книги из ГПНТБ / Иванов, Г. С. Эксплуатационная надежность и совершенствование технологии изготовления железобетонных шпал

мировать в год более 450 тыс. шпал. Следовательно, и в этой части технические требования могут быть выполнены-

В основу системы автоматического управления станком по­ ложены линейные последовательные цепи, составленные из кон­ тактных (конечных) выключателей (КВ), промежуточных кон­ тактных реле (ПР) и реле времени (РВ). Случайный разрыв в такой цепи вызывает отказ, прекращающий выполне­ ние последующей операции и фактически приводящий к оста­ новке автомата. Оценить надежность такой системы управле­ ния возможно вероятностью безотказной работы в течение за­ данного интервала времени (смена, месяц, год).

Арматурный станок может быть отнесен по последствиям возможных отказов в системе управления к первой категории (последствия, вызывающие незначительный ущерб производст­ ву, так как в случае несрабатывания какого-нибудь элемента последовательной цепи произойдет остановка привода без поло­ мок рабочих органов и каких-либо катастрофических явлений).

Для оценки надежности системы автоматического управле­ ния арматурным станком может быть использована известная формула

где КСО—К = const — опасность отказа элемента системы. Ориентировочно для первой категории отказов принимают

в качестве норматива Хс=20- 10_6ч-50-10_6.

Вероятность безотказной работы системы автоматического управления арматурным станком оказалась равной

Ря =ехр (—895-10~7-350) =0,9704,

где /= 350— число часов работы станка в месяц при двухсмен­ ной работе (10500 циклов).

Сравнивая полученные характеристики с нормативными, соответствующими первой категории значимости отказов, ви­ дим, что система автоматического управления арматурным станком удовлетворяет требованиям надежности. Если при про­ ектировании и изготовлении механических узлов удастся обес­ печить их требуемую прочность и износостойкость, то станок в целом может обладать высокими показателями точности и ста­ бильности работы в течение длительного времени.

3. Совершенствование методов формования шпал

По результатам многолетних наблюдений на заводах можно указать на следующие основные дефекты, возникающие в шпа­ лах в процессе формования:

теканием цементного молока через щели диафрагмы, недоста­ точным количеством смеси у края ячейки формы и большой ве­ личиной амплитуды колебаний. Первая причина пояснений не требует. Вторая причина связана с принятым методом дозиро­ вания и конструкцией бетонораздатчика, который не может вы­ дать достаточное количество смеси у торца формы. Увеличение амплитуды колебаний свойственно концам формы, так как они имеют консольные свесы над опорой виброплощадки. На кон­ цах формы, кроме того, сосредоточены значительные массы за­ хватов. По этой причине возникают собственные колебания кон­ солей формы, особенно при остановке виброплощадки. Таким образом, в данном случае имеет место конструктивный недос­ таток формы и виброплощадки, который в конечном итоге при­ водит к образованию дефекта в торцах бетонируемого изделия.

Расслоение бетона по горизонтали вызывается зависанием крупных щебенок между натянутыми проволоками и ранним наложением пригруза. Первая причина в основном обусловле­ на неоднородностью состава бетонной смеси, когда применяют нерасфракционированный щебень с включением гранул более 25 мм. Этот дефект относится к технологии приготовления бе­ тонной смеси.

Вторая причина связана с технологией формования изде­ лия. Дело в том, что в первоначальный период вибрации смесь должна распределиться в объеме формы между натянутой ар­ матурой. Если этого не произошло, то при раннем наложении пригруза происходит прогиб арматуры, а после снятия при­ груза смесь поднимается силой упругой отдачи арматуры и разрывает бетон. Для ликвидации этого дефекта необходимо строго регламентировать продолжительность уплотнения смеси без пригруза и с пригрузом-

Нарушение структуры свежеуплотненного бетона вызыва­ ется следующими причинами: раскачиванием диафрагм вдоль продольной оси форм и раскачиванием пустотообразователей для облегчения извлечения их из бетона, а также упругими де­ формациями собственно формы при ее транспортировании кра­ ном. Первые две причины обусловлены применением ручных методов производства работ. Эти операции приводят к наруше­ нию сплошности бетона в самых ответственных частях конст­ рукции шпалы — в подрельсовой и торцах. Распилы шпал по­ казывают, что в некоторых случаях вокруг арматуры образуют­ ся пустоты, так как до твердения бетона уже произошло сме­ щение арматуры в поперечном сечении шпалы по вертикали.

Иногда видны смещения арматуры по горизонтали, что выз­ вано упругим последействием натянутой арматуры в момент снятия диафрагм, которые при укладке смеси отжимали прово­

133

нии отмеченных выше недостатков, но и в пересмотре приня­ тых методов производства работ, приводящих к изготовлению дефектных шпал и случаям травматизма рабочих.

Созданию более совершенной технологии будет способство­ вать использование результатов исследований по высококачест­ венному уплотнению бетона, внедрение комплексной механиза­ ции работ, которая позволит применить средства автоматиза­ ции для регламентации параметров наиболее ответственных технологических операций формования шпал.

Опираясь на многолетний опыт изготовления шпал, можно сформулировать следующие технические требования, которым должна удовлетворять бездефектная технология формования шпал:

обеспечивать непрерывность процессов дозирования, уклад­ ки и уплотнения бетонной смеси;

формовать шпалы из жестких бетонных смесей с характери­ стикой удобоукладываемости не менее 80—100 сек;

обеспечивать изготовление шпал одинаковой высоты;

обеспечивать проведение технологического процесса с необ­ ходимой точностью и стабильностью;

обеспечивать значительный рост ,производительности труда; система автоматического управления должна обладать вы­

сокой надежностью для обеспечения безотказной работы в те­ чение достаточно продолжительного периода времени.

Рассмотрим возможные пути совершенствования процесса формования шпал в свете указанных требований. Весь про­ цесс формования шпал может быть разбит на следующие груп­ пы операций, котрые должны выполняться в указанной очеред­ ности.

Подготовительные — установка и закрепление формы на ви­ броплощадке, установка в форму раз­ делительных и торцовых диафрагм, ус­ тановка в проектное положение шайб.

Основные — дозирование, укладка и уплотнение бе­ тонной смеси.

134

Заключительные — извлечение диафрагм и пустотообразователей.

Наиболее целесообразно для формовочного станка приме­ нить агрегатную технологическую схему, которая должна позволить выполнить технические требования в части непре­ рывности процесса дозирования, укладки и уплотнения бетон­ ной смеси, отказаться от создания специальных конвейеров для возврата диафрагм и пустотообразователей и осуществить ком­ плексную механизацию работ.

Принципиальная схема автоматического станка для формо­ вания шпал в двухручьевой форме представлена на рис52. ■Станок состоит из станины 1 рамной конструкции, на которой смонтированы два бункера 2 для бетонной смеси. Бункера по длине равны бетонируемой конструкции; у выходных отверстий бункеров смонтированы объемные питатели 3 в виде бездон­ ных ящиков. Питатели снабжены гидравлическими приводами 4 для выдвижения их по горизонтальным направляющим нав­ стречу друг другу. В выдвинутом положении питатели 3 распо­ лагаются над ячейками формы 5, которая установлена на кон­ вейере 6 с виброплощадкой 7 и приводом подъема 8. Торцы формы закрываются щелевыми диафрагмами (на схеме не по­ казаны), которые входят в форму при ее подъеме или имеют

ю11

Рею. 52. Принципиальная схема автоматического формовочного станка

135

самостоятельный привод. Пригрузы 11 для каждой ячейки фор­ мы подвешены к раме и могут опускаться при помощи приво­ дов 10 в момент, когда питатели 3 убраны под бункера. Пита­ тели 3 снабжены заслонками 9, которыми перекрывают выход­ ные отверстия бункеров. Система привода дозаторов, пригруза, подъемного рольганга, коромысла и диафрагм принята гид­ равлическая.

Взаимодействие рабочих органов станка следующее: форма с арматурой принимается конвейером 6 и поднимается в верх­ нее положение (показана пунктиром). Устанавливаются диаф­ рагмы по торцам и выдвигаются питатели 3 навстречу друг другу. Включается виброплощадка, и происходит заполнение формы бетонной смесью с одновременным ее уплотнением. Пи­ татели возвращаются в исходное положение, и на формуемые изделия опускаются пригрузы 11; смесь доуплотняется на ви­ броплощадке при их воздействии. Выключается виброплощад­

формы пригрузы следуют за ней, чтобы предупредить разрых­ ление бетона при извлечении из формы диафрагм.

Предлагаемая схема формовочного станка позволяет при­ менить интенсивную объемную вибрацию и гравитационный пригруз для высококачественного уплотнения бетонной смеси.

Несколько сложнее осуществить вибротепловую обработку бетона при формовании шпал, так как это потребует дополни­ тельной конструктивной проработки отдельных узлов формы и пригруза для электроразогрева бетона и по созданию систе­ мы автоматического управления процессом его тепловой обра­ ботки и повторного вибрирования.

Таким образом, рассмотренная схема формовочного станка основана на таких конструктивных принципах, которые откры­ вают возможности для осуществления комплексной автомати­ зации процесса формования шпал и одновременно позволяют реализовать ряд положений по совершенствованию этого про­ цесса. В совокупности эти принципы должны позволить выпол­ нить все технические требования к технологии формования шпал, сформулированные ранее. В то же время новизна ряда предлагаемых 'решений .выдвигает ,на первый план задачу , экс­ периментальной проверки узлов станка и технологических па­ раметров процесса.

Следует указать, что к моменту создания отечественной принципиальной схемы формовочного автоматического станка1 (1963 г.) не были еще известны разработки специалистов США

136

в основу новой машины заложена также агрегатная техноло­ гическая схема. Более того, в этой машине на одной техноло­ гической позиции сосредоточены все операции не только по формованию шпал, но и по их армированию семипроволочными прядями.

Поперечный разрез установки, созданной в США, представ­ лен на рис. 53, из которого видно, что силовая форма — поддон 2 с несущими бортами из труб 3 — поднимается в верхнее поло­ жение на виброплощадке 1 и в него вводится вкладыш 4, слу­ жащий непосредственно опалубкой для изделия. Бетонная смесь подается в ящичный питатель 6 из бункера 7. Над пита­ телем установлен пригруз 5. После завершения процесса уп­ лотнения смеси виброплощадка 1 опускается вместе с поддо­ ном 2, на котором находится свежеотформованная шпала, а вкладыш 4 остается на месте. Легко видеть, что в данном случае применен метод виброштампования шпал с немедлен­ ной их распалубкой. Отформованная шпала на поддоне выда­ ется из машины для дальнейшего твердения.

Интересно отметить, что отечественные разработки по авто­ матизации формования шпал и разработки США, выполненные примерно в одно и то же время, по существу параллельно, во многих положениях совпадают.

управления выполнен К- А. Поповым и Ю. М. Бляхманом. Ста­

ции ВНИИСтройдормаша, создающие вертикально ударные ко­ лебания формы частотой 3000 в 1 мин при амплитуде 0,6—0,7 мм. Диафрагмы приняты гребенчатой конструкции металлические с уплотнениями в местах прорезей из листовой резины. Пригруз выполнен подрессорным в соответствии с рекомендациями раздела 3. 1. Станок оборудован системой гидропривода с мак­ симальным рабочим давлением 65 ат.

Станок имеет дистанционное (кнопочное) управление, а так­ же автоматическое в заранее заданной последовательности-Сис­ тема управления выполнена на стандартных контактных эле­ ментах по линейной путевой схеме. Предусмотрены соответст­ вующие блокировки по условиям техники безопасности и для предупреждения механических поломок отдельных узлов при­ вода.

Система автоматического управления формовочного станка аналогична системе управления арматурного станка, но отли-

137

Рис. 53. Автомат для формования шпал (США)

138

питаниям на рабочем режиме при автоматическом управле­ нии. В процессе опытов было изготовлено более 50 шпал и ус­ тановлено, что системы привода и автоматического управления работают удовлетворительно и позволяют осуществить все без исключения операции технологического цикла формования шпал.

Таким образом, созданный станок позволил комплексно ме­ ханизировать и автоматизировать процессы дозирования, ук­ ладки и уплотнения бетонной смеси при формовании железобе­ тонных шпал. Его испытаниями подтверждена правильность принятого направления по совершенствованию процесса фор­ мования шпал на базе новых технологических и конструктив­ ных решений-

Продолжительность цикла формования одной шпалы, как видно из циклограммы, не превышала в опытах 120 сек. В этот цикл входят операции по автоматической установке и снятию диафрагм, опусканию и подъему пригруза. Однако, как пока­ зали опыты, для формования железобетонных шпал из смеси жесткостью 120 сек общая продолжительность уплотнения дол­

того, в цикл формования входят операции по транспортирова­ нию формы, установке и снятию диафрагм и пригруза, на вы­ полнение которых требуется дополнительное время.

Нельзя не учитывать и возможные колебания в жесткости поступающей бетонной смеси, произвольное увеличение кото­ рой потребует увеличить продолжительность уплотнения. При­ нимая все вышесказанное во внимание, целесообразно устано­ вить продолжительность цикла формования с некоторым запа­ сом, т. е. в пределах 190—200 сек. Но формовочный станок ра­ ботает в потоке с арматурным станком, поэтому продолжи­ тельность его цикла должна быть кратна продолжительности цикла арматурного станка, т. е. равна 240 сек.

Отметим, что организация такой на первый взгляд простой операции, как установка в форму закладных шайб, встретила

Рис. 55. Образование отверстия в шпале пуансоном

140