автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка устройства для осадки костылей при эксплуатации пути

На правах рукописи Игнатюгин Валерий Юрьевич

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСАДКИ КОСТЫЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУТИ

Специальность 05.05.04 - "Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель - доктор технических наук

Анферов Валерий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Смоляницкий Борис Николаевич

кандидат технических наук Гербер Александр Робертович

Ведущая организация - Новосибирский государственный

архитектурно-строительный университет

Защита состоится 17 декабря 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 в Институте горного дела СО РАН по адресу: 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН.

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Одним из вариантов устройства верхнего строения пути является рельсошпальная решетка на деревянных шпалах. В настоящее время на ЗападноСибирской железной дороге ежегодно при капитальном ремонте укладывается 100-120 км такого пути. При использовании деревянных шпал фиксирование рельсов и накладок к шпалам производится костылями. Одним из недостатков пути, уложенном на деревянных шпалах, является ослабление костылей, которое возникает от действия волновой деформации рельсов, вызванной поездной нагрузкой. Ослабление костылей уменьшает сопротивляемость рельса угону и особенно раскантовке при действии поперечных сил. Возникает необходимость в периодическом осаживании костылей. Так, при ремонтах пути осаживается от 30 до 50% костылей, а после укладки новой рельсошпальной решетки производится сплошное осаживание костылей.

В течение последних десятилетий предпринимались попытки механизировать этот процесс. Так, во Всесоюзном проектно-технологическом институте транспортного строительства М.Б. Карпов, С.А. Яльцев и А.Б. Наботов разработали устройство для забивки костылей (а.с. № 1126639). Большой вклад в изучение вопроса и создание устройств для осаживания костылей внес Д.М. Ищенко. По его проекту в ДКТБ Забайкальской железной дороги была создана путевая машина для осадки костылей (а.с. № 1703764). В Центральном конструкторском бюро тяжелых путевых машин Г.М. Вайнштейн, Л.Е. Фарафонов и Ю.Р. Арлашин проводили исследование проблемы ослабления костылей, в результатом которого было разработано устройство для забивки костылей (а.с. № 1229247). В ДКТБ Западно-Сибирской железной дороги также проводились опытно-конструкторские работы по созданию устройств для осадки костылей. Группой сотрудников (среди них Е.Р. Малахов, В.М. Руденко, С.Г. Палагин, В.П. Леденев) было создано устройство для забивки костылей (а.с. №2003757).

Несмотря на разнообразие разработанных механизмов, все они имеют один общий и существенный недостаток - рабочий орган имеет постоянный контакт с элементами верхнего строения пути. В результате работа таких устройств оказалась малоэффективной из-за наличия в пути противоугонов и мусора, которые мешали прохождению рабочего органа или не позволяли произвести полное осаживание костылей.

Вследствие этого осаживание костылей производится вручную, что требует больших затрат труда. Отсутствие эффективных средств механизации не позволяет своевременно и в необходимом объёме выполнять эту работу.

Ввиду того, что в настоящее время доля железнодорожного пути, уложенного на деревянных шпалах достаточно велика (в среднем по России порядка 70% (в том числе около 50% на главном ходу)), создание устройства для осадки костылей на эксплуатируешь нясявнкПЬДОкфом пути является актуальной научной и технической пфблелйЮЛИОТЕКА

с

; 09

Цель работы:

создание устройства для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, уложенном на деревянных шпалах.

Идея работы:

выбор параметров устройства для осадки костылей путем математического моделирования движений звеньев механизма с учетом возможности осуществления технологического процесса в автоматическом режиме работы.

Задачи исследования:

- на основе анализа известных устройств, механизирующих осаживание костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, разработать кинематические схемы механизмов, осуществляющих этот процесс;

- построение математических моделей устройств и проведение вычислительных экспериментов с целью выбора параметров механизмов;

- определение основных параметров комплекта устройств для осадки костылей и построение циклограммы его работы на основе результатов исследований на испытательном стенде;

- разработка алгоритма для программного обеспечения системы управления рабочим органом;

- проектирование, создание и проведение опытно-промышленных испытаний устройства.

Методы исследований:

анализ и обобщение существующего опыта, методы векторной алгебры, математического моделирования с применением системы математических расчетов МаШСЛО, экспериментальные исследования на разработанном стенде и в реальных условиях на эксплуатируемом железнодорожном пути.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- полностью осаживать костыли при наличии в пути противоугонов и посторонних предметов должен рабочий орган, не имеющий постоянного контакта с элементами верхнего строения пути;

- размеры звеньев механизмов, с учетом требуемой траектории движения рабочего органа, должны определяться на основе разработанных математических моделей устройств;

- технологический процесс осадки костылей должен обеспечиваться комплектом осаживающих устройств с параметрами, полученными на основе циклограммы работы механизмов, построенной с учетом времени срабатывания системы управления рабочими органами;

- автоматическое наведение механизма на костыль с автокоррекцией начала опускания рабочего органа, должно осуществляться системой управления устройствами на основе алгоритма, учитывающего колебания давления и температуры рабочей жидкости гидросистемы.

Достоверность научных результатов подтверждается:

использованием современных методов и средств исследований, достаточным объёмом и сходимостью результатов проведённых математических расчетов и натурных экспериментов по определению основных параметров устройства и системы его управления, а также проверкой полученных результатов на практике при стендовых и эксплуатационных испытаниях опытно-промышленного образца устройства, проведённых в реальных условиях эксплуатируемого железнодорожного пути.

Новизна научных положений:

- разработаны устройства для осадки костылей, не имеющие постоянного контакта с элементами верхнего строения пути и обеспечивающие полное дожатие костылей при наличии в пути противоугонов и мусора;

- получены аналитические зависимости для определения рациональных размеров механизмов с различной структурой с учетом обеспечения требуемой траектории движения и хода рабочих органов;

- определены основные параметры комплекта осаживающих устройств, обеспечивающие требуемую производительность;

- разработан алгоритм работы системы управления устройством, обеспечивающий поиск костыля и автоматическое наведение на него рабочего органа.

Личный вклад автора:

состоит в разработке математической модели механизма для осадки костылей; в участии в исследовании и создании устройств и механизмов машины для осадки костылей, проведении

Практическая ценность:

создание устройства, не имеющего постоянного контакта с элементами верхнего строения пути, оптимизация конструктивных размеров этого механизма на основе численных экспериментов, проведённых с использованием его математической модели, разработка алгоритма программного обеспечения для системы управления рабочим органом.

Реализация работы в промышленности

Научные результаты и рекомендации, разработанные автором, переданы в Службу пути Западно-Сибирской железной дороги филиала ОАО РЖД для практического использования в подразделениях.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на международной научно-теоретической конференции "Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" (г. Ростов-на-Дону, 1999 г), на региональной научно-практической конференции 'Транссиб-99" (г. Новосибирск, 1999 г), на международной научно-практической конференции "Наука, техника и высшее образование: проблемы и тенденции развития"

(г. Ростов-на-Дону, 2004 г.), на региональной научно-практической конференции "Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте" (г. Челябинск, 2004 г.).

Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры "Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ" СГУПСа и хоздоговором между СГУПСом и Западно-Сибирской железной дорогой № НЮ 17/58.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, список литературы 49 источников и приложения. Объём диссертации без приложений 130 страниц, включая 67 рисунков, 4 таблицы.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.т.н. Анферову В.Н., к.т.н. Филатову А.П., д.т.н. Туранову Х.Т. за ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований, а также коллективу кафедры "Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ" СГУПСа и сотрудникам научно-исследовательской группы кафедры.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указаны цели работы, основные задачи и приведены научные результаты.

В первой главе приведён анализ отечественной и иностранной научно-технической и патентной литературы, опубликованной за последние десятилетия. При анализе были выявлены и проанализированы существующие устройства для осадки костылей.

На рис.1 приведены устройства для забивки костылей при сборке рельсошпальной решетки. Главной особенностью таких устройств является применение шпалозахватов для поджатая шпалы к рельсу во время запрессовки костылей. В условиях эксплуатируемого пути использование шпалозахватов невозможно, поэтому такие конструкции устройств не могут быть использованы при создании машины для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути.

На рис. 2 приведены устройства для осадки костылей. Анализ существующих устройств для осадки костылей показал, что все устройства имеют ряд недостатков, которые ограничивают или делают полностью невозможным применение их в создаваемой машине. Основным недостатком существующих устройств является то, что все устройства имеют рабочий орган, постоянно контактирующий с элементами верхнего строения пути. Данное обстоятельство ухудшает качество работы устройств, а в некоторых случаях делает их работу и невозможной в условиях эксплуатируемого железнодорожного пути. Так, уст-

ройства для осадки костылей должны иметь возможность свободно обходить все препятствия встречающиеся в пути (противоугоны, элементы стыковых соединений рельсов, засорители и т.п.).

а^ Л

Рис. 1. Устройства для забивки костылей при сборке рельсошпальной решетки а) а.с. № 364718; б) а.с. № 586221; в) а.с. № 1216269.

Рис. 2. Устройства для осадки костылей: а) а.с. № 1126639; б) а.с. № 1687696; в) а.с. № 1703764; г) патент США № 4637314; д) а.с. № 2063494.

Как видно из анализа средств механизации, ни одно из известных устройств не отвечает в полном объёме требованиям, предъявляемым к ним при работе на эксплуатируемом железнодорожном пути. Вследствие этого осадка костылей до сих пор производится вручную.

Проведённый обзор позволил сделать следующие выводы:

- существует тенденция создания автоматизированных устройств для осадки костылей;

- целесообразен переход от цикличного к непрерывному технологическому процессу;

- устройство для осадки костылей не должно иметь частей, постоянно контактирующих с подкладкой и основанием рельса;

- оптимально применение рабочего органа в виде пуансона и бесконтактного датчика поиска костылей;

- целесообразно применение электронной системы управления работой устройства для осадки костылей.

Во второй главе проведён анализ и обоснование требований к машине для осадки костылей, а также разработка и обоснование принципиальных кинематических схем устройств для осадки костылей.

Интенсивное движение поездов на эксплуатируемом железнодорожном пути диктует жесткие условия для работы костылеосаживающей машины. Кроме того, существует много факторов, влияющих на качество осадки костылей, и конструктивных особенностей верхнего строения пути, которые, в свою очередь, влияют на работоспособность машины.

В частности, к таким факторам относятся: наличие зазора между подошвой рельса и подкладкой; трудные погодные условия Сибирского региона; наличие рельсошпальной решетки с различным типом рельса; наличие в пути рельсовых стыков и проивоугонов; нарушение эпюры расположения в пути шпал и т.д.

Исходя из анализа факторов, влияющих на работу машины для осадки костылей, были сформулированы предъявляемые к ней основные требования:

- непрерывность технологического процесса;

- возможность автоматического прохода

- сохранение работоспособности при нарушении эпюры шпал и наличии в пути засорителей;

- обеспечение работы на любом типе верхнего строения пути, уложенном на деревянных шпалах;

- отсутствие подготовительно-заключительных операций с применением других путевых машин;

- достаточная транспортная скорость;

- возможность круглогодичной работы при любых погодных условиях.

В главе 1 было показано, что для эффективной работы костылеосаживающего устройства его рабочий орган должен контактировать только с костылями. Это можно достичь использованием рабочего органа в виде пуансона и системы наведения его на костыль. Для того чтобы в процессе осадки костыль

не изгибался, требуется выполнение следующих условий: перемещение рабочей части пуансона должно быть направлено по оси костыля; угол, под которым передаётся усилие от пуансона на костыль, не должен превышать максимально допустимого из условия прочности костыля на изгиб. Поскольку устройство непрерывного действия, то рабочей части пуансона необходимо дополнительно придать перемещение, равное перемещению машины, но направленное в противоположную сторону.

Нами предложены различные варианты рабочего органа, который контактирует только с головкой костыля в момент его осадки.

Траекторию, максимально близкую к прямой, можно получить с помощью механизма, схема которого приведена на рис. 3, а.

Основными узлами механизма осадки (см. рис. 3, а) являются каретка 2, на которой подвешен гидроцилиндр 1 для осадки костыля, демпфер 3 и гидроцилиндр 4 перемещения каретки.

Рис. 3. Схемы устройств для осадки костылей: а) с двумя гидроцилиндрами; б) с рычажной системой отклонения пуансона; в) с наклонной направляющей пуансона.

Основными недостатками устройства, выполненного по приведённой схеме, являются: увеличенный габарит (по причине применения двух гидроцилиндров), а также сложность гидросистемы и системы управления.

Устройство для осадки костылей, схема которого приведена на рж. 3,б, состоит из гидроцилиндра 1, гильзы 2, ползуна 3, пуансона 4, системы рычагов 5 для отклонения пуансона и демпфера 6 двухстороннего действия. При движении устройства с рабочей скоростью, как только центр торца пуансона (точка А) совместится с осью костыля, по команде системы управления ползун 3 при помощи гидроцилиндра 1 начнёт перемещаться вниз. При этом вместе с ползуном будет перемещаться и ось крепления пуанхт (точка О). Пуансон будет перемещаться вниз и, одновременно, поворачиваться относи-

•4

тельно точки О. Торец пуансона будет перемещаться вниз по некоторой траектории. Можно подобрать такую скорость устройства и скорость перемещения ползуна, при которых горизонтальная составляющая скорости движения точки А будет по модулю равна рабочей скорости устройства, но противоположно ей направлена. В этом случае торец пуансона будет перемещаться вдоль вертикальной оси костыля (прямая р-р).

Для компенсации разности скорости устройства и горизонтальной составляющей скорости перемещения торца пуансона установлены рычажная система 5 и демпфер 6. В этом случае работа осаживающей головки будет сопровождаться поворотом системы рычагов относительно точки В.

Устройство для осадки костылей, выполненное по схеме, приведённой на рис. 3, в, состоит из гидроцилиндра 1, шток которого соединён с пуансоном 5 при помощи ползуна 6. Пуансон снабжен роликами 3, которые входят в наклонный паз направляющей 2. Направляющая закреплена на раме с помощью шарнира В и удерживается от разворота вокруг него демпфером 4 двухстороннего действия.

Устройство работает аналогично механизму приведённому на рис. 3, б, за исключением того, что траектория движения точки А образуется за счет перемещения ролика 3 в направляющей 2.

Показано, что при испытании машины, оборудованной устройствами для осадки костылей, выполненными по схемам приведённым нарис 3,б и рис 3,в, были получены результаты, подтверждающие работоспособность устройств. Для создания машины было принято решение использовать устройство для осадки костылей, схема которого приведена на рис. 3, в. Так как испытания данного устройства показали его высокую надёжность по сравнению с другими механизмами.

Третья глава посвящена аналитическим исследованиям по определению кинематических характеристик звеньев механизмов для осадки костылей, выполненных методами векторной алгебры, широко применяемыми в теории механизмов, и припасовывания, известными в теории колебаний для решения кусочно-линейных задач, позволяющих успешно решить поставленную прикладную задачу по обоснованию выбора рациональных размеров основных звеньев исполнительного механизма на стадии проектирования с использованием системы математических расчетов МаШСЛО.

Показано, что механизм для осадки костылей с рычажной системой отклонения пуансона (рис. 4) состоит из трёх кинематически связанных между собой групп звеньев и относится к плоскому механизму с оптимальной структурой, поскольку число избыточных связей в нём равно нулю.

Первую группу представляет собой система возвратно-поступательно движущегося цилиндра, включающая цилиндр 1, начальное звено (поршень В со штоком 2) с заданным относительным движением и ползун 3. Система звеньев 1, 2 и 3 образует особый класс механизма, не вписывающегося в понятия традиционных классов механизмов. Звенья 2 и 3 такого класса механизма

и

совершают только поступательные движения, причем звено 2 является начальным звеном с заданным относительным движением - зБ.

Вторую группу звеньев представляют собой пуансон (шатун) 4 и коромысло 5, образующие группу Ассура 4-5 первого вида ВВВ (вращательное -вращательное - вращательное).

Третью группу представляет собой система звеньев в виде поршня N со штоком 7, соединенным с коромыслом 6 (проушиной ЬК). В свою очередь, шток 7 с поршнем N кинематически связан с качающимся цилиндром 8 еще и посредством упругих пружин 9, обеспечивающих выполнение технологического процесса механизмом. Кроме того, пружины 9 одновременно являются предохранительными устройствами от поломок пуансона 4 в случае его соприкосновения с различного рода препятствиями, выполняя функции возвращающих устройств пуансона 4 в свое первоначальное положение По. По существу, третья группа звеньев по определению С.Н. Кожевникова и Л.Н. Цехновича представляет собой кулисно-рычажный механизм (или механизм с качающейся кулисой или с качающимся цилиндром).

Исходя из этого, можно отметить, что механизм для осадки костылей с рычажной системой отклонения пуансона состоит из двух самостоятельных механизмов: особого класса механизма с возвратно-поступательно движущимися звеньями с заданным относительным движением начального звена и кулисно-рычажного механизма, кинематически связанных между собой посредством группы Ассура 4-5 первого вида ВВВ.

Принцип работы такого класса механизмов можно разделить на следующие фазы.

Первая фаза. Пуансон 4 перемещается до соприкосновения с головкой костыля. При этом вершина пуансона 4 совершает сложное плоскопараллельное движение, перемещаясь вертикально вниз и одновременно поворачиваясь относительно кинематической пары К, занимая положение П\.

Вторая фаза. Вершина пуансона 4 перемещается из положения П1 до положения П, причем путь путь перемещения вершины пуансона из положения П1 в положение П2 равен практически половине максимального хода пуансона по вертикали.

Третья фаза. Вершина пуансона 4 перемещается из положения П2 до положения П3, причем путь путь перемещения вершины пуансона из положения П2 в положение П3 также равен практически половине максимального хода пуансона по вертикали.

Анализируя структуру механизма для осадки костылей, можно отметить, что из-за своеобразия структуры и принципа работы такой механизм относится к особому классу механизмов, требующих разработки своего подхода для построения математической модели движений его звеньев.

Для составления векторной модели механизма была построена структурная схема устройства для осадки костылей (см. рис. 4).

12 хг '

П,

Рис. 4. Структурная модель механизма для осадки костылей с рычажной системой отклонения пуансона.

На рис. 4 обозначены: зБ - перемещение поршня В со штоком 2, являющегося обобщенной координатой механизма для осадки костылей, м; ^(вВ) и ^(вВ) - функции положения пуансона 4 и коромысла 5, рад.; зК^Б) -функция положения поршня N со штоком 7, м, ^(вЫ) - функция положения качающейся кулисы 8, рад., ^б(зЫ) - функция положения коромысла 6, рад и - функция положения проушины ЬКкоромысла 6, рад.

Математическая модель рассматриваемой структурной схемы кулисно-рычажного механизма создана на основе метода векторной алгебры подходом и описанием математических выражений в виде функций, аргументом которых является обобщенная координата механизма зБ или зК^Б).

Функция положения кулисы 8:

где а - направляющий угол базы ТЬ, рад;

ТО = ТТ0 + NN - конструктивный параметр качающегося цилиндра ТЫЫ, м;

ТТ0 - расстояние между центром шарнира Т и серединой поршня N при полностью поднятом положении штока 7 (конструктивный параметр), м;

NM- длина штока 7 (конструктивный параметр), м;

= лМс - пределы задаюемыхвепишпфемавингоршмЛ/, м.

8ЫИ - начальное положение поршня N соответствующее верхнему крайнему положению коромысла 6, м;

8ЫК - конечное положение поршня N соответствующее крайнему положению коромысла 6 в соответствующей фазе движения звеньев механизма, м:

.уМС = яЛГн + /1зМ, где АйЫ- приращения перемещения поршня Ы, м:

5.8 тах+ яМч

AsN =:

(л - целое число)

В

п

с учетом того, что в нем хБтах - максимальный ход поршня гидроцилиндра 1 в соответствующей фазе, м;

п - количество рассматриваемых положений поршня N со штоком 7, принимаемое равным: в первой фазе 4; во второй и третьей фазах 50. Функция положения коромысла 6:

/ Т1}+Ш1-(Т0+8Н)Г

2Т1-1М

<p6(sN ) = (а-я)+arceos^

Функция положения пуансона (шатуна) 4:

,/ «> > г„ > т, (EK(sB)2 +EF2-FK2^

<p4(sB) = fEK(sB)+sgnV,s- arccos\ - 1

(2)

(3)

2EK(sB)-EF

где sgnVs - функция - сигнум, учитывающая вариант сборки группы Ассура первого вида (ВВВ) 4-5, причем sgnVs = -1, если направление обхода косоугольного треугольника KEF соответствует положительному направлению отсчета углов (функций положений) звеньев, совершающих сложное движение (против хода часовой стрелки) относительно базы ЕК, и sgnVs = +1 - в противном случае.

<pEK(sB) - функция положения вспомогательного вектора ЕК:

fyK(sB)-AE( sBA

<рЕК( sB) - arctg Функция положения коромысла 5: <р5( sB) = <p4(sB)-x+arccosl

xK(sB) "J EF! +FK¡ - EK(sB)2 >

2EF-FK

Функция положения вершины П0 пуансона:

xII0(sB) = ЕПд cos(<p4(sB)), yIJ0(sB) = yE( sB)+ЕПд sin( q>4( sB)).

(4)

(5)

(6)

Выполненные в диссертационной работе аналитические исследования и полученные конечные формулы для определения кинематических характеристик звеньев механизма позволили провести численные эксперименты по обоснованию конструктивных параметров звеньев этого механизма с применением универсальной среды МаШСАО.

В ходе вычислительных экспериментов было установлено, что увеличение размера коромысла 5 группы Ассура 4-5 первого вида до 140 мм (вместо заданного 136 мм) при неизменных линейных размерах остальных звеньев механизма, увеличивает ход вершины пуансона до величины запроектированного (50 мм).

Общая траектория вершины пуансона До,полученная в результате проведения вычислительного эксперимента, для механизма с рычажной системой отклонения пуансона приведена на рис. 5.

-435 И?

.-«20

уГО(8В1) уШ(«В2)-вво

угоЬвЗ) --0-

-«9 777,-

•700

1 1 ! ......1.....

1 1

1 !

<У

-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 -12 503 Л1(!В1),>П2(Л2).1ПЗ(]ВЗ) 53119

- обща* траектории вершины ПО пуансона (шатуна) 4, и зПОьнкУ * 689 777-<35837 ЛОгапУ = }394 «ПОУ » 689 777 - 640 28 ШОУ. 49497

Рис. 5. Общая траектория движения вершины пуансона.

Механизм для осадки костылей с наклонной направляющей пуансона (рис.6) так же, как и механизм, показанный на рис. 4, состоит из трех кинематический связанных между собой групп звеньев.

Первая и третья группы данного механизма ничем не отличаются от аналогичных групп механизма, показанного на рис. 4. Отличием является лишь то, что вторую группу звеньев представляет собой пуансон (шатун) 4 и ролик 5, образующих группу Ассура 4-5 второго вида ВВП (вращательное -вращательное - поступательное), причем ведомое звено этой группы ролик 5 образует с ломаной проушиной коромысла 6 кулисно-рычажного механизма (первой группы) четырехподвижную кинематическую пару К.

Исходя из этого, было отмечено, что механизм для осадки костылей с наклонной направляющей пуансона по существу состоит из двух самостоятельных механизмов: особого класса механизма с возвратно-поступательно движущимися звеньями с заданным относительным движением начального звена и кулисно-рычажного механизма, кинематически связанных между собой посредством группы Ассура 4-5 второго вида ВВП.

Принцип работы такого механизма так же, как и механизм с рычажной системой отклонения пуансона, можно разделить на три фазы достаточно описанные выше.

Для составления векторной модели механизма была построена структурная схема устройства для осадки костылей (см. рис. 6).

п,

Рис. 6. Структурная модель механизма для осадки костылей с наклонной направляющей пуансона

На рис. 6 обозначены: -перемещение поршня В со штоком 2, являющегося обобщенной координатой механизма для осадки костылей, м; ^4(зВ) и ^(вВ) - функции положения пуансона 4 и ролика 5, рад.; зК^Б) -функция положения поршня N со штоком 7, м, ^(в!^) - функция положения качающейся кулисы 8, рад., рб^К) - функция положения коромысла 6, рад. и - функция положения ломаной проушины коромысла 6, рад. Приведём математическую модель движения звеньев механизма с наклонной направляющей пуансона.

Функции положения кулисы 8 и коромысла 6 определяются также как и для механизма с рычажной системой отклонения пуансона (см. формулы 1 и 2).

Угол фЗ^Ш), учитывающий ориентацию в е кт о рар о л и к а 5 относительно положительного направления оси абсцисс, рад:

где - направляющий угол ломаной проушины коромысла 6

относительно положительного направления оси абсцисс, рад:

Функция положения пуансона:

Функция положения вершины По пуансона определяется по формулам (6).

Полученная математическая модель механизма с наклонной направляющей пуансона позволила провести вычислительные эксперименты. По результатам, которых было установлено, что уменьшение угла ориентации наклонной направляющей коромысла 6 до 130° (при неизменных линейных размерах остальных звеньев механизма) позволяет получить ход вершины пуансона вниз до величины запроектированного (50 мм).

Общая траектория вершины пуансона, полученная в ходе вычислительного эксперимента в среде МаШСЛО, приведена на рис. 7.

£-«129— - 224 . vron ц^юушшш LKK1 юроиысдо 6. р*д

ÍM

«ИМ di)

i 1 } i

i

1 |

•X

-Я 157 1Ш{|*1).*т(в2).11В(до) 731

-обшм цжскторш кршмш ПО пуиассжа (шичя) 4, м intanv . б8»}87-«з:«з irtwv • ü m «•muí-»та ITOV.4¡M;

Рис. 7. Общая траектория движения вершины По пуансона механизма с наклонной направляющей

В четвёртой главе приведены результаты экспериментальных

исследований устройства для осадки костылей и определены основные параметры комплекта рабочего оборудования и обоснованы требования к приводам и системе автоматического управления и контроля работой осаживающего блока.

Для определения времени срабатывания системы управления устройствами для осадки костылей и отработки программного обеспечения был

спроектирован и изготовлен испытательный стенд, схема которого &

Так как время срабатывания гидрораспределителей типа ВЭХ-16 в литературе приводится с большим разбросом (от 0,02 с до 2 с) и при этом не оговариваются условия, при которых получены эти данные, были проведены исследования времени срабатывания системы управления на основе гидрораспределителей типа ВЭХ-16.

На основе многофакторного эксперимента было получено уравнение регрессии

/ = 0,151 - 0,00061Т-0,0026Р (11)

Полученные результаты позволяют утверждать, что с вероятностью 0,95 время срабатывания системы управления гидроцилиндрами устройств для осадки костылей с распределителями ВЭХ16 в исследуемой области изменения давления и температуры рабочей жидкости лежит в интервале (0,08...0,14)с.

Исследование времени срабатывания системы управления позволило окончательно отработать её программное обеспечение.

6 5 7 10 4 1

2 9 8 11

Рис. 8. Схема испытательного стенда

Электронная система управления работой осаживающим блоком включает в себя (см. рис. 8) электронный блок 6, а также датчики пройденного пути 8 и поиска подкладок 9. Электронный блок собран на основе перепрограммируемых микросхем (ППЗУ), выполняющих роль микропроцессоров. Каждое устройство для осадки костылей снабжено собственным микропроцессором. В качестве датчика поиска подкладок применён индуктивный датчик с электронным блоком выделения сигнала. Для измерения скорости и пройденного пути применён импульсный датчик, количество импульсов которого пропорционально пройденному пути.

Алгоритм работы процессоров приведён на рисунке 9, где а, - расстояние от оси датчика поиска подкладки до центра торца пуансона соответствующего устройства для осадки костылей; Ь=5 - число импульсов датчика пути БП, что соответствует 125 мм пути, пройденного стендом (машиной); к, ц, е - входные устройства процессора (при отсутствии сигналов с датчиков - счетчики, регистрирующие путь, проходимый машиной с момента подачи сигнала датчиком поиска подкладки ИБ при проходе над соответствующей шпалой (подкладкой); т - счетчик, регистрирующий путь проходимый стендом (машиной) за время от подачи команды на включение электромагнита ЭМ до начала движения пуансона; - выход процессора (при включается электромагнит гидрораспределителя).

В процессе испытаний были проверены: правильность выбора констант а, и Ь, а также работоспособность системы управления при различных скоростях движения стенда.

Рис. 9. Алгоритм работы микропроцессоров

Для определения высоты наддёргивания костышей быши проведены визуальный осмотр состояния действующего пути и измерения зазоров между головкой костыля и рельсом. В ходе вытолнения работ бышо установлено, что зазор между пришивочными костылями и рельсом варьируется от 0 до 5 мм, а зазор между обшивочными костылями и подкладкой изменяется от 0 до 48 мм.

Для определения усилия, необходимого для осаживания костылей, был спроектирован специальный пресс, оборудованный тензометрической аппаратурой.

Эксперименты проводились во время проведения капитального ремонта пути на базе ПМС-19 и ПМС-20 Западно-Сибирской железной дороги на путевой решетке, снятой на разнык участках пути в разное время.

В результате обработки экспериментальный данный получены следующие результаты:

- среднеарифметическое усилие осаживания костышей Рср= 11,3 кН;

- эмпирический стандарт 8 = 1,81 кН;

Для разработки добивочной головки принято максимальное усилие осаживания костышя, равное Б = 20 кН.

Бышо показано, что при производительности машины 3 км/ч и числе шпал на 1 километре пути равном 2000 шт, время цикла работы одного устрой-

ства для осадки костылей не может превышать 0,6 с. Кроме того, для того чтобы во время работы не происходил отрыв осаживающего блока от рельсов, необходимо обеспечить одновременную работу не более трёх механизмов.

Для этого было определено время одного цикла работы устройства.

где / - время одного цикла работы устройства, с;

- время срабатывания системы управления устройствами, с;

(10)

•пр

время рабочего хода пуансона, с;

- время обратного хода пуансона, с. Окончательно время цикла работы устройства принято равным 0,4 с. Исходя из этого, была разработана циклограмма работы осаживающего блока, позволяющая производить осадку костылей с учетом приведённых выше требований. Циклограмма работы осаживающего блока приведена нарис. 10.

1РГ-Ц1РГ-Н1РГ-И1Р ■ачща-ч1Ц1-Ч1||а-

■рг-вшг-аирг-нар

■1|1аЧ1Ц1"Ч1цавЧ1|

Ц|1И1||1Ч1||1»Ч1| •аиг-вирмаирма а||вмвцаа1а||вача| ■вцрр"в||рр"в||рр"в вма||вмацв*чв||ва

Рис. 10. Циклограмма работы осаживающего блока А - время осадки костыля;

Б - время цикла работы устройства для осадки костылей.

Разработаны основные требования к приводам и системе управления и контроля на основе обеспечения заданной производительности машины. К основным требованиям относятся: обеспечение постоянного давления и расхода рабочей жидкости в гидросистеме; точность наведения пуансона на костыль; время срабатывания.

Пятая глава посвящена результатам эксплуатационных испытаний опытно-промышленного образца машины для осадки костылей.

Машина для осадки костылей (рис. 11) спроектирована на базе четырёхосной платформы. На платформе установлены: кабина 1, дизель-генераторная установка 2 и подвижный контргруз 3. Рабочий орган 4 подвешен к платформе при помощи гидроцилиндров 5 у задней тележки 6. В кабине находятся пульт управления и система контроля за работой машины. Рабочий орган состоит из десяти осаживающих устройств 7 (по пять на каждую рельсовую нить), установленных на раме, снабженной опорными 8 и центрирующими 9 роликами, содержит датчики поиска подкладок 10, датчик пройденного пути 11 и гидросистему.

48 9 7 10 11

Рис. 11. Машина для осадки костышей

Предварительные испытания машины для осадки костышей быши проведены на подьезднык путях к производственным цехам Дорожного конструкторско-технологического бюро Западно-Сибирской железной дороги на рельсах Р65 с эпюрой шпал 0,5 м.

По результатам испытаний быш оформлен акт, где отмечено, что машина работоспособна и позволяет механизировать осадку костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, но имеет некоторые недостатки, которые следует устранить перед эксплуатационными испытаниями.

Эксплуатационные испытания машины проводились на шестом товарном пути станции Новосибирск-главныш. Машина прицеплялась к маневровому тепловозу (оборудованному устройством, позволяющим контролировать скорость движения тепловоза менее чем 5 км/ч) и вытодилась на участок пути. После приведения машины в рабочее положение тепловоз начинал движение с рабочей скоростью (3 км/ч).

Устойчивость работы гидросистемы оценивалось по стабильности поддержания давления рабочей жидкости в заданных пределах по манометру. Устойчивость работы электронной системы управления определялась визуально по срабатыванию осаживающей головки или пропуску костыля пуансоном.

Количество попаданий и промахов пуансонов осаживающих головок регистрировалось для наружных костылей визуально в процессе работы машины; для внутренних костылей по следам от ударов пуансонов после прохождения машины.

Качество осадки костылей контролировалось после прохождения машины определением наличия зазора между головкой костыля и рельсом или головкой костыля и подкладкой.

Испытания проводились в два этапа. Первыш этап испытаний проводился с использованием осаживающего блока, изготовленного с использованием устройств для осадки костылей на основе рычажной системы отклонения пуансона. Испытания показали, что машина в целом функционирует нормально. Для дальнейшего улучшения эксплуатационных показателей машины были намечены меры по совершенствованию осаживающего блока. В частности, бышо отмечено, что при некоторых обстоятельствах происходит деформация рыча-

гов системы отклонения пуансона. Поэтому было рекомендовано доработать систему отклонения пуансона, а также провести работы по улучшению удобства обслуживания осаживающего блока и блока системы автоматического контроля и управления.

Второй этап испытаний проводился с использованием осаживающего блока с системой отклонения пуансона в виде ролика, перемещающегося в наклонной направляющей. Испытания показали работоспособность машины и надёжность предложенного нового отклоняющего устройства. Также быши определены основные задачи по доводке оборудования машины повышающие её надёжность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научной квалификационной работой, содержится решение задачи механизации процесса осадки костылей путём разработки специального устройства применяющегося при эксплуатации пути, имеющей существенное значение в отрасли железнодорожного транспорта. При выполнении настоящей работы получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Разработана конструкция рабочего органа (в виде гидроцилиндра, ползуна, пуансона, демпфера и системы отклонения пуансона), не имеющего постоянного контакта с элементами верхнего строения пути, позволяющая повысить качество осадки костылей при наличии противоугонов и мусора.

2. На основе математических моделей осаживающих устройств показано, что требуемый рабочий ход пуансона (50 мм) достигается при увеличении размера коромысла до 140 мм у рычажной системы отклонения пуансона и при уменьшении угла ориентации наклонной поверхности проушины коромысла до 130° у системы отклонения пуансона с наклонной направляющей.

3. Создан испытательный стенд, на котором были проведены исследования по определению времени срабатывания системы управления устройствами для осадки костылей (для системы управления на основе распределителей типа ВЭХ16 время срабатывания в исследуемой области изменения давления и температуры рабочей жидкости лежит в интервале (0,08...0,14)с), а так же отработано программное обеспечение системы автоматического управления и контроля.

4. Показано, что осаживающий блок должен состоять из десяти устройств для осадки костылей, причем каждое устройство должно быть настроено на осадку одного из десяти костылей, расположенных на шпале.

5. Доказано, что разработанный алгоритм для программного обеспечения системы управления устройством, обеспечивает автоматическое наведение механизма на костыль с автокоррекцией начала опускания рабочего органа и требуемую производительность - 3 км/час.

6. В ходе эксплуатационных испытаний доказано, что предложенное устройство работоспособно и эффективно, а также сформулированы рекомендации по созданию серийного образца машины.

Рабочая документация на машину для осадки костылей и материалы данной работы переданы в Службу пути Западно-Сибирской железной дороги филиала ОАО РЖД для дальнейшего внедрения в подразделениях.

Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Филатов АЛ. Разработка машины для добивки костылей на эксплуатируемом пути [Текст] / А.П. Филатов, В.Ю. Игнатюгин // Тезисы докладов региональной научно-практической конференции "Трансиб-99". — Новосибирск: СГУПС, 1999. — С. 155.

2. Филатов А.П. Машина для добивки костылей [Текст] / А.П. Филатов, В.Ю. Игнатюгин // Труды международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". — Ростов-на-Дону: РГУПС, 1999. — С. 176.

3. Филатов А.П. Машина для добивки костылей [Текст] / А.П. Филатов, В.Ю. Игнатюгин // Сб. "Совершенствование средств механизации путевых, строительных и погрузочно-разгрузочных работ". — Новосибирск: СГУПС, 2001.

— С.18-23.

4. Игнатюгин В.Ю. Экспериментальное определение времени срабатывания добивочных головок [Текст] / В.Ю. Игнатюгин, А.П. Филатов // Сб. "Совершенствование средств механизации путевых, строительных и погрузочно-разгрузочных работ". — Новосибирск: СГУПС, 2001. — С.24-27.

5. Туранов Х.Т. О кинематических характеристиках звеньев механизма для добивки костыльных скреплений к шпалам с рычажной системой отклонения пуансона [Текст] / Х.Т. Туранов, В.Н. Анферов, В.Ю. Игнатюгин // Материалы международной научно-практической конференции "Наука, техника и высшее образование: проблемы и тенденции развития". — Ростов-на Дону: РГУПС, 2004.

— С. 149-159.

6. Игнатюгин В.Ю. Обоснование рационального значения угла ориентации наклонной направляющей пуансона механизма для добивки костыльных скреплений к шпалам [Текст] / В.Ю. Игнатюгин // Материалы международной научно-практической конференции "Наука, техника и высшее образование: проблемы и тенденции развития". — Ростов-на-Дону: РГУПС, 2004.

— С. 92-101.

7. Филатов А.П. Разработка машины для добивки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути [Текст] / А.П. Филатов, В.Ю. Игнатюгин, В.Н. Анферов // Сборник докладов региональной научно-практической конференции "Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте". — Челябинск: ЮУЖД, 2004. — С. 47-52.

Подписано в печать 12.11.2004 Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № АЧ5

Отпечатано с готового оригинал-макета в издательстве СГУПС Новосибирск, ул. Д.Ковальчук, 191

»237 00

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор научно-технической информации по машинам для осадки костылей

1.2. Задачи работы

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСАДКИ КОСТЫЛЕЙ

2.1. Анализ и обоснование требований к машине для осадки костылей—

2.2. Разработка принципиальной кинематической схемы устройства для осадки костылей.!

Ш. Выводы

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЗВЕНЬЕВ

МЕХАНИЗМА ДЛЯ ОСАДКИ КОСТЫЛЕЙ

3.1. Математическое моделирование законов движения звеньев механизма для осадки костылей с рычажной системой отклонения рабочего органа

3.1.1. Аналитическое определение положения звеньев и их характерных точек по фазам движения механизма

3.1.2. Результаты вычислительных экспериментов по обоснованию конструктивных параметров звеньев механизма для осадки костылей

3.1.3. Результаты вычислительных экспериментов по построению общей траектории вершины По пуансона

3.2. Математическое моделирование движений звеньев механизма для осадки костылей с наклонной направляющей пуансона

3.2.1. Аналитическое определение положения звеньев и их характерных точек по фазам движения механизма

3.2.2. Результаты вычислительных экспериментов по обоснованию конструктивных параметров звеньев механизма для осадки костылей.8 Г

3.2.3. Результаты вычислительных экспериментов по построению общей траектории вершины По пуансона;

Выводы

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

4.1. Требования к приводам и системе автоматического контроля и управления осаживающим блоком.

4.2. Исследование времени срабатывания системы управления устройствами для осадки костылей

4.2.1. Методика проведения исследования

4.2.2. Конструкция испытательного стенда

4.2.3. Обработка результатов экспериментов:

4.3. Экспериментальное определение высоты наддёргивания костыля и силы на его осаживание

4.4. Электронная система управления устройствами для осадки костылей.

4.5. Определение параметров осаживающего блока:

Выводы

5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ОБРАЗЦА МАШИНЫ ДЛЯ ОСАДКИ КОСТЫЛЕЙ

5.1. Методика эксплуатационных испытаний.

5.2. Устройство и работа машины для осадки костылей

5.3. Результаты испытаний машины для осадки костылей

Выводы

Актуальность темы.

Одним из: вариантов; устройства верхнего: строения пути является рель-сошпальная решетка на ? деревянных шпалах. В настоящее - время на < ЗападноСибирской железной дороге ежегодно при капитальном ремонте укладывается' 100—120 км такого пути. При использовании деревянных шпал фиксирование рельсов и накладок; к шпалам производится костылями. Одним из недостатков пути, уложенном на деревянных шпалах, является ослабление костылей, которое возникает от действия волновой деформации рельсов; вызванной поездной нагрузкой.; Ослабление костылей уменьшает сопротивляемость рельса угону и-особенно раскантовке при действии поперечных сил. Возникает необходимость, в периодическом осаживании костылей. Так, при ремонтах пути осаживается от 30 до 50% костылей, а после укладки новой рельсошпальной решеткиi производится сплошное осаживание костылей.

В течение последних десятилетий предпринимались попытки механизировать этот процесс. Так, во Всесоюзном проектно-технологическом институте: транспортного строительства М.Б. Карпов, С.А. Яльцев и А.Б. Наботов разработали устройство для забивки костылей; (а.с. № 1126639). Большой; вклад в изучение вопроса и» создание устройств для осаживания костылей внёс Д.Mi Ищенко. По его проекту в ДКТБ Забайкальской железной дороги была создана путевая, машина для осадки костылей (а.с. № 1703764). В Центральном конструкторском бюро тяжелых путевых машин F.Mi Вайнштейн, JI.E. Фарафонов и Ю.Р. Арлашин проводили исследование проблемы ослабления костылей, в результатом которого было разработано устройство для забивки костылей. (а.с. №1229247). В ДКТБ Западно-Сибирской железной дороги также проводились опытно-конструкторские работы по созданию устройств для? осадки >костылей. Группой сотрудников (среди них Е.Р. Малахов, В.М; Руденко, C.F. Палагин, В.П. Леденев) было создано устройство для забивки костылей (а.с. № 2003757).

Несмотря на разнообразие разработанных механизмов, все они имеют один общий и существенный недостаток — рабочий орган имеет постоянный контакт с элементами верхнего строения пути. В результате работа таких устройств оказалась малоэффективной из-за наличия в пути противоугонов и мусора, которые мешали прохождению рабочего органа или не позволяли произвести полное осаживание костылей.

Вследствие этого осаживание костылей производится вручную, что требует. больших затрат труда. Отсутствие эффективных средств механизации не позволяет своевременно и в необходимом объёме выполнять эту работу.

Ввиду того, что в настоящее время доля железнодорожного пути, уложенного на деревянных шпалах достаточно велика (в среднем по России порядка 70% (в том числе около 50% на главном ходу)), создание устройства для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути является: актуальной научной и технической проблемой.

Цель работы: создание устройства для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, уложенном на деревянных шпалах.

Идея работы: выбор параметров устройства для осадки костылей путём математического моделирования движений звеньев механизма с учетом возможности осуществления технологического процесса в автоматическом режиме работы.

Задачи исследования:

- на основе анализа известных устройств, механизирующих осаживание костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, разработать кинематические схемы механизмов, осуществляющих этот процесс;

- построение математических моделей устройств и проведение вычислительных экспериментов с целью выбора параметров механизмов;

- определение основных параметров комплекта устройств для осадки костылей и построение циклограммы его работы на основе результатов исследований на испытательном стенде;

- разработка алгоритма для программного обеспечения системы управления рабочим органом;

- проектирование, создание и проведение опытно-промышленных испытаний устройства.

Методы исследований: анализ и обобщение существующего опыта, методы векторной алгебры, математического моделирования с применением системы математических расчетов MathCAD, экспериментальные исследования на разработанном стенде и в реальных условиях на эксплуатируемом железнодорожном пути.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- полностью осаживать костыли при наличии в пути противоугонов и посторонних предметов должен рабочий орган, не имеющий постоянного контакта с элементами верхнего строения пути;

-размеры звеньев механизмов, с учетом требуемой траектории движения рабочего. органа, должны определяться на основе разработанных математических моделей устройств;

- технологический процесс осадки костылей должен обеспечиваться комплектом осаживающих устройств с параметрами, полученными на основе циклограммы работы; механизмов, построенной с учетом времени срабатывания системы управления рабочими органами;

- автоматическое наведение механизма на костыль с автокоррекцией начала опускания рабочего органа, должно осуществляться системой управления; устройствами на основе алгоритма, учитывающего колебания давления и температуры рабочей жидкости гидросистемы.

Достоверность научных результатов подтверждается: использованием современных методов и средств исследований, достаточным: объёмом и сходимостью результатов проведённых математических расчетов и натурных экспериментов по определению основных параметров устройства и системы его управления, а также проверкой полученных результатов на практике при стендовых и эксплуатационных испытаниях опытно-промышленного образца устройства, проведённых в реальных условиях эксплуатируемого железнодорожного пути.

Новизна научных положений:

- разработаны устройства для осадки костылей не имеющие постоянного контакта с элементами верхнего строения пути и обеспечивающие полное до-жатие костылей при наличии в пути противоугонов и мусора;

- получены аналитические зависимости для определения рациональных размеров механизмов с различной структурой с учетом обеспечения требуемой! траектории движения и хода рабочих органов;

- определены основные параметры комплекта осаживающих устройств, обеспечивающие требуемую производительность;

-разработан алгоритм работы системы управления устройством, обеспечивающий поиск костыля и автоматическое наведение на него рабочего органа.

Личный вклад автора: состоит в разработке математической модели механизма для осадки костылей; в участии в исследовании и создании устройств и механизмов машины для осадки костылей, проведении экспериментов, испытаний и обработке их результатов.

Практическая ценность: создание устройства, не имеющего постоянного контакта с элементами верхнего строения пути, оптимизация конструктивных размеров этого механизма на основе численных экспериментов, проведённых с использованием его математической модели, разработка алгоритма программного обеспечения для системы управления рабочим органом.

Реализация работы в промышленности:

Научные результаты и рекомендации, разработанные автором, переданы, в Службу пути Западно-Сибирской железной дороги филиала ОАО РЖД для практического использования в подразделениях.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на международной научно-теоретической конференции "Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" (г. Ростов-на-Дону, 1999 г), на региональной научно-практической конференции "Транссиб-99" (г. Новосибирск, 1999 г), на международной научно-практической конференции "Наука, техника и высшее образование: проблемы и тенденции развития" (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.), на региональной научно-практической конференции "Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте" (г. Челябинск, 2004 г.).

Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры "Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ" СГУПСа и хоздоговором между СГУПСом и Западно-Сибирской железной дорогой № НЮ 17/58.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 49 источников и приложения. Объём диссертации без приложений 131 страница, включая 67 рисунков, 4 таблицы.

Выводы.

1. Испытания опытно-промышленного образца машины для осадки костылей показали работоспособность предложенной конструкции осаживающего блока и машины в целом, что подтверждено соответствующими протоколами и актами.

2. В ходе испытаний было установлено, что осаживающий блок, выполненный на основе устройств для осадки костылей с наклонной направляющей пуансона, имеет более высокие эксплуатационные показатели, чем осаживающий блок с устройствами для осадки костылей с рычажной системой отклонения пуансона.

3. Было установлено, что автоматическая система управления и контроля над работой осаживающих устройств обеспечивает надёжный поиск и осаживание костылей в условиях эксплуатируемого пути.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении настоящей; работы получены < следующие основные научные и практические результаты: ;

Г. Решение проблемы осадки наддёрнутых костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути является актуальной задачей» содержания и ремонта верхнего строения пути. При анализе научно-технической литературы прослеживается'тенденция созданияj автоматизированных;устройств для осадки костылей. В? связи; с этим, обоснована необходимость создания, автоматизированного устройства5для- осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути, рабочий; орган которого; не имеет постоянного/ контакта; с элементами верхнего строения пути.

2. На основе анализа различных типов устройств для осадки; костылей сформулированы требования; к аналогичному устройству, обеспечивающему осадку костылей в пути. К основным; требованиям; относятся: непрерывность технологического процесса; возможность автоматического прохода рельсовых стыков и противоугонов; сохранение работоспособности; при нарушении эпюры «шпал и наличии; в пути засорителей; обеспечение работы на любом типе верхнего строения пути с костыльным скреплением типа ДО; отсутствие подготовительно-заключительных операций; с применением других путевых машин и др.

3. Предложены с схемы ряда устройств, отвечающие предъявляемым * требованиям. К таким устройствам относятся; механизмы, состоящие из гидроцилиндра; направляющей, пуансона, демпфера двухстороннего действия и соединяющей демпфер и пуансон рычажной системы или наклонной направляющей.

4. Проведён анализ структуры механизмов для осадки костылей; что позволило сделать вывод о том, что такие механизмы структурно не могут быть отнесены ни к одному из известных в теории механизмов традиционному классу механизмов и требуют разработки; своего подхода для; построения математических моделей движений их звеньев:

5: Построенная на основе методов векторной: алгебры и припасовывания математическая модель, механизма для- осадки? костылей в шпалы железнодорожных путей при различных фазах движения его звеньев дает возможность выбирать конструктивные размеры звеньев этого механизма.

6. Анализ результатов вычислительных экспериментов- по определению полезного; хода вершины пуансона механизма' с рычажной системой; отклонения- позволил установить, что увеличение длины коромысла свыше 140 мм (вместо заданного 136 мм) увеличивает ход вершины пуансона до> величины запроектированного (50 мм); при постоянных линейных размерах остальных звеньев механизма.

7. Анализ результатов вычислительных экспериментов по определению полезного хода вершины пуансона механизма с наклонной направляющей показывает, что: при. угле наклона направляющей поверхности проушины коромысла равном 150° механизм не обеспечивает требуемый ход вершины пуансона (50 мм), а при уменьшении этого угла до 130° ход вершины, пуансона увеличивается до величины запроектированного.

8. Создан испытательный стенд,, на котором были проведены * исследования по определению времени срабатывания*системы управления устройствами для осадки костылей,. а также отработано программное обеспечение системы автоматического управления и контроля устройствами для осадки костылей.

9. Определено время; цикла работы устройства для; осадки костылей, на1 основе которого спроектирован осаживающий; блок, позволяющий' производить одновременную? осадку не более; трёх костылей при заданной рабочей; скорости машины.

10. В г ходе проведённых экспериментальных исследований ! определено необходимое усилие осаживания г костылей, а также установлена величина-зазора между обшивочными костылями и подкладкой и пришивочнми костылями и рельсом.

11. Разработана и испытана машина для осадки костылей на эксплуатируемом железнодорожном пути. Результаты испытаний позволили сделать вывод о работоспособности и эффективности предложенной машины.

Рабочая документация на машину для осадки костылей, научные результаты и рекомендации, разработанные автором, приняты Службой пути Западно-Сибирской железной дороги филиала ОАО РЖД для практического использования в подразделениях.

1. Исаев К.С. Машинизация текущего содержания пути Текст. / К.С. Исаев, В.Ф. Федулов; Ю.М. Щекотков.— М., 1990.— 310 с.

2. А.с. № 364718 СССР. Устройство для забивки-' костылей Текст. / Е.В. Бубликов, А.А.Громов, П.А. Новиков, С.В. Федоров. — Опубл. в БИ.— 1973. — №5.

3. А.с. № 586221 СССР. Устройство для пришивки рельсов к шпалам» Текст. / М.В: Батурин, А.Ф. Яльцев, Н.М; Сапожников, , Ю.Е. Иванов. — Опубл; в БИ. — 1977. — № 48.

4. Патент США № 4777885. Spike driving machine including locking strut for spike driver gun Текст. / Andrew M. Dieringer. — Опубл. 1987. — № 6863.

5. А.с. № 1126639 СССР: Устройство для забивки костылей Текст. / М.Б. Карпов, С.А. Яльцев, А.Б. Набатов. — Опубл. в БИ. —1984. — № 44.

6. А.с. № 1229247 СССР. Устройство для забивки костылей Текст. / Г.М. Вайнштейн, JI.E. Фарафонова, Ю.Р. Арлашин, Ю.А. Тараканов. — Опубл. вБИ.— 1986.—№17.

7. А.с. № 1687696 СССР: Машина для допрессовки костылей Текст. / П.П. Супрун, Э А Леонов. — Опубл. в БИ — 1991. — № 40.8: А.с. № 1703764 СССР. Устройство для; осаживания костылей Текст. / Д.М. Ищенко. — Опубл. в БИ;— 1992. — № 1.

8. Патент РФ № 2003757. Устройство для забивки костылеш Текст. / Д.А. Акользин, Е.Р. Малахов, В.М. Руденко, С.Г. Палагин, В.П: Леденев. — Опубл. в БИ. — 1993. — № 43-44.

9. Патент РФ № 2063494; Машина для дожатая костылей Текст. / А.И. Марголин, В.Ф. Цветков. — Опубл. в БИ —1996. — № 19.

10. А.с. № 1216269 СССР. Костылезапрессовщик Текст. / Ю.И. Сухов, Р.Д. Сухих, В.М. Красиков, А.В. Пронченко, А.И. Селякин.— Опубл. в БИ.— 1986. —№9.

11. Патент США № 5487341. Устройство с обнаружителем отверстий для забивки костылей; Текст. /Naiman G.R., Reeves Е.Н. — Опубл. 1996. — №265834.

12. Патент США № 4637314: Railroad spike resinstallation apparatus Текст.7 David I. Gower. — Опубл. 1985. — № 746755.

13. Каменский Б.В; Справочник дорожного мастера и бригадира: пути Текст. / Б.В. Каменский, Л.Д. Горбов. — М;, 1985. — 487 с.

14. Артоболевскийг И.И. Теория механизмов и машин Текст. / И.И. Артоболевский. — М., 1968. — 640 с.16: Кожевников С.Н; Теория механизмов и машин Текст. / С.Н. Кожевников.—М., 1973. —592 с.

15. Зиновьев В.А. Курс теории механизмов и машин Текст. / В.А. Зиновьев. — М., 1972: — 384 с.18; Теория: механизмов и машин Текст. \ / под ред. К.В. Фролова. М., — 1998. —496 с.

16. Кожевников C.Hi Механизмы с заданным движением подвижных звеньев Текст. / С.Н. Кожевников, Л.И. Цехнович // Труды Института машиноведения. Семинар по теории машин и механизмов. М.: Изд-во АН СССР; Т. XIV, Вып. 56. —1955.— С. 59-89.

17. Гуляев В.И. Прикладные задачи теории нелинейных колебаний механических систем Текст. / В.И. Гуляев, В. А. Баженов, С. Л. Попов. М.,—1989.389 с.

18. Кудрявцев Е.М. MathCAD 2000 Pro. Символьное и численное решение разнообразных задач Текст. / Е.М. Кудрявцев. М.,— 1997. — 576 с.22: MathCAD 2001: учебный курс. Текст. / В.П. Дьяконов. СПб., — 2001.924 с.

19. Туранов Ш.Х. Моделирование кривошипно-коромысловых механизмов в вычислительной среде:MathGAD: Текст. / Ш.Х. Туранов // Информационные технологии в проектировании и производстве: науч.-техн. журн. № 4.— 1999:1. С. 77-87.

20. Туранов Х.Т. Проектирование кривошипно-ползунных механизмов в вычислительной среде MathGADз Текст. / Х.Т. Туранов, А.Н. Бондаренко. Новосибирск,— 2000.—132 с.

21. Туранов Х.Т. Проектирование кривошипно-коромысловых механизмов в вычислительной i среде: MathGAD? Текст. • / Х.Т. Туранов, А.Н. Бондаренко, Ш.Х. Туранов. Новосибирск,—2001.—140 с.

22. Свешников В.К. Станочные гидроприводы Текст. / В .К. Свешников,

23. A.А. Усов. М.,—1988. —512 с.

24. Лебедев Н. И/ Объёмный гидропривод машин лесной; промышленности Текст. / Н.И.Лебедев. М., —1986. — 295 с.

25. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных: машин Текст. / В .А. Васильченко. М., — 1983. — 298 с.

26. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов Текст.'/ А;А. Спиридонов. Mi, — 1981.—184 с.

27. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента: при поиске оптимальных условий ? Текст.}/ Ю.П. Адлер; Е.В;. Маркова, Ю.В. Грановский: М.,— 1976 •, — 279 с.33: Налимов В.В. Теория экспериментаТекст. / В .В. Налимов. М.,—1971.207 с.

28. Налимов: В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов Текст. / В.В; Налимов, Н.А. Чернова. М., —1965. — 398 с.

29. Горский В.Г. Планирование промышленных экспериментов Текст.! /

30. B.Г. Горский, Ю.П. Адлер; М:, — 1974: —264 с.

31. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях Текст. / В.А. Вознесенский. М.,— 1974. — 192 с.

32. Быков В.В. Научный эксперимент Текст. / В.В. Быков. М., — 1989.— 176 с.

33. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента Текст. / Л.З. Румшинский. М., — 1971. — 192 с.

34. Ликеш И. Основные таблицы математической статистики Текст. / И. Ликеш, Й.Ляга. М., —1985; — 356 с.

35. Математическая теория планирования эксперимента Текст. / под ред. С.М. Ермакова. М., — 1983. — 391 с.

36. Янко Я. Математико-статистические таблицы Текст. / Я. Янко. М, — 1961. —243 с.

37. Смирнов Н.В. Теория вероятностей < и математическая статистика Текст. / Н.В. Смирнов. М., — 1970. — 290 с.

38. Вострокнутов Е.П. Microsoft Excel для Windows 95 одним взглядом Текст. / Е.П. Вострокнутов. СПб., — 1996. —144 с.

39. Джонс М. Running Microsoft Excel 5 для Windows Текст. / М.Джонс, К. Кината, К.Стинсон. М., — 1995. — Т. 1-2.

40. Долголаптев В.Г. Работа в Excel 7.0 для Windows 95 на примерах Текст. / В.Г. Долголаптев. М., — 1995. — 383 с.

41. Конаховская Е.Н. Табличный процессор Excel 5.0 Текст. / Е.Н. Кона-ховская, Н.С. Морозова, Е.А. Осипова. СПб.,— 1996. — 101 с.

42. Моррис С. Excel for Windows 95 Текст. / С. Моррис. Ростов-на-Дону,. — 1977. —149 с.

43. Николь Н. Электронные таблицы Excel 5.0 Текст. / Н. Николь, Р. Альбрехт. М., — 1996. — 301 с.

44. Microsoft Office 2000 Текст. М., — 2000. — 775 с.