Тел: +7(391)254-8445
E-mail: rcit@inbox.ru
4.gif "Интернет-магазин СК-НТР"){kind=logo}
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
«Регионального Центра Инновационных Технологий»
ПУТЕВЫЕ МАШИНЫ
применяемые в оао «ржд»
Конструкция, теория и расчет
Глава 1 - 5.
Содержание
1. МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
1.1. Устройство железнодорожного пути
1.2.
Система ведения путевого хозяйства
1.3. Виды путевых работ и их
периодичность
1.4. Классификация путевых машин и предъявляемые к ним
требования
1.5. Технологические комплексы путевых машин и показатели
эффективности их применения
1.6. Перечень основных путевых машин и механизмов и их
сокращенные названия
2. ПУТЕВАЯ МАШИНА, КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
2.1. Экипажная часть путевых машин
2.1.1. Силовая установка
2.1.2. Силовая передача (трансмиссия)
2.1.3. Ходовая часть (рама, ударно-тяговые приборы, бегунковые
и тяговые тележки)
2.2. Тормозное оборудование (рычажная передача и пневмосистема,
основы расчета тормозов)
2.3. Приборы безопасности движения путевых машин
2.4. Вписывание путевой машины в габарит подвижного состава
2.5. Прохождение путевой машиной элементов пути в плане и
продольном профиле
2.6. Развеска путевой машины при работе и Транспортировании
2.7. Устойчивость путевой машины
2.8. Тяговые сопротивления передвижению путевых машин
2.9. Эргономические характеристики путевых машин
3. ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН
3.1. Объемный гидропривод путевых машин (устройство, элементный
состав, расчет основных параметров)
3.1.1. Порядок расчета объемного гидропривода
3.1.2. Расчет насоса и гидромотора
3.1.3. Расчет гидроцилиндра
3.2. Гидродинамический привод путевых машин (устройство,
принцип действия)
3.3. Пневматический привод путевых машин (устройство,
элементный состав, расчет основных параметров)
3.4.
Электрический привод путевых машин (устройство, элементный состав, расчет
основных параметров)
4. МАШИНЫ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
4.1. Неисправности земляного полотна и машины для его ремонта
4.2. Путевой струг-снегоочиститель: устройство, технология
применения, основы расчета
4.3. Машины активного действия для нарезки и ремонта
водоотводных устройств земляного полотна (устройство, технология применения)
4.3.1. Самоходный землеуборочный поезд СЗП-600Р
4.3.2. Кюветно-траншейная машина МКТ
4.4. Основы расчета активных рабочих органов машин для ремонта
земляного полотна
4.4.1. Определение рабочих параметров ротора
4.4.2. Расчет пропускной способности приемно-передающего
устройства ротора
4.4.3. Тяговый расчет самоходного землеуборочного поезда
4.5. Машины для удаления растительности в зоне железнодорожном
пути
5. МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ И ПОДЪЕМКИ ПУТИ
5.1. Общие сведения. Классификация
5.2. Электробалластеры ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К
5.3. Рабочие органы электробалластеров (устройство, технология
применения)
5.4. Основы расчета электробалластеров
5.4.1. Расчет усилий подъема и сдвига стыкового пути
5.4.2. Расчет усилий подъема и сдвига бесстыкового пути
5.4.3. Расчет усилий, развиваемых приводами ПРУ
5.4.4. Расчет геометрических параметров дозатора
5.4.5. Определение усилий, действующих на дозатор
5.4.6. Тяговый расчет балластера
5.4.7.
Смещение пути на кривых
5.5. Планировщик балласта ПБ-01 (устройство, технология
применения)
6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
7. МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ
8.
МАШИНЫ ДЛЯ УКЛАДКИ И РАЗБОРКИ ПУТИ
9. МАШИНЫ ДЛЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ РЕЛЬСОВЫХ ЗВЕНЬЕВ
10. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ, ВЫПРАВКИ И
ОТДЕЛКИ ПУТИ
11. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПУТИ
12.
МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПУТИ ОТ СНЕГА
13.
ТЯГОВЫЕ, ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ
МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
14. МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
Список литературы
ГЛАВА 1
МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
1.1. Устройство железнодорожного пути
1 − рельсошпальная решетка; 2 − балластная призма;
3 − земляное полотно; 4 − песчаная подушка
Железнодорожный путь (рис. 1.1) представляет собой многоэлементный комплекс инженерных сооружением и устройств, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей, предназначенный для движения поездов. Он состоит из верхнего строения, воспринимающего усилия от колёс подвижного состава и направляющего их движение и нижнего строения (земляное полотно), служащего основанием для верхнего строения, а также искусственных сооружений (мостов, тоннелей, водопропускных труб, путепроводов и т.д.), устройств связи.
а − рельс Р65; б − двухголовая накладка для Р75, Р65
Верхнее строение пути состоит из рельсов, шпал, скреплений, балластного слоя, стрелочных переводов и дополнительных элементов – противоугонов, стяжек, мостового полотна. Самый ответственный элемент – рельсы (рис. 1.2, а). Их прокатывают на металлургических заводах стандартной длины 25 м (для кривых участков пути выпускаются укороченные рельсы длиной 24,84 и 24,92 м). Ранее выпускали рельсы длиной 12,5 м. Применяются следующие типы рельсов: Р50, Р65, Р75, соответственно массой 51,67; 64,72; 74,41 кг в одном метре. Буква Р означает слово «Рельс», а цифра – приблизительную массу одного метра рельса. Наибольшее распространение имеют рельсы типа Р65. Каждый рельс имеет головку, шейку и подошву. У рельсов Р65 и Р75 ширина подошвы и шейки одинаковые, что даёт возможность использовать одни и те же стыковые и промежуточные скрепления.
На каждом конце рельсов Р65, Р75, Р50 имеются два или три отверстия диаметром 36 мм (рельсы Р65 и Р75) и 34 мм (рельсы Р50). В зависимости от типа стали рельсы бывают I и II групп. Железнодорожный путь бывает стыковой и бесстыковой. При стыковом пути концы соседних рельсов соединяются стыковыми скреплениями, включающими накладки и болты.
Для рельсов Р75, Р65, Р50 применяются двухголовые накладки (рис. 1.2, б). Масса накладки для рельсов Р50 – 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 – 23,78 кг для четырехдырных и 29,5 кг для шестидырных. Современные болты имеют круглую головку. Диаметр болта 24 мм (рельсы Р50) и 27 мм для рельсов Р75 и Р65.
Часто отверстия в накладках имеют овальную форму, что исключает проворачивание болтов при завертывании гаек. Сила, сжимающая шайбы, равна 12 кН. Болты в стыках устанавливаются поочередно головками то внутрь, то снаружи колеи. На отечественных дорогах принят стык на весу между двумя шпалами, который является более упругим, чем стык на сдвоенных шпалах, хотя последний, рекомендуется для переходных стыков при нагрузке на рельсы более 230 кН. Расстояние между осями стыковых шпал принято 420 мм (рельсы Р75 и Р65), 440 мм (рельсы Р50) и 500 мм для любых других рельсов. Стыки обычно устанавливаются по наугольнику, т.е. напротив друг друга, хотя в кривых малого радиуса возможно их расположение вразбежку. Расположение стыков по наугольнику обеспечивает плавное движение поездов (без перекосных толчков), позволяет механизировать процесс укладки пути звеньями и устройство электроизолирующего стыка при автоблокировке.
Для передачи нагрузки от рельсов к балластному слою и земляному полотну укладываются шпалы. Рельсы опираются на опоры – шпалы, (полушпалы в метро), плиты, рамы через прокладки. Шпалы бывают деревянные, железобетонные (рис. 1.3) и металлические. Деревянные шпалы изготавливают трех типов:
1. обрезные (IА) и необрезные (IБ) применяют для главных путей;
2. IIА, ПБ – для станционных и подъездных;
3. ША, ШБ – для малодеятельных.
Длина деревянной шпалы равна 2750 мм, масса 71 кг. Шпалы укладывают под рельсы на определенном расстоянии одну от другой. Схема их укладки на длине звена называется эпюрой шпал. Обычно укладывают на каждом звене длиной 25 м 46 шпал или 1840 шпал на 1 км пути. В кривых участках при радиусе менее 1200 м, и на скоростных участках при радиусе менее 2000 м, укладывают 50 шпал на звено, или 2000 шпал на 1 км. На станционных путях имеются участки, где уложено 1440 и 1600 шпал на 1 км.
Железобетонные шпалы укладываются в путь с 1959 г. Изготавливаются железобетонные шпалы, армированные проволокой диаметром 3 мм (44 шт.), типов:
ШС-1, ШС1у для раздельных клеммно-болтовых скреплений;
ШС-2, ШС-2у для нераздельных клеммно-болтовых скреплений.
а, в − раздельное клеммно-шурупное типа К2; б − смешанное костыльное;
1 – подкладка; 2 – клемма промежуточная; 3 – рельс; 4 – прокладка под подошву рельса; 5 – шайба двухвитковая;
6 – гайка; 7 – болт клеммный; 8 – шуруп; 9 – прокладка под подкладку; 10 – дюбель; 11 – шпала железобетонная;
12 – костыль крепления рельса к шпале; 13 – костыль крепления подкладки к шпале (пришивочный);
14 – шпала деревянная
Масса шпалы с увеличенной опорной площадью достигает до 350 кг. Промежуточные скрепления (рис 1.4) служат для прикрепления рельсов к шпалам. Под рельсы устанавливают подкладки. В зависимости от типа пути применяется смешанное костыльное скрепление (см. рис. 1.4, б) и раздельное шурупно-болтовое скрепление (см. рис. 1.4, а, в). При деревянных шпалах, как правило, применяется костыльное скрепление с длиной костыля 165 мм. Подкладка и рельс крепятся к шпале костылями 12, а подкладка к шпале – пришивочным костылем 13. При раздельном скреплении подкладка крепится к шпалам, а рельс к подкладке. Для уменьшения износа шпалы, а также для регулирования высоты установки рельса под подкладку устанавливают специальные прокладки 9 толщиной 6–10 мм из дерева, резины, гомбелита и т.п. Подкладки применяются обычно клинчатые двухребордчатые. Клинчатая подкладка имеет уклон 1:20 и облегчает постановку рельсов с подуклонкой, повышающей устойчивость движения поезда. На железобетонных шпалах обычно применяют клеммно-шурупные (см. рис. 1.4, а, в) и клеммно-болтовые скрепления КБ-65 (рис. 1.5). В первом случае подкладка 1 (см. рис. 1.4, а, в) крепится к шпале 11 шурупами 8, во втором – закладными болтами 7 (см. рис. 1.5). Крепление рельса к подкладке выполняется клеммными болтами и жесткими клеммами 7 (см. рис. 1.4, а, в) и 6 (см. рис. 1.5).
1 – прокладка под подкладку КБ; 2 – подкладка КБ; 3 – гайка М22; 4 – болт клеммный М22 х75;
5 – двухвитковая шайба; 6 – клемма; 7 – болт закладной М22х175; 8 – скоба изолирующей втулки;
9 – изолирующая втулка КБ; 10 – прокладка под подошву рельса
В последнее время в путевом хозяйстве используются пружинные бесподкладочные скрепления типа ЖБР (рис.1.6) и типа АРС (рис.1.7.), обеспечивающих упругое соединение рельса со шпалой.
1 – прокладка под подошву рельса; 2 – закладной болт 22х175; 3 – гайка М22;
4 – скоба; 5 – клемма пружинная; 6 – скоба упорная; 7 – прокладка упругая
Скрепление АРС относится к безболтовым промежуточным скреплениям для железобетонных шпал (автор Л.П.Алексеева МГУПС), усилие нажатие которых на подошву рельса устанавливается в момент его монтажа. Регулирование усилия нажатия в период эксплуатации выполняется поворотом монорегулятора 4.
1 – анкер; 2 – изолирующий уголок; 3 – подрельсовая прокладка;
4 – монорегулятор; 5 – пружинная клемма; 6 – подклеммник
Шпалы укладывают на балласт, который воспринимает нагрузку от рельсов и передает ее на земляное полотно. Кроме того, балласт дренирует (пропускает) воду. В качестве основного железнодорожного балласта используется щебень фракций 25-60 мм по ГОСТ 7392-2002, на малодеятельных путях используется гравий, песок. Планируется переход на щебень с кубической формой частиц, обеспечивающий повышенную устойчивость балластной призмы. Поперечные размеры балластных призм (рис. 1.8.) выбираются в зависимости от типа верхнего строения пути и земляного полотна. Земляное полотно сооружается из грунтов и воспри-нимает нагрузку от верхнего строения. Земляное полотно (путь) характеризуется продольным профилем (уклонами), планом линии (кривыми) и поперечным профилем: насыпи, выемки, нулевого места.
– однопутный (а, б) и двухпутный (в, г) участок, соответственно в прямой и кривой;
S = 1520(+8, –4) – ширина колеи, мм;
Bш и hв – длина шпалы и возвышение наружного рельса в кривой;
Bпр и Bпл – ширина балластной призмы поверху и размер плеча;
hБ, hп – толщина балластного слоя и песчаной подушки;
Sмп, A – расстояние между осями соседних путей и увеличение указанного расстояния в кривых и на скоростных линиях
В кривых участках для возвышения наружного рельса hв балластная призма имеет наклон к горизонту (рис 1.8, б ). Максимальное возвышение рельсов на железных дорогах ОАО «РЖД» hв = 150 мм. Балластная призма выполняется многослойной. Двухслойная призма состоит из щебеночного слоя и песчаной подушки, которая играет роль подстилающего слоя, предотвращающего повреждение основной площадки земляного полотна острыми гранями частиц щебня. В трехслойной конструкции призмы устраивается дополнительный покрывающий слой, предотвращающий попадание загрязнителей в основное тело призмы, отсыпанное из щебня.
Размеры балластной призмы определяют режимы работы путевых машин. Например, толщина балластной призмы hБ приводит к необходимости использовать разные размеры рабочих поверхностей уплотнительных органов, регулировать величину их заглубления в балласт, определять число циклов обжима балласта или проходов машины. Геометрические параметры режущих кромок рабочих органов для планировки и отделки балластной призмы должны гарантировать получение типовых профилей (см. рис. 1.8).
а − пружинный противоугон; б − изолирующий рельсовый стык;
1 − боковая прокладка; 2 − втулка; 3, 4 − соответственно прокладка стопорная и изолирующая
Под действием динамических нагрузок от подвижного состава происходит продольное перемещение рельсов относительно шпал или рельсов со шпалами относительно балласта. Такое перемещение называется угоном пути. Он вызывает изменение стыковых зазоров (слепые или растянутые), смещение или перекашивание шпал, что ведет к расстройству пути и дополнительным работам по перегонке шпал и разгонке зазоров. Применение раздельного промежуточного скрепления пружинного типа, использование щебня, увеличение эпюры шпал приводит к уменьшению угона. Для уменьшения (исключения) угона используются специальные элементы – противоугоны. Наибольшее распространение имеют пружинные противоугоны (рис 1.9, а). При рельсах длиной 25 м устанавливают 18-44 пары противоугонов. Каждый противоугон устанавливают на рельсе так, чтобы зуб был с наружной стороны рельса. Сопротивление противоугона продольному скольжению по рельсу должно быть не менее 8 кН. На линиях с автоблокировкой каждый блок-участок отделен от соседнего изолирующими рельсовыми стыками (рис. 1.9, б). При проходе поездом блок-участка, колесные пары замыкают обе рельсовые нити и зажигают красный свет светофора, сигнализируя о занятости пути. Для соединения путей используют стрелочные переводы и пересечения. Стрелочные переводы бывают одиночные обыкновенные и симметричные, а также двойные перекрестные.
Наиболее распространены одиночные обыкновенные стрелочные переводы (рис. 1.10, а), состоящие из: стрелки, соединительных путей, крестовины с контррельсами и закрестовинных кривых, а также брусьев или плит (деревянных, железобетонных). Стрелка состоит из двух рамных рельсов, двух остряков, связей между остряками и переводного механизма.
Угол между осями путей называется углом крестовины (рис 1.10, б). Отношение ширины сердечника крестовины в её корне к длине сердечника до математического центра называется маркой крестовины. Это отношение равно тангенсу угла крестовины и характеризует угол отклонения бокового пути от основного: чем меньше угол крестовины, тем плавней ход поездов на боковой путь. Марка крестовины выражается в виде дроби:
На отечественных дорогах применяют крестовины марок: 1/9, 1/11, для скоростных линий – 1/18, 1/22. Наиболее распространены крестовины без подвижных элементов (см. рис. 1.10, б) (литые), состоящие из сердечника, имеющего рабочие грани АС и АВ и двух усовиков. Точка А пересечения рабочих граней усовиков и сердечника – называется математическим центром крестовины. Самое узкое пространство между усовиками в их первом изгибе, называется горлом крестовины; промежуток между боковыми гранями усовика и сердечником представляет собой желоб для прохода гребней колесных пар.
Приведенное выше описание верхнего строения пути относится к стыковому пути, при длине рельсов 25 м. В настоящее время широко используется бесстыковой пути, который может быть температурно-напряженный без разрядки температурных напряжений и с промежуточной разрядкой. При бесстыковом пути рельсы стандартной длины (25 м) сваривают в рельсовые плети длиной до 800 м и более, а между ними укладывают так называемые уравнительные рельсы длиной 25 (12,5) м, соединенные стыковыми накладками. Полигон укладки бесстыкового пути распространяется на всю сеть железных дорог и укладку плетей длинной в перегон.
1.2. Система ведения путевого хозяйства
По мере усложнения условий эксплуатации система ведения путевого хозяйства трансформировалась в сложную многослойную структуру, компоненты которой должны быть подчинены единой стратегии – адаптации структурных составляющих к изменяющимся условиям работы железных дорог. Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства следующие:
– процесс адаптации системы должен предшествовать периоду наступления ситуаций с более сложными условиями эксплуатации пути и строиться на основе долгосрочного прогноза работы железнодорожного транспорта;
– комплексная Программа система ведения путевого хозяйства должна обеспечивать синхронное развитие всех компонентов системы;
– развитие системы должно сводиться к принятию единых принципов, правил и функций управления, определяющих комплексные изменения эксплуатационных возможностей железнодорожного пути, технологии его обслуживания, обеспечения материально-технической базы для решения этих задач;
– стратегия использования пути определяется совокупностью нормативов, регламентирующих режим его эксплуатации с соответствующим уровнем скоростей, обеспечивающих безопасность движения поездов, а также предоставление необходимых перерывов для технического обслуживания в рамках единого технологического процесса с перевозками и достижением наивысшей эффективности функционирования в системе всего железнодорожного транспорта;
– стратегия технического обслуживания пути определяется совокупностью допустимых параметров его состояния, технологических нормативов и регламентом мониторинга с принятием решений об объемах и сроках проведения работ на основе информации о фактическом техническом состоянии пути предъявляемым эксплуатационным требованиям, обеспечивающих наименьшие затраты, при достаточном обеспечении ресурсами.
Исходя из перечисленных принципов комплексная Программа система ведения путевого хозяйства связывает в единый комплекс компоненты:
– классификацию пути, как базовый элемент структуры всей системы, отражающий условия эксплуатации;
– типизацию верхнего строения пути, регламентирующую его мощность и использование новых или старогодных материалов в зависимости от класса, обеспечивающую требуемый уровень несущей способности;
– систематизацию путевых работ с разделением их на две основные группы: ремонт и текущее содержание пути;
– формализацию ремонтных схем по классам пути, определяющую виды работ и их периодичность, исходя из регламентной наработки по пропущенному тоннажу или в годах, или по фактическому состоянию пути в соответствии с критериями оценки работоспособности отдельных элементов пути;
– стандартизацию способов производства ремонтных работ, обусловленную применяемыми техническими средствами и, продолжительностью регламентируемых перерывов в движении поездов;
– принятие единых принципов организации текущего содержания, определяемой уровнем стабильности пути, эффективным соотношением затрат с ремонтными работами, способами производства работ и возможностями их выполнения по условиям движения поездов;
– мониторинг пути;
– организационную структуру управления путевым хозяйством;
– систему материально-технического обеспечения;
– социально-кадровое обеспечение.
На основе перечисленных принципов и положений разработано «Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации», в дальнейшем «Положение», было впервые введено приказом МПС от 16.08.94 г. № 12Ц в связи с необходимостью перехода на ресурсосберегающие технологии, оснащения путевого хозяйства современными путевыми машинами, в первую очередь машинами для глубокой очистки щебня, устраняющими переподъемку пути при его ремонтах и способствующими повышению долговременности стабильного состояния пути после ремонтов.
Согласно «Положения», в зависимости от сочетания грузонапряженности и максимальных допустимых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов разработана классификация (табл. 1.1) железнодорожных путей. По грузонапряженности все пути разделяются на 5 групп, обозначаемых буквами – Б, В, Г, Д, Е, по допускаемым скоростям – на 7 категорий, обозначенных цифровыми индексами - 1, 2, . . . , 7.
Классы путей Таблица 1.1
| Груп-па пути |
Грузонапря- женность, млн. т. км в год |
Категория пути – допустимые скорости движения поездов
(числитель – пассажирские, знаменатель – грузовые), км/ч |
||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
|
121-140 >80 |
101-120 >70 |
81-100 >60 |
61-80 >50 |
41-60 >40 |
40 и менее |
Станционные, подъездные и прочие пути |
||
| Главные пути | ||||||||
| Б | Более 50 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 3 | 5 |
| В | 25 - 50 | 1 | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | |
| Г | 10 - 25 | 1 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| Д | 5 - 10 | 2 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | |
| Е | 5 и менее | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | |
Классы, представляющие собой сочетание групп и категорий путей, обозначаются цифрами – 1, 2, …, 5. Принадлежность пути соответствующему классу, группе и категории обозначаются сочетаниями цифр и буквы:
1. первая цифра – класс пути,
2. вторая буква – группа пути,
3. третья цифра – категория пути.
1.3. Виды путевых работ и их периодичность
Для каждого класса путей, согласно «Положения», регламентируется конструкция пути, технические условия, виды работ по ремонту пути и планово-предупредительной выправке и критерии их назначения (табл. 1.2). Определены организация и планирование путевых работ, среднесетевые нормы периодичности ремонтов (табл. 1.3), включая работы по земляному полотну, искусственным сооружениям, программа оснащения дорог путевыми машинами и средствами контроля состояния пути, методика определения классов путей и нормативной потребности путевых работ.
Виды технического обслуживания железнодорожных путей. Таблица 1.2
|
Виды основных путевых работ |
Критерии назначения | ||
| До 1994 г. | Новая система | Основные | Дополнительные |
| Капитальный
ремонт пути (К) |
Усиленный капитальный ремонт пути (УК) | Пропущенный тоннаж или срок службы в годах.
Одиночный выход рельсов за срок службы (4-8 шт.) |
Дефектность шпал и скреплений, загрязненность призмы, выплески |
|
Капитальный ремонт пути (К) |
|||
| Средний
ремонт пути (С) |
Усиленный средний
ремонт пути (УС) |
Потребность в замене балласта или очистке имеется | Ширина обочин менее 40 см, наличие пучин |
|
Средний ремонт
пути (С) |
Загрязненность щебня более 30% по массе, наличие выплесков | Дефектность шпал и скреплений | |
| Подъемочный ремонт пути (П) | Подъемочный ремонт пути (П) |
Количество отступлений 11 степени - 25-40 шт./км. Загрязненность щебня менее 30% по массе |
Дефектность шпал, скреплений, наличие выплесков |
| Текущее Содержание пути (Т) | Планово-предупредительные работы по текущему
содержанию пути (В) |
Количество отступлений пути 11 степени-20-30 шт./км. Загрязненность щебня менее 30% по массе |
Дефектность шпал и скреплений, наличие выплесков |
| Текущее Содержание
пути (Т) |
Инструкция по текущему |
||
Усиленный капитальный ремонт пути (УК) предназначен для комплексного обновления верхнего строения на путях 1 и 2 (стрелочных переводов 1–3) классов с повышением несущей способности балластной призмы и земляного полотна. Выполняются основные работы: замена РШР, стрелочных переводов, очистка балластной призмы, уположение кривых, ремонт водоотводных сооружений и др. Между усиленными ремонтами пути выполняется сплошная смена рельсов (РС).
Капитальный ремонт пути (К) предназначен для замены верхнего строения на путях 3, 4, 5 классов (стрелочных переводов 4, 5 классов) на более мощное или менее изношенное, в том числе смонтированное из старогодных материалов. При капитальном ремонте на участках 3-5 классов выполняются те же работы, что и при УК, кроме уположения кривых.
Усиленный средний ремонт (УС) предназначен для очи-стки балластной призмы, опускания продольной линии пути на электрифицированных участках, повышения несущей способности и восстановления нормального сечения балластной призмы и основной площадки земляного полотна.
Средний ремонт пути (С) предназначен для оздоровления балластной призмы за счёт её сплошной очистки на глубину не менее 25 см без понижения профильной линии пути, замены дефектных элементов верхнего строения пути, регулировка бесстыкового пути и др.
Подъёмочный ремонт пути (П) предназначен для восстановления равноупругости подшпального основания сплошной подъемной и выправкой пути с подбивкой шпал, а также для замены негодных элементов верхнего строения и частичного восстановления дренирующих свойств балласта. Выполняются работы: сплошная выправка пути в плане и профиле с подъемкой на 5-6 см с добавлением и подбивкой балласта, локальная очистка балласта в шпальных ящиках в местах появления выплесков.
Планово-предупредительная выправка пути (В). Планово-предупредительная выправка пути и стрелочных переводов комплексов машин предназначена для восстановления равноупругости подшпального основания и уменьшения степени неравномерности отступлений по уровню, в плане и просадок пути. Выполняются работы: сплошная выправка по компьютерным программам с подбавкой, планировкой и стабилизацией пути, частичная замена элементов РШР.
Текущее содержание пути (Т). Включает систематический надзор за состоянием комплексом сооружений пути и путевых устройств и содержание их в состоянии, гарантирующее безопасное движение поездов. Текущее содержание пути осуществляется круглогодично и на всем протяжении пути. Оно включает в себя изучение причин появления неисправностей, их анализ и предупреждение. Работы по текущему содержанию пути делятся на неотложные и первоочередные, связанные с устранением неисправностей, угрожающих безопасности движения поездов, и планово-предупредительные, выполняемые с целью предупреждения появления неисправностей пути машинизированным способом.
Планирование путевых работ осуществляется двух видов:
перспективное на 5-6 лет на основе нормативов (наработки тоннажа или сроков службы) и динамики изменения технического состояния пути
и текущее – на предстоящий год исходя из фактического состояния верхнего строения.
1.4. Классификация путевых машин
и предъявляемые к ним требования
Путевые работы являются сложными, трудоемкими (мало привлекательными) и многооперационными. На ремонтных работах требуется выполнить до 80 технологических операций, а при текущем его содержании их насчитывается до 120. Для комплексной механизации и автоматизация путевых работ созданы одно- и многооперационные машины. В путевом комплексе уже насчитывается 40 типов путевых машин и 55 типов путевого механизированного инструмента. Для изучения применяемых методов и эффективных способов выполнения путевых работ, тенденций развития путевых машин и их анализа, используются приемы классификации. Классифицировать, означает разделение множества объектов по общим для них признакам (или различиям) на классы (группы). Основные признаки, по которым классифицируют путевые машины: назначение, способ выполнения работ, тип привода, вид ходового оборудования, наличие энергетической базы, способ передвижения, системы управления, вид и состав выполняемых работ, конструктивные отличия, универсальность и др. По назначению путевые машины и механизмы делятся на группы для:
- ремонта земляного полотна (путевые струги, землеуборочные машины);
- балластировки и подъемки пути (электробалластеры, путеподъёмники, планировщики, дозировщики);
- хоппер-дозаторы; очистки путевого щебня (щебнеочистительные машины);
- укладки пути и стрелочных переводов (путеукладчики, рельсоукладчики);
- сварки и шлифовки рельсов (машины ПРСМ, РШП-48);
- звеносборочных баз (звеносборочные и звеноразборочные линии);
- выправки пути, уплотнения и стабилизации балластного слоя (выправочно-подбивочно-рихтовочные, путерихтовочные, отделочные);
- диагностики состояния пути (путеизмерительные и дефектоскопные вагоны, автомотрисы, тележки);
- очистки и уборки снега (плуговые и роторные снегоочистители, снегоуборочные машины),
- а также транс-портные, тягово-энергетические и погрузочно-разгрузочные средства для путевых работ (составы для засорителей, самораз-гружающиеся вагоны, автомотрисы, дрезины, мотовозы);
- путевой механизированный инструмент.
По способу выполнения работ машины различают:
- циклического (путеукладчики, выправочно-подбивочно-рихтовочные и др.),
- непрерывно-циклического (Duomatic 09-32, ПМА-1)
- и непрерывного действия (струги, щебнеочистительные, снегоуборочные машины и др.).
Машины тяжелого типа несъемные с пути; путеизмерительные тележки, путевой инструмент и др. относятся к легким и могут быть сняты с пути.
Для привода в действие рабочих органов и передвижения самоходных путевых машин используются механические, гидравлические, пневматические, комбинированные передачи. По виду ходового оборудования машины бывают: на железнодорожном ходу, гусеничном и комбинированном пневможелезнодорожном ходу. Гусеничный и комбинированный ход применяется на путевых машинах транспортного строительства. Путевые машины в путевом хозяйстве имеют железнодорожный ход.
В зависимости от наличия энергетической установки путевые машины делятся на автономные и неавтономные. Первые оснащены собственной энергетической базой (дизельный агрегат), к которой подключают все двигатели. Многие путевые машины автономные (путеукладчики, дрезины, автомотрисы, выправочно-подбивочно-рихтовочные и т.п.). Неавтономные машины подключаются к локомотивам (путевые струги, плуговые снегоочистители, роторные снегоочистители и т.п.).
При создании путевых машин к ним предъявляются как общие, так и специфические требования: Общие требования: к показателям назначения (производительность и др.), унификация узлов и деталей, повышение надежности, снижение стоимости, метало- и энергоемкости, универсальность машин, легкость управления, ремонтопригодность (простота изготовления деталей, возможность демонтажа и ремонта узлов и агрегатов), обеспечение безопасности при обслуживании машин и их работе, создание благоприятных условий для работы машинистов, автоматизация управления и т.п.
Специфические требования обусловлены тем, что путевые машины имеют железнодорожный ход и относятся к специальному подвижному составу (СПС). Они должны вписываться в габарит подвижного состава по ГОСТ 9238-83; не превышать допустимых нагрузок 230 кН на ось; обладать плавностью хода; оснащаться ходовым, сцепным и тормозным оборудованием, совместимым с подобным оборудованием на подвижном составе; обеспечивать быстрый перевод рабочих органов из транспортного положения в рабочее и обратно, вписываться в кривые и обеспечивать требуемую устойчивость, иными словами, отвечать требованиям, предъявляемым к подвижному составу.
Историческая справка о путевых машинах. В начале Х1Х века транспорт в России стал самостоятельной отраслью хозяйства, в результате возникла необходимость в централизованном управлении его работой и техническим обеспечением. С этой целью в 1809 году в России были учреждены Ведомство Путей Сообщения и Корпус инженеров путей сообщения (впоследствии ЛИИЖТ, в настоящее время Петербургский государственный университет путей сообщения). Первая ж.-д. с паровой тягой была построена в 1834 г. отцом и сыном Е.А. и М.Е.Черепановыми – крепостными механиками горнозаводчиков Демидовых в Нижнем Тагиле на Урале. Первая ж.-д. общего пользования протя-женностью 26 км от Петербурга до Царского Села открыта в ноябре 1837 года. В 1851 году открылась Николаевская, ныне Октябрьская железная дорога протяженностью 600 верст (650 км) между Санкт-Петербургом и Москвой.
В 1865 году учреждено Министерство путей сообщения России. Первый министр МПС и строитель был – Павел Петрович Мельников (1804–1880). В 2003 г. МПС реорганизован в ОАО «РЖД» (Постановление правительства № 585 от 18.09.2003 г.). Первый президент «ОАО «РЖД» (он же последний министр МПС) – Фадеев Геннадий Матвеевич
С появлением железных дорог были начаты поиски механизации путевых работ. Инженеры, ученые и конструктора России и СССР внесли достойный вклад в развитие путевой машинной техники, многие образцы этой техники являются уникальными и сегодня. В 1879 г. С.С.Гендель создает первый плуговой снегоочиститель к паровозу. В 1885 г. создан роторный снегоочиститель Лобачевского. В 1897 г. И.Н.Левчак создает первый вагон-путеизмеритель, а в 1910 г. А.Н.Шумиловым создана первая снегоуборочная машина (прообраз современных сне-гоуборочных машин СМ-2).
В 1934 г. создается знаменитый путеукладчик (УК-12,5/4) В.И.Платова. В 1934 г. созданы балластеры Б-3, Б-5 (авторы: П.Г.Белогорцев, В.А.Алешин, Ф.Д.Барыкин, М.Г.Девьякович), с 1946 г. – электробалластеры. В 1946 г. создан хоппер-дозатор для перевозки и выгрузки балластных материалов типа ЦНИИ (авторы: М.А.Плохоцкий и др.).
В 1959 г. инженером А.М.Драгавцевым создана высокопроизводительная щебнеочистительная машина с центробежным способом очистки путевого щебня от засорителей – ЩОД-Д и др.
В 1963 г. создана впервые в мире (по авторскому свидетельству П.Л.Клауза и Л.П.Федорова от 1939 г.), уплотнительная выправочно-подбивочно-отделочная путевая машина ВПО-3000 непрерывного действия высокой производительности (авторы: М.А.Плохоцкий, А.Н.Горбачев, Е.Р.Иванов, Г.В.Солонов).
В 1982 г. отец Д.М. и сын М.Д.Матвиенко впервые создают путевой механизированный гайковерт ПМГ.
В 1994 году разработаны по предложению Ю.В.Гапеенко (ПТКБ ЦП) щебнеочистительная машина нового поколения ЩОМ-6 (Р, Б), оборудованные плоскими грохотами.
В 1989 г. создан отечественный динамический стабилизатор пути ДСП (авторы: М.В.Попович, Б.Г.Волковойнов, В.И.Стеблецов, А.А.Константинов).
В 2006 г. в НПЦ ИНФОТРАНС под руководством академика С.В.Архангельского создан отечественный путеизмерительный компьютеризированный вагон-лаборатория КВЛ-3П, а в 2002 г. ЗАО «ПИК Прогресс» под руководством П.Н.Кулешова создает скоростную путеобследовательскую станцию ЦНИИ-4МД (более 20 параметров), не уступающую зарубежным образцам.
В 2004 г. на заводе «Ремпутьмаш» г. Калуга создана под руководством В.А.Дубровина подбивочная машина автомат ПМА-1 непрерывно-циклического действия, а в 2007 г. – ПМА-С для уплотнения балластного слоя под стрелочными переводами.
Периоды развития путевых машин. В развитии путевой машинной техники можно выделить несколько периодов, связанных со сменой поколений машин.
К первому поколению можно отнести машины, созданные отдельными изобретателями и предприятиями железных дорог: снегоочистители, путеизмерители, простейшие средства механизации путевых работ.
Второй период начался в 1930 г., когда при МПС было создано специализированное конструкторское бюро по проектированию машин для путевого хозяйства под руководством Ф.Д.Барыкина. С 1930 по 1940 г. были созданы машины: плетевые и звеньевые путеукладчики, путевые струги, машины для балластировки и подъемки пути, саморазгружающиеся вагоны.
Третий период – от послевоенного времени до 1970 года. Были созданы (или модернизированы) все основные машины путевого комплекса (выправочно-подбивочные, щебнеочистительные, путеукладочные, путеизмерительные и др.), составляющие на долгие годы основу машинного парка путевого хозяйства. Эти машины позволили обеспечить достаточно высокий уровень механизации работ по ремонту пути, ввести индустриальный способ производства путевых работ, однако работы по текущему содержанию пути были механизированы слабо.
Четвертый период охватывает 1971–1988 гг., когда отечественной промышленностью был налажен выпуск лицензионных машин (ВПР, ВПРС, Р, ПБ, УБРМ), отечественных (ПМГ, ЩОМ, ВПО, ПРСМ, БУМ), ориентированных в первую очередь на механизацию текущего содержания пути и для ремонта пути. < Пятый период (текущий) характеризуется широким внедрением на путевых машинах средств микропроцессорного управления с использованием бортовых вычислительных систем для управления сложными технологическими процессами выправки пути, управления энергосистемами и др.
Отличительная особенность текущего периода – вне-дрение путевых машин с более высокими техническими показателями (СЧ-601, МОБ-1Г, ЩОМ-6У, ВПР-02М, ВПРС-02, ДСП-С, МДС, КОМ-300, МНК, РШП-48, МДС, Duomatic 09-32 CSM, Duomatic 09-3X, 08-275 Unimat 3S и др.).
Выпуск части машин производится совместно с зарубежными фирмами "Plasser & Theurer" (Австрия), MTX PRAHA a.s. (Чехия), COMPEL (Словакия), "Speno" (Швейцария) и др.
На Калужском заводе "Ремпутьмаш" ОАО «РЖД» выпускаются машины нового поколения – ЩОМ-1200, ПРСМ-6,
на ЗАО «Тулажелдормаш» – ЩОМ-1200ПУ и др.
Выпускаемые путевые машины формируются в машинные комплексы и эксплуатируются предприятиями (ПЧМ, ПМС, ПЧ) путевого хозяйства.
Нумерация путевых машин. Нумерация специального подвижного состава (СПС) путевого хозяйства а ОАО «РЖД» № ЦПО-22/100 предусматривает нумерацию с кодовой защитой достоверности считывания номера СПС и 4-осных платформ, используемых в путевом хозяйстве, и имеющих право выхода на пути общего пользования.
Под системой кодирования информации понимают совокупность правил, определяющих систему знаков и порядок их использования для представления, передачи, обработки и хранения информации. В процессе кодирования объекту присваивается кодовое обозначение. В качестве алфавита кодирования используются десятичные цифры, что обеспечивает удобство для машинной обработки.
Номер путевой машины состоит из 8 цифр:
– первая и вторая цифры определяют вид и тип СПС, они постоянны и равны 19;
– третья и четвертая цифры определяют основную характеристику – тип машины и наименование СПС;
– пятая, шестая и седьмая цифры определяют заводской номер машины (изменяется от 001 до 999);
– восьмая цифра является контрольной, по которой определяется достоверность номера СПС.
Кодирование подвижного состава на железнодорожном транспорте введено с 1984 года и предусматривает обозначение для первой цифры кода:
0 – пассажирские вагоны,
1 – локомотивы, путевые машины и краны,
2 – крытые грузовые вагоны,
4 – платформы,
6 – полувагоны,
7 – цистерны,
8 – изотермические вагоны,
3, 5 и 9 – прочие вагоны.
Для путевых машин присвоена цифра – 9.
Контрольный знак рассчитывается из первых семи цифр номера машины, полученного после сложения нижней границы диапазона (№ ЦПО-22/100) и заводского номера машины. Подсчитывается следующим образом. Каждая цифра номера машины, стоящая на нечетном, считая слева, месте, умножается на 2, а на четном – на 1. Находят поразрядное произведение. Затем выполняется поразрядное суммирование всех цифр полученного ряда. Контрольным знаком будет цифра, дополняющая полученную сумму до ближайшего целого числа, кратного 10.
Пример.
Для номера 1952083, соответствующего машине ВПР-02, требуется определить контрольный знак:
|
1952083 |
1-й знак |
2-й знак |
3-й знак |
4-й знак |
5-й знак |
6-й знак |
7-й знак |
Сумма |
| Номер машины | 1 | 9 | 5 | 2 | 0 | 8 | 3 | . |
| Множитель | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | . |
| Поразрядное произведение | 2 | 9 | 10 | 2 | 0 | 8 | 6 | . |
| Поразрядная сумма | 2+ | 9+ | 1+0 | +2 | +0 | +8 | +6 | = 28 |
Числом, дополняющим до 30, или контрольной восьмой цифрой номера будет 2 (30 – 28 = 2). Поэтому полное кодовое обозначение машины будет 19520832. Если полученная сумма кратна 10, то контрольный знак будет равен 0. Номер наносится на борт (слева, справа) машины белой краской на черном фоне прямоугольника 1300 х 300 мм.
1.5. Технологические комплексы путевых машин
и показатели эффективности их применения
На эффективность применения путевых машин в производственном процессе оказывают влияние следующие факторы:
– среда в которой работает машина – это участок, характеризующий состояние пути до и после ремонта;
– система организации использования, технического обслуживания и ремонта путевого машинного парка;
– квалификация обслуживающего машину персонала, владеющим новыми технологиями;
– климатические и метеорологические условия (путевые машины работают круглогодично под открытым небом и др.).
Способы производства путевых работ.
Путевые ремонтные работы выполняются по технологическим процессам, специально разработанные для каждого вида работ (УК, К, СР, С, П, В). Технологические процессы определяют строгий порядок выполнения отдельных операций по времени и месту, расстановки рабочих и машин, доставки материалов к месту работ, имеют целью обеспечение требуемого качества работ с наименьшими затратами труда и наиболее эффективным использованием средств механизации.
Путевые работы выполняются в "окно" в графике движения поездов продолжительностью 4-8 час. Частота предоставления "окон" через 1, 2, 3 дня. Для сокращения времени "окна" максимально возможный объем путевых работ выносится за пределы "окна" (сборка звеньев решетки и др.). Работы по ремонту путевые имеют монтажный характер. Все работы по ремонту пути распределены по периодам их выполнения на:
– подготовительные (33%),
– основные (31%),
– отделочные (36%).
Среднегодовая эксплуатационная производительность ведущих машин основных механизированных комплексов. Таблица 1.4
| № |
Наименование основных
машинизированных комплексов |
Средние
непроиз- водительные потери времени в часах |
Тип ведущей машины комплекса |
Среднегодовая эксплуатаци- онная произво- дительность ведущей |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Комплекс машин для замены рельсошпальной решетки для выполнения УК, К ремонтов пути | 2,1 | УК-25-9/18 | 0,75 км/ч |
| 2 | Комплекс машин для срезки и планировании обочин земляного полотна, ремонта водоотводных сооружений ремонтов пути | 0,5 | СЗП-600 (МНК, КТМ) | 0,156 км/ч |
| 3 | Щебнеочистительные комплексы при выполнении УК, К, УС, С ремонтов пути комплексы при выполнении УК, К. УС, С ремонтов пути | 2,2 | ЩОМ-6Б | 0,083 км/ч |
| ЩОМ-6Б (ЩОМ-700*) | 0,106 км/ч | |||
| СЧ-600 | 0,090 км/ч | |||
| СЧ-601 | 0,108 км/ч | |||
|
ЩОМ-1200* (СЧ-1200*, РМ-2002*) |
0,212км/ч | |||
| 4 | Щебнеочистительные комплексы при выполнении УК, К, УС, С ремонтов стрелочных переводов | 2,2 | РМ-80 (РМ-76) |
0,306 стр.пер/ч |
| ЩОМ-6У | 0,316 стр.пер/ч | |||
| 5 | Выправочно-подбивочно-рихтовочные комплексы для выполнения ППВ пути | 0,7 | ВПР-1200 | 0,16 км/ч |
| ВПР-02М | 0,33 км/ч | |||
| Дуоматик 09-32 (ПМА-1*, ВПР-04*) |
0,724 км/ч | |||
| 6 | Выправочно-подбивочно-рихтовочные комплексы для выполнения ППВ стрелочных переводов | 0,6 | Унимат 08-75/4S | 1,36 стр.пер/ч |
| Унимат 08-275/3S | 0,96 стр.пер/ч | |||
| ВПРС-02 | 0,29 стр.пер/ч | |||
| ВПРС-03 | 0,96 стр.пер/ч |
К основным работам относятся те, которые определяют вид ремонта пути и выполняются в период «окна». Подготовительные и отделочные работы не требуют закрытие перегона для движения поездов. В виду широкой номенклатуры технологических операций разнотипные машины формируются в машинные комплексы (табл. 1.4) для выполнения путевых работ по их видам (УК, К, УС, С, П, РС, В) и технологическим операциям.
Комплекс машин – это совокупность технических средств, предназначенных для реализации данного технологического процесса и по своей номенклатуре, количественному составу и параметрам должен соответствовать условиям и целям процесса.
По своему месту в комплексе машины подразделяются на ведущие и комплектующие. К ведущим машинам относятся, машины, выполняющие технологическую работу, задающую общий темп процессу. Они определяют и название комплекса (см. табл. 1.4), например: путеукладочный комплекс, щебнеочистительный комплекс, комплексы для выправки и уплотнения балластного слоя пути и стрелочных переводов и др. Учитывая разнообразие условий выполнения путевых работ и оснащенность ПЧМ, ПМС, ПЧ и путевых механизированных колонн предусмотрены (ЦПТ-53) машинные комплексы для выполнения основных технологических операций при ремонте и планово-предупредительной выправке пути. Путевые работы машинными комплексами выполняются поточным способом, обеспечивающим наибольшую производительность и эффективность использования машин.
Производительность машин – основная эксплуатационная характеристика машины. Производительность – это количество продукции, выраженное в физических измерителях (пог.м, м3, шпал и т.д.), вырабатываемое машиной в единицу времени (час, смена, сутки, месяц, год). Различают:
– теоретическую (конструктивно-расчетную),
– техническую и
– эксплуатационную
производительность машины.
Теоретическая производительность Пк определяется в предположении непрерывной работы машины в течение одного часа при расчетных условиях выполнения работ и полной загрузке рабочего оборудования. Технологические операции, которые не выполняются машиной, исключаются. Теоретическая производительность имеет для каждой машины только одно значение и приводится в её паспорте.
Техническая производительность Пт характеризу-ет максимальные возможности машины в реальных условиях. Она является наивысшей производительностью машины за один час непрерывной работы с учетом перерывов в работе:
– по конструктивно-техническим;
– технологическим;
– и метеорологическим причинам.
Производительность Пт определяется расчетом для конкретных условий и режима работы машины.
Эксплуатационная ПЭ производительность характеризует производственную норму выработки машины при её работе в конкретных эксплуатационных условиях с учетом организационных и технических перерывов.
Основные показатели эффективности применения путевых машин:
– производительность машины – выработка в физических показателях на одну машину в час (год), (см. табл. 1.4);
– выработка механизированных комплексов путевых машин на ремонте пути за один час "окна". Наивысшая производительность достигнута в 1988 году – 323,2 пог. м/ч;
– число высвобождения контингента путейцев от применения машин взамен ручного труда;
– уровень механизации путевых работ по видам (УК, К, УС, С, П, В, Т); Уровень механизации путевых работ выражается в процентах отношением трудоемкости работ, охваченные механизацией, к общей трудоемкости работ:
(1.1)
где АР – трудоемкость процесса при ручном исполнении работ, чел.-дн.;
аР – трудоемкость ручных операций после внедрения механизации, чел.-дн.
Перспективный уровень механизации путевых работ: УК, К, УС, С, П, В – 95 %; Т – 80 %.
– энерговооруженность труда на путевых работах (отношение суммарной мощности энергоустановок Ni, используемых при производстве путевых работ, к общему числу рабочих основного производства), кВт/чел.;
– норма выработки на одного человека в час, трудоемкость работ.
Трудоемкость – количество труда, основного и вспомогательного персонала комплекса машин, затрачиваемого на производство единицы продукции (чел.-дн./км; руб./км и др.):
(1.2)
где ТМ-СМi – затраты труда на одну машино-смену работы i – й машины;
n – число типов машин;
ТР – затраты труда за смену вспомогательных рабочих, участвующих в производственном процессе;
ПСЭК – сменная эксплуатационная производитель-ность комплекса машин в единицах продукции.
1.6. Перечень основных путевых машин
и механизмов и их сокращенные названия
Учитывая, что основной способ сношений на железнодорожном транспорте – телеграфно-телефонный, то все сообщения должны быть краткими. Поэтому для передачи информации широко используются сокращенные названия путевых машин, приведенные в табл. 1.5.
Сокращенные обозначения путевых машин и механизмов. Таблица 1.5
|
№ |
Полное название |
Сокращенное |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Струг-снегоочиститель Машина для нарезки кюветов Кювето-траншейная машина Машина уборочная (С – самоходная) Землеуборочная машины Балашенко Механизированный отделочный комплекс Кусторез Щебнеочистителъная машина системы А.М.Драгавцева Щебнеочистительная машина Щебнеочистительная машина Щебнеочистительна машина |
СС-1М, СС-3 МНК-1, СЗП-600 МКТ-1П УМ-1, УМ-М, УМ-С ЗУБ МОК СП-93Р ЩОМ-Д, ЩОМ-4, ЩОМ-4М СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-801 РM-76, РM-80, РМ-2002 ЩОМ-6БМ, ЩОМ-6У |
|
11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 |
Щебнеочистительна машина Машина для вырезки балласта Электробалластер Планировщик балласта Распределитель-планировщик балласта Укладочный кран для пути звеньями РШР Погрузочный кран дорожный Моторная платформа дорожная Укладочный кран для стрелочных переводов Платформа для перевозки стрел. переводов Путевой моторный гайковерт |
ЩОМ-1200, ЩОМ-1200ПУ АХМ-800, МВБ-150 ЭЛБ-3ТС, ЭЛБ-ЗМК, ЭЛБ-4 ПБ, ПБ-01 РПБ УК-25/9–18 ПКД-25 МПД, МПД-2 УК-25СП, УК-25/28СП ПП, ППК-2В, ППК-3В ПМГ, МПГ-1М |
|
21 22
23 24 25 26 27 28 29 30 |
Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина Путевая машина автомат
Выправочно-подбивочно-рихтовочная Выправочно-подбивочно-отделочная машна Динамический стабилизатор пути Машина динамической стабилизации пути Путевая рельсосварочная машина Путевая тяговая машина Тягово-энергетическая установка Универсальный тяговый модуль |
ВПР-1200, ВПР-02, ВПР-04, Дуоматик 09-32 ПМА-1
ВПРС-02, ВПРС-03,
ВПО-3000(М), ВПО-3-3000 ДСП-С, ДСП-6С МДС ПРСМ-4, ПРСМ-5, ПРСМ-6 ПТМ-630 ТЭУ-400, ТЭУ-1000 УТМ-1, УТМ-2М, УТМ-2А |
|
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 |
Тягово-энергетическая секция Машина шпалозаменяющая Хоппер-дозатор Машина подготовки старогодных рельс Кран путевых баз Путеукладчик (тракторный) Бакарева Рихтовочная машина Балластно-уплотнительная машина Состав для засорителей Снегоуборочные машины |
ТЭС-1000, ТЭС-1200 МШЗ ЦНИИ-ДВЗМ, ВПМ-770 МПСР КПБ-10У ПБ-2, ПБ-3, ПБ-ЗМ Р-2000, Р-02 БУМ-1, БУМ-1М СЗ-240-6П, СЗ-310-10П СМ -2, СМ-5, СМ7 |
|
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 |
Снегоочиститель двухпутный плужный Снегоочиститель плужный универсальный Поезд снегоочистительный самоходный Снегоочиститель трехроторный Снегоочиститель фрезерно-роторный Рельсоочистительная машина Машина подавления растительности Мотовоз погрузочно-транспортный Дрезина грузовая крановая усиленная Автомотриса грузовая дизельная |
СДП, СДП-М СПУ-Н ПСС-1 ЭСО-3 ФРЭС-2 РОМ-3, РОМ-3М, РОМ-4 МПРС1-001 МПТ-4, МПТ-6 ДГКУ АГД |
|
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 |
Прицеп-платформа Путеремонтная летучка Автомотриса служебная Путевая рихтовочная машина Моторный путеподъемник Трансп. строит. Путерихтовщик системы Балашенко Путеизмерительные тележки Ультразвуковой рельсовый дефектоскоп Магнитный рельсовый дефектоскоп Поточная полуавтоматич. звеносбор. линия |
УП-2 ПРЛ-3, ПРЛ-3/2, ПРЛ-4 АС, АС-4, АС-40у ПРМ МПТС ПРБ ПТ-7МК УЗД МРД ППЗЛ-500, ППЗЛ-650 |
|
61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 |
Звеносборочная линия Хабаровского института Звеносборочная линия на ж/б шпалах Поточная звеносборочная линия Технологическая стендовая линия Звеноразборочная линия стендовая Рельсошлифовальный поезд Рельсошлифовальные поезда «СПЕНО» Вагон путеизмеритель Путеобследовательская станция Компьютерный вагон-лаборатория путевой |
ЗЛХ-500, ЗЛХ-800 ЗЛХ ПЗЛ ТЛС ЗРС РШП-48 RR-16, RR-48, RR-112 ЦНИИ-2 ЦНИИ-4МД КВЛ-П1МП, КВЛ-2П (3П) |
|
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 |
Автомотриса путеизмерительная Автомотриса дефектоскопная Диагностический нагрузочный комплекс Путеизмерительные шаблоны Рельсорезный станок Рельсорезный станок с кругами Рельсосверлильный станок Рельсосверлильный станок Малая рельсошлифовалка Рельсошлифовалка на тележке |
АМД, АСД, АДЭ СПМ-24, СМ-460, СПМ-18 ЦУП-2, ЦУП-3, «Измерон» РМ-5Г РМК 1024-В РСМ-1 МРШ-3 ЧРА |
|
81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 |
Шуруповерт электрический Электрогаечный ключ Путевой гаечный ключ Электрошпалоподбойка Электропневматический костылезабивщик Машина для замены шпал Гидравлический рихтовщик Моторные гидравлические рихтовщики Гидравлический разгонщик Домкрат гидравлический |
ШВ ЭК КПУ ЭШП ЭПК МСШУ ГР-12 РГУ РН-03, РН-04 ДГ, ДПГ |
Основные направления, перспективы и тенденции развития путевых машин. К современным и перспективным условиям эксплуатации путевой инфраструктуры можно отнести:
– устойчивое повышение грузонапряженности и увеличение протяженности линий с грузонапряженностью более 100 млн. т брутто км/км год;
– создание грузовых маршрутов с обращением грузовых поездов массой 6–12 тыс. т;
– введение в обращение грузовых вагонов с повышенными осевыми нагрузками до 27–30 тс/ось;
– создание направлений со смешанным движением и обращением пассажирских поездов со скоростями до 160 км/ч.
Дальнейшее реформирование ремонтного путевого комплекса ОАО «РЖД», создание дочерних зависимых обществ (ДЗО) с передачей им соответствующих функций Департамента «Пути и сооружений» на базе заводов щебеночных, шпалопропиточных, по изготовлению железобетонных шпал, стрелочного завода, создание ДЗО «Дирекция по ремонту пути» с передачей в её подчинение путевых машинных станций (ПМС) и рельсосварочных поездов (РСП), имеет целью повышение качества ремонтов пути, обеспечивающих увеличение межремонтного тоннажа, повышение производственно-экономической эффективности в деятельности путевых машинных комплексов.
Для решения эффективности использования путевых машинных комплексов требуется:
– совершенствовать организацию системы контроля качества технологических операций, выполняемых при ремонтах, с разработкой автоматизированных устройств контроля и регулирования качества на путевых машинах;
– выбор рациональных режимов работы путевых машин в зависимости от условий проведения работ с обеспечением требуемого качества, особенно по очистке щебня, уплотнению балластного слоя, постановки пути в проектное положение;
– внедрение эффективных технологий, системы организации и планирования путевых ремонтных работ;
– обновление парка путевых машин за счет машин нового поколения с повышенными показателями качества по надёжности, производительности, особенно щебнеочистительных;
– сокращение номенклатуры разнотипных машин, узлов и агрегатов на основе унификации их конструкций;
– совершенствование системы технического обслуживания и ремонтов путевой техники;
– совершенствование структуры парка путевых машин, путем создания необходимых типов путевых машин нового поколения и их технических характеристик с учётом изменений конструкций и условий эксплуатации пути;
– внедрение недостающих технических средств, необходимых для проведения качественного ремонта и содержания пути, включая стабилизацию, балластировку и распределение балласта;
– создание выправочно-подбивочной машины с повышенным эксцентриситетом для локальной выправки пути с малой подъемкой, на участках с уплотненным щебнем;
– совершенствование измерительных систем выправочно-подбивочных машин с использование путеизмерительных средств для повышения скорости измерения положения пути перед его выправкой;
– для доставки бригад к месту работ и обратно при теку-щем содержании пути, в целях исключения потерь рабочего времени (составляют до 15-20%), необходимо использовать моторно-рельсовый транспорт (обеспечивающий укрытия от дождя, обогрев в холодное время и прием пищи) и транспорт на комбинированном ходу.
– разработка и внедрение технологий ремонтов пути с очисткой щебня на закрытых перегонах двумя или несколькими щебнеочистительными машинами и использованием остальных машин щебнеочистительного комплекса (ВПР, ДСП, хоппер-дозатор, ПБ и др.) на других путеремонтных работах до окончания очистки щебня на закрытом перегоне,
– разработка и внедрение АСУ использованием путевых машин, позволяющей определить местонахождение машин и рациональные маршруты их переброски на другие объекты ремонтов пути;
– внедрение технологий ремонтов пути в две-три смены, включая тёмное время суток, в том числе вахтовым методом, с сокращением пробегов путевых машин.
Требуемую производительность машины необходимо определять исходя из эксплуатационных расходов при выполнении работ вручную и машиной и целесообразности срока её окупаемости. Эффективную производительность машины можно определить по приближенной формуле:
(1.3)
К2 – стоимость машины (без НДС), тыс. руб.
Основные направления и тенденции, предусмотренные для совершенствования парка путевых машин, позволяют обеспечить нормальную работу железнодорожного пути в условия повышенных нагрузок.
ГЛАВА 2
ПУТЕВАЯ МАШИНА, КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
2.1. Экипажная часть путевых машин
Путевая машина является специальным самоходным (несамоходным) подвижным составом (ССПС) железнодорожного транспорта. В рабочем режиме при выполнении технологических операций и в режиме транспортирования к месту производства работ и обратно она передвигается по железнодорожному пути. В соответствии с технологией работ по строительству нового пути некоторые путевые машины дополнительно оборудуются ходовыми устройствами для движения по грунтовым и шоссейным дорогам. Совокупность устройств и систем, предназначенных обеспечить безопасное движение машины по пути в заданном режиме, составляет ее экипажную часть.
Экипажная часть включает в себя: раму, ходовые тележки, силовой агрегат, силовую передачу (трансмиссию), тормозную систему, ударно-тяговые приборы (автосцепки), устройства безопасности движения, сигнализации и связи.
В условиях эксплуатации и транспортирования экипажная часть машины воспринимает статические и динамические нагрузки, которые не должны превышать значений 1-го расчетного режима типового подвижного состава (вагонов) при отсутствие остаточных деформаций и повреждений после действия нагрузок:
- сжимающих 2500 кН (250 т.с.),
- ударных 3000 кН (300 т.с.),
- растягивающих 2500 кН (250 т.с.) – в обоих случаях.
Для путевой машины, предназначенной для постановки в состав поезда массой до 10000 т, указанные нагрузки принимаются за расчетные.
2.1.1. Силовая установка
Большинство путевых машинах, для работы в автономных условиях (работа в «окно»), в качестве первичных источников энергоснабжения используют дизель-электрические агрегаты и компрессорные установки специализированных тяговых модулей и тепловозов, а также собственные дизельные или дизель-электрические агрегаты.
Дизельный двигатель позволяет получать стабильную ча-стоту вращения выходного вала при изменении нагрузки, по сравнению с карбюраторными ДВС. Это преимущество используется для привода генератора переменного тока, т.к. при переключениях механизмов частота в питающей сети стабильна. Дизель, при необходимости, позволяет регулировать частоту вращения вала в пределах 30 – 40 % от номинальной частоты при изменении подачи топлива. Устойчивая работа дизеля обеспечивается, если максимальная мощность дизеля на 15 – 20 % превышает номинальную. КПД дизеля составляет 0,4 – 0,6.
К основным недостаткам всех ДВС, в том числе и дизеля, относятся невозможность запуска под нагрузкой и реверсирования при работе. Поэтому в дизель-электрических агрегатах при запуске генератор отключен от нагрузки. В силовых передачах дополнительно устанавливается фрикционная многодисковая муфта сцепления, которая расцепляется при запуске или переключении передач. Если в состав трансмиссии входит гидродинамическая передача, то в момент пуска дизеля все приводные механизмы отключатся, а насосы отбора мощности включены в режим разгрузки.
На отечественных путевых машинах нашли применение силовые агрегаты с дизелем ЯМЗ-238Б (рис. 2.1, а), дизель-электрический агрегат АД-200-Тсп (У36М) и др., см. табл. 2.1.
Таблица 2.1
Технические характеристики дизелей и дизель-электрических агрегатов, применяемых на путевых машинах
1 – система газоотвода с глушителем; 2 – навес машины; 3 – система забора воздуха с фильтром; 4 – дизель; 5 – система подачи топлива;
6 – основной топливный бак; 7 – система охлаждения (с водяным и масл.радиаторами); 8 – система предпускового подогрева; 9 – электрический стартер: 10 – фрикционная муфта сцепления с гидропневматическим механизмом отжима при запуске дизеля и переключении передач;
11 – резинометаллические амортизаторы; 12 – зубчатая коробка перемены передач (имеет 4 передачи прямого хода и 2 заблокированных на машинах ВПР передачи заднего хода); 13 -–рама силового агрегата; 14 – рама машины; 15 – двухступенчатый дополнительный демультипликатор;
16 – фланец выходного вала; 17 – система топливоподачи со стоп-устройством;
б – механические характеристики дизеля: M(w) – изменение крутящего момента вала двигателя и Ne(w) – индикаторной
(без учета потерь в механизмах самого дизеля) мощности от угловой скорости вращения вала
Механические характеристики дизеля показаны на рис. 2.1, б. На графике зависимости момента М от частоты вращения оты вращения w можно выделить участки:
1-2 – регуляторной характеристики;
2-3 – безрегуляторной характеристики и
3-4 – зону работы дизеля при минимальной частоте вращения вала.
На дизелях путевых машин для поддержания заданной частоты вращения при изменении нагрузки используются, так называемые, всережимные регуляторы, которые обеспечивают предохранение от недопустимого возрастания частоты вращения вала (разноса) при сбросе нагрузки, относительно устойчивую работу на малых оборотах, а также устойчивое поддержание с минимальными отклонениями заданной частоты вращения.
Крутизна регуляторной характеристики или степень неравномерности вращения вала дизеля, %:
(2.1)
2.1.2. Силовая передача (трансмиссия)
Силовая передача, или трансмиссия, это механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к рабочему механизму или машине с одновременным преобразованием усилий (вращающих моментов) и скоростей (угловых скоростей вращения). Рабочими механизмами на путевой машине являются рабочие органы, механизмы передвижения (для самоходных машин), вспомогательные механизмы. Современная путевая машина является комбинированной, поэтому содержит трансмиссии разного вида.
Привод, включающий двигатель, трансмиссию и систему управления, бывает индивидуальным, групповым и многодвига-тельным. При индивидуальном приводе каждый механизм имеет собственный двигатель и трансмиссию; групповой привод характеризуется одним двигателем и сложной трансмиссией, передающей энергию к нескольким рабочим механизмам, и, наконец, многодвигательный привод включает несколько двигателей для привода одного механизма. В конструкциях путевых машин представлены все виды приво-дов. < На путевых машинах применяются механические, гидрав-лические (объемные и гидродинамические), электрические и пневматические трансмиссии. Механическая трансмиссия вклю-чает в себя устройства для передачи усилий и моментов, а также устройства для преобразования вращательного в поступательное движение. Крутящие моменты передаются через зубчатые, червячные, цепные и ременные силовые передачи, а преобразование вида движения осуществляется, в основном винтовыми и реечными передачами. В сложных силовых передачах эти структурные элементы сочетаются, образуя единую систему.
Элементы трансмиссии могут быть закрытыми, когда они помещены в корпус с масляной ванной (картер). Смазка осуществляется либо путем разбрызгивания масла при работе с образованием тумана, либо принудительно специальной смазочной системой, если скорость вращения элементов недостаточна для образования масляного тумана. Открытые элементы трансмиссии находятся вне корпуса и поэтому должны смазываться консистентной смазкой. Для открытой силовой передачи характерен абразивный износ элементов, а для закрытой – контактно-усталостный износ. Закрытая передача обеспечивает лучшие условия работы элементам, позволяет при прочих равных условиях, передать большую мощность. Открытая передача дает возможность в эксплуатации наблюдать за состоянием элементов без трудоем-кой переборки.
Основной характеристикой силовой передачи крутящего момента является передаточное число i = wВХ / wВЫХ (wВХ, wВЫХ – угловые скорости вращения входного и выходного валов, рад/с). Для многоступенчатой передачи, которая, как правило, структурирована по последовательной схеме, общее передаточное число i = i1*i2*…*iN – равно произведению передаточных чисел составляющих зубчатых пар.
Закрытая зубчатая передача, которая дает возможность производить ступенчато изменения угловой скорости вращения выходного вала wВЫХ при неизменной скорости входного вала wВХ, называется коробкой перемены передач, или коробкой ско-ростей (в отличие от редуктора – замедляющей передачи или мультипликатора – ускоряющей передачи). На путевых машинах (ВПР, ДСП, ПБ, моторно-рельсовый транспорт) в основном применяются коробки перемены передач автомобильного типа с переключением передач (включая задний ход) через зубчатые муфты с коническими фрикционными синхронизаторами, обеспечивающими плавное выравнивание угловых скоростей элементов муфт перед их включением. На путевых машинах передачи заднего хода блокируются от включения, т.к. изменение направления движения (реверсирование) производится в других элементах общей силовой передачи машины.
Увеличение скорости движения при включенной передаче производится путем увеличения подачи топлива. При приближении угловой скорости вращения вала дизеля к номинальному значению исчерпывается возможность дальнейшего разгона. В этом случае необходимо переключать коробку перемены передач на следующую ступень. При переключении передачи муфта сцепления дизеля отключается и уменьшается подача топлива для уменьшения угловой скорости его вала. Одновременно производится включение следующей передачи, после чего опять включается муфта сцепления. Дальнейшее наращивание скорости движения также производится увеличением подачи топлива.
Устойчивая работа дизеля гарантирована при снижении угловой скорости вращения вала в пределах 40 % от номинального значения и соблюдения отношения передаточных чисел последующей и предыдущей передачи 1,4 пределах диапазона передач.
На путевых машинах, оснащенных объемным гидроприводом, механическая силовая передача в рабочем режиме используется для привода насосов. Для этого она содержит дополнительные устройства – коробки отбора мощности с блокировочными механизмами, исключающими включение насосов в транспортном режиме движения самоходной машины. < Зубчатые передачи обладают самым высоким КПД, поэтому широко используются в энергонасыщенных приводах путевых машин, обеспечивая экономически оправданный расход топлива. Вместе с тем, для фиксирования приводимого рабочего органа требуется использование дополнительных тормозных устройств. Если во время работы машины не требуется постоянная работа привода, включения производятся кратковременно, то оправданным является применение червячных редукторов и винтовых передач. Если КПД таких механизмов менее 0,5, то они обладают свойством самоторможения, т.е. свойством фиксировать приводимый рабочий орган под нагрузкой. Область применения червячных редукторов с винтовыми передачами сокращается ввиду дефицитности бронзы, из которой изготавливаются червячные колеса. Вновь выпускаемые путевые машины для перемещения и фиксации рабочих органов под нагрузкой используют в основном гидропривод, реже пневмопривод со стопорными устройствами.
В случаях, когда угловая скорость вращения элементов рабочего органа относительно небольшая, при расположении привода в стесненных габаритных условиях, используются передачи со втулочно-роликовыми цепями (привод роторов-питателей и напольных пластинчатых транспортеров снегоуборочных машин).
Для привода вспомогательных механизмов малой и средней мощности до 10 – 15 кВт (компрессоры, генераторы систем автоматики и освещения) используются клиноременные передачи.
2.1.3. Ходовая часть
(рама, ударно-тяговые приборы, бегунковые и тяговые тележки)
Рама путевой машины является базовой сборочной единицей. Она предназначена для размещения рабочего обо-рудования, силовых установок, гидравлических, пневматических, электромеханических силовых передач, систем управления, тормозной системы, кабин управления и хозяйственных кабин, сигнальных устройств и т.д. Рама опирается через системы рессорного подвешивания на колесные пары (для двухосных машин) или ходовые тележки. Наибольшее применение нашли: рамы в виде платформы с верхней площадкой для размещения оборудования (пу-теукладчики, моторные платформы, грузовые дрезины, очистные секции щебнеочистительных поездов, тяговые модули); рамы в виде фермы, состоящей из двух сварных продольных балок, соединенных поперечными связями в виде диафрагм и раскосов (электробалластеры и машины на их базе, выправочно-подбивочно-отделочные машины непрерывного действия, добывающие секции машин для глубокой очистки балластной призмы и др.) [70]; а также рамы специальной конструкции, конфигурация которых специально выполнена под компоновку рабочего оборудования и других устройств (выправочно-подбивочно-рихтовочные машины [49, 50, 52], хоппер-дозаторы, планировщики балласта, промежуточные полувагоны снегоуборочных машин).
При работе машины и транспортировке рама воспринимает статические и динамические нагрузки: продольные сжатия и растяжения, связанные с движением в составе поезда; горизонтальные направляющие нагрузки при движении по элементам плана пути; вертикальные нагрузки, связанные с движением по неровностям пути и весом элементов конструкции машины, размещенных на раме. Специфичными для путевой машины являются нагрузки, вызванные взаимодействием рабочего оборудования с элементами пути при работе. Эти нагрузки также бывают статическими и динамическими. Динамические нагрузки возникают, например, при разгонах и торможениях звена во время работы укладочного крана, при подъеме и опускании подбивочных блоков выправочно-подбивочно-рихтовочной машины, при работе виброплит выправочно-подбивочно-отделочной машины, при наезде главного бокового крыла струга-снегоочистителя на препятствие и др.
Действующие на раму путевой машины нагрузки передаются через ходовые тележки и колесные пары на рельсы. Характер распределения нагрузок зависит от сочетания ведущих (приводных) и ведомых (неприводных) колесных пар и их расположения на тележках, т.е., от колесной формулы машины. Для двухосных машин нагрузка передается от рамы через двухступенчатое рессорное подвешивание, буксы и колесные пары (рис. 2.2, а). Подвешивание содержит листовую рессору 11, тяги 3 и спиральные рессоры 8. Учитывая ограничения на вертикальное перемещение рамы машины при движении, рессорное подвешивание имеет небольшую жесткость при небольших смещениях колесных пар от-носительно рамы (деформируются рессоры 8), при больших смещениях включается в работу листовая рессора 11. Смещение буксы 1 колесной пары ограничено упором хомута 2 рессоры.
Букса устанавливается в проеме с направляющими 12. В нижней части имеется струнка 14, предотвращающая выпаде-ние буксы из направляющих. Такая конструкция буксового узла называется челюстной (в отличие от бесчелюстной и поводковой, редко применяемых на путевых машинах).
1, 9 – букса; 2 – направляющие хомута рессоры; 3 – тяги; 4 – шкворневой узел и скользуны;
5 – надрессорная балка с клиновым фрикционным поглощающим аппаратом; 6, 13 – колесные пары; 7 – боковая балка;
8 – комплект спиральных рессор; 10 – тормозные колодки; 11 – листовая рессора; 12 – направляющие буксы (челюсти);
14 – струнка; 15 – шайба с гайками упора
Если нет особых требований к конструкции ходовой системы несамоходной путевой машины, то под нее подкатываются типовые тележки (тип 18-100) грузовых вагонов рис. 2.2, б. Они имеют центральное рессорное подвешивание при отсутствии буксового подвешивания. Боковые балки непосредственно соединены с буксами, а надрессорная или шкворневая балка опирается на них через комплекты спиральных рессор и клиновые фрикционные гасители колебаний. В средней части надрессорной балки имеется шкворневой узел крепления тележки к раме, а по ее бокам – скользуны для поперечной устойчивости рамы машины. В путевых машинах используются также типовые (тип 18-102) трехосные (машины для ремонта земляного полотна, снегоуборочные машины и др.) и спаренные (тип 18-101) двухосные тележки (на электробалластерах).
В большинстве случаев ходовые тележки самоходных путевых машин имеют специальное исполнение. Это обусловлено рядом причин: большими габаритными размерами локомотивных тележек, особыми требованиями к транспортировке машин, оснащенных сложными дорогостоящими системами привода и управления, необходимостью устойчиво работать при движении с малой рабочей скоростью.
а – тяговая тележка машины «Plasser Duo-matic 09-32 CSM»:
1 – гидроцилиндры блокировки центрального рессорного подвешивания; 2 – боковые рессоры; 3 – рама машины; 4 – колесные пары;
5 и 6 – реактивные тяги и крон-штейны; 7 – буксы; 8, 15 и 16 – карданные валы; 9 – скользуны; 10 – тяги; 11 – рама;
12 – системы циркуляционной смазки редукторов в рабочем режиме; 13 – осевые редукторы; 14 – шкворневой узел; 17 – промежуточная опора;
б – тележка укладочного крана УК-25/9-18:
1 – рама; 2 – листовые рессоры; 3 – серьги; 4 – балансиры; 5 – стояночный тормоз; 6 и 7 – приводные и не приводная колесные пары;
8 – буксовые челюсти; 9 – буксы; 10, 17 – тормозная рычажная передача; 11 – рычаги муфты отключения редуктора; 12 – осевой редуктор;
13 – карданные валы; 14 – скользуны; 15 – тяговые электродвигатели; 16 – тормозные цилиндры; 18 – шкворневой узел
На рис. 2.3, а - показана тяговая тележка выправочно-подбивочно-рихтовочной машины «Plasser Duomatic 09-32 CSM». В ней привод на колесные пары осуществляется через конические осевые редукторы с реактивными кронштейнам и тягами и карданные валы. Тележка имеет буксовое и центральное рессорное подвешивание, снижающее динамические нагрузки на оборудование машины при работе и транспортировании. Буксовое рессорное подвешивание выполнено в виде резинометаллических элементов, применяемых для подвижного состава с относительно небольшими осевыми нагрузками (100 – 130 кН). Резина, как эластичный материал, обладающий внутренним трением, одновременно дает возможность демпфировать (гасить) колебания корпуса машины. Каждая букса дополнительно соединена с корпусом машины через гидравлический гаситель колебаний вагонного типа. ного типа.
На рис. 2.3, б показана трехосная ходовая тележка укладочного крана УК-25/9-18, имеющая буксовое рессорное подвешивание с листовыми рессорами, серьгами и балансирами. Привод крайних колесных пар 5 - от электродвигателей 11 через карданный вал и двухступенчатый цилиндрический редуктор, имеющий зубчатую муфту для отсоединения электродвигателя при транспортировке крана в составе поезда. Как и на большинстве путевых машин, применена опорно-рамная система подвешивания тягового двигателя, снижающая динамические нагрузки на него при движении по неровностям пути.
а – неприводной; б – приводной (ведущей); в – профиль поверхности катания; г – устройство буксы:
1 – шайба с лабиринтным уплотнением; 2 – корпус; 3 – упор; 4 – основная крышка; 5 – гайка; 6 – крышка для добавления смазки;
7 – торцевая шайба с болтовыми соединениями; 8, 10, 11 – дистанционные кольца и втулки;
9, 12 – радиальный и радиально-упорный подшипники с цилиндрическими роликами; 13 – сальник
Наиболее ответственный элемент конструкции ходовой части путевой машины – колесная пара. На рис. 2.4 показаны основные элементы неприводной (а) и приводной (б) колесной пары. На ось приводной колесной пары при её формировании дополнительно устанавливаются элементы осевого редуктора. Колеса и все неподвижные элементы напрессовываются на ось без использования дополнительных (шпонки, клинья и др.) элементов передачи крутящего момента, т.к. они являются дополнительными концентраторами напряжений.
Профиль поверхности катания (рис. 2.4, в) должен соответствовать ГОСТ 9036-88 и чертежам на колесные пары путевых машин. На путевых машинах используется вагонный профиль поверхности катания с шириной обода 130 мм и углом наклона рабочей поверхности гребня 600 (в отличие от локомотивного профиля шириной 140 мм и упомянутым углом 700). При движении путевой машины колесная пара контактирует с головками рельсов поверхностью катания и гребнем. Это приводит к ее износу и повреждениям. Порядок формирования, освидетельствования, ремонта и осмотра колесных пар отечественных путевых машин регламентируется Инструкцией [33], а производства зарубежных фирм при эксплуатации на сети – Инструкцией [34].
Нагрузки на колесную пару передаются через буксы (рис. 2.4, г), установленные на шейках оси. Букса (от англ. box – коробка) – это закрытый подшипниковый узел, который частично заполняется консистентной смазкой. На путевых машинах применяются буксы с подшипниками качения. Колесная пара, как ответственный элемент конструкции, требует постоянного наблюдения за ее состоянием. Осмотр колесных пар и буксовых узлов под машинами производится машинистами и работниками ремонтных служб. Освидетельствование колесных пар производиться только на предприятиях, имеющих лицензию на производства данного вида работ.
а) полужесткого типа с поглощающим аппаратом; б) жесткого типа без поглощающего аппарата; в) поглощающий аппарат Ш-2-В;
1 – головка автосцепки; 2 –поглощающий аппарат; 3 – поддерживающая пластина; 4 – крышка крепления клина;
5 – хвостовик автосцепки; 6, 9 – большой и малый зубья автосцепки; 7, 8 – выступающие части замкодержателя и замка;
10 – валик с балансиром подъемного механизма (связан с расцепным приводом); 11 – карман автосцепки со сцепным механизмом;
12, 17 – передний и задний упоры; 13 – клин; 14 – упорная плита; 15 – тяговый хомут; 16 – продольные балки рамы машины; 18 – розетка;
19 – центрирующая балочка; 20 – маятниковые подвески; 21 – торцевой брус рамы машины; 22 – болты крепления розетки;
23 – розетка с привалочной плоскостью; 24 – валик крепления автосцепки; 25 – автосцепка; 26 – скоба; 27 – болт фиксации валика;
28 – расцепной привод; 29 – гайка; 30 – нажимной конус; 31 – клинья ( 3 шт.); 32 – корпус;
33, 34 – малая и большая пружины подпорного комплекта; 35 – стержень
Для включения путевой машины в состав поезда (грузового, хозяйственного) она оснащается типовыми ударно-тяговыми устройствами – автосцепками СА-3 с поглощающим аппаратом (так называемыми полужесткими, рис. 2.5, а) и без поглощающего аппарата (жесткими, рис. 2.5, б) [40]. В большинстве случаев применяются полужесткие автосцепки, позволяющие эффективно гасить энергию при соударениях машины с другими подвижными единицами. Автосцепки жесткого типа применяются на машинах, имеющих относительно небольшую массу (грузовые дрезины и машины на их базе), либо в случаях, когда отсутствует место для установки поглощающего аппарата (путеукладчики).
Автосцепка полужесткого типа (рис. 2.5, а) состоит из головки 1, к которой размещается сцепной механизм 11, и хвостовика 5, соединенного через клин 13 с тяговым хомутом 15. Благодаря форме клина и отверстия в хомуте корпус автосцепки может поворачиваться в плане на необходимый для прохода машины в сцепе кривых угол. В продольных балках 16 рамы машины установлены передний 12 и задний 17 упоры. В проеме тягового хомута установлен поглощающий аппарат 2, поддерживаемый снизу пластиной 3. Он упирается в упор 17 и через упорную пластину 14 в упор 12. Такая конструкция обеспечивает сжатие поглощающего аппарата при действии растягивающих ми сжимающих нагрузок на автосцепку. Хвостовик 5 корпуса автосцепки дополнительно удерживается через центрирующий прибор. Прибор (разрез А – А и вид Б) содержит розетку 18, закрепленную на лобовом брусе, на которой шарнирно установлены две маятниковыен подвески 20. Хвостовик 5 лежит на центрирующей балочке 19. Для предотвращения перегрузок центрирующей балочки и подвесок при передаче тягового усилия корпус автосцепки в свободном состоянии немного наклонен вниз со стороны головки.
Поглощающий аппарат шестигранного типа Ш-2-В (рис. 2.5, в) предназначен для гашения энергии до 60 кДж. Он включает внешний корпус 32, в котором установлены три клина 31. Горловина корпуса имеет форму шестигранника. Нажимной конус 30 стянут с корпусом болтовым соединением 29, 35. Между корпусом и клиньями установлены пружины 33, 34. При ударе часть энергии поглощается за счет сжатия пружин, а часть энергии – за счет трения между клиньями 31 и горловиной корпуса 32. < Корпус 25 автосцепки жесткого типа (рис. 2.5, б) закрепляется через неподвижный валик 24 на розетке 23. Розетка через болтовые соединения 22 прикрепляется к торцевому брусу 21. В отверстии малого зуба дополнительно устанавливается скоба 26, предотвращающая падение корпуса автосцепки на путь в случае повреждения крепления корпуса автосцепки. Все автосцепки имеют расцепной привод 28 в виде рычага, установленного на фиксирующем и поддерживающем кронштейнах, связанного через цепь с балансиром сцепного механизма.
2.2. Тормозное оборудование е
(рычажная передача и пневмосистема, основы расчета тормозов)
Путевая машина, как специализированная единица подвижного состава, имеет тормозное оборудование, которое обеспечивает режимы торможения:я:
– при работе,
– при транспортировке.
При работе тормозные режимы имеют место у машин циклического действия, которым необходимо останавливаться для выполнения технологических операций. При транспортировке, в зависимости от условий движения, торможение может быть:
– служебное, которое бывает полным служебное торможением, соответствующим ступенчатому снижению давления в тормозной магистрали для сокращения тормозного пути, а также ступенчатым регулировочным, преследующим цель регулирования скорости или остановки машины в заданном месте;
– экстренное, задаваемое машинистом для быстрой остановки машины с минимально коротким тормозным путем;
– автостопное, вызванное автоматическим срабатыванием тормозов через систему контроля безопасности движения при неправильных действиях машиниста, например, при превышении допустимой скорости или проезде запрещающего сигнала. При автостопном торможении длина тормозного пути должна быть меньше длины блок-участка (расстояния между двумя проходными светофорами на перегоне);
Реостатное и рекуперативное торможение, при котором тяговые электродвигатели колесных пар переводятся в генераторный режим, и энергия торможения рассеивается через электрические сопротивления или отдается в контактную сеть, на путевых машинах не применяется. < Самоходные путевые машины оснащаются стояночным тормозом для закрепления от угона при остановках. При стоянке машина дополнительно должна быть закреплена тормозными башмаками, подкладываемыми под колеса.
1 – колесные пары; 2 –тормозные колодки и вертикальные рычаги их закрепления; 3 – тормозные пневмоцилиндры;
4 – тормозные гидроцилиндры с толкателями; 5 – балансирные рычаги (триангели); 6 – регулировочные винтовые муфты;
7 – вертикальные рычаги на платформе; 8 – горизонтальные рычаги; 9 – вертикальные рычаги; 10 – вертикальные подвески; 11 – тяги;
12 – цепь; 13 – винтовая передача; 14 – стойка стояночного тормоза со штурвалом; 15 – горизонтальный рычаг стояночного тормоза;
16 – пружины отжима тормозных колодок
Принцип действия типовой тормозной системы рассмотрим на примере машины ВПР-02. Тормозная система включает в себя рычажную передачу (рис. 2.6) и пневматическую систему привода и управления (рис. 2.7) тормозами. Через рычажную передачу передаются усилия нажима K тормозных колодок 2 на соответствующие колесные пары 1.
ПМ – питательная магистраль; ПТМ – прямодействующая тормозная магистраль; ТМ – автоматическая прямодействующая тормозная магистраль;
Ц1, Ц2, Ц3 – тормозные цилиндры; Р1, Р2, Р3 – реле давления; ВН1,…,ВН18 – разобщительные краны; ВН19 – продувочный кран ресивера;
ВН20, ВН21 – стоп-краны; А1, А2 – краны вспомогательного тормоза машиниста; К1, К2 – переключательные клапаны;
РС1, РС2 – уравнительный и дополнительный резервуары; МН1,…,МН7 – манометры
В транспортном режиме движения усилия прижима колодок развиваются пневматическими цилиндрами 3. Усилие штоком цилиндра передается через горизонтальный рычаг 8, регулировочную муфту 6 на вертикальные рычаги 9, в верхней части подвешенные шарнирно на поперечной балке рамы тележки, а в нижней части – связанные между собой другой регулировочной муфтой 6. Усилия через средние шарниры рычагов передаются на горизонтальные балансирные рычаги 5, называемые триангелями (three – три, angle – угол (англ.)). Триангели одновременно выравнивают тормозные усилия между правой и левой колодками. Аналогично передаются усилия и на колодки бегунковой тележки.
Прижим колодок 2 к колесной паре 1 платформы также происходит при выдвижении штока пневматического цилиндра 3. Усилие через регулировочную муфту 6, тягу 11 передается на балансирную балку 5, которая поворачивает рычаги с колодками 2.
Регулировочными муфтами 6 производится регулировка зазора между колодками и колесами, а также выход штоков цилиндров при торможении.
В рабочем режиме тормозное усилие передается от гидравлических цилиндров 4, через соответствующие толкатели с прорезями.
Стояночный тормоз содержит колонку 14 с угловыми коническими редукторами и штурвалом, которая приводит во вращение винт передачи 13. При вращении винта рычаг 15 поворачивается и через цепь 12 поворачивает рычаг 8. Колодки 2 прижимаются к колесам 1, затормаживая машину на стоянке. < Пневматический привод тормозных цилиндров должен обеспечить регулируемое ступенчато усилие нажима штоков, компенсацию возможных утечек воздуха, отпуск тормозов, возможность совместной работы с устройствами безопасности движения (системой КЛУБ-УП), давать возможность машинисту контролировать режимы торможения в зависимости от условий движения.
Питание системы сжатым воздухом производится от двух компрессоров через питающую магистраль ПМ (рис. 2.7). Далее воздух распределяется к кранам вспомогательного тормоза А1, А2, а также подается к тормозным реле давления Р1 – Р3, через которые управляются тормозные цилиндры Ц1 – Ц3. Тормозные реле – это пневмоуправляемые распределители. Кран вспомогательного тормоза по своему принципу действия является управляемым ступенчато редукционным клапаном, давление на выходе которого, зависит от положения его рукоятки:
I – отпускное (быстрый отпуск тормозов),
II – поездное (тормоза отпущены),
III – VI – тормозные положения с разным усилием прижима колодок.
В расторможенном положении прямодействующая тормозная магистраль ПТМ соединена с атмосферой (через кран). Реле давления Р1 – Р3 соединяют цилиндры Ц1 – Ц3 с атмосферой.
Если, например, включено одно из тормозных положений крана А1, воздух подается в ПТМ через переключательный клапан К1, который предотвращает выход воздуха через кран А2. Далее через другой переключательный клапан К2 воздух подается в линии управления реле давления Р1 – Р3. Они переключаются, соединяя ПМ с цилиндрами. Давление в цилиндрах поддерживается автоматически в соответствии с давлением в ПТМ.
Краны вспомогательного тормоза используются при самостоятельном движении машины. < При движении машины в хвосте поезда или отдельным локомотивом автоматическая прямодействующая магистраль ТМ через рукав и концевой разобщительный кран соединяется с аналогичной тормозной магистралью локомотива, поэтому давление в ПМ определяется давлением в общей тормозной магистрали ТМ. При таком подключении разобщительные краны ВН14 – ВН17 перекрываются, отключая от системы краны вспомогательного тормоза машиниста А1 и А2.
Для приведения в действие тормозов давление в ТМ снижается через кран машиниста, установленный на локомотиве. Для управления давлением в ПТМ путем изменения давления в ТМ служит воздухораспределитель А3. Если давление в ТМ соответствует установленному, то А3 производит зарядку запасного резервуара РС3, сообщая с атмосферой линии управления реле Р1 – Р3, что соответствует отпущенным тормозам. При снижении давления в ТМ воздухораспределитель сообщает через переключательный клапан К2 резервуар РС2 с линией управления тормозными реле, поддерживая давление, соответствующее снижению давления в ТМ. Тормоза включаются. Усилие прижима ко-лодок определяется уровнем снижения давления в ТМ. При этом уравнительный резервуар РС1 позволяет сгладить броски давления в системе.
Если ТМ заряжается воздухом от ПМ машины, то разобщительный кран ВН13 (вентиль) позволяет подать давление на вход редуктора КР1 (редукционного клапана), На его выходе поддерживается заданное давление в ТМ.
Для экстренного торможения машины и сцепленных с ней подвижных единиц используются стоп-краны ВН20, ВН21. При открытии воздух из ТМ выходит в атмосферу. Через воздухораспределитель А3 подается максимальное давление к тормозным реле, что соответствует максимальному усилию нажима колодок.
Основные аппараты пневматической системы работают в режимах автоматического отслеживания заданного давления, компенсируя утечки воздуха. Это позволяет стабильно поддерживать тормозные усилия.
В системах безопасности к ТМ подключается нормально открытый электропневматический клапан (не показан). При штатной ситуации движения на его обмотку постоянно подается напряжение. Клапан закрыт. Если возникает нештатная ситуация с ошибочными действиями машиниста, то система безопасности прекращает питание обмотки. Клапан открывается, и воздух из ТМ выходит в атмосферу. Происходит автостопное торможение.
Тормозные расчеты, применительно к путевой машине, выполняются с целью определения тормозного пути при работе или транспортировке, необходимого тормозного усилия и т.д. В общем случае, уравнение движения машины в тормозном режиме, применив второй закон Ньютона:
(2.2)
вызванное взаимодействием рабочих органов и пути, кН;
BТ – продольная замедляющая сила, вызванная работой тормозов машины, кН;
x – замедление движения машины, м/с2;
M – масса машины, т.
Составляющие сопротивления движению машины, как повозки, описаны в п. 2.8. Очевидно, что при движении ма-шины на подъем, составляющая, связанная с уклоном, WУ>0, при движении на площадке WУ=0, при движении на спуске WУ<0. На подъеме скатывающая сила тормозит движение машины, на спуске – ускоряет.
Путевая машина, как движущаяся система, может быть остановлена только внешними по отношению к ней силами торможения, т.к. внутренние силы системы всегда взаимно уравновешены и не могут изменить ее состояние движения или покоя. Внутренние силы это силы взаимодействия башмаков тормозных колодок и поверхностей катания колес. Рассмотрим катящееся по рельсу колесо, диаметр D, м, которое в точка контакта A имеет мгновенный центр поворота колеса. На колесо со стороны машины действует вертикальная сила прижима Q, и вертикальная реакция рельса QR. Со стороны башмака тормозной колодки действует сила прижима K, вызывающая появление силы трения. Ее величина колеблется в пределах 5–40 кН. Не нарушая равновесие колеса, можно к его геометрическому центру O приложить две равных силы jКK, одна из которых направлена вверх, а другая вниз. Сила, направленная вверх, дополнительно нагружает буксовый узел, а направленная вниз образует на плече D/2 с силой трения тормозной колодки пару сил, образующих тормозной момент MТР=jКKD/2.
На колесо также действует сила PИ, обусловленная инерционностью машины и возможным ее движением под уклон. Приложим в центре колеса две противоположно направленных и уравновешенных силы BТ, в точке контакта A – сила BТ создает пару сил с момент BТD/2, уравновешивающий момент MТР. Сила BТ, приложенная к центру O и направленная в противоположную сторону движения остается неуравновешенной, стремится замедлить движение машины.
Сила BТ, приложенная к колесу в мгновенном центре A, и сила воздействия машины на рельс BУ сцеплены и выводят внутренние силы в систему путь, а сила BТ, приложенная к центру O колеса, рассматривается как внешняя по отношению к машине сила. Она является также реакцией рельса на колесо. По третьему закону Ньютона машина, воздействуя на рельс через колесо горизонтальной силой BУ, стремится вызвать его угон в сторону направления движения. Величина этой силы ограничена возникающим сцеплением в контакте A и равна yCQ, следовательно, условие отсутствия заклинивания (юза) колесной пары при торможении имеет вид: jКK£yCQ (yC – коэффициент сцепления колеса и рельса (см. п. 2.8)).
Расчет тормозного пути машины при ее работе. В тормозных расчетах принимается во внимание общая тормозная сила машины, кН:
(2.3)
Критическими по отношению к возникновению юза являются режимы экстренного и автостопного торможения. При возникновении юза, помимо возможного повреждения поверхностей катания колес (ползуны, выбоины) и повышения вероятности схода с рельсов, увеличивается тормозной путь, сцепление переходит в скольжение колеса по рельсу, т.к. коэффициент сцепления (в среднем 0,25) превышает коэффициент трения скольжения стали по стали (0,12 – 0,15). Максимально допускаемое значение нажима колодки на колесо определяется с учетом коэффициента тормозного нажатия:
(2.4)
При чугунных тормозных колодках для самоходных путевых машин d=0,5 – 0,6, а для несамоходных – d=0,6 – 0,65;
при композиционных тормозных колодках d=0,3.
При взаимодействии поверхности башмака тормозной колодки и поверхности катания колеса происходит нагрев, вызывающий подплавление. При большой скорости движения возникает эффект, аналогичный наличию жидкой смазки. Поэтому даже при постоянной силе K нажима колодки, коэффициент трения jК и тормозная сила BТ изменяются с уменьшением скорости. Для стандартных чугунных колодок действующий коэффициент трения определяется по эмпирическим формулам.
(2.5)
Аналогично для композиционных колодок:
(2.6)
При расчетах в приведенной массе подвижного состава рекомендуется учитывать инерционные свойства вращающихся масс колесных пар и приводов осевых редукторов:
(2.7)
(для самоходной машины g=0,11 – 0,12, для несамоходной g=0,03).
Тогда из формулы (2.2) ускорение, м/с2:
(2.8)
С другой стороны, время, с, затрачиваемое на снижение скорости от начального значения VН до конечного значения VК, м/с2:
(2.9)
Считая на интервале времени движение равнозамедленным, действительный тормозной путь (без учета пути, пройденного при подготовке тормозов) на рассматриваемом интервале снижения скоростей, м:
(2.10)
Общий действительный тормозной путь на всем интервале снижения скорости определяется суммированием тормозных путей на составляющих интервалах деления с учетом изменения коэффициента трения башмаков колодок о поверхности катания колес. Общий тормозной путь рассчитывается как сумма действительного тормозного пути SД и пути SП, пройденного машиной при подготовке тормозов к срабатыванию. Путь, пройденный машиной при подготовке тормозов к срабатыванию:
(2.11)
tП – время на подготовку тормозов, с.
Подготовительное время на срабатывание тормозов для машины или хозяйственного поезда с числом осей менее 200:
(2.12)
где iС – приведенный уклон, принимаемый со знаком (+) на подъеме и со знаком (–) на спуске, о/оо;
bТ – удельная тормозная сила, кН/т.
Удельная тормозная сила определяется по формуле:
(2.13)
В автостопном режиме время подготовки тормозов увеличивается на 12 с. Это время соответствует задержке срабатывания автостопа, необходимое для реакции машиниста на возникновение критических условий движения.
2.3. Приборы безопасности движения путевых машин
Для путевых машин и моторно-рельсового транспорта правилами технической эксплуатации (ПТЭ) железных дорог Российской Федерации ЦРБ-756 (2000 г), введен термин специальный подвижной состав (СПС), с разделением на специальный самоходный подвижной состав (ССПС) и специальный несамоходный подвижной состав (СНПС). К самоходным путевым машинам и моторно-рельсовому транспорту, относящихся к ССПС, работающих на главных путях и оборудованных автоблокировкой, предъявляются повышенные требования по безопасности движения.
Для регулирования движения на железных дорогах России используются устройства трехзначной (красный, желтый, зеленый) автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН. Внедряются новые двусторонние каналы передачи информации многозначной АЛС — АЛС-ЕН, устройства передачи данных по радиоканалу в диапазонах 160 и 460 МГц.
В рамках Государственной программы повышения безопасности движения поездов на железных дорогах России (1994 г.) осуществляется замена прежних устройств на более совершенные (КЛУБ, CАУТ, ТC КБМ, АБТЦ-М и др.), выполненные на базе микропроцессоров, (Институтом ВНИИАС России и Ижевским радиозаводом).
АБТЦ-М – система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры, тональными рельсовыми цепями и
дублирующими каналами передачи данных (предназначена для обращения грузовых, пассажирских и высокоскоростных поездов);
РК – цифровой радиоканал; АЛСН и АЛС-ЕН – автоматическая локомотивная система непрерывного тона и многозначная АЛС
На путевых машинах и моторно-рельсовом транспорте с 1994 года устанавливается комплексное локомотивное устрой-ство безопасности (КЛУБ-УП). На локомотивах и моторвагонных секциях устанавливают систему КЛУБ-У, которая имеет: спутниковую навигационную связь, производит регистрацию параметров движения и управления тормозами, имеет 3 датчика скорости, обеспечивающих более точное показание скорости движения, имеет возможность совместной работы с другими устройствами безопасности движения: САУТ (система автоматического управления тормозами); ТС КБМ (телемеханическая система контроля бдительности машиниста). Для определения местоположения подвижной единицы применяются комбинированные приемники, осуществляющие автоматический поиск, прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем (рис. 2.9) ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). Приемники позволяют непрерывно определять значения географических координат (широту и долготу), пройденный путь транспортного средства, а также астрономическое время и скорость движения поезда.
В целях повышения безопасности и контроля работы путевых машин, технические требования, применяемые к системам обеспечения безопасности движения локомотивов и моторвагонного подвижного состава, стали обязательными и для ССПС первой и второй категории.
К I категории отнесены: самоходные путевые машины ВПР, ВПРС, Р, ПМГ, ПБ, БУМ, РОМ, ДСП, ПРСМ, СП-93, Дуоматик, Унимат, МПРС, GWM, SSP-103, РШП-48, Speno; тяговые модули УТМ, ТЭУ, ПТМ, ПА; автомотриса АС.
II категория ССПС включает в себя мотовозы, дрезины, специальные автомотрисы тяжёлого и среднего типа, предназначенные для транспортирования отдельных вагонов и платформ с обслуживающим персоналом (МПТ, ДГКу, АМД, АДМ, АГВ, АРВ, АМ, АГС, АГД).
Для ССПС первой категории применяется устройство КЛУБ-УП, а для ССПС второй категории – КЛУБ-П, внедрение которых началось с 1999 года.
КЛУБ-УП – комплексная система обеспечения безопасности унифицированная для ССПС I категории;
БЭЛ-УП – блок электроники унифицированный для ССПС I категории; РК – радиоканал;
БИЛ-УВП – блок индикации и ввода параметров унифициро-ванный; БКР-УП – блок коммутации и формирования информации для регистрации;
КР – кассета регистрации; КПУ-1 – приемные катушки; А-СНС – антенна спутниковой навигационной системы;
ИП-ЛЭ – источник питания электронной аппаратуры; Л 178/1 – датчик угла поворота; ЭПК – электропневматический клапан;
РБ, РБС – рукоятка бдительности, рукоятка бдительности специальная; СНС – спутниковая навигационная система;
КРТ-1 – преобразователь избыточного давления
Система КЛУБ-УП предназначена для применения на участках железных дорог с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока, оборудованных путевыми устройствами АЛСН, либо системой координатного регулирования движения поездов на базе цифрового радиоканала и системой МАЛС на станциях. В зависимости от типа путевой машины и количества кабин КЛУБ-УП (рис. 2.10) имеет 4 вида исполнений. Оборудование КЛУБ-УП размещается в кабине ССПС, не нарушая условий эксплуатации машины. Питание всех составных частей системы осуществляться от бортовой сети номинальным напряжением 24В постоянного тока.
Работа системы КЛУБ-УП. В зависимости от направления движения машины сигналы АЛСН от приемных катушек КПУ-1 поступают через блок коммутации БКР-УП на блок электроники БЭЛ-УП [73]. Информация о фактической скорости от датчика угла поворота Л178/1, о значении давления в тормозной системе и в тормозном цилиндре (от датчиков давления), информация о координате ССПС поступает через антенну спутниковой навигационной системы (А-СНС) также поступает в блок электроники.
В блоке электроники осуществляется обработка всей принятой информации, формирование значений допустимой скорости, сравнение ее с фактической, контроль бдительности машиниста, воздействие на клапан экстренного торможения (ЭПК-153). Блок индикации БИЛ-УВП принимает обработанную информацию для индикации и регистрации ее на кассете регистрации КР. Воздействия машиниста на рукоятку бдительности и рукоятку бдительности специальную РБ, РБС отрабатываются блоком индикации и поступают на блок электроники.
Структурная схема КЛУБ-УП представляет собой открытую систему взаимодействующих модулей (в блоке БЭЛ-УП, УФИР, в блоке БКР-УП), объединённых в локальную сеть. Все модули являются равноправными по доступу к сети. Основной рабочий цикл обмена и обработки информации составляет 450...500 мс. В качестве контроллеров использованы однокристальные CAN контроллеры с 11 битовым кодом размером 8 байтов. В качестве физического уровня сети выбрана гальванически развязанная от всех модулей и питаемая от отдельного источника 5В дифференциальная линия. В состав каждого модуля входит схема узла сопряжения с линией CAN.
Функциональная безопасность система КЛУБ-УП построена следующим образом. Все модули имеют в своем составе два канала обработки, получаемые простым аппаратным дублированием, либо программными средствами. Вся информация проходит по двум каналам обработки и поступает на безопасную схему контроля, которая воздействует на усилитель ЭПК. При нормальной работе усилитель ЭПК находится под током. Если возникает рассогласование между двумя информационными потоками, срабатывает схема перезапуска системы безопасности и при сохранении рассогласования происходит снятие питающего напряжения с усилителя ЭПК.
Функциональные свойства системы КЛУБ-УП:
– приём сигналов канала АЛСН;
– приём сигналов от систем управления о включении / выключении тяги, переключении кабин и направления движения, положении рукоятки ЭПК, давлении в тормозной магистрали;
– отсчет текущего времени с корректировкой по астрономическому времени спутниковой навигационной системы;
– определение параметров движения поезда (координаты, скорости) по информации от приемника спутниковой навигации, датчиков пути и скорости и электронной карты участка;
– обработку принятой информации;
– формирование информации о значениях целевой и допустимой скорости движения;
– сравнение фактической скорости движения с допустимой и снятие напряжения с электромагнита ЭПК при превышении фактической скорости над допустимой;
– невозможность движения при отключенном ЭПК и выключенной системе безопасности движения;
– контроль максимальной допустимой скорости движения 20 км/ч в рабочем режиме и выработки сигнала автостопного торможения при ее превышении;
– отмена контроля бдительности при движении со скоростью менее 10 км/ч в рабочем режиме и при полной остановке;
– контроль снижения допустимой скорости перед светофором с запрещающим сигналом и исключение его проезда без предварительной остановки;
– осуществление однократного и периодического контроля бдительности (посредством РБ, РБС);
– исключение самопроизвольного и несанкционированного ухода состава (скатывания);
– визуальное отображение машинисту необходимой информации;
– звуковую сигнализацию при изменении информации на БИЛ-УВП кроме координаты, времени, фактической скорости и давления в тормозной магистрали, а также при опасном приближении к допустимой скорости;
– ввод и отображение характеристик, их сохранение при выключении питания;
– включение индикации на БИЛ-УВП о текущем времени, фактической скорости, режиме работы, готовности кассеты, а также информации ввода и тестирования при выключенном ключе ЭПК;
– включение белого сигнала локомотивного светофора БИЛ-УВП после включения питания, при отсутствии приёма информации из канала АЛСН при последующем включении ключа ЭПК;
– переключение красного сигнала локомотивного светофора БИЛ-УВП на белый при одновременном нажатии ВК на БВЛ-УП и РБ;
– регистрацию оперативной информации о движении состава, диагностики системы, характеристик в КР;
– обмен информацией с устройствами цифровой радиосвязи, включая устройства оповещения работающих на путях (при специальном заказе);
– прием и запись во внутреннюю энергонезависимую память данных электронной карты пути.
Порядок работы электронной карты и стационарного устройства дешифрации. Для нормальной работы КЛУБ-УП необходимо наличие электронной карты железной дороги, которая позволяет машинисту точно знать местоположение ССПС и корректировать свои действия в зависимости от типа находящегося впереди железнодорожного объекта, расстояния до него.
Формирование и запись электронной карты маршрутов движения ССПС в КЛУБ-УП производится с помощью устройства формирования электронной карты (УФК). Устройство состоит из переносного варианта приемника спутниковой навигации с пассивной антенной, переносного персонального компьютера класса Pentium и блока преобразователя напряжений (БПН). Предварительный этап по созданию электронной карты заключается в создании компьютерного файла, отражающего все предполагаемые маршруты передвижения ССПС. Эта работа осуществляется в стационарных условиях на персональном компьютере с помощью программы «Конструктор».
Второй этап работы заключается в «привязке» (задания соответствия) линейных и принимаемых со спутника сферических (географических) координат характерных объектов. Характерными объектами в системе УФК выбраны километровые столбы. Привязка осуществляется во время движения по всему предполагаемому для передвижения ССПС эксплуатационному маршруту. В привязке участвует весь комплекс программ и технических средств системы УФК.
Третий этап состоит в проверке правильности произведенной при движении привязки и в случае правильной привязки конвертации файла формата “*.map” в файл укороченного формата, соответствующий шаблону “*.gps”.
Заключительный этап в работе с электронной картой состоит в перенесении информации из памяти персонального компьютера в память, расположенную на печатной плате ячейки ЭК блока электроники БЭЛ-УП. Персональный компьютер соединяется с аппаратурой безопасности через развязывающее устройство, называемое БВД-У. Сформированная (конвертированная) электронная карта маршрута переносится во внутреннюю память при подключении к разъему CAN блока БКР-УП через блок БПИ переносного персонального компьютера из состава УФК.
Порядок дешифрирования кассет регистрации КЛУБ-УП на стационарном устройстве дешифрации СУД-У. На завершающем этапе внедрения системы дешифрации обработке подлежит информация обо всех передвижениях в рабочем и транспортных режимах ССПС. Работа по дешифрации кассет регистрации выполняется в специальных стационарных пунктах железной дороги и оснащенных необходимым оборудованием
Система КЛУБ-П [74] устанавливается на ССПС II категории. Набор функций КЛУБ-П упрощен: отсутствует кассета регистрации. Планируется их замена на систему КЛУБ-УП.
2.4. Вписывание путевой машины в габарит подвижного состава
Габарит (от французского слова gabarit) – это предельные внешние очертания предметов, сооружений и устройств, определяющие возможность безопасного перемещения какого-либо предмета среди других. Безопасная транспортировка в составе поезда или отдельно, а также работа путевой машины возможна только при соблюдении габаритов [57].
При работе машина контактирует с обрабатываемыми элементами пути, при этом должен быть гарантирован свободный пропуск поездов по соседнему пути на двухпутных участках и станционных путях. Во время транспортировке должно быть исключено касание рабочими органами машины сооружений, устройств и выгруженных вдоль пути материалов, не предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом. В транспортном положении рабочие органы машины закрепляются стопорными устройствами.
а– Ia – Iб – Iiа – IIIа – III – II – линия приближения сооружений и устройств на электрифицированных линиях;
I – линия приближения сооружений и устройств на путях, электрификация которых исключена;
3 – 10 –линия приближения зданий, сооружений и устройств (кроме мостов, тоннелей, галерей, платформ), например, опор контактной сети;
14 – 14 – линия приближения сооружений и устройств, не относящихся к пути (кабелей, трубопроводов, фундаментов зданий, опор и т.д.);
б – Расположение путевой машины в габарите приближения строений и подвижного состава:
1 – габарит приближения строений; 2 – габарит подвижного состава; 3 –строительное очертание путевой машины;
4 – проектное очертание путевой машины
Продольные размеры путевой машины выбираются конструктивно и расчетным путем, исходя из ее компоновки с учетом технологии работ и последовательности расположения рабочих органов, распределения нагрузок, прохождения кривых и сопряжений участков пути, динамики движения и т.д. Допустимые компоновочные размеры машины в ее поперечных сечениях по условиям транспортировки определяются по расчетной методике ГОСТ 9238-83. Установлены следующие габариты (рис. 2.11):
– габариты приближения строений 1, – предельные поперечные (перпендикулярные оси пути) очертания, внутрь которых, помимо подвижного состава не должны заходить никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (например, контактный провод с элементами крепления), при условии, что положение этих устройств во внутригабаритном пространстве увязано с взаимодействующими частями подвижного состава, но они не могут вызвать соприкосновение с другими элементами подвижного состава;
– габариты подвижного состава 2 – поперечные очертания, в которых, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном участке пути (при наиболее неблагоприятном положении в колее и отсутствии боковых наклонений на рессорах и динамических колебаний) как в порожнем, так и в нагруженном состоянии, причем не только новый подвижной состав, но и имеющий максимально допустимые износы;
– строительное очертание подвижного состава 3 – поперечное очертание, получаемое двухсторонним уменьшением габарита подвижного состава на расчетную величину Ei, за пределы которой не должна выходить ни одна часть вновь построенного подвижного состава в ненагруженном состоянии при нахождении на прямом горизонтальном пути при совмещении его продольной срединной плоскости с осью пути;
– проектное очертание подвижного состава 4 – поперечное очертание, имеющее размеры, уменьшенные по сравнению с размерами строительного очертания на величину плюсовых допусков di на изготовление и ремонт.
Габариты приближения строений (рис. 2.11, а):
С – для сооружений и устройств общей сети железных дороги, подъездных путей от станций примыкания до территории промышленных и транспортных предприятий;
СП – для сооружений и устройств, находящихся на территории предприятий и между территориями промышленных и транспортных предприятий;
1-СМ – для сооружений и устройств железнодорожных путей колеи 1435 мм.
В зависимости от полигона обращения и работы путевой машины, она должна быть вписана в габариты подвижного состава (рис. 2 12, а):
Т – для подвижного состава, обращающегося по путям, где гарантировано соблюдение габаритов приближения строений С и СП;
1-Т – для подвижного состава с обращением по всей сети магистральных и промышленных железных дорог СНГ, стран Балтии, Монголии без ограничений (рис. 2.12, б). По этому габариту строятся путевые машины, не предназначенные для экспорта, кроме упомянутых стран;
1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ – для подвижного состава с разными степенями ограничений на обращение по сетям зарубежных железных дорог (рис. 2.12, в, г, д, е).
Рис. 2.13. Продольные размеры и характерные сечения путевой машины при расчете ее строительных очертаний
Установление размеров поперечного сечения путевой машины из условия свободного прохождения её по железнодорожному пути называется вписыванием в габарит. Расчет вписывания машины в габарит сводится к определению её поперечных размеров. В соответствии с ГОСТом максимально допустимая ширина машины по строительному очертанию 2Вi мм, на различных высотах от УВГР определяется в расчетных сечениях (рис. 2.13) по формуле:
(2.14)
где B0 – половина ширины расчетного габарита подвижного состава, мм;
Ei (Ен – наружное, Ео – опорное, Ев – внутреннее, Ер – рабочее оборудование)
– расчетное уменьшение половины ширины габарита, мм.
При расчете вписывания путевой машины в габарит подвижного состава 1-Т используются две расчетных схемы:
схема а – машина находится в кривой расчетного радиуса R=200 м. В такой кривой устраивается уширение габарита 1-Т с двух сторон на величину k3=180 мм, которое принято для расчетного (стандартного) вагона, имеющего шкворневую базу l = 17 м при общей длине корпуса 24 м. Расчетный вагон имеет одинаковую величину бокового относа внутреннего сечения в середине пролетной части и крайних наружных сечений, равную k3;
схема б – машина находится на прямом участке пути.
В результате расчета выбираются меньшие поперечные размеры сечения, при которых гарантировано вписывание в габарит при любых условиях движения.
1 – ось пути: 2 – ось симметрии колесной пары, смещенной на величину S – d; 3 – ось симметрии рамы тележки, смещенная на величину люфта в буксах q; ось симметрии корпуса машины, смещенная на величину люфта шкворневого узла w; б – боковых относов корпуса машины в кривой для внутреннего и наружного сечений; в – относы, вызванные смещениями шкворневых узлов ходовых тележек
Для расчетного поперечного сечения машины величина Ei складывается из суммы боковых относов рассматриваемого поперечного сечения ее корпуса от оси пути. Первая группа относов направляющего поперечного сечения корпуса обусловлена зазорами между гребнями колесных пар и рельсами, боковыми люфтами q колесных пар в буксах и люфтами w в шкворневых узлах соединения тележек и корпуса (рис. 2.14, а). Суммарный относ, мм, вызванный этими факторами равен 0,5(S-d)+q+w. Здесь S – максимальная ширина колеи с учетом уширения в кривой и плюсового допуска на содержание (S=1546 мм – для кривой и SП =1530 мм – для прямой), d=1487 мм – минимально допустимое в эксплуатации расстояние между расчетными точками гребней колесных пар; q+w определяется конструктивными особенностями ходовых частей (в первом приближении, принимается q+w=25 мм для букс на подшипниках качения).
При движении машины по прямому участку пути наибольшее уменьшение строительного очертания для внутреннего сечения будет в случае, выборки зазоров и люфтов в одну сторону, т.е. боковой относ будет равен относу в направляющих сечениях. Для наружного сечения неблагоприятным является случай, когда указанная выборка в двух направляющих сечениях произошла в разные стороны. В этом случае относ сечения, мм:
(2.15)
Вторая группа относов рассматриваемого поперечного сечения машины связана с ее нахождением в круговой кривой радиуса R. Применив теорему об отрезках пересекающихся хорд окружности, можно составить соотношение (рис. 2.14, б):
(2.16)
Пренебрегая величиной YВ по сравнению с R, получим соотношение:
(2.17)
R=200 м и продольных размеров, измеряемых в м.
Для определения бокового относа YН наружного сечения от центра кривой проведем условную прямую, параллельную оси корпуса машины на расстоянии относа. Применив теорему об отрезках пересекающихся хорд для этого случая, боковой относ наружного сечения (рис. 2.14, в), мм;
(2.18)
Тележечный экипаж путевой машины имеет дополнительный относ вызванный смещениями шкворневых узлов относительно оси пути в кривой. Используя описанный выше подход, можно показать, что такое смещение для ходовой тележки (рис. 2.14, б), мм:
(2.19)
Произведя суммирование составляющих относов для случая а, получим ограничения половины ширины габарита, мм: – для направляющего сечения:
(2.20)
– для внутреннего сечения:
(2.21)
– для наружного сечения:
(2.22)
Если выражения в скобках с наличием уширения габарита k3 принимают отрицательное значение, то лимитирующим для данного сечения является расчетный случай б. В этом случае ограничения половины ширины габарита вычисляются по формулам, мм: для направляющего и внутреннего сечения:
(2.23)
для наружного сечения:
(2.24)
Коэффициенты a и b учитывают дополнительные ограни-чения внутренних и наружных сечений из условия вписывания в кривую радиуса R=150 м. Для рассматриваемого случая a=0, если ln-n2+0,25p2£72, в противном случае a=0,833(ln-n2+0,25p2-72). Величина p принимается по большему значению. b=0 при lnК+nК2+0,25p2£72 и b=0,833(lnК +nК2+0,25p2-72), если условие не выполняется.
а – сыпучих; б – рельсов внутри колеи; в – рельсов снаружи колеи
При производстве путевых работ перед открытием движения поездов по отремонтированному участку необходимо соблюдать габариты выгрузки балластных материалов и расположения рельсов на пути (рис. 2.15).
2.5. Прохождение путевой машиной элементов пути в плане и продольном профиле
Геометрические размеры путевой машины и отклонения элементов её экипажной части должны гарантировать нормальную эксплуатацию машины в пределах зоны обращения, которая обусловлена технологическим назначением машины, величиной ее транспортного пробега между местом фронта работ и базой, особенностями устройства пути и сооружений и т.д. Путевая машина может эксплуатироваться на магистральных железных дорогах (сеть ОАО «РЖД»), на железных дорогах промышленного и городского транспорта (метро и трамвай), а также в транспортном строительстве.
Если машина предназначена для эксплуатации на магистральных железных дорогах и на путях промышленного транспорта с постановкой в состав поезда, то она должна проходить в сцепе с «эталонным» вагоном и с аналогичной другой машиной участки сопряжения прямой и круговой кривой радиусом R = 80 м, S-образного сопряжения кривых радиусом R = 120 м, в расцепленном состоянии вписываться в кривую радиусом R = 60 м, а также обеспечивать автоматическое сцепление (без участия сцепщика) на участке сопряжения прямой и круговой кривой радиусом R = 135м.
в сцепе с другой подвижной единицей S-образного сопряжения кривых:
а – положение автосцепки в плане; б – схема к расчету углов отклонений автосцепок;
в – относительные боковые смещения продольных осей автосцепок при сцеплении машины в месте сопряжения кривой и прямой:
1 – лапа замкодержателя; 2 – большой зуб; 3 – малый зуб; 4 – выступающая часть замка
При расчете прохождения машины в сцепе с другой машиной по S - образной кривой (рис. 2.16, б) [39, 40], проверяются углы поворота автосцепок в окне розетки.
Углы отклонения автосцепок:
(2.25)
где b, b’ - углы отклонения автосцепок от осей сцепленных по-движных единиц, обусловленные их положением на кривой;
g, g’ - дополнительные углы отклонения автосцепок, связанные с отклонениями шарниров автосцепок
от продольных осей сцепленных подвижных единиц.
Упомянутые углы определяются по формулам:
(2.26)
Таблица 2.2. Дополнительные взаимные отклонения шарниров автосцепок в поперечном направлении
Отклонения шарниров от условной оси X:
(2.27)
Полученное значение угла a поворота автосцепки сравнивается с допустимым значением amax» 120.
При определении геометрических параметров экипажной части путевой машины оценивается ее возможность автоматического сцепления с другой единицей подвижного состава в сопряжении прямой и круговой кривой (рис. 2.16, а). В этом случае имеют место поперечные относительные смещения захватных частей двух автосцепок, которые на должны превосходить предельного значения, определяемого по формуле:
(2.28)
где Ba’ - полная ширина захвата при параллельных продольных осях автосцепок, м;
n - расстояние от шкворневого узла до центра зацепления автосцепки. м.
Для автосцепки СА-3 Ba’ = 0,175 м.
Эффективная ширина захвата автосцепки, м:
(2.29)
Подвижной состав, для которого предусмотрен роспуск с горок, проверяется на возможность прохождения горки с радиусом горба RГ = 250 м и уклоном скатывания 52 0/00. При прохождении горки изменяется взаимное положение по высоте сцепленных автосцепок. Размер этого смещения зависит от профиля горки и линейных размеров машины и вагона, длины консоли, высоты автосцепки. Для того чтобы путевая машина без саморасцепа могла проходить горки должно выполняться условие:
(2.30)
В соответствии с правилами ПТЭ Российских железных дорог h=50 - 110 мм;
hг - допускаемое смещение на горке, определяемое по графику или по таблице [39];
hд - допускаемая разность высот автосцепок; для автосцепки СА-3 - 180 мм, а модернизированной - 250 мм,
Путевая машина оснащена сложным рабочим оборудованием, системами привода и управления, требующими точной настройки, которые повреждаются при толчках и ударах на маневрах. Инструкциями по эксплуатации большинства машин запрещается их толкание на маневрах, а также спуск с горки как самостоятельно, так и погруженных на платформы.
2.6. Развеска путевой машины при работе и транспортировании
Развеска путевой машины - это распределение нагрузок (осевых) между ее колесными парами на рельсы при работе или транспортировании. Цель расчета заключается в проверке условия соответствия расчетной нагрузки максимально допустимому значению. На сети ОАО «РЖД» без ограничений статическая осевая нагрузка в транспортном состоянии не должна превышать 228 … 245 кН (25,25 … 25 тс). При работе некоторых путевых машин (путеукладчики, ВПО-3000) осевые нагрузки могут достигать 330 кН. В этом состоянии машина перемещается с малой рабочей скоростью или стоит на месте.
Для возможности пропуска машин по искусственным сооружениям определяется погонная нагрузка машины на путь, которая не должна превысить допустимого значения qП= 102,9 кН/м (10,5 тс/м).
Погонная нагрузка: qП= GМ/LАС (GМ – вес машины, кН; LАС – длина машины по осям автосцепок, м).
Статические осевые нагрузки оцениваются в транспортном состоянии машины и при ее работе. Сначала определяется распределение весовых нагрузок, а затем, при необходимости, по принципу суперпозиции они суммируются с вертикальными составляющими рабочих нагрузок.
Положение центра тяжести машины определяется относительно шкворневого узла одной из ходовых тележек (ис-пользуя уравнение статических моментов сил), м:
(2.31)
XЦ1i – расстояние от шкворневого узла 1-й тележки до i-го конструктивного элемента (принимается отрицательным, если центр тяжести элемента расположен в консольной части за шкворневым узлом этой тележки, в остальных случаях – положительным), м;
Для машин, предусматривающих погрузку на платформы при транспортировании на дальние расстояния (ВПР, ПБ и др.) информация о положении центра тяжести машины дает возможность определить места для строповочных проушин. Кроме того, она позволяет рационально расположить машину вдоль платформы.
Если конструкция ходовой тележки позволяет равномерно распределить статическую нагрузку между колесными парами, то осевые нагрузки, соответственно, для 1-й и 2-й тележек:
(2.32)
l – жесткая (шкворневая) база (см. рис. 2.23), м;
nК1, nК2 – количества колесных пар 1-й и 2-й ходовых тележек.
В результате расчета силовых параметров рабочих органов определяются вертикальные составляющие нагрузок, передаваемые на колесные пары. Дополнительные вертикальные силы, действующие на колесные пары, определяются аналогично весовым нагрузкам, с определением положения условного центра приложения равнодействующей относительно 1-й тележки, м:
(2.33)
XР1j – расстояние от точки приложения нагрузки до шквор-невого узла 1-й тележки.
Составляющие осевых нагрузок 1-й и 2-й тележек, вызванные рабочими органами машины, кН:
(2.34)
Осевые нагрузки при работе машины, кН:
(2.35)
При создании новой путевой машины точное значение весовых характеристик определяется в результате разработки рабочего проекта. На ранних стадиях проектирования (техническое предложение, эскизный проект) веса части конструктивных элементов известны из каталогов, а веса вновь разрабатываемых элементов предварительно могут быть приближенно определены по весам аналогичных элементов других машин. При выполнении курсового и дипломного проектов рекомендуется пользоваться укрупненными показателями наиболее характерных для путевых машин элементов конструкции (табл. 2.3).
Таблица 2.3 Оценка масс конструктивных элементов путевой машины по укрупненным показателям
Весовые характеристики применяемых на путевых машинах дизелей и дизель-электрических агрегатов можно найти в табл. 2.1. При расчете развески машины часть конструктивных элементов имеют точные (достоверные) весовые характеристики из каталогов, а для других - определены приближенно (с погрешностью). В этих случаях используют метод приближенных весовых коэффициентов.
2.7. Устойчивость путевой машины
Устойчивость путевой машины - это способность противостоять внешним силам, стремящимся отклонить от заданного направления движения и привести к сходу с рельсовой колеи, вызвать продольное или поперечное опрокидывание. При работе, транспортировании и стоянке путевой машины на нее воздействуют различные по причинам возникновения и характеру статические и динамические нагрузки. Потеря устойчивости машины происходит относительно ребра опрокидывания (левой, правой) рельсовой нити или точки опрокидывания. Критические условия устойчивости:
– поперечное опрокидывание при движении или на стоянке вследствие действия опрокидывающих моментов сил, спроектированных на поперечную вертикальную плоскость;
– продольное опрокидывание при движении или на стоянке вследствие действия опрокидывающих моментов сил, спроектированных на продольную вертикальную плоскость;
– сход с рельсов вследствие передачи на колесные пары боковых сил, например, вызванных взаимодействием рабочего органа и пути или при наличии больших продольных сил в поезде, вызывающих боковые силы в кривых.
а – схема приложения действующих сил к путевой машине;
б – схема к расчету критерия поперечной устойчивости машины
Рассмотрим поперечную устойчивость путевой машины при движении в кривой заданного радиуса R, м, и с возвышением наружного рельса hВ, м, рис. 2.17. Корпус машины через рессорные комплекты, имеющие суммарную жесткость с одной стороны kЖ, опирается на две ходовых тележки. При расчете все силы, действующие на корпус и тележки, проектируются на поперечную плоскость (расчетная модель двух связанных упруго дисков).
В точках опрокидывания A и B по линии колес действуют реакции рельсов RA и RB, кН. На машину действуют нагрузки:
GК и GТ – веса корпуса и тележек, кН;
QК и QТ центробежные силы корпуса и тележек, связанные с движением к кривой, кН;
PВК и PВТ – напоры ветра на корпус и тележки, кН;
WРН – рабочая, кН.
Нагрузки приложены в соответствующих центрах тяжести и парусности корпуса и тележек на плече от УВГР.
Нагрузки, приложенные к корпусу, стремятся вызвать его боковой наклон («заваливание»), который вызывает смещение его центра тяжести и ухудшает устойчивость машины. С увеличением жесткости рессорных комплектов такой наклон уменьшается. Машины, которые имеют далеко выносимые рабочие органы, оснащаются либо блокировкой рессор, либо часть опрокидывающих моментов передают на тяговый модуль. В первом случае расчетная схема упрощается до анализа устойчивости одного жесткого диска.
Смещение и поворот корпуса вокруг центра упругости C вызван моментами приложенных сил. Величина смещения d центра тяжести кузова, определенная из равновесия моментов, м:
(2.36)
В расчетной модели принято, что cosa = 1 ввиду малости угла, поэтому вертикальная составляющая GКВ разложения веса корпуса равна его весу GК. Разложением сил QК, PВК и WРН пренебрегаем, поэтому считаем, что они, вместе с горизонтальной составляющей GКГ, условно направлены параллельно УВГР.
Угол наклона корпуса на рессорах, град:
(2.37)
Все активные силы, действующие на машину, можно при-вести к равнодействующей силе F, которая, помимо величины (модуля) характеризуется направленностью и линией действия рис. 2.17, б. Опрокидывания не произойдет, если линия действия силы F будет проходить через опорную площадь на уровне головок рельсов между точками A и B. Точка пересечения C отражает критерий устойчивости:
(2.38)
e - расстояние от точки пересечения равнодействующей активных сил опорного контура до его середины, м.
Вертикальная составляющая Fв разложения равнодействующей распределяется между опорными точками A и B, вызывая реакции рельсов PA и PB. Составим два уравнения равновесия системы:
(2.39)
Решая совместно эти уравнения, найдем критерий устойчивости:
(2.40)
Реакции рельсов RА и RВ определятся из условий равновесия сил относительно точек возможного опрокидывания A и B, кН:
(2.41)
(2.42)
В формулах угол наклона УВГР к горизонту, град:
(2.43)
Центробежные силы инерции корпуса и тележек, кН:
(2.44)
При расчетах устойчивости принимается, что ветровое давление на боковую поверхность корпуса и тележек машины составляет pВ = 0,5 кПа. Соответственно, силы PВК и PВТ определяются умножением подветренных площадей на ветровое давление, а условные точки приложения этих сил – центры парусности – определяются из уравнений статических моментов элементов, составляющих площадь.
Положения центров тяжести корпуса и тележек относительно УВГР определяются из уравнений статических момен-тов весов элементов их конструкции. Веса составляющих элементов определяются в процессе выполнения развески конструкции машины или экспериментально путем непосредственного взвешивания ее конструктивных элементов.
Если машина имеет значительные по длине консольные части, в которых действуют вертикально направленные нагрузки (путеукладчики, дрезины с крановым оборудованием, головные снегоуборочные машины, роторные снегоочистители и др.), то возникает необходимость оценить ее продольную устойчивость. Для двухосной машины предполагаемым ребром опрокидывания является колесная пара, а для машины с тележечной конструкцией экипажной части – шкворневые узлы соединения тележек с корпусом. В этих случаях коэффициент поперечной (продольной) устойчивости nпр определяется по известной зависимости Госгортехнадзора:
(2.45)
– сумма моментов опрокидывающих сил.
a - хордовая или динамическая; б - свободная;
в – схема метода пробных установок тележки в кривой
Устойчивость колесной пары против схода с рельсов обусловлена соотношением действующих вдоль ее оси горизонтальных (боковых и направляющих) и вертикальных нагрузок. Наибольшие горизонтальные усилия возникают при движении машины в кривой (рис. 2.18). К силовым факторам, возникающим при работе на прямом участке пути, в кривой добавляются силы, приложенные к колесным парам, поворачивающим машину или ее ходовые тележки в плане. В результате наблюдается та или иная установка машины или тележки в колее, определяющая ее схему вписывания в кривую, а значит и возникающие силы.
При хордовой установке (рис. 2.18, б) тележки вследствие значительности боковой силы Hб, колесные пары 1 и 2 прижимаются гребнями к наружному рельсу кривой. В результате в контактах гребней колесных пар и рельсов возникают боковые направляющие силы Y1 и Y2, отклоняющие тележку от прямолинейного направления движения. Центр (полюс поворота) тележки C совмещен с началом координатной системы 0XY и привязан к шкворневому узлу тележки. Такая установка на путевой машине возникает вследствие действия значительных боковых нагрузок при работе.
При свободной установке тележки (см. рис. 2.8, а) к внешнему рельсу кривой прижимается передняя по направлению движения колесная пара 1, а колесная пара 2 устанавливается в колее в положение, при котором ее гребни не касаются рельсов. Появляется одна направляющая сила Y1, отклоняющая тележку от прямолинейного направления движения. В этом случае полюс поворота C смещается назад на величину a.
При движении в точках контакта колеса с рельсом появляются силы трения F = f´Pк (f – коэффициент трения скольжения; Pк – сила вертикального давления колеса на рельс). В упрощенной схеме расчета принимаем равномерное распределение вертикальных нагрузок между колесными парами.
В зависимости от соотношения действующих на машину рабочих нагрузок возможны схемы установки тележки или двухосной машины в колее: свободная, хордовая, перекосная (заклиненная), принудительная.
Для решения вопроса о схеме установки тележки в кривой используют метод пробных установок. В соответствии с ним сначала предполагается хордовая установка тележки по внешнему рельсу (см. рис. 2.8, а) и анализируются уравнения равновесия моментов и проекций сил на ось y:
(2.46)
Полюсное расстояние в этом случае a = 0. После соответ-ствующих подстановок и решения уравнений получим:
(2.47)
В последнем выражении:
(2.48)
Если в результате вычислений получится, что: Y1 > 0 и Y2 > 0, то имеет место хордовая установка тележки по внешнему рельсу кривой; Y1 < 0 и Y2 < 0 - хордовая установка по внутреннему рельсу (редкий случай, но возможный для путевой машины в рабочем режиме). В этих двух случаях расчет направляющих усилий считаем завершенным. Случаи: Y1 > 0 и Y2 < 0 или Y1 < 0 и Y2 > 0 дают основание предположить установку тележки в кривой с перекосом и прижимом гребней передней и задней колесных пар к разным рельсам.
Если: Y1 > 0 и Y2 < 0 также возможна и свободная установка тележки в кривой (см. рис. 2.18, б). Рассмотрим этот расчетный случай. Используя метод пробных установок, в котором тележка представляется прямолинейным отрезком 1-2 (рис. 2.18, в) и находится между двумя ограничивающими дугами. Положение отрезка 1-2 соответствует хордовой установке, а положение 1-2¢ - установке с перекосом. При установке с перекосом центр поворота тележки смещается в положение C¢ на полюсное расстояние amax:
(2.49)
(a = b + g, где b - угол перекоса тележки в колее;
g - угол набегания на внешний рельс колесной пары 1 при хордовой установке тележки).
Составляющие углы:
(2.50)
гребней колесной пары с учетом допусков и износа (dmax = 1487 мм).
Составив в соответствии с (2.48) систему уравнений равновесия и решив ее относительно направляющих сил, полу-чим:
(2.51)
Углы и радиусы (см. рис. 2.18, б) определяются по формулам:
(2.52)
Если в результате расчета установки тележки с перекосом окажется, что Y1 > 0 и Y2 < 0, то расчет направляющих усилий заканчивается. При Y2 < 0 наблюдается свободная установка тележки, обеспечивающая устойчивое движение машины. Для точного определения направляющей силы Y1 выполняется итерационная вычислительная процедура, в которой точка 2¢ (см. рис. 2.18, в) с определенным шагом приближается к точке 2, при этом производятся вычисления направляющих сил. Когда с наперед заданной точностью выполнится условие Y2 = 0, расчет останавливается, а значение Y1 является результатом расчета. Полученная горизонтальная реакция рельса Y1 - направляющая сила является основным параметром при составлении динамического паспорта Y1 = f(v) машины и расчете устойчивости против схода с рельсов.
Во время движения на направляющую колесную пару в кривой действуют силы, приложенные (рис. 2.19): Y - к гребню колеса направляющая сила; Fтр - горизонтальные силы трения в месте контакта колеса с каждым рельсом; Yр - рамная сила, направленная по оси колесной пары Yр1= Y - Fтр; Р1 и Р2 - вертикальные силы активной нагрузки, кН. Направляющая сила Y, приложенная к гребню колеса и внутренней грани головки рельса, - основной параметр износа этих элементов. От действующих сил в контакте гребня с рельсом возникают: сила N - реакция рельса, направленная перпендикулярно рабочей поверхности гребня по оси x, наклоненной к горизонтали под углом bр; Fтр = f N - сила сцепления (вкатывания колеса на рельс), действующая в направлении оси y. В расчетах коэффициент трения скольжения принимаеся f = 0,25. На путевых машинах колесные пары имеют вагонный профиль поверхности катания, для которого bР = 600.
При неблагоприятном сочетании сил взаимодействия колеса с рельсом, кроме поперечного или продольного опрокидывания машины, может происходить вползание гребня набегающей колесной пары машины (тележки) на головку рельса с последующим сходом с рельсов.
Происходит это в тех случаях, когда горизонтальные силы бокового прижатия гребня к рельсу Рг = Ур1 + fР2 и силы трения гребня о рельс, становятся настолько большими, что колесо под действием этих сил поднимаясь вползает на поверхность катания головки рельса, опираясь только на выкружку гребня. Вползание происходит в плоскости оси y под углом bР = 600. В этом случае вертикальная нагрузка Рв= Р1 не может преодолеть силу трения подъем колеса и прижать его к поверхности катания головки рельса и соскользнуло в низ. Продолжая движение, колесо своим гребнем вкатывается на поверхность катания головки рельса и под действием горизонтальных сил перекатывается через головку рельса и сходит с рельса. Чем больше отношение силы Рг к силе Рв, тем вероятность схода больше.
Сходы происходят чаще там, где вследствие плохого содержания кривой в плане возникают силы боковых толчков, особенно если толчки совпадают с частичной разгрузкой колеса из-за неровностей пути в продольном профиле. Разгрузка колеса будет тем больше, чем большая жесткость рессор ходовых устройств и амплитуда неровностей пути на длине базы машины. Сходы подвижного состава с рельсов могут возникать и по причине заедания в подпятниковых (шкворневых) узлах, значительных сил трения в скользунах (номинальный зазор в скользунах 10...20 мм), при разнотипных рессорах и др. случаях.
Для оценки устойчивости расчетное соотношение вертикальной и горизонтальной силы сравнивается с критическим соотношением по формуле:
(2.53)
Критическое значение коэффициента запаса устойчивости против схода с рельсов соответствует грузовым вагонам [1].
Уравнения равновесия сил в системе координат Oxy:
(2.54)
Отсюда критическое соотношение вертикальных и горизонтальных нагрузок в рассматриваемой точке контакта:
(2.55)
Тогда коэффициент запаса устойчивости против схода с рельсов:
(2.56)
На рис. 2.19 показаны действующие на колесную пару нагрузки в наиболее опасной ситуации. В этом случае вертикальная нагрузка PВ = P1, т.е. равна вертикальному давлению колеса 1 с учетом динамики движения. Горизонтальная составляющая активной нагрузки PГ = YР1 + P2 f (где YР1 - сила, передаваемая от экипажа машины при работе или транспортировке (рамная сила), P2 f - сила трения, вызванная боковым скольжением колеса при движении в кривой.
Подставив значения, получим окончательную формулу для оценки коэффициента запаса устойчивости колесной пары против схода с рельсов:
(2.57)
При движении машины с транспортной скоростью или при повышенной рабочей скорости (например, плуговой снегоочиститель) в расчет принимаются также динамические нагрузки. На рисунке P1, P2 - силы вертикального давления набегающего и противоположного колеса на рельс. При наиболее неблагоприятном сочетании сил сила P1 вычисляется с учетом динамики, вызывающей в некоторые моменты движения частичную разгрузку колеса:
(2.58)
q - неподрессоренный вес, приведенный к одному колесу (для тележки 18-100 q = 9,4 кН; для тележки 18-102 q = 10,7 кН;
для колесной пары диаметром 950 мм с буксами и осевым редуктором q = 8-12 кН), кН;
k,д - коэффициент динамики (k,д = 0,28; 0,35; 0,43; 0,55; 0,60 при скоростях движения машины Vм = 60; 70; 80; 90; 100 км/ч соответственно.
Горизонтальная сила Yр1д, называемая рамной силой, вычисляется также с учетом динамики по конкретной расчетной схеме. Сила P2 в расчетной схеме учитывается как статическая, так как она обусловливает силу трения бокового скольжения P2 f.
2.8. Тяговые сопротивления передвижению путевых машин н
Тяговый расчет путевой машины производится для оценки тяговых возможностей машины обеспечить устойчивое движение или начать движение примененным тяговым средством (тепловозом, универсальным тяговым модулем (УТМ) или ведущими колесными парами самой машины). Машина может передвигаться в рабочем режиме, выполняя технологические операции, или в транспортном режиме. Некоторые путевые машины работают в составе хозяйственного поезда или комплекса, другие передвигаются самостоятельно.
Чтобы обеспечить движение машины необходимо выполнить условие:
(2.59)
Kз - коэффициент запаса устойчивости движения, характеризующий избыточность силы тяги на неучтенные сопротивления (Kз = 1,15 … 1,2);
Wэш - сопротивление движению экипажа i-й машины, Н;
Wрj - сопротивление, связанное с работой j-го рабочего органа, Н.
Машина или комплекс сцепленных друг с другом подвижных единиц представляют собой замкнутую систему, которая может изменять состояние покоя или движения только под действием внешней силы. Рассмотрим взаимодействие колесной пары и поверхности рельса, показанное на рис. 2.20. При движении в тяговом режиме со стороны привода на колесную пару передается крутящий момент MТ, величина которого зависит от характеристик приводного двигателя и передачи. Он образует пару активных сил FТ = FР, действующую на плече RК. Силу FР считаем приложенной в точке контакта колеса и рельса, а другую FТ – по центру буксы. В точке контакта со стороны рельса действует реактивная сила Fк, величина которой равна FР. Таким образом, через буксу на раму тележки передается неуравновешенная сила FТ, приводящая машину в движение. Величина развиваемого момента MТ зависит от мощности приводного двигателя Nд, кВт, КПД силовой тяговой передачи h и скорости движения Vм, м/с. Максимальная сила тяги, развиваемая при движении с заданной скоростью, Н:
(2.60)
С другой стороны, реактивная сила Fк, называемая касательной силой тяги, ограничена сцеплением в контакте колеса и рельса, Н:
(2.61)
Gсц - сцепной вес тягового средства, или вес, передаваемый на ведущие колесные пары, кН.
Fкmax - максимально возможная по условиям сцепления касательная сила тяги, Н.
Коэффициент сцепления рекомендуется определять по формуле [49]:
(2.62)
Если условие (2.61) не выполняется, то происходит боксование колесной пары со значительным уменьшением силы тяги, так как сцепление в контакте колеса и рельса переходи в скольжение.
Сопротивление экипажа машины при движении с заданной скоростью складывается из основного и дополнительных сопротивлений движении:
(2.63)
W2 - дополнительное сопротивление движению, связанное с преодолением уклона (движением на подъеме), Н;
W3 - дополнительное сопротивление, связанное с движением машины в кривой, Н.
Основное сопротивление движению экипажа машины или комплекса, Н:
(2.64)
Gi - вес i-й подвижной единицы комплекса, кН.
Величина основного удельного сопротивления движению выбирается из табл. 2.4.
Таблица 2.4. Величина основного удельного сопротивления движению ходового оборудования
В приведенной таблице qо - нагрузка на ось, кН. Если скорость движения Vм <10 км/ч, то принимается Vм =10 км/ч.
К настоящему времени путевые машины имеют ходовые части с буксами на роликовых подшипниках качения.
Дополнительное сопротивление движению машины или комплекса, связанное с преодолением уклона:
(2.65)
Оно численно равно уклону i, выраженному в тысячных (о/оо). Если нет специальных требований, можно принимать i = 12 о/оо.
При движении машины в кривой также возникает дополнительное сопротивление, связанное со скольжением колесных пар поверхностями катания и гребнями, Н:
(2.64)
Оно определяется по эмпирической формуле: w3 = 700/R (R - радиус кривой, м).
Минимальное значение R = 150 м для магистральных железных дорог и R =60 м для путей промышленных предприятий.
Дополнительные сопротивления, связанные с рабочими органами (см. (2.59)), определяются по специальным методикам расчета.
В момент начала движения суммарное сопротивление экипажа, Н:
(2.65)
в момент начала движения силы трения покоя и силы инерции, Н.
Оно определяется по формуле:
(2.66)
Оно определяется по эмпирической формуле: w4 = 780/(qо + 70).
Здесь qо - усредненная по машине или комплексу нагрузка, приходящаяся на одну ось, кН.
Если примененное тяговое средство позволяет развить большую касательную силу тяги, чем требуется для движения машины или комплекса в заданных условиях, то появляется возможность реализовать более интенсивные режимы работы (увеличить скорость движения, захватывать рабочим органом большее количество материала и др.), а также в транспортном режиме сократить время разгона. Основные технические характеристики универсальных тяговых модулей и тепловозов массовых серий, применяемых для тяги путевых машин, приведены в табл. 2.5.
2.9. Эргономические характеристики путевых машин
Эргономика (от греч. ergon - работа и nomos - закон) это наука, которая изучает проблемы взаимодействия человека с машиной и окружающей средой в трудовом процессе. Основная цель эргономики - создание для человека условий, при которых его труд был бы максимально производительным и безопасным. Эргономика использует данные технических наук, инженерной психологии, физиологии и антропометрии, гигиены труда, а также социологии.
Эргономика, по существу разрабатывает практические рекомендации по защите операторов от вредных влияний окружающей среды, возможного травматизма. Рекомендации могут касаться конструкции рабочих органов и экипажной части машины, расположения пультов управления и обзорных окон в кабинах, применению шумовой или вибрационной защиты, устройств и систем безопасности движения, окраски интерьера кабин и машины в целом, освещенности и т.д.
В современном производстве должна работать техника, учитывающая возможности и особенности работающего в ней человека (или группы людей – бригады путевой машины). Поэтому проектирование машины одновременно должно содержать элементы эргономического проектирования человеко-машинной системы. В процессе эргономического проектирования решаются вопросы рационального распределения функций между компонентами системы «человек-машина», организации рабочего места с учетом конструкции оборудования, технологии производства работ, антропометрических, биомеханических и психофизиологических требований к человеку, факторов внешней среды и т.д.
Путевая машина представляет собой технический объект, управление и обслуживание которой подразумевает выполнение определенной совокупности действий персонала, освоившего концептуальную модель деятельности. Рабочее место на путевой машине должно иметь системы передачи информации о функционировании составных частей машины, ситуации на пути и т.д., а также системы передачи управляющих воздействий на машину и ее составные части. Такие системы содержат различные измерительные приборы, световые и звуковые сигнальные устройства, окна для визуального наблюдения за работой и окружающей ситуацией, системы промышленного телевидения для наблюдения за рабочими органами, обозревание которых из кабины затруднено или невозможно и др.
Концептуальная модель деятельности машиниста путевой машины предусматривает выполнение в течение рабочей смены операций:
– по подготовке машины к выезду на перегон,
– транспортированию машины к месту производства работ и обратно на базу,
– управлению машиной при выполнении технологических операций процесса ремонта или текущего содержания пути,
– а также подготовку машины к следующей рабочей смене.
При ремонтах машин персонал также принимает участие в работах. Как видно, деятельность машиниста путевой машины отличается большим разнообразием выполняемой работы, соответственно, к человеку предъявляются повышенные требования по квалификационной подготовке и психофизиологические требования.
Вместе с тем, физиологические возможности человека ограничены, поэтому внедрение в путевом хозяйстве высокопроизводительных, сложных и энергонасыщенных машин приводит к необходимости совершенствования концептуальной модели управления. Например, внедрение выправочно-подбивочно-рихтовочных машин непрерывно-циклического действия привело к изменению компоновки рабочего места машиниста, т.к. человек с обычными психофизиологическими возможностями не способен останавливать спутник при непрерывном движении машины для ориентации лопаток подбоек над шпальными ящиками. На машинах этого класса в режиме дистанционного позиционирования человек только дает разрешение на опускание подбивочных блоков, а при работе в автоматическом режиме – опускание блоков производится автоматически при остановках спутника по сигналам индуктивных датчиков рельсовых скреплений.
При работе на машине зачастую необходимо выполнять большой объем однотипной вычислительной работы, например, рассчитывать корректировки управления выправкой. Такие машины оснащаются дополнительно бортовыми компьютерными системами. Возникает еще один аспект концептуальной модели деятельности машиниста путевой машины – диалог с интерфейсом вычислительной программы компьютера.
ССПС при движении к месту работ и обратно рассматривается как поезд, поэтому специфика работы машиниста путевой машины, управляющего движением, аналогична специфике работы машиниста локомотива. При движении поступает большой объем информации (о состоянии пути, сигналах, обстановке в прилегающей к пути зоне, о работе машины и ее узлов и др.). Рабочее место машиниста в этом случае должно обеспечивать рациональный объем поступающей информации, возможность реагировать на ситуацию и минимальную утомляемость человека. Это достигается, например, рациональной позой человека с оптимальным углом обзора, уменьшающим влияние мелькания шпал при движении на утомляемость. Поведение человека при движении машины контролируется системами безопасности, например, КЛУБ-УП. Это позволяет избегать ошибок управления при движении.
В процессе выполнения технологической работы и обслуживания путевой машины человек взаимодействует с машиной, персоналом, окружающими объектами. Результаты такой работы должны быть максимально эффективными. Эргономика, по существу разрабатывает практические рекомендации по защите операторов от вредных влияний окружающей среды, возможного травматизма. Рекомендации могут касаться конструкции рабочих органов и экипажной части машины, расположения пультов управления и обзорных окон в кабинах, применению шумовой или вибрационной защиты, устройств и систем безопасности движения, окраски интерьера кабин и машины в целом, освещенности и т.д.
Современная путевая машина характеризуется повышенными скоростями рабочих процессов. В этих условиях эргономичности машин способствует автоматизация и компьютеризация управления отдельными рабочими органами, их системами и машиной в целом.
К настоящему времени разработана обширная нормативная база в области взаимодействия оператора и машины при управлении и обслуживании, обсуждение которой выходит за рамки учебника.
ГЛАВА 3
ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН
Двигатель и устройство для передачи механической энергии от него к рабочей машине или механизму, называемое силовой передачей, составляют привод. Передача механической энергии может происходить без ее преобразования в другие виды энергии (механические передачи), или с преобразованием (гидравлические, пневматические и электрические передачи). В последнем случае используются устройства для преобразования механической энергии первичного двигателя в другие виды энергии (насосы, компрессоры и генераторы) и вторичные двигатели (гидравлические, пневматические и электрические), соединенные между собой каналами передачи энергии с соответствующей аппаратурой и вспомогательными устройствами.
Создание и модернизация путевой машины приводит к необходимости решать комплексную задачу выбора и определения характеристик приводов различных механизмов и устройств. Привод должен в максимальной степени удовлетворять кинематическим, силовым и энергетическим характеристикам, эргономическим и экологическим требованиям, условиям эксплуатации и ремонта, экономическим показателям рабочего механизма и машины в целом. Обычно путевая машина это сложный машинный комбайн, поэтому на ней применяются все типы приводов.
3.1. Объемный гидропривод путевых машин
(устройство, элементный состав, расчет основных параметров)
Работа объемного гидропривода основана на использовании гидростатического напора рабочей жидкости. Рабочая жидкость попеременно заполняет рабочие камеры и вытесняется из них через подводящие и отводящие каналы. Рабочие камеры гидравлического насоса или двигателя образуются его конструктивными элементами и изменяют свой объем во время работы. Для преобразования энергии входного звена насоса в энергию потока жидкости при увеличении объема камеры сообщаются с всасывающей линией, идущей от гидравлического бака, а при уменьшении объема сообщаются с напорной линией. У гидравлических двигателей при увеличении объема камеры сообщаются с напорной линией, а при уменьшении объема – со сливной линией. Таким образом, у двигателя при увеличении объема рабочей камеры энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию выходного звена (штока гидроцилиндра или вала гидромотора).
Объемные гидравлические машины по конструктивному устройству механизма взаимного преобразования вращения вала и движения элементов, составляющих рабочую камеру, делятся на две больших группы – роторно-вращательные и роторно-поступательные. В первом случае рабочая камера образуется стенками корпуса и крышек и промежутками между зубьями ротора (шестеренчатые и героторные гидромашины), а во втором случае – поршнями и стенками цилиндров (аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромашины) или пластинами, поверхностями ротора и статора и прижимными дисками (пластинчатые гидромашины). Ознакомиться с устройством и работой объемных гидравлических машин можно в специальной литературе [3, 10, 68], а также в руководствах по эксплуатации путевых машин [49, 50, 52].
Основные параметры выпускаемых фирмами-изготовителями гидравлических машин должны соответствовать параметрическим рядам, которые регламентированы государственными стандартами. Производные параметры получаются расчетным путем или в результате испытаний образцов. К основным параметрам относятся:
V – рабочий объем – объем проходящей через гидромашину жидкости за один оборот ее вала, см3/об.
Pном – номинальное давление рабочей жидкости, МПа;
nном - номинальная частота вращения вала, обычно согласуемая с синхронной частотой вращения электродвигателей переменного тока, об/с.
Производными параметрами могут быть
Qном – номинальная подача или расход гидромашины, дм3/мин;
Nном – номинальная мощность, необходимая для привода насоса, кВт;
Qм – расход рабочей жидкости гидромотором, дм3/мин;
M – развиваемый на валу гидромотора крутящий момент, кНм;
h – полный КПД гидромашины.
КПД насоса (Nп, Nв – мощность выходного потока рабочей жидкости (полезная мощность) и мощность, подводимая к валу насоса, кВт). КПД гидромотора: Для гидромотора полезной будет мощность, развиваемая на его валу. Полный КПД гидромашины h = hо hм hг (hо – объемный КПД, характеризуемый внутренними утечками рабочей жидкости в гидромашине, hм – механический КПД, обусловленный трением в подвижных частях, hг – гидравлический КПД, связанный с линейными и местными потерями напора при движении жидкости внутри гид-ромашины).
При выборе насоса и гидромотора учитывают возможность реверсирования, регулирования величины потока рабочей жидкости и скорости вращения вала гидромотора, а также обратимость объемной гидромашины. Под обратимостью понимается свойство гидромашины работать в режиме наоса и мотора. Большинство объемных гидравлических машин обладают свойством обратимости.
Б1 – гидравлический бак; Ф1, Ф2 – всасывающий и сливной фильтры;
Н1, Н2 – основной объемно-регулируемый реверсивный и подпиточный насосы;
М1 – объемно-регулируемый реверсивный гидромотор; КО1, КО2 – обратные клапаны; КП1 – КП3 – предохранительные клапаны;
ВН1, ВН2 – вентили разгрузки системы от давления; АК1 – гидропневмоаккмулятор
На путевых машинах используют в основном объемный гидропривод с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости (рис. 3.1, а). В нем вся жидкость после прохода по системе возвращается в бак Б1. Такие системы используются при наличии на машине большого количества гидроцилиндров, когда объемы возвращаемой в бак жидкости с течением времени значительно изменяются. Гидросистемы с замкнутой циркуляцией (рис. 3.1, б) используются чаще всего для привода вращения механизма. В современных путевых машинах они используются в приводах механизмов непрерывного движения машины или вибраций рабочего органа (выправочно-подбивочно-рихтовочные машины непрерывно-циклического действия, динамические стабилизаторы пути). Такие приводы обычно оснащаются дополнительными насосами Н2, подключенными к основной всасывающей линии для компенсации объемных потерь в замкнутом контуре и повышения всасывающей способности основного насоса Н1. Обычно насос в этом случае обеспечивает объемное регулирование и реверсирование потока.
Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели, которые преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию линейно перемещения выходного звена (штока или корпуса). На путевых машинах находят широкое применение гидроцилиндры различных типов: одностороннего и двустороннего действия, с односторонним или двухсторонним выходом штока, многосекционные телескопические и плунжерные. В тех случаях, когда это диктуется особыми условиями работы и конструкцией приводимых механизмов, используются гидроцилиндры специального исполнения (например, для привода рычагов подбоек подбивочного блока). В остальных случаях используются типовые гидроцилиндры.
Основными параметрами гидроцилиндра являются:
pном – номинальное давление, МПа;
D, d – диаметр поршня и штока, м;
L – ход штока, м.
Во время работы гидравлический привод должен обеспечить работу приводимого механизма в заданном режиме, определяемом техническими и технологическими параметрами рабочего органа и машины в целом. Режим обеспечивается поддержанием или регулированием скорости и усилий гидроцилиндра, угловой скорости вращения вала и развиваемого вращающего момента гидромотора, возможностью изменить направление движения, зафиксировать механизм в заданном положении, или, наоборот, дать возможность механизму свободно перемещаться под действием внешних сил (плавающий режим), обеспечить требуемую последовательность переключений группы взаимосвязанных по технологическому процессу механизмов. В любых предусмотренных условиях работы путевой машины должна быть обеспечена защита гидропривода и механизма от перегрузок, имеющих статический или динамический характер. Работа гидропривода и приводимого механизма в заданном режиме обеспечивается аппаратурой управления, регулирования и защиты.
К аппаратуре для изменения направления, пропуска или перекрытия потока рабочей жидкости относятся распределители, обратные клапаны, односторонние и двухсторонние гидрозамки, переключательные клапаны, переключатели манометра и т.д. В гидроприводе путевых машин в основном применяются гидрораспределители с запорным элементом в виде цилиндрического золотника. Защита от перегрузок производится аппаратами регулирования давления рабочей жидкости: предохранительными, редукционными и перепускными клапанами, реле давления.
Кроме того, гидропривод имеет устройства для кондиционирования, то есть поддержания в работоспособном состоянии рабочей жидкости. К ним обычно относят гидробаки, фильтры, маслоохладители, магнитные улавливающие устройства.
В машинах циклического действия гидросистема оснащается гидроаккумулятором АК1 (см. рис. 3.1, а), который позволяет в течение рабочего цикла при сниженном расходе жидкости накопить энергию для компенсации пикового расхода при срабатывании механизмов. Кроме того, гидроаккумулятор способствует демпфированию пульсаций давления и может служить гидравлической пружиной для амортизации работы гидроцилиндров.
Параметры режима гидросистемы во время работы и при настройках наблюдаются с помощью контрольной аппаратуры: манометров, термометров, расходомеров.
Основными параметрами гидроаппаратов являются:
pном – номинальное давление, МПа;
Dу – диаметр условного прохода, мм;
dном – номинальная тонкость фильтрации (фильтра), мкм;
Vном – емкость (гидроаккумулятора) дм3;
Wном – вместимость (гидробака), дм3.
Для большинства аппаратов дополнительным параметром является Qном – номинальный расход, дм3/с [10].
Необходимую информацию для ознакомления с принципом работы и устройством аппаратов, расчетом их параметров при конкретной установке в гидросистеме можно найти в специальной литературе [10, 49, 50, 68].
насосов и гидравлических двигателей насосы:
нерегулируемый (а), регулируемый с реверсивным потоком рабочей жидкости (б), пластинчатый (в),
радиально-поргневой (г), аксиально-поршневой (д), шестеренчатый (е), ручной (ж), центробежный динамический (з);
гидромоторы:
нереверсивный (и), объемно-регулируемый реверсивный (к), гидроцилиндры: с односторонним выходом штока (л),
с пружинным возвратом (м), с торможением в конце хода штока (н), плунжерный (о), с двухсторонним выходом штока (п),
дифференциальный с подачей рабочей жидкости через штоки (р), телескопический (с), поворотный или моментный (т)
Стандартами Единой системы конструкторской документации на изделия машиностроения и приборостроения регламентированы правила выполнения принципиальных схем гидросистем, а также изображения условных обозначений гидравлических машин и аппаратов. На рис. 3.2 и 3.3 приводятся примеры их условных обозначений, которые можно использовать в курсовом и дипломном проектировании.
Рис. 3.3. Условные графические обозначения аппаратов и устройств гидропривода гидрораспределители:
с ручным управлением и возвратом в нейтральную позицию (а), с электромагнитным управлением (б),
с электрогидравлическим управлением (в), регулируемый с пропорциональным электрогидравлическим управлением (сервовентиль) (г),
обратный клапан (д), односторонний (е) и двухсторонний (ж) нидрозамки, переключательный клапан (з), регулируемый дроссель (и),
дроссель с обратным клапаном (к), делитель (л) и регулятор (м) потока, предохранительный клапан (н).
предохранительный клапан с пропорциональным электрогидравлическим управлением (о),
редукционный клапан (п), гидравлический бак с погруженным и не погруженным в рабочую жидкость трубопроводами (р),
охладитель (с), фильтр (т), гидропневмоаккумулятор (у), вентиль (ф), манометр (х), переключатель манометра (ц),
термометр (ч), указатель уровня жидкости (ш), реле давления (щ)
3.1.1. Порядок расчета объемного гидропривода
При разработке гидропривода рабочего органа или путевой машины в целом, после определения структуры рабочего цикла, нагрузок и скоростей движения механизмов, условий и режимов эксплуатации, диапазонов регулирования параметров, дополнительных требований к гидроприводу, решается комплекс взаимоувязанных задач: составляется принципиальная схема гидропривода, выбирается номинальное давление, производится расчет параметров гидравлических машин, гидроцилиндров, аппаратуры, устройств кондиционирования рабочей жидкости, трубопроводов, арматуры и т.п. С учетом определенных параметров по каталогам подбираются необходимые элементы гидропривода и производятся итерационные поверочные расчеты. Результаты расчетов используются для рабочего проектирования гидропривода и машины в целом.
Для гидропривода при его номинальной загрузке должен быть установившийся режим теплообмена с окружающей средой и режимы течения рабочей жидкости по элементам и трубопроводам. При длительных нагрузках давление в гидроприводе не должно превышать pном, а при выполнении рабочих операций предохранительные клапаны не должны пропускать жидкость в бак. Номинальное давление в гидросистеме выбирают из параметрического ряда ГОСТ 12445-80. На путевых машинах отечественного производства обычно применяется гидроаппаратура, имеющая pном = 10; 16, 20, 25; 32 МПа. Различают также максимальное давление pmax, которое допускается для кратковременной работы гидропривода, а также пиковое давление pп, которое действует мгновенно, например при переключениях клапанов [68].
Для постоянно включенного механизма определяется суммарный расход рабочей жидкости всеми его двигателями, а для группы механизмов машины циклического действия составляется циклограмма изменения расхода. При отсутствии гидроаккумулятора подача насоса подбирается по максимальному расходу Qmax, так как механизм должен реализовать максимальную скорость, а при его наличии – по среднему расходу за цикл:
(3.1)
где Tц – суммарное время рабочего цикла, с; Qi,– расход рабо-чей жидкости, дм3/с в течение времени ti, с.
Стандартные значения номинальных значений расхода Qном регламентированы ГОСТ 13825-80. Номинальные частоты вращения валов насосов и гидромоторов nном, об/мин установлены ГОСТ 12446-80.
Диаметр условного прохода гидроаппаратов, приблизительно равный внутреннему диаметру трубы [10], мм: (Qт – расход жидкости в трубопроводе, дм3/с; vт – скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с). Рекомендуется принимать: vт = 1,4 м/с – для всасывающих, vт = 2,25 м/с – для сливных и vт = 3,5 – 8,5 м/с – для напорных трубопроводов. Последний случай соответствует диапазону давлений pном 6,3 – 32 МПа, в котором большему давлению соответствует большая скорость жидкости. По вычисленному Dу в каталогах находятся гидроаппараты, в общем случае с большим условным проходом. Для отечественной гидроаппаратуры стандартные значения условных проходов приведены в ГОСТ 16516-80.
При движении рабочей жидкости по элементам гидросистемы проявляют себя гидравлические сопротивления, выража-ющиеся в потерях давления. Поэтому давление, развиваемое в выходном отверстии насоса, МПа:
(3.2)
где Dpт, Dpм, Dpэ, Dpд, – потери давления жидкости вследствие ее течения через трубопроводы, местные сопротивления, элементы гидропривода и гидродвигатель, МПа.
В случае, если номинальное давление насоса pном > Dpн – выбранный насос можно использовать в гидроприводе в те-чение его ресурса, если pном < Dpн < pmax – ресурс насоса будет снижен, так как он будет работать с допустимой перегрузкой. При pном < Dpн – необходимо выбрать насос с большим давлением нагнетания.
С методиками расчета потерь давления в гидроприводе можно ознакомиться в [10, 69].
3.1.2. Расчет насоса и гидромотора
После выбора насоса по значению номинального давления в гидросистеме pном, МПа и требуемой производительности Qн, дм3/с определяются параметры режима насоса и его привода. Требуемая угловая скорость вращения вала насоса, рад/с:
(3.3)
где Vн – рабочий объем насоса, см3/об; hо – объемный КПД насоса, который зависит от многих факторов, в том числе от угловой скорости вращения вала, и определяется по графикам гидромеханических характеристик насоса.
Мощность, которую необходимо подвести к валу насоса, кВт:
(3.4)
где Dpн – перепад давлений в выходном и входном отверстиях, МПа; hн – общий КПД насоса, также определяемый по гидромеханическим характеристикам.
Крутящий момент, приложенный к валу насоса, кНм:
Передаточное число кинематической цепи передачи вращения от вала первичного двигателя к валу насоса: (wд – угловая частота вращения вала двигателя, рад/с).
В результате расчета потерь в гидравлической цепи передачи давления от насоса к гилромотору определяется подводимое к его входному отверстию давление pм, МПа. Из расчета рабочего органа или механизма определен требуемый от гидромотора крутящий момент при номинальном режиме работы, а также в момент начала движения. Расход рабочей жидкости гидромотором, дм3/с:
(3.5)
где Vм – рабочий объем гидромотора, см3; wм – угловая скорость вращения его вала, рад/с.
Развиваемая валом гидромотора мощность кВт (Dpм – перепад давлений между напорным и сливным отверстиями, МПа; hм – полный КПД гидромотора). Развиваемый на валу гидромотора вращающий момент кНм. Обычно в каталогах приводятся данные по пусковому моменту для номинального давления напора pном. В этом случае пусковой момент приблизительно можно оценить по соотношению: кНм (Mпн – пусковой момент, кНм при номинальном давлении pн, МПа).
При выборе гидравлической машины необходимо стремиться обеспечить близкий к номинальному режим работы. В этом случае гарантируются оптимальные технико-экономические показатели ее работы, увеличивается ресурс.
3.1.3. Расчет гидроцилиндра
Гидроцилиндры путевых машин подвергаются внешним нагрузкам со стороны приводимых механизмов, а также внутренним нагрузкам, связанным с наличием рабочих давлений в полостях. Различают максимальные нагрузки, обусловленные настройками предохранительных или редукционных клапанов давления, кратковременные пиковые нагрузки, связанные с динамическими характеристиками приводимого механизма или рабочего органа и характером переключений аппаратов, а также нагрузки, вызванные реакцией гидроцилиндра на внешние воздействия. Последние нагрузки возникают, например, в гидроцилиндрах ограничения хода подбоек современных выправочно-подбивочных машин циклического действия, в гидроцилиндрах-демпферах ударов при опасных сближениях сателлита и корпуса машины у выправочно-подбивочных машин непрерывно-циклического действия.
Гидроцилиндры могут приводить рычажные механизмы и совершать при работе активные возвратно-поступательные движения (например, привод рычагов подбоек, кранов-манипуляторов), механизмы, у которых гидроцилиндрами производится периодическая регулировка положения рабочего органа (подъемно-рихтовочные устройства, планировочные плуги), а также механизмы, не требующие при работе движений штоков (привод желобов вырезного устройства щебнеочистительной машины, привод заглубления виброплит машин типа ВПО). В каждом конкретном случае производится анализ действующих на гидроцилиндр нагрузок, определяются рабочие скорости выходного звена (штока или корпуса, в зависимости от схемы работы).
а – дифференциального; б – с односторонним выходом штока; в – плунжерного
Схема действия внешних и внутренних нагрузок на дифференциальный гидравлический цилиндр (рис. 3.4, а) обобщает большинство расчетных случаев. Из уравнение равновесия сил, действующих на поршень, определяется развиваемая штоком гидроцилиндра сила, кН:
(3.6)
где D, d1, d2 – диаметры поршня и штоков, м; p1, p2 – давления рабочей жидкости в полостях, МПа.
В соответствии с выбранным правилом знаков будем считать, что положительное направление силы F справа – налево.
После несложных преобразований (3.6) нетрудно заметить, что знак силы F определяется знаком выражения: . Если оно > 0, то возникает сила F, перемещающая шток влево, а если < 0, то вправо. При равенстве его 0 – сила исчезает.
Случай, когда d1 = d2 соответствует гидроцилиндру с двухсторонним штоком, когда d1 = 0 – гидроцилиндру с односторонним штоком (рис. 3.4, б), а когда d1 =0 и d2 = D – плунжерному гидроцилиндру (рис. 3.4, в). Сила, развиваемая гидроцилиндром с двухсторонним штоком диаметра d, кН:
(3.7)
Сила F, развиваемая гидроцилиндром с односторонним штоком диаметром d, кН:
(3.8)
Сила F, развиваемая плунжерным гидроцилиндром, кН:
(3.9)
При дифференциальной схеме включения гидроцилиндра с односторонним штоком с подачей рабочей жидкости под давлением p в обе полости указанная сила, кН:
(3.10)
Расход рабочей жидкости при ее подаче в i-ую полость гидроцилиндра или при вытеснении из этой полости: , дм3/с (Vц – скорость движения штока, м/с; Sц – рабочая площадь поршня с учетом площади поперечного сечения штока, м2. Общая подача насоса определяется с учетом характера работы механизма или машины.
Гидроцилиндры обладают высоким КПД (0,95 – 0,98), поэтому. Если не требуется высокая точность расчета, то потерями, возникающими при движении штока гидроцилиндра, можно пренебречь. В первую очередь это касается курсового и дипломного проектирования.
3.2. Гидродинамический привод путевых машин
(устройство, принцип действия)
В силовых передачах транспортного передвижения современных путевых машин все большее применение получают гидродинамические передачи. Они позволяют значительно уменьшить число ступеней переключения передач, по сравнению с чисто механическими трансмиссиями, обеспечивая плавное изменение крутящего момента и скорости вращения выходного вала.
В гидродинамической передаче кинетическая энергия потока рабочей жидкости передается в замкнутом объеме от насосного колеса к турбинному колесу. Бывают гидромуфты, гидротрансформаторы и комплексные гидротрансформаторы.
а – гидромуфта; б –гидротрансформатор; в – комплексный гидротрансформатор;
г) механические характеристики комплексного гидротрансформатора
Гидромуфта (рис. 3.5, а) – передача, состоящая из центробежного насоса 3 и турбины 2. Насосное колесо установлено на входном валу 1, соединенном с двигателем, а турбинное – на выходном валу 5, соединенном с остальной частью общей силовой передачи. Во время работы масло постоянно циркулирует через гидромуфту от дополнительной гидравлической системы. Масло поступает в замкнутый объем, образуемый корпусом 4, разгоняется лопастями насосного колеса и передает кинетическую энергию на лопасти турбинного колеса. При передаче вращающего момента угловая скорость вращения турбинного колеса всегда меньше скорости вращения насосного колеса. Это явление, по аналогии с асинхронными электродвигателями, называется скольжением. Если скорость вращения турбинного колеса превышает скорость вращения насосного колеса, то в приводе появляется тормозной момент, стабилизирующий скорость вращения выходного вала. Это свойство используется, например, при движении путевой машины под уклон с работающим дизелем и включенной передачей.
Гидромуфта (рис. 3.5, б), у которой между насосным 3 и турбинным 2 колесами расположен неподвижный направляющий аппарат 6, называется гидротрансформатором. Направляющий аппарат позволяет изменить направление потока масла, поэтому возможно получить увеличение крутящего момента на турбинном колесе в 3 – 5 раз. При этом он воспринимает реактивный момент, появляющийся вследствие разности вращающих моментов на входном и выходном валах. Гидротрансформатор выполняет функции своеобразного редуктора. Однако, при изменении направления потока масла происходит его нагревание и потеря энергии через рассеяние тепла системой циркуляции. КПД гид-ротрансформатора существенно ниже КПД гидромуфты.
Комплексный гидротрансформатор (рис. 3.5, в) позволяет сочетать в себе достоинства обоих упомянутых устройств, поэтому широко применяется в силовых передачах транспортного хода путевых машин (см. п.13.2). Он содержит реактивные направляющие колеса 6, 7, каждое из которых установлено на неподвижных частях корпуса 4 через муфты свободного хода 8, 9, соответственно. При разгоне машины требуется развивать повышенный вращающий момент на ведущих колесных парах. Благодаря муфтам 8, 9, реактивные колеса воспринимают крутящие моменты и направляют поток масла. Устройство работает как трансформатор крутящего момента. По мере разгона уменьшается скольжение. При определенном соотношении скоростей насосного и турбинного колес во вращение вовлекается сначала одно, а затем другое реактивное колесо. Гидротрансформатор начинает работать в экономичном режиме гидромуфты.
Работа гидротрансформатора характеризуется коэффициентом трансформации вращающего момента K = MТ/MН (MТ, MН – вращающие моменты на турбинном и насосном колесах) и кинематическим передаточным отношением i = wТ/wН (wТ, wН – угловые скорости вращения турбинного и насосного колеса).
На рис. 3.5, г показаны механические характеристики комплексного гидротрансформатора [11]. Они отражают зависимости коэффициента трансформации вращающего момента K и коэффициента полезного действия (КПД) h от величины передаточного отношения i. В пределах диапазона ТР устройство работает в режиме гидротрансформатора, позволяя получать в период разгона максимальную трансформацию вращающего момента с ростом КПД от нулевого значения (когда турбинное колесо стоит на месте) до максимального значения hmax, после чего КПД уменьшается. Преимущества гидротрансформатора начинают нивелироваться. При достижении значения передаточного отношения iМ начинают вовлекаться во вращение реактивные колеса. Гидротрансформатор переключается на режим гидромуфты МФ. Это позволяет при увеличении передаточного отношения до значения iMh (дальнейшем росте скорости вращения вала привода) достичь еще одного максимума КПД hMmax, который соответствует выходу приводного механизма на номинальный режим работы. Используются преимущества гидромуфты.
Комплексные гидротрансформаторы обычно работают в режиме трансформатора при передаточном отношении i = 0,4,…, 0,8, а в режиме гидромуфты при i = 0,80,…, 0,85. В силовых передачах ряда выправочно-подбивочных машин (Plasser Duomatic 09-32 CSM и др.) дополнительно ставится муфта сцепления, которая при выходе гидротрансформатора в нормальный режим работы напрямую соединяет вал двигателя и привода. Гидротрансформатор в этом случае используется только в режимах разгона, позволяя повысить общий КПД силовой передачи.
В соответствии с особенностями механических характеристик, гидротрансформаторы бывают с прозрачной и с непрозрачной механической характеристикой. Непрозрачный гидротрансформатор позволяет защитить первичный двигатель от перегрузок, обеспечивая ему режим с постоянной нагрузкой на валу, независимо от нагрузки на выходном валу гидротрансформатора. Прозрачный гидротрансформатор позволяет максимально использовать силовые и энергетические возможности первичного двигателя для преодоления пиковых нагрузок, но это снижает его ресурс. Используются гидротрансформаторы с прямой прозрачностью, когда увеличение нагрузки на исполнительный механизм приводит к увеличению нагрузки на двигатель, и с обратной прозрачностью, когда указанное увеличение нагрузки приводит к уменьшению нагрузки на двигатель.
На путевых машинах используются выпускаемые промышленностью гидромеханические реверсивные многоступенчатые передачи, позволяющие в транспортном режиме передвигаться с передачей вращающего момента через комплексный гидротрансформатор, а в рабочем режиме – через объемную гидропередачу, называемую ходоуменьшителем. Одновременно передачи обеспечивают отбор мощности на насосы объемного гидропривода технологического оборудования машины, компрессоры и генераторы.
3.3. Пневматический привод путевых машин
(устройство, элементный состав, расчет основных
параметров)
Большинство современных путевых машин оснащается пневматическим приводом. Наряду с тормозными системами, пневматический привод используется как вторичный для основного рабочего оборудования (плуговые снегоочистители, хоппер-дозаторы) и для вспомогательных систем (устройства перемещения и прижима тележек контрольно-измерительных систем, натяжение тросов, привод стопорных устройств и др.). Подача воздуха в пневмосистему может осуществляться от компрессора локомотива, тягового модуля, или установленного на самой машине. Пневматический привод вследствие полезных свойств воздуха обеспечивает высокое быстродействие, амортизацию динамических нагрузок на рабочий орган вследствие упругости воздуха. Пневматические устройства более простые по сравнению с гидравлическими и другими устройствами, отработанный воздух выпускается сразу в атмосферу. Пневмопривод позволяет формировать хозяйственные поезда из путевых машин с общей компрессорной установкой на локомотиве.
Вместе с тем в пневмосистемах путевых машин давление воздуха находится в пределах 0,4 – 0,7 МПа, поэтому приводные цилиндры силовых рабочих органов имеют повышенные габаритные размеры. Пневмопривод не позволяет без применения дополнительных стопорных устройств зафиксировать исполнительный орган в промежуточных положениях. Зачастую наблюдается прерывистость хода штока. Пневматическая трансмиссия имеет низкий КПД, поэтому применяется в основном в системах, не требующих частых переключений механизмов. При неправильной эксплуатации имеется опасность взрыва резервуаров.
Скорость движения штока пневмоцилиндра обычно в среднем составляет 0,33 – 0,41 м/с, при этом минимальная скорость 0,08 – 0,1 м/с [10]. При меньшей скорости наблюдаются неравномерность хода и вибрации. При выборе типа привода в конкретном случае необходимо учитывать рабочие свойства разных приводов.
Пневматический привод содержит компрессор, аппаратуру различного функционального назначения, вспомогательные устройства (трубопроводы, резервуары, воздухоохладители и т.д.).
КМ1, КМ2 – компрессоры; Ф1 – Ф4 – воздушные фильтры; КП1, КП2 – клапаны холостого хода компрессора;
КП3, КП4 – предохранительные клапаны; КП5 – клапан холостого хода для продувки сепаратора-осушителя;
КП6 – регулятор давления; КО1, КО2 – обратные клапаны; ВД1 – сепаратор-осушитель (адсорбер);
ДР1 – дроссель; АТ1 – аппарат теплообменный; РС1 – ресивер (главный резервуар); РД1 – реле давления
На рис. 3.6 показана принципиальная схема системы подготовки и подачи сжатого воздуха в тормозную и рабочую пневмосистемы машины ВПР-02 через питающую магистраль ПМ. Воздух забирается из атмосферы через воздушные фильтры Ф1, Ф2 и включенными параллельно компрессорами КМ1, КМ2 через воздухоохладитель АТ1, обратный клапан КО1, сепаратор-осушитель (адсорбер) ВД1, обратный клапан КО2 поступает в главный воздушный резервуар (ресивер) РС1.
Для периодического переключения компрессоров на холостой режим работы используются клапаны холостого хода КП1, КП2, управляемые через линию дистанционного управления, идущую от регулятора давления КП6. При достижении верхнего уровня давления в резервуаре РС1 регулятор давления КП6 подает воздух под давлением к клапанам КП1, КП2, которые соединяют нагнетательную линию компрессоров с атмосферой. Одновременно открывается и клапан холостого хода КП5, через который продувается адсорбер ВД1 для вывода из него накопившейся влаги. После снижения давления в резервуаре РС1 регулятор давления КП6 снова закрывает клапаны холостого хода КП2, КП3, КП5. Время и интенсивность продувки регулируется дросселем ДР1, так как при его большем открытии давление в резервуаре РС1 снижается быстрее. При накоплении влаги в резервуаре РС1 он может продуваться через вентиль ВН1.
а – к расчету времени зарядки ресивера РС при работе компрессора КМ;
б – заполнение воздухом ресивера РС и цилиндра Ц при перекрытом распределителе Р;
в – и заполнение при открытом распределителе Р
Как видно из приведенной выше схемы, при работе пневмопривода воздух поступает в ресивер РС (рис. 3.7, а), а затем расходуется на привод механизмов (рис. 3.7, б, в). Поэтому при расчете необходимо решить ряд задач, связанных с определением параметров компрессора КМ, объема ресивера Vр, времени его полной зарядки в начале работы и времени подзарядки при работе, определением характеристик расхода ресивера при работе, чтобы оценить количество циклов работы механизмов машины при отказах компрессоров. Задачи расчета времени протекания процессов в пневмоприводе предусматривают анализ газодинамических процессов, которые здесь не рассматриваются ввиду ограничений объема учебника.
Определим вначале время полной зарядки и дозарядки ресивера. Для относительно невысоких давлений, характерных для пневмоприводов путевых машин, характеристическое уравнение состояния газа [4]:
(p – давление, Па; r – плотность газа, кг/м3;
R – универсальная газовая постоянная, R = 287,1 Дж/(кг*К);
T – абсолютная температура воздуха ( ), К).
Плотность воздуха в расчетах можно принимать r0 = 1,293 кг/м3 [8], а абсолютная температура в большинстве расчетных
случаев T = 293 K (20°С). Расчетное атмосферное давление p0=0,1.106 Па.
При работе пневмопривода имеют место процессы течения воздуха с заполнением объемов, и одновременно происходит теплообмен с окружающей машину воздушной средой через стенки аппаратов и трубопроводов. Если скорость протекания процессов настолько велика, что теплообменом можно пренебречь, то процесс рассматривается как адиабатический. При нагнетании происходит повышение температуры, а при работе двигателей совершается работа и температура понижается. Если процесс длительный, за время его протекания происходит полный теплообмен с выравниванием температуры воздуха в приводе и в окружающей среде, то он называется изотермическим. Практически в большинстве пневматических приводов теплообмен неполный, а газовый процесс называется политропным. Для политропного процесса известно соотношение:
(3.1)
где n – показатель политропического процесса; для изотермического процесса n = 1, для адиабатического процесса n = 1,4; p1, p2 – давления воздуха до и после протекания процесса, Па; r1, r2 – соответствующие плотности воздуха, кг/м3.
Вместе с тем, если начальный процесс, например, поворот крыла снегоочистителя, происходит относительно быстро, то после поворота крыло длительное время остается в конечном положении, успевает произойти полный теплообмен с частичным восполнением потери энергии вследствие охлаждения воздуха, вызванного его расширением. Получается, что пневмопривод за ресивером это своеобразная «тепловая машина» с частичной рекуперацией энергии за счет поступления тепла из атмосферы.
Определим время зарядки ресивера РС компрессором КМ (рис. 3.7, а). Процесс можно считать изотермическим, так как в системе обычно есть охладитель воздуха, а нагнетание занимает определенный длительный промежуток времени (обычно несколько минут). Давление нагнетания, Па:
(3.2)
где rmax – плотность воздуха в ресивере после нагнетания, кг/м3; Mmax – масса воздуха в ресивере после нагнетания, кг; Vр – объем ресивера, м3.
До нагнетания в ресивере находилась масса воздуха , кг. Дополнительная масса воздуха, поступившего в ресивер при работе компрессора:
(3.3)
где kп – коэффициент, учитывающий потери воздуха при нагнетании на кавитацию и утечки (в учебном проекте, если нет экспериментальных данных, можно принимать kп = 0,90 – 0,95); Nк – число одинаковых по параметрам компрессоров; Vрк – рабочий объем одного компрессора, м3/об; wк – угловая частота вращения вала компрессора, рад/с; tз – время полной зарядки ресивера, с.
После подстановок в (3.2), учитывая, что , получим время полной зарядки ресивера до максимального рабочего давления, с;
(3.4)
где – максимальное манометрическое давление ( ), Па.
Если давление в ресивере снижается до значения pmin, то производится дозарядка ресивера. Можно показать, что время на подзарядку, с:
(3.5)
где – минимальное манометрическое давление ( ), Па.
При работе пневматического привода происходит расходование накопленного в ресивере запаса воздуха под давлением для совершения полезной работы пневматическими двигателями – пневмоцилиндрами и пневмомоторами. Рассмотрим газовые процессы при работе цилиндра Ц от ресивера РС (рис. 3.7, б, в). До открытия распределителя Р в ресивере объемом Vр, м3 воздух находится под абсолютным давлением pрн, Па, а в объеме Vв, м3, называемым вредным объемом, под атмосферным давлением p0, Па. После соединения указанных объемов через распределитель происходит выравнивание давлений до значения pрк, Па с уменьшением давления в ресивере и увеличением давления сначала во вредном пространстве. После начала движения штока цилиндра Ц результирующее давление дальше снижается. При адиабатическом процессе оно быстрее снижается, а при изотермическом процессе – медленнее за счет подвода тепловой энергии через стенки. Считая процесс политропным, можно написать уравнение [4]:
или (3.6)
где rрн, rрк – начальная плотность воздуха в ресивере и конечная плотность воздуха после выравнивания давлений.
В газодинамическом процессе участвует общая масса воз-духа Mрн + Mв = rрнVр + r0Vв, кг.
Плотность воздуха после срабатывания цилиндра Ц, кг/м3:
(3.7)
где Vц – рабочий объем цилиндра, наполняемый воздухом при срабатывании, м3.
Принимая во внимание, что начальная плотность воздуха по характеристическому уравнению , после соответствующих преобразований, давление в системе ресивер-цилиндр после срабатывания, Па:
(3.8)
В практических расчетах рекомендуется принимать показатель политропического процесса n = 1,30 – 1,35 [4]. В том же источнике отмечается, что для большинства обычных пневмоприводов с длинными воздухопроводами, способствующими эффективному теплообмену, процесс изначально можно считать изотермическим с n = 1. Тогда выражение (3.8) принимает вид:
(3.9)
В начале срабатывания цилиндра при заполнении вредного объема для расчета давления в формулах (3.8) и (3.9) Vц = 0. Давления, получаемые по этим формулам – абсолютные. Чтобы получить манометрические давления, необходимо вычесть атмосферное давление p0.
в полости пневматического цилиндра при его срабатывании
Сказанное поясняется индикаторной диаграммой изменения давления p при работе пневматического цилиндра в функции времени t (рис. 3.8). Время t1 соответствует начальному заполнению цилиндра воздухом до давления pцс, при котором начинается движение штока. Далее в течение времени t2 шток с механизмом разгоняется, давление растет до pцд вследствие динамического разгона потока воздуха и замедления в полости цилиндра (гидравлический удар) и снижается до давления pцп, которое определяется по политропному процессу (3.8). Далее происходит нагрев охладившегося воздуха вследствие теплообмена, давление повышается до значения pци, которое определяется по изотермическому процессу (3.9). Теоретически, время t3 бесконечно большое, так как повышение температуры воздуха в цилиндре асимптотично. Разность pрн – pци это безвозвратные потери давления в системе на работу пневмоцилиндра.
Количество полных циклов работы пневматического привода путевой машины вычисляется путем последовательного итерационного расчета снижения давления в ресивере от значения pрн = pmax до pрк = pmin и подсчета циклов. Решение такой задачи с использованием ПЭВМ тривиально.
Сила F, развиваемая пневмошиоиндром, определяется по формулам, аналогичным расчету гидроцилиндра. При этом необходимо учитывать, что она меньше примерно на 10% вследствие влияния трения уплотнений и поршня. При определении параметров пневмоцилиндра также учитывается, что фактическая нагрузка от механизма должна составлять 0,50 – 0,65 от максимального усилия, цилиндра. В этом случае получаются рациональные размеры цилиндра и гарантируется его устойчивая работа.
3.4. Электрический привод путевых машин
(устройство, элементный состав, расчет основных
параметров)
На путевых машинах нашел широкое применение электромеханический привод рабочих органов и вспомогательного оборудования. Он содержит электродвигатель, передаточный механизм и аппаратуру управления. В качестве передаточного механизма используется зубчатый редуктор, если требуется преобразовать вращательное движение вала электродвигателя – соответствующий винтовой или рычажный механизм. В зависимости от назначения, кинематических и динамических характеристик приводимого механизма, условий его работы, габаритных ограничений, экономических и экологических требований применяется электрический привод постоянного или переменного тока. Привод постоянного тока применяется в основном в тех случаях, когда требуется производить плавное и в широком диапазоне регулирование скорости движения приводимого устройства или механизма. Такой привод, прежде всего, используется в качестве тягового на многих машинах, так как позволяет получать рациональную тяговую характеристику: в начале движения, когда требуется преодоление инерции и разгон машины, сила тяги максимальна, а по мере ускорения она уменьшается. Электропривод постоянного тока используется на путеукладочных машинах, для привода роторов снегоочистителей и сетчатых лент центробежного грохота щебнеочистительных машин.
Рис. 3.9. Механические характеристики электроприводов:
а – постоянного тока; б – системы генератор – двигатель с дополнительным регулированием возбуждения генератора;
в – переменного тока с асинхронным короткозамкнутым двигателем;
г – переменного тока с асинхронным электродвигателем, имеющим фазный ротор
В тяговом приводе применяются в основном электродвигатели с последовательным включением обмотки возбуждения и обмотки якоря. Они имеют мягкую механическую характеристику, но если сбросить нагрузку, то начинают ускоряться вразнос. В тяговом приводе включение электродвигателя без нагрузки исключено. Если во время работы механизма требуется поддерживать стабильную скорость вращения ротора на разной частоте его вращения, то применяются электродвигатели последовательного или параллельно-последовательного возбуждения (смешанного). Регулирование скорости вращения электродвигателя постоянного тока достигается путем изменения напряжения питания, тока в обмотках возбуждения. Плавный разгон электродвигателя постоянного тока обеспечивается переключением сопротивлений в силовых цепях (рис. 3.9, а) [11]. Разгон начинается с пускового момента M1 по характеристике с максимальным включенным пусковым сопротивлением. Когда момент снижается до величины M2, сопротивление уменьшается и двигатель переходит на другую характеристику разгона. После последовательного отключения всех сопротивлений двигатель выходит на естественную характеристику с работой в установившемся режиме, характеризуемом моментом M0. При одновременном регулировании обмотки возбуждения генератора достигается разгон с плавным ускорением за счет увеличения числа переключений (рис. 3.9, б).
В тех случаях, когда исполнительный механизм не требует регулирования скорости вращения, необходимо применять электродвигатели переменного тока. На путевых машинах в основном применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, когда их запуск и работа производятся по естественной механической характеристике (рис. 3.9, в), и электродвигатели с фазным ротором, позволяющие реализовать плавный разгон за счет временного подключения пусковых сопротивлений (рис. 3.9, г). По сравнению с электродвигателями постоянного тока асинхронные электродвигатели имеют жесткую механическую характеристику, что позволяет им стабильно работать с заданной скоростью, имеют более простую систему управления через магнитные пускатели, при одинаковой мощности меньшую массу и габариты, сокращают количество дефицитной меди. Асинхронные электродвигатели переменного тока применяются для привода виброплит, привода выгребных цепей и грохотов щебнеочистительных машин, рабочих органов снегоуборочных машин, привода насосов насосных станций и др. Частота вращения вала при соответствующем конструктивном исполнении электродвигателя может изменяться ступенчато путем переключения числа пар полюсов, или непрерывно за счет изменения частоты питающей сети. В последнем случае режим пониженной скорости вращения вала должен быть кратковременным, так как устойчивая работа электродвигателя реализуется только на номинальной частоте.
При работе электродвигателя происходит преобразование электрической в механическую энергию, которое сопровождается потерями энергии, выделяемой в виде тепла. Часть тепловой энергии рассеивается в окружающей среде, а часть приводит к нагреванию электродвигателя. Поэтому при выборе мощности двигателя анализируются условия его нагрева. При любом режиме работы перегрев не должен превышать допустимых значений. В расчетах рассматриваются следующие режимы работы электродвигателя [86].
продолжительный с не изменяющейся (а) и изменяющейся (б) нагрузками и кривая изменения температуры (в);
кратковременный режим нагрузки (г) и кривые изменения температуры (д);
повторно-кратковременный режим (е) и кривые изменения температуры (ж);
к определению допускаемой нагрузки двигателя постоянного тока (з)
Продолжительный номинальный режим, при котором электродвигатель длительное время нагружен постоянной нагрузкой N1 (рис. 3.10, а) или изменяющимися во времени нагрузками N1, N2, N3 (б). При этом температура нагрева достигает установившегося значения tуст (в), поддерживается в течение работы, а после остановки двигатель полностью охлаждается до температуры окружающей среды. Время переходных процессов должно быть пренебрежимо мало по сравнению с продолжительностью работы. В этом режиме работают приводы конвейеров, виброплит, вырезных устройств балласта.
Мощность электродвигателя рассчитывается по мощности Nп, кВт, потребляемой механизмом с учетом КПД передачи h: , кВт.
В случае переменной во времени нагрузки определяется эквивалентная мощность, кВт (рис. 3.10, б):
(3.20)
При необходимости аналогично определяется эквивалентный ток Iэ, А или вращающий момент Mэ, кН/м.
После выбора по каталогу электродвигателя ближайшей большей мощности проверяется его перегрузочная способность. Нагрузки, возникающие при разгоне или торможении (если торможение осуществляется двигателем) определяются из динамического анализа исполнительного механизма. Например, для электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением кратковременная нагрузка при работе не должна превышать (4,0 – 4,5)Mн, а в момент пуска – (5,0 – 5,5)Mн. Для асинхронных электродвигателей, у которых при перегрузке значительно возрастает пусковой ток, момент не должен превышать (1,7 – 1,8)Mн [11].
Расчетная температура окружающей среды не должна превышать 35° С. При большей температуре нагрузку расчетную нагрузку следует уменьшать.
Кратковременный номинальный режим. При работе температура электродвигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а после отключения происходит полное охлаждение электродвигателя. Расчетная длительность рабочего периода составляет 15, 30, 60 или 90 мин. В этом режиме максимальная температура в конце цикла не должна превышать значения для продолжительного номинального режима. Режим характерен для приводов механизмов установки рабочих органов в рабочее или транспортное положения с возможными непродолжительными включениями при работе.
Для электродвигателя постоянного тока допускаемая кратковременная нагрузка по току может быть предварительно определена по эмпирической зависимости (рис. 3.10, з) кратности токов I/Iчас от времени работы (I, Iчас – расчетный нагрузочный ток и допустимый в течение одного часа ток) [11, 57, 86].
Если известна постоянная времени нагрева, то расчетная температура, °С (рис. 3.10, в, д): (tуст – установившаяся температура нагревания в продолжительном номинальном режиме, °С; t – время работы электродвигателя, мин; T – постоянная времени нагревания, по физическому смыслу равная времени нагревания электродвигателя без его теплообмена с окружающей средой, мин).
Повторно-кратковременный режим. В нем электродвигатель попеременно включается в период tрп и выключается в период пауз tц. Температура нагрева не успевает достигнуть установившегося значения при включениях и не успевает произойти полное охлаждение двигателя. Режим характерен для путевых машин циклического действия, прежде всего, для путеукладчика. Такой режим характеризуется относительной продолжительностью включения:
(3.21)
Стандартные относительные продолжительности включения, для которых приводятся данные в каталогах по электродвигателям, составляют 15, 25, 40 или 60%. Продолжительность цикла должна составлять не более 10 мин.
Данные по продолжительности включений и пауз получаются из циклограммы работы машины, привязанной к технологии выполнения работы.
При расчете мощности электродвигателя вначале находят среднюю мощность, кВт (рис. 3.10, е):
(3.22)
Далее по этому же графику определяется фактическая от-носительная продолжительность включения:
(3.23)
После округления до ближайшего стандартного значения ПВ (15, 25, 40 и 60 %) определяется мощность электродви-гателя:
(3.24)
В случае замены электродвигателя мощностью N1, кВт с данным значением ПВ1% на электродвигатель с другим значением ПВ2% допустимая мощность последнего, кВт:
(3.25)
Во всех расчетных случаях, производится оценка перегрузочной способности электродвигателя по пусковому моменту.
Промышленность выпускает электродвигатели разных конструктивных исполнений, что позволяет рационально компоновать электропривод с учетом реальных условий его применения. На путевых машинах для питания силового электропривода переменного трехфазного тока используется напряжение 220В или 380В, а для питания электропривода постоянного тока – 220В. Электродвигатели постоянного тока напряжения 24В используются для приводов систем автоматики и некоторых вспомогательных устройств. Механические передачи, являющиеся одной из составляющих частей электропривода, примененные на путевых машинах, отличаются разнообразием. Их проектирование и силовой анализ излагается в курсах «Теория механизмов и машин» и «Детали машин».
ГЛАВА 4
МАШИНЫ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
4.1. Неисправности земляного полотна и машины для его ремонта
Земляное полотно – это основание железнодорожного пути. В процессе эксплуатации на него оказываются различные воздействия: динамическое и статическое силовое воздействие от поездов; метеорологическое воздействие факторов окружающей среды (дождь, снег, ветер, низкие и высокие температуры и др.); воздействие близлежащих водоемов и рек, вызывающих подмывание земляного полотна; зарастание земляного полотна растительностью (трава, кустарники, деревья); засорение поверхности и кюветов мусором, сбрасываемым с пассажирских поездов, сыпучими грузами вследствие выветривания и высыпания из грузовых поездов. В результате снижается устойчивость земляного полотна, оно под действием нагрузок начинает деформироваться, что приводит, в свою очередь, к деформациям верхнего строения пути, нарушению безопасности движения поездов. К основным неисправностям земляного полотна (рис. 4.1) относятся балластные корыта, балластные ложи, карманы и др. Замерзающая зимой вода образует пучины. Для исправного содержания земляного полотна надо отводить из него воду, устраивая дренажи, прорези, штольни и др., которые необходимо содержать в исправном состоянии и очищать от наносимого ила, песка и грязи. Поперечный профиль земляного полотна должен соответствовать проектному положению, для чего надо срезать приподнятые и заросшие бровки, планировать обочины, в горных условиях укреплять откосы, выемки и удалять каменные осыпи. Периодически возникает необходимость регулировать растительный покров в зоне отвода, который нарушает видимость сигналов, состояния пути, перемещающихся рядом с путем объектов и приводит к нарушению стабильности балластной призмы.
Для механизации работ по ремонту земляного полотна используются общестроительные (экскаваторы, бульдозеры, скреперы, автосамосвалы и др.) и специализированные путевые машины. К последней группе машин относятся: путевые струги снегоочистители СС-1, СС-М и СС-3; машины для ремонта земляного полотна с фрезерно-роторным рабочим органом СЗП-600Р, МКТ, МНК-1, КОМ-300; машины для сооружения поперечных дренажей; машины для регулирования растительного покрова в зоне полосы отвода и на пути (кусторезы СП-93 и СП-93Р, машина для подавления растительности МПР, машины для опрыскивания растительности гербицидами РОМ-3М, РОМ-4 и др.), машины для очистки кюветов на базе промышленных тракторов.
4.2. Путевой струг-снегоочиститель:
устройство,
технология применения, основы расчета
На железных дорогах России используют струги-снегоочистители СС-1, СС-М и СС-3. Наиболее совершенной машиной является СС-3. Весной и летом его применяют на не электрифицированных участках для очистки старых и нарезки новых кюветов, планировки откосов балластной призмы, срезки и планировки откосов выемок и насыпей, срезки, планировки и перераспределения грунта на строительстве вторых путей. Зимой струг используют для очистки станций и перегонов от снега, а также для отвалки снега в местах выгрузки. Совмещение на одной машине земляного м снегоочистительного рабочего оборудования позволяет использовать машину по принятой технологии строительства, ремонта и текущего содержания пути круглый год.
Струг-снегоочиститель СС-3 (рис. 4.2) представляет собой несамоходную единицу СПС, передвигаемую при работе и транспортировке локомотивом. В средней части рамы 15 справа и слева установлены два земляных устройства, которые подвешены на портальной стойке 6 с пневмоцилиндрами их вертикального перемещения. Земляное устройство состоит из бокового крыла 3 с балластным подкрылком 14, откосной части 2 и корневой части 13, установленной на вертикальной направляющей колонне портальной стойки. Крыло 3 наклоняется в вертикальной плоскости телескопической тягой 5 с двумя пневмоцилиндрами, а крыло 2 – механизмом с пневмоцилиндром 4. В рабочем положении земляное устройство поворачивается пнемоцилиндром 24 и фиксируется телескопическими распорками 17-19. При повороте в плане наибольший вылет крыла от оси пути составляет 7,755 м. Планировка балластной призмы может выполняться дополнительными оправочными устройствами 12, имеющими привод от пневмоцилиндра.
Для очистки путей от снега струг-снегоочиститель оборудован передним 9 и задним 23 отвальными устройствами, а также правым и левым боковыми крыльями 20.
Телескопическая распорка для удержания земляного устройства в раскрытом положении (рис. 4.3) состоит из труб 8 и 9, входящих одна в другую. Конец одной трубы прикреплен к крылу, а второй – к раме машины шарнирами 7 и 10. При повороте крыла длина распорок изменяется автоматически в зависимости от угла раскрытия крыла. Длину распорки и положение крыла фиксируют пневматическим стопором – пневмоцилиндром, установленным на наружной трубе 9. Поршень 3 пружиной 4 отжимается в нижнее положение.
На конце штока закреплен фиксатор 2 с зубьями, находящимися в зацеплении с зубчатой рейкой 6, приваренной к внутренней трубе 8. Зубчатое колесо 5 направляет движение этой трубы и предотвращает ее поворот. Стопор в нормальном положении обычно застопорен, а при повороте крыла он отпускается. Для этого по трубопроводу 1 подается сжатый воздух под поршень 3, который сжимает пружину и освобождает рейку.
Земляное устройство (рис. 4.4) состоит из основной части 11 сварной или литой конструкции, на которой смонтированы три подвижных элемента: кюветная часть 12, откосное крыло 1 и балластный подкрылок 9. Кюветная часть установлена сзади крыла в направляющих 17 и может по ним перемещаться с помощью пневмомотора 20 через редуктор 15 и винтовую передачу 16. Откосное крыло 1 прикреплено к основному крылу 11 через петлевой шарнир 2 и сектор 13. Сектор может поворачиваться с крылом вокруг шарнира 14 и закрепляться в требуемом положении на криволинейной направляющей 3. Откосное крыло поворачивается пневмоцилиндром 8 чрез механизм, состоящий из направляющей 7, ползуна 6 и тяги 5 и фиксируется в вертикальной плоскости пневмостопором 19, а в плане – телескопической распоркой 19 (см. рис. 4.2). На нижних кромках крыльев и кюветной части устанавливаются подрезные съемные ножи, позволяющие уменьшить абразивный износ рабочих поверхностей земляного устройства. Для нарезки или очистки кюветов кюветная часть 12 выдвигается, а режущая кромка откосного крыла 1 устанавливается параллельно режущей кромке кюветной части. При планировочных работах на откосе или на основной площадке земляного полотна кюветная часть 12 задвигается за крыло 11, а режущие кромки откосного и основного крыльев устанавливаются в одну линию друг с другом.
Планировка откоса балластной призмы может производиться, помимо оправочного устройства, также балластным подкрылком 9, который поворачивается вокруг оси и устанавливается под углом, соответствующим наклону откоса балластной призмы.
Крыло 1 земляного устройства (рис. 4.5) подвешено к портальной раме на укосине 6, вертикальная часть которой состоит из трубы 5, надетой на колонну 7. К верхней части укосины крепится наклонная телескопическая тяга 4, а к корневой части 3 на оси прикреплено крыло 1, поворачивающееся в вертикальной плоскости этой тягой для изменения угла наклона режущей кромки. Кронштейн 8 верхней обоймы укосины 6 соединен со штоком подъемного пневмоцилиндра 9, закрепленного внутри рамы струга. При выдвижении штока цилиндра укосина с крылом поднимаются, скользя по колонне 7. В поднятом положении крыло стопорится штырями.
Телескопическая наклонная тяга (рис. 4.6) предназначена для изменения наклона крыла. На её раме 2 закреплён пневмоцилиндр 1. Шток цилиндра присоединён к подвижной трубе 5 с зубчатой рейкой 7. Эта труба перемещается в неподвижной трубе 6, на которой смонтирован пневмостопор 8 такой же конструкции, как и на телескопической распорке. Воздух в пневмоцилиндр подается по воздухопроводу 4. Перекос внутренней трубы предотвращает направляющее зубчатое колесо 10, закреплённое на неподвижной трубе. Колесо вращается при движении рейки. Подвижная труба с шарниром 11 соединена с крылом. При выдвижении поршня пневмоцилиндра крыло наклоняется, поворачиваясь вокруг его оси. Таким образом, каждое боковое крыло в рабочем положении опущено и наклонено. В транспортном положении кюветная часть вдвинута за основную, откосное крыло занимает верхнее положение и всё крыло посредством подъемного пневмоцилиндра и наклонной тяги поднято в крайнее положение. В аварийном режиме для подъема земляных устройств в транспортное положение используется электрическая лебедка, привод которой обеспечивается от дизель-электрического агрегата, установленного в передней кабине струга.
Отвальные устройства 9 и 23 (см. рис. 4.2) служат для очистки путей от снега. Они имеют два отвала криволинейной формы, которые через шарниры устанавливаются на подъемных рамах. Подъемные рамы подвешиваются на основной раме машины через пружинные амортизаторы и соединены с ней подъемными пневмоцилиндрами. Амортизаторы позволяют производить быстрый подъем устройства в транспортное положение во время работы при возникновении препятствий (рабочая скорость машины при очистке снега до 80 км/ч). Отвалы в рабочем положении могут разворачиваться в плане пневмоцилиндрами через рычажные передачи и закрепляться в этом положении распорками с фиксаторами. В нижней части каждого отвала закреплены криволинейные подкрылки 9 и 21. При работе подкрылки вручную поворачиваются и фиксируются относительно отвалов, расширяя зону очищаемой полосы до 3,2 м.
В зависимости от условий работы отвалы 4 и подкрылки 3 (рис. 4.7) могут устанавливаться на подъемной раме 2 для работы по однопутной схеме с отбросом снега в обе стороны от оси пути (схемы а и б), либо по двухпутной схеме с отбросом снега в полевую сторону направо (в) или налево (г). В этом случае крыло со стороны междупутья фиксируется распоркой 5 с дополнительным стопором. Если скорость движения машины превышает 25-30 км/ч, происходит интенсивное отбрасывание снега в сторону по криволинейным поверхностям отвалов. При приведении отвального устройства в рабочее положение автосцепка 8 (см. рис. 4.2) втягивается пневмоцилиндром, а отверстие закрывается дополнительными щитками.
Для увеличения ширины очищаемой зоны до 6 м используются боковые крылья 1 (схемы а, в и г). Схема б называется схемой тарана и используется также для динамической пробивки снежного заноса глубиной до 2,0 м и образования пионерной траншеи, которая затем при втором проходе расширяется боковыми крыльями.
Струг-снегоочиститель может работать в комплекте со снегоуборочной машиной для перевалки снега на соседний путь, или для отодвигания снежного отвала от пути в месте выгрузки. В этих случаях используется отвальное и земляное устройство. Снег после перевалки на станции убирается снегоуборочной машиной.
Привод рабочих органов струга-снегоочистителя пневматический от компрессора локомотива. Воздух в пневмосистему поступает через клапаны максимального давления, позволяющие поддерживать стабилизированное рабочее давление 0,6 МПа, независимо от давления в тормозной системе. Управление пневмоцилиндрами производится через краны, сгруппированные функционально на пультах управления в передней и задней кабинах.
Струг-снегоочиститель это многофункциональный машинный агрегат, поэтому расчеты могут преследовать разнообразные цели и существенно отличаться по методикам. Например, целями расчета могут быть: определение сопротивлений движению струга в сцепе с локомотивом при работе в различных режимах и транспортировке для выбора локомотива с оптимальными тяговыми характеристиками; расчет устойчивости струга против поперечного опрокидывания при его движении во время работы с максимально открытым земляным устройством; расчет устойчивости против схода с рельсов при работе земляным устройством; расчет нагрузок на рабочее оборудование с целью оценки прочности или параметров привода; расчет технических параметров струга, определяющих возможность его работы в заданных эксплуатационных условиях, например, оценка производительности и т.д.
В качестве примера рассмотрим методику тягового расчета струга при планировке основной площадки земляного полотна. Цель расчета заключается в определении общего сопротивления движению, которое необходимо преодолевать в расчетных условиях, прикладывая к автосцепке машины силу тяги локомотива. Струг движется со скоростью Vм, км/ч, планируя одним земляным устройством указанную поверхность. Сопротивление движению струга, Н, складывается из двух составляющих:
(4.1)
где SWп, SWр – составляющие сопротивления движению машины как единицы СПС, определяемые по методике, изложенной в п. 2.8, и реакции срезаемого слоя грунта, спроектированные на продольную ось машины, Н;
При расчете сопротивления, связанного с работой земляного устройства, процесс копания грунта рассматривается как работа плуга, а расчет сопротивлений производится по методике, предложенной проф. Н.Г. Домбровским [22]. Силы, приложенные к поверхностям земляного устройства, направлены перпендикулярно и по касательной к ней. Для определения составляющих, приводящих к необходимости преодолевать сопротивление движению, силы проектируются на направление движения машины. Сопротивление перемещению струга, вызванное взаимодействием отвалов элементов земляного устройства и грунта, Н;
(4.2)
где Wрез, Wпв, Wсо – тяговые сопротивления, вызванные силами резания грунта, силами, возникающими при волочении вала грунта перед земляным устройством, и силами, связанными со скольжением поверхности отвала земляного устройства по валу грунта, Н.
Составляющая сопротивления движению струга, связанная с резанием грунта, Н:
(4.3)
где – усилие резания грунта земляным устройством, Н; a – угол наклона земляного устройства к продольной оси струга, град; K – удельный коэффициент сопротивления резанию, зависящий от свойств грунта и изменяющийся в пределах К = 50´103 – 120´103 Н/м2; h – толщина срезаемого слоя грунта, м; Sbi – суммарная длина режущих кромок ножей, м.
Сопротивление движению струга, вызванное сопротивлением движению призмы волочения, Н;
(4.4)
где – усилие, затрачиваемое на перемещение призмы волочения, Н; H – расчетная высота призмы волочения, м; j – угол естественного откоса грунта в движении, град; r – плот-ность грунта в разрыхленном состоянии, кг/м3; g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; f – приведенный коэффициент трения грунта по грунту, f = 0,6 – 0,8.
Составляющая сопротивления движению машины, обусловленная трением поверхностей отвалов элементов земляного устройства по грунту, Н:
(4.5)
где – касательная сила трения скольжения вала грунта по земляному устройству, Н; fос – коэффициент трения скольжения стали по грунту, fос = 0,3 – 0,5.
Полученное по (4.1) значение суммарного сопротивления сравнивается с тяговыми характеристиками локомотивов (рис. 4.9). Если выбранный локомотив в состоянии обеспечить расчетную тягу на автосцепке при требуемой скорости движениях, то его применение возможно в принятых для расчета условиях.
Разность между силой тяги Tk, которую способен развить локомотив в принятых расчетных условиях, и сопротивлением движения струга SWсn называется избыточной силой тяги локомотива. Она, при необходимости, может быть реализована для разгона рабочего поезда (локомотив + машина) или для преодоления неучтенных сопротивлений, если они будут иметь место на практике. Используя методику можно построить графики изменения суммарных сопротивлений движению рабочего поезда SWс1, SWс2, SWс3 при изменении скорости движения Vм для различных режимов резания грунта. Точки A1, A2 и A3 пер6есечения графиков тяговой характеристики локомотива и сопротивлений рабочего поезда соответствуют предельным режимам работы при максимальной скорости. Режимы выше графика тяговой характеристики локомотива не могут быть реализованы, ниже – могут быть реализованы данным локомотивом.
Технические характеристики путевых стругов, приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
4.3. Машины активного действия для нарезки
и
ремонта водоотводных устройств земляного
полотна
(устройство, технология применения)
Первые паровые экскаваторы на рельсовом ходу были успешно использованы в строительстве железной дороги Москва – Санкт-Петербург (1842–1851 гг.). Впоследствии экскаваторы стали широко применяться в железнодорожном строительстве. Путиловский завод (С.-Петербург) в 1902 году начал производство отечественных экскаваторов на рельсовом ходу.
В современных машинах активного действия для нарезки и ремонта водоотводных устройств земляного полотна реализована идея установки рабочего оборудования роторного экскаватора поперечного копания на специальную железнодорожную платформу. Это позволяет производить нарезку кюветов, их очистку, углубление и расширение, планировку траншей, откосов земляного полотна и некоторые другие земляные работы при грунтах I–III групп. Выкапываемые излишки грунта грузятся на СПС для вывоза с перегона или укладываются рядом с земляным полотном. Машины могут производить земляные работы при наличии опор контактной сети и искусственных объектов в зоне отвода вблизи пути.
4.3.1. Самоходный землеуборочный поезд СЗП-600Р
Самоходный землеуборочный поезд, выпускаемый ОАО КЗ «Ремпутьмаш», состоит из тягового модуля УТМ-1 (рис. 4.10, а), который соединен с базовой машиной СЗП-600Р, и вагона прикрытия ВП-1. При работе базовая машина сцепляется с СПС для вывоза засорителей, а при постановке комплекса в состав поезда для транспортировки вагон прикрытия прицепляется с другой стороны машины под транспортером.
Базовая машина имеет раму 27 (рис. 4.10, б), которая устанавливается на трехосных ходовых тележках 18-102 или 18-522 с дополнительными механизмами отключения рессор при работе. Помимо автосцепок 31, для повышения поперечной устойчивости при работе машина опирается на тяговый модуль через дополнительное устройство 17 с приводом от гидроцилиндров. Рабочее оборудование включает стрелу 9 с установленным на ней многоковшовым ротором 14. Стрела шарнирно закреплена на поворотной клети 5 с противовесом 3 и может поворачиваться в вертикальной плоскости двумя гидроцилиндрами 28. В нижней части стрелы смонтированы основной 8 и очистной 26 конвейеры. При работе машины выбираемый грунт перемещается основным конвейером на выбросной конвейер 1, который при установке вдоль машины перегружает грунт на СПС, или при повороте – в отвал. Очистной конвейер перемещает осыпавшийся грунт в траншею к ротору, предотвращая загрязнение пути и машины. Машина оснащена двумя плугами 21 с шарнирно-рычажной системой их перемещения в рабочее и транспортное положения. Плуги используются для планировки стенок траншей и поверхности земляного полотна.
Управление рабочими операциями машины осуществляется из кабины 15, обеспечивающей повышенную обзорность фронта работы. Привод рабочего оборудования машины гидравлический от насосной станции 16. Электродвигатели насосной станции получают питание от дизель-электрического силового агрегата тягового модуля.
Ротор 7 (рис. 4.11, а) подвешен на стреле через систему, позволяющую производить его активное манипулирование путем поворота в плане на угол 180° и наклона в вертикальной плоскости на угол, достаточный для вертикальной установки ротора при максимальном заглублении и его повороте в плане перпендикулярно направлению рабочего движения. Механизм поворота ротора в плане содержит два гидроцилиндра 2 (см. также рис. 4.11, б), установленных сверху стрелы. Каждый гидроцилиндр связан с ускоряющим полиспастом, содержащем блок 23, установленный в направляющих 18. Тросы 12 полиспастов проходят через отклоняющие блоки 4, 11, направляющие 21 и закрепляются за ротор 7 через коуши 19. С другой стороны они закреплены на натяжных устройствах 20. Рама ротора через кронштейны 9 и вертикальную ось 22 устанавливается в наклонном кронштейне 8, что позволяет ротору поворачиваться в плане на необходимый угол. Наклон ротора в вертикальной плоскости производится гидроцилиндром 6 за счет наклона кронштейна 8.
Рама 6 клети (рис. 4.12) устанавливается на раме машины через роликоподшипниковый опорно-поворотный круг 26. Механизм поворота клети со стрелой 9 состоит из двух гидроцилиндров 13, которые закреплены за кронштейны 11 и поддерживаются опорами 12. Гидроцилиндры через коуши 14 соединены с тросами 15, огибающими блоки 16 и закрепленными на подвижной части поворотного круга 26. Система позволяет обеспечить поворот стрелы в плане на угол до 50° в любую сторону. Выбросной поворотный конвейер 29 также устанавливается на роликоподшипниковом поворотном круге 19. Поворот конвейера в плане на угол до 75° производится через внутреннее зубчатое зацепление 24 и редуктор 25 гидромотором 22. Изменение наклона конвейера 29 в вертикальной плоскости производится гидроцилиндром 31 через тросовую подвеску. Гидроцилиндр шарнирно закреплен на укосине 3, которая может поворачиваться в плане вокруг подшипникового узла 5. Чтобы предотвратить опасное сближение клети и поворотного конвейера при их повороте в одну сторону, в системе применен концевой выключатель 18, срабатывающий при угле сближения 65°.
Для предотвращения разбрасывания грунта с конвейера 8 служит отбойник 3, подвешенный через подвеску 4.
На роторе 6 (рис. 4.13, а, б) закреплены ковши 1, образующие бескамерную конструкцию ротора. При работе ротор вращается с угловой скоростью wр и одновременно осуществляется движение подачи со скоростью Vм. Так как ковши не имеют донных стенок, то грунт поднимается по поверхности 4, образующей запорный сектор. В зоне разгрузочного сектора 3 под действием веса грунт высыпается из ковшей и по наклонному лотку 7 спускается на основной конвейер 5 и перемещается к выбросному конвейеру. Вращение ротора 6 осуществляется гидромотором 11 через планетарный редуктор 12.
Форма режущих кромок ротора (рис. 4.13, г) способствует уменьшению влияния блокированного резания грунта в траншее. При необходимости ковши могут переустанавливаться на роторе для его вращения в противоположном направлении.
Плуг состоит из двух отвалов 9 (рис. 4.14), соединенных между собой петлевым шарниром 12, ось которого, в свою оче-редь, установлена на кронштейне 11. На этом же кронштейне установлен упор 16. Отвал соединен шарнирно с двумя гидроцилиндрами 10, соединенными также шарнирно с упором. Такая конструкция позволяет разворачивать отвалы для установки их относительно планируемой поверхности. Подъем и опускание плуга производится шарнирно-рычажной системой, включающей балку 8, через шарнирный узел закрепленную на корневой части 6. Корневая часть через ве6ртикальную ось закреплена на раме 4 машины через кронштейн 7. Балка в плане поворачивается гидроцилиндром 14, связанным с ней и с рамой машины универсальными шарнирными узлами 14 и 15. Гидроцилиндром 5 балка 8 наклоняется в вертикальной плоскости, а гидроцилиндром 3 наклоняется кронштейн 11 вместе с отвалами 9.
В транспортном положении плуг закрепляется на упорах 1 и 2.
4.3.2. Кюветно-траншейная машина МКТ
Кюветно-траншейная машина МКТ, выпускаемая ЗАО «Тулажелдормаш», имеет аналогичное СЗП-600Р назначение и работает в составе с тяговым модулем ПТМ-630 или ТЭУ-630 и СПС для перевозки засорителей. Экипажная часть машины содержит раму 27 (рис. 4.15) с двухосной 39 (типа 18-100) и трехосной 14 (типа 18-102) ходовыми тележками, оснащенными системой блокировки рессор.
Рабочее оборудование включает многоковшовый ротор 2 с 10 ковшами 3 бескамерной конструкции, стрелу 10, соединенную с поворотной клетью 13 через оси 15 и гидроцилиндры 28. Клеть установлена на раме 38 через опорно-поворотное устройство и может поворачиваться вместе со стрелой 10 в плане двумя гидроцилиндрами 25. Ротор 2 также может поворачиваться на угол 180° с помощью механизма 6, приводимого гидроцилиндрами 12 через трособлочную передачу 8, 9 и 11. На стреле 10 установлен противовес 16. В нижней части стрелы установлены основной 31 и очистной 32 конвейеры. Материал с основного конвейера через отбойник 26 поступает на поворотный разгрузочный конвейер 18, который также может поворачиваться в плане и в вертикальной плоскости гидроцилиндром 17 через растяжку 19. Конвейер имеет концевую секцию 21, которая поднимается в рабочее и опускается в транспортное положение гидроцилиндрами 20. Это исключает применение вагона прикрытия.
Ковшевой ротор 2 устанавливается на раме 4 через направляющие ролики 7 и приводится открытой зубчатой передачей 37 через редуктор и электродвигатель. В верхней части рамы установлен поперечный конвейер 5 передачи выкопанного грунта на основной конвейер.
Электрические системы машины и тягового модуля соединяются кабелями через блок розеток 40.
Промышленностью выпускаются и другие аналогичные несамоходные и самоходные машины. Краткие данные их технических характеристик приведены в табл. 4.2.
4.4. Основы расчета активных рабочих органов машин
для ремонта земляного полотна
4.4.1. Определение рабочих параметров ротора
Основным рабочим органом для нарезки и очистки кюветов является роторное устройство бескамерной конструкции с подъемом выбранного грунта по запорному сектору и гравитационной разгрузкой ковшей в секторе разгрузки через неподвижный лоток на промежуточный конвейер. Особенностью роторного устройства является его подвижность в горизонтальной и вертикальной плоскости, что дает возможность формировать траншеи необходимой формы поперечного сечения. Вращение ротора сочетается с его поступательной подачей при движении состава с рабочей скоростью. В зависимости от положения ротора относительно траншеи реализуются разные схемы копания [22]. При положении плоскости ротора параллельно траншее схема копания аналогична схеме копания роторного траншейного экскаватора (разработка пионерной траншеи (рис. 4.17, а) шириной Bт, м и глубиной Hт, м ), при положении указанной плоскости перпендикулярно траншее (рис. 4.16, б) – схема аналогична роторному экскаватору поперечного копания (расширение и углубление траншеи). При других положениях ротора (рис. 4.7, в) анализ процесса копания грунта предусматривает использование более сложных расчетных схем.
Наибольшая нагрузка на ротор может возникнуть при разработке прямоугольной пионерной траншеи, так как при этом наблюдается энергоемкий процесс блокированного резания грунта передней и боковыми кромками ковшей. В остальных случаях происходит полублокированное резание грунта передней и одной из боковых кромок. Определим геометрические параметры ротора, его производительность, действующие силы и энергетические параметры по методике [33] для этого расчетного случая.
Размеры ковшей (рис. 4.16, г) ротора рекомендуется определять по формулам: , , (bк, hк, lк и tк – соответственно, ширина, высота и длина ковша и шаг расположения ковшей, м). В случае конструкции ротора с расположением его привода по центру диаметр ротора Dр по концам ковшей должен быть достаточным, чтобы гарантировать зазор между нижней частью привода и грунтом, иначе говоря, радиус ротора Rр, м должен быть больше глубины траншеи Hт (см. рис. 4.10, а).
Для гравитационного способа разгрузки угловая частота вращения ротора wр, рад/с не должна превышать критического значения wкр, рад, определяемого из условия начала падения частицы массой m, кг под действием веса в верхней точке A ротора. В этой точке на нее действует также центробежная сила, поэтому:
или (4.6)
где g – ускорение свободного падения, м/с2.
При бескамерной конструкции ротора его угловая частота принимается , а предельное значение составляет .
Техническая производительность ротора по грунту в траншее с учетом его разрыхления и наполнения ковшей, м3/ч:
(4.7)
где qк – емкость ковша, м3 (qк = 0,035 м3 – для ротора СЗП-600Р); Zк – число ковшей; Kн – коэффициент наполнения ковшей грунтом (Kн = 0,6 – 0,8); Kр – коэффициент разрыхления грунта при копании (Kр = 1,26 – в среднем).
При заданной производительности формула (4.7) может использоваться для определения емкости и числа ковшей. При увеличении числа ковшей уменьшается неравномерность нагрузки на ротор, связанная с поочередным выходом ковшей из забоя. Для ротора с 12 ковшами коэффициент неравномерности нагрузки достигает Kнн = 1,58 – 1,81. Применение скосов боковых кромок ковшей позволяет уменьшить неравномерность нагрузки в 1,2 – 1,3 раза. При увеличении числа ковшей свыше 12 неравномерность нагрузки уменьшается незначительно.
При известных геометрических характеристиках ротора формула (4.7) может быть использована для определения минимальной по условию заданной производительности частоты вращения ротора. При прямоугольной траншее рабочая скорость движения машины, м/ч:
(4.8)
В случае установки ротора под углом к направлению движения производительность определяется по поперечной площади срезаемой стружки, равной разности между площадью поперечного сечения траншеи после и до прохода, умноженной на скорость движения машины.
Возможность разгрузки ковшей ротора определяется величинами углов: jрс – разгрузочного сектора, рад и jзс – запорного сектора, рад. В точке B частица грунта массой m, кг должна начинать падать вниз. На частицу, помимо силы веса, действует также центробежная сила Fц, Н. Движение частицы на лоток начнется в том случае, если радиальная составляющая разложения силы веса будет больше центробежной силы. Проведя анализ действующих сил, получается выражение для углов запорного сектора jзс и сектора разгрузки jлс, рад:
(4.9)
где Rрс – радиус внешней поверхности запорного сектора, м.
Фактическая разгрузка ковша начинается с углом запаздывания Dj = 0,12 – 0,30 рад (7 - 17°), который зависит от крупности частиц грунта, его характеристик, конструкции ковшей ротора. При расчете угла сектора разгрузки анализируются также траектории полета частиц с учетом дополнительного наклона стрелы ротора. Угол jрс должен быть достаточным, чтобы не происходило перебрасывание частиц впереди ротора. Практически, для большинства случаев принимается jрс = 1,05 – 2,10 рад (60 – 120°).
Для расчета прочности ротора и параметров привода вращения и стрелы необходимо определить силы, действующие на ротор при копании. В контакте режущих кромок и грунта, согласно теории резания грунтов, рассматриваются силы, кН: P01 – касательная к траектории копания; P02 – действующая нормально к линии действия касательной силы; P03 – действующая перпендикулярно к плоскости рабочего органа и возникающая при поперечном копании. Для анализируемого случая разработки прямоугольной траншеи на режущие кромки действуют расчетные силы P01 и P02.
Считаем, что максимальное усилие копания действует на ковш, выходящий из траншеи (рис. 4.17). Его величина, кН:
(4.10)
где k1 – удельный коэффициент сопротивления резанию при проходе прямоугольной траншеи, кН/м2; Sп – подача ротора за время последовательного выхода из забоя двух зубьев, м; a0 – максимальный центральный угол поворота ковша в забое, рад.
По опытным данным k1 = 250 – 270 кН/м2 (в среднем 260 кН/м2) – для мягких грунтов и k1 = 420 – 450 кН/м2 (в среднем 435 кН/м2) – для грунтов средней крепости.
Подача ротора за время выхода последовательных ковшей из забоя:
(4.11)
Центральный угол выхода ковша из забоя, рад:
(4.12)
Суммарное касательное усилие, действующее на все зубья ковшей, находящихся в забое, кН и составляющая крутящего момента, кНм:
и , (4.13)
где Da – центральный угол между двумя смежными ковшами, Da = 2p/Zк, рад; i = 0, 1, …, N – номера ковшей в забое, начиная от самого верхнего и кончая пересекшим вертикальную плоскость сечения траншеи.
При разработке траншеи энергия затрачивается на подъем грунта до верхнего уровня. При подъеме совершается работа по преодолению сил тяжести в потенциальном поле, всегда направленных вертикально, поэтому мощность привода, необходимая для подъема грунта, кВт:
(4.14)
где r – плотность грунта в траншее (r = 1700, 1800 и 1900 кг/м3 – соответственно, для грунтов I, II и III групп; Hп – высота подъема грунта относительно уровня верха траншеи, м.
В рабочем процессе энергия также расходуется на трение грунта, находящегося в ковшах по запорному сектору. Однако этот расход не превышает 2 – 3 % общего расхода энергии, поэтому может не приниматься в расчет [33]. Тогда требуемая мощность привода вращения, кВт:
(4.15)
где h – кпд передачи вращения ротора, в среднем h = 0,7 – 0,9.
По известным формулам технической механики можно определить все остальные параметры привода.
4.4.2. Расчет пропускной способности приемно-передающего устройства ротора
В качестве устройства для передачи разработанного грунта на транспортер используется наклонный лоток. Его пропускная способность должна с коэффициентом запаса превышать техническую производительность ротора. В конце спуска частица (точка 3 на рис. 4.18), согласно теореме живых сил, приобретает скорость, м/с:
(4.16)
где L – длина спуска с учетом конической наклонной части ротора, м; fгс – коэффициент трения грунта по стали (fгс » 0,4); a – угол наклона спуска к горизонту, рад; V2п – начальная скорость грунта на спуске, м/с (ввиду малости высоты падения H грунта можно принять, что V2п = 0).
Для того чтобы обеспечить ускоренное движение грунта tga > fгс. В противном случае требуется устройство активизации движения грунта по спуску. Техническая производительность лотка, м3/ч:
(4.17)
где bл – ширина сечения лотка, м; hсл – толщина слоя грунта на лотке, при которой грунт не зависает, м
4.4.3. Тяговый расчет самоходного землеуборочного поезда
Целью тягового расчета является оценка возможности обеспечить движение состава землеуборочного поезда с расчетной скоростью при применении в качестве тяговой единицы универсального тягового модуля. Расчетными случаями являются движение поезда с установленной скоростью транспортировки, с рабочей скоростью при работающем роторе и одном плуге, а также случай начала движения и разгона. Анализируются случаи действия максимальных сопротивлений движению на расчетном уклоне в кривой минимально возможного для данной конструкции машины радиуса. Сопротивления, возникающие в начале движения или в установившемся режиме движения поезда, как СПС рассматривались в п. 2.8. К ним добавляются рабочие сопротивления ротора и плуга.
Тяговые сопротивления движению ротора в грунте обусловлены суммой горизонтальных составляющих сил копания ротора, которые, с учетом (4.10) и (4.13) составляет кН:
(4.18)
В последней формуле принято, что P02 » 0,3P01.
Расчет тягового сопротивления, обусловленного работой плуга, выполняется по аналогичным расчету сопротивлений главного бокового крыла струга-снегоочистителя или дозатора электробалластера методикам.
Силовой анализ взаимодействия рабочих органов с грунтом позволяет решать широкий круг расчетных задач оценки устойчивости, определения усилий и энергетических параметров приводов и др.
4.5. Машины для удаления растительности в зоне железнодорожном пути
Устройства и сооружения железнодорожного пути, расположены в естественной природной среде, должны в течение длительного времени сохранять свои технические характеристики и удовлетворять требованиям ПТЭ. Наличие растительности в зоне балластной призмы, кустарников и поросли в полосе отвода пути значительно снижают эксплутационные качества пути. Поросль в кривых ограничивает видимость пути и сигналов, возникают случаи обрыва проводов связи и электропитания и др. Проблема борьбы с нежелательной растительностью вдоль пути существует продолжительное время.
Для борьбы с растительность применяются способы:
- ручной;
- механизированный (косилки, режущие диски, рыхлители, кусторезы);
- химический (применение гербицидов); подавление растительности перегретым паром) и др.
Кусторез СП-93Р – специальная самоходная путевая машина, предназначенная для вырезки древесной поросли с диаметром до 150 мм вдоль железнодорожного пути (рис. 4.19, а). Основой конструкции машины является П образная рама 11, на которой в передней части расположена кабина управления 13, в задней – дизель-генераторная силовая установка 3 под капотом 2. Рама машины опирается на два колесно-моторных блока 18, имеющие рессорное подвешивание 27, тормозное рычажное оборудование и песочницы. Под средней частью рамы установлен манипулятор с механизмами поворота 6, 7 и телескопическим нижним плечом 20, 23. На конце телескопического плеча установлена режущая головка 19, поворот и перемещение которой выполняется гидравлическими цилиндрами. Насосная станция обеспечивает давление от 15 до 25 МПа.
Управление рабочими органами, тормозами и дизелем осуществляется из кабины управления 13, машина оборудована системой АЛСН и радиосвязи. Питание систем управления обеспечивается напряжением 24 В постоянного тока.
Рама машины выполнена повышенной жесткости, имеет одинарное рессорное подвешивание в виде винтовых и листовых рессор. Для ограничения вертикальных перемещений рамы, в целях повышения устойчивости, в верхней части листовых рессор установлен арритер (упор) 16. Колесно-моторные блоки выполнены одинаковыми. Состоят из колесных пар с буксами на роликовых подшипниках, осевых одноступенчатых редукторов, тяговых электродвигателей Д213 с питанием от теристорного выпрямителя и реактивными подвесками. Машина оборудована автоматическими пневматическими тормозами 26 колодочного типа, имеет кран машиниста, кран вспомогательного тормоза № 254 и ручной привод тормоза.
Основным рабочим органом для срезания древесной поросли является ротор-фреза с режущими ножами (3 шт.), перемещение в рабочей зоне которой, обеспечивается манипулятором с гидравлическим приводом. Верхнее плечо выполнено в виде балки 21, с одной её стороны установлен противовес, с другой – корпус подшипника 24 стойки нижнего плеча, в средней части приварен кронштейн стойки 9 для поворота балки в плане. Механизм поворота имеет два параллельно установленных гидроцилиндра, к штокам прикреплены концы цепи, имеющей зацепление со звездочкой, жестко посаженной на стойку 9. Выдвижение штока одного гидроцилиндра и втягивание другого, за счет перемещения цепи, обеспечивается поворот стойки и в месте с ней балки верхнего плеча. На балке установлен механизм поворота для нижнего плеча, конструкция которого аналогична. Верхнее плечо может поворачиваться только на 90 градусов на обе стороны от оси пути, поворотная рама нижнего плеча имеет возможность поворота на 180 градусов.
Нижнее плечо состоит из кронштейна 25, жестко посаженного на вал стойки 24 поворота, телескопической балки наружной 23 и внутренней выдвижной 20 на конце которой имеется сварной кронштейн с проушинами для крепления ротора-фрезы 19, гидроцилиндров выдвижения внутренней балки 20, поворота балки 1 (рис. 4.19, б) ротора-фрезы и упор. Кронштейн 24 двумя боковыми щеками через проушины связан с наружной телескопической балкой. Два гидроцилиндра обеспечивают подъем и опускание фрезы-ротора (см. рис. 4.19, а) вместе с нижним плечом.
Ротор-фреза имеет сварную балку 1 на которой установлены гидромотор 3 привода вала диска 6 с ножами 7 двух сторонней заточки, щитки ограждения 5, 8. Балка имеет проушину 4 для присоединения к нижнему плечу и проушину транспортного крепления. В рабочем положении ротор-фреза (см. 4.20) имеет максимальную зону обслуживания от оси пути до 9170 мм. Режущая головка при угле поворота 130 градусов обеспечивает срезание древесной поросли в плоскостях полосы отвода, откосов насыпи (выемки), по вертикали. Рабочая скорость кустореза зависит от плотности поросли и её диаметра и регулируется от 0,5 до 10,0 км/ч.
| Техническая характеристика |
Ед. |
| Мощность двигателя «Cammins», кВт | 150 |
| Диаметр колес по кругу катания, мм | 950 |
| Рабочее давление в гидросистеме, МПа | 15 (25) |
| Скорость вращения ротора, мин -1 | 1050 |
| Диаметр ротора, мм | 1050 |
| Линейная скорость отдаленной кромки, м/с | 82 |
| Потребляемая мощность привода фрезы, кВт | 30 |
| Обслуживающий персонал, чел | 2 |
Машина для обработки растительности гербицидами РОМ-3М. Засорение балластного слоя пути растениями и продуктами гниения их корневой системы снижают дренирующие свойства балласта, устойчивость пути. Кроме того, надземная часть растительности закрывает низко стоящие сигнальные устройства, затрудняет осмотр пути, не позволяет своевременно обнаружить повреждение рельсов, шпал, скреплений. Затрудняется бесперебойная работа переключающих устройств. Интенсивность зарастания балластной призмы пути растительностью зависит от технических и природных факторов (дождь, ветер, мороз, солнце), климатической зоны, видов почвы земляного полотна, засорителей. Видовой состав растительности на пути в разных районах страны отличается большим разнообразием – среди них однолетние и многолетние: пырей, лебеда, пастушья сумка и др. В этих условиях эффективным (но не самым безопасным) является борьба с растительностью химическими методами – применением гербицидов типа «Арсенал», «Тордон», «Раундап» путем их дисперсного распыления над стеблями растений. Для механизации распыления гербицидов используется вариант модернизации машины РОМ-3М (рис. 8.20). В хвостовой части цистерны установлены центральные и боковые распылители водного раствора гербицидов. Рабочая скорость машины зависимости от плотности растительности на пути и регулируется от 10 до 25 км/ч. Расход рабочей жидкости (от двух насосов) 150 л/км пути и давлении полива (0,15 – 0,20) МПа. Оборудование для очистки рельсов машины РОМ-3М демонтировано. Управление распылением на ходу машины автоматизировано, приняты меры по безопасности.
Машина МПР 1-001. Челябинский опытный завод путевых машин ЮУЖД для борьбы с растительностью на железнодорожных путях предлагает тепловой метод. Подавление растительности достигается парогазовой смесью с температурой на выходе из парогазогенератора (2 шт.) 125–250 Со. Рабочая скорость машины 3–5 км/ч при расходе воды 1160 кг/ч. Машина работает в паре с ТЭУ-400.
Применяются механические средства уничтожения растительности (механизированный отделочный комплекс МОК) путем скашивания её верхней части и рыхление плечевой и откосной части балластной призмы (подрезание корневой растений). Машина обеспечивает очистку междупутий и обочин земляного полотна от растительности фрезой с вылетом до 6,7 м, рабочая скорость до о
ГЛАВА 5
МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ И ПОДЪЕМКИ ПУТИ
Машины этого класса выполняют работы по формированию балластной призмы после выгрузки балластного материала. Одновременно с этим они устанавливают путевую решетку в положение, являющееся исходным по проекту.
5.1. Общие сведения. Классификация
Основные работы по формированию балластной призмы, или балластировочные работы, сводятся к направлению балластного материала: в зону под шпалами поднимаемой путевой решетки, в шпальные ящики (промежутки между двумя соседними шпалами), в откосно-плечевые или междупутные зоны (на многопутных участках) с планированием поверхности балластной призмы, уборкой и перераспределением излишков балласта. Одновременно с подъемкой путевой решетки для достижения требуемого положения производится ее сдвиг в плане и установка по уровню, т.е. возвышение одного рельса над другим (в кривых).
Направление материала в балластную призму с одновременным его перераспределением, называется дозированием балласта. Рабочие органы машин, предназначенные для его выполнения, называются дозаторами. Технология дозирования балласта машинами, в основном, сводится к двум случаям. В первом случае балласт предварительно выгружается из подвижного состава (думпкары, платформы) на обочины пути (рис. 5.1, а), а затем направляется к оси пути на путевую решетку (рис. 5.1, б). Во втором случае балласт выгружается на путевую решетку сверху из хоппер-дозаторов, оснащенных специальными разгрузочно-дозирующими устройствами (рис. 5.1, в), т.е. разгрузка и дозирование совмещены.
После дозирования балластного материала он подается под подошвы шпал. Для этого путевая решетка поднимается в рабочей зоне на необходимую высоту Hвыв (рис. 5.2, а), после чего образовавшееся пространство заполняется материалом. На практике используются несколько способов такого заполнения. Балласт, находящийся выше подошв шпал, проваливается сквозь шпальные ящики под действием силы тяжести. Если он зависает в шпальных ящиках, то используются специальные рабочие органы – пробивщики. Под подошвами шпал балласт разравнивается натянутыми поперечно пути стержнями – струнками, или планировочными ножами плугового типа. Принудительную подачу балласта в зону под подошвами шпал осуществляют уплотнительными рабочими органами (см. раздел 10).
В зависимости от высоты вывешивания путевой решетки в рабочей зоне, различают: способ подведения балласта при «плавающих» шпалах (рис. 5.2, б), когда высота вывешивания относительно невелика, поэтому шпалы погружены в призму, и способ «свободных» шпал (рис. 5.2, в), когда они полностью приподнимаются над балластным основанием. Первый способ характерен для работ по выправке продольного профиля пути, а второй – для постановки пути на балластное основание.
Технологический процесс подъемки пути состоит из вывешивания путевой решетки на необходимую высоту Hвыв (см. рис. 5.2, а), сдвига Sсдв базового и возвышение hвоз (рис. 5.2, г) небазового рельса относительно первоначального уровня в сечении расположения подъемного рабочего органа, подведения балластного материала в образовавшееся пространство под подошвами шпал с одновременным планированием поверхности опирания шпал и опускания. В результате путевая решетка поднимается на новый уровень, расположенный выше первоначального на высоту технологической подъемки hпод.
В соответствии с используемой технологией разработаны принципиальные конструктивные схемы машин (рис. 5.3), реализующие методы работы:
а) с полной опорой на рельсы с дозированием и вывешиванием путевой решетки на участке между двумя опорно-ходовыми устройствами: хоппер-дозаторы; электробалластеры (ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К); прицепные однопролетные путеподъемники (МПП-5, МРП-600 и др.);
б) с опорой на земляное полотно или лежащий балластный материал – путеподъемники циклического действия (МПТС-1К, ПРМ-3Г и др.).
Большинство путевых машин используют метод с опорой на балласт с двух сторон участка вывешивания, т.к. прижатие путевой решетки в двух точках стабилизирует ее положение во время работы с способствует более точной установке. Методы с частичной опорой на рельсы и с опорой на основание используются реже, т.к. в этом случае положение путевой решетки на участке вывешивания недостаточной фиксируется, поэтому она ложится на балласт менее точно.
5.2. Электробалластеры ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К
Электробалластеры являются универсальными многооперационными высокопроизводительными машинами непрерывного действия, предназначенными для постановки пути на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, предусмотренных действующей системой ведения путевого хозяйства. Электробалластеры выполняют дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути, срезку балласта у торцов шпал, планировку откосов и междупутных зон призмы, подъемку путевой решетки на формируемый балластный слой. Производят грубую выправку и рихтовку пути, оправку обочин земляного полотна, работы на щебеночных базах для формирования штабелей балластных материалов, подъемку пролетных строений малых мостов при ремонте. К настоящему времени наибольшее распространение на сети ОАО «РЖД» нашли двухсекционные электробалластеры пролетного типа ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3МК и ЭЛБ-4К [57, 70].
База для размещения рабочего оборудования у всех электробалластеров принципиально одинакова. Электробалластер ЭЛБ-4К (рис. 5.4, а) состоит из двух секций – направляющей и рабочей. Экипажную часть направляющей секции составляет сварная ферма 4 с двумя балками двутаврового сечения, соединенными поперечными связями. В передней части ферма опирается на двухосную ходовую тележку 34, а в средней части – на четырехосную ходовую тележку 29. Экипажная часть рабочей секции включает сварную ферму 7 аналогичного устройства. Ферма в задней части опирается на путь посредством двухосной ходовой тележки 13, а в передней части – на ферму направляющей секции через сферический шарнир 27, позволяющий обеспечить компенсацию относительных угловых смещений ферм при движении в кривых, через переломы продольного профиля, а также по неровностям. Максимальное значение угла относительного поворота ферм jmax = 17° 24¢, что позволяет электробалластеру проходить кривые радиусом R = 100 м и более. Фермы соединены друг с другом двумя тягами 5 с пружинными амортизаторами. Тяги располагаются выше шарнира и служат для повышения поперечной устойчивости рабочей секции за счет передачи части опрокидывающих моментов на направляющую секцию, а также для предотвращения чрезмерного поперечного раскачивания рабочей фермы при движении. Электробалластер оборудован автосцепками 11, тормозной системой с пневматическим приводом и сигнальными устройствами.
Основное технологическое рабочее оборудование электробалластера включает дозатор 33, размещенный на ферме направляющей секции, подъемно-рихтовочное устройство 20 (ПРУ), балластерные рамы 21, рабочий орган рихтовки пути (рихтующая балка) 22 и рабочий орган для динамической стабилизации пути 17 с электроприводом 16, расположенные на ферме рабочей секции.
Кроме того, электробалластер оснащён вспомогательными рабочими органами. Безопасное движение ходовых тележек по рельсовой колее обеспечивают пассивные 32 и активные 31 рельсовые щетки и пассивные шпальные щетки 14, которые сбрасывают балласт с рабочих поверхностей головок рельсов и сметают его с поверхностей шпал. Устройство 19 для пробивки балласта в шпальных ящиках предотвращает его зависание при вывешивании путевой решетки. Для уплотнения балласта у торцов шпал служат два виброуплотнителя 30, по конструктивному устройству аналогичные уплотнителям машины ВПО-3-3000.
Контрольно-измерительная система рихтовки пути содержит измерительные тележки 28, 26, 23. 15 и трос-хорду 18. Устройством 25 обеспечивается прижим РШР при рихтовке пути в четырехточечном режиме измерения (см. главу 10).
При работе машина передвигается тепловозом. Управление рабочими процессами производится из передней 2 и центральной 6 кабин, и пультов управления 24, расположенных под центральной кабиной. Задняя кабина 10 используется для бытовых нужд экипажа машины.
Источником энергии служит дизель-электрический агрегат 1 переменного тока. Машина имеет два насосных агрегата 3, 9. Для привода рабочих органов применены электрические, гидравлические и пневматические трансмиссии. В нестандартных ситуациях используется дополнительный дизель-электрический агрегат 8. Кинематическая схема вписывания электробалластера в круговую кривую (рис. 5.4, б) обеспечивает нахождение ПРУ всегда по оси пути в круговой кривой и на прямой, т.к. конструктивные расстояния между шкворневыми сечениями ходовых тележек, осью междуферменного шарнира и ПРУ выбраны с учетом осевой симметрии в плане относительно междуферменного шарнира. Это упрощает управление корректировочными смещениями ПРУ при работе в кривых. При работе в переходных кривых и проходе сопряжений пути необходимо производить дополнительные корректировочные смещения ПРУ для предотвращения одностороннего сдвига пути с проектной оси (см. п. 5.4).
| Техническая характеристика | Ед. |
| Минимальный радиус проходимых кривых, м | 100 |
| Скорость при подъемке пути, км/ч | до 10 |
| Скорость при рихтовке пути, км/ч | до 5 |
| Скорость при стабилизации пути, км/ч | до 3 |
| Высота подъемки РШР, мм | 350 |
| Величина сдвига пути, мм | ± 250 |
| Перекос пути в обе стороны, мм | 200 |
| Управление рабочими органами | дистанционное |
| Обслуживающий персонал, чел | 4 |
5.3. Рабочие органы электробалластеров
(устройство, технология применения)
Подъемно-рихтовочное устройство (ПРУ) электробалластера служит для установки путевой решетки в требуемое положение и выполняет: Hвыв – вертикальные перемещения в продольном профиле (вывешивание) базового рельса, Sсдв – сдвиг в горизонтальном направлении (в плане), hвоз – возвышение небазового рельса над базовым (см. рис. 5.2, г). Для выполнения этих функций ПРУ имеет захватные устройства и механизмы подъема сдвига и перекоса путевой решетки.
На электробалластерах в качестве захватных устройств применены электромагнитно-роликовые захваты, позволяющие удерживать с требуемым усилием прижатия рельс. ПРУ электро-балластера ЭЛБ-4К имеет восемь таких захватов, подвешенных через систему балансирных балок на механизме сдвига, подъема и перекоса путевой решетки. Каждый захват имеет два ролика, которые при работе катятся по рельсам. Корпус выполнен из электротехнической стали и является одновременно Ш-образным сердечником для обмоток электромагнитов. К корпусу прикреплены полюсные наконечники. Расстояние между полюсными наконечниками ~ 1 мм от поверхности катания головки рельса регулируется эксцентриками опорных роликов захвата. Обмотки всех электромагнитов ПРУ соединены последовательно че-рез перемычки и питаются постоянным током напряжением 220 В. Каждый такой захват сверху закрыт кожухом из немагнитного материала (алюминия).
Механизм подъема, сдвига и перекоса путевой решетки электробалластера ЭЛБ-4К (рис. 5.5) включает в себя два червячных редуктора 4, установленных на раме 2, входные валы которых через муфту соединены с электродвигателями 3 переменного тока. Внутри червячное колесо каждого редуктора имеет винтовую нарезку, которая взаимодействует с винтом 5. Винты, в свою очередь, соединены с пружинными амортизаторами 6, внутри которых также имеется разрушаемый элемент предельного вертикального усилия, которое может возникнуть при прижиме путевой решетки и отказе концевых выключателей. Амортизаторы установлены в вертикальных направляющих и через шарнирные узлы 7 соединены с вертикальными тягами 8. Тяги через шарнирные узлы 17 соединяются с поперечной балкой 12. В результате образуется шарнирный параллелограммный механизм, позволяющий производить боковой сдвиг путевой решетки без нарушения ее положения по уровню.
Привод сдвига осуществляется от четырех гидроцилиндров 15, которые проушинами корпусов через кронштейны 16 и шар-нирные узлы соединены с фермой 1, а проушинами штоков – с центральной осью 21. В средней части на оси установлен каток 20, взаимодействующий с вертикальными тягами 8. Ось через катки 14 опирается на поперечные направляющие.
Таким образом, подъем каждой рельсовой нити (соответственно и перекос путевой решетки) осуществляется отдельным электродвигателем 3, а сдвиг при работе гидроцилиндров 15, отклоняющих вертикальные тяги.
Восемь электромагнитно-роликовых захватов 9 подвешены на поперечной балке 12 через балансирную систему, позволяющую скомпенсировать вертикальный изгиб путевой решетки при ее вывешивании. Система включает продольную балансирную балку 11, подвешенную через шарнирные узлы 18 на балке 12, и балансиры 10, установленные на поперечных осях балки 11. На них шарнирно закреплены захваты. Усилие сдвига пути передается через горизонтальные рихтующие ролики 19, оси которых установлены на балке 11.
Балластерные рамы (рис. 5.6) состоят из двух рам 7 с рассекателями 11, на которых при работе стержней 10 закрепляются струнки 8, представляющие собой стальные стержни круглого сечения с дополнительными звеньями, предотвращающими излом струнок. Подъем рам и опускание их в рабочие положения осуществляется механизмами, состоящими из верхней 5 и нижней 6 параллелограммных рам, соединенных через шарнирные узлы с одной стороны с балластерной рамой 7, а с другой – с кронштейном 9, неподвижно установленным на ферме 3. Эти элементы образуют шарнирный параллелограммный четырехзвенник, обеспечивающий вертикальную ориентацию рам 7 в любом положении по высоте. Подъем и опускание каждой рамы осуществляется гидроцилиндром 1, закрепленным корпусом через шарнирные узлы на кронштейне 2, и соединенным с рамой про-ушиной штока шарнирно. Балластерные рамы установлены по оси расположения ПРУ и работают с ним совместно, обеспечивая разравнивание и подведение балласта под шпалы при вывешивании путевой решетки (см. рис. 5.2, б, в).
Рихтовка пути может производиться с использованием ПРУ, однако в этом режиме зачастую не обеспечивается необходимая точность постановки РШР в требуемое положение, т.к. система в целом имеет много люфтов, включая зазоры между рихтующими роликами и головками рельсов. Существенные усилия сдвига РШР в балласте передаются через один рихтующий ролик на одну рельсовую нить, что повышает вероятность повреждения скреплений и кантования рельса. Есть конструктивные сложности компоновки устройства для измерения стрелы изгиба в плане по оси ПРУ или рядом с ним. Это привело к необходимости разработать дополнительно специальный рабочий орган рихтовки пути, называемый также рихтующей балкой.
Рабочий орган рихтовки пути (рис. 5.7) состоит из захватной части, включающей в себя правый и левый кронштейны 11 с выдвижными балками 10, которые при работе опираются на рельсы через ролики 16 с ребордами. Горизонтальный захват рельсовых нитей за головки с внутренней стороны производится рихтующими роликами 9, а с наружной – прижимными роликами 6. Рихтующие ролики установлены на выдвижных балках, а прижимные – на объемлющих рычагах. Гидроцилиндрами 4 производится поворот рычагов 5 для отвода или прижима роликов 6. Принципиально, устройство механизма сдвига пути аналогично устройству механизма сдвига ПРУ машины ВПО-3-3000С (см. рис. 10.68). Внутри центральной балки 7 установлены гидроцилиндры 8, соединяющие ее через шарнирные узлы с выдвижными балками. Этими гидроцилиндрами производятся необходимые сдвиги путевой решетки при рихтовке и движения выдвижных балок при приведении рабочего органа в транспортное и рабочее положения. Реактивные усилия, возникающие при рихтовке, передаются на ферму 1 машины через шарнирный узел 12, реактивный кронштейн 17, шарнирные узлы 18 и кронштейн 13. Гидроцилиндры 3, закрепленные через универсальные шарнирные узлы на кронштейнах 2, служат для вертикального перемещения рабочего органа, а также, при необходимости, для прижима путевой решетки.
Усилие сдвига при рихтовке, значение которого может достигать 110 кН, передается на путевую решетку через две рельсовые нити, что снижает вероятность повреждения скреплений.
Дозатор электробалластера (рис. 5.8) монтируется на ферме направляющей секции и состоит из центрального щита 12, установленного в направляющих, позволяющих ему перемещаться вертикально с помощью двух гидроцилиндров 8, соединенных с ним шарнирно через штоки. Корпуса гидроцилиндров через другие шарнирные узлы подвешены на неподвижных кронштейнах 6. На центральном щите через петлевые шарниры 14 установлены правое и левое составные шарнирные крылья. Каждое крыло включает в себя корневую часть 19, соединенную с центральным щитом петлевыми шарнирами 14. К корневой части через шарнирные узлы снизу прикреплено крыло 20, а сверху – тяга 3. Эти же элементы через другие шарнирные узлы соединены с подкрылком 2, образуя в вертикальной плоскости шарнирный параллелограммный четырехзвенник, позволяющий нижней рабочей кромке подкрылка сохранять неизменную ориентацию относительно горизонта при опускании крыла. К подкрылку через вертикальный шарнир присоединен козырек 1, предотвращающий при работе дозатора потери балласта.
Подъем и опускание крыла производится телескопической наклонной тягой 4 с приводом от гидроцилиндра. Для раскрытия и прикрытия крыла служит механизм, состоящий из наклонной тяги 15, которая через универсальные шарнирные узлы 11, 18 соединена с крылом 20 и ползуном 10. Ползун установлен на продольных направляющих 9 и соединен шарнирно с гидроцилиндром 13. При движениях штока этого гидроцилиндра происходит поворот крыла в плане для изменения ширины захвата балласта на обочинах.
Конструкцией дозатора предусмотрена работа как в прямом направлении движения – направляющей секцией вперед, так и в обратном. При движении назад производится срезка излишков балласта. Возможна также работа по дозированию при развороте крыльев в другую сторону. В этом случае снимаются тяги 15, а удержание крыла под напором балласта в требуемом положении осуществляется цепью, закрепляемой на проушине крыла и на ферме.
При работе дозатора производится маневрирование положением крыла в соответствии с положением направляющей секции относительно пути и требуемыми размерами балластной призмы. В транспортном положении, как и другие рабочие органы, дозатор закрепляется винтовыми стяжками и устанавливается на кронштейны 16, 17.
5.4. Основы расчета электробалластеров
Расчеты электробалластеров и других машин для балластировки и подъемки пути выполняются с целью выбора технических и технологических свойство машин, позволяющих гарантировать их надежную работу, транспортировку и техническое обслуживание в заданных условиях. Ниже рассмотрены методики выполнения базовых расчетов этого класса машин.
5.4.1. Расчет усилий подъема и сдвига стыкового пути
При работе подъемно-рихтовочное устройство электробалластера производит вывешивание путевой решетки (изгиб рельсов в продольной плоскости), сдвиг в плане (изгиб в плане) и перекос (изгиб, сочетаемый с кручением).
Расчетное усилие подъема путевой решетки P, Н, определяется при заданных параметрах путевой решетки и погонной нагрузки q, Н/см, заданной высоте вывешивания Hвыв, см (не более 35 см) и технологической подъемки hпод пути, см. Расположение ПРУ задано размерами aр, bр, Lр = aр + bр, см (рис. 5.9).
Погонное сопротивление q подъему путевой решетки:
(5.1)
где qпр – погонный вес путевой решетки, Н/см;
qб – погонное сопротивление балласта подъему в начальный момент на высоту до 25 см, Н/см; (qпр, qб – принимают по табл. 5.1);
k – коэффициент, зависящий от объема дозировки и типа верхнего строения пути (k = 1,96 Н/см).
Таблица 5.1. Характеристики рельсошпальной решетки
В результате действия погонной нагрузки q вывешенная путевая решетка провисает. Характер провисания решетки зависит от технологических параметров процесса (Hвыв, hпод), весовых q и упругих характеристик путевой решетки: E – модуля упругости рельсовой стали, Н/см2 (E = 20,6•106 Н/см2), Ix– момента инерции поперечных сечений двух рельсов относительно главных горизонтальных осей, см4 (для рельсов Р-65 Ix = 2•3548 = 7096 см4), конструктивных размеров машины (aр, bр, Lр).
При относительно небольшой величине Hвыв (см. рис. 5.9, а) усилие P уравновешивается погонной нагрузкой q на длине упругой полуволны (a + b). Это случай свободного провисания без защемления упругой полуволны по концам. Граничные точки 1 и 2 не достигают колесных пар, расположенных в точках A и C. На отрезках пути A–1 и 2–C путевая решетка лежит на балласте, поэтому в граничных точках расчетные реактивные усилия нулевые, а действуют только реактивные изгибающие моменты M1 и M2.
При увеличении высоты вывешивания Hвыв граничные точки 1 и 2 удаляются от оси ПРУ, пока одна из точек (см. рис. 5.9, б – это точка C) не будет достигнута. В сечении пути C возникает дополнительное расчетное реактивное усилие R2, ограничивающее дальнейшее распространение упругой полуволны изгиба. При дальнейшем увеличении Hвыв и другой конец упругой полуволны достигает точки прижима (в точке A). В этом сечении пути также возникает дополнительное расчетное реактивное усилие R1.
В расчетных схемах принято, что усилие подъема P сосредоточено в одной точке по оси ПРУ, погонная нагрузка q распределена равномерно по длине вывешенного участка, путь стыковой, у которого условно отсутствуют продольные растягивающие усилия, связанные с увеличением длины упругой линии на вывешенном участке. Изменения длины компенсируются изменениями стыковых зазоров.
Для определения усилия подъема путевой решетки P сначала необходимо оценить характер вывешивания путевой решетки (определить расчетный случай), а затем произвести расчет.
Расчет начинается со схемы упругого изгиба, показанной на рис. 5.9, в. Путевая решетка представляется неразрезной, упругой балкой, находящейся под действием приложенных к ней статических силовых факторов. Для такой балки применим известный из курса сопротивления материалов метод начальных параметров.
Уравнение прогибов путевой решетки на участке aр:
(5.2)
уравнение углов поворота упругой линии путевой решетки на длине Lр:
(5.3)
уравнение прогибов на длине Lр:
(5.4)
Для определения расчетного случая изгиба путевой решетки необходимо определить значения реактивных сил R1 и R2 на границах участка изгиба. Для этого уравнения метода начальных параметров дополняются двумя уравнениями равновесия: проекций сил на вертикальную ось Z и моментов относительно точки C:
(5.5)
. (5.6)
После совместного решения пяти последних уравнений алго-ритм определения усилия вывешивания P путевой решетки преду-сматривает операции, описанные ниже.
Сначала необходимо определить знаки реактивных усилий R1 и R2 для задачи на рис. 5.9, в. Положительный знак усилия соответствует случаю защемления упругой линии изгиба граничной прижимающей колесной парой, а отрицательный – отсутствию такого защемления (упругая полуволна не дошла до колесной пары). Усилие вывешивания и реактивные усилия определяются по формулам, Н:
(5.7)
(5.8)
(5.9)
Пример 5.1. Определим усилие P, развиваемое ПРУ электро-балластера ЭЛБ-4К при вывешивании путевой решетки (рельсы Р-65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный). Высота вывешивания Hвыв =35 см, подъемки hпод = 10 см. Расчетное положение ПРУ характеризуется: aр = 1232,5 см, bр = 1417,5 см, Lр = 2650 см.
Вычислим по формуле (5.1) расчетную погонную нагрузку с учетом данных в табл. 5.1: q = 70,6 + 95 – 1,96 • 35 = 234,2 Н/см. Далее по формуле (5.7) определим, исходя из предположения о защемлении упругой линии ограничивающими колесными парами, усилие подъема:
По формулам (5.8) и (5.9) определим значения реактивных усилий слева и справа у колесных пар:
Можно сделать вывод, что наблюдается свободное провисание путевой решетки на обоих участках полуволны (см. рис. 5.9, а). Для определения фактического усилия вывешивания P необходимо последовательно уменьшать значения aр и bр и производить повторные вычисления до тех пор, пока значения R1 и R2 не станут равными нулю. Точный результат расчета a = 829 см, b = 806 см, а усилие P = 383141 Н (~383 кН).
Частный случай общей задачи определения усилия вывешивания путевой решетки – это свободное вывешивание при отсутствии технологической подъемки (hпод = 0). Для этого случая при a = b = L/2 и P =qL, после подстановки в (5.7) и преобразований, получим известную зависимость:
(5.10)
Формулы (5.7)–(5.9) применимы для определения общего подъемного усилия в случае, если имеет место вывешивание обоих рельсовых нитей на одинаковую высоту Hвыв. Для более точной оценки усилий подъема правой и левой рельсовых нитей необходимо учитывать дополнительные динамические нагрузки при движении, а также кручение путевой решетки при изменении положения по уровню. Точный учет этих факторов возможен в более сложных расчетных схемах. Для их учета ВНИИ транспортного строительства рекомендует расчетное значение усилия для одной рельсовой нити умножать на поправочный коэффициент b = 1,3. Исходя из этого усилия определяются конструктивные параметры захватных устройств для путевой решетки. В случае применения электромагнитно-роликовых захватов рассчитывается необходимое количество катушек электромагнитов, с учетом того, что одна катушка при нормальном воздушном зазоре несет нагрузку Pкт = (13,3-15,7)•103 Н.
Прочностной расчет элементов подъемного механизма ПРУ производится исходя из условия, что в критической по нагружению ситуации, должен произойти сброс путевой решетки, а не обрыв или пластические деформации элементов механизма. Для схемы механизма подъема ПРУ (рис. 5.11) расчетное значение усилия, передаваемое одним винтом, Н:
(5.11)
где Gмп – вес поднимаемых частей двух механизмов подъема, Н.
Расчетное усилие сдвига путевой решетки Q определяется для принятых допущений: решетка на всем участке изгиба вывешена с отрывом шпал от балластного основания, шпалы не погружены в балласт, отсутствуют продольные усилия изгиба, связанные с удлинением упругой линии изогнутого в плане пути. Пусть из исходного положения на прямой путевая решетка в сечении расположения ПРУ сдвинута на величину Sсдв. Усилия сдвига Q определены также методом начальных параметров.
Уравнение смещений упругой линии на участке ah:
(5.12)
уравнение углов поворотов на участке Lр:
(5.13)
уравнение смещений упругой линии на участке Lр:
(5.14)
Дополнительные уравнения равновесия для рассматриваемой модели не требуются.
После совместного решения уравнений, найдем, Н:
(5.15)
В формулах Kж – опытный коэффициент, учитывающий повышение поперечной жесткости путевой решетки, которое обусловлено скреплениями рельсов со шпалами (см. табл. 5.1).
Таблица 5.2. Характеристики рельсов
Для частного случая aр = bр = L/2 получим известную зависимость:
(5.16)
При сдвиге пути ПРУ электробалластера усилие передается на боковую поверхность головки одного рельса через один рихтующий ролик. При расчетах рихтующей балки, так как сдвиг РШР производится в балласте, необходимо учитывать погонное боковое сопротивление сдвигу qг, Н/см. В этом случае расчетная схема аналогична описанной для вывешивания РШР в вертикальной плоскости.
5.4.2. Расчет усилий подъема и сдвига бесстыкового пути
Силы вывешивания и сдвига в плане бесстыковой путевой решетки рассчитываются с учетом действия продольной силы Pпр, возникающей вследствие удлинения упругой линии по отношению к ее исходному горизонтальному положению.
В соответствии с законом Гука, продольное усилие для двух рельсовых нитей пропорционально их относительному удлинению и продольной жесткости, Н:
(5.17)
где F – площадь поперечного сечения одного рельса (табл. 5.2), см2;
E – модуль упругости рельсовой стали, Н/см2;
Lв, L – длины путевой решетки на участке вывешивания, соответственно, в изогнутом и лежащем на основании положениях, см.
Из курса дифференциальной геометрии известно, что длина кривой линии в прямоугольной системе координат:
(5.18)
где z'(x) – первая производная по x от выражения для упругой линии в системе координат AXZ (рис. 5.9, г), т.е., это выражение углов поворотов сечений рельсов в вывешенном состоянии, рад.
После составления уравнения углов поворотов упругой линии и подстановок в приведенное выражение приходим к необходимости вычисления достаточно сложного определенного интеграла численным методом. Усилия растяжения Pпр при подъеме двух рельсовых нитей басстыкового пути определяют по эмпирическим зависимостям:
для рельсов Р-65:
для рельсов Р-50
где Hвыв – высота вывешивания путевой решетки, см.
Эти формулы отражают максимальное усилие, которое может возникнуть в начальный момент вывешивания путевой решетки на заданную высоту. Электробалластер еще не начал движение, поэтому отсутствует технологическая подъемка пути hпод.
Упрощенная схема, поясняющая механизм возникновения дополнительного усилия подъема Pдоп, Н, показана на рис. 5.9, г. В точке B по оси ПРУ поперечные сечения рельсов, ввиду несимметричной схемы вывешивания, повернуты на угол qв, рад, относительно вертикали. В первом приближении, применив расчетную схему вывешивания путевой решетки стыкового пути (см. п. 5.4.1), указанный угол можно вычислить по формуле:
(5.19)
Здесь граничный реактивный момент M1 вычисляется по формуле:
(5.20)
Граничное реактивное усилие находится по формуле (5.8).
Линия действия продольного усилия Pпр наклонена к оси X под тем же углом qв. В результате внутреннее продольное усилие, действующее на участки aр и bр, вызывает соответствующие дополнительные изгибающие моменты, Н•см:
(5.21)
(5.22)
Дополнительное усилие подъема Pдоп, обусловленное возникновением продольного растяжения рельсов, создает уравновешивающие моменты на плечах aр и bр, вычисляется по формуле:
(5.23)
где Kд = 1,0…1,5 – поправочный коэффициент, учитывающий упро-щения расчетной схемы и необходимость иметь запас подъемного усилия ПРУ при вывешивании путевой решетки.
При симметричном расположении ПРУ относительно пролетной части qв ® 0. Такой расчетный случай характерен для электробалластеров и машин на их базе.
Общее суммарное усилие вывешивания путевой решетки (здесь P – усилие, определенное исходя из схемы изгиба без возникновения продольной силы).
Продольные усилия в рельсах возникают при сдвиге путевой решетки бесстыкового пути в плане. При относительно небольшом сдвиге (Sсдв < 4…6 см) дополнительное продольное усилие не учитывают (Q = 0). Силу сдвига, развиваемую ПРУ, определяют по формуле (5.16). В случае, если сдвиг превышает указанные значения, дополнительное продольное усилие растяжения, приходящееся на два рельса, Н:
(5.24)
где L – длина участка изгиба, см; F – площадь поперечного сечения одного рельса, см2; Sсдв – величина сдвига путевой решетки, см.
Схема для определения дополнительного усилия сдвига, учитывающая возникновение продольной силы, аналогична схеме вывешивания путевой решетки в вертикальной плоскости (см. рис. 5.9). При несимметричной схеме изгиба возникает поворот поперечного сечения B в горизонтальной плоскости на угол qг, рад:
(5.25)
граничный реактивный момент находят по формуле, Н•см:
(5.26)
граничное реактивное усилие, Н:
(5.27)
Аналогично изгибу в вертикальной плоскости, вследствие действия дополнительного продольного усилия по линии действия, наклоненной под углом qг, возникают дополнительные изгибающие моменты, Н•см:
(5.28)
(5.29)
Дополнительное усилие сдвига путевой решетки в плане, обусловленное наличием продольной растягивающей силы, Н:
(5.30)
где Kд = 1,0–1,5 – поправочный коэффициент.
Суммарное расчетное усилие сдвига, Н:
(5.31)
При одновременном вывешивании и сдвиге бесстыковой путевой решетки в плане возникает косой изгиб с одновременным растяжением рельсов. Если не учитывать продольные температурные напряжения и напряжения, связанные с угоном пути (по технологическим требованиям перед работами по выправке бесстыкового пути производится разрядка напряжений), расчетные напряжения изгиба определяются по формуле Навье, Н/см2:
(5.32)
где Mвi, Mгi – максимальные изгибающие моменты в опасном i-ом сечении путевой решетки, действующие в вертикальной и горизонтальной плоскостях, Н•см; Wx, Wy – моменты сопротивления поперечного сечения одного рельса относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей, см3; F – площадь поперечного сечения одного рельса, см2.
Максимальный изгибающий момент может возникнуть по оси действия усилия ПРУ (сечение B на расчетных схемах) как для схемы изгиба путевой решетки в вертикальной плоскости, так и для схемы изгиба ее в горизонтальной плоскости. Максимальный изгибающий момент в сечении B, действующий в вертикальной плоскости, определится из уравнения равновесия правой полуволны изгиба относительно этого сечения, Н•см:
(5.33)
Аналогично определится максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости, Н•см:
(5.34)
При назначении параметров технологических режимов подъемки пути необходимо обеспечить отсутствие пластических деформаций рельсов, иначе говоря, продольные напряжения изгиба и растяжения не должны превышать допускаемых для рельсов Р-50 Н/см2 и для рельсов Р-65 Н/см2.
При необходимости провести точную оценку силовых фак-торов вывешивания путевой решетки и ее сдвига в плане при постановке пути на балластное основание необходимо разрабатывать и использовать более сложные расчетные схемы.
5.4.3. Расчет усилий, развиваемых приводами ПРУ
Для определения усилий P5, P6, Н, развиваемых левым и правым механизмами подъема и усилия сдвига P8, Н, развиваемого приводом сдвига (рис. 5.10), принимается, что РШР вывешена и сдвинута в плане. При этом вертикальная реакция рельсов P, Н, равномерно распределена между правым и левым захватными устройствами, а реакция сдвига Q, Н, приложена к левому рихтующему ролику (см. рис. 5.5). Шириной и высотой головки рельса пренебрегаем, считая усилия приложенными слева в одной точке 1. Усилие P8, Н, приложено к ползуну в точке 8 и передается на наклонную тягу длиной lт, см, в точке 7. Кроме того, на систему действует приведенная сила веса устройств ПРУ G3-5, Н.
В результате сдвига РШР га величину Sсдв, см, тяги отклоняются на угол , рад. Реакции R3-5, Н, и R4-6, Н, определятся из уравнений равновесия кинематического звена 1-3-4-2 относительно точек 3 и 4:
(5.35)
После подстановок и преобразований получим выражения для определения реакций тяг 3-5 и 4-6:
(5.36)
где lр, l3-4 – расстояния: от точек приложения реакций рельсов до уровня нижних шарниров тяг и между нижними шарнирами, см.
Рассмотрев условие равновесия сил, действующих в шарнирах 5, 6, в проекциях на вертикальную ось, получим искомые усилия P5, P6 приводов подъема:
(5.37)
где b = 1,3 – коэффициент увеличения расчетного усилия подъема, учитывающий перекос РШР, вызванный необходимостью устраивать возвышение наружного рельса в кривых и принимаемый по рекомендациям ВНИИ транспортного строительства.
При передаче сдвигающего усилия на наклонную тягу в точке 7 возникает реакция тяги Rт, Н, направленная к центру катка. Исходя из геометрических соображений, расстояние между точками подвеса тяги 5 и контакта с катком 7 , см (r – радиус катка, см). Учитывая, что тяга 3-5 работает на изгиб, воспринимая полностью усилия, связанные со сдвигом РШР, после составления уравнения равновесия моментов относительно шарнира 5 и анализа равновесия сил, приложенных в точке 8 в проекциях на горизонтальную ось, получим искомое усилие, развиваемое приводом сдвига ПРУ, Н:
(5.38)
Привод сдвига ПРУ составляют четыре гидроцилиндра, поэтому общее усилие P8 будет распределено между ними в соответствии с гидравлической схемой подачи масла в рабочие полости. По усилию на штоке гидроцилиндра определяются его конструктивные характеристики.
При выполнении прочностных расчетов элементов подъемного механизма ПРУ учитывается, что в критической по нагрузкам ситуации должен произойти сброс путевой решетки, а не обрыв или пластические деформации элементов механизма.
5.4.4. Расчет геометрических параметров дозатора
Дозатор электробалластера служит для распределения балласта и формирования типового поперечного профиля призмы с шириной поверху 310 – 340 см на прямых и криволинейных участках пути (при толщине балласта под шпалой от 35 до 76 см). Расчеты выполняются с целью: определить конструктивные параметры основных рабочих и приводных элементов дозатора, гарантирующих формирование балластной призмы заданного профиля, с одновременным вписыванием дозатора в габарит подвижного состава, кинематические параметры приводных устройств (ходы и скорости смещения штоков гидроцилиндров, длины направляющих, тяг и др.). Требуется также найти тяговые составляющие рабочих нагрузок в расчетных условиях и др.
Определение длины кромок режущих ножей дозатора при формировании балластной призмы заданного поперечного сечения на прямом участке пути (рис. 5.12). Балластная призма характеризуется параметрами: Bпл – шириной плеча, см; Bп = Lщп + 2Bпл – шириной балластной призмы поверху, см (Lшп – длина шпалы, см); крутизной откоса: iот, где iот = Bот/hпр (Bот – длина проекции откоса на горизонтальную плоскость, см; hпр – высота призмы, см). Ширина центрального щита Bщ, см. Пусть в плане поворотная часть дозатора наклонена под углом j к направлению движения Vм.
Для расчетной рассматриваемой геометрической схемы крыла дозатора получены следующие аналитические выражения:
длина режущей кромки ножа корневой части, см:
(5.39)
длина режущей кромки ножа крыла, см:
(5.40)
длина режущей кромки ножа подкрылка, см:
(5.41)
где S3 – расстояние от оси пути до оси поворота козырька, см.
При работе в кривых происходит наклон дозатора в поперечной плоскости вместе с наклоном корпуса направляющей сек-ции, а также его боковое смещение внутрь кривой. Для компенсации этих смещений производится изменение углов j поворота в плане правой и левой поворотных частей, а также изменение положений по высоте подкрылков.
Определение хода штока гидроцилиндра привода телескопической тяги подъема и опускания крыла и подкрылка дозатора (рис. 5.12).
Пусть определены геометрические размеры основных рабочих элементов дозатора, см:
lт – длина наклонной тяги, равная расстоянию между шарнирами крепления крыла;
hшр, Sшр – размеры, определяющие положения шарнирных соединений на подкрылке;
hc, Sc –размеры, определяющие положение шарнирного соединения
С относительно УВГР и петлевого шарнирного соединения корня и щита;
hкр – вертикальное расстояние от оси шарнирного соединения
D до режущей кромки подкрылка;
hA – высота расположения верхнего шарнира A крепления телескопической тяги от УВГР.
Ход штока должен быть достаточным, чтобы гарантировать при опущенном в рабочее положение щите дозатора опускание режущей кромки подкрылка на hн ниже УВГР, а при поднятом в транспортное положение из рабочего на высоту hщ щите дозатора, подъем подкрылка на hв выше УВГР. Соблюдение размера hв гарантирует размещение подкрылка с козырьком в верхней части габарита подвижного состава.
Обозначения размеров, соответствующих нижнему поло-жению подкрылка, приводятся с индексом 1, а верхнему – с индексом 2. Соответственно, lц1, lц2 – расчетные длины телескопической тяги при выдвинутом и втянутом положениях штоков. Ход штока гидроцилиндра, см:
(5.42)
где
Вертикальные hE1, hE2 и горизонтальные SE1, SE2 расстояния, характеризующие положения E1, E2 шарнирного соединения E:
(5.43)
Ход гидроцилиндров подъема щита дозатора равен высоте подъема hщ, см.
Определение хода штока гидроцилиндра механизма раскрытия крыла дозатора (рис. 5.13). Крайние положения крыла выбираются исходя из того, что максимально раскрытое крыло должно обеспечить формирование поперечного профиля балластной призмы с наибольшими типовыми размерами, а минимальное раскрытие должно обеспечить вписывание крыла в проектные очертания, определенные расчетом вписывания в габарит подвижного состава направляющей секции.
Введем компоновочные размеры рабочих элементов дозатора, см: lтк – длина тяги; lAF, lAE, lDE – размеры, определяющие длину поворотной части дозатора до конца козырька и положение универсального шарнира крепления тяги к крылу; hп, hD – вертикальные размеры относительно УВГР шарниров крепления тяги к крылу; SBC – горизонтальное смещение точки крепления тяги относительно продольной оси направляющей, смещенной в плане на Sп относительно продольной плоскости симметрии направляющей секции. Определим минимальный ход штока гидроцилиндра (ползуна) lц, см, гарантирующий достижение двух крайних положений раскрытия крыла, а также привязочные размеры lmax, lmin, см.
После анализа геометрических соотношений, найдем:
(5.44)
(5.45)
(5.46)
где
Расчетные схемы, рассмотренные выше, предназначены для типовой конструкции дозатора. При изменении конструкции дозатора должны быть применены иные расчетные схемы.
5.4.5. Определение усилий, действующих на дозатор
Для решения многих практических задач необходим анализ усилий, действующих на дозатор при работе или транспортировке. Вычисленные значения усилий используются в тяговых расчетах, в расчете устойчивости против схода с рельсов, в прочностных расчетах, расчетах параметров приводных элементов и др.
Рассмотрим методику определения тяговых сопротивлений, вызванных реакцией балластного материала при дозировке. В этом случае наблюдается прямое резание балласта щитом и косое резание поворотными частями крыльев с образованием призм волочения. На элементы дозатора действуют распределенные по рабочим поверхностям нагрузки. Для упрощения они условно приводятся к эквивалентным сосредоточенным силам, кН (рис. 5.14): 
– сопротивления срезанию слоев балласта щитом и поворотной частью, соответственно;
– сопротивления, вызванные трением образующейся призмы волочения о поверхность балласта, действующие на щит и поворотную часть;
– сопротивление, обусловленное трением балласта призмы волочения о поворотную часть при косом резании.
Если спроектировать указанные составляющие на направление рабочего движения Vм, считая углы поворота φ справа и слева равными, и просуммировать их, то получим составляющую сопротивления движению электробалластера при работе дозатора, кН:
(5.47)
Составляющие резания балласта, связанные со срезанием слоя, определяются как произведение удельного сопротивления резанию на площадь срезаемой стружки, кН:
(5.48)
где k – удельное сопротивление резанию (для песчаного балласта
k = (2-3)10-3 кН/см2,
для гравия k = (4-5)10-3 кН/см2, для щебня k = (5-9)10-3 кН/см2);
hщ, hк – толщины срезаемого щитом (hщ = 0-15 см) и поворотной частью (hк = 10-15 см) слоя балласта;
Lкi – суммарная длина по контуру резания балласта поворотной частью, см.
В случае закрытого положения козырька:
(5.49)
где Lпк, Lкр, Lкор – длины режущих кромок подкрылка, крыла и корня, см.
Составляющие реакции балласта, связанные с перемещением призмы волочения, кН:
(5.50)
(5.51)
где Hщ, Hк – высота призмы волочения перед щитом и поворотными частями
(не могут быть более высот соответствующих частей), см;
φот – угол естественного откоса балластного материала в движении (можно принимать
φот = 45°);
ρ – плотность материала (для рыхлого щебня
ρ = (1,6-1,8) 10-3 кг/см2);
g – ускорение свободного падения (g = 981 см/с2);
fб – коэффициент трения балласта о балласт (для щебня fб = 0,6-0,8).
Составляющая реакции балласта, связанная с трением движущегося балласта вдоль поворотной части, кН:
(5.52)
При работе дозатора в нормальном режиме должно быть гарантировано изменение положений его рабочих элементов под нагрузкой. Для расчетной схемы (рис. 5.14), в виде плоского шарнирно-рычажного механизма, найдем максимальное расчетное усилие Pц, развиваемое гидроцилиндром раскрытия поворотной части для случая, когда поворотная часть прикрывается (Fтк – усилием в тяге прикрытия крыла) из крайнего раскрытого положения, кН:
(5.53)
где Lпч – проекция поворотной части дозатора на горизонтальную плоскость, см;
LAB – расстояние вдоль поворотной части до универсального шарнира крепления тяги, см;
a – угол наклона проекции тяги к продольной плоскости направляющей секции, град.
Усилие, развиваемой гидроцилиндром подъема крыла с подкрылком, должно быть достаточным для вертикального перемещения поворотной части при дозировке в расчетных условиях. Усилие гидроцилиндра
(см. рис. 5.12) преодолевает вес поднимаемых частей, а также силы трения между балластом, при резании и перемещении призмы волочения, крылом и подкрылком.
На схеме:
Gкр, Gп – соответственно, веса крыла и подкрылка (с козырьком), кН,
– суммарное сопротивление вертикальному подъему крыла и подкрылка из балласта, обусловленные силами трения о балласт, кН:
(5.54)
где
– составляющие сил сопротивления перемещению крыла дозатора,
определяются по формулам (5.45), (5.48), кН;
fбк – коэффициент трения балласта о крыло (fбк = 0,4).
Заменив расчетные стержни силами в предположении, что они растянуты, получим схему действия сил на подкрылок. На схеме обозначены:
Fт – составляющая усилия шарнирного соединения E, обусловленного наличием тяги
AE, кН;
Fк – составляющая усилия шарнирного соединения D, обусловленная силами, действующими на подкрылок, кН. Кроме составляющей
Fк шарнирным соединением D воспринимаются усилия, приблизительно равные половине сил трения крыла о балласт
и веса крыла
Gкр, кН, которые принимаются направленными вертикально вниз;
Sшр, Sцт = 0,5(Sпк
- 2Sшп)– плечи приложения сил относительно шарнирного соединения
E.
После составления и решения уравнений статического равновесия, по методу вырезания узлов, получим выражение для определения силы, развиваемой гидроцилиндром, кН:
(5.55)
где
Некоторые обозначения приведены также на рис. 5.13.
5.4.6. Тяговый расчет балластера
Тяговый расчет выполняется для двух режимов работы балластера:
при дозировке, когда балласт в путь подается дозатором;
при подъемке задозированного пути, когда непрерывно поднимается путевая решетка, а балластерная рама струнками разравнивает балласт под поднятой путевой решеткой.
При расчете определяют сопротивления движению машины, суммарное значение которых не должно превышать силы тяги локомотива по сцеплению.
Сопротивление движению балластера при дозировке:
(5.56)
где Wдоз – сопротивление движению дозатора, кН, определяется по формуле (5.47);
Wшщ – сопротивление движению шпально-рельсовой щетки, кН: Wшщ =
qщlщ;
qщ – удельное погонное сопротивление кусков стальных канатов щетки
на 1 м при стреле прогиба их 10 см (qщ = 2…3 кН/м);
lщ – длина щетки с набором кусков канатов, м;
Wрщ = 0,75 Wшщ – сопротивление движению балластера как повозки (см.п. 2.8).
Суммарное сопротивление движению балластера при подъемке пути:
(5.57)
где Wэмаг – сопротивление движению от механизма подъема путевой решетки (магнитов), кН;
Wрам – сопротивление движению от балластерных рам и струнок, кН.
Сопротивление Wэмаг определяется по формуле:
(5.58)
где Pприт = Pэмаг – P – оставшееся усилие притяжения рельсов электромагнитами после вычета усилия отрыва, кН;
Pэмаг – расчетная подъемная сила электромагнитов подъемника, кН;
P – усилие вывешивания путевой решетки определяется по формуле (5.7) или (5.10);
µ1 – коэффициент трения качения о рельс опорного ролика электромагнита (µ1 = 0,06 см);
f – коэффициент трения шарикоподшипников (f = 0,02); d – диаметр цапфы ролика, см;
β – коэффициент увеличения сопротивления с учетом горизонтального усилия (β = 2-2,5);
Dр – диаметр ролика, см.
Сопротивление балластерной рамы, кН:
(5.59)
где Fр – площадь торцевой части рамы, погруженной в балласт, см2;
fс
= kпсdстlстnст – приведенная площадь струнок, см2 (где
kпс – коэффициент приведения площади kпс = 1,45);
dст – диаметр стержня (струнки), см; lст – длина струнки, см;
nст – число струнок, включенных в работу, шт.;
k – удельный коэффициент сопротивления резанию (см. пояснения к формуле (5.48)).
Необходимая сила тяги локомотива должна быть, кН:
(5.60)
где ξ – коэффициент запаса на неучтенные сопротивления для обеспечения устойчивой работы балластера.
5.4.7. Смещение пути на кривыхх
Подъемно-рихтующее устройство (ПРУ) электробалластера, когда оно находится на прямой или круговой кривой, то его ось совпадает с осью пути. Вместе с тем, при подъемке пути на круговой кривой происходит его смещение внутрь кривой. Это объясняется тем, что в кривых наружная рельсовая нить выше внутренней. Поэтому подъемка пути ПРУ осуществляется по наклонной плоскости ab (рис. 5.15, а), а после прохода машины РШР опускается по вертикали bc. В результате этого происходит смещение оси пути на величину
(5.61)
где H – величина подъемки пути, мм; a – угол наклона пути к горизонту, град.
Для малых углов наклона пути к горизонту можно принять , тогда , а формулу (5.61) записать в виде:
(5.62)
где h – высота возвышения наружной рельсовой нити в кривой, мм;
S1 – расстояние между осями рельсовых нитей, равное 1600 мм.
Например, при H = 400 мм (ЭЛБ-4К) и h = 150 мм величина смещения оси пути в круговой кривой составляет e = 37,5 мм. Чтобы в процессе подъемки пути на круговой кривой не происходило смещение его внутрь кривой, необходимо при въезде на нее сместить механизм сдвига на величину eh наружу кривой. Если не вводить корректировку в положение ПРУ на кривой, то при движении рабочей секции по поднятому пути, величина смещения накапливается и возрастает до величины e = 1,5 eh. Для приведенного примера смещение достигает eh ~ 60 мм.
На переходных кривых (ПК), где радиус кривизны непрерывно изменяется от в начале переходной кривой ((НПК) до на круговой кривой в точке конца переходной кривой (КПК), ось ПРУ не совпадает с осью пути. Вследствие этого при движении машины по ПК в направлении от НПК к КПК (входная ПК) подъемное устройство располагается снаружи кривой (рис. 5.15, б), а при движении машины по ПК от КПК к НПК (выходная ПК) подъемное устройство располагается внутри кривой (рис. 5.15, в). На схемах рис. 5.15, б, в кривыми линиями показаны входные и выходные переходные кривые, а прямыми линиями секции ЭЛБ: С1 – рабочая и С2 – направляющая. Ходовые тележки обозначены Т1, Т2, Т3. Величина смещения eвх(вых) подъемного устройства с оси пути для входной и выходной ПК (балластер полностью находится на переходной кривой) равны между собой и для современных электробалластеров ЭЛБ-3МК и ЭЛБ-4К находятся по формуле, мм
(5.63)
где R – радиус круговой кривой, м; l0 – длина переходной кривой, м.
Смещение по формуле (5.63) зависит только от величины радиуса круговой кривой, которую данная переходная кривая со-прягает с прямой, и длины переходной кривой. Существенное отличие смещения ПРУ на входной ПК от выходной заключается в том, что смещение на входной ПК направлено наружу кривой, а на выходной оно направлено внутрь кривой. При проходе сопряжений пути (НПК, КПК и др.) величины смещений непрерывно изменяются. Так, при въезде ЭЛБ на переходную кривую (см. рис. 5.15, б) смещение подъемного устройства с оси пути начинается еще на прямой перед НПК. В точке расположения на расстоянии, кратном 7,55 м (для ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К) перед НПК, смещение уже достигает половины того смещения, которое имеет место на ПК. При выходе машины с переходной кривой на прямую смещение уменьшается еще в пределах ПК, и в точке НПК оно уже практически равно нулю, однако полный проход сопряжения завершается на расстоянии 15 м за точкой НПК. Величину смещений при проходе сопряжений можно найти по методике [13].
При проходе сопряжения «прямая – круговая кривая» максимальное смещение ПРУ с оси пути , мм (где l – расстояние между ходовыми тележками Т2 и Т3, м; R – радиус круговой кривой, м).
Поскольку на ПК смещение ПРУ электробалластера с оси пути происходит по двум причинам: во-первых, из-за непрерывного изменения кривизны пути eвх(вых) и, во-вторых, из-за наличия возвышения наружного рельса eh, суммарное смещение
(5.64)
где знак «–» относится к входной ПК, где eвх(вых) направлено наружу кривой, а знак «+» относится к выходной ПК, при eвх(вых) направленном также, как и eh внутрь кривой.
Суммарный график смещений e ПРУ для кривой R = 600 м, l0 = 100 м и h = 100 мм приведен на рис. 5.15, г. На оси графика в продольном масштабе 1:200 (5 мм – 10 м) отложены l0вх и l0вых (точки НПК и КПК). Поскольку на круговой кривой ПРУ смещается на мм внутрь кривой, то в точках КПК в масштабе 1:1 отложены вверх точки b и c на расстоянии 25 мм от горизонтальной линии m – d , затем прямыми линиями соединены точки a, b, c, d. Ординаты полученной трапеции отражают величины смещения наружной рельсовой нити. На ПК смещение меняется также, как и возвышение, по закону прямой наклонной линии, а на КК оно остается постоянным. Смещение подъемного устройства на ПК для принятых значений находим по формуле (5.62): мм. На входной ПК смещение направлено наружу кривой и начинается на расстоянии примерно 30 м перед НПК, а в точке ЕПК достигает почти полного значения eвх(вых). При выходе на КК смещение продолжается после КПК на расстоянии 15 м. На графике от НПК в масштабе отложено расстояние начального смещения пути – точка m, в самой точке НПК отложена ордината ae смещения eвх(вых).= 19 мм в масштабе 1:1. Из точки e проводим линию, параллельную ab (в целях суммирования графиков) до точки f, расположенной на расстоянии 15 м за точкой НПК, и соединяем точки f и m1 прямой. Аналогично производится построение графика eвх(вых) и для выходной ПК. Здесь учитывается, что что смещение eвх(вых) направлено внутрь колеи и отображается графиком m2, g, k, m3, a, c, наложенным на график смещений eh. Ординаты заштрихованной площади графика, относительно горизонтальной линии m – n, представляют собой суммарные ординаты . Из графика видно, что в рассматриваемом конкретном примере практически можно на протяжении входной переходной кривой не вносить коррективы в положение ПРУ на машине, так как смещение его не превышает 19 мм. Но перед выездом на круговую кривую необходимо этот механизм сместить относительно продольной оси машины наружу кривой на 25 мм, затем при подходе к КПК это смещение увеличить до 44 мм и затем на протяжении всей выходной ПК уменьшить смещение до 19 мм перед НПК, а в самой точке НПК, смещение свести до нуля. Если такое смещение ПРУ относительно продольной оси машины не выполнить, то на протяжении всей круговой кривой путь сместится внутрь на 40 мм, а в конце ее на 60 мм. Описанный процесс управления смещением ПРУ на рабочем ходу электробалластера – трудно выполнимая задача. Современные электробалластеры оснащаются контрольно-измерительной системой рихтовки пути, что упрощает управление в ручном режиме, а также дает возможность реализовать автоматизированные методы работы по расчету с предварительной записью положения пути в плане.
5.5. Планировщик балласта ПБ-01
(устройство,
технология применения)
Машина предназначена для планирования и перераспределения свежеотсыпанного балласта при всех видах ремонта и текущем содержании железнодорожного пути, а также может применяться при его строительстве. Она производит планирование материала по всей ширине балластной призмы, его перераспределение внутрь или наружу колеи, переброску справа налево или слева направо между зонами примыкания к торцам шпал (откосной или междупутной). Кроме того, машина очищает рельсовые скрепления от балласта и производит обметание поверхностей шпал с выбросом в сторону излишков балласта.
Экипажная часть планировщика балласта ПБ-01 состоит из сварной рамы 2 (рис. 5.16), которая опирается на переднюю 9 и заднюю 14 колесные пары. Дизель 14 и силовой привод 10 машины в значительной степени унифицирован с силовым приводом машин ВПР (см. главу 10). В транспортном режиме движения машины вра-щение от вала дизеля передается на переднюю колесную пару через муфту сцепления, коробку перемены передач, реверс-раздаточную коробку и осевой редуктор, соединенные между собой карданными валами. В рабочем режиме вращение от вала дизеля передается на валы насосов, установленных на реверс-раздаточной коробке. Привод передней колесной пары 9 осуществляется от основного гидромотора (ходоуменьшителя) через реверс-раздаточную коробку, а задней колесной пары 14 – от дополнительного гидромотора через осевой редуктор, который имеет разъединительную зубчатую муфту рабочего хода. Привод на две колесных пары в рабочем режиме позволяет увеличить сцепной вес машины для преодоления дополнительных сопротивлений.
В передней части рамы установлен топливный бак 5, а в средней части – бак 3 объемного гидропривода. Машина оснащена типовой тормозной системой 7, автосцепками 6. Это позволяет транспортировать ее в составе хозяйственного поезда при следо-вании к месту работ на перегон и обратно.
Управление машиной в рабочем и транспортном режимах осуществляется из кабины 1.
Для выполнения основных и вспомогательных технологических операций планировщик балласта оснащен рабочим обору-дованием, которое включает рельсовые щетки 8 активного действия, центральный плуг 12, два боковых плуга 11, туннельные балки 13 и подборщик излишков балласта с поверхности шпал, состоящий из щеточного ротора 16 и выбросного ленточного транспортера 15. По конструкции и принципу действия подборщик аналогичен подборщику машины ВПО-3-3000С.
Центральный плуг (рис. 5.17) предназначен для планирования и перераспределения излишков балласта по всей ширине балластной призмы, включая откосно-плечевые и междупутные зоны. Он состоит из правой 8 и левой 12 рам, установленных на вертикальной оси 11. Рамы в плане поворачиваются гидроцилиндрами 10, обеспечивая соответствующую установку в плане щитов для направления балласта. На поворотной раме в направляющих 13 установлен боковой щит 3, который через петлевой шарнир вязан с поворотным крылом 1. Перемещение щита 3 с крылом 1 в вертикальном направлении производится гидроцилиндром 4. При опускании в рабочее положение щит выре-зом в нижней части устанавливается на туннельной балке 16, которая прикрывает сверху рельсы и скрепления от попадания балласта при его перевалке плугом. Крыло 1 при работе может поворачиваться в плане гидроцилиндром 2. На рамах 8, 12 через направляющие установлены также центральные щиты 7, соединенные с гидроцилиндрами 6 для их вертикальной установки. В случае работы планировщика на пути с железобетонными шпалами, имеющими углубления в средней части, центральные щиты опускаются ниже, а при работе на пути с деревянными шпалами нижние кромки боковых и центральных щитов устанавливаются на одном уровне. В зависимости от схемы распределения балласта при работе, щиты могут подниматься или опускаться в рабочее положение независимо друг от друга. По концам рам 8 и 12 через вертикальные оси устанавливаются боковые плуги через корневые кронштейны 15. Боковые плуги поворачиваются в плане гидроцилиндрами 5.
Боковой плуг (рис. 5.18) предназначен для планирования балласта на откосах и междупутье. Он содержит корневой кронштейн 8, установленный через вертикальную ось на поворотной раме 10. Плуг может поворачиваться и фиксироваться в плане на угол a гидроцилиндром 11. Отвал 2 плуга через шарнирный узел установлен на стреле 6. Стрела в вертикальной плоскости поворачивается гидроцилиндром 1, а отвал – гидроцилиндром 7. Отвал через петлевой шарнир соединен с крылом 4. Крыло поворачивается относительно отвала гидроцилиндром 3. Системой концевых выключателей 5 и 9 блокируется поворот кронштейна 10, если боковой плуг не занял транспортное положение, при котором исключено его касание частей рамы машины и возможное повреждение. Отвал 2 с крылом 4 при работе устанавливается в положение, соответствующее профилю балластной призмы.
Установки центрального и боковых плугов при работе позволяют реализовать различные схемы планировки и распределения балласта по ширине призмы. Примеры схем показаны на рис. 5.19. При работе по схеме а центральные шиты подняты в транспортное положение, что дает возможность производить заполнение балластом пространства внутри колеи. Схема б соответствует срезке излишков балласта из междурельсового пространства. Все щиты опущены в рабочее положение, также как и при схеме в – перевалке балласта через путь. Схема г аналогична схеме а, но ширина зоны захвата увеличена за счет работы боковых плугов. По схеме д производится засыпка балластом концов шпал (боковые и центральные щиты подняты), а по схеме е с левой стороны по направлению движения производится засыпка балластом концов шпал, а с правой стороны – перемещение излишнего балласта от оси пути. Предусмотрены и другие схемы работы плугов, причем машина может перемещаться по направлению вперед или назад.
Расчетным способом определяются свойства планировщика, позволяющие ему реализовать рабочий и транспортный режимы. Например, определяются тяговые характеристики, позволяющие осуществлять планировочные работы, нагрузки на рабочие органы и др. Методики определения нагрузок, как правило, являются типовыми (сопротивления движению как единицы ССПС, рабочие сопротивления плугового рабочего органа и т.д.). Некоторые методики излагаются в настоящем учебнике.
Основные данные технической характеристики планировщика балласта ПБ-01 приведены в табл. 5.3.
Технические характеристики машин для планировки и уплотнения балласта Таблица 5.3
| Параметр | ПБ-01 | РБ | РПБ |
| Рабочая скорость передвижения, км/ч:
- при работе центральным плугом - при работе боковыми плугами - при работе подборщиком |
20 6 2 |
17 6 2,5 |
20 6 3 |
| Максимальная толщина обрабатываемого слоя, м:
- центральным плугом - боковыми плугами - подборщиком |
0,1 0,1 0,04 |
. . . |
0,2 0,2 0,04 |
| Ширина зоны захвата, м:
- центральным плугом - боковыми плугами - подборщиком |
3,6 6,4 2,6 |
4,1 6,8 2,6 |
3,6 6,7 2,6 |
| Объем бункера, м3: | - | 5 | 7 |
| Мощность дизеля, кВт: | 176 | 243 | 243 |
| Масса, т: | 30 | 52 | 70 |
| Транспортная скорость, км/ч:
- своим ходом - в составе хозяйственного поезда или отдельным локомотивом |
80 100 |
80 100 |
100 120 |
ОГЛАВЛЕНИЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
2. ПУТЕВАЯ МАШИНА, КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
3. ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН
4. МАШИНЫ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
5. МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ И ПОДЪЕМКИ ПУТИ
6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
7. МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ
8.
МАШИНЫ ДЛЯ УКЛАДКИ И РАЗБОРКИ ПУТИ
9. МАШИНЫ ДЛЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ РЕЛЬСОВЫХ ЗВЕНЬЕВ
10. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ, ВЫПРАВКИ И
ОТДЕЛКИ ПУТИ
11. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПУТИ
12.
МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПУТИ ОТ СНЕГА
13.
ТЯГОВЫЕ, ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ
МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
14. МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
Список литературы
.gif "Новые технологии ремонта промышленного оборудования попадающие под санкции"){kind=logo}
|
|
|
.gif "СК.401 (20гр) Цианоакрилатный быстродействующий клей")
.gif "СК.638 (50мл) Анаэробный фиксатор цилиндрических соединений высокой прочности быстрого отверждения")
.gif "СК.812 (500гр) Двух компонентный стале наполненный компаунд")
УДК 625.144.5/.7:004
ББК 39.27
Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. транс.с.
М.В.Попович, В.М. Бугаенко, Б.Г.Волковойнов и др. Под ред. М.В.Поповича, В.М.Бугаенко.
М.: Желдориздат, 2007