Разработка устройства для осадки костылей при эксплуатации пути тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Игнатюгин, Валерий Юрьевич

• Игнатюгин, Валерий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Игнатюгин, Валерий Юрьевич

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка устройства для осадки костылей при эксплуатации пути»

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.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Игнатюгин, Валерий Юрьевич

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Игнатюгин, Валерий Юрьевич, 2004 год

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.