Софи Фойриг посвятила свою диссертацию интенсивному исследованию динамической стабилизации пути в условиях лаборатории. Глубокое вникание в поведение системы щебеночного верхнего строения при этом вызывает энтузиазм не только у нее.

Институт и ведомство по освидетельствованию в области строительства путей сообщения Технического университета г. Мюнхен (ТУМ) является общепризнанным учреждением в путевом хозяйстве для выполнения обоснованных лабораторных анализов, связанных с практикой. Посетитель института сразу понимает, что здесь представляет собой самую центральную тему: это путь как вид транспорта настоящего и будущего. Этот подход чувствуется при встрече с профессором Штефаном Фройденштайном, руководителем института, и доктором инженером Вальтером Шталем, заместителем начальника ведомства по освидетельствованию и их командой. Многочисленные научно-исследовательские работы, проводящиеся в экспериментальном цехе, отражают комплексность строительства путей сообщения.

Проанализирован эффект на три вида верхнего строения

Для научно-исследовательского проекта «DynlaTrack» фирма Плассер & Тойрер решила воспользоваться этим энтузиазмом и ноу-хау в области пути и его составляющих. Целью сотрудничества с ТУМ являются учет измененных условий текущего содержания железнодорожной инфраструктуры и научное рассмотрение темы в диссертации. С одной стороны, исследование рассматривает воздействие новых видов верхнего строения со своими дополнительными эластичными компонентами на системные свойства верхнего строения на щебеночном основании, а с другой стороны - возможности оптимизации результатов работ путем применения новых технологий, осуществленных на Динамическом стабилизаторе пути (DGS).

Научно-исследовательский проект «DynlaTrack» был инициирован фирмой Плассер & Тойрер и рассматривает три различных вида верхнего строения. Речь идет о трех видах шпал с их стандартными рельсовыми скреплениями, которые Дойче Бан использует чаще всего. Изучаются железобетонные шпалы конструкции B70, B90 и B07So. Они отличаются друг от друга не только своими разными геометрическими параметрами, но и - в сочетании с соответствующими прокладками - своей упругостью. Отличительный признак железобетонной шпалы B07So заключается в прикреплении к ее нижней поверхности пластмассовой подошвы, увеличивающей эластичность всей системы. Среди прочего, это имеет особенно позитивный эффект на распределение нагрузки, что сокращает износ путевого щебня.

Терпение, аккуратность и, прежде всего, упорство, эти качества заведующей научно-исследовательского проекта требуются при организации экспериментов. Именно этими чертами характера обладает Софи Фойриг. Она усердно работает над своей диссертацией и в рамках этого проекта посвящает все свое внимание динамической стабилизации пути.

Лабораторные опыты, практическое применение и моделирование дополняют друг друга

Одна из сложностей моделирования реальности в условиях лаборатории заключается в том, что стабилизатор едет по пути на неизменной скорости. Так как это не может быть имитировано в лабораторном эксперименте, Софи Фойриг с помощью системы управления параметрами машины моделирует отвод воздействующих показателей, который точно соответствует воздействию проезжающего по пути динамического стабилизатора, заранее измеренному в реальности ведомством по освидетельствованию путей сообщений.

Многочисленные датчики записывают изменение формы, ускорение и растяжение. Между отдельными фазами эксперимента регулярно измеряется и документируется величина сопротивления поперечному сдвигу (QVW). До рассмотрения в лабораторных условиях были проведены обширные полевые опыты и измерения на реальном пути, чтобы построение эксперимента со всеми воздействиями максимально соответствовало реальности. Перед каждым изменением параметров контрольное состояние экспериментального пути в лаборатории должно быть восстановлено. При этом каждый раз пополняется путевой щебень, выправляется положение пути, как и принято на практике, и подбиваются шпалы. Эти работы необходимы для обеспечения одинаковых условий для каждого изменения параметров. В этой связи позвольте поблагодарить немецкое подрядное предприятие Леонхард Вайсс за аккуратное и тщательное осуществление этих работ.

Участвующий в проекте со стороны Плассер & Тойрер Самир Омерович, эксперт по инфраструктуре, работает над составлением цифровой симуляционной модели, которая должна дополнить лабораторные опыты. С помощью метода дискретного элемента (ДЭМ) и современных компьютеров он моделирует дискретную структуру гетерогенного щебеночного материала. Результаты, полученные с практики и из лаборатории, служат основой для калибровки его математической модели. Моделирующие расчеты, которые должны послужить основой для результатов испытаний и для их валидации, также предусмотрено провести в ведомстве по освидетельствованию строительства в области путей сообщения. Такой подход открывает возможность более глубокого ознакомления с моделированными условиями лабораторного эксперимента.

Подробный анализ результатов имеет большой потенциал: на основе фундаментального исследования увеличивается степень понимания сложности пути на верхнем строении из упругого щебня. Новые материалы и их воздействие на рабочие параметры непрерывно расширяют пределы достигаемой производительности этой инфраструктуры. А это вызывает энтузиазм не только у экспертов-профессионалов!

Что именно делает Динамический стабилизатор пути?

При выполнении путевых работ, а именно, подъема, выправки и подбивки, разрыхляется структура щебня. Побочный эффект заключается в уменьшении величины сопротивления пути поперечному сдвигу (QVW). Стабилизатор DGS противодействует этому эффекту. Горизонтальное движение, воздействующее на путь, в сочетании с вертикальной нагрузкой приводит к перегруппировке кусков щебня. При этом поддерживается процесс искусственного втирания рельсошпальной решетки в щебеночное основание. Это приводит к консолидированию щебеночного основания и к повышению сопротивления рельсошпальной решетки поперечному сдвигу. На практике применение этой технологии сокращает число участков с ограничением скорости и повышает степень готовности рельсовой инфраструктуры к эксплуатации.

Динамический стабилизатор пути DGS был разработан уже в конце 1970-х годов и стал неотъемлемой составной частью текущего содержания пути во множестве стран мира. Изменения в использовании материалов верхнего строения и новые возможности управления стабилизатором послужили стимулом для исследования давно известных параметров в лабораторных условиях.

Факты и цифры о конструкции опыта «DynlaTrack»

Стандартный профиль на Дойче Бан

• 6 м рельсов
• 9 шпал
• 19 т щебня
• 3 вида верхнего строения: шпалы B70/B07So/B90
• опыт с применением шпал на эластичной подошве
• варьирование вертикальной нагрузки и частоты, вносимых стабилизатором
• замеры величины сопротивления поперечному сдвигу

Последовательность проведения лабораторного эксперимента

• Подготовка пути:
  укладка и уплотнение основного слоя щебня, подъем и укладка рельсошпальной решетки, балластировка, подъем и выправка, создание основной призмы щебеночного основания
• установка кип:
  тензометрические датчики, индуктивные датчики пути, одноаксиальные и триаксиальные колышки для измерения толщины слоя щебня на различной глубине, датчики ускорения на шпале
• измерение величины сопротивления поперечному сдвигу после подбивки
• динамическая стабилизация пути
• измерение величины сопротивления поперечному сдвигу после стабилизации
• ввод нагрузки от поездов на путь при помощи рабочих цилиндров
• симулирование 100 тысяч тонн нагрузки при помощи рабочих цилиндров
• измерение величины сопротивления поперечному сдвигу после 100 тысяч тонн нагрузки
• ввод дальнейших 1,4 млн тонн нагрузки
• измерение величины сопротивления поперечному сдвигу после общей нагрузки 1,5 млн тонн
• удаление кип
• снятие рельсошпальной решетки и повторная подготовка пути