Теоретические аспекты эффективности электрошпалоподбойки вибрационного типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теоретические аспекты эффективности электрошпалоподбойки вибрационного типа

А.А. Шубин, В.В. Фадеев

На железнодорожном транспорте для выполнения работ, связанных с очисткой или заменой материала балластной призмы, широко применяются высокопроизводительные щебнеочистительные и выправочно-подбивочно-рихтовочные машины и комплексы тяжелого типа. В то же время, для поддержания пути в рабочем исправном состоянии и обеспечения безопасности движения, срока службы рельсов и шпал, необходимо выполнять достаточно большие объемы работ при устранении перекосов, просадок и других дефектов, а так же по ремонту и удалению с пути шпал, вышедших из строя и замены их новыми.

Для выполнения этих работ применяется разнообразный путевой инструмент и мобильные машины. Одной из ключевых технологических операций является уплотнение балласта под шпалой. Для этого используются шпалоподбойки различных модификаций[1]. Их работа основана на принципе ударного вибрационного уплотнения. Недостатком данной конструкции является расположение на значительном удалении источника возмущающих колебаний (дебаланса) от зоны уплотнения, а так же малая производительность, вследствие уплотнения балласта только непосредственно в зоне подбивочного полотна.

В работах [2,3] предложена новая конструкция шпалоподбойки с размещением дебаланса, максимально приближенным к зоне уплотнения и заменой ударного уплотнения вибрационным.

Процесс уплотнения осуществляют изменением относительного положения частиц балласта в некотором объеме: частицы начинают более плотно прилегать одна к другой, уменьшаются размеры воздушных промежутков между ними. Происходит это при вибрационном перемещении частиц под действием колеблющегося и внедряющегося внутрь балласта подбивочного полотна шпалоподбойки. Этот процесс сложно описать точными математическими зависимостями, так как он осуществляется при не постоянном силовом воздействии на балласт со стороны оператора и переменном сопротивлении частиц балласта (особенно щебеночного, ракушечного и т.п.) из-за неоднородной их формы, размера и пр.

В работе [4] приведены зависимости для расчета шпалоподбойки ударного типа. Использовать данную методику при расчете шпалоподбойки вибрационного типа не представляется возможным, вследствие различающихся принципов уплотнения балласта.

Наиболее полно теория уплотнения балласта подбивочными элементами вибрационного типа исследовано применительно к подбивочным машинам тяжелого типа[5]. Исследования ВНИИЖТ позволили установить, что основными параметрами виброуплотнения являются: амплитуда колебаний рабочего органа, частота колебаний, скорость обжатия балласта, время вибрирования, заглубления клина по вертикали, считая от постели шпал до нижней кромки подбойки, геометрические размеры клина.

Из приведенных параметров для расчета шпалоподбойки определяющими можно считать амплитуду и частоту колебаний, а так же время вибрирования. Оптимальное значение амплитуды соответствует максимальному уплотнению балласта. Увеличение амплитуды больше оптимальной не приводит к повышению эффекта уплотнения. ВНИИЖТ по результатам исследований установлено, что среднее значение амплитуды для путевых машин составляет 4,5 мм, что согласуется с рекомендациями по амплитуде колебаний шпалоподбоек (от 3,2 до 4,5 мм).

Процесс уплотнения материала во времени происходит крайне неравномерно (рис 1); в первые 3-5 секунд его интенсивность наибольшая, затем постепенно уменьшается и процесс приобретает затухающий характер.

Время вибрирования и частота колебаний определяют число вибровоздействий, передаваемых уплотняемому материалу, которое пропорционально произведению частоты на время щt. Зависимость эффекта уплотнения от числа вибровоздействий имеет такой же характер, как приведенная на рис. 1. Число щt определяет общее число активных и пассивных относительных перемещений частиц, происходящих в уплотняемом объеме за время вибрирования[6]. Для разных режимов виброобжатия общее число относительных перемещений, даже при одинаковом числе вибровоздействий, может быть различным и зависит от условий использования пассивных относительных перемещений и охвата вибрированием уплотняемого материала.

Рис.1. Зависимость эффекта уплотнения от времени вибровоздействия рабочего органа на балласт:

1- при А = 5 мм, щ = 200 с-1, Vобж = 120мм/с(оптимальные параметры)

2- при А = 3,8 мм, щ = 200 с-1, Vобж = 120мм/с

3- при А = 2,5 мм, щ = 200 с-1, Vобж = 120мм/с

Зависимость эффекта уплотнения от числа вибровоздействий можно представить в виде:

, (1)

где - степень уплотнения балласта;

- осадка слоя балласта при уплотнении;

- толщина рыхлого слоя;

- коэффициент, определяющий степень использования для уплотнения пассивных и активных относительных переменных частиц;

- коэффициент, определяющий долю объема материала, охватываемого относительными перемещениями;

- эмпирические коэффициенты, зависящие от рода уплотняемого материала и способа вибровоздействия.

Соотношение (1) выражает зависимость эффекта уплотнения от произведения щt , пропорционального числу вибровоздействий, передаваемых уплотняемому материалу, с учетом использования для уплотнения пассивных и активных относительных перемещений частиц и охвата относительными перемещениями уплотняемого объема материала. Это соотношение справедливо для всех возможных режимов и способов уплотнения и подтверждается экспериментально.

При полном использовании отдачи балласта каждому вибровоздействию и связанным с ним активным относительным перемещениям соответствует такое же число пассивных относительных перемещений, т. е, общее число относительных перемещений удваивается (коэффициент = 2). Если отдача балласта не используется (безотрывные режимы взаимодействия), периодические активные и пассивные относительные перемещения частиц не происходят и материал не уплотняется (коэффициент = 0).

Коэффициент изменяется от 0 до 1 и определяет долю уплотняемого объема балласта, охватываемого относительными перемещениями. При = 1 весь уплотняемый объем охватывается вибрированием; при =0 частицы балласта не имеют относительных перемещении и уплотнение не происходит.

Предельное уплотнение при бесконечно большом числе вибровоздействий имеет вид:

 (2)

электрошпалоподбойка вибрационный ударный

Следовательно, предельное уплотнение материала зависит от коэффициентов и , которые для разных режимов различны. Поэтому предельное уплотнение также различно для разных режимов. Для щебеночного балласта эмпирические коэффициенты соответственно равны 3300 и 10, следовательно, предельное уплотнение при =2 и =1 по формуле (2) составляет 0,2 или 20% по относительной осадке.

В процессе выполнения данной работы были определены факторы, влияющие на эффективность виброуплотнения балласта, а так же выбран критерий оценки эффекта уплотнения.

Список литературы

[1]. Путевой механизированный инструмент: справочник. В.М. Бугаенко, Р.Д.Сухих, И.М. Пиковский и др. / - под ред. В.М. Бугаенко, Р.Д.Сухих-М.: Транспорт, 2000. 368с.

[2]. Шубин А.А., Витчук П.В., Фадеев В.В. Повышение эффективности работы вибрационной шпалоподбойки// Научный альманах. Издательство: ООО «Консалтинговая компания Юком» Тамбов. ISSN: 2411-7609 [http:www.elibrary.ru/item.asp?id=25314254]

[3]. В.В. Фадеев, А.А Шубин, Н.М. Борискина. Совершенствование конструкции вибрационной шпалоподбойки// Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы Региональной начно-технологической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2016- с.184-186.

[4]. Путевые механизмы и инструменты / Р.Д. Сухих, В.М. Бугаенко, Ю.С. Огарь, В.Д. Ермаков, И.М. Пиковский, А.В. Пронченко; под общей ред. Р.Д. Сухих. -- М.: УМК МПС, 2002. -- 428 с.

[5]. Путевые машины для выправки железнодорожного пути, уплотнения и стабилизации балластного слоя. Технологические системы: Учебное пособие для вузов ж.-д. Транспорта/ А.В. Атаманюк, В.Б. Бредюк, В.М. Бугаенко и д.р.; Под ред. М.В. Поповича, В.М. Бугаенко. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном ранспорте», 2008-285с.

[6]. Новые путевые машины: ( Подбивочно - выправочные и рихтовочная ВПР-1200, ВПРС-500 и Р-2000)/ Ю.П. Сырейщикова.- М.: Траспорт. 1984.-317 с.

Размещено на Allbest.ru