МАШИНА ДЛЯ УКЛАДКИ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ПОДБАЛЛАСТНЫЙ СЛОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛОТНА БЕЗ СНЯТИЯ РЕЛЬСОШПАЛЬНОЙ РЕШЕТКИ
MACHINE TO LAY GEOSYNTHETIC MATERIALS INTO UNDERBALLAST LAYER OF RAILWAY GROUND WORK WITHOUT REMOVAL OF RAIL AND SLEEPER GRID

Изобретение относится к области железнодорожного строительства, в частности к путевым машинам, предназначенным для выполнения работ по ремонту и модернизации железнодорожного пути, и может быть использовано для формирования защитного подбалластного слоя железнодорожного полотна с применением геосинтетических материалов, например геотекстиля, геосетки, георешетки, в том числе объемной, и т.п., с целью улучшения его прочностных и эксплуатационных характеристик.
Известны и широко используются в мировой практике железнодорожного строительства для целей вырезки загрязненного щебня балластной призмы и его очистки щебнеочистительные машины, такие как, например, щебнеочистительные машины РМ-76, РМ-80, ЩОМ-1200, СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800, АХМ-1 и др., которые осуществляют глубокую (до 0,5 м и более) вырезку, очистку и послойную укладку очищенного балласта в путь, в том числе на предварительно уложенный геотекстиль. Например, щебнеочистительная машина СЧ-601 (см. Соломонов С.А. и др. Путевые машины. М.: Транспорт, 1985 г.), предназначенная для вырезки и очистки балласта, которая содержит раму, основной вырезающий орган в виде цепного скребкового устройства (баровая цепь), транспортеры для удаления вырезанного балласта или подачи его на очистку, грохот для очистки щебня, подъемное устройство для подъема рельсошпальной решетки, измерительные приборы для измерения параметров рабочего процесса, кабину управления, а также гидро-, электро- и пневмооборудование для обеспечения управления рабочими органами и контроля за ними. Желоба выгребного устройства снабжены приспособлением для подвески рулона геотекстиля, разматываемого при движении машины ее тяговым усилием в том случае, если начальный конец рулона закреплен на грунте. Указанная машина выбрана в качестве ближайшего аналога.
Упомянутые машины решают сходные технические задачи, отличаются друг от друга мощностью и конструктивными особенностями и выпускаются на железнодорожном ходу как в прицепном (СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800), так и в самоходном варианте (РМ-80, АХМ-1).
Недостатком всех известных щебнеочистительных машин и в том числе выбранного ближайшего аналога является неприспособленность их к укладке в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна объемной георешетки в процессе ремонта железнодорожного пути как без снятия рельсошпальной решетки, так и с ее демонтажом.
Задачей изобретения является разработка конструкции машины для укладки в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна геоматериалов (геотекстиля и объемной георешетки) без снятия рельсошпальной решетки, позволяющей:
- формировать защитный подбалластный слой, армированный объемной георешеткой, с применением соответствующих засыпных материалов;
- механизировать процесс и сократить время ремонта железнодорожного пути по сравнению с применяемой в настоящее время укладкой геоматериалов вручную после предварительного снятия рельсошпальной решетки;
- уменьшить количество путевых рабочих, осуществляющих этот процесс;
- заменить операции по укладке и растягиванию геоматериалов, по их засыпке обусловленным проектом материалом (песок, песчано-гравийная смесь и т.п.), планированию и уплотнению этого материала, производимыми в настоящее время либо вручную, либо отдельными землеустроительными машинами, операциями, выполняемыми рабочими органами предлагаемой машины, в том числе действующими под рельсошпальной решеткой.
Предлагается машина для укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна без снятия рельсошпальной решетки, содержащая раму, основной вырезающий орган в виде цепного скребкового устройства (баровой цепи), подъемное устройство для подъема рельсошпальной решетки, измерительные приборы для измерения параметров рабочего процесса, кабину управления, а также гидро-, электро- и пневмооборудование для обеспечения управления рабочими органами и контроля за ними и снабженной приспособлением для подвески рулона геотекстиля, устройство (например, барабан) для содержания объемной георешетки в количестве, предусмотренном технологическим проектом; устройство для транспортирования объемной георешетки под поднятую рельсошпальную решетку и растягивания ее на обусловленную проектом ширину; транспортеры для засыпки растянутых под рельсошпальной решеткой геоматериалов грунтовыми материалами, предусмотренными проектом (крупнодисперсным песком, щебеночно гравийно-песчаной смесью (ЩГПС) и т.п.); устройство для планирования и уплотнения засыпанного слоя материала. Возможно введение в устройство для содержания лотка с запасным рулоном. Предусмотрены органы управления вновь введенными устройствами.
Между совокупностью существенных признаков заявляемой машины и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь, а именно: в том случае, когда предлагаемая машина находится на рельсошпальной решетке ремонтируемого пути, из-под которого предварительно в соответствии с технологическим процессом другими путевыми машинами удалена старогодная балластная призма, а сама рельсошпальная решетка поднята путевой машиной-электробалластером на свежезасыпанный слой материала защитного подбалластного слоя, после чего устройством для подъема рельсошпальной решетки заявляемой машины последняя поднята на необходимую высоту от свежезасыпанного слоя, то посредством устройства для транспортирования объемной георешетки эта георешетка может быть извлечена из устройства содержания, направлена под поднятую рельсошпальную решетку в предварительно подготовленную выгребным устройством выемку, растянута там на необходимую ширину поверх раскатанного из рулона геотекстиля, закреплена совместно с геотекстилем на начальном участке несколькими временными анкерными стойками (извлекаемыми после засыпки) и может растягиваться далее, также совместно с геотекстилем, тяговым усилием движущейся машины с одновременной засыпкой выгребаемым баровой цепью из-под рельсошпальной решеткой засыпным материалом, планировкой и уплотнением его, экономя время производства ремонтных работ (поскольку, в частности, процесс укладки осуществляется непрерывно, пока не израсходуют находящиеся в машине геоматериалы), рабочую силу и количество и номенклатуру требующейся дорожной техники.
Заявляемое техническое решение позволяет механизировать работы по укладке объемной георешетки в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна, что совместно с механизированным ранее процессом укладки геотекстиля и отсутствием необходимости снятия и укладки рельсошпальной решетки удешевит и ускорит проведение работ по ремонту железнодорожного полотна при существенном сокращении применения дорожных машин и применения ручного труда и технических средств.
Техническая сущность решения поясняется иллюстрациями.
На фиг.1 изображен контур главного вида предлагаемой машины для укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна без снятия рельсошпальной решетки и ее отличительные устройства;
на фиг.2 изображен вид сверху на предлагаемую машину;
на фиг.3 изображен узел I (см. фиг.1) - растянутая устройством машины объемная георешетка;
на фиг.4 изображен разрез А-А (см. фиг.3).
Заявляемая машина для укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна без снятия рельсошпальной решетки 1 (шпалы не показаны) состоит из рамы 2, опирающейся на две двухосные колесные тележки 3, на которой установлены: выгребное устройство 4 с двумя электродвигателями 5; приемочный бункер 6 со шнековым распределителем 7; подъемно-рихтовочное устройство 8; кабина управления 9; электрогидропневмооборудование (распределено по машине), гидростанция (установлена в отсеке 10); тормозные устройства (не показаны); автосцепные устройства 11; устройство подачи геотекстиля 12 с лотком 13 для дополнительного рулона геотекстиля, центрами 14, 15 и штурвалом 16; устройство для содержания сложенной георешетки (барабан) 17 с приемными роликами 18, устройством для пошаговой укладки витков георешетки и электроприводом вращения барабана (не показаны); устройство подачи георешетки 19 с поворотной балкой 20, выдающими роликами 21, поворотным роликом 22 и конвейером 23; устройство растягивания георешетки 24 с направляющими коробками 25, кронштейнами 26 и звездочками 27; устройства подачи засыпного материала 28 с транспортерами 29 и очистными приспособлениями-скребками и щетками (не показаны); устройства уплотнения засыпного материала 30 с рамой 31, вибраторами 32 и кронштейнами 33; устройства подачи воды (не показано). Устройства подачи геотекстиля 12, поворотная балки 20 устройства подачи георешетки 19 конструктивно связаны с выгребным устройством 4 и при работе повторяют его движения.
Устройства растягивания георешетки 24 и устройства уплотнения засыпного материала 30 конструктивно связаны с элементами машины, осуществляющими контакт с рельсами, например ПРУ (подъемно-рихтовочным устройством), таким образом, что растягивание георешетки и уплотнение засыпного материала производится соосно пути. Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом. Рама машины 2 представляет собой ферму из металлических профилей, изогнутую в вертикальной плоскости в месте подвески кабины управления 9. Рама установлена на две двухосные тележки 3 модели ЦНИИ ХЗ 18-100. Выгребное устройство 4 представляет собой цепной скребковый рабочий орган, приводимый в движение двумя электродвигателями 5 через общий редуктор, расположенный на стойке. Приемочный бункер 6 представляет собой металлический короб, предназначенный для приема вырезаемого выгребным устройством материала из-под шпал и направления его на транспортеры 29 устройства подачи засыпного материала 28. В приемочном бункере 6 закреплен двусторонний шнековый распределитель 7 с противоположным направлением навивки пера, предназначенный для разравнивания засыпного материала и распределения его по транспортерам 29 устройства подачи засыпного материала 28. Подъемно-рихтовочное устройство 8 предназначено для подъема и бокового перемещения относительно оси пути рельсошпальной решетки 1 и представляет собой совокупность двух раздельно управляемых подъемников, каждый из которых снабжен подъемными роликами, взаимодействующими с рельсовой нитью пути.
Подъем и опускание ПРУ производятся гидроцилиндрами. Управление работой производится из кабины управления 9 или с выносного пульта. Кабина управления 9 предназначена для управлением технологическим процессом, установлена снизу рамы в выемке и подвешена с целью уменьшения вибрации при помощи четырех резиновых амортизаторов. Внутри кабины размещены посты управления (два - с сидениями, один - для управления стоя). Электрооборудование машины обеспечивает управление рабочими органами с электроприводом, измерение параметров и дистанционное управление в рабочем режиме из кабины 9. Источником переменного тока являются тяговые энергетические модули, например, типа УТМ. Подвод питания осуществляется через электрические соединители. К силовому электрооборудованию относятся мотор-редукторы транспортеров, электродвигатели привода выгребной цепи, барабана, привода устройства пошаговой намотки витков георешетки, шнеков и гидростанции 10. Гидравлическое оборудование машины предназначено для обеспечения управления рабочими органами. Для этой цели в отсеке 10 на раме 2 машины имеется гидростанция с рабочим давлением 12 МПа, которая обеспечивает натяжение цепи выгребного устройства, подъем и перемещение желобов выгребного и подъемников подъемно-рихтовочного устройства и действие гидроцилиндров прочих устройств машины. Машина не оборудована собственным источником сжатого воздуха и потребляет по питательной и тормозной магистралям воздух от тягово-энергетического модуля для работы пневмо- и тормозного оборудования. Обе тележки машины оборудованы пневматическим тормозом, а ручным - только передняя. Торможение вручную производится с помощью маховика. На машине используются нежесткие автосцепные устройства 11 типа СА-3. Устройство подачи геотекстиля 12 предназначено для крепления рулона геотекстиля в подшпальном пространстве для его последующего растягивания тяговым усилием машины и представляет собой два симметрично расположенных относительно оси машины центра 14 и 15, каждый из которых закреплен на днище желоба выгребного устройства 4, между которыми операторами вручную крепится труба с надетым на нее рулоном геотекстиля. Труба после установки соединяется со штурвалом 16 для проворачивания рулона при первоначальном выпуске геотекстиля для крепления его к грунту. Рядом находится лоток 13 с содержащимся в нем дополнительным рулоном.
В случае полного расходования геотекстиля из устройства 12 укладки геотекстиля операторы закладывают в лотки устройства новые рулоны. Устройство для содержания сложенной георешетки (барабан) 17 с устройством для пошаговой укладки витков георешетки и приемными роликами 18 предназначено для содержания нерасправленной (сложенной) объемной георешетки, навитой широкой стороной на бобину электроприводом. Барабан может быть установлен за предлагаемой машиной на стандартной платформе, этих барабанов может быть несколько (по размеру платформы и исходя из размеров ремонтируемого или строящего участка). Предусмотрено последовательное подключение барабанов для подачи георешетки. Барабаны снабжены тормозами для регулировки скорости вращения при начальной и последующих навивках георешетки. Приемные ролики организуют поворот сечения сложенной георешетки из положения «плашмя» в положение «на ребро». Устройство подачи георешетки 19 предназначено для транспортирования объемной георешетки из барабана 17 в подшпальное пространство для последующего растягивания его устройством 24. Устройство 19 состоит из поворотной при помощи гидропривода балки 20 с установленными на ней по центру двумя выдающими роликами 21 и роликом поворота 22, служащими для организации движения объемной георешетки на последующую растяжку устройством 24 и конвейера 23 подачи георешетки. В рабочем положении поворотная 20 балка крепится к обоим желобам выгребного устройства 4 снизу. К поворотной балке крепится нижним концом желоб конвейера 23 подачи георешетки. Второй (верхний) конец желоба конвейера 23 крепится к кронштейну рамы 2 машины в месте нахождения приемных роликов 18. Устройство 24 предназначено для растягивания объемной георешетки из сложенного в растянутое на всю ширину положение и состоит из двух направляющих коробок 25, вставляемых своими ребрами в верхние и нижние карманы георешетки, образованные за счет разной высоты двух крайних ее лент с каждой стороны (см. фиг.4), и имеющих возможность разворота на угол В, обеспечивающий это растягивание на заданной длине Б георешетки (см. фиг.1). Направляющие коробки расположены на установленных на раме 2 кронштейнах 26, приводимых гидроприводом из рабочего в транспортное положение и обратно, и имеющим в своем составе звездочки 27, препятствующие при растягивании соскальзыванию георешетки с направляющих коробок. Первоначальная заправка георешетки в устройство растягивания производится оператором вручную. Устройство подачи засыпного материала 28 представляет собой совокупность трех транспортеров 29, закрепленных на раме 2 под приемочным бункером 6 таким образом, что засыпка ими материала, выбранного выгребным устройством 4 из-под рельсошпальной решетки 1, производится по ширине габарита 1-Т (1700 мм на сторону от оси пути). Засыпной материал предварительно разравнивается и равномерно распределяется по поверхности транспортеров шнековым распределителем 7 и затем сбрасывается транспортерами на рельсошпальную решетку 1, частично сразу попадая в подшпальное пространство через междушпальные ящики (промежутки между шпал), частично сдвигаясь туда с поверхности шпал и головок рельсов расположенными на устройстве уплотнения засыпного материала 30 машины очистными приспособлениями (щетками и скребками). Устройство уплотнения засыпного материала 30 предназначено для заполнения ячеек растянутой в подшпальном пространстве георешетки засыпным материалом, распределения его на всю ширину разостланных геотекстиля и георешетки, выравнивания поверхности материала и его уплотнения и представляет собой плоскую раму 31 в виде пластины или же клина вершиной в направлении движения машины, внутри которой размещены 11 вибраторов 32 (виброплит ИВ-99Н). Устройство закреплено на двух кронштейнах 33, установленных по обе стороны рамы 2 машины и снабжено гидроприводом для приведения устройства в транспортное и рабочие положения.
Устройство подачи воды предназначено для увлажнения засыпного материала и состоит из насоса, обеспечивающего перекачку воды по трубопроводу от вагона-цистерны, входящей в состав технологического ремонтного комплекса машин, в узел подачи воды на засыпной материал, расположенный в районе рамы устройства уплотнения засыпного материала 30, перед ним.
Работа машины для укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна без снятия рельсошпальной решетки осуществляется следующим образом. Предлагаемая машина работает, как правило, в составе комплекса ремонтных путевых машин, включенных в технологический процесс ремонта конкретного участка железнодорожного пути. До начала работы машины надлежит вырезать старогодную балластную призму щебнеочистительной машиной (например, ЩОМ-1200), высыпать на вырезанный участок из состава хоппер-дозаторов слой засыпного материала (песок, песчано-гравийная смесь и т.п.) толщиной порядка 300 мм, поднять на него электробалластером погребенную под засыпным материалом рельсошпальную решетку, установить на обусловленном проектом участке предлагаемую машину. Далее ручным способом в слое засыпного материала отрывается канава, в которую заводится подпутная балка выгребного устройства 4, служащая для направления движения скребковой цепи в подшпальном пространстве. Подъемно-рихтовочное устройство 8 поднимает рельсошпальную решетку. Скребковая цепь и машина приводятся в движение, и машина вырезает в засыпном материале выемку протяженностью, достаточной для размещения в ней рабочих органов машины, необходимых для укладки геоматериалов. Вырезанный засыпной материал хранится в приемочном бункере 6 либо удаляется на обочину. Штурвалом 16 устройства укладки геотекстиля 12 из рулона операторами выпускается полотнище длиной от места расположения рулона до начала выемки и расправляется на всю ширину выемки. При необходимости геотекстиль крепится в выемке нескольким временными анкерными стойками (например, металлическими штырями). Балка устройства подачи георешетки 20 заводится из транспортного положения гидроприводом в подшпальное пространство и крепится к днищу противоположного желоба выгребного устройства 4.
Кронштейны 33 устройства уплотнения засыпного материала 30 гидроприводом опускают раму 31 с вибраторами 32 с одной стороны машины, разворачивают ее под шпалами в рабочее положение, после чего рама с виброплитами крепится на кронштейнах противоположной стороны рамы. На раме 31 с виброплитами 32 крепится узел излива воды устройства подачи воды и соединяется с насосом. Кронштейны устройства растягивания георешетки 24 гидроприводом опускают и разворачивают под шпалами направляющие коробки 25 с установленными на них звездочками 27. Крепится конвейер 23 подачи георешетки к раме 2 у приемных роликов 18 барабана 17 и к поворотной балке 20 у поворотного ролика 22 устройства подачи георешетки 19. Производится вытягивание лебедкой (ручной или электрической) георешетки из барабана 17 через устройство пошагового съема витков георешетки, через приемные ролики 18, конвейер 23 подачи георешетки, поворотный ролик 22 поворотной балки 20, выдающие ролики 21 устройства подачи георешетки 19 на направляющие коробки 25 устройства растягивания георешетки 24, вставление этих коробок в верхние и нижние боковые карманы георешетки, протягивание георешетки по этим коробкам с одновременным вынужденным растягиванием георешетки на всю ее ширину и закрепление ее на грунте общими временными анкерными стойками с ранее растянутым геотекстилем после совпадения их поперечного среза. Далее включается баровая цепь, машина начинает движение, ее тяговым усилием геоматериалы извлекаются из барабана и рулона, растягиваются и ложатся на грунт, после чего сразу же засыпаются материалом, вырезаемым из-под рельсошпальной решетки. Этот засыпной материал сначала поступает в приемочный бункер 6, разравнивается и распределяется шнековым распределителем 7 по транспортерам 29 устройства подачи засыпного материала 28 и затем сбрасывается транспортерами на рельсошпальную решетку 1, частично сразу попадая в подшпальное пространство через междушпальные ящики, частично счищаясь туда с поверхности шпал и головок рельсов расположенными на устройстве уплотнения засыпного материала 30 машины очистными приспособлениями (щетками и скребками).
Устройство подачи воды увлажняет засыпной материал, который сдвигается рамой с виброплитами 31 в ячеи объемной георешетки и на выступающие из-под георешетки края геотекстиля и уплотняется. Ставшие ненужными временные анкерные стойки извлекаются из грунта. Далее геоматериалы удерживаются от смещения весом засыпного материала. После установки машиной геоматериалов на обусловленное проектом расстояние машина останавливается, разряжается, т.е. все рабочие органы машины и подпутная балка баровой цепи устанавливаются в транспортное положение и крепятся в нем. Машина эвакуируется с обработанного ею участка. Остальные технологические операции завершают прочие путевые машины технологического ремонтного комплекса.
Технико-экономическое обоснование.
Технический результат, полученный вследствие применения предложенной машины, выражается в ускорении и удешевлении технологического процесса ремонта пути за счет:
- отсутствия необходимости снятия и последующей установки рельсошпальной решетки;
- за счет отсутствии необходимости применения тяжелой путевой техники (автогрейдеры, виброкатки и т.п.) для доставки, выгрузки, смачивания, разравнивания и уплотнения материала, засыпаемого в/на геоматериалы;
- за счет возможности сокращения ручного труда путевых рабочих;
- за счет возможности сокращения их количества;
- за счет возможности длительной непрерывной работы машины.
По предварительным расчетам ОАО «РЖД» технико-экономического обоснования Комплекса для создания защитного подбалластного слоя, армированного объемной георешеткой, в основу разработки которого положена предлагаемая машина, при годовом объеме работ по укладке объемной георешетки в 53 км полезный эффект составит 387456 тыс. руб.