Технология уплотнения щебёночного балластного слоя машинами типа ВПО в процессе глубокой очистки щебня тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат технических наук Атаманюк, Александр Васильевич

• Атаманюк, Александр Васильевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Атаманюк, Александр Васильевич

Введение.

1. Аналитический обзор силовых факторов, воздействующих на путь, и технологий уплотнения щебёночной балластной призмы машинами.

1.1. О состоянии уплотнения и стабилизации щебёночного балластного слоя в процессе глубокой очистки.

1.1.1. Силовые факторы, воздействующие на железнодорожный путь.

1.1.2. Работа балластного слоя железнодорожного пути.

1.1.3. Уплотнённое состояние щебёночного балластного слоя, достигаемые современными технологиями производства путевых работ.

1.2. Технологии формирования, уплотнения и стабилизации балластной призмы после глубокой очистки щебня.

1.2.1. Технология фирмы «Plasser & Theurer» (Австрия).

1.2.2.Технология ЗАО «Тулажелдормаш» (г. Тула).

1.3. Выправочно-подбивочные и стабилизирующие машины-для уплотнения щебёночной балластной призмы после её глубокой очистки.

1.3.1. Классификация рабочих органов для уплотнения балластной призмы.

1.3.2. Рабочие органы выправочно-подбивочных машин циклического и непрерывно-циклического действия.

1.3.3. Рабочие органы выправочно-подбивочных машин непрерывного действия.

1.3.4. Рабочие органы машин для динамической стабилизации пути.

1.4. Современное состояние исследований технологий уплотнения щебёночного балластного слоя машинами.

1.5. Выводы по 1 главе.

2. Исследование на математических моделях процесса уплотнения балластного слоя рабочими органами путевой машины непрерывного действия с целью выбора их рациональных параметров.

2.1. Системный подход к определению факторов технологического процесса уплотнения балластной призмы, влияющих на выбор параметров рабочих органов.

2.2. Модель оценки уплотнённого состояния балластного слоя под шпалами с сегрегацией зон уплотнения.

2.3. Модель взаимодействия уплотнительных поверхностей виброплиты с балластом с учётом текущего изменения свойств щебёночного балласта при уплотнении.

2.4. Модель накопления изменений уплотнённого состояния балластного слоя под шпалами с учётом сегрегации и диффузии зон уплотнения.

2.5. Разработка расчётных программ для определения параметров виброплит.

2.6. Выводы по 2 главе.

3. Экспериментальные исследования уплотнения балластного слоя основными виброплитами машины ВПО.

3.1. Анализ методов и способов определения плотности балластного слоя.

3.1.1. Свойства балластных материалов, используемые в методах оценки качества уплотнения.

3.1.2. Выбор методов определения плотности балластного слоя в пути.

3.2. Разработка методики определения степени уплотнения балласта с использованием прибора УВП-ДИИТ.

3.2.1. Требования к участку пути.

3.2.2. Технические характеристики прибора.

3.2.3. Формулы для расчёта.

3.2.4. Схемы измерений.

3.2.5. Обработка данных эксперимента.

3.3. Экспериментальные исследования работы виброплит машины ВПО-ЗОООМ и обработка результатов.

3.4. Выводы по 3 главе.

4. Результаты теоретических и практических исследований процесса уплотнения балластного слоя и их анализ.

4.1. Сравнение результатов экспериментальных исследований с результатами расчётной модели.

4.2. Определение уплотняющего эффекта при послойном уплотнении балластного слоя комплексом путевых машин.

4.2.1. Графическая модель изменения состояния балластного слоя при уплотнении.

4.2.2. Оценка остаточной осадки пути до предельного уплотнения.

4.3. Методика выбора параметров и режимов работы модернизированной машины ВПО-ЗОООМ.

4.3.1. Рекомендации по выбору параметров и режимов работы виброплит модернизированной машины ВПО-ЗОООМ.

4.3.2. Технология работы комплекса с модернизированной машиной ВПО-ЗОООМ.

4.4. Система управления основной виброплитой машины ВПО.

4.5. Технико-экономическое обоснование применение машины ВПО-ЗОООМ в технологическом процессе глубокой очистки щебня.

4.6. Выводы по 4 главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология уплотнения щебёночного балластного слоя машинами типа ВПО в процессе глубокой очистки щебня»

Географическое положение Российской Федерации характеризуется-большой протяжённостью и условиями эксплуатации железнодорожных линий. В этих сложных условиях железнодорожный транспорт должен исполнять стратегическую функцию инфраструктуры — связи регионов страны в единый, хозяйственный комплекс. На железную дорогу приходится 80% грузовых перевозок (кроме трубопроводных) и 40 % пассажирских перевозок [54]. «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», принятая ОАО «РЖД», предусматривает реализацию проектов скоростных и высокоскоростных железных дорог общей протяженностью 13 тыс. км [25].

В перспективе развития железных дорог предполагается рост грузооборота с одновременным повышением скоростей движения- поездов, увеличением нагрузки на ось, а также проведением большого объема капитальных работ по усилению верхнего строения пути.

При воздействии поездных нагрузок на путь наибольшие изменения протекают в балластном слое. В. нём проявляются упругие и остаточные деформации. Последние со временем накапливаются, как правило, неравномерно, и вызывают отступления рельсовой колеи по уровню, перекосам и просадкам от норм содержания [37]. Для устранения отступлений и создания равноупругого балластного слоя пути периодически выполняются выправочно-подбивочно-рихтовочные и др. работы.

В настоящее время для формирования работоспособного (равнопрочного и равноупругого) балластного слоя [37] выполняются^ технологические операции: очистка и отсыпка балластного слоя; уплотнение балласта под постелью шпал (подбивка); уплотнение балласта в шпальных ящиках; уплотнение балласта плеча и откоса балластной призмы и междупутной зоны; планирование периметра балластной призмы; стабилизация балластного слоя. Эти работы выполняются щебнеочистительными машинами (СЧ-600, СЧ-601, РМ-80, ЩОМ-6Б и др.), выправочно-подбивочными (ВПО, ВПР, «Дуоматик 09-32» и др.), планировщиками балласта (lib и др.), динамическими стабилизаторами пути (ДСП и др.). Для машин, производящих уплотнение и стабилизацию, возникает необходимость оценки качества уплотнения балластного слоя каждой из этих машин.

Исследования пути [20, 28, 33] после проведения выправочно-подбивочных работ показали, что балласт недостаточно уплотнён в шпальных ящиках и под концами шпал, особенно железобетонных. Неравномерность уплотнения балластной призмы приводит к расстройству пути вследствие воздействия поездных динамических нагрузок. Сокращаются межремонтные сроки проведения ремонта пути, что приводит к увеличению дополнительных затрат.

После глубокой очистки щебня современные выправочно-подбивочные машины (ВПМ) не обеспечивают требуемое качество уплотнения балластного слоя толщиной 30 — 40 см [55].

Целью настоящей работы является разработка методики расчета и выбора технологических параметров и режимов взаимодействия уплотнительных рабочих органов (виброплит) выправочно-подбивочно-отделочной машины непрерывного действия типа. ВПО с балластным слоем, обеспечивающих качественное уплотнение щебеночного балластного слоя после его глубокой очистки.

Основными методами исследования являются:

- теоретический анализ;

- математическое моделирование;

- натурный эксперимент.

Для реализации поставленной цели потребовалось:

1. Исследовать факторы, влияющие на стабильное положение пути;

2. Изучить способы, определения плотности балластного слоя;

3. Разработать теоретическую модель уплотнения балластного слоя при силовом воздействии на него рабочими органами путевой машины типа ВПО;

4. Разработать методику экспериментального определения степени уплотнения балластного слоя после работы машин ВПО-ЗОООМ.

5. Установить связь между последовательным воздействием уплотнительных рабочих органов комплекса путевых машин на балластный слой.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и практических исследований технологии процесса уплотнения щебёночного балластного слоя рабочими органами машин непрерывного действия типа ВПО;

- методика определения на моделях геометрических параметров основных виброплит машин типа ВПО;

- рекомендации по выбору рациональных технологических параметров уплотнительных рабочих органов машин непрерывного действия типа ВПО в процессе глубокой очистки щебня.

Заключение диссертации по теме «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог», Атаманюк, Александр Васильевич

Общие выводы

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-ЗОООМ.

2. Разработана математическая модель взаимодействия балласта с основной виброплитой машины ВПО, позволяющая определить геометрические параметры виброплиты (см. табл. 2.1), 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-ЗОООМ 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 Еср =0,16 или средний коэффициент пористости под шпалами вср. = л

0,64 или объёмная плотность р = 1,65 т/м ) при уплотнении его основными виброплитами машины ВПО-ЗОООМ, которые подтверждены при расчёте на теоретической модели (Е = 0,163 или 8 = 0,674 или р = 1,55 т/м ) 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-ЗОООМ, обеспечивающие требуемую степень уплотнения: параметры вибрации: амплитуда А = (3.4) мм, угловая частота со = 220 с"1 и режимные параметры машины: рабочая скорость движения (0,22 . 0,33), м/с или FM = (0,8. 1,2), км/ч, величина выправочной подъёмки пути Ah < 50 мм.

6. Дано теоретическое и практическое обоснование целесообразности использования'машины ВПО-ЗОООМ 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Атаманюк, Александр Васильевич, 2010 год

1. Семёнов В.Т., Карпущенко Н.И. Состояние и перспективы развития путевого хозяйства. — Новосибирск: Изд-во СГУПСа (НИИЖТа), 2000. - 246 с.

2. Сазонов В.Н. Стратегия развития путевого комплекса российских железных дорог // Евразия вести. — 2003, № 9. - С. 2—3.

3. D. Burns. Exhibitions travelling technics in Dallas and Muenster. Railway Gazette International, 2003, № 5, p. 269 274.

4. Устройство, ремонт и текущее содержание железнодорожного пути: Учебник для ПТУ / С.В. Амелин, М.П. Смирнов, В.И. Рязанцев и др.; Под ред. С.В. Амелина. М.: Транспорт. 1991. - 272 с.

5. Ермаков В.М. Путевое хозяйство накануне реформирования // Путь и путевое хозяйство. — 2002. — № 3. — С. 2-6.

6. ГОСТ 7392-2002. Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия.

7. Леманский A.JI. Новый стандарт на щебень // Путь и путевое хозяйство. — 2003.-№5.-С. 7.

8. Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / С.А.Соломонов, М.В.Попович, В.М.Бугаенко и др.; Под ред. С.А.Соломонова. М.: Желдориздат, 2000. - 756 с.

9. Цыкунов Ю.И. Послойное уплотнение балласта // Путь и путевое хозяйство. 2005. - № 9. - С. 14-17.

10. Гапеенко Ю.В. О щебнеочистителях нового поколения // Путь и путевое хозяйство. 2004. - №. 5 - С. 29-32.

11. Е. Klotzinger. Further development of mechanized ballast cleaning, RTR -Railway Technical Review 2-3/2002.

12. Тарасов Ю.З. Партнёрство и конкуренция во имя развития. // Газета «Евразия Вести». 2003. - № 12. - С. 10-11.

13. W. Weart. Modern technics for ballast distribution. Progressive Railroading, 2002, № 8, p. 37 38, 40-41.

14. Цыкунов Ю.Г., Краснов 0:Г. Сравнение динамических стабилизаторов // Путь и путевое хозяйство. — 1999. № 12. - С. 8 - 10.

15. Машина выправочно-подбивочно-рихтовочная» для стрелочных переводов

16. ВПРС-02: Техническое описание 1024.00.00.000.т0 и Инструкция по эксплуатации 1024.00.00.000.' ИЭ / Министерство путей сообщения РФ. Центральное конструкторское бюро тяжелых путевых машин. — М.: Транспорт, 1995. 477 с.

17. Иванов Е.Р. и др. Выправочно-подбивочно-отделочная путевыя машина

18. ВПО-ЗООО. / Е.Р. Иванов, М.А. Плохоцкий, М.В. Попович, А.П. Щербакова. — М.: Транспорт, 1976. — 263 с.

19. Попович М.В., Бондарь В.Л., Волковойнов Б.Г. Эффективные методы использования динамического стабилизатора пути. // Путь и путевое хозяйство. 1998. - № 6. - С. 16-17.

20. Гапеенко Ю.В., Митрохин А.Н., Мензулин Э.Х., Самохина Л.Ф. Комплексные технологии уплотнения балластного слоя // Путь и путевое хозяйство. 2006. - № 12. - С. 17-21.

21. Задорин Г.П. Эксплуатационные свойства выправочно-подбивочных машин // Путь и путевое хозяйство. — 2007. — № 11. — С. 22 — 24.

22. Бидуля А.Л., Краснов О.Г., Ефгшенко А.В. Уплотнение слоя щебня ограниченной толщины // Путь и путевое хозяйство. — 2003. — № 12. — С. 2—4.

23. Бидуля A.JI., Агапов Д.Г., Погорелое Д.Ю. Компьютерное моделирование железнодорожного балласта в плоской твёрдотельной постановке.

24. Якунин В.И. Политология транспорта. Политическое измерение транспортного развития. М. ЗАО «Издательство «Экономика»», 2006. - 432 с.

25. Гуленко Н.Н., Фомин В.В. Механизация и автоматизация путевых работ за рубежом. М.: Транспорт, 1975. — 232 с.

26. Волковойнов Б.Г. Исследование изменения свойств щебня от направления силового воздействия в объёме, ограниченном стенками* разной жёсткости. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — JL, 1980.-136 с.

27. Богданов В.М. Приоритетные задачи повышения качества в хозяйстве пути // Газета «Евразия вести». 2005. - № 9. — С. 23.

28. Информационные материалы фирмы «Kershaw Manufacturing Company» США, Web: www.kershawusa.com.

29. Информационные материалы АО «МТН Praha a.s.», Чехия, Web: www.mth.cz.

30. Атаманюк А.В. Уплотнение балласта модернизированной ВПО-ЗООО. // Путь и путевое хозяйство. — 2008. — № 3. С. 20—21.

31. Содержание балластной призмы железнодорожного пути. / Е.С. Варызгин, Б.Н. Бондаренков, А.Н. Марготьев, В.Ф. Федулов; Под ред. Е.С.Варызгина. — М.: Транспорт, 1978. 142 с.

32. 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.

33. Леманский А.П. Экспериментальные исследования • деформативных свойств щебня фракции 25.60 мм в лабораторных условиях. // Вестник ВНИИЖТ. 2003 - № 5. - С. 29-32.

34. Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной-выправке пути. ЦПТ-53. ОАО «РЖД». -М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. 182 с.

35. Леманский А.П. Упругие свойства щебёночного балласта при статическом нагружении // Вестник ВНИИЖТ. 2003. - № 4. - С. 30-32.

36. Попович М.В. Исследование процесса уплотнения щебёночной призмы виброплитами машины ВПО-ЗООО с установлением их рациональных параметров и режимов работы. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. JL, 1967. — 159 с.

37. Вялое С. С. Реологические основы механики грунтов: Учеб. пособие для строительных вузов. М.: Высш. школа, 1978. - 447 с.

38. Повышение качества уплотнения балласта. Сырейщиков Ю.П., Задорин Г.П., Лукин Е.А. М.: «Транспорт», 1977. — 24 с. (Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта. Достижения науки и техники в производство!).

39. Проектирование шпалоподбивочных органов машин циклического действия: Методические указания / Сост. Г.П.Задорин. Новосибирск: НИИЖТ, 1985.-53 с.

40. Сидоров Н.Н., Сипидин В.П. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов. — JL: Издательство литературы по строительству, 1972. — 136 с.

41. Терехин JT.H. Гидроплотномер // Путь и путевое хозяйство. — 1991. — № 1-. С.-17.

42. Терехин JT.H. Пневмоплотномер // Путь и путевое хозяйство. 1994. — № 1.С.-25.

43. Автоматика и автоматизация производственных процессов в строительстве и путевом хозяйстве / Под ред. В.Ф. Яковлева. — М.: Транспорт, 1990. С. 106 - 107.

44. Сухих Р.Д. Путевые механизмы и инструмент. — М.: Транспорт, 2002. — С. 391-392.

45. Берман М.А. Определение плотности щебёночного балласта призмы динамическим методом. Проблемы механики земляного полотна на ж.д. // (К-190/6-9) В книге «Вопросы гидротехники». — М., 1965, № 9.

46. Единая методика экспериментальных исследований по оценке и определению степени и равномерности уплотнения щебёночного-балласта. Утверждена зав. Отделением ПМ ЦНИИ Исаевым К.С.

47. Налимов В.В. Теория эксперимента. М., «Наука», 1971, — 208 с.

48. Цигелъный П.М., Терехин JI.H. Методы оценки качества уплотнения щебёночного балласта железнодорожного пути. ЦИНТИ МПС №1, 1966.

49. Цигелъный П.М. Об изменении некоторых свойств балластных материалов в процессе их уплотнения. — Труды ВНИИЖТ МПС, вып. 217. М.: «Трансжелдориздат», 1961, - С. 25—31.

50. Цигелъный П.М. Определение плотности балластных материалов путём просвечивания их гамма-лучами. — Труды ВНИИЖТ МПС, вып. 217. М.: «Трансжелдориздат», 1961, — С. 32—47.

51. Постановление правительства РФ от 18.05.2001 г. № 384 «О программе4 структурной реформы на железнодорожном транспорте».

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

53. Попов С. Н. Балластный слой железнодорожного пути. — М.: Транспорт, 1965.-183 с.

54. Беделъ Л.И., Воробьёв В.В., Воскресенская Н.С. Методика определения характеристик для оценки качества ремонта пути выправочно-подбивочными машинами. М.: ПМ ЦНИИ МПС - ЦКБ ТПМ, 1975. - 29 с.

55. Сырейщиков Ю.П. К вопросу об оценке и необходимом качестве уплотнения щебёночного балласта. — Труды ЦНИИ МПС, 1976, вып. 552, С. 55-64".

56. М.В.Попович, Б.Г.Волковойнов, А.В.Белов, А.А.Константинов и, А.Н.Замятин. «Система управления рабочим органом* для уплотнения железнодорожного пути» Авт. св. СССР № 1096324, Е01В 27/12, заявл. 25.11.82 опубл. 07.06.81 Бюл. № 21.

57. Цыкунов Ю.И., Ноздрачёв Г. С., Макеев М.А. Оптимальные режимы уплотнения балласта // Путь и путевое хозяйство. 2009. - № 8. — С. 2—4.

58. Инструкция» по текущему содержанию железнодорожного пути. Департамент пути и сооружений, ЦП-774. М:: Транспорт, 2000. - 223 с.

59. Пановко Я.Г. Введение-в теорию механических колебаний. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. —272 с.

60. Певзнер В. О. Деформативность и стабильность пути // Путь и путевое хозяйство. 2005. - № 2. с. 23 - 26.

61. Крейнис З.Л., Певзнер В.О. Железнодорожный путь. Учебник. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. — 432. с.

62. И.П. Киселёв, Е.А. Сотников, В. С. Суходоев. Высокоскоростные железные дороги. СПб.: ПГУПС, 2001. - 60 с.

63. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. — М.: Транспорт, 1987. 479 с.

64. МПС РФ. Департамент пути и сооружений. Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности. — М.: ГГГКБ ЦП 11МПС, 2000. 40 с.

65. Основы устройства и расчёта железнодорожного пути / Т.Г. Яковлева, В.Я. Шульга, С.В. Амелин и др.; Под ред. С.В. Амелина и Т.Г. Яковлевой. -М.: Транспорт, 1990. 367 с.