Научная статья на тему 'Повышение качества выправочно-подбивочных работ'

Повышение качества выправочно-подбивочных работ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
230
81
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТОВ ПУТИ / ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ОСАДКА УПЛОТНЕНИЯ / УПЛОТНЕНИЕ БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ В ШПАЛЬНЫХ ЯЩИКАХ / IMPROVING THE QUALITY OF RAILTRACK MAINTENANCE / RELATIVE COMPACTION SETTLEMENT / BALLAST LAYER COMPACTION IN TIE CRIBS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Поляничко Н. В.

Начальное качество уплотнения щебеночного балластного слоя в значительной степени влияет на работы по текущему содержанию пути и объемы будущих затрат. В настоящее время на российских железных дорогах применяемые технологии и машины не обеспечивают требуемой степени уплотнения балластного слоя в шпальных ящиках. Для повышения качества выправочно-подбивочных работ необходимо уплотнять балластный слой в шпальных ящиках. В данной статье методика расчета качества (степени) уплотнения строится на относительной осадке уплотнения Е. В результате расчета определены относительная осадка уплотнения после проходов выправочно-подбивочных машин непрерывного и циклического действия, а также дополнительный объем балласта, который необходимо подавать в шпальных ящик после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия, а затем уплотнять его специальным устройством.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Improving the quality of lining and tampering operations

Initial quality of compaction of hard stone ballast layer largely affects the works for routine maintenance of the railtrack and the amount of future costs. Currently, the Russian railways uses the technology and machines that do not provide the required degree of compaction of the ballast bed in tie cribs. To improve the quality of the track after lining and tampering operations, it is necessary to compact the ballast layer, including in the tie cribs. In this paper, the method of calculation of the quality (degree) of compaction is based on the relative compaction settlement, E. As a result of the calculation the relative compaction settlement after lining and tampering operations of continuous and cyclic mode, as well as an additional amount of ballast that must be submitted to the tie crib after the run of lining and tampering machine with cyclic operation, and then compact it with a special device are, determined.

Текст научной работы на тему «Повышение качества выправочно-подбивочных работ»

УДК 625.1 73.5

Н. В. Поляничко

Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВЫПРАВОЧНО-ПОДБИВОЧНЫХ РАБОТ

Начальное качество уплотнения щебеночного балластного слоя в значительной степени влияет на работы по текущему содержанию пути и объемы будущих затрат. В настоящее время на российских железных дорогах применяемые технологии и машины не обеспечивают требуемой степени уплотнения балластного слоя в шпальных ящиках, а это необходимо для повышения качества выправочно-подбивочных работ. В данной статье методика расчета качества (степени) уплотнения строится на относительной осадке уплотнения Е. В результате расчета определены относительная осадка уплотнения после проходов выправочно-подбивочных машин непрерывного и циклического действия, а также дополнительный объем балласта, который необходимо подавать в шпальный ящик после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия, а затем уплотнять его специальным устройством.

повышение качества ремонтов пути, относительная осадка уплотнения, уплотнение балластного слоя в шпальных ящиках.

Введение

Технологический процесс капитальных ремонтов предусматривает очистку щебеночной балластной призмы на путях с железобетонными шпалами на глубину не ниже 40 см под подошвой шпалы. После замены путевой решетки и очистки щебеночного балласта выгружают чистый щебеночный балласт, выполняют подъем, выправку пути, стабилизацию и планировку балластной призмы. При выправочно-подбивочных работах уплотнения балластного слоя в шпальных ящиках не производят, что ускоряет накопление остаточной деформации в балластном слое и сокращает межремонтные сроки. Для повышения качества ремонтов пути необходимо уплотнять балластный слой в шпальных ящиках.

Для оценки качества (степени) уплотнения балластной призмы используют различные показатели: плотность, пористость, коэффициент пористости

76

и относительную осадку уплотнения. В данной статье методика расчета качества (степени) уплотнения строится на относительной осадке уплотнения Е.

1 Расчет относительной осадки уплотнения балластного слоя после проходов выправочно-подбивочных машин непрерывного и циклического действия

1.1 Расчет относительной осадки уплотнения балластного слоя после прохода выправочно-подбивочной машины непрерывного действия

Уплотнительные рабочие органы машин непрерывного действия описываются моделями вибрирующего клина, движущегося поступательно и наклоненного под углом атаки в к направлению движения. При взаимодействии рабочей поверхности с балластом проявляет себя эффект клина. В результате

а

L /2

Виброплита

о О

V/// /»/ //// '////

б

Рис. 1. Схема уплотнения балластного слоя в подшпальной зоне основной виброплитой машины непрерывного действия

77

происходят обжим и уплотнение балластного материала в перпендикулярном клину направлении (рис. 1). При этом балластный слой выпирается в шпальные ящики, но не уплотняется там. Для исключения выпора балласта необходимо использовать специальное устройство [1].

При проходе вдоль пути первого уплотнительного клина в подшпальную зону на длине 1 м подается дополнительный объем балласта Кдоп, м 3:

¥доп1 = ^кдопкп a1b1sin Р:1 = 0,9 -1,2 -1,39 -0,11 -2,29 -0,207 = 0,078 м3, (1)

где у = (0,9—1,0) - коэффициент притока (выдавливания) балласта при виброобжиме; кдоп = (1,2—1,3) - коэффициент, учитывающий дополнительную подачу балласта подбойкой за счет угла ап передачи давления, для путевого щебня, подвергаемого вибрационному воздействию, ап = (15—20), град.; кп — коэффициент приведения площади уплотнительного клина, кп = (a1+d) (b1+d)/(a1b1); d — средний диаметр частиц балласта, м (d = 0,04 м); а1 — высота уплотнительного клина, м; b1 — длина уплотнительного клина, м; Р1 — угол атаки клина, град.

Основной объем балласта до уплотнения, приходящийся на 1 м длины пути V , м 3:

^осн1

^сл +'

кцод (Ьш Сш )

[(Ап - е2 - ?3] -1

0 4 + 0,03(0,3 - 0,55) , 0,55

-[(2,7 -0,7)/2- 0,15] 1 = 0,328 м3,

(2)

где Нся, НиоА — высота уплотняемого балластного слоя, выправочного подъема пути, м, соответственно; Ьш, сш — ширина шпалы и расстояние между осями шпал по эпюре, м, соответственно; Ьш — длина шпалы, м; q — заход клина, м; е — ширина условно не уплотняемой зоны по оси пути, м.

Начальный объем балласта, приходящийся на 1 м длины пути V, м 3, подлежащий уплотнению:

Vh1 = Гдоп! + Voch1 = 0,078 + 0,328 = 0,406 м3

(3)

Объем балласта после уплотнения, также приходящийся на 1 м длины

пути ¥у1, м

3

Vy1 = [Ал + ^под] - [(Ап - е) / 2 - ?3] -1 =

= [0,4 + 0,03] - [(2,7 -0,7) / 2- 0,15] -1 = 0,366 м3.

(4)

78

Относительная осадка уплотнения Е определяется по формуле (10.5)

из [2]:

Еу = 1 - Vl (1 - Ен), (5)

VH

где Vy - объем балласта после уплотнения, м 3; ¥н - объем балласта до уплотнения, м 3; Ен - начальная относительная осадка уплотнения.

Подставим значения из формул (3), (4) в формулу (5) и примем начальную относительную осадку уплотнения Ен = 0,025. Получим значение относительной осадки уплотнения после прохода первого клина E = 0,121.

После прохода второго уплотнительного клина образуется дополнительный уплотненный объем балласта под концами шпал.

Дополнительный объем балласта, подаваемый вторым клином Кдоп2,

м 3:

Удоп2 = укдоп kna2b2 sinР21 = 0,9 • 1,2 -1,42 • 0,11 • 0,975 • 0,087 = 0,014 м3, (6)

где у = (0,9—1,0) - коэффициент притока (выдавливания) балласта при виброобжиме; кдоп = (1,2—1,3) - коэффициент, учитывающий дополнительную подачу балласта подбойкой за счет угла ап передачи давления, для путевого щебня, подвергаемого вибрационному воздействию, ап = (15-20), град; кп - коэффициент приведения площади уплотнительного клина, кп = (a2+d) (b2+d)/(a2b2); d - средний диаметр частиц балласта, м (d = 0,04 м); а2 - высота уплотнительного клина, м; b2 - длина уплотнительного клина, м; в2 - угол атаки клина, град.

Второй клин при работе не заходит за торцы шпал (для него дз = 0). Для него основной объем балласта до уплотнения, приходящийся на 1 м длины

пути ^ м 3:

Voch 2

h (с — b )

ксл + Ппод (Сд Ьш ) • q3 • 1 =

ХД

0 4 + 0,03(0,55 - 0,3) , 0,55

• 0,15 • 1 = 0,062 м3,

(7)

где hM, hпод - высота уплотняемого балластного слоя, выправочного подъема пути, м, соответственно; Ьш, сш - ширина шпалы и расстояние между осями шпал по эпюре, м, соответственно; q3 - заход клина, м.

Расчетный начальный второй объем, приходящийся на 1 м длины пути Уд2, м 3, подлежащий уплотнению:

79

Vh 2 _ Voch 2 + Vion2 = 0,014 + 0,062 = 0,076 м3.

(8)

Подставим значение из формулы (8) в формулу (5) и примем, что объем балласта после уплотнения V = Ксн2 = 0,062 м 3. Получим значение относительной осадки уплотнения после прохода второго клина Еу2 = 0,205.

Так как относительная осадка уплотнения после прохода второго клина Еу2 = 0,205 больше, чем относительная осадка уплотнения после прохода первого клина Е = 0,121, при расчете относительной осадки после прохода виброплиты необходимо учитывать взаимодействие двух объемов V и Уу2. В этом случае относительная осадка уплотнения после прохода виброплиты массива балластного слоя выражается формулой (10.6) из [2]:

Е _ 1 _ Vy (1 - Ен1)(1 - Ен 2) _

У Vh2(1 _ ЕнХ) + ГнХ(1 _ Ен2)

_ 1 _ 0,428 • (1 - 0,121) • (1 - 0,205) _ (9)

_ 0,062• (1 -0,121) + 0,366• 1 -0,205) _

_ 1 -0,866 _ 0,134 м3,

где Ун1 - первый начальный объем балласта, м 3, на единицу плиты, Ун1 = V ; Ун2 - второй начальный объем балласта, м 3, на единицу плиты, Vk2 = V ; Vу -объем балласта после уплотнения, также приходящийся на 1 м длины пути, м 3, который равен V = V + V ; Ен1 - начальная относительная осадка уплотнения первого начального объема V ; Ен2 - начальная относительная осадка уплотнения второго начального объема V .

1.2 Расчет относительной осадки уплотнения

балластного слоя после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия

При воздействии лопаток подбоек машин циклического действия балласт подается под шпалу и уплотняется. Балластный слой в шпальных ящиках не уплотняется. Схема уплотнения балластного слоя подбойками представлена на рис. 2.

Основной объем V , м 3:

оси7

V _ ^minhc;i (7/ш e)

' г\гчи

0,3 • 0,430 • (2,7 - 0,7)

осн

_ 0,129 м 3,

(10)

80

где h - высота уплотняемого балластного слоя, м; Ьш - длина железобетонной шпалы, м; e - ширина условно не уплотняемой зоны по оси пути, м; Smin - величина минимального раскрытия подбоек, м.

Дополнительный объем V , м 3:

^доп ^кдоп Jn кп F

(Smax Smin ) + d

= 0,9 -1,2 • 8 • 2 • 0,0098 • 0,115 = 0,020 м 3,

(11)

где у = (0,9—1,0) - коэффициент притока (выдавливания) балласта при виброобжиме; кдоп = (1,2—1,3) - коэффициент, учитывающий дополнительную подачу балласта подбойкой за счет угла ап передачи давления, для путевого щебня, подвергаемого вибрационному воздействию, ап = (15-20), град.; Упод - число одновременно работающих в рассматриваемой зоне подбоек; dii - начальный обжим балласта, равный толщине подбойки, м; кп - коэффициент приведения площади лопатки, кп = (a+d) (b+d)/(ab); F'р - рабочая площадь лопатки, F = ab; S . и S - величина минимального и максимального раскрытия подбоек, соответственно.

Начальный объем уплотняемой зоны V, м 3:

V = V + V

г н г доп г осн

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

= 0,129 + 0,020 = 0,149 м 3.

(12)

Объем уплотненной зоны (ядра уплотнения), V, м 3, с учетом технологического подъема h :

под

81

^min (Ал + ^под )(Аш e)

2

(13)

0,3 • (0,430 + 0,03) • (2,7 - 0,7) 2

= 0,138 м3,

где Ься - высота уплотняемого балластного слоя, м; йпод - высота выправочного подъема пути, м; Аш - длина шпалы, м; е - ширина условно не уплотняемой зоны по оси пути, м; 5min - величина минимального раскрытия подбоек, м.

Подставим значения из формул (12), (13) в формулу (5) и примем начальную относительную осадку уплотнения после прохода виброплиты E = 0,134, получим значения относительной осадки уплотнения после прохода машины циклического действия Еу = 0,198.

2 Определение дополнительного объема балласта, подаваемого в шпальный ящик, после прохода машины выправочно-подбивочной машины циклического действия

2.1 Расчет объема балластного слоя в шпальном ящике до прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия

Начальный объем балластного слоя в шпальном ящике до прохода выправочно-подбивочной машины V р м 3:

где Нся - высота балластного слоя, м; dm - ширина шпального ящика, м; Ьш -длина шпалы, м; e - ширина условно не уплотняемой зоны по оси пути, м.

2.2 Расчет объема балластного слоя в шпальном

ящике после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия

При проходе выправочно-подбивочной машины циклического действия из шпального ящика балласт подается под шпалы, поэтому начальный объем балластного слоя в шпальном ящике ¥шя1 уменьшается на величину дополнительного объема Кдоп, который определяется по формуле (11). Объем

(Ап- е)

= 0,430 • 0,25 -1 = 0,108 м 3,

(14)

2

82

балластного слоя в шпальном ящике после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия V , м 3:

V™ 2 = Vm*1 - Удоп = 0,108 - 0,020 = 0,088 м 3. (15)

2.3 Определение дополнительного объема балласта, подаваемого в шпальный ящик, после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия

Дополнительный объем балласта, подаваемого в шпальный ящик, должен быть таким, чтобы после уплотнения были обеспечены требуемая степень уплотнения и профиль балластной призмы (балласт должен быть в одном уровне с верхом средней части железобетонной шпалы).

Из формулы (5) выразим начальный объем V, м 3:

Vh =

Vy (1 - Eh )

1 - Еу

0,108 • (1 - 0,025) 0123 3

-----------------= 0,123 м 3

1 - 0,15

(16)

где Vk - объем балластного слоя в шпальном ящике до уплотнения, м 3; V -объем балластного слоя в шпальном ящике после уплотнения, м 3, V^ = Vnra1; Ен - начальная относительная осадка уплотнения; Еу - относительная осадка уплотнения (требуемая относительная осадка уплотнения 15-17 %) [3].

Для определения дополнительного объема балласта V , м 3, подаваемого в шпальный ящик, необходимо из начального объем V вычесть объем балластного слоя в шпальном ящике после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия V 2:

^оп = Vh - ^я2 = 0,123 - 0,088 = 0,036 м 3. (17)

Заключение

В результате расчета определены:

1) относительная осадка уплотнения балластной призмы после прохода выправочно-подбивочной машины непрерывного действия в подшпальной зоне Еу = 0,134, под шпалой - Еу = 0,198;

2) дополнительный объем балласта V = 0,036, м 3. Балласт необходимо подавать в шпальный ящик после прохода выправочно-подбивочной машины циклического действия специальным рабочим органом, требующим

83

разработки, а затем уплотнять устройством для уплотнения балластного слоя в шпальных ящиках [1].

Библиографический список

1. Пат. 145965 РФ, МПК Е 01 В 27/16. Устройство для уплотнения балластного слоя в шпальных ящиках железнодороного пути / М. В. Попович, Б. Г. Волковойнов, А. В. Атаманюк, Н. В. Поляничко ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ПГУПС. -2014116691/11, заявл. 24.04.2014, опубл. 27.09.2014. Бюл. № 27. - 2 с.

2. Путевые машины : учеб. / М. В. Попович, В. М. Бугаенко, Б. Г. Волковойнов и др. ; под ред. М. В. Поповича, В. М. Бугаенко. - М. : Учеб.-методич. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2009. - 820 с.

3. Новые путевые машины (подбивочно-выправочные и рихтовочная ВПР-1200, ВПРС-500 и Р-2000) / Ю. П. Сырейщиков, Е. С. Дмитриев, Е. А. Лукин, А. К. Селищев ; под ред. Ю. П. Сырейщикова. - М. : Транспорт, 1984. - 317 с.

© Поляничко Н. В., 2014

84

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.