Помощь студентам в учебе
ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ СРЕДСТВАМИ ВИБРОДИАГНОСТИКИ И ТЕНЗОМЕТРИИ
|
Введение 4
1 Современное состояние и перспективные направления развития в области
динамического контроля подвижного состава и верхнего строения пути 11
1.1 Системы динамического контроля подвижного состава и верхнего
строения пути 11
1.2 Цифровые методы обработки первичных диагностических сигналов 29
1.3 Выводы по первой главе 40
2 Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения
динамического контроля подвижного состава 42
2.1 Экспериментальные исследования применимости тензометрии в задаче
обнаружения дефектов поверхности катания колес в
движении 42
2.2 Определение информативных параметров для расчета динамической
нагрузки от колес грузовых вагонов 54
2.3 Статистические оценки результатов измерения вертикальных сил от
колес грузовых вагонов на верхнее строение пути 57
2.4 Анализ влияния несоосности колесных пар на значения относительных
деформаций рельса 60
2.5 Выводы по второй главе 64
3 Исследование связи жесткости балластной призмы с распространением
упругих колебаний при ударно-динамическом нагружении 66
3.1 Физическое и математическое моделирование установки динамического
штампа 66
3.2 Информативные параметры сигналов динамического штампа при
ударной динамической нагрузке на упругое основание 75
3.3 Выводы по третьей главе 78
4 Совершенствование метода оценки жесткости балластной призмы
динамическим штампом 80
4.1 Упруго-пластическая модель с демпфером для исследования
воздействия динамического штампа на балласт 80
4.2 Использование численного решения обратной задачи для
совершенствования метода динамического штампа 83
4.3 Результаты применения метода обратной задачи к сигналам установки
динамического штампа при контроле жесткости балласта 93
4.4 Выводы по четвертой главе 96
Заключение 98
Список литературы 100
Приложение А - Акт внедрения АО «ЕВРАЗ-ЗСМК» 120
Приложение Б - Акт внедрения ООО «НЭКС» 122
1 Современное состояние и перспективные направления развития в области
динамического контроля подвижного состава и верхнего строения пути 11
1.1 Системы динамического контроля подвижного состава и верхнего
строения пути 11
1.2 Цифровые методы обработки первичных диагностических сигналов 29
1.3 Выводы по первой главе 40
2 Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения
динамического контроля подвижного состава 42
2.1 Экспериментальные исследования применимости тензометрии в задаче
обнаружения дефектов поверхности катания колес в
движении 42
2.2 Определение информативных параметров для расчета динамической
нагрузки от колес грузовых вагонов 54
2.3 Статистические оценки результатов измерения вертикальных сил от
колес грузовых вагонов на верхнее строение пути 57
2.4 Анализ влияния несоосности колесных пар на значения относительных
деформаций рельса 60
2.5 Выводы по второй главе 64
3 Исследование связи жесткости балластной призмы с распространением
упругих колебаний при ударно-динамическом нагружении 66
3.1 Физическое и математическое моделирование установки динамического
штампа 66
3.2 Информативные параметры сигналов динамического штампа при
ударной динамической нагрузке на упругое основание 75
3.3 Выводы по третьей главе 78
4 Совершенствование метода оценки жесткости балластной призмы
динамическим штампом 80
4.1 Упруго-пластическая модель с демпфером для исследования
воздействия динамического штампа на балласт 80
4.2 Использование численного решения обратной задачи для
совершенствования метода динамического штампа 83
4.3 Результаты применения метода обратной задачи к сигналам установки
динамического штампа при контроле жесткости балласта 93
4.4 Выводы по четвертой главе 96
Заключение 98
Список литературы 100
Приложение А - Акт внедрения АО «ЕВРАЗ-ЗСМК» 120
Приложение Б - Акт внедрения ООО «НЭКС» 122
Актуальность темы исследования. Один из ключевых аспектов безопасности движения на железнодорожном транспорте связан с динамикой взаимодействия ходовых частей вагонов с элементами верхнего строения пути. Дефекты подвижного состава увеличивают динамические силы, которые, с одной стороны, сокращают срок службы деталей и узлов вагонов, а с другой стороны, оказывают негативное влияние на техническое состояние пути.
Балластная призма, как элемент верхнего строения пути, обеспечивает проектное положение рельсовой колеи в плане и в профиле, жесткость подрельсового основания. Все эти параметры в значительной степени определяют динамику движения вагона и уровень динамических сил, воздействующих на подвижной состав и верхнее строение пути. При многократных динамических нагрузках на путь, в том числе и сверхнормативных, вызванных дефектами поверхности катания, оценка устойчивости балластного слоя имеет первостепенное значение.
Нарушения положения пути относительно нормативного приводят к ограничениям скорости движения, уменьшают пропускную способность, требуют значительных финансовых вложений для их устранения и представляют собой угрозу безопасности движения. Таким образом, техническое состояние балластной призмы напрямую влияет на устойчивость железнодорожного пути под действием эксплуатационных нагрузок, от которого, в свою очередь, зависит его межремонтный ресурс.
В контексте решения задачи повышения ресурса железнодорожного пути и подвижного состава особую актуальность приобретает проблема разработки и внедрения согласованных систем мониторинга подвижного состава и верхнего строения пути, критерии предельного состояния которых основываются на уровне допустимого динамического воздействия.
Степень разработанности темы исследования. Последние достижения в области обработки цифровых диагностических сигналов неразрушающего
контроля тензометрическим методом и исследования дефектов поверхности катания колес подвижного состава подробно изложены в работах российских и зарубежных авторов: Бороненко Ю. П., Исаков А. Л., Ковалев Ю. Л.,
Краснов О. Г., Муравьев В. В., Степанова Л. Н., Парахненко И. Л.,
Tomasz Nowakowski, Pawel Komorski, Qixin He, Gabriel Krummenacher, Mohammadreza Mohammadi. Методики контроля упругих характеристик и степени уплотнения железнодорожного балласта с использованием вибродиагностики представлены в работах авторов: Лапшин В. Л., Сазонова С. А., Фокин С. В., Sonke Kraft, Carlton L. Ho, Pavel Kulich, Mykola Sysyn, Andrea Bergamini, в которых подробно рассмотрено влияние дефектов поверхности катания железнодорожных колес на верхнее строение пути.
Большинство современных работ посвящено моделированию движения вагона, взаимодействию дефектного колеса с рельсом. На основе построенных моделей подробно исследованы амплитудные и спектральные методы обработки диагностических сигналов, возможности современных методов машинного обучения для обнаружения дефектов и оценки параметров динамического воздействия на путь дефектных и бездефектных колес. Однако для достоверной оценки применимости и эффективности предлагаемых методов натурных экспериментов, особенно в условиях повторяемости, очевидно, недостаточно.
Контроль параметров балластного основания железнодорожного пути реализуется различными способами: метод замещения объема, радиометрический метод, метод на основе математической модели и фотографии поверхности балласта, метод динамического штампа. Все методы являются косвенными и не позволяют оценить несущую способность контролируемого основания в условиях динамического воздействия поездной нагрузкой. Применение вибродиагностики при динамическом воздействии на балластное основание является новым перспективным направлением развития систем контроля, которое позволит оценить параметры объекта в условиях близких к воздействию динамической поездной нагрузки.
Идея работы заключается в создании комплексной методики контроля балластной призмы и ходовых частей вагонов, основанной на оценке параметров балласта при динамическом воздействии с использованием виброметрии и контроле динамических сил от подвижного состава, в том числе в режиме мониторинга, методами тензометрии. Комплексная диагностика направлена на повышение ресурса верхнего строения пути и ходовых частей вагонов за счет обеспечения возможности управления динамикой их взаимодействия.
Цель исследования - разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения средств комплексной диагностики поверхности катания колесных пар вагонов в движении и балластной призмы верхнего строения пути с использованием тензометрии и виброметрии, направленная на повышение достоверности и информативности контроля, увеличение их эксплуатационного ресурса.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
1) разработать алгоритмы и программное обеспечение обработки сигналов тензометрической системы для мониторинга динамических сил, действующих на верхнее строение пути от движущегося подвижного состава;
2) автоматизировать тензометрический контроль ходовых частей вагонов в движении для повышения надежности обнаружения дефектов и обеспечения достоверности оценки их параметров;
3) разработать математическую модель установки контроля механических характеристик балластного слоя, на основе которой определить информативные параметры диагностических сигналов акселерометра и оптимальные параметры установки;
4) разработать методическое и алгоритмическое обеспечение контроля балласта методом динамического нагружения на основе численного решения обратной задачи и результатов мониторинга динамических сил от подвижного состава.
Объект исследования - тензометрический и вибродиагностический методы контроля.
Предмет исследования - алгоритмы обработки диагностических сигналов тензометрических и виброметрических систем при контроле подвижного состава и балластной призмы верхнего строения пути.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) экспериментально обоснована возможность раздельного контроля динамических сил реакций шпалы и колеса с дефектом поверхности катания на основе частотно-временного преобразования сигналов тензометрической системы;
2) установлены параметры статистических распределений вероятности обнаружения дефектов колес в движении на основе экспериментальных исследований в условиях повторяемости;
3) предложена математическая модель вибродиагностической установки контроля балласта методом динамического нагружения, на основе которой разработаны алгоритмы и программное обеспечение для решения задачи оптимизации характеристик установки и выбора информативных параметров диагностических сигналов;
4) разработан метод определения механических характеристик балластного основания железнодорожного пути при динамическом нагружении с использованием вибродиагностики и на основе численного решения обратной задачи в условиях нелинейной упругости, неупругих деформаций и демпфирования.
Теоретическая значимость работы. Разработанные алгоритмы обработки тензометрических и вибродиагностических сигналов расширяют возможности контроля уровня динамических сил, передаваемых от подвижного состава на верхнее строение пути, в условиях влияния мешающих факторов.
Практическая значимость работы. Разработан способ тензометрического контроля динамических нагрузок от подвижного состава, который позволяет обнаружить дефекты поверхности катания колес и оценить их влияние на верхнее строение пути. Способ реализован в программном обеспечении мониторинга динамического воздействия подвижного состава на верхнее строение пути
(свидетельство № 2023682160 от 23.10.2023 г.). Результаты исследования и
разработанное программное обеспечение применялись при сравнительных испытаниях, организованных АО «ЕВРАЗ-ЗСМК» и ОАО «РЖД», рельсов разных категорий качества в условиях динамического воздействия поездной нагрузкой в кривых малого радиуса.
На основе алгоритмов обработки виброметрических сигналов акселерометра разработано устройство и программное обеспечение (свидетельство № 2023610175 от 09.01.2023 г.), которые использовалось
компанией ООО «НЭКС» для вибродиагностики опасных промышленных объектов нефтеперерабатывающих предприятий. Разработан способ измерения несущей способности насыпных грунтов (патент № RU 2801164 C1), который позволяет измерить динамический модуль деформации балластного слоя железнодорожного пути.
Методология и методы исследования. В работе использовались экспериментальные и теоретические методы исследования, тензометрический, виброметрический методы контроля. Диагностические сигналы обрабатывались методами частотно-временного анализа, математической статистики и регрессионного анализа. Для решения обратной задачи использовались методы численного интегрирования, аналитический и численный методы решения дифференциальных уравнений, методы многопараметрической оптимизации.
Положения, выносимые на защиту.
1) Метод разделения информативных составляющих сигналов тензометрической диагностической системы контроля ходовых частей вагонов в движении, основанный на разложении сигналов в частотно-временной области.
2) Метод мониторинга динамических сил, воздействующих на верхнее строение пути, основанный на экспериментально установленных закономерностях статистических распределений сил от размера дефекта.
3) Физическая и математическая модель динамического нагружения и реализующие ее алгоритмы, программное обеспечение оптимизации характеристик динамического нагружения и выбора информативных параметров сигналов.
4) Алгоритмы и программное обеспечение контроля модуля деформации балластной призмы, основанные на применении численного решения обратной задачи, позволяющие уменьшить влияние мешающих факторов, связанных с неконтролируемыми величинами.
Достоверность результатов работы обеспечивается применением современных и метрологически обеспеченных измерительных приборов, методов обработки цифровых сигналов, методов численного моделирования, методов многомерной оптимизации, методов статистической обработки
экспериментальных данных, корреляционного и регрессионного анализа. Достоверность подтверждается совпадением теоретических и экспериментальных данных, непротиворечивостью и воспроизводимостью результатов,
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «RTT-2021» (г. Екатеринбург, УрГУПС, 24-25 ноября, 2021 г.); молодежной секции XXXIII Уральской конференции ФМНК (Янусовские чтения), (19-20 апреля 2022 г.); XII международной научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, СГУПС, 21-22 сентября 2022 г.); V всероссийской научнотехнической конференции с международным участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте», (г. Омск, ОмГУПС, 27-28 октября 2022 г.); XXIII всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностики (23-25 октября, 2023, г. Москва); молодежной научно-технической конференции в рамках XI Международного промышленного Форума «Территория NDT 2024» в области технологий и средств неразрушающего контроля и технической диагностики (15-17 апреля, 2024, г. Москва).
Личный вклад автора. Постановка целей и задач теоретических и экспериментальных исследований, формулировка положений, выносимых на защиту, выводов и рекомендаций. Автором лично разработано программное обеспечение и алгоритмы обработки цифровых сигналов тензометрического и виброметрического контроля, математическая модель установки динамического штампа и сформулирована оптимизационная проблема для решения обратной задачи. При участии автора проведены испытания системы тензометрического контроля на кольцевом участке пути АО «ВНИИЖТ» и системы тензометрического контроля совместно с установкой динамического штампа на действующем участке пути, проведен статистический и корреляционный анализ результатов испытаний.
Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах. По результатам работы опубликованы 15 статей в научных изданиях, в том числе 2 статьи в изданиях, индексируемых в SCOPUS и WoS, 2 статьи в издании из перечня ВАК, получено 2 патента РФ на изобретения и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, который содержит 138 наименований, в том числе 61 на английском языке, 2 приложений. Диссертация изложена на 123 страницах, содержит 65 рисунков
Балластная призма, как элемент верхнего строения пути, обеспечивает проектное положение рельсовой колеи в плане и в профиле, жесткость подрельсового основания. Все эти параметры в значительной степени определяют динамику движения вагона и уровень динамических сил, воздействующих на подвижной состав и верхнее строение пути. При многократных динамических нагрузках на путь, в том числе и сверхнормативных, вызванных дефектами поверхности катания, оценка устойчивости балластного слоя имеет первостепенное значение.
Нарушения положения пути относительно нормативного приводят к ограничениям скорости движения, уменьшают пропускную способность, требуют значительных финансовых вложений для их устранения и представляют собой угрозу безопасности движения. Таким образом, техническое состояние балластной призмы напрямую влияет на устойчивость железнодорожного пути под действием эксплуатационных нагрузок, от которого, в свою очередь, зависит его межремонтный ресурс.
В контексте решения задачи повышения ресурса железнодорожного пути и подвижного состава особую актуальность приобретает проблема разработки и внедрения согласованных систем мониторинга подвижного состава и верхнего строения пути, критерии предельного состояния которых основываются на уровне допустимого динамического воздействия.
Степень разработанности темы исследования. Последние достижения в области обработки цифровых диагностических сигналов неразрушающего
контроля тензометрическим методом и исследования дефектов поверхности катания колес подвижного состава подробно изложены в работах российских и зарубежных авторов: Бороненко Ю. П., Исаков А. Л., Ковалев Ю. Л.,
Краснов О. Г., Муравьев В. В., Степанова Л. Н., Парахненко И. Л.,
Tomasz Nowakowski, Pawel Komorski, Qixin He, Gabriel Krummenacher, Mohammadreza Mohammadi. Методики контроля упругих характеристик и степени уплотнения железнодорожного балласта с использованием вибродиагностики представлены в работах авторов: Лапшин В. Л., Сазонова С. А., Фокин С. В., Sonke Kraft, Carlton L. Ho, Pavel Kulich, Mykola Sysyn, Andrea Bergamini, в которых подробно рассмотрено влияние дефектов поверхности катания железнодорожных колес на верхнее строение пути.
Большинство современных работ посвящено моделированию движения вагона, взаимодействию дефектного колеса с рельсом. На основе построенных моделей подробно исследованы амплитудные и спектральные методы обработки диагностических сигналов, возможности современных методов машинного обучения для обнаружения дефектов и оценки параметров динамического воздействия на путь дефектных и бездефектных колес. Однако для достоверной оценки применимости и эффективности предлагаемых методов натурных экспериментов, особенно в условиях повторяемости, очевидно, недостаточно.
Контроль параметров балластного основания железнодорожного пути реализуется различными способами: метод замещения объема, радиометрический метод, метод на основе математической модели и фотографии поверхности балласта, метод динамического штампа. Все методы являются косвенными и не позволяют оценить несущую способность контролируемого основания в условиях динамического воздействия поездной нагрузкой. Применение вибродиагностики при динамическом воздействии на балластное основание является новым перспективным направлением развития систем контроля, которое позволит оценить параметры объекта в условиях близких к воздействию динамической поездной нагрузки.
Идея работы заключается в создании комплексной методики контроля балластной призмы и ходовых частей вагонов, основанной на оценке параметров балласта при динамическом воздействии с использованием виброметрии и контроле динамических сил от подвижного состава, в том числе в режиме мониторинга, методами тензометрии. Комплексная диагностика направлена на повышение ресурса верхнего строения пути и ходовых частей вагонов за счет обеспечения возможности управления динамикой их взаимодействия.
Цель исследования - разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения средств комплексной диагностики поверхности катания колесных пар вагонов в движении и балластной призмы верхнего строения пути с использованием тензометрии и виброметрии, направленная на повышение достоверности и информативности контроля, увеличение их эксплуатационного ресурса.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
1) разработать алгоритмы и программное обеспечение обработки сигналов тензометрической системы для мониторинга динамических сил, действующих на верхнее строение пути от движущегося подвижного состава;
2) автоматизировать тензометрический контроль ходовых частей вагонов в движении для повышения надежности обнаружения дефектов и обеспечения достоверности оценки их параметров;
3) разработать математическую модель установки контроля механических характеристик балластного слоя, на основе которой определить информативные параметры диагностических сигналов акселерометра и оптимальные параметры установки;
4) разработать методическое и алгоритмическое обеспечение контроля балласта методом динамического нагружения на основе численного решения обратной задачи и результатов мониторинга динамических сил от подвижного состава.
Объект исследования - тензометрический и вибродиагностический методы контроля.
Предмет исследования - алгоритмы обработки диагностических сигналов тензометрических и виброметрических систем при контроле подвижного состава и балластной призмы верхнего строения пути.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) экспериментально обоснована возможность раздельного контроля динамических сил реакций шпалы и колеса с дефектом поверхности катания на основе частотно-временного преобразования сигналов тензометрической системы;
2) установлены параметры статистических распределений вероятности обнаружения дефектов колес в движении на основе экспериментальных исследований в условиях повторяемости;
3) предложена математическая модель вибродиагностической установки контроля балласта методом динамического нагружения, на основе которой разработаны алгоритмы и программное обеспечение для решения задачи оптимизации характеристик установки и выбора информативных параметров диагностических сигналов;
4) разработан метод определения механических характеристик балластного основания железнодорожного пути при динамическом нагружении с использованием вибродиагностики и на основе численного решения обратной задачи в условиях нелинейной упругости, неупругих деформаций и демпфирования.
Теоретическая значимость работы. Разработанные алгоритмы обработки тензометрических и вибродиагностических сигналов расширяют возможности контроля уровня динамических сил, передаваемых от подвижного состава на верхнее строение пути, в условиях влияния мешающих факторов.
Практическая значимость работы. Разработан способ тензометрического контроля динамических нагрузок от подвижного состава, который позволяет обнаружить дефекты поверхности катания колес и оценить их влияние на верхнее строение пути. Способ реализован в программном обеспечении мониторинга динамического воздействия подвижного состава на верхнее строение пути
(свидетельство № 2023682160 от 23.10.2023 г.). Результаты исследования и
разработанное программное обеспечение применялись при сравнительных испытаниях, организованных АО «ЕВРАЗ-ЗСМК» и ОАО «РЖД», рельсов разных категорий качества в условиях динамического воздействия поездной нагрузкой в кривых малого радиуса.
На основе алгоритмов обработки виброметрических сигналов акселерометра разработано устройство и программное обеспечение (свидетельство № 2023610175 от 09.01.2023 г.), которые использовалось
компанией ООО «НЭКС» для вибродиагностики опасных промышленных объектов нефтеперерабатывающих предприятий. Разработан способ измерения несущей способности насыпных грунтов (патент № RU 2801164 C1), который позволяет измерить динамический модуль деформации балластного слоя железнодорожного пути.
Методология и методы исследования. В работе использовались экспериментальные и теоретические методы исследования, тензометрический, виброметрический методы контроля. Диагностические сигналы обрабатывались методами частотно-временного анализа, математической статистики и регрессионного анализа. Для решения обратной задачи использовались методы численного интегрирования, аналитический и численный методы решения дифференциальных уравнений, методы многопараметрической оптимизации.
Положения, выносимые на защиту.
1) Метод разделения информативных составляющих сигналов тензометрической диагностической системы контроля ходовых частей вагонов в движении, основанный на разложении сигналов в частотно-временной области.
2) Метод мониторинга динамических сил, воздействующих на верхнее строение пути, основанный на экспериментально установленных закономерностях статистических распределений сил от размера дефекта.
3) Физическая и математическая модель динамического нагружения и реализующие ее алгоритмы, программное обеспечение оптимизации характеристик динамического нагружения и выбора информативных параметров сигналов.
4) Алгоритмы и программное обеспечение контроля модуля деформации балластной призмы, основанные на применении численного решения обратной задачи, позволяющие уменьшить влияние мешающих факторов, связанных с неконтролируемыми величинами.
Достоверность результатов работы обеспечивается применением современных и метрологически обеспеченных измерительных приборов, методов обработки цифровых сигналов, методов численного моделирования, методов многомерной оптимизации, методов статистической обработки
экспериментальных данных, корреляционного и регрессионного анализа. Достоверность подтверждается совпадением теоретических и экспериментальных данных, непротиворечивостью и воспроизводимостью результатов,
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «RTT-2021» (г. Екатеринбург, УрГУПС, 24-25 ноября, 2021 г.); молодежной секции XXXIII Уральской конференции ФМНК (Янусовские чтения), (19-20 апреля 2022 г.); XII международной научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, СГУПС, 21-22 сентября 2022 г.); V всероссийской научнотехнической конференции с международным участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте», (г. Омск, ОмГУПС, 27-28 октября 2022 г.); XXIII всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностики (23-25 октября, 2023, г. Москва); молодежной научно-технической конференции в рамках XI Международного промышленного Форума «Территория NDT 2024» в области технологий и средств неразрушающего контроля и технической диагностики (15-17 апреля, 2024, г. Москва).
Личный вклад автора. Постановка целей и задач теоретических и экспериментальных исследований, формулировка положений, выносимых на защиту, выводов и рекомендаций. Автором лично разработано программное обеспечение и алгоритмы обработки цифровых сигналов тензометрического и виброметрического контроля, математическая модель установки динамического штампа и сформулирована оптимизационная проблема для решения обратной задачи. При участии автора проведены испытания системы тензометрического контроля на кольцевом участке пути АО «ВНИИЖТ» и системы тензометрического контроля совместно с установкой динамического штампа на действующем участке пути, проведен статистический и корреляционный анализ результатов испытаний.
Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах. По результатам работы опубликованы 15 статей в научных изданиях, в том числе 2 статьи в изданиях, индексируемых в SCOPUS и WoS, 2 статьи в издании из перечня ВАК, получено 2 патента РФ на изобретения и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, который содержит 138 наименований, в том числе 61 на английском языке, 2 приложений. Диссертация изложена на 123 страницах, содержит 65 рисунков
В результате диссертационного исследования создано алгоритмическое и программное обеспечение средств контроля ходовых частей вагонов тензометрическим методом и балласта верхнего строения пути вибродиагностическим методом. Обнаружение в эксплуатации дефектов, вызывающих сверхнормативное воздействие на вагон и путь, и контроль устойчивости пути под действием реальных поездных нагрузок обеспечивают повышение информативности контроля и эксплуатационного ресурса колесных пар и верхнего строения пути.
Основные результаты и выводы:
1. На испытательном железнодорожном кольце АО «ВНИИЖТ» создан участок тензометрического контроля для оценки динамики воздействия подвижного состава на путь. Разработаны алгоритмы обработки тензометрических сигналов на основе частотно-временного разложения деформаций на информативные составляющие, вызванные проездом колеса, воздействием дефекта поверхности катания и силами реакций шпал.
2. Разработано программное обеспечение для идентификации и оценки параметров динамики воздействия дефектов поверхности катания колес на верхнее строение пути. Проведены испытания программного обеспечения в составе комплекса в условиях повторяемости при 70 повторных контроля. Установлены вероятностные характеристики динамического тензометрического контроля: дефекты длиной более 50 мм обнаруживаются с вероятностью 97 %, 39 мм - с вероятностью 50 %, дефекты длиной не более 30 мм - 1,3 %.
3. Разработана физическая и математическая модель установки динамического нагружения, учитывающая упруго-пластические деформации балласта и демпфирование в установке. На основе модели определены параметры установки для создания динамической нагрузки, эквивалентной нагрузке в эксплуатации с напряжениями в балласте от 300 кПа до 1 МПа.
4. Предложен способ выбора амплитудных и временных информативных параметров виброметрических сигналов и установлена их связь с жесткостью контролируемого основания. Разработан критерий информативности параметров в зависимости от соотношения собственных частот испытательной установки: ш1 > ш2/1,3.
5. Предложен способ и разработаны алгоритмы обработки вибродиагностических сигналов на основе численного решения обратной задачи восстановления неизвестных контролируемых параметров балластной призмы.
6. Исследована применимость численного решения обратной задачи при испытаниях на упругом основании жесткостью от 3 до 16 МН/м. Результаты испытаний коррелируют со значениями жесткости при статических испытаниях с коэффициентом детерминации 0,996.
7. Проведены сравнительные испытания щебеночного балласта между разработанным способом и статическим нагружением. Выявлено, что разработанный способ обеспечивает результаты измерений, которые отличаются от данных статических испытаний с относительной погрешностью менее 8 %.
Выполненные исследования являются основой для разработки методов и средств динамического и тензометрического контроля.
Основные результаты и выводы:
1. На испытательном железнодорожном кольце АО «ВНИИЖТ» создан участок тензометрического контроля для оценки динамики воздействия подвижного состава на путь. Разработаны алгоритмы обработки тензометрических сигналов на основе частотно-временного разложения деформаций на информативные составляющие, вызванные проездом колеса, воздействием дефекта поверхности катания и силами реакций шпал.
2. Разработано программное обеспечение для идентификации и оценки параметров динамики воздействия дефектов поверхности катания колес на верхнее строение пути. Проведены испытания программного обеспечения в составе комплекса в условиях повторяемости при 70 повторных контроля. Установлены вероятностные характеристики динамического тензометрического контроля: дефекты длиной более 50 мм обнаруживаются с вероятностью 97 %, 39 мм - с вероятностью 50 %, дефекты длиной не более 30 мм - 1,3 %.
3. Разработана физическая и математическая модель установки динамического нагружения, учитывающая упруго-пластические деформации балласта и демпфирование в установке. На основе модели определены параметры установки для создания динамической нагрузки, эквивалентной нагрузке в эксплуатации с напряжениями в балласте от 300 кПа до 1 МПа.
4. Предложен способ выбора амплитудных и временных информативных параметров виброметрических сигналов и установлена их связь с жесткостью контролируемого основания. Разработан критерий информативности параметров в зависимости от соотношения собственных частот испытательной установки: ш1 > ш2/1,3.
5. Предложен способ и разработаны алгоритмы обработки вибродиагностических сигналов на основе численного решения обратной задачи восстановления неизвестных контролируемых параметров балластной призмы.
6. Исследована применимость численного решения обратной задачи при испытаниях на упругом основании жесткостью от 3 до 16 МН/м. Результаты испытаний коррелируют со значениями жесткости при статических испытаниях с коэффициентом детерминации 0,996.
7. Проведены сравнительные испытания щебеночного балласта между разработанным способом и статическим нагружением. Выявлено, что разработанный способ обеспечивает результаты измерений, которые отличаются от данных статических испытаний с относительной погрешностью менее 8 %.
Выполненные исследования являются основой для разработки методов и средств динамического и тензометрического контроля.
