Видеоканал РЦИТ на YouTUBE


Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru


ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
«Регионального Центра Инновационных Технологий»
ПУТЕВЫЕ МАШИНЫ
применяемые в оао «ржд»
Конструкция, теория и расчет
Глава 10.


   Содержание

       ВВЕДЕНИЕ
   1. МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
   2. ПУТЕВАЯ МАШИНА, КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
   3. ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН
   4. МАШИНЫ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
   5. МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ И ПОДЪЕМКИ ПУТИ
   6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
   7. МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ
   8. МАШИНЫ ДЛЯ УКЛАДКИ И РАЗБОРКИ ПУТИ
   9. МАШИНЫ ДЛЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ РЕЛЬСОВЫХ ЗВЕНЬЕВ

 10. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ БАЛЛАСНОЙ ПРИЗМЫ, ВЫПРАВКИ И ОТДЕЛКИ ПУТИ
   10.1. Физические основы уплотнения балласта
     10.1.1. Принципы работы выправочно-подбивочных машин, классификация машин
     10.1.2. Поведение рельсошпальной решетки и балластного слоя при действии нагрузки
     10.1.3. Показатели качества уплотнения
   10.2. Теоретические основы механизированной выправки пути
     10.2.1. Основные понятия и определения 
     10.2.2. Структура системы выправки путевой машины, предъявляемые требования
     10.2.3. Классификация систем выправки 
     10.2.4. Механизированные системы выправки пути сглаживающего типа
     10.2.5. Системы выправки с измерением положения пути по трем точкам
     10.2.6. Система выправки с измерением положения пути по четырем точкам
     10.2.7. Динамический анализ сглаживающих свойств систем выправки с использованием передаточных функций 
     10.2.8. Системы выправки пути, реализующие точные методы постановки пути в проектное положение 
   10.3. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины ВПР-02М, ВПРС-02
   10.4. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина DUOMATIC 09-32 CSM
   10.5. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина UNIMAT COMPACT 08-275/3S-16
   10.6. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для пути и стрелочных переводов ВПРС-03
   10.7. Подбивочно-выправочная машина-автомат ПМА-1 
   10. 8. Основы расчета подбивочного блока
     10.8.1. Взаимодействие лопаток подбоек и уплотняемого балластного слоя
     10.8.2. Расчет эффекта уплотнения балласта подбивочным блоком
     10.8.3. Расчет энергетических характеристик приводов подбивочного блока
     10.8.4. Расчет усилий гидроцилиндров привода подачи подбоек
   10.9. Выправочно-подбивочно-отделочная машина непрерывного действия
     10.9.1. Устройство выправочно-подбивочно-отделочной машины ВПО-3-3000С
     10.9.2. Система выправки пути машины ВПО-3-3000 
   10.10. Основы расчета параметров виброплит
     10.10.1. Взаимодействие клина виброплиты с балластным материалом
     10.10.2. Силовые и энергетические параметры взаимодействия клина виброплиты с объемом балласта
     10.10.3. Уплотнение балластного основания рабочими органами непрерывного действия
   10.11. Динамические стабилизаторы пути ДСП, МДС
     10.11.1. Устройство и принцип действия динамических стабилизаторов пути
     10.11.2. Уплотнение балластного основания рабочим органом динамического стабилизатора пути
   10.12. Машины для правки стыков (устройство, принцип действия)
   10.13. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины зарубежного производства
     10.13.1. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины серии 09-3X
     10.13.2. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина 08-475 Unimat 4S
     10.13.3. Балластировочный, выправочно-подбивочный и стабилизирующий комплекс PUMA-2000

 11. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПУТИ
 12. МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПУТИ ОТ СНЕГА
 13. ТЯГОВЫЕ, ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
 14. МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ  
      Список литературы



ГЛАВА 10
МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ БАЛЛАСНОЙ ПРИЗМЫ,
ВЫПРАВКИ И ОТДЕЛКИ ПУТИ


 Рис. 10.1. Положение рельсошпальной решетки в прямоугольной системе координат 0XYZ

   В процессе эксплуатации железнодорожного пути на путевую решетку воздействуют поездные нагрузки, которые передаются на балластный слой и вызывают его обратимые (упругие) и необратимые (остаточные) деформации. С течением времени деформации накапливаются, как правило, неравномерно по протяжению пути (рис 10.1). Положение рельсошпальной решетки (РШР) изменяется сначала в пределах отступления I степени допусков, а затем и за пределами допусков (натурное положение), т.е. наблюдаются расстройства пути, вызывающие эксплуатационные ограничения (скорости движения поездов и др.). Для обеспечения плавного и безопасного движения поездов периодически требуется устанавливать путевую решетку в проектное положение (производить выправку) и одновременно фиксировать её уплотнением балластного слоя (производить подбивку). В путевом хозяйстве эти технологические операции выполняются машинами и механизмами для уплотнения и стабилизации балластной призмы, выправки и отделки пути.

   10.1. Физические основы уплотнения балласта, показатели качества уплотнения

   10.1.1. Принципы работы выправочно-подбивочных машин, классификация машин


 Рис. 10.2. Классификация машин и рабочих органов для уплотнения
и стабилизации балласта, выправки и отделки пути

   Путевые машины и механизмы для уплотнения балластного слоя, выправки пути и отделки балластной призмы классифицируют по периодичности действия, выполняемой рабочей функции, числу одновременно подбиваемых шпал, и др. (рис. 10.2). Для механизации выправочно-подбивочных и отделочных работ применяются выправочно-подбивочно-рихтовочные машины
   - циклического действия:
      - магистральные типа ВПР (ВПР-02М и др.) и
      - универсальные (для стрелочных переводов и пути) типа ВПРС (ВПРС-02, ВПРС-03, ВПРС-05, ВПР-04, Unimat и др.);
   - непрерывно-циклического действия (ПМА-1, ПМА-С, «Duomatic 09-32 CSM», «Dynamic Stophexpress 09-3X» и др);
   - непрерывного действия типа ВПО (ВПО-3-3000, ВПО-3-3000С).

Работы по уплотнению балласта в шпальных ящиках и на откосах производятся машинами типа БУМ (БУМ-1М). Окончательное стабилизирующее уплотнение балластного слоя производится динамическими стабилизаторами пути (ДСП-С, МДС). Применяются также специализированные машины для рихтовки пути типа ПРБ непрерывного действия системы В.Х.Балашенко, машины Р-2000 и Р-02, работающие в непрерывном и циклическом режимах. В транспортном строительстве нашли применение выправочно-подбивочно-рихтовочноые машины (ВПРМ) на базе трактора.


 Рис. 10.3. Рабочие органы для уплотнения и стабилизации балластного слоя

   Машинами производится уплотнение балласта, находящегося в обрабатываемой зоне призмы, способами его силового обжатия с подачей или без подачи дополнительных порций материала из других зон. Большинство механизмов рабочих органов выправочно-подбивочных и уплотнительных машин используют способ, сочетающий вибрирование в горизонтальном, вертикальном или ином направлении с принудительной силовой подачей – виброобжатие. Уплотнение слоя в подшпальной зоне (рис. 10.3) осуществляется выправочно-подбивочными машинами за счет его горизонтального виброобжатия со стороны продольных кро-мок шпал лопатками подбоек для машин циклического и непре-рывно-циклического действия (рис. 10.3, а) и со стороны торцов шпал виброплитами с наклонными в плане уплотнительными клиньями для машин непрерывного действия (рис. 10.3, б). В первом случае последовательно выполняются операции заглубления подбоек, обжатия балласта при сведении к шпале их лопаток, раскрытия подбоек, подъема над УВГР и перемещения для обработки следующей шпалы или группы шпал. Во втором случае при непрерывном движении машины в направлении Vм балласт в подшпальную зону принудительно подается клином, уплотнительная поверхность которого расположена под углом атаки b к направлению движения. Уплотнение балласта в откосно-плечевой или междупутной зонах производится виброплитами, прижимаемыми с нагрузкой P. Виброплита в этом случае устанавливается на откос (рис. 10.3, в) или на плечо (рис. 10.3, г). Уплотнение балласта в шпальных ящиках при виброобжимном воздействии реализуется через штампы (рис. 10.3, д). Динамический стабилизатор пути уплотняющее воздействие на подшпальную зону балластного слоя производит через путевую решетку. Она прижимается вертикальной нагрузкой P, с одновременным вибрированием в горизонтальном и вертикальном направлениях (рис. 10.3, е).


 Рис. 10.4. Рабочие органы для выправки рельсошпальной решетки

   Выправка машинами рельсошпальной решетки в продольном профиле, плане и по уровню (см. рис.10.1) производится рабочими органами – подъемно-рихтующими устройствами (ПРУ), различными по конструктивному исполнению и принципу действия (рис. 10.4). Для устранения местных неровностей РШР используются гидравлические путевые домкраты и рихтовочные приборы (рис. 10.4, а) или моторные гидравлические рихтовщики (рис. 10.4, б). Подъем путевой решетки путеподъемниками циклического действия производится с опорой на балласт, а сдвиг ее – с использованием анкерных устройств (рис. 10.4, в) или перемещением в горизонтальной плоскости (рис. 10.4, г). Машины циклического действия – магистральные типа ВПР (рис. 10.4, д) и универсальные типа ВПРС (рис. 10.4, е) имеют ПРУ с роликовыми захватными устройствами, а машины ВПРС – дополнительно оборудуются крюковыми захватами (рис. 10.4, ж). Подъемно-рихтовочные устройства машин непрерывного действия оснащаются гусеничными клещевыми захватами (рис. 10.4, з) для машин типа ВПРМ, либо электромагнитно-роликовыми захватными устройствами (рис. 10.4, и) для машин типа ВПО. Универсальные выправочно-подбивочно-рихтовочные и отделочные машины, как правило, оборудуются трехкоординатными выправочными устройствами и уплотнительными рабочими органами, так как процессы выправки и подбивки пути сопряжены по зоне и времени их выполнения.

   Дополнительными рабочими органами для уплотнения балласта и выправочными системами оснащаются и другие путевые машины (электробалластеры, щебнеочистительные машины, комплекты сменного оборудования на базе тракторов и др.).

   10.1.2. Поведение рельсошпальной решетки и балластного слоя при действии нагрузки


 Рис. 10.5. Распределение давления от колесной пары через путевую решетку
на балластный слой и основную площадку земляного полотна

   Элементы верхнего строения железнодорожного пути (рельсы, рельсовые скрепления, шпалы и балластный слой), имеют назначение упруго воспринимать и перераспределять на основную площадку земляного полотна статические и динамические нагрузки от подвижного состава. При действии нагрузки от колесной пары Pкп = 100−250 кН напряжение на основной площадке земляного полотна, передаваемое через балластный слой, не должно превышать всего sсл = 0,05−0,08 МПа (рис. 10.5).

   В результате такого силового воздействия в балластном слое происходят износ, разрушение и изменения взаимных положений слагающих его частиц, реализуются его упругие и остаточные деформации и, как следствие, изменяется положение рельсов в продольном профиле (просадки), плане (сдвижки) и по уровню (перекосы). Упругие деформации проявляют себя только под нагрузкой. Остаточные деформации в период эксплуатации накапливаются неравномерно по длине пути, поэтому периодически требуется исправлять его положение, выполняя работы по выправке пути в продольном профиле, в плане и по уровню с одновременным уплотнением балласта в подшпальной зоне, откосно-плечевых зонах и в шпальных ящиках.


Рис. 10.6. График накопления остаточных осадок пути
в зависимости от пропущенного тоннажа брутто

   Остаточные осадки рельсовых нитей неравномерно накапливаются также и от пропущенного тоннажа. Это дает основание выделить из общего «времени жизни» слоя периоды (рис. 10.6):
   Т1 − стабилизации с интенсивным и постепенно затухающим накоплением осадок;
   Т2 − нормальной эксплуатации, когда осадки накапливаются медленно;
   Т3 − эксплуатации с постепенным увеличением остаточных осадок и
   Т4 − аварийный период, который может закончиться закрытием участка для движения поездов.

   Стабилизация – приведение балластного слоя в по-стоянное устойчивое к статическому и динамическому силовому воздействию состояние. Наиболее распространенный способ стабилизации – уплотнение. Уплотнение – процесс повышения плотности балластного материала (щебень, гравий, песок) за счет увеличения концентрации частиц в единице объема, соответствующей более упорядоченному по расположению и форме их пространственному построению (текстуре) при силовом воздействии.

   С точки зрения реологии, как раздела механики грунтов, уплотнение является затухающей стадией (фазой) ползучести грунта, фазой «упаковки» [13]. Объем балластного материала в слое рассматривается как сыпучая среда с внутренним трением, которая при уплотнении теряет способность поглощать энергию, так как приобретает повышенные упругие свойства. Этой стадии поведения балласта под нагрузкой от поездов, соответствует период стабилизации T1. К концу периода достигается стабилизированное состояние балласта, а балластная призма получает способность длительное время воспринимать эксплуатационную нагрузку. Ее уплотненное состояние характеризуется некоторой предельной для данных условий относительной осадкой уплотнения Eп. Текущее состояние балласта в этой фазе характеризуется относительной осадкой Eу < Eп.


 Рис. 10.7. Расчетная схема к определению относительной осадки уплотнения E

   После достижения предельного состояния (Eу ≈ Eп) балласт полностью теряет способность дальше уплотняться, при этом достигает максимума несущей способности. Если нагрузки на объем балласта не превышают предельных значений, то он длительно сохраняет свое стабильное состояние, наступает стадия установившегося течения [13]. Связи между частицами щебня в слое становятся устойчивыми, полученная текстура уплотнения длительно сохраняется. Балластный слой очень медленно накапливает осадки. Они обусловлены в основном отколами на поверхностях частиц и накоплением загрязнений в призме, приводящими к постепенному ослаблению контактов между частицами и снижению ее несущей способности. На рис. 10.7 это период нормальной эксплуатации T2.

   Третья стадия течения грунта – стадия разрушения [13]. Сначала происходит увеличение скорости накопления пластических деформаций без существенного разрушения тела призмы (предремонтный период T3), а затем наблюдается вязкое разрушение тела призмы с быстрой потерей несущей способности (период аварийной эксплуатации T4). Стадия разрушения может наступить и после превышения предельных нагрузок. В случае замкнутого объема происходит разрушение самих частиц (получается своеобразная «ступа»), а если границы объема сопротивляются недостаточно, то происходит перемещение масс балластного материала в прилежащие объемы с разрушением сформированного ядра уплотнения. Текстура становится менее упорядоченной.

   10.1.3. Показатели качества уплотнения

   При проектировании современные путевые машины в основном рассчитываются на работу с тяжелыми типами РШР, опирающимися на слой щебня. Щебень представляет собой сыпучую среду, состоящую из частиц (зерен) и промежутков между ними, которые заполнены в основном воздухом. Сыпучее тело обладает некоторыми свойствами, отличающими его от классических твердых тел и жидкостей. С одной стороны оно может сохранять форму (обладает упругостью формы), которую ему придали машиной, а с другой стороны оно может терять форму, например под воздействием вибраций. Большое значение в сохранении упругости формы имеет внутренняя текстура (взаимное построение частиц). Более рыхлое и менее упорядоченное построение соответствует снижению возможности воспринимать нагрузку, а менее рыхлое и более упорядоченное построение частиц способствует повышению несущей способности. При рыхлом состоянии в большей степени проявляются распорные свойства балластного материала. Распорные свойства характеризуются появлением бокового давления, перпендикулярного основному давлению. Если боковому давлению ничего не противодействует, происходит выпирание балласта в стороны с разрушением основного тела.

   В настоящее время основные свойства щебня содержатся в ГОСТ 7392-2002 «Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути». Щебень получается путем дробления материала из изверженных горных пород с плотностью не менее 2,4 г/см3 и состоит из частиц фракций в пределах 25−60 мм.

   Состояние балластной призмы (слоя) характеризуется качеством уплотнения. То, как быстро накапливаются остаточные осадки под поездами в произвольно взятом поперечном сечении пути, зависит от степени уплотнения слоя, а то, как эти осадки распределены пространственно вдоль и поперек пути зависит от пространственного распределения степени уплотнения, т.е. от неравномерности уплотнения вдоль и поперек пути.

   Для анализа показателей уплотнения представим себе слой балласта, который в начальный момент времени имеет толщину Hн (рис. 10.7) [58]. После силового воздействия на него в вертикальном направлении происходит обжим, в результате чего новая толщина слоя становится равной Hу. Состояние слоя до и после уплотнения можно характеризовать величинами осадок DHн, DHу из гипотетического предельно рыхлого состояния, которое характеризуется толщиной H0. Более наглядно уплотнения балластного слоя выражается в показателях относительной степени осадки из предельно рыхлого состояния, соответственно, для начального и уплотненного состояний:

   (10.1)
   где DVн, DVу – уменьшения объемов балластного слоя до и после его уплотнении из гипотетического предельно рыхлого состояния;
V0 – объем слоя в указанном рыхлом состоянии, которое принимается как базовое.

   Машина приводит балластный слой из некоторого состояния предварительного уплотнения в состояние после уплотнения, поэтому можно считать, что машина «добавляет» относительную осадку слоя в указанном смысле на величину:

   (10.2)

   В этом смысле относительные осадки пути аддитивны, так как накапливаются и определяются относительно одного и того же базового состояния.

   Как видно из формул, относительную осадку можно определять и через соотношения объемов балластного слоя в разных его состояниях. В целом, это оценка на макроуровне внешних проявлений эффекта уплотнения.

   На микроуровне (на уровне взаимодействующих друг с другом частиц) используются два показателя, характеризующие соотношение объемов, занятых частицами Vс (объем скелета), и объемов, занятых воздухом Vп (объем пор). Это пористость n и коэффициент пористости e, соответственно:

   (10.3)

   Уплотненное состояние щебеночного балластного материала характеризует также объемная плотность ρу, как отношение массы щебня к занимаемому им объему. Однако объемная плотность зависит от плотности материала частиц, поэтому реже используется в расчетных моделях процесса уплотнения.

   Описанные выше показатели уплотненного состояния щебня связаны между собой соотношениями:

   (10.4)
   где ε0, εу − коэффициенты пористости, n0, nу − пористости предельно рыхлого и уплотненного состояний щебня;
ρс, ρу − плотность материала частиц и объемная плотность уплотненного щебня.

   Излагаемая здесь методика расчета уплотнительных рабочих органов путевых машин использует в качестве основных показателей коэффициент пористости e и относительную осадку слоя E.

   Пористость щебня по ГОСТ 7392-2002 в предельно рыхлом состоянии колеблется в пределах n0 = 0,42−0,45 (в среднем n0 = 0,435), а в предельно уплотненном состоянии nп = 0,36 − 0,37 (в среднем nп = 0,365) [45]. Расчет по формулам (1.4) показывает, что в предельно рыхлом состоянии коэффициент пористости ε0 = 0,724 − 0,818 (в среднем ε0 = 0,770), а в предельно уплотненном состоянии εп = 0,563 − 0,587 (в среднем εп = 0,575). Относительная осадка уплотнения предельного состояния составляет Eп = 0,18− 0,25, В расчетах уплотнительных рабочих органов путевых машин можно принимать: ε0 = 0,80, εп = 0,57 и Eп = 0,20. Эти значения удовлетворительно согласуются с полученными ранее данными для щебеночного балластного слоя, изготовляемого по предшествующим стандартам. Показатели оценки качества (степени и равномерности) уплотнения и стабилизации балласта пути приведены в табл. 10.1.

   Таблица 10.1. Показатели оценки качества (степени и равномерности) уплотнения и стабилизации балласта железнодорожного пути

 Показатель  Значения показателя или
формула определения
 практически
достигнутые
 предельные
Степень уплотнения:
  плотность, кг/м3
  пористость
  коэффициент пористости

  относительная осадка уплотнения
 

(1,9 - 2,1)103
0.33 - 0.34
0,49 - 0,51

0,22 - 0,25
 
Качество уплотнения max

min

Скорость осадки слоя,
мм/ т брутто
Vh = const
Ускорение (равномерность)
  осадки слоя,
  мм/(млн т брутто)2
Wh = 0

 

   Технологический процесс уплотнения массива балластного слоя связан с перераспределением под действием силовых факторов (рабочих органов или поездной нагрузки) объемов балласта внутри слоя с образованием локальных зон повышенной вследствие уплотнения (под рельсовыми нитями) и пониженной вследствие разуплотнения (в шпальных ящиках, под концами шпал) концентрации частиц. Балласт, как сыпучая среда, проявляет свои реологические свойства. Картина такого распределения обусловлена конструктивными особенностями рабочего органа и выбранными режимами взаимодействия. При каждом новом силовом воздействии на балластный слой рабочим органом, как это имеет место при работе машинных комплексов, происходит изменение картины распределения концентрации материала в слое. Относительная осадка уплотнения Eу после силового воздействия определяется по формуле [58]:

    (10.5)
   где Vн, Vу – объемы, занимаемые балластом до и после уплотнения.

   Модель применима для расчета эффекта уплотнения балластного слоя при однократном воздействии. Такой подход используется в большинстве методик расчета результата уплотняющего силового воздействия на балластный слой рабочими органами путевых машин.

   Вместе с тем, в более сложных технологических процессах реализуется многократное силовое воздействие на балластный слой. Например, для достижения желаемой степени уплотнения балластного слоя под шпалами выправочно-подбивочная машина циклического действия выполняет в одном рабочем цикле несколько обжимов балласта (особенно при износе подбоек или при больших подъемках), после в технологической цепочке производится дополнительная стабилизация пути динамическим стабилизатором. По необходимости производится дополнительная частичная подбивка балластного слоя электрошпалоподбойками.

   Расчетные модели таких процессов уплотнения, протекающих на последующих этапах силового воздействия, должны учитывать взаимодействие нескольких объемов балласта, каждый из которых характеризуется своим значением относительной осадки уплотнения Ei. Например, если уплотненное состояние ядра достигается за счет вовлечения в процесс двух исходных объемов балласта, то можно показать, что относительная осадка массива балластного слоя (ядра уплотнения) выражается формулой :

   (10.6)

   В этой формуле индексы н1, н2 при переменных обозначают, что показатель относится к первому и второму объемам до уплотнения.

   В приведенных зависимостях принято, что в ядре уплотнения происходит полная диффузия степени уплотнения, т.е. плотность ядра выравнивается. Используя предложенный подход, можно создавать и более комплексные модели, в том числе и те, которые учитывают диффузионное распределение плотности в ядре. Эти модели требуют проведения экспериментальных исследований для определения нужных характеристик рассматриваемого процесса.

   Модель (1), 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 (2). Для оценки работы комплекса машин с уплотнительными рабочими органами, последовательно обрабатывающими балластную призму, необходимо производить многошаговые вычисления.

   Самый распространенный способ уплотнения балластного слоя – вибрационный обжим. Начальное состояние балласта характеризуется относительной осадкой уплотнения Eн, а состояние после силового воздействия – относительной осадкой уплотнения Eу. В расчетах уплотнительных рабочих органов используется понятия гипотетического предельно рыхлого состояния и предельно уплотненного состояния. Они характеризуются соответ-ствующими относительными осадками уплотнения E0 и Eп. Выше приведены зависимости, характеризующие изменение относительной осадки уплотнения при обжиме одного объема (10.5) или при соединении двух объемов в один объем балласта (10.6).


 Рис. 10.8. Накопление относительной осадки уплотнения E в балластном слое
при воздействии поездной нагрузки в зависимости от пропущенного по участку тоннажа T

   Поскольку есть предельно уплотненное состояние балласта, то стабилизация путем уплотнения моделируется процессом насыщения принятого к рассмотрению показателя уплотнения – относительной осадки E. Такой моделью описывается, например, процесс повышения температуры корпуса электродвигателя при включении его в постоянный режим работы и др. Процесс накопления относительной осадки E балластного слоя, например, при стабилизации в период T1 (рис. 10.8) можно описать выражением:

   (10.7)
   где Eн – начальная относительная осадка уплотнения, получаемая при статическом обжиме балласта сразу после приложения нагрузки
(в этом случае она получается в результате воздействия колесных пар машин при работе);
Eп – предельно возможная для конкретного характера силового воздействия относительная осадка уплотнения;
KE – коэффициент крутизны нарастания относительной осадки уплотнения от начала силового воздействия, 1/млн т брутто
(для случая Eн=0, получен коэффициент крутизны KE~ 0,4, совпадающий с результатами исследований [8]);
T – пропущенный тоннаж с учетом динамических факторов, млн т брутто.

   При возрастании пропущенного тоннажа относительная осадка асимптотически стремится к предельному значению Eп, поэтому тоннаж T1, соответствующий периоду обкатки (рис. 10.8), назначается в значительной степени директивно, с учетом накопленного опыта эксплуатации. Пунктирная линия отражает крутизну нарастания относительной осадки в начальный момент приложения поездной нагрузки. Если бы не было насыщения, то относительная осадка возрастала бы бесконечно. В результате работы путевой машины относительная осадка уплотнения становится равной Eм, что означает, что машина позволила уменьшить стабилизационный тоннаж T1 на величину Tм. Для достижения стабильного состояния балластного слоя остается пропустить тоннаж Tост.

   Зависимость (10.7), в общем случае, применима и к некоторому элементарному объему балласта, подвергаемому силовому вибрационному воздействию вибрирующей поверхностью с нарастающим в каждом цикле давлением p, кПа. В этом случае величина T приобретает смысл интегрально накопленной балластом нагрузки в течение времени цикличного воздействия вибрирующей поверхности, кПа:

   (10.8)
   где ω – угловая частота колебаний вибрирующей поверхности, рад/с;
tв – время воздействия вибрирующей поверхности, с;
i – счетчик циклов колебаний (i = 1, 2,…, N).

   В каждом цикле вибрационного обжима балласт деформируется упруго, и накапливает неупругие деформации. При неупругом деформировании становится более упорядоченной и концентрированной текстура, возрастает модуль упругости. В последующем цикле необходимо уже приложить большее давление, чтобы происходило неупругое деформирование. Грунты не имеют явно выраженной площадки текучести, как, например стальные образцы при испытаниях на разрыв, так как их деформирование при уплотнении сопровождается изменениями текстуры.

   Предел давления, при котором балластный материал начинает течь рекомендуется вычислять по формуле, кПа:

   (10.9)
   где q – опытный коэффициент q = (0,3 – 0,5)∙103 кПа для рыхлого балласта; q = (0,6 – 0,8)∙103 кПа для уплотненного балласта;
ε – коэффициент пористости балласта, который связан с другими показателями уплотнения, что следует их формул (10.4).

   Промежуточные значения коэффициента q можно определить методом линейной интерполяции, например, приняв q0 = 0,3∙103 кПа для предельно рыхлого щебня и qп = 0,8∙103 кПа для предельно уплотненного щебня. Формулу можно использовать для ε > 0,5.

   Нарастание несущей способности балласта ограничено максимальным давлением pmax, кПа, которое может развить вибрирующая поверхность, а также случаем, когда достигнуто предельное по свойствам балласта относительное уплотнение Eп. Если pmax < pп (pп – давление, при превышении которого произойдет разрушение сформированной текстуры, кПа), то будет достигнута относительная осадка уплотнения Eу < Eп, и дальнейший обжим прекратится. Это означает, что балластный слой может нести данную нагрузку, упруго деформируясь.


 Рис. 10.9. Схема изменения состояния балластного слоя
при уплотняющем воздействии на него комплексом путевых машин

   При ориентировочной оценке осадок балластного слоя при силовом воздействии на него во многих расчетных моделях принимается во внимание только слой балласта, находящийся непосредственно под подошвами шпал. В этом случае, т.к. длина такого массива балласта вдоль пути не изменяется, не изменяется и ширина массива (по длине шпалы), то в приведенных выше формулах объемы могут быть заменены на соответствующие расстояния вдоль вертикальной оси (толщины слоя, выправочные подъемки, осадки и т.д.). Это дает основание анализировать в первом приближении схему состояний массива балластного слоя при комплексном силовом воздействии на него (рис.10.9). Состояния привязаны как к фактическим положениям путевой решетки, так и к фиктивным.

   На схеме показаны условно положения путевой решетки в процессе силового воздействия на балластный слой комплексом машин:
   EИ – исходная относительная осадка слоя, например, после работы щебнеочистительной машины для глубокой очистки;
   EВ1 – относительная осадка уплотнения после работы первой выправочно-подбивочной машины (например ВПО);
   EВ2 – относительная осадка уплотнения после работы второй выпарвочно-подбивочной машины (например ВПР);
   EД3 – относительная осадка уплотнения после прохода динамического стабилизатора пути;
   EЭ – относительная осадка уплотнения в результате эксплуатации балластного слоя при воздействии нагрузки от поездов.
   После полной стабилизации она соответствует предельно уплотненному балластному слою;
   HИ, HВ1, HВ2, HД3, HЭ – толщина балластного слоя после рассматриваемых воздействий (индексы соответствуют индексам при относительных осадках);
   hВПО, hВПР – выправочные подъемки пути машинами ВПО и ВПР;
   hДСП, hЭ – 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).

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

   Относительные и абсолютные осадки такого балластного слоя могут вычисляться с учетом изложенного подхода.

   Формоизменение нескольких массивов балласта с образованием общего результирующего массива применительно к конкретному рабочему органу или комплексу рабочих органов является нетривиальной задачей. Она требует учета многих факторов: параметров балластного слоя, путевой решетки, рабочих органов машин, поступающих и вытесняемых из рабочей зоны объемов материала, дополнительную дозировку балласта с подведением под шпалы и др.

   При накоплении динамических осадок (работа динамического стабилизатора или поездная нагрузка) задача накопления относительных осадок аддитивна, т.к. исходная гипотетическая толщина слоя H0 постоянна. Происходит формоизменение одного и того же массива балласта под шпалами, поэтому, при принятых допущениях, достаточно использовать формулу (10.1).

   Процессы, происходящие в балластном слое при силовом воздействии на него, относятся к многофакторным процессам, которые трудно поддаются описанию математическими моделями. Например, изменение концентрации частиц в единице объема невозможно без изменения степени упорядоченности текстуры. Большая концентрация частиц соответствует более упорядоченной текстуре, меньшая концентрация – менее упорядоченной. Изменение концентрации частиц означает их перемещение между разными зонами, т.е. течение материала. Течение балластного материала, как скелетного грунта, изучается реологией. Этот вопрос к настоящему времени для балластной призмы железнодорожного пути мало изучен, хотя его решение дает возможность более глубоко понять сущность процессов и использовать результаты в практике создания рабочих органов машин, взаимодействующих с балластной призмой.

   Выше было описано распределение степени уплотнения, в предположении, что в балластном слое при силовом воз-действии нет случайных отклонений. В эксплуатации проявляются неровности в пути, которые имеют случайный характер, которые проявляются в неравномерности степени уплотнения балластного слоя, прежде всего под шпалами. Равномерность распределения степени уплотнения балластного слоя между шпалами на участке пути можно оценивать через дисперсию или среднеквадратическое отклонение рассматриваемых показателей уплотнения.


   10.2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ВЫПРАВКИ ПУТИ

   10.2.1. Основные понятия и определения

   Вследствие накопления после пропуска поездов неупругих деформаций балластной призмы наблюдаются отступления натурного (фактического) положения пути от его проектного положения (рис. 10.1). Отступления I степени не превышают допусков на содержание колеи, а отступления со II по IV степень − превышают [77]. В результате появляется необходимость производить выправку пути − технологическую операцию по перемещению РШР из натурного положения, характеризуемого разной степенью отступлений от допусков и норм содержания, в другое натурное положение, названное проектным, характеризуемое уменьшением неравномерности отступлений 1-й степени по уровню, в плане и просадкам пути [51, 58, 77] (в пределах допусков). В процессе выправки положение РШР должно быть зафиксировано путем уплотнения балластного слоя.

   Железнодорожный путь выправляется в трех координатных плоскостях. Выправка пути в плане – в плоскости OXY называется рихтовкой, в продольной вертикальной плоскости OXZ – нивелировкой, в поперечной вертикальной плоскости OYZ – установкой рельсовых нитей по уровню. С геометрической точки зрения железнодорожный путь составлен из трех видов линий: прямых; круговых кривых (левые, правые); переходных кривых (входные: левые, правые; выходные: левые, правые). В общей сумме они составляют семь элементов, которые образуют шесть сопряжений (не дифференцируемых в точках сопряжений, что осложняет решение задач по выправке).

   В соответствии с конструкцией РШР при сдвиге пути в плане сдвигаются обе рельсовые нити, связанные между собой шпалами. При этом не происходит изменения положения пути в продольном профиле и по уровню, поэтому рихтовка выполняется независимо, а путевые машины оснащаются независимыми рихтовочными системами. Сдвиг пути в плане возможен и вправо и влево. Нивелировка должна производиться по правой и левой рельсовым нитям, причем изменение положения по высоте одной рельсовой нити в рассматриваемом сечении приводит к изменению положения по уровню, которое должно быть откорректировано. Нивелировочные системы путевых машин обязательно оснащены взаимосвязанными системами выправки пути в продольном профиле и по уровню. Выправка продольного профиля производится путем перемещения рельсовых нитей вверх, т.е. путем выправочной подъемки с подведением балластного материала под подошвы шпал (суфляж).

   Путь в продольном профиле характеризуется сопрягаемыми друг с другом уклонами и вертикальными кривыми сопряжения. Геодезический уклон – это разность hZ, м, уровней начальной и конечной отметок участка, отнесенная к длине Lуч, м, по условному направлению движения, т.е. i = hZ / Lуч. Основными геометрическими характеристиками вертикального сопряжения кривой является радиус Rв кривой. В зависимости от категории линии радиусы Rв нормированы в пределах 3000–15000 м.


 Рис. 10.10. Положение пути в плане:
а – однорадиусная кривая с двумя переходными кривыми; НПК, КПК – соответственно начала и концы переходных кривых;
0 – точка отсчета начала движения (работы машины); x, y – координаты вдоль пути;
б – изолированная неровность

   Положение пути в плане, с точки зрения геометрии, имеет три характерных элемента: прямая, круговая и переходные кривые. Пусть криволинейный участок пути (рис. 10.10, а) сопряжен с двумя прямыми подходами. На прямом участке пути радиус кривизны r = ¥, а кривизна K = 1 / r = 0. В круговой кривой r = var, K = var, т.е. изменяется в зависимости от пройденного пути по определенному закону. В переходной кривой требуется плавное нарастание центробежной силы подвижного состава от нуля в прямой до конечного значения. В выходной кривой r и K изменяются в противоположном направлении, обеспечивая плавное убывание центробежной силы.

   В зависимости от режимов движения поездов и других условий радиусы круговых кривых нормированы в пределах R – 150–4000 м.

   На отечественных железных дорогах в большинстве случаев переходная кривая устраивается по радиоидальной спирали, характеризуемой линейным соотношением кривизны от начала переходной кривой (НПК):
   l = CK (где C = lпкR – параметр переходной кривой, м2;
   lпк – длина переходной кривой, м).
Радиоидальная спираль на практике аппроксимируется кубической параболой: y = x3 / (6C). Для высокоскоростных магистралей переходные кривые устраиваются по более плавным полусинусоидальным зависимостям.

   В кривых участках пути для гашения центробежной силы, за счет горизонтальной составляющей разложения веса подвижного состава, устраивается возвышение наружной рельсовой нити над внутренней. В круговой кривой hк = const, в переходной кривой hпк нарастает или убывает по длине lпк пропорционально изменению кривизны. Нарастание возвышения характеризуется отводом возвышения, мм/м: iов = hк / lпк (где hк, мм, длина переходной кривой lgr в метрах).

   Предельное значение уклона отвода возвышения, при котором гарантируется безопасное движение подвижного состава по условию перекоса ходовой части, составляет 3,2 мм/м (при скорости не свыше 25 км/ч). Динамику вписывания подвижного состава в переходную кривую характеризует скорость подъема колеса, идущего по наружному рельсу. Расчет по нормативным данным показывает, что ее допустимые значения находятся в пределах Vпк = 0,022 − 0,045 м/с. Большие значения соответствуют средним значениям скорости подвижного состава.

   Характеристики положения пути в плане и профиле. Железнодорожный путь в плане и профиле характеризуется радиусом кривизны r и кривизной K. Непосредственное измерение этих параметров в координатной системе 0XYZ с целью получения информации для работы путевой машины представляет сложную техническую задачу.

   Для выполнения работ по выправке железнодорожного пути, прежде всего, требуется информация о фактическом (натурном) положении пути. Требуется информация также о проектном положении пути, о параметрах машины и методах и способах получения информации. Работы по выправке выполняются вручную и машинным способом с использованием выправочно-подбивочно-рихтовочных комплексов, требующих от операторов специализированных знаний и опыта.

   При ручном способе выправки надо знать (рис. 10.10, б):
   - вид выправки в данной точке пути (сдвиг, просадка, перекос и т.д.);
   - абсциссу неровности (координату неровности Lн);
   - амплитуду неровности по модулю (|Yн|);
   - фазу неровности (+– yн(х).

Для машинного способа выправки эту информацию надо не только знать, но и уметь её формализовать в управляющий алгоритм. Для выполнения этой процедуры необходимо принять какую-то из определяющих величин за переменную описания состояния системы выправки, а какую-то – за переменную управления.

   При получении исходной информации о положении оси существующего железнодорожного пути используются способы:
   1) Положение оси пути определяется в декартовой системе (x, y) координат с разметкой на местности;
   2) Способ измерения углов поворота …jn-1, jn, jn+1,... хорд со стороны левого прямого подхода при разбиении участка пути на равные по длине отрезки деления кривой, равные а (см. рис. 2.2, а);
   3) Способ измерения стрел изгиба …hn-1, hn, hn+1,…точек … n-1, n, n+1,… от кривой до хорды l = a + b, натянутой между двумя ближайшими соседними точками концов деления кривой, равные а (рис. 10.11, а);
   4) Смешанный способ съемки положения оси кривой, предложенный И.В.Гоникбергом [58]. Способ заключается в том, что углы поворота хорд измеряются при длине дуги а`=100 м, а внутри каждого промежутка делается разбивка на 20 метровые отрезки с измерением ординат оси кривой fi от хорд, стягивающих точки первоначальных делений;
   5) Способ съемки пути с использованием нивелировочных оптических приборов, например, прибор для рихтовки пути ПРПМ, измерительные комплексы с цифровым оптическим нивелиром [16, 51, 58];
   6) Тахеометрическая съемка оси пути с использованием навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС в России, GPS за рубежом). Определяются глобальные (локальные) координаты пути с заданным шагом квантования [19, 67].

   Измерение всегда производится относительно измерительной базы. Наиболее просто реализуются измерительные базы в виде прямой, создаваемой: натянутым тросом, жесткой рамкой, инфракрасным поляризованным оптическим или лазерным лучом.

   Выправка прямого участка пути в плане.

   Пусть в сечении х (см. рис. 10.10, б) имеется неровность yн(х). Если известно направление выправляемого пути в створе (ось 2), совпадающей с измерительной базой, то выправка неровности, заключаться в перемещении точек неровности на измерительную базу, т.е. yн(х) = 0. Следовательно, перемещая (сдвигая) неровности в фиксированных точках xi пути на измерительную базу, мы обеспечиваем выправку пути. Иными словами, для выправки прямых достаточно иметь направление измерительной базы отсчета и величины сдвижек, измеренных в фиксированных точках пути.

   Выправка пути в продольном профиле.


 Рис. 10.11. Положение пути в плане и профиле:
а − измерение кривизны пути через стрелы изгиба hn относительно хорды и углы поворота смежных хорд jn;
б − графики натурных 5 и теоретических 1−2−3−4−1 (проектных) стрел изгиба пути;
в − нивелирование участка пути: …, n−1, n, n+1,… − фиксированные точки пути;
 …, hn−1, hn, hn +1,… − стрелы изгиба в фиксированных точках пути, м;
…, fn-1, fn, fn+1,… − смежные углы измерительных хорд, град;
… fn−1, fn, fn+1,… − стрелы прогиба пути в фиксированных точках, м;
1, 2, 3, 4 − графики проектных стрел изгиба прямой, входной переходной, круговой и выходной переходной кривой, соответственно;
5 − график натурных стрел изгиба; Hп − проектная стрела круговой кривой; a, b − плечи измерительной базы l, м

   В измерении участка пути (рис. 10.11, в) участвуют три элемента:
   − визирный прибор (излучатель), например, путерихтовочный прибор ПРПМ;
   − метка (приемник);
   − измерительная рейка (прерыватель).

Излучатель-приемник создают неподвижную (абсолютную) измерительную базу, а рейка образует третью точку в системе и выполняет функцию измерения. В результате образуется трехточечная измерительная система выправки продольного профиля, применяемая на современных машинах.

   Используя линию визирования как неподвижную измерительную базу (репер) можно выправлять путь в продольном профиле вручную или машинным способом. В последнем случае до выправки надо знать величины просадок fi и их координаты вдоль пути, записанные на носителе.

   Для определения положения пути в поперечной плоскости (по уровню) имеется природная база отсчета: вертикаль физического маятника и жидкостный уровень горизонта, широко используемые на практике. Выправка пути в поперечном профиле, не вызывает особых трудностей.

   Для положения пути в плане и продольном профиле природной базы отсчета нет. В практике поиска параметров описания и управления положения пути в плане (продольном профиле) и необходимых измерительных баз отсчета, были предложены модели:
   1 – кривая пути представляется совокупностью точек с координатами (х, у) в декартовой системе координат;
   2 – кривая пути представляется графиком изменения угла поворота касательной к кривой относительно левого прямого подхода; график называется − углограммой;
   3 – кривая пути представляется графиком изменения кри-визны по длине кривой; график называется − эпюрой кривизны (графиком натурных стрел);
   4 – метод фиктивных нагрузок, опубликован в 1915 г. инж. И.М.Зубовым [58], преобразуется в третью.

   Первая модель в практике ремонтно-путевых работ вызывает трудности, особенно если трасса проходит в пересеченной местности с многочисленными естественными и искусственными объектами, поэтому используется в основном при новом строительстве. Для целей выправки при ремонте пути используется редко, так как имеется плохая сходимость результатов выправки без ввода азимута параметров кривой (Азимут (А) – угол, считаемый по ходу часовой стрелки от северного направления меридиана данной точки до искомого направления. Азимут изменяется при переходе на другой меридиан. На практике используется дирекционный угол f, с вводом коррекции – угла сближения меридианов g).

   Вторая и третья модели используют криволинейную ось существующего пути в качестве оси абсцисс (ортогональную систему координат). Вторая модель используется реже третьей, так как измерение малых углов изгиба пути с достаточной точностью вызывает на практике определенные трудности.

   Построение графика кривизны (эпюры кривизны) по натурным стрелам изгиба рельсовых нитей от длины пути.

   На практике положение РШР в плане определяется опосредованно стрелами изгиба hi (рис. 10.11, а) базовой рельсовой нити относительно базовых линий – измерительных хорд постоянной длины или углами поворота jI этих хорд, расположенных со смещением друг относительно друга на шаг деления …n−1, n, n+1… пути. Длина стандартной расчетной измерительной хорды 20 м. выбрана из условия: при сдвиге пути в средней точке хорды полуволны сдвига рельсовых нитей не должны достигать соседних точек деления пути. Этим обеспечивается однозначность выправки пути.

   В круговой кривой стрела hn изгиба, измеренная от хорды l, например, в точке n деления ее на отрезки a, b определяется при малом центральном угле, стягивающем хорду, по приближенной формуле:

   (10.10)
   где hn – стрела изгиба рельсовой нити в фиксированной точке хорды, м;
a, b – плечи измерительной хорды, м;
R – радиус круговой кривой, м.

   Для измерения стрел изгиба плана применяются устройства – стрелографы, имеющие измерительную базу l = a + b и датчик измерения стрелы. При постоянных плечах хорды a и b стрела изгиба h однозначно определяет радиус круговой кривой R. В прямой R = ∞ и h = 0. В переходной кривой ρ = var, соответственно изменяется и стрела изгиба. Величина F = ab/2 – постоянный коэффициент, кривизна K = 1/ρ (в круговой кривой K =1/R). Поэтому стрела изгиба h = FK прямо пропорциональна кривизне. Рассмотрим движение хорды l по сопряжению прямой и кривой (см. рис. 10.11, а) и построим график стрел изгиба h в функции пройденного пути x от начала движения в точке O (рис. 10.11, б). Как видно из графика, на участках 1 (прямые) h = 0, на участке 3 (круговая кривая) h = const, а на участках 2 и 4 (переходные кривые) h изменяется. Если переходные кривые устроены по радиоидальной спирали, то кривизна нарастает пропорционально нарастанию координаты, что на графике отражается наклонными прямыми.

   Теоретический график 1-2-3-4-1, полученный путем движения измерительной хорды по идеальному участку пути, называется графиком кривизны или графиком проектных стрел и имеет вид трапеции. Если с помощью той же хорды обойти натурный участок пути, имеющий неровности в плане, и записать стрелы изгиба, то на график проектных стрел наложится график 5 натурных стред изгиба пути, отражающий имеющиеся неровности положения РШР в плане относительно проектного и имеет случайный пилообразный вид. Взятое сечение пути, например n, соответствует определенной фазе неровности (изолированной, периодической и др.) и одновременно несет информацию о месте расположения неровности. Разность натурной и проектной стрел изгиба Dh = hн – Hп содержит информацию о величине неровности и о ее направлении относительно проектного положения пути. Так как измерения стрелы производятся от хорды, всегда соприкасающейся в своих концевых точках с линией натурного положения РШР, то Dh в косвенном виде несет информацию и о положении пути в концевых точках, лежащих на расстоянии a и b от рассматриваемой. Это обстоятельство в значительной мере обусловливает сложность математической формализации результатов измерения положения пути для выработки управляющих воздействий. Из анализа графиков проектного и натурного положений пути реализуется важный принцип для построения механизированных систем выправки пути – принцип сравнения. Он заключается в том, что разность ординат ±Dh = hн – Hп несет в себе информацию о месте, величине и фазе неровности пути и, следовательно, в преобразованном виде может выступать в качестве управляющей переменной процесса выправки. Большинство выправочных систем современных машин основано на этом принципе – на сравнении измеряемых натурных стрел (углов) в процессе выправки с программными или проектными стрелами (углами) в фиксированных точках деления пути … n – 1, n, n + 1 … , положение которых определяется инструментально или шагом сканирования (в автоматизированных системах выправки).

   При движении экипажа массой m со скоростью V в кривой возникают поперечные (вертикальные) центробежные силы , пропорциональные стреле изгиба. Поэтому критерием оценки качества выправки пути в плане (профиле) являются разности стрел изгиба (их градиенты) в смежных точках деления: для прямых и круговых кривых эти разности должны быть минимальными или раны нулю, для переходных кривых – равномерно нарастающими или убывающими. Разности стрел изгиба в смежных точках деления пути нормируются в зависимости от вида ремонта и назначаемой скорости движения поездов.

   Выправочные устройства, механизмы измерительных баз которых построены на принципах измерения углов между смежными хордами, называют углографами, а графики углов поворота измерительных баз получили название – углограммы. В качестве первичных измерителей применяются датчики углов поворотов элементов. Такие системы измерения чаще всего используются машинами, работающими на узкоколейных железных дорогах, т.к. в кривых длинная хорда выходит за пределы колеи.

   Неровности пути в продольном профиле характеризуют просадками fi (см. рис. 10.11, в), измеренными при нивелировании от визирной линии (либо от измерительной хорды), принятой за базу измерения. Стрелографы нивелировочных систем устроены и работают аналогично. Механизмы измерительных баз у них расположены в вертикальных продольных плоскостях над соответствующими правой и левой рельсовыми нитями.

   В качестве механизмов измерительных баз, помимо меха-нических систем трос–хорд и жестких рамок, используются си-стемы с лазерным лучом.

   Системы и устройства управления положением пути по уровню в качестве механизма измерительной базы используют физический маятник как наиболее простое устройство искусственного горизонта.


 Рис. 10.12. Схемы сдвига фиксированных точек пути:
а − измерение стрел изгиба относительно симметричной хорды;
б − изменение стрел изгиба в смежных точках при смещении точки n пути;
 в − стрелы изгиба при смещении трех соседних точек пути

   Исходная информация о положении РШР в плане, содержащаяся в ±∆h, не может быть непосредственно использована системой управления машины для реализации требуемых смещений, называемых сдвигами, а должна быть предварительно преобразована в управляющие сигналы на смещения РШР в текущем сечении с учетом способа измерений и упругих свойств рельсовой колеи при ее сдвиге. Действительно, стрела изгиба, измеренная в каждой точке … n – 1, n, n + 1 … деления кривой, зависит от положения самой точки и соседних с ней точек деления. Сплошными линиями на рис. 10.12, а, б показано положение рельсовой нити и измерительной базы до рихтовки, а штриховыми – положение после сдвижки точки n. При сдвиге точки n на +en стрела изгиба в этой точке увеличилась на en, а стрелы в соседних точках уменьшились на en/2 (сдвиги наружу колеи положительные, а внутрь – отрицательные). Расстояния между точками деления и базы измерения выбираются с учетом упругих свойств РШР, прилегающей к точке сдвига, т.е. при сдвиге точки n на величину +en, точки n – 1 и n + 1 не должны сдвигаться (en-1 = 0 и en+1 = 0).

   При смещении трех рядом лежащих точек (рис. 10.12, в) проектную стрелу в средней точке определяют, при малом центральном угле стягивающем измерительную хорду, по формуле, предложенной И.М. Зубовым (1915 г.):

   (10.11)
   где Hn, hn – стрелы в точке до и после выправки, мм;
en, en-1, en+1 – сдвиги, мм, соответственно в точках n, n – 1 и n + 1.

   Для реализации технологического процесса выправки пути машина должна иметь систему, которая позволяет произвести измерения положения пути до выправки, в процессе выправки и после выправки относительно базы отсчета. Базы имеют определенное конструктивное устройство и используют элементы и физические явления, позволяющие построить прямолинейные измерительные хорды, связанные с положением пути в заданных сечениях, для оценки отклонений оси пути через стрелы изгиба или углы между хордами. Например, на рис. 10.13 показаны: (а) абсолютная (неподвижная), подвижная (б) и совмещенная (в) базы измерения.

   В случае (а) подъемно-рихтующее устройство (ПРУ) в процессе выправки пути устанавливается на базовую ось визирования 3. Положение ПРУ контролируется по показаниям датчика 4. В случае (б) хорда 9 движется с машиной 6, передней точкой 8 повторяя имеющиеся неровности пути. Можно сказать, что система имеет искривленную в соответствии с неровностями пути до выправки "линию визирования", отслеживаемую передней точкой 8. Положение ПРУ 5 устанавливается по показаниям датчика 10 стрел изгиба пути системой управления по заложенному алгоритму выправки. Неровности положения пути до выправки проявляют себя в виде остаточных неровностей после выправки. Такие системы проявляют свойства фильтра длинных неровностей (неровности, соизмеримые по длине с измерительной базой выправляются, а значительно превосходящие ее по длине не выправляются).

   В случае (в) хорда также движется вместе с машиной, а положение ПРУ 5 устанавливается относительно хорды системой управления через датчик 10 стрел изгиба пути. В отличие от случая б передняя концевая точка 12 отслеживает положение правильной по форме, не искаженной исходным неровностями, линии визирования 3 путем смещения её в поперечном относительно пути направлении, как условно показано стрелкой. Точка 12 направляется сама и направляет выправочную систему в целом по проектной оси пути. В этом случае требуется предварительно измерить отклонения фактической оси пути от проектной оси.


 Рис. 10.13. Базы измерения систем для выправки пути в плане:
а − абсолютная; б − относительная; в − совмещенная: 1, 7 − положение пути до и после выправки;
2 − неподвижная передняя точка измерительной системы; 3 − базовая неподвижная линия измерения;
4 − датчик положения РШР относительно линии визирования в точке выправки; 5 − ПРУ;
8, 11 − подвижные передняя и задняя концевые точки измерительной системы;
9 − подвижная хордовая база измерения; 10 − датчик стрелы изгиба пути;
12 − направляющая передняя концевая точка, отслеживающая смещением в поперечном направлении линию визирования

   Системы, у которых передняя точка подвижной измерительной базы перемещается по пути до выправки и является направляющей для системы в целом (см. рис. 10.13, б), являются системами сглаживающего типа.

   Системы, реализующие методы выправки с использованием неподвижных относительно пути баз (см. рис. 10.13, а, в) – линий визирования, называются системами, работающими по точному методу (метод фиксированных точек).

   Универсальные выправочные системы содержат в себе элементы систем сглаживания и систем выправки относительно неподвижной базы измерения.

   10.2.2. Структура системы выправки путевой машины,
предъявляемые требования


 Рис. 10.14. Обобщенная структурная схема системы выправки пути, установленной на машине:
а) геометрическая схема измерения стрелы изгиба пути; б) структурная схема следящей системы автоматического управления

   Путевая машина, оснащенная системой выправки, вместе с персоналом управления представляет собой комплексную систему «человек − машина» с прямыми и обратными каналами передачи информации. Персонал в этой системе выполняет активную роль управления машиной. В любой работоспособной системе выправки должны содержаться следующие составные части (рис. 10.14).

   1. Система измерения фактического положения пути в процессе выправки, которая называется стрелографом. Теоретическая геометрическая схема измерения стрелы изгиба пути h2 в точке выправки (а) относительно прямолинейной хорды длиной a+b реализована в виде двух концевых тележек: передней I и задней III (б). Между тележками натянут трос. В средней части хорды устанавливается измерительная тележка II с датчиком (Д) стрелы изгиба пути. Этот датчик фактически измеряет смещение тележки относительно троса-хорды I-III, равное стреле изгиба, и преобразует его в электрический сигнал в большинстве случаев в виде постоянного напряжения, имеющего полярность в соответствии с направлением смещения тележки II и величину, пропорциональную измеренной стреле изгиба h2.

   2. Система преобразования первичной информации измерения в сигналы управления ПРУ, которое производит необходимые перемещения РШР. В состав системы входят задающие устройства (З) для выработки задающего или установочного сигнала. Сигналы датчиков и задатчиков поступают на нуль-орган, или орган сравнения (НО). Обычно это печатная плата с электронной системой на основе операционных усилителей. На выходе нуль-органа формируется сигнал управляющего рассогласования в виде постоянного напряжения определенной полярности и величины. Далее выходной сигнал усиливается и преобразовывается в системе усиления и преобразования (У). В результате включается привод ПРУ. ПРУ производит необходимые перемещения РШР. Устойчивая следящая автоматическая система всегда отрабатывает возникающие рассогласования в сторону их уменьшения. В системе выправки ПРУ сдвигает путь вместе с тележкой в точке II таким образом, чтобы изменяющийся сигнал датчиков (Д) уравновесил бы сигнал задающих устройств (З) и сигнал рассогласования стал бы меньше зоны нечувствительности системы. Ввиду того, что через РШР происходит смещение тележки II и одновременно изменяется сигнал датчиков (Д), РШР служит информационным каналом отрицательной обратной связи в общей системе. Образуется устойчивая ациклическая следящая автоматическая система с обратной связью, которая отслеживает задаваемые стрелы изгиба пути [32, 72]. Управление технологическим процессом выправки это в большей части управление стрелами изгиба пути.

   3. Исполнительный механизм − обычно ПРУ, реализующий заданные смещения РШР. ПРУ включает в себя систему рельсовых захватов, работающих при неподвижной или движущейся машине и механизм перемещения захватов вместе с РШР в плане, продольном профиле и по уровню, еще называемый механизмом сдвига, подъема и перекоса.

   4. Субъект управления системой − персонал управления. Выполняет операции управления, преследуя определенные цели. Персонал, обладая высокой квалификацией, прежде всего, решает интеллектуальные задачи. Рутинные логические функции управления и контроля выполняет бортовой управляющий вычислительный комплекс на основе ЭВМ.

   К машинам и системам для выправки пути предъявляют высокие производственно-технические требования. Основное требование к выправочной системе заключается в том, чтобы гарантировать постановку пути в проектное положение с учетом допусков и норм содержания, поэтому система должна обеспечивать точность отработки команд, превышающую действующие допуски. При этом должны быть соблюдены все нормативы на плавность положения рельсовых нитей.

   Современная система выправки пути должна иметь высокую степень автоматизации технологических процессов, что полностью исключает применение ручного труда и сведен к минимуму рутинный умственный труд. Автоматизация позволяет свести к минимуму ошибочные действия персонала, существенно повысить качество работ.

   Система выправки, установленная на путевой машине, не должна снижать ее общую производительность, быть хорошо приспособленной к характеру движения машины при выполнении технологических операций. Структура построения, конструктивное исполнение элементов и методы управления систем, работающих в циклическом, непрерывно-циклическом и непрерывном режимах существенно отличаются. Важным фактором является маневренность − приспособленность системы к быстрому приведению в рабочее и транспортное состояния.

   Система должна быть универсальной, позволяющей выполнить за один проход измерение параметров исходного состояния пути, управлять процессом выправки и контролировать качество работы.

   Учитывая работу путевой машины в технологическом комплексе, система выправки пути должна иметь высокую надежность, быть хорошо приспособленной к выполнению технических обслуживаний и ремонтов.

   Условия ведения выправочных работ различны, поэтому различны и требования к системам. В ряде случаев они противоречивы, поэтому параметры системы выправки пути выбираются по заданным ограничениям и условиям с учетом используемых критериев эффективности (производительности, годового экономического эффекта, срока окупаемости капитальных затрат, энергоемкости, металлоемкости, трудоемкости обслуживания и ремонтов и других причин).

   10.2.3. Классификация систем выправки


 Рис. 10.15. Классификация систем выправки железнодорожного пути

   К настоящему времени известно несколько десятков систем выправки, отличающихся друг от друга по степени автоматизации операций управления и контроля. Они устанавливаются на разные по технологическому назначению и конструкции машины и отличаются большим разнообразием. На рис. 10.15 показано дерево классификации машин и систем для выправки пути. На среднем уровне в нем отражаются классификационные признаки для разделения совокупности систем выправки на классы.

   Структура и конструктивное исполнение системы выправки определяется в основном технологией производства работ и конструктивным устройством путевой машины, на которой она устанавливается. Например, выправочно-подбивочная машина всегда оснащается комбинированной выправочной системой, называемой также трехкоординатной системой. Она включает в себя рихтовочную и нивелировочную рабочие КИС, а также вспомогательную контрольную систему

   Характер действия системы выправки связан с характером действия базовой машины: выправка производится либо при остановках машины, либо при ее непрерывном движении. Выправочная система, установленная на машине непрерывно-цикличного действия со спутником, движущимся циклично, имеет измерительные устройства, часть которых движется непрерывно вместе с базовой машиной, а часть − циклично вместе с сателлитом (машина Plasser Duomatic 09-32 CSM).

   В большинстве случаев, выправочные КИС в полнофунк-циональном рабочем режиме могут работать только в одном направлении. Однако известны рихтовочные системы, устанавливаемые на электробалластерах, которые могут работать, в зависимости от режима, в любом направлении. Зачастую измерительный проезд машиной может производиться при движении в направлении, обратном рабочему направлению. Это позволяет возвращаться в начальную точку и сразу начинать выправку, экономя время «окна».

   При ручной системе управления РШР ставится в заданное положение визуально или по командам. Применение автоматизированных систем управления позволяет отслеживать в автоматическом режиме основные установочные значения параметров выправки. Выправочно-подбивочные машины также оснащаются аналоговыми системами управления и цифровыми системами на базе бортового компьютера. В этом случае сложный алгоритм корректировочного управления выправкой рассчитывается и реализуется по программам, разработанным отечественными и зарубежными фирмами.

   Системы выправки могут иметь относительную базу, перемещаемую вместе с машиной, абсолютную базу с привязкой к точкам на местности и совмещенную базу с элементами относительной и абсолютной баз. Характер измерительной базы определяет способ выправки, количество точек измерения, их расположение, включая точку выправки, измеряемые параметры и способы ввода корректировок.

   Структура построения систем выправки, конструкция их элементов, теоретический анализ рабочих свойств и алгоритмов функционирования, технологии, применяемые при выправке, вопросы управления системами являются основными задачами данной работы.

   10.2.4. Механизированные системы выправки пути сглаживающего типа

   Сглаживающей системой [12, 51, 58] называется устройство, предназначенное для выправки (сглаживания) неровностей железнодорожного пути в плане или в продольном профиле, включающее ПРУ и одну или несколько измерительных хорд, служащих для измерения стрел изгиба пути в фиксированных точках измерения хорд, причем одна из этих точек считается одновременно и точкой воздействия ПРУ на путь. В процессе работы сглаживающей системы ПРУ поддерживает стрелу изгиба пути в точке выправки в определенной зависимости от стрел, измеренных в других фиксированных точках.

   Соотношение между стрелами изгиба пути, реализуемое системой в процессе выправки без учета специальной корректировки, изменяющей это соотношение в зависимости от проектных данных пути или его натурного состояния, называется основной формулой выправки. Корректировка установленного соотношения измеряемых КИС стрел изгиба пути преследует цель предотвратить одностороннее смещение рельсовых нитей относительно требуемого после выправки положения.

   Системы сглаживающего типа имеют относительную измерительную базу (см. рис. 10.13, б), которая во время работы перемещается вместе с машиной. Передняя точка 8 КИС является направляющей. Она движется по не выправленному пути, поэтому отклоняется вправо и влево от его проектной оси. Отклонения измерительной хорды 9 передаются в точку выправки 10. В результате путь устанавливается в положение с уменьшенными отклонениями от проектной оси, характеризуемое возможностями системы и условиями производства выправочных работ, которые должны соответствовать I-ой степени отступлений.

   Сглаживающая система проявляет себя как динамическое передаточное звено, преобразующее входное воздействие в виде случайной функции отклонений оси пути от проектного положения в результат − также случайную функцию отклонений от проектного положения после выправки. Иначе говоря, система выправки является фильтром неровностей, для которого в рассматриваемом контексте пройденное системой расстояние является аналогом времени.

   10.2.5. Системы выправки с измерением положения пути по трем точкам


 Рис. 10.16. Выправка пути трехточечной системой:
а − проход локальной начальной неровности; б − проход гармонических неровностей;
 в − выполнение отвода пути в начале сдвига

   Система измерения положения пути по трем точкам (см. рис. 10.16) имеет переднюю I и заднюю III точки, между которыми натягивается трос-хорда. Кривизна пути измеряется стрелой изгиба h2, рассматриваемой как отклонение оси пути от хорды в измерительной точке II. Следящая автоматическая система отслеживает положение хорды в точке выправки с помощью ПРУ. Если не вводится корректировка управления, то выдерживается соотношение hII = 0, которое отражает основную формулу выправки трехточечной КИС. При реализации основной формулы выправки система проявляет сглаживающие свойства, которые во многом аналогичны свойствам фильтра низких частот, если принять пройденный машиной путь за аналог времени.

   Например, на рис. 10.16, а показаны фазы прохода системой с шагом a короткой локальной неровности пути. В числителях обозначены положения точки выправки II, а в знаменателях − задней точки III. Задняя точка занимает положение точки выправки после смещения системы на один шаг. Через тире показаны номера последовательных положений системы. После прохода системы уменьшается отклонение от оси пути на остаточной неровности, она разносится на большую длину, а ее вершина смещается назад. Фактическая ось пути приобретает плавные очертания, хотя и имеет отступления от проектного положения. Система проявила сглаживающие свойства.

   На рис. 10.16, б аналогично отражена работа трехточечной КИС по выправке гармонических неровностей с амплитудой Aн. В результате уменьшается амплитуда неровностей до значения Aв, а сами неровности относятся назад. Проявляются сглаживающие свойства и по отношению к периодическим неровностям.

   Как показано на рис. 10.16, в, система делает плавные отводы пути в начале и в конце работы по его сдвигу Sс на большой длине, например при уширении междупутья на двухпутных участках. Она обладает переходными характеристиками.

   Во время работы системы в криволинейных участках пути делаются корректировки управления, предотвращающие односторонний сдвиг пути с проектной оси в сторону центра кривой. Например, при работе на прямолинейном участке пути отслеживается стрела изгиба пути в точке II системы hII = 0 и смещение переднего конца хорды в точке I hI = 0. Когда измерительная хорда находится на круговой кривой радиуса R (рис. 10.17, а), то можно показать, что корректировочное смещение хорды в точке I и отслеживаемая стрела изгиба пути (сдвиг «нуля» управления):

   (10.12)


 Рис. 10.17. Трехточечная сглаживающая система выправки:
а – отслеживаемая стрела изгиба пути hII в точке выправки и корректировочное смещение hI передней точки хорды;
 б – схема к определению геометрического (статического) коэффициента сглаживания трехточечной системы выправки

   В качестве показателя качества работы выправочной системы сглаживающего типа, используется геометрический (статический) коэффициент сглаживания m, определяемый как отношение величины начальной единичной неровности HнI к первой остаточной неровности hнII (рис. 10.17, б):

   (10.13)

   Первая остаточная неровность появляется в результате отработки возникшей стрелы изгиба пути hII вследствие отклонения передней точки I на рассматриваемой неровности.

   Величина коэффициента сглаживания, таким образом, характеризует передачу отклонений передней направляющей точки I, движущейся по не выправленному пути, в точку II выправки пути. Очевидно, что чем меньше влияние погрешности установки передней точки на установку пути после выправки, то есть чем больше коэффициент сглаживания, тем лучше работает система.

   Достоинством метода сглаживания, обусловливающим его широкое распространение на практике, является отсутствие необходимости производить трудоемкие измерения и сложные расчеты. При работе системы не преследуется цель абсолютного устранения неровностей пути, а лишь их уменьшения до допустимых значений. Для предотвращения смещений пути с проектной оси в криволинейных участках производятся соответствующие корректировки управления.

   10.2.6. Система выправки с измерением положения пути по четырем точкам

   Корректировочным управлением при рихтовке достигается установка пути с заданной степенью точности в проектное положение. Для расчета корректировки необходимо использовать информацию о радиусе кривизны пути R в зоне выправки, который можно измерить через стрелу изгиба пути. Сигнал датчика стрелы изгиба пути может использоваться как задающий (установочный) сигнал, отслеживаемый в соответствующем масштабе в точке выправки. Тогда система производит автоматическую корректировку с постановкой пути в точке выправки на проектную ось в кривой, независимо от ее радиуса кривизны. Очевидно, что в точке выправки, в которой ось пути смещается, произвести измерение проектной кривизны пути невозможно. Эти измерения могут быть произведены только в точке, где ось пути практически не смещается. Предпочтительно, чтобы эта точка находилась бы в зоне уже выправленного пути, где отступления не превышают степень I, так как неровности вносят дополнительные погрешности.


 Рис. 10.18. Схемы работы четырехточечной системы выправки пути:
а − к определению основной формулы вы-правки; б − к определению статического коэффициента сглаживания

   Четырехточечная система, которая удовлетворяет перечисленным требованиям, показана на рис. 10.18, а. Здесь точки I и IV − передняя и задняя концевые; точка II − выправки (измерительная), а точка III − контрольная, в которой через стрелу изгиба производиться измерение радиуса кривизны пути R. Таким образом, основная формула выправки системы выражает условие постановки промежуточной точки II системы на круговую кривую или прямую, образованную другими точками.

   Используя соотношения, аналогичные (10.12), для стрел изгиба в точке выправки и в задающей (контрольной) точке, можно показать, что для круговой кривой соотношение стрел изгиба:

   (10.14)

   Оно является постоянной для данной системы величиной и не зависит от радиуса круговой кривой R, что позволяет при работе реализовать основную формулу выправки:

   (10.15)

   На прямом участке пути контрольная стрела изгиба hIII = 0, поэтому в соответствии с последним выражением hII = 0. В круговой кривой также не производится дополнительная корректировка управления, т.к. в точке выправки путь автоматически ставится на проектную ось. Для прохода переходных кривых и точек сопряжения элементов кривых (НПК и КПК) требуется вводить дополнительную корректировку управления.

   Аналогично трехточечной системе выправки пути, четырехточечная система выполняет функции фильтра длинных неровностей, т.е. обладает сглаживающими свойствами по отношению к неровностям относительно небольшой длины (см. рис. 10.16, а, б), а также переходной характеристикой (см. рис. 10.16, в). Основной характеристикой ее сглаживающих свойств является геометрический или статический коэффициент сглаживания. Он определяется исходя из анализа ре-акции системы на прохождение локальной неровности HнI пренебрежимо малой длины (см. рис. 10.18, б).

   После наезда на локальную неровность хорда I–IV отклоняется. В результате в точке III появляется контрольная стрела изгиба пути hIII. Ее величина:

   (10.16)

   В соответствии с основной формулой выправки (10.15) в точке выправки II путь будет установлен относительно хорды по фиктивному радиусу R. Возникает первая остаточная неровность, величина которой, как видно из геометрической схемы:

   (10.17)

   Статический коэффициент сглаживания:

   (10.18)

   За счет большего коэффициента сглаживания (практически достигнутые значения составляют 8 − 12) по сравнению с трехточечными системами (до 3 − 9) погрешности относительно проектной оси пути передней направляющей точки I минимально передаются в точку выправки, обеспечивая повышенные сглаживающие свойства системы.

   По аналогии с трехточечными системами здесь предусмотрен ввод корректировок путем:
   − сдвига перпендикулярно оси пути передней направляющей точки системы;
   − сдвига "нуля управления" ПРУ, заключающемся в дополнительном корректировочном смещении ПРУ от положения, определяемой основной формулой выправки системы.

   Четырехточечные системы измерения существенно упро-щают управление выправкой в ручном режиме, но более сложны по сравнению с трехточечными системами. Поэтому, даже при более высоком коэффициенте сглаживания, они обладают меньшей точностью в отработке команд, вследствие более существенного влияния зон нечувствительности датчиков. С внедрением компьютерного управления преимущество упрощения ввода корректировок в ручном режиме в значительной степени нивелируется автоматизацией процесса управления в целом. На современных машинах при компьютерном управлении чаще используется трехточечный режим измерения положения пути. При реализации точных методов выправки современные машины переключаются в трехточечный режим работы, как дающий меньшие по-грешности отработки сигналов.

   10.2.7. Динамический анализ сглаживающих свойств систем выправки
с использованием передаточных функций

   Выправку пути с информационной точки зрения можно рассматривать как преобразование параметров начального положения пути в принятой системе координат в параметры положения пути после выправки. Поэтому система рассматривается как динамическое передаточное звено, преобразующее входной сигнал в выходной, а ее динамические свойства можно изучать, используя математический аппарат теории передаточных функций, применимый для анализа систем автоматического регулирования.

   Если на вход передаточного динамического звена подать непрерывный сигнал, изменяющийся случайным образом, то на выходе звена появится соответствующий случайный сигнал. Это затрудняет объективный анализ его динамических свойств. Характеристики таких звеньев обычно оцениваются путем подачи на вход стандартных воздействий: единичного импульса бесконечно малой длительности и бесконечно большой величины, у которого произведение длительности на величину равно единице; гармонического синусоидального воздействия; порогового единичного воздействия (в некоторый момент времени подается входной сигнал, равный единице и выдерживается бесконечно длительное время).

   В отличие от динамических систем в классическом пони-мании, у которых независимым параметром является время t, у выправочных систем независимым параметром является координата x от начала движения машины. При этом для процессов, происходящих во времени, действует принцип причинности (следствие – реакция на выходе всегда по времени отстает от причины – изменения входного сигнала). При анализе свойств выправочных систем учитывается, что положение пути в точке выправки (например, II на рис. 10.14, а) зависит от положения точки I (до выправки) и точки III (после выправки).

   С точки зрения сказанного, свойства выправочной системы сглаживающего типа можно изучить по ее реакции на единичную неровность (по аналогии с импульсным воздействием), на периодические исходные неровности и на пороговое фиксированное смещение передней направляющей точки или нулевой точки управления ПРУ. Свойства системы по отношению к начальной единичной неровности характеризуются статическим коэффициентом сглаживания m.


 Рис. 10.19. Расчетная схема к анализу динамических свойств трехточечной системы выправки пути

   Для анализа реакции выправочной системы на исходные гармонические воздействия (амплитудно-частотный и фазоча-стотный анализ системы) используем расчетную схему, показанную на рис. 10.19.

   В процессе выправки положение точки II определено по-ложением точек I и III. При анализе приняты допущения: длина дуги между концевыми точками равна длине хорды; косинус центрального угла между двумя точками равен единице (радиусы, проведенные из точек I, II, III к центру кривизны кривой, пересекаются условно в бесконечности); длина любого участка вдоль длины оси абсцисс равна его проекции на указанную ось; перпендикуляр, восстановленный из любой точки хорды в направлении оси абсцисс, параллелен оси ординат.

   В результате выправки точка II, лежащая на не выправленном участке, сместится в положение II’ и встанет на одной линии с точками I и III. Углы наклона участка III-II’ и всей хорды III-I одинаковы, поэтому одинаковы и их угловые коэффициенты:

   (10.19)

   После преобразований:

   (10.20)

   где Уравнение (10.20) отражает реакцию системы в точке вы-правки 2,
выраженную через ординаты концевых точек I и III относительно базовой оси.
Это уравнение можно назвать основным уравнением выправки.

   При теоретическом анализе в первом приближении пренебрегается упругими свойствами пути. Это выражается в том, что каждая точка пути устойчиво сохраняет положение, в котором его «оставило» ПРУ. Отсюда следует, что точка III системы, пройдя путь a, займет положение, в котором в настоящий момент времени находится точка II’, т.е.:

   Выправочная система рассматривается как передаточное звено, производящее воздействие на путь в точках деления пути с абсциссой x. Анализ передаточных функций в теории систем автоматического регулирования подразумевает в качестве аргумента использовать параметр времени. В данном случае абсцисса x интерпретируется как аналог времени. Ордината y1(x), соответствующая положению II точки деления пути до выправки, тогда интерпретируется как входная величина передаточного звена, а ордината yII(x) после выправки интерпретируется как выходная величина. По уравнению (10.11), для того, чтобы получить величину yII(x), необходимо произвести суммирование двух сигналов с коэффициентами усиления P и Q. Один из сигналов равен зна-чению входной величины с «опережением», другой – значению выходной величины с «запаздыванием». Структурная схема та-кой системы, состоящей из типовых передаточных звеньев, показана на рис. 10.20, а.


 Рис. 10.20. Структурная схема трехточечной системы выправки пути: а – исходная; б – после преобразований;
в – зависимость гармонического коэффициента сглаживания трехточечной системы от длины исходных неровностей пути

   Звено epb является «запаздывающим» звеном с обратным знаком, т.е. «опережающим» звеном, отражающим тот факт, что в момент выправки точка 1 находится впереди и из этого положения формирует свой сигнал для суммирования. В системах, в которых в качестве независимого параметра используется время, ввиду наличия принципа причинности такое невозможно.

   Звено e-pa – типовое «запаздывающее» звено, отражающее факт зависимости выходной величины yII(x) от положения точки III после выправки.

   P, Q, 1 – усилительные звенья с коэффициентами усиления по формулам (10.11) и единицей, соответственно. Коэффициенты P и Q учитывают влияние на уровень выходной величины yII(x) соотношения плеч a и b измерительной хорды.

   Для того чтобы получить выражение передаточной функции для дальнейшего анализа, необходимо путем эквивалентных преобразований групп звеньев системы свести ее к одному передаточному звену (рис. 10.20, б), используя зависимости, изложенные, например, в [32, 72]. После преобразований с учетом последовательного и параллельного расположения звеньев выражение для передаточной функции системы примет вид:

   (10.21)

   где p – оператор Лапласа.

   Далее, заменив p = iw и используя формулу Эйлера (e-iw = cos w − i sin w), после преобразований получим значение частотной характеристики:

   (10.22)

   где    w = 2p/Tн – частота неровностей железнодорожного пути, рад/м; Tн – период неровностей пути, м.

   Амплитудно-частотная характеристика динамической системы отражает отношение амплитуды остаточных гармониче-ских неровностей к амплитуде исходных неровностей. Величина, обратная указанной характеристике, называется гармоническим коэффициентом сглаживания (см. рис. 10.17, б):

   Величина гармонического коэффициента сглаживания зависит не только от соотношений плеч измерительной хорды, но и от периода неровностей. В качестве примера на рис. 10.20, в показан график зависимости гармонического коэффициента сглаживания от периода исходных неровностей для трехточечной КИС выправки ВНИИЖТ с плечами a = 3,2 м и b = 17,9 м. Система монтируется на машинах ВПО-3000 и ВПО-3-3000.

   Как видно из рисунка, системой лучше всего сглаживаются неровности с периодом 2 и 6 м. При возрастании периода неровностей свыше 6 м гармонический коэффициент сглаживания постепенно уменьшается. Неровности периодом свыше 30 − 35 м сглаживаются значительно хуже. Для их выправки необходимо использовать другие методы. Короткие неровности периодом 1,5 м и 3 м системой не сглаживаются. Такие короткие неровности, учитывая большую жесткость рельсов, могут быть отнесены к дефектам проката. Для их выправки необходимо производить пластические деформации рельсов с использованием специальных технологий.

   10.2.8. Системы выправки пути, реализующие точные методы
 постановки пути в проектное положение

   Измерительная база системы выправки пути обычно устанавливается на машине, поэтому возможности постановки пути в проектное положение без дополнительной системы привязки ограничены. Поэтому современные выправочно-подбивочные машины оснащаются системами, которые совмещают в себе относительную базу с привязкой к абсолютной базе реперных точек (маяков) на местности. Передняя точка хорды является направляющей, поэтому в большинстве случаев по абсолютной привязке корректируется ее положение. На практике разработано много вариантов технических решений привязки к объектам местности.

   Системы управления выправкой пути с привязкой к специальной реперной сети на местности. При усиленном капитальном и усиленном среднем ремонтах пути первого и второго классов и внеклассного (скоростного) пути ОАО «РЖД» устанавливается специальная реперная система. Система позволяет решить комплекс задач по мониторингу положения пути в плане и продольном профиле в процессе эксплуатации и ремонтов и предусматривает специальную сеть геодезических пунктов на местности, а также технологию измерения координат точек пути на местности [19, 26, 27, 67].

   Предусмотрено построение сети на двух уровнях: опорная геодезическая сеть (ОГС) и рабочая сеть (РС). В ОГС входят главные опорные пункты и пункты сгущения (промежуточные пункты). Главные опорные пункты располагаются попарно с расстоянием между парами 10-12 км и между двумя смежными пунктами – 500-1000 м. Пункты сгущения располагаются друг от друга на расстоянии 250-750 м. На электрифицированных участках они располагаются на опорах контактной сети. Для определения положения рельсовых нитей в сечениях пути используются оптические электронные системы, установленные на машине или полевые – в виде электронных тахеометров (оптических теодолитов с возможностью определения расстояний и направлений между точками). Положения опорных пунктов определяются с помощью технологии GPS (Global Positioning System – система глобального позиционирования). Она предусматривает измерение координат на местности, включая высотную координату, с использованием группировок искусственных спутников Земли. В настоящее время используются группировки ГЛОНАСС (Россия) и NAVSTAR (США). При дополнении спутниковой системы другими системами измерения удается достигать точности позиционирования на местности ± 2-6 см. Указанный диапазон на порядок превосходит допуски на взаимное положение смежных точек деления пути при выправке, поэтому опорная геодезическая сеть дополняется привязанной к ней рабочей сетью.

   Системы выправки пути с использованием нивелировочных оптических приборов. Этот метод еще называется методом фиксированных точек, или методом расчетных сдвигов. Выправочная система в этом случае осуществляет постановку рельсовых нитей в сечениях деления вдоль пути в проектные положения относительно фиксированной базовой линии отсчета. Технология работы таких систем предусматривает два этапа. На первом этапе устанавливается относительно проектного положения пути базовая линия отсчета, на втором – производятся непосредственные перемещения рельсовых нитей с фиксацией в проектном положении.

   Установка базовой линии отсчета может быть реализована: либо непосредственной установкой неподвижной базы отсчета (оптической, лазерно-лучевой и др.), либо предварительным нивелированием с сохранением путем соответствующей обработки данных измерений базовой линии отсчета. При предварительном нивелировании (прибором ПРПМ) плана пути на каждой пятой шпале на прямой или через 5 или 10 м в кривой (в зависимости от ее радиуса) записываются мелом расчетные величины перемещения (сдвиги) рельсовых нитей, которые должны быть реализованы машиной.


 Рис. 10.21. Выправка пути в плане по фиксированным точкам:
1, 3 – положения хорды до и после выправки; 2, 4 – положения оси пути до и после выправки

   На рис. 10.21 показана работа трехточечной измерительной выправочной системы по методу постановки пути в проектное положение в фиксированных точках (сечениях). Величина отклонения DH0 пути от проектного положения, которая записана на шпалах (или другом носителе), соответствующая положению передней точки I хорды I-III, приводит к ее смещению относительно проектной оси пути 4. В результате точка выправки II смещается на величину DhII относительно положения, которое она занимала, если бы не было смещения DH0. Поскольку при выправке эта величина известна, то производится смещение передней точки I хорды на проектную ось 4 пути для компенсации. ПРУ, от-слеживая положение хорды в точке II, производит смещение пути на величину DhII = DH0 / m (m – статический коэффициент сглаживания). Если выправка производится в кривой, то накладывается дополнительная корректировка путем сдвига «нуля» управления на величину проектной стрелы изгиба hIIП. Если корректировка положения передней точки I не предусмотрена структурой системы управления, то командная (отслеживаемая) стрела изгиба hIIК = hIIП + DhII.

   В автоматизированных системах выправки фиксированные точки вдоль пути размечаются автоматически в моменты сканирования датчиков и записи показаний на носитель (винчестер компьютера). Необходимые командные смещения ПРУ, учитывающие корректировку на неровностях и в кривых определяются расчетом. Работы производятся в два прохода: сначала делается измерительный проезд, в котором записываются натурные стрелы изгиба пути с дискретизацией информации по моментам сканирования датчиков, а затем, после обработки данных по определенному алгоритму с учетом проектной информации, производится рабочий проход машины с реализацией расчетных сдвигов пути. При рабочем проходе система отслеживает расчетные значения командных стрел изгиба пути.

   Для расчета кривых по стрелам изгиба применяются аналитические [23, 9, 42, 30] и графо-аналитические [21, 43, 80,] способы и способы последовательных приближений [44].

   Определение оптимальных параметров выправки пути является многовариантной задачей и требует выбора соответствующих методов и способов расчета. Методы расчета выправки пути, получившие развитие в России: излагаются в теории разности эвольвент [21, 43, 80] и теории нормалей [9, 23, 30, 42,]. Расчетной базой этих теорий являются свойства эпюры стрел изгиба, измеренных от середины измерительной хорды постоянной длины, или эквивалентные им по смыслу эпюры кривизны. Способы расчета параметров кривых по стрелам изгиба (кривизне) в плане (продольном профиле) наиболее разработаны, позволяют находить оптимальные параметры кривой и, как следствие, широко применяются в расчетных алгоритмах автоматизированных систем выправки пути.


 Рис. 10.22. Системы рихтовки пути по оптической оси лазерного луча
с корректировкой управления путем сдвига передней точки (а) и сдвига «нуля» управления (б)

   Метод теории разности эвольвент. Метод разности эвольвент, впервые предложен Неленцем и М.Гофером (Германия, 1927 г.) [21]. В основу принципа выправки положены следующие допущения: при перемещении кривой железнодорожного пути, как нерастяжимой нити, из одного положения ТА в другое (проектное) Т1В (рис.10.22, а) точка С, принадлежащая этой кривой, смещается на величину СС1, а величина этого смещения (сдвига) равна разности эвольвент С1Е и СЕ кривых Т1С1 и Т1ТС.

   Величина эвольвенты, как развертки кривой, определяется через стрелы изгиба hi, измеренные от середины хорды постоянной длины, равной l = 2a, где l – стандартная измерительная хорда равна 20 м; а – расстояние между точками деления пути равно 10 м. Согласно рис. 10.22, б уравнение эвольвенты 4-ой точки, запишется:

   (10.23)

   Согласно формуле (2.7), эвольвента для точки n имеет вид:

   (10.24)

   Проф. П.Г.Козийчук, развивая и уточняя теорию разности эвольвент [43], показал, что разность эвольвент (сдвиг) en = EН - EП натурной EН и проектной EП кривых (при нулевых начальных подходах), преобразуется к удобному для расчета виду:

   (10.25)

   Из равенства (10.25) вытекает, что разность эвольвент или сдвиг, согласно гипотезе [21], для некоторой точки n кривой равен удвоенной сумме сумм разностей натурной и проектной стрел кривой, взятой по всем точкам, расположенным до рассматриваемой точки.

   Стрелы изгиба кривой обладают рядом свойств: угол поворота кривой в масштабе 2/а равен сумме натурных стрел (эпюре графика стрел)

   (10.26)
   где а – расстояние между точками деления пути.

   Для натурной и проектной кривых углы поворота равны по условию нулевых подходов, следовательно, суммы натурных и проектных стрел также должны быть равны между собой

   (10. 27)

   Чтобы избежать при выправке пути разрыва колеи в последней точке требуется соблюдение условия:

   10.28)

   Если обе части уравнения (10.28) поделить на , то получим:

   (10.29)

   При выполнении условия (10.29) центры тяжести эпюры графиков натурных и проектных стрел кривых совпадают, в случае не выполнения условия – наблюдается сползание (сдвиг) кривой относительно оси насыпи.

   Обобщенный графо-аналитический способ расчета кривых предложен И.Я.Туровским [80] на основе анализа способов расчета кривых, разработанных проф. П.Г.Козийчуком, инженерами А.Т.Крагелем, Г.П.Бредюком, М.Д.Поликарповым, М.А.Макуровым, Н.Н.Максимовым, А.В.Розановым и др. Все графо-аналитические способы расчета кривых по натурным стрелам изгиба рельсовых нитей основаны на применении формул (10.11) и (10.25) теории разности эвольвент.

   Метод эвольвент имеет строгий порядок расчета, требует задания проектных стрел и их подбор, сложности расчета при проходе не сдвигаемых точек в пути и др. В связи с этим разрабатываются новые методы к решению задач выбора оптимальный параметров выправки пути, среди них – теория нормалей, метод моментов, интегральный подход.

   Метод теории нормалей. Основные положения теории метода изложены в книге А.К.Дюнина, Д.Г.Ковтуна, В.И.Ангелейко [23]. В теории не требуется введение вспомогательных осей, используется только ось существующего пути как криволинейная (ортогональная) ось абсцисс. В этих координатах положение натурной кривой задается натуральным уравнением, связывающим кривизну KH с длиной дуги S.

   (10.30)

   Используя аналитический подход при решении динамической задачи (10.30), получают дифференциальное уравнение, связывающее кривизну натурной кривой KН и кривизну проектной кривой KП и нормаль n (сдвиги) – это основное уравнение теории нормалей. Уравнение является сложным и его решение затруднительно. Принимая упрощения, с учетом начальных нулевых подходов, основное уравнение нор-малей преобразуется к виду:

   (10.31)

   Отсюда получим формулу метода теории нормалей в форме конечных разностей:

   (10.32)

   Основная расчетная формула теории разности эвольвент (10.25) и теории нормалей (10.32) по форме совпадают, но получены при различных подходах. В обоих случаях исходные параметры – стрелы изгиба или эквивалентная кривизна. Расчеты выполняются для стрел, измеренных от середины хорды постоянной длины. При использовании несимметричных измерительный хорд (плечи a, b) производится прямое и обратное преобразование стрел различными способами. В работах [9, 23], изложены основные расчетные формулы и способы отыскания оптимальных параметров пространственного положения проектируемой кривой: R, L, Cц, lпк, где, соответственно – радиус и длина круговой кривой; центр эпюры натурных стрел; длина переходной кривой.

   Системы выправки пути с использованием лазерного оптического оборудования. Лазер это прибор, в котором осуществляется генерация монохроматических электромагнитных волн оптического диапазона вследствие индуцированного излучения. Монохроматическое электромагнитное излучение в оптическом диапазоне обладает высокой проникающей способностью даже при дневном свете. Лазерный луч хорошо фокусируется оптической системой и поляризуется в вертикальном и горизонтальном направлениях. Эти его свойства позволяют задавать прямолинейную оптическую визирную ось, по которой направляется передняя точка КИС выправки. В такой системе одновременно производится измерение отклонений от проектной оси пути, как это делается при методе фиксированных точек, и автоматическая корректировка управления выправкой. Непосредственная работа с корректировкой по лазерному лучу производится на прямых участках пути, которые не имеют переломов продольного профиля.


 Рис. 10.23. Эвольвентный метод расчета выправки кривых:
а − сдвиги пути в точке по разности эвольвент; б − определение значений эвольвент через стрелы изгиба пути

   Системы выправки, например рихтовочные (рис. 10.23), содержат тележку 8 с генератором 7 лазерного луча, поляризованного в вертикальной плоскости. Тележка устанавливается перед машиной на расстоянии 150-300 м и закрепляется фиксаторами на рельсах. Система может работать в режимах «Настройка» и «Автоматика». В режиме настройки фотоприемник лазерного луча 5, имеющий расположенные в горизонтальный ряд три фотоэлемента, устанавливается в среднее положение. Луч наводится на средний фотоэлемент. После этого система переключается в автоматический режим отслеживания положения оптической оси путем соответствующего смещения фотоприемника кареткой следящего механизма.

   При наезде передней тележки (точка I системы выправки) на неровность она отклоняется не некоторую величину относительно оптической оси лазерного луча, что приводит к засветке одного крайнего фотоэлемента. Смещением каретки следящего механизма фотоприемник возвращается в среднее положение.

   В случае, если передний конец рихтовочной хорды соединен с кареткой (см. рис. 10.23, а), то хорда возвращается из смещенного положения 3 в откорректированное положение 4 по проектной оси путем сдвига передней точки на величину hIу. Вместе с хордой на проектную ось смещается ПРУ 2, отрабатывая в соответствии с основной формулой выправки возникающий сигнал измерительного датчика 1 (точка II системы выправки). В современных КИС рихтовочный трос может быть закреплен непосредственно на передней тележке. При наезде на неровность хорда остается в положении 9 (см. рис. 10.23, б) В этом случае сдвиг каретки сдвигающего механизма на величину h1н, регистрируемый датчиком 6, преобразуется в соответствующий корректировочный сдвиг «нуля» hIIу, возвращающий ПРУ 2 на проектную ось пути 10.

   При работе по лазерному лучу возможны сбои в работе, вызванные кратковременным затенением луча. При сбое требуется повторная настройка, приводящая к нерациональному использованию рабочего времени. Современные машины, оборудованные бортовыми вычислительными комплексами, позволяют произвести измерительный проезд с записью отклонений оси пути от оптической визирной оси по показаниям датчика 6. После измерительного проезда машина возвращается в исходную точку. При рабочем проходе, занимающем большую часть времени работы машины, делаются корректировки управления по записанным данным.


  10.3. ВЫПРАВОЧНО-ПОДБИВОЧНО-ИХТОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
ВПР-02М, ВПРС-02

   Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины ВПР-02, ВПРС-02 это машины циклического действия, выполняющие в комплексах машин финишные работы по выправке пути с уплотнением балластной призмы для уменьшения степени неравномерности его отступлений по уровню, в плане и просадкам [49, 50]. Магистральная машина ВПР-02 прошла модернизацию и в модернизированном варианте получила название ВПР-02М. Она выпускается ОАО «Калугапутьмаш». На смену универсальной машине ВПРС-02 ОАО «Кировский машзавод 1 мая» (г. Киров) выпускает новую машину ВПРС-03. Машины приспособлены для работы на тяжелых конструкциях пути с щебеночным балластным основанием.


  10.24. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина циклического действия ВПР-02М:
1 - полуприцепная платформа; 2 - дополнительный топливный бак; 3 и 7 - кабины машиниста и оператора; 4 - рама;
5 - отсек для силового дизельного агрегата, силовой передачи и насосной станции; 6 - трос-хорды нивелировочной КИС; 8 - автосцепки;
9, 16, 21 и 24 - измерительные тележки рихтовочной КИС; 10 - каток с датчиком пути; 11 и 20 - тяговая и бегунковая ходовые тележки;
12 - силовая передача; 13 - плужки для очистки рельсов; 14 – трос-хорда рихтовочной КИС; 15 -- ПРУ;
17 - измерительное устройство нивелировочной КИС; 18 - двухшпальные подбивочные блоки; 21 - выдвижная опора платформы;
22 - виброплиты уплотнения балласта у торцов шпал; 23 - колесная пара платформы

   Общее устройство. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина циклического действия ВПР-02М (рис. 10.24) выполняет за один проход комплекс работ по выправке пути в плане, продольном профиле и по уровню с одновременным уплотнением балласта под шпалами и в зонах у торцов шпал. В режиме измерения машина может измерять геометрическое положение пути с записью натурных параметров.

   Машина относится к единице специального самоходного подвижного состава (ССПС) и состоит из базовой машины и сцепленной с ней постоянно через сферический шарнирный узел полуприцепной платформы 1. Как ССПС она оснащена автосцепками 8, тормозной системой, сигнальными устройствами и комплексным устройством локомотивной безопасности для ССПС – КЛУБ-УП. Машина транспортируется самоходом, отдельным локомотивом или в составе хозяйственного поезда.

   Базовая машина содержит сварную раму 4, имеющую по концам площадки для установки через амортизаторы кабины оператора 7 и кабины машиниста 3. В средней части рамы размещается силовой дизельный агрегат 5, гидромеханическая силовая передача 12 с компле4ксным гидротрансформатором, насосная станция объемного гидропривода.

   В передней части рама через центральное рессорное подвешивание опирается на тяговую тележку 11 с приводными колесными парами, а в задней части – на бегунковую тележку 19, колесные пары которой могут иметь привод только в рабочем режиме. Чтобы предотвратить раскачивание корпуса машины при работе, обеспечив требуемую точность выправки пути, в рабочем режиме блокируется центральное и буксовое рессорное подвешивание бегунковой тележки и буксовое подвешивание одной колесной пары тяговой тележки. При этом дополнительными гидроцилиндрами разгружается центральное рессорное подвешивание тяговой тележки.

   Рабочее оборудование машины включает два двухшпальных подбивочных блока 18, ПРУ 15, две виброплиты 22 для уплотнения балласта у торцов шпал, два плуга 13 для очистки поверхности рельсов и многофункциональную контрольно-измерительную систему (КИС). КИС, в свою очередь, подразделяется на четырехточечную КИС рихтовки, включающую переднюю 9, измерительную 16, контрольно-измерительную 20 и заднюю 24 тележки с тросом-хордой 14, и нивелировочную КИС 6 с измерительным устройством 16. Для определения положения машины относительно точек вдоль пути, с привязкой к которым производится автоматический расчет корректировочного управления выправкой, на передней тележке 9 устанавливается импульсный датчик пути с мерным колесом 10. Обычно полный оборот колеса соответствует 1 м пройденного машиной пути.

   На полуприцепной платформе 1 размещаются две вибро-плиты 22 для уплотнения балласта у торцов шпал, дополнительный топливный бак 2 и бортовой кузов для перевозки путевых материалов и инструментов.


  Рис. 10.25. Структурная схема силовой передачи машины ВПР-02М:
а – вид сбоку; б – вид в плане: 1 – колесные пары; 2 – цилиндрические осевые редукторы;
3 и 19 – гидромоторы передвижения в рабочем режиме; 4 – насосы; 5 – раздаточная коробка; 6, 8, 13, 15, 16 и 18 – карданные валы;
7 – реверсивная гидромеханическая передача с гидродинамическим тормозом; 9 – дизельный силовой агрегат; 10 – рама машины;
11 – маслоохладитель гидромеханической передачи; 12 – конические осевые редукторы; 14 – промежуточная опора с валом;
17 – межосевой редуктор

   Силовая передача (трансмиссия). Силовая передача (рис. 10.25) обеспечивает работу машины в транспортном и рабочем режимах, а также в режиме измерительной поездки. Трансмиссии машин класса ВПР имеют похожую структуру. Источником энергии для привода всех механизмов и систем служит силовой дизельный агрегат 9, который через карданный вал 8 связан с входным валом реверсивной гидромеханической передачи 7 с гидротрансформатором, гидромуфтой и гидродинамическим тормозом (гидропередача T 211 r.3 фирмы Voith (Германия)). Гидропередача обеспечивает плавное регулирование и реверсирование направления вращения карданного вала 6, соединяющего его с раздаточной коробкой 5. Система циркуляции масла содержит маслоохладитель 11 с принудительным воздушным охлаждением от вентилятора. На раздаточной коробке установлены насосы 4 привода рабочего оборудования и вспомогательных систем. В рабочем режиме привод колесных пар осуществляется гидромотором 19, а в транспортном – напрямую от дизеля 9. Вращение через карданный вал 18 передается на входной вал промежуточного редуктора 17, который имеет входной и два выходных вала. Один из них через карданный вал 16 соединен с коническим осевым редуктором 12 задней колесной пары 1, а другой – через карданные валы 15, 13 и вал 14 на промежуточной опоре соединен с аналогичным редуктором 12 передней колесной пары тяговой тележки.

   В рабочем режиме машина передвигается циклически с интенсивным разгоном, поэтому для увеличения сцепного веса колесные пары бегунковой тележки могут получать привод от гидромоторов 3 через осевые цилиндрические редукторы 2. Для исключения заклинивания колесных пар в транспортном режиме шестерни и колеса редукторов автоматически выходят из зацепления.


 Рис. 10.26. Двухшпальный подбивочный блок машины ВПР-02:
1 - станина; 2 - шарнирные узлы рычагов подбоек; 3, 5 - гидроцилиндры привода рычагов внутренних и наружных подбоек;
4, 11 - рычаги наружных и внутренних подбоек; 6 - вертикальные направляющие цилиндрические колонны; 7 - масляный бак смазочной системы;
8 - гидроцилиндр вертикального перемещения блока; 9 - стопорная проушина; 10 - гидромотор привода эксцентрикового вала;
12, 13 - наружные и внутренние подбойки (16 шт.); 14 -упругая втулочно-пальцевая муфта; 15, 21 - маховики;
16, 17 -- обоймы гидроцилиндров привода рычагов внутренних подбоек; 18, 20 - коренные и шатунные подшипники;
19 - эксцентриковый вал; 22, 24 - втулки шарнирного узла; 23 - манжеты

   Подбивочные блоки. Машина оснащена двумя двухшпальными подбивочными блоками, используемыми для уплотнения балластного слоя под подошвами шпал. Подбивочный блок (рис. 10.26) представляет собой литую станину 1, установленную в двух направляющих цилиндрических колоннах 6. Колонны закреплены в проемах рам, которые могут перемещаться в поперечном оси пути направлении, компенсируя боковой относ блоков в кривой относительно осей рельсов. Блок в вертикальном направлении перемещается по направляющим колоннам гидравлическим цилиндром 8, шток которого соединен с его станиной через резьбовое соединение.

   Для уплотнения балласта подбойки 12, 13 совершают два движения: колебания с заданной амплитудой и частотой, а также подачу по направлению к шпале с установленной скоростью. Поэтому подбивочный блок оснащается механизмом вибраций и механизмом подачи подбоек. Механизм вибраций включает в себя эксцентриковый вал 19, который установлен в центральной части станины на подшипниках 18. Вал приводится во вращение от гидравлического мотора 10 через упругую муфту 14, позволя-ющую амортизировать и демпфировать возникающие высокочастотные крутильные колебания.

   Обоймы 16, 17 гидравлических цилиндров 3 привода внутренних подбоек соединяются с эксцентричными поверхностями вала через шатунные подшипники 20. При вращении вала вибрационные движения передаются на цилиндры 3 и далее на рычаги 11 внутренних подбоек 13. С упомянутыми обоймами через шарнирные узлы соединены гидравлические цилиндры 5. Вибрации передаются также и через них на рычаги 4 наружных подбоек 12. Рычаги совершают крутильные колебания вокруг шарниров 2 их соединения со станиной 1.

   Привод подачи подбоек при обжиме балласта осуществляется цилиндрами 3, 5. При выдвижении штоков цилиндров 5 и втягивании штоков цилиндров 3 рычаги поворачиваются, смещая соответствующие подбойки к оси шпал. При раскрытии подбоек штоки цилиндров смещаются в противоположных направлениях.

   Шарнирные узлы подбивочного блока имеют централизованную смазку самотеком. Система смазки наполняется из бачка 7.

   Амплитуда колебаний A для внешних и внутренних подбоек имеет фиксированное значение (A = 4,5 мм – для наружных подбоек и A = 6,5 мм – для внутренних подбоек). Угловая частота колебаний w = 220 рад/с также неизменна. Поэтому система управления машиной позволяет регулировать скорость подачи лопаток подбоек и тем самым настроить режим взаимодействия подбоек и балласта, соответствующий условиям уплотнения.


 Рис. 10.27. Принципиальная схема гидросистемы привода левого подбивочного блока машины ВПР-02:
1 – напорная линия гидросистемы привода вибраций левого подбивочного блока; 2 – напорная линия рабочей гидросистемы;
3 – линия сниженного давления

   Гидроцилиндр Ц1 (рис. 10.27) вертикального перемещения подбивочного блока управляется через сервовентиль Р1, который позволяет регулировать подачу масла в полости гидроцилиндра, обеспечивая необходимый скоростной режим опускания блока, точное позиционирование после заглубления лопаток подбоек ниже подошв шпал, а также остановку блока и в верхнем рабочем положении.

   В исходном состоянии при опускании подбивочного блока штоки цилиндров Ц4, Ц5, Ц8, Ц9 привода рычагов наружных подбоек втянуты, а штоки цилиндров Ц12, Ц13, Ц16, Ц17 привода рычагов внутренних подбоек выдвинуты. Для этого распределители Р18, Р10 включены в нейтральную позицию. Поршни цилиндров наружных подбоек прижаты давлением к дну корпусов, а поршни цилиндров внутренних подбоек разностью давлений прижаты к крышкам. Прижим обеспечивает жесткую передачу вибраций от эксцентрикового вала, который вращается гидромотором М1, на рычаги и подбойки. В момент заглубления подбоек в слежавшийся балласт (машины применяется и для рыхления балласта) распределителем Р14 масло под давлением может быть подано в преобразователь (мультипликатор давления) ГП1. В его штоковой полости развивается давление до 21 МПа, подаваемое в момент заглубления в штоковые полости цилиндров Ц4, Ц5, Ц8, Ц9.

   При поступлении сигнала на обжим балласта распредели-тели Р18, Р10 включаются в рабочие позиции. Масло под давлением начинает поступать в поршневые полости цилиндров привода рычагов наружных подбоек, вследствие чего они включаются по дифференциальной схеме, их штоки выдвигаются, и наружные подбойки производят вибрационный обжим балласта. Скорость подачи лопаток наружных подбоек определена настройкой дросселя клапана ДР1. Кроме того рабочее давление 11,5-14,0 МПа подается в штоковые полости цилиндров Ц12, Ц13, Ц16, Ц17 привода рычагов внутренних подбоек, а сниженное давление 3,5 МПа поддерживается в поршневых полостях. Штоки втягиваются, балласт обжимается внутренними подбойками. Усилие обжима балласта наружными подбойками ограничено настройкой редукционного клапана КР5. Благодаря асинхронному принципу подбивки усилие обжима балласта точно ограничено, что способствует равномерности уплотнения. Кроме того, при асинхронном принципе подбивки давление на балласт справа и слева от шпалы приблизител6но равно, что исключает продольный сдвиг шпалы. Вспомогательным распределителем Р4 поддерживается одна из трех ступеней заданного давления в линии управления клапана КР5, соответственно его давление перекрытия.

   После прекращения подачи сигнала на обжим балласта отключаются рабочие позиции распределителей Р18, Р10, рычаги подбоек возвращаются в исходное положение, соответствующее раскрытым подбойкам.

   Виброплиты уплотнения балласта у торцов шпал. Для уплотнения балласта у торцов шпал машины оснащаются дебалансными виброплитами. Уплотнение необходимо для заполнения пустот, образующихся у торцов шпал после рихтовки для повышения устойчивости пути горизонтальным нагрузкам. Виброплиты перемещаются в нижнее и промежуточное рабочие положения, а также в транспортное положение шарнирно-рычажным механизмом с гидроприводом. При установке виброплиты на раме подбивочного блока (ВПР-02) она подвешивается на двух рычагах с гидроцилиндрами через шарнирную систему с серьгами [3]. При модернизации машины (ВПР-02М) была изменена конструкция шарнирно-рычажного механизма (см. рис. 10.24). Виброплита соединяется с рычагом шарниром, ось которого перпен-дикулярна продольной оси машины, что дает возможность продольного поворота виброплиты при ее опускании на неровный балласт. Передний и задний дебалансы виброплиты находятся на одном валу и повернуты друг относительно друга на угол 180°, поэтому виброплита совершает колебательные движения вокруг шарнира ее соединения с рычагом. Опускание виброплит в рабочем цикле машины согласуется с опусканием подбивочных блоков. Это позволяет осуществить комплексное вибрационное воздействие на балластный слой.

   Подъемно-рихтовочное устройство. Машина ВПР-02 (ВПР-02М) для перемещения и фиксации в заданном положении РШР оснащена подъемно-рихтовочным устройством (ПРУ). В общем случае ПРУ включает механизмы захвата рельсов и механизмы манипулирования положением РШР при выправке.


 Рис. 10.28. Подъемно-рихтовочное устройство машины ВПР-02:
1 - рама машины; 2 - упор крюка; 3 - крюк транспортного запора; 4 - вертикальные направляющие подъемных механизмов;
5 - пневмоцилиндр запора; 6 - кронштейн; 7 и 15 - гидроцилиндры привода захватов; 8 и 14 - роликовые клещевые захваты;
9 и 10 - захватные и рихтующие ребордчатые ролики; 11 - шпальная щетка; 12 - датчик точного останова машины при работе в автоматическом режиме; 13 - балансир; 16 - серьга с вертикальной осью; 17 - шарнирный узел крепления гидроцилиндра; 18 - гидроцилиндр вертикального перемещения подъемного механизма; 19 - универсальный шарнирный узел; 20 - поперечная балка крепления гидроцилиндров;
21 - рихтующие гидроцилиндры; 22 - хребтовая балка рамы машины; 23 - кронштейны крепления рихтующих гидроцилиндров

   ПРУ содержит балансир 13 (рис. 10.28), на котором по краям размещены передний 8 и задний 14 роликовые клещевые захваты с роликами 9 «тарельчатого типа». Ролики переднего захвата находятся относительно роликов заднего захвата на более низком уровне, чтобы скомпенсировать кривизну упругой линии рельсов при подъемке. Своими ребордами ролики захватывают рельсы за головку. Привод раскрытия и закрытия захватов осуществляется гидравлическими цилиндрами 7, 15. Захваты обеспечивают передачу вертикальных нагрузок на рельсы для подъема и перекоса РШР. При этом кинематическая схема захватов способствует такому распределению усилий и моментов на рычагах, что при подъемке имеет место самозахват рельсов. Горизонтальные ролики 10 имеют две реборды, что позволяет передавать через них на РШР горизонтальные усилия, необходимые для сдвига пути в плане при рихтовке.

   Балансиры закрепляются на кронштейнах 6 через вертикальные оси 16 с серьгами. Оси дают возможность поворота балансиров относительно кронштейнов на ограниченный угол, чтобы скомпенсировать изменения кривизны пути в плане при работе ПРУ. Кронштейны в свою очередь устанавливаются на вертикальных цилиндрических направляющих колоннах 4 и могут перемещаться вдоль них и одновременно поворачиваться в плане. Вертикальное перемещение подъемных механизмов производится гидравлическими цилиндрами 18, соединенными через сферический шарнирный узел 17 с кронштейнами. В верхней части цилиндры через универсальные шарнирные узлы 19 соединяются с поперечной балкой 20.

   Фиксация подъемных механизмов в транспортном положении производится крюком 3, поворачиваемым пневматическим цилиндром 5, на упоре 2.

   Балансиры 13 через сферические шарнирные узлы также соединяются с рихтующими гидравлическими цилиндрами 21, которые со стороны корпусов через другие аналогичные узлы присоединены к кронштейнам 23, приваренным к хребтовой балке 22. Штоки цилиндров согласованно смещаются вместе с РШР, обеспечивая ее необходимый сдвиг в плане. Во время зарядки или разрядки подъемные механизмы могут поворачиваться в плане независимо друг от друга, обеспечивая точное центрирование захватов над рельсами, снижая вероятность их случайного повреждения.

   Для сбрасывания излишков балласта с концов шпал на балансирах закреплены тросовые щетки 17, а для реализации автоматического управления рабочим циклом может быть дополнительно установлен индуктивный датчик 12, связанный с системой точной остановки машины над рабочей зоной подбивки.

   Гидравлическая система привода ПРУ обеспечивает точное отслеживание в рабочем цикле задаваемых положений РШР, являясь усилительно-преобразовательным элементом следящей системы выправки. При зарядке и разрядке ПРУ обеспечивается независимое перемещение подъемных механизмов.


 Рис. 10.29. Принципиальная схема гидросистемы привода ПРУ машины ВПР-02:
Ц27 и Ц28 - подъемные гидроцилинд-ры; Ц30 и Ц31 - рихтовочные гидроцилиндры; СК1 … СК3 - сервовентили;
Р3, Р22 и Р23 - гидрораспределители; КУ5 и КУ6 - гидроуправляемые клапаны

   Гидравлическими цилиндрами Ц27, Ц28 (рис. 10.29) захватные механизмы по направляющим колоннам перемещаются вертикально и независимо друг от друга. Рассмотрим, например, привод цилиндра Ц28. В нейтральной позиции распределителя Р23 сообщение штоковой полости с гидросистемой перекрыто, шток с захватным механизмом зафиксированы в определенном положении. При подаче сигнала на подъем рельсовой нити включается электромагнит YA42, соединяя штоковую полость с сервовентилем СК2. Включается позиция сервовентиля, показанная снизу. Сигнал на подъем отрабатывается до перекрытия сервовентиля. Если сигнал соответствует опусканию рельса, то включается позиция СК2, показанная сверху. Полость цилиндра Ц28 соединяется с баком. Цилиндр работает в плавающем режиме, предотвращая дополнительное вертикальное давление на путь. Очевидно, что в этом случае режим вывешивания и подъемки РШР был задан неправильно, и в пути останется горб. Для быстрого опускания механизма из транспортного положения в рабочее включается электромагнит YA43. Штоковая полость напрямую соединяется с баком.

   Сдвиг пути в плане производится гидравлическими цилиндрами Ц30, Ц31, штоковые полости которых соединяются с системой через гидроуправляемые клапаны КУ5, КУ6. В нейтральной позиции пилотов клапаны свободно пропускают масло в любом направлении, а при включении рабочей позиции движение масла перекрывается. Таким образом, можно блокировать работу одного цилиндра, подавая к другому масло под давлением.

   При передвижении машины в рабочем режиме с опущен-ным на рельсы ПРУ распределитель Р3 соединяет все полости цилиндров с баком. Их штоки находятся в плавающем положе-нии, обеспечивая свободное качение подъемных механизмов по горизонтальным неровностям.

   После подачи сигнала на рихтовку пути распределитель Р3 переключается в рабочую позицию, перекрывая сообщение полостей цилиндров с баком. Направление и скорость сдвига РШР в этом случае определяется включенной позицией и степенью открытия золотника сервовентиля СК1, на электромагнит которого имеет выход система управления выправкой пути. При достижении требуемого положения РШР в плане золотник сервовентиля занимает нейтральное положение с перекрытием линий основного потока масла.

   Контрольно-измерительная система управления выправкой. Контрольно-измерительная система (КИС) обеспечивает измерение отклонений в положении пути, выработку и передачу сигнала на управление механизмами подъемки и сдвижки, контроль результатов выправочных работ и запись положения пути. Машина оснащена независимыми нивелировочной, рихтовочной и контрольной системами. В зависимости от требований к пути и технологии работ системы выправки могут работать по методу сглаживания, фиксированных точек с предварительным измерением положения рельсовых нитей оптическим нивелировочным комплектом, с использованием лазерного луча или по расчету, проводимому на основе данных измерительного проезда бортовой ЭВМ.


 Рис. 10.30. Контрольно-измерительная система выправки пути машины ВПР-02:
1, 13 и 15 - передняя, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС 2 - фотоприемник лазерного луча;
3, 30 и 31 - следящие механизмы корректировки положения передних концов рихтовочного и нивелировочных тросов-хорд;
4 - тележка с лазерной пушкой; 5 – каток с датчиком пути; 6 - рычаг; 7, 12 и 14 - ходовые тележки машины и платформы;
8, 24 и 25 - рихтовочный и нивелировочный тросы-хорды; 9 - ПРУ; 10 и 17 - измерительный и контрольный датчики рихтовочной КИС;
11 - подбойки; 16 и 26 - маятниковые датчики уровня контрольной и нивелировочной систем;
18 и 20 - пневмоцилиндры натяжения нивелировочных тросов; 19, 21, 28 и 29 - контрольные и нивелировочные устройства;
22 и 23 - датчики продольного профиля; 27 - нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство;
a, b, c - плечи измерительной хорды рихтовочной КИС; l1, l2, l - плечи и длина измерительной базы нивелировочной КИС;
L1, L2, L - плечи и длина корректировочной хорды; Fн, Dfн - текущая вертикальная неровность и сигнал на смещение пути в точке выправки

   Система выправки пути в продольном профиле и по уровню имеет выход на ПРУ 9 (см. рис. 10.30), которое является ее исполнительным механизмом. Положение правой и левой рельсовых нитей в продольном профиле измеряется двумя соответствующими измерительными системами, реализующими измерение по трем точкам с использованием передней корректирующей хорды.

   Измерения осуществляются относительно правого 24 и левого 25 тросов-хорд. Их передние концы закреплены на нивелировочных устройствах 28, 29 через следящие механизмы 30, 31, обеспечивающие установку по высоте относительно нулевой отметки, что позволяет задавать выправочную подъемку пути. Задние концы нивелировочных тросов закреплены на контрольных устройствах 19, 21 через обводные блоки и натяжные пневматические цилиндры 18, 20. Нивелировочные устройства в свою очередь опираются через опорные площадки на передний рычаг 6, а контрольные устройства - на рычаг контрольно-измерительной тележки 13. Передний рычаг соединен с передней тележкой 1 рихтовочной КИС, с одной стороны, а с другой через универсальный шарнирный узел подвешен снизу шкворневой балки тяговой тележки 7.

   Измерения стрел изгиба рельсовых нитей в продольном профиле производятся датчиками 22, 23 специальной конструкции с прецизионными потенциометрами. Датчики устанавливаются на нивелировочно-рихтовочном измерительном устройстве 27, которое опирается на рельсы в точках выправки пути. На этом устройстве также установлен маятниковый датчик 26, связанный с системой отслеживания уровня в точке выправки. В ряде модификаций машин используются отдельные измерительные устройства нивелировочной системы, размещаемые на подвижных рамах подбивочных блоков. Такие устройства более сложны, но позволяют точку измерения продольного профиля совместить с зоной подбивки пути (но это зона повышенной вибрации), в которой производится окончательная фиксация пути. Размещение измерительного устройства в зоне между ПРУ и подбивочными блоками позволяет более свободно его скомпоновать, облегчить эксплуатацию, несмотря на небольшую погрешность, связанную со смещением точки выправки и закреплением положения РШР после выправки.


 Рис. 10.31. Нивелировочное устройство:
1 - опорная площадка; 2 - наконечник; 3 - кронштейн; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель; 6 - корпус пиноли; 7 - винтовая передача;
8 - датчик положения троса; 9 - тросик; 10 - выдвижная часть пиноли; 11 - нивелировочный трос; 12 - втулка; 13 и 18 - направляющие;
14 - стойка; 15 и 19 - направляющие подшипники; 16 - штанга; 17 - пружина; 20 - шкала масштабного указателя

   Нивелировочное устройство, кинематическая схема которого показана на рис. 10.31, является передней направляющей точкой измерительной системы, которая в масштабе повторяет начальные неровности пути в продольном профиле с возможностью ввода корректировочного управления положением тро-са относительно нулевой отметки. Устройство монтируется на стойке 14, размещенной в кабине оператора, и опирается через штангу 16 и наконечник 2 на опорную площадку 1 переднего рычага. На штанге смонтирована винтовая передача 7 с приводом вала от электродвигателя 5 через редуктор 4, которая позволяет перемещать вертикально выдвижную часть 10 из корпуса 6 пиноли. Вертикальные перемещения регистрируются потенциометрическим датчиком 8, связанным через тросик с выдвижной частью. Одновременно при настройках системы положение троса можно контролировать по масштабному указателю 20. Трос 11 перемещается вместе с выдвижной частью. Усилие натяжения передается через втулку 12, которая может перемещаться по направляющей 13. Пружина 17 гарантирует постоянный контакт наконечника 2 и площадки 1.


  Рис. 10.32. Нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство:
1 и 10 – нивелировочные и рихтовочный трос-хорды; 2 – датчики продольного профиля; 3 – регулировочные кронштейны крепления датчиков;
4 – маятниковый датчик уровня; 5 – штанги; 6 и 16 – пневмоцилиндры подъема и бокового прижима к базовому рельсу;
7 и 8 – направляющие с опорными роликами штанг; 9 – опорные ролики устройства; 11 – пружины; 12 – кронштейны;
13 – направляющие опоры со сферическими шарнирными подшипниками; 14 – кронштейны; 15 – цилиндрические направляющие колонны;
17 – пневматические стопоры; 18 – поперечная балка маятникового моста; 19 – рама;
20 – измерительный датчик стрелы изгиба рихтовочной системы; 21 – рельсошпальная решетка

   Нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство, кинематическая схема которого показана на рис. 10.32, позволяет измерить стрелы изгиба рельсовых нитей в продольном профиле, их положение по уровню, а также измерительную стрелу изгиба для работы рихтовочной КИС. Рама 19 устройства при работе опирается на РШР 21 через катки 6 с ребордами. Она перемещается вертикально и прижимается к рельсам через катки двумя пневматическими цилиндрами 14. Цилиндрические направляющие 15 и кронштейны, при этом, позволяют компенсировать движение устройства по неровностям пути. Пневматические цилиндры 16 обеспечивают прижим одного катка к базовому рельсу для рихтовки. На раме установлен датчик 20, позволяющий производить измерение стрелы изгиба пути относительно троса-хорды 10.

   Стрелы изгиба рельсов в продольном профиле измеряются датчиками 2 с прецизионными потенциометрами, которые через кронштейны 3 установлены на вертикальных штангах. Штанги через катки 8 опираются на направляющие 7. Это дает возможность скомпенсировать боковой относ нижней части устройства при прохождении кривых. Штанги соединены между собой поперечной балкой 18, на которой установлен маятниковый датчик 4 положения пути по уровню в зоне выправки. По этому датчику производится установка взаимного положения небазового рельса относительно базового. Балка вместе с маятником носит название маятникового моста.

   В транспортном положении устройство фиксируется пневматическими стопорами 17.

   В основу работы нивелировочной системы как следящей системы автоматического регулирования положен принцип сравнения текущего положения пути в продольном профиле и по уровню, измеряемого описанной выше системой, через датчики с установочным положением пути, которое задается через систему задающих устройств. Управляющие рассогласования отрабатываются (делаются ниже порога чувствительности системы) перемещениями РШР в точке выправки. В общем случае при управлении выправкой задаются общая подъемка пути и превышение по уровню небазовой рельсовой нити относительно базовой.

   Сглаживающие свойства системы в продольном профиле характеризуются описанными в первой части пособия показателями, основным из которых является статический коэффициент сглаживания. Как можно увидеть на рис. 10.30, его значение:

   (10.33)
   где Fн, Dfн – отклонение передней точки корректировочной хорды на исходной неровности и отклонение положения хорды
в точке выправки относительно отслеживаемой отметки (в об-щем случае с подъемкой);
l, L – длины главной и корректиро-вочной хорд;
 l1, L1 – задние плечи хорд.

   Система проявляет все описанные ранее сглаживающие свойства: уменьшение исходной изолированной неровности и разнесение ее на большую длину, получение плавных отводов в начале и в конце работы, уменьшение гармонических неровностей заданного спектра.

   Выправочная подъемка системой может быть реализована двумя способами: а) отслеживанием смещенного относительно исходного положения нулевой точки управления (сдвиг нуля управления); б) установкой переднего конца базового нивелировочного троса на высоту, соответствующую выправочной подъемке.

   В основу управления выправкой положены следующие группы операций:
   – выбор базового рельса. На прямом участке пути выбирается любой рельс, а в кривой – внутренний, относительно которого устанавливается продольный профиль;
   – установка необходимой величины выправочной подъемки, гарантирующей сокрытие исходных неровностей;
   – установка необходимой величины возвышения небазового рельса относительно базового.


 Рис. 10.33. Схема выправки пути в плане: 1 и 2 - полуприцепная платформа и базовая машина; 3 - нивелировочная КИС;
4, 9, 10 и 12 - передняя, измерительная, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС;
5 - передний следящий механизм корректировки положения переднего конца рихтовочной хорды; 6 - каток с датчиком пути;
7 и 11 - рабочий и контрольный трос-хорды; 8 - ПРУ; 13, 14 и 15 - датчики смещения переднего конца рихтовочной хорды, измерительный и контрольный; 16 - прецизионный потенциометр датчика; 17 – поводок датчика;
Hн - отклонение пути на исходной неровности от проектного по-ложения; h2, h3 - измерительная и контрольная проектные стрелы изгиба пути;
H2, H3 - изменения измерительной и контрольной стрел изгиба пути при наезде передней тележкой 1 на неровность Hн

   ПРУ является исполнительным механизмом также системы рихтовки (рис. 10.33). База рабочей части системы выполнена по четырехточечной измерительной схеме с возможностью переключения в трехточечный режим измерений положения пути в плане. Измерения стрел изгиба осуществляются от стального троса 7, который при работе натянут между передней 4 (точка 1) и задней 12 (точка 4) концевыми тележками, измерительным 14 и контрольным 15 датчиками перемещения с прецизионными потенциометрами 16 и трособлочными передачами от поводков 17, контактирующих с тросом-хордой. Измерительный датчик установлен на измерительной тележке 9 (точка выправки 2), расположенной рядом с ПРУ 8, а контрольный датчик – на контрольно-измерительной тележке 10 (контрольная точка 3).

   На передней тележке установлен винтовой следящий механизм 5 бокового корректировочного смещения переднего конца измерительной хорды 7. Положение каретки механизма измеряется датчиком 13 с прецизионным потенциометром.

   Принцип работы такой системы был описан в п. 10.3. Обозначения измерительных точек и отрезков троса-хорды аналогичны. В режиме сглаживания, если передняя тележка (точка 1) наезжает на неровность Hн, то происходит отклонение хорды из исходного положения (показано сплошной линией) в другое положение, показанное пунктирной линией. Это вызывает наращивание измерительной стрелы h2 на величину H2, а контрольной стрелы h3 - на величину H3. Нарушается заложенное в алгоритм функционирования системы соотношение между стрелами изгиба, которое отслеживается в соответствии с формулой выправки (h2 = k h3, где k – постоянный для данной системы коэффициент, принимающий значение для конкретного приведенного соотношения отрезков хорды k = 1,37). После отработки возникших в системе рассогласований ПРУ смещает РШР с проектной оси пути в новое положение на величину Dh2, соответствующую необ-ходимой компенсации для восстановления указанного выше со-отношения. Это первая остаточная неровность. Ее отношение к начальной неровности было определено как статический коэф-фициент сглаживания m = Hн / Dh2. Для конкретных значений отрезков хорды m = 6,59. При относительно небольших неровностях, если отсутствует смещение оси пути на большой длине, то при работе в четырехточечном режиме система обладает приемлемыми сглаживающими свойствами.

   Если в пути имеют место отклонения от проектной оси на большой длине, предъявляются повышенные требования к точ-ности постановки пути на проектную ось, то система может реа-лизовать работу по методу фиксированных точек с предвари-тельным измерением положения пути в плане, как изложено в п. 10.3. В этом случае трос 7 защемляется на контрольно-измерительной тележке 10, а сигнал контрольного датчика 15 не принимается системой. Короче говоря, система переводится в режим измерения по трем точкам: точки 1 и 3 становятся концевыми, а точка 2 – сохраняет свою функцию активной точки выправки. Коэффициент сглаживания в таком режиме m = (b+c) / b = 3,17. Относительно небольшое значение коэффициента сглаживания компенсируется точной установкой передней точки хорды по проектной оси пути.

   В процессе выправки кривых, чтобы избежать одностороннего смещения пути с проектной оси, производятся корректировки управления. Система позволяет делать ввод корректировок путем сдвига нуля управления, при котором отслеживается смещенное относительно хорды положение ПРУ, и сдвигом передней точки троса-хорды с помощью следящего механизма.

   В режиме сглаживания требуется повышенное значение коэффициента сглаживания, чтобы отклонения передней точки на неровностях минимально передавались бы в точку выправки, т.к. они не компенсируются. Поэтому в работу включается система с измерением положения пути в плане по четырем точкам. Корректировки управления производятся только при работе в переходных кривых и при проходе системой точек сопряжения участков пути с разным характером изменения кривизны. Корректировки могут производиться либо путем сдвига нуля управления, либо сдвигом передней точки. Для расчета корректировок использу-ются перестановочные таблицы, либо параметры кривых задаются через ввод блока корректировки с ручным переключением в точках начала и конца участков. При оснащении машины бортовой вычислительной системой появляется возможность, помимо расчета корректировок, измерять и восстанавливать проектные параметры положения пути в плане.

   В режиме работы по фиксированным точкам повышенное значение коэффициента сглаживания отходит на второй план, т.к. положение передней направляющей точки корректируется по проектной оси. Система измерения положения пути по трем точкам более простая, поэтому дает меньшие погрешности при работе. На корректировочные смещения, связанные с компенсацией неровностей, накладываются смещения, обусловленные необходимостью проходить кривые.

   Некоторые машины оборудуются контрольными система-ми, которые служат для независимой от рабочей системы записи параметров геометрического положения пути в плане и по уровню. Запись производится в графическом или цифровом виде на носителях (бумаге, мониторе ЭВМ, дискете или компакт-диске, винчестере), соответствующем уровню оснащения машины. Измерения положения пути в плане могут производиться от хорды 11 (см. рис. 10.33) приблизительно в ее середине. Записываются для дальнейшего анализа стрелы изгиба hК в точках сканирования вдоль пути при дискретной записи, или непрерывно при аналоговой записи. Одновременно записываются положения пути по уровню от маятникового датчика, расположенного на задней тележке КИС.

   При наличии на машине бортовой ЭВМ запись может быть произведена и от рабочей КИС с последующим программным преобразованием цифровых массивов для получения необходимой информации.

   Универсальная машина ВПРС-02 по многим сборочным единицам и системам унифицирована с базовой магистральной машиной ВПР-02. Она может работать в режиме «стрелки» и в режиме «путь». В режиме «стрелки» управление между правым и левым подбивочными блоками разделяется, чтобы обеспечить работу на стрелочном переводе или пересечении, имеющем сложную конфигурацию. В рабочем режиме управление производится из кабины оператора и из рабочей кабины, расположенной в средней части рамы под главными несущими балками. Выпускается более совершенная машина ВПРС-03.

   Рабочий цикл машины. Анализ рабочего цикла машины позволяет решать ряд вопросов проектирования: определять производительность машины, исследовать и оптимизировать по выбранным критериям распределение нагрузок на дизель и силовую передачу в течение цикла, определять скоростные параметры рабочего оборудования, параметры гидроаккумулятора и другие вопросы. Производительность выправочно-подбивочной машины циклического действия, шп/ч:

   (10.34)
   где nщп – число одновременно подбиваемых за цикл шпал;
Tц – время рабочего цикла, с.

   При теоретической производительности машины 1400 шп/ч время рабочего цикла должно составить 5,2 с. Время цикла при автоматическом режиме определяется настройкой системы управления, а при ручном режиме – квалификацией и опытом персонала, условиями работы, состоянием машины и пути, организационными факторами и др. Для магистральных машин циклического действия оно в среднем составляет 6-10 с. Структура рабочего цикла определяется по циклограмме, пример которой показан на рис. 10.34. В ней перечислены основные рабочие операции цикла и время их выполнения без учета вероятных пауз между операциями. Многие операции выполняются параллельно, что приводит к пиковым нагрузкам на привод и дизель. Например, система управления машиной позволяет реализовать обычный режим подъемки, когда ПРУ начинает работать после достижения заданного заглубления подбоек, режим ранней подъемки с началом работы ПРУ сразу после поступления сигнала на опускание блоков и режим многократной подбивки, когда ПРУ удерживает РШР независимо от положения блоков. Совмещена по времени работа блоков и виброплит.


  Рис. 10.34. Диаграмма времени выполнения операций рабочего цикла
выправочно-подбивочной машины циклического действия

   При известном времени работы механизма и размерах элементов конструкции машины можно определить скорость движения рабочего органа. Информация о возникающих рабочих нагрузках позволяет определить мощности приводов, объемные подачи насосов, нагрузки на приводные элементы силовой передачи в рабочем режиме и т.д. Например, если известны:
   tоп, tр, tт – общее время выполнения операции, время разгона и торможения устройства рабочего оборудования, с;
   Lу – расстояние перемещения устройства, м, принимая переходные режимы с постоянным ускорением и замедлением, установившаяся постоянная скорость движения устройства, м/с:

   (10.35)

   Ускорения, определяющие избыточные динамические силы в периоды разгона и торможения устройства рабочего оборудования, м/с2:
   – ускорение разгона;
   – ускорение торможения.
Указанные силы, кН:

   и . В зависимости от направления действия статических сил, динамические нагрузки могут с ними складываться или вычитаться.

   После расчета мощностей привода различных устройств временной циклограмме сопоставляются циклограммы нагрузок, мощностей и др. На основании анализа производится необходимая оптимизация параметров привода.


 10.4. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина
DUOMATIC 09-32 CSM

   Высокая производительность непрерывного метода вы-правки и подбивки пути в сочетании с возможностью получения требуемого качества выполнения технологических операций привело к созданию машин, которые по своему принципу работы являются машинами циклического действия, но при работе движутся по пути непрерывно. К ним относятся выправочно-подбивочно-рихтовочные машины «Duomatic 09-32 CSM» (в дальнейшем 09-32 CSM), «Dynamic Stophexpress 09-3X» совместного производства с австрийской фирмы «Plasser & Theurer», ПМА-1 филиала ОАО «РЖД» Калужского завода «Ремпутьмаш». Основное назначение машины 09-32 CSM, 09-3Х – производство чистовой выправки пути с подбивкой при ремонте и текущем содержании пути. Машина включена в состав многих технологических комплексов.


 Рис. 10.35. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина непрерывно-циклического действия Plasser Duomatic 09-32 CSM:
1 - автосцепки; 2, 3 и 4 - полуприцепная платформа с бортами и дополнительным топливным баком; 5 и 11 - кабины машиниста и оператора;
6 - рама; 7, 10 и 24 - измерительное, нивелировочные и контрольные устройства; 8 и 17 - нивелировочные и рихтовочный трос-хорды;
9 - дизельный агрегат; 12 - лазерная приемная камера; 13 – каток с датчиком пути; 14, 20, 26 и 29 - передняя, измерительная, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС; 15 и 25 - тяговая и бегунковая ходовые тележки; 16 - силовая передача (трансмиссия);
18 - спутник (сателлит); 19 - ПРУ; 21 - уплотнители балласта у торцов шпал; 22 - двух-шпальные подбивочные блоки;
23 и 28 - приводные колесные пары спутника и платформы; 27 - рельсовые щетки

   Общее устройство. Машина (рис. 10.35) включает две подвижные единицы - базовую машину и постоянно сцепленную с ней через универсальный шарнирный узел полуприцепную платформу 2, составляющие единицу ССПС. Базовая машина опирается на две тележки: тяговую 15 с приводными колесными парами в рабочем и транспортном режимах и бегунковую 25 с неприводными колесными парами. Платформа опирается на путь колесной парой 28, которая в транспортном режиме свободно вращается, а в рабочем режиме имеет привод от отдельного гидромотора через осевой редуктор для выборки зазора в шарнирном узле и предотвращения колебаний рихтовочного троса-хорды.

   Основное рабочее оборудование машины размещается на спутнике (сателлите) 18, который при работе машины движется циклически в отличие от машины и платформы. Спутник сзади опирается на путь приводной колесной парой 23, а спереди связан с рамой 6 машины через горизонтальные направляющие и гидроцилиндр–ускоритель. Привод колесной пары в рабочем режиме также осуществляется гидромотором через осевой редуктор. Колесная пара с указанным цилиндром обеспечивают быстрый разгон и торможение спутника в рабочем цикле.

   На спутнике для выполнения технологических операций размещены: ПРУ 19, во многом конструктивно аналогичное ПРУ машины ВПР-02, два двухшпальных подбивочных блока 22 и дебалансные уплотнители 21, предназначенные для уплотнения балласта у торцов шпал.

   Источником энергии для привода всех механизмов и систем машины является дизельный агрегат 9 мощностью 361 (354) кВт, который связан с силовой передачей (трансмиссией) 16. Трансмиссия аналогично трансмиссии в машине ВПР-02 в транспортном режиме обеспечивает передачу крутящих моментов на колесные пары тяговой тележки, а в рабочем режиме - привод насосов гидравлической системы рабочих органов, передвижения машины и вспомогательных механизмов.

   Машина оснащена четырехточечной КИС рихтовки с измерением положения пути относительно натянутого между передней 14 и задней 29 тележками троса-хорды 17. Измерения производятся двумя датчиками стрел изгиба, один из которых находится на измерительной тележке 20, другой - на контрольно-измерительной тележке 26.

   Машина оснащается системой выправки пути в продольном профиле и по уровню. Применена традиционная двухтросовая система измерения, включающая нивелировочные 10 и контрольные устройства 24, между которыми слева и справа натянуты два троса 8. Измерения положения пути в продольном профиле производятся измерительным устройством 7, расположенным на подвижных рамах подбивочных блоков. На передней тележке 14, измерительном устройстве 7 и на тележке контрольных устройств 24 также установлены маятниковые датчики уровня. Система управления выправкой может быть дополнительно оснащена устройствами корректировки положения пути в плане и продольном профиле по лазерному лучу. С этой целью в комплект машины входит лазерная тележка, а на передней тележке КИС устанавливается лазерная приемная камера 12.

   Функции управления машиной в рабочем и транспортном режимах распределены между кабиной машиниста 5 и кабиной оператора 11. Аналогично машине ВПР-02 в кабине машиниста имеется рабочее место управления транспортным движением машины по направлению назад и рабочее место управления выправкой и подбивкой, а в кабине оператора одно рабочее место предназначено для управления транспортным движением машины вперед, другое – для управления выправкой.

   Для эксплуатации на российских железных дорогах машина оснащена стандартными автосцепками 1, тормозной системой, устройствами сигнализации и КЛУБ-УП.


  Рис. 10.36. Структурная схема силовой передачи машины 09-32 CSM:
1, 3 и 22 - гидромоторы платформы, спутника и базовой машины; 2, 4, 12 и 15 - осевые редукторы платформы, спутника и тяговой тележки;
5 - реверсивная передача ZF 4WG-65II: 6, 8, 13, 16, 17, 19 и 20 - карданные валы; 7 - дизельный агрегат KTA19L мощностью 361 кВт;
9 - маслоохладитель реверсивной передачи; 10 – насос системы передвижения в рабочем режиме; 11 и 24 - тяговая и бегунковая тележки;
14 - опора с промежуточным валом; 18 и 21 - зубчатые редукторы; 23 и 25 - колесные пары спутника и платформы

   Силовая передача (трансмиссия). На машине также применена гидромеханическая силовая передача (рис. 10.36), которая обеспечивает привод в рабочем и транспортном режимах колесных пар тяговой тележки 11, а в рабочем режиме дополнительно колесных пар 23 сателлита и 25 платформы. Привод производится гидромотором: 22 через редуктор 21 и карданный вал 20, соединенный с реверсивной передачей 5, и гидромоторами 1, 3 через цилиндрические осевые редукторы 2, 4. Спаренный насос 10, вал которого непосредственно соединен с выходным валом дизеля через карданный вал 8, приводит в действие гидромоторы 1, 22. Гидромотор 3 получает питание от рабочей гидросистемы.

   Четырехступенчатая реверсивная передача 5 в транспорт-ном режиме передает вращение от вала дизеля 7 через карданные валы 19, 17, 16 и 13, межосевой редуктор 18, промежуточную опору с валом 14 и конические осевые редукторы 15, 12 на колесные пары тяговой тележки 11. В рабочем режиме передача передает вращение валам насосов привода гидросистем машины. Она соединена с контуром, содержащим воздушный маслоохладитель 9.


  Рис. 10.37. Реверсивная четырехступенчатая передача ZF WG-65 II с контуром управления и охлаждения масла:
1 -- корпус; 2…4 - муфты включения насосов; 5…13, 15…20 - зубчатые колеса и передачи; 14 – планетарная передача; 18 - обгонная муфта;
21, 22 и 23 - карданные валы соединения с дизелем, гидромотором передвижения в рабочем режиме и раздаточным редуктором;
ТР – комплексный гидротрансформатор (Н, Т - насосное и турбинное колеса, Р - реактивный аппарат); Н1…Н4 - насосы;
WK, KV, KR, K1/K3, K2/K4, B, KIII - фрикционные муфты блокировки гидротрансформатора и переключения передач;
Ц1…Ы6 - гидроцилиндры переключения муфт; P1…P5 - золотники переключения муфт; Р6…Р10 - пилоты золотников;
M1…M5 - ‘электромагниты пилотов; КР1, КР2 – редукционные клапаны; КП1…КП5 - подпорные клапаны; АТ – маслоохладитель;
Ф1, Ф2 - фильтры; BV1 - тахометрический датчик; BV2 - импульсный магнитный датчик

   На рис. 10.37 представлена общая кинематическая схема реверсивной передачи с гидравлическими контурами управления и охлаждения масла. Передача позволяет переключать 4 диапазона передаточных чисел, плавно регулировать скорость движения машины за счет применения комплексного гидротрансформатора и регулирования подачи топлива дизелю, производить реверсирование в транспортном режиме, передавать крутящий момент на валы насосов при стабильной скорости их вращения в рабочем режиме (производить отбор мощности на насосы).

   При работе передачи вращение передается через карданный вал 21 на входной вал передачи с насосным колесом Н гидротрансформатора ТР. Через зубчатую передачу 19, 20 вал насоса Н4 циркуляции масла через систему ох-лаждения и управления фрикционными муфтами получает постоянное вращение. Реактивный аппарат Р гидротрансформатора ТР связан с муфтой свободного хода (обгонной муфтой) 18. Муфта при относительно большом скольжении в начале разгона воспринимает реактивный крутящий момент, действующий на аппарат Р, а затем при до-стижении 80 % номинальной скорости вращения турбинного колеса Т дает возможность указанному аппарату свободно вращаться в одну строну вместе с другими колесами. Гидротрансформатор переходит в режим работы гидромуфты.

   Передача имеет систему блокирования работы гидротрансформатора муфтой сцепления WK при достижении турбинным колесом Т скорости вращения 1700 об/мин. Эта муфта напрямую соединяет насосное и турбинное колеса. Включение блокирования происходит также автоматически при работе на третьей и четвертой передачах. Скорость вращения турбинного колеса контролируется импульсным магнитным датчиком BV2, взаимодействующим с зубьями колеса, напрямую через передачу 7–8 связанного с турбинным колесом Т. При работе передачи зубчатые колеса 5, 7, 8 всегда вращаются.

   Переключение передач под нагрузкой и реверсирование направления движения производится фрикционными муфтами, включаемыми через гидроцилиндры. Муфты KV и KR обеспечивают изменение направления движения машины, муфты B, KIII, K1/K3 и K2/K4 переключают передачи и рабочий и транспортный режимы. На каждой передаче включены три муфты и три муфты отключены. Отношение передаточного числа более низкой передачи к передаточному числу последующей равно 1,9. Поэтому за счет применения гидротрансформатора для перекрывания диапазона транспортных скоростей до 90 км/ч достаточно четырех ступеней передач.

   Муфты 2…4 отключаются только при транспортировке машины на дальние расстояния. При выезде на перегон их раз-решается не отключать. При этом должна быть гарантирована разгрузка предохранительных клапанов насосной станции гидросистемы.

   Крутящий момент от гидромотора в рабочем режиме напрямую передается через выходной вал передачи от карданного вала 22 на карданный вал 23.

   В рабочем режиме, как отмечалось выше, для привода непрерывного движения базовой машины и платформы используются два гидромотора, один из которых связан с колесными парами тяговой тележки, а другой – с колесной парой платформы. Оба гидромотора включены в гидросистему с закрытой циркуляцией основного потока масла, принципиальная схема которой показана на рис. 10.38.


  Рис. 10.38. Принципиальная схема гидросистемы привода
передвижения базовой машины и платформы в рабочем режиме

   Основной поток масла подается большой секцией насоса Н1, которая позволяет изменять направление потока масла для движения машины вперед или назад, а также регулировать поток для настройки темпа движения машины и автоматического регулирования скорости в зависимости от положения спутника относительно базовой машины. С насосом напрямую через трубопроводы соединены параллельно упомянутые выше гидромоторы М1 привода тяговой тележки и М2 привода колесной пары платформы. Частота и направление вращения валов гидромоторов полностью определяются подачей и направлением потока масла.

   Гидроцилиндры Ц1, Ц2 осуществляют поворот хвостовика насоса для регулирования подачи. В нейтральной позиции распределителя Р1 и сервовентиля Р2 поршневые полости обоих гидроцилиндров соединены между собой. Под действием пружин их штоки устанавливаются в положение, соответствующее нулевой подаче. Машина стоит даже при работе дизеля (см. рис. 10.36). При поступлении сигнала на передвижение распределитель Р1 переключается в рабочую позицию, перекрывая сообщение цилиндров Ц1, Ц2 между собой. Положение их штоков в этом случае будет определяться состоянием включения сервовентиля Р2, через который автоматически отслеживается заданная скорость рабочего движения машины.

   Обратные клапаны КО1, КО2 позволяют перепускать масло в бак через предохранительный клапан КП2, отрегулированный на давление 24 бар (примерно, 24 кгс/см2). Давление управления передается от секции Н2 спаренного насоса через дроссель с обратным клапаном ДР1, которым можно настроить плавность регулирования производительности насоса Н1. Секция Н2 забирает масло из бака гидросистемы через всасывающий фильтр Ф1.

   При работе секции Н1 одна из линий становится напорной, другая – возвратной. При подаче масла под давлением к гидромотору М1 одновременно переключается распределитель Р3, соединяя возвратную линию с предохранительным клапаном КП6, отрегулированным на давление 20 бар. Подпор в возвратной линии позволяет избежать кавитации. Напорная и возвратная линии гидромотора М2 привода колесной пары платформы соединены между собой предохранительными клапанами КП7, КП8, отрегулированными на давление 180 бар. Предохранительные клапаны в этом случае позволяют ограничить крутящий момент на легко нагруженной колесной паре платформы, а значит, избежать ее буксования.

   Предохранительные клапаны КП1, КП2 и КП4, КП5 ограничивают рабочее давление в напорной линии, перепуская при его превышении масло в бак через предохранительный клапан КП2. Обратные клапаны КО3, КО4 держат рабочее давление в напорной линии и позволяют перепустить масло в бак из возвратной линии в случае превышения 24 бар.

   Включенное состояние гидросистемы регистрируется реле давления РД1. Давление в системе подпитки и в основной системе контролируется по манометрам МН1, МН2. Переключательный клапан К1 позволяет измерять давление в напорной линии при любом направлении движения машины.

   Подбивочные блоки. Основными уплотнительными рабочими органами машины являются два двухшпальных подбивочных блока. Схема механизмов привода рычагов подбоек и принцип действия аналогичны машине ВПР-02 (см. рис. 10.26). В отличие от упомянутых блоков они имеют систему принудительной смазки шарнирных узлов с приводом от специального лубрикатора.


 Рис. 10.39. Узел установки эксцентрикового вала подбивочного блока машины 09-32 CSM:
1 - устройство натяжения ремня; 2 - гидромотор; 3 - кронштейн; 4 и 7 - коренные подшипниковые узлы;
5 и 6 - обоймы гидроцилиндров с подшипниковыми узлами; 8 - соединительная муфта; 9 - станина;
10 - промежуточные полумуфты с крепежными деталями; 11 - эксцентриковый вал; 12 и 16 - маховики; 13 - опорные кронштейны;
14 и 17 - ведомый и ведущий шкивы; 15 - зубчатый ремень; 18 - подшипниковый узел; 19 - опора; 20 - защитный кожух

   В конструкции блока применен составной эксцентриковый вал 11, который получает вращение от гидромотора 2 через зубчато-ременную передачу (рис. 10.39). Передача содержит шкивы: ведущий 17, соединенный с валом гидромотора, и ведомый 14, установленный на эксцентриковом валу. Шкивы между собой соединены зубчатым ремнем 15. Шкив 17 опирается через подшипниковый узел 18 на опору 19, установленную на кронштейне 3 и соединенную с ним дополнительно через механизм регулировки натяжения ремня. Ременная передача дополнительно служит амортизатором и демпфером крутильных динамических нагрузок между эксцентриковым валом и валом гидромотора.

   Части эксцентрикового вала 11 устанавливаются на коренных подшипниковых опорах 4, 7. Опоры 4 устанавливаются на специальных опорных кронштейнах 13 станины 9, а опоры 7 – на самой станине. Валы между собой соединены узлом, состоящим из двух полумуфт 10, соединенных с частями вала шпонками и торцевыми шайбами. Полумуфты соединяются друг с другом муфтой 8 через шлицевые соединения. При таком конструктивном исполнении узла установки эксцентрикового вала по сравнению с консольным расположением подшипниковых узлов обойм гидроцилиндров уменьшаются изгибающие моменты, действующие на него, соответственно уменьшаются и знакопеременные изгибные напряжения. Увеличивается усталостная прочность вала.


 Рис. 10.40. Принципиальная гидравлическая схема привода рычагов подбоек машины 09-32 CSM

   На рис. 10.40 показана принципиальная схема гидросистемы привода рычагов подбоек. Наружные подбойки приводятся в движение цилиндрами Ц5…Ц8, внутренние подбойки цилиндрами Ц9…Ц12. Гидроцилиндры привода рычагов наружных подбоек могут также оснащаться дополнительными гидроцилиндрами Ц1…Ц4 для ограничения раскрытия этих подбоек, которые устанавливаются на гидроцилиндрах привода рычагов наружных подбоек.

   Для более рационального распределения усилий, развиваемых гидроцилиндрами при работе, масло под давлением подается из трех гидросистем: двух рабочих с давлениями 175 и 150 бар, а также из системы противодавле-ния 35 бар.

   В исходном состоянии механизмов привода рычагов под-боек масло под давлением через распределитель Р4 поступает в штоковые полости цилиндров Ц5…Ц8. Их поршневые полости через обратный клапан КО1 и распределитель Р2 соединены с баком. Штоки гидроцилиндров втянуты, поршни давлением прижаты к дну. Вибрации без потери амплитуды жестко передаются на рычаги наружных подбоек. Одновременно поршневые полости цилиндров Ц9…Ц12 постоянно соединены с системой противодавления, включающей в себя также гидропневмоаккумуляторы АК1, АК2. Их штоковые полости соединены с баком. Штоки выдвинуты, поршни давлением прижаты к крышкам корпусов. Вибрации также без потери амплитуды передаются на рычаги внутренних подбоек.

   После заглубления подбоек в балласт и подачи сигнала на его обжим распределитель Р1 включается в рабочую позицию. Цилиндры Ц5…Ц8 включаются по дифференциальной схеме. Их штоки выдвигаются, рычаги поворачиваются, подбойки обжимают балласт. Время обжима балласта определяется настройкой реле времени. Усилие обжима ограничивается давлением перекрытия редукционного клапана КР1. Величину этого давления можно плавно и оперативно регулировать с помощью дополнительного подпорного клапана КП1 с пропорциональным электроуправлением.

   Как видно из схемы, имеется возможность останавливать обжим балласта при включении распределителя Р4 в рабочую позицию, перекрывая выход масла из штоковых полостей рассматриваемых цилиндров.

   При включении гидрораспределителя Р2 в рабочую позицию масло под давлением подается в штоковые полости цилиндров Ц9…Ц12 привода рычагов внутренних подбоек. Рабочее давление в несколько раз превышает противодавление, поэтому штоки цилиндров втягиваются - внутренние подбойки обжимают балласт.

   После прекращения сигнала на обжим балласта распределители переключаются в нейтральные позиции. Штоки гидроцилиндров возвращаются в исходные положения. Аккумуляторы АК1 и АК2 способствуют более быстрому раскрытию внутренних подбоек, т.к. масло из них быстро выжимается.

   Если возникает необходимость ограничить раскрытие наружных подбоек, то включаются распределители Р3 и/или Р6, которые запирают поршневые полости цилиндров Ц1…Ц4. Втягивание штоков гидроцилиндров Ц5…Ц8 ограничивается.

   Гидросистема привода вертикального перемещения подбивочного блока аналогична системе машины ВПР-02.

   ПРУ и виброплиты для уплотнения балласта у торцов шпал аналогичны.

   Контрольно-измерительная система выправки пути. При работе машины 09-32 CSM опорная базовая часть КИС выправки перемещается непрерывно вместе с машиной, а измерительные устройства на спутнике совершают циклические движения относительно базовых частей. Это приводит к необходимости вводит в систему управления дополнительные корректировки, учитывающие относительное положение спутника и машины.


 Рис. 10.41. Нивелировочная система машины 09-32 CSM:
1 - передняя тележка; 2 - датчик пути с катком; 3 и 26 - нивелировочные устройства; 4 и 10 –тяговая и бегунковая тележки;
5 - датчик позиционирования спутника; 6 - спутник; 7 и 22 - ПРУ; 8 и 21 - штанги измерительного устройства; 9 - колесная пара спутника;
11 и 14 - контрольные устройства; 12 и 13 - пневмоцилиндры натяжения тросов;
13, 19 и 27 - задний, в точке выправки и передний маятниковые датчики уровня; 16 и 17 - датчики продольного профиля;
18 - маятниковый мост; 20 и 23 - подъемные гидроцилиндры ПРУ; 24, 25 - нивелировочные трос-хорды

   Нивелировочная система машины (рис. 10.41) содержит измерительную базу продольного профиля по правому и левому рельсам в виде двух тросов-хорд 24, 25, подвешенных передними концами на нивелировочных устройствах 3, 26, а задними концами - на контрольных устройствах 11, 14. Передние концы тросов закреплены непосредственно на нивелировочных устройствах. Измерения положения пути в продольном профиле производятся датчиками 16, 17. Датчики закреплены на измерительном устройстве, которое монтируется на рамах подбивочных блоков.

   Система управления положением пути по уровню включает три маятниковых датчика: передний 27, установленный на передней тележке 1, измерительный 19, установленный на маятниковом мосту 18 измерительного уст-ройства, и 13, установленный на тележке контрольных устройств 11, 14. Первый из них вырабатывает сигнал положения пути по уровню до выправки, второй – в рабочей зоне, третий – после выправки.

   Текущее положение спутника относительно машины пре-образуется в электрический сигнал датчика 5.

   Рассмотрим принцип функционирования системы выправки пути в продольном профиле по одной рельсовой нити (рис. 10.42). Условно пренебрегаем действием корректировочной хорды, считая, что передняя точка 1 опирается на путь.

   Традиционно на машинах ВПР для реализации выправочной подъемки пути передний конец троса поднимается относительно нулевой отметки на величину H1 = hв (hв – выправочная подъемка). Во время работы в установившемся режиме трос-хорда фактически занимает положение 1. Поэтому виртуальное смещение переднего конца H1 должно быть трансформировано в эквивалентное смещение нуля управления ПРУ. Это означает, что должно отслеживаться положение ПРУ по виртуальной хорде 2, расположенной параллельно уровню продольного профиля пути. Процесс выправки осуществляется при остановленном спутнике, поэтому, если начальное относительное положение спутника соответствует точке 2 деления хорды на отрезки a и b, в котором начальная корректировка должна быть h2н, то после смещения спутника на величину d относительно машины (если придерживаться принципа обратимости движения) корректировка примет значение h2. Считая это смещение нуля управления текущим, его можно выразить:

   (10.36)
   где nп1, nп2 – постоянные для данной системы продольного профиля коэффициенты.

   Таким образом, для того чтобы отслеживать виртуальное положение хорды с учетом позиционирования спутника относительно машины, можно задавать виртуальный подъем переднего конца хорды задатчиком и преобразовывать этот сигнал с учетом сигнала датчика относительного положения спутника и машины. Иначе говоря, имеется возможность задавать сигналы, эквивалентные смещениям передних концов хорд.

   После выбора базового рельса можно задать общую подъемку hв, а также превышение, отслеживаемое через передний маятниковый датчик 27 (см. рис. 10.41). Система по указанным зависимостям трансформирует этот передний ввод в сдвиг «нуля» управления. Это отражает первую особенность нивелировочной системы.

   Другая особенность нивелировочной системы – ввод кор-ректировки положения пути по уровню в точке выправки по показаниям маятникового датчика 13 (см. рис. 10.41), сигнал которого отражает положение пути по уровню после выправки. В процессе работы машины, когда точка выправки уже «ушла» из некоторого поперечного сечения пути, в нем могут появиться осадки одной из рельсовых нитей. Система позволяет произвести «упреждающее повышение» отметки нуля управления по рельсовой нити, положение которой по уровню относительно датчика 13 лежит ниже. Для этого сравниваются два сигнала: маятникового датчика 19 и маятникового датчика 13. Последний датчик считается базовым для определения разности уровней.


 Рис. 10.42. Схема корректировки управления сдвигом нуля точки выправки в продольном профиле:
1 -фактическое положение нивелировочного троса-хорды; 2 - виртуальное положение троса-хорды для получения выправочной подъемки;
3 - упругая линия изгиба РШР на рабочем пролете

   Пусть, например, для рельсовой нити 3 (см. рис. 10.42, б) в начальной точке 2 позиционирования спутника зафиксирована начальная осадка hон. В начальной точке эта осадка преобразовывается в «добавку» сдвига нуля управления. По мере позиционирования стоящего спутника при движении машины вперед эта поправка должна уменьшаться в пропорции сокращения расстояния между текущим положением точки 2’ и задней точкой 3. Теоретически, если указанные точки совпадут, то, чтобы «избежать излома рельса под углом 90°», положения по уровню должны совпасть. Поэтому текущее значение поправки на осадку рельса:

   (10.37)
  
где Kпр – коэффициент ввода упреждающей поправки на осадку.
Учитывая, что оседать может и базовая, и небазовая рельсовые нити, машинист может выбирать в пределах от 0 до 100% уровень ввода поправок;
nо = 1/a - постоянный коэффициент.


 Рис. 10.43. Схема работы рихтовочной КИС машины 09-32 CSM в режимах измерений стрел изгиба:
а - по трем точкам; б- по четырем точкам: 1, 2, 3, 4 - измерительные точки рихтовочной системы. 1 - тележка с лазерной пушкой;
2 - положение оси пути на неровности; 3 - фотоэлементы лазерной приемной камеры; 4 - смещенное на неровности положение троса-хорды;
5 - оптическая визирная ось лазерной пушки; 6 - ПРУ; 7 - положение оси пути после выправки

   Машина 09-32 CSM имеет однохордовую систему выправки пути в плане. Система позволяет в зависимости от режима работы измерять положения пути по четырем или трем точкам (рис. 10.43). Инструкцией по эксплуатации машины рекомендуется выбирать измерение по четырем точкам при рихтовке методом сглаживания и по трем точкам при использовании методов фиксированных точек или при работе по лазерному лучу. В первом случае предпочтение отдается более высокому коэффициенту сглаживания, во втором – более простой схеме измерений с меньшими погрешностями. Поскольку точка выправки 2 при работе перемещается относительно базовой части системы измерения назад (используя принцип обращения движения), то изменяется и фактический коэффициент сглаживания системы. Для трехточечной системы (см. рис. 10.43, а) коэффициент сглаживания:

   (10.38)
   где b, c – плечи измерительной хорды;
d – текущее смещение спутника относительно начальной точки на машине.

   Формула показывает, что коэффициент сглаживания при работе трехточечным методом в начальной точке принимает максимальное значение, а по мере продвижения машины вдоль пути увеличивается.

   Для работы системы в режиме измерений по четырем точкам коэффициент сглаживания (см. рис. 10.43, б):

   (10.39)

   Коэффициент сглаживания в начальной точке положения спутника принимает минимальное значение, а затем увеличивается по нелинейной зависимости.

   В процессе работы системы должна отслеживаться контрольная стрела изгиба h3 установкой положения пути в точке выправки через соотношение с коэффициентом:

   (10.40)

   После преобразований:

   (10.41)

   Последнее выражение показывает: для того, чтобы система автоматически ставила путь в прямой и круговой кривой на проектную ось, необходимо отслеживать постоянную составляющую Kс, которая не зависит от относительного положения спутника и базовой части системы, а также переменную составляющую Kм, зависящую нелинейно от параметра d относительного положения спутника. Такие зависимости реализуются электронными схемами статических преобразователей или программно с использованием ЭВМ.

   Система позволяет рихтовать путь на прямых участках без излома профиля за счет корректировки положения передней точки по вертикальной составляющей лазерного луча. Передний конец рихтовочного троса закреплен на передней концевой тележке без возможности его физического сдвига. Корректировка осуществляется по показаниям лазерной приемной камеры, установленной на тележке. В камере группой фотоэлементов измеряется смещение тележки на неровности относительно оптической оси лазерного луча Hн, которое преобразовывается в сдвиг нуля управления h2 точки выправки 2. Этот сдвиг должен соответствовать постановке оси пути на прямую по визирной оси. Исходя из подобия образующихся треугольников, он будет равен:

   (10.42)
   где r1, r2 – коэффициенты преобразования исходного отклонения оси пути на неровности в смещение нуля управления в точке выправки.

   Это смещение является результатом сложения составляющих, одна из которых соответствует преобразованию сигнала переднего ввода при начальном положении спутника, а другая – преобразованию сигнала переднего ввода с учетом текущего положения спутника относительно машины.

   Машины 09-32 CSM, начиная с 2002 г. выпуска, оснащаются отечественной автоматизированной системой выправки железнодорожного пути «Навигатор» и системой управления «КОМПАС-4».

   Рабочий цикл машины. Определим длину размаха Lрс, м спутника в его движении относительно базовой машины. Если смотреть из кабины машиниста (относительное движение), то спутник, совершая в течение времени рабочего цикла Tц, с воз-вратно-поступательное движение, проходит путь 2 Lрс. При движении спутника вперед его относительная средняя скорость составит , м/с ( , Vм абсолютные (относительно пути) средние скорости движения машины и спутника, м/с), а при движении назад относительная скорость Vнс = Vм (спутник стоит и выполняет технологические операции, машина продолжает движение). Выразим относительный путь спутника, м:

   (10.43)
   где tлс, tсс – время движения и стоянки спутника в течение рабочего цикла, с.

   Учитывая, что – длина участка пути, обрабатываемого за один цикл (nшп – количество обрабатываемых за цикл шпал, Lэп – расстояние между осями шпал по эпюре, м), а также, что tсс = Tц – tлс, получим выражение для размаха спутника в его движении относительно базовой машины, м:

   (10.44)

   Производительность машины, Пт шп/ч определяется по формуле (10.34), так как спутник в течение рабочего цикла Tц, с передвигается аналогично машине циклического действия. По-этому скорость движения базовой машины, м/с: , м/с.

   С другой стороны, в относительном движении спутник должен проходить одинаковые расстояния вперед и назад. По-этому в относительном движении . После подстановок и преобразований, абсолютная средняя скорость движения (без учета времени разгона и торможения спутника) и абсолютная скорость движения машины Vм связаны соотношением:

   (10.45)

   Учитывая разгон и торможение, при условии постоянства ускорений, постоянная абсолютная скорость движения спутника, м/с:

   (10.46)
   где tпс, tрс, tтс – время движения с постоянной скоростью, время разгона и торможения спутника, с.

   Время разгона и торможения определяется в результате анализа уравнений динамики разгона и торможения спутника с учетом сопротивлений движению. Для более точного позиционирования спутника относительно шпал оно должно быть минимальным.

   Длина размаха спутника Lрс учитывается при выборе длины проема в раме машины под установку спутника, при расчетах скорости движения спутника с учетом его разгона и торможения, параметров привода передвижения и тормозов, при составлении циклограмм для расчетов работы машины в автоматическом режиме и т.д. В режиме дистанционного позиционирования машинист, наблюдая за процессом, согласует скорость движения машины и размах спутника вручную. При автоматическом позиционировании остановка спутника производится по сигналам датчиков, реагирующих на рельсовые скрепления.

 10.5. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина UNIMAT COMPACT 08-275/3S-16

   Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина Unimat Compact 08-275/3S-16 является универсальной машиной для работы на стрелочных переводах, пересечениях и на пути. Она выпускается серийно в ОАО Калужский завод «Ремпутьмаш» совместно с фирмой Plasser & Theurer (Австрия).


 Рис. 10.47. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПРС-03:
1, 5 и 12 – кабины: машиниста, оператора и рабочая; 2 – рама; 3 и 9 – дизельный агрегат с гидромеханической силовой передачей;
4 – нивелировочная КИС; 6 – автосцепки; 7, 17 и 24 – передняя, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС;
8 и 16 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 10 – дополнительное подъемное устройство; 11 – трос-хорда рихтовочной КИС;
13 – ПРУ; 14 – нивелировочно-рихтовчное измерительное устройство; 15 – универсальные подбивочные блоки;
18 – дополнительный топливный бак; 19 – выдвижные опоры; 20 – бортовой кузов;
21 – виброплиты для уплотнения балласта у торцов шпал; 22 – рама; 23 – колесная пара

   Общее устройство. Машина относится к ССПС и состоит из базовой машины и полуприцепной одноосной платформы 1 (рис. 10.44).

   Рама машины опирается на тяговую 11 и бегунковую 20 двухосные ходовые тележки. Тяговая тележка имеет приводные колесные пары. Силовая передача и привод колесных пар аналогичен машине Plasser Duomatic 09-32 CSM. Машина имеет кабины управления: кабину оператора 7, рабочую кабину 14 и кабину машиниста 4. Рабочие места управления выправкой и подбивкой пути располагаются в кабине оператора и рабочей кабине.

   Рабочее оборудование машины включает два одношпальными подбивочных блока 18 с двумя рядами откидывающихся подбоек, установленных на подвижных рамах. Блоки с рамами могут смещаться поперек оси пути, а также поворачиваться на небольшой угол в плане благодаря специальной конструкции подвески. Это позволяет лучше ориентировать блоки относительно брусьев стрелочного перевода. Уплотнение балласта у торцов шпал осуществляется двумя виброплитами 19 дебалансного типа.

   Вывешивание путевой решетки при работе на пути производится ПРУ 16, оснащенным крюковыми и роликовыми клещевыми захватами. Для работы на стрелочном переводе в его широкой части применяются два консольных телескопических крана 5 и захватные траверсы 15. Обычно в работе участвует один кран, находящийся со стороны рамного рельса перевода. Это позволяет снизить нагрузки на ПРУ и скрепления перевода, сделать более точную установку по уровню. Привод рабочего оборудования машины гидравлический.

   Машина оснащена рихтовочной и нивелировочной КИС. Рихтовочная КИС содержит переднюю измерительную тележку 9 с датчиком пути 10, нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство 17, контрольно-измерительную тележку 21 и заднюю тележку 23. Между передней и задней тележками натягивается измерительный трос-хорда 13. Нивелировочная система двухтросовая, традиционная для этого класса машин.

   Полуприцепная платформа позволяет удлинить измерительную базу рихтовочной КИС, в бортовом кузове 2 перевозить путевые материалы и инструмент, обеспечить дополнительный запас топлива в баке 3. Платформа соединена с базовой машиной через сферический шарнирный узел и опирается на путь колесной парой 22.

   Машина, как единица ССПС, оснащается стандартными автосцепками 8, тормозной рычажной передачей с пневматическим приводом, осветительными и сигнальными устройствами, системой КЛУБ УП.


 Рис. 10.48. Универсальный подбивочный блок:
1, 2 и 5 – направляющие отверстия, отверстие крепления гидроцилиндра и станина; 3 – проушина стопора; 4 – эксцентриковый вал с маховиком;
6 – верхние части рычагов подбоек; 7 и 8 – поворотные кронштейны наружного и внутреннего рядов подбоек; 9 – оси кронштейнов подбоек;
10 и 11 – подбойки наружного и внутреннего рядов; 12 – аксиально-поршневой гидромотор;
13 и 14 – гидроцилиндры поворота подбоек наружного и внутреннего рядов; 15 – бак системы смазки; 16 – гидроцилиндры привода рычагов подбоек

   Подбивочные блоки машины по своему конструктивному исполнению аналогичны блокам машины ВПРС-03 (см. рис.10.48). Их отличительная особенность – во время работы на стрелочном переводе положение подбивочных блоков относительно корпуса машины может изменяться с помощью специального механизма подвески, который монтируется в верхней части поперечных балок подвески блоков. Блоки перемещаются независимо в поперечном и вертикальном направлении относительно рамы машины при помощи гидроцилиндров, обеспечивая охват подбивочными блоком требуемой зоны стрелочного перевода.


  Рис. 10.45. Принципиальная схема гидропривода подбивочного блока:
1 – от гидросистемы привода мотора вращения эксцентрикового вала; 2 – от рабочей гидросистемы

   Принципиальная гидравлическая схема приводов гидроцилиндров; Ц1 – вертикального перемещения подбивочного блока, Ц2 – Ц5 привода рычагов подбоек и Ц6 – Ц9 привода откидывания подбоек показана на рис. 10.45. Масло от рабочей гидросистемы постоянно подается в штоковые полости цилиндров Ц2 – Ц5, обеспечивая раскрытие подбоек и стабилизацию амплитуды их колебаний при заглублении. Через распределитель Р2 масло подается в поршневые полости, включая указанные цилиндры по дифференциальной схеме. Усилие обжима балласта ограничивается настройкой по давлению редукционного клапана КР1, как было описано для других машин.

   Подбойки внешнего ряда поворачиваются гидроцилиндрами Ц6, Ц9. Они управляются одновременно и имеют только два положения – откинутое в сторону и положение, соответствующее фиксации рядом со смежной подбойкой внутреннего ряда. Подбойки внутреннего ряда поворачиваются в поперечном направлении цилиндрами Ц7, Ц8. Они управляются через распределители Р4, Р5 независимо друг от друга. Распределители совместно с гидрозамками ЗМ1, ЗМ2 обеспечивают фиксацию положения подбойки внутреннего ряда а вместе с ней, если необходимо, также подбоек внешнего ряда.

   Управление гидроцилиндром Ц1 производится через сервовентиль Р1, обеспечивающий заданные режимы вертикального перемещения подбивочного блока.

   Устройства: подъемно-рихтовочное и подъема стрелочного перевода за третий рельс. Универсальное ПРУ машины может использоваться при работе на пути и стрелочном переводе с использованием дополнительно одной из телескопических крановых установок.


 Рис. 10.46. Универсальное подъемно-рихтовочное устройство:
1 и 4 – подъемные и рихтовочные гидроцилиндры; 2 и 15 – каретка и направляющие; 3 и 16 – гидроцилиндры привода крюкового захвата;
5 – рама машины; 6 и 7 – гидроцилиндр и устройство продольного маневрирования ПРУ;
8, 10, 13 и 14 – продольная и поперечная балки, соединительный шарнир и регулировочная растяжка; 9 – опорные ролики;
11 – крюковой захват; 12 и 17, 18 – захватные ролики, рычаги и гидроцилиндры

   ПРУ включает раму, состоящую из продольной 8 и поперечной 10 сварных балок, соединенных между собой через шарнирный узел 13 и регулировочные растяжки 14 (рис. 10.46). В задней части балка 8 соединена с рамой машины через ползун 7 и направляющую. Гидроцилиндром 6 ПРУ имеет возможность смещаться в продольном направлении для маневрирования относительно шпальных ящиков при работе крюками 11 с захватом под подошву рельса. Гидроцилиндры 4, соединенные шарнирно корпусными частями с рамой рабочей кабины, а штоками с балкой 8 используются при рихтовке пути. Гидроцилиндры 1 обеспечивают вывешивание пути. В верхних частях они шарнирно прикреплены к раме машины, а штоками – к поперечной балке 10.

   Захват рельсов за головки в режиме «Путь» производится роликовыми захватами, состоящими из горизонтальных (тарельчатых) роликов с ребордами 12, рычагов 17 и гидроцилиндров 18. В режиме «Стрелки» рельсы зажимаются крюковыми захватами 11 и роликами с ребордами 9. Более надежно рельс удерживается при захвате крюком под подошву. При избытке балласта возможен захват под головку. В вертикальном направлении захват перемещается гидроцилиндром 3. Захват с гидроцилиндром закреплен на каретке 2, которая может перемещаться поперек пути по направляющим 15 гидроцилиндром 16.

   Машина имеет систему вывешивания стрелочного перевода за три точки. Подъем стрелочного перевода за третий рельс производится краном с телескопической стрелой при помощи тросовой подвески с захватной траверсой. Траверса при работе контактирует с рамным рельсом через два двухребордчатых ролика и роликовый захват. В систему подъема третьего рельса входит телескопическая тяга 7, которая через универсальные шарниры одним концом соединена с рамой машины, а другим концом – с траверсой, обеспечивая позиционирование подвести при вывешивании стрелочного перевода.

   На машине устанавливается контрольно-измерительная система, аналогичная применяемой на машинах Plasser Duomatic 09-32 CSM.

   10.6. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина
для пути и стрелочных переводов ВПРС-03

   На замену устаревшим машинам ВПРС-500 и ВПРС-02 ОАО «Кировский машиностроительный завод имени 1 мая» выпускает универсальную выправочно-подбивочно-рихтовочную машину ВПРС-03 (рис. 10.47)


 Рис. 10.47. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПРС-03:
1, 5 и 12 – кабины: машиниста, оператора и рабочая; 2 – рама; 3 и 9 – дизельный агрегат с гидромеханической силовой передачей;
4 – нивелировочная КИС; 6 – автосцепки; 7, 17 и 24 – передняя, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС;
8 и 16 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 10 – дополнительное подъемное устройство; 11 – трос-хорда рихтовочной КИС; 13 – ПРУ;
14 – нивелировочно-рихтовчное измерительное устройство; 15 – универсальные подбивочные блоки; 18 – дополнительный топливный бак;
19 – выдвижные опоры; 20 – бортовой кузов; 21 – виброплиты для уплотнения балласта у торцов шпал; 22 – рама; 23 – колесная пара

   Общее устройство. Машина является сочлененной единицей ССПС, состоящей из базовой машины и одноосной платформы, которые между собой соединены через универсальный шарнирный узел. Экипажная часть базовой машины включает в себя сварную раму 2, которая опирается на двухосные типовые тележки: тяговую 8 и бегунковую 16. Энергетические потребности машины обеспечивает дизельный агрегат 3, который через гидромеханическую силовую передачу 9 (см. также п. 10.3) в рабочем режиме передает вращение насосам гидросистемы, а в транспортном режиме – колесным парам тяговой тележки. Экипажная часть платформы состоит из рамы 22, опирающейся на колесную пару 23. На платформе имеется дополнительный топливный бак 18 и бортовой кузов 20 для перевозки путевых материалов и инструмента. Как единица ССПС машина оснащена стандартными автосцепками 6, тормозной системой, сигнальными устройствами и системой КЛУБ-УП.

   Управление машиной в рабочем режиме производится из кабины оператора 5 и из рабочей кабины 12. При транспортировке машины своим ходом управление движением производится из кабины оператора 5 или из кабины машиниста 1.

   Для уплотнения балластного слоя в зоне под подошвами шпал используются два универсальных одношпальных подбивочных блока 15. Блоки устанавливаются на подвижных рамах, имеющих вертикальные направляющие колонны. При работе в кривых участках пути или на стрелочном переводе блоки вместе с рамами могут смещаться в поперечном направлении для установки над осью рельса.

   Для постановки РШР или стрелочного перевода в проектное положение при выправке пути используется ПРУ 13 с крюковыми и роликовыми захватами. При работе на стрелочном переводе в работу включается одно из дополнительных подъемных устройств 10, обеспечивающих вывешивание перевода за три точки.

   Уплотнение балласта у торцов шпал производится виброплитами 22, которые располагаются на платформе и полностью унифицированы с аналогичными устройствами машины ВПР-02М.

   Рихтовочная КИС машины включает трос-хорду 11, переднюю 7, контрольно-измерительную 17 и заднюю 24 тележки, а также нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство 14. Машина оснащается типовой двуххордовой нивелировочной КИС 4. Система выправки унифицирована с машиной ВПР-02М.


 Рис. 10.48. Универсальный подбивочный блок:
1, 2 и 5 – направляющие отверстия, отверстие крепления гидроцилиндра и станина; 3 – проушина стопора; 4 – эксцентриковый вал с маховиком;
6 – верхние части рычагов подбоек; 7 и 8 – поворотные кронштейны наружного и внутреннего рядов подбоек; 9 – оси кронштейнов подбоек;
10 и 11 – подбойки наружного и внутреннего рядов; 12 – аксиально-поршневой гидромотор;
13 и 14 – гидроцилиндры поворота подбоек наружного и внутреннего рядов; 15 – бак системы смазки;
16 – гидроцилиндры привода рычагов подбоек

   Подбивочные блоки. Универсальный подбивочный блок машины (рис. 10.48) в качестве базовой сборочной единицы имеет станину 5, которая отверстиями 1 устанавливается на направляющих колоннах подвижной рамы. Через резьбовое отверстие 2 блок соединяется со штоком гидроцилиндра его вертикального перемещения. Аналогичную систему вертикального перемещения блока содержат все машины класса ВПР.

   Блок имеет эксцентриковый механизм вибрации, который установлен на коренных подшипниках в станине, имеет маховиками 4 и упругую муфту, соединяющую вал с аксиально-поршневым гидромотором 12. Привод подачи подбоек (внешнего ряда 10 и внутреннего ряда 11) включает шатунные гидроцилиндры 16, которые своими проушинами корпусов соединены с шатунными подшипниками эксцентрикового вала, а проушинами штоков – с рычагами 6 подбоек. При вращении эксцентрикового вала вибрации через цилиндры 16 передаются на концы рычагов подбоек. Выдвижением или втягиванием штоков цилиндров относительно их среднего положения производится обжим балласта подбойками под средней шпалой и двумя соседними шпалами.

   При работе подбивочного блока на стрелочном переводе требуется манипулировать угловым положением подбоек, поэтому рычаги в нижней части через шарниры 9 соединены с поворотными кронштейнами 7, 8 подбоек наружного 10 и внутреннего рядов 11. Подбойки наружного ряда поворачиваются в поперечном направлении гидроцилиндрами 14, а подбойки внутреннего ряда – гидроцилиндрами 13. Для полного вывода (откидывания) подбойки из рабочей зоны она может поворачиваться на угол 85º, а также поворачиваться к шпале на угол 15º.

   Подбивочный блок имеет централизованную систему смазки с баком 15. В транспортном положении он фиксируется через проушину 3 с отверстием.


 Рис. 10.49. Принципиальная гидравлическая схема привода рычагов подбоек
и вертикального перемещения подбивочного блока

   Гидроцилиндры Ц2 … Ц5 (рис. 10.49) привода рычагов подбоек имеют внешний поршень со штоком и внутренний поршень. Внутри корпуса цилиндра сделан упор для внутреннего и внешнего поршня. Масло от рабочей гидросистемы, пройдя редукционный клапан КР1, имеет стабилизированное давление 12 МПа, которое в нейтральной позиции распределителя Р4 поступает в поршневые полости внутренних поршней. Внутренние поршни прижимаются к упорам и ограничивают полное втягивание штоков цилиндров вследствие постоянно подаваемого в штоковые полости давления 12 МПа. В промежуточные поршневые полости цилиндров подается сниженное редукционным клапаном КР2 до 2,5 МПа давление. Подбойки фиксируются в среднем положении. Подбивочный блок опускается гидроцилиндром Ц1 и подбойки внедряются в балласт.

   После их заглубления сначала производится подача балласта под шпалу 2. Для этого распределитель Р3 включается в рабочую позицию, при которой средние поршневые полости подключаются к линии давления 12 МПа. Внешние поршни подключаются по дифференциальной схеме. Штоки выдвигаются, балласт под шпалой 2 обжимается. Для обжима балласта под шпалами 2 и 3 распределитель Р3 снова включается в нейтральную позицию, а распределитель Р4 – в рабочую. Масло под сниженным давлением 2,5 МПа поступает в среднюю и внутреннюю поршневые полости. Под действием повышенного давления в штоковых полостях штоки втягиваются до прижима внутренних поршней к дну цилиндров.

   После завершения обжима распределитель Р4 переводится в нейтральную позицию. Давление 12 МПа снова передается во внутренние поршневые полости цилиндров, прижимая внутренние поршни к упорам. Подбойки возвращаются в среднее фиксированное положение. Гидроаккумулятор АК1 способствует более быстрому движению подбоек к среднему положению.

   Вертикальное перемещение подбивочного блока производится двухскоростной системой, состоящей из гидроцилиндра Ц1, сервовентиля Р1 и распределителя Р2. При опускании бло-ка с повышенной скоростью из верхнего рабочего положения сервовентиль Р1 и распределитель Р2 включаются в позиции, показанные справа. Гидроцилиндр Ц1 включается по дифференциальной схеме с ускоренным ходом штока. При приближении подбоек к поверхности балласта Р2 снова переводится в нейтральную позицию, соединяя штоковую полость цилиндра с баком через сервовентиль. Скорость перемещения блока при заглублении снижается, но увеличивается вертикальное усилие. Для подъема блока сервовентиль Р1 включается в позицию слива, соединяя штоковую полость с напорной линией, а поршневую – со сливной. Необходимые режимы позиционирования, ускорения и замедления блока реализуются путем изменения тока в обмотках сервовентиля.

   Привод вибрации осуществляется от гидромотора М1, напрямую подключенного к соответствующему насосу.


 Рис. 10.50. Универсальное подъемно-рихтовочное устройство:
1 – основная рама машины; 2 и 3 – универсальные шарнирные узлы и гидроцилиндры вывешивания РШР; 4 – кронштейн;
5 и 6 – гидроцилиндры и амортизаторы системы продольного маневрирования ПРУ; 7 – выдвижная каретка; 8 – крюковые захваты;
9 – опорные ролики с ребордами; 10 – рихтовочные гидроцилиндры; 11 и 12 – пневмоцилиндры и стопорные устройства;
13 и 16 – гидроцилиндры вертикального и горизонтального перемещения крюковых захватов;
17, 18 и 19 – ролики, рычаги и гидроцилиндры роликовых захватов; 20 – хребтовая балка

   Устройства: подъемно-рихтовочное и подъема стрелочного перевода за третий рельс. Машина оснащается универсальным подъемно-рихтовочным устройством (рис. 10.50). Устройство включает сварную раму 15, которая соединяется с основной рамой машины 1 подъемными гидравлическими цилиндрами 3 через шарнирные соединения 2. Путевая решетка этими гидроцилиндрами вывешивается на необходимую высоту и устанавливается по уровню. При работе рама 15 опирается на рельсы через ролики 9, имеющие реборды. Рама спереди через амортизаторы 6, два гидроцилиндра 5 и кронштейн 4 связана с основной рамой машины. Гидроцилиндры позволяют осуществлять продольное смещение ПРУ при работе для лучшей ориентации относительно элементов конструкции пути.

   Рама через гидроцилиндры 10 и шарнирные соединения связана с хребтовой балкой 20. Этими гидроцилиндрами осуществляется сдвиг пути в плане при рихтовке.

   В режиме «Путь» для захвата РШР за головки рельсов включаются роликовые захваты, состоящие из ребордчатых горизонтальных роликов 17, рычагов 18 и гидроцилиндров 19. Захват головки рельса обеспечивается зажимом между роликами 9 и 17. В режиме «Стрелки» во многих местах перевода захват за головку рельсов роликами невозможен. В этом случае используются крюковые захваты 8. Захват может быть помещен либо под головку, либо под подошву. Вертикальное перемещение крюковых захватов осуществляется гидроцилиндрами 13, которые своими корпусами соединены с ними через кронштейны, а штоками – с выдвижными каретками 7. Каретки 7 в поперечном направлении смещаются соединенными с ними через штоки гидроцилиндрами 16. Согласованными движениями в вертикальном и горизонтальном направлениях крюки позиционируются относительно рельса и захватывают его.

   В транспортном положении ПРУ фиксируется стопорами 12 с приводом от пневматических цилиндров 11.


 Рис. 10.51. Кинематическая схема дополнительного подъемного устройства:
1 – рама машины; 2 – кронштейн; 3 и 4 – гидроцилиндр поворота укосины и шарниры; 5 и 24 – укосина и шарниры; 6, 7 и 8 – гидроцилиндр выдвижения телескопической балки с шарнирами; 9 и 10 – гидроцилиндр вывешивания рельса с шарнирами; 11 – вертикальная ось; 12 – кронштейн поворотной головки; 13 – третий рельс стрелочного перевода; 14 – опора; 15 и 16 – опорные плиты и анкеры; 17, 19 и 20 – ролики, рычаги и гидроцилиндры роликовых захватов; 18 – опорные ролики с ребордами; 21 и 22 – направляющий ролик и телескопическая балка

   Устройство для подъема стрелочного перевода за третий рельс, кинематическая схема которого показана на рис. 10.51, подвешивается на раме 1 машины через вертикальную поворотную колонну 2, которая в нижней части неподвижно соединена с опорным кронштейном 23. С кронштейном 23 через горизонтальные шарниры 24 соединена укосина 5, которая может поворачиваться в вертикальной плоскости на небольшой угол с помощью гидроцилиндра 3, соединенного с ней горизонтальными шарнирами 4.

   Внутри укосины в направляющих размещается телескопическая балка 22. Она дополнительно опирается на направляющий ролик 21. В верхней части укосины располагается выдвижной гидроцилиндр 7, который своим корпусом соединен с ней через горизонтальные шарниры 6, а штоком через шарнир 8 – с выдвижной балкой 22. На конце телескопической балки 22 через вертикальную ось 11 закрепляется поворотная головка устройства. Головка имеет основание 12 в виде консольной сварной балки. В направляющих балки 12 устанавливается опора 14, которая соединена со штоком подъемного гидроцилиндра 9. Гидроцилиндр 9 через горизонтальные шарниры 10 соединен с балкой 12.

   При работе устройства опора через плиты 15 и анкеры 16 устанавливается на балласт шпального ящика. Шарниры 10 в этом случае компенсируют перекосы, связанные с неровностями поверхности балласта, а анкеры предотвращают соскальзывание опоры. Для лучшей фиксации и прилегания опоры к поверхности балласта на ней установлен дебалансный вибровозбудитель с приводом от гидромотора (на рисунке не показан).

   Рельс захватывается за головку системой, включающей два горизонтальных ролика с ребордами 18 и два роликовых захвата. Роликовый захват состоит из горизонтального тарельчатого ролика 17, рычага 19 и гидроцилиндра привода 20.

   Во время работы согласованными движениями поворота устройства вокруг колонны 2, поворота головки 12, выдвижения телескопической балки 22 и опускания укосины 5 гидроцилиндрами 7, 3 устройство роликами 18 устанавливается на рельс. Роликовыми захватами рельс фиксируется. Затем гидроцилиндром 9 опускается опора и после контакта с балластом в шпальном ящике третий рельс стрелочного перевода вывешивается. Вывешивание третьего рельса согласовано с работой подъемного гидроцилиндра ПРУ, находящегося со стороны устройства.

   В 2007 году изготовлена и осваивается машина ВПРС-05, на которой в качестве дополнительного рабочего оборудования установлен блок динамической стабилизации стрелочного перевода.

   10.7. Подбивочно-выправочная машина-автомат ПМА-1*


  Рис. 10.52. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина непрерывно-циклического действия ПМА-1:
1 и 4 – кабины машиниста и оператора; 2 – рама; 3 – нивелировочная КИС; 5 – автосцепки; 6, 13, 17 – передняя, измерительная, контрольно-измерительная тележки рихтовочной КИС; 7 – каток с импульсным датчиком пути; 8 и 16 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 9 – дизельный агрегат; 10 – силовая передача; 11 – трос-хорда рихтовочной КИС; 12 – ПРУ; 14 – двухшпальные подбивочные блоки; 15 – сателлит с рамами подбивочных блоков; 18 – выдвижные опоры; 19 – виброплиты уплотнения балласта у торцов шпал; 20 – колесная пара полуприцепной платформы; 21 – рама платформы; 22 – дополнительный топливный бак

   Подбивочно-выправочная машина-автомат ПМА-1 (рис. 10.52). имеет непрерывно-циклический принцип подбивки, ана-логичный применяемому в машине Plasser Duomatic 09-32 CSM. Компоновка основных составных частей в целом традиционна для машин класса ВПР. Однако сателлит 15 подвешен на продольных направляющих рамы 2 и соединен с ней гидроцилиндром продольного перемещения.


  Рис. 10.53. Установка сателлита машины ПМА-1:
1, 9 и 14 – транспортные упоры моста, подвижной рамы и подбивочных блоков; 2, 5 и 6 – гидроцилиндры передвижения моста, подвижной рамы и подбивочных блоков; 3 и 13 – цилиндрические направляющие моста и подбивочных блоков; 4 и 11 – роликовые опоры подвижной рамы;
7 – рама машины; 8 – направляющие подвижной рамы; 10 – мост; 12 – датчики положения блоков; 15 – подвижная рама; 16 – подбивочные блоки

   Сателлит представляет собой подвижную раму 15 (рис. 10.53), установленную на роликовых опорах 4 с ребордами на направляющих 8.Снизу также имеются дополнительные поддерживающие роликовые опоры 11, предотвращающие сход рамы с направляющих. Рама перемещается в продольном направлении гидроцилиндром 5. На раме размещены два двухшпальных подбивочных блока 16, которые перемещаются по направляющим колоннам 12 гидроцилиндром 6. Положение блоков регистрируется датчиками 12. В транспортном положении блоки фиксируются упорами 14. Направляющие 8 установлены на мосту 10, который через цилиндрические направляющие 3 закреплен на раме машины 7. При работе машины в кривой для ориентации блоков по оси пути мост может перемещаться в поперечном направлении гидроцилиндрами 2. В транспортном положении мост фиксируется упорами 7, а сателлит – упором 9.


  Рис. 10.54. Принципиальная гидравлическая схема привода
продольного перемещения сателлита с подбивочными блоками

   Привод гидроцилиндра Ц1 продольного перемещения сателлита производится от рабочей гидросистемы машины (рис. 10.54) [24]. Рабочая гидросистема имеет систему автоматического поддержания давления в заданных пределах (до 14 МПа). Система включает в себя предохранительный клапан КП1, управляемый через трубопровод обратной связи давлением в гидропневмоаккумуляторах АК1, АК2, и обратный клапан КО2, предотвращающий падение давления в моменты разгрузки насосов Н1, Н2. Включение системы в начале работы и отключение в конце производится распределителем Р1.

   При работе шток гидроцилиндра Ц1 совершает возвратно-поступательные движения. Часть рабочего цикла он движется принудительно вперед, чтобы подбивочные блоки подбойками ориентировались над шпальными ящиками, а часть цикла перемещается назад в плавающем режиме, когда подбойки находятся в балласте, и подбивочные блоки с сателлитом зафиксированы относительно РШР.

   Управление принудительным перемещением штока цилиндра Ц1 производится через сервовентиль Р2. В начале цикла производится ускоренное движение штока вперед с постепенным замедлением, начиная с середины хода. Для этого Р2 включается в позицию, показанную сверху, и уменьшается раскрытие золотника к концу прямого хода. При соответствующем позиционировании относительно шпал подбивочные блоки быстро опускаются, а гидроцилиндр Ц1 переводится в плавающий режим работы путем включения в рабочую позицию распределителя Р3. Шток вместе с движением машины втягивается, масло из поршневой полости цилиндра через Р3 выжимается в сливную линию, а обратный клапан КО4 обеспечивает соответствующий подсос из этой линии. После завершения обжима балласта подбойками блоки поднимаются, и операции цикла повторяются.

   Управление обратным движением штока может также производиться с помощью включения сервовентиля Р2 в позицию, показанную снизу. При этом имеется принципиальная возможность регулировать скорость обратного хода сателлита. Обратный ход также можно включить при рабочей позиции распределителя Р4. В этом случае масло в штоковую полость подается под давлением, соответствующим давлению перекрытия редукционного клапана КР1. Для выхода масла в сливную линию включается распределитель Р3.

   Давление в рабочих полостях указанного цилиндра ограничено настройкой предохранительных клапанов КП3, КП4. Регулировка давления позволяет более гибко настроить режимы разгона и торможения сателлита. Кроме того, ограничение давления в полостях гидроцилиндра уменьшает вероятность повреждений подбивочного блока, его направляющих колонн и шпал при возникновении аварийных ситуаций, связанных с возможными сбоями в системах автоматики.

   По данным заводских испытаний машина развивает производительность без потери качества уплотнения 2400-3000 шп/ч. Машины ПМА-1 оборудуются автоматизированной системой управления выправкой пути «Навигатор» НИЦ «Путеец» и приборами безопасности КЛУБ УП. Все машины оснащаются необходимыми устройствами и системами, позволяющими им без ограничений эксплуатироваться на сети ОАО «РЖД».

   10. 8. Основы расчета подбивочного блока

   Подбивочный блок – это вибрационное устройство, предназначенное для уплотнения балластного слоя под подошвами шпал. Шпалоподбивочный механизм блока имеет привод вибраций в виде эксцентрикового вала, соединенного через шатунные элементы с концами рычагов подбоек и механизм обжима балласта (подачи лопаток подбоек) в виде гидроцилиндров. Дополнительные приводы блока – механизм его вертикального перемещения (опускания с заглубоением подбоек и подъема) и механизм перемещения блока в поперечном направлении при работе в кривых и на стрелочных переводах.

   Процесс уплотнения балластного слоя рабочими органами машин является сложным многофакторным процессом. Для его реализации взаимодействуют два сложных объекта: путевая машина и верхнее строение пути (в общем случае это РШР и балластная призма). На практике наибольшее распространение получил метод силового вибрационного воздействия с поступательным движением уплотнительной поверхности рабочего органа. Технические расчеты подбивочных блоков выполняются в целях оценки: производительности блока и машины, технологического эффекта работы блока через показатели качества уплотнения, усилий в элементах механизмов при расчете на прочность и надежность, параметров рабочих органов и режимов работы, характеристик энергоемкости при выборе параметров приводов экипажной части машины по характеристикам рабочих органов. Кроме того, производить оценку рабочих свойств верхнего строения пути при эксплуатации в требуемом режиме и др.

   10.8.1. Взаимодействие лопаток подбоек
 и уплотняемого балластного слоя

   Кинематический и силовой анализ взаимодействия поступательно движущейся вибрирующей лопатки подбойки с массой балласта в слое рассмотривается на модели горизонтального вибрационного воздействие подбойки 1 с объемом балласта 3 под шпалой 2 (рис. 10.55). Угловая частота колебаний подбойки ω, рад/с, амплитуда A, м, а скорость подачи Vп, м/с.


 Рис. 10.55. Вибрационное и поступательное движение лопатки подбойки:
1 – подбойка; 2 – шпала; 3 – уплотняемый объем балласта

   При рассмотрении стационарного процесса взаимодействия подбойки с балластом начало отсчета времени можно принять в момент начала нового колебательного цикла. Тогда начальная фаза колебаний принимает нулевое значение. С этим моментом времени свяжем локальные системы координат 0St и 0Vt (рис. 10.56, а, б).


 Рис. 10.56. График взаимодействия лопатки подбойки с балластом в течение цикла колебаний:
а – смещения лопатки и балласта; б – скорости лопатки и балласта

   На рис. 10.56 левее точки начала координат 0 показаны части графиков, соответствующие предыдущему циклу, а правее – текущему циклу. При отрывном режиме работы [58] часть периода колебаний T лопатки находятся в контакте с балластом – с точки 1 графика до точки 2. Подбойка движется к шпале, производя обжим балласта. Пройдя точку максимального отклонения, подбойка начинает движение от шпалы, и в точке 2 ее скорость выравнивается со скоростью отдачи балласта Vб. В дальнейшем движении она отрывается от балласта. На участке 2-4 подбойка сначала движется от шпалы, а затем, пройдя точку 3 максимального отклонения, начинает движение к шпале. В точке 4, положение которой отражено на графике, подбойка встречается с балластом. Происходит удар лопатки о балласт, аналогичный удару в точке 1 предыдущего цикла.

   Движение подбойки является результатом наложения ее колебательного и поступательного движений, условно показано в виде графика 1–2–3–4 (см. рис. 10.56, а). Уравнение лопатки подбойки в показанной локальной системе координат в абсолютном движении [58]:

   (10.47)

   Скорость движения лопатки подбойки, как производная по времени t от перемещения Sлп:

   (10.48)

   На участке 1–2 лопатка находится в контакте с балластом и производит его обжим. На этом участке совершается работа по уплотнению балласта, причем часть работы выполняет механизм привода вибраций, а часть работы механизм подачи. В точке 2 происходит отрыв лопатки от балласта, после чего она совершает возвратное движение, а балласт под действием сил упругости смещается. Уравнение смещения балласта:

   (10.49)

   где S2 – отклонение лопатки с балластом от начального положения в точке отрыва 2, м; Vб – скорость отдачи балласта, м/с (Vб = 0,13 – 0,14 м/с); t2 – время от начала цикла до момента отрыва, с.

   Период колебаний T (T = 2π/ω), с, складывается из времени контакта tк лопатки с балластом и времени ее отрыва tо от балласта (T = tк + tо). В точке 4 положения лопатки (точка 4б и точка 4п, принадлежащие балласту и подбойке совпадают) наблюдается удар по балласту (см. рис. 10.56, а). При ударе происходят интенсивные смещения частиц балласта и его уплотнение, поэтому сначала определим tк и tо.

   Момент времени отрыва лопатки подбойки от балласта:

   (10.50)

   Момент времени t4 удара лопатки подбойки и уплотнения балласта определится из трансцендентного уравнения:

   (10.51)

   Это уравнение легко решается методом итераций. При итерационных вычислениях последовательно наращивается значение t4 по формуле t4=t2+Δt (Δt – сколь угодно малый интервал наращивания времени, с). Итерации прекращаются, если левая часть уравнения станет ≤ 0.

   Время отрыва и время контакта лопатки подбойки и балласта составляет:

   Скорость удара лопатки подбойки о балласт, м/с (см. рис. 10.56, б):

   (10.52)

   Для анализа силовых и энергетических соотношений процесса уплотнения балласта необходимо определить смещение лопатки подбойки Sк вместе с балластом, м:

   (10.53)

   где Smax – максимальное смещение лопатки с балластом относительно исходного расчетного положения (точка 0), м; Sп – величина подачи лопатки за цикл колебаний, м; S4 – смещение лопатки относительно исходного положения в момент удара, м.

   Максимальному смещению лопатки подбойки Smax соответствует его нулевая скорость, поэтому

   (10.54)

   где tmax – время от начала цикла до достижения лопаткой максимального отклонения, с.

   Время, соответствующее максимальному отклонению лопатки, с

   (10.55)

   Величина подачи лопатки за цикл колебаний, м:

   Смещение Smax и S4 определяются по (3.1) при подстановке соответствующих значений tmax и t4.

   Момент времени (точка 3), соответствующий минимуму траектории лопатки, с

   (10.56)

   Смещение Smin определится из подстановки tmin в (10.47). Моменту времени tmin соответствует максимум отрыва лопатки подбойки от балласта.

   С учетом (10.49) максимальный отрыв лопатки от балласта:

   (10.57)

   На графике (см. рис. 10.56, а) величина Smin принимает отрицательное значение.

   Таким образом, взаимодействие рабочего органа с балластом характеризуется полностью пятью параметрами [51, 59]: Sк – обжим (подача) балласта за каждый цикл колебаний (10.53), м; Sо – максимальный отрыв лопатки подбойки от балласта за цикл колебаний (10.57), м; tо – время отрыва лопатки от балласта за цикл колебаний, с; tк время контакта лопатки с балластом за цикл колебаний, с; Vу – скорость удара в момент встречи рабочей лопатки с балластом (10.52), м/с.

   Для оценки характера взаимодействия лопатки с балластом используется параметр С режима уплотнения, значение которого с учетом упругой отдачи балласта определяется по формуле:

   (10.58)

   В числителе этого выражения приводится скорость взаимного сближения лопатки и балласта, а в знаменателе – амплитудное значение скорости вибрирования. Как показывает опыт эксплуатации уплотнительных рабочих органов машин, эффективное уплотнение происходит при взаимодействии лопатки и балласта с отрывом и ударами, это соответствует C < 1. При безотрывном режиме взаимодействия лопатки и балласта эффективность уплотнения резко падает, так как контакты частиц друг с другом малоподвижны, частицы оказываются взаимно заклиненными. При отрывном режиме взаимодействия контакты частиц становятся подвижными, имеют возможность перестроиться, образуя более плотную текстуру.

   Экспериментально установлено, что результат уплотнения несвязного материала (щебня), выраженный через относительную осадку Eу, является случайной гиперболической функцией от общего количества относительных перемещений частиц материала, происходящих под действием внешних силовых импульсов с учетом сил инерции и внутреннего трения (активные перемещения), а также сил упругости и веса, вызывающих отдачу щебня при циклических разгрузках (пассивные перемещения), и выражается формулой [52]:

   (10.59)

   где χ = 0 – 2 – коэффициент, определяющий степень использования для уплотнения пассивных и активных относительных перемещений частиц; λ = 0 – 1 – коэффициент, определяющий долю объема материала, охваченного относительными перемещениями; (ωtв)min – минимально необходимое количество вибровоздействий для рабочих органов цикличного действия, умноженное на 2π; tв – время воздействия на балласт, с; A, B – эмпирические коэффициенты, зависящие от рода уплотняемого материала и способов вибровоздействия. Для щебня при рациональных параметрах виброуплотнения χ = 2; λ = 1; A = 3300; B = 10, (ωtв)min = 600 – 800.

   Выражение (10.59) является исходным для определения рациональных параметров виброуплотнения балласта. Эффективность виброуплотнения щебеночного балласта обеспечивается, если параметры взаимодействия и их соотношения составляют:

   (10.60)

   10.8.2. Расчет эффекта уплотнения балласта подбивочным блоком

   Требуемый результат уплотнения балластного слоя в зоне под шпалами достигается, в зависимости от ряда факторов, либо при однократном, либо при многократном виброобжиме балласта лопатками подбоек подбивочного блока (см. рис. 10.55).

   Вначале определим относительную осадку уплотнения Eу объема балластного слоя под шпалой после однократного обжима. Пусть начальное состояние слоя характеризуется относительной осадкой уплотнения Eн. Отсутствует локализация зон уплотнения. Обжим объема балласта в слое толщиной hсл, м, производится из положения лопаток, характеризуемого максимальным раскрытием Smax, м, в положение минимального раскрытия Smin, м (рис. 10.57). Подбивка (уплотнение балластного слоя в зонах под шпалами) производится с технологической выправочной подъемкой hпод, м. Начальный объем уплотняемой зоны, м3

   (10.61)

   где Vосн – основной объем балласта под шпалой, подлежащий уплотнению на длине (Lш – e)/2, м; Lш – длина шпалы, м (для железобетонной шпалы Lш = 2,7 м, а для деревянной шпалы Lш = 2,75 м), е – ширина не уплотняемой зоны в середине шпалы, м; Vдоп – дополнительный объем балласта, м3, подаваемый подбойками в зону уплотнения при вибрационном обжиме с учетом угла передачи давления αп, град.

   Основной и дополнительный объемы:

   (10.62)

   (10.63)

   где ψ = (0,9 – 1,0) – коэффициент притока (выдавливания) балласта при виброобжиме; kдоп = (1,2 – 1,3) – коэффициент, учитывающий дополнительную подачу балласта подбойкой за счет угла αп передачи давления (для путевого щебня, подвергаемого вибрационному воздействию αп = (15 – 20)º; Jпод – число одновременно работающих в рассматриваемой зоне подбоек; dп – начальный обжим балласта, равный толщине подбойки, м; kп – коэффициент приведения площади лопатки, kп = (a+d)(b+d)/(ab); Fр – рабочая площадь лопатки, Fр = ab.

   Объем уплотненной зоны (ядра уплотнения), м3, характеризуемый искомой относительной осадкой уплотнения Eу, с учетом технологической подъемки hпод:

   (10.64)

   В модели фактически принимается в расчет одна и та же масса балластного материала, занимающая объем до уплотнения Vн, а после уплотнения объем Vу, поэтому результаты расчета по (10.61) и (10.64) для получения относительной осадки уплотнения необходимо подставить в (10.5).

   Далее рассмотрим относительную осадку уплотнения Eу щебеночного балласта в ядре уплотнения под шпалой после двукратного виброобжима балласта подбойками. После первого обжима подбивочный блок приподнимается, лопатки подбоек выходят из балласта. Под действием вибраций при подъемке пути образующиеся пустоты заполняются обсыпающимся из шпальных ящиков балластом. При повторном обжиме образовавшиеся новые дополнительные объемы балласта должны заполнять ядро уплотнения.

   Без разрушения сформированное в первом цикле ядро уплотнения может пополняться новыми объемами балласта только в случае, если его степень уплотнения ниже, чем формируемая в дополнительных объемах. В этом случае может происходить выравнивание (диффузия) степени уплотнения в ядре. Повторное уплотнение ядра не требуется при достижении степени уплотнения ядра, близкой к предельной.

   В основу модели процесса повторного вибрационного обжима балластного слоя положена гипотеза, что происходит разрушение ядра уплотнения, сформированного после первого цикла и формирование нового ядра из двух объемов, характеризуемых разной степенью уплотнения. Кинематика движения лопаток подбоек и балластного слоя при втором обжиме идентична кинематике первого обжима, поэтому используем аналогичную расчетную схему (см. рис. 10.57).


 Рис.10.57. Схема уплотнения балластного слоя подбойками:
Lш, bш, aш – длина, ширина и высота шпалы, м; e – ширина не уплотняемой зоны балластной призмы по оси пути, м; Smax, Smin – максимальная и минимальная величины раскрытия подбоек при уплотнении, м; hсл, hпод – высота балластного слоя и выправочная подъемка, м; a, b – ширина и длина лопатки подбойки, м; aп – угол передачи давления, град; А, w – амплитуда, м, и угловая частота колебаний подбойки, рад/с; VП – скорость подачи подбойки, м/с

   Обозначим объемы, м3: Vн1 = Vосн; Vн2 = Vдоп; Vу = Vосн, а соответствующие относительные осадки уплотнения в зонах: Eн1 = Eу(1); Eн2 = Eн. Для получения относительной осадки уплотнения Eу в ядре после второго цикла подставим полученные значения в формулу (10.6).

   При многократном обжиме необходимо особое внимание обращать на наличие в балластной призме достаточного для получения требуемой степени уплотнения количества балластного материала. При недостатке материала в технологии работ должна быть предусмотрена дополнительная дозировка балласта и несколько проходов выправочно-подбивочной машины.

   10.8.3. Расчет энергетических характеристик приводов подбивочного блока

   При обжиме балласта лопатка подбойки захватывает частицы по периметру, поэтому учитывается ее площадь и дополнительная площадь, образуемая частицами по периметру. Значение максимального усилия обжима балласта, кН:

   (10.65)

   где a, b – ширина и высота лопатки, м; d – средний диаметр частиц балласта, м (d = 0,04 м), kп – коэффициент приведения пло-щади лопатки, kп = (a+d)(b+d)/(ab); Fр – рабочая площадь лопатки, Fр = ab.

   Максимальное усилие обжима достигается в точке максимума смещения σ4 лопатки (см. рис. 10.56, а). Работа по уплотнению балласта совершается на участке обжима от точки 1, соответствующей удару о балласт в предшествующем цикле, до точки максимума. Общее смещение Sк определяется по формуле (10.53) и обусловливается смещением, связанным с механизмом подачи Sкп и механизмом вибрации Sкв , м:

   (10.66)


 Рис. 10.58. Работа уплотнения, совершаемая подбойкой при обжиме балласта:
Pон, Pоу – реактивное усилие балласта в первом и последнем цикле обжима, кН;
A1,…, Ai,…, AN – работа уплотнения в первом и последующих циклах обжатия, кДж;
Sк, Sо, Sт – перемещение подбойки за время контакта, отрыва, цикла, м;
Sпп – величина рабочего хода подбойки, м;
А, w – амплитуда, м, и угловая частота колебаний подбойки, рад/с;
VП – скорость подачи подбойки, м/с

   При обжиме балласта лопаткой подбойки в каждом цикле возрастает степень уплотнения. В начальном состоянии степень уплотнения характеризуется коэффициентом пористости εн, а после подачи подбойки на величину рабочего хода Sпп уплотненное состояние балласта соответствует коэффициенту пористости εу. Поэтому в момент касания подбойки и балласта в первом цикле и завершения последнего обжима реактивные усилия балласта (рис. 10.58):

   (10.67)

   где qн, qу – опытные коэффициенты для состояний балласта до и после уплотнения.

   Работа в каждом цикле отражается площадями заштрихованных фигур, а общая произведенная работа уплотнения получается в результате их суммирования, кДж:

   (10.68)

   где kу – коэффициент, учитывающий динамические явления при обжиме балласта и нелинейность нарастания реакции балласта при его обжиме, kу = 0,8 – 1,0; kбз – коэффициент, учитывающий трение боковых поверхностей лопатки и затекание балласта сзади лопатки при обжиме, kбз – 1,2 – 1,5;

   Средняя мощность, развиваемая приводом вибраций и подачи подбойки за время ее сведения, кВт:

   (10.69)

   Мощности, развиваемые механизмом вибраций и механизмом подачи, кВт:

   (10.70)

   10.8.4. Расчет усилий гидроцилиндров привода подачи подбоек

   Произведем определение усилий гидроцилиндров привода рычагов подбоек двухшпального подбивочного блока. Шпалоподбивочный механизм такого блока можно представить в виде четырех составляющих механизмов, которые связаны с одним эксцентриковым валом. Два из них располагаются снаружи, а два – внутри колеи. Привод вибраций подбоек одного из указанных механизмов, условно отраженных точками F и M (рис. 10.59), осуществляется через эксцентриковый вал, представленный в виде кривошипа AB (звено 2). Длина кривошипа равна эксцентриситету посадки шатунных подшипников. Гидроцилиндры отражаются поступательными кинематическими парами C и H, которые входят в шатунные звенья DBG и GK. Перемещаемые друг относительно друга части гидроцилиндров условно отражаются звеньями 3-1 и 3-2, 7-1 и 7-2. Рычаги вместе с подбойками представлены коромыслами DEF и KLM, которые через шарниры E и L установлены на станине блока EAL (стойка, состоящая из жестко связанных звеньев 1 и 5). Звенья, кроме того, между собой связаны вращательными кинематическими парами D, B, A, G, K, отражающими шарнирные узлы, коренные A и шатунные B подшипники эксцентрикового вала.


  Рис. 10.59. Структурно-кинематическая схема механизма привода
вибраций и подачи наружных и внутренних подбоек

   Степень подвижности такого механизма по формуле П.Л. Чебышева [1]:

   (10.71)

   где n – число звеньев механизма, исключая стойку; p5, p4, – число кинематических пар 5-го и 4-го классов.

   В нашем случае n = 7, p5 = 9, p4 = 0, w = 3. Механизм имеет одну степень подвижности, позволяющую генерировать вибрации, и две степени подвижности, соответствующих реализации подачи лопаток подбоек при работе гидроцилиндров.C и H. В зависимости от решаемой задачи рассматриваемая схема может быть упрощена. При исследовании передачи вибраций лопаткам F и M в можно считать постоянными длины звеньев BD и GK. Кривошип 2 устанавливать в различные угловые положения с заданным шагом в пределах 0 – 2p, рад и исследовать перманентные угловые и линейные перемещения, скорости и ускорения звеньев, которые соответствуют вращению звена 2 с постоянной угловой скоростью w2, рад/с. При перманентном движении кинематические характеристики звеньев зависят только от структуры механизма. При исследовании переходных процессов на перманентное движение накладывается начальное движение, соответствующее ускорению или замедлению вращения звена 2, от начального положения.

   Для решения задачи определения усилий PH и PC, развиваемых штоками гидроцилиндров, условно «заморозим» их штоки относительно корпусов в положениях, соответствующих максимальным рабочим полезным нагрузкам PF и PM, условно приложенным в серединах лопаток подбоек. Получившиеся звенья обозначим цифрами 3 и 7. Для такого варианта механизма по (10.1) получим: n = 5, p5 =7, p4 = 0 и w = 1. Для решения задачи определения статических усилий необходимо аналитически определить положения всех звеньев механизма через углы jI, где i = 1, 2,…8.

   Рассматриваемый механизм является механизмом II класса [1], так как образован путем присоединения к механизму I класса (кривошипу 2) двух двухповодковых групп, образованных звеньями 3, 4 и звеньями 7, 8. Группа звеньев 7, 8 является присоединенной группой к группе 3, 4 через кинематическую пару вращения G. Для определения углов jI необходимо решить векторные уравнения для замкнутых контуров ABDEA и ALKGBA.

   Векторное уравнение контура ABDEA (обход контура против часовой стрелки):

   (10.72)

   где , , , – векторы, отражающие звенья 2, 3, 4, 1.

   Этому векторному уравнению соответствует система уравнений в проекциях на координатные оси x и y:

   (10.73)

   В приведенном выражении длины звеньев, м, считаются заданными, также заданы углы , рад (HAE и SAE – координаты расположения шарнира E на стойке, м) и j2 – угол поворота кривошипа 2, рад. Необходимо определить углы j3 и j4, рад. Положительное направление всех углов соответствует направлению вращения от оси x к оси y. Отсчет всех углов начинается от оси x, что дает возможность при необходимости вычислять абсолютные координаты, линейные и угловые ускорения и скорости.

   После выполнения необходимого анализа [1] значения ис-комых углов, рад:

   (10.74)

   (10.75)

   где

   Векторное уравнение при обходе контура ALKGBA также против часовой стрелки:

   (10.76)

   где , , , – векторы, отражающие звенья 5, 8, 7, 6.

   Соответствующая система уравнений в проекциях на оси x и y:

   (10.77)

   Неизвестными в данном случае являются углы j7 и j8, рад. Угол j6 определен по положению звена 3-6: (a3-6 – тупой угол, образованный элементами 3 и 6 звена DBG, рад). – расчетный угол положения кривошипа при обходе против часовой стрелки контура ALKGBA, рад). В результате решения системы уравнений (10.29) получим:

   (10.78)

   (10.79)

   где

   В этих выражениях угол – постоянный угол, характеризующий положение на стойке шарнира L.

   Последовательным дифференцированием по углу j2 выражений (10.74), (10.75), при необходимости, определяются абсолютные угловые скорости wI, рад/с и угловые ускорения eI, рад/с2 звеньев. Путем составления планов скоростей находятся абсолютные и относительные скорости необходимых для дальнейшего анализа точек звеньев механизма, а планов ускорений – соответствующие ускорения.

   После определения масс и моментов инерции звеньев относительно центров масс можно решать широкий круг задач кинетостатического и динамического анализа механизмов привода рычагов подбоек: определять уравновешивающие силы, приложенные к звену приведения, пользуясь методом рычага Н.Е. Жуковского; определять моменты инерции маховиков для обеспечения заданной равномерности вращения эксцентрикового вала; определять статические и динамические нагрузки на звенья без учета и с учетом трения в кинематических парах и другие задачи.

   Для решения поставленной задачи оценки усилий в гидроцилиндрах привода рычагов подбоек упростим дальше расчетную модель, считая, что l2 = 0 (пренебрегаем эксцентриситетом вибровала) и j2 = 0 – безразлично, в каком положении находится кривошип с нулевой длиной. При силовом анализе механизмов рекомендуется начинать с самой последней присоединенной группы Ассура [1]. В нашем случае это шатунное звено 7 и коромысло 8-10. В точке M приложена полезная нагрузка P10, кН, соответствующая результирующей силе реактивного давления балласта на лопатки двух наружных подбоек. Она определяется из расчета взаимодействия подбоек и балласта. Считаем, что эта сила всегда нормальна к рабочей поверхности подбойки и к направлению звена 10. Статическая составляющая силы PH определится из уравнения равновесия моментов относительно шарнирного узла L. После составления и решения этого уравнения получим усилие гидроцилиндра H, кН:

   (10.80)

   Для первой присоединенной группы Ассура, состоящей из шатунного звена 3-6 и коромысла 1-9, к точке F которого приложена полезная нагрузка P9, кН, можно произвести аналогичные рассуждения и получить выражение для статической силы гидроцилиндра C, кН:

   (10.81)

   В последних формулах Kд = 1,5 - 2,0 – коэффициент, учитывающий динамический характер работы гидроцилиндров.


  Рис. 10.60. Расчетная схема к определению раскрытия подбоек S

   Кинематический анализ позволяет связать величину раскрытия подбоек S (рис. 10.60) с длинами l9, l10 нижних частей коромысел, отражающих рычаги подбоек. Текущее раскрытие подбоек составит м, где (j4(с) – угол поворота звена 4, отражающего рычаг внутренней подбойки смежного механизма блока).

   10.9. Выправочно-подбивочно-отделочная машина непрерывного действия

   10.9.1. Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-3-3000С

   Машина ВПО-3-3000С, выпускаемая ЗАО «Тулажелдормаш», предназначена для выполнения комплекса заключитель-ных работ технологических процессов ремонта и строительства пути. Основными операциями машины являются выправка пути в продольном профиле, по уровню и в плане и уплотнение балластной призмы по всему ее объему (в подшпальной, откосно-плечевой и междупутной зонах). Вместе с основными технологическими операциями могут выполняться также дозировочно-планировочные работы, динамическая стабилизация балластного слоя, очистка шпал и рельсов от излишков балласта после прохода машины. Машина применяется при усиленном капитальном, капитальном, усиленном среднем, среднем и подъемочном ремонтах пути. Все технологические операции выполняются при непрерывном движении машины тепловозом.


 Рис. 10.61. Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-3-3000С:
1 − основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2 и 6 – передняя и задняя кабины управления;
3 – ферма; 4 – механизм пере-мещения (подвески) виброплит; 5 – ПРУ; 7 – насосная станция; 8 – автосцепки;
9, 14, 16 и 21 – задняя, промежуточные и передняя тележки КИС; 10 – активные рельсовые щетки;
11 – уплотнители откосно-плечевых и междупутных зон балластной призмы; 14 и 20 – задняя и передняя ходовые тележки (типа 18-100);
13 – планировщики; 15 – подборщик балласта; 17 – основные виброплиты; 18 – рабочий орган динамической стабилизации пути;
19 – дозатор; 22 и 23 – трос-хорды рабочей и контрольной КИС

   Общее устройство. В состав экипажной части машины (рис. 10.61) входит ферма 3, состоящая из двух балок с поперечными связями, которая опирается на заднюю 12 и переднюю 20 ходовые тележки типа 18-100. Машина, как единица специального подвижного состава (СПС), оборудована стандартными устройствами и системами, позволяющими включать ее в состав поезда: автосцепками 8, тормозной системой, сигнальными устройствами. В последовательности выполнения технологических операций на ферме с двух сторон или симметрично смонтированы рабочие органы:
   - правый и левый дозаторы 19, позволяющие при необходимости осуществлять дозировку балласта и планировку поверхности балластной призмы;
   - рабочий орган динамической стабилизации пути в виде одного виброблока машины ДСП-С (см. п. 10.12); ПРУ 5 с электромагнитно-роликовыми захватами;
   - основные виброплиты 17 с механизмами 4 для их установки в рабочее и транспортное положения;
   - подборшик балласта 15 с роторной тросовой щеткой и выбросным ленточным транспортером;
   - правый и левый планировщики 13, служащие для засыпания траншей у торцов шпал, образуемых виброплитами с одновременным формированием плеча и откоса балластной призмы;
   - правый и левый уплотнители 11 откосно-плечевых и междупутных зон;
   - правые и левые активные роторные щетки 10 для очистки скреплений и боковых поверхностей рельсов.

Энергоснабжение основных механизмов осуществляется от основного дизель-электрического агрегата переменного тока, расположенного под капотом 1. Здесь же располагается аварийный ель-электричский агрегат, используемый для приведения рабочих органов в транспортное положение при отказе основного агрегата, а также для вспомогательных нужд. В большинстве рабочих органов используется объемный гидропривод, насосная станция которого смонтирована под капотом 7 в задней части машины.

   Машина оснащается трехкоординатной трехточечной КИС системы ВНИИЖТа с использованием микропроцессорного управления [26, 27, 28, 29].

   Управление машиной осуществляется из передней кабины 2 (управление дизель-электрическими агрегатами, дозатором и рабочим органом динамической стабилизации пути) и из задней кабины 6 (управление выправкой, подбивкой, уплотнением откосно-плечевых и междупутных зон балластной призмы, отделкой пути). Кабины установлены на резино-металлических амортизаторах, служащих виброизоляторами.

   Основные виброплиты. Уплотнительные рабочие органы – основные вибрационные подбивочные плиты (виброплиты) предназначены для уплотнения балласта в подшпальной зоне при непрерывном его вибрационном обжиме в горизонтальной плоскости со стороны торцов шпал.


 Рис. 10.62. Продольная балка с виброплитой:
а – общий вид; б, в – кинематические схемы приводов виброплит машин ВПО-3000 и ВПО-3-3000С; 1 и 2 – рассекатель балласта и отбойный лист;
3 и 12 – проушины крепления балки на подъемно-поворотных кронштейнах подвески; 4 и 9 – крюки крепления транспортных растяжек;
5 и 10 – передний и задний комплекты листовых рессор; 6 и 7 – электродвигатель и карданный вал привода дебалансного вибровозбудителя;
8 – продольная балка; 11 – ось крепления гидроцилиндра поперечного сдвига виброплиты;
13 и 15 – дополнительный и основной уплотнительные клинья; 14 – шестидебалансный вибровозбудитель; 16 – носовая часть;
17 – дебалансы; 18 и 19 – синхронизирующая и ускоряющая зубчатые передачи

   Виброплита (рис. 10.62, а) состоит из корпуса сварной конструкции с твердосплавной износостойкой наплавкой. Корпус имеет заостренную в плане носовую часть 16, основной 15 и дополнительный 13 уплотнительные клинья, через которые осуществляется виброобжимное воздействие на подшпальную зону балластной призмы. Внутри корпуса установлен шестидебалансный вибровозбудитель 14 с направленной поперек пути вынуждающей силой, который генерирует поперечные вибрации. Виброплита подвешена на сварной продольной балке 8 через комплекты листовых рессор 5, 10, выполняющих функции упругих связей в колебательной системе. На балке установлен электродвигатель 6, связанный с входным валом вибровозбудителя через карданный вал 7. Продольная балка устанавливается проушинами 3, 12 через шарнирные узлы на подъемно-поворотных кронштейнах механизма подвески виброплит. Рассекатель 1, расположенный в передней части балки позволяет уменьшить тяговую нагрузку на рессорные комплекты. Отбойный лист 2 служит для уменьшения потерь балластного материала, направляемого в зону уплотнения.

   Вибровозбудители виброплит находящейся в экс-плуатации ранее выпускавшейся машины ВПО-3000 (рис. 10.62, б) и машины ВПО-3-3000С (рис. 10.62, в) содержат дебалансы 17, установленные на вертикальных осях в подшипниковых опорах, и синхронизирующие зубчатые колеса 18, находящиеся в зацеплении друг с другом. В варианте (в) косозубые колеса 18 находятся сверху, позволяя понизить уровень расположения по высоте вектора вынуждающей силы, приблизив его к уровню вектора реакции балласта. По условиям оптимального сочетания параметров вибрирования требуется повышенная угловая частота вибрирования, по сравнению со стандартной для электропривода промышленного исполнения частотой (25 Гц), поэтому в виброплите применена дополнительная ускоряющая передача 19. Это позволяет достигать частоты вибраций 33,5 Гц.

   Предприятием-изготовителем рекомендуется использовать машину для уплотнения балластного слоя после глубокой очистки за три прохода. Первый проход осуществляется при заглублении клиньев виброплит ниже подошв шпал на 40 – 45 см. При этом достигается общее предварительное уплотнение объема балласта. Во втором проходе заглубление составляет 15 – 20 см. Уплотняется зона балластной призмы, непосредственно прилегающая к подошвам шпал, в которой возникают наибольшие напряжения от поездной нагрузки. В третьем проходе производится динамическая стабилизация объема балласта соответствующим рабочим органом.


 Рис. 10.63. Схема подвески виброплит:
1 – направляющие колонны; 2 – поворотные кронштейны; 3 – проушина гидроцилиндра в виде обоймы; 4 – промежуточные кронштейны;
5 – иброплита; 6 – продольная балка; 7 – вертикальная ось

   Виброплита 5 (рис. 10.63) подвешивается на продольной балке 6, которая является элементом механизма ее перемещения в рабочее и транспортное положения. Механизм обеспечивает перемещение виброплиты в вертикальном и поперечном направлениях. Балка через шарнирные узлы соединяется с передним и задним поворотными кронштейнами 2, которые устанавливаются на вертикальных колоннах 1 и могут относительно их поворачиваться в плане и перемещаться вертикально. На этих колоннах установлены также промежуточные кронштейны 4, соединенные шарнирно со штоками гидроцилиндров Ц1 и Ц2 вертикального перемещения виброплиты. Ферма машины, поворотные кронштейны 2 и продольная балка 6 образуют в плане шарнирный параллелограмм, который позволяет относить виброплиту 5 в сторону, соблюдая ее параллельность продольной оси машины. Для такого перемещения служит гидроцилиндр Ц3, закрепленный штоком на вертикальной оси 7 и корпусом через проушину 3 на передней вертикальной колонне 1.

   При опускании или подъеме виброплиты необходимо синхронизировать перемещения переднего и заднего концов балки. Такая синхронизация обеспечивается делителем потока ДП1, выполненным в виде шестеренчатого дозатора, применяемого на укладочном кране. Распределители Р1 и Р2 включаются одновременно и согласовано по позициям. Для уменьшения вероятности повреждения элементов механизма и РШР при неосторожном подъеме виброплиты усилие подъема ограничивается настройкой предохранительных клапанов КП1, КП2 на сниженное давление 6,0 МПа.

   Гидроцилиндр Ц3 поперечного перемещения виброплиты управляется через распределитель Р3. На всех гидроцилиндрах установлены гидрозамки, позволяющие фиксировать штоки в требуемом положении и предотвращающие падение подвески и виброплиты в случае обрыва шлангов гидросистемы. В транс-портном положении виброплиты фиксируются винтовыми стяжками.


 Рис. 10.64. Уплотнитель откосов и междупутья:
а – транспортное и рабочие положения; б – кинематическая схема виброплиты; 1 – ферма машины; 2 – транспортные стяжки; 3 – кронштейн;
4, 8 и 16 – гидроцилиндры поворота верхней, вертикальной и промежуточной рам; 5 и 15 – поперечная и тяговая (для установки автосцепки) балки;
6 – шарнирный узел; 7, 9 и 10 – верхняя, вертикальная и промежуточная рамы; 11 – пружинные амортизаторы;
12 – строительные инерционные вибраторы; 13 – шарниры компенсационного поворота виброплиты

   Откосные виброплиты. Уплотнитель откосов и междупутья балластной призмы (откосные виброплиты) (рис. 10.64) содержит уплотнительную виброплиту, имеющую корпус 14 с рабочей уплотнительной поверхностью. На корпусе неподвижно установлены два строительных инерционных вибратора 12. При работе вибраторов проявляет себя самосинхронизация, поэтому суммарная вынуждающая сила направлена перпендикулярно уплотнительной поверхности независимо от положения виброплиты. Виброплита через закрытые пружинные амортизаторы 11 и горизонтальные оси 13 соединена с шарнирно-рычажным механизмом, имеющим привод от гидроцилиндров 4, 8. Механизм включает также две рамы 9, 10, которые соединены между собой через шарнирные узлы и установлены на поперечной балке 5. Механизм является манипулятором, позволяющим устанавливать виброплиту в любое положение на откосно-плечевой и междупутной зонах балластной призмы (см. рис. 10.64, б). Гидроцилиндром 16 достигается регулирование угла атаки виброплиты при ее непрерывном движении вместе с машиной по поверхности балластной призмы. В транспортном положении уплотнитель закрепляется винтовыми стяжками 2. Уплотнение откосно-плечевых и междупутных зон балластной призмы способствует повышению сопротивляемости пути поперечным нагрузкам, возникающим при движении поездов или при температурных деформациях уложенных в путь длинномерных рельсовых плетей. Такая технологическая операция, таким образом, способствует повышению безопасности движения поездов.


 Рис. 10.65. Подъемно-рихтовочное устройство:
1 – ферма машины; 2 – поперечный кронштейн; 3 и 9 – сферические шарнирные узлы; 4 и 16 – гидроцилиндры подъема и сдвига пути;
5 и 6 – транспортные упоры и стяжки; 7 – электромагнитно-роликовые захваты; 8 – траверсы; 10 – рихтующие ролики; 11 – выдвижные балки;
12 – плужки; 13 – реактивный кронштейн; 14 – шарнирные узлы; 15 – кронштейн фермы машины;
17 – шарнирный узел крепления центральной балки и реактивного кронштейна; 18 – центральная балка

   Подъемно-рихтовочное устройство. ПРУ (рис. 10.65) предназначено для выправки пути и является исполнительным органом автоматизированной системы управления выправкой. Оно состоит из захватной части, включающей в себя четыре электромагнитно-роликовых захвата 7, подвешенных через шарнирные узлы на траверсах 8, одновременно выполняющих функции балансира компенсации изгиба рельсовых нитей при вывешивании РШР. Механизмы подъема правой и левой рельсовых нитей состоят из гидроцилиндров 4, которые проушинами штоков через сферические шарнирные узлы 9 соединены с траверсами, а проушинами корпусов – через другие шарнирные узлы – с поперечным кронштейном 2, установленным на ферме 1 машины. Т.к. правый и левый гидроцилиндры подъема работают независимо, то в совокупности они также производят и установку пути по уровню.

   Механизм сдвига путевой решетки состоит из правой и левой выдвижных трубчатых балок 11, которые вварены в траверсу 8. Эти балки через промежуточные втулки подвижно установлены на центральной трубчатой балке 18. Внутри балок располагаются гидроцилиндры 16, соединенные с ними через сферические шарнирные узлы. Этими гидроцилиндрами выдвижные балки могут перемещаться в поперечном оси пути направлении относительно центральной балки. Внизу балок на вертикальных осях установлены рихтующие ролики 10, которые при работе контактируют с головками рельсов с внутренней стороны колеи, передавая усилия сдвига РШР. Реактивное усилие, связанное со сдвигом путевой решетки, воспринимается центральной балкой и через шарнирный узел 17 передается на реактивный кронштейн 13. Этот кронштейн с другой стороны через шарнирные узлы 14 закреплен на кронштейне 15 фермы машины.

   При приведении ПРУ в транспортное положение траверсы 8 и захваты 7 сдвигаются к середине фермы, гидроцилиндры 4 поднимают захваты до их контакта с упорами 5, после чего они дополнительно закрепляются винтовыми стяжками 6.


 Рис. 10.66. Принципиальная схема гидропривода ПРУ:
1 и 2 – от напорных линий гидросистемы (12,5 МПа); 3 и 4 – от гидросистемы привода цилиндра Ц3;
5 – от гидросистемы привода цилиндра Ц1

   Структуры гидросистем привода гидроцилиндров Ц1, Ц2 одинаковы, поэтому показана только гидросистема привода цилиндра Ц2 (рис. 10.66). Для подъема ПРУ в транспортное положение и его опускания в рабочее положение штоки цилиндров перемещаются с повышенной скоростью. Это соответствует включенной позиции распределителя Р2. В этом случае масло поступает к распределителю Р1 напрямую. В зависимости от включенной позиции Р1 происходит ускоренное втягивание или выдвижение штока. При выправке пути требуется замедленная скорость вертикального перемещения штока цилиндра Ц2. При небольшой скорости достигается точная установка путевой решетки в продольном профиле и по уровню. В этом режиме распределитель Р2 включен в нейтральную позицию, масло поступает к распределителю Р1 через регулируемый дроссель ДР1. Предохранительный клапан КП1 ограничивает перегрузку ПРУ и гидроцилиндра в случае, если распределитель Р1 включен в нейтральную позицию, а ПРУ наехало на вертикальную неровность в виде горба. Обратный клапан КО1 обеспечивает подачу масла из бака в штоковую полость цилиндра Ц2 при таком смещении штока вверх.

   Структуры гидросистем привода цилиндров Ц3, Ц4 сдвига РШР в плане также аналогичны друг другу, поэтому показан только привод цилиндра Ц4. Для приведения ПРУ в транспортное положение распределитель Р3 включается в рабочую позицию, показанную справа. Масло через дроссель ДР2 и распределитель Р3 поступает в штоковую полость цилиндра. Его поршневая полость при этом соединена с баком. Телескопические балка с захватами перемещается к середине машины. При подаче сигнала на выдвижение штока (сдвиг пути в рабочем режиме вправо или выдвижение телескопической балки для приведения в этот режим) включается рабочая позиция распределителя Р3, показанная слева. Масло через дроссель ДР1, распределители Р3, Р4 поступает в поршневую полость цилиндра Ц4. Его штоковая полость при этом через распределитель Р3 соединяется с баком.

   Если происходит сдвиг пути гидроцилиндром Ц3 влево, то, чтобы предотвратить сброс РШР, должен сохраняться контакт правого рихтующего ролика и рельса. В этом случае распределитель Р3 включается в рабочую позицию. Масло выжимается под сниженным давлением через распределитель Р4, обратный клапан КО2 и предохранительный клапан КП2 в бак. При этом обеспечивается всасывание масла в штоковую полость из бака через распределители Р4, Р3.

   10.9.2. Система выправки пути машины ВПО-3-3000С

   Машина ВПО-3-3000С оснащаются цифровой трехкоординатной системой выправки пути в плане, продольном профиле и по уровню ВНИИЖТ-МАТЕСС [29, 81]. Имеется несколько вариантов количества и схем размещения измерительных тележек. В варианте (рис. 10.67, а) обеспечивается работа системы: как от короткой, так и от длинной хорды, что позволяет эффективно работать в режиме без предварительной измерительной поездки и в режиме с предварительной измерительной поездкой.


 Рис. 10.67. Трехкоординатная система КИС на машине ВПО-3-3000С:
а – размещение измерительной базы; б – схема установки датчиков на измерительной тележке;
1 – трос хорда; 2 – датчик плана пути; 3 – блоки обводные; 4 – потенциометр прецизионный; 5 – вилка;
6 - колесо тележки; 7 – датчик продольного профиля.

   Измерительная (точка 3), контрольная (точка 2) и задняя (точка 4) тележки КИС установлены на машине, а передняя тележка (точка 1) – на постоянно сцепленном бытовом пассажирском вагоне. Между передней и задней тележками натягивается трос-хорда. Аналогично машинам типа ВПР, переключение на работу от длинной хорды к короткой производится защемлением троса фиксатором контрольной тележки. Преобразование сигналов от датчиков измерения геометрии пути, вычислительные операции, формирование управляющих сигналов осуществляются в бортовом компьютере (БК), размещаемом в кабине управления машиной. Там же размещается клавиатура промышленного типа.

   Датчики стрел изгиба пути в плане и в продольном профиле размещены на измерительной тележке (точка 2, рис.10.67, б). Использованы датчики перемещений, унифицированные с соответствующими датчиками машин ВПР. Измерение стрелы изгиба пути в плане осуществляется первичным преобразователем 2, содержащим прецизионный потенциометр 4, соединенный через тросовую передачу 3 с вильчатым поводком, надетым прорезью на базовый трос-хорду 1. Первичный преобразователь установлен на тележке 6. При отклонениях тележки от оси троса смещения преобразуются в электрический сигнал, согласованный по полярности и пропорциональный величине смещения.

   Для измерения стрел изгиба пути в продольном профиле служит пропорциональный датчик высоты, применяемый на машинах типа ВПР. В нем первичный преобразователь 7, имеющий поводок 8, контактирует с тросом 1. Поводок через тросовую передачу связан с прецизионным потенциометром. Преобразователь закреплен на тележке. Изменения положения тележки (точка 3) по высоте относительно троса-хорды также преобразуются в электрический сигнал. Так как на результаты измерения стрел изгиба в вертикальной плоскости по оси пути влияет положение пути по уровню, то для исключения этого влияния на все измерительные тележки устанавливаются датчики уровня (на рисунке не показаны), имеющие на выходе сигналы, пропорциональные углам наклона измерительных тележек. Выходное напряжение датчиков уровня с учетом соответствующих коэффициентов передачи алгебраически суммируются с напряжением на выходе датчика продольного профиля. Результирующий сигнал управляет подъемом (опусканием) базовой нити (правой или левой) продольного профиля, а управление по небазовой нити (соответственно левой или правой) осуществляется от датчика уровня, установленного на измерительной тележке (точка 3). В качестве датчиков уровня применяются бесконтактные маятниковые датчики индуктивного принципа действия или маятниковые датчики с прецизионным потенциометром, используемые на машинах типа ВПР.

   С длинной хордой (от точки 1 до точки 4) работают в режиме сглаживания без предварительной измерительной поездки при работе в «окно» сразу после работы щебнеочистительной машины. В этом случае отдается предпочтение более высокому коэффициенту сглаживания, достигающему значений 5-7, при котором хорошо выправляются неровности пути в пределах длинной хорды без предварительной измерительной поездки, которая нерациональна при поточном методе производства работ в «окно». В этом режиме для кривых задаются проектные параметры кривизны и возвышения, в бортовом компьютере производится расчет поправок, вводимых в рихтовочную КИС и КИС выправки пути по уроню.


  Рис. 10.68. Графики стрел изгиба пути трехточечной хордовой системы в функции пройденного пути L:
а – натурных; б – проектных; в – командных

   Короткая хорда (от точки 2 до точки 4) используется в работе с предварительным измерительным проездом. При этом формируется массив натурных стрел изгиба пути hн2 (рис. 10.68, а) с привязкой к точкам сканирования (режим регистрации или записи). График проектных стрел hп2 (рис. 10.68, б) формируется на основе проектных данных, или определяется в диалоговом режиме оператора и БК. После формирования графика определяется график командных стрел (рис. 10.68, в) изгиба пути hк2 (режим вычислений), который отслеживается системой при рабочем проходе машины (режим управления) с привязкой к точкам деления пути (точкам сканирования). Расчет позволяет производить постановку пути на проектную ось, одновременно выправляя неровности до 150 м и более.

   Трехкоординатная выправочная система ВНИИЖТа. На железных дорогах России, стран СНГ эксплуатируются выпущенные ранее выправочно-подбивочно-отделочные машины ВПО-3000 (выпуск начался с 1964 г.) [17, 28]. Машина входит в состав основного комплекса машин при выполнении ремонтных путевых работ, механизирует и автоматизирует трудоемкие операции по выправке пути, подбивке балласта и отделке пути.

   В 70 - 80-е годы ВНИИЖТом, МИИТом (в настоящее время МГУПС), ЛИИЖТом (ПГУПС) и др. предложены и реа-лизованы различные технические решения выправочных систем этих машин. Прежде всего, машины оборудовались системами рихтовки [17]. С 1991 г. серийно выпускается выправоч-но-подбивочно-отделочная машина ВПО-3-3000.

   Первые машины ВПО оборудовались трехкоординатными аналоговыми системами управления выправкой пути [17, 28,]. С 1996 г. на машины ВПО разного типа устанавливают микропроцессорную систему управления выправкой пути – МС ВНИИЖТ-МАТЕСС [27, 81], имеющую существенно большие, по сравнению с аналоговой системой, функциональные возможности. Эта система аналогична микропроцессорной системе, устанавливаемой на машины типа ВПР [52].

   Первые варианты трехкоординатной системы ВНИИЖТ представляли собой двухкоординатный механизм измерения стрел изгиба и прогиба пути в плане, продольном профиле [17]. Так как на результаты измерения стрел прогиба в вертикальной плоскости по оси пути влияет положение пути по уровню, то для исключения этого влияния на все измерительные тележки установлены датчики уровня (на рисунке не показаны), имеющие на выходе сигналы, пропорциональные углам наклона измерительных тележек. Выходное напряжение датчиков уровня с учетом соответствующих коэффициентов передачи алгебраически суммируются с напряжением на выходе датчика продольного профиля. Результирующий сигнал управляет подъемом (опусканием) базовой нити (правой или левой) продольного профиля, а управление по небазовой нити (соответственно левой или правой) осуществляется от датчика уровня, установленного на средней измерительной тележке.

   Во всех вариантах измерение положения пути в продольном профиле производится от общего с рихтовочной системой троса-хорды, а измерение положения по уровню – с помощью маятниковых датчиков различного типа.

   На первых машинах типа ВПО-3000 использовались маятники контактного типа с трособлочной передачей, на машинах более позднего выпуска устанавливались на балке электромагнитов маятники с использованием сельсин-датчиков, сельсин-приемников и трособлочных передач. При оборудовании машин типа ВПО микропроцессорными системами управления выправкой пути устанавливаются прецизионные маятники типа ELT-133 с потенциометрическим датчиком преобразования угла наклона в электрический сигнал, устанавливаемые на маши-ны типа ВПР.

   В памяти бортового компьютера (БК) одновременно может храниться информация о натурных стрелах изгиба (прогиба) пути в плане, продольном профиле и положения пути по уровню на участке длиной свыше 300 км. При необходимости, накопленную информацию можно удалить. Расчет сдвижек пути в плане, подъемок в продольном профиле и возвышений по уровню проводится для участков длиной до 2,2 км. Регистрация стрел изгиба и возвышений может осуществляться со скоростью движения машины до 10 км/ч. Для определения положения машины относительно начальной точки работы используется мерное колесо, с реверсивным датчиком пути.

   Промышленный компьютер (с центральным процессором по шине PC-104) в бортовом исполнении и клавиатура имеют герметичное, пылевлагозащищенное, виброударопрочное исполнение с внутренним электрическим монтажом и внешними разъемами и соответствуют стандарту NEMA 4/12. Диапазон рабочих температур от –20 до +70ºС. Сохраняет работоспособность при вибрации, ударах, электрических и радиопомехах. БК и клавиатура монтируются в кабине управления машины ВПО (на левом пульте по ходу движения машины). Питание МС осуществляется от аккумуляторных батарей (потребляемая мощность не более 30 Вт).

   В состав МС ВНИИЖТ-МАТЕСС входит следующее оборудование [81]:
   – бортовой компьютер, предназначенный для выполнения вычислительных операций, хранения введенной информации и результатов расчета, включающий в себя:
     – корпус металлический, в котором смонтированы разъемы, соединительные жгуты с соответствующим крепежом и необходимые коммутационные элементы;
     – монитор PLANAR EL 640.480 33-АС IP65, на который выводятся алфавитно-цифровая и графическая информация:
        - меню;
        - информация о дате и месте работы машины;
        - графики стрел изгиба и прогиба пути, положения пути по уровню до и после работы машины;
        - проектные параметры пути;
        - графики положения пути в плане, в продольном профиле по уровню;
        - максимальные и минимальные сдвиги пути и т.д.;
   – системную плату OCTAGON SYSTEMS с процессором, в котором выполняются вычислительные операции;
   – оперативную память, которая обеспечивает тестирование БК, начальную загрузку операционной системы, а также выполнения услуг ввода-вывода данных; для передачи изображения на экран; для хранения различных расширений операционной системы и др.;
   – конструктив корпуса для встраивания его в панель или установку на площадку;
   – флэш-диск эмулирует жесткий диск (НЖМД), являющийся загрузочным и рабочим, на котором находится программное обеспечение МС. Наличие флэш-диска позволяет повысить надежность работы МС в условиях вибрации;
   – модули питания, формирующие стабильное напряжение питания для всех элементов и печатных плат МС при колебаниях напряжения питания на входе модуля в диапазоне 18-36 В;
   – интерфейсные платы (УСО), обеспечивающие преобразование аналоговой информации, поступающих с выхода датчиков стрел изгиба, прогиба и длины пути, датчика положения пути по уровню, в цифровую, поступающую на вход БК, а также формирующие управляющие сигналы, поступающие на исполнительные устройства ПРУ для обеспечения требуемых сдвигов и подъемок пути и возвышения по уровню в функции длины пути;
   – клавиатура INDUKEY, необходимая для ввода данных (алфавитно-цифровых) машинистом машины и пр.

   Программное обеспечение МС ВНИИЖТ-МАТЕСС, реализующее запатентованный способ выправки пути [26], с предварительной регистрацией стрел изгиба (прогиба) и положения пути по уровню позволяет:
   – рассчитывать пространственное положение пути в плане и в продольном профиле относительно начала и конца выправляемого участка пути, определять требуемые сдвиги пути в плане, подъемки в продольном профиле, устанавливать путь на проектную ось в плане и проектные отметки в продольном профиле, обеспечивая при этом рихтовку длинных неровностей ("заводин") в плане и выправку длинных лощин в продольном профиле;
   – формировать возвышение по уровню на прямых и кривых участках пути, обеспечивая при этом соответствие изменения отвода возвышения по уровню изменению кривизны в плане;
   – вводить ограничения на сдвиги (подъемки) пути, несдвигаемые (неподнимаемые) точки;
   – выполнять перечисленные выше расчеты, в том числе для кривых участков неограниченного количества и их сложности (однорадиусные с симметричными и несимметричными переходными кривыми, многорадиусные одного направления и направленные в разные стороны с прямыми вставками и без них, с промежуточными переходными кривыми и без них и т.д.), с учетом введения указанных выше ограничений;
   – формировать сигнал управления на основе рассчитанных сдвигов, подъемок и возвышений, обеспечивая при этом реализацию проектных параметров пути;

   Программное обеспечение микропроцессорной системы без предварительной регистрации стрел изгиба пути позволяет:
   – вводить проектные параметры пути (радиус, направление и возвышение в круговой кривой, длину переходной кривой, виды сопряжений);
   – рассчитывать поправки в кривых участках пути и вводить эти поправки через УСО, обеспечивая при этом режим работы машины по сглаживанию.

   Измерительная поездка может осуществляться как при прямом, так и при обратном ходе машины. <   Программа имеет графическую оболочку и удобный пользовательский интерфейс. Диалоговый режим работы программы позволяет эксплуатировать микропроцессорную систему машинистами, изучившими техническое описание и инструкцию по эксплуатации этой системы на машине, без специальной для этого подготовки по компьютерной технике.

   МС ВНИИЖТ-МАТЕСС имеет три основных режима работы:
   – режим регистрации (записи),
   – режим вычислений,
   – режим управления.

   В режиме записи в процессе движения машины по участку ж.-д., пути информация с датчиков стрел изгиба пути в плане, стрел прогиба пути в продольном профиле и положения пути по уровню считывается по импульсам, поступающим с датчика пути. Эта информация в виде исходных данных записывается в файле стрел на флэш-диске.

   В режиме вычислений информация, полученная при режиме записи, обрабатывается в БК и производится расчет положения пути в плане, в продольном профиле и по уровню. На основании этого расчета определяются командные сдвиги (подъемки) пути, необходимые для постановки его в проектное положение.

   В режиме управления, рассчитанные в процессе вычислений командные сдвиги (подъемки) пути, в виде электрических сигналов с выходов БК поступают на промежуточные реле управления сдвигом (подъемом) электромагнитов. Так как исполнительные органы подъема (сдвига) пути всех типов машин ВПО релейного типа, то на выходе всех автоматизированных систем управления выправкой пути формируются сигналы релейного характера.

   Все режимы работы МС выводятся на экран монитора БК. Процесс записи индицируется на экране в графическом режиме. На графиках показывается процесс изменения стрел изгиба пути в плане, стрел прогиба пути в продольном профиле и положения пути по уровню, а также их цифровые величины и длина пройденного пути.

   В режиме вычислений на экран выводятся графики стрел на записанном участке и плоскостное положение пути в заданной системе координат.

   В процессе управления на экран выводятся: диаграмма, программные стрелы в плане, в продольном профиле и возвышения пути по уровню для установки его в заданное положение, текущие стрелы и возвышения по уровню, а также вводимые, при необходимости, с клавиатуры ручные поправки.

   МС ВНИИЖТ-МАТЕСС обеспечивает работу выправочных систем машины с предварительной записью положения пути, когда надо установить путь в проектное положение, и без предварительной записи, когда используется режим сглаживания. В последнем случае БК рассчитывает корректирующие величины (поправки) стрел изгиба пути в плане и изменение возвышения по уровню при работе на кривых участках с использованием проектных данных. МС ВНИИЖТ-МАТЕСС успешно эксплуатируется на ряде машин ВПО-3000, ВПО-3-3000.

   10.10. Основы расчета параметров виброплит

   10.10.1. Взаимодействие клина виброплиты с балластным материалом

   Расчеты виброплит (рис. 10.69) выполняются с целями выбора рациональных геометрических параметров клиньев 6, 7, скоростных и силовых параметров вибрирования, согласованных со скоростью рабочего движения машины (производительностью), определения тяговых сопротивлений, определения характеристик вибропривода 5, сил действующих с системе «виброприта-балласт» (рис. 10.69, б), оценки прочностных свойств элементов конструкции и др.


 Рис. 10.69. Вибрационный обжим балластного слоя: а – под шпалами виброплитой при непрерывном движении вдоль пути:
1 – РШР; 2 – носовая часть; 3 – рессорные комплекты; 4 – корпус; 5 – дебалансный вибровозбудитель;
6, 7 – первый и второй уплотняющие клинья; б – реактивные составляющие давления балласта на поверхность клина виброплиты в точке

   Виброплита реализует принцип вибрационного обжима балластного слоя уплотнительной поверхностью, например первого клина 6, расположенной под углом атаки β к направлению поступательного движения. Дебалансным вибровозбудителем 5 при непрерывном движении виброплиты 4 вдоль пути 1 генерируется направленная поперек оси пути вынуждающая сила. Так как виброплита подвешена на упругих рессорных комплектах 3, то появляется вибрация уплотняющей поверхности первого 6 и второго 7 клина, а также носовой заостренной части 2 с угловой частотой ω, рад/с и амплитудой A, м. При непрерывном движении виброплиты со скоростью Vм за счет угла атаки β проявляется эффект клина. Если начальная ширина зоны захвата между правой и левой виброплитами составляет Smax, то после прохода носовой части и первого клина она составит Smin. Левая виброплита здесь условно не показана.

   В отличие от случая рабочего органа циклического дей-ствия (см. рис. 10.57) рабочая поверхность клина движется в балласте не перпендикулярно, а с наклоном под углом атаки. Диаграммы, приведенные на рис. 10.70, отражают перемещения взятой произвольно точки поверхности по траектории 1-2-3-4 и балласта относительно неподвижной локальной системы координат 0Sx (рис. 10.70, а) и соответствующие скорости в направлении, перпендикулярном оси пути в системе координат 0Vx (рис. 10.70, б). В направлении оси 0x точки взаимодействующей поверхности балласта условно не смещаются, поэтому отрезок прямой 2–4 отражает положения совокупности точек балласта, каждая из которых последовательно находится напротив расчетной точки виброплиты (рис. 10.70, а), а также их скорость отдачи.


 Рис. 10.70. Взаимодействие взятой произвольно точки наклоненной под углом атаки β поверхности клина виброплиты с точкой балласта:
а – смещения точки клина и противолежащей точки балласта;
б – скорости точек клина и балласта в направлении, перпендикулярном оси пути

   Траектория движения точки на поверхности клина имеет форму синусоиды. Процесс считаем стационарным, поэтому начальная фаза траектории равна нулю. Так как виброплита движется с неизменной поступательной скоростью Vм, м/с, то колебательный процесс, происходящий во времени t, с, пропорционально отражается равномерным наращиванием координаты x, м вдоль пути от условной точки 0.

   Клин отодвигает поверхность балласта в каждом цикле на величину ST, м. Она занимает положения, показанные условно наклонными штрихпунктирными линиями i-1, i, i+1. При смещении границы происходит обжим балластного слоя. Так как балласт проявляет упругие свойства, то при отрыве от него клина происходит упругая отдача со скоростью Vб, м/с. Условная траектория движения точки балласта, находящейся напротив рассматриваемой точки на клине, отражена отрезком прямой 2-4 (см. рис. 10.70, а). Точка балласта дополнительно виртуально «движется» вдоль пути вместе с точкой клина.

   Далее проанализируем кинематическую модель взаимодействия рабочей поверхности клина уплотнительной плиты и балласта. <   Скорость подачи рабочей поверхности с учетом клинового эффекта, м/с:

   (10.82)

   Смещение балласта клином за один цикл колебаний, м:

   (10.83)

   где T – период колебаний, с.

   Уравнения движения расчетной точки клина виброплиты, выраженные через параметр времени t:

   (10.84)

   Траектория движения расчетной точки клина с учетом последнего выражения в координатной системе 0Sx:

   (10.85)

   Изменения скорости вибрирования от координаты поступательного движения: <   (10.86)

   Уравнение движения расчетных точек балласта, последовательно находящихся напротив расчетной точки клина виброплиты:

   (10.87)

   где S2 – смещение расчетной точки клина и балласта в положении 2, м; x2 – расстояние от начальной точки траектории 0 до положения 2, м.

   Абсцисса точки 2 отрыва клина от балласта, с учетом диаграммы скоростей (см. рис. 10.70, б), м:

   (10.88)

   Из первого уравнения (10.85):

   (10.89)

   В положении расчетной точки 4 клина (точка 4б и точка 4к, принадлежащие балласту и клину совпадают) происходит ее удар с расчетной точкой балласта. После рассуждений получается уравнение для определения абсциссы точки удара клина и балласта

   (10.90)

   Это трансцендентное уравнение решается методом итераций путем последовательного наращивания значения x4 = x2 + Δx, где Δx – сколь угодно малый интервал расстояния вдоль оси x, м. Итерации прекращаются, когда левая часть выражения (10.90) становится ≤ 0.

   Расстояния вдоль оси x, проходимые точкой клина в отрыве и в контакте с балластом, и соответствующие им времена отрыва и контакта:

   (10.91)

   Расстояние, проходимое клином за цикл колебаний:

   Смещения xmax и xmin, соответственно для положений расчетной точки , определяются по формулам:

   (10.92)

   Смещение в направлении оси S, на котором совершается работа по обжиму балласта: (S4 может быть положительным и отрицательным). Значение S4 определяется по формуле (10.85) при подстановке x4.

   Максимальный отрыв клина от балласта происходит в положении 3 расчетной точки xmin (см. рис. 10.70, а), его значение, м:

   (10.93)

   Скорость удара клина при сближении с балластом в расчетной точке, м/с:

   (10.94)

   Для анализа характера взаимодействия уплотнительной поверхности клина виброплиты и балласта необходимо из динамической колебательной схемы виброплита – балластный слой определить амплитуду колебаний A, м. Она определяется по расчетной модели, описанной в [57, 58, 63].

   Для возбуждения колебаний виброплиты использован встроенный в корпус дебалансный вибратор с направленной поперек пути вынуждающей силой. Для определения амплитуды колебаний A виброплиты применена классическая одномассная колебательная схема.

   Составим уравнение движения виброплиты для упруго-вязкой модели «Виброплита-балласт» (рис. 10.71). Восстанавливающая сила в системе, кН,


  Рис. 10.71. Расчетная модель к определению амплитуды колебаний виброплиты

   ( – коэффициенты жесткости подвески виброплиты и балласта, Н/м), а силы сопротивления, кН, ( – коэффициенты сопротивления подвески и балласта, Н/м с). Действующими силами в системе будут: вынуждающая сила Pв = P0sin(wt) и силы пригрузки Sоткл. Максимальная вынуждающая сила виброплиты, кН, P0 = kmiriw2 (k – число дебалансов, четное для вибратора направленных колебаний; mi – масса дебаланса, кг; ri – ‘эксцентриситет, м; w – угловая частота, рад/с (для виброплит машины ВПО-3000 – w = 154 рад/с; для машин ВПО-3-3000С – w = 220 рад/с).

   Согласно принципу Даламбера, спроектируем все силы на ось 0Y, получим дифференциальное уравнение движения виброплиты:

   (10.95)

   в нем:

   где h – коэффициент демпфирования колебаний, 1/с; Mпр – приведенная масса системы, кг (Mпр = (1,2 – 1,4) mв где mв – масса виброплиты с дебалансами, кг); p – угловая частота собственных колебаний системы, рад/с.

   Частное решение установившегося движения виброплиты имеет вид:

   (10.96)

   где A – амплитуда виброперемещения виброплиты, м (A = (6–8) 103, м); a – угол сдвига фаз между вынуждающей силой вибратора и колебательным перемещением виброплиты, рад; t – текущее время, с.

   Амплитуда колебаний виброплиты определяется по формуле:

   (10.97)

   где Pв – амплитудное значение вынуждающей силы вибровозбудителя, Н; kп, kbsупл – коэффициенты жесткости подвески виброплиты и балласта (kп = 2,4∙106 Н/м, для щебня kbsупл = (15…25) 106 Н/м); bп, bfsупл – коэффициенты сопротивления подвески и балласта (bп = (4...6) 103 Н/м с, для щебня bfsупл = (45...75) 103 Н/м с); Mпр – приве-денная масса системы, кг (Mпр = mд + mв + mб, здесь: mд, mв, mб – масса всех дебалансов, виброплиты и приведенная балласта. В целом Mпр = (1,0…1,85)mв);

   Таким образом, взаимодействие виброплиты с балластом за цикл колебаний можно полностью описать параметрами взаимодействия (см. рис. 10.70): SТ – обжимом (подачей) балласта за цикл колебаний, м; Sо – максимальным отрывом уплотнительного клина от балласта, м; xо, tо – расстоянием вдоль пути, проходимым виброплитой в отрыве от балласта, м и временем отрыва, с; xк, tк – расстоянием вдоль пути, проходимым виброплитой в контакте с балластом, м и временем контакта, с; Vу – относительной скоростью удара движущихся навстречу друг другу уплотнительной поверхности клина и поверхности балласта, м/с.

   Режим взаимодействия уплотнительной плиты и балласта характеризуется параметром:

   (10.98)

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

   Наилучший эффект уплотнения щебеночного балласта виброплитой достигается при максимальной скорости вибрирования Aw = 1,2…1,5 м/с и скорости удара Vу = (0,7...1,2) м/с, т.е. при отрыве уплотнительной поверхности клина от балласта.

   10.10.2. Силовые и энергетические параметры взаимодействияия
 клина виброплиты с объемом балласта


 Рис. 10.69. Вибрационный обжим балластного слоя:
а – под шпалами виброплитой при непрерывном движении вдоль пути: 1 – РШР; 2 – носовая часть; 3 – рессорные комплекты;
4 – корпус; 5 – дебалансный вибровозбудитель; 6, 7 – первый и второй уплотняющие клинья;
б – реактивные составляющие давления балласта на поверхность клина виброплиты в точке

   Рассмотрим силовые и энергетические характеристики взаимодействия с балластом вибрирующего клина, расположенного под углом атаки β к направлению поступательного движения (см. рис. 10.69, 10.70). В момент контакта клина с балластом происходит его обжим с одновременным скольжением поверхности клина по балласту. В результате в некоторой точке на клин действует нормальное давление pн, кПа, и касательное напряжение pтр, которое вызвано силами трения (рис. 10.69, б). При сложении векторов давлений образуется результирующее реактивное давление, кПа:

   (10.99) <   где φтр – угол трения в контакте поверхности клина и балласта (φтр = arctgfтр, fтр – коэффициент трения скольжения в этом кон-такте fтр ≈ 0,4).


 Рис. 10.70. Взаимодействие взятой произвольно точки наклоненной под углом атаки β поверхности клина виброплиты с точкой балласта:
а – смещения точки клина и противолежащей точки балласта;
б – скорости точек клина и балласта в направлении, перпендикулярном оси пути

   Рабочая поверхность клина производит обжим балласта в направлении, противоположном направлению действия реактивного давления p (балласт обжимается не только в направлении, поперечном оси пути, но и вдоль пути). Для определения величины указанного давления в расчетных точках вдоль плиты рекомендуется использовать формулу (10.9).

   Результирующее давление p можно разложить на две составляющих: pв и pт – вибрационную, нагружающую вибропривод, и тяговую, преодолеваемую тяговым приводом, кПа. Как видно из схемы:

   (10.100)

   Полезная работа на уплотнение балластного слоя совершается как виброприводом, так и тяговым средством (тепловозом для машин ВПО). Кроме того, трение в контакте клина и балласта способствует частичной разгрузке вибропривода и дополнительной нагрузке тягового привода. Проявляет себя эффект, аналогичный «эффекту ножа», режущего материал при поступательном движении. Трение в контакте приводит к тому, что вибропривод может совершить меньшую работу, а тяговое средство – большую.

   В отличие от лопатки подбойки (см. рис. 10.58), реактивное давление на поверхность клина изменяется не только в процессе обжима, но и распределено по длине клина неравномерно. В начале клина 1 оно меньше, так как меньше степень уплотнения балласта, и возрастает к концу клина 2 (рис. 10.72).

   Работа по уплотнению балласта совершается на участке контакта клина и балласта 1–2. Его проекция на ось S определяется по зависимости: Sр = S2 – S4 (см. рис. 10.70):

   (10.101)

   Проекция на горизонтальную ось x продольного смещения xр = xк – x2 + xmax (см. рис. 10.70). Силы, спроектированные на ось S, обусловлены работой привода вибраций, а на ось x – работой тягового привода. В каждом последующем цикле колебаний совершаемая работа не изменяется, поэтому для определения мощности на обжим балласта достаточно проанализировать один цикл.

   В момент касания клином балласта на него начинают действовать реакции, которые он преодолевает, развивая соответствующие активные давления, кПа, отраженные эпюрами pвн1 – pвн2 для вибропривода и pтн1 – pтн2 для тягового привода. В расчете, не требующем повышенной точности, эпюра принимается линейной. После обжима балласта в одном цикле возрастает его степень уплотнения, соответственно, возросшие активные давления отражены эпюрами pву1 – pву2 для вибропривода и pту1 – pту2 для тягового привода.

   Средние значения суммарных активных сил давления на балласт, кН, развиваемых: виброприводом в начале и после обжима плитой балласта тяговым приводом в начале и после обжима плитой балласта:

   (10.102)

   (10.103)

   (10.104)

   (10.105)

   где kп∙F – приведенная рабочая площадь клина, м2 (F = ab – площадь плиты, где a, b – высота и длина, м).

   Работа вибрационного и тягового привода в цикле, кДж:

   (10.106)

   где kу – поправочный коэффициент (kу = 1,0 – 1,2); Sр – смещение клина на участке контакта с балластом в направлении к оси пути (см. формулу (3.36)); xр – смещение клина на участке контакта с балластом в направлении вдоль пути (см. пояснения выше).

   Средняя в течение цикла полезная мощность уплотнения, развиваемая вибрационным и тяговым приводами, кВт:

   (10.107)

   где T – период колебаний, с.


 Рис. 10.72. Распределение вибрационных и тяговых усилий воздействия на балласт
в течение одного цикла колебаний и по длине клина виброплиты

   Если использовать ЭВМ в расчетах, то целесообразно клин по длине b (см. рис. 10.72) разделить на отрезки и для каждого отрезка произвести приведенный выше расчет, затем результаты просуммировать. В этом случае более точно учитывается картина распределения давлений вдоль рабочей поверхности штампа.

   Таким образом, показанные модели позволяют на основе кинематического анализа взаимодействия вибрирующей уплотнительной поверхности с учетом свойств уплотняемого балласта находить силовые и энергетические параметры уплотнительных рабочих органов, необходимые при их проектировании.

   10.10.3. Уплотнение балластного основания рабочими органами непрерывного действия

   Уплотнительные рабочие органы машин непрерывного действия описываются моделями вибрирующего клина, движущегося поступательно и наклоненного под углом атаки β к направлению движения. При взаимодействии рабочей поверхности с балластом проявляет себя эффект клина. В результате происходит обжим балластного материала в перпендикулярном клину направлении.


 Рис. 10.73. Схема уплотнения балластного слоя в подшпальной зоне основными виброплитами машин ВПО

   Результат уплотнения, выражаемый через относительную осадку уплотнения Eу слоя балласта под подошвами шпал, напрямую зависит от геометрических параметров виброплит (рис. 10.73). К ним относятся длины b1, b2, м, высоты a1, a2, м, и углы атаки β1, β2, град, первого и второго уплотнительных клиньев.

   Длина первого основного клина виброплиты выбирается исходя из необходимости гарантировать минимальное время вибрационного воздействия на балластный слой, составляющее tуmin = 6 – 9 c. Минимальное число импульсов, умноженное на 2π, составит

   Длина основного клина с учетом носовой части виброплиты, м:

   (10.108)

   Остальные геометрические параметры, характеризующие технологию подбивки: z, qз – заглубление и заход клина, м; d – расстояние между торцами шпал и боковой поверхностью корпуса виброплиты, м; размеры корпуса и конструктивных элементов определяются в ходе проектирования.

   Первый клин производит основное уплотнение с формированием ядра, а второй клин выполняет функции повторного уплотнения, формируя уплотненный объем на всю ширину. При расчетах принимается гомогенная модель уплотнения с полной диффузией показателя уплотнения по всему объему.

   При проходе первого уплотнительного клина в подшпальную зону на длине вдоль пути 1 м подается дополнительный объем балласта Vдоп, м3, в виде призмы с основанием m´mnn´ и высотой a1, характеризуемый начальной относительной осадкой уплотнения Eн. Его значение:

   (10.109)

   где ψ = (0,9 – 1,0) – коэффициент притока (выдавливания) балласта при виброобжиме; kдоп = (1,2 – 1,3) – коэффициент, учитывающий дополнительную подачу балласта подбойкой за счет угла αп передачи давления, для путевого щебня, подвергаемого вибрационному воздействию, αп = (15 – 20), град; kп – коэффициент приведения площади уплотнительного клина, kп = (a1+d)(b1+d)/(a1b1); d – средний диаметр частиц балласта, м (d = 0,04 м; a1b1 – рабочая площадь уплотнительного клина, м2.

   Основной объем балласта, до уплотнения, приходящийся на 1 м длины пути, м3:

   (10.110)

   где hсл, hпод – высота уплотняемого балластного слоя выправоч-ной подъемки пути, м; bш, cш – ширина шпалы и расстояние между осями шпал по эпюре, м; e – ширина условно не уплотняемой зоны по оси пути, м.

   Начальный объем балласта, приходящийся на 1 м длины пути, м3, подлежащий уплотнению:

   (10.111)

   Объем балласта после уплотнения, также приходящийся на 1 м длины пути, м3:

   (10.112)

   Подставив полученные по (10.109) и (10.110) значения в (10.111) и далее в (10.5) получим относительную осадку уплотнения Eу балласта в подшпальной зоне после прохода первого клина.

   После прохода второго уплотнительного клина образуется дополнительный уплотненный объем балласта под концами шпал. Ввиду вибрационного характера воздействия на балласт будем считать, что при этом изменяется показатель уплотнения и ядра, полученного в результате прохода первого клина. Таким образом, первый начальный объем балласта на единицу длины пути, м3: Он характеризуется относительной осадкой уплотнения Eн1 = Eу (Eу – относительная осадка уплотнения после прохода первого клина).

   Дополнительный объем балласта, подаваемый вторым клином, м3:

   (10.113)

   Второй клин при работе не заходит за торцы шпал (для него qз = 0), так как в противном случае появятся пустоты под концами шпал («отрясенности»), снижающие несущую способность балластной призмы. В этом случае второй основной объем, в котором балластный слой не уплотнен, м3:

   (10.114)

   Расчетный начальный второй объем, м3:

   (10.115)

   Он характеризуется начальной относительной осадкой уплотнения Eн2 = Eн (Eн – относительная осадка уплотнения до прохода виброплиты).

   Подставив полученные значения в формулу (10.6), получим усредненную по подшпальной зоне относительную осадку уплотнения Eу после прохода виброплиты.

   10.11. Динамические стабилизаторы пути ДСП, МДС

   Идея имитации уплотняющего воздействия поездной нагрузки машиной впервые была высказана отечественными учеными в 40-х годах прошлого века, а затем в 50-е годы ВНИИЖТ провел серию экспериментов, подтвердивших технико-экономическую целесообразность такого способа уплотнения. Доказано, что при наличии вертикальной составляющей вибрирования достигается более эффективное стабилизирующее воздействие при меньшей энергоемкости (в 1,25 – 1,3 раза). В 70-е годы австрийской фирмой Plasser & Theurer освоен выпуск динамических стабилизаторов DGS-62N. Рабочими органами динамической стабилизации пути оснащаются многие современные путевые машины. Екатеринбургским ремонтно-механическим заводом по проекту ЦКБпутьмаш в 80-х годах освоен серийный выпуск отечественных динамических стабилизаторов пути, превосходящих по своим параметрам лучшие зарубежные образцы. Этот тип машин постоянно совершенствуется. Накоплен большой опыт их эксплуатации на железных дорогах [31, 64, 77, 83].

   10.11.1. Устройство и принцип действия динамических стабилизаторов пути

   Динамический стабилизатор пути (ДСП) это машина, предназначенная для ускоренной и контролируемой стабилизации балластного слоя с сохранением в пределах установленных допусков и норм содержания положения РШР в продольном профиле, по уровню и в плане. Он используется в комплексах по выполнению финишных отделочных работ, включая работы после глубокой очистки балластного слоя [8, 57, 77, 83]. ДСП производит искусственное осаждение РШР под воздействием передаваемых через нее вибраций в сочетании с вертикальным прижимом.

   В путевом хозяйстве применяются динамические стабилизаторы пути серий ДСП, ДСП-С (в т.ч. модификаций ДСП-С4 и ДСП-С6), МДС. Технические характеристики динамических стабилизаторов приведены в табл.10.2.


 Рис. 10.74. Динамический стабилизатор пути ДСП-С:
1 и 4 – задняя и передняя кабины управления; 2 – рама; 3 – дизельный агрегат; 5 – автосцепки; 6, 10 и 16 – передняя, измерительная и задняя тележки КИС выправки пути; 7 – каток с датчиком пути; 8 и 15 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 9 – силовая передача; 11 – датчики продольного профиля; 12 – трос-хорда КИС плана пути; 13 – трос-хорды нивелировочной КИС; 14 – блок динамической стабилизации пути

   Динамический стабилизатор пути серии ДСП-С (рис. 10.74) имеет экипажную часть в виде рамы 2, опирающейся на переднюю тяговую 8 и заднюю бегунковую 15 ходовые тележки. На раме установлен силовой дизельный агрегат 3 с трансмиссией 9, унифицированной с машинами ВПР, устройства гидропривода, тормозная система, автосцепки 5, сигнальные устройства и устройства системы безопасности движения КЛУБ-УП. Основным рабочим органом машины является блок динамической стабилизации пути 14. Положение рельсовых нитей пути в продольном профиле и по уровню контролируется двухтросовой КИС, стрелографы которой выполнены по трехточечной схеме измерения. КИС включает переднюю тележку 6 с установленным на ней датчиком пути 7, измерительное устройство 10 с двумя датчиками продольного профиля 11 и заднюю тележку 16 с маятниковым датчиком уровня. На тележках монтируются стойки, между которыми натягиваются нивелировочные измерительные тросы 13.

   Машина может дополнительно оснащаться КИС для контроля параметров положения пути в плане с базовой трос-хордой 12, натянутой между тележками 6 и 16. В этом случае на измерительном устройстве 10 дополнительно устанавливается датчик стрелы изгиба пути в плане.

   Управление машиной в рабочем и транспортном режимах производится из кабин 1 и 4, в зависимости от направления движения.

   В транспортном режиме привод на колесные пары тяговой тележки осуществляется, в зависимости от модификации машины, через механическую или гидромеханическую трансмиссию. В рабочем режиме колесные пары машины приводятся от гидромотора. Ходовые тележки ДСП унифицированы с тележками машин ВПР, имеющих специальный диаметр колесных пар по кругу катания Æ710 мм.


 Рис. 10.75. Динамический стабилизатор пути МДС:
1 и 3 – задняя и передняя кабины управления; 2 – корпус; 4 – автосцепки;
5, 8, 12 и 14 – передняя, измерительные и задняя тележки КИС выправки пути; 6 – измерительный ролик с датчиком пути; 7 и 13 – ходовые тележки;
9 – трос-хорда КИС плана пути; 10 – трос-хорды нивелировочной КИС; 11 – блок динамической стабилизации пути

   В настоящее время освоен выпуск машины для динамической стабилизации пути МДС (рис. 10.75). Модернизации в основном подверглась экипажная часть машины – применены ходовые тележки бесчелюстной конструкции с увеличенным диаметром колес по кругу катания. Для более удобного реверсирования рабочего направления движения применены два измерительных устройства: переднее 8 и заднее 12. Стабилизатор дополнительно оснащен гибкой автоматизированной системой регулирования прижима виброблоков в зависимости от текущих осадок правой и левой рельсовых нитей. Регулируется рабочее давление в пневматических камерах соединения виброблоков и общей рамы. Применен более совершенный гидропривод рабочего органа и передвижения машины. Помимо автоматизированной системы контроля продольного профиля и уровня машина оснащена автоматизированной системой диагностики состояния во время работы основных узлов и систем.


 Рис. 10.76. Кинематическая схема силовой передачи машины динамической стабилизации пути МДС:
1 – маслоохладитель; 2, 3 и 11 – насосы; 4 – коробка отбора мощности на насосы; 5, 20, 23 и 29 – зубчатые муфты переключения передач;
6, 15, 18, 21 и 26 – карданные валы; 7 – реверсивная гидромеханическая передача T211 r.3; 8 – демпферная муфта; 9 – дизель 740.50-360;
10 – компрессор; 12 – генератор; 13 и 16 – одно- и двухступенчатый осевые редукторы; 17 – ходовая тележка; 19 – редуктор;
22, 28 и 30 – гидромоторы; 24 – шестерня включения рабочего хода; 25 – датчик рабочей скорости движения; 27 – редуктор рабочего хода

   Силовая передача МДС (рис. 10.76) включает реверсивную трехступенчатую гидромеханическую передачу импа T211 r.3 фирмы Voith (ФРГ) 7, которая через карданный вал связана с коробкой отбора мощности 4. Внутри коробка имеет зубчатую муфту 5 включения отбора мощности насосов 2 и 3, а также зубчатую муфту 23, включаемую в транспортном режиме передвижения машин. В рабочем режиме муфта 23 размыкается, а шестерня 24 входит в зацепление с зубчатым колесом. Вращение выходного вала коробки в этом случае передается от гидромотора 22 рабочего передвижения машины. Коробка 4 через карданный вал 21 связана с редуктором 19, имеющим дополнительно зубчатую муфту 20, отключаемую в режиме буксировки машины локомотивом или в составе поезда. Вращение от редуктора 19 передается через карданные валы 18 и 15 на осевые редукторы 16 и 13. Конструкции передней и задней тележек 17 одинаковы. В рабочем режиме задняя ходовая тележка получает привод на колесные пары 14 через редуктор рабочего хода 27, у которого включена зубчатая муфта 29, от гидромотора 28. В транспортном режиме, чтобы исключить заклинивание колесных пар, муфта 29 отключается. Масло в контуре охлаждения гидротрансформатора гидропередачи 7 циркулирует через воздушный маслоохладитель 1 с приводом вентилятора от гидромотора 30.

   Конструкция и принцип действия рабочего оборудования в основном аналогичны стабилизатору ДСП-С.


 Рис. 10.77. Блок динамической стабилизации пути:
1 – рама машины; 2 – пневмокамеры; 3 – опорные кронштейны; 4 – прижимные гидроцилиндры; 5 – рама; 6 – гидромоторы привода дебалансов;
7 и 8 – тяги; 9 и 12 – карданные валы; 10, 13 и 16 – виброблоки; 11 – винтовые стяжки; 14 – ребордчатые ролики; 15 – роликовые клещевые захваты;
 17 – пневмостопоры; 18 – вибратор с вертикально и горизонтально направленными вынуждающими силами;
19 – гидроцилиндры выборки зазоров между роликами и головками рельсов; 20 – гидроцилиндры привода роликово-клещевых захватов

   Блок динамической стабилизации пути (рис. 10.77) содержит промежуточную раму 5, на которой через кронштейны 3 и пневмокамеры 2 установлены последовательно расположенные блоки 10, 13 и 16. Подъем в транспортное положение, опускание в рабочее положение и вертикальный прижим рамы с виброблоками к путевой решетке производится четырьмя гидроцилиндрами 4. Крепление промежуточной рамы в транспортном положении обеспечивается крюковыми захватами 17. Возникающие сопротивления движению блока динамической стабилизации воспринимаются тягами 7, 8. Тяги через универсальные шарнирные узлы соединяют раму и виброблоки с рамой машины 1. Винтовыми стяжками 1 производится регулировка продольного положения виброблоков относительно рамы 5.

   Каждый виброблок имеет систему ребордчатых роликов и роликовых захватов, гарантирующих надежное удержание РШР при передаче вибраций. Во время работы виброблоки катятся по рельсам роликами 14. С внешней стороны головок рельсы одновременно захватываются роликовыми клещевыми захватами 15, которые приводятся гидроцилиндрами 20. Прижим роликов ребордами к головкам рельсов производится гидроцилиндрами 19. Параметры гидроцилиндров выбраны таким образом, что при закрытии захватов силы, действующие на головку рельса, уравновешены. Это позволяет при изменениях ширины колеи во время работы в кривых эффективно передавать вибрации на путевую решетку.

   На каждом виброблоке установлен четырехдебалансный вибратор 18, позволяющий генерировать согласованные направленные вертикально и горизонтально вибрации, причем частота вертикальных вибраций в два раза выше частоты горизонтальных вибраций. Привод вибраций осуществляется от двух аксиально-поршневых гидромторов 6 через карданные валы 9, 12, соединяющие ведущие валы вибраторов и валы гидромторов.


 Рис. 10.78. Кинематическая схема привода вибраций:
1 – гидромоторы привода вибраций; 2, 7 – карданные валы; 3, 5 – зубчатые колеса механизмов возбуждения вертикальных и горизонтальных вибраций; 4 и 6 – дебалансы механизмов возбуждения вертикальных и горизонтальных вибраций; P – верикальное усилие прижима одного виброблока; Aв и Aг – амплитуды вертикальных и горизонтальных вибраций; wв и wг – угловые частоты вертикальных и горизонтальных колебаний

   Чтобы обеспечить соотношение частот горизонтальных и вертикальных вибраций wг // wв = 1 / 2 (рис. 10.78), соотношение числа зубьев колес 5 и 3 выбрано 2 / 1. Зубчатые колеса 5 синхронизируют вращение валов дебалансов 6 горизонтальных вибраций, а также ускоренного в два раза вращения дебалансов 4 вертикальных вибраций. Такое сочетание частот позволяет обеспечить формы траекторий колебаний путевой решетки в поперечной плоскости в виде фигур Лиссажу. Крайние траектории соответствуют вырожденным фигурам. Соотношения фаз колебаний блоков и путевой решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях выбрано таким образом, чтобы получить вырожденные траектории колебаний, соответствующие наиболее эффективному уплотнению балласта. На рисунке показаны положения дебалансов со сдвигом по фазам колебаний последовательно в одну строну: горизонтальных на p / 4, а вертикальных на p / 2. Это позволяет получить продольные формы колебаний путевой решетки в вертикальной плоскости, приближающиеся к получаемым при воздействии движущегося поезда, т.е. в виде бегущей волны, позволяющей чередовать нагружения и разгрузки слоя с большой частотой (скорость бегущей волны в м/с определяется по известной формуле vб = lб f, где lб – длина волны, м; f – частота колебаний, Гц). В балласте происходят динамические процессы, аналогичные воздействию поездной нагрузки. Балластный слоя под шпалами эффективно уплотняется, путь приобретает свойства стабильности по отношению к нагрузке от поездов.


 Рис. 10.79. Система контроля и индикации положения пу-ти «ЭСКОРТ-2010-М5», устанавливаемая на ДСП:
1 и 2 – нивелировочные трос-хорды; 3, 8 и 16 – стойки тележек КИС; 4, 7, 12 и 14 – передняя, измерительные и задняя тележки КИС; 5, – каток с импульсным датчиком пути; 6 и 13 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 9 – датчики стрел изгиба пути в продольном профиле; 10 и 11 – вибровозбудители и блоки динамической стабилизации пути; 15 – пневматические цилиндры натяжения тросов-хорд; 17 – маятниковый датчик уровня; 18 и 20 – блоки индикации КИС контроля положения пути; 19 и 21 – блоки диагностики и клавиатуры

   Для контроля геометрического положения рельсовых нитей в процессе работы и в измерительных проездах ДСП оснащаются КИС (рис. 10.79). Их принцип работы аналогичен КИС машин класса ВПР: используется трехточечная схема измерения стрел изгиба пути в продольном профиле по правому и левому рельсам с измерением относительного положения рельсовых нитей по уровню (двухкоординатная КИС). Вырабатываемые сигналы управления используются для автоматического регулирования усилия прижима рабочего органа по правому и левому рельсам, что дает возможность управлять осадками пути.

   Измерение положения правой и левой рельсовых нитей в продольном профиле производится относительно правого 1 и левого 2 тросов-хорд, закрепленных на стойках 3 передней измерительной тележки 4 и стойках 16 задней измерительной тележки 14. При работе тележки вертикально прижимаются к рельсам пневмоцилиндрами для их подъема в транспортное и опускания в рабочее положения (не показаны). Натяжение хорд производится пневматическими цилиндрами 15, которые соединяются штоками с соответствующими трос-хордами, а корпусами закрепляются на задних стойках 16. Потенциометрическими датчиками продольного профиля 9 измеряются стрелы изгиба относительно тросов-хорд. Датчики устанавливаются на стойках 8, связанных с измерительными тележками 7, 12. В зависимости от направления движения, в работу включается одна из указанных тележек. Контроль положения рельсовых нитей по уровню производится датчиком уровня 17, расположенным на задней тележке 14. Координатная привязка к положению пути в точках сканирования датчиков осуществляется импульсным датчиком 5, который связан с измерительным колесом. В зависимости от конструктивного исполнения, датчик за один оборот вырабатывает от 5 до 20 импульсов на сканирование.

   Машина оснащается аппаратно-программным ком-плексом «ЭСКОРТ-4100», разработанное НПФ «Электронные системы управления и приборы» (ООО НПФ «ЭСУП», г. Санкт-Петербург). Комплекс в зависимости от направления движения позволяет работать из передней и задней кабин управления, так как содержит две равнозначных по функциям контроля и управления группы блоков «ЭСКОРТ-4100.1» и «ЭСКОРТ-4100.2». Группа, в свою очередь, состоит из блока индикации КИС контроля положения пути 18, 20 и блока диагностики и клавиатуры 19, 21.

   Комплекс обеспечивает:
   - получение и сохранение измерительной информации о продольном профиле и осадках рельсов;
   - автоматическое или полуавтоматическое управление давлением воздуха в пневматических амортизаторах виброблоков;
   - диагностический контроль параметров рабочего режима узлов и систем машины.

Данные о геометрическом положении пути с привязкой к расположению пикетных и километровых столбов записываются в виде стрел изгиба в продольном профиле, измеренных относительно хорд 1, 2 датчиками 9 (диапазон измерений ± 50 мм на длине хорды 18 м), данных о положении пути по уровню, измеренных маятниковым датчиком 17 (диапазон измерений ± 200 мм), расчетные значения осадок а также перекосов на базе до 20 м.

   Контроль параметров геометрии пути может производиться в измерительном проезде и рабочем проходе. Длина каждого проезда должна составлять не более 10 км. Дискретность измерений пройденного пути составляет 1 м. Результаты измерений записываются в энергонезависимую память и могут отражаться на дисплеях блоков 18, 20.

   Программно-аппаратный комплекс позволяет производить работу в следующих режимах:
   - основной режим сбора и отображения информации датчиков с записью;
   - режим индикации осадки по данным предварительного проезда;
   - режим просмотра результатов измерений и записи;
   - режим настройки каналов и установки пределов измерений;
   - режим ввода констант – геометрических параметров КИС и пределов датчиков измерения продольного профиля и уровня;
   - режим установки даты и времени; режим выбора масштабов графиков отображения информации;
   - режим обмена информацией с автономным накопителем;
   - режим тестирования устройства по запросу оператора; режим тестирования устройства;
   - режим тестирования автономного накопителя; режим тестирования работоспособности датчиков и кабелей.

Во всех режимах на экране отображается соответствующая информация в виде записей и графиков, позволяющая работать в интерактивном режиме с вводом необходимых данных через систему экранных меню и клавиатуру. Кроме того, на лицевых панелях блоков управления 18 … 21 имеются светодиоды индикации включения питания, возникновения отказов в системе и предупреждений. й.

   При работе ДСП-С и МДС система позволяет произвести измерительные операции по контролю положения рельсовых нитей до и после рабочего прохода машины, а также в процессе работы осуществить оперативный контроль, получать визуальную информацию для принятия решений по управлению режимом работы машины, контролировать качество произведенной работы по стабилизации пути, а также реагировать на появление сообщений об ошибках. В рабочем режиме производятся измерения положения правой и левой рельсовых нитей в продольном профиле и по уровню с расчетом перекосов.


 Рис. 10.80. Последовательность измерения осадки рельсовой нити в i-й точке сканирования датчиков:
а – измерительный проезд; б – рабочий проход /font>

   Для оценки осадки пути после работы ДСП-С или МДС необходимо производить два проезда: один измерительный, а второй – рабочий проход машины. При этом в измерительном проезде записываются стрелы изгиба пути h2иi, (рис.10.80, а) а в рабочем проходе – стрелы изгиба h2рi (рис. 10.80, б). Таким образом, в измерительном проезде косвенно записывается искривленная линия, характеризующая положение рельсовой нити до работы, служащая своеобразной базой для отсчета осадок стабилизации. В рабочем проезде принято допущение, что при стабилизации балластного слоя исходные неровности относительно большой длины не выправляются, так как выправка пути производится выправочно-подбивочной машиной. Кроме того, принимается, что измерительные точки 1 и 2 находятся на не выправленном пути. Поэтому стрела изгиба h2рi, записываемая в рабочем проходе, содержит в себе информацию об исходном положении пути и о положении пути после работы ДСП. Это позволяет оценить текущее значение осадки пути в точке 3 хорды, имея информацию стрелах изгиба в точке 2 по формуле, мм:

   (10.116)

   где a, b – плечи измерительной хорды, мм.

   Соотношение n = (a + b) / b – постоянный для КИС коэффициент, который заводится в режиме ввода констант. Для ДСП-С n ~ 3,5, для МДС при движении вперед n ~ 3,4, а при движении назад n ~ 4,0.

   Измерения продольного профиля производятся на правой и левой рельсовых нитям, поэтому вычисляется оценка общей осадки пути путем усреднения измеренных осадок, мм:

   (10.117)

   где S3лi, S3пi – стабилизационные осадки левого и правого рельсов в i-й точке сканирования датчиков, мм.

   Программой также предусмотрена отдельная оценка осадок правой и левой рельсовых нитей. При первичной статистической обработке данных измерений определяется средняя глобальная осадка на участке работ фронтом до 10 км.

   10.11.2. Уплотнение балластного основания рабочим органом динамического стабилизатора пути

   Отдельно взятый виброблок ДСП совершает синусоидальные колебательные движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем частота вертикальных колебаний ωв = 2ω, рад/с, в 2 раза превышает частоту горизонтальных колебаний ωг= ω, рад/с, а вертикальные колебания отстают по их расчетной начальной фазе на угол π/2 от горизонтальных колебаний. Это эквивалентно опережению по начальной фазе горизонтальных колебаний на π/4 по отношению к вертикальным колебаниям. Результирующая траектория вибрационного движения подошвы шпалы в поперечной плоскости представляет собой вырожденную седлообразную фигуру Лиссажу. Одновременно производится погружение шпалы в балластный слой, поэтому на колебательные движения накладывается постоянное смещение подошвы шпалы вниз со скоростью подачи Vп,.

   Рассмотрим качественный характер процессов, происходящих при внедрении шпалы в балластный слой (рис. 10.81).


 Рис. 10.81. Процесс погружения шпалы в балластный слой при динамической стабилизации пути:
а – траектория движения; б, в – силовое воздействие на балласт в одном цикле горизонтальных колебаний

   При уплотнении происходит виброударное взаимодействие подошвы шпалы с уплотняемым балластом. Особенностью процесса является то, что в течение цикла горизонтальных колебаний сначала происходит косой удар справа – налево (б), а затем косой удар слева – направо (в). При отрывном режиме взаимодействия (а) поверхность шпалы в точке 1 ударяет по поверхности балласта, после чего балласт обжимается в вертикальном направлении на величину Sв(1-2) до точки 2. В этой точке имеет место отрыв поверхности шпалы от балласта, после чего происходит упругая отдача балласта вверх. После прохода крайней точки 3 траектории шпала движется вниз до удара в точке 4 с балластом. Происходит обжим балласта до точки 5 на величину Sв(4-5), после которой шпала снова отрывается от балласта.

   Одновременно с вертикальным обжимом подошва шпалы смещается сначала влево на величину Sг(1-2), а затем вправо на величину Sг(4-5). При смещении шпалы в контакте подошвы и балласта возникает сила нормального давления Pн, а также сила трения Pтр (см. рис. 10.81, б, в). При вибрационном смещении шпалы влево сила трения, воздействующая на балласт, направлена влево, а при смещении вправо – вправо. Результирующая сила воздействия P, направлена под углом трения φтр, к силе нормального давления. Сила трения Pтр совершает работу на участках горизонтальных перемещений Sг(1-2) и Sг(4-5), а сила нормального давления Pн – на участках вертикальных перемещений Sв(1-2) и Sв(4-5). При расчете захватываемого вибрационным воздействием объема необходимо учитывать угол передачи давления в щебеночном балласте aп.

   Амплитуды Aг и Aв горизонтальной и вертикальной составляющих колебаний шпалы определяются из анализа динамических колебательных систем «виброблок – путь». Используя принцип суперпозиции общую колебательную систему можно разложить на две отдельных подсистемы – со смещениями составляющих масс в горизонтальном и вертикальном направлениях. Модели, в которых рассматривается одна масса виброблока и пути, дают сильно заниженные значения амплитуд. В них не учитываются вертикальные и горизонтальные упругие связи рельсовых скреплений, упругость балластного слоя и сниженная поперечная упругость пути в целом. Для учета этих факторов необходимо анализировать сложные многомассные колебательные схемы.

   10.12. Машины для правки стыков
(устройство, принцип действия)

   Под воздействием движущихся поездов происходит износ верхнего строения пути, в том числе, проявляющийся в появлении пластических деформаций рельсовых нитей. Наибольшие динамические нагрузки взаимодействия колеса и рельса возникают в местах резкого продольного изменения целостности поверхности катания (наличие прокладок, мест термического влияния контактной сварки плетей, элементы стрелочных переводов), появления концентраторов напряжений. Например, в местах стыков динамические нагрузки могут достигать (40-50)g, и даже больше. В результате в зонах стыков и сварных контактных соединений появляются провисания концов смежных рельсов. Особую актуальность эта проблема приобретает в связи с широким внедрением скоростного движения поездов, так как в этих случаях предъявляются повышенные требования к плавности положения поверхностей катания головок рельсов под нагрузкой.


 Рис. 10.82. Машина для правки стыков рельсов в пути МПРС:
1 – кабина управления; 2 – рама; 3 – оборудование объемного гидропривода; 4 – силовой дизельный агрегат ЯМЗ-238-М2; 5 – топливный бак; 6 – бензоэлектрический агрегат АБ4-Т230-ВПМЗ-Ж; 7 – силовой электрический щит; 8 – автосцепки; 9, 14 – приводная и не приводная колесные пары; 10 – трансмиссия; 11 – гидромотор рабочего передвижения; 12 – блоки правки стыков рельсов (правый и левый); 13 –подбивочный блок

   В состав работ по техническому обслуживанию пути входят работы по правке рельсовых стыков и мест контактной сварки. Технологией производства таких работ предусмотрено:
   - определение места наличия провисания (или, в некоторых случаях, горба) с определением его величины;
   - устранение указанного дефекта методом холодной гибки рельсовых нитей с образованием внутри материала наклепа, способствующего повышению несущей способности стыка;
   - измерения качества правки;
    - при необходимости, если при правке нарушена целостность балластного основания в зоне стыка – дополнительная локальная подбивка балласта.
Такой комплекс работ может выполнить машина для правки стыков рельсов в пути МПРС (рис. 10.82). Машина применяется при текущем содержании и всех видах ремонта железнодорожного пути колеи 1520 мм с рельсами Р50 и Р65, с деревянными и железобетонными шпалами, при всех видах скреплений и балласта. Правке подлежат рельсовые стыки, имеющие неровности величиной более 1 мм.

   Машина МПРС представляет собой двухосный само-ходный экипаж, состоящий из рамы 2, которая несет на себе все оборудование машины и опирается на рельсы через приводную 9 и не приводную 14 колесные пары. Машина оборудована автосцепками 8 типа СА-3. Привод машины осуществляется от дизельного силового агрегата через механическую трансмиссию 10 в режиме транспортного передвижения и через трансмиссию и объемную гидропередачу 3 в рабочем режиме. Управление машиной производится из кабины 1. В качестве основных рабочих органов используются правый и левый, работающие независимо друг от друга, блоки правки стыков рельсов 12. Машина оснащается также одним одношпальным подбивочным блоком 13, конструкция которого полностью аналогична блокам машин ВПРС-02. Для выполнения дополнительных сопутствующих операций по техническому обслуживанию стыков машина оснащается бензо-электрическим агрегатом 6, который служит источником питания для электрического путевого инструмента.


 Рис. 10.83. Блок правки стыков рельсов:
1 – рама машины; 2, 3, 22 – пневмоцилиндр, палец и проушина транспортного стопора; гидроцилиндры: 4 – вертикального перемещения блока, 8, 24 – точной ориентации блока относительно рельсовой нити, 19, 20 – привода закрытия и вертикального перемещения крюка, 32 – привода клещевых захватов; 5, 11, 6 – кронштейны крепления и вертикальная направляющая; 7 – подъемно – поворотный кронштейн; 9, 10, 12 – направляющие, гидроцилиндр привода и опорные ролики; 13, 33, 34, 35 – рычаги и шарнирные узлы крайних клещевых захватов; 14 – переставляемые подпружиненные рельсовые упоры; 15 – рама блока; 16, 17, 18, 29 – вилка, крюк, кронштейн (крепления штока гидроцилиндра 19) и шарнирный узел центрального крюкового захвата; 21, 25, 30, 31 – кронштейн, втулка, реактивная направляющая и планка крепления гидроцилиндра 19 на корпусе гидроцилиндра 20; 23 – шарнирное соединение; 26, 28, 27– штоки и поршень

   Схема блока правки стыков рельсов показана на рис. 10.83. Он состоит из корпуса 15, который крепится подвижно в горизонтальной плоскости на кронштейне 7 и может относительно него поворачиваться на небольшой угол. Кронштейн 7 установлен на цилиндрической направляющей 6, относительно которой он может перемещаться вертикально гидроцилиндром 4 и поворачиваться в плане гидроцилиндром 8. Направляющая под небольшим углом наклонена относительно вертикали, что позволяет производить гибку рельсовых нитей в продольной плоскости симметрии поперечных сечений рельсов (компенсация наклона рельсов внутрь колеи вследствие подуклонки). В центральной части корпуса 15 вварен гидроцилиндр 20 с двумя штоками 26 и 28. Нижний шток 28 соединен с вилкой 16, в которой через шарнир 29 установлен крюк 17. Вилка может передавать вертикальное давление на рельс через свою нижнюю поверхность, либо передавать подъемное усилие крюку.

   В крайних частях корпуса установлены упоры 14, которые могут переставляться для регулировки базы изгиба рельса. В этих же зонах размещены клещевые захваты, состоящие из рычагов 13, 33, которыми рельсовая нить может быть захвачена заголовку. Привод рычагов осуществляется от гидроцилиндра 32. Опорные ребордчатые ролики 12 перемещаются вертикально гидроцилиндрами 10 по двум цилиндрическим направляющим 9. Они служат для опоры блока на рельсы при рабочих передвижениях машины между обрабатываемыми стыками, расположенными близко.

   Блок имеет систему датчиков, позволяющую измерить провисание рельсов до работы, контролировать процесс правки во время работы и произвести контроль качества после работы.

   При необходимости произвести правку стыка, если имело место провисание, блок устанавливается на рельсовую нить в зоне стыка, блок упорами 14 опирается на рельс, совместной работой гидроцилиндров 19, 20 крюк 17 подводится под головку рельса. Одновременно крайние клещевые захваты также захватывают рельс. При движении штока 28 вверх, производится изгиб рельсов в стыке до достижения необходимого уровня. При выправке рельсовых стыков реализуется технология холодной знакопеременной правки, причем последней операцией правки должен быть изгиб рельса в направлении поездной нагрузки. Микропроцессорная система управления позволяет произвести циклическое нагружение рельсовой нити с полной ее разгрузкой или уменьшенной нагрузкой в противоположном направлении. Это способствует увеличению упругих и прочностных свойств стыка, путем образования наклепа внутри материала рельса, упрочняющего стык (число циклов нагружения материала с большим запасом должно быть меньше критического числа, при котором проявляет себя явление усталости материала). В случае наличия горба в стыке, крайние клещевые захваты удерживают рельсовую нить, а давление вниз передается через вилку 16.

   Смещения рельсов в вертикальной плоскости сопровождаются также смещениями шпал в балласте, что нарушает уплотненную структуру балластного слоя в зоне стыка. Универсальный подбивочный блок позволяет произвести дополнительную, локальную подбивку слоя балласта под шпалами, прилегающими к стыку.

   В зарубежной практике используются аналогичные машины, например машина «Unimat Compact 08-16 Strait» австрийской фирмы «Plasser & Tueurer».

   Техническая характеристика Производительность, стыков/ч 14 Выправленная неровность (при базе измерения 1400 мм), мм: сварного стыка до 4 болтового стыка до 8 Количество блоков правки, шт 2 Максимальное усилие правки, кН 2000 Транспортная скорость, ем/ч: своим ходом 80 в составе поезда 100 Минимальный радиус проходимых кривых, м 160 Мощность силовой установки (ЯМЗ-238М2), кВт 176 Габарит вписывания по ГОСТ 9238-83 02-ВМ Масса в снаряженном состоянии, т 32 Обслуживающий персонал, чел. 2

   10.13. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины
зарубежного производства

   Разработка конкурентоспособных отечественных технологий и машин для выправки и уплотнения пути невозможна без внимательного изучения опыта ведущих зарубежных фирм-производителей путевой техники. В настоящее время на сети ОАО «РЖД» эксплуатируются образцы машин для выправки пути и уплотнения балластного слоя производства ведущей машиностроительной фирмы Plasser & Theurer (Австрия), которые описываются в этом разделе.

   10.13.1. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины серии 09-3X

   Стремление обеспечить максимальную производительность выправочно-подбивочных работ привело к созданию серии «подбивочных экспрессов»: Stophexpress 09-3X и Dynamic Stophexpress 09-3X. Вторая из этих машин является постоянно сцепленным агрегатом, который состоит из базовой машины и ДСП. Машины реализуют принцип непрерывно-циклической подбивки.


 Рис. 10.84. Выправочно-подбивочно-рихтовочная маши-на Dynamic Stophexpress 09-3X:
1, 3 и 8 – кабины: задняя, машиниста и оператора; 2 и 4 – ДСП и базовая машина; 5 – механизм прижима спутника; 6 – спутник; 7 – дизельный агрегат; 9 – автосцепки; 10 – фотоприемник лазерного луча; 11, 19, 25, 28, 30, 32 и 34 – измерительные тележки: рихтовочной КИС и КИС продольного профиля ДСП; 12 – датчик пути; 13, 20, 24 и 33 – ходовые тележки: тяговая, спутника, бегунковая и задняя; 14 – трос-хорда рихтовочной КИС; 15 и 17 – направляющие балки и опоры спутника; 16 – силовая передача; 18 – ПРУ; 20 – измерительное устройство нивелировочной системы; 21 и 22 – подбивочные блоки; 24 – виброплиты уплотнения балласта у торцов шпал; 27 – пассивные шпальные щетки; 29 и 31 – виброблоки ДСП

   Машина (рис. 10.84) состоит из базовой машины 4 и соединенного с ней полуприцепного ДСП 2. В передней части она опирается на двухосную тяговую тележку 13, колесные пары которой в транспортном режиме приводятся через гидродинамическую трансмиссию 16, а в рабочем режиме – от гидромотора также через трансмиссию. В задней части располагается бегунковая тележка 26, имеющая привод в рабочем режиме задней колесной пары от гидромотора. Основное рабочее оборудование базовой машины смонтировано на спутнике (сателлите) 6. Спереди спутник через две боковые направляющие балки 15 опирается на роликовые направляющие 17, а сзади – на двухосную тележку 23, имеющую привод колесных пар в рабочем режиме от гидромоторов. Чтобы гарантировать четкое исполнение рабочего цикла при непрерывном движении машины и цикличном движении спутника по скользким рельсам применяются дополнительные нагрузочные устройства 3, через которые может передаваться на колесные пары тележки 23 часть веса машины, который добавляет сцепной вес колесным парам тележки.

   Машина оснащается четырьмя подбивочными блоками с 48 подбойками: передними 21 и задними 22. Если шпалы по эпюре расположены равномерно, то машина, работая в непрерывно-циклическом режиме, может развивать производительность до 3300 шп./ч. На участках, где нарушается расположение шпал по эпюре, например в зонах стыков, работа выполняется в циклическом режиме, причем работает один ряд подбивочных блоков. Производительность машины резко падает, поэтому ее можно эффективно использовать в первую очередь на бесстыковом пути.

   На спутнике также расположено ПРУ 18 с клещевыми роликовыми захватами и двухребордными рихтующими роликами. Захватная часть ПРУ соединена с продольной балкой, которая в своей передней части через шарнирный узел закреплена на поперечной балке, соединенной с передними концами направляющих балок 15. ПРУ является исполнительным механизмом КИС выправки пути в плане, продольном профиле и по уровню. Машина оснащена трехточечной рихтовочной КИС с тросом-хордой 14, закрепленным между передней 11 и тележкой 25. Датчик стрелы изгиба пути находится на тележке 19. Так как машина в основном предназначена для рихтовки пути точными методами, то более высокий коэффициент сглаживания четырехточечной ситемы не требуется.

   На машине применена традиционная для этого класса двухтросовая нивелировочная система. Передние нивелировочные устройства опираются на тележку 11, контрольные устройства – на тележку 25. Измерения положения правой и левой рельсовых нитей производятся датчиками измерительного устройства 20. Для измерения положения пути по уровню применяются маятниковые датчики, расположенные на тележках.

   Управление выправкой производится специальной автоматизированной системой WIN ALC. Предусмотрено управление выправкой по лазерному лучу. Для этого на передней тележке машины располагается фотоприемник лазерного луча 10.


 Рис. 10.85. Подбивочные блоки:
1 и 5 – направляющие колонны; 3, 9, 12, 18 и 19 – гидроцилиндры: вертикального перемещения подбивочных блоков, привода рычагов внутренних подбоек, ограничения раскрытия и привода рычагов наружных подбоек; 4 и 6 – эксцентриковые валы и маховики; 7 – грузы динамического уравновешивания привода вибраций; 8 – баки системы смазки; 10, 11 и 17 – рычаги внутренних и наружных подбоек;
13, 14 и 15 – внутренние и наружные подбойки; 16 – рама

   Подбивочные блоки (рис. 10.85) по своей структуре аналогичны типовым двухшпальным подбивочным блокам. В отличие от последних, со стороны примыкания друг к другу у них отсутствуют ряды наружных рычагов и подбоек. Для динамического уравновешивания при передаче вибраций применены грузы 7. При работе внутренние подбойки 13, расположенные на рычагах 12, производят обжим балласта под средней шпалой, а подбойки 14, расположенные на рычагах 10, обжимают балласт под крайними шпалами совместно с наружными подбойками 15, расположенными на рычагах 17.

   Непрерывный характер движения базовой машины 4 (см. рис. 10.2) при работе позволяет совместно работать ДСП, как машине непрерывного действия. В передней части ДСП 2 опирается через универсальный шарнирный узел на базовую машину, а в задней части – на ходовую тележку 33. На машине имеется отдельный дизельный агрегат привода механизмов. Рабочий орган ДСП состоит из двух совместно работающих виброблоков 29, 31. Он полностью унифицирован с соответствующим рабочим органом динамического стабилизатора пути DGS-62N. Двухтросовая КИС продольного профиля, включающая измерительные тележки 28, 30, 32 и 34, также унифицирована с КИС упомянутого ДСП.

   10.13.2. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина 08-475 Unimat 4S

   Стрелочные переводы должны гарантировать безопасное движение поездов с установленной скоростью при движении по прямому направлению. Скорость движения на боковой путь определяется конфигурацией стрелочного перевода в плане. В связи с перспективами развития высокоскоростного движения для эксплуатации на главных ходах ОАО «РЖД» были приобретены универсальные выправочно-подбивочно-рихтовочные машины типа 08-475 Unimat 4S. Машина является сложным современным агрегатом, оборудована автоматизированными системами управления рабочими процессами выправки рельсовой колеи и уплотнения балласта под шпалами на базе компьютерных технологий.


 Рис. 10.86. Универсальная выправочно-подбивочно-рихтовочная машина «Unimat 08-475-4S»:
1, 4 и 36 - гидроцилиндры; 2 и 34 - корпус базовой машины и дополнительного вагона; 3 – поворотная телескопическая стрела;
5 и 7 — подвеска и поворотная рама внутренних подбивочных блоков; 6 – рамы внешних подбивочных блоков; 8 – нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство; 9 и 17 – трос-хорды нивелировочной и рихтовочной КИС; 10, 18, 35 – кабины: оператора, рабочая и задняя;
11 – автосцепки; 12 – фотоприемник лазерного луча; 13, 26, 31 – измерительные тележки рихтовочной КИС; 14 – каток с импульсным датчиком пути; 15 и 24 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 16 – силовая передача (трансмиссия); 19 – подъемные механизмы третьего рельса;
20 и 22 – фотоприемник и лазерная пушка КИС корректировки подъема третьего рельса; 21 – ПРУ;
23 – подбивочные блоки (внешние и внутренние); 25 – виброплиты уплотнения балласта у торцов шпал; 27 – бортовой кузов;
28 – колесные пары; 29 – бункер; 30 – дозатор; 32 – транспортер; 33 – подборщик балласта

   Машина представляет собой постоянно сцепленную единицу самоходного специального подвижного состава, состоящую из базовой машины 2 и дополнительного вагона 34 (рис. 10.86). Машина оснащена дизельным агрегатом мощностью 348 кВт, который в транспортном режиме через трансмиссию 16 передает вращение колесным парам тяговой тележки 15. В рабочем режиме дизельный агрегат через силовую передачу передает вращение валам насосов объемного гидропривода рабочих органов и механизма передвижения. Задняя ходовая тележка 24 оснащена при-водами на колесные пары от гидродвигателей, которые включаются в рабочем режиме. Вагон 34 опирается на две колесные пары 28. Для эксплуатации на сети ОАО «РЖД» машина оснащается автосцепками 11, тормозной системой, сигнальными устройствами и устройствами безопасности движения КЛУБ УП.

   ПРУ 21 оснащено крюковыми захватами и по конструкции полностью аналогично ПРУ машины Unimat Compact 08-275/3S-16 (см. рис. 10.46). Для предотвращения перегрузки ПРУ при работе на стрелочном переводе, вследствие несимметричного приложения подъемной нагрузки, машина оборудована правым и левым подъемными механизмами 19 с роликовыми захватами. При работе механизмы захватывают стрелочный перевод за рамный рельс. Система управления обеспечивает синхронный подъем стрелочного перевода за три точки, предотвращая его перекос. Для более точной установки третьего рельса в продольном профиле и по уровню применяются дополнительные КИС на базе лазера. Каждая такая система имеет лазерную пушку 22 с модуляцией горизонтальной составляющей луча и фотоприемник 20. Лазерная пушка находится на нивелировочно-рихтовочном измерительном устройстве 8, а фотоприемник 20 – на захвате дополнительного подъемного механизма 19. После достижения заданного уровня третьего рельса подъемка автоматически прекращается.

   Уплотнение балласта в подшпальной зоне производится четырьмя одношпальными подбивочными блоками 23. Блоки имеют два ряда подбоек, которые могут поворачиваться (откидываться) поперек пути от рельса на угол 85° и к рельсу на угол 15°. Два блока расположены снаружи от колеи, а два блока – внутри колеи. Внутренние блоки установлены на раме 7, которая закреплена на машине через подвеску 5. Конструкция рамы и подвески аналогична машине Unimat Compact 08-275/3S-16 (см. рис. 10.44). Каждый внешний подбивочный блок также установлен в раме 6, которая через вертикальный шарнирный узел соединена с поворотной телескопической стрелой 3. Стрела в плане поворачивается гидроцилиндром 1, а рама 6 относительно стрелы поворачивается гидроцилиндром 4. Гидроцилиндр 36 служит для выдвижения телескопической части стрелы. Все блоки традиционно установлены в вертикальных направляющих и перемещаются по ним гидроцилиндрами. Таким образом, каждый подбивочный блок может быть установлен в любой зоне стрелочного перевода, что сокращает число рабочих проходов машины по нему. Технология выправки и подбивки стрелочного перевода обычно предусматривает сначала обработку зон внешних (рамных) рельсов для стабилизации положения перевода по уровню, а затем обрабатываются остальные зоны балластного слоя. При работе машины могут использоваться виброплиты 25, уплотняющие балласт у торцов шпал. В варианте конструктивного исполнения машины виброплиты монтируются на вагоне 34.

   КИС машины включает в себя рихтовочную и нивелировочную системы, устройство которых традиционно для машин типа ВПР. Рихтовочная система четырехточечная, состоящая из концевых тележек 13 и 31, нивелировочно-рихтовочного измерительного устройства 8 и контрольно-измерительной тележки 26. Между передней и задней тележками натягивается измерительный трос-хорда 17. На передней тележке 13 устанавливается колесо с датчиком пути 14 и фотоприемник лазерного луча 12. Нивелировочная система двухтросовая, содержит нивелировочные и контрольные устройства, опирающиеся на тележки 13 и 26, между которыми натянуты трос-хорды 9. Измерение стрел изгиба в точках выправки и положения пути по уровню производится датчиками, расположенными на устройстве 8.

   Управление выправкой осуществляется автоматизированной системой типа ALC.

   Вагон 34 оснащается вспомогательным оборудованием для распределения объемов балласта вдоль стрелочного перевода или пути. Оборудование включает подборщик 33 с щеточным ротором, транспортер 32 для загрузки излишнего балласта в бункер 29, а также дозатор 30, через который балласт в месте его недостатка может возвращаться в путь.

   Управление рабочими процессами осуществляется из кабины оператора 10, рабочей кабины 18 и задней кабины 35.

   Фирма Plasser & Theurer выпускает (2003 год) новые универсальные выправочно-подбивочно-рихтовочные машины непрерывно-циклического действия Unimat-09-32 4S с двухшпальными подбивочными блоками и Unimat-09-16 4S с одношпальными подбивочными блоками. Рабочее оборудование монтируется на спутнике, поэтому в режиме «Путь» схема работы аналогична машинам Plasser Duomatic-09-32 CSM и Dynamic Stophexpress 09-3X, а в режиме «Стрелки» –аналогично машинам серии Unimat. В подвеске подбивочных блоков применены выдвижные балки, что позволяет выносить крайние блоки в сторону для подбивки рамного рельса. Двухшпальные подбивочные блоки имеют два ряда поворотных подбоек на наружных рычагах и один ряд – на внутренних.

   Машины оснащены адаптивной системой регулирования усилий обжима балласта подбойками. Усилие обжима может регулироваться отдельно для каждого блока. При использовании двойного обжима балласта в первом цикле давление ограничивается 65 % максимального давления, развиваемого при втором обжиме. Машины могут дополнительно сцепляться с секцией динамического стабилизатора пути, образуя комплекс по выправке и стабилизации пути. Характеристики машин ВПРМ приведены в табл. 10.3.

   10.13.3. Балластировочный, выправочно-подбивочный
 и стабилизирующий комплекс PUMA-2000

   Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина и динамический стабилизатор пути работают совместно во многих комплексах. Фирмой Plasser & Theurer (Австрия) выпускается комплекс для выполнения работ по распределению балласта, выправке и подбивке пути с его динамической стабилизацией PUMA-2000 (рис. 10.87). Комплекс предназначен для выполнения указанных работ в локализованных зонах вдоль пути, например, в работах после локальной вырезки балласта для ликвидации выплесков. В состав сочлененного постоянно сцепленного экипажа входит машина для распределения балласта, выправочно-подбивочная машина циклического действия и полуприцепная платформа.


 Рис. 10.87. Балластораспределительный, выправочно-подбивочный и стабилизирующий комплекс PUMA-2000:
1 – кран-манипулятор; 2, 5 и 7 – рамы платформы, машины ВПР и балластораспределительной машины; 3 и 8 – кабины управления машины ВПР и балластораспределительной машины; 4 – нивелировочная КИС; 6 – силовой агрегат и трансмиссия; 9 – передаточный транспортер;
10 – бункер с напольным транспортером; 11 – автосцепки; 12 – устройство дозирования балласта; 13 и 16 – бегунковые и тяговые тележки;
15 – подборщик балласта; 17 и 22 – передняя и задняя тележки рихтовочной КИС; 18 – трос-хорда рихтовочной КИС; 19 – ПРУ; 20 – нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство; 21 – подбивочные блоки; 23 – рабочий орган динамической стабилизации пути

   Машина для распределения балласт содержит раму 7, опирающуюся на бегунковую 13 и тяговую 16 тележки. На раме, кроме кабины управления 8, размещено рабочее оборудование в виде балластного плуга 14, подборщика балласта 15, перегрузочного транспортера 9, дозирующего устройства 12 и бункера 10 с напольным транспортером емкостью 9 м3. Бункер с напольным транспортером позволяет накапливать излишки балласта при погрузке подборщиком и транспортером, а также выгружать дозировано балласт в путь.

   Выправочно-подбивочная машина включает раму 5, опирающуюся на тяговую 16 и бегунковую 13 ходовые тележки. На раме размещается силовая установка 6 с гидропередачей, кабина управления 3. Рабочее оборудование машины включает два одношпальных подбивочных блока 21, ПРУ 19, двухтросовую нивелировочную КИС 4 и рихтовочную КИС с передней 17 и задней 22 тележками. Между тележками натянут рихтовочный трос 18. В состав общей системы выправки входит нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство 20.

   Полуприцепная платформа рамой 2 спереди опирается через универсальный шарнирный узел на выправочно-подбивочную машину, а сзади – на бегунковую тележку 13. Рабочее оборудование платформы включает унифицированный рабочий орган динамической стабилизации пути 23 и кран-манипулятор 1 для выполнения вспомогательных погрузочно-разгрузочных путевых работ. На платформу можно погрузить до 20 железобетонных шпал и 2 рельса длиной 12,5 м. Для эксплуатации на сети ОАО «РЖД» машина оснащена стандартными автосцепками 11 типа СА-3.


 

 


ОГЛАВЛЕНИЕ

       ВВЕДЕНИЕ
   1. МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
   2. ПУТЕВАЯ МАШИНА, КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
   3. ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН
   4. МАШИНЫ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
   5. МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ И ПОДЪЕМКИ ПУТИ
   6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
   7. МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ
   8. МАШИНЫ ДЛЯ УКЛАДКИ И РАЗБОРКИ ПУТИ
   9. МАШИНЫ ДЛЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ РЕЛЬСОВЫХ ЗВЕНЬЕВ
 10. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ, ВЫПРАВКИ И ОТДЕЛКИ ПУТИ
 11. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПУТИ
 12. МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПУТИ ОТ СНЕГА
 13. ТЯГОВЫЕ, ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
 14. МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
       Список литературы


 УДК 625.144.5/.7:004 ББК 39.27
Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. транс.с.
М.В.Попович, В.М. Бугаенко, Б.Г.Волковойнов и др. Под ред. М.В.Поповича, В.М.Бугаенко.
 М.: Желдориздат, 2007