- длина, ширина и высота шпалы, м; - ширина неуплотняемой зоны балластной призмы по оси пути, м; - максимальная и мини­мальная величины раскрытия подбоек при уплотнении, м; - высота балластного слоя и выправочная подъемка, м; - ширина и длина лопатки подбойки, м; - угол передачи давления, град; - амплитуда, м, и угло­вая частота колебаний подбойки, рад/с; - скорость подачи подбойки, м/с

Рисунок 3.12 Схема уплотнения балластного слоя подбойками

Сформированное в первом цикле ядро уплотнения без разрушения может пополняться новыми объемами балласта только в случае, если его степень уплотнения ниже, чем формируемая в дополнительных объемах. В этом случае может происходить выравнивание (диффузия) степени уплотнения в ядре. Повторное уплотнение ядра не требуется при достижении степени уплотнения ядра, близкой к предельной. В основу модели процесса повторного вибрационного обжима балластного слоя положена гипотеза, что при этом происходит разрушение ядра уплотнения, сформированного после первого цикла, и формирование нового ядра из двух объемов, характери­зуемых разной степенью уплотнения. Кинематика движения ло­паток подбоек и балластного слоя при втором обжиме идентична кинематике первого обжима. При многократном обжиме необходимо особое внимание обра­щать на наличие в балластной призме достаточного для получения требуемой степени уплотнения количества балластного материала. При недостатке материала в технологии работ должна быть предус­мотрена дополнительная дозировка балласта и несколько проходов выправочно-подбивочной машины.

3.2.2 Уплотнение балластного основания рабочими органами непрерывного действия

Уплотнительные рабочие органы машин непрерывного действия описываются моделями вибрирующего клина, движущегося посту­пательно и наклоненного под углом атаки к направлению движе­ния. При взаимодействии рабочей поверхности с балластом прояв­ляется эффект клина. В результате происходит обжим балластного материала в перпендикулярном клину направлении.

Результат уплотнения, выражаемый через относительную осадку уплотнения слоя балласта под подошвами шпал, напрямую зави­сит от геометрических параметров виброплит (рисунок 3.13). К ним от­носятся длины , м, высоты , м, и углы атаки , град, первого и второго уплотнительных клиньев.

Длина первого основного клина виброплиты выбирается исходя из необходимости гарантировать минимальное время вибрационного воздействия на балластный слой.

Остальные геометрические параметры, характеризующие техно­логию подбивки: - заглубление и заход клина, м; - расстоя­ние между торцами шпал и боковой поверхностью корпуса виброп­литы, м; размеры корпуса и конструктивных элементов определяют­ся в ходе проектирования. Первый клин производит основное уплотнение с формированием ядра, а второй клин выполняет функции повторного уплотнения, формируя уплотненный объем на всю ширину.

- длина и ширина шпалы, м; - эпюра шпал, м; - высота уплотняемого слоя и выправочная подъемка, м; - высота и длина уплотнительных кли­ньев и виброплиты, м; - углы атаки основного и дополнительного клиньев к оси пути, град; - заход уплотнительного клина за торцы шпал, м; - величина заглубления уплотнительного клина ниже подо­швы шпалы, м; - призма бал­ласта высотой , подаваемая уплот-нительным клином в подшпальную зону, м³

Рисунок 3.13 - Схема уплотнения балласт­ного слоя в подшпальной зоне основ­ными виброплитами машин ВПО

После прохода второго уплотнительного клина образуется допол­нительный уплотненный объем балласта под концами шпал. Ввиду вибрационного характера воздействия на балласт будем считать, что при этом изменяется показатель уплотнения и ядра, полученного в результате прохода первого клина. Таким образом, первый началь­ный объем балласта на единицу длины пути, м³, характери­зуется относительной осадкой уплотнения. Второй клин при работе не заходит за торцы шпал (для него ), так как в противном случае появятся пустоты под концами шпал («отрясенности»), снижающие несущую способность балластной призмы.

3.2.3 Уплотнение балластного основания рабочим органом динамического стабилизатора пути

Эксплуатируемые в настоящее время на сети ОАО «РЖД» дина­мические стабилизаторы пути имеют рабочий орган, состоящий из трех вибрационных блоков, совершающих согласованные по фазе колебания, создающие в РШР продольные бегущие волны, имити­рующие подвижную поездную нагрузку. Колебательные движения совершаются в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем частота вертикальных колебаний , рад/с, в 2 раза превышает час­тоту горизонтальных колебаний , рад/с, а вертикальные колеба­ния отстают по их расчетной начальной фазе на угол от горизон­тальных колебаний. Это эквивалентно опережению по начальной фазе горизонтальных колебаний на по отношению к вертикаль­ным колебаниям.

Результирующая траектория вибрационного движения подошвы шпалы в поперечной плоскости представляет собой вырожденную сед­лообразную фигуру Лиссажу. В горизонтальной плоскости совершают­ся синусоидальные колебания с частотой , а в вертикальной плос­кости - также синусоидальные колебания с частотой . При этом одновременно производится погружение шпалы в балластный слой, поэтому на колебательные движения накладывается постоянное сме­щение подошвы шпалы вниз со скоростью подачи .

Можно провести кинематический и силовой анализ взаимодействия подошвы шпалы, движущейся по траектории фигуры Лиссажу, и балластного слоя. Рассмотрим только качественный характер процессов, про­исходящих при внедрении шпалы в балластный слой (рисунок 3.14).

а - траектория движения; б - силовое воздействие на бал­ласт в одном цикле горизонтальных колебаний (косой удар справа); в - то же (косой удар слева)

Рисунок 3.14 Процесс погружения шпалы в балластный слой при динамической стабилизации пути

При уплотнении происходит виброударное взаимодействие по­дошвы шпалы с уплотняемым балластом. Особенностью процесса является то, что в течение цикла горизонтальных колебаний снача­ла происходит косой удар справа налево (б), а затем косой удар слева направо (в). При отрывном режиме взаимодействия (а) поверхность шпалы в точке 1 ударяет по поверхности балласта, после чего бал­ласт обжимается в вертикальном направлении на величину до точки 2. В этой точке имеет место отрыв поверхности шпалы от балласта, после чего происходит упругая отдача балласта вверх. После прохода крайней точки 3 траектории шпала движется вниз до удара в точке 4 с балластом. Происходит обжим балласта до точ­ки 5 на величину , после которой шпала снова отрывается от балласта.

Одновременно с вертикальным обжимом подошва шпалы смеща­ется сначала влево на величину , а затем вправо на величину . При смещении шпалы в контакте подошвы и балласта воз­никает сила нормального давления , а также сила трения (см. рисунок 3.13, б, в). При вибрационном смещении шпалы влево реак­тивная сила трения, воздействующая на балласт, направлена влево, а при смещении вправо - вправо. Результирующая сила воздействия направлена под углом трения , к силе нормального давления. Сила трения совершает работу на участках горизонтальных пе­ремещений и , а сила нормального давления - на участках вертикальных перемещений и . При расчете захватываемого при вибрационном воздействии объема необходи­мо учитывать угол передачи давления в щебеночном балласте .

Амплитуды и горизонтальной и вертикальной составляю­щих колебаний шпалы определяются из анализа динамических коле­бательных систем «виброблок - путь». Используя принцип суперпо­зиции, общую колебательную систему можно разложить на две от­дельных подсистемы - со смещениями составляющих масс в горизонтальном и вертикальном направлениях. Модели, в которых рассматривается одна масса виброблока и пути, дают сильно зани­женные значения амплитуд. В них не учитываются вертикальные и горизонтальные упругие связи рельсовых скреплений, упругость бал­ластного слоя и сниженная поперечная упругость пути в целом. Для учета этих факторов необходимо анализировать сложные многомасс­ные колебательные схемы, что существенно увеличивает объем из­лагаемого материала.

В приведенных выше моделях не учитывается торсионная (скру­чивающая) жесткость РШР в целом. При относительно небольшом смещении по высоте линии действия горизонтальной составляющей относительно уровня верха головки рельса (УВГР) такое упрощение оправдано.