V Вспомните значения следующих английских слов.

Lasers Shed Light on a «Black Art»

1 Undercutting in England, has been considered something of a «black art». Generally, the process commands minimal supervision and leaves track of dubious quality in its wake. This has been accepted because of two prevailing philosophies:

– the track quality immediately behind a machine is direct result of the conditions encountered, which cannot be accurately assessed before the job, and, therefore, cannot be planned for.

– a satisfactory final track quality be achieved, regardless of the track geometry following undercutting operations, because modern maintenance techniques are capable of producing «perfect» track, no matter what state it may be in undercutting.

There philosophies have caused railroad to concentrate their resources on the repair phase of the work, while the basic process of undercutting, and what may be done to improve it, undergone very little examination.

John Kelly (Lasers) Ltd. British Rail decided to look at new approach: a laser-controlled undercutting system.

2 In ideal situations, where uniform cutting conditions are encountered, where the return is consistent and operators are able to guide the cutter bar at a fixed distance below the ties, undercutters are able to produce track of acceptable quality. However a combination of inconsistent cutting conditions, variable ballast return (which affects the track on which the of the machine runs) and crude control of the cutter bar height often produces track of very poor geometry.

3 While this may be corrected with relative ease, there is growing evidence to support the «ballast memory» theory, which suggests that poorly laid track requires more attention throughout its life that well-laid track. Measurements have shown that faults produced by undercutters permanently affect track geometry and present a continual hindrance to the engineer attempting to maintain track standards.

4 Recent research has shown that with the aid of sophisticated control system it is possible to eliminate the types of irregularities previously accepted as normal, and to produce a track quality following undercutting capable of sustaining passenger traffic at speeds as high as 50 mph without tamping. attaining such standards, however, requires a change of philosophy, in which a greater emphasis is placed on the quality of the undercutting process, rather that on the follow-up repair.

5 The height of the cutter bar is usually set by eye. The operator views the gap between the tie and cutter bar from the cab, and attempts to maintain a constant height. Some assistance is provided by the machine, since the front axles run on the track ahead of the machine, and the rear axles run on track that has been undercut. Provided the track ahead is of good quality and the ballast return is uniform, the cutter bar will be held in approximately the correct position. But if the return varies, or if the track ahead is poor quality, the height of the bar much be abjusted by the operator. The operator also compensate for varying cutting conditions. Tolerance of ±3 ins. of cut surface are not considered unusual.

6 System designed to improve the control of the geometry produced by the cutter bar include:

– Hydraulic «U» tube system;

– Rear reference system;

– Track-side wire system (R.A.C.K.);

– Laser system.

There systems use a plane defined by a rotating beam of laser light which provides the benefits of wire-guidance system without disadvantages.

Control of cut geometry, however, is only part of the problem. A number of methods which attempt to profile the returned ballast before the ties are placed on the bed have been tried in an effort to provide an acceptable geometry behind the machine.

7 Generally, these systems have consisted of hydraulically-control-led plows or additional chains which profile the returned ballast. Because the gap between ballast and tie is minimal at the ballast discharge point, degree of movement that may be applied to a plow is small. This means that control of level is of paramount importance if ballast is not to be wasted or if the ties are not to be damaged. In practice, it has been found that, even when the system is laser controlled, it is not practical to use such a system. The best profiling results have been found when using simple drag chains, or a less frexible, but equally crude, steel framework. Combined with laser control of the cutter bar, track geometry produced immediately behind an undercutter has been found to be of significantly better quality than that which is produced by other methods.

8 The laser system provides an almost perfect reference datum for both level and line. It is nearly immune from interference, has a long range, is easily set-up and can readily be detected. Laser systems are

easily attached and wired into most equipment.

By altering the height of the detector in relation to the working tool, it is possible to produce surface geometries other than the flat/inclined plane or straight line defined by the laser. For instance, if the detector is mounted on the cutter bar by means of an electrically extendible mast, adjustment of the detector (as distance from the laser varies) will allow vertically curved surfaces to be produced.

9 A system known as the «Сurve Computer» allows a portable computer to be attached to the laser control system. This computer is programmed with design information, and is connected to a distance measuring wheel. As the machine moves through the job, the computer continually calculates the required height of the laser mast and automatically adjusts it.

This system allows:

– Laser to be used over longer ranges, since changes of gradient can be programmed into the machine without having to adjust or move the laser;

– Surface to be placed exactly as required, without accepting compromises that normal laser system would produce;

– Time consuming adjustment associated with setting up the laser manually to be corrected by computer.

автоматизированная си-стема вырезки балласта с помощью лазера

1 На британских железных дорогах (BR) процесс вырезки балласта контролировался, как правило, в минимальной степени, а состояние пути после таких работ было сомнительным. Такое положение складывалось потому, что превалировали следующие концепции:

– качество пути непосредственно за путевой машиной прямо зависит от условий, которые не поддаются точной оценке до проведения работ и поэтому не могут быть учтены при планировании таких работ;

– удовлетворительное окончательное состояние пути может быть достигнуто независимо от геометрического пути после вырезки балласта, поскольку современная путейская техника в состоянии обеспечить путь очень высокого качества, каким бы ни было его состояние до вырезки балласта.

Эти предпосылки побуждали железные дороги сосредоточить свои ресурсы на этапе ремонтных работ, тогда как основы процесса вырезки и возможности его улучшения были изучены недостаточно.

RB и компания John Kelly (Laser) Ltd решили рассмотреть новый подход: автоматизированную систему вырезки баланса, управляемую с помощью лазера.

2 В идеальном случае однообразных условий вырезки, когда возврат балласта устойчив и операторы могут удерживать подрезное устройство на фиксированной глубине под шпалами, щебнеочисти-тельная машина в состоянии обеспечить приемлемое качество пути. Однако сочетание неоднородных условий вырезки балласта, переменный объем возврата балласта (влияющий на путь, по которому движется хвостовая часть путевой машины) и грубая регулировка глубины подреза часто производит путь очень плохой геометрии.

3 Хотя исправить геометрические параметры можно относительно легко, в то же время есть большие основания поддержать теорию «памяти балласта», согласно которой плохо уложенный путь требует большего внимания в течение всего срока службы, чем путь на хорошем основании. Измерения показывают, что дефекты, образовавшиеся при вырезке балласта, постоянно влияют на геометрию пути и представляют трудности при выдерживании стандартов на содержании пути.

4 Недавние исследования показали, что с помощью сложной системы управления можно исключить все типы неровностей, которые в прошлом считались допустимыми, и обеспечить качество после вырезки балласта, позволяющее пропускать пассажирские поезда со скоростями до 80,5 км/ч без подбивки. Достижение таких стандартов требует, однако, изменения концепции путевых работ, большого внимания к качеству процесса вырезки балласта, а не к последующим доводочным работам.

5 Заглубление подрезанного устройства обычно устанавливают на глаз. Оператор наблюдает из кабины зазор между режущей штангой и шпалой и стремится поддерживать его постоянным. Если путь перед щебнеочистительной машиной в хорошем состоянии и объем возвращаемого балласта одинаков, режущую штангу следует удерживать в примерно правильном положении. Но если возврат балласта переменный или если состояние пути плохое, оператору приходится регулировать положение подрезного устройства. Допуски ±7,5 см для положения поверхности вырезки считаются приемлемыми.

6 Известно несколько систем, предназначенных для улучшения контроля уровня поверхности, создаваемой подрезным устройством:

– гидравлическая система из U- образных трубок;

– концевая система определения уровня;

– направляющий трос на обочине пути;

– лазерная система.

Эти системы используют плоскость, задаваемую вращающимся лучом лазера. Система обеспечивает те же преимущества, что и при использовании троса, но свободна от упомянутого недостатка.

Но контроль геометрии резания является только частью задачи. Для обеспечения приемлемой геометрии пути вслед за проходом щебнеочистительной машины было исследовано несколько методов выравнивания возвращаемого балласта перед опусканием шпал на место.

7 Эти системы в основном имеют плуги с гидравлическим управлением или дополнительные режущие цепи, которые обеспечивают разравнивание балласта. Поскольку в месте разгрузки балласта зазор между балластом и шпалой минимальный, то величина перемещения, которая может быть приложена к плугу, невелика. Это означает, что во избежание потерь балласта или повреждения шпал контроль уровня имеет первостепенное значение. В реальных условиях было обнаружено, что даже при управлении лазером использование такой системы невозможно. Наилучшее решение профилирования получили при использовании простых цепей или менее гибких, но равным образом несложных металлических конструкций. Сочетание режущей штанги с лазерным управлением обеспечивает существенно более высокий уровень качества геометрии пути непосредственно из-за щебнеочистительной машины, чем при использовании других методов.

8 Лазерная система обеспечивает почти идеальную систему отсчета как по уровню, так и по направлению. Она практически помехоустойчива, имеет широкий диапазон, легко монтируется, ее неисправности можно легко диагностировать.

Изменением высоты детектора относительно рабочего органа можно создать геометрию поверхности, отличную от наклонной плоскости или прямой линии, задаваемой с помощью электрически выдвигаемой стойки, регулирование высоты положения детектора (по мере изменения расстояния до лазера) позволяет создать криволинейную поверхность.

9 Система «Компьютер для кривой» позволяет включить в лазерную систему управления портативный компьютер. В этом компьютере предварительно программируется проектная информация, и он подсоединяется к колесу, служащему датчиком простейшего пути. По мере продвижения машины по участку производства работ компьютер непрерывно вычисляет высоту лазерной мачты и выдает информацию для регулировки этой высоты.

Данная система позволяет:

– использовать лазер в большом диапазоне длин;

– создавать поверхности с необходимой точностью;

– выполнять трудоемкую и требующую больших затрат корректировку лазера с помощью компьютера.