Подготовка железнодорожного пути к работе путевых машин

50

Современные технологии - транспорту

5. Исследование и разработка алгоритмов функционирования информационнологической системы автоматизированной сортировочной горки / В. Н. Иванченко // Труды РИИЖТа. - Вып. 133. - Ростов н/Д, 1976. - С. 18-24.

6. Автоматизация технологических процессов на железнодорожном транспорте на основе микропроцессоров с применением методов распознавания: учеб. пособие / Н. Н. Лябах, А. Е. Пирогов. - Ростов н/Д : РИИЖТ, 1984. - 76 с.

7. Математические основы разработки и использования машинного интеллекта / Н. Н. Лябах. - Ростов н/Д : СКНЦ ВШ, 1989. - 112 с.

8. Техническая кибернетика на железнодорожном транспорте : учеб. пособие / Н. Н. Лябах, А. Н. Шабельников. - Ростов н/Д : РГУПС, СКНЦ ВШ, 2002. - 283 с.

9. Модели представления и выявления нечетких темпоральных знаний в базах данных временных рядов / С. М. Ковалев // Нечеткие системы и мягкие вычисления : сб. науч. тр. II всероссийской научной конференции с международным участием. Т. 1. -Ульяновск : УлГТУ. - С. 3-13.

10. Совершенствование системы прицельного торможения отцепов на сортировочных горках / А. Н. Шабельников, В. Р. Одикадзе // Известия вузов СевероКавказского региона. - 2008. - № 2.

11. Импульсное управление торможением отцепов с помощью автомата - советчика / А. Н. Шабельников, В. Н. Соколов, А. С. Сарьян // Вестник РГУПС. - № 2. -2008. - С. 62-64.

12. Спутниковая стратегия ОАО «РЖД»: локомотивом развития железнодорожного транспорта станут инновационные технологии / О. Фомина (интервью с президентом ОАО РЖД В. Якуниным) // Известия. - № 239. 22 декабря 2008.

13. Локомотивы с интеллектом: на железные дороги выходит «думающая» техника / Р. Мартынов (интервью со страшим вице-президентом ОАО РЖД В. Гапановичем) // Гудок. - № 45. 17 марта 2009.

14. Интеллектуальные транспортные системы управления / В. С. Воронин // Железнодорожный транспорт. - № 3. - 2009.

15. Удаленный доступ: ученые создали интеллектуальные системы управления движением поездов / Р. Мартынов (интервью с заместителем генерального директора ОАО НИИАС И. Розенбергом) // Гудок. - № 68. 17 апреля 2009.

Статья поступила в редакцию 28.04.2009;

представлена к публикации членом редколлегии Ю. И. Ефименко.

УДК 528.486:625.11

В. И. Полетаев, С. В. Шкурников, В.А. Г олубцов

ПОДГОТОВКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ К РАБОТЕ ПУТЕВЫХ МАШИН

Рассмотрены способы работы путевых машин при выправке железнодорожного пути. Показывается роль реперной системы при контроле положения пути и выполнении подготовительных работ при его постановке в проектное положение. Приводятся 50

50

Современные технологии - транспорту

51

методы использования существующих геодезических приборов при определении подъемок и сдвижек пути через небольшие, требуемые для работы путевых машин, расстояния и рассматриваются способы применения электронных тахеометров при выполнении этих работ на прямых и кривых участках пути.

путевые машины, подъемка и сдвижка пути, реперная система, железнодорожные кривые, электронный тахеометр.

Введение

Повышение скоростей движения поездов и увеличение нагрузок на оси подвижного состава приводят к увеличению случаев расстройств пути, вследствие чего уменьшается срок службы как рельсошпальной решетки, так и колес подвижного состава, что может стать причиной снижения безопасности движения экипажей по рельсовому пути.

Решение проблем безопасности движения поездов, в условиях высоких скоростей и роста грузонапряженности, решается по нескольким направлениям, основным из которых являются усиление мощности верхнего строения пути с внедрением принципиально новых конструкций и правильной организацией текущего содержания пути со своевременным и качественным производством требуемых ремонтов пути.

В настоящее время выправку пути при ремонтных работах осуществляют рихтовочными и подбивочно-выправочными машинами циклического и непрерывного действия с системами автоматического контроля управления. Оценка положения пути до выправки, в процессе выправки и после выправки выполняется в зависимости от типа машины относительно неподвижной, подвижной или совмещенной базы отсчета измерений способами сглаживания от фиксированных точек или комбинированным [1].

Системы, у которых передняя точка подвижной измерительной базы перемещается по невыправленному пути и является направляющей для системы в целом, называются системами сглаживающего типа. Сглаживающие системы получили широкое распространение в связи с тем, что они не требуют трудоемких предварительных измерений, расчеты по выправке сведены до минимума и выправляют путь с одного прохода машины. Однако, эти системы не могут установить путь в проектное положение, а позволяют лишь уменьшить неровности до допускаемых значений.

Выправка переходных и круговых кривых системами сглаживающего типа выполняется либо при автоматическом формировании программы работы, на основе информации получаемой измерительной системой машины в зависимости от положения пути до рихтовки, либо в результате получения информации о реальном положении пути непосредственно в процессе работы. Как в первом, так и во втором случаях осуществляется сглаживание неровностей пути без изменения его основного положения, даже если путь на кривой лежит не по проекту. Накопление ошибок в процессе рихтовки может привести к значительному уводу пути от проектного по-

52

Современные технологии - транспорту

ложения. В связи с этим не следует применять способ сглаживания при всех видах ремонтов пути, при планово-предупредительных работах по текущему содержанию пути, если выправка с постановкой в проектное положение не применялась во время последнего ремонта и на участках, где установлены скорости движения поездов более 120 км/ч. Способ сглаживания в основном используют при текущем содержании пути, если величина неровности в плане или профиле не превышает 20-25 мм на длине не более 10-12 м.

При выправке пути по методу фиксированных точек постановка рельсовых нитей в проектное положение осуществляется относительно фиксированной базовой линии. Измерительная база машины при этом должна располагаться неподвижно относительно пути. Установка базовой линии отсчета может осуществляться либо путем расположения впереди машины на определенном расстоянии передвижной тележки с оптическим или лазерным прибором, излучатель которого устанавливается согласно проектных отметок и располагается параллельно железнодорожному пути, либо предварительным нивелированием с сохранением путем соответствующей обработки данных измерений базовой линии отсчета. Как в первом, так и во втором случае оператор корректирует величину подъемки пути в каждой фиксированной точке, равной, как правило, базе машины. Величина сдвига пути вводится в машину путем смещения передней точки измерительной системы на требуемую величину. Несмотря на очевидное преимущество по качеству выправки пути метод фиксированных точек находит меньшее применение по сравнению с методом сглаживания. Это объясняется тем, что данные о подъемке и сдвижке рельсовых нитей в каждой фиксированной точке должны быть получены непосредственно перед работой машины, что требует дополнительных геодезических работ.

Комбинированный способ выправки пути может быть применен в случае, когда в одном из направлений выправки путь находится в удовлетворительном состоянии и сдвижки или подъемки незначительны, а в другом по длине и величине недопустимы. В этом случае подъемки или сдвижки рельсовых нитей выполняют методом сглаживания, а недопустимые величины сдвижек или подъемок выправляются по фиксированным точкам.

1 Г еодезические работы при выправке пути в профиле

1.1 Подготовка пути к работе выправочных машин

При ремонте пути с применением путевых машин должны быть известны величины отклонений фактического положения пути от проектного значения через небольшие фиксированные расстояния - в зависимости от типа машины через каждые 5-10 шпал, т. е. через 2,7 - 5,4 м. Разметка пути выполняется от начальной точки работы машины. Определение величин подъемок в точках разметки требует подсчета проектных отметок в каждой 52

52

Современные технологии - транспорту

53

из них и для определения фактического положения пути сплошного нивелирования по этим точкам. Эта работа весьма трудоемка и требует значительного времени. Ее выполняют обычно в два приема: в начале фиксируют положение ограниченного числа точек, расположенных друг от друга на расстоянии 50-70 м, отметки которых вычисляют, а затем выполняют с помощью оптических приборов детальную съемку промежуточных точек.

Применяемые в настоящее время большинством организаций съемки железнодорожного пути весьма трудоемки и имеют длительный полевой период. До настоящего времени на сети железных дорог отсутствует высотное обоснование. Оно, как правило, создается для нужд текущей съемки без учета целесообразности его использования для будущих съемок и для контроля за текущим состоянием пути.

С целью создания ресурсосберегающих технологий, оперативного выявления отступлений от норм содержания пути и последующего его приведения в проектное положение в настоящее время на большинстве грузонапряженных и практически на всех скоростных железнодорожных линиях разрабатывается, строится и постепенно внедряется специальная реперная система - планово-высотная геодезическая сеть вытянутой формы. Согласно техническим условиям она состоит из пунктов опорной геодезической сети (ОГС) и рабочей сети (РС) [2].

Пункты ОГС располагаются в полосе отвода, сооружаются по нормам закладки пунктов государственной сети на расстоянии 250-750 м друг от друга с обязательной видимостью между соседними пунктами. Рабочая сеть реперной системы создается в непосредственной близости от железнодорожного пути с расстояниями между пунктами 100-140 м на прямых и 50-70 м на кривых участках пути. Рабочие репера, как правило, располагаются на опорах контактной сети или в непосредственной близости от опоры на уровне головки рельса. При определении отметок рабочих реперов погрешность нивелирования 1 км не должна превышать ± 4 мм, а взаимное положение соседних реперов не должно превышать в плане ± 5 м и по высоте ± 3 мм.

Относительно пунктов РС выполняется съемка пути в плане и профиле, на основании которой составляется проектная документация, в которой указываются проектные и рабочие отметки напротив каждого репера и положение рельсовой колеи в плане относительно репера. Относительно пунктов ОГС и РС определяется положение точек перелома, начало и конец переходных кривых.

Опыт эксплуатации реперных систем показывает, что создание высокоточной геодезической сети позволяет иметь единую геодезическую основу на всех стадиях реконструкции, ремонта и эксплуатации линии, оперативно осуществлять контроль геометрических параметров пути, подготавливать данные для выправки пути и осуществлять контроль качества

54

Современные технологии - транспорту

выполненной работы сразу же после прохода выправочной путевой машины.

1.2 Методика определения подъема пути

При определении подъемок и рихтовок пути между точками, расположенными напротив каждого репера РС производится сплошная разметка фиксированных точек ремонтируемого пути. Расчет подъемок пути осуществляется относительно визирной линии, создаваемой оптическими или лазерными приборами, расположенной параллельно проектному положению пути. Оптическая линия может создаваться приборами типа ПРП (пу-терихтовочный прибор) или нивелирами с уровнем при трубе. При работе с ПРП он устанавливается непосредственно над точкой. Во второй точке разбиваемого отрезка помещается рейка с передвижной шкалой. На основной рейке (штанге) чертой нанесена высота ПРП (а) (рис. 1). Дополнительная рейка также имеет нулевую черту, от которой вверх и вниз наносятся сантиметровые и миллиметровые деления. Вверх от нулевой черты они имеют положительные, а вниз отрицательные значения.

Перед началом работ по определению подъемок в промежуточных точках фиксированного отрезка, на рейке установленной в точке В перемещением подвижной реечки устанавливают нулевой отсчёт на уровне равном условной высоте прибора (К).

Наведение средней нити сетки прибора осуществляется на отсчет равный высоте подъемки в точке В.

А

Рис. 1. Определение подъемок на фиксированных точках с помощью ПРП

Сохраняя положение визирной оси, рейка от точки В с принятым интервалом разбивки перемещается по направлению к точке А (к прибору). Отсчеты по реечке на промежуточных фиксированных точках сразу пока- 54

54

Современные технологии - транспорту

55

зывают величину подъемки, которые записываются на шпалах и в журнале. Их нумерация начинается с точки начала работы путевой машины.

В случае определения величин подъемки в промежуточных точках с помощью нивелира, он устанавливается на расстоянии 1,5 - 2 м от фиксированной точки, на которой помещается нивелирная рейка. Работа с нивелиром позволяет уточнить величину подъемки в этой точке от ближайшего репера сети и совместить эту работу с определением подъемок в промежуточных точках. Разность подсчета по рейке установленной на точке вблизи нивелира (А) и подъемки в этой точке hA дает условную величину инструмента К (рис. 2).

К — a — h

'A-

Рис. 2. Определение подъемок на фиксированных точках с помощью нивелира

Наведение на дальнюю рейку, установленную на второй фиксированной точке, осуществляется элевационным винтом на отсчет, равный значению суммы условной высоты инструмента К и подъемки в этой точке hB.

Ъ = K + hB =a-h, +h

в-

Сохраняя положение визирной оси неизменным берутся отсчеты по нивелирной рейке, устанавливаемой последовательно во всех точках разметки. Отсчеты записываются в журнал нивелирования. Подъемка на каждой точке вычисляется как разность промежуточного отсчета и условной высоты инструмента.

Нс - С -К = С — (a — hA).

При увеличении величин подъемки в пределах участка перелома профиля инструменты и рейка устанавливаются в начале и конце вертикальной кривой. Перед началом работы участок разбивается на необходимые

56

Современные технологии - транспорту

интервалы и для каждой точки подсчитывается проектная (теоретическая) стрела прогиба fT (рис. 3).

Л=У

2 R

где а и b - расстояния от начала и конца вертикальной кривой до рейки; R - радиус вертикальной кривой.

а

х hA C b

Д К

frc 1 fфс

! he ~~

hE

К

C

Рис. 3. Определение подъемок на участке вертикальной кривой

Условная высота инструмента в точке А определяется так же как и при определении подъемок на участках одного уклона с учетом подъемки в этой точке.

К = a —hA.

Наведение на рейку, установленную в точке В осуществляется с учетом подъемки в этой точке.

b = K + hB.

При перемещении нивелирной рейки от точки В к точке А и взятии отсчета на каждой промежуточной точке Ci определяется фактическая стрела прогиба.

При вогнутой кривой

/ф, =С,-а.

Разность фактических и теоретических стрел дает величину подъемки в каждой конкретной точке разметки.

hc /фс f ТС

56

Современные технологии - транспорту

57

2 Г еодезические работы при выправке пути в плане

2.1 Методы определения сдвижек на прямых и кривых участках пути

Определение фактического положения пути в плане и сравнение его с проектным представляет значительную сложность в кривых участках пути. На прямых участках сдвижки определяются от линии задаваемой оптическими или лазерными инструментами.

Повышение скоростей движения и ужесточение норм содержания кривых требуют поиска эффективных методов контроля выправки пути на кривых. Такими методами в настоящее время являются работы от фиксированных точек расположенных непосредственно на пути.

При создании реперной системы контроля положения пути расчетами определяются горизонтальные расстояния от каждого репера до рабочей грани рельса и оси пути. С помощью простейших измерительных приборов определяются их отклонения от проектных значений. На участках между фиксированными точками в каждой точке разметки определение отступлений в плане может быть выполнено относительно хорды, соединяющей эти точки [3]. Предварительно выполняется детальная разметка промежуточных точек с принятым интервалом и вычисляются проектные значения стрел изгиба на каждой из них.

В пределах переходных кривых стрелы изгиба вычисляются от хорды, стягивающей начало и конец переходной кривой по значениям прямоугольных координат от тангенсов (рис. 4).

Уі

K8

2/2

3456Rzl

K8

6 Rl

56R І 7040R4

4/4

где К - принятый интервал разбивки; R - радиус круговой кривой; l - длина переходной кривой.

58

Современные технологии - транспорту

Рис. 4. Определение стрел изгиба на переходной кривой

Согласно принятого интервала разбивки по прямоугольным координатам от тангенса у определяются стрелы изгиба f

ft =Л -sinC^-^ cosC

З = arctg

Гу A

1 о

где 5 - угол между тангенсом и хордой;

X0, Y0 - координаты конца переходной кривой.

В пределах круговой кривой (рис. 5) теоретические стрелы изгиба в точках разметки от стягивающей фиксированные точки хорды могут быть определены по формуле:

їдАів

а  Ъ 2 R ’

где а, в - расстояние от точки до концов хорды;

R - радиус круговой кривой.

По известным сдвижкам в фиксированных точках с помощью оптических или лазерных приборов создается направление теоретического (проектного) расположения хорды, относительно которой измеряются фактические стрелы изгиба.

В фиксированных точках с помощью закрепленной на рельсе реечки с делениями относительно рабочей грани головки рельса фиксируется величина сдвижки для перемещения этих точек в проектное положение. 58

58

Современные технологии - транспорту

59

Рис. 5. Определение стрел изгиба на круговой кривой: /ф и/ - фактические и теоретические стрелы изгиба; ДА и ДВ - сдвиги (рихтовка) в точках А и В (концы хорды); а и b - расстояния от промежуточной точки до концов хорды

Над одной из полученных точек устанавливается прибор (специальный визир, теодолит, лазерный генератор), а над другой точкой визирная цель, наведением на которую осуществляется создание проектного положения хорды. Относительно этой хорды (линии визирования) с использованием нивелирной рейки определяется фактическое положение рельсового пути в точках разметки. Величина сдвижек в этих точках определяется по формуле:

‘-V ~ J ФАКТ J ТЕОР

В случае если сдвижка д/ положительна, то рихтовка кривой осуществляется внутрь, а если отрицательная, то наружу.

2.2 Определение сдвижек пути электронным тахеометром

Разработка и широкое внедрение в практику съемочных и разбивоч-ных работ высокоточных электронных тахеометров существенным образом изменяет технологию определения рихтовок и позволяет выполнять весь комплекс подготовительных работ для выправки пути с высокой точностью на любых его участках.

Определение рихтовок пути выполняется с предварительной разбивкой кривой на фиксированные участки. Разбивка начинается с начала или конца кривой с нумерацией каждой точки. Для каждой точки, зафиксированной согласно принятого интервала разбивки определяют прямоугольные координаты от тангенсов и затем в той же системе координат выполняют детальную съемку кривой электронным тахеометром и находят их фактические координаты.

Для съемки кривой тахеометр устанавливают в начальной точке (НК или КК), присваивают ей нулевые координаты, выполняют ориентирование по прямому пути таким образом, чтобы дирекционный угол на ВУ был равен нулю. Съемку можно выполнять с начальных точек (НК или КК) или

60

Современные технологии - транспорту

с любой точки, расположенной вне железнодорожного пути, причем количество точек стояния тахеометра может быть любым. Располагаться эти точки могут как внутри, так и снаружи кривой.

При съемке кривой с произвольной точки после определения ее координат в системе прямоугольных координат от тангенсов определяют координаты всех зафиксированных точек на кривой. Для определения координат точек на кривой желательно иметь специальную штангу с устройством закрепления ее на рельсе или с фиксацией середины пути. Данное устройство должно иметь уровень для установки штанги в вертикальное положение и гарантировать принудительное центрирование отражателя над точкой.

Контролем точности определения координат является равенство теоретических и фактических значений абсцисс. Величина сдвижки определяется по разности фактической и проектной ординаты.

А/ У ФАКТ УпР-

Съемка кривой электронным тахеометром может производиться детально по всем точкам разбивки, либо комбинированным способом, когда тахеометром определяются координаты ограниченного числа точек, между которыми сдвижки определяются способом, описанным в разделе 2.1.

Заключение

Анализ существующих методов выправки рельсовой колеи путевыми машинами показывает, что их работа должна вестись от фиксированных точек, положение которых определяется геодезическими методами.

Предложенные методы определения подъемок и рихтовок от фиксированных точек с использованием специальной реперной системы позволяют определять положение точек, расположенных на небольших расстояниях друг от друга непосредственно перед работой путевых машин существующими геодезическими приборами.

Показано, что применение электронного тахеометра для подготовки железнодорожного пути к работе выправочных машин дает возможность находить величины подъемок и рихтовок без трудоемких вычислений при ограниченном количестве опорных пунктов, а его установка при съемке вне пути на переходных точках значительно повышает безопасность выполнения геодезических работ.

Библиографический список

1. Путевые машины / С. А. Сошников, М. В. Попович, В. М. Бугаенко и др. -М. : Желдориздат, 2000. - 756 с.

2. Специальная реперная система контроля железнодорожного пути в профиле и плане: технические требования. - М. : ВНИИЖТ, 1998. - 29 с.

3. Временные технические указания по использованию реперной системы при работе путевых машин. - М. : ВНИИЖТ, 1999. - 18 с. 60

60