Машина первичной выправки пути МПВ
Директор по новым разработкам Группы ПТК Юрий Лысый и руководитель Управления разработки и методов производства работ Группы ПТК Николай Фёклин подготовили материал о создании и особенностях характеристик МПВ разработки АО «Тулажелдормаш им. А.В. Силкина».
В 2018 г. на сеть дорог ОАО «РЖД» поступили первые самоходные машины по выправке пути, уплотнению и отделке балластной призмы ВПО-С, разработанные АО «Тулажелдормаш им. А.В. Силкина», входящим в Группу ПТК, что позволило отказаться от использования локомотивов. Максимальная производительность машины составляет 3000 шпал/ч (рис. 1).
С внедрением машин ВПО-С удалось сократить эксплуатационные расходы до 30 % на выполнении выправочно-отделочных работ, а также снизить потери в поездной работе в 1,5-2,0 раза.
В развитие линейки самоходной техники АО «Тулажелдормаш им. А.В. Силкина» в 2021 г. выпустило машину первичной выправки МПВ. Компоновка и функционал ее на стадии проектирования согласовывались с Центральной дирекцией по ремонту пути. Основная задача коллектива конструкторов заключалась в том, чтобы разработать такой многофункциональный комплекс, который бы заменил несколько машин, задействованных в технологической цепочке.
МПВ состоит из двух секций (рис. 2.):
- выправочно-подбивочной (экипажная часть, энергетическая установка, кабина управления, рабочая кабина, подъемно-рихтовочное устройство, виброуплотнительные плиты, передний отвал, передний планировщик);
- стабилизационно-планировочной (экипажная часть, энергетическая установка, кабина, механизм стабилизации, подборщик, центральный планировщик-распределитель, задний планировщик-распределитель, комплект подбивочных блоков, подъемное устройство, уплотнитель балласта по торцам шпал).
Таким образом, МПВ заменяет пять единиц путевой техники: электробалластер, выправочно-подбивочно-отделочную машину, распределитель-планировщик балласта, динамический стабилизатор пути, выправочно-подбивочную машину циклического действия.
Скорость передвижения машины самоходом от 2 до 16 км/ч, минимальный радиус кривой при проходе в рабочем режиме равен 250 м, максимальная производительность составляет 3000 м/ч, максимальная величина подъема и сдвига рельсошпальной решетки — 300 мм.
Техническая характеристика МПВ представлена ниже.
Длина по осям автосцепок составляет - 55,66 м.;
Масса - не более 188 т;
Суммарная мощность силовых установок - не менее 600 кВт;
Осевая формула: (20-20)-(2-2);
Экипаж - чел. 6;
Максимальная скорость движения самоходом в рабочем режиме составляет 16км/ч., при дозировке и распределении балласта – 8 км/ч, при выправке и уплотнении балласта – 3 км/ч.
Рабочие органы первой секции - отвал, планировщики, балластерная рама, подъемно-рихтовочное устройство, виброплиты.
Рабочие органы второй секции - планировщик-распределитель, стабилизатор балласта, щеточный подборщик, уплотнитель откосов.
Точность выправки пути составляет ± 1 мм.
Точность измерения пути составляет ± 1 мм.
В МПВ использованы геоинформационные технологии, автоматическое управление основными рабочими органами. Повышенная точность выправки обеспечивается за счет контроля микроуклонов. Важной функцией является визуализация, сбор и хранение информации о характеристиках балластной призмы и пути.
Обслуживает МПВ шесть человек, что в сравнении с традиционно применяемой технологией на 60 % меньше. Собственный жилой модуль позволяет отказаться от вагонов сопровождения.
За счет объединения операций и уменьшения числа проходов количество «окон» для выправки пути сокращается на 33 %. В результате производительность увеличивается в 1,5 раза при общем снижении стоимости работ на 53 %.
Технология объемного уплотнения балласта
Машина МПВ непрерывного действия, имея полный комплект оборудования, способна выполнять высокоточную выправку пути с качественным объемным уплотнением щебня под подошвой шпал с высокой производительностью. Специалистами АО «ВНИКТИ», ОАО «РЖД», Группы ПТК разработана Программа-методика эксплуатационных испытаний «Технология ремонтно-путевых работ с применением инновационного комплекса машин для выправки пути с объемным уплотнением балласта» (рис. 3).
Первый этап испытаний прошел с 20 по 29 июля 2023 г. на полигоне Северной дороги в рамках капитального ремонта первого уровня II главного пути перегона Бушуиха—Лежа с различными составами выправочно-подбивочных машин непрерывного и непрерывно-циклического действия. В технологическую цепочку были включены машины ВПО-С и МПВ для определения качества выправки и динамической стабилизации балластной призмы без использования выправочно-подбивочных машин непрерывно-циклического действия и динамической стабилизации.
На четырех участках ремонта общей протяженностью 2 км были выполнены выправочные работы различными комплексами машин. Опытные технологические цепочки следующие:
схема № 1: ЩОМ-2000 (секция 2) — ВПО-С — ХДВ — ДСП — МПВ (1 секция) — МПВ (2 секция) — РПБ, участок 643 км ПК8—10 — 644 км ПК1—2;
схема № 2: ЩОМ-2000 (секция 2) – ВПО-С – ХДВ – МПВ (1 секция) – МПВ (2 секция) – РПБ, 644 км ПК3—6;
схема № 3: ЩОМ-2000 (секция 2) — ВПО-С — ХДВ — МПВ (1 секция) — ДСП — РПБ, 644 км ПК7—10 — 645 км ПК1—2.
Технологическая цепочка, применяемая на сети дорог, — схема № 4: ЩОМ-2000 (секция 2) — ВПО-С — ХДВ — ДМ 09-32 — ДСП — РПБ, 657 км ПК1—5.
В ходе эксплуатационных испытаний были заложены три участка для выполнения работ цепочками машин по схемам № 1, 2 и 3 на инвентарных рельсах. Участок пути, отремонтированный по схеме № 4был заложен на фронте с рельсовыми плетями, введенными в оптимальный температурный режим машиной РУ-700 (рис. 4).
На всех участках наличие очищенного щебеня под рельсошпальной решеткой после работы щебнеочистительной машины ЩОМ-2000 обеспечивало возможность выправки пути машиной ВПО-С с подъемкой до 50—60 мм. Дальнейшую выправку и пополнение балласта проводили в соответствии с технологическими цепочками для каждого участка согласно схемам методики АО «ВНИКТИ». На участках № 1, 2 и 3 после замены инвентарных рельсов на плети проведена чистовая выправка и стабилизация пути машиной МПВ.
После пропуска 1,2 млн т брутто состояние пути на опытных участках по результатам прохода вагона-путеизмерителя соответствовало проектным параметрам и не уступало качеству пути, отремонтированного по существующей технологии, где за этот период выполнена пятикратная выправка пути машиной непрерывно-циклического действия типа Дуоматик 09-32.
Таким образом, по результатам первого этапа испытаний можно сделать следующие выводы:
последовательная работа выправочно-подбивочных машин непрерывного действия с объемным уплотнением балласта в процессе ремонта пути обеспечивает необходимые параметры стабилизации балластной призмы без использования машин типа ДСП;
окончательная выправка пути машиной МПВ выполняется с требуемой точностью без применения машин непрерывно-циклического действия.
Учитывая полученные положительные результаты, было принято решение о продолжении исследований с учетом увеличения объемов испытаний.
На втором этапе с 20 по 28 сентября 2024 г. проведены опытные измерения модуля упругости и оценки однородности объемного уплотнения балласта по I главному пути участка Шушково—Беклемишево Северной дороги при производстве капитального ремонта третьего уровня. Объем работ составил уже более 10 км.
Инженеры ПГУПСа с участием специалистов дистанции пути и путевой машинной станции определили модули упругости подшпального основания балластной призмы в прямых и кривых участках пути при работе различных комплексов машин в следующей последовательности:
по завершении выправки машиной ВПО-С после очистки балласта щебнеочистительными комплексами;
после прохода первой секции машины МПВ, работавшей за хоппер-дозаторной «вертушкой»;
по окончании динамической стабилизации пути второй секцией машины МПВ.
Для косвенной оценки качества и однородности уплотнения балласта использовали модуль упругости, определяемый методом динамического нагружения и его коэффициент вариации (Cv).
Контроль модуля упругости объемного уплотнения балластной призмы проводили в шпальных ящиках в семи местах (рис. 5).
1, 7 — на плече балластной призмы за торцами железобетонных шпал по обочине и в междупутье; 2, 3, 5, 6 — в шпальном ящике снаружи и внутри рельсовой колеи правого и левого рельса; 4 —в шпальном ящике по оси пути
Оценка качества и однородности уплотнения балласта
В соответствии с ГОСТ Р 59866—2022 требования к показателям деформативности и однородности уплотнения верхнего щебеночного слоя дорожной одежды автомобильных дорог I категории устанавливаются показателем модуля деформации при повторном нагружении не менее 180 МПа и показателем однородности модуля деформации при динамическом нагружении не более 0,16.
Требования к деформационным характеристикам щебеночного балласта и его плотности в ОАО «РЖД» на сегодняшний день отсутствуют. В результате научно-исследовательской работы получены значения модуля упругости балластной призмы, равные в первом приближении 120—150 МПа, которые могут быть приняты для оценки уплотнения подшпального основания после ремонта пути.
Значения модуля упругости при динамическом нагружении и показатель однородности модуля упругости определены по данным, полученным после прохода каждой выправочной машины в предлагаемых и существующей технологических цепочках.
Результаты измерений
По данным прохода вагона-путеизмерителя, состояние пути на опытных участках, отремонтированных с использованием технологии объемного уплотнения балласта, соответствует проектным параметрам и не уступает по критерию качества участкам, отремонтированным с помощью существующей технологии. Все участки имеют оценку «отлично».
Результаты измерений модуля упругости подшпального основания на участках работ по технологии объемного уплотнения путевыми машинами непрерывного действия (ВПО-С и МПВ) и по существующей технологии машинами непрерывного действия ВПО-С и непрерывно-циклического действия Динамик 09-3X, показали, что его распределение в поперечном сечении балластной призмы имеет неравномерный характер. Наибольшие значения регистрируются в подрельсовом сечении, наименьшие — по оси пути. Указанное распределение модуля упругости подшпального основания хорошо согласуется с распределением напряжений и деформаций в поперечном сечении балластной призмы, что полностью исключает возможность поперечного излома железобетонной шпалы при эксплуатации (рис. 6).
Всего было выполнено 322 измерения (46 поперечных сечений) на семи различных участках. Полевые измерения проведены в полном объеме. Поставленные цели исследования достигнуты. По результатам проведенной работы можно сделать следующие основные выводы:
- состояние пути, отремонтированного капитальным ремонтом третьего уровня с применением технологии объемного уплотнения балластной призмы машиной МПВ, оборудованной системой управления повышенной точности, без использования машины непрерывно-циклической выправки и динамической стабилизации пути Динамик 09-3X, по результатам проверки вагона-путеизмерителя не требует повторной выправки пути машиной непрерывно-циклического способа действия;
- последовательная работа выправочно-подбивочных машин непрерывного действия ВПО-С и МПВ в технологии ремонта пути обеспечивает требуемые параметры рельсовой колеи и стабилизации балластной призмы без дополнительного использования машины динамической стабилизации типа ДСП;
- модуль упругости объемного уплотнения балластной призмы пути, выправленного одинарным проходом машин ВПО-С и МПВ, не меньше модуля упругости, где проведена двойная или тройная подбивка шпал машиной Динамик 09-3X;
- технология формирования балластной призмы методом объемного уплотнения обеспечивает качество ремонта пути в соответствии с требованием «Правил назначения ремонтов железнодорожного пути» и позволяет открывать движение поездов с проектной скоростью.
Применение технологии объемного уплотнения балластной призмы позволит:
- сократить потребность в «окнах» на проведение ремонтных работ;
- уменьшить количество хозяйственных поездов и локомотивов;
- повысить уровень стабильности основных параметров пути;
- сократить затраты на проведение выправочно-отделочных работ;
- решить проблему дефицита выправочной техники.
Для полного представления о механизме стабилизации балластной призмы при ее формировании и эксплуатации, необходимо продолжить исследования по предлагаемой и существующей технологиям в различных эксплуатационных и временных условиях с момента открытия перегона после ремонта и до окончания гарантийного срока эксплуатации пути.