|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тел: +7(391)254-8445
|
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ Содержание
ВВЕДЕНИЕ
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 11
|
Скорость, км/ч | 250 | 200 | 160 | 140 |
Значения расчетной осадки, мм | <3,0 | <3,4 | <3,8 | <4,0 |
Значения СКО осадки, мм | <0,2 | <0,25 | <0,3 | <0,35 |
В настоящее время на железных дорогах России в опытном порядке используются различные конструкции передвижных нагрузочных комплексов (НПК):
– конструкции научно-производственной фирмы (НПФ) «Спецмаш» (Санкт-Петербург) под названием лаборатория инженерно-геологического обследования ЛИТО СМ-460, СПМ-18, СПМ-24;
– конструкция отделения комплексных испытаний ВНИИЖТа.
Принципиальное различие между двумя конструкциями НПК состоит в характере нагружения рельсовых нитей. В передвижном нагрузочном комплексе «Спецмаш» нагружение производится от специальной оси, а НПК ВНИИЖТа состоит из трех вагонов, имитирующих нагрузку от подвижного состава. Для исследования состояния земляного полотна используются специальные нагрузочные комплексы, в состав которых входит оборудование для создания вертикальной статической нагрузки на путь, измерения возникающих при этом упругих просадок и оборудование для записи и обработки результатов измерений на базе специализированного аппаратно-программного комплекса.
Например, нагрузочный комплекс НДК-10/30 (СМП-24) состоит из двух сцепленных восьмиосных вагонов (рис. 11.35). В средних частях вагонов расположены нагрузочные устройства, одно из которых рассчитано на усилие 10 тс, а другое – 30 тс. Нагрузочное устройство включает два колеса, контактирующих с правой и левой рельсовыми нитями. Колеса нагружаются независимо друг от друга. В зоне расположения колес опускается измерительная каретка с датчиками просадок рельсов, имеющая базу 6,4 м. Измерения усилий и просадок производятся при скорости движения комплекса 4-7 км/ч.
В соответствии с исследованиями ВНИИЖТ эти методы позволяют оценить состояние только верхней части подрельсового основания в рабочей зоне на глубине 3-4 м от уровня основной площадки. Для откосов насыпей и участков земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях следует использовать радиолокационный (до глубины 2-3 м) и сейсмический методы. Рациональные комплексы методов диагностики земляного полотна приведены в табл. 11.6.
В настоящее время формируется единая компьютеризированная система использования диагностических средств, позволяющая объективно оценивать состояние пути в совокупности всех факторов, влияющих на стабильность его параметров, прогнозировать их изменение, своевременно планировать проведение путевых работ.
Основная цель диагностики пути – это организация и осуществление систематического надзора за состоянием пути и его элементов причем, для каждого элемента и устройства железнодорожного пути, необходимо обеспечить контроль за его эксплуатационным состоянием и точным выполнением своих функций. Диагностика пути должна осуществляться с достаточной степенью надежности и с необходимой периодичностью, чтобы обеспечить безопасность движения поездов и бесперебойную работу железнодорожного пути. Кроме того, она должна стать основой для оптимального планирования ремонтов и текущего содержания пути по его фактическому состоянию с целью экономии затрат.
На российских железных дорогах задача эффективности и точности выправки пути решается использованием «Автоматизированной системы высокоточной выправки пути «Навигатор», системой МС ВНИИЖТ и др.
В условиях роста грузонапряженности, увеличения скоростей движения поездов их веса и длины становится актуальной задача определения исходных параметров, расстроенных в процессе эксплуатации участков пути, соответствующих правильному их геометрическому очертанию при минимально необходимых смещениях оси существующего пути (так называемые паспортные значения) с целью повышения точности и производительности машинной выправки пути.
Сотрудниками ЗСЖД и НИЦ «Путеец», ВНИИЖТ разработана единая технология паспортизации геометрии рельсовой колеи и управления машиной выправки по данным вагонов-путеизмерителей. Установлено, что для использования геометрической информации вагонов-путеизмерителей необходима электронная путевая разметка, повторяющая существующий визуальный пикетаж, так как показания вагонов-путеизмерителей недостаточно точно привязаны к координатам пути.
Электронная метка представляет собой цилиндр толщиной 8 мм и диаметром 65 мм с встроенной в нее платой с микросхемой (рис. 11.36). На микросхеме хранится индификационный номер метки позволяющий определить ее точное местоположение – дорога, перегон, путь, километр и т.д. Установка меток осуществляется двумя способами: просверливание отверстие и вклеивание электронной метки в средней части железобетонной шпалы напротив пикетного знака.
Для синхронизации геометрической информации вагонов-путеизмерителей и программных значений для выпровочных машин производится их оборудование сканерами путевой разметки.
Сканер путевой разметки состоит из следующих блоков:
– контроллер обеспечивает формирование сканирующих запросов для активизации метки, прием и декодирование данных поступающих из метки, кодирование и отправка данных в метку, управление мощностью приемо-передатчика, привязка метки к положению на пути (мерное колесо), а также по времени;
– радиочастотный приемо-передатчик обеспечивающий прием-передачу радиочастотного сигнала между меткой и кон-троллером;
– антенна обеспечивающая согласованную передачу мощного радиосигнала, а также регистрацию сигнала от метки.
Оборудование вагонов-путеизмерителей и ВПР-машин сканерами электронной путевой разметки обозначено на рис. 11.37.
Программа, устанавливаемая на персональный компьютер ВПИ обеспечивает взаимодействие с аппаратными средствами для считывания информации об электронной путевой разметки, настройку и диагностику сканера и антенны на ВПИ, синхронизацию момента получения метки с общим потоком геометрической информации ВПИ. Программа работает в автоматическом режиме и не требует вмешательства оператора.
Программа, устанавливаемая на бортовой компьютер ВПР-машин, обеспечивает взаимодействие в режиме выправки с аппаратными средствами считывания информации об электронной путевой разметки, настройку и диагностику сканера и антенны на машине, выбор стартовой позиции выправки пути по электронной путевой разметки.
По результатам расчетов строятся программные задания управления машинной выправкой пути в плане, по уровню и в продольном профиле, с шагом 0,625 м:
– проектные стрелы изгиба рабочего стрелографа путевой машины, построенные по параметрам проектной кривизны пути в плане;
– расчетные сдвиги пути;
– проектные стрелы изгиба в вертикальной плоскости нивелировочных ходов левой и правой рельсовой нити, построенные по параметрам проектной кривизны пути в профиле;
– расчетные подъемки левого и правого рельса;
– проектное возвышение наружного рельса.
Программное задание обновляется по мере прохода вагонов-путеизмерителей (два раза в месяц). Проектные задания в них постоянны, а расчетные значения перемещений пути корректируются с учетом появившихся расстройств.
Перегонные программные задания находятся в СБД-П дороги и доступны в любой период времени.
Машинная выправка одновременно в плане, профиле и по уровню осуществляется под управлением перегонных программных заданий. Привязка стартовой позиции производится по электронной разметки пути. Путевая машина, оборудованная сканером, осуществляет поиск меток в автоматическом режиме. После успешного выбора стартовой позиции программное задание подготавливается к выправке с учетом параметров машины (КИС, положение машины и т.д.).
Путевая машина с настроенной КИС начинает работу со стартовой позиции при этом процесс выправки отражается на экране компьютера, где выводятся цифровые значения графиков и показания индикаторных приборов кроме того, на экран выводится зафиксированные электронные метки, которые используются для автоматической коррекции программного задания по длине пути.
Системы высокоточной выправки пути «ВПИ Навигатор», МС ВНИИЖТ позволяют значительно повысить производительность выправочных машин, так как необходимую информацию о состоянии пути получает от ВПИ без предварительной измерительной поездки, при этом производительность машины типа Доуматик увеличивается на 15-25%, а ВПР до 60-88%, что особенно актуально при незначительной продолжительности «окна».
В 2007 году начаты работы по широкому внедрению системы сбора, обработки и хранения информации о местонахождении удаленных подвижных объектов путевого хозяйства, предназначенных для оперативного контроля местоположения объектов железнодорожного транспорта – вагонов, ССПС, автомобилей и решения задач на основе информации о состоянии технических параметров контролируемых объектов.
Система обеспечивает:
– определение местоположения транспортных средств на электронной карте в режиме реального времени;
– контроль прохождения установленных точек в заданный период времени;
– отображение местоположения и маршрутов движения за любой промежуток времени на карте на экране монитора;
– формирование отчетов о движении и стоянках транспорта за любой период наблюдения;
– формирование графиков скорости движения транспорта за любой период наблюдения;
– связь диспетчера с экипажем подвижного объекта;
– хранение полученной информации в базе данных.
Область применения – диспетчерское управление вагонами дефектоскопами, вагонами путеизмерителями, мотриссами различного назначения, путевыми машинами и автотранспортом путевого хозяйства.
Оборудование Системы включает в себя сервер приложений, сервер обмена, компьютеры – оборудование АРМ диспетчеров, абонентский навигационно-связной терминал. В дальнейшем на подвижных объектах планируется установить бортовой миникомпьютер (БК).
В качестве транспортной и навигационной среды используются сети GSM, Internet, МГТС и спутниковая навигационная система GPS NAVSTAR (США), ГЛОНАСС (Россия).
На сервере приложений формируется база данных, в которую заводятся данные обо всех объектах, управляемых Системой. В режиме реального времени сервер обрабатывает данные, поступающие с подвижных и стационарных объектов. Сервер совместно с клиентской частью АРМ-ов поддерживает в рабочем режиме географическую карту, на которой отражаются трассы передвижения контролируемых объектов – вагонов, мотрисс.
В настоящее время развитие средств диагностики идет за рубежом и в России по пути создания мобильных диагностиче-ских комплексов.
В Италии создан диагностический комплекс «Архимед». Поезд Архимед обладает следующими основными свойствами:
– способностью измерять геометрические характеристики пути, качественное состояние пути, параметры контактной сети, техническое состояние систем сигнализации и телекоммуникаций;
– рабочей скоростью движения 200-220 км/ч;
– возможностью измерений на линиях электрифицирован-ных на переменном токе напряжением 25 кВ, 50 Гц и на постоянном токе напряжением 3 кВ.
Применение путеизмерительного поезда на высокоскоростных линиях обеспечивает стабильность и безопасность движения поездов.
В России созданы опытные образцы диагностических комплексов для контроля технических объектов инфраструктуры «Интеграл» фирмы «Группа компаний «Твема» и АДК-И фирмы НПЦ «Инфотранс» (рис 11.38).
Использование множества подсистем контроля в рамках одного диагностического поезда позволяет получить значимые преимущества при проведении плановых проверок состояния объектов транспортной инфраструктуры.
Оборудование диагностических комплексов спроектировано с учетом растущих требований к качеству и скорости контроля объектов инфраструктуры. Большая часть систем комплексов не имеют в своем составе механических датчиков, что снимает ограничение на рабочую скорость подвижной единицы диагностического комплекса.
В настоящий момент оборудование комплексов базируется на пассажирских вагонах, конструктивная скорость которых составляет до 160км/ч, но обеспечивают работоспособность аппаратно-программного комплекса до 250 км/ч..
В комплексе АДК-И «Интеграл» решаются задачи получения данных о состоянии объектов инфраструктуры приближенных к поезду «Архимед».
Источником объективной информации о текущем состоянии пути в современных условиях становятся компьютеризированные средства его диагностики. Параллельно с внедрением новых средств диагностики, актуальнейшей задачей для путевого хозяйства является разработка и внедрение комплексной автоматизированной системы диагностики пути (АСДП). Основная задача АСДП – обеспечивать концентрацию в автоматизированном режиме поступающей от различных средств диагностики информации о состоянии пути, выполнять ее обработку в путейских подразделениях в необходимых объемах, решать проблемы взаимообмена результатами измерений и выполнения объективных комплексных анализов состояния железнодорожного пути.
На рис.11.39 представлена укрупненная схема автоматизированной комплексной системы диагностики пути. Она может быть разделена на три группы задач.
Первым начальным звеном системы диагностики пути является контроль и управление работой самих диагностических средств, их оснащенностью и техническим состоянием.
Первая часть системы диагностики – позволяет сформировать банк данных о наличии, техническом состоянии и управлении работой средств диагностики пути и включает в себя подсистемы, связанные с учетом наличия, планированием и учетом работы, автоматизированным контролем выполнения плана работы, анализом использования, планированием ремонтов и технических обслуживаний с учетом неисправностей и причин простоев путеизмерительных средств и средств дефектоскопии на уровнях дистанций и служб пути.
Вторая часть АСДП – это группа задач по обеспечению реализации функций приема, накопления и хранения измерительной информации, а также обработки информации и получения выходных ведомостей по каждому средству диагностики. Она позволяет сформировать банк данных измерительной информации о состоянии железнодорожного пути и его элементов по результатам контроля всеми средствами диагностики, который является ядром всей системы и основой для последующей комплексной обработки.
Третья часть системы – наиболее важная и интегральная по отношению к первым двум – это группа комплексных аналитических задач.
Каждое из средств диагностики пути выполняет, как правило, целый ряд различных уникальных функций, позволяющих контролировать параметры технического состояния отдельных объектов и элементов железнодорожного пути.
Но наибольшую ценность имеет комплексная оценка и анализ состояния железнодорожного пути по результатам кон-троля всеми средствами диагностики и, как следствие, планирование ремонтных работ по фактическому состоянию пути и его элементов.
Внедрение системы на всех железных дорогах позволяет сформировать банк данных по диагностике для уровня ЦП ОАО «РЖД», что даст возможность доступа к достоверной информации о работе всего парка средств диагностики пути и о фактическом состоянии пути по комплексным результатам контроля руководителям высшего уровня управления путевым хозяйством.
Большая часть сети железных дорог России находится в зоне умеренного и холодного климата с выпадением осадков в виде снега, поэтому своевременная очистка путей от снега имеет большое значение для нормального функционирования транспорта в холодное время года. Степень покрытия участка пути снегом зависит от количества приносимого к пути снега, поперечного профиля земляного полотна и естественных (лесополосы) или искусственных (снеговые щиты) преград для переноса снега. Путь, расположенный на насыпи, высота которой больше толщины снежного покрова, как правило, не заносится снегом, а путь в выемках глубиной более 0,4 м подвержен сильным заносам.
Для очистки путей от снега на перегонах и станциях используются плужные и роторные снегоочистители, снегоуборочные машины и стационарные устройства для обдува или обогрева стрелок на станциях.
Эти снегоочистители, ввиду несложного конструктивного устройства и минимальных затрат на эксплуатацию, наиболее распространены на сети. В эксплуатации находятся снегоочистители СДП, СДПМ, СДПМ-2 и СПУ-Н [36]. Рабочий орган такой машины представляет собой отвальный плуг, состоящий из системы переставляемых крыльев и неподвижных щитов-отвалов. При движении снегоочистителя плуг подрезает слой снега и отбрасывает его в сторону от пути. По характеру отбрасывания снега плужные снегоочистители бывают (рис. 12.1) однопутные или двухотвальные (а), двухпутные или одноотвальные (б) и универсальные с системой перестановки отвалов на работу по схеме а или б, в зависимости от конкретных условий работы. Например, на двухпутном участке сбрасывание снега с пути производится в полевую сторону.
Двухпутный снегоочиститель СДПМ-2 (рис. 12.2) представляет собой специальный четырехосный вагон 4 утяжеленной конструкции, позволяющий сохранять устойчивость при пробивке снежных завалов. Вагон опирается на типовые двухосные тележки 3, имеет тормозную систему, автосцепки 7 и систему сигнализации, что позволяет снегоочиститель прицеплять к локомотиву или транспортировать в составе грузового поезда. Спереди и сзади снегоочистителя установлены плужные снегоочистительные устройства, включающие лобовой щит 6 с подрезным ножом 1, боковое 5 и угловое 2 крылья. В транспортном положении крылья повернуты на кронштейнах вдоль машины, подняты и закреплены транспортными стяжками. Поднят и закреплен стяжками также подрезной нож 1. Автосцепки 7 выдвинуты и зафиксированы. При работе с одной стороны прицепляется локомотив, снегоочистительное устройство остается в транспортном положении, а противоположное устройство приводится в рабочее положение. В рабочем положении боковое и угловое крыло поворачиваются под углом к направлению движения пневмоцилиндрами через рычажные механизмы, одновременно опускаясь. Опускается пневмоцилиндрами также подрезной нож. При работе на двух-путном участке, если движение поездов по соседнему пути не закрывается, то по условиям безопасности, угловое крыло 2 остается в транспортном положении и закреплено.
Угловое крыло (рис. 12.3) монтируется на поворотном каркасе 7, закрепленным через кронштейны 9 и 13 с вертикальными шарнирами на раме 12 машины. Каркас поворачивается в плане при приведении крыла в рабочее или транспортное положение. Крыло включает основную часть 4 с подкрылком 2, установленную в вертикальных направляющих на каркасе 7, и козырек 8. На каркасе шарнирно установлен двуплечий рычаг 5, верхнее плечо которого через тягу 10 и универсальные шарниры 6 и 11 соединено с рамой машины, а нижнее плечо через тягу 3 и палец 1 соединено с основной частью крыла. При поворотах каркаса 7 в плане через эту рычажную передачу крыло опускается в рабочее положение или поднимается в транспортное положение. Козырек 8 соединен с основной частью крыла шарнирами, а с каркасом 7 – через распорку 14 и шарниры. При повороте крыла в транспортное положение козырек поворачивается вертикально в пределы габарита подвижного состава. Удары при поворотах крыла амортизируются резиновыми упорами, установленными на раме. Для эффективного подъема и отбрасывания снега рабочая поверхность крыла с подкрылком и козырьком образуют ломаную линию, приближающуюся к криволинейной поверхности.
Аналогичную конструкцию имеет и боковое крыло (рис. 12.4).
В нижней части лобового щита 3 (рис. 12.5) через оси поворота 2 и кронштейны 4 установлен подрезной нож 1. В рабочем положении подрезной нож позволяет произвести зачистку снега ниже УВГР на 50 мм и очистку верхней рабочей поверхности рельса тросовыми щетками, установленными в проемах ножа. Приведение ножа в рабочее или транспортное положение осуществляется пневмоцилиндрами 4. Для ускоренного подъема ножа при проезде препятствий во время работы он снабжен противовесами 7.
Снегоочиститель оборудован двумя выдвижными автосцепками 1 с поглощающим аппаратом (рис. 12.6), которые устанавливаются на выдвижной балке 2. При работе снегоочистителя балка 2 перемещается по направляющим пневматическим цилиндром 5. Отверстие в лобовом щите закрывается листом. В транспортном положении, после снятия листа, автосцепка выдвигается и дополнительно закрепляется фиксатором 4, перемещаемым вертикально винтовым механизмом 3 с ручным приводом. Положение автосцепки контролируется дополнительно по сигнальным лампам на пультах управление снегоочистителя.
Привод рабочего оборудования – пневматический с подачей воздуха через разобщительный кран ВН8 от тормозной системы (рис. 12.7) через клапаны максимального давления РД1 и РД2. Эти клапаны гарантируют поддержание давления в рабочей пневмосистеме на постоянном уровне 0,6 – 0,65 МПа, обеспечивая движения элементов рабочего оборудования в нормальном режиме. Воздушные резервуары (ресиверы) РС1 – РС4 способствуют более плавному изменению давления в пневмосистеме и гарантируют приведение рабочего оборудования в транспортное положение в случае отказа основной системы подачи воздуха. Расчетное усилие на пневмоцилиндрах раскрытия крыльев выбирается таким образом, чтобы при достижении предельной нагрузки на крыле оно отжималось. Этим самым обеспечивается устой-чивость снегоочистителя при работе.
Помимо плужных снегоочистителей (см. табл. 12.1) на базе специального вагона, применяются навесные плуги, монтируемые в виде съемного оборудования на мотовозах и маневровых тепловозах. Примечательно, что для очистки пути от снега на Николаевской железной дороге еще в XIX веке использовались аналогичные навесные плуги на паровозах.
Показатель |
СДПМ | СДПМ-2 | СПУ-Н |
Ширина захвата при открытых крыльях, м | 4,95 | 4,95 | 4,5 |
Максимальная толщина очищаемого слоя снега, м | 1,0 | 1,0 | 1,0/1,5* |
Максимальная рабочая скорость, км/ч | 70 | 70 | 80 |
Максимальная транспортная скорость, км/ч | 80 | 90 | 100 |
Масса, т | 84,0 | 84,0 | 80,0 |
База, м | 9,0 | 9,0 | 8,0 |
Расчеты плужных снегоочистителей могут преследовать цели: определить зону отбрасывания снега около пути, найти сопротивление движению при работе, оценить устойчивость против схода с рельсов и поперечного опрокидывания при работе и транспортировании, произвести расчет нагрузок на плуги и механизмы привода для определения их основных параметров и др.
Снежный покров на пути зависит от снежных осадков и снежных заносов. Толщина покрова за один снегопад обычно не превышает 0,2-0,25 м, вместе с тем, при снежных заносах образуется плотный покров с толщиной до нескольких метров. Толщина заноса зависит от поперечного профиля земляного полотна и количества снега, приносимого к пути при наиболее снежной зиме. Путь, расположенные на насыпи, высота которой больше толщины снежного покрова, как правило, не подвержен снежным заносам. Это, как правило, насыпи с высотой более 0,7 м. Выемки глубиной более 0,4 м подвержены сильной заносимости. По степени заносимости различают участки пути: особо сильно заносимые, сильно заносимые, средне заносимые и слабо заносимые. Степень заносимости определяется объемами снега в м3, перемещаемого к пути в течение зимы, приходящегося на 1 пог.м пути (м3/пог. м). Например, к сильно заносимым относятся участки, у которых за зиму перенос снега составляет до 600 м3/пог. м.
Помимо толщины снежного покрова, на режим работы снегоочистителя оказывает влияние плотность снежного покрова. Выпавший снег образует слой с плотностью, не превышающей r = 150-200 кг/м3. При образовании заноса снег спрессовывается и достигает плотности, превышающей r = 600 кг/м3.
Распределение отброшенного при очистке снега вдоль пути, помимо толщины покрова и плотности, зависит также от формы рабочей поверхности отвала (рис. 12.8), скорости движения снегоочистителя Vм, м/с и угла наклона отвала a, рад к направлению движения (угла атаки). Современные плужные снегоочистители оснащаются плоскими отвалами (а), отвалами цилиндрической (б) и конической (в) формы. Отвалы, имеющие криволинейную форму рабочей поверхности, позволяют подрезать и отбрасывать снег на значительное расстояние от оси пути (рис. 12.9, б) при скорости снегоочистителя, превышающей 25-30 км/ч (7-8 м/с). Снег откидывается в полосу отвода с рассеянием по большой площади, не образуя вдоль пути вала. При меньшей скорости снег не поднимается до верхней кромки отвала, поэтому перед отвалом образуется призма волочения (рис. 12.9, а), а после сдвига снега с отвала рядом с путем остается вал снега. При накапливании значительного объема снега около пути требуется использовать, например, струг-снегоочиститель, чтобы земляным устройством отодвинуть вал.
Рассмотрим процесс отбрасывания снега отвалом с рабочей поверхностью конической формы. Отвал цилиндрической формы тогда можно рассматривать как частный случай. При работе происходит движение снега по отвалу, которое рассматривается как относительное движение (система отсчета связана с отвалом). При подрезании слоя снега величина относительной скорости принимается равной величине скорости машины: Vо = Vм. Отвал рассматривается как клин (рис. 12.8, г), поэтому происходит подъем слоя снега по его рабочей поверхности со скоростью Vоsina и движение вдоль отвала со скоростью Vоcosa. Снег в заносе спрессован, поэтому пренебрежем также дополнительным прессованием снега, считая, что нижние слои снега на отвале подпирают верхние, поэтому не происходит замедление движения снега по отвалу. Коэффициент трения плотного снега по стальной поверхности отвала составляет f = 0,03-0,04, поэтому в модели, не требующей повышенной точности, трением можно пренебречь.
Рассмотрим движение подъема по отвалу частицы снега массой m, кг. В верхней точке 2 отвала (рис. 12.10, а) на частицу действует сила веса mg, Н, которую можно разложить на составляющие: , направленную по касательной к поверхности отвала, и , нормальную к указанной поверхности. Кроме того, на частицу действует центробежная сила , Н (R – радиус кривизны поверхности в рассматриваемом сечении, м), и реакция отвала N, Н. Спроектировав указанные силы на направление a – a, получим уравнение равновесия:
(12.1)
Используя это выражение, с учетом того, что Vо = Vм, можно определить критическую для рассматриваемого поперечного сечения скорость движения снегоочистителя, при которой частица будет достигать верхней кромки отвала, м/с:
(12.2)
При достижении критической скорости движения реакция отвала N = 0. Если скорость движения снегоочистителя меньше критической скорости для данного сечения, то частица свалива-ется с отвала, а перед отвалом может образовываться призма волочения. Если рассматривается крайнее сечение отвала, то расчет ведется по максимальному радиусу Rmax, м. При превышении критической скорости для этого сечения отбрасывание слоя снега без образования призмы волочения гарантировано.
Вместе с подъемом частицы по отвалу происходит ее относ вдоль отвала (рис. 12.10, б). Частица начинает движение в сечении отвала с начальным радиусом Rн, м, а вылетает с отвала в сечении с радиусом Rв, м, смещаясь вдоль отвала на расстояние s, м. Определение этого относа позволяет оценить общую картину движения снега по отвалу. Очевидно, что , где tд – время движения частицы по отвалу, с. Если рассматривать подъем частицы в проекции на сечение с радиусом Rв, м, то время подъема частицы будет определяться длиной дуги Lо, м (рис. 12.10, в) и скоростью подъема. После анализа кинематических соотношений, относ частицы:
(12.3)
В рассмотренной расчетной модели принято, что подъем частицы начинается от режущей кромки отвала. Для учета толщины срезаемого слоя hc принимаем, что расчетная частица поднимается с середины слоя по его толщине (фиктивная «режущая кромка» поднята на высоту hс/2 относительно нижней кромки отвала). Тогда фиктивный угол резания, который необходимо подставить в формулу (12.3), рад:
(12.4)
Путь, проходимый слоем снега до верхней кромки отвала уменьшается, уменьшается также относ снега и дальность его отбрасывания. Хорошо отбрасывается слой плотного снега, толщина которого не превышает 0,4-0,5 м.
Выражение (12.3) позволяет относительно анализируемой точки вылета частицы определять точку начала подъема этой частицы. Значение радиуса Rx, м, для сечения на расстоянии x, м можно определять по интерполяционной формуле:
(12.5)
Дальность отброса снега от оси пути зависит от величины относительной скорости движения по отвалу и углов наклона вектора указанной скорости к горизонту и к направлению движения снегоочистителя. Кроме того, снег имеет переносную скорость Vм вместе с движением снегоочистителя. Эта скорость определяет отброс частиц по направлению движения, который с практической точки зрения менее интересен. Рассмотрим относительное движение частицы снега, вылетевшей с верхней кромки отвала. Для упрощения рассуждений считаем, что верхняя кромка отвала параллельна нижней кромке, а частица вылетела под углом g к горизонту и под углом a к направлению движения снегоочистителя. Иначе говоря, плоскость полета частицы (рис. 12.10, г) расположена в плане, приблизительно, под углом a к продольной оси пути. Частица вылетает с верхней кромки отвала, поэтому имеет начальную высоту hо = R(cosb + cosg) от УВГР, м (см. рис. 12.10, в).
Из анализа дифференциальных уравнений движения частицы по относительным координатным осям xо, yо получаются уравнения движения частицы в параметрической форме (с независимым параметром времени t):
(12.6)
Исключив параметр t, получим уравнение траектории относительного движения частицы:
(12.7)
В точке падения частицы на плоскость, лежащую на УВГР zо = 0. Приравняв правую часть последнего уравнения к нулю и решив получившееся квадратное уравнение, получим относительную координату в точке падения, м:
(12.8)
Дальность полета частицы перпендикулярно направлению движения снегоочистителя от точки ее вылета с верхней поверхности отвала, м:
(12.9)
При расчетах необходимо учитывать рассеяние снега по широкой полосе вдоль пути и определять минимальное и максимальное расстояние отбрасывания снега, чтобы, при необходимости, определить параметры режима работы снегоочистителя.
В тяговом расчете определяются сопротивления движению плужного снегоочистителя при его работе или транспортировке для выбора параметров локомотива по его тяговой характеристике. При работе, в зависимости от скорости движения машины, рабочий процесс сопровождается образованием призмы волочения и вала снега вдоль пути, или происходит отброс снега на большое расстояние от оси пути без образования призмы волочения (см. рис. 12.9). В первом случае расчетная модель аналогична модели тягового расчета струга-снегоочистителя при работе земляным устройством (см. п. 4.3). Ввиду хорошего скольжения снега по отвалу можно пренебречь составляющей, связанной с относительным движением призмы волочения и отвала, если его поверхность гладкая. В расчетах можно принимать удельное сопротивление снега резанию по табл. 12.2.
Таблица 12.2
Плотность, кг/м3 | 200 | 300 | 400 | 500 |
Удельное сопротивление резанию, Па | 1600 | 3200 | 9500 | 21000 |
При разбрасывании снега отвалом призма волочения не образуется. Поэтому сопротивление движению отвала складывается из двух составляющих: Wр – сопротивления резанию снега, Н; и Wд динамической составляющей, связанной с разгоном снега при его захвате отвалом, Н. Рассмотрим далее подход к определению динамической составляющей. Пусть снегоочиститель движется со скоростью Vv, м/с. При движении он производит расчистку траншеи высотой hс, м и шириной Bс, м (рис. 12.11). Принимаем, что вся масса очищаемого снега получает скорость движения, равную скорости машины, соответственно, кинетическую энергию, расходуемую на подъем снега по отвалу и его отбрасывание. Работа локомотива на преодоление динамической составляющей сопротивления, Дж:
(12.10)
Кинетическая энергия, полученная снегом, Дж:
(12.11)
Приравняв (12.10) и (12.11), получим выражение для оценки динамической составляющей сопротивления, Н:
(12.12)
Роторные снегоочистители предназначены для очистки пути от глубоких снежных заносов толщиной до 4,5 м при плотности слежавшегося снега до 800 кг/м3. Рабочее оборудование таких снегоочистителей включает один или два горизонтальных ротора-питателя для подрезания снега в забое и направления его к выбросному ротору, представляющему собой лопастной метатель. Для подбора снега с нижних слоев на глубину 50 мм ниже УВГР снегоочистители имеет подрезной нож, а для подачи снега к роторам-питателям и профилирования стенок траншеи они оснащается боковыми крыльями. По существу, это роторно-плужные снегоочистители.
Первые роторные снегоочистители системы американского инженера Лесли были созданы в конце 19-го века. Они имели плужную систему подачи снега к торцевому отверстию ротора-метателя в виде боковых крыльев и подрезного ножа. Ротор имел привод от паровой машины, связанной паропроводами с паровозом. Аналогичную систему забора и выброса имели роторные снегоочистители системы ЦУМЗ. Однако при заборе снега из траншеи пассивными плужными устройствами происходит его сильное прессование, поэтому ухудшаются условия подачи снега к отверстию выбросного ротора, велико рабочее сопротивление движению снегоочистителя. Глубина очистки не превышала 3 м. Для активизации процесса забора снега в 50-х годах прошлого века в качестве заборного устройства стали использовать роторы-питатели (один или два, расположенных друг над другом). Сначала использовались роторы с прямыми лопастями, вращающиеся при работе в противоположные стороны так, чтобы снег подавался к середине отверстия ротора-метателя (снегоочистители ЭСО-3). Затем были созданы фрезерно-роторные снегоочистители, оснащенные роторами-питателями в виде системы ленточных шнеков – фрез. Роторы-питатели при работе позволяют увеличить активную площадь подреза-ния и забора снега, тем самым улучшают условия подачи снега к отверстию выбросного ротора-метателя, уменьшая тяговое рабочее сопротивление снегоочистителя.
Фрезерно-роторный электрический снегоочиститель ФРЭС-2 (рис. 12.12) представляет собой специально оборудованный вагон, опирающийся на две ходовых тележки 18, который имеет внутри бытовой 1 и машинный 3 отсеки, а также кабину управления 2. Спереди расположен фланец 6 для закрепления, при необходимости, жесткой автосцепки, используемой для выполнения маневров, а сзади – автосцепку 20 с поглощающим аппаратом. Снегоочиститель оборудован тормозной 15 и рабочей пневматическими системами. Рабочая пневматическая система используется для привода боковых крыльев 23 и подрезного ножа 9.
Рабочий орган снегоочистителя включает верхнюю 4 и нижнюю 8 фрезы, установленные на передней раме и выбросной ротор 10, установленный в кожухе. Привод роторов-питателей осуществляется двумя электродвигателями 16 через систему карданных валов и редукторы 13, 7 и 5, а привод выбросного ротора – двумя другими электродвигателями 12 через редуктор 11. Применены электродвигатели постоянного тока с напряжением 700 В, получающие питание от специально дооборудованного двух-секционного тепловоза 2ТЭ-116.
Для привода роторов (рис. 12.13) применены цилиндрические редукторы 2 и 3 специального исполнения. Редуктор 2 имеет дополнительный выходной вал привода генератора G1, используемого для питания обмоток возбуждения электродвигателей M1 … M4. Ротор-метатель 4 установлен непосредственно на выходном валу редуктора 3. Нижняя 9 и верхняя 7 фрезы получают вращение через специальные конические редукторы 10 и 6. Для восприятия реактивного вращающего момента редукторы связаны с рамой рабочего органа через реактивный кронштейн 5 и тягу.
Фреза (рис. 12.14) монтируется через ось 3 и подшипниковые узлы на раме 6 рабочего органа и в средней части соединена с коническим редуктором 4. На оси смонтированы два ленточных шнека 1 и 5, имеющих по четыре винтовых лопасти. Рабочие режущие поверхности лопастей имеют правую и левую навивки, что позволяет во время работы смещать снег к середине машины. Если лопасть нижней фрезы находится в забое, то она срезает стружку снега и направляет ее к середине, если лопасть развернулась к подрезному ножу, то она, подобно лопасти шнекового конвейера, поднимает и сдвигает снег к отверстию выбросного ротора-метателя. В этом случае, к объему срезанного лопастью снега добавляется объем, направляемый подрезным ножом и объем, обрушенный боковыми крыльями. Верхняя фреза также срезает лопастями снег в забое, сдвигает массу снега к середине и направляет в указанное отверстие.
Выбросной ротор-метатель (рис. 12.15) включает колесо с задней стенкой 6 и шестью лопастями 8 профильной формы. Колесо установлено на выходном валу редуктора и находится в кожухе 7. Кожух имеет люки для очистки ротора при необходимости (не показаны). В верхней части кожуха на оси 2 установлена поворотная направляющая заслонка 1, имеющая привод поворота от пневмоцилиндра 3. Заслонка устанавливается в соответствии с направлением вращения ротора и направлением отбрасывания снега. Дальность отбрасывания снега до 40 м от оси ротора. Подаваемая питателем масса снега разгоняется лопастями и выбрасывается через верхнее отверстие кожуха по направляющей заслонке.
Снегоочиститель имеет боковые крылья 2 (рис. 12.16) с подкрылками 5, которые через петлевые шарниры 3 установлены на передней раме. В транспортном положении крылья фиксируются пневматическими стопорами 7 и стяжками 6. В плане крылья поворачиваются пневматическими цилиндрами 8. При разработке пионерной траншеи крылья устанавливаются в положение, показанное пунктиром, и удерживаются стопорами 7 через проушины 1, имеющие вытянутые отверстия. При втором проходе снегоочистителя производится разработка пионерной траншеи с профилированием ее боковых стенок. Для этого стопоры выводятся из контакта с проушинами, а крылья под действием напора снега раскрываются на максимальную ширину и удерживаются цепными растяжками 4.
Подрезной нож 8 (рис. 12.17) при установках в рабочее и транспортное положения перемещается по направляющим 9 пневмоцилиндром 4 через рычажную передачу, включающую двуплечий рычаг 6 и тягу 7. В транспортном положение, рычаг 6 удерживается пневматическим стопором 5. Кроме того, для индикации положения подрезного ножа используется механический указатель 2 и концевой выключатель 1, связанные через рычажную передачу 3 с двуплечим рычагом 6.
Технические характеристики роторных снегоочистителей показаны в табл. 12.3
Параметры | ЭСО-3 | ФРЭС-2 |
Производительность при плотности снега 500 кг/м3, т/ч | 7500 | 7500 |
Толщина очищаемого слоя, м | 4,5 | 4,5 |
Рабочая скорость при максимальной производительности, км/ч | 0,5-0,8 | 0,8-1,0 |
Ширина разрабатываемой траншеи, м:
при закрытых крыльях при открытых крыльях: поверху понизу |
3,4 6,0 5,0 |
3,6
5,1 4,6 |
Дальность отброса снега, м | 50 | 40 |
Транспортная скорость, км/ч | 60 | 100 |
Масса снегоочистителя, т | 100 | 80 |
При проектировании роторных снегоочистителей производятся расчеты, преследующие цели: оценить производительность машины при работе в разных условиях, энергетические затраты на привод рабочего оборудования, тяговые сопротивления, прочностные характеристики элементов конструкции снегоочистителя и другие цели. Процессы резания снега ротором-питателем, его подачи к выбросному ротору, отбрасывание снега в сторону это динамические процессы, в которых проявляют себя инерционные свойства масс снега, поэтому необходимо составлять расчетные модели с учетом динамических явлений.
При работе нижней роторной фрезы (рис. 12.18) ленточная винтовая лопасть шнека, начиная с точек 1, расположенных по краям (а), срезает слой снега из поверхности забоя. Толщина слоя снега определяется соотношением угловой скорости вращения фрезы wф, рад/с и скорости подачи, или скорости поступательного движения снегоочистителя Vм, м/с. При срезании снег разгоняется, поэтому начинают проявлять себя центробежные силы инерции, прижимающие срезаемый слой к поверхности забоя, появляются силы трения снега о поверхность забоя. Снег не падает вниз, а движется по поверхности забоя под углом к горизонту к середине фрезы (б). При повороте на угол p из начальной фазы (в) вся лопасть срезает слой снега. На концах лопастей смежных шнеков фрезы (точки 3) заклинивается масса снега, которая закидывается во входное отверстие выбросного ротора (а), а оставшаяся вдоль лопасти масса снега также поднимается лопастью вверх, аналогично горизонтальному винтовому конвейеру (г). При работе фрезы она также с торцов захватывает подрезаемые боковыми крыльями массы снега, падающие сверху, а в фазах (г) и (а) подает к отверстию выбросного ротора также массы снега, поступающие с подрезного ножа.
Верхняя роторная фреза производит срезание слоя снега в забое, смещение к ее середине, аналогично фазам (б) и (в) и забрасывание заклиненной на концах лопастей 3 массы снега в отверстие выбросного ротора. Часть массы снега падает вниз на нижнюю фрезу и перемещается ей, как описано выше. Верхняя и нижняя фрезы вращаются в одном направлении. В рассуждениях для упрощения принят шаг винта лопасти, превышающий в два раза длину одного шнека. Теоретически, при таком шаге снег, скользящий вдоль лопасти, успевает с конца 1 сместиться к середине 3 при повороте лопасти на угол p.
Для того, чтобы снег после подрезания лопастью в забое не падал вниз, а направлялся лопастью, угловая скорость вращения фрезы wф должна превышать с необходимым запасом критическое значение wкр, рад/с. Для определения критического значения угловой скорости рассмотрим частицу снега массой m, кг, которая взаимодействует с поверхностью лопасти, расположенной под углом наклона винта j, рад к оси фрезы (рис. 12.19, а). На частицу действует сила веса mg, Н, центробежная сила инерции , Н (б) (Vкр – критическое значение окружной скорости поверхности лопасти, м/с; R – расчетный радиус, м). Вследствие прижима частицы к поверхности забоя возникает сила трения (fcc – коэффициент трения снега о снежную поверхность забоя), направленная вертикально вверх. Если окружная скорость частицы превысит значение Vкр, то возникает скольжение частицы по лопасти, вследствие чего возникает сила трения скольжения , Н. Уравнение равновесия составляющих действующих сил относительно плоскости скольжения:
После преобразований получим критические значения окружной линейной скорости, м/с и угловой скорости вращения фрезы, рад/с:
(12.13)
В соответствии с технической характеристикой ФРЭС-2, угловая скорость вращения фрезы составляет wф = 17,6 рад/с (168 об/мин). Радиус по наружной кромке лопасти шнека Rн = 0,9 м. Если принять ширину ленты шнека 0,25 м, то радиус по внутренней кромке составит Rв = 0,65 м. Результат расчета критической угловой скорости вращения для наружной и внутренней кромок шнека по формуле (12.13) отражен графиками (рис. 12.20). Измеренные экспериментально значения коэффициента fсс = 0,27 – 0,57 отражены на графике вертикальными пунктирными линиями. Зависимости показывают, что фактическая скорость вращения фрезы, минимум в 1,5 раза, превосходит критическую скорость (для fсс = 0,27 и внутренней кромки ленты лопасти). При срезании слой снега удерживается центробежными силами и силами трения на поверхности забоя.
При работе снегоочистителя наиболее нагруженной является нижняя фреза, так как ее лопастями, расположенными в забое, производится срезание и разгон массы снега, а лопасти, расположенные с противоположной стороны, захватывают дополнительные массы снега и забрасывают их в отверстие выбросного ротора-метателя. Геометрические и режимные параметры фрез должны обеспечивать обработку поступающих вместе с движением машины масс снега. Снег внутри слоя в расчетном случае максимально спрессован до плотности 800 кг/м3. Техническая производительность роторного снегоочистителя, м3/с:
(12.14)
Теоретическая объемная производительность и производительность по массе одной роторной фрезы, состоящей из двух шнеков, м3/с или кг/с:
(12.15)
Расчетный объем ячейки шнека фрезы Vя, м3 определяется исходя из того, что объем в зоне расположения спиц ленточных ножей (лопастей) не может использоваться для переноса масс снега (см. также рис. 12.19, б):
(12.16)
При работе нижней фрезы мощность привода затрачивается на срезание и транспортирование масс снега (полезная мощность) и на преодоление сил трения в механизмах ротора и силовой передачи, которую можно учесть через коэффициент полезного действия. Полезную мощность можно определить, проанализировав суммарную работу, совершаемую лопастью за один полный оборот фрезы.
(12.17)
)
При срезании слоя снега одновременно происходит его разгон вдоль лопасти и перпендикулярно поверхности лопасти. Если пренебречь потерями объема, то накопленная кинетическая энергия движения снега используется для его забрасывания к ротору-метателю. Можно показать, что если пренебречь также силами трения снега о лопасть и считать, что вся масса находится на наружной кромке лопасти, то работа по разгону снега, Дж:
(12.18)
При движении массы снега лопастью по поверхности отвала возникает сила трения. Наибольший путь совершают слои, находящиеся по периферии лопасти, а меньший путь – слои, расположенные ближе к центру фрезы. В расчетной модели считаем, что движение всей массы снега начинается с середины лопасти. Масса снега проходит путь по винтовой линии, имеющей угол наклона j к продольной оси шнека (см. рис. 12.19). С учетом сделанных допущений, работа по преодолению сил трения снега в забое, Дж:
(12.19)
Вырезав и отбросив из забоя массу снега, лопасть шнека после поворота производит также подъем и разгон снега, поступающего снизу с подрезного ножа и обвалившегося с боковых крыльев. Снег в этой зоне уже разрыхлен подрезным ножом и крыльями, поэтому сопротивление резанию относительно небольшое по сравнению с его вырезанием в забое.
Производительность по массе снега, срезаемого боковыми крыльями и подрезным ножом, определяется по площади сечения траншеи (рис. 12.22) за вычетом активной площади двух фрез, кг/с:
(12.20)
Эта масса снега частично забирается верхней фрезой, проваливаясь с ее торцов в рабочую зону внутри фрезы, но основная масса перемещается за счет работы нижней фрезы и напора боковыми крыльями и подрезным ножом при движении машины. Тогда дополнительная составляющая производительности нижней фрезы, кг/с:
(12.21)
Учитывая, что Vм = 0,22 – 0,28 м/с, а окружная скорость верхней кромки шнека Vов = 15,8 м/с – на два порядка больше, то относительной скоростью снега при движении по подрезному ножу и боковым крыльям в расчете энергетических затрат фрезы можно пренебречь.
Работа лопасти шнека в зоне за фрезой является сложным динамическим процессом горизонтального и вертикального перемещения массы снега к отверстию выбросного ротора (см. рис.12.18, а и г). Энергия в этом случае тратится на разгон снега по лопасти и в касательном направлении лопасти, а также на подъем снега на небольшую высоту по нижней направляющей цилиндрической поверхности над подрезным ножом. Принимая, что срезанный из забоя шнека снег уже заброшен в отверстие, работа по разгону дополнительной массы снега лопастью, Дж:
(12.22)
Работа лопасти на подъем снега по цилиндрической поверхности над подрезным ножом, Дж:
(12.23)
Кроме указанных затрат энергии, лопасть шнека фрезы совершает работу по скольжению массы снега по цилиндрической поверхности. Эта работа, учитывая низкий коэффициент трения снега по стали, существенно меньше, поэтому в расчетной модели учитывается коэффициентом неучтенных факторов, также, как и работа по срезанию разрыхленного снега (см. табл. 12.2, в которой удельное сопротивление резанию рыхлого снега, минимум, на порядок меньше). Полезная мощность на привод нижней фрезы, кВт:
(12.24)
При максимальной расчетной высоте снега в забое мощность, развиваемая при работе верхней фрезы, кВт:
(12.25)
Энергетические потери можно учитывать через коэффициент полезного действия привода h. Тогда мощность привода двух фрез, кВт:
(12.26)
Учитывая дополнительное трение в опорных подшипниках фрез, повышенное сопротивление вращению карданных валов в снежных потоках, рекомендуется принимать h = 0,8 – 0,9.
Производительность выбросного ротора должна быть не менее производительности роторного снегоочистителя. Во время работы ротора необходимо гарантировать полную разгрузку лопасти и относительную равномерность выбрасываемого потока. Методика расчета параметров конструктивно аналогичного выбросного ротора автомобильных снегоочистителей изложена в [34]. Воспользуемся основными положениями методики. Рассмотрим частицу снега массой m, кг (рис. 12.22, а), которая в данный момент времени t, с, находится на лопасти на расстоянии X, м, от центра вращения ротора. На частицу действуют силы, Н:
– сила веса;
– центробежная сила инерции (wв – угловая скорость вращения выбросного ротора, рад/с);
– кориолисова сила инерции, обусловленная скольжением частицы вдоль лопасти (Vr – скорость скольжения частицы вдоль лопасти, м/с);
– силы трения, связанные с действием веса и кориолисовой силы (f – коэффициент трения снега по поверхности лопасти). Ввиду относительной малости пренебрежем силой веса G и соответствующей силой трения F1. Дифференциальное уравнение движения частицы вдоль лопасти:
(12.27)
Решение этого дифференциального уравнения имеет вид:
(12.28)
Наибольшую скорость скольжения частица приобретает на конце лопасти (X = Rв): . Время перемещения снега по лопасти, с:
(12.29)
где r0 – радиус обтекателя ротора, м.
Угол поворота ротора jр, рад, соответствующий времени t движения частицы по лопасти:
(12.30)
Для нормальной работы ротора еще до подхода лопасти к отверстию разгрузочного патрубка основная масса снега должна успеть сконцентрироваться на конце лопасти, чтобы при выбросе с нее сорваться по касательной к направляющей поверхности патрубка. Для конкретных параметров ротора угол jр >(0,67 – 0,83)p (120 – 150°). Если угол между двумя смежными лопастями будет больше jр, то часть времени одного оборота ротор будет вращаться вхолостую, поэтому число лопастей ротора .
Дальность отброса снега определяется из решения баллистической задачи по формуле (12.8). В конкретном случае: – скорость вылета снега по касательной к лопасти можно принять равной окружной скорость на конце лопасти; a = p/2 – выброс снега производится перпендикулярно продольной оси снегоочистителя и g = q – угол выброса снега условно принимаем равным углу наклона к горизонту направляющей поверхности патрубка. При расчете дальности отброса снега учитывается также боковой ветер, который может увеличивать или уменьшать дальность отброса.
Мощность, необходимая для привода ротора, кВт:
(12.31)
Мощность, расходуемая на сообщение снегу кинетической энергии, кВт:
(12.32)
Мощность, расходуемая на преодоление сил трения о стенки кожуха, кВт:
(12.33)
В качестве тягового средства для многих путевых машин используются тепловозы. Однако они приспособлены в первую очередь для поездной и маневровой работы, поэтому наиболее эффективно их использовать для транспортировки хозяйственных поездов. Вместе с тем, для получения высокого качества выполнения путевых работ, требуется точно выдерживать заданную низкую, ползучую скорость движения машины 0,05 – 1,5 км/ч, согласованную с производительностью установленного на ней технологического оборудования. Тепловозы не оснащаются системами автоматического отслеживания рабочей скорости, поэтому для тяги и энергоснабжения путевых машин в рабочем и транспортном режимах были созданы универсальные тягово-энергетические модули с электрической или гидромеханической силовой передачей. Они используются для работы в комплексах машин СЗП-600Р, СЧ-601, ЩОМ-6, ЩОМ-1200 и др. Основные данные технических характеристик модулей приведены в табл. 13.1.
Универсальный тяговый модуль УТМ-2М (рис. 13.1, а) имеет экипажную часть, состоящую из рамы 8, ходовых двухосных тележек 6 с приводными колесными парами. На раме установлен кузов 2 капотного типа с дизель-электрическим агрегатом переменного тока мощностью 640 или 800 кВт, в зависимости от типа машины комплекса. Управление модулем в транспортном режиме производится из кабин управления 1, имеющих также бытовые помещения для экипажа, а в рабочем режиме движением модуля управляют из кабины путевой машины или из соответствующей кабины модуля. На торцевые стенки модуля выведены электрические розетки 3, к которым через соединительные кабели 13 подключается силовая электрическая сеть путевой машины.
На УТМ-2М применена двухрежимная электромеханическая трансмиссия (рис. 13.1, б). В рабочем режиме передвижение осуществляется от двух электродвигателей 10 постоянного тока типа ДК-213 Д2 общей мощностью 230 кВт через понижающие редукторы 11, режимный редуктор 9, осевые редукторы 18 и систему карданных валов 19. Остальная мощность может быть передана в энергетическую систему путевой машины 14 через блок розеток 3 и кабели 13. В транспортном режиме переключающими механизмами 20 электродвигатели 10 отключаются от режимного редуктора 9, что предотвращает их вращение с недопустимо большой скоростью. Вращение на колесные пары передается от двух электродвигателей 4 типа ЭД-118А суммарной мощностью 610 кВт, которые через систему карданных валов соединены с осевыми редукторами.
Для работы тяговых электродвигателей 5 или 10 напряжение переменного тока, поступающее с генератора 15, выпрямляется тиристорным преобразователем 17. Модуль оборудован типовыми автотормозами и приборами безопасности.
Путевая тяговая машина ПТМ-630 (рис. 13.2, а), применяется в основном для энергообеспечения и транспортирования щебнеочистительных машин ЩОМ-6. Экипажная часть ПТМ-630 опирается на две тяговые тележки 5, имеет две кабины 1 управления, автосцепки 3, кузов капотного типа, сигнальные устройства и приборы безопасности. По общей компоновке во многом аналогична тяговому модулю УТМ-2М, однако в транспортном режиме привод колесных пар (рис. 13.2, б) выполняется от дизеля 2 типа 6ЧН21х21 через унифицированную гидромеханическую передачу 7 УГП-750/1200, карданные валы 6 и осевые редукторы 8, 9. В рабочем режиме – тяговые перемещения производятся через электромеханическую систему, включающую электродвигатель 12, понижающий редуктор 11, гидромеханическую передачу 7, карданные валы и осевые редукторы 8, 9. Питание тягового двигателя ДК-263В 12 производится от синхронного генератора 10.
В рабочем режиме ПТМ-630 обеспечивает передвижение и питание энергией комплекса машин, состоящего из ЩОМа, состава для засорителей ПУ из десяти промежуточных и одного концевого вагонов.
В путевом хозяйстве применяются также универсальные тяговые модули УТМ-1, УТМ-1А, тягово-энергетические уста-новки ТЭУ-400 и др. прежних выпусков (см. табл. 13.1.). Эти тяговые модули предназначены для транспортирования и энергообеспечения щебнеочистительных машин СЧ-600, ЩОМ-6Б, ЩОМ-6Р, а также кюветоочистительных машин СЗП-600, МНК-1 в комплексе с составами для засорителей. Тяговые модули УТМ представляют собой: двухтележечный экипаж, объединенный главной рамой, с двумя кабинами управления и кузовом капотного типа. В качестве силовой установки на УТМ-1 используется дизель-генератор фирмы "Cummins" с охлаждающим устройством и выпрямительной установкой, а на УТМ-1А – дизель-генератор АО «Волгадизельмаш». Управление модулем в транспортном режиме осуществляется из одной или двух кабин, а в рабочем режиме из кабины щебнеочистительной или кюветоочистительной машины. При необходимости возможно управление машиной из кабины модуля.
Все тягово-энергетические модули, предназначенные для работы с путевыми машинами, позволяют при работе снимать электрическую мощность до 30 кВт для подключения дополнительного оборудования.
Дрезины (название по фамилии английского изобретателя Дрейза (K.F.Drais 1785 – 1851 гг) относятся к классу путевых машин, предназначенных для работы на магистральных, подъездных и путях промышленного транспорта, выполняют маневровые и другие, в основном, погрузочно-разгрузочные и монтажные работы, а также служат источником энергии для механизированного инструмента и вспомогательных механизмов. Дрезины для маневровых работ получили название мотовозы, а в случае их оснащения рабочим оборудованием для выполнения погрузочно-разгрузочных и других работ – дрезины, автодрезины и автомотрисы, в том числе и служебные автомотрисы для перевозки людей. Они приводятся в движение двигателями внутреннего сгорания и оснащаются силовой передачей, позволяющей обеспечить транспортный и рабочий режимы движения, а также привод насосов и генератора отбора мощности на нужды рабочего оборудования и внешних потребителей.
Первые инспекторские дрезины с ручным приводом появились в России в 1913 г. В дальнейшем они были оснащены двигателем и вошли в классификацию как съемные дрезины типа СМ-4, ТД-1, ТД-3. В связи с изменением характера путевых работ и расширением сферы применения промышленностью выпускаются несъемные дрезины (табл. 13.2). Выпущенные ранее дрезины АГМУ и ДГКУ и автомотрисы специального назначения АГВ заменяются современными машинами, созданными на базе мотовоза погрузочно-транспортного (МПТ), выпускаемыми ОАО «Тихорецкий машиностроительный завод им. В.В. Воровского». На базе МПТ создан ряд модификаций мотовоза (табл. 13.3) и специальных автомотрис АДМ, АДМС, АДМ-СКМ, АКС и др. (табл. 13.4).
На основе унификации сборочных единиц и систем удалось создать ряд машин для выполнения различных работ в системе путевого и электротягового хозяйства и др.
Мотовоз погрузочно-транспортный МПТ-4. Мотовоз погрузочно-транспортный МПТ-4 (рис. 13.3.) предназначен для погрузочно-разгрузочных работ, перевозки рабочих бригад и грузов при текущем содержании и ремонте железнодорожного пути; используется для маневровых работ на железнодорожных станциях; служит источником питания для различного рода электрических путевых инструментов при выполнении ремонтных работ.
Экипажная часть мотовоза содержит сварную раму 20, которая опирается через буксовое рессорное подвешивание на переднюю 23 и заднюю 17 колесные пары. Привод колесных пар мотовоза осуществляется от дизеля 12 ЯМЗ-238Б-14 мощностью 220 кВт через гидромеханическую коробку перемены передач 19, карданные валы 18, промежуточную опору 21 и осевые редукторы. Сущность привода аналогична приводу полноприводных автомобилей, с той разницей, что здесь отсутствует межосевой дифференциал, и, как показывает опыт эксплуатации, ходовая часть при этом испытывает более существенные динамические нагрузки. Мотовоз имеет тормозную систему 22, автосцепки 13 и систему безопасности движения КЛУБ-УП 14. На раме размещается кабина управления 25, которая позволяет также перевозить персонал в количестве до 11 чел.
Кабина имеет жесткий стальной каркас, на котором через опорно-поворотный круг 26 устанавливается консольный кран с зоной обслуживания в радиусе до 7,5 м. Кран монтируется на платформе 22, которая поворачивается механизмом поворота 2 с электроприводом. Грузовое оборудование крана содержит консольную стрелу 6 с направляющими для грузовой тележки 3. Захватный крюк, имеющий крайние 3, 7 и транспортное 5 положения, подвешен через двукратный полиспаст. Один конец грузового троса закреплен на ограничителе грузоподъемности 10, а другой – на барабане грузовой лебедки 28 с приводом от электродвигателя через червячный редуктор. Для перемещения груза вдоль стрелы применена двухбарабанная тяговая лебедка 1 с закреплением тросов за тележку 3 с использованием обводного блока 9. Управление краном может производиться из кабины управления или с выносного пульта.
При работе крана производится блокировка буксового рессорного подвешивания колесной пары 23 и одновременно для дополнительного повышения поперечной устойчивости дрезины опускаются на предварительно установленные на балласт подкладки 7 башмаки 6 аутригеров 4 (рис. 13.4). Аутригеры приводятся гидроцилиндрами 2, а их выдвижная часть фиксируется пальцем 5. Зависимость грузоподъемности крана от вылета для мотовозов МПТ-4 и МПТ-6 показана на рис. 13.5.
Мотовоз МПТ-6 конструктивно отличается от предыдущих моделей (табл. 13.3) тем, что силовая установка с приводом установлена в средней части платформы под полом, что позволило освободить площадь платформы и увеличить ее грузоподъемность. Мощность от дизеля ЯМЗ-238-14 передается через карданные валы, распределительный редуктор на насосы, компрессор, гидропередачу ГП-300 (или ГМП-300) и через карданный привод на осевые редукторы колесных пар и трехфазный генератор.
Выпускаемая ОАО «Калугапутьмаш» гидромеханическая передача ГП-300 (рис. 13.5) состоит из закрытой переключаемой зубчатой передачи с встроенным комплексным гидротрансформатором ТР, гидравлического контура циркуляции и охлаждения масла и контура управления муфтами сцепления Ф1 – Ф3 через встроенные гидроцилиндры Ц1 – Ц3. Указанные муфты производят переключения трехступенчатой планетарной коробки перемены передач. Вращение на осевые редукторы 2 колесных пар 1 передается через выходные валы 3 и промежуточную опору 4. Масло подается в контуры насосом Н1.
Зубчатыми муфтами М1, М2 переключается реверс машины в транспортном режиме. Муфтой М3 включается привод передвижения от гидромотора М при работе машины. Муфтами М4 – М7 включаются насосы Н2, Н3, компрессор КМ1 и генератор G1. Указанные устройства получают вращение от дизеля Д напрямую через зубчатые передачи, поэтому имеют стабильные угловые скорости вращения валов в рабочем и транспортном режимах.
Краны МПТ-4 и МПТ-6 аналогичны по конструкции, но имеют некоторые отличия по технологическим возможностям (см. рис. 13.6). Кроме того, мотовоз МПТ-6 оборудован лебедкой для подтаскивания грузов со стороны в зону крана, при работе с краном и прицепным оборудованием может передвигаться с регулируемой рабочей скоростью до 10 км/ч. На мотовозе может устанавливаться плуг-снегоочиститель.
Машина МПТ-6 в данном варианте была использована как базовая тяговая единица для создания рельсоочистительной машины РОМ-4 и специализированных машин для путевых работ.
Мотовоз погрузочно-транспортный МПТ-6 исп. 2 (рис 13.7, а) оснащен дополнительной пассажирской кабиной 3, и имеет в средней части съемную слесарную мастерскую 2 с набором оборудования (верстак с тисками и заточным станком, рабочий стол со сверлильным станком, стеллаж), Это позволяет дополнительно использовать мотовоз для ремонта элементов контактной сети в полевых условиях.
Мотовоз погрузочно-транспортный грузовой МПТ-Г (рис 13.7, б) представляет собой четырехосный самоходный экипаж 10 с одной приводной тележкой. Мотовоз оборудован телескопическим грузоподъемным краном 7 и краном-манипулятором 8 типа МКС 2 с грейфером 9. Рабочее оборудование позволяет обслуживать две прицепных платформы при выполнении различных путевых работ по ремонту и текущему содержанию пути, а также работ по установке опор контактной сети
Платформа прицепная ППМ-6 с краном-манипулятором HIAB-088 или БАКМ-890 11 (рис 13.7, в) предназначена для работы с навесным оборудованием: грейфером 9, захватом для рельсов, траверсой для погрузки шпал, перевозки элементов верхнего строения железно-дорожного пути (рельсов всех типов длиной 12,5 и 25 м, шпал деревянных и железобетонных, деталей и узлов крепления рельсов), перевозки сыпучих грузов 5. Платформа оснащается самоопрокидывающимся на обе стороны кузовом 12, что облегчает выгрузку сыпучих грузов
Мотовозы и платформа имеют системы блокировки буксового подвешивания и аутригеры 5 со стороны размещения грузоподъемного оборудования для повышения поперечной устойчивости.
Путеремонтные летучки предназначены для механизации: погрузки, разгрузки и транспортирования 25-ти метровых рельсов, деревянных и железобетонных шпал и, блоков стрелочных переводов в пределах дистанции пути на закрытых перегонах. Широкое распространение получили путеремонтные летучки ПРЛ-3/2, ПРЛ-4 (табл. 13.5.).
Путеремонтная летучка ПРЛ-4 (рис. 13.8) состоит из сцепа двух четырехосных платформ 7 общей подъемной силой 126 т. Стреловые краны устанавливаются в средине платформ. На торцевой части первой платформы «Кран-1» расположен дизель-электрический агрегат АД-60-Т/400-М 6 мощностью 60 кВт, являющийся источником электроэнергии для питания систем привода и управления механизмов летучки. На торцевой части второй платформы «Кран-2» расположена кабина 12 для размещения обслуживающего персонала, приборов сигнализации и стоп-крана. Платформы летучки оборудуются автоматическими тормозами и ручным стояночным тормозом. Для перемещения ПРЛ-4 используют любой тип локомотива, чаще всего МПТ-4. Для питания электромагнитной плита типа М225 и погрузки рельсовых скреплений предусмотрена выпрямительная установка.
Кран предназначен для подъема максимального груза 2 т при минимальном вылете стрелы 875 мм и максимальном – 4900 мм. Кран включает в себя: стрелу 2, механизмы подъема и передвижения груза, поворота стрелы, грузовую тележку, под-веску крюка 3, ограничитель грузоподъемности, кожух крана 4, опорно-поворотное устройство 5 и подвижную опору крана 9. На подвижной опоре крана (портале) устанавливается: в верхней части опорно-поворотный круг с зубчатым венцом, а в нижней – четыре опорных катка для поперечного перемещения крана.
Механизмы крана имеют одинаковую структурную кинематическую схему: электродвигатель (подъема – 5 кВт, передвижения – 1,7 кВт, поворота – 1,7 кВт), соединительная муфта с электромагнитным тормозом типа ТКТ, червячный редуктор, барабаны (грузовой – 325 мм, тяговый – 135 мм) для канатов (грузовой – 11,5 мм, тяговый – 6,5 мм) и передаточный вал для поворота стрелы. Опорно-поворотное устройство 5 крана состоит из опорного круга с зубчатым венцом, неподвижно закрепленным болтами на верхней части подвижной опоры 9 крана, и распорного кольца. Нижний диск распорного кольца опираются на поворотный круг через шарики, расположенные по кольцевым дорожкам внутреннего фланца опорного круга на диаметре 750 мм. На верхний диск опирается рама стрелы и скрепляется болтами с распорным кольцом и дисками. Управление механизмами крана дистанционное, коночное, с выносного пульта управления. Краны также оборудованы сменными захватными приспособлениями.
Основной опорой крана является неподвижная рама 8, которая служит для передачи нагрузки от крана на платформу, как в транспортном, так и в рабочем положении и обеспечивает достаточный подъем её над платформой. На верхнюю часть рамы опираются подвижные балки, включающие в себя две пары правых и левых подвижных балок, которые могут раздвигаться от продольной оси платформы на 700 мм в одну или другую сторону для погрузки 25-ти метровых рельсов через открывающийся проем в раме 8. Подвижная опоры крана своими катками устанавливается в направляющие подвижных балок. Перемещение опоры крана относительно подвижных балок выполняется от электродвигателя через зубчатый редуктор, цепную и реечную цевочную передачу. Перемещение подвижных балок на 350 мм, для образования проема в неподвижной раме, производится пневмоцилиндрами. Крайние положения подвижных балок и опоры крана фиксируются концевыми выключателями и пневматическими стопорами. Для питания пневмоприводов механизмов, звуковых сигналов и др. установлен компрессор 11 типа ВВ-07/8. Борта платформ нарощены и выдвижные, ограждены перилами.
В транспортном положении подвижные балки сдвинуты, и подвижная опора крана находится на оси платформы. Для погрузки рельсов опора крана вначале смещается на балки в требуемую сторону и после этого подвижные балки раздвигаются, образуя проем в раме шириной 700 мм. Для смягчения удара при перемещении подвижной рамы о неподвижную раму на внутренней её стороне размещены буферные упоры-амортизаторы.
Путеремонтная летучка имеет два положения – транспортное и рабочее. В транспортном положении все механизмы крана должны быть приведены в габарит подвижного состава 1Т. Продольная ось стрелы крана должны совпадать с продольной осью подвижной опоры и платформы. Стрелы при транспортировке на дальние расстояния закрепляются пневматическими стопорами, расположенными в нижней части подвижной опоры, и двумя штанговыми стяжками 1.
В рабочем положении путеремонтная летучка ПРЛ-4 при выполнении технологических операций по погрузке и разгрузке рельсов длиной 12,5 м и 25 м, шпал (деревянных, железобетонных), рельсовых скреплений с использованием электромагнитной плиты, элементов стрелочного перевода, путевого инструмента и др., засекает габарит подвижного состава. В этих случаях работы выполняются в «технологические окна» с закрытием перегона для движения поездов. При работе на многопутных линиях необходимо учитывать особенности поворота стрелы. Электродвигатель механизма поворота имеет верхний концевой выключатель, ограничивающий поворот стрелы на 3550 по часовой стрелке, а нижний, при повороте на тот же угол, но против часовой стрелки и операция поворота стрелы на перегоне в требуемое положение может стать выполнимой. При работе со стороны междупутья стрела крана фиксируется пневмостопором под углом 300 к оси пути.
На дистанциях пути используются также модернизированные путеремонтные летучки типа ПРЛ-4С (УКС-30). Отличительной их особенностью является – самоходность в транспортном и рабочем режимах. Это позволяет высвободить тяговую единицы для других работ, расширить функциональные возможности ПРЛ, упростить организацию её работы, обеспечить выполнение вспомогательных работ на перегоне. Для обеспечения самоходности ПРЛ-4С имеет более мощный дизель-генераторный агрегат типа АД200, мощностью 200 кВт, расположен аналогично ПРЛ-4. Привод передвижения обеспечивается постановкой тяговой тележки под платформу «Кран-2», со стороны кабины для обслуживающего персонала. ПРЛ-4С имеет необходимые системы управления движением и тормозами.
Таблица 13.5. Технические параметры путеремонтных летучек
Пассажирские дрезины АС-1А, АСГ, АГСП и автомотрисы АС4 (см. табл. 13.2) предназначены для доставки монтеров пути и инструментов к месту работ, бригад машинизированных комплексов, работающие по вахтенному методу, а также для поездок при комиссионных осмотрах пути и выполнения хозяйственных работ. Дрезина АС-1А состоит из двухосного вагона с автомобильным карбюраторным двигателем, который через муфту сцепления, коробку перемены передач, промежуточный карданный вал, реверс и осевой редуктор передает вращение на переднюю колесную пару. Кузов дрезины имеет кабину с пультом управления, салон на 24 пассажира и дополнительный пульт управления для движения задним ходом.
Трансмиссия дрезины АСГ состоит из раздаточной коробки, гидротрансформатора, коробки передач, карданной передачи на осевые редуктора колесных пар с приводом от дизельного двигателя мощностью 170 кВт. Для выполнения сварочно-наплавочных работ имеется генератор постоянного тока мощностью 11,5 кВт. Кузов дрезины имеет два поста управления и салон для размещения 32 пассажиров.
Автомотрисы типа АС4 (рис. 13.9) представляют собой двухосный экипаж, имеющий две кабины управления 1, 4, два тамбура, машинное отделение 3 и салон 2 для размещения 86 пассажиров. Салон оборудован удобными сидениями, откид-ными столиками, полками для ручной клади. Рама 7 автомотрисы оборудована автосцепками 5, имеет путеочиститель 6 и опирается на две приводные колесные пары 8 с пружинным рессорным подвешиванием и демпферными тягами 9 для гашения вертикальных и горизонтальных колебаний кузова. Силовая установка автомотрисы – дизель ЯМЗ-240Д четырехтактный с жидкостным охлаждением. Источником энергии переменного тока служит синхронный генератор ДГС-82/4 мощностью 20 кВт. Трансмиссия привода включает в себя гидропередачу ГП-320 с комплексным гидротрансформатором 12, механическую двухступенчатую коробку передач, карданные валы 10, 11, 13 и осевые редуктора колесных пар 8. Привод автомотрисы обеспечивает скорость движения до 100 км/ч и расширяет их функциональные возможности: - по энергообеспечению путевого инструмента и сварочно-наплавочных работ на перегоне, использование в качестве тяговой единицы для доставки материалов верхнего пути на платформе.
Модификация автомотрисы АС4А имеет одну кабину управления и используется для работы в составе служебных дизель-поездов СДП1 – СДП4 с управлением по системе 2-х единиц. Общая пассажировместимость автомотрисы – 96 чел., посадочных мест в салоне – 38.
Электрификация железных дорог является важным направлением в организации пригородного пассажирского движения и обеспечении скоростного и высокоскоростного движения поездов со скоростями до 350 км/ч. На электрифицированных участках линии энергоснабжение движущихся поездов выполняется через контактную подвеску, которая состоит их подвески несущего троса (натяжение Т=16 кН) и контактного провода (натяжение К=12 кН). В контактный провод подается номинальное напряжение постоянного тока 3 кВ на линиях постоянного тока и 25 кВ, 50 Гц переменного тока на линиях однофазного переменного тока. Удельная мощность энергопотребления на высокоскоростных двухпутных линиях достигает 2,5 МВт/км. Для обеспечения нормальной работы электрифицированных линий периодически выполняются работы по замене контактного провода (исключения обрыва), несущего троса, ремонт подвести, замена опор контактной сети и др.
Наиболее трудоемкими работами являются:
– разработка котлованов под опоры контактной сети и установка опор;
– монтаж контактной сети, её обслуживание и ремонт.
Механизация работ при электрификации железных дорог, обслуживанию и ремонту контактной сети практически решена за счет создания комплекса специальных машин АДМ на базе мотовоза МПТ, выпускаемых ОАО «Тихорецкий машиностроительный завод им. В.В.Воровского».
Автомотриса дизельная монтажная с бурильной установкой АДМ-1.5Б (рис 13.10, а) предназначена для: – бурения котлованов под установку опор контактной сети; – обслуживания, монтажа и демонтажа опор контактной сети и других её элементов; – выполнения маневровых и погрузочно-разгрузочных работ; – перевозки железобетонных опор и других грузов на собственной и прицепной платформах; – питания электроэнергией 380/220 В, 50 Гц потребителей в полевых условиях, в т.ч. проведения сварочных работ.
Автомотриса представляет собой самоходный двухосный экипаж 3. На передней консоли расположена несущая кабина 5 с телескопическим грузоподъёмным краном 1. На задней консоли установлено буровое оборудование (ОБЖД-08/4,5): 6 – направляющая (штанга) бурового станка; 7 – механизм поворота станка; 8 – центральная колонна; 9 - поворотная платформа; 10 – бур; 11 – привод бура; 2 - аутригеры буровой установки. В средней части под рамой расположена гидромеханическая трансмиссия, состоящая из силовой установки – дизеля ЯМЗ-238 Б-14, гидропередачи ГП-300 и карданного привода к осевым редукторам колёсных пар. Автомотриса оборудована аутригерами 4 в передней консоли.
Автомотриса на вылете от 3,0 до 5,5 м от оси пути может отрывать котлованы для установки опор контактной сети диаметром 0,4 – 0,8 м и глубиной отрываемого котлована до 4,5 м. Средняя скорость проходки в талых грунтах – 0,7, в мёрзлых грунтах – 0,2 м/мин.
Автомотриса дизельная монтажная строительная АДМ-1С (рис. 13.10, б) предназначена для:
– выполнения монтажных, ремонтных, аварийно-восстановительных работ контактной сети при отсутствии в контактной сети напряжения;
– монтажа и демонтажа опор контактной сети;
– бурения котлованов под установку железобетонных опор контактной сети;
– погрузочно-разгрузочных работ;
– транспортирования различных грузов на собственной платформе, а также на прицепных платформах;
– использования в качестве передвижной электростанции.
Автомотриса представляет собой самоходный двухосный экипаж 3. На передней консоли рамы расположена несущая ка-бина 5, рассчитанная на перевозку 11 человек, включая машиниста и помощника машиниста; над кабиной расположена поворотная монтажная площадка 13, монтажная люлька 12, под рамой силовая установка – дизель ЯМЗ-238Б-14, в средней части на раме – буровая установка ОБЖД – 08/4,5 (см. рис. 13.10, а). На задней консоли монтируется кран-манипулятор PALFINGER 14, 15 или HIAB-225, имеющий бо`льшую грузоподъёмность и вылет стрелы в сравнении с краном автомотрисы АДМ-1. Для устойчивости в передней консоли автомотриса оборудована аутригерами 4.
Комплекс автомотрисы дизельной монтажной модернизированной 1АДМ-1.3 с платформой прицепной ППМ с краном – манипулятором и буровым оборудованием (рис 13.10, в) предназначен для: – выполнения монтажных, ремонтных, аварийно-восстановительных работ контактной сети на электрифицированных железных дорогах под напряжением 3,3 кВ постоянного тока и 27,5 кВ переменного тока; – транспортирования платформ с различными грузами; – питания электроэнергией потребителей в полевых условиях; – проведения маневровых работ и перевозки рабочих бригад.
Автомотриса представляет собой самоходный двухосный экипаж 3. На передней консоли расположена несущая кабина 5 с краном 1. На задней консоли – силовая установка 21 и монтажная площадка 17 на поворотной платформе 16.
Грузоподъёмный телескопический кран 1 выполняет монтаж и демонтаж опор контактной сети, погрузку и выгрузку различных грузов. Наличие на кране люлек 12 позволяет производить на соседнем пути монтажные, ремонтные и аварийно-восстановительные работы контактной сети при снятом напряжении в контактной сети. Автомотриса оборудована аутригерами 4 в передней консоли.
Прицепная платформа предназначена для работы с навесным оборудованием: грейфером, захватом для рельс, траверсой для погрузки шпал, перевозки элементов верхнего строения железнодорожного пути (рельсов всех типов длиной 12,5 и 25 м, шпал деревянных и железобетонных, деталей и узлов крепления рельсов), перевозки сыпучих грузов. В средней части платформы установлена буровая установка ОБЖД – 08/4,5 (см. рис.13. а). На задней консоли расположен кран-манипулятор МКС на поворотной платформе 18, 20 с грейфером 19. Платформа на консоли в зоне крана оборудована также аутригерами 4.
Техническая характеристика буровой установки
ОБЖД – 08/4,5:
Диаметр отрываемого котлована (съёмными бурами)
min/max, м 0,4/0,8
Глубина отрываемого котлована от уровня верха
головок рельсов до, м 4,5
Вылет бура от оси пути min/max, м 3,0/5,5
Рабочим органом буровой установки служит лопастной двухзаходный бур с полукруглой выступающей вперед режущей кромкой. Буры изготавливаются сварными с несъёмной режущей кромкой или литые, режущая кромка которых крепится к лопастям болтами и цилиндрическими штифтами. Буры снабжены съёмными перовыми наконечниками, обеспечивающими хорошее их внедрение в грунт, а также в талые и мерзлые грунты 1 – 4 категорий, кроме сухих песков, плывунов и каменных включений размером более 25 см.
Монтажная автомотриса АДМ-1 (рис. 13.11.) предназначена для выполнения монтажных, ремонтных и аварийно-восстановительных работ на контактной сети электрифицированных железных дорог под напряжением 3,3 и 27,5 кВ, используется для доставки к месту работ ремонтных бригад, монтеров и инструмента и обеспечения их энергией; может быть использована для выполнения маневровых работ на железнодорожных станциях.
Гидрофицированный кран с телескопической стрелой смонтирован на поворотном основании 32, укрепленном на несущей металлоконструкции кабины 31, предназначен для быстрой погрузки и выгрузки перевозимых грузов, установки опор контактной сети и для других работ и имеет широкую зону обслуживания (рис. 13.12.).
Кран включает в себя платформу с шарнирно закрепленной на ней телескопической стрелой 6, 10, механизмом поворота 3, гидроцилиндры подъема стрелы 5, привод выдвижения телескопической стрелы 4 и механизм подъема груза 1. Передвижение выдвижной стрелы с грузом осуществляется канатно-блочной системой 8, 9, включающей в себя гидроцилиндр перемещения, на штоке которого расположены вращающиеся блоки, блоки на основной стреле, через которые зачалены два троса, закрепленные за выдвижную 10 и за основную 6 стрелы с возможностью регулировки натяжения. На оголовке основной стрелы расположены опорные катки, по которым прокатывается основание выдвижной стрелы, имеющее в верхней части такие же катки, прокатывающиеся по швеллерным направляющим основной стрелы.
Подъем и опускание груза производится электрической талью, шарнирно закрепленной на оголовке стрелы, имеющей высоту подъема 8,2 м.
Ряд монтажных дрезин оборудованы монтажными люльками 11 на телескопической стреле 10 крана с гидроприводом подъема стрелы, которые позволяют значительно расширить зону монтажного обслуживания.
Механизм поворота крана 3, установленный на платформе опорно-поворотного устройства 32, состоит из электродвигателя, червячного редуктора поворота, колодочного тормоза. Поворот крана осуществляется за счет вращения выходного червячного вала шестерен, последняя из которых входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом опорно-поворотного роликового устройства.
Смонтированная на поворотном основании подъемная площадка предназначена для выполнения монтажных, ремонтных и профилактических работ на контактной сети электрифицированных железных дорог на высоте 6,5 м от уровня головки рельса.
Площадка оборудована устройством для раскатки контактного провода. Рабочая площадка закреплена на верхней раме с помощью четырех изоляторов, защищающих её от напряжения 27,5 кВ.
Подъем рабочей площадки осуществляется с помощью двух действующих раздельно параллелограммов механизма подъема 14, которые раскрываются двумя невзаимосвязанными гидроцилиндрами. Благодаря раздельному приводу с помощью двух гидроцилиндров имеется возможность обойти контактный провод.
Механизм поворота 26 представляет собой реечное зацепление. Шестерня механизма поворота установлена на оси поворотной платформы, а рейка с гидроцилиндром привода – на раме автомотрисы. Складывающееся ограждение монтажной площадки в рабочем положении поднимается и фиксируется, образуя жесткую конструкцию.
Для обеспечения безопасного входа на рабочую площадку на капоте дизеля автомотрисы установлены изолированная переходная площадка 16 и лестница.
Управление подъемом, опусканием и поворотом площадки может осуществляться как из кабины автомотрисы, так и самой площадки, на которой имеется дистанционное управление.
Автомотриса дизельная монтажно-строительная АДМс (рис. 13.13.) предназначена для выполнения ремонтных работ контактной сети, как автомотриса АДМ-1, а также производит полный монтаж контактной сети электрифицируемых участков железных дорог:
– раскатка проводов и подъём их в проектное положение;
– установка струн, фиксаторов, других узлов и деталей контактной сети;
– армировка опор консолями, кронштейнами, стойками и другими конструкциями;
– переброска через вершины опор проводов, монтируемых с полевой стороны;
– анкеровка монтируемых проводов;
– передвижение раскаточных платформ и технологических вагонов и маневровых работ;
– перевозки бригад к месту работ.
Автомотриса представляет собой самоходный двухосный экипаж 5. На передней консоли расположена кабина 18, аутригеры 17, на задней консоли под капотом – силовая установка (дизель ЯМЗ-238Б-14) 13, передающая мощность через клиноременную передачу на 3-фазный генератор, а через гидропередачу и карданный привод на осевые редукторы. Вверху над кабиной по всей длине автомотрисы расположены: монтажная площадка 1; средняя поворотная выдвижная площадка 4; стрела 2 для подвески контактного провода 3.
При монтаже (замене) несущего троса и контактного провода подвески автомотриса работает в сцепе с раскаточной четырехосной платформой 11 с типовыми ходовыми тележками 12. На платформе установлено 6 катушек для несущего троса и контактного провода подвески, каждый из которых имеет механизм привода (при снятии провода) и тормоза (при раскатке провода), две направляющие стойки и дизель-электрический агрегат, мощностью 16 кВт, для индивидуального привода тягово-тормозного модуля барабана катушки.
Универсальный строительно-монтажный комплекс контактной сети УСМК.КС (рис. 13.14) предназначена для раскатки контактных проводов и несущего троса, а также для перевозки фундаментов, опор и других приспособлений контактной сети при выполнении строительных и монтажных работах контактной сети на железных дорогах (ЗАО «Царскосельский завод – София».
В состав комплекса входят:
– железнодорожная платформа 14 типа 3-9004 с дизель-электрическим агрегатом 1 модели АД100С-400-РМ2, механизмы передвижения 11, 12, тормозная система, герметизированная кабина 2 с органами управления и приборами контроля;
– тягово-тормозные модули (ТТМ) 3 для раскатки контактного провода 6 и несущего троса;
– кран манипулятора фирмы «ПАЛФИНГЕР» 8;
– гидравлические системы для крана-манипулятора и ТТМ;
– электрооборудование.
Рабочие органы комплекса – модули ТТМ и кран-манипулятор, грузоподъемностью до 4500 кг. На платформе комплекса устанавливается 3 или 4 модуля, на раме которого монтируется барабан с контактным проводом (несущим тросом) максимальным диаметром 1700 мм и массой 4500 кг, гидромеханический привод барабана и пульт управления. Управление каждым тягово-тормозным модулем осуществляется оператором с индивидуальных пультов управления, встроенных в модуль. Каждый ТТМ обеспечивает регулирование скорости намотки (раскатки) контактного провода (несущего троса) в пределах от 0 до 2 км/ч и усилием до 2 кН. Размещение и конструкция рабочих органов на базе платформы 14 позволяет выполнять раскатку контактного провода и троса независимо от направления движения комплекса, либо выполнять погрузку или разгрузку фундаментов, анкеров и опор контактной сети краном-манипулятором. Работы, связанные с текущим или капитальным ремонтом контактной сети электрифицированных участков, производятся комплексом без демонтажа или отвода контактного провода, но с обязательным снятием с него напряжения и заземлением.
Передвижение самоходом комплекса или в сцепе с дополнительной платформой обеспечивается приводом по одной (наружной) колесной паре каждой ходовой тележки базовой платформы электродвигателем мощностью 30 кВт через двухскоростной осевой редуктор, размещенные на общей раме, имеющей страховочные серьги и цепные подвески. Возможна работа с тяговым локомотивом. Скорость передвижения комплекса самоходом 15-30 км/ч, в составе грузового поезда до 70 км/ч. Торможение комплекса обеспечивается штатными тормозами платформы в транспортном режиме и дополнительной – прямодействующего типа при движении самоходом на 0,6 МПа. Обслуживающий персонал 4 чел. Масса комплекса при полной загрузке 70 т.
К основным параметрам, определяющим конструктивные особенности и работоспособность путевых дрезин, относятся:
масса дрезины GД, кг;
нагрузка на ось NО, Н;
сила тяги FТ, Н;
мощность двигателя NД, кВт;
скорость движения V, м/с (км/ч);
коэффициент сцепления колеса с рельсом ψ = FТ / GД;
расход горючего на 1 км пути qГ, л/км;
база машины, L, м;
диаметр колесной пары D, м;
частота вращения вала двигателя nД, об/мин.
Выбор и анализ взаимосвязи параметров, определяющих самоходную подвижную единицу (на примере: мотовоз, дрезина, автомотриса) в общем виде решается методом теории моделирования и анализа размерностей. Среди перечисленных параметров, характеризующие работоспособность и конструктивные особенности машины, некоторые параметры получаются как производные, число их сократится и в уравнения войдут:
масса дрезины GД;
сила тяги FТ;
мощность двигателя NД;
скорость V;
частота вращения вала двигателя nД;
расход горючего qГ;
база дрезины или мотовоза L, диаметр колеса D.
При анализе размерностей для механической системы за основные единицы можно принять: массу дрезины GД, кг; скорость V, м/с; диаметр колеса D, м. Остальные параметры считаются производными. Тогда согласно π-теореме для физических величин N = 8 и основных единиц n0 = 3, число критериальных соотношений
Для искомых параметров FТ, NД, qГ функциональные зависимости можно представить уравнениями:
После выполнения процедур, рекомендуемых при решении задач с использованием теории размерности, были получены уравнения (13.4) – (13.6) в критериальной форме:
где ψi, mi – постоянные, определяются экспериментально.
Согласно техническим характеристикам дрезин, мотовозов и автомотрис (см. табл. 13.2), выпускаемых для широкой колеи (1520 мм), были определены численные значения ψi, mi в выражениях (13.4) – (13.6). После их подстановки критериальные уравнения для расчета, анализа и выбора оценочных параметров дрезин и мотовозов принимают вид:
Уравнения (13.7) – (13.9) рекомендуются для расчета, анализа и выбора оценочных параметров проектируемых дрезин и мотовозов рассматриваемого класса машин.
Тяговые расчеты. Поезд (тяговый модуль, мотовоз, дрезина или путевая машина – сцепленная с подвижными единицами и т.д.) представляет систему материальных тел, обладающих упругими (автосцепки) и жесткими связями. При движении на поезд действуют постоянные и переменные по величине и направлению силы: внешние (вес, реакции рельсов, силы инерции, трения, окружающей среды, рабочие нагрузки и др.) и внутренние парные силы. Согласно основному закону механики – движение вызывают только внешние силы. Все силы, действующие по направлению движения, делятся на три группы:
– силы тяги;
– силы сопротивления движению (естественное сопротивление);
– силы торможения (искусственное сопротивление).
Тяговая единица рассматривается как преобразователь подводимой энергии во внешнюю работу силы тяги, затрачиваемой на перемещение машины. В результате (одно- или многоступенчатом) преобразовании подводимой энергии в силу тяги возникают, на том или ином участке, ограничения:
– по мощности двигателя (ДВС);
– по передаче (трансмиссии);
– по сцеплению колес с рельсами.
Дифференциальное уравнение, описывающее зависимость между ускорением и равнодействующей, приложенных к поезду сил, называют уравнением движения поезда.
В общем случае, применяя принцип Даламбера (в любой момент движения сумма активной силы, реакции связи и силы инерции равна нулю) уравнение движения машины (поезда):
(13.10)
где FТ – сила тяги касательная, приложенная к ободу колеса тяговой единицы, кН; WМ – сопротивление движению машины (основное и дополнительное сопротивление повозки, сопротивление от рабочего оборудования и др.), кН; BТ – тормозная сила, вызванная работой тормозов машины, кН; a=dv/dt – ускорение движения машины, м/с2; MПР – приведенная масса машины (поезда), т.
В приведенной массе подвижного состава учитываются инерционные свойства вращающихся масс колесных пар и приводов осевых редукторов [1]:
(13.11)
где GМ – сцепной вес тяговой машины, кН; g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2; γ – коэффициент приведение (для самоходной машины γ=0,11 – 0,12, для несамоходной γ=0,03). Тогда уравнение движения (13.2) поезда:
(13.12)
где ξ = 1/(1 + γ) – коэффициент ускорения, для расчетов принимается ξ =120, км/ч за 1 ч; fM, wM, bT – удельные приведенные значения: силы тяги, сопротивления движению, тормозных сил, кН/т.
Сила тяги по двигателю, Н:
(13.13)
где M – крутящий момент на валу двигателя, Н.м; D – диаметр тяговых колесных пар, м; i – передаточное число от двигателя к колесной паре; η – к.п.д. передачи ( = 0,85).
Сила тяги по сцеплению, Н:
(13.14)
где PСЦ – сцепной вес тяговой единицы, Н; ψ – коэффициент сцепления колес тяговых колес с рельсами:
(13.15)
где v – скорость движения тяговой единицы, км/ч.
Сила тяги по двигателю FД и сцеплению FС находятся в зависимости
FД ≥ FС.
В зависимости от режимов работы машины возможны следующие случаи движения:
– разгон в режиме тяги, ускоренное движение, FМ >
WM:
(13.16)
– равномерное установившееся поступательное движение:
(13.17)
– свободный выбег под действием сил инерции, холостой режим:
(1318)
– торможение, замедленное движение под действием рабочих сопротивлений и тормозных сил машины:
(13.19)
Уравнения (13.16) – (13.19) дают возможность для тяговой единицы (например, мотовоза) построить график движения v = f(t) (рис. 13.15). На участке графика Оа происходит разгон с постоянным по величине ускорением a = dv/dt = const.
На участке ab сила тяги уменьшается. На участке графика bc движение равномерное, fM = wM, vM = const. При выключенном тяговом двигателе мотовоз двигается по инерции (участок cd). На последнем участке de движение происходит в тормозном режиме. Правая часть уравнения (13.19) имеет вид – ξ (bM + wM), где bM – удельная тормозная сила.
Уравнение движения поезда (13.12) позволяет решать следующие практические задачи:
– определить вес состава поезда QП (см. формулу (13.17)), который может вести тяговая единица при
v=const и заданном значении уклона пути i, ‰;
(13.20)
где FКР – расчетная сила тяги локомотива, кН;
w’О – основное удельное сопротивление движению локомотива, кН/т;
iP – принятый расчетный подъем, ‰; МПР – расчетная масса локомотива, т;
w”О – основное удельное сопротивление движению состава поезда, кН/т;
Используя приведенные выше расчетные формулы можно:
– определить равномерную скорость движения поезда, которую может развивать данная тяговая единица при заданных весе поезда –
QП, кН и уклоне пути – i‰;
– решать тормозные задачи (см. п. 2.2).
Для выполнения работ по ликвидации последствий транспортных происшествий с восстановлением нормального функционирования железной дороги на сети функционируют восстановительные и пожарные поезда, аварийно-полевые команды и аварийно-восстановительные летучки контактной сети.
Восстановительные поезда. Восстановительный поезд (ВП) это специальное формирование, которое используется для ликвидации последствий схода с рельсов и столкновений подвижного состава, а также для оказания необходимой помощи при стихийных бедствиях. Восстановительные поезда формируются из специально оборудованных грузовых и пассажирских вагонов и грузоподъемных кранов на железнодорожном ходу и окрашиваются в защитный зеленый цвет. В состав восстановительного поезда входят:
вагон-гараж для тракторов и бульдозеров;
вагон-электростанция;
платформа для тягачей и бульдозеров большой мощности;
грузовой крытый вагон или вагон ЦВМ для размещения оснастки, накаточных башмаков, домкратов, передвижных электростанций и другого оборудования;
грузовой крытый вагон для размещения такелажного оборудования, инвентарной и защитной одежды;
пассажирский вагон (ЦВМ), переоборудованный для перевозки и отдыха крановых бригад;
пассажирский вагон, оборудованный под столовую (с санитарными отсеками);
платформа для размещения вагонных тележек; платформа под стрелу крана.
Схема расположения оборудования восстановительного поезда показана на рис. 13.16 [18]. Пункты постоянной дислокации восстановительных поездов на дорогах согласовываются с ОАО «РЖД» и входят в систему по действиям в чрезвычайных ситуациях. Расстояние между пунктами расположения ВП должно быть не более 200 км. Пути стоянок ВП на станциях их дислокации должны иметь двухсторонние выходы. Состав техники, используемой для восстановительных работ, постоянно обновляется современными и мощными образцами, например, краны серии ЕДК заменяются кранами Кировского завода 1 Мая: КЖ-971 грузоподъемностью 80 тонн, КЖ-1471 грузоподъемностью 125 тонн с трехсекционной телескопической стрелой и гидравлическим приводом крановых механизмов.
Восстановление железнодорожного пути возлагается на дистанцию пути, которая использует имеющиеся в наличии путевые машины и комплексы. Технология восстановления пути во многом аналогична капитальным ремонтным путевым работам со снятием старой поврежденной путевой решетки, укладкой новой решетки, балластировочными и выправочно-подбивочными работами.
Пожарные поезда. Пожарные поезда на железнодорожном транспорте предназначены для: – ликвидации пожаров и проведения аварийно-спасательных работ на объектах и подвижном составе железнодорожного транспорта; – оказание помощи при авариях, крушениях и стихийных бедствиях и чрезвычайных ситуациях на ж.-д. транспорте, сопровождающихся пожарами; – оказание платных услуг в области пожарной безопасности. Пожарные поезда организуются на крупных ж.-д. станциях и узлах, в состав которых входят грузовые районы, локомотивные и вагонные депо, и др. объекты, имеющие повышенную пожарную опасность. Пожарные поезда являются подразделениями ведомственной охраны, регистрируются в Федеральном агентстве Министерства «Транспорта» России по делам гражданской обороны в чрезвычайных ситуациях. Пожарные команды в своих действиях руководствуются Указами Президента РФ и постановлениями Правительства РФ [65].
В состав пожарного поезда первой категории (ЦУО-219, Приложение 2) входят:
4-х осный вагон ЦМВ – водонасосная станция, для размещения личного состава, насосных установок, электростанции, пожарно-технического оборудования и средств пожаротушения;
две емкости – цистерны для хранения воды (по 72,3 м3);
вагон-гараж для размещения пожарного оборудования (автомобиль) и отсеков для хранения запаса материалов:
пенообразователя, дегазации, нейтрализации, сухого речного песка, кальцинированной соды;
платформа 4-х осная для размещения транспортной системы комбинированного пожаротушения (ТСПК).
Подвижные единицы пожарного поезда окрашиваются в красный цвет. Схема пожарного поезда приведена на рис. 13.17 [61].
Специализированный поезда для подавления растительности. В процессе эксплуатации железнодорожного пути в балластном слое накапливаются засорители, различные по своей природе образования, которые приводят к зарастанию балластной призмы растительностью и, как следствие, снижение дренирующих и упругих свойств балластного слоя, появляются расстройства пути (выплески, просадки и др.). Для обеспечения подавления растительности в полосе отвода железных дорог используются механические, химические, комбинированные и альтернативные способы. Помимо кусторезов СП-93Р, применяются специализированные поезда для обработки растительности гербицидными водными растворами путем полива (рис. 13.18), машины для подавления растительности при обработке перегретым паром типа МПР-1, РОМ-4.
Специализированный поезда включает в себя: базовую машину 10 РОМ-3М и поливочное устройство 1, 2, смонтированное на раме цистерны 4. Для подавления растительности используется жидкий гербицид типа «Арсенал», «Тордон», «Раундап» в канистрах вместимостью 10 л. Опрыскивание растительности производится при начале ее вегетации (весна: конец апреля – начало мая), при скорости ветра менее 4 м/сек, при температуре воздуха от +15 °С до +25 °С.
Технология производства работ разделяется на:
– подготовительные работы: заправка цистерны чистой водой, заливка гербицида требуемой концентрации и перемешивание гидропомпой;
– основные работы: приведение навесного поливочного устройства в рабочее положение; опрыскивание растительности производится на одном пути, ширина полива 5-6 м, при движении машины со скоростью 15-25 км/ч. Привод боковых распылителей пневматический дистанционный. Давление рабочей жидкости поливочного устройства создается 2-мя гидронасосами в пределах 0,015 – 0,020 МПа. Расход готовой рабочей жидкости составляет ~ 150 л на 1 км пути. Одной заправкой можно обработать до 373 км пути.
– заключительные работы:
промывка поливочного устройства водой при помощи гидропомпы.
При использовании гербицидов требуется строгое выполнение требований МИНЗДРАВА РФ по охране труда обслуживающего персонала и безопасности при работах с ядохимикатами по уничтожению растительности на железнодорожных путях (в частности – пункты заправки и хранения гербицидов должны располагаться на расстоянии не менее 300 м от жилых помещений, источников воды, посевов культурных растений).
К механизированному путевому инструменту (МПИ) относят переносные и съёмные, обычно небольшие по массе, машины для различного ремонта, текущего содержания и даже сооружения рельсового пути. С его помощью производят большое количество операций со всеми элементами пути. Используют его и при работах на звеносборочных базах.
В настоящее время освоен выпуск МПИ для: работы с рельсошпальной решеткой; сверления отверстий в рельсах, упрочнения и снятия фасок; резания рельсов; их шлифования; работы со скреплениями, шпалами и балластом и др. элементами пути. Выпускают также энергетическое оборудование для привода этого инструмента.
Путевой инструмент с электрогидравлическим приводом развивает большие движущие силы при точном и плавном перемещении исполнительного органа, допуская регулировку скорости этого перемещения. Просадки и перекосы пути, его извилины и выбросы, угоны, а также сезонные температурные напряжения и пр. устраняют с помощью: домкратов, рихтовщиков, разгонщиков, сдвигателей и пр.
Путевыми домкратами (ПД) поднимают рельсошпальную решётку. Характеристики некоторых из них приведены в табл. 14.1.
Таблица 14.1. Основные характеристики гидродомкратов
ПД имеют гидромеханический привод с встроенным или обособленным ручным гидронасосом (иногда с моторной насосной станцией). ПД с ручным приводом выполняют с нераздельными или раздельными (и скреплёнными) узлами гидронасоса и исполнительного органа–гидроцилиндра с гильзой и поршнем. ПД с опорой рельса на торец подъёмной гильзы или поршня в работе устойчивее (но у них велика высота подхвата), а при опоре на лапу возникают перекосы. Поэтому некоторые конструкции выполнены с несколькими лапами (иногда поворотными) и опорным торцом подъёмного элемента. Встроенный гидронасос выполняют в виде ручного плунжерного насоса с масляным резервуаром и всасывающими, нагнетающими, предохранительным и спускными клапанами. Гидросистемы обособленных насосов и гидроцилиндра ПД соединяют гидромуфтами. Подошва ПД выполнена жёсткой. Его корпус снабжён рукоятями для переноски и установки на место производства работ.
При работе ПД подошвой прочно устанавливают в вертикальном положении и подводят под рельс подъёмный элемент (в нижнем его положении). Затем приводят в действие насос, нагнетают рабочую жидкость в гидроцилиндр и смещают вверх подъёмный элемент, приподнимая рельс. Опускание рельса осуществляют с помощью спускного клапана, открывая его.
На рис. 14.1. приведена структурная схема ПД ДП 10 с двумя насосами (низкого и высокого давления), работающими последовательно, и с телескопическим цилиндром.
Перспективы развития ПД связаны с повышением гидроплотности их систем.
Зарубежные аналоги фирмы «Робель» (47.14), «Жейсмар» (СН 65) и др. отличаются от отечественных ПД несущественно.
Параметры, определяющие рабочий процесс ПД, это движущая сила P (Н) и скорость v (м/c) перемещения исполнительного органа. При этом:
(14.1)
где q – погонная масса рельсошпальной решётки, кг/м; L – длина понимаемой части решётки, м; W – сила сопротивления вертикальному смещению шпал, Н.
Давление в гидросистеме, МПа, реализующее требуемую силу, p = P/F (здесь F – площадь поперечного сечения поршня).
С помощью рихтовщиков (РХ) исправляют неисправности пути в плане поперечной его сдвижкой. Большинство РХ выполняют с ручным (Р) приводом, однако применяют и моторный привод. У РХ РГУ 1 (РГУ 2) привод с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) “Дружба 4”, ” у РГУ 1М − с ДВС “Дружба 2-Электрон”, у РГУ 1МДМ − с ДВС ДМ, у РГУ 1МЕ − с электродвигателем (Э). Характеристики некоторых РХ приведены в табл. 14.2. (*− сила на рукояти гидронасоса.)
Таблица 14.2. Основные характеристики гидрорихтовщиков
РХ с моторным приводом снабжены четырьмя съёмными исполнительными органами, схожими с ПД, снабжёнными в верхней части подъёмного цилиндра ступенчатым выступом – “гребёнкой” для упора сбоку в выступающую часть рельса. РХ с ручным приводом схожи с исполнительными органами моторных РХ, имеют наклонную компоновку и снабжены рычажным четырёхзвенным механизмом с мощными рычагами (опорой, коромыслом, сошником) для лучшей передачи движущей силы и упора в балласт.
При работе РХ с ручным приводом и исполнительные органы моторного РХ устанавливают у рельса (со стороны, противоположной направлению требуемой сдвижки) так, чтобы выступ “гребёнки“ упёрся сбоку в рельс, а рычаги расположились под его подошвой. Устанавливать гидроцилиндры РХ следует под углом наклона (15…20)о так, чтобы опора не проскальзывала на балласте, а РХ более 25 мм не приподнимал путь. Сдвижку пути осуществляют при силовом воздействии на рельс “гребёнки” цилиндра.
На рис. 14.2. представлена принципиальная гидравлическая схема моторного РХ, а на рис. 14.3. − структурная схема РХ ГР 12Б с ручным приводом.
Для РХ актуальны проблемы повышения гидроплотности и совершенствования опорного рычажного механизма (готовится к выпуску моторный РХ РГУ 4 с исполнительными органами в виде РХ с ручным приводом).
Зарубежные аналоги РХ фирмы “Робель” и др. (8Т и пр.) несущественно отличаются от отечественного оборудования.
Движущая сила P РХ должна соответствовать сумме сил W сопротивления сдвигу и вывески рельсошпальной решётки. Она, по опытным данным, составляет (40 ± 10) кН в зависимости от угла α наклона цилиндра, сдвижки и вывески (до 2 мм):
(14.2)
Скорость сдвижки у современных рихтовщиков составляет в среднем (15 ± 5)•10-4 м/с.
С помощью разгонщиков (РГ) восстанавливают нормальные зазоры между рельсами в стыках, нарушенные при угоне пути. Характеристики некоторых РГ приведены в табл. 14.3.
Большинство РГ схожи по конструкции и состоят из двух гидроцилиндров и двух корпусов, с одним из которых скреплены торцы цилиндров, а с другим – торцы штоков. На обоих корпусах размещены управляемые вручную рельсовые зажимы. На одном
из корпусов установлен гидронасос с ручным приводом. Имеются ролики для перемещения по рельсу (у РЛ 12 их нет).
Таблица 14.3. Основные характеристики гидроразгонщиков
При работе один корпус скрепляют зажимом с головкой первого из состыкованных рельсов, а другой – с головкой второго. При работе гидронасоса на цилиндры и штоки действуют осевые силы, смещающие корпусы РГ и зажатые ими концы рельсов. Для уменьшения требуемой силы стыковые болты, костыли и пр. ослабляют.
В качестве примера на рис. 14.4. представлена структурная схема РГ Р25. Для РГ также актуальны проблемы повышения гидроплотности и надёжности скрепления корпусов с рельсами, особенно в кривых и при большом износе головок рельсов.
Зарубежные аналоги фирмы «Жейсмар» и др. (ESN-M, AТR-12 и пр.) близки по устройству и характеристикам к отечественному оборудованию. РГ ATR-12 выполнен с приводом от отдельного моторного насоса и имеет один гидроцилиндр.
Движущая сила, Н, РГ должна соответствовать силе сопротивления W смещаемого рельса:
(14.3)
где ω1 – погонная сила сопротивления смещению рельса, Н/м (при ослабленном костыльном скреплении (4 ± 2)•103, при неослабленном – (8 ± 3)•103); L – длина смещаемого участка рельсового пути, м.
Скорость разгонки у современных РГ составляет примерно (11 ± 4)•104, м/c.
С помощью сдвигателей (СРП) осуществляют разрядку температурных напряжений в рельсовых плетях, введение их в расчётный температурный интервал и обеспечение необходимого стыкового зазора между ними. Характеристики некоторых СРП приведены в табл. 14.4.
Таблица 14.4. Основные характеристики сдвигателей
По своему устройству СРП схожи с РГ, выполненными более “мощными” для реализации больших движущих сил и перемещений исполнительного органа. Их привод раз-дельный, в виде ручных гидронасосов (ГР 1 у УНГ 75 и СГР 1-8 у НРП 100-05) или в виде комбинированного насоса (НГЭК у УНГ 75) и моторного насоса у НРП 100-05. Для увеличения хода исполнительного органа применены дополнительные тяги − вставки, удлиняющие штоки гидроцилиндров. СРП выполнены блочными с возможностью разборки на несколько узлов.
Операции взаимодействия элементов СРП и рельсовых плетей схожи с операциями при разгонке стыков. Однако требуется обязательная вывеска плетей на ролики, катучие опоры или пластины из антифрикционных материалов (полиамида, фторопласта). Технологический процесс должен соответствовать специальным «Техническим указаниям по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути» – (М.: Транспорт, 2000).
На рис. 14.5. приведена структурная схема СРП УНГ 75.
Для СРП актуальны те же проблемы, что и для РГ. Кроме того, вся его конструкция должна быть жёсткой и прочной при наименьшей массе.
Зарубежные аналоги фирмы «Пляссер и Тойрер» (НДМ 50/70, ОДМ 50/70), «Жейсмар» (ТН 70, ТН 70V2, ТН 70E, ТН 70EC) и др. по конструкции и характеристикам несущественно отличаются от отечественных образцов.
Расчёт изменения Δl длины L плети, м, и требуемой движущей силы P, Н, ведётся по формулам:
(14.4)
где α – коэффициент линейного расширения стали, 1/ºC; Δt – увеличение температуры закрепления плети, ºC; E − модуль упругости рельсовой стали, Па; F – площадь поперечного сечения рельса, м2; q − погонная масса рельса, кг/м; fi – коэффициент трения скольжения подошвы рельса по подкладкам.
Следует иметь в виду, что при P ≥ 687 кН, в случае “натяжения” плети и ослаблении скреплений не на всей её длине могут возникать необратимые удлинения рельсов.
Скорость сдвижки у составляет около (0,37 ± 0,03)•10-3, м/с.
Эти устройства используют при аварийном восстановлении железнодорожного пути. К ним относятся специальные прессы, ножницы, разжимы, стяжки и пр. Они имеют нераздельный или раздельный гидромеханический привод. Их характеристики приведены в табл. 14 5. (Рабочая сила в кН, рабочий ход в м).
Выпускаются и другие, кроме вышеперечисленных, гидравлические путевые инструменты. Следует отметить МПИ АСМ 109М центра «Транспорт» – мощное многофункциональное устройство с ручным насосом, домкратом, рихтовщиком, разгонщиками, ликвидатором уширения колеи, гайкорезом и съёмниками.
Таблица 14.5. Основные характеристики устройств
Рельсорезные станки (РРС) применяют для вырезки дефектных мест в плетях и рельсах, укорачивания последних при укладке в кривых участках пути, заготовки уравнительных вставок и др. На смену усовершенствованным ножовочным станкам (РНС) типа РМ 5ГМ с гидравлическим устройством подачи приходят станки с абразивными отрезными дисками (РАС), быстро режущие закалённые рельсы. Характеристики некоторых РРС приведены в табл. 14.6.
Таблица 14.6. Основные характеристики рельсорезных станков
РРС состоит из двигателя, механизмов передачи движения на пильную рамку или шпиндель с ножовочным полотном или абразивным диском, механизма подачи инструмента, рамы и рельсового зажима. У РМ 5ГМ движение на пильную рамку передаётся с помощью червячного редуктора и кривошипно − ползунного механизма, у РА 2 – клиноремённой передачи, у РМК – зубчатой конической передачи, у РР 80 – ремённой и цилиндрической зубчатой передачи. Механизм подачи у РМ 5ГМ выполнен рычажно − гидравлическим автоматическим, у РА 2 – рычажно − пружинным ручным, у РМК и РР 80 – двухрычажным ручным. При работе раму РРС скрепляют зажимом с рельсом, включают в работу двигатель и режут рельс полотном или дис-ком, заглубляя последние (у РМ 5ГМ – автоматически, у остальных станков – нажимая на рельс диском, поворачивая соответствующим образом рычаги и покачивая диском в прорезии). Для окончательного разреза рельса рычаги РМК и РР 80 разворачивают.
На рис. 14.6. представлена структурная схема РНС РМ 5ГМ, а на рис. 14.7. − структурная схема РАС РР 80.
РНС уходят в прошлое, а совершенствование РАС связано с поиском лёгких и мощных двигателей, с переходом на высокочастотный электропривод и гидропривод, с применением высококачественных скоростных дисков и улучшением строения и компоновки механизмов движения и подачи.
Зарубежные аналоги многочисленны: РАС германской фирмы «Робель» (м. 13.82), «Майер и Ветштейн» (м. К 1200), французской фирмы «Жейсмар» (МТХ 350/100), «Пуже» (м. 4.14), швейцарской фирмы «Интраматик» (S.23-ТР), «EFSA» (ZH 114), фирмы США «Сефетри корпорейшн» и др. Эти РАС снабжёны лёгким и мощным ДВС, имеет небольшую массу. РАС РР 80 по своим показателям близок к лучшим зарубежным образцам.
Мощность двигателя РАС, Вт:
(14.5)
где P ≈ (75...200) Н – сила подачи диска;
D = (0,3...0,4) м – диаметр диска;
ω – угловая скорость диска, 1/с; v0 ≈ (20...80) м/с – окружная скорость диска; η0 – общий КПД машины.
Рельсосверлильные станки (РСС) используют для образования сверлом отверстий в рельсах под болты стыковых накладок, штыри рельсовых соединителей и пр. Новые РСС снимают фаски у отверстий рельсовым фаскосъёмником и упрочняют их стенки рельсовым раскатником. Характеристики РСС старой (1024 В, РСМ 1М) и новой (СТР 1, СТР 2, СТР 3) конструкции приведены в табл. 14.7.
Таблица 14.7. Основные характеристики рельсо-сверлилок
РСС включает в себя двигатель, механизмы вращения и подачи шпинделя со сверлом, раму и жёсткий рельсовый зажим. Механизм вращения шпинделей выполнен зубчатым. Механизм подачи у 1024 В – винтовой ручной, у остальных станков он автоматический и совмещён с механизмом вращения (у РСМ 1М зубчато − винтовой, у СТР зубчато − кулачковый). Механизм вращения СТР 2 включает в себя двухскоростную коробку скоростей. Станки РСМ 1М и СТР 3 снабжены регулируемыми предохранительными муфтами. СТР 3 упрочняет стенки отверстия без раскатника. У новых РСС − мощные быстродействующие зажимы с рельсовыми шаблонами.
При работе раму РСС зажимом скрепляют с рельсом, приводят в действие двигатель и через механизмы вращения и подачи шпинделя со сверлом заглубляют последнее в рельс, срезая стружку и формируя отверстие.
На рис. 14.8. представлена структурная схема РСС СТР 3.
Совершенствование РСС связано с поисками новых, более мощных и лёгких исполнений двигателей, с переходом на высокочастотный электропривод и гидропривод и улучшением их строения и конструкции (готовится к выпуску новый РСС РСМ 2М).
Многочисленные зарубежные аналоги представлены РСС Германии, фирмы «Робель» (10.30, 10.35), Австрии, фирмы «Пляссер и Тойрер» (AB 45/b), Франции, фирмы «Жейсмар» (PR-3, PR-3AA, PR-3C) и др. Выделяются низкой массой РСС английской фирмы «Фастракс» со специальной полой пальчиковой фрезой фирмы «Ротаброуч» (21, 25 и 27 кг).
Мощность двигателя РСС, Вт:
(14.6)
где D – диаметр сверла, м; s – подача сверла, м/об; ω − угловая скорость сверла, 1/с; η0 – общий КПД станка.
Продолжительность сверления одного отверстия, c:
(11.7)
где b – толщина шейки рельса.
Фаскосъёмные станки (ФС) предназначены для снятия фасок у ранее выполненных отверстий в рельсах. Характеристики ФС приведены в табл. 14.8.
Таблица 14.8. Основные характеристики фаскосъёмников
Характеристика станка | Тип станка | |
ФС 1 | ФС 2 | |
Время снятия 2-х фасок, мин | 1 | 0,1 |
Двигатель, мощность, кВт | Р | Э, 0,4 |
Масса, кг | 5 | 15 |
ФС состоит из двигателя, механизмов вращения и подачи зенковки (у ФС 1 две зенковки), устройства центрирования по-следней на отверстии, рамы и зажима. Механизм вращения у ФС 1 рычажно − храповой, у ФС 2 – зубчатый, механизм подачи – винтовой. При работе зенковку центрируют на отверстии, скрепляют раму с рельсом, приводят в винтовое движение зенковку и снимают фаску.
На рис. 14.9. представлена структурная схема ФС 1 с ручным приводом, а на рис. 14.10. − моторного ФС 2. ФС созданы недавно и имеют большие перспективы схемно − конструктивного совершенствования.
Зарубежных аналогов известно немного; чаще всего это специальные инструментальные приставки к РСС.
При снятии фасок (1...2) мм под углом 45˚ у отверстия диаметром 36 мм момент сил сопротивления вращению зенковки Mc ≈ (9...13) Н•м. Рекомендуемая подача s ≈ (0,38...0,7) мм/об, окружная скорость v0 = (3,7 ... 4,5),м/c.
Рельсошлифовальные станки (РШС) используют для доведения до необходимого профиля сварных швов, наплавленных дефектных мест на рельсах и стрелочных переводах, устранения волнообразных неровностей и пр. Характеристики некоторых РШС приведены в табл. 14.9.
Таблица 14.9. Основные характеристики рельсошлифовалок
У РШС МРШ 3 старой конструкции круг скреплён непосредственно с валом электродвигателя; у СШ 1 вращение на круг с частотой 2800 мин-1 передаётся через зубчатую двухступенчатую коробку скоростей (СШ 1 при замене круга на сверло по дереву работает как РСС с частотой вращения сверла 507,мин-1). Остальные РШС имеют более сложную конструкцию, включая в свой состав двигатель, передачи вращения круга, механизмы его подачи, устройства изменения его положения относительно рельса (для обработки различных его частей) и раму. РШС ШПШ снабжён рычажным манипулятором для подвода круга к любой точке сварного шва по всему контуру рельса. Рама РШС снабжена роликами для перемещения по рельсу (у ШПШ − рельсовым зажимом). РШС СЧР снабжён двумя роликовыми кассетами для лучшего воздействия круга на неровности волнообразного износа. При работе МРШ 3 и СШ 1 держат в руках, производя необходимые манипуляции; ШПШ зажимом скрепляют с рельсом, манипулируя кругом с помощью рычажной его подвески; остальные РШС устанавливают роликами на рельс в месте производства работ и шлифуют его при вращении круга двигателем и периодическом возвратно-поступательном смещении станка. По мере надобности изменяют положение круга относительно рельса. Следует особо отметить сложность манипуляций при шлифовании станком 2152 элементов крестовин стрелочных переводов.
На рис. 14.11. представлена структурная схема сверлошлифовалки СШ 1, на рис. 14.12. − РШС 2152, на рис. 14.13. − РШС СЧР для устранения волнообразного износа рельсов, на рис. 14.14. − РШС ШПШ для обработки сварных швов по контуру рельса.
Совершенствование РШС связано с поисками лучших двигателей и прочных высокоскоростных шлифовальных кругов, с переходом на высокочастотный электропривод и гидропривод (готовится к выпуску станок СЧР В), с улучшением схем, компоновок и конструкций.
Зарубежные аналоги РШС швейцарской фирмы «Матиза» (883.00, 100, 118.00, EF и др.), французской фирмы «Жейсмар» (Mod 12, MP 12, MC 2, MC 3, MS 7, MP 3, MAC, MJ 18), германской фирмы «Робель» (13.44, 13.46, 13.60, 13.02), итальянской фирмы «М.Ф.И. Сучи» (S 22, EMM, ETD 133) и др. от отечественных РШС отличаются непринципиально.
Мощность двигателя РШС, Вт:
(14.8)
где P ≈ (45…140), Н – сила подачи шлифовального круга;
D – диаметр круга, м; η0 – общий КПД привода станка.
Шурупогаечные ключи (ШГК) предназначены для работы с болтами и шурупами соединений рельсов друг с другом и скреплений их с железобетонными шпалами. Характеристики некоторых ШГК приведены в табл. 14. 10.
Время завёртывания (отвёртывания) ШГК гаек − (4...5) с, шурупов – (5...12) с. В связи с высокой производительностью ШГК применяются при строительстве пути, сплошной смене шпал, капитальном ремонте или сборке звеньев на базах.
Таблица 14. 10. Основные характеристики шурупогаечных ключей
ШГК включают двигатель, механизм передачи вращения на шпиндель с гаечной головкой или наконечником для шурупов, механизм манипулирования шпинделем, раму и тележку. ШГК КПУ выполнен с ударно-вращательным механизмом передачи крутящего момента и с механизмом поворота шпинделя в вертикальное и горизонтальное положение. ШГК ШВ 2М снабжён коробкой скоростей, регулируемой муфтой передачи вращения на шпиндель и дополнительным шпинделем (ωс = 980 мин-1) для шпального сверла. ШГК КШГ оборудованы дополнительными устройствами для контроля крутящего момента, его плавного регулирования, реверсирования шпинделя и пр.
При работе ШГК устанавливают на рельс в зоне производства работ, манипулируя соответствующими звеньями, вводят рабочий инструмент (головку, наконечник) в контакт с гайкой или шурупом, включают двигатель в работу и при вращении шпинделя производят соответствующую операцию.
Для примера на рис. 14.15. приведена структурная схема ШГК КПУ, на рис. 14.16. − ШГК КШГ 1 (из-за сложности изображения не показана левая рукоять ключа, регулятор крутящего момента и связь правой рукояти с рукоятью реверса).
Совершенствование ШГК связано с улучшением схем и конструкций механизмов передачи, регулировки и контроля крутящего момента на шпиндель и механизмов манипуляции последним, с также с переходом на высокочастотный электропривод и гидропривод.
Конструкции зарубежных аналогов многочисленны и разнообразны: французской фирмы !Жейсмар» (TS 1, TS 2, TB 1, TB 2, TRAS, TRA 200, MTE. 1, TEM. 2, BS. 1, BS. 2, BSR. 8 и мн. др.), германской фирмы «Робель» (30.34, 30.51, 30.52, 30.62, 30.82, 30.83 и мн. др.), итальянской фирмы «М.Ф.И. Сучи» (S 1,..., S 10, S 26), австрийской фирмы «Пляссер и Тойрер» (MS 60d/b, MSB 60/12d) и др. Следует отметить ШГК BSR. 8 как имеющий наибольший крутящий момент (830...2490, Н·м), правда при массе 249 кг.
Вращению шпинделя ШГК препятствует момент, Н·м, сил трения в резьбе болта или шурупа и на торце их головок:
(14.9)
где К – коэффициент возможного увеличения момента сил из-за повреждения резьбы, её загрязнения, ржавления (особенно при отвинчивании); К ≈ 1,1...2 и уточняется экспериментально);
P – сила затяжки болта (шурупа), Н. d – внутренний диаметр резьбы, м; λ – угол подъёма витков резьбы [λ = arc tg (p/π
d)];
p – шаг резьбы, м; ρ – приведённый угол трения в резьбе [ρ = arc tg (fn/cos 0,5α)];
fn – коэффициент трения в резьбе; α – угол профиля резьбы; ρ ≈ 8,53˚;
fi – коэффициент трения на торце головки (fi ≈ 0,17 ± 0,2);
D – размер зева гаечного ключа, м.
Мощность, Вт, двигателя (при отсутствии в приводе ударно- импульсного механизма, повышающего движущий момент сил в 1,5...2 раза), Nд1 ≥ Mmax π ω/(30 η0) (здесь ω – частота вращения ключа, мин-1; η0 – общий КПД привода).
Наиболее распространённым инструментом для работы с балластом являются электрошпалоподбойки (ЭШП), предназначенные для уплотнения балласта под шпалами. Характеристики некоторых ЭШП приведены в табл. 14.11.
Синхронная частота вращения ротора электродвигателей (Э), обычно, составляет 3000 мин-1. Все современные ЭШП имеют одинаковую компоновку. Они представляют собой вибраторы ненаправленного действия с дебалансом, скреплённым с валом электродвигателя так, что плоскость действия вынуждающей колебания силы совпадает с плоскостью подбивочного полотна, повышая эффективность работы. ЭШП снабжены рукоятями и амортизирующими устройствами для защиты монтёра пути от вибрации. Рукоять у ЭШП 9 жёсткая с резиновыми насадками, у остальных ЭШП − сборная с резиновым упругим элементом. Амортизирующая подвеска рукоятей представляет собой сочетание резинометаллических амортизаторов и резиновых ремней. ЭШП 9М3 снабжена электрическим выключателем.
Таблица 14.11. Основные характеристики электрошпалоподбоек
В процессе работы при вращении электродвигателем дебаланса возникает неуравновешенная центробежная сила инерции. Корпус ЭШП при этом приводится в состояние вынужденных колебаний. Они передаются подбивочному полотну. Последнее, при заглублении его вручную в балласт, передаёт ему вибрацию и периодические ударные импульсы с частотой, кратной частоте вращения дебаланса. При этом осуществляется уплотнение балласта.
На рис. 14.17. представлена структурная схема ЭШП 9М3.
Совершенствование ЭШП, снижение уровня вибрации, передаваемой на руки монтёра пути, уменьшение массы и увеличение вынуждающей колебания силы связано с улучшением амортизирующих устройств и использованием высокочастотного электропривода (готовится к выпуску высокочастотная ЭШП В).
Зарубежные аналоги французской фирмы «Жейсмар» (GB 4), австрийской фирмы «Пляссер и Тойрер» (EST 2b, ST 4, ST 5e), американской фирмы «Мэтвелд» (01300), итальянской фирмы «М.Ф.И. Сучи» и др. непринципиально отличаются от отечественных ЭШП. Интересно отметить, что ЭШП GB 4 работает на частоте 4200 мин-1 (однако имеет массу 33 кг), а ЭШП 01300 выполнена как многоцелевой инструмент со сменными насадками.
Вынуждающая колебания ЭШП сила, Н:
(14.10)
(здесь mд – масса дебаланса, кг; e – экстрентриситет – смещение центра массы дебаланса относительно оси его вращения, м; ω – угловая скорость дебаланса, 1/с; ω0 – синхронная частота вращения ротора электродвигателя (ω0 = 3000 мин-1)).
Амплитуда, м, колебаний наконечника подбивочного полотна A = mд /mм (здесь mм – масса ЭШП, кг).
Мощность, Вт, приводного электродвигателя ЭШП:
(14.11)
где Nт – мощность, расходуемая на трение в подшипниках ЭШП, Вт; ηд – КПД электродвигателя.
Мощность Nт ≈ 0,003P0,5dω (здесь 0,003 – приведённый коэффициент трения в подшипниках качения; d – диаметр трения подшипника, м). У современных ЭШП Nд ≈ (300...500) Вт. Показатель качества выполнения, сборки и состояния ЭШП Kк = Nд/Nxx → (0,07...0,05) (здесь N xx - мощность электродвигателя на холостом ходу). У современных отечественных ЭШП Kк составляет величину 0,163.
Соответствующим МПИ сверлят и рассверливают отверстия в деревянных шпалах под костыли и дюбели, режут эти шпалы, затёсывают старогодные шпалы под подкладки при сплошной смене рельсов, а также для сплошной выправки по-дуклонки и для ремонта шпал на шпалоремонтных заводах, заменяют как деревянные, так и железобетонные шпалы, забивают костыли и извлекают их и выполняют другие работы.
Сверление отверстий в шпалах под шурупы и костыли осуществляют сверлошлифовалкой СШ 1 и шуруповёртом ШВ 2М.
Режут шпалы (деревянные и железобетонные) РАС РР 80. При деревянных шпалах используют и переносные станки с режущей цепью (типа «Дружба», «Тайга»).
Затёсывают шпалы станком ШС 2 старой конструкции Работы по смене шпал с возможностью пропуска поездов целесообразно осуществлять подготовленной к выпуску лёгкой машиной для одиночной смены шпал МСШ с ручным приводом.
Для забивки костылей в шпалы применяют костылезабивщик ЭПК 3. Он имеет цилиндрическое строение с электродвигателем (мощностью 0,6 кВт и частотой вращения 2800 мин-1) и зубчатой конической передачей вращения на кривошип (ω = 1100 мин-1) в верхней части, с кривошипно − ползунным механизмом и компрессором в средней части и с подпружиненным забойником в нижней части. Забойник воздействует на головку костыля при соударении с ним (забойником) бойка, перемещаемого как поршень сжимаемым в компрессоре воздухом. При забивке костыля (при переходе с холостого режима на рабочий) монтёр пути через рукояти прижимает забойник к головке костыля. Время забивки (3...5) с, энергия удара 21 Дж, масса устройства 24 кг.
Для выдёргивания путевых костылей из шпал применяют костылевыдёргиватель КВД 1. По компоновке он схож с косты-лезабивщиком: в верхней его части размещены электродвигатель (мощностью 0,4 кВт), кулачково-плунжерный гидронасос и рукоять управления. В средней части размещены ползун, на который воздействуют рабочая среда насоса и возвратные пружины, а в нижней части – система ползунов и рычагов многозвенного ползунно − рычажного механизма, образующего клещевой захват ко-стыльной головки и выталкиватель костыля из захвата после завершения операции. Костылевыдёргиватель развивает силу в 50 кН, вытаскивает костыль за 5 с, имеет массу 21 кг.
Разрабатываются и созданы и другие устройства для работы со шпалами (готовится к выпуску шпалоперегонщик ШПГ 2,5 с ручным гидромеханическим приводом и др.).
Совершенствование рассматриваемого инструмента связано с поиском двигателей, имеющих лучшие характеристики, с возможным применением высокочастотного электропривода и совершенствованием конструктивных решений устройств. Готовится к выпуску ЭПК В с высокочастотным электроприводом.
Зарубежные шпалосверлильные станки французской фирмы «Жейсмар» (РТ-SL, РТ-L и др.) имеют более мощный привод (с Э или ДВС, мощностью 2,2...2,5 кВт). РТ-SL после установки глубины сверления работает автоматически (как в вертикальном, так и в наклонном положении); РТ-2Т выполнен с двумя сверлильными головками. Масса станков − от 33 до 50 кг.
Машины для замены шпал (финской фирмы «Маансиирто Хююрюлайнен», американских фирм «Тайрмон Тампер» (МВТХ), «Рекспорд» (Х) и др.) по своей конструкции более компактны. Модель Х прикладывает к шпале силу 54,4 кН рывком.
Костылезабивщик французской фирмы «Жейсмар» (PSD 2) выполнен как автономная машина, которая разбирается на три блока. Германская фирма «Атлас Копкон» и шведская «Берета» выпускают сверлилку – бетонолом (m = 25 кг) со сменным оборудованием для забивки костылей.
За рубежом производят костыледёры с ручным (французская фирма «Матиза», со сменными костыльными захватами, фирма «Клипилл», m = 4,75 и 6,8 кг, для удаления пружинных костылей и снятия подкладок различной конфигурации и др.) и с гидромеханическим приводом (французская фирма «Жейсмар» (АС 1 и АС 3), m = 85 и 130 кг; Nд = 3,5 и 6 кВт, сила 60 кН; фирма «Лоскспайк» (Mark 1), m = 11,8 кг; (SKL 12, SKL 14) и др.).
При сверлении деревянных шпал сила сопротивления и потребляемая мощность зависят от породы древесины, направления волокон и пр. Породы древесины подразделяют на твёрдые (дуб, бук, клён, вяз, ясень), средние (берёза, сосна, ольха, лиственница) и мягкие (липа, ель, осина, тополь, ива). Для расчётов Nдер используют значение мощности Nмет для сверления металла, Nдер = 103 Nмет D/K (здесь D – диаметр сверла, м). Коэффициент K, мм-1, для разной глубины сверления приведён в табл. 14.12.
Таблица 14.12. Значения переходного коэффициента K
Для сверления шпал рекомендуют скорость резания v ≈ 0,67 м/с. Скорость заглубления сверла в древесину мягких по-род при D = (15...40) мм не должна превышать (0,0067...0,0083) м/с, а при D < 15 мм – 0,011 м/c; рекомендуемые соответствующие подачи сверла (0,4...0,05)·10-3/ω и 0,7·10-3/ω, м/об.
Мощность, Вт, приводного двигателя костылезабивщика:
(14.12)
где E2 – энергия, сообщаемая забойнику с костылём, Дж; E2 = 0,5 m2 v2к2 (здесь m2 – масса забойника с костылём, кг; vк2 – скорость забойника после удара в него бойка, м/с; vк2 = vн1 2m1/(m1 + m2); vн1 – скорость бойка до удара; m1 – масса бойка, кг; m1 ≈ m2 (0,6...0,85); ω – частота ударов, с-1; рекомендуется ω ≈ (18 ± 2); η и η0 – КПД удара и общий КПД привода машины.
Сила P, Н, необходимая для вытаскивания костылей:
(14.13)
(здесь ψ – коэффициент сцепления металла с деревом: ψ ≈ 0,2...0,3; a, b – средние размеры поперечного сечения костыля, м; δ – разность между величиной 0,5(a + b) и диаметром засверленного под костыль отверстия, м; μ1 и μ2 – коэффициенты Пуассона для металла и дерева: μ1 ≈ 0,25...0,3, μ2 ≈ 0,05...0,1; E1, E2 – то же, модули упругости: E1 = 0,2 Па; E2 ≈ (0,0005...0,01) Па поперёк волокон и E2 ≈ (0,01 ... 0,12) Па вдоль волокон).
Рельсоподъёмники (РП) предназначены для перемещения рельсов всех типов при ремонте железнодорожного пути. Характеристики РП приведены в табл. 14.13.
РП − это лёгкие грузоподъёмные козловые краны с ручным приводом подъёма, поперечного смещения рельсов и перемещения их по пути. Они выполнены с двумя парами расходящихся сверху вниз опор с колёсами на концах, скреплённых наверху с поперечной балкой. На последней установлены механизмы подъёма и поперечного смещения рельсов. Тяговые элементы РП – цепи, снабжёны захватами для рельсов (у КР 2 − автоматического действия с аварийным сбросом груза за 1 с). Таль у РП включает в себя зубчатый планетарный механизм с храповым остановом.
Таблица 14. 13. Основные характеристики рельсоподъёмников
Механизм поперечного смещения тали цепной. Указанные механизмы у КР 1 и КР 2 имеют разную компоновку − у КР 2 оператор, работая с механизмами, всё время находится вне зоны подъёма и опускания рельса. РП снабжены телескопической опорой для перемещения рельса с обочины на путь.
В работе участвуют одновременно два РП. При работе операторы манипулируют захватами, рукоятями подъёма и смещения груза и перемещения РП.
Совершенствование РП связано с использованием для несущих элементов лёгких и прочных материалов и улучшением их схем и конструкций.
Зарубежные РП (французской фирмы «Жейсмар» (PSR, JM 3), германской фирмы «Робель» (40.44, 40.51), польской фирмы «Взутки» (ZPK 56)) существенных отличий от отечественных РП не имеют.
Расчёты механизмов РП выполняют по методикам расчёта грузоподъёмных машин. Например, для подъёма на высоту H, м, рельса массой m, кг, с требуемой скоростью v, м/с, требуется приложить следующий движущий момент сил, Н·м:
(14.14)
(здесь ω – частота вращения приводной рукояти, мин-1). При буксировке тележки, толкании РП необходимо приложить силу тяги, толкания P = 9,81 μ m /(0,5 D), Н (здесь μ – коэффициент трения качения, м; для стального колеса, катящегося по рельсу, μ ≈ 0,05·10-3; m – масса устройства, кг; D – диаметр колёс, м).
Гидравлический МПИ с раздельным приводом приводится в действие от ручных и моторных гидронасосов (ГН). Ручные ГН меньше по массе и размерам. Реализуя небольшие скорости, они обладают возможностью лёгкого изменения их. Моторные же ГН обладают существенно большей производительностью, реализуют повышенные скорости и силы, исключают ручной труд при прокачивании рабочей жидкости и могут обслуживать несколько потребителей одновременно. Характеристики некоторых ГН приведены в табл. 14.14. (Подача за цикл в 10-3м3).
Таблица 14.14. Основные характеристики путевых гидронасосов
Отечественные ГН выполнены блочными по конструкции и состоят из узлов двухплунжерного насоса, блока управления с гидромуфтами, бака, рамы. Моторные ГН имеют двигатель и передачи.
Работа ГН после подсоединения их гидромуфтами к гидроцилиндрам МПИ осуществляется по известным принципам работы гидромашин.
На рис. 14.18. представлен чертёж ручного ГН ГР 1, на рис. 14.19 − ГН НГЭК с ручным и электродвигательным приводом.
Перспективы совершенствования ГН связаны с повышением гидроплотности, конструктивным улучшением и поиском двигателей с высокой удельной мощностью.
Из зарубежных ГН интересно устройство американской фирмы “Мэтвелд”, устанавливаемое на любой подвижный состав с гидравлической системой.
Расчёт ГН ведётся по методикам расчёта гидромашин. Например, давление в гидросистеме ручного ГН, МПа, p = 4 P/[(D2 − d2ш) π] (здесь P – требуемая рабочая сила, Н; dш – диаметр штока поршня гидроцилиндра, м).
При моторном приводе частота вращения, мин-1, входного звена, обеспечивающая требуемый расход рабочей среды, ω = 60 Q/(К 0,25 π D2 L). Скорость, м/с, перемещения подвижного звена гидроцилиндра путевого инструмента при подаче рабочей среды в поршневую (V1) и в штоковую (V2) полость:
(14.15)
(здесь η – гидравлический КПД гидроцилиндра).
При производстве путевых работ в качестве основных источников энергоснабжения электрического МПИ применяют переносные электрические станции − электроагрегаты (ЖЭС). Характеристики некоторых ЖЭС приведены в табл. 14.15. (* − приводной двигатель бензиновый; ** − то же, дизельный, *** − расход удельный).
ЖЭС состоит из электрогенератора, связанного с приводным ДВС, аппаратуры управления, выпрямителей и распределительных устройств, размещённых на раме.
Процессы, происходящие в электрических машинах, работа передвижных электростанций, общеизвестны.
На рис. 14.20. приведён общий вид ЖЭС АБ 2/2-Т 230-ВЖ.
Перспективы совершенствования ЖЭС связаны с поиском мощных и лёгких ДВС и совершенствованием систем автоматики.
Таблица 14.15. Основные характеристики электроагрегатов
Готовятся к выпуску универсальный источник питания УИП 3Б и преобразователь частоты тока ПЧ 5,5.
Зарубежные аналоги ЖЭС многочисленны. Ряд из них (японской фирмы «Шибаура» (EG 10, EG 72, EG 73 и др.), финских фирм «Мерана» (RA 1500, B 2, B 4, H 2, H 4, H 6, S 6000 TREDJ, S 12000 TREDJ, S1 200 T VEPJ, C 1200) и «Холлолан электроавтоматика Оу» (Poweri: 2201 Н, 4101 H, 7/6001 H, 7/6503 H, 8003 H, 7/10 H) и пр.) отличаются от отечественных образцов большей мощностью, меньшей массой и лучшим дизайном.
Расчёты ЖЭС специфичны и рассматриваются в специальной литературе. Подробное описание современных отечественных путевых механизмов и инструментов даны в книгах [60, 66].
ОГЛАВЛЕНИЕ
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
|
|
|
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