Эксплуатационные свойства выправочно-подбивочных машин

 

Устойчивость пути под действием поездной на­грузки после его ремонта зависит, главным образом, от качества выполнения двух технологических компо­нентов: выправки и подбивки пути. Качество выправочных работ определяется требованиями к точности постановки пути по уровню, в продольном профиле и в плане. Эти нормативы в количественном отношении установлены. Они используются при создании конт­рольно-измерительных систем, выправочных уст­ройств и средств автоматизации машин. Их можно от­слеживать при работе машины.

Качество подбивки определяется необходимыми степенью и равномерностью уплотнения балласта под шпалами, подачей под них объема балласта, достаточного для закрепления рельсошпальной решетки в выправленном положении. Требуемые значения показателей качества подбивки шпал установлены. Например, при уплотнении слоя балласта толщиной z высокая степень уплотнения балласта обеспечена, если относительная осадка слоя ɛ≥(0,15÷0,17)z. На современных машинах циклического действия при их про­ектных производительности и рабочей скорости в лучшем случае достигается ɛ=(0,11÷0,13)z. Это свидетельствует о нерациональных параметрах рабочих органов и технологиях подбивки шпал.

Важным обстоятельством в повышении качества подбивки является оценка степени уплотнения балласта в процессе и после работы машины. Однако измери­тельных средств для этого нет. Качество подбивки шпал можно оценить уже при эксплуатации пути. Поэтому весьма важным является использование на всех типах машин рабочих органов с рациональными параметрами виброподбивки шпал и соблюдение технологий.

Косвенным показателем достигаемой степени уплотнения балласта может служить число вибровоздействий на уплотняемый материал:

J = ʋt_B,

где ʋ— частота колебаний рабочего органа, Гц;

t_B — продолжительность вибровоздействий.

При различных конструктивном исполнении подбивочных устройств и типах возбудителей колебаний рабочих органов ВПМ способ воздействия последних на балласт одинаков — это виброударное обжатие ма­териала. При этом процесс уплотнения балласта можно проиллюстрировать графиками, показанными на рис. 4.1. В первые 3—4 с на машинах циклического действия и 5—6 с на машинах непрерывного действия уплотнение балласта протекает наиболее интенсивно, затем постепенно процесс приобретает затухающий характер. На машинах циклического действия минимальное число вибровоздействий должно быть J^min =120 ÷130; на машинах непрерывного действия Jmin =170÷190.

Рис. 4.1. Зависимость эффекта уплотнения от времени и числа

вибровоздействий рабочего органа на балласт:

1 — рабочие органы циклического действия (S_A = 5 мм; ʋ = 35 Гц; Voбж =120 мм/с);

2 — рабочие органы непрерывного действия (S_A = 6 мм, ʋ = 25 Гц; Voбж = 100 мм/с)

 

При одинаковом числе вибровоздействий на уплотняемый материал степень его уплотнения различна. Наибольший эффект достигается при определен­ных значениях параметров виброподбивки и выпол­нении условия

где V_обж— скорость виброобжатия балласта, мм/с;

S_A — амплитуда колебаний рабочего органа, мм.

При указанном соотношении параметров виброподбивки происходит эффективное виброударное воздействие рабочего органа на уплотняемый материал за период колебания.

При К>0,12 характер взаимодействия рабочего органа с балластом существенно изменяется. Происходит вибропрессование материала. Как показали ис­следования, степень уплотнения балласта при таком воздействии заметно ниже по сравнению с виброударным воздействием. Это объясняется тем, что пере­распределение частиц балласта в последнем случае протекает эффективнее, они занимают более устойчивое положение по сравнению с вибропрессованием материала, и, как следствие, состояние пути становится более стабильным.

На машинах типа «Дуоматик» амплитуда S_A=4,5 мм, а частота колебаний подбоек ʋ=35 Гц. Скорость и время обжатия регулируются в следующих пределах V_обж = (100 ÷ 300) мм/с, t_обж ≈(0,8 ÷ 2,5) с. Время заглубления подбоек в балласт t_заг ≈ (0,3 ÷ 0,4) с. В целом время виброподбивки шпал t_B = t_заг + t_обж.

При указанных параметрах требуемое минимальное число вибровоздействий Jmin = 120÷130, а, следовательно, и приемлемую степень уплотнения балласта под шпалой можно получить лишь при t_обж ≈ 2,5 с (v_обж ≈100 мм/с).

Частично недостаток числа вибровоздействий можно компенсировать эффективностью воздействия на балласт за период колебаний, т.е. при К=0,08÷0,12. Однако это возможно лишь при V_обж < 120 мм/с.

Высокая производительность машин типа «Дуоматик» достигается при t_обж = 0,8 с. Как видно из вышеизложенного, это негативно отражается на степени уплотнения балласта.

Состояние пути при эксплуатации ухудшается не только вследствие низкой степени уплотнения балласта, но и из-за неустойчивого положения его частиц в объеме, уплотненном вибропрессованием.

Практика выправочно-подбивочных работ показывает, что ухудшению состояния пути в значительной мере препятствует высокая точность его выправки.

При рациональном режиме работы ВПМ циклического действия (t_обж ≥2,5 с) их производительность снижается, как минимум, в 1,5 раза. Для повышения качества подбивки шпал на практике используют технологию двойного обжатия балласта, что также приводит к уменьшению выработки машины.

Таким образом, перед эксплуатационниками всегда стоит дилемма: либо работать с высокой производительностью машин и низким качеством подбивки шпал, либо, наоборот, обеспечить устойчивое состоя­ние пути после его ремонта, выполняя меньший объем работ за отведенное время.

На ВПМ непрерывного действия суммарная длина основных клинообразных поверхностей подбивочной виброплиты составляет приблизительно 2,7 м, S_A = 5 мм, ʋ = 35 Гц. При скорости движения машины 1,7— 1,8 км/ч усредненная скорость обжатия балласта составляет 0,09—0,1 м/с. При таком режиме работы обеспечивается минимальное число вибровоздействий на балласт J_min = 170÷190 и эффективное воздействие виброплиты на уплотняемый объем за период колебаний, и, следовательно, высокая степень уплотнения материала.

Устойчивому состоянию пути после работы ВМП непрерывного действия способствует также увеличение примерно в 1,8—2,0 раза уплотняемого объема балласта под рельсошпальной решеткой по сравнению с ВПМ циклического действия.

При подбивке шпал ВПМ циклического и непрерывного действия в балластной призме формируются зоны уплотнения материала, различные по месту расположения и степени уплотнения. Это связано с особенностями конструкций рабочих органов и выполнения операций.

При работе ВПМ циклического действия можно выделить следующие зоны с условными границами относительно высокой А и пониженной Б степени уплотнения балласта, также практически неуплотненные зоны В (рис. 4.2,а). Снижение степени уплотнения балласта в подрельсовом сечении (зона Б) связано с особенностями компоновки подбоек. Здесь уплотнение происходит вследствие действия бокового распора в балласте с выдавливанием части щебня из зоны непосредственного воздействия подбоек (зона А). Это косвенное воздействие на балласт малоэффективно для достижения высокой степени уплотнения материала.

Устойчивость пути после такого уплотнения балласта ухудшается еще и потому, что под действием поездной нагрузки щебень выдавливается из-под шпал в шпальные ящики, в которых степень уплотнения балласта низкая (зона Г). Поэтому наибольший эффект от подбивки шпал ВПМ циклического действия может быть достигнут при уплотнении балласта в шпальных ящиках. На практике для этого используются либо специализированные машины, либо послойно подбивают шпалы при толщине свежеотсыпанного балласта 120—150 мм. В этом случае сменная выработка машин резко снижается, а энергозатраты увеличиваются.

Рис. 4.2 Расположение зон уплотнения в балластной призме рабочими органами ВПМ:

а — циклического действия; б — непрерывного действия; А — высокая степень уплотнения; Б — пониженная; В — практически неуп­лотненный балласт; Г — низкая

 

При работе ВПМ непрерывного действия весь объем балласта, находящийся под рельсошпальной решеткой, в том числе и в шпальных ящиках, подвергается вибровоздействию подбивочных виброплит, а, следовательно, происходит его уплотнение, хотя и с различной степенью. Так, по опытным данным, наилучшее уплотнение достигается в наиболее нагруженной части балластной призмы, в подрельсовом сечении (рис. 4.2, б).

Кроме того, при сплошной подбивке шпал ВПМ непрерывного действия с соблюдением технологий достигается более равномерное уплотнение материала под шпалами по сравнению с раздельным способом подбивки.

В целом увеличение объема балласта под рельсошпальной решеткой и высокая равномерность его уплотнения способствуют более стабильному состоянию пути.

Анализируя используемые для подбивки шпал способы и конструкции рабочих органов, следует отметить следующее. В совершенствовании рабочих органов и в технологиях производства работ ВПМ циклического действия практически исчерпаны возможности улучшения сочетания таких эксплуатационных характеристик, как качество подбивки шпал и высокая производительность. Более эффективным является способ подбивки пути со стороны торцов шпал. Совершенствование рабочих органов и машины в це­лом должно быть обоснованным и опираться на результаты исследований и практику применения машин. На современном этапе конструктивного исполнения ВПМ и технологий ремонтов пути для выполнения большого объема выправочно-подбивочных работ целесообразно, применять комплект машин в составе ВПО-3-3000 (ВПО-3000), «Дуоматик» (ВПР-02), ДСП. Машиной ВПО следует выполнять основной объем выправки и подбивки пути. Машинами циклического действия — отделочные работы с более точной выправкой пути. Применение ДСП способствует повышению стабильности пути, главным образом вследствие увеличения площади опирания основания шпал на балласт.