Пояснительная записка (Капитальный ремонт пути с использованием машины ВПР-02 с блоком стабилизации и машины РПБ-01), страница 5

ДСП с таким рабочим органом хорошо имитирует воздействие на путь проходящего поезда, когда под колесами путевая решетка прогибается, а под пролетными частями подвижного состава приподнимается.

В схеме на рисунке 2.2, б на балластный слой через путевую решетку передаются горизонтальные виброколебания, сочетающиеся с вертикальным прижимом. Такая схема не позволяет реализовать отрывный режим воздействия штампа с балластным слоем, а значит и нельзя достигнуть в течение периода колебаний разгрузок слоя балласта и относительных пассивных смещений частиц. При таком характере силового воздействия наблюдаются движения частиц балласта к торцам шпал у прилегающих слоев, а вертикальная составляющая вибросмещений появляется только на глубине 0,5-0,7м.

Схема силового воздействия, показанная на рисунке 2.2, в, применяется в машине ДСП. Каждый виброблок реализует горизонтальную составляющую колебаний, которая сочетается с вертикальной. Частоты колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях находятся в кратном отношении, отчего траектории виброперемешений в вертикальной поперечной плоскости имеют вид фигур Лиссажу (рисунок 2.2, д). При соотношении частот горизонтальной и вертикальной составляющих 1:2 получается горизонтальная «восьмерка», которая в зависимости от соотношения фаз колебаний может выродиться в седлообразную фигуру (см. рисунок 2.2, г). Если соотношений частот горизонтальной и вертикальной составляющих 1:1 (см. рисунок 2.2, д), то получается фигура Лиссажу в виде эллипса, вытянутого горизонтально (амплитуда горизонтальных колебаний больше) либо вертикально (амплитуда вертикальных колебаний больше).

При рациональном выборе параметров схема на рисунке 2.2, в сочетает преимущества схем а и б. С одной стороны, обеспечивается эффективный отрывной виброударный режим взаимодействия штампа с балластом, а с другой - вспомогательные горизонтальные вибросмещения частиц способствуют их лучшему уплотнению.

Виброблоки 5 (см. рисунок 2.1, а) ДСП, работающего по схеме в (см. рисунок 2.2), соединены между собой карданными валами так, что соответственные дебалансы каждого блока последовательно вдоль машины повернуты на угол смещения фаз колебаний. Схема позволяет получить эффект бегущей вперед вдоль пути упругой волны колебаний путевой решетки, что имитирует поездную нагрузку. Таким образом балластный слой лучше уплотняется.

Более длинная зона силового воздействия, создаваемая тремя виброблоками и распространяемая бегущей волной, обусловливает сглаживание пути и уплотнение его на . Поэтому рабочий проход даже без использования специальной контрольно – измерительной системы способствует более плавной установке пути по уровню.

Оказалось, что при рабочих скоростях (приблизительно 1-1,1км/ч) ДСП обеспечил среднюю осадку 30,2мм. При этом не наблюдалось увеличения ширины колеи (благодаря специальным калибровочным устройствам), а происходило наоборот, сужение в среднем на 1мм. Стабилизатор практически не меняет положение пути по уровню, оставляя первоначальное после работы ВПО-3000 возвышение полевой нити. На ДСП № 004 установлен дизель мощностью 230 кВт, поэтому на 1 мм осадки потребовалась мощность 7,6 кВт, а это меньше в 2-2,5 раза, чем при использовании аналогичных зарубежных машин.

Отмеченные преимущества свидетельствует о технико–экономической целесообразности использования ДСП с рабочими органами, которые горизонтальную составляющую вибрирования сочетаниют с вертикальной, что позволяет использовать эффективный виброударный режим уплотнения с периодическим разгружением балласта для лучшего уплотнения частиц. И это подтвердила практика эксплуатации ДСП.

Однако отечественные ДСП необходимо совершенствовать дальше, и помимо решения проблем оптимального выбора параметров рабочих органов, надежности, эргономичности, экологичности следует использовать более мощные микропроцессоры для внедрения системы управления и контроля геометрии пути во время работы машины и при измерительных проездах. Требуется установить четкую систему оценки уплотненного состояния балластной призмы.

На дорогах Западной Европы применяют механизированные комплекты машин (MDZ), которые после глубокой очистки балласта выправляют колею с подбивкой выправочно–подбивочно–рихтовочными машинами, выравнивают балластную призму самоходными планировщиками и стабилизируют путь ДСП. Опыт использования комплектов показывает, что для пропуска высокоскоростных поездов требуется минимально трехкратный проход выправочно–подбивочно–рихтовочных, планировочных машин, а также динамический стабилизатор пути.

Поэтому и при работе отечественных ДСП совместно с машинами для глубокой очистки щебня целесообразно выполнять два – три прохода: грубая стабилизация сразу после пропуска ЩОМ и выправочной машины и чистовая – после балластноуплотнительной (БУМ), планировщика (ПБГ) и выправочно–подбивочно–рихтовочной машины.

2.1 Выводы и предложения

1) Главная цель технологии послойного формирования и уплотнения балластной призмы – повышение скоростей движения поездов после ремонта пути за счет сокращения стабилизационного периода. Основная операция – создания первого (нижнего) слоя щебня толщиной (в рыхлом состоянии) 18-23см, который при обработке машины RМ-80, RМ-76 и стабилизации ДСП имеет практически предельную степень уплотнения – 20% по относительной осадке при окончательной толщине 14-18см.

2) Применять выправочно - подбивочные машины типа ВПР необходимо для проведения выправочных операций. Виброподбойки разуплотняют слой балласта, поэтому после прохода ВПР требуется стабилизация пути ДСП.

3) Уточнена технология создания последующих слоев. Она включает выгрузку нового балласта из хеппер – дозаторной «вертушки» с дальнейшим подъемом пути на щебень машинами ЭЛБ или ЩОМ-4 и в обязательном порядке – прохода ДСП.

4) Целесообразно использовать технологию ПУБ для повышения скоростей движения поездов после ремонта пути с глубокой очисткой (вырезкой) балласта как на дорогах со скоростями обращения поездов до 140км/ч.

3 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ СТАБИЛИЗАЦИИ ПУТИ

3.1 Модель процесса уплотнения балластного слоя при силовом воздействии на него

Процесс уплотнения балластного слоя рабочими органами машин является сложным многофакторным процессом. Для его реализации взаимодействуют два сложных объекта: путевая машина и верхнее строение пути (в общем случае это РШР и балластная призма). На практике наибольшее распространение получил метод силового виб­рационного воздействия с поступательным движением уплотнительной поверхности рабочего органа.

Модели процесса позволяют решать практические задачи созда­ния и модернизации рабочих органов путевых машин:

• определение рациональных геометрических параметров и режи­мов работы;

• оценка достигаемого эффекта уплотнения для разных конструк­ций верхнего строения пути;

• оценка прочностных характеристик рабочих органов;

• определение параметров экипажной части машины по характе­ристикам рабочих органов.

Кроме того, производится оценка рабочих свойств верхнего строе­ния пути при эксплуатации в требуемом режиме.

3.1.1 Взаимодействие лопатки подбойки и клина виброплиты с балластным материалом

Кинематический и силовой анализ взаимодействия поступатель­но движущейся вибрирующей лопатки подбойки и подверженного ее воздействию балласта позволяет найти решение многих задач про­ектирования рабочего органа. Рассмотрим горизонтальное вибрационное воздействие подбойки 1 на объем балласта 3 под шпалой 2 (рисунок 3.1). Угловая частота колебаний подбойки , рад/с, амплитуд; , м, а скорость подачи , м/с.

Процесс можно рассматривав как стационарный, тогда начало отсчета времени целесообразно принять с момента начала нового колебательного цикла.

1 - подбойка; 2 - шпала; 3 - уплотняемый объем балласта.

Рисунок 3.1 Вибрационное и поступа­тельное движение лопатки подбойки

При этом начальная фаза колебаний принимается нулевое значение. С этим моментом времени свяжем локальные системы координат и (рисунок 3.2, а, б).

На рисунке 3.2 левее точки начал координат 0 показаны части графиков, соответствующие предыдущему циклу, а правее - текущему циклу. При отрывном режиме работы часть периода колебаний лопатки находятся в контакте с бал ластом - с точки 1 графика до точки 2. Подбойка движется к шпале, производя обжим балласта. Пройдя точку максимального отклонения, подбойка начинает движение от шпалы, и в точке 2 ее скорость выравнивается со скоростью отдачи балласта . В дальнейшем движении она отрывается от балласта. На участке 2 - 4 подбойка сначала движется от шпалы, а затем, пройдя точку 3 максимального отклонения, начинает движение к шпале. В точке 4, положение которой отражено на графике, подбойка встречается с балластом. Происходит удар лопатки о балласт, аналогичный удару в точке 1 предыдущего цикла.

Движение подбойки, являющееся результатом наложения ее колебательного и поступательного движений, условно показано в виде графика 1 – 2 – 3 – 4 (см. рисунок 3.2, а).

а - смещения лопатки и балласта; б - скорости лопатки и балласта.

Рисунок 3.2 График взаимодействия лопатки подбойки с балластом в течение цикла колебаний

Наибольшую производительность обычно имеют машины, кото­рые при выполнении технологических операций перемещаются не­прерывно. Такие машины оснащаются уплотнительными рабочими органами непрерывного действия. На них также реализуется прин­цип вибрационного обжима балластного слоя уплотнительной по­верхностью (рисунке 3.3), например первого клина 6, расположенной под углом атаки 3 к направлению поступательного движения. Дебалансным вибровозбудителем 5 при непрерывном движении виброплиты 4 вдоль пути 1 генерируется направленная поперек оси пути вынуждающая сила. Так как виброплита подвешена на упругих рессорных комплектах 3, появляется вибрация уплотняющей поверхности пер­вого 6 и второго 7 клиньев, а также носовой заостренной части 2, происходящая с угловой частотой со, рад/с, и амплитудой А, м. При непрерывном движении виброплиты со скоростью за счет угла атаки (Ф3 проявляется эффект клина. Если начальная ширина зоны зах­вата между правой и левой виброплитами составляет , то после прохода носовой части и первого клина она составит (левая виброплита здесь условно не показана).

1 - РШР; 2 - носовая часть клина; 3 - рессорные комплекты; 4 - корпус; 5 - дебалансный вибровозбудитель; 6,7 - первый и второй уплотняющие клинья.

Рисунок 3.3 Вибрационный обжим балластного слоя под шпалами виброплитой при непрерывном движении вдоль пути

В отличие от случая рабочего органа циклического действия (см. рисунок 3.1), рабочая поверхность клина движется в балласте не перпен­дикулярно, а с наклоном под углом атаки. На диаграммах, приведен­ных на рисунке 3.4, отражены перемещения взятой произвольно точки по­верхности по траектории 1 – 2 – 3 – 4 и балласта относительно непод­вижной локальной системы координат (рисунок 3.4, а), а также соответствующие скорости в направлении, перпендикулярном оси пути в системе координат (рисунок 3.4, б). В направлении оси точки вза­имодействующей поверхности балласта условно не смещаются, поэто­му отрезок прямой 2 - 4 отражает положения совокупности точек бал­ласта, каждая из которых последовательно находится напротив рас­четной точки виброплиты (см. рисунок 3.4, а), а также их скорость отдачи.