Рациональные структурные параметры сглаживающих систем рихтовки пути

Решениями ХХУ1 съезда КПСС, последующими решениями партии и правительства перед железнодорожным транспортом поставлены большие задачи по освоению возрастающих грузовых и пассажирских перевозок, повышению производительности труда, ускорению научно-технического прогресса / 1,2,3 /.

Обеспечение бесперебойного и безопасного движения поездов в условиях возрастания перевозок предъявляет повышенные требования к надежности пути, а следовательно, к качеству производства путевых работ, выполняемых в процессе его эксплуатации. Одновременно повысились требования к технической вооруженности труда. Как отмечалось на заседании коллегии МПС 20 сентября 1983 года, ключевой задачей является повышение производительности труда железнодорожников, достижение по этому показателю наивысших в мировой практике результатов. В связи с этим одной из важнейших проблем является создание средств производства путевых работ с более высокими техническими параметрами, отвечающими требованиям не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня / 4 /.

К числу наиболее сложных и трудоемких путевых работ относится рихтовка пути. Она заключается в устранении или уменьшении горизонтальных неровностей пути до допустимого значения посредством перемещения рельсо-шпальной решетки в поперечном направлении. Горизонтальные неровности, как известно, увеличивают силы взаимодействия пути и экипажа и в числе других характеристик пути определяют уровень пропускной и провозной способности железных дорог.

Для уменьшения горизонтальных неровностей применяются сглаживающие системы рихтовки пути (ССРП). При сглаживании устраняется необходимость в определении ординат неровностей. Благодаря этому упрощается технология рихтовки пути и увеличивается выработка путерихтовочных машин и устройств. Сглаживающие системы нашли применение на железных дорогах во многих странах мира.

В СССР исследования и разработка ССРП осуществляются в МИИТе, ВНИИЖТе, ЦНИИСе, ЛИИЖТе, ПТКВДП МПС и других организациях.

Заметный вклад в теорию анализа и практику создания сглаживающих систем рихтовки пути внесли советские ученые и специалисты И. Я. Туровский, Е. Р. Иванов, А. П. Щербакова, А. А. Лебедев, Ю. К. Егерев, А. Е. Копылов, И. В. Черный, В. Х. Балашенко, М. В. Попович, А. В. Белов и др.

В результате исследований, выполненных в МИИТе, разработана рихтовочная система на электробалластере / 5 /. Аналогичной системой оснащена рихтовочная машина Балашенко / 6 /. В настоящее время системами сглаживающего типа оснащаются машины ВПО -3000 / 7,8 /. Указанные системы разрабатывались к уже существующим машинам. Поэтому выбор той или иной системы и ее структурных параметров, т. е. длины измерительной базы и расстояний между измерительными устройствами, во многом определялись схемами и размерами самих машин.

На современном этапе развития техники путевого хозяйства важное значение имеют создание более совершенных и эффективных рихтовочных систем. При этом повышенные требования должны предъявляться к качеству их работы (качеству рихтовки пути). Вместе с тем методы выбора рациональных структурных параметров ССРП на стадии их разработки развиты еще недостаточно. Поэтому оценка и сравнение систем осуществляется, в основном, на основе результатов испытаний опытных образцов. Однако от идеи создания какойлибо системы до изготовления опытного образца проходит достаточно много времени. На проведение испытаний также уходит время.

На то и другое расходуются значительные материальные и трудовые ресурсы. Кроме того, для получения сопоставимых оценок испытания сравниваемых систем должны проводиться в идентичных условиях, что осуществить практически очень сложно. Поэтому создание метода выбора рациональных структурных схем и параметров ССРП на стадии их разработки является актуальной проблемой. Основная цель настоящей диссертационной работы состоит в решении этой проблемы.

Для ее достижения необходимо:

— систематизировать информацию в области сглаживающих систем рихтовки пути и составить методику комплексного анализа ССРП;

— разработать метод оценки и сравнения ССРП с различными структурными параметрами;

— провести экспериментальные исследования с целью подтверждения основных положений метода оценки ССРП по качеству рихтовки;

— разработать методику определения рациональных структурных параметров систем, предназначенных для определенных условий производства работ.

В работе представлены результаты комплексного анализа трехточечной и четырехточечной ССРП. Цриводятся результаты исследований систем с конечной и бесконечной памятью, дается сравнительный анализ ССРП для машины ВП0−3000.

В результате исследований найдены параметры рихтовочных систем, обеспечивающих требуемое качество рихтовки при производстве капитального ремонта пути и разработана длиннобазовая рихтовочная система к машине ВП0−3000, которая защищена тремя авторскими свидетельствами. Результаты исследований использова ны при разработке конструкторской документации по проекту ПТКБ ЦП МПС № 1892.00.00.000 и при составлении инструкции по эксплуатации рихтовочного устройства / 9 /. К концу 1983 г. длинноба-зовыми рихтовочными устройствами оборудовано 53 машины ВП0−3000 на 20 дорогах сети. По данным Главного управления пути МПС экономический эффект от их использования в 1983 году составил около 410 тыс. рублей.

Таким образом, по результатам выполненных исследований на защиту выносятся:

— вероятностный метод оценки эффективности сглаживающих свойств рихтовочной системы;

— методика выбора рациональных структурных параметров сглаживающих систем рихтовки пути;

— рациональные структурные параметры систем для условий капитального ремонта пути (для машины ВП0−3000);

— структурная схема и алгоритм функционирования сглаживающей системы рихтовки пути с бесконечной памятью.

4.8. Выводы по главе четвертой.

В результате проведенных исследований:

— разработана методика определения дисперсии входной функции, характеризующей плавность положения пути в плане, найдено уравнение дисперсии входной функции на участках капитального ремонта пути, связывающее дисперсию входной функции с точностью укладки путевой решетки;

— разработан метод определения статистического коэффициента сглаживания ССРП по входной функции, наедены зависимости статистического коэффициента сглаживания от структурных параметров трехточечной и четырехточечной систем;

— найден прием определения дисперсии остаточных случайных погрешностей после прохода ССРП, определены погрешности после прохода ВП0−3000, оборудованной длиннобазовым рихтовочным.

ГУ устройством;

— рекомендовано оценивать качество рихтовки пути ССРП статистическим коэффициентом сглаживания определяемым структурными параметрами системы, дисперсией входной функции и дисперсией остаточных погрешностей, разработана методика сравнения различных систем по данному критерию;

— проведено сравнение вариантов ССРП с различными структурными параметрами для машины 6П0−3000, выбраны два варианта:

1) длиннобазовая трехточечная ССРП с бесконечной памятью для отделений железных дорог со спокойным планом линии;

2) комбинированная система, состоящая из двух короткоба-зовых четырехточечных ССРП, для отделений железных дорог со сложным планом линии (большим количеством кривых малого радиуса).

5. ДЛИНН0БА30В0Е РИХТОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО НА МАШИНЕ ВПО — 3000.

5.1. Принцип работы устройства.

Рихтовочное устройство для машины ВП0−3000 разработано на основе теоретических исследований сглаживающих систем рихтовки пути с памятью, изложенных в главе 3 настоящей диссертации.

Структурная схема устройства выбрана путем сравнения вариантов (см. главу 4).

В соответствии с выбранной структурной схемой управление рихтовочным устройством на прямых и кривых участках осуществляется автоматически за один проход машины (рис. 5.I).

При движении машины замеряются стрелы изгиба упорной рельсовой нити одновременно в двух точках от хорды I. Стрелы, замеряемые датчиком 2, поступают в блок формирования программных стрел 3. Туда же поступают сигналы от датчика скорости движения машины 4. В устройстве сравнения 5 происходит сравнение натурных стрел, замеряемых датчиком 6 с программными стрелами для тех же сечений и вырабатываются команды управления механизмом сдвига 7. Механизм сдвига перемещает рельсошпальную решетку, обеспечивая равенство натурных и программных стрел.

В основу формирования программных стрел положены соотношения в стрелах справедливые для участков правильных круговых и переходных кривых. На рис. 5.2 показано положение измерительной хорды в пределах правильной переходной кривой, ординаты которой изменяются по уравнению кубической параболы.

Стрелы, замеряемые соответственно передним и задним по ходу датчиками, определяются по формулам:

Функциональная схеха устрайстВа.

7 ' / 1 4 гх.

1с-г з *.

Рис. 5. /.

Положение измерительной хорды.

Рис. 5. г юУ*-*- У*** ;

I* (5.1) где /7? и /7?, — коэффициенты, зависящие от геометрических параметров измерительной системы и равные соответственно = ?2 — ^ = д Л + с — - - с — ординаты переходной! фивой (кубичес.

V. ?2 ¿-г*^ кой параболы) равные соответственно ^ - и т. д. оСа оиа.

С0 — параметр кривой).

Подставив выражения коэффициентов лг и лг, и ординат переходной кривой в (5.1), можно получить следующие уравнения линий стрел на переходных кривых и1 — ^/Д — ??'а+^/'аг6 — ¿-У >' С5−2).

Н й = + <$ +са) ^ ^.

Преобразуем стрелы, замеряемые передним датчиком^ с тем, чтобы в пределах правильных круговых кривых показания обоих датчиков стрел были одинаковы гг/ ^ > С5.4) здесь — преобразованная стрела.

После преобразования (5.4) в пределах круговых кривых соблюдается равенство ^ /7.

На переходных кривых.

Сопоставляя (5.5) и (5.3), можно сделать вывод о том, что на переходных кривых графики функций представляют собой прямые наклонные линии параллельные между собой (рис. 5.3). При этом разность ординат этих линий в сечениях, расположенных на расстоянии 3 друг от друга, составляет.

5.6).

Разность же ординат в одном и том же сечении пути (например, в сечении я + 6), составляет.

На основании (5.6) и (5.7) можно записать уравнение.

2, Ю, 7.

3. (5.8).

Можно также записать следующее уравнение, связывающее стрелы в трех сечениях пути (см. рис.5.3) / #.

5.9) где /т?^— ¿-//¿-Л/ щ.

Подставив (5.8) в (5.9) и заменив согласно форцулы.

5.4), получим.

7 /7 I.

Я* (5.10) где ¿-е/, *.

Соотношение (5.10) справедливо для правильных прямых участков, круговых и переходных кривых. Аналогичное соотношение положено в основу формирования программы работы рихтовочного устройства.

ГУ Графики прибедеиных стрел при расположении хорды 6 пределах правильной переходной кривой.

Рас. 5.3 я* - Г'-^Ях-г '/р. /, и) где /4 и — программные стрелы соответственно в сечениях.

А — стрела, замеряемая передним датчиком в сечении.

Заменив уг/, у перепишем выражение (5.11) в виде ^ «^-/У (5.12) или.

— М*-*). (5.13).

При условии, что отрезок / достаточно мал можно допустить, что скорость движения машины (^) и скорость изменения ординат программы (??) в пределах данного образца остаются постоянными. Отсюда /V* (5.14) где t — время движения машины на отрезке пути длиной?. Подставив (5.14) в (5.13) и приняв 0, получим.

5Л5).

Техническая реализация формулы (5.15) обеспечивает непрерывность формирования программы управления механизмом сдвига при движении машины и автоматическое введение поправки на переходных кривых.

5.2. Краткое техническое описание рихтовочного устройства.

Основные узлы устройства показаны на рис. 5.4. Концевые тележки I и 7 служат для закрепления троса-хорды 4. Они имеют.

Устройство для рихтоёки пути.

АапоаВление^ д? имения.

1-КощеВая тележка] г-измерительная тележка-, 3-механизм сдВигак-трос-хорда- 5-измерительная тележо- 6-натяжное устройства]!'КанцеВая тележка- 8- датчик скорости дВижения- 3-пульт управления.

Рис. 5.4 практически одинаковую конструкцию и отличаются только узлами фиксации хорды. На тележке I конец хорды закрепляется с помощью коуша. На тележке 7 хорда огибает обводной блок и соединяется с пневматическим натяжным устройством б, предназначенным для создания постоянного натяжения троса-хорды как в прямых, так и кривых участках пути.

Измерительная тележка 2 размещается непосредственно в зоне рихтовки, а измерительная тележка 5 на неотрихтованном пути / 51 /. Обе тележки оборудованы датчиками для измерения положения пути относительно хорды. В качестве датчиков используются бесконтактные сельсины. Во время работы все тележки прижимаются к одной и той же рельсовой нити.

Гидравлический механизм сдвига 3 служит для перемещения рельсошпальной решетки в поперечном направлении. Механизм сдвига и тележки крепятся к раме машины с возможностью подъема в транспортное и опускание в рабочее положение.

Пульт управления 9 размещается в кабине. Он электрически связан с датчиками, установленными на измерительных тележках, с датчиком скорости движения и приводом механизма сдвига / 52 /.

Схема размещения узлов устройства на раме машины представлена на рис. 5.5.

В процессе движения устройства по электрическим сигналам, поступающим от датчика скорости и датчика положения пути, размещенного на тележке 5, на пульте формируется задание на рихтовку. Там же происходит сравнение сигнала, поступающего от датчика на тележке 2, с заданным и вырабатывается команда механизму сдвига. Механизм сдвига по команде перемещает рельсошпальную решетку и вместе с ней тележку 2 в поперечном направлении, обеспечивая равенство действительного и требуемого значения управляемой величины .

Схема расположения элементов рихтоёочнага устройства.

1 г 3 4- 8 5 9 67.

7 — концбЗыё тележки- 2,5- измерительные тележки;

3- механизм сдВига- 4— Трасхорда;

6- натяжное устройство- 8-датчик скорости дВижения- 9 — пульт упрабления. (.

Рис. 5.5.

Для оценки оглаживающих свойств рихтовочных устройств проводились замеры стрел изгиба рельоовых нитей до и после црохода машин Ш0−3000. Стрелы замерялись от 20 метровой хорды в ее середине, через каждые 5 или 10 м пути. Характеристики контрольных участков и материалы статистической обработки результатов замеров представлены в табл. 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненные исследования позволили разработать вероятностный метод определения рациональных структурных параметров сглаживающих систем рихтовки пути.

Разработанный метод применен при выборе рациональных параметров систем, удовлетворяющих специфическим условиям производства капитального ремонта пути.

На основании выполненных исследований и выводов по каждому разделу работы можно сделать следующие основные выводы по диссертации в целом:

1. В качестве основных характеристик сглаживающих систем рихтовки цути при их комплексном анализе и синтезе необходимо рассматривать: устойчивость, эффективность сглаживания исходных неровностей, способность к одностороннему накоплению ошибок (уводу пути).

2. В процессе работы трехточечной ССРП по программе, определенной расчетом на основании паспортных данных о плане линии, из-за ошибок в исходных данных происходит односторонний увод пути. Увод может достигать значительной величины особенно при большой длине измерительной хорды. Получены аналитические зависимости величины увода пути из-за ошибок в радиусе круговой кривой, длине и разбивке переходной кривой.

Установлено, что во избежании больших по величине уводов программирование работы ССРП необходимо вести на основе текущей информации, снимаемой с пути в процессе рихтовки, и паспортных данных о плане линии, используемых для введения поправок на переходных кривых.

Этому требованию удовлетворяют системы, в которых использу.

М7 ется текущая информация, снимаемая с уже отрихтованного пути, а также системы, использующие информацию, снимаемую с неотрих-тованного пути перед механизмом рихтовки (системы с конечной и бесконечной памятью).

3. Сглаживающие системы рихтовки пути с конечной и бесконечной памятью при равных структурных параметрах обладают идентичными качественными характеристиками.

В системе с бесконечной памятью запоминание информации осуществляется за счет рекурентных преобразований, в связи с чем для ее технической реализации требуется меньшее по объему памяти запоминающее устройство, чем для ССРП с конечной памятью.

Система с бесконечной памятью является более рациональной чем система с конечной памятью и может быть рекомендована для использования в выправочно-подбивочно-отделочных машинах.

4. Сглаживающие свойства ССРП предлагается оценивать статистическим коэффициентом сглаживания, определяемым структурными параметрами системы, дисперсией входной функции и дисперсией остаточных погрешностей.

Разработан метод определения статистического коэффициента сглаживания ССРП в рамках которого:

— разработана методика определения дисперсии входной функции, характеризующей плавность положения пути в плане, найдено уравнение дисперсии входной функции на участках капитального ремонта пути, связывающее дисперсию с точностью укладки путевой решетки;

— разработан метод определения статистического коэффициента сглаживания ССРП по входной функции, найдены зависимости статистического коэффициента сглаживания от структурных параметров сглаживающих системметод подтвержден экспериментально.

— найден прием определения дисперсии остаточных случайных погрешностей после прохода ССРП.

5. Разработана методика сравнения систем о различными структурными параметрами. Проведено сравнение вариантов систем для машины Ш0−3000. В результат©сравнения выбраны два варианта:

— длиннобазовая ССРП с бесконечной памятью для отделений железных дорог со спокойным планом линии;

— комбинированная ССРП, состоящая из двух короткобазовых четырехточечных систем для отделений дорог со сложным планом линии (большим количеством кривых малого радиуса).

6. На основании разработанных структурной схемы и алгоритма функционирования ССРП с бесконечной памятью создано и испытано в эксплуатационных условиях длиннобазовое рихтовочное устройство для машины ВПО-ЗООО.

Испытания показали, что устройство обеспечивает требуемую плавность рельсовой колеи в плане как на «основных», так и на «отделочных» работах капитального ремонта пути. Его применение в технологических процессах ремонтов пути позволяет примерно в 3 раза сократить трудовые затраты на рихтовку, проводимую вручную средставми малой механизации.

Длиннобазовое рихтовочное устройство внедрено уже на 20 дорогах сети, его внедрение продолжается. По данным Главного управления пути МПС экономический эффект от использования устройства на железных дорогах сети в 1983 году составил 410 тыс. рублей.

Mg.