Технология уплотнения балластного слоя после его глубокой очистки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Материалы международной научно-практической конференции «Современные технологии - транспорту»,

состоявшейся 28 апреля 2009 года

УДК 625.144.5 А. В. Атаманюк

ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ ПОСЛЕ ЕГО ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ

Рассматриваются технологии уплотнения балластного слоя после его глубокой очистки. Разработана модель процесса взаимодействия виброплиты с балластом, получены функциональные зависимости параметров процесса уплотнения от скорости движения машины и амплитуды колебаний виброплиты. Предлагается технология уплотнения балластного слоя с использованием машины ВПО-3000М.

балластный слой, глубокая очистка щебня, выправочно-подбивочные машины, уплотнение.

Введение

Ныне применяемые технологические процессы ремонта пути предусматривают полную вырезку или очистку загрязнённого щебеночного балласта. Основные щебнеочистительные машины СЧ-601, ЩОМ-6Б и RM-80 выполняют вырезку балласта до 0,65 м ниже подошвы шпал и имеют возможность укладывать разделительный слой. Щебнеочистительные машины нового поколения СЧУ-801Р, СЧ-1200 и ЩОМ-1200 могут выполнять дополнительные функции по формированию и уплотнению нижнего балластного слоя при укладке на него части очищенного щебня. Такие операции позволяют сократить период стабилизации отремонтированного пути.

Опыт применения щебнеочистительных машин для глубокой очистки выявил недостатки при уплотнении и стабилизации вновь отсыпанного щебня. Новые нормативы по приёмке отремонтированного пути определяют толщину балластного слоя до 40 см на прямых участках и максимально 50 см в кривых у торцов шпал со стороны обочины [1]. На сети российских железных дорог для выправки пути и уплотнения балласта после глубокой очистки используются машины ВПР-02 и ВПО-3000, которые по имеющимся технологическим процессам позволяют уплотнять щебень только на 10-15 см ниже подошвы шпал.

Между верхними и нижними слоями балластной призмы образуется средний слабоуплотненный слой, толщина которого составляет 30-40 см.

При существующих геометрических параметрах уплотнительных рабочих органов машин этот слой не может быть хорошо уплотнен, так как зоны влияния уплотнительных рабочих органов машин расположены выше. Эта технологическая проблема находит свое решение в отечественной и зарубежной практике путевых работ по-разному.

1 Технологии уплотнения балластного слоя

Современными технологическими процессами, связанными с ремонтом пути, в зависимости от глубины очищаемого слоя балласта, предусматривается объемное уплотнение балластного слоя в подшпальной зоне со стороны торцов шпал с помощью основных виброплит машин непрерывного действия ВПО-3000 (ВПО-3-3000). Для эффективной работы машин ВПО должна производиться вырезка загрязнённого щебня у торцов шпал на ширину не менее 3,9 м, чтобы исключить попадание загрязнённого балласта вместе со свежеотсыпанным щебнем под шпалы, что сокращает цикл нормальной работы балластного слоя. После дозировки балласта машина ВПО обеспечивает уплотнение плечеоткосных зон.

Далее, комплекс машин ВПР (Duomatic), ПБ-01 и ДСП выполняет выправку пути, уплотнение и стабилизацию балластного слоя и планировку балластной призмы.

В большинстве европейских стран используются машины и технологии ремонта пути австрийской фирмы «Plasser & Theurer».

Технология формирования, уплотнения и стабилизации балластной призмы фирмы «Plasser & Theurer» преимущественно используется при укладке нового пути, обновлении пути и после глубокой очистки щебня [2]. Балластная призма формируется, уплотняется и стабилизируется послойно для достижения гомогенного состояния (рис. 1).

Рис. 1. Технология формирования, уплотнения и стабилизации балластной призмы после глубокой очистки щебня фирмы «Plasser & Theurer» Первый проход механизированный поезд MDZ, включающий в себя выправочно-подбивочно-рихтовочную машину, планировщик балласта и динамический стабилизатор пути, делает после отсыпки нижнего слоя щебня толщиной около 10 см. Динамический стабилизатор пути DGS при этом производит максимально возможную осадку пути с целью достижения гомогенного состояния балластной призмы. После этого отсыпается следующий слой около 10 см и процесс с использованием механизированного поезда MDZ повторяется. Количество слоёв щебня и

проходов машин определяется в зависимости от требуемой толщины балластной призмы и класса пути.

После завершающего прохода MDZ путь устанавливается в проектное положение, а динамический стабилизатор пути окончательно, используя контрольно-измерительную систему, производит регулируемую осадку пути. В результате рельсошпальная решётка остается в гомогенно-уплотненной балластной призме. Путь для движения поездов с установленными скоростями открывается немедленно после ремонта.

Такая технология оправдывает себя при закрытии перегона для ремонта пути в течение нескольких суток или даже недель при густой сети железных дорог с дублированием направлений. На сети ОАО РЖД закрытие одного из главных направлений на длительное время может привести к нарушению графика движения поездов, поэтому развиваются другие технологии уплотнения балластной призмы после глубокой очистки.

Тульский завод ЗАО «Тулажелдормаш» предлагает использовать выправочно-подбивочно-отделочную машину ВПО-3-3000С при всех видах ремонта пути, включая формирование, уплотнение и стабилизацию балластной призмы после глубокой очистки щебня. Машина ВПО-3-3000С имеет возможность заглубления основных виброплит на 50 см ниже подошвы шпал и оснащена блоком динамической стабилизации пути.

Технология работ с использованием одной машины ВПО-3-3000С вместо трёх (ВПО-3000 или ВПО-3-3000, ВПР-02 и ДСП) представлена на рис. 2.

Рис. 2. Технология ЗАО «Тулажелдормаш» с использованием машины ВПО-3-3000С: а - первый проход с погружением виброплит на глубину 40-45 см ниже подошвы шпал; б - второй проход с погружением виброплит на глубину 15-20 см ниже подошвы шпал; в - третий проход с работой блока стабилизации пути;

1 - основные виброплиты, 2 - блок стабилизации пути Опыт использования машины ВПО-3-3000С показывает, что её эксплуатационные затраты в 1,3—1,4 раза ниже, чем при работе тремя машинами по общепринятой технологии [3].

2 Выбор рациональных параметров модернизированных виброплит

Конструкторами ПТКБ ЦП, ЦКБ «Путьмаш» в совместной работе с сотрудниками кафедры «Подъёмно-транспортные, путевые и строительные машины» Петербургского государственного университета путей сообщения ведутся работы по модернизации машины ВПО-3000 с целью использования для уплотнения балластного слоя после глубокой очистки. Разработана модернизированная конструкция основных виброплит с

измененной геометрией уплотнительных клиньев (a - высота клина, b -длина клина, в - угол атаки) [4]. Конфигурация клиньев модернизированной виброплиты отличается от конфигурации типовой виброплиты наличием дополнительного третьего клина, который позволяет уплотнять нижние слои балластной призмы (рис. 3).

Модернизации подверглось также другое оборудование машины. Свердловским ПРМЗ (г. Екатеринбург) к настоящему времени выпущено пять машин, получивших после модернизации обозначение ВПО-3000М.

На основе модели процесса взаимодействия «виброплита - балласт» для модернизированной виброплиты найдены оптимальные параметры взаимодействия с балластом (£кон - время контакта, с; £отр - время отрыва, с; 5отр - величина отрыва, м; 5кон - величина контакта, м; Ууд - скорость удара, м/с) и виброуплотнения (А - амплитуда, м; и - угловая частота, 1/с) по режимам уплотнения.

Уравнение движения расчетной точки уплотнительного клина:

Параметры взаимодействия определяются по формулам соответственно времени отрыва и контакта:

Тре

Рис. 3. Модернизированная виброплита машины ВПО-3000М

S = v4sin(—х).

К

t

отр

л; /V.

КОН м

t

кон

Должно выполнятся соотношение Kt = t0TpltK0H = 3-4.

Высококачественное уплотнение балласта достигается благодаря стабильности параметров и режимов взаимодействия при автоматизации процесса уплотнения. Процесс взаимодействия уплотнительной плиты и балласта характеризуется параметром режима уплотнения:

с W + Д

А(0

Если С < 1, то происходит отрыв уплотнительной плиты от балласта, а при С > 1 уплотнительная плита не отрывается от балласта. Оптимальное значение режима уплотнения C = 0,12.

Наилучший эффект уплотнения щебеночного балласта виброплитой достигается при виброударном режиме работы, при этом максимальная скорость вибрирования должна быть А со = 1,2... 1,5 м/с, а скорость удара Нуд = (0,7...1,2) м/с [5].

На рис. 4-6 представлены графики зависимости основных параметров от скорости движения машины и амплитуды колебаний виброплиты.

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Рис. 4. Графики зависимости C и Ууд от скорости движения машины при уплотнении

Рис. 5. Графики зависимости C и ¥уд от амплитуды колебаний виброплиты

0.03

0.02

0.01

0

-0.01

-0.02

4— —* —•— ♦ —*

♦

—я- -и- -т . і р —

X— -х— —X— —X —Я— ■^1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ряд 1

—■- Ряд 2

Ряд 3

—к- Ряд 4

Амплитуда колебаний виброплиты, мм

;. 6. Графики изменения ґкон, ґотр, £ОТр, <$коі от амплитуды колебаний виброплиты

Заключение

Разработана модель процесса взаимодействия виброплиты с балластом, получены функциональные зависимости величин основных параметров процесса уплотнения от скорости движения машины и амплитуды колебаний виброплит.

На испытаниях машина ВПО-3000М, оснащенная модернизированными с учётом результатов исследования на модели виброплитами, обеспечила требуемую степень уплотнения балластной призмы за один проход. Это дает основание считать технологию выправки и подбивки со стороны торцов шпал при непрерывном движении машины перспективной и рассматривать направления ее совершенствования.

Для повышения качества уплотнения щебёночного балластного слоя виброплитами машины класса ВПО необходимо:

1) управлять рабочими параметрами виброплит с целью получения требуемой степени уплотенения;

2) гарантировать точное выдерживание рабочей скорости на заданном уровне, т. е. применять специализированный тяговый модуль или сделать машину самоходной.

Библиографический список

1. Стабилизация пути после глубокой очистки балласта / Ю. В. Гапеенко // Путь и путевое хозяйство. - 1997. - № 10. - С. 13-16.

2. Further development of mechanized ballast cleaning, RTR / E. Klotzinger // Railway Technical Review. - 2002. - № 2-3.

3. Партнёрство и конкуренция во имя развития / Ю. З. Тарасов // Евразия-вести 2003. - № 12. - С. 10-11.

4. Уплотнение балласта модернизированной ВПО-3000 /

А. В. Атаманюк / Путь и путевое хозяйство. - 2008. - № 3. - С. 20-21.

5. Путевые машины: учебник для вузов ж.-д. трансп. /

С. А. Соломонов, М. В. Попович, В. М. Бугаенко и др.; ред. С. А. Соломонов. -М. : Желдориздат, 2000. - 756 с.

Статья поступила в редакцию 25.05.2009;

представлена к публикации членом редколлегии Л. С. Блажко.