1. Начало
До появления выправочных машин железнодорожный путь выправлялся и приводился в порядок вручную или с помощью простых механических устройств. Основной метод выправки пути заключался в использовании лебедок, домкратов, ручных инструментов и моторным путеподъёмником. Этот процесс занимал много времени, требовал значительных физических усилий и не обеспечивал необходимой точности выправки пути.
В 1941 году Павлом Леонидовичем Клаузом (инженер, доцент Ленинградского института транспорта, кандидат технических наук) был предложен «Метод непрерывного уплотнения балласта» с помощью специальных машин. Уплотнение обеспечивалось за счет статического и вибрационного обжатия балласта с помощью виброуплотнителей (клиновидные плиты), которые заводились с торцов под подошву шпалы. Такой метод обеспечивал равномерность объёмного уплотнения балласта вдоль всего участка пути и высокую производительность.
Для реализации этого метода выправки пути с 1950-х годов разрабатывалась выправочно-подбивочно-отделочная машина - ВПО-3000 - путевая машина непрерывного действия, выполняющая за один проход комплекс работ: дозировку и уплотнение балласта, подбивку, выправку и отделку железнодорожного пути. Производительность — 3000ш/ч. В 1959 году заводом «Тулажелдормаш» был выпущен первый опытный образец. С этого момента начался процесс внедрения машинизированной технологии выправки пути на железной дороге.
2. Первая ВПО-3000
С 1964 года начался серийный выпуск машин ВПО-3000. Всего было выпущено 532 шт. Действие рабочих органов ВПО-3000 основывалось на принципе непрерывного вибрационного обжатия всего объема балластной призмы в горизонтальной плоскости, осуществляемого при помощи специальных виброплит, располагаемых за торцами шпал. Одновременно с этим производилась выправка пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что обеспечивало необходимую точность выправки пути в поперечном и продольном профиле (по уровню).
ВПО-3000 развивала относительно высокую рабочую скорость и обеспечивала необходимое уплотнение балласта. Для выправки пути в ВПО-3000 использовался метод сглаживания основанный на замере смещений пути в месте выправки относительно измерительной базы – трос - хорды, которая закрепляется и натягивается на специальных контрольно-измерительных тележках под машиной. Система сглаживания базировалась на трех-или четырех точечной контрольно-измерительной системе (тележках КИС), четвертая тележка размещалась под турным вагоном, для увеличения длины хорды и повышения точности выправки.
Для подъемки пути применялось электромагнитное подъемно-рихтовочное устройство, основанное на принципе притягивания рельсов и поднятия пути на требуемую высоту, фиксируемую подбивочными плитами. Для отделки пути ВПО-3000 оснащалась планировщиками балластной призмы, предназначенными для подбора балласта, сдвижки его к торцам шпал и формированию откоса балластной призмы.
3. Виброплита
На ВПО-3000 устанавливались две вибрационно-уплотнительные плиты, подвешенные на плоских листовых рессорах к продольным балкам, которые шарнирно закреплены на подъемно-поворотных кронштейнах, связанных с рамой машины. Внутри плиты размещены шесть валов с дебалансами (инерционные вращающиеся элементы), создающие горизонтальную возмущающую силу в 20 т, направленную перпендикулярно к продольной оси пути. Плита имеет в плане форму клина.
При передвижении машины клиновидная часть уплотнительной плиты заглубляется на 50-150 мм ниже подошвы шпалы и заходит за торцы шпал на 150-180 мм ремонтируемого пути, таким образом балластная призма подвергается в горизонтальной плоскости непрерывному вибрационному обжатию в результате чего происходит равномерное уплотнение всего объема балласта ремонтируемого пути.
4. Конкуренты
За рубежом лидером в путевом машиностроении являлась австрийская компания Plasser & Theurer, основанная группой инженеров в 1953 году, специализирующаяся на производстве машин, оборудования и инструментов для строительства, текущего содержания и ремонта железнодорожных путей и контактной сети. Принципиальным отличием выправочных машин циклического действия ВПР-1200 и ВПРС-500, выпускаемых компанией Plasser & Theurer, являлся способ уплотнения балласта с помощью подбивочного блока.
Подбивочные блоки машин типа оборудовались подбойками в количестве от 8 до 32 с производительностью 1200-1400 шпал/ч, нижние части которых при вращении эксцентрикового вала колебались в горизонтальной плоскости. При работе машины подбойки под действием вертикальных гидроцилиндров погружались в балласт между шпалами на глубину ниже уровня головки рельса на 475 мм и сжимались, обжимая шпалу и уплотняя под ней балласт. Машина одновременно уплотняла балласт под двумя шпалами и переезжала к следующим шпалам. Так как машины работали в циклическом режиме: цикл подбивки – переезд – цикл подбивки, они получили название машины циклического действия.
В отличие от электромагнитного подъемно-рихтованного устройства ВПО-3000, машины ВПР-1200 и ВПРС-500 были снабжены комплектом роликовых захватов для подъёмки пути и рихтующими роликами для сдвига пути с гидроприводом.
В процессе ремонта пути машинами типа ВПР не обеспечивалась необходимая степень уплотнения балласта, при которой устойчивость отремонтированного пути была бы равноценна устойчивости стабилизированного пути. Машины типа ВПР уплотняли балласт лишь под шпалами в подрельсовой зоне, а балласт в шпальных ящиках и на откосах балластной призмы оставался неуплотненным,а также выполнение операции проводилось с остановкой у каждой шпалы, что снижало их производительность.
С начала 1980-х годов компания Plasser & Theurer сотрудничала с железными дорогами СССР, поставляла машины ВПР-1200 и ВПРС-500. В дальнейшем выпуск этих машин по лицензии осуществлялся соответственно ОАО «Калугапутьмаш» и ОАО «Кировский машзавод им. 1 мая». В настоящее время на железных дорогах многих стран мира для выправки пути используются машины типа Duomatic, Dynamic 09-3Х и Unimat, выпускаемые Plasser & Theurer.
По лицензии Plasser & Theurer в России ОАО Калужский завод «Ремпутьмаш» было налажено производство выправочно-подбивочно-рихтовочных машин «Dynamic 09-3Х». Машина самоходная в рабочем и транспортном режимах, непрерывно-циклического действия. На машине были установлены блоки для подбивки до трех шпал одновременно, уплотнители торцов шпал, динамический стабилизатор пути, подъемно-рихтовочное устройство, щетки для очистки шпал и рельсов, и система измерения положения пути в плане и профиле. Машина состояла из базовой машины и соединенного с ней полуприцепного динамического стабилизатора пути. Рабочее оборудование базовой машины было смонтировано на сателлите. За счет одновременной подбивки и выправки сразу 3-х шпал, производительность машины была выше ее аналогов.
Также Plasser & Theurer выпускала машину Unimat для выправки стрелочных переводов. Для работы на стрелочных переводах машина была оборудована специальным подбивочным блоком с «откидывающимися» подбойками, а также дополнительным подъемным устройством для удержания отвода при работе на стрелках. Было налажено совместное производство Unimat в России на заводе ОАО Калужский завод «Ремпутьмаш».
5. Модернизация ВПО-3000
Машина ВПО-3000 хорошо зарекомендовала себя благодаря повышенной производительности и в 1981 году по проекту ГУП ПТКБ ЦП на Свердловском путевом ремонтно-механическом заводе были проведены предварительные (заводские) испытания ВПО-3000М – модернизированной ВПО-3000.
Машина ВПО-3000М представляла собой значительную модернизацию предшествующей модели. Она была оснащена дополнительным подъемным устройством (ДПУ) с роликово-клещевыми захватами по типу машин ВПР. Для размещения ДПУ пришлось освободить место под рамой машины и отказаться от передних планировщиков. Машина ВПО-3000М оснащалась 7-ми валковыми виброплитами, вместо 6-ти валковых. У виброплиты с 7 валами была увеличена частота вибрации и вынуждающая сила подбивки. Модернизации подверглась и система привода рабочих органов – часть электродвигателей с червячными редукторами были заменены на гидроцилиндры, а также установлена новая система выправки пути ЭСКОРТ-3000, что позволило повысить её эффективность.
С середины 90-х годов на заводе «Тулажелдормаш» началось изготовление
ВПО 3-3000 с гидроприводом рабочих органов и трехточечной тросовой системой выправки. Всего было произведено 50 машин. ВПО-3-3000 производилась с новой 7-ми валковой виброплитой и виброблоком динамической стабилизации пути, что стало первой попыткой соединить эти две технологии. Это обеспечивало более компактную и эффективную конструкцию, значительно увеличившую качество выправочных работ. В большинстве рабочих органов использовался объемный гидропривод, насосная станция которого была смонтирована под капотом в задней части машины. Машина оснащалась трехкоординатной трехточечной контрольно - измерительной системой конструкции АО «ВНИИЖТ» с использованием микропроцессорного управления. Новые решения позволили увеличить производительность и повысить качество выправки пути.
6. ВПО-С
В связи с необходимостью модернизации устаревшего парка техники ОАО «РЖД» был разработан новый проект – самоходная в рабочем режиме машина ВПО-С. С 2018 года на заводе АО «Тулажелдормаш им.А.В.Силкина» выпущено более 70 единиц.
Современные машины для выправки и подбивки пути становятся все более сложными и эффективными благодаря внедрению инновационных технологий и заимствованию успешных решений из предыдущих проектов. Машина ВПО-С, представленная на рынке, является ярким примером такого подхода, сочетая в себе как проверенные узлы с предыдущих машин, так и ряд новых функций, предназначенных для повышения производительности и надежности в процессе работы.
На ВПО-С установлены электромагнитное подъемное устройство шарнирного типа и дополнительное устройство подъемки и защиты от срыва рельсошпальной решетки (ДПУ), что обеспечивает более плотное сцепление рельса с магнитом и стабильное удержание рельсошпальной решетки уменьшая риск отклонений в процессе выправки пути. Заимствована семивалковая виброплита от модели ВПО-3-3000, что обеспечивает более высокую эффективность подбивки и уплотнения балласта.
На машине ВПО-С были применены модернизированные планировщики балласта с машин СЗП и МКТ. Такая доработка позволила выполнять машиной ВПО-С операции по сдвижке излишков балласта в сторону от железнодорожного пути. Тем самым машина ВПО-С получила новый функционал, а из технологического процесса была исключена машина типа МКТ. ВПО-С обладает функцией самоходности в рабочем режиме, что позволяет отказаться от использования локомотива. Это повышает плавность хода машины в рабочем режиме и позволяет повысить экономическую эффективность применения машины.
Внутреннее пространство кабин машины было модернизировано с акцентом на комфорт операторов. Современная система микроклимата обеспечивает оптимальные условия работы, что немаловажно для повышения эффективности труда в полевых условиях. Таким образом ВПО-С стала не только более эффективной и надежной, но комфортной для экипажа.
7. Машина первичной выправки МПВ
В 2022 году АО «Тулажелдормаш» завершило разработку инновационной машины первичной выправки МПВ. Изобретательский замысел машины состоял в том, чтобы отказаться от использования нескольких путевых машин, а сосредоточить все рабочие агрегаты на одной самоходной путевой двухсекционной машине.
Двухсекционная машина МПВ предназначена для комплексной выправки железнодорожного пути в трех координатах: его подъемки (функции электробалластера), объемного уплотнения балластной призмы (функции выправочно-подбивочно-отделочной машины), ускоренной стабилизации железнодорожного пути (функции динамического стабилизатора пути), планировки и перераспределения свежеотсыпанного или очищенного щебня и отделки балластной призмы (функции распределителя-планировщика балласта).
Первая секция – знакомая нам машина ВПО-С с доработанной высокоточной координатной системой и комплексной системой пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта, возможностью предварительной записи состояния железнодорожного пути. Вторая секция имеет возможность выправки пути по технологии цикличного действия, как Duomatic или ПМА. Кроме того, как распределитель-планировщик балласта (РПБ), планирует и перераспределяет свежеотсыпанный или очищенный щебень, а также производит стабилизацию пути с помощью виброблока.
Таким образом машина может выполнять объёмное уплотнение, работая виброплитами первой секции, и производить выправку пути в «узких» местах (мосты, платформы) с помощью подбивочного блока второй секции. Создание самоходной двухсекционной машины с рабочими органами, одновременной выправкой и стабилизацией железнодорожного пути и распределения балластной призмы позволяет сократить время производства работ и количество обслуживающего персонала.
8. Испытания МПВ
По результатам опытных испытаний на участках Вологда – Буй и Беклемишево –Рязанцево по технологии объемного уплотнения балластной призмы с применением машин ВПО-С и МПВ, можно сделать следующие выводы:
- последовательная работа выправочно-подбивочных машин с объемным уплотнением балласта в технологии ремонта пути обеспечивают требуемые параметры точности геометрии рельсовой колеи и стабилизации балластной призмы без дополнительного использования машин непрерывно-циклического способа действия и динамической стабилизации пути
- на участках пути, отремонтированных с применением машины МПВ, послеосадочная выправка пути не требуется.
Внедрение инновационной техники и технологий является важным фактором повышения качества и скорости выполнения ремонтов, что, в свою очередь, способствует развитию железнодорожного транспорта.