Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ состояния практики и теории процесса уплотнения балластного слоя железнодорожного пути машинами
1.1. Основные понятия, принятые для описания процесса взаимодействия уплотнительного рабочего органа путевой машины и щебеночного балластного слоя 11
1.2. Обоснование целей анализа существующей теории и практики процесса уплотнения щебеночного балластного слоя железнодорожного пути ... 15
1.3. Анализ недостатков практики уплотнения щебеночного балластного слоя рабочими органами путевых машин 20
1.4. Анализ недостатков теории процесса уплотнения щебеночного балластного слоя рабочими органами путевых машин 39
1.5. Выводы по главе I ... 53
ГЛАВА 2. Теоретическое исследование изменений, вызываемых уплотнительшм рабочим органом путевой машины в текстуре щебеночного балласта . . 55
2.1. Модель состояний щебеночного балластного слоя железнодорожного пути 55
2.2. Постановка общей задачи исследования 59
2.3. Изучение на плоской модели зернистой среды текстурных изменений щебеночного баллата при его виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины 60
2.4. Анализ показателей гранулометрического состава и формы частиц используемого в исследованиях щебеночного балласта 79
2.5. Характеристики положения в пространстве взятой произвольно частицы щебеночного балласта 89
2.6. Изменение текстуры щебеночного балласта при виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины 95
2.7. Связь показателей упорядоченности и ориентации текстуры с показателями плотности щебеночного балласта 97
2.8. Представление изменений текстуры щебеночного балласта при виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины моделью случайного процесса... ^9
2.9. Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. Методика проведения эксперимента 106
3.1. Цель и сущность эксперимента...
3.2. Обоснование функциональных свойств экспериментальной установки... 107
3.3. Блок-схема экспериментальной установки... 112
3.4. Конструкция экспериментальной установки... 114
3.5. План эксперимента... 122
3.6. Методика выполнения отдельного опыта эксперимента 123
3.7. Методика первичной обработки данных эксперимента 126
3.8. Выводы по главе 3. 131
ГЛАВА 4. Результати теоретических и экспериментальных исследований изменений, вызываемых уплотнительным рабочим органом путевой машины в текстуре щебеночного балласта 132
4.1. Анализ взятых усредненно по емкости изменений текстуры используемой в эксперименте массы щебеночного балласта при виброобжатии...132
4.2. Анализ изменений текстуры используемой в эксперименте массы щебеночного балласта в срединном объеме при виброобжатли 139
4.3. Анализ линейного распределения параметров упорядоченности текстуры используемой в эксперименте массы щебеночного балласта в срединном объеме при виброобжатии....150
4.4. Анализ линейного распределения плотности используемой в эксперименте массы щебеночного балласта в срединном объеме при виброобжатии... 157
4.5. Связь показателей упорядоченности текстуры и плотности щебеночного балласта при виброобжатии 1б
4.6. Оценка поведения используемой в эксперименте массы щебеночного балласта по отклонениям упруго смещаемых пластин . 166
4.7. Выводы по главе 4 170
ГЛАВА 5. Рекомендации по использованию результатов исследований в практике и теории процесса уплотнения балластного слоя железнодорожного пути машинами . 172
5.1. Рекомендации по конструктивному совершенствованию виброуплотнителей торцовой подбивки машины ВПО-3000 172
5.2. Рекомендации по использованию результатов исследований для поиска перспективных конструктивных решений уплотнительных рабочих органов путевых машин 187
Заключение 192
Общие выводи 199
Литература... 201
Приложения 210
- Обоснование целей анализа существующей теории и практики процесса уплотнения щебеночного балластного слоя железнодорожного пути
- Анализ показателей гранулометрического состава и формы частиц используемого в исследованиях щебеночного балласта
- Анализ изменений текстуры используемой в эксперименте массы щебеночного балласта в срединном объеме при виброобжатли
- Рекомендации по использованию результатов исследований для поиска перспективных конструктивных решений уплотнительных рабочих органов путевых машин
Введение к работе
Среди всех видов транспорта в СССР железнодорожный является ведущим. Это определяет большую заботу и внимание к его развитию со стороны Коммунистической Партии и Советского Правительства,
Основные задачи, стоящие перед железнодорожным транспортом на 11-ю Пятилетку (рост грузооборота на 14-1 пассажиро-оборота на 9%, введение в эксплуатацию 3,6 тыс, км новых линий и 5 тыс. км вторых путей, открытие сквозного движения по БАМу / I /) а также на перспективу до 1990 года, были поставлены ХХП съездом КПСС. В последние годы ЦК КПСС принято ряд постановлений, направленных на преодоление имеющих пока место недостатков и коренное улучшение эксплуатационной работы железных дорог.
Освоение растущего объема перевозок идет в основном на уже существующей сети путем увеличения массы и числа поездов, а также скоростей их движения. Это обуславливает повышенные требования к надежности элементов системы "подвижной состав -- путь" и, в частности, к балластному слою. Иначе говоря, поведение балластного слоя под поездной нагрузкой должно быть работоспособным.
Повсеместно применяемая отечественная (а также зарубежная) технология работ по достижению работоспособного поведения балластного слоя под поездной нагрузкой предусматривает его уплотнение специализированными путевыми машинами с последующей подбивкой электрошпалоподбойками, а также обкатку пути поездами, следующими с ограниченной скоростью. При этом объем затрат, связанных с использованием дополнительной рабочей силы и
ограничении на период обкатки пропускной способности участка, велик и для грузонапряженных линий может превысить затраты на непосредственную работу машин. Поэтому вопросы повышения качества уплотнения являются актуальными1,-
Эксплуатируемые в настоящее время уплотнительные путевые машины (шпалоподбивочные, машины для уплотнения плече-откосной и междупутной зон балластной призмы и другие), реализующие в подавляющем большинстве метод виброобжатия балластного слоя, не обеспечивают работоспособного поведения балластного слоя под поездной нагрузкой. Иначе говоря, они оборудованы пока еще не вполне совершенными рабочими органами.
Ввиду недостаточной изученности процессов, происходящих при взаимодействии уплотнительного рабочего органа путевой машины и щебеночного балластного слоя, целенаправленный поиск оптимальных конструктивных решений затруднен. Уплотнение же связано, в первую очередь, с изменениями текстуры, то есть с изменениями взаимного положения слагающих слой частиц. У щебеночного балласта; получившего широкое распространение на сети железных дорог СССР, текстура изучалась мало. Исследования в значительной мере затруднены, во-первых, разнообразием форм и размеров частиц и, во-вторых, варьированием их текстурных построений внутри массы балласта.
Балластный слой под поездной нагрузкой должен иметь максимально устойчивую и неизменную текстуру. Следовательно, цель силового воздействия на балластный слой уплотнительным рабочим органом путевой машины заключается в получении текстуры, наиболее устойчивой по отношению к поездной нагрузке. Текстура же балластного слоя, как показано в нашей работе, определяется, прежде всего, выбором направления силового воздействия рабоче-
го органа.
Цель настоящей работы состоит в том, чтобы на основе теоретических и экспериментальных исследований изменения текстуры массы путевого щебня стандартного гранулометрического состава при горизонтальном виброобжатии обосновать выбор направления силового^ воздействия на балластный слой уплотнительными рабочими органами путевых машин.
Методика исследований предусматривает на основе выдвинутых гипотез теоретический анализ изменений текстуры путевого щебня при его виброобжатии рабочим органом путевой машины, а также экспериментальную проверку в лабораторных условиях на физической модели разработанных теоретических положений.
Для достижения поставленной в работе цели впервые выполнено следующее:
разработана теоретическая вероятностная модель изменений текстуры щебеночного балласта, состоящего из частиц с выраженной удлиненностью формы? при виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины;
разработаны показатели упорядоченности и ориентации текстуры щебеночного балласта после заданных силовых воздействий;
изложена методика экспериментального определения распределения показателей упорядоченности и ориентации текстуры и показателей, связанных с соотношением объемов пор и скелета щебеночного балласта, подвергнутого виброобжатию рабочим органом путевой машины;
установлены закономерности изменения текстуры на докри-тическом и послекритическом этапах поведения щебеночного балласта, подвергаемого виброобжатию уплотнительным рабочим орга-
ном путевой машины, а также особенности его критического состояния;
установлена корреляционная связь и проанализирован характер ее изменения между показателями упорядоченности текстуры и пористостью щебеночного балласта при горизонтальном виб-рообжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины;
изложена методика выбора направления силового воздействия на щебеночный балластный слой железнодорожного пути уплотнит ельными рабочими органами путевых машин.
На защиту выносятся:
Рекомендации по выбору параметров уплотнительных рабочих органов путевых машин, связанных с выбором направления силового воздействия на щебеночный балластный слой железнодорожного пути, в частности, рекомендации по выбору оптимального угла наклона уплотнительных поверхностей виброуплотшителей машины ВПО-3000 к вертикальной плоскости.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований изменений текстуры щебеночного балласта при его виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины.
Методика экспериментального определения показателей текстуры и показателей, связанных с пористостью щебеночного балласта при его виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины.
Исследования выполнены на кафедре "Строительные и дорожные машины и оборудование" ЛИЙЖТа под руководством доктора технических наук, профессора А1;В.Каракулева.
Результаты исследований апробированы на ХХУ1 научно-технической конференции путейцев Октябрьской ордена Ленина железной дороги совместно с научными сотрудниками ЛИМТа по вопро-
10 сам путевого хозяйства 8 апреля 1982 г. и реализованы при изготовлении виброуплотнителей торцовой подбивки машины ВП0-3000 с измененными геометрическими параметрами на Пушкинском путевом ремонтно-механическом заводе (ПРМЗ-З) по заказу Октябрьской ордена Ленина железной дороги, а также основные теоретические результаты используются в учебном процессе на кафедре "Строительные и дорожные машины и оборудование" ЛИМТа при преподавании курса "Путевые машины" студентам специальности 0511 "Строительные и дорожные машины и оборудование".
Обоснование целей анализа существующей теории и практики процесса уплотнения щебеночного балластного слоя железнодорожного пути
С целью изучения процесса уплотнения щебеночного балластного слоя железнодорожного пути машинами необходимо предварительно определить ряд понятий, не нашедших в настоящее время достаточно полного отражения в технической литературе.
С позиций диалектического материализма балластный слой можно рассматривать как одну из форм материи., а изменение его состояний - как конкретную форму движения. В.И.Ленин / 2 / определил движение таким образом: "Движение есть единство непрерывности (времени и пространства) и прерывности (времени и пространства). Движение есть противоречие, есть единство противоречий". Используя это положение, можно заключить, что при силовом воздействии уплотнительным рабочим органом машины, а также движущимися поездами (в более общем случае при действии ряда других факторов) на слой балласта его состояние есть та сторона движения, которая отражает прерывность, а изменение состояний (переход состояний из одного в другое) - непрерывность. Конкретную форму движения - движение балластного слоя будем называть при дальнейшем изложении его поведением.
Определить (отразить в виде научного знания) состояние балластного слоя - значит найти его качественные и количественные характеристики в некоторый момент времени Z , а определить поведение - найти не только сами характеристики, но и законы их изменения во времени.
Поведение балластного слоя определяется рядом факторов, связанных с воздействием на него рабочими органами машин, движущимися поездами, окружающей природной среды и других. В соответствии с постановкой задачи настоящего исследования, которая заключается в обосновании выбора направления силового воздействия на щебеночный балластный слой уплотнительными рабочими органами путевых машин, реализующими принцип виброобжатия, в работе преимущественно рассматриваются факторы, непосредственно связанные с процессом взаимодействия рабочего органа и слоя. Цель такого воздействия заключается в обеспечении требуемого поведения уплотненного слоя под движущимися поездами.
В работе / 17 /, например, сформулировано, что балластный слой должен обеспечивать: - восприятие упруго вертикальных и горизонтальных составляющих поездной нагрузки на рельсошпальную решетку; - рспределение равномерно давления от шпалы на возможно большую площадь основной площадки земляного полотна; - амортизацию ударов колес подвижного состава о рельсы-; - возможно большую равномерность упругих и остаточных осадок вдоль и поперек пути; - хороший отвод воды с основной площадки земляного полотна; - большое электрическое сопротивление на участках, оборудованных автоблокировкой, и, по возможности, не зависящее от метеорологических условий. Этим, естественно, не исчерпываются все требования к поведению балластного слоя под движущимися поездами, так как ежегодно растут интенсивность и скорости движения, приходится вводить новые требования к работоспособности, безотказности и др. Работоспособный балластный слой - слой, поведение которого под поездной нагрузкой удовлетворяет заранее заданным директивным требованиям, обеспечивающим безопасное движение поездов с заданными осевыми нагрузками и скоростями. Неработоспособный балластный слой - слой, поведение которого не удовлетворяет указанным требованиям. Работоспособное и неработоспособное поведения балластного слоя - поведения, соответственно, работоспособного и неработоспособного слоя под движущимися с заданными осевыми нагрузками и скоростями поездами. Работоспособное и неработоспособное состояния балластного слоя - состояния, являющиеся прерывными моментами, соответственно, работоспособного и неработоспособного поведений. Как отмечается в большинстве работ, проанализированных ниже с точки зрения недостатков практики и теории уплотнения, эффект уплотнения щебня проявляется в смещении частиц друг относительно друга, то есть в изменении текстуры. Из этого следует, что характеристиками состояния являются показатели текстуры, а поведения - показатели изменения текстуры. При силовом воздействии на балластный слой в нем возникает определенная картина распределения усилий между частицами,- которую в случае неизменной текстуры можно путем соответствующих выкладок свести по требуемым основным свойствам к картине распределения напряжений / 25,37,51 /. Это означает, что характеристиками состояния могут также служить показатели поля напряжений, а поведения - показатели, характеризующие изменение этого поля во времени. Другими показателями состояния балластного слоя являются размеры балластной призмы, характеристики упругих свойств, плотности, электропроводности и др. в заданный момент времени, а их изменение во времени являются показателями поведения.
Необходимо отметить, что щебеночный балластный слой, или некоторая выделенная в нем масса при силовом воздействии для получения необходимой точности результатов исследований во многих случаях должна рассматриваться как система с распределенными параметрами. Состояние такой системы описывается значениями параметров каждой точки внутри объема, занимаемого ею. В отличие от системы с сосредоточенными параметрами, у которой для описания ее состояния достаточно указать конечное число цифровых данных, система с распределенными параметрами требует привести бесконечное число данных, так как рассматриваемая область имеет бесконечное число точек. Состояния таких систем описываются функциями распределения параметров по пространственной области, а их поведение, как правило, дифференциальными уравнениями в частных производных с соответствующими начальными и граничными условиями / 63 /.
Анализ показателей гранулометрического состава и формы частиц используемого в исследованиях щебеночного балласта
Кроме того, как будет показано в настоящей работе, частицы щебня при уплотнении стремятся повернуться большими сечениями перпендикулярно направлению подачи лопаток, образуя определенную текстуру. При приложении через подошвы шпал вертикальной поездной нагрузки текстура в слое переформировывается еще раз, но частицы большими сечениями поворачиваются перпендикулярно нагрузке, то есть горизонтально. Перестройки текстуры сопровождаются осадками пути, излишним истиранием и дроблением частиц щебня.
Третьей причиной, ограничивающей результативность, работы шпалоподбивочных машин цикличного действия, в ряде случаев является несоответствие параметров режима рабочих органов оптимальным по конкретным условиям уплотнения / 64 /.
Тип I.I.I.I.2. Примером служат основные рабочие органы -виброуплотнители торцовой подбивки пути выправочно-подбивочно-отделочных машин ВПО-3000, показанные на рис. I.IO / 36,65 /. Машина имеет два виброуплотнителя: левый 2 и правый 4, подвешенные через рессорные комплекты, соответственно, на левой I и правой 5 продольных балках. Виброуплотнители имеют уплотни-тельные клинья, например, правый - передний клин 6 и задний 7. Уплотнительные клинья, в свою очередь, имеют рабочие поверхности, расположенные под острыми углами атаки к оси пути 3, например, поверхность переднего клина 6 расположена под углом
В корпус каждого виброуплотнителя вмонтирован шестидеба 36 лансный вибровозбудитель с направленной перпендикулярно оси пути возмущающей силой. Привод вибровозбудителя осуществляется через карданный вал от электродвигателя, расположенного на соответствующей продольной балке.
Виброобжатие балласта в подшпальной зоне рабочими поверхностями уплотнительных клиньев производится при движении виброуплотнителей вместе с машиной в направлении, указанном стрелкой. При этом подача /Оп совпадает по направлению с амплитудой Ап колебаний виброуплотнителя, так как обжатие балласта производится в направлении, перпендикулярном оси пути, за счет клинового эффекта. По сравнению с рабочими органами машин цикличного действия, виброуплотнители машины ВПО-ЗООО охватывают процессом уплотнения практически всю подшпальную зону. При этом максимальная плотность наблюдается в подрельсовых зонах и убывает по мере приближения к середине шпалы / 43 /. После работы машины ВПО-ЗООО не получается работоспособного балластного слоя, то есть под движущимися поездами появляются интенсивные и неравномерные осадки пути, объясняющиеся выпиранием щебня из подшпальной зоны в плече-откосную и междупутную зоны и в шпальные ящики, где степень уплотнения меньше. Кроме того, также как и у машин цикличного действия, при уплотнении частицы щебня ориентируются большими сечениями перпендикулярно направлению силового воздействия виброуплотнителями, а при воздействии поездной нагрузки еще раз переориентируются большими сечениями горизонтально. Такие перестройки текстуры сопровождаются осадками пути. Виброуплотнители машины ВПО-ЗООО практически не регулируются при работе и имеют параметры режима, которые отличаются от оптимальных / 55,69 /. В зарубежной практике сейчас начинают применяться динамические стабилизаторы пути, имитирующие в форсированных режимах после работы шпалоподбивочной машины поездную нагрузку. Необходимость разработки таких машин отмечалась, например, В.А. Алешиным в 1961 г. / 7 /. Примером может служить динамический стабилизатор DCfS-2- австрийской фирмы "Плассер и Тойрер" (Рьа5$е7&Тпеиъе%) / 79 /, имеющий, согласно приведенной классификации, рабочий орган типа I.I.I.3.I. Стабилизатор включает платформу, к которой присоединены две вибрационные тележки І (рис. I.II) с четырьмя ребордчатыми опорными роликами 2 и двумя рельсовыми роликовыми захватами 3. На каждой тележке установлено по два синхронизированных вибровозбудителя (на рисунке не показаны), сообщающих тележке I и через нее путевой решетке 4 горизонтальные поперечные колебания с амплитудой Ап . Вибровоздействие сочетается с вертикальным давлением Рп , передаваемым через тележки на путь гидроцилиндрами, соединенными также с платформой (на рисунке не показаны). Подачей в этом случае является осадка путевой решетки. Динамические стабилизаторы позволяют значительно сократить пропущенную по участку в период обкатки массу поездов. По данным фирмы / 79 /, полученным при испытаниях стабилизатора на западноевропейских железных дорогах (Франция, ФРГ, Авст о рия), пропущенная масса брутто снижается на 10 кг, при необ-ходимости без его работы пропускать 7x10 кг.
Анализ изменений текстуры используемой в эксперименте массы щебеночного балласта в срединном объеме при виброобжатли
Иначе говоря, в этой работе была предпринята попытка методами теории вероятностей описать текстуру щебеночного балластного слоя путем указания числа "осевших" и "не осевших" частиц. По получаемому внешнему эффекту такая модель дает сходимость с практикой. Однако процесс вибрационного уплотнения является более сложным: в балласте происходят взаимные относительные смещения одновременно всех частиц, поэтому практически невозможно сказать, какая частица "упаковалась", а какая еще не успела. Критерия для такого суждения в работе нет.
В течение последних двадцати лет большая работа по исследованию процесса уплотнения щебеночного балластного слоя рабочими органами путевых машин проводится в Отделении организации и механизации путевых работ ВНИИІТ МПС Ю.П.Сырейщиковым. Необходимо проанализировать ряд работ этого автора.
В работе / 68 / приведены результаты проведенных в 1961 -65 годах на вибростоле с емкостью лабораторных исследований свойств путевого щебня фракции (0,025 - 0,070) м при горизонтальном и вертикальном вибрировании с размахом варьирования амплитуды в пределах (0,005 - 0,010) м, угловой частоты -(52,3 - 460,5) рад/с и времени вибрирования - (1,5 - 180,0) с. Толщина насыпаемого слоя щебня в рыхлом состоянии была 0,5 м, а масса одной пробы - 1300 кг. Эффект уплотнения оценивался осадкой слоя.
Наиболее важные выводы в работе следующие: - эффект уплотнения для щебня гранитных пород определяется преимущественно "упаковкой" частиц, а не дроблением; - процесс уплотнения щебня при вибрировании является подвижным равновесием двух составляющих процессов. Один из них связан с тенденцией частиц при движении установиться в наиболее устойчивом положении ("упаковаться"), а другой - с тенденцией выйти из устойчивого положения; - эффект уплотнения является функцией числа относительных перемещений частиц, пропорциональных величине СО Ь ( U) - угловая частота колебаний, рад/с; t - время вибровоздействия, с). Вероятностная модель, представленная в работе / 18 / М.Ф. Вериго, развивается и конкретизируется Ю.П.Сырейщиковым в работе / 67 /. Установлено, что эффект уплотнения является результатом реализации активных и пассивных относительных перемещений частиц, вызванных действием, соответственно, внешних и внутренних сил. К внешним силам автор отнес силы воздействия уплотнитель-ным рабочим органом, реакции стенок, шпал, нижнего строения пути, инерционные усилия, возникающие при колебаниях, а к внутренним - силы упругости, внутреннего трения и сцепления, а также силы тяжести.
На основе анализа теоретической схемы процесса уплотнения, сводящейся к задаче о повторении испытаний, в которой простым испытанием считалось перемещение частицы щебня на некоторую величину, а сложным - перемещение совокупности частиц на некоторую усредненную величину, сформулирована основная закономерность уплотнения несвязного материала: "Результат вибрационного уплотнения несвязного материала является случайной линейной функцией от общего количества активных и пассивных относительных перемещений частиц, происходящих в уплотняемом объеме под действием внешних вибровоздействий и внутренних сил трения, упругости и веса, и определяется произведением вероятности упаковки частиц на общее количество их относительных перемещений.
На основе теоретических посылок выведена формула для оценки эффекта уплотнения - толщина рыхлого слоя до уплотнения; оС , fi - коэффициенты, определяющие, соответственно, степень использования по уплотнению относительных пассивных перемещений частиц (0 о 2) и долю объема материала, охватываемую относительными перемещениями ; О. , и - эмпирические коэффициенты, зависящие от вида уплотняемого материала и способа вибровоздействия; 60 - угловая частота колебаний; Ь - время вибровоздействия. Разработанная модель позволяет прогнозировать эффект уплотнения по общему количеству вибровоздействий, однако для вновь проектируемых рабочих органов необходимо иметь значения опытных коэффициентов, получаемых только на основе испытаний готовой машины.
Обобщение показателей, характеризующих качество уплотнения щебеночного балласта и основанных на учете изменения относительного объема пор при уплотнении, содержится в статье / 66 / Ю.Л.Сырейщикова. Рекомендовано уплотнительным рабочим органом путевой машины достигать пористости щебеночного балласта П = 0,37 - 0,38, так как при современном уровне развития техники достижение более высокой степени уплотнения экономически нецелесообразно.
Рекомендации по использованию результатов исследований для поиска перспективных конструктивных решений уплотнительных рабочих органов путевых машин
Как отмечалось выше, процесс уплотнения щебеночного балластного слоя железнодорожного пути рабочими органами машин является сложным и многофакторным. Даже при небольшой номенклатуре показателей его изучение в рамках одной работы с достаточной подробностью невозможно. Поэтому накладываются ограничения, главные из которых определяют: а) интервал поведения балластного слоя. Он отражается в основном областью ]) на гипотетической фазовой модели (см. рис. 2.1). б) номенклатуру рассматриваемых характеристик щебеночного балластного слоя. В первую очередь рассматриваются показатели текстуры и их изменение при виброобжатии слоя в горизонтальной плоскости с амплитудой и подачей, совпадающими по направлению. в) область параметров вибровоздействия уплотнителъными рабочими органами путевых машин на балластный слой. Ограничения на реализуемые параметры (или факторы, применительно к описанию эксперимента / 35 /) обусловлены современным уровнем развития путевой машинной техники, состоянием научных исследований, а также возможностями проведения соответствующего физического эксперимента в условиях кафедры "Строительные и дорожные машины и оборудование" ЛИИЇЇТа. Анализ размаха варьирования факторов силового воздействия содержится в экспериментальной части работы. Учитывая заданные ограничения, а также то, что формируемая текстура щебня при виброобжатии ориентируется и упорядочивается в соответствии с направлением воздействия, основная задача исследования формулируется следующим образом. На основе теоретических и экспериментальных исследований изменения текстуры путевого щебня стандартного гранулометрического состава при горизонтальном виброобжатии обосновать выбор направления силового воздействия на щебеночный балластный слой уплотнительными рабочими органами путевых машин. Достижение поставленной цели предусматривает на основе выдвинутых гипотез теоретический анализ изменений текстуры путевого щебня при его виброобжатии уплотнительным рабочим органом путевой машины, а также экспериментальную проверку в лабораторных условиях на физической модели разработанных теоретических положений. В работе используются два понятия: текстура и структура путевого щебня. Под структурой понимают размер, форму, характер поверхности частиц, гранулометрический состав и характер взаимных связей между частицами, а под текстурой - их пространственное расположение без учета размеров / 27,49 /. Как показывает опыт изучения различными авторами (Ю.П.Сы-рейщиков / 67,68 /, М.В.Попович / 40,56 /, Л.П.Клауз, В.Ф. Яковлев / 6,40 /, А.П.Цупиков / 73 / и др.) процесса уплотнения щебеночного балластного слоя, эффект уплотнения прежде всего сводится к взаимному относительному смещению частиц, то есть к изменению текстуры. Ввиду разнообразия формы и размеров частиц, а также их взаимного расположения в пространстве, измерение текстуры щебня без предварительной теоретической разработки гипотез затруднительно. Очевидно, что закономерности в положении частиц будут проявляться случайно в виде законов распределения с соответствующими характеристиками. Для изучения свойств текстуры целесообразно предварительно использовать плоскую (двухмерную) модель, позволяющую сделать некоторые выводы, применимые и для объемной (трехмерной), наиболее полно и точно отражающей реальный процесс. Целью опытов, проведенных на плоской модели щебеночного; балласта, явилась проверка возможности реализации вероятностного подхода к описанию поведения щебеночного балластного слоя, подвергнутого направленному силовому воздействию уплотнитель-ным рабочим органом путевой машины. Для реализации опытов необходимо было предварительно выбрать форму частиц-дисков плоской модели, а также способ описания текстуры. Из литературы / 9,17 / известно, что при современной технологии дробления щебня частицы имеют отношение длины к ширине в среднем 1,35 - 1,45, и максимальное 1,76 - 2,04, то есть они имеют явно выраженную удлиненную форму. На основании этого в качестве частиц-дисков были выбраны эллиптические цилиндры, а не круговые, как, например, это делается в работе / 37 / при анализе устойчивости частицы в массиве плоской зернистой среды. В ряде работ / 28,30 / указывается на упорядочение и ориентацию положения частиц глинистого грунта при направленном силовом воздействии на него, то есть на упорядочение и ориентацию текстуры. Имеются экспериментально установленные с помощью скоростной киносъемки факты поворота частиц в щебеночном балластном слое при воздействии на него поездной нагрузки / 5,6 /.
Как глина, так и щебеночный балласт состоят из частиц удлиненной формы, поэтому можно предположить, что при уплотнении щебеночного балласта также будет наблюдаться изменение упорядоченности и ориентации текстуры.
Для описания текстуры выбранной плоской зернистой среды необходимо описать угловое положение на плоскости взятой произвольно 6-ой частицы-эллипса относительно выбранной определенным образом системы координат ХОУ (рис. 2.2). Оно характеризуется углом oi-L наклона большей оси CLL частицы к координатной оси X Упорядоченность и ориентацию текстуры такой среды предлагается оценивать функцией плотности и функцией распределения вероятности угла bLL с соответствующими числовыми характеристиками.
