Актуальность темы
.
Одним из: вариантовустройства верхнего: строения пути является рель-сошпальная решетка на? деревянных шпалах. В настоящее — время на < ЗападноСибирской железной дороге ежегодно при капитальном ремонте укладывается' 100—120 км такого пути. При использовании деревянных шпал фиксирование рельсов и накладокк шпалам производится костылями. Одним из недостатков пути, уложенном на деревянных шпалах, является ослабление костылей, которое возникает от действия волновой деформации рельсоввызванной поездной нагрузкой.- Ослабление костылей уменьшает сопротивляемость рельса угону и-особенно раскантовке при действии поперечных сил. Возникает необходимость, в периодическом осаживании костылей. Так, при ремонтах пути осаживается от 30 до 50% костылей, а после укладки новой рельсошпальной решеткиi производится сплошное осаживание костылей.
В течение последних десятилетий предпринимались попытки механизировать этот процесс. Так, во Всесоюзном проектно-технологическом институте: транспортного строительства М. Б. Карпов, С. А. Яльцев и А. Б. Наботов разработали устройство для забивки костылей- (а.с. № 1 126 639). Большойвклад в изучение вопроса и" создание устройств для осаживания костылей внёс Д. Mi Ищенко. По его проекту в ДКТБ Забайкальской железной дороги была создана путевая, машина для осадки костылей (а.с. № 1 703 764). В Центральном конструкторском бюро тяжелых путевых машин F. Mi Вайнштейн, JI.E. Фарафонов и Ю. Р. Арлашин проводили исследование проблемы ослабления костылей, в результатом которого было разработано устройство для забивки костылей. (а.с. № 1 229 247). В ДКТБ Западно-Сибирской железной дороги также проводились опытно-конструкторские работы по созданию устройств для? осадки >костылей. Группой сотрудников (среди них Е. Р. Малахов, В. МРуденко, C.F. Палагин, В.П. Леденев) было создано устройство для забивки костылей (а.с. № 2 003 757).
Несмотря на разнообразие разработанных механизмов, все они имеют один общий и существенный недостаток — рабочий орган имеет постоянный контакт с элементами верхнего строения пути. В результате работа таких устройств оказалась малоэффективной из-за наличия в пути противоугонов и мусора, которые мешали прохождению рабочего органа или не позволяли произвести полное осаживание костылей.
Вследствие этого осаживание костылей производится вручную, что требует. больших затрат труда. Отсутствие эффективных средств механизации не позволяет своевременно и в необходимом объёме выполнять эту работу.
Ввиду того, что в настоящее время доля железнодорожного пути, уложенного на деревянных шпалах достаточно велика (в среднем по России порядка 70% (в том числе около 50% на главном ходу)), создание устройства для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути является: актуальной научной и технической проблемой.
Цель работы: создание устройства для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, уложенном на деревянных шпалах.
Идея работы: выбор параметров устройства для осадки костылей путём математического моделирования движений звеньев механизма с учетом возможности осуществления технологического процесса в автоматическом режиме работы.
Задачи исследования:
— на основе анализа известных устройств, механизирующих осаживание костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, разработать кинематические схемы механизмов, осуществляющих этот процесс;
— построение математических моделей устройств и проведение вычислительных экспериментов с целью выбора параметров механизмов;
— определение основных параметров комплекта устройств для осадки костылей и построение циклограммы его работы на основе результатов исследований на испытательном стенде;
— разработка алгоритма для программного обеспечения системы управления рабочим органом;
— проектирование, создание и проведение опытно-промышленных испытаний устройства.
Методы исследований: анализ и обобщение существующего опыта, методы векторной алгебры, математического моделирования с применением системы математических расчетов MathCAD, экспериментальные исследования на разработанном стенде и в реальных условиях на эксплуатируемом железнодорожном пути.
Основные научные положения, защищаемые автором:
— полностью осаживать костыли при наличии в пути противоугонов и посторонних предметов должен рабочий орган, не имеющий постоянного контакта с элементами верхнего строения пути;
— размеры звеньев механизмов, с учетом требуемой траектории движения рабочего. органа, должны определяться на основе разработанных математических моделей устройств;
— технологический процесс осадки костылей должен обеспечиваться комплектом осаживающих устройств с параметрами, полученными на основе циклограммы работымеханизмов, построенной с учетом времени срабатывания системы управления рабочими органами;
— автоматическое наведение механизма на костыль с автокоррекцией начала опускания рабочего органа, должно осуществляться системой управленияустройствами на основе алгоритма, учитывающего колебания давления и температуры рабочей жидкости гидросистемы.
Достоверность научных результатов подтверждается: использованием современных методов и средств исследований, достаточным: объёмом и сходимостью результатов проведённых математических расчетов и натурных экспериментов по определению основных параметров устройства и системы его управления, а также проверкой полученных результатов на практике при стендовых и эксплуатационных испытаниях опытно-промышленного образца устройства, проведённых в реальных условиях эксплуатируемого железнодорожного пути.
Новизна научных положений:
— разработаны устройства для осадки костылей не имеющие постоянного контакта с элементами верхнего строения пути и обеспечивающие полное до-жатие костылей при наличии в пути противоугонов и мусора;
— получены аналитические зависимости для определения рациональных размеров механизмов с различной структурой с учетом обеспечения требуемой! траектории движения и хода рабочих органов;
— определены основные параметры комплекта осаживающих устройств, обеспечивающие требуемую производительность;
— разработан алгоритм работы системы управления устройством, обеспечивающий поиск костыля и автоматическое наведение на него рабочего органа.
Личный вклад автора: состоит в разработке математической модели механизма для осадки костылейв участии в исследовании и создании устройств и механизмов машины для осадки костылей, проведении экспериментов, испытаний и обработке их результатов.
Практическая ценность: создание устройства, не имеющего постоянного контакта с элементами верхнего строения пути, оптимизация конструктивных размеров этого механизма на основе численных экспериментов, проведённых с использованием его математической модели, разработка алгоритма программного обеспечения для системы управления рабочим органом.
Реализация работы в промышленности:
Научные результаты и рекомендации, разработанные автором, переданы, в Службу пути Западно-Сибирской железной дороги филиала ОАО РЖД для практического использования в подразделениях.
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на международной научно-теоретической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (г. Ростов-на-Дону, 1999 г), на региональной научно-практической конференции «Транссиб-99» (г. Новосибирск, 1999 г), на международной научно-практической конференции «Наука, техника и высшее образование: проблемы и тенденции развития» (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.), на региональной научно-практической конференции «Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте» (г. Челябинск, 2004 г.).
Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ» СГУПСа и хоздоговором между СГУПСом и Западно-Сибирской железной дорогой № НЮ 17/58.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.
Структура и объём диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 49 источников и приложения. Объём диссертации без приложений 131 страница, включая 67 рисунков, 4 таблицы.
Выводы.
1. Испытания опытно-промышленного образца машины для осадки костылей показали работоспособность предложенной конструкции осаживающего блока и машины в целом, что подтверждено соответствующими протоколами и актами.
2. В ходе испытаний было установлено, что осаживающий блок, выполненный на основе устройств для осадки костылей с наклонной направляющей пуансона, имеет более высокие эксплуатационные показатели, чем осаживающий блок с устройствами для осадки костылей с рычажной системой отклонения пуансона.
3. Было установлено, что автоматическая система управления и контроля над работой осаживающих устройств обеспечивает надёжный поиск и осаживание костылей в условиях эксплуатируемого пути.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
При выполнении настоящейработы получены < следующие основные научные и практические результаты: ;
Г. Решение проблемы осадки наддёрнутых костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути является актуальной задачей" содержания и ремонта верхнего строения пути. При анализе научно-технической литературы прослеживается’тенденция созданияj автоматизированных-устройств для осадки костылей. В? связис этим, обоснована необходимость создания, автоматизированного устройства5дляосадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, рабочийорган которогоне имеет постоянного/ контактас элементами верхнего строения пути.
2. На основе анализа различных типов устройств для осадкикостылей сформулированы требованияк аналогичному устройству, обеспечивающему осадку костылей в пути. К основнымтребованиямотносятся: непрерывность технологического процессавозможность автоматического прохода рельсовых стыков и противоугоновсохранение работоспособностипри нарушении эпюры «шпал и наличиив пути засорителейобеспечение работы на любом типе верхнего строения пути с костыльным скреплением типа ДОотсутствие подготовительно-заключительных операцийс применением других путевых машин и др.
3. Предложены с схемы ряда устройств, отвечающие предъявляемым * требованиям. К таким устройствам относятсямеханизмы, состоящие из гидроцилиндранаправляющей, пуансона, демпфера двухстороннего действия и соединяющей демпфер и пуансон рычажной системы или наклонной направляющей.
4. Проведён анализ структуры механизмов для осадки костылейчто позволило сделать вывод о том, что такие механизмы структурно не могут быть отнесены ни к одному из известных в теории механизмов традиционному классу механизмов и требуют разработкисвоего подхода дляпостроения математических моделей движений их звеньев:
5: Построенная на основе методов векторной: алгебры и припасовывания математическая модель, механизма дляосадки? костылей в шпалы железнодорожных путей при различных фазах движения его звеньев дает возможность выбирать конструктивные размеры звеньев этого механизма.
6. Анализ результатов вычислительных экспериментовпо определению полезногохода вершины пуансона механизма' с рычажной системойотклоненияпозволил установить, что увеличение длины коромысла свыше 140 мм (вместо заданного 136 мм) увеличивает ход вершины пуансона до> величины запроектированного (50 мм) — при постоянных линейных размерах остальных звеньев механизма.
7. Анализ результатов вычислительных экспериментов по определению полезного хода вершины пуансона механизма с наклонной направляющей показывает, что: при. угле наклона направляющей поверхности проушины коромысла равном 150° механизм не обеспечивает требуемый ход вершины пуансона (50 мм), а при уменьшении этого угла до 130° ход вершины, пуансона увеличивается до величины запроектированного.
8. Создан испытательный стенд, на котором были проведены * исследования по определению времени срабатывания*системы управления устройствами для осадки костылей,. а также отработано программное обеспечение системы автоматического управления и контроля устройствами для осадки костылей.
9. Определено времяцикла работы устройства дляосадки костылей, на1 основе которого спроектирован осаживающийблок, позволяющий' производить одновременную? осадку не болеетрёх костылей при заданной рабочейскорости машины.
10. В г ходе проведённых экспериментальных исследований ! определено необходимое усилие осаживания г костылей, а также установлена величина-зазора между обшивочными костылями и подкладкой и пришивочнми костылями и рельсом.
11. Разработана и испытана машина для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути. Результаты испытаний позволили сделать вывод о работоспособности и эффективности предложенной машины.
Рабочая документация на машину для осадки костылей, научные результаты и рекомендации, разработанные автором, приняты Службой пути Западно-Сибирской железной дороги филиала ОАО РЖД для практического использования в подразделениях.
