Технология уплотнения щебёночного балластного слоя машинами типа впо в процессе глубокой очистки щебня

Вид материала

Автореферат

Содержание кандидат технических наук Краснов Олег Геннадьевич Учёный секретарь диссертационного совета Актуальность определяется современными требованиями по реорганизации путевого комплекса, которые были приняты на расширенном зас Содержание работы ST, м. Поверхность балласта занимает положения, показанные условно наклонными штрихпунктирными линиями i-1 Vм – рабочая скорость движения машины, м/с; V С < 1 происходит отрыв виброплиты от балласта, а при С Eу – степень уплотнения по относительной осадке уплотнения; V Рис. 3. График эпюры степени плотности по относительной осадке и изменение объёмной плотности по длине шпалы E = 0,163 и средний коэффициент пористости под шпалами  = 0,674. Эти значения согласуются для расчетных сечений с экспериментал Рис. 4 Схема изменения состояний балластного слоя при уплотняющем воздействии на него комплексом путевых машин Рис. 5. Схема определения остаточной осадки пути H – абсолютная осадка уплотнения; H Рис.6. Графики зависимости C и V Рис.8. Графики изменения времени t C ≤ 0,12 и скорости удара V Основные выводы и рекомендации Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах Попович М.В., Волковойнов Б.Г., Атаманюк А.В. Атаманюк А.В. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Аботает на гидрологических станциях, станциях биологической и глубокой очистки сточных, 21.68kb.
• Принцип работы установки для очистки сточных вод, 25.95kb.
• Технологическая схема очистки хозяйственно-бытовых сточных вод г. Кыштыма, 49.54kb.
• Ю. а семёнов курсовой проект исследование, 99.74kb.
• Методические указания к выполнению курсового проекта "технические средства и технология, 203.57kb.
• Создание оборудования для глубокой очистки пылеугольного топлива (пут) криомагнитным, 331.64kb.
• Контроль различных форм азота в процессе очистки сточных вод, 76.68kb.
• Адсорбент для глубокой очистки экстракционной фосфорной кислоты, 265.65kb.
• Обработка металлов резанием, 1655.41kb.
• Фильтр глубокой очистки высокоцветных загрязненных вод "сорби-1", 12.32kb.

На правах рукописи

Атаманюк Александр Васильевич

ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ ЩЕБЁНОЧНОГО

БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ МАШИНАМИ ТИПА ВПО

В ПРОЦЕССЕ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ЩЕБНЯ


Специальность 05.22.06 – Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук


Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ПГУПС) на кафедрах «Подъёмно-транспортные, путевые и строительные машины» и «Железнодорожный путь».


Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент

Попович Максимилиан Витальевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Певзнер Виктор Ошерович

кандидат технических наук

Краснов Олег Геннадьевич

Ведущая организация – Московский государственный университет

путей сообщения (МИИТ)


Защита состоится 22 июня 2010 года в 13.30 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.03 при Петербургском государственном университете путей сообщения (ПГУПС) по адресу: 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 7-520.


С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета.


Автореферат разослан « » 2010г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

к.т.н., доцент А.Ф.Колос

Общая характеристика работы

Актуальность.

За последние 20 лет на сети железных дорог России интенсивно внедрялись щебнеочистительные машины, производящие очистку балласта на глубине не менее 40 см. Выработка таких машин по всей сети составляет около 8 тыс. км ежегодно. При работе щебнеочистительных машин СЧ-600, СЧ-601, ЩОМ-6Б, РМ-80 на максимальной глубине вырезки возникли проблемы с последующей стабилизацией железнодорожного пути. Новые щебнеочистительные машины повышенной производительности СЧУ-801М, СЧ-1200, ЩОМ-1200 и др. позволяют производить раздельную укладку слоёв щебня с уплотнением первого слоя.

После глубокой очистки щебня современные выправочно-подбивочные машины (ВПМ) не обеспечивают требуемое качество уплотнения балластного слоя толщиной 30 — 40 см.

Актуальность определяется современными требованиями по реорганизации путевого комплекса, которые были приняты на расширенном заседании Коллегии 14 марта 2001 года.

Вопросом уплотнения балластного слоя занимаются многие организации как в России (ВНИИЖТ, ПТКБ ЦП, ВНИКТИ и др.), так и за рубежом («Plasser & Theurer», MTH Прага и др.). Проблема стабилизации пути изучена ещё недостаточно полно, главным образом, из-за отсутствия системного комплексного подхода теоретических знаний в методах силового воздействия на объём уплотнения балластного слоя.

Наиболее распространённым способом стабилизации пути является уплотнение балластного слоя выправочно-подбивочными машинами (ВПМ) циклического действия (ВПР, ВПРС, Unimat 08-275 и др.), непрерывно-циклического действия (Duomatic 09-32, 09-3X, ПМА и др.) и непрерывного действия (ВПО-3000, ВПО-3-3000). Основными недостатками работы ВПМ являются: неравномерность уплотнения зон балластной призмы; недостаточная степень уплотнения балласта; отсутствие операционного и оперативного контроля процесса уплотнения.

Разработка и научное обоснование технологии уплотнения щебёночного балластного слоя машинами типа ВПО в процессе глубокой очистки щебня позволит частично решить эти проблемы.

В работе использованы результаты НИР кафедры «Подъёмно-транспортные, путевые и строительные машины» ПГУПС, выполненной по плану НИОКР Департамента пути и сооружений ОАО “РЖД”, тема 10.1.122.21 «Анализ работы узлов машины ВПО-3000 и разработка рекомендаций и требований к пути и балластной призме при работе машины ВПО-3000».


Цель работы. 1) Разработка технологии уплотнения щебёночного балластного слоя машинами типа ВПО в процессе глубокой очистки щебня; 2) Разработка методики расчёта и выбора параметров уплотнительных рабочих органов машин типа ВПО.

Для достижения указанной цели необходимо решить задачи:

- исследовать факторы, влияющие на стабильное положение пути и процессы накопления остаточных деформаций в балластном слое;

- изучить недостатки теории и практики уплотнения;

- разработать математическую модель взаимодействия балласта с уплотнительным рабочим органом ВПМ;

- изучить способы определения плотности балластного слоя;

- разработать методику экспериментального определения степени уплотнения балластного слоя после работы путевых машин;

- составить математическую модель изменения состояния балласта при комплексном воздействии на него путевыми машинами.


Методы исследования. Для решения поставленных задач выполнялись теоретические, экспериментальные исследования в натурных и лабораторных условиях, а также математическое моделирование.

Теоретический анализ выполнялся на основе выдвинутых гипотез о распределении и перераспределении характеристик уплотнённого состояния балластного материала по объёму балластной призмы до и после уплотнения рабочими органами путевых машин.

Экспериментальная проверка полученных результатов проводилась при производстве ремонта пути на объектах Восточно-Сибирской, Свердловской и Октябрьской ж.д.


Научная новизна. Научная новизна проведённых теоретических и экспериментальных исследований заключается в следующем:

- разработана математическая модель взаимодействия балласта с виброплитой ВПМ непрерывного действия;

- создана теоретическая модель процесса послойного уплотнения балластного слоя при комплексном силовом воздействии на него рабочими органами путевых машин, позволяющая обосновать параметры рабочих органов для достижения желаемого стабилизированного состояния балласта;

- разработана методика расчёта геометрических параметров уплотнительных рабочих органов ВПМ непрерывного действия;

- разработана методика пооперационного контроля показателей качества уплотнения балластного слоя при работе комплекса путевых машин.


Достоверность результатов исследований и основных научных положений основывается на корректном выборе методик, а также подтверждается результатами эксплуатационных испытаний.


Практическая значимость.

1. Разработана методика расчёта параметров уплотнительных рабочих органов машин типа ВПО с целью достижения заданного стабильного состояния балластного слоя и увеличения продолжительности межремонтного цикла ж.д. пути.
   
2. Разработанная методика оперативной оценки показателей стабилизированного состояния балластного слоя при работе комплексов путевых машин позволяет реализовать качественный мониторинг состояния пути.
   
3. Предложены и даны рекомендации по выбору режимов работы машин типа ВПО, позволяющих обеспечить качественное уплотнение балластного слоя после глубокой очистки щебня.
   

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных ПГУПС в 2001-2005 гг., на заседаниях кафедр «Подъёмно-транспортные, путевые и строительные машины», «Железнодорожный путь» ПГУПС, на научно-технической конференции с международным участием в связи с 75-летием ПТКБ ЦП ОАО «РЖД» «Перспективы технического развития путевого комплекса ОАО «РЖД» в условиях его реформирования» в 2007г., на научно-техническом семинаре «Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, прочности и износа» в брянском государственном техническом университете в 2009г.


Реализация результатов исследований.

Расчетные параметры виброплиты, полученные по предлагаемой методике, были использованы при проектировании (ПТКБ ЦП ОАО «РЖД» и ЦКБПутьмаш) и модернизации машин ВПО-3000 на Свердловском ПРМЗ (изготовлено 7 машин).


Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 статей, в том числе 1 работа в издании рекомендованном ВАК.


Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 147 страниц машинописного текста, содержит 61 рисунок, 10 таблиц. Список литературы включает 70 наименований отечественных и зарубежных авторов.


Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, ставятся цели и задачи исследования, даётся краткая характеристика работы.

В первой главе проведён анализ состояния практики и теории процесса уплотнения балластной призмы.

Рассматриваются силовые факторы, воздействующие на железнодорожный путь: вертикальные, горизонтальные поперечные и продольные силы, как статические, так и динамические, которые изменяют основные упругие параметры пути (модуль упругости подрельсового основания – U и жесткость пути – ж_П) и влияют на стабильное положение рельсошпальной решётки, которое достигается при обеспечении качественного уплотнения балластного слоя машинными комплексами.

Балластная призма рассматривается как сыпучая среда, которую представляет собой щебень, считающийся лучшим материалом. ГОСТ 7392-2002 рекомендует применять для отсыпки балластной призмы линий любой грузонапряжённости один гранулометрический состав щебня 25  60 мм.

Основными показателями качества уплотнения балластного слоя являются: ρ – объёмная плотность; n – пористость;  - коэффициент пористости и E- степень уплотнения по относительной осадке. Для оценки качества уплотнения наилучшим образом подходит показатель степени уплотнения по относительной осадке Е, так как обладает свойством аддитивности; позволяет согласовать уплотнённое состояние балластной призмы с её размерами, деформациями и последующим уплотнением. К концу периода стабилизации, после работы машин и пропуска поездов, общей массой 0,4 – 0,6 млн. т брутто требуемая степень уплотнения путевого щебня по относительной осадке достигается E= H/ H₀= 0,14  0,20 (n= 0,42...0,38;  = 0,72...0,60 при n₀ = 0,5), где H - абсолютная осадка слоя из рыхлого состояния, содержащего такой же объём частиц, H₀ – гипотетическая толщина слоя с предельно разрыхлённым балластом. Предельно уплотненное состояние слоя соответствует E_П = 0,25 (_П=0,5).

Рассмотрен технологический процесс глубокой очистки щебня. При формировании балластной призмы определена слабоуплотнённая зона, которая образуется между верхним (уплотненным машинами ВПМ) и нижним (уплотненным машинами ЩОМ) слоем балластной призмы, толщина которого составляет 30 – 40 см.

Подбойки подбивочных блоков машин циклического действия не могут опускаться ниже в силу своих конструктивных особенностей. Рабочие органы – виброплиты выправочно-подбивочно-отделочных машин непрерывного действия – позволяют при изменении геометрических параметров и согласованном изменении параметров силового воздействия обеспечить охват вибрационным воздействием неуплотнённых слоев.

Выявлены внешние факторы, которые оказывают влияние на изменение состояния балластной призмы после глубокой очистки щебня.

Уплотнительные рабочие органы путевых машин классифицированы по 7 основным признакам. Для решения поставленной задачи рассматриваются рабочие органы ВПМ, уплотняющие подшпальную зону и выбираются основные виброплиты машины ВПО. Анализ работы машины ВПО показывает, что для обеспечения эффективной работы требуется выбор геометрических параметров рабочего органа (виброплиты), обеспечивающего уплотнение балласта в подшпальной зоне с требуемым качеством при их заглублении до 300 мм.

Проблемой повышения качества уплотнения балластного слоя и совершенствования конструкции уплотнительных рабочих органов ВПМ занимались Исаев К.С., Сырейщиков Ю.П., Иванов Е.Р. (ВНИИЖТ), Клауз П.Л., Попович М.В., Волковойнов Б.Г. (ПГУПС), Черкасов А.Н. (ВНИИ ТС), Бидуля А.Л. (ВНИКТИ), Задорин Г.П. (НИИЖТ) и др.


Во второй главе изложены результаты теоретических исследований на математических моделях процесса уплотнения балластного слоя рабочими органами путевой машины непрерывного действия с целью выбора их рациональных параметров.

При выборе параметров виброплит процесс уплотнения балластного слоя рассматривается как многофакторный, требующий системного анализа и ранжирования факторов, влияющих на качество уплотнения. При уплотнении взаимодействуют два объекта: «Балластный слой» верхнего строения пути и «Виброплита» путевой машины. В уплотнительных машинах используется метод силового вибрационного воздействия с поступательным движением уплотнительной поверхности рабочего органа – метод виброобжатия.

Для расчёта и выбора параметров виброплит предложены модель процесса взаимодействия и модель выбора геометрических параметров, позволяющие в зависимости от режимов работы машины (скорости движения, высоты подъёмки и др.) и конструктивных особенностей пути найти параметры взаимодействия и геометрические параметры виброплиты (a , b – высота и длина основного уплотнительного клина, β – угол атаки) и выбрать эффективные режимы.

На рис. 1 показана расчётная модель взаимодействия «балласт –виброплита». Параметры взаимодействия отыскиваются в локальной системы координат 0Sx (рис. 1, а), а соответствующие скорости обжатия балласта, в направлении перпендикулярном оси пути в системе координат 0Vx (рис. 1, б).





Рис. 1. Взаимодействие балласта со взятой произвольно точкой, расположенной на наклоненной под углом атаки β поверхности уплотнительного клина: а – смещения точки уплотнительного клина и противолежащей точки балласта; б – скорости точек балласта в направлении, перпендикулярном оси пути


Траектория движения расчетной точки на поверхности уплотнительного клина имеет форму синусоиды. Принимается допущение – процесс стационарный, т.е. виброплита движется с постоянной поступательной скоростью V_м, м/с, в этом случае колебательный процесс, происходящий во времени t, с, пропорционально отражается равномерным наращиванием координаты x, м вдоль пути от условно взятой точки 0.

Уплотнительный клин отодвигает поверхность балласта в каждом цикле на величину S_T, м. Поверхность балласта занимает положения, показанные условно наклонными штрихпунктирными линиями i-1, i, i+1. При смещении границы происходит обжим балластного слоя. Далее процесс повторяется. В модели учитывается упругая отдача балласта (скорость восстановления упругой отдачи 0,15…0,20 м/с; величина упругой отдачи (2…5) 10^-3 м).

Уравнения движения расчетных точек в системе координат 0Sx:

– уравнение движения расчетной точки уплотнительного клина




(1)


– уравнение движения расчетных точек балласта




(2)


В расчетной точке 4_к клина происходит контакт (удар) виброплиты с балластом:




(3)


Это трансцендентное уравнение, смещение x₄ определяется методом итераций.

Параметры взаимодействия определяются по формулам:

– времена отрыва и контакта




(4)


– максимальный отрыв клина от балласта в расчетной точке x_min, м:




(5)

,


– относительная скорость удара клина в расчетной точке, м/с:



(6)


Качественное уплотнение балластного слоя достигается стабильностью параметров и режимов взаимодействия при управлении процесса уплотнения. Эффективность процесса взаимодействия виброплиты с балластом характеризуется параметром режима уплотнения:




(7)


где V_м – рабочая скорость движения машины, м/с; V_Б – упругая отдача балластного слоя, м/с; β – угол атаки основного уплотнительного клина, град.; A,  – амплитуда и угловая частота колебаний вибропниты, м, рад/с.

При С < 1 происходит отрыв виброплиты от балласта, а при С > 1 – безотрывный режим работы. Эффективное уплотнение достигается при C = 0,12 и подтверждается экспериментальными исследованиями.

Для расчёта геометрических параметров виброплиты использована линейная модель уплотнения:




(8)


где E_у – степень уплотнения по относительной осадке уплотнения; V_у – разность объемов балластного слоя до и после его уплотнении из гипотетического предельно рыхлого состояния; V₀ – объем слоя в рыхлом состоянии, которое принимается как базовое; ε₀, ε_у − коэффициенты пористости объема балласта для начального и уплотненного состояний.

Для выбора геометрических параметров основной виброплиты машины ВПО разработана программа в среде «Delphi-7». Программа использовалась для определения параметров виброплиты при модернизации машины ВПО-3000, получившей аббревиатуру ВПО-3000М.

Интерфейс программы позволяет вводить параметры пути, характеристики щебеночного балласта, геометрические и динамические параметры виброплиты в широком диапазоне варьирования и характеристики внутренних свойств уплотняемого балластного слоя.

Основные геометрические параметры уплотнительных рабочих органов (виброплит) машины непрерывного действия ВПО-3000М приведены в таблице.


Таблица

Параметры		Носовая часть	Первый клин	Второй клин	Третий клин
Высота a, см		34/36/40*	16	10	16
Длина b, см		84,1	111,4	141.0	79.4
Угол атаки b, град		18	9,0	8,07	6,0
Заход q, см		- 21,2**	- 3,8**	16,0	0
Заглубление z, см		22/24/28*	22/.24/28*	16/18/22*	22/24/28*
Примечание:	*) значения относятся к расчетной толщине балластной призмы под шпалой hС = 25; 30; 35 см, соответственно; **) знак (-) соответствует расположению конца клина с наружной стороны от торцов шпал

Геометрические параметры виброплиты и её конфигурация приведены на рис. 2.



Рис. 2. Основные геометрические параметры виброплиты для уплотнения балластного слоя после его глубокой очистки: а) высота, заход, заглубление; б) длина и угол атаки уплотнительных клиньев виброплиты


В третьей главе приведены экспериментальные исследования уплотнения балластного слоя модернизированными виброплитами машины ВПО-3000М после глубокой очистки щебня.

Разработана классификация методов определения плотности балластных материалов в пути. Большинство из рассмотренных методов очень трудоёмко и применимо только в лабораторных условиях, поэтому для экспрессной оценки степени уплотнения балласта основными виброплитами машины ВПО выбран сейсмический метод с использованием плотномера УВП-ДИИТ, который отвечает установленным требованиям.

Разработана методика определения степени уплотнения балласта по скорости распространения в них упругих продольных волн. Определены требования к участку пути и схемы измерений.

Оценка качества уплотнения балластного слоя модернизированными виброплитами была выполнена в период испытания опытного образца модернизированной выправочно-подбивочно-отделочной машины ВПО-3000М № 485 ПМС-67 В-Сиб. ж.д. ст. Тайшет (Протокол от 29 сентября 2004 года).

Измерения степени уплотнения балластного слоя производились ударно-волновым плотномером УВП-ДИИТ, предназначенным для послойного определения плотности грунтов нарушенной структуры методом скорости прихода первых вступлений прямых или рефрагированных упругих волн. Характер распределения степени плотности по относительной осадке вдоль шпалы приведен на рис. 3.

Рис. 3. График эпюры степени плотности по относительной осадке и изменение объёмной плотности по длине шпалы

Эпюра степени плотности по относительной осадке и объёмной плотности ρ, представленная на рис. 3 показывает, что степень уплотнения балласта максимальна под рельсовыми нитями и минимальна – по оси пути для исключения излома шпал. Такое распределение рационально, так как максимальная нагрузка на шпалу действует в подрельсовой зоне, а минимальная – в середине шпалы. Пунктирной линией показаны среднеквадратические отклонения показателей степени уплотнения в характерных точках.

Результаты измерений показателей степени уплотнения балластного слоя имеют достаточную сходимость с теоретическими. Следовательно, после одного прохода машины ВПО-3000М с модернизированными виброплитами обеспечивается средняя по объёму Е_ср.= 0,16 степень уплотнения балластного слоя по относительной осадке.


В четвертой главе сравниваются результаты теоретических и практических исследований, приведена методика расчёта уплотняющего эффекта комплексом ВПМ и даны рекомендации по выбору режимов работы машины ВПО после глубокой очистки щебня.

Для сравнения результатов экспериментальных исследований с результатами расчётной модели использована программа расчёта параметров основной виброплиты машины ВПО-3000М.

Вычисляются средняя относительная осадка под шпалами E = 0,163 и средний коэффициент пористости под шпалами  = 0,674. Эти значения согласуются для расчетных сечений с экспериментальными данными E = 0,16 и  = 0,64 при хорошей их сходимости.

По результатам расчётов можно сделать вывод о достоверности расчётной модели и её адекватности отображения натурных исследований.

В процессе стабилизации балластного слоя после глубокой очистки щебня участвуют машины ВПО, ВПР, ДСП и поездная нагрузка. Для оценки уплотняющего эффекта машин и поездной нагрузки разработана и представлена графическая модель изменения состояния балластного слоя (рис.4).

Для замкнутой системы, в которой нет притока или оттока балластного материала, т.е. объем, занимаемый частицами (объем скелета) неизменен, можно вывести соотношение:




(9)


в котором: V_Н, V_У – начальный объем и объем после уплотнения, занимаемые замкнутым массивом балласта; E_Н, E_У – соответствующие им относительные осадки уплотнения.





Рис. 4 Схема изменения состояний балластного слоя при уплотняющем воздействии на него комплексом путевых машин

На схеме показаны условно положения путевой решетки в процессе силового воздействия на балластный слой комплексом машин:

E_И – исходная относительная осадка слоя, например, после работы щебнеочистительной машины для глубокой очистки;

E_В1 – относительная осадка уплотнения после работы первой выправочно-подбивочной машины (например ВПО);

E_В2 – относительная осадка уплотнения после работы второй выпарвочно-подбивочной машины (например ВПР);

E_Д3 – относительная осадка уплотнения после прохода динамического стабилизатора пути;

E_Э – относительная осадка уплотнения в результате эксплуатации балластного слоя при воздействии нагрузки от поездов. После полной стабилизации она соответствует предельно уплотненному балластному слою.

H_И, H_В1, H_В2, H_Д3, H_Э – толщина балластного слоя после рассматриваемых воздействий (индексы соответствуют индексам при относительных осадках);

h_ВПО, h_ВПР – выправочные подъемки пути машинами ВПО и ВПР;

h_ДСП, h_Э – осадки путевой решетки после работы ДСП и при эксплуатации;

E₀ – относительная осадка уплотнения балластного слоя в гипотетическом, предельно рыхлом состоянии. Этому состоянию соответствуют разные гипотетические толщины слоя, т.к. при работе выправочно-подбивочной машины в зону под шпалами подаются дополнительные объемы балластного материала, либо со стороны торцов (ВПО), либо из шпальных ящиков и объема под ними (ВПР).

В случае, если образование уплотненного массива происходит вследствие формоизменения двух составляющих массивов, характеризуемых объемами и относительными осадками, то его относительная осадка:





(10)


В этой формуле индексы Н1, Н2 при переменных обозначают, что показатель относится к первому и второму объемам до уплотнения.

Когда уплотненный массив балласта формируется из трех и большего количества исходных массивов рекомендуется использовать расчетную схему с последовательным вычислением фиктивных промежуточных относительных осадок конечного объема, попарно его «сливая» со всеми составляющими объемами.

Модель (9), при определении дополнительных условий, применима, например, для оценки уплотняющего эффекта при однократном обжиме балластного слоя лопатками подбоек машин типа ВПР. Но для расчета уплотняющего эффекта основных виброплит машин типа ВПО, имеющих основной и дополнительный уплотнительные клинья, возникает необходимость использовать дополнительно модель (10). Для оценки работы комплекса машин с уплотнительными рабочими органами, последовательно обрабатывающими балластную призму, необходимо производить многошаговые вычисления.

После производства всех выправочно-подбивочных работ гипотетическая толщина слоя достигает максимального значения H₀. При осадке путевой решетки в рассматриваемой задаче она не изменяется.

После проведения работ по уплотнению балластного слоя рекомендуется выяснить: насколько необходимо уплотнить балластный слой, чтобы получить предельно уплотнённое состояние. Оценка остаточной осадки пути до предельного уплотнения определяется по схеме:




Рис. 5. Схема определения остаточной осадки пути


Согласно схеме на рис. 5 можно записать:

– относительная осадка уплотнения, которая достигается при работе ВПМ;

– относительная остаточная осадка уплотнения, которую необходимо обеспечить до предельного уплотнения (не реализованная машинами осадка),

где Δ H – абсолютная осадка уплотнения;

H₀ – толщина слоя в предельно рыхлом состоянии;

ΔH_ост. – абсолютная остаточная осадка уплотнения до достижения предельно уплотнённого состояния;

H – фактическая толщина слоя после уплотнения;

H_П – толщина слоя в предельно уплотнённом состоянии.

Этот показатель определяется для случаев, когда требуется определить, на сколько ещё необходимо «осадить» уплотняемый слой, по абсолютной остаточной осадке ΔH_ост., чтобы получить предельную осадку.

В результате исследования на моделях процесса взаимодействия виброплиты модернизированной машины ВПО-3000М с балластом были получены расчетные формулы параметров взаимодействия: t_К – время контакта, с; t_О – время отрыва, с; S_О – величина отрыва, м; S_К – величина контакта, м; V_УД – скорость удара, м/с. Их анализ и оценка по критериям эффективности уплотнения с учетом испытания машины в условиях производства дают возможность найти эффективные параметры виброуплотнения и режимы работы машины.

Расчетные зависимости параметров взаимодействия модернизированной виброплиты машины ВПО-3000М с балластом представлены в виде графиков на рис. 6, рис. 7, рис. 8:



Рис.6. Графики зависимости C и V_УД. (при постоянной амплитуде колебаний) от скорости движения машины при уплотнении



Рис.7 Графики зависимости C и V_УД. (при постоянной скорости движения машины) от амплитуды колебаний виброплиты



Рис.8. Графики изменения времени t_k контакта и t_o, с, отрыва (при постоянной амплитуде колебаний) от скорости движения машины


Для параметров модернизированной виброплиты условие режима эффективности C ≤ 0,12 и скорости удара V_УД выполняются. Для эффективных режимов уплотнения должно выполняться оптимальное условие отношения времени отрыва t_о к времени контакта t_к: К_t = t_o/ t_к = 3-4.

Качественное уплотнение щебеночного балласта виброплитой достигается при виброударном режиме работы, при этом максимальная скорость вибрирования должна быть A ≥ 1,2…1,5 м/с; скорость удара V_УД ≥ (0,7...1,2) м/с. Для машины ВПО-3000М определена зона выбора оптимальных параметров виброплиты и режимов работы машины см. рис.9.



Рис.9. Графики изменения параметра режимов уплотнения от амплитуды колебаний виброплиты и скорости движения машины


Технологией производства путевых работ, например, при капитальном или среднем ремонте пути выполняется реконструкция балластной призмы, предусматривающая её очистку от засорителей на глубину ниже подошвы шпалы не менее, указанной в табл. 2.4 ЦПТ-53, с отсыпкой свежего балласта, уплотнение щебёночной балластной призмы. Рыхлый слой балласта толщиной от 30 см до 40 см рекомендуется уплотнять машиной ВПО-3000М, которая должна реализовать технологические параметры режима работы: высота выправочной подъемки h_п = (3 … 5), см; скорость рабочего прохода (0,22 … 0,33), м/с или V_м = (0,8…1,2), км/ч при амплитуде колебаний основных виброплит А = (3 … 4), мм; угловой частоте колебаний ω = 220 с^–1 или (f = 35 Гц).

Исследования на математической модели были подтверждены экспериментальными исследованиями работы машины ВПО-3000М № 485 на Восточно-Сибирской ж.д.

В комплексе при глубокой очистке балластного слоя используются машины: ВПО, хоппер-дозаторная вертушка; выправочно-подбивочно-рихтовочная машина; динамический стабилизатор пути ДСП и машина для планировки балласта типа ПБ-1. Такая технологическая схема работы комплекса ВПО-3000М+ХД+ВПМ+ДСП+ПБ исключает несколько проходов машины типа ВПО, что позволяет более рационально организовать технологический процесс ремонта балластной призмы в жестких временных режимах «окна» и обеспечить стабильное состояние балластного слоя по относительной осадке уплотнения.

Исследованиями подтверждена необходимость использования системы регулирования качеством уплотнения балластного слоя виброплитами ВПО-3000М в целях повышения стабильности пути после работы машины.

Использование модернизированной машины ВПО-3000М в технологическом процессе усиленного среднего ремонта после глубокой очистки щебня позволяет выполнить уплотнение балластного слоя за один проход, вместо двух проходов при использовании ВПО-3000. Стоимость работ по ремонту 1 км пути снизится на 152 996,9 руб. Окупаемость затрат на модернизацию составляет 0,93 года.


Основные выводы и рекомендации

1. Выполнен системный анализ процессов стабилизации балластной призмы железнодорожных путей 1 и 2 класса после проведения технологической операции глубокой очистки щебня. На его основе определён алгоритм решения диссертационной задачи и предложены пути ее решения через разработку технологии стабилизации балластного слоя с использованием машины ВПО-3000М.
   
2. Разработана математическая модель взаимодействия балласта с основной виброплитой машины ВПО, позволяющая определить геометрические параметры виброплиты (см. табл.), параметры режима работы виброплит и машины, выбрать рациональные режимы уплотнения щебёночного балластного слоя в процессе глубокой очистки щебня с учётом состояния железнодорожного пути и обеспечить его стабильность.
   
3. Разработана методика экспериментальных исследований работы основных виброплит машины ВПО-3000М в процессе глубокой очистки щебня с использованием прибора УВП-ДИИТ для оценки качества уплотнения балластного слоя.
   
4. Экспериментальными исследованиями определены показатели степени уплотнения балластного слоя (средняя относительная осадка под шпалами E_ср. = 0,16 или средний коэффициент пористости под шпалами _ср. = 0,64 или объёмная плотность  = 1,65 т/м³) при уплотнении его основными виброплитами машины ВПО-3000М, которые подтверждены при расчёте на теоретической модели (E = 0,163 или  = 0,674 или  = 1,55 т/м³) и имеют достаточно хорошую сходимость. Расхождение составляет 2%, 5% и 6% соответственно.
   
5. Научно обоснованы и подтверждены практически рациональные технологические параметры взаимодействия балласта и виброуплотнителя для машины ВПО-3000М, обеспечивающие требуемую степень уплотнения: параметры вибрации: амплитуда А = (3…4) мм, угловая частота ω = 220 с^-1 и режимные параметры машины: рабочая скорость движения (0,22 … 0,33), м/с или V_м = (0,8…1,2), км/ч, величина выправочной подъёмки пути Δh ≤ 50 мм.
   
6. Дано теоретическое и практическое обоснование целесообразности использования машины ВПО-3000М в предлагаемой технологии уплотнения балластного слоя в процессе глубокой очистки щебня с обеспечением сокращения периода стабилизации. Комплекс ВПО-3000М+ХД+ВПМ+ДСП+ПБ исключает несколько проходов машины ВПО и обеспечивает стабильное состояние балластного слоя по относительной осадке уплотнения.
   

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:


- работа, опубликованная в издании, определённом перечнем Высшей Аттестационной Комиссией:


1. Атаманюк А.В. Уплотнение балласта модернизированной ВПО-3000. // Путь и путевое хозяйство. – 2008. – № 3. – С. 20–21;


- работы, опубликованные в изданиях, не определённых перечнем Высшей Аттестационной Комиссией:


2. Попович М.В., Волковойнов Б.Г., Атаманюк А.В. О совершенствовании методики расчёта и выбора параметров уплотнительных рабочих органов машин непрерывного действия. // Труды научно-технической конференции с международным участием в связи с 75-летием ПТКБ ЦП ОАО «РЖД» «Перспективы технического развития путевого комплекса ОАО «РЖД» в условиях его реформирования». Москва, 2007 – С. 176–180;

3. Попович М.В., Волковойнов Б.Г., Атаманюк А.В. Расчёт уплотняющего эффекта при комбинированном силовом воздействии на подшпальное балластное основание комплексом путевых машин. // Известия петербургского университета путей сообщения. Выпуск 2(4). СПб.: ПГУПС, 2005 – с.70–73;

4. Атаманюк А.В. Технология уплотнения балластного слоя после его глубокой очистки. // Известия петербургского университета путей сообщения. Выпуск 3(20). СПб.: ПГУПС, 2009 – с.5–11;

5. Путевые машины для выправки железнодорожного пути, уплотнения и стабилизации балластного слоя. Технологические системы. Учебное пособие. / М.В. Попович, В.М. Бугаенко, В.Б. Бредюк, Б.Г. Волковойнов, А.В. Атаманюк и др. Под ред. М.В. Поповича, В.М. Бугаенко.  М.: Маршрут, 2008. – 350 с.

6. Попович М.В., Волковойнов Б.Г., Атаманюк А.В. Обеспечение стабильности железнодорожного пути путевыми машинами после глубокой очистки балластного слоя. // Транспорт Российской Федерации № 6(19). СПб.: ООО «Т-ПРЕССА», 2008  с.4851;

7. Попович М.В., Волковойнов Б.Г., Атаманюк А.В. Механизированная выправка и подбивка железнодорожного пути. // Учебное пособие по дисциплине «Путевые машины и оборудование» Часть 1. СПб.: ПГУПС, 2003 – 92с.

8. Попович М.В., Волковойнов Б.Г., Атаманюк А.В. Механизированная выправка и подбивка железнодорожного пути. // Учебное пособие по дисциплине «Путевые машины и оборудование» Часть 2. СПб.: ПГУПС, 2004 – 91с.

9. Атаманюк А.В. Об оценке качества уплотнения балластного слоя при выправке пути с применением комплекса машин // Материалы семинара аспирантов механического факультета. – СПб.: ПГУПС, 2003, – с.10–12.

10. Атаманюк А.В., Попович М.В. О проблеме уплотнения и стабилизации балластного слоя после глубокой очистки щебня. // Материалы научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «ШАГ В БУДУЩЕЕ (НЕДЕЛЯ НАУКИ-2005)». – СПб.: ПГУПС, 2005, – с.12–14.

11. Атаманюк А.В. Выбор режимов работы путевых машин комплекса по текущему содержанию пути. // Тезисы доклада на шестьдесят первой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2002». – СПб.: ПГУПС, 2002, – с.13.

12. Атаманюк А.В. Показатели качества уплотнения балластного слоя. // Тезисы доклада на шестьдесят первой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2001». – СПб.: ПГУПС, 2001, – с.61.


Атаманюк Александр Васильевич

Технология уплотнения щебёночного балластного слоя машинами типа ВПО в процессе глубокой очистки щебня

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати Печ. л. – 1,5

Печать - ризография. Бумага для множит. апп. Формат 60х84 1\16

Тираж 100 экз. Заказ №




ПГУПС 190031, г. С-Петербург, Московский пр., 9