Пояснительная записка (Капитальный ремонт пути с использованием машины ВПР-02 с блоком стабилизации и машины РПБ-01), страница 6

Траектория движения точки на поверхности клина имеет форму синусоиды. Процесс считаем стационарным, поэтому начальная фаза траектории равна нулю. Так как виброплита движется с неиз­менной поступательной скоростью , м/с, то колебательный про­цесс, происходящий во времени , с, пропорционально отражается равномерным наращиванием координаты , м, вдоль пути от ус­ловной точки 0.

а - смещения точки клина и противолежащей точки балласта; б – скорости точек клина и балласта в направлении, перпендикулярном оси пути.

Рисунок 3.4 Взаимодействие взятой произвольно точки, наклоненной под углом атаки поверхности клина виброплиты, с точкой балласта

Клин отодвигает поверхность балласта в каждом цикле на вели­чину , м. Она занимает положения, показанные условно наклон­ными штрихпунктирными линиями . При смещении гра­ницы происходит обжим балластного слоя. Так как балласт прояв­ляет упругие свойства, то при отрыве от него клина происходит упругая отдача со скоростью м/c. Условная траектория движе­ния точки балласта, находящейся напротив рассматриваемой точки на клине, отражена отрезком прямой 2 - 4 (см. рисунок 3.4, а).

Расчеты виброплит (см. рисунок 3.3) выполняются с целями выбора рациональных геометрических параметров клиньев 6 и 7, скорост­ных и силовых параметров вибрирования, согласованных со скорос­тью рабочего движения машины (производительностью), определе­ния тяговых сопротивлений, определения характеристик вибропри­вода 5, оценки прочностных свойств элементов конструкции и др.

Для анализа характера взаимодействия уплотнительной поверх­ности клина виброплиты и балласта необходимо из динамической колебательной схемы виброплита - балластный слой определить амплитуду колебаний.

Таким образом, взаимодействие виброплиты с балластом за цикл колебаний можно полностью описать параметрами взаимодействия:

• обжимом (подачей) балласта за цикл колебаний, м;

• макси­мальным отрывом уплотнительного клина от балласта, м;

• расстоянием вдоль пути, проходимым виброплитой в отрыве от бал­ласта, м, и временем отрыва,

• расстоянием вдоль пути, про­ходимым виброплитой в контакте с балластом, м, и временем контак­та, с;

• относительной скоростью удара движущихся навстречу друг другу уплотнительной поверхности клина и поверхности баллас­та, м/с.

Качественное уплотнение балласта достигается стабильностью параметров и режимов взаимодействия при автоматизации процесса уплотнения.

Наилучший эффект уплотнения щебеночного балласта виб­роплитой достигается при максимальной скорости вибрирования =1,2... 1,5 м/с и скорости удара =(0,7... 1,2) м/с, т.е. когда име­ет место отрыв уплотнительной поверхности клина от балласта.

3.1.2 Силовые и энергетические параметры взаимодействия лопатки подбойки и клина виброплиты с объемом балласта

Выше было дано определение процесса уплотнения балластного материала как повышение концентрации частиц в единице объема за счет упорядочения текстуры. С точки зрения реологии, в грунтах уплотнение является затухающей стадией (фазой) ползучести грун­та, фазой «упаковки». Объем балластного материала в слое рас­сматривается как сыпучая среда с внутренним трением, которая при уплотнении теряет способность поглощать энергию, так как приоб­ретает повышенные упругие свойства. На рисунке 3.5 этой стадии поведения балласта под нагрузкой от поездов соответствует период стабилизации .

Рисунок 3.5 График накопления остаточных осадок пути

в зависимости от пропущенного тоннажа брутто

К концу периода достигается стабилизиро­ванное состояние балласта, а балластная призма получает способ­ность длительное время воспринимать эксплуатационную нагрузку. Ее уплотненное состояние характеризуется некоторой предельной для данных условий относительной осадкой уплотнения . Текущее со­стояние балласта в этой фазе характеризуется относительной осад­кой.

После достижения предельного состояния балласт пол­ностью теряет способность уплотняться дальше, при этом достигает максимума несущей способности. Если нагрузки на объем балласта не превышают предельных значений, то он длительно сохраняет свое стабильное состояние. С точки зрения реологии наступает стадия ус­тановившегося течения. Связи между частицами щебня в слое стано­вятся устойчивыми, полученная текстура уплотнения длительно со­храняется. Балластный слой очень медленно накапливает осадки, они обусловлены в основном отколами на поверхностях частиц и накоп­лением загрязнений в призме, приводящими к постепенному ослаб­лению контактов между частицами и снижению ее несущей способ­ности; это период нормальной эксплуатации .

Третья стадия течения грунта - стадия разрушения. Сначала про­исходит увеличение скорости накопления пластических деформаций без существенного разрушения тела призмы (предремонтный период ), а затем наблюдается вязкое разрушение тела призмы с быстрой потерей несущей способности (период аварийной эксплуатации ). Стадия раз­рушения может наступить и после превышения предельных нагрузок. В случае замкнутого объема происходит разрушение самих частиц (получается своеобразная «ступа»), а если границы объема сопротивляют­ся недостаточно, то происходит перемещение масс балластного мате­риала в прилежащие объемы с разрушением сформированного ядра уп­лотнения. Текстура становится менее упорядоченной.

Самый распространенный способ уплотнения балластного слоя - вибрационный обжим. Начальное состояние балласта характеризу­ется относительной осадкой уплотнения , а состояние после сило­вого воздействия - относительной осадкой уплотнения . В расче­тах уплотнительных рабочих органов используются понятия гипотетического предельно рыхлого состояния и предельно уплот­ненного состояния. Они характеризуются соответствующими отно­сительными осадками уплотнения и .

Поскольку есть предельно уплотненной состояние балласта, то ста­билизация путем уплотнения моделируется процессом насыщения при­нятого к рассмотрению показателя уплотнения - относительной осад­ки . Такой моделью описывается, например, процесс повышения тем­пературы корпуса электродвигателя при включении его в постоянный режим работы и др. В случае электродвигателя предел насыщения тем­пературы определяется теплообменом с окружающей средой.

Рисунок 3.6 Накопление относительной осадки уплотнения в балластном слое при воздействии поездной нагрузки, в зависимости от пропущенного по участку тоннажа

При возрастании пропущенного тоннажа относительная осадка асимптотически стремится к предельному значению , поэтому тон­наж соответствующий периоду обкатки (рисунок 3.6), назначается в значительной степени директивно, с учетом накопленного опыта экс­плуатации. Пунктирная линия отражает крутизну нарастания отно­сительной осадки в начальный момент приложения поездной нагруз­ки. Если бы не было насыщения, то относительная осадка возраста­ла бы бесконечно. В результате работы путевой машины относительная осадка уплотнения становится равной , что озна­чает, что машина позволила уменьшить стабилизационный тоннаж на величину . Для достижения стабильного состояния балласт­ного слоя остается пропустить тоннаж .

В каждом цикле вибрационного обжима балласт деформируется упруго и накапливает неупругие деформации. При неупругом дефор­мировании становится более упорядоченной и концентрированной текстура, возрастает модуль упругости. В последующем цикле необ­ходимо приложить уже большее давление, чтобы происходило неуп­ругое деформирование. Грунты не имеют явно выраженной площад­ки текучести, как например стальные образцы при испытаниях на разрыв, так как их деформирование при уплотнении сопровождает­ся изменениями текстуры.

Нарастание несущей способности балласта ограничено макси­мальным давлением , кПа, которое может развить вибрирую­щая поверхность, а также случаем, когда достигнуто предельное по свойствам балласта относительное уплотнение . Если ( - давление, при превышении которого произойдет разрушение сформированной текстуры, кПа), то будет достигнута относитель­ная осадка уплотнения , и дальнейший обжим прекратится. Это означает, что балластный слой может нести данную нагрузку, упруго деформируясь.

Например, процесс уплотнения с циклической нагрузкой и пре­дельным значением относительной осадки был реализован до точки а (рисунок 3.7). Увеличение нагрузки до значения позволит дос­тичь больших значений относительной осадки уплотнения, стремя­щихся к значению предельной относительной осадки , а уменьшение нагрузки до значения уменьшает предел относительной осад­ки до . Циклическая нагрузка будет полностью воспринимать­ся балластом, так как соответствующее ей предельное значение от­носительной осадки меньше достигнутого значения . Здесь - интегральные нагрузки давлением («тоннаж») при цикли­ческих нагрузках до достижения относительной осадки . Интегральная нагрузка теоретически может принимать любое, сколь угодно большое, значение.