СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ
METHOD TO STABILISE RAIL TRACK

Изобретение относится к области путевых работ и может быть использовано при строительстве, содержании и ремонте рельсовых путей.
При проведении путевых работ с помощью выправочно-подбивочных и рихтовочных машин балласт в зоне межшпальных ящиков оказывается в неуплотненном состоянии, а шпалы по отношению к балласту оказываются приподняты. Для устранения этого проводится стабилизация рельсового пути. Наиболее распространенным приемом, применяемым для стабилизации, является совместное воздействие на балласт вибрации с вертикальным прижатием, приводящее к оседанию балласта.
Известен способ стабилизации рельсового пути за счет воздействия на балласт поверхностных уплотнительных виброплит, размещаемых внутри колеи в межшпальном пространстве и по концам шпал, прижатие которых к балласту обеспечивается гидроцилиндрами. Частота колебаний уплотнительных плит составляет 38,5 Гц, амплитуда колебаний - 2,5 мм, статическое давление виброплит 320 кгс (см. Н.Н.Гуленко и др. Механизация и автоматизация путевых работ за рубежом. Москва, «Транспорт», 1975, с.151-155). Недостатком этого способа стабилизации является малая интенсивность воздействия на балласт, обусловленная незначительными размерами виброплит по отношению к объему балластной призмы.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа является способ стабилизации рельсового пути за счет силового воздействия на рельсошпальную решетку, которая, в свою очередь, уже передает силовое воздействие на балласт. Так известен способ стабилизации рельсового пути, при котором на него воздействуют создаваемыми эксцентриковыми вибраторами вибрационными движениями в горизонтальном направлении, перпендикулярном относительно продольной оси рельсового пути. Одновременно путь нагружают вертикальной нагрузкой. При этом автоматически повышают упомянутую вертикальную нагрузку до значения осадки, а затем уменьшают эту нагрузку до значения разгрузки (см. п. РФ №2143512 по кл. E01B 27/20 заявл. 24.011996, опубл. 27.12.1999 «Способ подбивки и стабилизации рельсового пути»). Выполнение стабилизации в соответствии с данным способом обеспечивает более интенсивное влияние на балласт, т.к. в качестве инструмента, взаимодействующего с балластом, здесь выступает рельсошпальная решетка. Однако вибрационное воздействие, создаваемое эксцентриковыми вибраторами, сообщает частицам балласта колебания с фиксированной частотой, обусловленной конструктивными параметрами вибраторов. Учитывая, что балласт является неоднородной средой, состоящей из частиц различного размера, материала и формы, очевидно, что колебания в узком диапазоне частот, задаваемом вибратором, в такой среде быстро затухают. Смещение частиц балласта относительно друг друга, приводящее к их более плотной упаковке, происходит лишь в непосредственной близости от источника колебаний. Это влечет за собой излишнюю затрату удельной работы, необходимой для качественной стабилизации рельсового пути.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение затрат удельной работы на проведение процесса стабилизации рельсового пути.
Техническим результатом, получаемым при реализации изобретения, является более плотная упаковка частиц балласта за минимальное время.
Поставленная задача решается посредством того, что в известном способе стабилизации рельсового пути за счет силового воздействия на рельсошпальную решетку, согласно изобретению, силовое воздействие осуществляют в виде ударного воздействия, по меньшей мере, на один из рельсов рельсошпальной решетки при высоте падения рабочего органа на рельс, превышающей нулевое значение.
Одновременно с ударным воздействием и/или перед ударным воздействием, и/или после ударного воздействия на рельс может быть осуществлено воздействие дополнительной вертикальной статической нагрузкой.
Ударное воздействие на рельс может быть осуществлено в зоне, отстоящей от места воздействия на него вертикальной статической нагрузкой не менее чем на 0,5 метра.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемый способ неизвестен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.
Способ может быть осуществлен на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, и широко использован при проведении путевых работ, т.е. является промышленно применимым.
В отличие от прототипа, в котором колебание частиц балласта осуществляется за счет передачи им колебаний от эксцентрикового вибромеханизма, в заявляемом техническом решении используется другой принцип. Специальный поршень толкает рабочий орган и он передает ударное усилие на рельс за счет падения с высоты, величина которой превышает нулевое значение. Т.е. имеет место отрыв от рельса падающей массы, которая была перед тем поднята на какую-то высоту и в момент встречи с рельсом обладает определенной скоростью. При любом ударе за малый промежуток времени скачкообразно меняется скорость соударяющихся тел, а на площадке контакта этих тел развиваются ударные силы. Время действия сил измеряется микро- или миллисекундами, а величина сил достигает больших значений. Следствием удара рабочего органа по рельсу является возникновение в нем, как в системе, обладающей значительной массой и жесткостью, интенсивных вынужденных и свободных колебаний. В отличие от прототипа, где вынужденные колебания рельса возбуждаются за счет его вибрации и имеют синусоидальную форму волны с фиксированной частотой и амплитудой, в заявляемом способе вынужденные колебания возбуждаются ударами и имеют вид затухающих волн, возникающих в ударяемом рельсе при каждом ударе. Эти ударные волны, распространяясь по рельсу, взаимодействуют друг с другом, что приводит к возникновению областей с минимальными и максимальными значениями амплитуды колебаний, т.е. имеет место наличие флуктуации по амплитуде - случайных отклонений от среднего значения.
Кроме того, хорошо известно, что при динамическом характере приложения нагрузки к упругой системе, которой, в частности, является рельсошпальная решетка, деформация и напряжения, возникающие в ней больше, чем при статическом характере приложения нагрузки. Т.е. при ударном воздействии на рельсошпальную решетку в ней возникают более значительные деформации и напряжения, чем при передаче колебаний рельсу от жестко зафиксированного на нем рельсозахватами вибратора, толкающего рельс без нанесения удара по нему.
Возникшие после удара в рельсе и, следовательно, во всей рельсошпальной решетке вынужденные колебания суммируются с собственными колебаниями рельсошпальной решетки. При этом известно, что частоты и формы свободных колебаний определяются «динамической индивидуальностью» возбужденной ударом системы, т.е. зависят от практически бесконечного количества факторов, например от конструкции, материала, геометрии рельсового пути, от свойств основания пути и пр.
Из сказанного ясно, что удар по рельсу возбуждает в рельсошпальной решетке колебания, имеющие широкий частотно-амплитудный диапазон. При этом практически каждая частица такой неоднородной среды как балласт, имеющая свои собственные частоты и формы колебаний, имеет возможность найти в этом широком частотно-амплитудном диапазоне колебания, параметры которых аналогичны ее собственным. Это приводит к тому, что частица под воздействием колебаний с частотой, близкой к частоте ее собственных колебаний, будет совершать интенсивные, близкие к резонансным перемещения. Такое усиленное взаимное перемещение частиц балласта позволяет им преодолеть силы сцепления и внутреннего трения материала и оторваться друг от друга. Причем чем на большее расстояние могут переместиться частицы, тем более плотной упаковки их можно достигнуть.
Таким образом, заявляемый способ позволяет достигнуть более плотной упаковки частиц за минимальное время, что обеспечивает уменьшение затрат удельной работы на проведение процесса стабилизации рельсового пути.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
При помощи машины для стабилизации рельсового пути, оснащенной контрольно-измерительной системой и устройством для сообщения ударного воздействия, по меньшей мере, на один из рельсов рельсошпальной решетки, на рельсошпальную решетку оказывают ударное воздействие так, что высота падения рабочего органа на рельс превышает нулевое значение.
После прибытия машины к участку, где необходимо соответствующим образом стабилизировать положение пути, устройство для сообщения ударного воздействия на рельс при помощи гидроцилиндров опускается из транспортного положения в рабочее и устанавливается на рельсах. Причем из-за того, что на рельс передается не вибрация, как в прототипе, а удар, нет необходимости в жесткой фиксации устройства рельсозахватами относительно рельса. Это положительно отражается на возможности распространения волны колебаний вдоль рельсовой нитки, т.к. отсутствие рельсозахватов позволяет избежать эффекта демпфирования. Контрольно-измерительная система машины измеряет положение пути и при наличии сигнала от датчиков этой системы об отклонении в положении пути (о наличии «бугра») включается устройство ударного воздействия. Рабочий орган, имеющий массу, например 20-200 кг, этого устройства начинает совершать удары по рельсу, падая с высоты, например, 1-100 мм, по одному или по обоим в зависимости от наличия «бугров». Удары возбуждают колебания в рельсах, передающиеся всей рельсошпальной решетке, а через нее к частицам балласта. Частицы балласта, подвергаясь воздействию широкого спектра колебаний, начинают интенсивно перемещаться относительно друг друга. Это приводит к их более плотной упаковке за минимальное время, т.е. достигается уменьшение затрат удельной работы на проведение процесса стабилизации рельсового пути.
При необходимости увеличения осадки пути из-за недостаточного исправления «бугра» воздействием ударной нагрузки может быть дополнительно использовано усилие гидроцилиндров, опускающих устройство ударного воздействия из транспортного положения в рабочее. Эти гидроцилиндры могут увеличивать прижатие устройства к рельсам, что способствует осадке пути. После осуществления необходимой усиленной осадки пути под каждой рельсовой нитью по сигналу от контрольно-измерительной системы машина продолжает выполнять равномерную осадку пути только за счет ударного воздействия.
Учитывая, что стабилизация пути за счет ударного воздействия на рельс значительно эффективнее стабилизации посредством вибрации, возможно проведение стабилизации при помощи автономного устройства ударного воздействия. Его закрепляют не между ходовыми тележками основной машинной рамы, несущей, как правило, и прочие агрегаты для обработки балласта, а на дополнительной облегченной раме, прикрепляемой к основной машинной раме в качестве прицепа. Это возможно из-за того, что стабилизация посредством ударов обычно не требует дополнительного вертикального пригруза, для обеспечения которого нужна мощная машинная рама. Такое размещение устройства ударного воздействия кроме расширения свободы компоновочных решений при создании машины позволяет увеличить протяженность распространения ударной волны вдоль рельсовой нитки, т.к. нет демпфирующего воздействия ходовых тележек основной машинной рамы, ограничивающих распространение колебаний расстоянием между ходовыми тележками. Увеличение расстояния, на которое распространяется ударная волна, позволяет увеличить длину участка рельсового пути, подвергающегося стабилизации. Это повышает производительность процесса.
Таким образом, заявляемый способ позволяет достигнуть уменьшения затрат удельной работы на проведение процесса стабилизации рельсового пути за счет более плотной упаковки частиц балласта за минимальное время.