnykh diliankakh pered shtuchnymy sporudamy [Precipitation of the main site of the subgrade from rolling stock on transient phases before man-made structures]. Zbirnyk naukovykh prats Kyivskoho universytetu ekonomiky i tekhnolohii transportu: Seriia: «Transportni systemy i tekhnolohii» [Proc. of Kyiv University of economy and technology of transport: Series: «Transportation systems and technologies»]. Kyiv, KUETT Publ., 2003, issue 4, pp. 80-84.

Patlasov O.M., Rybkin V.V., Paleichuk Yu.V. Tekhnichni vkazivky shchodo otsinky stanu reikovoi kolii za pokaznykamy koliievymiriuvalnykh vahoniv ta zabezpechennia bezpeky rukhu poizdiv pry vidstupakh vid norm utrymannia reikovoi kolii. TsP-0267 [Technical guidance on the assessment of the condition of the track according to the indicators of the track measuring cars and ensure the safe movement of trains when deviations from the norms of keeping the track. TsP-0267]. Kyiv, Transport Ukrainy Publ., 2012. 25 p.

Uhoda pro asotsiatsiiu mizh Ukrainoiu, z odniiei storony, ta Yevropeiskym Soiuzom, yevropeiskym spivtovarystvom z atomnoi enerhii i yikhnimy derzhavamy-chlenamy, z inshoi storony [The Association agreement between Ukraine, on the one hand, and the European Union, the European atomic energy community and their member States, on the other hand]. Available at: http://www.kmu.gov.ua/kmu/docs/EA/00_Ukraine-EU_Association_Agreement_%28body%29.pdf (Accessed 29 December 2015).

Umanov M.I., Patlasov A.M. Sovershenstvovaniye otsenki sostoyaniya puti s ispolzovaniyem srednekvadraticheskikh otkloneniy ego geometricheskikh parametrov [Improving the estimation of track condition using standard deviations of its geometrical parameters]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 40, pp. 109-114.

Ushkalov V.F., Lapina L.G., Mashchenko I.A. Raschetnyye vozmushcheniya dlya otsenki dinamicheskikh kachestv gruzovykh vagonov [Calculated disturbances for evaluation of dynamical properties of freight cars]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2013, no. 4 (46), pp. 135-144. doi: 10.15802/stp2013/16600.

Fischer S. Investigation of inner shear resistance of geogrids built under granular protection layers and railway ballast. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2015, no. 5 (59), pp. 97-106. doi:10.15802/stp2015/53169.

Horvát F., Fisher Sz., Major Z. Evaluation of railway track geometry stabilisation effect of geogrid layers under ballast on the basis of laboratory multi-level shear box tests. Acta Technica Jaurinensis, 2013, no. 2, pp. 21-44.

Lichtberger B. Thack compendium. Hamburg, Eurailpress Tetzlaff-Hestra GmbH & Co. Publ., 2005. 634 p.

Petrenko V., Sviatko I. Simulation of subgrade embankment on weak base. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2015, no. 4 (58), pp. 198-204. doi:10.15802/stp2015/49286.

Szabó L., Somogyi M., Horváth G.The Initiation of Safety-Enhancing Actions in Railway Crossings Using Modelling Procedures. Acta Technica Jaurinensis, 2015, no. 2, pp. 96-112. doi: 10.14513/actatechjaur.v8.n2.328.

GOST Style Citations

1. Гавриленко, А. К. Учет жесткости железнодорожного пути / А. К. Гавриленко // Путь и путевое хоз-во. – 2007. – № 4. – С. 37–39.
2. Даніленко, Е. І. Залізнична колія : підруч. для вищ. навч. закл. / Е. І. Даніленко. – Київ : Інпрес, 2010. – Т. 2. – 456 с.
3. Даніленко, Е. І. Правила розрахунків залізничної колії на міцність і стійкість : ЦП-0117 / Е. І. Даніленко, В. В. Рибкін. – Київ : Транспорт України, 2004. – 64 с.
4. Данович, В. Д. Математическая модель взаимодействия пути и пассажирского вагона при движении по участкам произвольной кривизны / В. Д. Данович, А. Г. Рейдемейстер, Н. В. Халипова // Транспорт : зб. наук. пр. / Дніпропетр. держ. техн. ун-т залізн. трансп. – Дніпропетровськ, 2001. – Вип. 8. – С. 124–138.
5. Курган, Д. М. До вирішення задач розрахунку колії на міцність із урахуванням нерівнопружності підрейкової основи / Д. М. Курган // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 1 (55). – С. 90–99. doi: 10.15802/stp2015/38250.
6. Курган, М. Б. Дослідження нерівностей колії в межах залізничних переїздів / М. Б. Курган, Д. М. Курган, О. Ф. Лужицький // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 5 (59). – С. 84–96. doi: 10.15802/stp2015/55341.
7. Курган, Н. Б. Предпосылки создания высокоскоростных магистралей в Украине / Н. Б. Курган // Укр. залізниці. – 2015. – № 5–6. – С. 16–21.
8. Лапина, Л. Г. Анализ статистических характеристик просадок рельсовых нитей и построение базовых неровностей пути / Л. Г. Лапина // Техн. механика. – 2013. – № 1. – С. 17–24.
9. Моделирование процесса накопления остаточных деформаций пути с использованием супер ЭВМ / В. П. Соловьев, А. В. Анисин, С. С. Надежин [и др.] // Фундаментальные исследования для долгосрочного развития ж.-д. трансп. : сб. тр. членов и науч. партнеров Объединен. ученого совета ОАО «РЖД». – Москва : Интекс, 2013. – С. 185–192.
10. Научные основы моделирования взаимодействия пути и подвижного состава в современных условиях эксплуатации / М. М. Железнов, В. О. Певзнер, В. П. Соловьев, С. С. Надежин // Бюллетень ОУС ОАО РЖД. – 2014. – № 4. – С. 2–29.
11. Положення про проведення планово-запобіжних ремонтно-колійних робіт на залізницях України : ЦП-0287 / А. Бабенко, Г. Линник, К. Мойсеєнко [та ін.]. – Київ : Девалта, 2015. – 45 с.
12. Результаты эксплуатационных испытаний геометрически-силового метода оценки состояния пути / В. С. Коссов, А. Л. Бидуля, О. Г. Краснов, М. Г. Акашев // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 5 (47). – С. 97–104. doi: 10.15802/stp2013/17971.
13. Талавіра, Г. М. Осідання основної площадки земляного полотна від рухомого складу на перехідних ділянках перед штучними спорудами / Г. М. Талавіра // Зб. наук. пр. Київ. ун-ту екон. і технол. трансп. Серія: «Транспортні системи і технології» / Київ. ун-т екон. і технол. трансп. – Київ, 2003. – Вип. 4. – С. 80–84.
14. Технічні вказівки щодо оцінки стану рейкової колії за показниками колієвимірювальних вагонів та забезпечення безпеки руху поїздів при відступах від норм утримання рейкової колії : ЦП-0267 / О. М. Патласов, В. В. Рибкін, Ю. В. Палейчук [та ін.] : затв. наказом Укрзалізниці № 033-Ц від 1.02.2012 р. – Київ : Транспорт України, 2012. – 25 с.
15. Угода про асоціацію між Україною, з однієї сторони, та Європейським Союзом, європейським співтовариством з атомної енергії і їхніми державами-членами, з іншої сторони [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.-kmu.gov.ua/kmu/docs/EA/00_Ukraine-EU_Associ-ation_Agreement_%28body%29.pdf. – Назва з екрана. – Перевірено : 29.12.2015.
16. Уманов, М. И. Совершенствование оценки состояния пути с использованием среднеквадратических отклонений его геометрических параметров / М. И. Уманов, А. М. Патласов // Вісн. Дніпропетр. нац. ун–ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2012. – Вип. 40. – С. 109–114.
17. Ушкалов, В. Ф. Расчетные возмущения для оценки динамических качеств грузовых вагонов / В. Ф. Ушкалов, Л. Г. Лапина, И. А. Мащенко // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 4 (46). – С. 135–144. doi: 10.15802/stp-2013/16600.
18. Fischer, S. Investigation of inner shear resistance of geogrids built under granular protection layers and railway ballast / S. Fischer // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 5 (59). – P. 97–106. doi:10.15802/stp2015/53169.
19. Horvát, F. Evaluation of railway track geometry stabilisation effect of geogrid layers under ballast on the basis of laboratory multi-level shear box tests / F. Horvát, Sz. Fischer, Z. Major // Acta Technica Jaurinensis. – 2013. – № 2. – P. 21–44.
20. Lichtberger, B. Thack compendium / B. Lichberger. – Hamburg : Eurailpress Tetzlaff-Hestra GmbH & Co., 2005. – 634 p.
21. Petrenko, V. Simulation of subgrade embankment on weak base / V. Petrenko, I. Sviatko // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 4 (58). – P. 198–204. doi:10.15802/stp2015/49286.
22. Szabó, L. The Initiation of Safety-Enhancing Actions in Railway Crossings Using Modelling Procedures / L. Szabó, M. Somogyi, G. Horváth // Acta Technica Jaurinensis. – 2015. – № 2. – P. 96–112. doi: 10.14513/actatechjaur.v8.n2.328.

Cited-by:

1. CONSTRUCTIVE MODEL OF ADAPTATION OF DATA STRUCTURES IN RAM. PART II. CONSTRUCTORS OF SCENARIOS AND ADAPTATION PROCESSES
V. I. Shynkarenko, H. V. Zabula
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 2(62)  First page: 88  Year: 2016
doi: 10.15802/stp2016/67302