Анотація до роботи:

Костюк М.Д. Удосконалення конструкцій і технологій верхньої будови колії для сучасних умов експлуатації залізниць України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.06. - Залізнична колія; Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна; Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню наукової задачі вдосконалення конструкцій і технологій верхньої будови колії на залізобетонних шпалах для умов українських залізниць шляхом розробки, обґрунтування і впровадження менш щільної епюри розкладки шпал і використання нових конструкцій пружних рейкових скріплень. У роботі за допомогою теоретичних і експериментальних досліджень доведена можливість і доцільність використання нової менш щільної епюри укладання залізобетонних шпал в порівнянні з дерев'яними; доведено, що міцність, стійкість рейко-шпальної решітки і рейкових ниток і експлуатаційна надійність при новій конструкції колії залишається забезпеченою при довготривалій експлуатації. Виконано аналіз і обґрунтування параметрів і конструкції рейкових скріплень для сучасних умов експлуатації, доведено, що найкращими скріпленнями для колій на залізобетонних шпалах є скріплення з пружними прутковими клемами, які забезпечують стабільність притиснення рейки до опор та оптимальне поєднання пружних властивостей у вертикальній та горизонтальній площинах.

Доведено, що впровадження нової конструкції ВБК на залізобетонних шпалах з епюрою 1680 шп/км замість типової 1840 шп/км і з пружними рейковими скріпленнями дає суттєвий техніко-економічний ефект.

1. В дисертації представлено нове вирішення наукової проблеми удосконалення конструкцій і технологій верхньої будови колії (ВБК) на залізобетонних шпалах для умов українських залізниць шляхом обґрунтування теоретичними і експериментальними методами можливості і доцільності використання нової менш щільної епюри укладання залізобетонних шпал 1680 шп/км в прямих ділянках і 1840 шп/км в кривих, замість типової епюри 1840 шп/км в прямих і 2000 шп/км в кривих ділянках колії. Доведено, що міцність, стійкість рейко-шпальної решітки і рейкових ниток і експлуатаційна надійність при новій конструкції колії буде забезпеченою при довготривалій експлуатації.

2. Вперше для умов українських залізниць виконано комплексні теоретично-експериментальні дослідження і аналіз пружножорсткісних параметрів, міцності, поздовжньої і поперечної стійкості і надійної експлуатації широкого спектру сучасних конструкцій ВБК, включаючи: різну щільність укладання епюри шпал (на прямих 1680 і 1840 шп/км і відповідно на кривих 1840 і 2000 шп/км); різні типи рейок, шпал і скріплень (відповідно рейки типу Р65 і міжнародного стандарту UIC60; шпали – залізобетонні і дерев’яні; скріплення – підкладкового і безпідкладкового типів, з пружними і жорсткими клемами).

3. За допомогою теоретичних та експериментальних досліджень доведено, що:

3.1. При впровадженні нової менш щільної рейко-шпальної решітки на залізобетонних шпалах 1680 шп/км замість 1840 шп/км повністю забезпечена міцність і достатня пружність конструкції ВБК. При впливі колісних навантажень у спектрі осьових навантажень до 2Р=230 кН (вагони) і до 2Р=235 кН (локомотиви), при встановлених швидкостях руху вантажних поїздів до V=90 км/год, пасажирських до V=140 км/год – напруження в рейках, шпалах, баласті і на основній площадці земляного полотна не перевищують допустимих значень і залишається запас міцності 40-50%). (При цьому розглянуті конструкції колії в прямих і в кривих радіусами R=1000 м, 800 м, 600 м і 400 м; зі скріпленнями: КБ, КПП-1, КПП-5 і рейками типів Р65 і UIC60).

Величини згинаючих моментів в рейках при зміні епюри шпал з 1840 шп/км на 1680 шп/км збільшуються несуттєво: для вагонів це зростання коливається в межах 2,5%, для локомотивів – в межах 3,5-4%. Заміна рейок з типу Р65 на тип UIC60 (при незмінній епюрі шпал) викликає збільшення напружень вигину приблизно на 11,5% у підошві і на 6% у головці.

Напруження в шпалах при зміні епюри збільшуються приблизно на 9,5-10,0% незалежно від типу рейок і скріплень. При зміні рейок з Р65 на UIC60 (при однакових скріпленнях і однаковій епюрі шпал) напруження в шпалах збільшуються на 3,0%. Зміна напружень в баласті і на основній площадці земляного полотна при зміні епюри 1840 на 1680 шп/км відбувається в бік зростання приблизно так, як і в шпалах на 10%.

3.2. Жорсткість рейкової нитки при зміні епюри від 1840 шп/км на 1680 шп/км зменшується на 7,2%. Сумарна жорсткість рейкової нитки при рейках Р65 виявилась більше, ніж при рейках UIC60, всього лише на 3,8% (при усіх типах скріплень і при всіх епюрах шпал), тобто жорсткість рейкової нитки зі шпальною решіткою суттєво відрізняється від співвідношення жорсткостей рейок, яке складає ЕІ_Р65/ЕІ_UIC60=1.16.

3.3. Динамічні прогини рейок і залізобетонних шпал змінюються несуттєво при зміні епюри з 1840 шп/км на 1680 шп/км. А саме: вони збільшуються на 8,5-9,0% для рейок і на 10,2% для шпал. При заміні рейок Р65 на UIC60 і незмінній епюрі шпал прогини залізобетонних шпал збільшуються лише на 3,8-4,1%. (Динамічні прогини дерев’яних шпал є суттєво більшими в порівнянні з залізобетонними в 1,5ч1,6 рази).

4. Результати порівняльних розрахунків поздовжньої стійкості проти угону рейкових ниток для епюри шпал 1840 шп/км і епюри 1680 шп/км дозволяють зробити наступні висновки:

- величина погонного опору рейкових ниток при зміні епюри шпал з 1840 до 1680 шп/км зменшується при усіх видах скріплень приблизно на 9-10%;

- сумарні діючі поздовжні сили угону рейкових ниток (сумісно з температурними силами і силами гальмування) при службовому та екстреному гальмуваннях вантажних і пасажирських поїздів масою до 4000 т не перевищують сил погонного опору, що забезпечуються скріпленнями при всіх конструкціях скріплень, які розглянуті в розрахунках (в тому числі при скріпленнях пружного типу марок КПП-1 і КПП-5), при обох епюрах укладання шпал 1840 шп/км і 1680 шп/км. Тобто стійкість проти угону рейкових ниток при зниженні щільності епюри шпал до 1680 шп/км у всіх випадках забезпечена.

5. Результати порівняльних розрахунків поперечної стійкості рейкової колії і рейко-шпальної решітки для типової епюри шпал 1840 шп/км і дослідної епюри шпал 1680 шп/км показали, що: усі вимоги по умові стійкості проти викиду безстикової колії при рейках типу Р65 і UIC60 при максимально можливій для українських залізниць амплітуді змін температури від Т_max=+62єС до Т_min=-40єС забезпечуються як для прямих ділянок колії, так і для кривих з мінімальним радіусом до R_min=400 м. При переході з епюри шпал 1840 шп/км на 1680 шп/км граничний опір переміщенню шпал в баласті зменшується приблизно на 1,2%, що несуттєво впливає на забезпечення поперечної стійкості рейко-шпальної решітки.

6. Найкращими скріпленнями для колії на залізобетонних шпалах є скріплення з пружинними прутковими клемами, які забезпечують стабільність притискання рейки до опор та оптимальне поєднання пружних властивостей у вертикальній та горизонтальній площинах при достатньому опорі поздовжнім температурним силам та силам угону. Вітчизняні скріплення типів КПП-5 і КПП-7 згідно своїх характеристик забезпечують достатню і надійну роботу рейкових ниток у відношенні поздовжньої і поперечної стійкості, однак скріплення типу КПП-7 потребує вдосконалення своїх пружних характеристик щодо вертикальної жорсткості. Тому за найкраще слід визнати скріплення КПП-5, яке і можна рекомендувати для широкого впровадження в експлуатацію.

7. Техніко-економічна ефективність впровадження нових запропонованих конструкцій і технологій укладання і експлуатації колії складається з натуральних і грошових показників. Сумарний економічний ефект по грошовим показникам (тобто по приведеним затратам) від сумісного впровадження епюри шпал 1680 замість 1840 шп/км, рейок UIC60 замість Р65 та скріплення типу КПП-5 замість скріплень КБ складає на кожний 1 км колії: Е_1-6 = 196255,26 грн/км, що складає біля 19% від вартості повного оновлення (тобто модернізації) 1 км колії.

Сумарний економічний ефект за натуральними показниками при використанні епюри шпал 1680 шп/км замість 1840 шп/км, рейок UIC60 замість Р65 і скріплень КПП-5 замість типових КБ складає на кожний 1 км колії: - по скріпленням (по вазі металу) приблизно 24,76 т/км; - по залізобетонним шпалам 160 шп/км; - по рейкам (по вазі металу) 8,960 т/км.

Основні положення та результати дисертації опубліковано у таких

роботах:

1. Костюк М.Д., Даніленко Е.І., Жученко О.М. Сучасні пружні рейкові скріплення і специфіка вимог до вітчизняних скріплень на залізобетонних шпалах. Журнал Залізничний транспорт України №6/2002. С. 6-11.

2. Даніленко Е.І., Костюк М.Д., Жученко О.М. Обеспечение надежности и прочности упругих скреплений для повышения безопасности движения поездов. Респ. Белорусь, Гомель, Вестник БелГУТ «Наука и транспорт» №2, 2002, С. 21-25.

3. Костюк М.Д., Рибкін В.В., Бондаренко І.О., Іванченко Н.М. Оцінка параметрів пружної клеми марки КП-5.2. Вісник Дніпропетровського національного університету ім. акад. В. Лазаряна, вип. 2, Дніпропетровськ, 2003, с.11-17.

4. Е.І. Даніленко, М.Д. Костюк, О.М. Жученко Вибір раціональних параметрів пружності для вітчизняних скріплень на залізобетонних шпалах. – Збірник наукових праць КУЕТТ, Київ, 2003, с. 3-15.

5. М.Д. Костюк, В.В. Говоруха Сучасна конструкція суміщеної рейкової колії 1520 та 1435 мм із залізобетонними шпалами та проміжним рейковим скріпленням// Сб. науч. тр. ДИИТ. Строительство: Вип. 10. – Днепропетровск, 2002. – С. 72-75.

6. Даніленко Е.І., Яковлєв В.О., Костюк М.Д. та ін. Інструкція з улаштування та утримання колії залізниць України (ЦП/0138).-К.:Транспорт України, 2006. 336 с.

7. Рейкове скріплення. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA), МПК⁷ Е01В9/48 № 49768 А. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк. Заявлено 13.06.2002; Опубл. 16.09.2002, Бюл. №9. – 3 с.

8. Анкер для рейкового кріплення. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA), МПК⁷ Е01В9/08 № 48923 А. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич. Заявлено 16.05.2002; Опубл. 15.08.2002, Бюл. №8.

9. Прокладка рейкового проміжного скріплення. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA), МПК⁷ Е01В9/68 № 49744 А. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич, В.Т. Щербина. Заявлено 16.05.2002; Опубл. 16.09.2002, Бюл. №9. – 3 с: ил.

10. Клема рейкового кріплення. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA), МПК⁷ Е01В9/48 № 49745 А. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич. Заявлено 16.05.2002; Опубл. 16.09.2002, Бюл. №9. – 3 с: ил.

11. Прокладка. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA), МПК⁷ Е01В9/48 № 49767 А. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич. Заявлено 13.06.2002; Опубл. 16.09.2002, Бюл. №9. – 3 с.

12. Пружинна клема рейкового скріплення. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA), МПК⁷ Е01В9/48 № 55333 А. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич. Заявлено 13.01.2003; Опубл. 17.03.2003, Бюл. №3. – 3 с.

13. Прокладка підрейкова гумова. Патент на промисловий зразок. Україна (UA), МПК⁷ 12-99 № 6367. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич. Заявлено 13.06.2002; Опубл. 15.08.2002, Бюл. №8. – 3 с: ил.

14. Прокладка рейкового скріплення. Патент на промисловий зразок. Україна (UA), МПК⁷ 12-99 № 7286. В.В. Говоруха, М.Д. Костюк, Я.В. Дубневич. Заявлено 28.01.2003; Опубл. 15.04.2003, Бюл. №4. – 3 с: ил.

15. Шпала залізобетонна. Патент на винахід. Україна, № UA, 58867 А. О.М. Жученко, М.Д. Костюк, Е.І. Даніленко. Опубл. Бюл. №8, 2003.

16. Клема рейкового скріплення, анкер для утримання клеми, вкладиш ізолюючий і рейкове скріплення. Патент на винахід. Україна, № UA, 63615 А. О.М. Жученко, М.Д. Костюк, Е.І. Даніленко, В.О. Яковлев. Опубл. Бюл. №1, 2004.

17. Е.І. Даніленко, М.Д. Костюк, В.М. Твердомед Дослідження поздовжньої стійкості рейко-шпальної решітки при різних конструкціях проміжного рейкового скріплення. Тези доповідей 2-ої науково-практичної конференції, «Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління», ч.1. К., КУЕТТ, 2004, с.105-106.

18. Костюк М.Д., Даніленко Е.І. Головні напрями удосконалення і розвитку колії і колійного господарства залізниць України протягом 2001-2005 р.р. Тези доповідей 1-ої науково-практичної конференції «Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління», ч.1. К., КУЕТТ, 2003, с.58-59.

Додаткові праці:

19. Даніленко Е.І., Карпов М.І., Костюк М.Д., Рибачок П.І. Технічні вказівки по улаштуванню, укладанню, ремонту і утриманню безстикової колії на залізницях України (ЦП/0081), Київ.: Транспорт України, 2002. 101 с.

20. Даніленко Е.І., Карпов М.І., Костюк М.Д., Рибачок П.І. Правила і технологія виконання робіт при поточному утриманні залізничної колії. (ЦП/0084), Київ: Транспорт України, 2002 р., 149 с.

21. М.Д. Костюк, В.В. Говоруха Стрілочні переводи і суміжне устаткування для швидкісного руху поїздів// Журнал «Залізничний транспорт України» – №3, 2002 – С. 15-17.