Испытания и подтверждение характеристик
При реализации проекта проведен полный комплекс предварительных (заводских), лабораторных и стендовых испытаний, подтверждающих характеристики разрабатываемой инновационной конструкции пути и ее элементов.
Инновационная конструкция железнодорожного пути для особогрузонапряженных участков (Путь V2.5)
Разработка конструкции и технологий содержания железнодорожного пути, обеспечивающих наработку 2,5 млрд тонн брутто пропущенного тоннажа
О проекте
В АО «Инжиниринговый центр железнодорожного транспорта» (ИЦ ЖТ) создано специализированное подразделение по разработке перспективных решений в области путевой инфраструктуры (Центр разработки инфраструктуры).
В рамках реализации проекта ОАО «РЖД» по созданию конструкции и технологий содержания железнодорожного пути, обеспечивающих наработку 2,5 млрд тонн брутто пропущенного тоннажа, Центр выступает разработчиком конструкции, ее элементов и технологий содержания, а также координатором работ всех участников проекта.
Цель проекта - снизить стоимость жизненного цикла железнодорожного пути на особогрузонапряженных участках за счет увеличения наработки пропущенного тоннажа между капитальными и промежуточными ремонтами пути.
Реализация НИОКР и внедрение технологий содержания инновационной конструкции пути проводятся в период с 2021 по 2026 гг.
Основные направления работ
Разработка элементов конструкции железнодорожного пути, обладающих улучшенными эксплуатационными и ресурсными характеристиками
Решение комплексной задачи синергии технических характеристик элементов пути в единой конструкции
Создание системы технического обслуживания и мониторинга, позволяющей эффективно поддерживать надежность конструкции пути
Создание комплекса математических моделей железнодорожного пути
Экосистема компетенций
Проект является сложным и наукоемким, для его осуществления привлечены ведущие российские центры компетенций по направлениям:
- проектно-конструкторское бюро по инфраструктуре (ПКБ И);
- профильные научные организации и высшие учебные заведения: ВНИИЖТ, РУТ (МИИТ), ПГУПС, СГУПС, ИЦ ВЭИП и Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого;
- производители и разработчики элементов и конструкций верхнего строения пути: ЕВРАЗ, Новосибирский и Муромский стрелочные заводы, «РЖДстрой», «БетЭлТранс» (БЭТ) и другие.
Ремонтные схемы
Предварительные ремонтные схемы определяются Техническими требованиями к конструкции железнодорожного пути и системе технического обслуживания.
Ключевые целевые показатели:
2,5млрд т
Целевой пропущенный тоннаж брутто между капитальными ремонтами пути
225 → 450млн т
Увеличение наработки пропущенного тоннажа между промежуточными видами ремонтных работ
233 → 350млн т
Увеличение наработки пропущенного тоннажа между промежуточными видами ремонтных работ для участков со сложным планом и профилем
Таким образом, в рамках реализации проекта важным является обеспечение соблюдения критериев как по первому предельному состоянию (по прочности и устойчивости), так и по второму предельному состоянию (по обеспечению стабильности положения пути в плане и профиле).
Математическое моделирование, расчеты конструкций пути
В процессе реализации проекта существенное внимание уделяется математическому моделированию. Разработан и используется для проектирования и расчетов инновационных конструкций железнодорожного пути комплекс математических моделей. Все модели валидированы на основе экспериментов, проведенных ВНИИЖТ, МИИТ и ИЦ ВЭИП.
Анализ динамического взаимодействия пути и подвижного состава
Многомассовое динамическое моделирование учитывает все нюансы конструкции подвески подвижного состава и верхнего строения пути для определения нагрузок, приходящих от колеса на рельсы.
Расчет напряженно-деформированного состояния верхнего строения пути
Полученные динамические нагрузки прикладываются к конечно-элементной модели верхнего строения пути для определения прогибов и отжатий рельсовой нити, мгновенных осадок шпал, вертикальных и боковых нагрузок на узлы рельсовых скреплений. Определяется прочность рельсовой нити и устойчивость пути.
Расчет на прочность промежуточных рельсовых скреплений и железобетонных шпал
Детальные конечно-элементные модели скреплений позволяют определить их поступательные и вращательные жесткости, оценить прочность и деформативность их конструктивных элементов, а также определить ресурс упругих клемм. Детальные модели шпал учитывают преднапряжение армирующих элементов и позволяют определить возможное развитие трещин в бетоне.
Геотехническое моделирование подшпального основания
Специализированные геотехнические конечно-элементные модели используются для определения деформативности и устойчивости балластной призмы, земляного полотна и основания с учетом возможности усиления основной площадки земляного полотна.
Оптимизация элементов верхнего строения пути
Многокритериальная параметрическая оптимизация используется для получения трехмерной геометрии упругих клемм с высокими показателями усилия прижатия, усталостной долговечности и собственных частот колебаний. Также оптимизируется армирование железобетонных шпал, требуемые показатели деформативности материалов конструкции пути.
Эксплуатационные испытания
Для проведения эксплуатационных испытаний инновационной конструкции железнодорожного пути осенью 2023 года на Экспериментальном кольце на станции Щербинка выполнены работы по укладке опытных и контрольных участков пути в кривых радиусами 1200, 590 и 400 м. Уложены 13 опытных участков общей протяженностью 650 метров с различной вариативностью рельсошпальной решетки и 5 контрольных участков общей протяженностью 295 метров.
На опытных участках уложен балластный слой из базальтовых горных пород новой фракции от 10 до 63 мм. Также была отработана опытная технология устройства подбалластного защитного слоя методом холодного ресайклинга.
Осенью 2024 года на Экспериментальном кольце на ст. Щербинка для проведения эксплуатационных испытаний выполнена укладка инновационных стрелочных переводов марки 1/11 с непрерывной поверхностью катания с подуклонкой и без подуклонки рельсовых нитей, съезда марки 1/13 с непрерывной поверхностью катания с подуклонкой рельсовых нитей и стыка уравнительного с повышенным ресурсом.
Эксплуатационные испытания инновационной конструкции железнодорожного пути завершены осенью 2025 г.
Укладка инновационной конструкции железнодорожного пути на действующей инфраструктуре
Три последовательных этапа: сборка рельсошпальной решетки на базе путевой машинной станции, подготовка основания по технологии холодного ресайклинга и укладка решетки на участке Красноярской железной дороги.
Сборка рельсошпальной решетки на ПМС
Сборка рельсошпальной решетки (РШР) с промежуточными рельсовыми скреплениями и шпалами, разработанными в рамках реализации проекта, на базе путевой машинной станции (ПМС).
Перспектива тиражирования
Укладку (тиражирование) новых, наиболее эффективных в соответствии с технико-экономическим обоснованием конструкций железнодорожного пути планируется начать на особогрузонапряженных участках пути сети железных дорог ОАО «РЖД» с 2027 года.
Перспективным полигоном укладки разработанной инновационной конструкции являются все особогрузонапряженные участки пути сети железных дорог ОАО «РЖД» - более 17 тыс. км.