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

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

= 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