[03-2024] Новая технология равномерного распределения и уплотнения балласта под шпалой

[Admin]

Новая технология равномерного распределения и уплотнения балласта под шпалой

СЫЧЁВ В.П., Российский университет транспорта (МИИТ), докт. техн, наук

Аннотация. Предлагается новая технология равномерного уплотнения балласта, отличная от известных способов, применяемых в текущем содержании пути, в том числе от суфляжа. Технология базируется на физическом явлении возвратно-поступательного движения шпалы под воздействием подвижного состава. Под шпалу укладывают перфорированную оболочку с балластом (отверстия от минимального размера фракции до максимального). Под нагрузкой от колеса балласт выдавливается из отверстий, а при разгрузке перетекает в свободные места. Оболочка также может быть использована в качестве демпфера.
Ключевые слова: балласт, суфляж, железнодорожный путь, оболочка, шпала, колесо.
Известно [1], что при подбивке железнодорожного пути имеет место неравномерное уплотнение балласта под шпалами. Это явление влияет на появление дефектов пути: просадок, перекосов, толчков подвижного состава, а также трещин и изломов шпал. Вызвано это явление образовыванием под шпалой свободных пространств при некачественной подбивке балласта, а также влиянием интенсивностью износа элементов верхнего строения пути, его угона, деформаций основной площадки земляного полотна и т.п. Неравномерное распределение балласта под шпалой влияет на безопасность эксплуатации пути и объемы его содержания, вызывая появление длинных неровностей, увеличение силового воздействия на путь и развитие дефектов рельсов [2, 3].
Уплотнение балласта осуществляется подбивкой балласта под шпалу ручным или механизированным способом [4, 5]. При подбивке пути балласт распределяется под постелью шпалы неравномерно, особенно в средней части железобетонных шпал.
Известен способ равномерного распределения балласта под шпалой, так называемый суфляж [6]. Он состоит из следующих операций: определение видимой и потайной просадки конца каждой шпалы; вывеска (подъемка домкратом) каждой шпалы до требуемого положения; открытие торцов шпал; подсыпка под шпалу специальной лопатой отмеренной порции балласта; опускание рельсовой нити; засыпка торцов шпал балластом.

Способ равномерного распределения балласта, основанный на применении суфляжной лопаты имеет значительные преимущества перед способом подбивки, однако имеет и недостатки. Суфляжная лопата представляет собой приспособление в виде узкого стального листа с рукояткой для сплошной подъемки пути на 5—50 мм. Конструкций суф-ляжных лопат множество, и известны они давно [7]. К недостаткам можно отнести следующие: трудоемкость процесса, низкую производительность, особенно для удаления длинных неровностей, отсутствие возможности устранить неравномерное опирание шпалы на балластный слой в случаях, когда, в одном месте шпала провисает больше, а в другом меньше, тогда как при распределении способом механического суфляжа балласт распределяется неравномерно и, следовательно, не устраняет провисание.
Частично недостатки механического способа суфляжа с помощью суфляжной лопаты устраняются способом пнев-мосуфляжа, равномерного распределения балласта посредством вдувания балласта под шпалу [8]. При пневмосуфля-же применяется воздуходувное устройство, работающее автономно, или машина, такая как впервые примененная на Британских железных дорогах в 1984 г. [9] на базе выпра-вочно-подбивочной машины Plasser 06—16 СТМ.
Как альтернатива подбивке и суфляжу предлагается новый запатентованный способ выравнивания рельсовой нити распределением балласта под шпалой [10], основанный на известном явлении возвратно-поступательных движений шпалы под воздействием подвижного состава. При проходе колес и движении шпалы вверх частицы «засасываются» под нее, а при движении вниз — возвращаются в окружающий шпалу балласт.
Технология заключается в том, что под шпалу укладывают балласт, упакованный в оболочки [11] оригинальной конструкции из гибкого, тканого, износостойкого материала с множеством специально рассчитанных по размеру и расположению отверстий.
Оболочка заполняется примерно на половину объема балластом; шпалу или группу шпал вывешивают (поднимают домкратом) до заданного положения; под шпалу укладывают оболочку с балластом. После укладки оболочки на нее опускают шпалу. На рисунке приведен пример размещения оболочек под несколько последовательно расположенными шпалами. При проходе подвижного состава по участку пути давлением от колеса из отверстий оболочки выдавливается порция балласта, перетекающая равномерно в свободные под шпалой места при снятии нагрузки и так до опустошения оболочки под воздействием проходящего по участку поезда.

Оболочка из тканого износостойкого материала с отверстиями не меньше, чем фракция подсыпаемого балласта, заполняется наполовину и встряхивается перед укладкой таким образом, чтобы ее поверхность стала относительно ровной. Размеры отверстий в оболочке разные, от размера, совпадающего с минимальным размером частицы щебня из фракции до максимального размера частиц балласта, укладываемой фракции. Частицы балласта с усилием выходят из отверстий под давлением подвижного состава.
Величина отверстий может корректироваться при укладке оболочки, размер которой целесообразно сделать под размер шпалы. Однако, учитывая значительный вес такой оболочки, удобнее под шпалу укладывать несколько оболочек до метра длиной, одну к другой.
Колесо давит на рельс, шпала давит на оболочку, из оболочки выходит часть балласта, шпала приподнимается после прохождения по ней колеса, выдавленные из оболочки частицы балласта перетекают в свободную зону и уплотняются давлением следующего колеса.
Скорость истечения балласта из оболочки до ее полного освобождения от балласта регулируется числом и размерами отверстий. Перфорацию оболочки в заводских условиях целесообразно проводить, основываясь на предполагаемом времени и скорости истечения балласта до полного завершения процесса. Важнейшей задачей, которая требует теоретических и экспериментальных исследований, является выявление зависимости скорости истечения балласта из оболочки V от размеров отверстий d,, числа отверстий в оболочке п, веса поездов р и интенсивности движения на участке (поездов в час) w:
V = f(d|, n, р, w).
Объем балласта в оболочке должен быть не меньше объема балласта, потребного для выравнивания рельсовой нити по уровню в соответствии с нормативными значениями содержания железнодорожного пути или результатами его диагностики. При этом отверстия могут быть выполнены с клапанами, открывающимися под заданным давлением на оболочку. Входные отверстия для заполнения оболочки балластом могут быть выполнены со штуцерами или заглушкой.
Таким образом, в дополнение к известным способам выравнивания рельсовой нити предложен новый способ равномерного распределения балласта под шпалы.

• Технология позволяет решить следующие задачи: оперативное выравнивание рельсовой нити по уровню; устранение провисших стыков;
• равномерное распределение балласта под шпалой;
• снижение объема работ по подбивке балласта или в отдельных случаях исключение этих работ;
• снижение динамического воздействия на путь;
• снижение скорости роста дефектов рельсов;
• частичная замена подбалластных матов для виброизоляции конструкции верхнего строения пути согласно действующему ГОСТу [12].

Для практической реализации технологии рекомендуется следующее:
1) заложить опытные участки, уложив на них под шпалы оболочки, в том числе взамен демпфирующих матов;
2) обобщить результаты опытной эксплуатации по анализу скорости пассивного поглощения вибрации; снижения объема подбивочных работ при текущем содержании пути без ухудшения качества его содержания, уменьшение роста дефектов рельсов.

Российский приоритет обеспечен группой патентов, что позволяет рекомендовать его для опытного применения.

Список источников

1. Каменский В.Б., Горбов Л.Д. Справочник дорожного мастера и бригадира пути. М.: Транспорт, 1985. 487 с.
2. Сидорова Е.А., Певзнер В.О., Чечельницкий А.И. Показатели силового взаимодействия пути и подвижного состава при движении грузового вагона по длинным неровностям с учетом действия продольных сил // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2021. Т. 80, № 6. С. 359-365.
3. Ralls life cycle evaluation depending on the operating conditions / V.P. Sychev; D.V. Ovchinnikov; A.Yu. Abdurashitov; V.A. Pokatsky; A.V. Sycheva // International Transport Scientific Innovation : ITSI-2021: AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2476, No 1. 020010. DOI: https://doi.Org/10.1063/5.0104545.
4. Правила назначения ремонтов железнодорожного пути: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 17.12.2021 № 2888/р.
5. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» № 2288р от 14.11.2016 (в ред. от 02.11.2022).
6. Суфляж // Краткий технический железнодорожный словарь. М.: Трансжелдориздат, 1941. С. 827.
7. А.с. № 67414 СССР. Суфляжная лопата / Карпов Н.А. № 5068 (339273); заявл. 11.07.1946; опубл. 31.12.1946. URL: https://findpatent.rU/patent/6/67414.
8. Каплин В.Н., Абрашитов А.А., Гринь Е.Н. Технология и определение применимости пневмосуфляжа при текущем содержании пути // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2020. Т. 79, № 2. С. 74-79.
9. Абрашитов А.А. Пневмосуфляж при выправке пути на щебёночном балласте // Мир транспорта. 2012. Т. 10, № 6(44). С. 56-60.
10. Патент № 2788986 РФ, Е01В 27/18. Устройство и способ выравнивания рельсовых нитей по уровню распределением балласта под шпалу / Сычев В.П. № 2022120187; заявл. 22.07.2022; опубл. 26.01.2023; Бюл. № 3.
11. Патент № 215860 РФ, Е01В 27/02. Устройство распределения балласта под шпалы / Сычев В.П. № 2022127411; заявл. 21.10.2022; опубл. 30.12.2022; Бюл. № 1.
12. ГОСТ Р 70258-2022. Маты подбалластные для виброизоляции конструкции верхнего строения пути. Методы испытаний. Ввел. 01.09.2022. М.: Ростандарт, 2022. 20 с.

NEW TECHNOLOGY FOR UNIFORM DISTRIBUTION AND COMPACTION OF BALLAST UNDER THE SLEEPER
Sychev Vyacheslav — D.Sci, Professor, Russian University of Transport. Moscow, Russia, vp@vpm770.ru
Abstract. A new technology for uniform ballast compaction is proposed, which differs from the known methods used in the current maintenance of the track, including souffle. The technology is based on the physical phenomenon of reciprocating sleeper movement under the influence of rolling stock. A perforated shell with ballast is placed under the sleeper (holes from the minimum fraction size to the maximum). Under the load from the wheel, the ballast is squeezed out of the holes, and when unloading it flows into empty spaces. The shell can also be used as a damper.
Keywords: soufflage, railway track, shell, ballast, sleeper, wheel.