Автор: Соломонова С.А.
Теги: рельсовый транспорт железнодорожное движение информационные технологии вычислительная техника обработка данных железнодорожный транспорт железные дороги
ISBN: 5-94069-007-6
Год: 2000
Текст
ПУТЕВЫЕ
МАШИНЫ
Под общей редакцией профессора С.А. Соломонова
Утверждено
Департаментом кадров и учебных заведений МПС России в качестве учебника для студентов вузов железнодорожного транспорта
Москва 2000
УДК 656.27.4:004
ББК 39.27
Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. транс./ С.А. Соломонов, М.В.Попович, В.М. Бугаенко и др. Под ред. С.А. Соломонова. — М.: Желдориздат 2000 — 756 с.
Рассмотрены конструкции, теория н расчет путевых машин, получивших распространение, при строительстве железных дорог, ремонте и содержании земляного полотна, балластировке и подъеме пути, очистке щебня, сборке, разборке и укладке рельсошпальной решетки, уплотнении балластной призмы. выправке и рихтовке пути, очистке его от снега, а также контрольно-измерительные машины и механизмы, специализированные составы Приводится методика расчёта основных параметров рабочих органов
Для студентов вузов железнодорожного транспорта; может быть использован в качестве пособия прн проектировании, изготовлении и эксплуатации путевых машин.
Книгу написали; С.А, Соломонов — главы 1,2,4, 12; М В. Попович. Б.Г. Волковойнов. А.М. Попович — главы 5. 6, 10 (раздел 10.13 совместное С.Л, Скрипкой); В.М. Бугаенко— глава 7 (совместно с С.А. Самохиным), глава 11; С.Л. Скрипка — глава 8; А.А. Бураков — главы 9, 13, 14.
Рецензенты: -заместитель руководителя Департамента пути и сооружений МПС России В.Б. Каменский; заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины» РГОТУПСа, канд. техн наук, проф. ВС Соколов; заместитель директора ВНИИЖТа д-р техн, наук А.Я. Коган.
ISBN 5-94069-007-6
© Коллектив авторов 2000
© Желдориздат, оформление
2000
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы руководство Министерства путей сообщения взяло курс на усиление механизации в путевом хозяйстве. Приказом министра путей сообщения РФ № 12 от 16.08.94 г. предусматривается осуществление комплекса технических, организационных мероприятий по совершенствованию эксплуатационной деятельности подразделений путевого хозяйства и отрасли в целом. В первом ряду из этих мероприятий стоит внедрение новых машин и технологий. Для выполнения поставленных задач на железных дорогах увеличивается мощность пути, совершенствуется технология и организация ремонтно-путевых работ. Своевременный и качественный ремонт пути ведет к снижению затрат времени, труда и эксплуатационных расходов, повышению производительности труда на основе максимальной механизации всех путевых работ. Механизация в путевом хозяйстве развивается с учетом внедрения новых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих длительную стабильность пути, интенсивности использования железных дорог — создаются и выпускаются совместно с ведущими зарубежными фирмами высокопроизводительные машины, способные выполнять работы в перерывах движения поездов при высоком качестве работ. В последнее время особое внимание уделяется глубокой вырезке и очистке балласта. Поэтому широко используются машины типа СЧ-601, ЩОМ-6, RM-80 и др.
В связи с этим появились новые технологические процессы ремонта пути: обновление и капитальный ремонт, ремонт балластной призмы, средний и подъемочый ремонт, планово-предупредительный с выправкой и т.д.
Однако, главная задача механизации путевых работ — повышение качества работ ремонта пути для увеличения межремонтных сроков и снижения эксплуатационных расходов.
Значительный вклад в решение этих задач внесли заводы: калужские «Путьмаш»,«Трансмаш», «Тулажелдормаш», Эн-гельский транспортного машиностроения, Людиновский тепловозостроительный, Верещагинский по ремонту путевых машин и производству запасных частей, «Муромтепловоз», Тихорецкий машиностроительный, Ярославский ВРЗ, Пер
3
мский MP3, Свердловский ПРМЗ, Абдулинский ПРМЗ, «Красный путь», Кировский машзавод, Комбарский, Царскосельский, Великолукский локомотиворемонтный и др. Из иностранных фирм, сотрудничающих с отечественными заводами, разрабатывающими и выпускающими путевую технику, можно назвать: «Плассер и Тойрер» (Австрия), АО МТХ Прага, «Спено» (Швейцария), «Тампер» (США), «Колмекс» (Польша), «Жейсмар» (Франция), «Компел» (Словакия), «Симплекс Гидравлик» (ФРГ), «Колгминз» (Англия) и др. Продукция ряда из них используется на отечественных ж.д. Современные путевые машинные комплексы позволяют «выйти» на так называемый малообслуживае-мый путь с увеличением межремонтных сроков. Перед путейцами задача — эффективней использовать как имеющуюся, так и вновь поступающую технику.
Приказом министра путей сообщения № 12 введена новая классификация пути в зависимости от грузонапряженности (группы А, Б, В, Г, Д) и допустимых скоростей движения поездов (категории 1,..7,) устанавливаются классы путей 1,.., 5 и внеклассные пути при
Таблица Категории и класс пути
Категория пути
1 2 3 4 5 6 7
Скорость поездов, км/ч (в числителе — пассажирских, в знаменателе — грузовых)
Труп-па Грузонапряженность, 121-140 80 101-120 70 81-100 60 61-80 50 41-60 40 40 и менее Стан-цнон-
пути млн. т. км брутто/км в год Главные пути Главные н прнемо-отпра-вочные пути ные, подъез-ныен прочие пути
А Б В Г д Более 80 50-80 25-50 10-25 10 и менее 1 1 1 1 2 1 1 2 2 3 1 2 2 3 3 2 2 3 3 3 2 3 3 4 4 3 3 4 4 4 5
4
V-140 км/ч. Установлены обозначения путей, например «1А1» — путь принадлежащий к 1-му классу, группы А, категории 1.
Однако, существующие машины ещё не обеспечивают полной механизации всех работ. Если наиболее трудоёмкие операции выполняются машинами, то ряд путевых работ — с помощью электрического и гидравлического инструмента. Для завершения комплексной механизации нужно создать ряд новых машин, а некоторые из существующих модернизировать. Большая роль в развитии путевого машиностроения принадлежит отечественным учёным и конструкторам, работающим в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, в транспортных вузах, на заводах-изготовителях.
При создании машин особое внимание уделяют следующим основным положениям: повышению скоростей и усилий на рабочих органах, созданию машин непрерывного действия, обеспечивающих повышение производительности и снижение стоимости работ; широкому внедрению гидропривода, позволяющего упростить кинематику, плавно регулировать скорости движения, снижать массу и металлоёмкость машин, защитить приводы от перегрузок. Важное значение имеют автоматизация работы машин; применение ЭВМ, обеспечивающих оптимальные режимы работы, загрузку двигателя, контроль качества выполнения работ; разработка рабочих органов при оптмизации их параметров и режимов работы; создание машин с широким набором оборудования для выполнения различных операций технологического цикла с целью более эффективного использования машины по времени и сокращения числа машин; увеличение надёжности и долговечности машин путём применения более прочных и износостойких материалов, правильного выбора параметров и режимов работы; унификация узлов, агрегатов и деталей как с различными типами путевых машин, так и со строительными, подъёмно-транспортными машинами, тракторами, автомобилями, подвижным составом.
Большое внимание уделяется также таким мерам, как совершенствование машин с точки зрения ремонтопригодности, монтажа из легкосменяемых узлов и агрегатов, а также облегчения технического обслуживания (удобное размещение систем смазки, регулировки, мест крепления); создание машин для работы в условиях холодного климата; улучшения условий работы обслуживающего персонала — снижение вибрации и шума, создание более комфортабельных кабин и пультов управления, обеспечение
5
безопасности работ. Для текущего содержания путей важнейшей задачей является машинизация работ — выполнение ремонтов тяжёлыми машинами в «окно».
Учебник написан в соответствии с программой курса «Путевые машины» с учётом результатов исследований, опыта проектирования и преподавания. «Путевые машины» — специальная профилирующая дисциплина, в которой излагаются конструкция, теория и расчёт специализированных машин для ремонта и строительства железнодорожного пути. Она основана на других изучаемых курсах, в частности: «Общий курс железных дорог», «Подъёмно-транспортные и погрузочно-разгрузочные машины», «Строительные машины», «Автотракторный транспорт», «Гидравлика и гидравлические машины», «Электротехника, основы электроники и электропривод».
Все расчёты выполнены в системе СИ. Величины выражены: сила — ньютона (Н), килоньютона (кН), масса — кг, т; давление, напряжение — паскаль (Па), (Па = Н/м2), мегапаскаль (МПа) (МПа = 10б Па); работа — джоуль (Дж) (Дж = Н-м). При необходимости перевода величин в систему МКГСС можно пользоваться зависимостями: 1 кгс = 9,81 Н; 1 тс = 9,81 кН; 1 кгс/см2 = = 105Па = 0,1 МПа; 1 кгс.м = 0,1 Дж.
1 СИСТЕМА ВЕДЕНИЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА И МАШИНЫ ДЛЯ
• РЕМОНТА ПУТИ
1.1. Общие сведении об устройстве железнодорожного нуги и системе ведении путевого хозяйства
Железнодорожный путь (рис. 1.1.) состоит из верхнего строения, воспринимающего усилия от колёс подвижного состава и направляющего их движение и нижнего строения (земляное полотно), служащего основанием для верхнего строения, а также искусственных сооружений (мостов, тоннелей, водопропускных труб, путепроводов и Т.Д.).
Верхнее строение пути состоит из рельсов, шпал, скреплений, балласта и дополнительных элементов в виде противоугонов, стяжек и других элементов, а также стрелочных переводов и мостового полотна. Самый ответственный элемент — рельсы (рис. 1.2, а). Их прокатывают на металлургических заводах стандартной длины 25 м (для кривых
Рис. 1.1. Схема железнодорожного пути:
1 — рельсошпальная решетка; 2 — балластная призма; 3 — земляное полотно; 4 — песчаная подушка
7
участков пути выпускаются укороченные рельсы длиной 24,84 и 24,92 м). Ранее выпускали рельсы длиной 12,5 м. Установлены следующие типы рельсов: Р43, Р50.Р65, Р75, соответственно массой 44,65; 51,67; 64,72; 74,41 кг в одном метре. Буква Р означает слово «Рельс», а цифра — приблизительную массу одного метра рельса. Наибольшее распространение имеют рельсы типа Р65. Каждый рельс имеет головку, шейку и подошву. У рельсов Р65 и Р75 ширина подошвы и шейки одинаковые, что даёт возможность использовать одни и те же стыковые и промежуточные скрепления.
На каждом конце рельсов Р65, Р75, Р50 имеются два или три отверстия диаметром 36 мм (рельсы Р65 и Р75) и 34 мм (рельсы Р50). В зависимости от типа стали рельсы бывают I и II групп. Железнодорожный путь бывает стыковой и бесстыковой. При стыковом пути концы соседних рельсов соединяются стыковыми скреплениями включающими накладки и болты. Для рельсов Р75, Р65, Р50 применяются двухголовые накладки (рис. 1.2, б). Масса накладки для рельсов Р50 — 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 — 23,78 кг для четырехдырных и 29,5 кг для шестидырных. Современные болты имеют круглую головку. Диаметр болта 24 мм (рельсы Р50) и 27 мм для рельсы Р75 и Р65. Часто отверстия в накладках имеют овальную форму, что исключает проворачивание
8
болтов при завертывании гаек. Сила, сжимающая шайбы, равна 12 кН. Болты в стыках устанавливаются поочередно головками то внутрь, то снаружи колеи. На отечественных дорогах принят стык на весу между двумя шпалами, который является более упругим, чем стык на сдвоенных шпалах. Хотя последний рекоменду-етсядля переходных стыков при нагрузке на рельсы более 230 кН. Расстояние между осями стыковых шпал принято 420 мм (рельсы Р75 и Р65), 440 мм (рельсы Р50) и 500 мм для любых других рельсов. Стыки обычно устанавливаются по наугольнику, т.е. напротив друг друга, хотя в кривых малого радиуса возможно их расположение вразбежку. Расположение по наугольнику обеспечивает более плавное движение поездов (без перекосных толчков), позволяет механизировать процесс укладки и устройство электроизолирующего стыка при автоблокировке.
Для передачи нагрузки от рельсов к балластному слою и земляному полотну используются шпалы. Рельсы опираются на опоры — шпалы, (полушпалы в метро), плиты, рамы, через прокладки. Шпалы бывают деревянные, железобетонные (рис. 1.3), и металлические. Деревянные шпалы легки, упруги, дешевы. Шпалы типов IA, 1Б применяют для главных путей; ПА, ПБ — для станционных и подъездных; ША, ШБ — для малодеятельных. Шпалы укладывают под рельсы на определенном расстоянии одну от другой. Схема их укладки на длине звена называется эпюрой шпал. Обычно укладывают на каждом звене длиной 25 м 46 шпал или 1840 шпал на 1 км пути. В кривых участках при радиусе менее 1200 м, а на скоростных участках при радиусе менее 2000 м,
Рис. 1.3. Шпалы железобетонные
9
укладывают 50 шпал на звено, или 2000 шпал на 1 км. На эксплуатируемом пути имеются еще участки и станционные пути, где уложено 1440 и 1600 шпал на 1 км. Деревянные шпалы бывают обрезные и необрезные. Масса обрезных шпал — 71 кг, необрезных — 77 кг, а III типа — соответственно 54 и 58 кг.
Промежуточные скрепления (рис 1.4) служат для прикрепления рельсов к шпалам. Под рельсы устанавливают подкладки (см. рис. 1.4, а, в). Применяется костыльное (см. рис. 1.4, б) и шурупно-болтовое скрепления (см. рис. 1.4, а, в). В зависимости от принципа используются раздельное (см. рис. 1.4, а, в) и смешанное скрепления (см. рис. 1.4, б). При деревянных шпалах, как правило, применяется костыльное скрепление с длиной костыля
Рис. 1.4. Промежуточные сечения:
а, в — раздельное клеммно-шурупное типа К2; б — смешанное костыльное; 1 — подкладка; 2 — клемма промежуточная; 3 — рельс;
4 — прокладка под подошву рельса; 5 — шайба двухвитковая; 6 — гайка; 7 — болт клеммный; 8 — шуруп; 9 — прокладка под подкладку; 10 — втулка; 11 — шпала; 12 — костыль
10
165 мм, когда подкладка и рельс крепятся к шпале костылями (см. рис 1.4, 6). При раздельном скреплении подкладка крепится к шпалам, а рельс к подкладке. Для уменьшения износа шпалы, а также для регулирования высоты установки рельса под подкладку устанавливают специальные подкладки 9 толщиной 6-10 мм из дерева, резины, гомбелита и т.п. Подкладки применяются обычно клинчатые двухреборчатые. Клинчатая подкладка имеет уклон 1:20 и облегчает постановку рельсов с подуклонкой. На железобетонных шпалах обычно применяют скрепления типа КБ (см. рис. 1.4, а), состоящие из закладных болтов или шурупов 8, шайб 5 дюбелей 10, устанавливаемых в шпале 11 для прикрепления подкладки 1, двух клеммных болтов 7, и двух клемм 2, для прикрепления рельса 3 к подкладке (рис. 1.4, а, в).
Шпалы укладывают на балласт, который воспринимает нагрузку от рельсов и передает ее на земляное полотно. Кроме того балласт дренирует (пропускает) воду. В качестве железнодорожного балласта используется щебень фракций 25-60 мм, гравий, песок. Примерные поперечные размеры балластных призм (рис. 1.5.) выбираются в зависимости от типа верхнего строения пути. В кривых участках для возвышения наружного рельса верх балластной призмы имеет наклон к горизонту ( рис 1.5, б ).
Рис. 1.5. Примеры типовых профилей балластной призмы:
а — щебень на песчаной подушке с деревянными шпалами; б — кривая двухпутного участка с железобетонными шпалами
И
Под действием динамических нагрузок от подвижного состава происходит продольное перемещение рельсов относительно шпал или рельсов со шпалами относительно балласта. Такое перемещение называется угоном пути. Он вызывает изменение стыковых зазоров (слепые или растянутые), смещение или перекашивание шпал, что ведет к расстройству пути и дополнительным работам по перегонке шпал и разгонке зазоров. На таких участках 30-40% всех расходов на содержание пути связано с наличием угона. Применение раздельного промежуточного скрепления особенно пружинного типа, использование щебня, увеличение эпюры шпал приводит к уменьшению угона. Кроме того, для борьбы с угоном используются специальные элементы — противоугоны. Наибольшее распространение имеют пружинные противоугоны (рис 1.6). Для рельсов Р75, Р65, Р50 масса противоугонов — 1,41; 1.36; 1,22 кг. При рельсах длиной 25 м устанавливают 18-44 пары противоугонов. Каждый противоугон устанавливают на рельсе так, чтобы зуб был с наружной стороны рельса. Сопротивление противоугона продольному скольжению по рельсу должно быть не менее 8 кН. На линиях с автоблокировкой каждый блок-участок отделен от соседнего изолирующим рельсовым стыком (рис. 1.6, б) при проходе поезда колесные пары замыкают обе рельсовые нити и зажигают красный свет светофора. Для соединения путей и их пересечений используют стрелочные переводы и пересечения. Стрелочные переводы бывают одиночные обыкновенные и симметричные, а также двойные перекрестные. Наиболее распространены оди-
Рис. 1.6. Элементы рельсовой колеи:
а — пружинный противоугон; б — изолирующий рельсовый стык; 1 — боковая прокладка; 2 — втулка; 3, 4 — соответственно прокладка стопорная и изолирующая
12
ночные обыкновенные (рис. 1.7, а), состоящие из стрелки, соединительных путей, крестовины с контррельсами, а также брусьев или плиты. Стрелка состоит из двух рельсов, двух остряков и связи между остряками.
Угол между осями путей называется углом крестовины (рис 1.7, б). Отношение ширины сердечника крестовины в ее корне к длине сердечника до математического центра называется маркой крестовины. Это отношение равно тангенсу угла крестовины. Таким образом, характеризует крутизну угл отклонения бокового пути от основного: чем меньше угол крестовины (см. рис. 1.7, б), тем плавней ход поездов на боковой путь. Марка крестовины выражается в виде дроби
Я? =Л = tg а .
АЕ N &
На наших дорогах применяют крестовины марок: 1/9, 1/11, а также 1/18, 1/22. Наиболее распространены без подвижных элементов (см. рис. 1.7, б) (литые), состоящие из сердечника, имеющего рабочие грани АС и АВ и двух усовиков. Самое узкое пространство между усовиками в их первом изгибе называется горлом
Рис. 1.7. Схемы одиночного стрелочного перевода (а) и крестовины (6)
13
крестовины’, промежуток между боковыми гранями усовика и сердечником представляет собой желоб для прохода колесных гребней. Точка А пересечения рабочих граней усовиков и сердечника носит название математического центра крестовины.
Приведенное выше описание верхнего строения пути относится к стыковому пути, когда длина рельсов 25 или 12,5 м. Последнее время широко используется бесстыковой путь, который может быть температурно-напряженный без разрядки температурных напряжений.
Тип пути зависит от годовой амплитуды колебаний температуры и условий эксплуатации. При бесстыковом пути рельсы обычной длины (25 м) сваривают в рельсовые плети длиной до 800 м и более, а между ними укладывают так называемые уравнительные рельсы длиной 12,5 м, соединенные стыковыми накладками (рис. 1.8).
Земляное полотно является основанием, фундаментом железнодорожного пути. Оно сооружается из грунтов и воспринимает нагрузку от верхнего строения. Разрез земляного полотна перпендикулярно продольной оси называется поперечным профилем, который может быть в виде насыпи, полунасыпи, выемки, полувыемки, нулевого места, а также выемок.
Рис. 1.8. Схема бесстыкового пути
1.2. Виды путевых работ и их периодичность
Приказом № 12Ц установлена новая система ведения путевого хозяйства [5] [3] основанная на новой классификации пути. В зависимости от грузонапряжённости и допустимых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов устанавливаются классы путей 1,...., 5 и внеклассные пути
14
со скоростями движения пассажирских поездов свыше 140 км/ч, содержащиеся по специальным техническим условиям. Установлены обозначения путей, например «1А1» означает, что путь принадлежит к 1-му классу, входит в группу А и категорию 1 (см. стр. 5).
Места проведения путевых работ в рамках нормативных объёмов устанавливаются при их планировании по фактическому состоянию пути. Установлена новая классификация работ по техническому обслуживанию пути и стрелочных переводов.
Усиленный капитальный ремонт пути. Предназначен для периодического полного обновления элементов и материалов верхнего строения пути. Производится только на путях 1, 2 классов и на путях 3 класса при грузонапряжённости свыше 25 млн т км. Стрелочные переводы обновляются на путях 1,......, 3 клас-
сов.
Капитальный ремонт пути. Предназначен для замены верхнего строения на путях 3..5 классов (стрелочных переводов 4, 5
классов) на более мощное или менее изношенное, в том числе смонтированное из старогодных материалов.
Усиленный средний ремонт. Предназначен для очистки балластной призмы, опускания продольной линии пути на электрифицированных участках, восстановления нормального сечения балластной призмы. Средний ремонт пути. Предназначен для оздоровления балластной призмы за счёт её сплошной очистки на требуемую глубину без понижения профильной линии пути. Подъёмочный ремонт пути. Предназначен для уменьшения степени неравнопрочности верхнего строения пути и неравноупру-гости подрельсового основания за счёт замены изношенных и пришедших в негодность элементов верхнего строения. Сплошная замена рельсов и металлических частей стрелочных переводов новыми и старогодными. Шлифовка рельсов. Положением предусмотрен также ряд других работ по ремонту пути. Искусственных сооружений, производственных объектов, связанных с эксплуатацией пути. Планово-предупредительная сплошная выправка пути с применением комплексов машин.
Текущее содержание пути. Включает надзор за состоянием пути непрерывно в течении года, в том числе и на участках, где производится ремонт [3, 5].
Назначение путевых работ зависит от класса пути, выхода рельсов, шпал, загрязненности балласта (см. табл. 1.1, 1.2)
15
Таблица 1.1. Среднесетевые нормы периодичности путевых работ при перспективном планировании (в квадратных скобках — для стрелочных переводов)
Класс пути Группа и категория пути Периодичность обновления и капитального ремонта пути, млн. т Схемы путевых работ в период между обновлениями (капитальными ремонтами) пути
Бесстыкового с железо-бетонны ми Звеньевого с деревянными шпалами бесстыкового звеньевого
1 и 3 Al; А2; АЗ 1400 1200 ОВПВ(РС)ВПВО [ОВРВ(РС)ВРВО] ОВПВ(РС) впво [ОВРВ(РС) ВРВО]
А4 1500 1300 То же То же
А5 1600 1400 — —
Б1; С2; БЗ 1400 600 ОВСВ(РС)ВСВО (ОВРВ(РС)ВРВО] овсво [ОВ(РС)ВО]
Б4 1500 650 Тоже То же
Б5 1600* 700 — —
В1;В2: 1400* 600* — —
П;Г2; Д1;ГЗ; Г4- Л? 1 разе 25 лет 1раз в 15 лет оввсвво [ОВВ(РС)ВВО] овсво
3 А6 1200 1000 КВПВ(РС)ВПВК [ОВРВ(РС)ВРВО] КВПВ(РС)ВПВК [ОВРВ(РС) ВРВО1
Б5;Б6 1200 500 КВПВ(РС)ВПВК [ОВРВ<РС)ВРВО] квспк [ОВ<РС)ВО]
В4; В5 700*** 500** КВВСВПК [ОВВ(РС)ВВО] То же
4 ГЗ;Г4; 1раз в 1 раза Тоже КВСПК
В ТОМ Д2;ДЗ; 25 лет 15 лет [ОВСПО ]
числе приемоотправочные В6 1200** * 500** КВВ(РС)ВПК [ОВРВ(РС)ВРВО] квспк [ОВ(РС)ВО]
Г5;Г6:Д 1 разе 1 разе КВВСВПК квспк
5; 25 лет 15 лет [КВВ(РС)ВПК] [КВСПК]
5 А7;Б7; В7; Г7; Д7 1 раз в 30 лет кпспк [КПРПК] клспк [КПРПК]
* Не реже 1 раза в ЗОлет (15 лет между сменой рельсов)
** Не реже 1 раза в 15 лет
*** Не реже 1 раза в 25 лет
16
Таблица 1.2. Основные критерии назначения путевых работ при планировании обновления и капитальных ремонтах
Класс пути Группа и категория пути Одиночный выход рельсов в сумме за срок их службы, шт/км Загрязненность призмы (числитель), доля шпал с выплесками (знаменатель), %, при среднем ремонте пути
Обновление пути Капитальный ремонт
1 и2 Al; А2; АЗ; А4;А5; 3 — Более 15/3
Б1;Б2;БЗ;Б4 4 — “ 15/4
В1;В2; ВЗ 6 — “ 20/6
Г1;Г2; Д1 8 — “ 20/8
Зи4 А6; Б5; Бб, — 5 “ 20/8
В4; В5; Вб; — 8 “ 20/8
ГЗ; Г4; Г5; Гб; Д2; ДЗ;Д4;Д5; — 10 “ 25/10
Приемоотправочные и сортировочные пути, Д6 — Не лимитируется “ 25/10
5 Станционные, подъездные и прочие пути — Не лимитируется Назначается по усмотрению начальнике пути
Примечание к табл. 1.1: О — обновление верхнего строения пути (PC) — сплошная замена рельсов (металлических элементов стрелочных переводов): в период между обновлениями пути — на новые; в период между капитальными ремонтами — на старогодные, сопровождаемая средним ремонтом пути (на участках с асбестовым балластом вместо среднего может выполняться подьемочный ремонт пути). С — средний ремонт пути. П — подьемочный ремонт пути. В — планово-предупредительная выправка пути с применением комплекса машин. Средний ремонт в соответствии с приемной документацией может заменяться реконструкцией балластной призмы.
17
1.3. Классификация путевых машин, их комплекты и требования предъявляемые к ним
К признакам, по которым классифицируют машины, относят: назначение, способ выполнения работ, тип приводов, вид ходового оборудования, наличие энергетической базы, способ передвижения. По назначению путевые машины и механизмы делятся на группы, которые включают в себя машины для: ремонта земляного полотна (путевые струги, дренажные и уборочные машины), балластировки пути (балластеры, путе подъёмники, тракторные дозировщики); хоппер-дозаторы; очистки балластного слоя (щебнеочистительные машины); укладки Пути (рельсоукладчики, путеукладчики); сварки рельсов; машины звеносборочных баз (звеносборочные и звеноразборочные линии); уплотнения балласта и выправки пути (шпалоподбивочные, выправочно-отделочные, рихтовочные и путерихтовочные машины); контрольно-измерительные (путеизмерительные и дефектоскопные вагоны, автомотрисы, и тележки); очистки и уборки снега (плуговые и роторные снегоочистители, снегоуборочные машины), а также транспортные и погрузочно-разгрузочные средства для путевых работ (са-моразгружающиеся вагоны, дрезины, мотовозы).
По способу выполнения работ различают машины тяжёлого типа или несъёмные (струги, балластировочные машины, путеукладочные, щебнеочистительные, снегоуборочные и др.) и лёгкие типа или съёмные (передвижные электростанции, шпалоподбойки, рельсорезные и рельсосверлильные станки, другой электрический и гидравлический инструмент и т.д.) Машины тяжёлого типа занимают перегон, их нельзя снять с пути для пропуска поездов, а лёгкого типа снимаются с пути для пропуска поезда.
Для приведения в действие рабочих органов, а также для передвижения самоходных путевых машин используются следующие типы приводов: гидравлический, электрический, от двигателя внутреннего сгорания с механической передачей. По виду ходового оборудования машины бывают на железнодорожном ходу (струги, путеукладчики, электро-балластеры, выправочно-подбивочные т.п.) и гусеничном (тракторные путеукладчики, дозировщики и т.п.). Большую
18
часть машин выпускают на железнодорожном ходу. Они согласно правил технической эксплуатации железных дорог являются специальным подвижным составом. На транспортном строительстве внедряются машины на комбинированном ходу, на пневможелезнодорожном — пневмоколесные машины с роликами, установленными на специальных подвесках. Для движения по автомобильным дорогам ролики поднимают, а по железным дорогам опускают и машина опирается на них.
В зависимости от наличия энергетической установки путевые машины делятся на автономные и неавтономные. Первые оснащены собственной энергетической базой, к которой подключают все двигатели. Многие путевые машины автономные (путеукладчики, дрезины, вып-равочно-подбивочно-рихтовочная ВПР-1200, ВПР-02 и т.п.). Неавтономные машины подключаются к локомотивам (путевые струги, плуговые снегоочистители роторные, снегоочистители и т.п.)
При создании путевых машин к ним предъявляются как общие, так и специфические требования. К общим относятся: показатели назначения, обеспечивающие возможные технологические показатели, унификация узлов и деталей, повышение надежности, снижение стоимости, металло- и энергоемкости, универсальность машин, легкость управления, простоту изготовления деталей, ремонтопригодность (возможность демонтажа и ремонта узлов и агрегатов), обеспечение безопасности при обслуживании машин и их работе, создание благоприятных условий для работы машинистов, автоматизация управления и т.п. Специфические требования обусловлены тем, что путевые машины работают на железных дорогах и большинство их на железнодорожном ходу. Они должны вписываться в габарит подвижного состава; не превышать допустимых нагрузок на ось; обладать плавностью хода; оснащаться ходовым, сцепным и тормозным оборудованием, совместным с подобным оборудованием на подвижном составе; быстротой перевода рабочих органов из транспортного положения в рабочее и наоборот, т.е. отвечать требованиям, предъявляемым к железнодорожному подвижному составу.
1.4. Перечень основных путевых машин и механизмов н их сокращенные названия
Учитывая, что основной способ сношений на железнодорожном транспорте — телеграфно-телефонный, то все
19
сообщения должны быть краткими. Поэтому широко используются сокращенные названия путевых машин (таб. 1.3).
Таблица 1.3. Перечень некоторых путевых машин и механизмов, их сокращенные обозначения
№ Полное название путевой машины Сокращенное
1 2 3
1 Струг-снегоочиститель СС-1М
2 Машина для очистки и нарезки кюветов МНК-1
СЗП-600
3 Машина уборочная (С — самоходная) УМ-М
УМ-С
4 Кусторез СП-93
5 Щебнеочистительная машина системы Драгавцева щом-д
6 Щебнеочистительная машина на ЭЛБ-ЗМ ЩОМ-4
Щ0М-4М
7 Щебнеочистительная машина СЧ-600
СЧУ-800
8 Щебнеочистительная машина RM-80
9 Щебнеочистительная машина RM-76
10 Щебнеочистительная машина ЩОМ-6Р,
ЩОМ-6БМ
11 Балласто-очистительная машина БМС
12 Электробалластер ЭЛБ-3
ЭЛБ-ЗМК
13 Планировщик балласта ПБ
14 Путеукладочный кран УК 25/9-18
15 Укладочный кран для стрелочных переводов УК 25(СП)
16 Моторная платформа дизельная МПД
МПД-2
17 Путевой моторный гайковерт ПМГ
18 Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПР-1200
(1200 шп/ч) ВПР-02
19 Выправочно-подбивочно-рихтовочная стрелоч- ВПРС-500
ная машина ВПРС-02М
20 Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-ЗООО
21 Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-З-ЗООО
22 Динамический стабилизатор пути ДСП
23 Путевая рельсосварочная машина ПРСМ-3
ПРСМ-4
ПРСМ-5
24 Путевая тяговая машина ПТМ-630
25 Тягово-энергетическая установка ТЭУ-400
26 Универсальный тяговый модуль УТМ-1
20
Продолжение табл. 1.3
1 2 3
27 Машина шпалозаменяющая мшз
28 Хоппер-дозатор х/д
29 Машина подготовки старогодных рельсов МПСР
30 Кран путевых баз КПБ-10У
31 Путеукладчик (тракторный) системы Бакирева ПБ-2
ПБ-ЗМ
32 Рихтовочная машина Р-2000
33 Балластно-уплотнительная машина БУМ-1М
БУМ-02
34 Снегоуборочная машина СМ-2М
СМ-5,
СМ-6
35 2-х путный снегоочиститель плужный сдп
сдпм
36 Универсальный плужный снегоочиститель СПУ-Н
37 Фрезерно-роторный электро-снегоочиститель ФРЭС-3
38 Трехроторный электро-снегоочиститель эсо-з
39 Машина для очистки рельсов РОМ
40 Мотовоз путевой транспортный мпт
41 Дрезина грузовая крановая ДГКУ
42 Автомотриса грузовая АГД
43 Прицеп к дрезине УП
44 Путеремонтная летучка ПРЛ-4
45 Автомотриса служебная АС
46 Шпалоподбивочная машина ШПМ-02
47 Автоматическая шпалоподбивочная машина АШПМ-5
48 Моторный путеподъемник транспортного
строительства МПТС
49 Путеподъемник ПРМ
50 Путерихтовщик системы Балашенко ПРБ
51 Путеизмерительные тележки ПТ
52 Ультразвуковой рельсовый дефектоскоп УЗД
53 Магнитный рельсовый дефектоскоп МРД
54 Поточная полуавтоматическая звеносборочная ППЗЛ-500
линия (производительность 500-600 ш/смена ППЗЛ-650
55 Звеносборочная линия Хабаровского института ЗЛХ-500
ЗЛХ-800
56 Звеносборочная линия на железобетонных шпалах ЗЛХ
57 Поточная звеносборочная линия ПЗЛ
58 Технологическая стендовая линия тле
59 Звеноразборочная линия стендовая ЗРС
60 Рельсошлифовальный поезд РШП
21
Продолжение табл. 1.3
“Г" 2 5
61 Рельсошлифовальная цистерна РШЦ
62 Вагон путеизмеритель ПС
63 Автомотриса путеизмерительная МД-Ру
64 Автомотриса дефектоскопная АМД, АСД,
АДЭ
65 Рельсорезный станок РМ-5Г
66 Рельсорезный станок с кругами РМК
67 Рельсосверлильный станок 1024-В
68 Рельсосверлильный станок РСМ-1
69 Малая рельсошлифовалка МРШ-3
70 Рельсошлифовалка на тележке ЧРА
71 Шуруповерт электрический ШВ
72 Электрогаечный ключЭК
73 Путевой гаечный ключ КПУ
74 Электрошпалоподбойка ЭШП
75 Электропневматический костылезабивщик эпк
76 Машина для смены шпал МСШУ
77 Гидравлический рихтовщик ГР-12
78 Моторные гидравлические рихтовщики РГУ
79 Гидравлический разгонщик РН-03,
РН-04
80 Домкрат гидравлический ДГ,дпг
1.5. Основные направления н тенденции развития путевых машин
Большинство путевых машин сезонные, они используются или только летом (путеукладчики, щебнеочистельные и выправочно-подбивочные машины и т.п.) или только зимой (плуговые, роторные и другие снегоочистители). Таким образом они используются несколько месяцев в году. Поэтому машины изготавливаются не автономными (без энергетической установки). Они представляют собой технологические единицы. Для работы они должны быть прицеплены к тягово-энергетической установке, которой может быть или специально переоборудованный тепловоз, перемещающий
22
машину и снабжающий электроэнергией двигатели рабочих органов (например, ЩОМ-Д, ЩОМ-4, роторный и фрезерно — роторный снегоочистители). Если привод рабочих органов пневматический, то сжатый воздух берут от компрессора локомотива. Такая компоновка с отсутствием энергетической установки облегчает, упрощает, удешевляет машину. Однако локомотив и его бригада принадлежат локомотивному депо, для которого основная работа — поездная, поэтому при получении его возникают трудности. Поэтому в последнее время начинают выпускать ot-дельно технологические модули или тягово-энергетические установки, которые могут обслуживать различные технологические комплексы. Например, щебнеочистительиая машина СЧУ-600 и тягово энергетический модуль УТМ. Другое направление — автономные машины, имеющие свои энергетические установки. Например, выправочно-подбивочно-рихтовочные машины типа ВПР, рихтовочные — Р-2000, моторные гайковерты ПМГ, одновагонные снегоуборщики СМ-5. Имеется и промежуточное решение — машина имеет энергетическую установку для питания приводов рабочих органов, но нет механизма передвижения. Тогда нужна только тяговая единица. Если это локомотив, то его не нужно переоборудовать. Своя же установка позволяет регулировать, опробовать рабочие органы на стоянке. Например, снегоуборочная машина типа СМ-2, выправочно-подбивочно-отделоч-ная машина типа ВПО-ЗООО. Выбор направления должен быть индивидуальным, экономически обоснованным. Имеется и такое направление (прежде всего у путевых машин для нового строительства), как оснащение базовой машины, в том числе и трактора, сменным навесным оборудованием. Например, на тракторе Т-158 могут навешиваться механизмы: для разгонки стыковых зазоров, для выправки пути и подбивки шпал, для установки шпал по меткам и т.п. На современном этапе развития путевых машин важнейшими задачами являются: совершенствование конструкций путевых машин в целом, их рабочего оборудования и технологического процесса. Основные тенденции в совершенствовании путевых машин следующие:
1. Повышение скоростей (как рабочих, так и транспортных) машин и усилий рабочих органов.
2. Создание машин непрерывного действия, обеспечивающие повышенную производительность и снижение мощности по сравнению с машинами циклического действия.
23
3. Создание универсальных и многооперационных машин.
4. Оптимизация параметров рабочих органов в зависимости от условий работы и кинематики движений.
5. Автоматизация управления машиной и рабочими органами.
6. Увеличение надежности и долговечности машин и их элементов.
7. Максимальная унификация агрегатов, узлов и деталей машин.
8. Совершенствование обслуживания машин, а также повышение их ремонтопригодности.
9. Внедрение компьютеров для контроля качества выполненных работ, а также для регулирования режимов работы машины.
2 ПУТЕВАЯ МАШИНА КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ • ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Большинство путевых машин имеет железнодорожный ход. Они перемещаются по железнодорожным путям к месту работы и обратно, а также в процессе ремонта пути, поэтому каждая из них должна быть оборудована в соответствии с требованиями к специальному подвижному составу железных дорог. Путевая машина состоит из экипажной части, рабочих органов с приводом и системами управления ими.
2.1. Экипажная
часть путевых машин
К экипажной части относят: раму с кузовом, ходовое оборудование, ударно-упряжное устройство, тормозную систему. На раме размещают все рабочее оборудование. Она передает нагрузку на путь через колесные пары. В зависимости от их количества машины бывают двухсные и тележные. Число осей определяют по формуле:
ДГ =г— 7Voc [ру >
(2-1)
где Ро6 — общая вертикальная статистическая нагрузка на путь кН;
[Р]—допускаемая нагрузка на ось, кН;
Принято [Р] до 250 кН. Намечается [Р] = 270 кН;
Если Noc < 2 машина двухосная, в противном случае — тележечная. Рама представляет собой пространственную сварную конструкцию. В двухосной машине рама опирается на колесные пары через рессорное подвешивание (рис 2.1, а). Оно состоит из
25
Рис. 2.1. Рессорное подвешивание двухосных машин:
а — листовые рессоры; 1 — кронштейн; 2 — подвеска.З — листовая рессора; 4 — хомут; 5 — скоба; 6 — буксовые рамы;
б — двойное рессорное подвешивание; 1 —стержни; 2 — пружины;
3 — листовая рессора; 4 — шайба; 5 — гайка
плоских рессор 3, соединенных с кронштейнами 1 на раме. К одному из кронштейнов рессора укреплена неподвижно, а ко второму через подвеску 2, хомут 5, рессора установлена на металлической буксе и притянута к ней скобками 4. Рессора воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки. Буксовые лапы 6 служат только для предохранения колесных пар в продольном направлении, при поломке рессор. Используется также двойное рессорное подвешивание дрезины (рис. 2.1, б), состоящее из листовых рессор 3, пружин 2, последние через шайбы 4 и стержневые подвески 1 передают нагрузки на рессору 3. Гайки 5 удерживают шайбы 4 на подвесках и позволяют регулировать нагрузку на рессору.
На тележечных машинах рама опирается на тележки, которые бывают двухосные (машина типа ВПР) или трехосные (УК). Тележки могут быть тяговые и бегунковые (опорные). Тяговая тележка (рис 2.2) машины типа ВПР состоит из рамы 5, приводных колесных пар б, опоры 8, карданного вала 12, промежуточной тормозной рычажной передачи 13, упругих элементов буксового подвешивания 3, боковых опор 2, шкворня 1, гидрогасителей колебаний 4. На оси приводной колесной пары закреплен на подшипниках осевой редуктор 7, на корпусе которого размещен реактивный рычаг 11, удерживающий его от проворота. К раме крепится через резинометаллические амортизаторы 9. Для смазывания подшипников редуктора есть система смазки, состоящая 26
1
А-А
Рис. 2.2. Тяговая тележка с резиновыми амортизаторами:
1 — шкворень; 2 — боковая опора; 3 — упругое подвешивание; 4, 10 — гидрогаситель колебаний; 5, 11 — рама; 6 — приводная колёсная пара; 7 — осевой редуктор; 8 — опора; 9 — резинометаллические крепления рычага; 12 — карданный вал; 13 — рычажная передача
из масляного насоса с пневмоприводом, всасывающего и нагнетательного трубопроводов. Для плавности перемещений тележки относительно рамы машины установлены гидрогасители колебаний. Для уменьшения динамического воздействия от колесной пары на тележку установлены упругие элементы, состоящие из трех резиновых деталей, соединенных стальными пластинами. Они крепятся в корпусе буксы и боковинах рамы. На отечественных путевых машинах используются также тележки с рессорным подвешиванием (рис 2.3). Такая тележка имеет раму, состоящую из балок 1, 13, 18, шкворня 14, привода 15, 21, 23, колесных пар 5, букс 3, с челюстями 4, тормозными колодками 9, тормозны
27
сю
Рис. 2.3. Приводная тележка с рессорным подвешиванием (а):
1, 13, 18 — балка-рама; 2 — рессора; 3 — роликовая букса; 4 — челюсти буксы; 5 — колёсная пара;
6 —балансир; 7 — серьга; 8 — упор; 9 — тормозная колодка; 10 — рычаг; 11 — тяга;
12 — скользун; 14 — шкворень; 15 — электродвигатель; 16 — тормозной цилиндр; 17 — кронштейн;
ми рычагами 10, 11. 19, 20, тормозным цилиндром 16. Привод тележки (рис. 2.3, б) состоит из электродвигателя 7, редуктора 1 с зубчатыми колесами 2, 11, 6, 9, муфты 3, 8, промежуточного вала 4 и колесной пары 10.
Концы колесных пар установлены в буксах (рис. 2.3, в) передающие усилия от колесных пар на раму и воспринимают их от нее. Роликовые подшипники установлены в буксе на конус колесной пары. Дистанционные кольца 1, 2 установлены между подшипниками. Гайка 5 застопорена планкой 3, укрепленной на торце оси. Крышка 6 упирается в корпус 7 буксы. Через крышку 4 добавляют смазку. Плита 8 предназначена для хомута рессоры.
Кроме двухосных тележек на путевых машинах используются трехосные, как проводные (тяговые), так и бегунковые (машины СЗП-600, ЭЛБ-ЗМ, УК-25 СП, УК-25/9.18 и др).
2.2. Ударно-тяговое устройство путевых машин
Ударно-тяговое устройство состоит из автосцепки и поглощающего аппарата. Автосцепки бывают с поглощающим аппаратом (типовые) и без него. Основной частью типовой автосцепки (рис. 2.4, а) является корпус, имеющий пустотелую головку, в которой размещен механизм сцепления. Головка имеет двухзубый несимметричный контур. Автосцепка 7 с помощью тягового 6 хомута 5 и клина 4 соединяется с поглощающим аппаратом 6, амортизирующим ударные и тяговые усилия при передаче их на раму. Действующие на автосцепку тяговые усилия через клин 4 передаются хомуту, который перемещает корпус поглощающего аппарата к буферному брусу. При этом пружины сжимаются и усилие
Продолжение рис. 2.3.
19, 20 — рычаг; 21 — редуктор; 22 — кронштейн; 23 —муфта; б —привод колёсной пары: 1 — редуктор; 2, 11, 6, 9 — зубчатые колеса; 3, 8 — муфта; 4 — промежуточный вал редуктора; 10 — колёсная пара; в — конструкция буксы: 1,2 — дистанционное кольцо; 3 — планка, 4 — крышка для добавления смазки; 5 — гайка, 6 —крышка буксы; 7 — корпус; 8 — опорная плита; 9, 10 — роликовые подшипники
29
Рис. 2.4. Схема автосцепки (а) и поглощающего аппарата (б):
1 — автосцепка; 2 — центрирующая балочка; 3 — маятниковая опора; 4 — клин; 5 — хомут; 6 — поглощающий аппарат; 7 — угольник;
8 — основание; 9 — плита; 10 — угольник;
б — поглощающий аппарат: 1 — корпус; 2 — нажимной конус, 3 — фрикционные клинья; 4 — пластина; 5 — болт; 6, 7 — пружины
передается через плиту 9; на угольник 10. Корпус автосцепки поддерживается центрирующей балкой 2, подвешенной на двухмаятниковых подвесках 3. При отклонении автосцепки в плане подвеска способствует возвращению ее в среднее положение. Размыкание автосцепок происходит только после утопания в зев головки одной автосцепки замка от поворота расцепного рычага. Для фиксации автосцепки в отключенном положении необходимо расцепной рычаг повернуть на 90° и положить плоской частью на кронштейн.
Поглощающий аппарат (рис. 2.4, б) состоит из корпуса, в котором находятся стянутый болтом 5 нажимной корпус 2, шайба с
30
фрикционными клиньями 3 и пружины 6, 7. При сжатии поглощающего аппарата совершается работа, часть которой накапливается в виде потенциальной энергии от сжатых пружин 6, 7, а большая часть переходит в тепло при трении клиньев 3 о нажимной корпус 2 и корпус 1. Корпус поглощающего аппарата установлен на плите 8 (см. рис. 2.4, а), прикрепленной к раме машины.
2.3. Тормозное оборудование
Для уменьшения скорости движения, остановки путевой машины или удержания её на месте используются тормоза. На подвижном составе в основном применяются пневматические тормоза, когда тормозные колодки прижимаются с помощью пневморычажной системы к колёсам, в результате чего создаётся тормозная сила. Сжатый воздух поступает к тормозным цилиндрам или от компрессора локомотива, или от компрессора, установленного на самой машине. Колодочные тормоза бывают: двухсторонние (рис. 2.5, а), когда колодки с двух сторон прижимаются к колёсной паре и односторонние — (рис. 2.5, б). При подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр 2, через рычажную систему 2, тормозные колодки 4 прижимаются к колёсам 3 и происходит торможение. Кроме пневмопривода на некоторых путевых машинах применяются ручные тормоза, у которых при вращении штурвала через винт перемещается гайка и рычажная передача, которая заставляет выдвигаться шток цилиндра, связанного с рычажной передачей тормозной системы. В результате колодки прижимаются к колёсам или отходят от них. Происходит торможение или расторможение. В зависимости от способа включения тормозной системы пневматические тормоза бывают: неавтоматическими прямодействующими и автоматическими непрямодействующими. В неавтоматических прямодействующих тормозах (рис. 2.6, а) тормозной цилиндр (ЦТ) через кран машиниста (КМ) соединён с главным резервуаром (ВС) компрессора (К). При растормаживании краном машиниста магистраль соединяется с атмосферой и шток тормозного цилиндра под дей-
31
тяговой тележки ВПРС-500; 1 — тормозной пневмоцилиндр;
2 — рычажная передача; 3 — колёсная пара; 4 — тормозная колодка
ствием пружины возвращается в исходное положение, отводя тормозные колодки. Тормоз не является автоматическим. При автоматическом непрямодействующем тормозе (рис. 2.6, б) воздух заполняет не только главный резервуар (ВС), но и через воздухораспределитель (Р) запасной резервуар (ВСЗ), тормозной цилиндр (ТЦ) в это время соединён с атмосферой. При торможении магистраль отсоединяется краном машиниста от главного резервуара и соединяется с атмосферой АТ. Поршень П воздухораспределителя (Р) под действием сжатого воздуха из запасного резервуара перемещается и соединяет запасной резервуар (ВСЗ) с тормозным цилиндром, в результате колодки прижимаются к колёсам, но в этом случае сжатый воздух поступает не от глав-
32
Рис. 2.6. Схема пневматических тормозов: а — прямодействующего неавтоматического; б — непрямодействующего автоматического при зарядке; в — тоже при торможении;
г — прямодействующего автоматического при зарядке
ного резервуара, а запасного, поэтому тормоз называется непрямодействующим. При разрыве магистрали или соединении её с атмосферой, происходит автоматическое торможение.
Автоматический прямодействующий тормоз (рис. 2.6, в) отличается от непрямодействующего наличием обратнопитательного
2 Путевые машины
33
Продолжение рис. 2.6
клапана (ОПК) встроенного в воздухораспределитель (Р). Он обеспечивает пополнение сжатого воздуха из главного резервуара через магистраль, в связи с утечками из тормозного цилиндра (ТЦ) и запасного резервуара (ВСЗ). Таким образом, обеспечивается прямое действие тормоза с сохранением его автономности. На путевых машинах используются также электроп-невматические тормоза. В них все электровоздухораспределители подключены к источникам тока. При зарядке тормозов воздух поступает в запасные резервуары также, как в пневмати
34
ческом тормозе. При торможении ток поступает к катушкам электромагнитов и якоря — клапаны притягиваются к сердечникам. Клапан тормозного вентиля открывает доступ воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр, а клапан отпускного вентиля разобщает в это время тормозной цилиндр с атмосферой, происходит торможение. При разрыве тормозной магистрали или отсутствии тока тормоз работает как пневматический. Использование такого тормоза повышает его эффективность и сокращает время подготовки тормоза к действию. На путевых машинах могут применяться различные виды тормозов. Так на машине типа ВПР применяют три вида пневматических тормозов: прямодействующий автоматический при следовании своим ходом (управляется машинистом машины и оператора) и при перевозке локомотивом (управляется машинистом локомотива); прямодействующий неавтоматический (при следовании машины своим ходом управляется из кабины машиниста педалью); прямодействующий электропневматический для торможения машины в рабочем режиме при движении от шпалы к шпале (управляется машинистом или оператором).
Ручной тормоз от штурвала с механическим приводом в кабине машиниста используется при стоянке.
2.4. Основы тормозных расчетов
Многие путевые машины (ВПР, ВПРС, УК) выполняют операции в циклическом режиме. Им периодически приходится передвигаться и останавливаться. Для них тормозной путь So может определяться по формуле:
S0 = SH+Sfl, (2.1)
где SH = 0,278-tnVo (2.2)
5°°(у2 - р2) 5Д ^(100 1)рфр + РИОК + ic) ’ (2-3)
35
где Vo, VH, VK — соответственно скорость машины в момент начала торможения, начальная и конечная скорость в расчетном интервале;
— замедление машины в км/чЛпод действием замедляющей силы 1 кгс/т; £ = 120-116 км/ч2 соответственно для грузовых и пассажирских поездов (116 — для дизель поездов); tn — время подготовки тормозов к действию (в секундах), с.
Для пассажирских поездов и отдельно следующих локомотивов 5 'с
(2.4)
t = 4 -1000ирФр
где ic— спрямленный уклон %о, для которого производятся тормозные расчёты при спуске значение ic бёрётся с минусом);
ир— расчётный тормозной коэффициент для экстренного торможения:
2S*p ър = £Г+~&
(2-5)
где 2Кр — сумма расчётных сил нажатия на тормозные колеса; z — число тормозных колес;
<2 — вес всего состава;
G — вес тяговой единицы.
(2-6)
Для грузовых поездов и служебного торможения и = 0,33. Расчётная сила нажатия чугунных тормозных колодок /^’принимается в пределах 1,5-3,5 тс.
Коэффициент трения тормозной чугунной колодки о колесо равен 16/Г + ЮО V + юо
Ф = 0,5----Е----- у ;
Yk ’ 52tfp + 100 5 Г + 100
Для композиционных колодок равен
ф = 06.1^Р_+ .10° Г+100.
’ 80/Г+ 100 5V + 100 ’
где Кр — усилие контакта тормозных колодок, тс;
W°x— удельное сопротивление можно приближенно принимать 1,2— 2,67 кгс/тс в интервале скоростей 0-80 км/ч.
Чтобы избежать движение «юзом» необходимо выполнение условия:
(2-7)
36
(2.8)
где Рв — вертикальное давление колеса на рельс;
фс — коэффициент сцепления с рельсом [8, 2] для тепловозов;
ф = 0,25 +--------8------ , (2.9)
Vc ’ 100 + 201Р
Общая тормозная сила путевой машины
Вт = фДк (2.10)
2.5. Вписываииа машины в габарит
Так как большинство путевых машин выполнены на железнодорожном ходу, то размеры поперечного сечения их не должны превышать определённых пределов. Это предотвращает соприкосновение их с подвижными единицами, находящимися на соседнем пути или с сооружениями, расположенными вблизи пути. Наибольшее перпендикулярное оси пути очертание, в котором должен помещаться на горизонтальном пути подвижной состав, имеющий максимальные допуски на износы (за исключением бокового наклона на рессорах) называется габаритом подвижного состава. Предельное поперечное очертание, внутри которого, помимо подвижного состава, не должны заходить никакие части сооружений и устройств, материалов и т.п., называется габаритом приближения строений. Между ними предусмотрено некоторое пространство, предназначенное для смещения подвижного состава, колебаний кузова и т.п.. По ГОСТу установлено шесть габаритов: Т, 1-Т, 0-Т, 01-Т, 02-Т, 03-Т. Наибольший из них Т (рис. 2.7, а), предназначен для реконструированных железных дорог, наименьший 03-Т — для подвижного состава, обращающегося по железным дорогам Европы и Азии. Установление размеров поперечного сечения путевой машины из условия свободного прохождения её по железнодорожному пути называется вписыванием в габарит. Заранее задать размеры поперечного сечения машины
37
53
Верха гойаВки рельса
Рис. 2.7. Расчётные схемы при вписывании в габарит: а — габарит Т; б — двухосная-в — тележечная машина
равного размерам габаритов нельзя, т.к. при движении по железнодорожному пути возможны горизонтальные и вертикальные смещения её элементов относительно оси пути.
Горизонтальные смещения возникают при прохождении машиной криволинейного участка, а также в связи с износом ходового оборудования. Чтобы элементы машины в связи с этими смещени
38
ями не выступали за габарит, необходимо на величину смещений уменьшать её поперечное сечение. При движении двухосной машины по кривой радиусом R (рис. 2.7, б) продольная ось машины MN (длиной L) пересекает ось пути в точках А и В. Расстояние АВ называется базой машины (I). Поперечые сечения в точках А и В называются направляющими. Между А и В смещение (вынос) ма-шины-внутрь кривой Увн, по консолям-наружу кривой Уи.
Вынос внутрь кривой Ут в любом сечении между точками А и В на расстоянии п от направляющего можно найти по формуле:
Увн = (1 М (2-11)
или, в мм, Увн = К2(1 - п)п, где % = ЮОО . Для габаритов Т и 1Т 2 21?
рассчётный радиус R = 200 м, К2 = 2,5; (/ и п, м). Максимальный вынос внутрь кривой при п = Z/2
У = — • (2.12)
вн max gyj
Вынос наружу кривой (рис. 2.7, б) в произвольном сечении на расстояние п от направляющего сечения А равен У .
У» = ^Т'
или, мм, Ун = k2 (J + п)п.
Максимальное смещение наружу при п - п0, м,
у - ° + ”к) , (2.14)
у н max
где пк — длина консоли машины.
Если для двухосного вагона УВ11 тах = Уи тах, то такой вагон называется расчетным, у него L - 24 м, I = 17м. По расчётному вагону определяют уширение к3 габаритов приближения строе-
I2
ния, мм, в кривой: k3 = 1000 — .
39
Наличие тележек несколько изменяет смещение машины — увеличивает его внутрь кривой и уменьшает наружу на размер смещения тележки к{, мм (рис.2.7, в),
к. = 1000 -уЬ > (2>15)
1 ОЛ
где /т — база тележки, м.
Для тележечной машины смещение внутрь кривой больше, а наружу меньше на кх по сравнению с нетележечной такой же длины. По приведённым формулам определяют смещение машины внутрь и наружу кривой.
От зазоров и износа ходового оборудования происходит горизонтальное параллельное оси пути смещение Е^. Смещение в одну сторону от оси пути:
Е^ — s~-d + q +О), (2.16)
где 2s—максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм;
2d—минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней бандажей, мм;
q—максимальное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону рамы относительно колёсной пары при максимальных износах в буксовом узле и в узле сочленения рамы тележки с буксой, мм;
ш—максимальное поперечное перемещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаниях в узле сочленения кузова и рамы тележки, мм.
Для габаритов Т, 1-Т, 0-Т (в верхней части) — 2(5 - d) = 28,5 мм. Для машин на тележках с подшипниками скольжения q + со = 40 мм; на тележках с комбинированными прессорными комплектами и для двухосных машин q + со = 25 мм.
Зная горизонтальные смещения, вызванные выносами в кривых, и износами ходовых частей, определяют ограничение половины ширины машины. При этом из суммы этих смещений вычитают уширение габарита приближения строений в кривой ку Следовательно, уменьшение половины ширины машины Е3 для любого поперечного сечения между точками А и В:
Е* =5 - d+q+(& + {к2 {I - п)п + кх - &3], (2.17)
40
а для поперечного сечения в консольной части машины
Ея = [5 - d+q+u] L+2n + [к2 (I - п)п + кх - £3]. (2.18)
Для направляющих сечений п = О
Ев = (5 - d) + q + © + (fcj - fcj). (2.19)
Введение в формулу (2.18) выражения I + 2п учитывается наи-I
более неблагоприятное для консольных частей расположение в кривой, когда колеса одной тележки, движущиеся по наружному рельсу, прижаты гребнями к этому рельсу, а колёса другой тележки к внутреннему рельсу; в те же стороны смещены буксовые узлы и надрессорные балки обеих тележек, т.е. рассматривается положение наибольшего отклонения консолей [ ].
Если при расчётах Ео, Ев, Еа по формулам (2.17)—(2.19) отдельно взятая величина в скобках
(fct - к3); [k2(l - ri)n + fcj - fcj или [к2(1 + п)п + кх- к^
окажется отрицательной, то она не учитывается, т.е. принимается равной нулю, а ограничения Ео, Е* Еп в этом случае рассчитывают из условия вписывания в габарит на прямой по формулам:
Е О = Е? = - d + q + ©; ЕП = [Уп - d + q + <о] 2^±~L, (2.20)
где Е”, Е^, Ев—ограничения половины ширины соответствующих сечений на прямой, мм;
2jn— максимальная ширина колеи на прямой, мм.
Расчет вписывания машины в габарит сводится к определению её поперечных размеров. В соответствии с ГОСТом максимально допустимая ширина машины 2В на некоторой высоте Н над уровнем головки рельса, мм,
2В = 2(ВО - Е), (2.21)
где Во — половина ширины соответствующего габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте, мм;
41
Е — одно из ограничений поперечных размеров машины, обусловленных поперечными смещениями в кривой и износом ходовых частей, мм.
Наибольшую и наименьшую высоты машины определяют с учётом износа ходовых частей и прогибов рессорного подвешивания.
2.8. Проверка прохождения путовой машиной кривой и горки
Путевые машины в сцепленном состоянии должны свободно проходить кривые малого радиуса. Максимальный допустимый угол отклонения автосцепки в окне розетки, исключающий саморасцеп, — один из основных факторов, определяющих проход сцепленных вагонов по кривым. Наибольшее смещение продольной оси автосцепки относительно продольной оси машины возникает [ ] при движении сцепа машины с вагоном по 5-образной кривой (рис. 2.8, а) — первый расчетный случай. Для расчёта за начало координат примем точку О — сопряжения кривых,
Рис. 2.8. Расчетная схема продолжения путевой машины: а — габаритной кривой; б — горки
42
ось ОХ направим по общей касательной. Углы отклонения продольных осей автосцепок от продольных осей кузовов, как видно из рис. 2.8, а равны
а, = Pj + Г, а2 = Р2 + у, (2.22)
где Рр Р2 — соответственно углы поворота продольных осей и машины вагона, стоящих в кривых относительно оси ОХ-,
у— угол между осями автосцепок и осью ОХ.
Углы можно найти по формулам:
₽2 = arctg
Р,= arctg + +
R1
b + b, + E
у = arcsin_______1 ъ •
+ a ’
(2-23)
где 21, 2/j—базы машины вагона;
.Rp jR2—радиусы кривой;
ла, nel—расстояние от пятниковых сечений до центра шарниров хвостовиков корпусов автосцепки (Я] и А) (па1 = 1,765 м);
а, —длины корпусов автосцепок, измеренные от центра шарнира хвостовика до оси сцепления.
Для автосцепки СА-3 (ах = 0,87 м); Ь, Ьг — поперечные смещения центров шарниров А и А} в направлении оси ОУ; £ — дополнительное поперечное отклонение точек А и Ау обусловленное смещение ходовых частей (£ = + 2 при сцепе машины с эталонным четырехосным грузовым вагоном на S-образной кривой и £ = + 32 с тем же вагоном на прямой и кривой £ = -Пи £ = +19 при сцепе шестиосной машины в аналогичных условиях).
Поперечные смещения:
(21 + пп)п - Р - а2 (21, + п.)п„, - Р. - а2, у _ v а' а ч . у _ 1____al' al т! 1 /£ 24)
2R ’ 2RX ’ k ‘ 7
где 2/J, 212т1 — базы тележек машины и вагона (для двухосной грузовой тележки 2/т = 2/т1 = 1,85м).
43
Второй расчетный случай — проверка прохождения машины в сцепе с вагоном по сопряжению кривой и прямой, тогда Rx = <», р] = 0, р2 = 0. Проходимость по кривой без саморасцепа обеспечивается, если а < а,, а а, < а„„, где а„„ = 12°10" и а . = 3°5О' для грузового четырёхосного вагона.
При прохождении машиной сортировочной горки ее автосцепка смещается по высоте относительно автосцепки смежного вагона (рис. 2.8, б).Размер этого смещения зависит от порфиля горки и линейных размеров машины и вагона, длины консоли, высоты автосцепки. Для того чтобы путевая машина без саморасцепа могла проходить горки, должно выполняться условие:
ДА + ДАГ < ДАд, (2.25)
где ДА — первоначальная разность высот автосцепок у двух смежных вагонов. В соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации АЛ = 50-110 мм;
ДЛГ — дополнительное смещение на горке, которое можно определить из геометрических построений или таблиц и графиков, приведённых в [ ];
ДЛд — допускаемая разность высот автосцепок; ДЛд = 180 мм для автосцепки СА-3, а модернизированной — 250 мм.
2.7. Развеска путевой машины
Путевая машина состоит из п элементов (частей): рамы, ходового оборудования, силовой установки, рабочих органов и т.п. Если известен вес (сила тяжести) каждого элемента G(., и общее их число и, то вес машины:
п
G =Д G.. (2.26)
Для развески машины по тележкам сначала определяют нагрузку от веса кузова с оборудованием на одну тележку в нерабочем состоянии Gf
G* = ^> (2-27)
где I — база машины;
Xv — расстояние от шкворня тележки до центра тяжести
44
п
L Gixi
V ____ I—1 1 1
*цг-------
(2.28)
здесь X; — расстояние от центра тяжести элемента i до шкворня тележки.
Нагрузку на одну колёсную пару этой тележки
где лкп — число колёсных пар тележки;
С — вес тележки.
В рабочем состоянии на переднюю и заднюю тележки могут действовать дополнительные вертикальные усилия ДРП и ДР3 от взаимодействия рабочих органов с путём:
дР =JEl"3; (2.30)
п I
ДР3= |р,-АРп, (2-31)
где к — число взаимодействующих с путём рабочих органов;
Pt — вертикальная сила воздействия пути на /-й рабочий орган;
У(3 — расстояние от силы действия /-го рабочего органа до шкворня задней тележки.
Из условия прочности пути и безопасности движения сила, приложенная к каждой колёсной паре, не должна быть больше допускаемой. По ГОСТу допускаемая нагрузка от оси на рельсы [<?] для грузовых вагонов до 250 кН, но в рабочем положении при малой скорости движения нагрузка на оси путевых машин допускается большая. При транспортировании машин
«кп
<[<?],
(2.29)
где GT — вес тележки.
45
Нагрузка на 1 метр пути, определяющая возможность пропуска машин по искусственным сооружениям,
«„ = £-• е»)
а
где La — длина машины по осям автосцепок.
На дорогах — максимальное значение qn = 80 кН/м.
2.8. Динамическое вписывание путевых машин в кривые и их устойчивость.
Так как колесные пары на длине жёсткой базы закреплены параллельно друг к другу, то при проходе по кривой под действием горизонтальных сил (ветер, центробежная сила и др.) реборды колёс прижимаются к рельсам. При набегании гребня на рельс возникает реакция — направляющая поперечная сила, которая поворачивает тележку. Установлено [ ], что двухосная тележка поворачивается под действием направляющей силы от наружного рельса на переднюю колёсную паруб, а гребень заднего колеса не оказывает бокового нажима на внутреннюю рельсовую нить. Движение тележки по кривой можно рассматривать как сложное, состоящее из поступательного по касательной к оси пути и вращательного вокруг полюса поворота. Полюс поворота — точка, которая является основанием перпендикуляра, опущенного из центра вращения (для круговой кривой — центра кривой) на продольную ось тележки (точка С на рис. 2.9). При движении в кривой на каждую тележку действуют силы, Н.
Вертикальная сила, приложенная к каждому колесу тележки,
= (G? + G0±AP , (2.34)
" ".
где Gf — вес кузова машины, приходящийся на тележку;
G1 — вес тележки;
ДР — суммарная вертикальная сила, приходящаяся на данную тележку от воздействия пути на рабочие органы путевой машины;
46
Рис. 2.9. Схема динамического вписывания:
а — положение тележки в кривой; б — приложенные силы; в — действие рил трения
пк — число колёс тележки.
При транспортировании машин, когда рабочие органы не взаи-(GK + G )
модействуют с путём, АР = 0 и АР = —-----------
Поперечная составляющая веса кузова машины (возникает из-за возвышения наружного рельса), приложенная в центре тяжести кузова и направленная внутрь кривой (рис. 2.9, б)
G*n = (P'sincp = (Р-А. , (2.35)
2jj
где G* — вес (сила тяжести) кузова;
h — возвышение наружного рельса, мм;
Л =1,25-^ ; -150 мм> <2'36>
здесь — средняя квадратичная скорость движения, км/ч; 2г, — расстояние между кругами катания колёсной пары (2г(= 1580-1600 мм);
<р — угол поперечного наклона пути в кривой
<p = arcsin(/i/25f).
47
Поперечная сила от веса тележки
<% = (Ряпф , (2.37)
Нормальные составляющие от веса кузова и тележки б^ = GKcos<p; б^ = (P'costp. (2.38)
Ввиду малого значения ф (c°s<pmax = 0,9956 при h = 150 мм) принимают coscp = 1 и общую нормальную составляющую веса машины равной б* + (^С7). Нормальную силу, действующую на колесо, определяют по формуле (2.34).
Центробежная сила, действующая на кузов машины, Н,
mu2
(М9)
где тк — масса кузова машины тк и — скорость движения, м с-1; R — радиус кривой, м.
Центробежная сила, действующая на каждую тележку, Н,
тл>2 лк.
CF - -V • (2.40)
^-Ц ZV
Сила ветра, действующая на кузов и направленная так же, как и (2*, наружу кривой, Н,
2кв = \А (2.41)
где — боковая подветренная площадь кузова машины, м2;
р —давление ветра. Па (р = 500 Н/м2 или 500 Па).
Сила ветра, действующая на каждую тележку, Н,
= (2.42)
где 5Т — боковая подветренная площадь тележки, м2.
Силы 2*, 0s, 2*, 21> действуют горизонтально, но ввиду малости <р и созф = 1 принимаем их параллельными плоскости пути.
48
На рабочие органы машины действует поперечная составляющая сил Qpo- Так как рабочий орган может быть расположен в различных частях машины (у снегоочистителей — на консоли, у машин ПВО-ЗООО — в средней части), то поперечные составляющие бро, действующие на отдельные тележки, могут быть различны по величине и направлению. Поэтому, составляя уравнения моментов относительно шкворней обеих тележек, определяют поперечную силу действующую на каждую тележку в связи с взаимодействием рабочего органа с путём.
Суммарная (параллельная плоскости пути) поперечная сила, приходящаяся на одну тележку, при условии, что силы действуют в одной плоскости, Н,
Ок + Ок + Ок
^бР -*в...........- + етро + 2ТЦ + етв + етп, (2.43)
т
где пт — число тележек машины.
Сила трения скольжения между каждым колесом и рельсом в момент его поворота относительно мгновенного центра вращения, Н,
= ЛИ. (2-44)
где ц — коэффициент трения скольжения (ц = 0,25).
Сила Frp приложена в точке контакта колеса с рельсом и направлена по касательной к траектории поворота в противоположную сторону поворота тележки (рис. 2.9, в). Её направление можно найти так: если соединить полюс поворота (точка О и точку касания колеса с рельсом, то вектор, перпендикулярный этой прямой и направленный в сторону, обратную повороту, и будет вектором силы Frp. На гребень набегающей колесной пары действует горизонтальная реакция рельсов Y — направляющая сила, она поворачивает тележку. В принятой схеме (см. рис. 2.9, а) гребень передней колёсной пары прижимается к наружному рельсу. К нему и будет приложена сила У. Для определения этой силы рассмотрим одну тележку. Выберем систему координат YMX (см.рис. 2.9, в). Разложим силу трения F^, действующую на колеса передней колёсной пары, на поперечную сил у Fy и продольную Fx.
49
F' - Fsina, F" = F_ sinP; F' = Fsina, F" = FcosP, x тр ’ x tp у тр 7 У тр
где а и Р — угол между продольной осью тележки и радиусом, проведённым из полюса вращения (точка Q в точку контакта колеса с рельсом:
sina=
cosa =
sinP =
cosa =
(2.45)
где 2si —расстояние между кругами катания колёс;
2/т—база тележки;
а—расстояние от центра тележки до полюса поворота.
Значение а зависит от радиуса кривой R, базы тележки 21т и боковой силы Нгб . Подставляя sin a, cos a, sin p, cos p, получим Fx. Fy
Для нахождения направляющей силы Y составим два уравнения статики; сумму проекций всех сил на ось Y и сумму моментов всех сил относительно точки М, лежащей на середине передней оси:
v ZT+a IF v /т+о 2?п> Х-7=Г====Т ~ 2/л> х'"/= ,
7^+а)2 7(/т-а)2
+ Ябтр-У = 0;
Н'ь xZ, -4F, ,xl, - 1F^ х
£_=о.(2-46)
a)2+s2
В уравнениях два неизвестных: Y и а. Величина а - f{R', 2/т; и; /F6p; Fjy). Чтобы проще было определить У, по этим уравнениям построены графики [17] (рис.2.10).
( a = f
£1
Y
4F
50
Рис. 2.10. Графики для определения силы Y при длине тележки (в см):
(а) 1 —180 см, 2 — 210см, 3 — 240 см, 4 — 270 см, 5 — 300 см;
(б) Силы, действующие на направляющую колёсную пару
Т ор
Таким образом, для нахождения Yопределяют Н6р, F , ~7р~ и гтр
по нижнему графику находят а. Зная а, по верхнему графику нахо-
Y
дят и далее вычисляют Y, так как 47^ известно. Значение Y определяют обычно для передней и задней тележек при различных скоростях движения и и радиуса кривых /?. Совокупность графиков Y = f (и) при различных радиусах кривых называется динамическим паспортом путевой машины в горизонтальной плоскости. Следовательно, на направляющую колесную пару в кривой действуют силы, приложенные (см. рис. 2.10): Y — к гребню колеса; F — в месте контакта колеса с каждым рельсом; Ур — рамная, направленная по оси колёсной пары Yp = Y- 2Frp.
51
Направляющая сила У, приложенная к гребню колеса и внутренней грани головки рельсов, — основной параметр износа этих элементов. По такой же методике можно определить силы У для трёхосной тележки [ 6 ].
Устойчивость машин Проверяют устойчивость машины: 1) против схода с рельсов, 2) на опрокидывание.
Колесо, вползшее гребнем на головку рельса в кривой, при больших горизонтальных силах не сможет соскользнуть вниз и, продолжая движение, перейдет гребнем через головку рельса, т.е. сойдёт с рельса. При расчёте на устойчивость против схода с рельсов определяются вертикальные и горизонтальные силы, действующие на набегающую колёсную пару. Вползание набегающего колеса на рельс возможно по плоскости АВ (рис. 2.11), касательной к поверхности гребня. Если проекция на эту плоскость вертикальных сил, препятствующих вползанию, меньше суммы проекций всех остальных сил (с учётом сил трения), на рельс — возможно сползание, иначе сползания не будет. Следовательно, на колёсную пару действуют вертикальные силы Р{ и Р2, прижимающие левое и правое колёса к рельсам, и горизонтальная боковая сила У, стремящаяся сдвинуть колесную пару, сила трения на втором колесе Р2ц. Под действием силы Р{ колесо непрерывно соскальзывает вниз.
Таким образом, условие устойчивости
Рис. 2. 11. Схема расчёта устойчивости: а — от схода с рельсов; б — от опрокидывания
52
Pi sin Р > FT + (Ур + Р2ц sin Р) sin Р, (2.47)
где N — нормальная к плоскости скольжения реакция от всех сил на АВ: N = Pt cos0 + (Ур + Р2 ц) sinP;
ц —коэффициент трения скольжения колеса по рельсу (ц = 0,2-0,3);
Р—угол между образующей поверхности гребня и горизонтальной плоскостью, град; 0 = 60-80°.
Подставляя значения N и преобразуя формулу (2.47), получим
ур+Ан < *gP-g
Pj ~i+ptgp‘
Если обозначить левую часть неравенства через А, а правую
А г
через В, то отношение —называется коэффициентом yeti
тойчивости. Рекомендуется К = 1,5.
Формула (2,48) справедлива при малых углах набегания. При скоростях движения и > 30,5 м/с (НО км/ч) дополнительно учитывается влияние вертикальных инерционных сил от неравномерностей пути. Устойчивость определяется по методике, изложенной в [ ].
Устойчивость машины против опрокидывания проверяется при: 1) транспортировании машины с допускаемой скоростью; 2) работе машины (плуговые снегоочистители, струги, укладочные краны); 3) на стоянке для машин, у которых рабочие органы имеют большие боковые отклонения (путевые струги). Всегда принимаются наиболее неблагоприятные с точки зрения устойчивости положения.
Рассмотрим устойчивость при движении машины в кривой малого радиуса.
На машину действуют силы (рис. 2,11, б): GK — вес кузова; (7Т — вес тележек (ит — число тележек); бкц, Q’ — центробежные силы, действующие на кузов тележки;
бкв, бв — силы ветра, приложенные к кузову и тележкам; G^, — поперечные силы, приложенные к кузову и тележкам;
+ Р.— вертикальная составляющая силы, приложенной к рабочему органу машины (±, так как Р. может быть направлена вверх-
53
или вниз); <2ро — суммарная горизонтальная сила, действующая на рабочие органы машины. При транспортировании Р{ = О, Q - 0. Направляющая сила Y приложена к колёсам и на опрокидывание не оказывает влияния. Все внешние силы, приложенные к машине, могут быть заменены равнодействующей Ro. Устойчивость машины зависит от эксцентриситета е: при е < s; машина устойчива, при е > s. опрокинется; 2s. — расстояние между осями рельсовых нитей (2s. = 1600 мм). Коэффициент устойчивости
г
п = -^>1,15. (2.49)
е
Устойчивость можно определить также определив удерживающий момент Л/уд относительно точки опрокидывания и опрокидывающий момент Л/0Пр относительно этой точки. Тогда коэффициент устойчивости
Яус=Муд/Мопр. (2.50)
2.9. Сопротивления передвижению путевых машин.
При движении путевой машины возможны следующие сопротивления движению: при трогании, основное и дополнительные. Основное сопротивление — сумма сил, направленных против движения машины по прямому горизонтальному пути. Дополнительные сопротивления возникают от уклонов и кривизны пути, ветра.
Таблица
Ходовое оборудование и нагрузки на ось Основное удельное сопротивление
Четырехосные на подшипниках скольжения и шестиосные на роликовых подшипниках при qa > 60 кН - 80+v+0,25v2 4=0,7+ ’
Четырехосные на подшипниках скольжения при q0 < 60 кН со' = 1,5 + 0,045v + 0,00027v2
54
Продолжение таблицы
Четырех- и шестиосные на роликовых подшипниках при q0 < 60 кН со" = 1 + 0,044v + 0,00024v2
Четырехосные на роликовых подшипниках при q0 > 60 кН « 30+v + 0,025v2 ®о=0,7 + За
Примечание q0 — нагрузка на ось, кН; и — скорость, км/ч; при D = 0+10 км/ч, принимают и - 10 км/ч.
Основное сопротивление состоит из силы трения шеек осей в буксовых подшипниках, силы трения качения колеса по рельсу, сопротивления при проходе стыков и неровностей пути, при колебаниях на рессорах, сопротивления воздушной среды. W\ определяют по эмпирической формуле Н,
W. = со"С°б (2.51)
I О М 4 7
где <7M°® — вертикальная нагрузка, действующая на машину, от её веса и сил взаимодействия рабочих органов, кН;
а"—основное удельное сопротивление [13], зависящее от типа подшипников колёсных пар, нагрузки на ось, скорости движения наличия привода передвижения, Н/кН (таблица)
Для самоходных машин с приводными тележками тепловозов основное удельное сопротивление со" = 1,9 + 0,0Id + 0,0003d2. Для укладочных кранов УК, передвигающихся по невыправлен-ному пути, со"= 40 Н/кН.
Дополнительное сопротивление от уклона пути, Н,
Ж2=См®у (2.52)
где (оу—удельное сопротивление от уклона, Н/кН: (<оу = i; i — уклон пути, %о);
Gu—вес передвигающейся машины, кН.
Сопротивление при движении в кривой, Н
W. = <?мсо" (2.53)
где со"—удельное сопротивление от кривой, Н/кН: ®/zK = ^г.
R — радиус кривой, м.
55
Сопротивление при трогании с места, Н,
W, = (2.54)
4 М тр v '
где (0^ — удельное сопротивление при трогации с места, Н/кН.
1420
Для машин на подшипниках скольжения “п,-^+70; на под-
780 „
шипниках качения “гр - Проектируя на ось пути все силы, действующие на путевую машину, получим общее сопротивление при установившемся движении
п
W=^+W2 + W3 + X%0 (2.55)
п где — проекция на ось пути сил, приложенных к рабочим органам;
п — число рабочих органов на машине.
При трогании с места W - + W2 + W3+Y Wipo. Методика
определения W , для каждого рабочего органа при расчете конкретных машин приведена ниже.
Условие устойчивости движения прицепной к локомотиву машины
ТацЖ (2.56)
где Т— сила тяги локомотива при выбранном режиме работы и профиле i пути;
W— общее сопротивление движению;
ц—коэффициент запаса на неучтенные сопротивления (ц » 1,15-1,25).
Для определения режима работы прицепной машины находят избыточную силу тяги локомотива на прямой
Ти3= +^> <2-57)
где Тп — зависящая от скорости сила тяги локомотива на прямой, кН (приводится в характеристике локомотива);
Wp W2 — сопротивления движению машины на прямой как подвижной единицы и от подъёма, кН;
56
Wj1 — сопротивление движению локомотива на i-том подъеме, кН:
W2 = 9,8
где 6Л — масса локомотива, т;
i — подъем пути в °100.
Определив ИИ, для различных скоростей и и W2, для разных подъемов /, строят график Тл =/(ц) (рис. 2.12). После построения на этом графике кривых W получаем точки пересечения их с кривыми Тл =/(х>) (точки Alf....A5) абсциссы которых и будут характеризовать рабочие скорости машины (т»р н2, г>3,...). Показаны кривые W (см. рис. 2.12) для струга-снегоочистителя при очистке снега различной плотности (рр р2, р3) зависимости от скорости очистки и. Если машина работает на кривой и подъеме, то
Гиз = Тп~ (W2 + ^) - + W2 + ^з) - <2-58)
где W2, Wj — сопротивление движению в кривой машины и локомотива.
Для самоходных машин необходимое условие движения — общее сопротивление W должно быть меньше силы тяги по сцеп-
Рис.2.12. Графики тяговых расчётов прицепной машины
**п
(2.59)
7=1
где Gj— нагрузка на у'-ю приводную ось;
ип —число приводных осей на машине;
ЕСу —общий сцепной вес машины:
T.Gj-GM^-. здесь
”о
Лп’ Ло — ЧИСЛО приводных И общее число осей;
<рг —расчетный коэффициент
сцепления для тепловозов
g
<р = 0,25 ч----, здесь
100 + 20ц д
V — скорость, км/ч)
57
3 ПРИВОД
• ПУТЕВЫХ МАШИН
Привод предназначен для изменения положения, режимов работы и других параметров рабочих и вспомогательных органов, а также для транспортного и рабочего перемещения путевой машины. Выбор типа привода является одной из главных задач, которые необходимо решать при создании новой путевой машины. Тип привода определяется при решении следующих проблем: характера загрузки привода; кинематики перемещения, скорости и др. характеристик рабочего органа; условий эксплуатации, механических воздействий, ресурсов и экономичности.
На путевых машинах применяются три типа привода: гидравлический, электрический и пневматический.
3.1. Гидравлический привод.
В последнее время все чаще начинают применять гидравлический привод на таких типах путевых машин, которые ранее применялись с электрическим и пневматическим при- водом рабочих органов. Более широкое применение гидропривода в путевых машинах обусловлено следующими преимуществами: высокая точность позиционирования, стабильность скорости при изменении нагрузки и бессту-пенчатость регулирования скорости перемещения; простота кинематики привода между гидромашиной и исполнительным органом; высокая скорость перемещения исполнительных механизмов.
К недостаткам гидравлического привода следует отнести: сложность обслуживания в эксплуатации; высокая квалификация машинистов и операторов.
Используется дроссельное и объемное регулирование скорости.
В гидравлических приводах с дроссельным регулированием скорости перемещения обычно применяется один насос.
58
По схеме работы такие гидроприводы можно разделить на два вида: с последовательным и параллельным подключением дросселя или регулятора потока.
В путевых машинах обычно к одному насосу подключаются несколько гидроцилиндров. Для обеспечения работы каждого гидроцилиндра со своей скоростью применяется последовательная схема. Примером такой схемы может служить привод подъема-опускания уплотнителя торцов шпал машины ВПР-02. При работе по такой схеме весь поток рабочей жидкости проходит через дроссель и поступает в гидроцилиндр, поддерживая постоянство скорости. При этом, при полностью закрытом дросселе, шток гидроцилиндра остановлен, а при полностью открытом — скорость максимальна. При подключении дросселя параллельно изменение скорости гидроцилиндра производится наоборот: при полностью закрытом дросселе — скорость максимальна, а при полностью открытом — шток гидроцилиндра останавливается. Необходимо отметить, что параллельная схема имеет более высокий коэффициент полезного действия из-за того, что поток, проходящий через дроссель, поступает непосредственно в бак. Однако, последовательная схема менее чувствительна к внешней нагрузке, а поэтому имеет более стабильную скорость.
Дроссельное регулирование осуществляется дросселями и регуляторами потока. Рассмотрим гидропривод с дроссельным регулированием скорости вращения вала гидромотора, осуществляемым дроссельным регулятором потока (рис. 3.1). Гидравлическая система состоит из насоса 1, клапана предохранительного 2, фильтра напорного 3 с предохранительным клапаном 4, регулятора потока 5, гидрораспределителя 6, гидромотора 7, фильтра сливного 8 с предохранительным клапаном 9, теплообменника 10 с предохранительным клапаном 11, дроссельного регулятора потока 12 и бака 13. Гидросистема открытого типа с дроссельным регулированием работает следующим образом. Рабочая жидкость из насоса 1 поступает в рабочую магистраль для питания рабочих органов через фильтр 3. Выход насоса 1 соединен с предохранительным клапаном 2. При превышении давления в рабочей магистрали открывается предохранительный клапан 2 и рабочая жидкость поступает в бак 13. После достижения номинального давления предохранительный клапан 2 закрывается. При засорении фильтра 3 повышается гидравлическое сопротивление и давление на входе. Клапан предохранительный 4 откры-
59
7
Рис. 3.1. Гидропривод с дроссельным регулированием.
1 — насос; 2 — клапан предохранительный; 3 — фильтр напорный; 4 — клапан предохранительный; 5 — регулятор тока; 6 — гидрораспределитель; 7 — гидромотор;
8 — фильтр сливной; 9 — кла
пан предохранительный; 10 — теплообменник; 11— клапан предохранительный; 12 — дроссельный регулятор потока; 13 —бак
вается, и рабочая жидкость продолжает поступать в рабочую магистраль. Затем рабочая жидкость через регулятор потока 5 и распределитель 6 поступает к гидромотору 7.
Частота вращения гидромотора 7 изменяется регулятором потока 5. После распределителя рабочая жидкость поступает к фильтру 8 и предохранительному клапану 9, которые работают аналогично фильтру 3 и предохранительному клапану 4. После фильтра 8 рабочая жидкость охлаждается в теплообменнике 10 и сливается в бак 13. При повышении давления перед теплообменником 10 открывается предохранительный клапан 11.Температура рабочей жидкости регулируется в зависимости от температуры окружающей среды путем увеличения или уменьшения потока, проходимого через дроссельный регулятор потока 12 и соответственно изменится поток рабочей жидкости, проходящей через теплообменник 10.
60
В схемах гидравлического привода с объемным регулированием скорость выходного звена изменяется путем изменения подачи рабочей жидкости насосом, регулируемым гидромотором или обеими гидромашинами. Примером системы с регулируемым насосом может служить привод рабочего передвижения динамического стабилизатора пути ДСП, где обеспечивается стабильная скорость от Одо 2 км/ч.
Гидропривод с дроссельным регулированием скорости вращения вала гидромотора применяется в приводах, где не требуется частого изменения параметров вращения при рабочем процессе. Таким примером может быть привод вращения конвейера (транспортера) планировщика балласта ПБ. А привод с объемным регулированием применяется при частом изменении скорости вращения вала гидромотора, что обычно наблюдается в трансмиссиях. При этом следует отметить, что коэффициент полезного действия в системах с объемным регулированием значительно выше по сравнению с системами с дроссельным регулированием и достигает 0,9-0,95, а это позволяет применять теплообменники меньшей мощности.
3.1.1. Расчёт гидропривода
Обычно проектирование гидропривода начинается с подбора гидродвигателей (гидроцилиндров и гидромоторов) для обеспечения параметров исполнительных органов. Затем определяются распределительные устройства (клапаны и распределители) для выполнения различных режимов работы. Далее, с учётом потерь в трубопроводах (гидравлических рукавах и трубах) определяется необходимое количество и параметры насосов.
3.I.I.I. Расчёт гидроцилиндра
Рассмотрим самый распространенный вариант дроссельного регулирования скорости перемещения штока гидроцилиндра путем последовательной установки дросселя регулятора потока и гидродвигателя. При расчете необходимо определить следующие параметры: диаметры поршня и штока, ход, а также расход рабочей жидкости, поступаемой из насоса.
61
По параметрам исполнительного механизма рабочего органа задаётся усилие, действующее вдоль штока, Р(Н) и скорость перемещения, и (м/с).
В путевых машинах давление в гидросистеме задается 10-25 МПа в зависимости от возможностей всех гидравлических устройств, входящих в гидропривод. Усилие, действующее вдоль штока, определяется следующим образом:
Р„=рГПм10б (3.1)
где р — перепад давлений в гидроцилиндре, МПа: р - рх - р2, здесь Р] — давление в нагнетательной полости гидроцилиндра, в которую поступает рабочая жидкость от насоса; р2 — давление в сливной полости гидроцилнндра, которая соединена со сливной магистралью, МПа (р = 0,2-9,6 МПа);
D1
F — рабочая площадь поршня, м2: (поршневая полость) или
F=—(Z)2-d2) (штоковая полость), где
D — диаметр поршня, м;
10е — для перевода МПа в Па;
Т) — механический к. п. д. гвдроцилиндра (т)м =0,97-0,85); а — диаметр штока, м: d = (0,3-0,7)Z).
Диаметр поршня, м,
4Рп . я/Л1м106 ’
D =
4Р
-
I лрПмЮ
Из формулы (3.1.)
F = —. РП106
Толщина стенки цилиндра, м,
5=Д, [gJ + Pp t
2^[ср]-Рр ’
(3.2)
(3.3)
где pp— расчётное давление, МПа: рр = 1,23 р^;
— допускаемое напряжение материала цилиндра на растяжение. Па;
£>н — наружный диаметр цилиндра.
62
Зная скорость движения каждого гидроцилиндра и, находят расход рабочей жидкости Q, в м/с в данном /-м цилиндре
Q=FnD,=^2v, (3.4.)
где F—площадь поршня, м2;
D — диаметр цилиндра, м;
V — задаваемая скорость штока, м/с.
Общий расход одновременно работающих цилиндров
Л e=ze, (з.5)
i=l где п — число одновременно работающих цилиндров.
Необходимая для работы подача насоса, м3/с,
где т)0 — объёмный к.п.д. насоса (т|0 = 0,85-0,97 — в зависимости от типа);
Т]оц — объёмный к.п.д. силового цилиндра (т]оц = 0,96);
к — коэффициент, учитывающий потери в элементах системы: переливных золотниках, распределителях и т. п. (к = 1.02).
3.1.1.2. Расчет гядромотора
Если в качестве силового элемента используют гидромотор, то задают (или рассчитывают) крутящий момент М и частоту вращения п. Момент М в Н.м выражается через параметры потока жидкости, учитывая выбор давления в гидросистеме в зависимости от возможностей элементов, входящих в гидропривод,
М=^Я‘‘=^к = 0Д599м/П1м’ О-?)
2ЛЛ
где р —давление, МПа;
qM — рабочий объём (объёмная постоянная), м3;
Q — расход жидкости, м3/с;
63
Лд — полный или общий к.п.д. гидромотора (лд = ЛоВм)’
Ло, Лм — объёмный н механический к.п.д. ( Лд s 0,9); п — частота вращения вала гидромотора, с*1.
Необходимая для работы гидромотора подача насоса, м3/с
бнас- Q^o ’
где, Ло — объемный к.п.д. двигателя (л0 = 0,88-0,95).
Мощность, развиваемая гидромотором, кВт,
/V. =—— д 1000
(3.8.)
3.I.I.3. Расчёт распределителя
Для изменения направления движения жидкости применяют распределители. Наиболее распространены золотниковые распределители, так как они имеют простую конструкцию и могут работать при высоких давлениях и расходах. Их подбирают по расходу и давлению.
Диаметр основных каналов распределителя, м,
(3.9)
где Q — расход рабочей жидкости , проходящей через канал , м3/с; о — скорость движения жидкости , м/с(и = 5-6 м/с).
Диаметр трубы dr, м, определяется
(3.10.)
V
где Q—расход жидкости, м 3/ с;
х>ж—скорость потока жидкости, которая в магистралях принимается равной 7-1,5м/с (для коротких трубопроводов о = 3-5 м/с, для всасывающих — не более 1,5 м/с, для сливных трубопроводов 2 м/с).
Толщина стенок трубопровода, м, g _ P\jdmK 2а ’
(3.11.)
64
где рк— давление в системе при испытаниях, МПа: р = 1,23р МПа;
а— допускаемое напряжение на растяжение, МПа (для стальных труб (о = 80 МПа);
d — внутренний диаметр трубы, м;
k — коэффициент безопасности (к г 2).
3.1.1.4. Расчет теплового режима гидропривода
На тепловой режим гидропривода (обеспечение оптимальной температуры рабочей жидкости 40-50°С) оказывает преимущественное влияние объем бака, так как его стенки рассеивают большую часть выделяемого тепла. Причиной разогрева масла являются потери мощности в гидросистеме. Количество выделяемого тепла зависит от потерь мощности в гидросистеме
е-н.ым,-, лг„=£2(1-п), (3.12)
OU
где р — рабочее давление, МПа; ц — к.п.д. привода.
Превышение установившейся температуры рабочей жидкости в баке, °C над температурой окружающей среды
Д/ = 4^107. (3.13)
kF к 7
где к—коэффициент теплопередачи от бака к окружающему воздуху; при отсутствии интенсивной циркуляции воздуха вблизи стенок бака к = 7,5 Вт/(м-°С); при обдуве бака струёй воздуха к = 23 Вт/(м°С);
F— расчётная площадь поверхности бака, см2.
Объём бака V, м3, гидросистемы зависит от количества выделяемого тепла, ккал/ч, температуры окружающей среды t, °C, допускаемой температуры нагрева масла t2°C
v 1 f 0 ) (314)
Для практических расчётов, применяя упрощённую формулу р = 640определим объём, м3, масла в баке
3 Путевые машины
65
. (3.15)
Если принять Д/ = 35°С, можно определить необходимый объём масла в баке в зависимости от потерь мощности в гидроприводе. Значительно уменьшить объём можно за счёт применения воздушных или водяных теплообменников, в которых коэффициент к может увеличиваться в 7-10 раз. Для улучшения теплопередачи рекомендуется выполнить наружные стенки бака с рёбрами, значительно увеличивающими поверхность теплопередачи, всасывающий и сливной трубопроводы располагать дальше друг от друга и разделять всасывающий и сливной отсеки перегородкой высотой, равной ~2/3 от минимального уровня масла. Такое подключение гидросистемы улучшает условия теплоотвода, так как возрастает площадь теплоотдающей поверхности.
3. 2. Электрический привод
Этот тип привода широко применяют на путевых машинах. Используют двигатели переменного и постоянного тока. Наиболее распространены электродвигатели переменного тока асинхронные с короткозамкнутым ротором. Для поступательного перемещения рабочих органов путевых машин широко используют сочетание электродвигателя, редуктора (червячного, конического, цилиндрического, но чаще червячного) и винта (рис. 3.?). Вал двигателя 5 соединён муфтой 4 с червяком 3. Червячное колесо 2 редуктора имеет нарезку и служит одновременно гайкой винту 1.
При вращении червяка червячное колесо (гайка) вращается, а винт перемещается поступательно. Такой привод установлен на элект-робалластёрах, выправочно-подбивочно-отделочных машинах ВПО-ЗООО, щебнеочистительных машинах и т. п. Его достоинства — простота, надёжность, реверсивность, компактность при большой нагрузочной способности, возможность обеспечения большой точности перемещений, а также автоматизации управления рабочим органом. Недостатки — большие потери на трение и низкий к. п. д., невозможность применения при больших скоростях переме-
66
Рис. 3.2. Электропривод с винтовой передачей.
а, б, в — схемы с червячным, коническим и цилиндрическим редукторами; г — конструкция с червячным редуктором; 1 — винт; 2 — червячный воздухозаборник; Ф — фильтр; КМ — компрессор; КО — обратный клапан; МН — манометр; ВН — вентиль; ВД — влаго-отделитель; КП — предохранительный клапан; МФ — междувагон-ная соединительная муфта; PC — ресивер; Р — пневмораспределитель; Д — пневмодвигатель; Ц1 — пневмоцилиндр двухсторонний; Ц2 — пневмоцилиндр односторонний колесо; 3 — червяк; 4 — муфта; 5 — двигатель.
щения. При проектировании привода с винтовым механизмом обычно задают или находят осевую силу Р, действующую по оси винта от рабочего органа, и скорость винта и (скорость перемещения рабочего органа). Расчёт заключается в определении параметров винтовой пары, выборе двигателя и редуктора. Основная причина выхода из строя винтовых механизмов — износ резьбы. Из условий износостойкости находят средний диаметр резьбы d2.
67
Осевая сила определяется
Р=106шад/>] (3-16)
rpcfpj—допускаемое давление (для стального винта и бронзовой гайки [р] = 8,0 ч 12,0 МПа);
10е—перевод Па в МПа;
Л—рабочая высота профиля резьбы (для квадратной и трапециедаль-ной резьбы Л = 0,55, s -шаг резьбы, м);
z—число витков гайки: z = H/s, здесь Н— высота гайки, м.
Обозначив H/d = у (\|/ = 1,2+2,5), из (3.16) получим средний диаметр резьбы, м,
, I 2Р
у1О6л\|/[/7] (3-17)
Зная d определяют другие параметры винта, м: диаметр внутренний dp наружный диаметр d2, ход резьбы sv
d{ = (1,1 + l,125)i/;J2 = (0,8 + 0,83)^ = z3s где z3 - число заходов.
Учитывая, что винт работает одновременно на растяжение (сжатие) и кручение, его рассчитывают на прочность из условия
где Ft — площадь поперечного сечения винта (F^pdf) м1:
—крутящий момент на резьбе, Нм;
Т — окружная сила на резьбе, Н: T=Ptg (а+р '), здесь а — угол подъёма винтовой линии; р1 — приведённый угол трения, tg р'=/cos р, где f — коэффициент трения винта и гайки (при трении стали о бронзу f = tg р = 0,08+0,1), здесь р — угол трения; Р — угол заострения резьбы (для прямоугольной резьбы Р = 0, р’= р); [о] -допускаемое напряжение, МПа;
W— момент сопротивления сечения винта, м3, W=0,l^3. Для самотормо-зящихся винтов, используемых в путевых машинах, a S р1, обычно а £ 4?30'. Винты, работающие на сжатие, проверяют на устойчивость. При pZ > (8+10Ц, где I — наибольшая свободная длина винта, м;
68
ц — коэффициент длины, учитывающий характер закрепления концов винта (для рабочих органов путевых машин чаще принимают ц=0,6+0,71);
dt — диаметр резьбы, м.
Условие устойчивости определяется по формуле
_Ркр ”у Р ’
где п— коэффициент запаса устойчивости (пу = 3+4);
Р—осевая сила, Н;
Ркр—критическая продольная сила, Н. Сила определяется по формуле Эйлера, если гибкость винта из стали Ст 5 X S 100, то,
к₽ W ’
j2
где Е=2,1-105 МПа. А если X S 100, то Р=105 ^-(4640 - 32,61);
4
где А =—.радиус инерции
I — момент инерции, м4;
— площадь сечения винта, м2.
“Ж
Если устойчивость не обеспечивается, то винт пересчитывают. Гайку изготавливают из антифрикционных материалов — бронзы или чугуна. Зная параметры винта, находят частоту вращения червячного колеса, мин-1,
601) п =-----,
*1
где 5j — ход резьбы, м;
и — скорость винта, м/с.
Мощность двигателя, кВт,
lOOOiyf
где Р — осевое усилие вдоль винта, Н;
и — скорость подъёма рабочего органа, м/с;
ЛЧЛ1В — к.п.д. червячной и винтовой пар.
69
3.3. Пневматический привод
Применяют его на снегоочистителях, снего- и землеуборочных машинах, стругах, путеизмерителях, рельсошлифовальных поездах и т.п. На прицепных вагонах,перемещаемых локомотивом, сжатый воздух поступает от компрессора локомотива, в результате чего на путевой машине нет силовой установки и компрессора, что упрощает и удешевляет конструкцию машины, облегчат уход и обслуживание. На самоходных машинах устанавливают компрессор.
Пневмосистема путевой машины состоит из подводящих воздухопроводов, соединённых с компрессором, предохранительных, кранов управления, разводящих трубопроводов, пневмоцилиндров и пневмодвигателей (рис. 3.3, а). Пневмопривод прост и дешев. Его недостатки — громоздкость испол-нительных органов и малая скорость движения поршня пневмоцилиндров.
Рис. 3.3. Схема пневмосистемы (а) путевой машины и циклограмма движения поршня (6).
ВЗ — воздухозаборник; Ф — фильтр; КМ — компрессор; КО — обратный клапан; МН — манометр; ВН — вентиль; ВД — влагоотде-литель; КП — предохранительный клапан; МФ — междувагонная соединительная муфта; PC — ресивер; Р — пневмораспределитель; Д — пневмодвигатель; Ц1 — пневмоцилиндр двухсторонний; Ц2 — пневмоцилиндр односторонний; Т — тифон; ВТС — вентиль тифона самозапорный.
70
Основной исполнительный орган пневмосистемы — пневмоцилиндр. Наиболее распространена скорость его штока 0,33-0,41 м/с. Минимальная скорость 0,08-0,1 м/с, меньше которой наблюдается неравномерность хода и вибрация. Давление в системе обычно изменяется от 0,4 до 0,7 МПа. Из циклограммы движения поршня (рис. 3.3, б) видно изменение давления в рабочей полости пневмоцилиндра. Время работы складывается из времени подачи команды на распределитель (время от начала нажатия кнопки
машинистом до начала движения) времени наполнения рабочей полости пневмоцилиндра воздухом t2 и времени движения поршня tn. После остановки поршня в период времени гш происходит повышение давления в полости до ррлЪ. Если противоположная полость цилиндра была под давлением />раб, то оно изменяется до атмосферного. Для плавной остановки рабочих органов используется пневмоцилиндр с демпферами.
Для расчёта пневмосистемы принимаются следующие допущения: — не учитывается объём «вредного пространства» пневмоцилиндра, включая подводящие трубопроводы, который составляет примерно 20% рабочего объёма пневмоцилиндра; — не учитывается время наполнения пневмоцилиндра до страгивания.
Сила трения в пневмоцилиндре с манжетами определяется
С = 0,1(рраб +1>„ , (3.18)
где Sn — площадь поршня.
При расчёте пневмоцилиндров задаются исходные данные: Р—усилие на штоке от рабочего органа, Н; L — ход поршня, м; Гпр, — заданное время прямого и обратного хода привода, с. Определяются: D, dmT — диаметры цилиндра и штока; dm — условный
71
проход подводимого трубопровода и воздухораспределителя; Опр, v>o6 — скорость поршня при прямом и обратном ходе поршня. Общее усилие, действующее на шток, Н,
Р R = Р + Р"ц , (3.19)
00 тр ’ v '
где Р —усилие от рабочего органа, Н;
Р™ —сила трения в пневмоцилиндре, Н.
Если рабочее давление в пневмоцилиндре рраб (в МПа) подаётся в поршневую полость, то внутренний диаметр, м,
I 4Роб
Если давление подаётся в штоковую полость пневмоцилиндра, тс
где d^ — диаметр штока, м:
. I 4Р
где [а]— допускаемое напряжение выбранного материала штока на растяжение или сжатие в зависимости от условий работы, МПа.
Длинные штоки [Е>(8+10)</шт] при расчёте на сжатие проверяют на продольную устойчивость
, - I 4Р "'Ък-кк»2' (3'23)
где <р — коэффициент, учитывающий гибкость штока.
По найденному внутреннему диаметру цилиндра D по ГОСТу подбирают цилиндр и диаметр. Выбранный диаметр проверяют по параметру загрузки, принимая Ров в Н; рраб в МПа, Sn в м2.
Р nt об
<3-24)
72
Рекомендуется ф = 0,5+0,65. Значения ф меньше рекомендуемых указывают на неоправдано завышенный размер D, что связано с увеличением габаритов цилиндра и расходом воздуха. Большие значения (ф > 0,65) могут привести к нарушению плавности хода поршня или его остановке. Ход поршня L выбирается, исходя из кинематики механизма управления рабочим органом. При прямом соединении штока с рабочим органом ход поршня равен перемещению рабочего органа, а при пневморычажной системе необходимо учитывать соотношение плеч рычагов. По заданному времени срабатывания и ходу поршня определяют скорость поршня, м/с:
v>=Ut. (3.25)
Рекомендуется г> = 0,08+1 м/с. Для нормализованных цилиндров о = 0,1+0,41м/с. При о > 0,41м/с целесообразно применять тормозные золотники или пневмогидравлические амортизаторы.
Зная о, находим кинетическую энергию Е системы
2
(3.26)
где т — масса движущихся частей, приведённая к поршню, кг; v — скорость, м/с.
При Е > 0,Зкг-м /с рекомендуется пневмоцилиндр с демпфированием. Расход сжатого воздуха для выбранного i-го цилиндра, м3/с,
где Кя/—объём поршневой полости, м ;
5Я—площадь, м ;
Li—ход поршня, м;
I/—заданное время движения поршня, с.
Внутренний диаметр трубопровода и пневмораспределителя, м2,
= (3'28) V 7П)
Скорость воздуха ,о=10+25м/с.
73
Средний расход воздуха при атмосферном давлении для всей машины, м /с,
1 п .
6, (3.29)
3oUU i=l
где к. — среднее число включений i-го цилиндра за 1час;
п— число работающих пневмоцилиндров машины;
рт— давление воздуха, МПа.
Подача компрессора, м3/с,
77=3600(3 Ж (3.30)
где Р — коэффициент запаса, учитывающий неравномерность работы системы и утечки (3 = 1,3+1,4).
Объём ресивера, м3,
aJTt
' °'31’
где а — коэффициент запаса (а = 3+8);
W — секундный расход сжатого воздуха пневмосистемы, м3/с;
t—время, необходимое для подкачки ресивера (I =20+30 с);
р—максимальное давление в ресивере, МПа;
pmin— минимальное давление в ресивере, МПа (обычно рт - р^ ° 0,35).
МАШИНЫ ДЛЯ
РЕМОНТА ЗЕМЛЯНОГО • ПОЛОТНА
Земляное полотно-основание железнодорожного пути. Его неисправности обычно бывают вызваны просачиванием в земляное полотно воды, которая снижает его устойчивость, и под действием динамических нагрузок земляное полотно начинает деформироваться, что приводит к деформации верхнего строения пути, нарушению безопасности движения поездов. Основные неисправности земляного полотна приведены на рис 4.1. К ним относятся балластные корыта, балластные ложи, карманы и др. Зимой замерзающая вода в полотне образует пучины. Для исправного содержания земляного
Рис. 4.1. Деформации основной площадки земляного полотна:
а — балластные корыта; б — балластное ложе; в, г — балластные мешки, гнёзда, карманы
75
полотна надо отводить из него воду устраивать дренажи, прорези, штольни и т.п., которые необходимо содержать в исправном состоянии и очищать от наносимого ила, песка, грязи. Поперечный профиль земляного полотна должен соответствовать проектному положению, для чего надо срезать приподнятые и заросшие бровки и планировать обочины; в горных районах укреплять откосы, выемки и удалять каменные осыпи. Для механизации работ по ремонту и содержанию земляного полотна используются как общестроительные машины: бульдозеры, экскаваторы, скреперы, автосамосвалы так и специализированные путевые машины: путевые струги, путевые уборочные и кюветоочистительные машины, для поперечных и продольных дренажей, оборудование для укрепления откосов в горных районах.
4.1. Путввыв струги
На железных дорогах России используют струг-снегоочиститель СС-1, путевой струг ПС-2а и мощный отвальный плуг (МОП), Наиболее распространён струг-снегоочиститель СС-1, а также модернизированный СС-1М. Весной и летом его применяют на неэлектрифицированных участках для очистки старых и нарезки новых кюветов, планировки откосов балластной призмы, срезки и планировки откосов выемок и насыпей, срезки, планировки и перераспределения грунта на строительстве вторых путей. Зимой струг используют для очистки станций и перегонов от снега, а также для отвалки снега от пути в местах выгрузки. Совмещение на одной машине снеговой и земляной частей позволяет использовать её при строительстве, ремонте и текущем содержании пути по принятой технологии производства этих работ практически круглый год. Рабочими органами струга-снегоочистителя СС-1М (рис. 4.2) служат два боковых крыла 5 и два снегоочистительных устройства 11. Наибольший вылет каждого крыла от оси пути 7,7 м. В средней части струга установлена портальная рама 9, на вертикальных стойках которой смонтированы крылья. В рабочее положение каждое крыло приводится пневмоцилиндром <?; крыло может поворачиваться вокруг верти-
76
Рис. 4.2. Струг-снегоочиститель СС- 1М:
1— ферма; 2 — хозяйственная будка; 3, 4 — телескопические распорки; 5 — откосное крыло; 6 — телескопическая наклонная тяга- 7 — тяга; 8 — пневмоцилиндр раскрытия крыла; 9 — портальная рама; 10 — будка управления; 11 — снегоочистительное устройство
калькой оси. Снегоочистительные устройства смонтированы по торцам струга, где расположены также автосцепки.
Раскрытые крылья удерживаются тремя телескопическими распорками 3 и 4 (см. рис. 4.2), состоящими из труб 8 и 9 (рис. 4.3), входящих одна в другую. Конец одной трубы прикреплён к крылу, а второй — к раме машины шарнирами 7 и 10. При повороте крыла длина распорок изменяется автоматически в зависимости от угла раскрытия крыла. Длину распорок и положение крыла фиксируют пневматическим сгопором-пневмоцилиндром, укреплённым на наружной трубе 9. Поршень 3 пружиной 4 отжимается в нижнее положение.
На конце штока закреплён фиксатор 2 с зубьями, находящимися в зацеплении с зубчатой рейкой 6, приваренной к внутренней трубе 8. Зубчатое колесо 5 направляет движение этой трубы и предотвращает ее поворот. Стопор в нормальном положении обычно застопорен, а при повороте крыла он отпускается, для этого по воздухопроводу 1 подаётся сжатый воздух под поршень 3, который сжимает пружину и освобождает рейку.
Боковые крылья (рис. 4.4) состоят из основной части 7 сварной или литой конструкции, на которой смонтированы три подвижных элемента: кюветная часть 6, расположенная за основной, откосное крыло 1, балластный подкрылок 9. На нижней режущей грани крыла укреплены подрезные ножки 8, а на внутренней стороне-кронштейны 17 крепления телескопических распорок. Откосное крыло прикреплено к основной части при помощи сектора 4 и вертикальной оси 2. Сектор может перемещаться по криволинейному направляющему пазу 5, поворачиваясь вокруг горизонтального шарнира 3. Для изменения угла
Рис. 4.3. Телескопическая распорка крыла:
1— воздухопровод; 2 — фиксатор;~3 — поршень пневмоцилиндра; 4 — пружина; 5 — направляющее зубчатое колесо; 6 — рейка; 7, 10 —шарниры; 8, 9 — внутренние и наружные трубы
78
,10
Рис. 4.4. Боковое крыло струга-снегоочистителя:
1 — откосное крыло; 2 — вертикальная ось; 3 — шарнир; 4 — сектор; 5 — направляющий паз; 6 — кюветная часть крыла; 7 — основная часть крыла; 8 — нож; 9 — балластный подкрылок; 10 — пневмоцилиндр наклона откосного крыла; 11 — тяга; 12 — направляющие перемещения кюветной части; 13 — пневмодвигатель; 14 — двухступенчатый редуктор; 15 — винт; 16— пневмостопор; 17 — кронштейны крепления распорок
наклона откосного крыла к горизонту шток пневмоцилиндра 10 выдвигается, крыло с сектором поворачивается вокруг шарнира 3 и фиксируется пневмостопором 16.
Для перемещения грунта откосное крыло располагают параллельно оси пути, повернув его вокруг вертикальной оси 2. В этом положении оно удерживается телескопической тягой 7 (см. рис. 4.2), один конец которой закреплён на колонне портальной рамы, а другой — в проушинах откосного крыла. Балластный подкрылок 9 (см. рис. 4.3) служит для планировки откосов балластной призмы. Его можно поворачивать вокруг оси и устанавливать под углом, соответствующим уклону откоса балластной
79
призмы. Кюветная часть 6 (см. рис. 4.4) по наклонным направляющим 12, укреплённым на задней стороне основного крыла, перемещается пневмодвигателем 13 посредством редуктора 14 и винтового устройства. При вращении вала пневмодвигателя винт 15 поднимает или опускает кюветную часть. При подъёме в верхнее крайнее (транспортное) положение кюветная часть заходит за основную. В такое же положение её приводят при планировочных работах, а откосное крыло при этом устанавливают горизонтально.
Каждое боковое крыло 1 (рис. 4.5) подвешено к портальной раме на укосине 6, вертикальная часть которой состоит из трубы 5, надетой на колонну 7. К верхней части укосины крепится наклонная телескопическая тяга 4, а к проушине 3 нижней обоймы трубы на оси прикреплено крыло, поворачивающееся телескопической тягой в вертикальной плоскости и изменяющее угол наклона, Кронштейн 8 верхней обоймы укосины соединен со штоком подъёмного пневмоцилиндра 9, закреплённого
внутри струга. При выдвижении штока цилиндра укосина с крылом поднимается, скользя по колонне. В поднятом положении крыло стопорится штырями.
Телескопическая наклонная тпяга (рис. 4.6) предназначена для изменения наклона крыла. На её раме 2 закреплён пневмоцилиндр 1. Шток цилиндра присоединён к подвижной трубе 5 с зубчатой рейкой 7. Эта труба перемещается в неподвижной трубе 6, на которой смонтирован пневмостопор такой же конструкции, как и на телескопической распорке. Воздух в пневмоцилиндр подается по воздухопроводу 4. Перекос внутренней трубы предотвращает на
Рис. 4.5. Схема подвески бокового крыла к портальной раме струга:
I — крыло; 2 — шток наклонной телескопической тяги; 3 - проушина подвески крыла; 4 — наклонная телескопическая тяга; 5 — труба; 6 — укосина; 7 — колонна; 8 — кронштейн;
9 — подъёмный пневмоцилиндр
80
Рис. 4.6. Телескопическая наклонная тяга:
1, 8 — пневмоцилиндр; 2 — рама; 3, 11 — шарнир; 4 — воздухопровод; 5, 6 — труба; 7 — рейка; 9 — фиксатор; 10 — направляющее зубчатое колесо
правляющее зубчатое колесо 10, закреплённое на неподвижной трубе. Колесо вращается при движении рейки. Подвижная труба с шарниром 11 соединена с крылом. При выдвижении поршня пневмоцилиндра крыло наклоняется, поворачиваясь вокруг его оси. Таким образом, каждое боковое крыло в рабочем положении опущено и наклонено (рис. 4.7). В транспортном положении кюветная часть вдвинута за основную, откосное крыло занимает верхнее положение и всё крыло посредством подъемного нневмоци-линдра и наклонной тяги поднято в крайнее положение.
При движении вперёд носовой частью снегоочистительное устройство с боковыми крыльями расчищает выемки и станционные пути от снежных заносов.
Снегоочистительное устройство (рис. 4.8) состоит из двух передних вертикальных щитов 2 и двух снегоочистительных боковых крыльев 1. Щиты шарнирно закреплены на раме машины, а крылья-на щитах. Крылья открывают и закрывают пневмоцилиндрами 4, размещёнными на передних щитах. При открытии и закрытии щитов они поворачиваются вокруг шарнира 3. В нижней части крыльев и щитов расположены направляющие 13, в которых перемещаются подвижные щитки 8 и 11 с подрезными ножами 9. В рабочем положении щитки опускаются вниз на 50 мм. ниже уровня головки рельсов, в транспортном-поднимаются вверх. Для вписывания в кривые в щитах сделаны вырезы, перекрываемые секторами 70, которые под действием рычажных механизмов, соединённых со щитами 11, автоматически поворачи
81
Рис. 4.7. Нарезка кюветов стругом:
1 — телескопическая тяга; 2,3,4 — основная, откосная и кюветная части крыла; 5 — балластный подкрылок
Рис. 4.8. Схема снегоочистительного устройства:
1 — крыло; 2 — передний щит; 3 — шарнир; 4, 5 — пневмоцилиндры; 6 — пружина; 7 — двуплечий рычаг; 8, 11 — подвижные щитки; 9 — подрезные ножи; 10 — секторы; 12 — пневмостопор; 13 — направляющие
82
ваются вверх или вниз. Поднимаются щиты 11 пневмоцилиндра-ми 5 при помощи двуплечих рычагов и тяг с пружинами 6. Открываются и закрываются крылья пневмоцилиндрами 4, закреплёнными на вертикальных щитах. Подвижные щиты фиксируют лневмостопорами 12. При открытии и закрытии крыльев их нижние подвижные щитки 8 автоматически поднимаются и опускаются системой тяг и рычагов 7. В раскрытом положении щиты 2 удерживают распорками.
Конструкция снегоочистительного устройства позволяет устанавливать щиты и крылья в виде: клина для очистки однопутных линий (рис. 4.9, а) отвальной плоскости-двухпутных линий с отбросом снега вправо (рис. 4.9, 6) или влево (рис. 4.9, в), волокуши (рис. 4.9, г) для перемещения снега вдоль пути и выноса его за пределы выемки.
Управление рабочими органами струга-снегоочистителя пневматическое (рис. 4.10). Сжатый воздух от локомотива через концевой кран КК, обратный клапан КО, регулятор давления РК, очиститель О, подается в рабочие воздухосборники BCI-BC7 (ресиверы), откуда он поступает к распределительным пультам П1-ПЗ управления боковыми крыльями и снегоочистительными устройствами,затем через кран управления В воздух направляется в пневмоцилиндры подъема, открытия, наклона основного откосного крыла ПЦ4-ПЦ7. На каждом боковом крыле установлены, кроме пневмоцилиндров, пневмостопоры ПС, а также пневмодвигатель Д кюветной части крыла. Каждое снегоочистительное устройство оснащено четырьмя пневмоцилиндрами ПЦ1-ПЦ2 открытия крыльев, двумя пневмоцилиндрами ПЦЗ подъема подвижной части передних щитов и двумя пневмосто
Рис. 4.9. Схема работы снегоочистительного устройства:
в — на однопутном участке; б, в — на двухпутном участке; г — как волокуши
83
Рис. 4.10. Пневмосхема струга:
ПС— пневмостопоры; ПЦ1-ПЦ7 — пневмоцилиндры; В — краны управления; Д — пневмодвигатель; ВС1-ВС7 — воздухосборники; М — манометры; ОК — обратный клапан; КК — концевой кран; О — очиститель; РК — регулятор давления
84
порами ПС. Основные недостатки стругов: нельзя нарезать новые и очищать старые кюветы на элекрифицированных участках, где опоры контактной сети мешают движению струга с открытым крылом; в криволинейных участках изменение расстояния от оси пути до оси кювета происходит при изменении угла открытия крыла, что искажает проектный профиль кювета. Для устранения этих недостатков были попытки модернизировать струг, снабдив его роторными головками для работы на электрифицированных участках железных дорог, а также крылом с вертикальным шарниром посередине для устранения искажения кювета в кривых. Однако эти предложения пока пе нашли практического применения. ПТКБ ЦП МПС модернизировало струг (СС-1М), оснастив его крылом, соответствующим новым размерам поперечного сечения земляного полотна.
4.1.2. Тяговый расчёт стругов
Тяговый расчёт выполняют для того, чтобы по заданным параметрам машины и технологического процесса определить необходимое тяговое усилие и подобрать локомотив или по параметрам тяговой единицы выявить возможные технологические режимы работы машины. В процессе работы струга возникают сопротивления (рис. 4.11), которые
Рис. 4.11. Расчётные схемы при тяговом расчёте: а — нагружения крыла; б — поперечного сечения призмы грунта
85
должны преодолеваться локомотивом.Общее сопротивление, направленное по оси пути можно определить:
W = Wx + W2 + W3 + W4 + Ws + W6, (4.1)
где W4 — проекция на ось пути сопротивления грунта резанию;
W5 — проекция на ось пути сопротивления перемещению грунта крылом;
W6 — проекция на ось пути сопротивления перемещению грунта вдоль крыла;
Wv W2, W} — сопротивление перемещению струга как подвижной единицы, от уклона и в кривых (см, 2.51), (2.54).
Для определения проекций сопротивлений W# Ws действующие на крыло и направленные перпендикулярно к его плоскости, Н,
W4 = kxhl (4.2)
где^]—удельное сопротивление резанию, Н/м2 (для грунтов I категории fc;= (50-60) х 103 Н/м2; II категории к} = (70-90) х Ю3 Н/м2; III категории к{ = (100-120) х 103 Н/м );
h—толщина срезаемой стружки, м;
/—длина стружки, т.е. длина режущей кромки крыла, м.
Сопротивление W4 направлено перпендикулярно плоскости крыла; проектируя W4 на ось пути, получим составляющую сопротивления резанию преодолеваемую локомотивом, кН,
W4 = W4 sin а = ^й/sina, (4.3)
Сопротивление перемещению вырезаемого и находящего перед крылом, грунта. Н,
Wt=ffi3 (4.4)
где j\ — коэффициент трения грунта о грунт (Д = 0,6-0,9);
GB—сила тяжести вала грунта, Н:
GB= КуЮ
здесь у — объемная плотность грунта, кг/м3;
V— объем вала грунта, м3.
Если грунт расположен под углом естественного откоса <р (<р = 40°), то перед крылом будет перемещаться треугольная призма грунта объемом
86
V=^L
2tgy'
где H— высота вала грунта, м.
Подставляя значение (7В в (формулу (4.4), получим
или, проектируя W'5 на ось пути, найдём сопротивление Н.
Н^1
W5=-— Yasina. (4.6)
2#<р k 7
Сопротивление перемещению грунта вдоль крыла или сопротивление трения крыла о грунт, Н,
W^Nf2, (4-7)
где N — сила давления грунта на плоскость крыла, Н;
/2 — коэффициент трения грунта о сталь (f2 = 0,3-0,6).
Так как N = W5, то
Н21
(4.8)
2/g(p 4 7
Проектируя эту силу на ось пути, получим, Н,
Н21
И^=—-Y/,/2cosa. (4.9)
2^Ф 4 7
Суммируя все эти усилия, определим полное сопротивление, Направленное вдоль оси струга.
При работе струга Т > W (Т — тяговое усилие на крюке локомотива). Для надёжной работы нужно учитывать динамический фактор, поэтому
Т = |1И7=ц(И71+И72+И7’3+И74+И75+И76), (4.10)
где ц — коэффициент запаса (ц = 1,2).
87
Если известно тяговое усилие локомотива Т, то при расчёте определяют максимальную толщину стружки и число проходов. Из формулы (4.10) находим, Н,
w _ 7-(у, 4-У, 4-У, 4-У, 4-ИрЦ
4 р ’1-7
но так как W4 = k'Jtlsina, то h, м;
T-(W2 + W3 + W4 + W5 + W6)lL
kjpsina (4-12)
Если подобран тепловоз и известна его характеристика, то можно определить технологию работы струга. Для этого находят избыточную силу тяги локомотива на прямой с подъемом (Тиз) и строят график Tm При работе струга на прямой от крыла на него действует общая горизонтальная сила
(4,13)
Рис. 4.12. Графики тягового расчёта струга
Подставляя значения W\, W^, W6 и принимая, что высота вала грунта равна высоте крыла получим,
что 1УК зависит при данной категории грунта только от толщины стружки W = f3(h). Подсчитав WK для различных h и нанося их на график Тиз = f(yi), получим точки — абсциссы их определяют рабочие скорости на подъёмах ip i2, i3 (рис. 4.12).
При расчете крыльев на прочность максимальное усилие, перпендикулярное крылу, определяют из условия полного использования силы тяги локомотива на спуске руководящего уклона прямо
88
го участка пути (РГ3 = 0). Нормальная сила, действующая на крыло, Н,
sin а
где IFj — составляющая от веса локомотива, Н.
При определении W6 принимают, что высота вала грунта соответствует высоте крыла.
Технические характеристики путевых стругов, приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Параметр СС-1М СС-1 МОП
Скорость, км/ч: земляные работы До 15 До 10 До 5
очистка снега на перегонах 80 40 —
Наибольший вылет бокового крыла 7,755 7,5 7,5
от оси пути, м Угол открытия бокового крыла, град. 30-45 30-45 30-45
Толщина очищаемого слоя снега, м 2,0 2,0 1,0
Ширина очищаемого слоя снега, м 5,2 5,2 3,1
Размер опускания ножей ниже уровня 50 50 100
головки рельсов, мм Масса струга, т 100 92 63
4,3. Машина СЗП-600
Машина для ремонта земляного полотна железной дороги СЗП-600 предназначена для выполнения следующих технологических работ: чистка, углубление и расширение кюветов; нарезка новых кюветов; планировка откосов в рабочей зоне плугов; углубление траншей в рабочей зоне ротора; транспортирование вырезаемого материала в транспортное средство или на откос земляного полотна. Машина СЗП-600 работает в комплексе (рис.4.13, а) состоящем из трех единиц: УТМ-1, (универсального транспортного модуля), непосредственно машины СЗП-600, и вагона прикрытия ВП-1 — для обслуживающего персонала.
89
б —машина СЗП-600;
1 — рама; 2 — поворотный конвейер; 3 — стрела ротора; 4 — основной конвейер; 5 — ротор; 6 — крылья плуга; 7 — стрела плуга; 8 — трёхосная тележка; 9 — кабина обслуживающего персонала; 10 — стабилизирующие опоры; 11 — опоры; 12 — бункер;
Машина СЗП-600 (рис. 4.13, б) не самоходная: на раме 1 установлен поворотный круг, на котором смонтирована стрела 3, с ротором диаметром 3460 мм. Грунт из ротора поступает на основной конвейер 4 оттуда на поворотный — 2 и далее или в полувагоны или на обочину. Ротор может отклоняться в обе стороны от оси пути на 100°. Машина оснащена также двумя плугами 6, установленными на своих стрелах 7. Наибольший боковой вылет плуга 5,5 м от оси пути. Глубина копания плуга 1,2 м от УГР. Приводы ротора позволяют при копании на 2,2м от УГР удерживать ротор в вертикальном положении. При работе ротора на большом расстоянии от оси пути происходит перераспределение нагрузки на рес-
90
Рис. 4.14. Схема трёхосной тележки:
1 — шкворень; 2 — подпятник; 3, 6 — рамы, тележки; 4 — пружина;
5 — балка шкворневая; 7 — балансир; 8 — букса; 9 — колёсная пара; 10 — ось; 11 — балка надрессорная
сорное подвешивание. Для частичной разгрузки служат стабилизирующие опоры 10; а также рессорное подвешивание модуля УТМ-1. Сварная рама машины в средней части имеет сужение для транспортного расположения ротора. На одном конце рамы смонтировано поворотное устройство ротора со стрелой и конвейеры. На другом — гидрооборудование и опоры плугов.
Рама машины опирается на две рессорные вагонные тележки моделей 18-102 или 18-522, на которых дополнительно установлено устройство блокировки рессор. Тележка (рис. 4.14) состоит из боковых рам 3 и 6, надрессорных балок 11, шкворневой балки 5, двух балансиров 7, четырех рессорных комплектов, состоящих из пружин 10 и пружинно-фрикционного гасителя колебаний, шести роликовых букс 8, трех колесных пар 9 и деталей тормозной рычажной передачи. Боковые рамы 3 и 6 своими челюстями опираются на буксы колесных пар через балансир 7, обеспечивая тем самым одноточечную систему рессорного подвешивания. Балансир в виде коромысла при помощи осей 10 связывает боковые рамы одной стороны тележки в общую сочлененную раму. Нагрузка от рамы машины воспринимается центральным плоским подпятником 2 шкворневой балки 5. В отверстие подпятника устанавливается шкворень 1. Шкворневая балка 5 опирается на две надрессорные балки 11, которые в свою очередь, опираются на рессорные комплекты, размещенные в проемах боковых рам 3 и 6.
91
Рессорный комплект тележек состоит из четырех пружин 4 и одного пружинно-фрикционного гасителя колебаний. Статический прогиб рессорного подвешивания тележки составляет 52 мм.
Основной рабочий орган — роторный. Он состоит из ротора, стрелы с основным конвейером, механизма поворота и наклона ротора. Используется для очистки и углубления кюветов в грунтах I-III категорий. Привод ротора гидростатический с плавным изменением скорости вращения. Вторым рабочим органом являются плуги, которые установлены по обеим сторонам рабочей машины. Они используются для работ по выравниванию грунта, планировке грунта, профилирования балластной призмы и вспомогательных работ в выемках. Ротор 7 шарнирно подвешен к стреле 1 (рис. 4.15), которая установлена на клети. Стрела поднимается и опускается цилиндрами 2. На стреле установлен конвейер с роликоопорами 3. Изменение наклона ротора 7 выполняется гидроцилиндром 4, соединенным с карданным шарниром 5, Материал из ковшей ротора высыпается в бункер 6, откуда на основной конвейер с барабаном 8 и лентой 9.
Поворотный механизм обеспечивает поворот стрелы ротора и конвейера вокруг общей вертикальной оси. В конструкции опор применены крупногабаритные роликовые опорно-упорные подшипники.
1 — стрела ротора; 2, 4 — гидроцилиндры; 3 — роликоопоры;
5 — карданный шарнир; 6 — бункер; 7 — ротор; 8 — барабан;
9 — ковш; 10 — лента
92
Главной корпусной частью механизма поворота ротора (рис. 4.16, а), является поворотная клеть 1, непосредственно установленная на роликовых опорах 5, Для компенсации опрокидывающего момента клети служит противовес 3 массой 13500 кг. В нижней части клети имеются две проушины 7 для крепления двух гидроцилиндров 4 подъема стрелы ротора. Поворот стрелы ротора и клети осуществляется двумя гидроцилиндрами 8 и запрессованными в канавке клети канатами 20. Цилиндры установлены вдоль оси машины. От проскальзывания канат удерживается канатными зажимами. Для увеличения обхвата канатов установлены неподвижные блоки 9. Концы канатов заделаны в коушах 10. При угле поворота стрелы более 50° от оси машины в ту или иную стороны, происходит срабатывание концевых выключателей, установленных на главной раме и дальнейший поворот невозможен.
На наружной части опоры 6 крепится основание механизма поворота конвейера, на котором установлены кронштейны крепления поворотного конвейера и привод поворота конвейера. Привод состоит из гидромотора 12, муфты 13, редуктора 14 и шестерни 15. Внутренняя часть опоры 6 выполнена в виде зубчатого колеса с внутренним зацеплением и жестко крепится к раме машины. Поворот основания 11 осуществляется с помощью зубчатого колеса и шестерни 15. Для исключения столкновения стрелы ротора и поворотного конвейера, в случае их разворота на одну и ту же сторону машины, при сближении на угол 65° установлены концевые выключатели. Для поддержки поворотного конвейера в различных рабочих положениях на клети установлена поворотная стрела 16, вращающаяся на оси 17.
Конвейерная система включает в себя: основной, защитный и поворотный конвейеры ленточного типа.
Основной конвейер предназначен для транспортирования добытого материала из загрузочного бункера на поворотный конвейер. Несущей рамой основного конвейера (рис. 4.17) служит стрела ротора 1, на концах которой установлены два барабана: приводной 2 и оборотный 3, лента 4 огибает эти барабаны и опирается на роликоопоры верхней ветви ленты 5. Загрузка конвейера — через воронку 7. Максимальный угол подъема при этом не более 34°. Лента соединена способом горячей вулканизации материала. Приводной барабан 9 с гидромотором 10 установлен на кронштейне стрелы ротора в зоне выгрузки. Натяже-
93
2 1 4 5 6 7 8 9 10 11
Рис. 4.16. Поворотный механизм (а); схема поворотного механизма (б):
94
210 12 11
1
9 6 5 4 3 7
Рис. 4.17. Основной и защитный конвейеры:
1 — стрела ротора; 2, 13 — приводные барабаны; 3, 14 — оборотные барабаны; 4, 15 — конвейерные ленты; 5, 6 — роликоопоры; 7 — загрузочный бункер; 9 — стойка; 10, 16 — гидромоторы; 11 — кронштейн; 12 — натяжное винтовое устройство
Продолжение описания рис. 4.16
а — поворотный механизм: 1 — поворотная клеть; 2 — стрела ротора; 3 — противовес; 4 — гидроцилиндр подъёма и опускания стрелы; 5, 6 — роликовая опора; 7 — проушина; 8 — гидроцилиндр поворота клети; 9 — неподвижный блок; 10 — коуш; 11 — основание механизма поворота конвейера; 12 — гидромотор; 13 — муфта; 14 — червячный редуктор; 15 — шестерня; 16 — поворотная стрела; 17 —ось; 18, 19 — защитный и поворотный конвейеры; 20 —канат; б — схема опорного устройства: 1 — канат; 2, 5 — болт; 3 — блок; 4 — внутренняя часть блока; 6 — ролики; 7, 8 — внутренние опорные элементы; 9, 10 — шпилька, гайка; 11 — основание;
в — схема опорно-поворотного устройства разгрузочного конвейера; 1, 2, 4 — опорные кольца; 8 — внутренние зацепления; 3, 7 — болт; 5 — ролики; 6 — неподвижная платформа
95
ние ленты — винтовым устройством 2. Оборотный барабан 3 прикреплен к стреле в зоне загрузки и также имеет винтовое устройство для установки положения ленты при работе. Верхние ролики придают желобчатую форму конвейерной ленте 5.
Защитный конвейер установлен под основным и служит для очистки нижней ветви основного и удаления просыпавшегося материала, предохраняя попадание материала на раму машины. Он состоит из приводного 11 и оборотного 12 барабанов, конвейерной ленты 13, роликоопор 8, очистителя ленты и натяжного устройства. Лента для защитного конвейера применяется резинотканевая гладкая, шириной 800 мм. Приводной барабан 11 с гидромотором 14, 15 прикреплен к натяжному устройству основного конвейера. Оборотный барабан 12 установлен через винтовое натяжное устройство, закрепленное на стреле ротора. Роликоопоры 8 крепятся к опорам 6 основного конвейера, их кронштейны имеют различную высоту и несут по одному поддерживающему ролику 8.
Поворотный конвейер транспортирует материал далее в вагоны или (и) на откос земляного полотна. Несущей рамой его (рис. 4.18), является каркас 1, на концах которого устаноЕзены барабаны: приводной 2 и оборотый 3. Лента 4 опирается своей верхней ветвью на ролики 5, а нижней — на очистительные ролики 6. Загрузка конвейера производится через загрузочную воронку 7. Лента поворотного конвейера гладкая, так как угол <?е наклона не превышает 17°, резинотканевая, шириной 650 мм, толщиной 13 мм. На каркасе 1 установлении ролики 5, придают конвейерной ленте форму желоба. Поддерживающие очистительные ролики 6 выполнены ребристыми для исключения налипания грязи на их рабочие поверхности.
Приводной барабан 2 с гидромотором установлен в винтовом натяжном устройстве, предназначенном кроме натяжения ленты еще и для устранения ее сбега с приводного барабана. Передняя часть конвейера, с возможностью регулировки его наклона, установлена осью 11 каркаса в опорах поворотного механизма. Средняя часть конвейера шарнирно присоединена осью 13 каркаса через подвеску 14 и гидроцилиндр 75 к поворотной стреле 16. Подвеска 14 выполнена регулируемой по длине. Гидроцилиндр 15 осуществляет наклон конвейера. В нерабочих режимах транспортный конвейер опирается на две откидные стойки 8. При работе машины стойки 8 предотвращают неожиданный вынос стрелы
96
Рис. 4.18. Конвейер поворотный (а):
1 — рама; 2, 3 — барабаны; 4 — конвейерная лента; 5, 6 — ролико-опоры; 7 — воронка; 8 — откидная стойка; 9 — натяжное устройство; 10, 11, 12 — винт, ось, скоба; 13, 14, 15 — ось, подвеска, гидроцилиндр; 16 — поворотная балка;
б — барабан конвейера; 1 — гидродвигатель; 2, 3 — стойка; 4, 5 — крышка; 6,7 — подшипники; 8 — втулка; 9, 10 — зубчатая передача; 11 — кольцо; 12 — барабан; 13 — основание
поворотного конвейера. Управление поворотным конвейером может осуществляться из рабочей кабины, или выносным пультом на задней площадке главной рамы.
Положение стрелы и ротора относительно стрелы может изменяться (рис. 4.19, а) двумя гидроцилиндрами 7, установленными в кронштейнах 2 вдоль оси стрелы 3 и гидроцилиндра 4. Поворот вокруг осей возможен из-за особой конструкции карданного шар-
4 Путевые машины
97
О/
Рис. 4.19. Приводы:
а —опрокидывания ротора: 1 — гидроцилиндр; 2 — кронштейн;
3 — стрела; 5 — направляющие; 6 — закрепление каната; 7 — канат;
8 — подвижной блок;
б — поворота ротора; 1 — стрела; 2,3 — гидроцилиндры; 4, 5 — кардан; 6 — ротор; 7 — конвейер;
8 — ковш
нира 4, 5 (рис. 4.19, б). Поворот вокруг вертикальной оси осуществляется запасованными в направляющие 5, 9 (рис. 4.19, а) и блоках 8, канатами 7, гидроцилиндрами 1, подвижных блоках 8 и опор с направляющими. Концы канатов заделаны в коушах 2 и крепятся одними концами через натяжные устройства к кронштейнам 10, 12,13 рамы стрелы 3, другими 11 — к раме ротора. Для получения нужного профиля поверхности земляного полотна после ротора и установки приемного конвейера 7 (см. рис. 4.19, 6) в горизонтальное положение служит гидроцилиндр 4 (см. рис. 4.19, б), опрокидывающий ротор б (см. рис. 4.19, а), с ковшами 8, устанавливает и удерживает его в нужном положении относительно вертикальной плоскости.
Ротор имеет безсекционную конструкцию. Он состоит из: колеса 1 кожуха, бункера 3, ковшей 5 (рис. 4.20).
На внешнем поворотном кожухе ротор имеет двенадцать равномерно распределенных прямоугольных отверстий, над которыми находятся прикреплённые ковши 5. Способ прикрепления ковшей позволяет их переустановку в обратном направлении без их демонтажа. При вращении ковшового колеса грунт по кожуху поступает наверх, где кольцо кожуха является открытым, и просыпается в загрузочный бункер ротора и далее через кожух на основной конвейер 6. Карданный шарнир является соединяющим звеном между ротором и стрелой. Он обеспечивает поворот ротора вокруг вертикальной оси на 180° и его опрокидывание вокруг горизонтальной оси. Это позволяет ротору на глубине 2,2 м ниже УГР занять вертикальное положение. На карданном шарнире находится направляющая троса для поворота ротора. Трос одновременно служит для устойчивости ротора. Карданный шарнир представляет собой сварную деталь, состоящую из балок кронштейнов устойчивых от кручения.
Плуги представляют собой две сварные конструкции, установленные по обеим сторонам машины в главной раме. На консоли (рис. 4.21) в подшипниках скольжения, установлен поворотный кронштейн, на котором крепится стрела 3. Поворот стрелы в вертикальной плоскости осуществляется гидроцилиндром 4 в проушинах верхней части поворотного кронштейна 6. В горизонтальной плоскости стрела 3 перемешается вместе с поворотным кронштейном гидроцилиндром. Крылья 1 плуга подвижно укреплены на подвеске, и имеют возможность независимо перемещения относительно друг друга вокруг вертикальной оси
99
ротора к стреле; 4 — бункер; 5 —
Рис. 4.20. Ротор (а):
1 — колесо; 2 — гидромотор;
3 — кронштейн и крепление ковш; 6 — конвейер; б — ковш;
Продолжение рис. 4.20
в — механизм крепления ротора; 1 — ротор; 2, 3 — кронштейн
100
5
Рис. 4.21. Схема плуга (рабочее положение):
1 — крылья плуга; 2 — гидроцилиндр наклона плуга; 3 — стрела плуга; 4, 5 — гидроцилиндр подъема плуга и поворота крыльев;
6 — кронштейн
подвески с помощью пары гидроцилиндров 6, укрепленных со стороны штока к подвеске, а со стороны цилиндра — в проушинах крыльев плуга I. Подвеска установлена на стреле 3 и вместе с крыльями плуга 1 имеет возможность поворота в вертикальной плоскости вокруг оси крепления на стреле 3 гидроцилиндром. Концевые выключатели служат для ограничения перемещения стрелы плуга 3 в сторону главной рамы в рабочем положении, когда стрела опущена вниз от транспортного положения, во избежание контакта плуга с главной рамой.
101
Обе тележки механизма блокировки рессорного подвешивания (рис. 4.22, а) оборудованы гидрофицированными устройствами отключения (блокировки) рессор, предназначенными для обеспечения большой устойчивости машины во время производства землеройных работ.
Стабилизирующие опоры (рис. 4.22, б) служат для выравнивания положения передней части главной рамы при выносе ротора от оси пути. При работающем роторе эти опоры, помимо вырав-
Рис. 4.22. Схема блокировки рессор и соединения СЗП-600 и УТМ-1:
а — выключатель рессор: 1, 2, 4 — гидроцилиндр; 3 — балансир;
5, 6 — рама машины и тележки; 7 — пружина; 8 — кронштейн;
б — соединения СЗП-600 и УТП-1: 1 — СЗП-600; 2,5 — кронштейн;
4 — гидроцилиндр; 6, 7, 8 — рама УТМ-1
102
пинания, снижают амплитуду низкочастотных колебаний передней части рамы. Основным элементом каждой из двух стабилизирующих опор является гидроцилиндр 4, закрепленный шарнирно через пальцы 3, вилку и кронштейны 2, 5 на главной раме рабочей машины. В рабочем положении стабилизирующая опора может находиться в двух состояниях: «включено» — при выдвинутом штоке гидроцилиндра и «выключено» — при втянутом. При выносе стрелы ротора в сторону происходит срабатывание одного из двух конечных выключателей, установленных у основания поворотного механизма на главной раме. В результате включается стабилизирующая опора, расположенная на рабочей стороне машины, и опрокидывающий момент ее главной рамы начинает передаваться на раму УТМ-1. Кроме автоматического включения и выключения стабилизирующих опор имеется ручное: кнопками, расположенными на раме вблизи этих опор.
Гидросистема СЗП-600 состоит из органов включения замкнутых гидравлических цепей: привода вращения ротора, привода конвейера, привода левого плуга и узла стрелы, ротора и четырех открытых цепей: привода защитного конвейера, цепи вспомогательного источника, цепи аварийного источника, загрузочной цепи. Все гидрогенераторы получают привод от электродвигателей, кроме гидрогенератора аварийного источника, который получает привод от ДВС. Электрическую энергию для привода электродвигателей гидросистемы поставляет приводной агрегат УТМ. Гидросистема заправляется маслом МГЕ-46У. Отдельные цепи взаимно соединены, с целью возможности фиксирования движений рабочих органов. Гидромоторы рабочих органов являются регулируемыми.
Добытый материал при вращении ротора высыпается в приемный бункер. Из бункера добытый материал поступает на основной конвейер ротора, который транспортирует его в загрузочную воронку поворотного конвейера для перемещения его на откос земляного полотна или в вагоны. При очистке или заглублении кюветов ротор может поворачиваться вокруг вертикальной оси, при этом поперечный профиль кювета получит эллиптическую форму в зависимости от глубины копания и угла поворота ротора.
Другим рабочим органом являются плуги, которые смонтированы по обеим сторонам рабочей машины. Лемех плуга изготовлен из двух крыльев, которыми можно самостоятельно уп
103
равлять. От положения крыльев зависит профиль планированной поверхности. Кроме того, можно устанавливать наклон лемеха в горизонтальной и вертикальной плоскостях, изменять высоту и вылет плугов.
Машина может работать двумя рабочими органами — ротором и плугами (рис. 4.23) или каждым в отдельности. При этом ротор может поворачиваться вокруг вертикальной оси (рис. 4.23, б). Время очистки кювета, а также скорость движения машины и число проходов зависит от типа грунта, его объема на 1 погонный метр пути (рис, 4.23, г). Пример выполнения технологических операций при объеме грунта в 1 м3/м пути показан
Рис. 4.23. Схема работы машины а — ротора; б, в — плугов; г —графики зависимостей скорости движения машины от числа проходов п от объема Vrp на 1 м пути
104
Продолжение рис. 4.23.
Рис. 4.24. Пример технологии при объеме вырезки 1 м3/м пути
105
Техническая характеристика машины СЗП-600
Габарит по ГОСТ 9230-83 ................................. 1-Т
Длина комплекса по осям автосцепок, м...................53,52
УТМ-1........................................14,42
СЗП-600......................................24,48
ВП-1.........................................14,62
Масса комплекса, т:.......................................209
УТМ-1...........................................76
СЗП-60.........................................104
ВП-1............................................29
Передвижное устройство...................две трехосные тележки
Осевая нагрузка машины СЗП-600, т не более................20
Минимальный радиус проходимой кривой, м..................150
Скорость при постановке в поезд, км/ч.....................80
самоходом.......................................65
рабочая скорость.............................0,3-3
Экипаж, чел: машины СЗП-600 ............................................2
комплекса........................................4
Тормоза
эксплуатационный
стояночный......
....пневматический, не прямодействующий механический, ручной
Характеристики рабочих органов
Мощность привода ротора, кВт...............................55
Производительность, м3/ч.................................. —
Максимальный вылет ротора, м...................7,8 от оси пути
Глубина копания ротора, м..........................2,8 от УТР
Диаметр ротора, мм......................................3460
Окружная скорость, м/с................................0-2,17
Количество ковшей.........................................12
Форма ковша.........................................закрытая
Усилие резания ковша, кН, не более........................23
Продолжительность рабочих движений: быстро.............................15,5 с на полный ход поршня
медленно.................100 с на полный ход поршня
Опрокидывание ротора: к машине.............................12 с на полный ход поршня
от машины...................................то же
Поворот ротора вокруг вертикальной оси: угол поворота........................................ 175°
106
время поворота............................................30 с
Мощность привода основного конвейера, кВг..................11
Ширина ленты, мм..........................................650
Скорость ленты, м/с......................................1,68
Транспортная производительность, м3/ч.....................160
Максимальный наклон ленты.................................34°
Тип ленты .....................Транспортерная лента с вулканизи-
рованным профилем; расположение рифлей шевронное
Мощность привода защитного конвейера, кВт..................11
Ширина ленты, мм..........................................800
Тип леты ...............................Резинотканевая гладкая
Мощность привода поворотного конвейера, кВт................11
Ширина ленты, мм..........................................800
Скорость ленты, м/с......................................1,68
Транспортерная производительность, м3/ч...................200
Максимальный наклон ленты.................................17°
Тип ленты ..............................Резинотканевая, гладкая
Расстояние высыпания.............. Поворотное на радиусе 8,2 мм
от центра поворотного механизма
Высота высыпания, мм................................4460 от УГР
Скорость перестановки: (подъем, отекание) 15 с на полный ход цилиндра
Скорость поворота.....................................206 °/мин
Максимальный боковой вылет плуга, м.............5,5 от оси пути
Каждая сторона СЗП-600 оснащена одним плугом Глубина копания плуга, м............................1,2 от УГР
Скорость перестанов ки: быстро.............................15 с на полный ход цилиндра
медленно.................100 с на полный ход цилиндра
Подъем / опускание стрелы: быстро.............................15 с на полный ход цилиндра
медленно.................100 с на полный ход цилиндра
Наклон плуга.......................20 с на полный ход цилиндра
Перестановки крыльев отвала плуга..........................40 с
Угол отклонения............................................128°
Эксплуатационное давление гидросистемы, МПа вспомогательное, МПа.........................................1,6
ротор, конвейеры, МПа..............................20
остальное оборудование, МПа........................16
Объем гидробака, л..........................................1500
Мощность масляного радиатора. кВт...........................20
107
4.4. Основы расчета роторного рабочего органа
Он выполняет функции кюветоочистительной машины. Здесь принята бескамерная конструкция ротора, которая отличается высокой производительностью и лучшей разгрузкой, у них более высокая скорость вращения ротора. В камерной конструкции ротор разделен на секторные камеры, внутренняя поверхность каждой из которых имеет криволинейную форму, обеспечивающая скольжение материала из ковша к центру ротора, где располагается приемная часть конвейера. У такого ротора скорость вращения в 1,4-2 раза меньше, чем возможная по условиям разгрузки, кроме того у него невозможно налипание грунта. При расчете роторного рабочего органа выбирают его параметры. При этом должно быть задано: производительность, габаритные размеры, тип привода, характеристика разрабатываемых грунтов. Определяют конструкцию рабочего органа, его кинематику, способ разгрузки.
Стремление к повышению производительности и улучшению разгрузки привело к созданию бескамерного ротора, у которого все ковши разгружаются на общее приемно-питающее устройство.
Наиболее простым и широко применяемым решением при-емо-питающего устройства является неподвижный лоток, приемным и передающим элементом которого служит коническая поверхность, вводимая во внутреннюю полость ротора под углом 50-70° к горизонту и обеспечивающая передачу грунта на стреловой конвейер. Поверхность скольжения ограничена боковыми стенками, формирующими поток грунта. Достоинством подобной конструкции является ее простота, малый вес, прочность, стойкость против ударных нагрузок, возможность перекрытия практически любого сектора разгрузки. При расчете неподвижного лотка, установленного под углом к горизонту, возникает необходимость определения скорости V материала в конце спуска:
1--^- + У<
О ’
(4.14)
108
где Н — высота спуска (Я = 1,1 м)
fa— коэффициент трения скольжения (/скг 0,7^ = 0,5);
V — начальная скорость движения;
а — угол наклона лотка к горизонту (а = 50°)
Vo = jUh,
здесь Л — средняя высота падения грунта из ковша на лоток, (h = 0,35м).
Наиболее распространенная у роторных рабочих органов — гравитационная разгрузка, характеризуется сравнительно небольшими значениями скоростей на окружности копания. Пределом скорости для гравитационной разгрузки принято считать критическую скорость <ок
где R — радиус ротора, м
При этом сила тяжести частицы грунта и действующая на неё центробежная сила, в крайнем положении ковша, становятся равными. Однако для реальных условий и конструкций угловая скорость ротора составляет 50-60% критической скорости.
Определим величину сектора разгрузки фср и углового положения кромки запорного сектора ф3 с. Максимальное увеличение сектора разгрузки ф3 с, возможное прежде всего за счет уменьшения угла фзс, способствует повышению производительности ротора, уменьшению энергоемкости процесса подъема грунта и равномерному распределению материала по приемному устройству. Граничные значения углов фср и фзс определяются условиями разгрузки в зависимости от скорости сор и радиуса запорного сектора R3C На частицу, находящуюся на свободной внутренней поверхности грунта после прохождения ковшом края запорного сектора, действуют гравитационные и центробежные силы. Пренебрегая сцеплением, которое даже для глинистых грунтов после нарушения их структуры весьма незначительно, можно представить уравнение предельного равновесия частицы массой т, находящейся на поверхности, расположенной под углом фт к вертикали, в виде
mgcos(180°
109
Угол <pm, соответствующий положению предельного равновесия частицы, определяет граничное, по условиям разгрузки, положение кромки запорного сектора фзс:
Л. ©о фт = Фз с. = 180“ - arccos р g
Радиус запорного сектора R3C примерно равен радиусу обечайки R. Соответственно предельная величина сектора разгрузки будет
фс_ =2 arccos——-g
Изменение утла фзс при изменении угла наклона стрелы 0 ухудшает процесс разгрузки, поэтому целесообразно применять на бескамерных роторных рабочих органах подвижные запорные секторы, сохраняющие оптимальное значение ф3 с независимо от углового положения стрелы.
После достижения заполненным ковшом края запорного сектора и открытия подковшового отверстия, грунт может перемещаться во внутреннюю полость ротора. Перемещение происходит в результате сдвига слоя грунта по поверхности, проходящей через кромку запорного сектора и направленной под углом а к радиусу-вектору кромки. Направление перемещения грунта может быть определено из условия равенства сдвигающих сил и сил трения, действующих на частицу грунта в момент сдвига:
<zcos(e - а - л) = Gsin(e - а - л)<?фкр,
где G—равнодействующая составляющая центробежных и гравитационных сил;
е—угол между радиусами-векторами рассматриваемой точки из центра вращения и полюса, определяемого полюсным расстоянием h=gl со2;
<ркр—угол сопротивления грунта сдвигу фкр= 30°.
После преобразований получим:
а = 90° - arcctg
^.сю2 £8Шфзх.
+ СШ.С. +Фкр> /
(4.16)
110
Исследования показали, что грунт в ковше остается в покое даже при частично открытом подковшовом пространстве, если силы сцепления, действующие по плоскости сдвига, способны воспринять составляющую силы тяжести грунта в объеме над подковшовым пространством. Запаздывание начала загрузки оценивается углом Дф по отношению к положению кромки запорного сектора
________________2т0(1 + 8ШфтрХ___________________
_ п • L Ю4Я.2с „ Л ' \
с. уВк sm Ф cos 1+-+2------2^ cos фз с - <рт0 (1+sm Фп>)
V g g
где т0—начальное сопротивление разрыхленного грунта сдвигу (для третьей категории то = 0,6 кгс/см2);
<р —угол внутреннего трения грунта;
S*—ширина подковшового пространства (Вк= Ь = 570 мм = 0,57 м);
у—объемная масса грунта (у = 1800 кг/м3).
Важнейшим параметром ковша является емкость. Стремление уменьшить поверхность, на которую может налипать грунт, заставляет выполнять продольный профиль днища ковша криволинейным.
Увеличение длины ковша требует увеличения шага ковшей, ухудшения условий их разгрузки и наполнения и повышает уплотнение грунта в ковше. Увеличение ширины ковша улучшает условия его разгрузки и заполнения, но в то же время резко повышает вес рабочего оборудования. Увеличение высоты ковша повышает необходимый крутящий момент на роторе и нагрузку на крепление ковша.
Боковые стенки ковшей выполняют чаще наклонными наружу, что улучшает условия разгрузки, чтобы уменьшить спрессо-вание грунта в ковше.
Боковая часть режущей кромки ковша выполняется либо радиальной, либо наклонной вперед под углом Р или назад под углом Рг Наклон боковых кромок ковша вперед способствует снижению энергоемкости копания. Наклон боковых кромок ковша назад также способствует снижению энергоемкости и уменьшает пики нагрузок при врезании ковша в забой, а главное — обеспечивает соответствие формы ковша его лучшему наполнению при меньшей теоретической емкости.
Разгрузка осуществляется гравитационным способом. Так как угловое положение стрелы ротора в вертикальной плоскости из
111
меняется в значительных пределах, до 34°, то конструкция ротора имеет подвижный запорный сектор, который сохраняет постоянное положение независимо от угла наклона стрелы.
Техническая производительность Пт выражается в объеме рыхлого грунта, выработанного за 1ч непрерывной работы пт=поктку, кт=кн/кр,
где Кт, Ку— соответственно коэффициенты влияния грунта и влияния управления;
/Сн, К?— соответственно коэффициенты: наполнения ковша и рыхления грунта (Кр = 1,26).
Коэффициент влияния управления Ку учитывает возможность изменения режима работы без остановки работы машины и наличие автоматического управления, Ку - 0,95.
Эксплуатационная производительность определяется с учетом использования экскаватора по времени
Пэ = KR = кгкп , (4.19)
где К3, Kt — соответственно коэффициенты влияния забоя (К3 = 0,9) и использования рабочего времени, который учитывает все простои и перерывы в работе машины;
Кг, Кп— соответственно коэффициенты простоев, вызванных транспортом и передвижками, объездами препятствий и опор контактной сети (Кп= 0,9).
Простои, вызванные транспортом, складываются из ожидания подачи и смены составов, если не возможна разгрузка на откос. В целом они не должны превышать 7% рабочего времени (Кт = 0,9).
Теоретическая производительность позволяет приближенно определить емкость ковша и число разгрузок в минуту. Для определения емкости ковша роторного рабочего органа СЗП-600 воспользуемся статистическим анализом по многим роторным экскаваторам. По конструктивным соображениям выбирают емкость ковша q = 0,035 м3 или q = 35 л.
Найдем высоту ковша по имперической зависимости:
'' = Д' (4.20)
где Кч— коэффициент емкости ковша для среднесвязанных грунтов (К = 1).
112
(4.21)
Оптимальное значение h/l = 0,52+0,59 отсюда длина ковша h / = —— = 0,60м.
0,55
Форму режущей кромки козырька ковша выбираем лепестковую с вытянутыми вперед угловыми частями кромок, что позволяет уменьшить силу резания при разработке грунта и улучшает процесс разгрузки. А так как максимальная категория грунта III, то расстановка зубьев на кромке не требуется.
Особенности конструкции и формы ковшей роторного рабочего Органа определяются главным образом протеканием процесса разгрузки, поэтому выбираем ковш, который имеет в сечении параболическую форму. Кроме того, такая форма ковша максимально снижает сопротивление наполнению ковша грунтом.
При выборе числа ковшей на роторном рабочем органе руководствуемся следующими соображениями: снижение коэффициента неравномерности загрузки ротора силой копания; уменьшение кусковатости срезаемого грунта; величина колебаний динамических нагрузок на роторе должна быть меньше; число ковшей должно максимально удовлетворять условиям разгрузки; увеличение производительности рабочего органа. Исходя из этого, число ковшей равно 12 (пк = 12).
Длина межковшового пространства должна составлять 25% от шага ковшей Т:
7^= 1,25/ (4.22)
где I — длина ковша.
Определим диаметр обечайки и ротора: пкТ
Do=-±~; (4.23)
it
D=DO + 2h . (4.24)
Определяем число разгрузок в минуту:
«о
«к
(4.46)
113
Отсюда окружная скорость ротора:
60 или, в угловом выражении:
2лл0
<Ор~ 60 ’
(4,27)
где no — частота вращения ротора.
Скорость резания грунта должна назначаться, исходя из условий возможности гравитационной разгрузки ковшей. Максимальная скорость вращения определяется частотой вращения роторного колеса:
п = (0,5+0,6)пркр,
(4-28)
где пркр — критическая частота вращения ротора.
Наибольшее число оборотов, при котором невозможна гравитационная разгрузка грунта:
G - С ,
где G — вес грунта в ковше ротора;
С —центробежная сила, действующая на грунт в ковше.
Так как
Д 60
то
30
'ОКР _2 Гп“ ’
п №
Высота стружки или глубина копания траншеи ротором
Лс = 0,5Dp (4.29)
При такой высоте стружки в процессе копания участвуют три ковша ротора (рис. 4.25). Толщина у роторного рабочего органа
114
о
Рис. 4.25. Схема к расчету усилий копания ротором: а, б, в — число работающих ковшей соответственно: I, II, III
115
при копании имеет максимальное значение на высоте оси ротора и равна подаче ковша в горизонтальном направлении на один шаг ковша Т. При любой глубине траншеи Н окружная и поступательная скорости ротора должны быть подобраны так, чтобы обеспечить наполнение ковшей емкостью q. Объем стружки должен быть не менее
qc = qKH = HbClKp ,
где С| — подача ковша в горизонтальном направлении на один шаг ковшей Т (за время /о = T/vf) ;
b— ширина ковша;
К , К — соответственно коэффициент наполнения и разрыхления (К = 1,2 в; ^ = 1,6).
Отсюда С1 ~ нък?' 0.30)
Толщина стружки при максимальной глубине копания Н = 0,5Z)p. С другой стороны подача
Т
—• (4.31)
р
Тогда скорость хода машины в данных условиях, необходимая для полного наполнения ковшей
1)м =-----“•
м НЬКрТ
Площадь стружки, срезаемой каждым ковшом в сечении нормальном к траектории
Fj =fecicos(p(,
где <р1— угол, определяющий положение ковша относительно горизонтали, проведенной через ось ротора.
По площади сечения стружки F;. и сопротивлению копания К. можно определить суммарную силу копания
Л = №*.)•
(4-32)
116
Расчетным положением для определения усилия копания Рк Является такое положение ротора, когда один из ковшей находится на выходе из грунта при максимальной толщине стружки. В Этом положении имеет место максимальное окружное сопротивление ротора копанию.
Для определения окружного усилия на роторе должны выбираться максимальные значения Кр полученные на предельных по крепости грунтах, на которые рассчитан рабочий орган. Расчетные значения для отдельных ковшей, работающих одновременно, должны отвечать фактическим параметрам стружек для выбранного положения ротора.
Коэффициент динамики в расчете усилий отдельных ковшей и окружного усилия копания на роторе при данном методе расчета не вводится в силу мгновенности действия.
Для определения сопротивления от подъема грунта в ковшах примем, что текущее наполнение ковша пропорционально величине возвышения его кромки над подошвой забоя.
К„ = КИ^-, hc
где Кн — коэффициент наполнения ковша, выходящего из забоя.
Тогда вес грунта в ковше, ещё не вышедшего из забоя
Й. V
(4.33)
где у— объемный вес разрыхленного грунта;
Л,— возвышение кромки ковша над подошвой забоя. ((Я/ = К(1 - с<мф;), здесь R — радиус ротора);
ф, — угол положения ковшей).
Объемный вес разрыхленного грунта третьей категории
где У — объемный вес плотного грунта (У = 1,8 тс/м3);
Кр — коэффициент разрыхления (Кр= 1,26).
Положение центра тяжести грунта в ковше определяется графически (рис. 4.26, б).
117
Рис. 4.26. Схемка наполнения и разгрузки ковшей (а) и действующих сил на ротор при копании (б)
Момент, создаваемый весом грунта в ковшах относительно оси ротора
Мт = £g /;•, (4.34)
где г(— плечо действия веса грунта в i-ом ковше относительно ротора. Полный момент сопротивления вращению ротора
Ч =(Л +liPo2^ + Mi + Srp^-, (4.35)
где Hi — коэффициент трения ковша о грунт;
Ро2 — нормальная сила сопротивления копанию (Ро2= (0,3-0,8)Рк;
Dp — диаметр ротора;
— сила трения от движения грунта в ковшах по обечайке ротора;
= 0,03(Рк + цРо2); (4,36)
Do—диаметр обечайки ротора.
Коэффициент трения грунта о сталь в зависимости от влажности выражается (по Ю.А. Ветрову) [17] 118
Into
т
где ® — влажность грунта (со = 30%);
4ил — постоянные параметры (для глины /о = 0,95, А = 5,33).
Необходимое суммарное окружное усилие ротора
э=2Л/р Р’ Ч
(4-37)
Мощность привода ротора, кВт;
N=
^рцр 1000л ’
(4.38)
где ор — скорость вращения ротора;
Т] — КПД механизма привода ротора (т] = 0,9).
Определение усилий, действующих при копании на рабочую машину
Усилия действующие на шарнир А крепления стрелы ротора определяются (рис. 4.26):
ХГ = Ср+Ост + хк+/’о2Г)-^а=0,
где Gp—вес ротора (Gp = 3500 кгс);
GCT —вес стрелы ротора (GCT= 6000 кгс);
Яж и Na —вертикальные и горизонтальные составляющие усилий, действующих в шарнире А ;
-^Nr> ^о2г—вертикальные и горизонтальные составляющие каса-
тельного и нормального усилий резания, действующие на i ковш.
Na —тяговое усилие, вызываемое действием рабочего органа;
Ra —вертикальная нагрузка на рабочую машину, вызываемая рабочим органом
119
Находим силы, действующие: на первый ковш
= Р‘ cos 30°;
. . (439)
Р02 = Рк' COS 60° ,
где Р’ — касательная сила резания, возникающая на первом ковше (Р'„ = 8000 Н);
Р‘о2 — нормальная сила резания;
на второй ковш
P"=P"sin60°;
„ и <4-40)
Р" =P"cos30°;
на третий ковш
Р,п = 0 • ГКг
<4’41)
р"' = р® = 8840Н.
Суммарное тяговое усилие, необходимое для рабочего передвижения машины
где(7рм —вес машины;
j(— коэффициент сопротивления передвижению.
4.S. Основы расчета ленточных конвейеров машины СЗП-600
На машине установлены конвейеры: основной., защитный и поворотный. К основам расчёта каждого конвейера относятся определение параметров и расчет на прочность отдельных элементов. К характеристикам транспортируемого материала можно отнести: насыпная плотность (у = 1500кг/м3),
120
коэффициент внутреннего трения ц (ц = 0,72), коэффициент трения грунта о резиновую ленту |ij (ц s 0,8), угол естественного откоса в покое ф ((р = 40° ), производительность ITi (IT. = 300 м3/ч).
Лента основного и поворотного конвейера поддерживается двумя желобчатыми роликоопорами. Угол наклона боковых роликов у основного котвейера а = 30°, у поворотного — а = 20°. Лента защитного конвейера плоская. При максимальном опускании стрелы роторного рабочего органа угол наклона основного конвейера у = 34°. Масимальный угол наклона поворотного конвейера — 17°, длины основного конвейера Lo = 8400 мм, поворотного Ln = 8700 мм, защитного L3 = 8400 мм. С основного конвейера грунт попадает в загрузочный бункер поворотного конвейера, а далее по наклонному конвейеру или на откос земляного полотна или в специализированные вагоны.
Во избежание ссыпания грунта через края ленты, ширину слоя грунта принимают от Ъ = 0,8В, где В — ширина ленты, м. Лента поддерживается желобчатыми роликоопорами (рис. 4.27).
Рис. 4.27. Схемы к расчету конвейеров:
а — расположение грунта на ленте; б — желобчатая лента; в — сечение ленты: 1 — прокладка; 2, 3 — резиновые обкладки толщиной
М,
121
В процессе работы рабочего органа конвейер подвержен толчкам и вибрации, поэтому угол откоса грунта в движении принимаем (р = 0,5<ро. Поперечная площадь сечения грунта на ленте (см. рис. 4.27)
F = Fj + F2 . (4.45)
Производительность конвейера, м3/ч
П = 3600А)л (4.46)
где А)л — скорость ленты, м/с (ил = 1,5-2 м/с);
Из (4.46) получим ширину ленты
B = J(n/(3600FvJ).
Полученное значение округляем до ближайшей большей ширины по ГОСТу. В СЗП-600 принято В = 651 мм. На конвейерах машины СЗП-600 используется прорезиненная лента, так как она лучше других удовлетворяет всем необходимым требованиям. Текстильная прорезиненная лента (см. рис. 4.27, в) изготавливается из нескольких слоев (прокладок) 2,3 и хлопчатобумажной ткани, 1.
Сопротивление движению ленты
W = (q + q + ^Lcosp® + (q + qJLsinp,
где q, qnn q9 — соответственно погонные нагрузки от грунта, ленты и вращающихся частей роликоопор;
L—длина конвейера (L = 8,4 м);
р — наклона конвейера к горизонту (р = 34°);
<о — коэффициент сопротивления движению ленты по роликам (со = 0,04).
Погонная нагрузка от грунта
q = lOOOFp ,
где р—насыпная плотность грунта (р = 1500 кг/м3);
F — поперечное сечение грунта в м2.
Вес вращающихся частей роликоопор зависит от их конструкции и размеров. Для роликов диамером 0,159 м его можно ориентировочно определить в зависимости от ширины ленты.
122
Gp = ЮЛ + 1 кгс.
(4-47)
Погонная нагрузка вращающихся частей роликоопор <7p=Gp"’
где I — расстояние между роликоопорами, I = 0,75 м.
Изготовление ленты с выступами производится с помощью специальных прессформ, выступы формируются и вулканизируются одновременно с рабочей обкладкой ленты. Это делает конвейерную ленту однородной и прочной. Высота выступов 15 мм. Марка ленты Б-820. Толщина обкладки с рабочей стороны равна 3 мм, с опорной стороны — 1 мм.
Предварительно принимаем число прокладок i в ленте — вес 1 погонного метра ленты qn,
qn = 1,15(1,25/ + 5i + 32).
Макимальное усилие натяжения ленты, зависит от N. Тогда усилия натяжения набегающей ветви SIl6 на приводном барабане
5тах=Янб^а^а-/), (4.48)
где р. — коэффициент трения материала ленты о барабан (ц = 0,2); а — угол обхвата приводного барабана ленты (а = 3,14рад).
Согласно закону Эйлера, условие отсутствия скольжения ленты по барабану выражается;
5сб =
где — натяжение ленты в сбегающей ветви.
Проверим необходимое по прочности количество прокладок в ленте
i > к Smax/Bkp,
где к — коэффициент запаса прочности ленты на растяжение {к s 9-10); к — предел прочности на разрыв 1 см толщины одной прокладки (кр = 55 кг/см).
При выборе диаметра приводного барабана воспользуемся имперической формулой:
123
Д5>к1, (4.49)
где к — коэффициент пропорциональности.
В случаях особой необходимости уменьшения габаритных размеров (для конвейеров перегрузочных машин), допускается к = 80;
Д& = 80 х 4 =320.
Полученный диаметр барабана округляется до ближайшего большего размера по ГОСТу. Назначаем Дб = 320 мм. Ширина барабана берётся на 100-200 мм больше ширины ленты: Вб = 700мм.
Барабан вращается гидромотором, который установлен внутри него. Приводной барабан установлен на стреле ротора в зоне выгрузки. Натяжное устройство установлено вблизи приводного барабана на холостой ветви, где лента имеет минимальное натяжение. Натяжное устройство — винтовое (компактное и простое).
Сопротивление движению ленты на приводном барабане можно считать в пределах 3-5% от суммы натяжений Sn6 и Sc6.
^пр = (0,03-05)(5нб + 5сб). (4.50)
Найдём тяговое усилие при установившемся движении ленты
Ж = S„R - S + W. (4,51)
Потребная мощность двигателя
#=^>71000^
где Уп — скорость ленты (Кл = 1,7 м/с );
цм — КПД передаточного механизма привода.
На поворотном конвейере лента поддерживается также желобчатыми роликоопорами (см. рис. 4.27). Угол наклона боковых роликов 20°.
Ленту используем гладкую, так как угол наклона конвейера не превышает наибольшего допускаемого угла наклона для данного материала.
В остальном методика расчета поворотного конвейера такая же как у основного. Диаметр приводного барабана Дб = 320 мм, его ширина Вб =700 мм. Он размещен у загрузочного бункера. Потребная мощность двигателя N = 5,2 кВт.
124
4.6. Методика расчета механизма поворота ротора
На СЗП-600 осуществляется поворот стрелы с ротором и основного конвейера. Так как методика расчета одинакова, рассмотрим методику расчета стрелы с ротором. Любой механизм поворота включает: поворотную платформу (раму) с поворачиваемым элементом (стрелой, конвейером, ротором) опорно-поворотное устройство и привод (гидро- или пневмоцилиндром, зубчатой, цепной или другой передачей). На СЗП-600 приняты в качестве привода механизма поворота (рис. 4.28) два гидроцилиндра с тросом и блоками. В задачу расчета такого меха-
Рис. 4.28. Схемы к расчету поворота ротора со стрелой: а — расчетная; б — привода механизма поворота
125
низма входит: силовой расчет и выбор параметров элементов привода, кинематический и прочностной расчету механизма поворота. В качестве исходных данных для СЗП-600 задают показатели: угол поворота стрелы а; время поворота на угол а, гп; время разгона поворотной платформы t(a) массы поворотной части машины G, из них: масса ротора Gp т, масса стрелы с основным и защитным конвейером GCTp, масса противовеса (7др, остальные металлоконструкции (7М.
За расчетное положение принимается самое невыгодное Zn: ветер препятствует повороту, машина стоит на уклоне, поворот начинают с неподвижного положения. При этом должно быть выполнено условие:
Мп (4.52)
д !пер с’ 4 7
гдеЛ/д, — соответственно момент двигателя и сил сопротивления;
П„ер— кпд передачи.
Момент сопротивления повороту платформы
мс= м + мия + мв + м*, U ИН 0 л
гдеЛ/^—момент сил трения в опорно-поворотном устройстве (ОПУ);
Л/и„—момент сил инерции, действующих на поворачивающие части механизма;
Л/в—момент от ветровой нагрузки;
A/JJ—момент от горизонтальных составляющих веса при наклоне машины.
Момент сил трения
М =W — < ‘'•тр тр 2 ’
где — полное сопротивление вращению поворотной части машины; 2>о — диаметр ОПУ;
= kG, (4.54)
где к—коэффициент трения, зависит от конструкции ОПУ (шариковые, роликовые, катковые оси т.п.);
G—общая вертикальная нагрузка на ОПУ.
Момент сил инерции
4™=
126
где J — момент инерции поворачивающихся частей платформы; е — угловое ускорение платформы при разгоне:
здесь «о — угловая скорость вращения, 1/с; <о=—;(и — частота вращения),
в мин,
1=Sfirf = +°пАр .
где Gt— масса i-ой поворачивающейся части;
xt—расстояние от центра массы i-й поворачивающейся части до оси поворота платформы.
Момент от ветровой нагрузки
M=p(FL + F I - FJY в г 4 р р стр стр П И'1
где р — давление напора ветра: (р = 250-500 Н/м2);
Fp, F , Fn— подветренные площади соответственно ротора, стрелы, поворотной платформы;
/р , Z^, /п — расстояние от оси поворота до центров тяжести соответственно ротора, стрелы, поворотной платформы.
Момент от горизонтальных составляющих веса
где Gp, бстр, Gn—вес соответственно ротора, стрелы и поворотной платформы;
/р , / , 1П— расстояние от оси поворота до центров тяжести соответственных частей;
<р—угол наклона машины (пути).
. h (p=arcsin—, s
где h — максимальное возвышение внешней рельсовой нити в кривой;
5 — ширина колеи железнодорожного пути.
Тогда усилие на штоке гидроцилиндра для поворота поворотной платформы
127
р= м&
0,5£>нТ|пер ’ где £>н — диаметр направляющей;
/с; — КПД неподвижных блоков;
Ппер — КПД передачи.
4.7. Основы методики тягового расчета СЗП-600
При тяговом расчете могут преследоваться цели: оцениваются тяговые качества применяемых средств тяги, составление технологии работы машины, оцениваются усилия в элементах привода, оцениваются тормозные свойства машины. В качестве расчетного положения принимаем: работа машины с составом для засорителей на руководящем уклоне криволинейного участка пути с вагоном прикрытия. При работе в отвал с повернутым конвейером сопротивление передвижению комплекса будет меньше. При передвижении состава с засорителем работает ротор и одна сторона плугов. При работе состава возникают сопротивления: JVc3 — сопротивление состава засорителей, Wy, WBn — сопротивление передвижения: УТМ-1 и вагона прикрытия. Каждое из этих сопротивлений состоит из сопротивлений трения при движении, сопротивления от уклона и от кривой. Они определяются как для любой подвижной единицы (рис. 4.29): Wx — сопротивление состава как подвижных единиц, W2— сопротивление движения СЗП-600 от подъема пути, W3 — сопротивление машины от кривой, W4 — сопротивление при работе ротора, W5 — сопротивление при работе плуга. Wc3 = Wc3l+Wc32+ We33, то сопротивление движению состава засорителей складывается из трех слагаемых: — сопротивление состава как подвижной единицы
^32 = «в(Св + Grp)«о ,
где пв — число вагонов в составе;
128
Gt, Opp — масса вагона и засорителей в нем, т;
й) — удельное сопротивление движению, Н/т;
Wci2 — сопротивление состава с грузом от уклона пути, Н;
Wal= G^i,
здесь i — величина уклона, "1№-, — сопротивление движению от кривой, Н
FFc33 = 9,81nB(GB+Gtp)®np,
_А где ®пр - —
— удельное сопротивление от кривой (А = 688);
R — радиус кривой, м.
Аналогично
(WyTM + ^ВП )“ 1(£утм + ^ВП )(Юе +1 + ®кр ),
где Сугм, GBn — соответственно масса УТМ и вагона прикрытия.
Аналогично, в Н
Рис .4.29. Расчетная схема тягового расчета СЗП-600: Wc3, IVBn, W„ W2, Wv l/V4, И/5 сопротивления перемещению состава засорителей, УТМ-1, вагона прикрытия и машины как подвижной единицы, от уклона, при работе в кривой, от ротора, плуга
5 Путевые машины
129
^+w2+w3 = 9,81GM« + i + (OKP) ,
где (zM — масса машины, т.
Среднее значение сопротивления, Н, при работе ротора можно определить при Л = 0,5Dp
lOOONcosa W =----5-------,
Р К
где Н — глубина траншеи;
Ур — мощность привода ротора;
а — средний угол наклона забоя к горизонту.
Сопротивление JV5 — при работе плугов может быть определено по методике изложенной для путевых стругов (см. 4.1). Сопротивление W5 состоит из трех слагаемых: Wf — резание грунта, W" — трение от перемещения вырезанного перемещаемого грунта, W* — трение вырезанного грунта о крыло.
При трогании с места основное удельное сопротивление подсчитывается для подшипников скольжения
» 42<0о
при длительной стоянке (О н = —" ;
29 + 5
274,5 з
для подшипников качения Ютр- л +710 ’
где А;— коэффициент, учитывающий число прицепных единиц, (псд). При иед = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 к соответственно 1,8; 1,6; 1,4; 1,3; 1.2; 1,1; 1; q0— нагрузка на ось, т/кН;
5— пройденный путь от начала движения, км. При 5=13 км; <оон=<о0 ; to"— основное удельное сопротивление.
Тогда уравнение движения поезда СЗП-600
- Wc - wy - ^вп -wx-w3-w3-w,~
- (FFP + ir5Tp)sina - H^cosa > 0
130
где FK— развиваемая движителем или локомотивом касательная сила тяги, кН;
а—угол между плугом и вектором движения.
к W00’
где N— мощность двигателя машины, кВт;
У*—скорость движения, м/с;
Ппер-КПД передачи.
Для реализации касательной силы тяги должно выполняться условие
F £ F , сц к ’
где Fm — сила сцепления ведущих колесных пар с рельсами,
F = ш 4omin, СЦ “сц'Чо ’
здесь — коэффициент сцепления колес с рельсами;
q— масса, приходящаяся на ведущую колесную пару наименее нагруженной тележки, т.
Коэффициент устойчивости тягового усилия
17 max к =——>12 Лму J7 * к
— максимальная сила тока.
4.8. Машина для нарезки кюветов (МНК)
Машина предназначена для: очистки и расширения кюветов; нарезки новых кюветов; оправки обочин и откосов земляного полотна; изготовления поперечных траншей в рабочей зоне ротора; нарезки продольных траншей глубиной до двух метров от УГР, как за торцами шпал, так и на вылете 7,8 м от оси пути; профилирования балластной призмы; транспортировки вырезанного материала в транспортное средство или на откос земляного полотна.
131
Машина (рис. 4.30) смонтирована на раме (платформе) 9 которая с двумя двухостными ходовыми тележками модели 18-100, кабиной 2 и обустройствами составляют экипажную часть. Основным рабочим органом является роторное устройство 3, установленное на стреле 4, которая установлена на опорно-поворотном механизме 7, на раме машины. Машина снабжена конвейером стрелы 8 и поворотным конвейером, которым роторное устройство и стрела имеют механизмы поворота 7. Машина оснащена крыльями (плугами) 10. Механизмом поворота ротора. Последний устанавливается в положение, обеспечивающее заданный профиль резания 4 механизмом подъема (опускания) стрелы устанавливается заданная глубина резания. Ротор производит вырезку материала и подает его на конвейер стрелы 8, который передает вырезанный материал на поворотный конвейер 5, а тот производит его погрузку в состав для засорителей, сцепленный с машиной со стороны поворотного конвейера, или в состав думпкаров, стоящих на соседнем пути, или производится выгрузка на сторону (на откос земляного полотна). Крыльями 10 осуществляется отделка откоса балластной призмы и бровки сливной призмы земляного полотна или междупутья.
Ротор (рис. 4.31) является основным рабочим органом машины, обеспечивающим вырезку материала и подачу его на конвейер
Рис. 4.30. Общий вид машины МНК-1:
1— стойка; 2 — кабина; ; 3 — ротор; 4 — стрела; 5 — поворотный конвейер: 6 — тележка; 7 — опорно-поворотное устройство;
8 — основной конвейер; 9 — рама; 10 — плуг; 11 — цилиндр управления плугом
132
Рис. 4.31. Схема работы МНК-1:
1 — плуг; 2 — ротор; 3 — барабан; 4 — стрела;
5 —основной конвейер; 6 — поворотный конвейер
стрелы. Он включает: роторное колесо, состоящее из соединенных между собой двух дисков, с закрепленными на них ковшами. Роторное колесо опирается на четыре пары катков, установленных на раме ротора. Две пары катков установлены на раме ротора с возможностью регулировки их положения. Привод ротора (рис. 4.32) состоит из: мотора 7, соединенного с ротором карданного вала 2, одноступенчатого конического редуктора 3 и открытой зубчатой передачи 4. Гидромотор и редуктор установлены на раме 5 ротора, а венец открытой зубчатой передачи на наружном диске роторного колеса. К раме ротора крепятся ковшовый лист и разгрузочный лоток с вибратором. Рама ротора имеет два кронштейна для шарнирного крепления к стреле машины и фланец для крепления барабана механизма поворота. В транспортном положении ротор за раму крепится винтовыми стяжками к стойке транспортной опоры стрелы, установленной на платформе машины. Ротор снабжен механизмом поворота принципиально как СЗП-600 (см. рис. 4.19), который обеспечивает разворот ротора относительно стрелы на 180°. Механизм поворота ротора включает два гидроцилиндра, двухручьевой барабан, два отклоняющих блока и трос. Гидроцилиндры и отклоняющие блоки установлены на стреле, а барабан на фланце рамы.
Оголовок стрелы имеет два кронштейна для шарнирного крепления ротора. В задней части стрелы установлен противовес, служащий для уравновешивания ротора машины. Подъем и опускание
133
Рис. 4.32. Привод ротора МНК-1:
1 — мотор; 2 — карданный вал; 3 — конический редуктор;
4 — открытая зубчатая передача; 5 — рама ротора
стрелы осуществляется гидроцилиндрами (см. рис. 4.30). В транспортном положении оголовок стрелы опирается на штырь транспортной опоры. Стрела шарнирно установлена на поворотной раме механизма поворота, который состоит из поворотной рамы, опорно-поворотного круга, основания и двух гидроцилиндров. Поворотная рама — платформа с установленным на ней порталом. На ней установлены кронштейны крепления гидроцилиндров. Поворотная рама монтируется на опорно-поворотном круге, установленном на основании, которое расположено на раме машины.
Конвейер стрелы имеет желобчатое сечение рабочей ветви. Конвейер оборудован винтовым натяжным устройством, поддерживающими роликами с наружной и внутренней стороны ветви ленты. Привод ленты конвейера осуществляется от мотор-барабана, мощностью 15 кВт. Лента имеет ширину 800 мм. Конвейер крепится к стреле снизу и оборудован приемным и разгрузочными лотками.
Анализ назначения, устройства, принципа работы отдельных рабочих органов показывает, что МНК аналогична СЗП-600. Методика расчета ротора, механизмов его поворота, конвейер
134
ной системы идентичны ранее рассмотренным. Поэтому методика расчета отдельных узлов МНК аналогична соответствующим органам СЗП-600.
Техническая характеристика Производительность, м3/ч, не менее.........................300
Глубина резания за один проход, м.....................0,15-1,0
Максимальное заглубление ротора от УГР, м..................2,0
Выдвижение ротора по кромке наружных ковшей относительно оси пути, м максимальное................................................78
минимальное...........................................14
Скорость, рабочая, км/ч...............................0,06-1,5
Скорость, транспортная, км/ч................................80
Тяговая единица........................ТЭУ-400, УТМ-1, ТЭУ600
Потребляемая мощность, кВт, не более........................85
Обслуживающий персонал, чел..................................2
Питание и передвижение машины при работе осуществляется тягово-энергетической установкой, прицепляемой со стороны кабины машины. Управление передвижением машины осуществляется из кабины машины. Движение машины при работе может осуществляться тягово-энергетической установкой как вперед так и назад.
Механизм поворота стрелы устанавливает требуемый вылет ротора от оси пути, механизмом поворота ротора. Ротор устанавливается в положение, обеспечивающее заданный профиль нарезаемой траншеи, а механизмом подъема-опускания стрелы устанавливается заданная глубина нарезаемой траншеи.
Ротор производит вырезку материала и подает его на конвейер стрелы. Крыльями плуга осуществляется отделка откоса балластной призмы и бровки сливной призмы земляного полотна пли междупутья.
Кабина установлена на консоли рамы машины на четырех ре-зинометаллическнх амортизаторах. Внутренняя обшивка стен и потолка выполнена из фанеры обклеенной пластиком. В кабине размещены: пульт управления, шкаф электрооборудования с панелью приборов, краны управления тормозным оборудованием, громкоговорящая связь с тягово-энергетической установкой.
По прибытии на место работ производится переключение управления в рабочем режиме тягой и тормозами с тягово-энерге-
135
гической установки на машину. После того следует выключить рессоры задней ходовой тележки механизмом выключения рессор.
При выгрузке вырезанного материала поворотным конвейером в состав для засорителей, сцепленный с машиной, транспортные запоры конвейера не снимают.
4.9. Другие специализированные машины дли ремонта замллного полотна
Для ремонта земляного полотна в бывшем СССР использовались, а некоторые и сейчас применяются, специализированные машины такие как: путевая землеуборочная машина Балашенко В.Х., машина для очистки кюветов, машина для сооружения закрытого продольного (подкюветного) дренажа, машина для сооружения поперечного дренажа. Кратко рассмотрим эти машины [17].
Путевая землеуборочная машина (ЗУБ) предназначена для очистки станционных путей от грязи и мусора, углубления междупутий, уборки сплывов грунта с откосов, выемок и косогоров, для скола и уборки льда и снега. Дисковые рыхлители разрыхляют слежавшийся балласт и грунт на междупутье и обочине. Это облегчает захват его ковшами боковых элеваторов. Собирающее устройство забирает и подает материалы к среднему элеватору, который убирает материал и погружает его на средний ленточный конвейер. Боковые элеваторы служат для уборки с междупутий балласта (с погрузкой на средний конвейер) и размещены по обе стороны машины. Средний ленточный конвейер передает убираемый материал со среднего и боковых элеваторов на наклонный ленточный конвейер. Щеточный питатель очищает от грязи, снега и мусора станционные пути и стрелочные переводы. Наклонный ленточный конвейер служит для передачи убираемого материала в специальный подвижной состав, аналогичный среднему ленточному конвейеру. Скалывающее устройство скалывает лед, уплотненный снег, смерзшийся шлак.
136
Машина для сооружения поперечного дренажа (МСПД) предназначена для осушения балластных углублений, в том числе выпуска свободной воды из земляного полотна. Она устанавливается на откосы насыпи. Рабочим органом ее служит шнек.
Машина для очистки старых и нарезки новых кюветов, база которой трактор МТЗ-82 «Беларусь», позволяет объезд опор контактной сети, передвижение по сложному профилю кювета и поддерживает постоянное положение рабочего органа в вертикальной плоскости, благодаря механизму стабилизации и гидравлической системе с автоматом-стабилизатором и гидроходо-уменыпителем.
Машина для сооружения закрытого продольного дренажа, предназначена для механизации сооружения закрытых продольных (подкюветных или закюветных) дренажей в выемках земляного полотна, на станционных и других площадках. Базой служит траншейный цепной экскаватор-дреноукладчик ЭТЦ-202А с наклонным рабочим органом и дополнительным оборудованием, которое включает: трубоукладочное устройство для непрерывной укладки на дно траншеи гибкого дренажного трубопровода, состоящего из пористых трубофильтров, соединяемых эластичными муфтами; защитные съемные листы металлического кожуха (бункер) и для работы в неустойчивых водооснащенных грунтах; продольный ленточный конвейер для обратной засыпки в траншею дренирующего или для выброса недренирующего грунта на откос. В комплекте с экскаватором работают бульдозер или автогрейдер для планировки дренирующего материала; экскаватор-планировщик для удаления недренирующего грунта с откосов глубоких выемок; машина для восстановления профиля кювета.
5 МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ • И ПОДЪЕМКИ ПУТИ
Машины этого класса выполняют работы по формированию балластной призмы после выгрузки балластного материала. Одновременно с этим они устанавливают путевую решетку в положение, являющееся исходным по проекту.
5.1. Общие сведения. Классификация
Основные работы по формированию балластной призмы, или балластировочные работы, сводятся к направлению балластного материала: в зону под шпалами поднимаемой путевой решетки, в шпальные ящики (промежутки между двумя соседними шпалами), в откосно-плечевые или междупутные зоны (на многопутных участках) с планированием поверхности балластной призмы, уборкой и перераспределением излишков балласта. Одновременно с подъемкой путевой решетки для достижения требуемого положения производится ее сдвиг в плане и установка по уровню, т.е. возвышение одного рельса над другим (в кривых).
Направление материала в балластную призму с одновременным его перераспределением, называется дозированием балласта. Рабочие органы машин, предназначенные для его выполнения, называются дозаторами. Технология дозирования балласта машинами, в основном, сводится к двум случаям. В первом случае балласт предварительно выгружается из подвижного состава (думпкары, платформы) на обочины пути (рис. 5.1, а), а затем направляется к оси пути на путевую решетку (рис. 5.1, б). Во втором случае балласт выгружается на путевую решетку сверху из хоппер-дозаторов, оснащенных
138
Рис. 5.1. Балластировка рельсошпальной решетки: а, б, в — схемы дозирования балласта в путь
специальными разгрузочно-дозирующими устройствами (рис. 5.1, в), т.е. разгрузка и дозирование совмещены.
После дозирования балластного материала он подается под подошвы шпал. Для этого путевая решетка поднимается в рабочей зоне на необходимую высоту, после чего образовавшееся пространство заполняется материалом. На практике используются несколько способов такого заполнения. Балласт, находящийся выше подошв шпал, проваливается сквозь шпальные ящики под действием силы тяжести. Если он зависает в шпальных ящиках, то используются специальные рабочие органы — пробивщики. Под подошвами шпал балласт разравнивается натянутыми поперечно пути стержнями - струнками, или планировочными ножами плугового типа. Принудительную подачу балласта в зону под подошвами шпал осуществляют уплотнительными рабочими органами (см. раздел 10).
В зависимости от высоты вывешивания путевой решетки в рабочей зоне, различают: способ подведения балласта при «плавающих» шпалах, когда высота вывешивания относительно невелика, поэтому шпалы погружены в призму, и способ «свободных» шпал, когда они полностью приподнимаются над балластным основанием. Первый
139
способ характерен для работ по выправке продольного профиля пути, а второй — для постановки пути на балластное основание.
Технологический процесс подъемки пути состоит из вывешивания путевой решетки на необходимую высоту Явыв (рис. 5.2, а), сдвига 5СдВ базового и возвышение Лвоз (рис. 5.2, б) небазового рельса относительно первоначального уровня в сечении расположения подъемного рабочего органа, подведения балластного материала в образовавшееся пространство под подошвами шпал с одновременным планированием поверхности опирания шпал и опускания. В результате путевая решетка поднимается на новый уровень, расположенный выше первоначального на высоту технологической подъемки ЛПОд.
Рис. 5.2. Технологические операции при постановке путевой решетки в заданное положение:
а — схема вывешивания; б — параметры перемещения путевой решетки
140
В соответствии с используемой технологией разработаны принципиальные конструктивные схемы машин (рис. 5.3), реализующие методы работы: а) с полной опорой на рельсы с дозированием и вывешиванием путевой решетки на участке между двумя опорноходовыми устройствами: хоппер-дозаторы (ЦНИИ-ДВЗМ и др.); электробалластеры двухпролетные с междуферменным шарниром (ЭЛБ-1, ЗЛБ-ЗМ, ЭЛБ-ЗТС, ЭЛБ-ЗМК, ЭЛБ-4); прицепные однопро-
ЦНИИ-ДВЗ, цнии-двз-м
31-638,31-656, 31-661
ТТД-1.ТДГ-2, УПМ-1-4
ПБ.ПБ-01, ЗВ
УБРМ, МБ, РБ
МПТС-1К, ПРМ-ЗГ
МПП-5, МРП-600, ПП-ЗМ
ЭЛБ-1, ЭЛБ-ЗМ,
ЭЛБ-3, ЭЛБ-ЗТС, ЭЛБ-ЗМК, ЭЛБ-4, ЦНИИС-УРМЗ
Рис. 5.3. Классификация машин для подъемки и балластировки пути
141
летные путеподъемники (МПП-5, МРП-600 и др.); б) с опорой на рельсы с одной стороны (консольные балластеры); в) с опорой на земляное полотно или лежащий балластный материал — путеподъемники цикличного действия (МПТС-1К, ПРМ-ЗГ и др.).
Большинство путевых машин используют метод с опорой на рельсы с двух сторон участка вывешивания, т.к. прижатие путевой решетки в двух точках стабилизирует ее положение во время работы и способствует более точной установке. Методы с частичной опорой на рельсы и с опорой на основание используются реже, т.к. в этом случае положение путевой решетки на участке вывешивания недостаточно фиксируется, поэтому она ложится на балласт менее точно.
В.2. Злактробаппастары
Электробалластеры являются универсальными многооперационными высокопроизводительными машинами непрерывного действия, предназначенными для постановки пути на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, предусмотренных действующей системой ведения путевого хозяйства. Электробалластеры выполняют дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути, срезку балласта у торцов шпал, планировку откосов и междупутных зон призмы, подъемку путевой решетки на формируемый балластный слой. Производят грубую выправку и рихтовку пути, оправку обочин земляного полотна, работы на щебеночных базах для формирования штабелей балластных материалов, подъемку пролетных строений малых мостов при ремонте. Нашли применение двухсекционные электробалластеры пролетного типа ЭЛБ-ЗМ, ЭЛБ-ЗТС (для транспортного строительства), ЭЛБ-ЗМК и ЭЛБ-4. Консольные электробалластеры КБ-2, применявшиеся ранее в транспортном строительстве, перестроены по двухпролетной схеме (ЦНИИС-УРМЗ).
База для размещения рабочего оборудования у всех электробалластеров принципиально одинакова. Электробалластер ЭЛБ-ЗМК (рис. 5.4, а) состоит из двух секций — направляющей и рабочей. Направляющая секция представляет собой
142
Рис. 5.4. Электробалластер ЭЛБ-ЗМК:
1,9 — основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2, 6, 11 — кабины: управления механизмами направляющей секции, центральная и хозяйственнобытовая; 3, 10 — насосные станции; 4, 8 — фермы направляющей и рабочей секций; 5, 24 — межферменные связи и сферический шарнир соединения секций; 7 — нижний пост управления; 12 — автосцепки; 13, 26, 32 — ходовые тележки: задняя, средняя сочлененная и передняя; 14 — шпальные щетки; 15, 20, 22, 29 — тележки рихтовочной КИС; 16 — рабочий орган динамической стабилизации пути; 17 — устройство для пробивки балласта в шпальных ящиках; 18 — ПРУ с электромагнитно-роликовыми захватами; 19 -балластерные рамы; 21, 28,
сварную ферму 4 с двумя балками двутаврового сечения, соединенными поперечными связями. В передней части ферма опирается на двухосную ходовую тележку 32, а в средней части — на четырехосную ходовую тележку 26. Рабочая секция также имеет сварную ферму 8 аналогичного устройства. Ферма в задней части опирается на путь посредством двухосной ходовой тележки 13, а в передней части - на ферму направляющей секции через сферический шарнир 24, позволяющий обеспечить компенсацию относительных угловых смещений ферм при движении в кривых, через переломы продольного профиля, а также по неровностям. Максимальное значение угла относительного поворота ферм tpmax =17° 24', что позволяет электробалластеру проходить кривые радиусом R = 100 м и более. Фермы соединены друг с другом двумя тягами 5 с пружинными амортизаторами. Тяги располагаются выше шарнира и служат для повышения поперечной устойчивости рабочей секции за счет передачи части поперечных опрокидывающих моментов на направляющую секцию, а также для предотвращения чрезмерного поперечного раскачивания рабочей секции при движении. Электробалластер оборудован автосцепками 12.
Основными рабочими органами электробалластера являются дозатор 31, расположенный на ферме направляющей секции, подъемно-рихтовочное устройство 18 (ПРУ), балластерные рамы 19 и рабочий орган для динамической стабилизации пути 16.
На фермах электробалластера размещены также дополнительные рабочие органы. Для безопасного прохода ходовых тележек служат пассивные 30, 21 и активные 28 рельсовые щетки, а также пассивные шпальные щетки 14, которые сбрасывают балласт с рабочих поверхностей головок рельсов и сметают его с поверхностей шпал. Устройство 17 для пробивки балласта в шпальных ящиках предотвращает его зависание при вывешивании путевой решетки. Для уплотнения балласта у торцов шпал служат два виброуплотнителя 27, по конструктивному устройству аналогичных уплотнителям машины ВПО-З-ЗООО.
Продолжение рис. 5.4
30 — пассивные и активные рельсовые щетки; 23 — прижимное устройство; 25 — трос-хорда рихтовочной КИС; 27 — уплотнители балласта откосно-плечевой и междупутной зон призмы; 31 — дозатор
144
Электробалласгер оснащается дополнительно измерительными тележками 15, 20, 22, и 29 с трос-хордой 25 контрольно-измерительной системой рихтовки пути. Для прижима путевой решетки при рихтовке используется специальное прижимное устройство 23.
Машина при работе перемещается локомотивом. Управление рабочими процессами производится из передней 2 и центральной 6 кабин, и пультов управления 7, расположенных под центральной кабиной. Задняя кабина 11 используется для бытовых нужд экипажа машины.
Источником энергии служит дизель-электрический агрегат 1 переменного тока. Машина имеет два насосных агрегата 3, 10. Для привода рабочих органов применены электрические, гидравлические и пневматические трансмиссии. В нестандартных ситуациях, используется дополнительный дизель-электрический агрегат 9. Кинематическая схема вписывания электробалластера в круговую кривую (рис. 5.4, б) обеспечивает нахождение ПРУ всегда по оси пути в круговой кривой и на прямой, т.к. конструктивные расстояния между шкворневыми сечениями ходовых тележек, осью меж-дуферменного шарнира и ПРУ выбраны с учетом осевой симметрии в плане относительно междуферменного шарнира. Это упрощает управление корректировочными смещениями ПРУ при работе в кривых. При работе в переходных кривых и проходе сопряжений пути необходимо производить дополнительные корректировочные смещения ПРУ для предотвращения одностороннего сдвига (для сопряжения круговая кривая — прямая emax = P/16R) пути с проектной оси.
На электробалластерах ранних выпусков ЭЛБ-1 и ЭЛБ-3 (рис. 5.5, а) механизм подъема путевой решетки с электромагнитнороликовым подъемником установлен на рабочей секции 9 и состоит из червяка 1, вращаемого электродвигателем, червячного редуктора 3, винта 2, поперечной балки-коромысла 4 и вертикальных прямых тяг 8, к нижним концам которых подвешены балки с траверсами и электромагнитами 6. Механизмы сдвига 7 и перекоса 5 РШР скомпонованы аналогично, из червячного редуктора, винтовой пары и электродвигателя.
На электробалластерах ЭЛБ-ЗМ и ЭЛБ-ЗТС (рис. 5.5, б) применяется комбинированный механизм, который также расположен на рабочей секции 16 и состоит из механизма подъема с двумя червячновинтовыми редукторами 10, 11, двух вертикальных криволинейных тяг 13, механизма сдвига путевой решетки 75 и электромагнитов 14.
145
6)
Рис. 5.5. Кинематические схемы механизмов подъема и сдвига пути с электромагнитным
подъемником электробалластеров:
а — электробалластер ЭЛБ-1; б — электробалластеры ЭЛБ-ЗМ, ЭЛБ-ЗТС, ЭЛБ-ЗМК, ЭЛБ-4; 1, 2, 3 — червяк с приводом от электродвигателя, винтовая передача и червячное колесо привода подъема рельсово-шпальной решетки (РШР); 4 — трехплечий рычаг (траверса) механизма перекоса РШР; 5, 7 — червячно — винтовые приводы механизмов перекоса и сдвига пути; 6, 14 — балансирные балки с электромагнитно — роликовыми захватами; 8, 13 — вертикальные тяги; 9, 16 — фермы рабочих секций электробалластеров; 10, 11 — червячно — винтовые приводы подъема и перекоса РШР; 12 — амортизаторы вертикальных нагрузок с направляющими
Подъемные винты с вертикальными тягами соединены через пружину, расположенную в направляющем стакане 12. Во время опускания электромагнитов при соприкосновении их с рельсами пружины сживаются, специальные упоры воздействуют на конечные выключатели и отключают электродвигатели, предотвращая поломку деталей привода.
146
В.З. Рабочие органы, устройство и принцип работы
Подъемно-рихтовочное устройство (ПРУ) электробалластера служит для установки путевой решетки в требуемое положение и выполняет: Явыв — вертикальные перемещения в продольном профиле (вывешивание) базового рельса, 5едв — сдвиг в горизонтальном направлении (в плане), Лв03 — возвышения небазового рельса над базовым (см. рис. 5.2, б). Для выполнения этих функций ПРУ имеет: захватные устройства, и механизмы подъема, сдвига и перекоса путевой решетки.
На электробалластерах в качестве захватных устройств применены электромагнитно-роликовые захваты, позволяющие удерживать с требуемым усилием прижатия рельс. ПРУ электробалластера ЭЛБ-ЗМК имеет восемь таких захватов, подвешенных через систему балансирных балок на механизме сдвига, подъема и перекоса путевой решетки. Каждый захват имеет два ролика, которые при работе катятся по рельсам. Корпус выполнен из электротехнической стали и является одновременно Ш-образным сердечником для обмоток электромагнитов. К корпусу прикреплены полюсные наконечники. Расстояние между полюсными наконечниками ~1 мм от поверхности катания головки рельса регулируется эксцентриками опорных роликов захвата. Обмотки всех электромагнитов ПРУ соединены последовательно через перемычки и питаются постоянным током напряжением 220 В. Каждый такой захват сверху закрыт кожухом из немагнитного материала (алюминия).
Механизм подъема, сдвига и перекоса путевой решетки электробалластера ЭЛБ-ЗМК (рис. 5.6) включает в себя два червячных редуктора 4, установленных на раме 2, входные валы которых через муфту соединены с электродвигателями 3 переменного тока. Внутри червячное колесо каждого редуктора имеет винтовую нарезку, которая взаимодействует с винтом 5. Винты, в свою очередь, соединены с пружинными амортизаторами 6, внутри которых также имеется разрушаемый элемент предельного вертикального усилия, которое может возникнуть при прижиме путевой решетки
147
-u
00
1 — ферма рабочей секции; 2 — рама; 3, 4 — электродвигатели и червячно — винтовые редукторы привода подъема; 5 — винты; 6 — амортизаторы с ограничителями вертикальных нагрузок, установленные в вертикальных направляющих; 7, 17, 18 — шарнирные узлы; 8 — вертикальные тяги; 9 — электромагнитно-роликовые захваты; 10 — балансиры; 11, 12 — продольная балансирная и поперечная балки; 13 — поперечные направляющие балки; 14 — катки центральной оси, установленные в направляющих; 15, 16 — гидроцилиндры сдвига и кронштейны крепления; 19 — рихтующие ролики; 20 — каток передачи усилий сдвига пути; 21 — центральная ось
и отказе концевых выключателей. Амортизаторы установлены в вертикальных направляющих и через шарнирные узлы 7 соединены с вертикальными тягами 8. Тяги через шарнирные узлы 17 соединяются с поперечной балкой 12. В результате образуется шарнирный параллелограммный механизм, позволяющий производить боковой сдвиг путевой решетки без нарушения ее положения по уровню.
Привод сдвига осуществляется от четырех гидроцилиндров 75, которые проушинами корпусов через кронштейны 16 и шарнирные узлы соединены с фермой 7, а проушинами штоков — с центральной осью 21. В средней части на оси установлен каток 20, взаимодействующий с вертикальными тягами 8. Ось через катки 14 опирается на поперечные направляющие.
Восемь электромагнитно-роликовых захватов 9 подвешены на поперечной балке 12 через балансирную систему, позволяющую скомпенсировать вертикальный изгиб путевой решетки при ее вывешивании. Система включает продольную балансирную балку 77, подвешенную через шарнирные узлы 18 на балке 12, и балансиры 10, установленные на поперечных осях балки 11. На них шарнирно закреплены захваты. Усилие сдвига пути передается через горизонтальные рихтующие ролики 19, оси которых установлены на балке 77.
Принцип работы ПРУ отражен на рис. 5.5, б: подъем каждой рельсовой нити (соответственно и перекос путевой решетки) осуществляется отдельным электродвигателем 3 (см. рис. 5.6), а сдвиг — при работе гидроцилиндров 15, отклоняющих вертикальные тяги.
Дозатор электробалластера (рис. 5.7) монтируется на ферме направляющей секции и состоит из центрального щита 12, установленного в вертикальных направляющих, позволяющих ему перемещаться вертикально с помощью двух гидроцилиндров 8, соединенных с ним шарнирно через штоки. Корпуса гидроцилиндров через другие шарнирные узлы подвешены на неподвижных кронштейнах 6. На центральном щите через петлевые шарниры 14 установлены правое и левое составные шарнирные крылья. Каждое крыло включает в себя корневую часть 19, соединенную с центральным щитом петлевыми шарнирами 14. К корневой части через шарнирные узлы снизу прикреплено крыло 20, а сверху -тяга 3. Эти же элементы через другие шарнирные узлы соединены с подкрылком 2, образуя в вертикальной плоскости шарнирный параллелограммный четырехзвенник, позволяющий нижней ра-
149
Рис. 5.7. Дозатор электробалластера ЭЛБ-ЗМК, отсыпающий балластные призмы шириной поверху 3100 мм, высотой 600 мм (а) и шириной 3400 мм, высотой 760 мм (б); размещение крыльев (в):
1 — козырек; 2 — подкрылок; 3 — параллелограммная тяга; 4 — наклонная тяга с гидроцилиндром подъема крыла; 5, 6 — поворотный и неподвижный кронштейны крепления наклонной тяги; 7 — ферма направляющей секции; 8, 13 — гидроцилин-
дры подъема дозатора и раскрытия крыльев; 9 — направляющие; 10 — ползуны; 11, 18 — универсальные шарнирные узлы; 12 — центральный щит; 14 — петлевые шарниры; 15 — тяги раскрытия крыльев; 16, 17 — кронштейны закрепления крыльев в транспортном
положении
бочей кромке подкрылка сохранять неизменную ориентацию относительно горизонта при опускании крыла. К подкрылку через вертикальный шарнир присоединен козырек 1, предотвращающий при работе дозатора потери балласта.
150
Подъем и опускание крыла производится телескопической наклонной тягой 4 с приводом от гидроцилиндра. Для раскрытия и прикрытия крыла служит механизм, состоящий из наклонной тяги 15, которая через универсальные шарнирные узлы 11, 18 соединена с крылом 20 и ползуном 10. Ползун установлен на продольных направляющих 9 и соединен шарнирно с гидроцилиндром 13. При движениях штока этого гидроцилиндра происходит поворот крыла в плане для изменения ширины захвата балласта на обочинах.
Конструкцией дозатора предусмотрена работа как в прямом направлении движения — рабочей секцией вперед, так и в обратном. При движении назад производится срезка излишков балласта. Возможна также работа по дозированию при развороте крыльев в другую сторону. В этом случае снимаются тяги 15, а удержание крыла под напором балласта в требуемом положении осуществляется цепью, закрепляемой на проушине крыла и на ферме.
При работе дозатора производится маневрирование положения крыла в соответствии с положением направляющей секции относительно пути и требуемыми размерами балластной призмы. В транспортном положении, как и другие рабочие органы, дозатор закрепляется винтовыми стяжками и устанавливается на кронштейны 16,17.
Балластерные рамы (рис. 5.8) состоят из двух рам 7 с рассекателями 11, на которых при работе стержней 10 закрепляются струнки 8, представляющие собой стальные стержни круглого сечения с дополнительными звеньями, предотвращающими излом струнок. Подъем рам и опускание их в рабочие положения осуществляется механизмами, состоящими из верхней 5 и нижней 6 парал-лелограммных рам, соединенных через шарнирные узлы с одной стороны с балластерной рамой 7, а с другой - с кронштейном 9, неподвижно установленным на ферме 3. Эти элементы образуют шарнирный параллелограммный четырехзвенник, обеспечивающий вертикальное положение рам 7. Подъем и опускание каждой рамы осуществляется гидроцилиндром 1, закрепленным корпусом через шарнирные узлы на кронштейне 2, и соединенным с рамой проушиной штока шарнирно. Балластерные рамы установлены по оси расположения ПРУ и работают с ним совместно, обеспечивая разравнивание и подведение балласта под шпалы при вывешивании путевой решетки.
151
Рис. 5.8. Балластерные рамы:
1, 2 — гидроцилиндры вертикального перемещения рам с кронштейнами крепления на ферме; 3 — ферма рабочей секции;
4 — кронштейн транспортного запора; 5, 6 — верхние и нижние параллелограммные рамы; 7 — балластерные рамы; 8 — струнки;
9 — кронштейны крепления верхних и нижних рам; 10 — стержни крепления струнок; 11 — рассекатели
5.4. Основы расчвта зпвктробаппастеров
Расчеты электробалластеров и других машин для балластировки и подъемки пути выполняются с целью выбора технических и технологических свойств машин, позволяющих гарантировать их надежную работу, транспортировку и техническое обслуживание в заданных условиях. Ниже рассмотрены методики выполнения базовых расчетов этого класса машин.
152
5.4.1. Расчвт усилий подъема и сдвига стыкового пути
При работе подъемно-рихтовочное устройство электробалластера производит вывешивание путевой решетки (изгиб рельсов в продольной плоскости), сдвиг в плане (изгиб в плане) и перекос (изгиб, сочетаемый с кручением).
Расчетное усилие подъема путевой решетки Р, Н, определяется при заданных параметрах путевой решетки и погонной нагрузки q, Н/см, заданной высоте вывешивания Явыв, см (не более 35 см) и технологической подъемки йпод путчем. Расположение ПРУ задано размерами ар, bp, Lp, см (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Схемы к расчету усилий подъема и сдвига релъсошпалъной решетки
153
Погонное сопротивление q подъему путевой решетки:
q Япр~^^1б ^^выв>
где дпр — погонный вес путевой решетки, Н/см;
qs — погонное сопротивление балласта подъему в начальный момент на высоту до 25 см, Н/см; (дПР ^принимают по табл. 5.1);
к — коэффициент, зависящий от объема дозировки и типа верхнего строения пути (к = 1,96 Н/см).
Таблица 5.1. Характеристики рельсошпальной решетки
Тип шпал Число шпал на Тип рельсов Н/см Н/см Тип скрепления Коэффициент жесткости
Деревянные: Р50 27,46 95 КБ 3,9
1А и 1Б Р65 31 95 Д2 6,4
Р75 33 95 — —
Железобетон- 2000
ные: Р50 65 95 3,9
ШС-1у Р65 95 КБ 3,9
ШС-2у Р75 95 3,9
В результате действия погонной нагрузки q вывешенная путевая решетка провисает. Характер провисания решетки зависит от технологических параметров процесса (Нвыв, haog), весовых q и упругих характеристик путевой решетки Е — модуля упругости рельсовой стали, Н/см2 (Е ~ 20,6-10б Н/см2 ), 1Х - момент инерции поперечных сечений двух рельсов относительно главных горизонтальных осей, см4 (для рельсов Р-65 1Х = 2-3548 = 7096 см4), конструктивных размеров машины (ар, bp, Lp).
При относительно небольшой величине Нвыв (см. рис. 5.9, а) усилие Р уравновешивается погонной нагрузкой q на длине упругой полуволны (а + Ь). Это случай свободного провисания без защемления упругой полуволны по концам. Граничные точки полуволны 1 и 2 не достигают колесных пар, расположенных в точках А и С. На отрезках пути А-1 и 2-С путевая решетка лежит на балласте, поэтому в граничных точках расчетные реактивные усилия нулевые, а действуют только реактивные изгибающие моменты /И, и М2.
154
При увеличении высоты вывешивания Нвыв граничные точки 1 и 2 удаляются от оси ПРУ, пока одна из точек (см. рис 5.9, б — зто точка 2), не достигнет ограничивающей колесной пары (в точке С). В сечении пути С возникает дополнительное расчетное реактивное усилие R2, ограничивающее дальнейшее распространение упругой полуволны изгиба. При дальнейшем увеличении Явыв и Другой конец упругой полуволны достигает точки прижима (в точке А). В этом сечении пути также возникает дополнительное расчетное реактивное усилие
В расчетных схемах принято, что усилие подъема Р сосредоточено в одной точке по оси ПРУ, погонная нагрузка q распределена равномерно по длине вывешенного участка, путь стыковой, у которого условно отсутствуют продольные растягивающие усилия, связанные с увеличением длины упругой линии на вывешенном участке. Изменения длины компенсируются изменениями стыковых зазоров.
Для определения усилия подъема путевой решетки Р сначала необходимо оценить характер вывешивания путевой решетки (определить расчетный случай), а затем произвести расчет.
Расчет начинается со схемы упругого изгиба, показанной на рис. 5.9, в. Путевая решетка представляется неразрезной, упругой балкой, находящейся под действием приложенных к ней статических силовых факторов. Для такой балки применим известный из курса сопротивления материалов метод начальных параметров.
Уравнение прогибов путевой решетки на участке ар:
Др а3 а4
Mi-£.-.Rl-L-q-L = EIxHBia-, (5.2)
2 6 24
уравнение углов поворота упругой линии путевой решетки на длине L:
г2 Ь1 Л3
Л/1£_Д±-+р_£-_^_ = 0; (5.3)
2 2 о
уравнение прогибов на длине L:
I? J3 Ь3 74
Mx — -I\ — +P-^-q— = EIxh-1 2 4 6 6 24 х под
Для определения расчетного случая изгиба путевой решетки необходимо определить значения реактивных сил Rl и R2 на
155
границах участка изгиба. Для этого уравнения метода начальных параметров дополняются двумя уравнениями равновесия: проекций сил на вертикальную ось Z и моментов относительно точки С:
- Д + Р - qL- = 0;
(5-5)
+ МХ - Мг -Рар +q— + R2L = 0‘,
(5-6)
После совместного решения пяти последних уравнений алгоритм определения усилия вывешивания Р путевой решетки предусматривает операции, описанные ниже.
Сначала необходимо определить знаки реактивных усилий Rx и Т?2 для задачи на рис. 5.9, в. Положительный знак усилия соответствует случаю защемления упругой линии изгиба граничной прижимающей колесной парой, а отрицательный — отсутствию такого защемления (упругая полуволна не дошла до колесной пары). Усилие вывешивания и реактивные усилия определяются по формулам, Н:
р Ёд ърт
Р=^+ЗЕ1'—
R2 = -Rx + P-qR . (5.9)
Пример 5.1. Определим усилие Р, развиваемое ПРУ электробалластера ЭЛБ-ЗМК при вывешивании путевой решетки (рельсы Р-65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный). Высота вывешивания Явыв = 35 см, подъемки h = 10 см. Расчетные положение ПРУ: ар = 1232,5 см, Ьр = 1417,5 см, L = 2650 см.
Вычислим по формуле (5.1) расчетную погонную нагрузку с учетом данных в табл. 5.1: q = 70,6 + 95 - 1,96 • 35 = 234,2 Н /см. Далее, по формуле (5.7) определим, исходя из предположения о защемлении упругой линии ограничивающими колесными парами, усилие подъема:
156
Р = —265°3'2342?_+ 3 • 20,6 • 106 х7096х
8-1232,5-1417,5
26503 • 35 • 1232,52 • (2650 + 2 • 1417,5)-10 о _о ... „ х----------------—----------------—— = 358442 Н.
1232,53-1417,53
По формулам (5.8) и (5.9) определим значения реактивных усилий слева и справа у колесных пар:
1232^+2650
1 4
1417,52 26502
358442 +
—^—20,6 • 106 • 7096 • [ 35 ,-
1417,5 I 1232,52 26502
= -111417Н;
R2 = +111414+358442 - 234,2- 2650 = -150791Н.
Можно сделать вывод, что наблюдается свободное провисание путевой решетки на обоих участках полуволны (см. рис. 5.9, а). Для определения фактического усилия вывешивания Р необходимо последовательно уменьшать значения ар и Ьри производить повторные вычисления до тех пор, пока значения R7 и R2 не станут равными нулю. Точный результат расчета: а = 829 см, b = 806 см, а усилие Р = 383141 Н (-383 кН).
Частный случай общей задачи определения усилия вывешивания путевой решетки — это свободное вывешивание при отсутствии технологической подъемки (Лпод = 0). Для этого случая при а = Ь = Ы2 нР = qL, после подстановки в (5.7) и преобразований, получим известную зависимость:
Р = ^384-^выв'?3 • (5.10)
Формулы (5.7)—(5.9) применимы для определения общего подъемного усилия в случае, если имеет место вывешивание обоих рельсовых нитей на одинаковую высоту НВЫ8. Для более точ
157
ной оценки усилий подъема правой и левой рельсовых нитей необходимо учитывать дополнительные динамические нагрузки при движении, а также кручение путевой решетки при изменении положения по уровню. Точный учет этих факторов возможен в более сложных расчетных схемах. Для их учета ВНИИ транспортного строительства рекомендует расчетное значение усилия для одной рельсовой нити умножать на поправочный коэффициент Р = 1,3. Исходя из этого усилия определяются конструктивные параметры захватных устройств для путевой решетки. В случае применения электромагнитно-роликовых захватов рассчитывается необходимое количество катушек электромагнитов, с учетом того, что одна катушка при нормальном воздушном зазоре несет нагрузку Рп = (13,3-15,7)-103 Н.
Прочностной расчет элементов подъемного механизма ПРУ производится исходя из условия, что в критической по нагружению ситуации, должен произойти сброс путевой решетки, а не обрыв или пластические деформации элементов механизма. Для схемы механизма подъема ПРУ (рис. 5.6) расчетное значение усилия, передаваемое одним винтом, Н:
Л™ = 0.5 (Р + °мп)₽ • (5.11)
где 6МП— вес поднимаемых частей двух механизмов подъема, Н.
Расчетное усилие сдвига путевой решетки Q определяется для принятых допущений: решетка на всем участке изгиба вывешена с отрывом шпал от балластного основания, шпалы не погружены в балласт, отсутствуют продольные усилия изгиба, связанные с удлинением упругой линии изогнутого в плане пути. Пусть из исходного положения на прямой путевая решетка в сечении расположения ПРУ сдвинута на величину S . Усилия сдвига Q определены также методом начальных параметров.
Уравнение смещений упругой линии на участке ар: а2 а3
Mi^--Rl^- = KxEIySC№-, (5.12)
2 о
уравнение углов поворотов на участке L:
I? ь2.
MiL-Rl — + Q-^ = 0-, (5.13)
158
уравнение смещений упругой линии на участке L:
72 /3
М±-_Д±- + е^. = 0; (5.14)
2 о о
Дополнительные уравнения равновесия для рассматриваемой модели не требуются.
После совместного решения уравнений, найдем, Н:
Z?
б = 3^ж^у^сдв з,з • (5.15)
ар°р
В формулах Кж — опытный коэффициент, учитывающий повышение поперечной жесткости путевой решетки, которое обусловлено скреплениями рельсов со шпалами (см. табл. 5.1).
Таблица 5.2. Характеристики рельсов
Параметры Типы рельсов
Р75 ГОСТ 16210-77 Р65 ГОСТ 8161-63 Р50 ГОСТ 7173-54
Погонный вес, кН/см 74,44х10"4 64,64х10-4 51,63x1 О'4
Высота рельса, см 19,2 18,0 15,2
Ширина подошвы, см Площадь поперечного сечени 15,0 я 15,0 13,2
F рельса, см2 Момент инерции 1х относительно горизонтально? 95,1 82,6 65,9
оси, см4 Момент инерции 1у относительно верти 4490 3548 2018
калькой оси, см4 Полярный момент инерции I 661 569 357
см4 5151 4117 2393
Для частного случая ар = bp = LI2 получим известную зависимость:
192ХЖ£/Лвдв ------ (5-16)
При сдвиге пути ПРУ электробалластера усилие передается на боковую поверхность головки одного рельса, через один рихтующий
159
ролик. На электробалластерах ЭЛБ-4 с рихтующей балкой усилия сдвига передаются одновременно на обе рельсовые нити: от основного рихтующего ролика и прижимного, расположенного с наружной стороны. По известным усилиям сдвига производят расчет контактной прочности ролика, расчет его оси на изгиб, расчет подшипников.
Для рассматриваемой кинематической схемы механизма сдвига (см. рис. 5.7), расчетное усилие Qr, развиваемое четырьмя гидроцилиндрами сдвига, Н:
2г=-^-^2, (5.17)
а
где Q — сила сдвига, подсчитанная по формуле (5.15) или (5.16), Н;
(а + Ь) — длина подвески, см;
а — плечо подвески от верхнего шарнира до расположения механизма сдвига, см.
Максимальное расчетное усилие, развиваемое конкретным гидроцилиндром, определяться с учетом структуры принципиальной схемы гидросистемы. По усилию на штоке гидроцилиндра определяются его конструктивные характеристики.
5.4.2. Расчет усилий подъема и сдвига бесстыкового пути
Силы вывешиваниям сдвига в плане бесстыковой путевой решетки рассчитываются с учетом действия продольной силы Рпр, возникающей вследствие удлинения упругой линии по отношению к ее исходному горизонтальному положению. В соответствии с законом Гука, продольное усилие для двух рельсовых нитей пропорционально их относительному удлинению и продольной жесткости, Н:
Pnp = 2EF^±, (5.18)
где F— площадь поперечного сечения одного рельса (табл. 5.2), см2;
Е — модуль упругости рельсовой стали, Н/см2;
LB , L — длины путевой решетки на участке вывешивания, соответственно, в изогнутом и лежащем на основании положениях, см.
Из курса дифференциальной геометрии известно, что длина кривой линии в прямоугольной системе координат:
160
Le = J0L71 + kU)]2dr, (5.19)
где z'(x) - первая производная по х от выражения для упругой линии в системе координат AXZ (рис. 5.9, г), т.е., это выражение углов поворотов сечений рельсов в вывешенном состоянии, рад.
После составления уравнения углов поворотов упругой линии и подстановок в приведенное выражение приходим к необходимости вычисления достаточно сложного определенного интеграла численным методом. Усилия растяжения Рпр при подъеме двух рельсовых нитей бесстыкового пути определяют по эмпирические зависимости:
для рельсов Р-65: Рпр = (2 Нвыв - 1,2) 9.81103;
для рельсов Р-50: Рпп = (1,72 Я - 10,8) 9,81-Ю3,
где Нвыв — высота вывешивания путевой решетки, см.
Эти формулы отражают максимальное усилие, которое может возникнуть в начальный момент вывешивания путевой решетки на заданную высоту. Электробалластер еще не начал движение, поэтому отсутствует технологическая подъемка пути Лпод.
Упрощенная схема, поясняющая механизм возникновения дополнительного усилия подъема Рдоп, Н, показана на рис. 5.9, г. В точке В по оси ПРУ поперечные сечения рельсов, ввиду несимметричной схемы вывешивания, повернуты на угол 0в , рад, относительно вертикали. В первом приближении, применив расчетную схему вывешивания путевой решетки стыкового пути (см. п. 5.4.1), указанный угол можно вычислить по формуле:
0g= — " EL
Мхар
а2 а3 ]
1 2 6
(5.20)
Здесь граничный реактивный момент Мх вычисляется по формуле:
2
2Н а„ а„
Mx=EIB-^+Rx^ + q-^. (5.21)
Граничное реактивное усилие находится по формуле (5.8).
Линия действия продольного усилия Рпр наклонена к оси X под тем же углом 0В. В результате внутреннее продольное уси-
6 Путевые машины
161
лие, действующее на участки ар и Ьр вызывает соответствующие дополнительные изгибающие моменты, Н ем:
=Лр1^выв -ор Sin©j; (5.22)
-АодНМ"10.}’ (5-23)
Дополнительное усилие подъема Р , обусловленное возникновением продольного растяжения рельсов, создает уравновешивающие моменты на плечах ар и Ьр, вычисляется по формуле:
Рцоп + I ’ (5.24)
\йр р )
где /Сд - 1,0... 1,5 — поправочный коэффициент, учитывающий упрощения расчетной схемы и необходимость иметь запас подъемного усилия ПРУ при вывешивании путевой решетки.
При симметричном расположении ПРУ относительно пролетной части 0в~» 0. Такой расчетный случай характерен для электробалластеров и машин на их базе.
Общее суммарное усилие вывешивания путевой решетки ^сум = Р + ^доп (здесь Р - усилие, определенное исходя из схемы изгиба без возникновения продольной силы).
Продольные усилия в рельсах возникают при сдвиге путевой решетки бесстыкового пути в плане. При относительно небольшом сдвиге (5СДВ < 4...6 см) дополнительное продольное усилие не учитывают (Q = 0). Силу сдвига, развиваемое ПРУ, определяют по формуле (5.16). В случае, если сдвиг превышает указанные значения, дополнительное продольное усилие растяжения, приходящееся на два рельса, Н:
р;=(2,2+2,4)
2EF,
(5-25)
где L—длина участка изгиба, см;
F— площадь поперечного сечения одного рельса, см2;
5СДВ—величина сдвига путевой решетки, см.
Схема для определения дополнительного усилия сдвига, учитывающая возникновение продольной силы, аналогична схеме вы
162
вешивания путевой решетки в вертикальной плоскости (см. рис. 5.9.). При несимметричной схеме изгиба возникает поворот поперечного сечения В в горизонтальной плоскости на угол 0Г, рад:
1 ( а2 А
&r=—Mlap-R^. (5.26)
у к /
граничный реактивный момент находят по формуле, Н см:
(5.28)
(5.28)
ар 3
граничное реактивное усилие, Н: r b2 6КЖЕ1
£ Ьрар
Аналогично изгибу в вертикальной плоскости, вследствие действия дополнительного продольного усилия Рд0П по линии действия, наклоненной под углом 0Г, возникают дополнительные изгибающие моменты, Н см:
=^Р(^-^п0г); (5.29)
= РпР (Scab + Ь^ег). (5.30)
Дополнительное усилие сдвига путевой решетки в плане, обусловленное наличием продольной растягивающей силы, Н:
бдоп , > (5.31)
к р р )
где Кд = 1,0-1,5 — поправочный коэффициент.
Суммарное расчетное усилие сдвига, Н:
с,» = е + ед„- (s-32)
При одновременном вывешивании и сдвиге бесстыковой путевой решетки в плане возникает косой изгиб с одновременным
163
растяжением рельсов. Если не учитывать продольные температурные напряжения и напряжения, связанные с угоном пути (по технологическим требованиям перед работами по выправке бесстыкового пути производится разрядка напряжений), расчетные напряжения изгиба определяются по формуле Навье, Н/см2:
1 t ! ^пр + ^пр
F
(5.33)
где MBi, МГ1 — максимальные изгибающие моменты в опасном Лом сечении путевой решетки, действующие в вертикальной и горизонтальной плоскостях, Н см;
Ж*. , WY — моменты сопротивления поперечного сечения одного рельса относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей, см3;
F— площадь поперечного сечения одного рельса, см2.
Максимальный изгибающий момент может возникнуть по оси действия усилия ПРУ (сечение В на расчетных схемах) как для схемы изгиба путевой решетки в вертикальной плоскости, так и для схемы изгиба ее в горизонтальной плоскости. Максимальный изгибающий момент в сечении В, действующий в вертикальной плоскости, определится из уравнения равновесия правой полуволны изгиба относительно этого сечения, Н см:
а2,
MBi =-Ml + Rl-ap + q-^-Maa. (5.34)
Аналогично определится максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости, Нем:
ЛС = -Л/,г + R\a — ЛГ . (5.35)
п 1 1 р да v /
При назначении параметров технологических режимов подъем-ки пути необходимо обеспечить отсутствие пластических деформаций рельсов, иначе говоря, продольные напряжения изгиба и растяжения не должны превышать допускаемых для рельсов Р50
[адоп] = 44-103 Н/см2 и для рельсов Р65 [одоп] = 40-Ю3 Н/см2.
164
При необходимости провести точную оценку силовых факторов вывешивания путевой решетки и ее сдвига в плане при постановке пути на балластное основание необходимо разрабатывать и использовать более сложные расчетные схемы.
5.4.3. Расчет геометрических параметров дозатора
Дозатор электробалластера служит для распределения балласта и формирования типового поперечного профиля призмы на прямых и криволинейных участках пути (при толщине балласта под шпалой от 35 до 50 см). Расчеты выполняются с целью: определить конструктивные размеры основных рабочих и приводных элементов дозатора, гарантирующих формирование балластной призмы заданного профиля, с одновременным вписыванием дозатора в габарит подвижного состава, кинематические параметры приводных устройств (выходы и скорости смещения штоков гидроцилиндров, длины направляющих, тяг и др.). Требуется также найти тяговые составляющие рабочих нагрузок в расчетных условиях и др.
Определение длины кромок режущих ножей дозатора при формировании балластной призмы заданного поперечного сечения на прямом участке пути (рис. 5.10). Балластная призма характеризуется параметрами: 2?пл - шириной плеча, см; Вп = Ьшп+ 2Впл — шириной призмы поверху, см (Тшп — длина шпалы, см); крутизной откоса Z: гот, где im = Вт /hnp (Лпр — высота призмы, см; В0Т — длина проекции откоса на горизонтальную плоскость, см). Ширина центрального щита Вщ, см. Пусть в плане поворотная часть дозатора наклонена под углом ф к направлению движения Vu.
Для расчетной рассматриваемой геометрической схемы крыла дозатора получены следующие аналитические выражения:
длина режущей кромки ножа корневой части, см:
АВ=^+^ —;
2 sin ф
(5.36)
длина режущей кромки ножа крыла, см:
ВС = hnp ^/l + Z^./sin2 ф; (5.37)
длина режущей кромки ножа подкрылка, см:
165
Рис. 5.10. Расчетная схема определения геометрических параметров крыльев дозатора
CD=
- Ацп ~ ~ 2г'оЛр
2 sin ф
(5.38)
где S3 — расстояние от оси пути до оси поворота козырька, см.
При работе в кривых происходит наклон дозатора в поперечной плоскости вместе с наклоном корпуса направляющей секции, а также его боковое смещение внутрь кривой. Для компенсации этих смещений производится изменение углов ф поворота в плане правой и левой поворотных частей, а также изменение положений по высоте подкрылков.
166
Определение хода штока гидроцилиндра привода телескопической тяги подъема и опускания крыла и подкрылка дозатора (рис. 5.11).
Пусть определены геометрические размеры основных рабочих элементов дозатора, см: ZT — длина наклонной тяги, равная расстоянию между шарнирами крепления крыла; Лшр, 5шр — размеры, определяющие положения шарнирных соединений на подкрылке; Лс, Sc — размеры, определяющие положение шарнирного соединения С относительно УВГР и петлевого шарнирного соединения корня и щита; Лкр — вертикальное расстояние
Рис. 5.11. Расчетная схема механизма подъема крыла дозатора
167
от оси шарнирного соединения D до режущей кромки подкрылка; hA — высота верхнего шарнира А крепления телескопической тяги от УВГР.
Ход штока должен быть достаточным, чтобы гарантировать при опущенном в рабочее положение щите дозатора опускание режущей кромки подкрылка на Лц ниже УВГР, а при поднятом в транспортное положение из рабочего на высоту Лщ щите дозатора, подъем подкрылка на Лв выше УВГР. Соблюдение размера Лв гарантирует размещение подкрылка с козырьком в верхней части габарита подвижного состава.
Обозначения размеров, соответствующих нижнему положению подкрылка, приводятся с индексом 1, а верхнему - с индексом 2. Соответственно, /ц1, /ц2 - расчетные длины телескопической тяги при выдвинутом и втянутом положениях штоков. Ход штока гидроцилиндра, см:
$ц1 — 4ц ~ 4ц ’ (5-39)
где
4(1 = V $Е1 ^Е1 > 4j2 = V $£2 + ^Е2
Вертикальные ЛЕ1, ЛЕ2 и горизонтальные SE1, SE2 расстояния, характеризующие положения Ер Е2 шарнирного соединения Е:
^Е1 ~ ^А +^Н“Ар ~ ^шр ’’
^Е2 ^А ^кр ^шр ’
(5.40)
Ч+^кр-бщ+^И .
SE2 = + Ящр + It cos arcsin
Ход гидроцилиндров подъема щита дозатора равен высоте подъема Лщ, см.
168
Определение хода штока гидроцилиндра механизма раскрытия, крыла дозатора (рис. 5.12). Крайние положения крыла выбираются исходя из того, что максимально раскрытое крыло должно обеспечить формирование поперечного профиля балластной призмы с наибольшими типовыми размерами, а минимальное раскрытие должно обеспечить вписывание крыла в проектные очертания, определенные расчетом вписывания в габарит подвижного состава направляющей секции.
Введем компоновочные размеры рабочих элементов дозатора, см: /та — длина тяги; /AF, lAE, lDE — размеры, определяющие
Рис. 5.12. Расчетная схема механизма прикрытия крыла дозатора
169
длину поворотной части дозатора до конца козырька и положение универсального шарнира крепления тяги к крылу; Лп, hD — вертикальные размеры относительно УВГР шарниров крепления тяги к крылу, SBC — горизонтальное смещение точки крепления тяги относительно продольной оси направляющей, смещенной в плане на Sn относительно продольной плоскости симметрии направляющей секции. Определим минимальный ход штока гидроцилиндра (ползуна) /ц, см, гарантирующий достижение двух крайних положений раскрытия крыла, а также привязочные размеры ZMAX , ZMIN , см.
После анализа геометрических соотношений, найдем:
^MAX ^min ’ (5-41)
Ltn coster -р) + --------------------------------------------------------- (5.42) + ~ (*п - hD)2 - (lAD sinCqh - Р) + 0,5Вщ - S„ - SBC)2 ;
^мах — Iad СО8(Фг — Р) +
--------------------------------------------- (5.43)
+ Лк - V -(^«ь -р)+О,5Вщ -Sn -SBC)2 ? где
lAD=-jlAe + loE; fPj" arcsin((SMAX - 0,5Вщ)/1АГ);
P = arctg(lDE/lAE)-, <p2 = arcsin((SM1N - 0,5Bm)llAF).
Расчетные схемы, рассмотренные выше, предназначены для типовой конструкции дозатора. При изменении конструкции дозатора должны быть применены иные расчетные схемы.
5.4.4.0прадолеино усилий, действующих иа дозатор
Для решения многих практических задач необходим анализ усилий, действующих на дозатор при работе или транспортировке. Вычисленные значения усилий используются в тяговых 170
расчетах, в расчете устойчивости против схода с рельсов, в прочностных расчетах, расчетах параметров приводных элементов и ДР-
Рассмотрим методику определения тяговых сопротивлений, вызванных реакцией балластного материала при дозировке. В этом случае наблюдается прямое резание балласта щитом и косое резание поворотными частями крыльев с образованием призм волочения. На элементы дозатора действуют распределенные по рабочим поверхностям нагрузки. Для упрощения они условно приводятся к эквивалентным сосредоточенным силам, кН (рис. 5.13): — сопротивления срезанию слоев балла-
ста щитом и поворотной частью, соответственно; W™, W^B — сопротивления, вызванные трением образующейся призмы волочения о поверхность балласта, действующие на щит и поворотную часть; W^ — сопротивление, обусловленное трением балласта призмы волочения о поворотную часть при косом резании.
Рис. 5.13. Схема к расчету тяговых сопротивлений дозатора
171
Если спроектировать указанные составляющие на направление рабочего движения Им, считая углы поворота ф справа и слева равными, и просуммировать их, то получим составляющую сопротивления движению электробалластера при работе дозатора, кН:
^доз = ^ + И^в + 2(И^ + ^в) sin ф + 2F^ cos ф. (5.44)
Составляющие реакции балласта, связанные со срезанием слоя, определяются как произведение удельного сопротивления резанию на площадь срезаемой стружки, кН:
Л
= khulBul; И? = 4., (5.45)
где к—удельное сопротивление резанию (для песчаного балласта к = (2-3)10-3 кН/см2, для гравия к = (4-5)10-3 кН/см2, для щебня к = (5-9) 10~3 кН/см2);
Лщ, Лх—толщины срезаемого щитом (Лщ = 0-15 см) и поворотной частью (Лх = 10—15 см) слоя балласта;
Lx/—суммарная длина по контуру резания балласта поворотной частью, см.
В случае закрытого положения козырька:
£ L/a = + 4Р + 4оР > (5.46)
1=1
где Lnx, Lxp, Lxop — длины режущих кромок подкрылка, крыла и корня, см.
Составляющие реакции балласта, связанные с перемещением призмы волочения, кН:
= '10’5; (5.47)
2^фот
ИГ-^-Х^вРвГв-Ю-’, (5.48)
2#фот /=1 v 7
где Нщ, НК — высота призм волочения перед щитом и поворотными частями (не могут быть более высот соответствующих частей), см;
Фот — угол естественного откоса балластного материала в движении (можно принимать фот = 45°);
172
р — плотность материала (для рыхлого щебня р = (1,6-1,8) 10'3 кг/см3); g — ускорение свободного падения (g = 981 см/с2);
/Б — коэффициент трения балласта о балласт (для щебня/Б = 0,6-0,8).
Составляющая реакции балласта, связанная с трением движущегося балласта вдоль поворотной части, кН:
и^иг/вк, <5-49)
где /Бк— коэффициент трения балласта о крыло (/"БК = 0,4).
При работе дозатора в нормальном режиме должно быть гарантировано изменение положений его рабочих элементов под нагрузкой. Для расчетной схемы (рис. 5.13), в виде плоского шарнирно-рычажного механизма, найдем максимальное расчетное усилие Рц, развиваемое гидроцилиндром раскрытия поворотной части для случая, когда поворотная часть прикрывается (F^ — усилием в тяге прикрытия крыла) из крайнего раскрытого положения, кН:
= _0L54,cosa_ ( + )
ц L^sin(a+pr ’
где£пч—проекция поворотной части дозатора на горизонтальную плоскость, см;
Lab—расстояние вдоль поворотной части до универсального шарнира крепления тяги, см;
а—угол наклона проекции тяги к продольной плоскости направляющей секции, град.
Усилие, развиваемое гидроцилиндром подъема крыла с подкрылком, должно быть достаточным для вертикального перемещения поворотной части при дозировке в расчетных условиях. Усилие гидроцилиндра (см. рис. 5.11) преодолевает вес поднимаемых частей, а также силы трения между балластом, при резании и перемещении призмы волочения, крылом и подкрылком. На схеме показаны: (?кр, (?п — соответственно, веса крыла и подкрылка (с козырьком), кН; РкР(П)- суммарное сопротивление вертикальному подъему крыла и подкрылка из балласта, обусловленные силами трения о балласт, кН:
173
^KP<n) = (^K+ И/КПВ)/ЬК. (5.51)
где , №кпв — составляющие сил сопротивления перемещению крыла дозатора, определяются по формулам (5.45), (5.48), кН;
/Бк — коэффициент трения балласта о крыло (/БК = 0,4).
Заменив расчетные стержни силами, предположив, что они растянуты, получим схему действия сил на подкрылок. На схеме обозначены: FT — составляющая усилия шарнирного соединения Е, обусловленного наличием тяги АЕ, кН; FK — составляющая усилия шарнирного соединения D, обусловленная силами, действующими на подкрылок, кН. Кроме составляющей FK шарнирным соединением D воспринимаются усилия, приблизительно равные половине сил трения крыла о балласт /'кр(П) и веса крыла GKp, кН, которые принимаются направленными вертикально вниз; 5ШР, 5ЦТ = 0,5(Ёпк- 2 5ШР) — плечи приложения сил относительно шарнирного соединения Е.
После составления и решения уравнений статического равновесия, по методу вырезания узлов, получим выражение для определения силы, развиваемой гидроцилиндром, кН:
т (FT-FK)cosa “fl —
(5.51)
где
F (GkP + ~ 2Gn‘S'mp . р _ _F (^кр + ^п) + 2Gn)sin
2/гк ’ 2cos(a + P)
P - arcsin
ZTcosa + Sc+Smp ^Ц1
Некоторые обозначения приведены также на рис. 5.12.
174
5.4.S. Тяговый расчет балластера
Тяговый расчет выполняется для двух режимов работы балластера: при дозировке, когда балласт в путь подается дозатором; при подъемке задозированного пути, когда непрерывно поднимается путевая решетка, а балластерная рама струнками разравнивает балласт под поднятой путевой решеткой. При расчете определяют сопротивления движению машины, суммарное значение которых не должно превышать силы тяги локомотива по сцеплению.
Сопротивление движению балластера при дозировке
^бал _ ^доз + ^шщ + ^рщ + ^пов ^сц ’ (5-53)
где ^доз—сопротивление движению дозатора, кН, определяется по формуле (5.44);
И'шщ—сопротивление движению шпально-рельсовой щетки, кН: (Гщщ — /щ;
<?щ — удельное погонное сопротивление кусков стальных канатов щетки на 1 м при стреле прогиба их 10 см (<?щ = 2...3 кН/м);
/щ —длина щетки с набором кусков канатов, м;
РИрщ = 0,75 И'щщ — сопротивление движению рельсовой щетки, кН;
И’пов — сопротивление движению балластера как повозки (см. формулу в п. 1. ).
Суммарное сопротивление движению балластера при подъемке пути
^БАЛ = И’эМАГ + И’РАМ + И'пов » (5-54)
rfleJF3MAr — сопротивление движению от механизма подъема путевой решетки (магнитов), кН;
^рам — сопротивление движению от балластерных рам и струнок, кН;
^пов — сопротивление движению балластера как повозки, кН.
Сопротивление РГЭМАГ определяется по формуле:
^эмаг = Рприт (Hj + fdl2)^IDv, (5.55)
где РПРИТ = /’эмаг ~ ? — оставшееся усилие притяжения рельсов электромагнитами после вычета усилия отрыва, кН;
РЭМАГ— расчетная подъемная сила электромагнитов подъемника, кН;
Р — усилие вывешивания путевой решетки определяется по формуле
(5.7), или (5.10);
175
И!—коэффициент трения качения о рельс опорного ролика электромагнита (Ц] = 0,06 см);
/—коэффициент трения шарикоподшипников (f = 0,02);
d—диаметр цапфы ролика, см;
Р—коэффициент увеличения сопротивления с учетом горизонтального усилия (р = 2-2,5);
Dp—диаметр ролика, см.
Сопротивление балластерной рамы, кН:
^PAM = (FP+/C)fc> (5.56)
где F р — площадь торцевой части рамы, погруженной в балласт, см2;
/с = кпс dCT 1СТ пст— приведенная площадь струнок, см2 (где — коэффициент приведения площади fcnc = 1,45;
</ст — диаметр стержня (струнки), см;
/ст — длина струнки, см;
ист — число струнок, включенных в работу, шт.;
к — удельный коэффициент сопротивления резанию(см. пояснения к формуле).
Необходимая сила тяги локомотива должна быть, кН
?сц = ^вдл • (5.57)
где = 1,2 — коэффициент запаса на неучтенные сопротивления и обеспечения устойчивой работы балластера.
5.4.6. Смещение пути на кривых
Подъемно-рихтующее устройство (ПРУ) электробалластера, когда оно находится на прямой или круговой кривой, то его ось совпадает с осью пути. Вместе с тем при подъемке пути на круговой кривой происходит его смещение внутрь кривой. Это объясняется тем, что в кривых наружная рельсовая нить выше внутренней. Поэтому подъемка пути ПРУ осуществляется по наклонной плоскости ab (рис. 5.14), а после прохода машины РШР опускается по вертикали Ъс. В результате этого происходит смещение оси пути на величину
eh = Н tga , (5.58)
где Н — величина подъемки пути, мм;
а— угол наклона пути к горизонту, град.
176
Рис. 5.14. Смещение пути на круговой кривой:
h — возвышение наружной рельсовой нити; Н — высота подъемки пути; S1 — расстояние между осями рельсовых нитей; a — угол наклона РШР к горизонту
Для малых углов наклона пути к горизонту можно принять tga = sina, тогда sina = h/Sp а формулу (5.58) записать в виде:
eh = hH/Sv (5.59)
где Л — высота возвышения наружной рельсовой нити в кривой, мм;
Sj —расстояние между осями рельсовых нитей, равное 1600 мм.
Например, при Н = 400 мм (ЭЛБ-ЗМ) и h = 150 мм величина смещения оси пути в круговой кривой составляет е = 37,5 мм. Чтобы в процессе подъемки пути на круговой кривой не происходило смещение его внутрь кривой, необходимо при въезде на нее сместить механизм сдвига на величину eh наружу кривой. Если не вводить корректировку в положение ПРУ на кривой, то при движении рабочей фермы по поднятому пути, величина смещения накапливается и возрастает до величины е = 1,5 ек Для приведенного примера смещение достигает eh ~ 60 мм.
На переходных кривых (ПК), где радиус кривизны непрерывно изменяется от р = °° в начале переходной кривой (НПК) до р = 7? на круговой кривой в точке конца переходной кривой (КПК), ось ПРУ не совпадает с осью пути. Вследствие этого при движе
177
нии машины по ПК в направлении от НПК к КПК (входная ПК) подъемное устройство располагается снаружи кривой (рис. 5.15, а), .1 при движении машины по ПК от КПК к НПК (выходная ПК) подъемное устройство располагается внутри кривой (рис. 5.15, б). На схемах рис. 5.15 кривыми линиями показаны входные и выходные переходные кривые, а прямыми линиями фермы ЭЛБ: Ф1 — рабочая и Ф2 — направляющая. Ходовые тележки обозначены TI, Т2 и ТЗ. Величина смещения евх(в. подъемного устройства ЭЛБ с оси пути для входной и выходной ПК (балластер полностью находится на переходной кривой) равны между собой и находятся по формулам, мм
для ЭЛБ-ЗМ, ЭЛБ-4 е 1148/(7?/А 1000; (5.60)
для ЭЛБ-1 евх(вых) = 915/(7? /^ ЮОО, (5.61)
где R — радиус круговой кривой, м;
10 — длина переходной кривой, м.
Смещение по формулам (5.60) и (5.61) зависит только от величины радиуса круговой кривой, которую данная переходная кривая сопрягает с прямой, и длины переходной кривой. Существенное отличие смещения ПРУ на входной ПК от выходной заключается в том, что смещение на входной ПК направлено наружу кривой, а на выходной оно направлено внутрь кривой. При проходе сопряжений пути (НПК, КПК и др.) величины смещений
Рис. 5.15. Схема прохождения электробалластером:
а — входной переходной кривой; б — выходной переходной кривой; 1 — переходная кривая; Ф1, Ф2 — рабочая и направляющая фермы; Т1, Т2, ТЗ — ходовые тележки; ПРУ — подъемно-рихтующее устройство; НПК — начало переходной кривой
178
непрерывно изменяются. Так, при въезде ЭЛБ на переходную кривую (см. рис. 5.15, а) смещение подъемного устройства с оси пути начинается еще на прямой перед НПК. В точке расположенной на расстоянии, кратном Z/4 = 7,55 м (для ЭЛБ-ЗМ, ЭЛБ-ЗМК и ЭЛБ-4) перед НПК, смещение уже достигает половины того смещения, которое имеет место на ПК. При выходе машины с переходной кривой на прямую смещение уменьшается еще в пределах ПК, и в точке НПК оно уже практически равно нулю, однако полный проход сопряжения завершается на расстоянии 15 м за точкой НПК. Величину смещения при проходе сопряжений можно найти по методике [19].
При проходе сопряжения «прямая — круговая кривая» максимальное смещение ПРУ с оси пути eR = Z2/f767?J 1000, мм (где I — расстояние между ходовыми тележками Т2 и ТЗ, м; 7? — радиус круговой кривой, м).
Поскольку на ПК смещение ПРУ электробалластера с оси пути происходит по двум причинам: во-первых, из-за непрерывного изменения кривизны пути евх(вЬ1Х) и, во-вторых, из-за наличия возвышения наружного рельса eh , суммарное смещение
е = е + -е , ., (5.62)
Л ВХ(ВЫх) ’
где знак «-» относится к входной ПК, где £вх(вых, направлено наружу кривой, а знак «+» относится к выходной ПК, при ^ВХ(ВЬ1Х), направленном так же, как и eh, внутрь кривой.
Суммарный график смещений е ПРУ для кривой R - 600 м, 10 = 100 м и h = 100 мм приведен на рис. 5.16. На оси графика в продольном масштабе 1:200 (5 мм — Юм) отложены /овх и /овых (точки НПК и КПК). Поскольку на круговой кривой ПРУ смещается на екк = h Н / Sj = 100 • 400/1600 = 25 мм внутрь кривой, то в точках КПК в масштабе 1:1 отложены вверх точки Ъ и с на расстоянии 25 мм от горизонтальной линии m-d, затем прямыми линиями соединены точки а, Ъ, с, d. Ординаты полученной трапеции отражают величины смещения наружной рельсовой нити. На ПК смещение меняется так же, как и возвышение, по закону прямой наклонной линии, а на КК оно остается постоянным. Смещение подъемного устройства на ПК для принятых значений находим по формуле (5.60): евх(вых) = 1148/(600 • 100) • 1000 = 19 мм. На входной ПК смещение направлено наружу кривой и начинается на расстоянии примерно 30 м перед НПК, а в точке НПК достигает почти
179
9
Рис. 5.16. Графики смещений подъемно-рихтующего устройства ЭЛБ-ЗМ с оси пути:
l0 вх, 1кк, 10 вых — длины входной ПК, круговой кривой и выходной ПК; НПК - начало переходной кривой; КПК — конец переходной кривой
полного значения евх(вых). При выходе на КК смещение продолжается после КПК на расстоянии 15 м. На графике от НПК в масштабе отложено расстояние начального смещения пути — точка m , в самой точке НПК отложена ордината ае смещения евх(вых) =19 мм в масштабе 1:1. Из точки е проводим линию параллельную ab (в целях суммирования графиков) до точки f, расположенной на расстоянии 15 м за точкой КПК и соединяем точки f и т} прямой. Аналогично производится построение графика £вх(вЬ1Х>) и для выходной ПК. Здесь учитывается, что смещение <?вх(вых, направлено внутрь колеи и отображается графиком т2, g, к, т3, а, с, наложенным на график смещений eh. Ординаты заштрихованной площади графика, относительно горизонтальной линии т - п, представляют собой суммарные ординаты е = eh + -евх(вых). Из графика видно, что в рассматриваемом конкретном примере практически можно на протяжении входной переходной кривой не вносить коррективы в положение ПРУ на машине, так как смещение его не превышает 19 мм. Но перед выездом на круговую кривую необходимо этот механизм сместить относительно продольной оси машины наружу кривой на 25 мм, затем при подходе к КПК это смещение увеличить до 44 мм и затем на протяжении всей выходной ПК уменьшить смещение до 19 мм перед НПК, а в самой точке НПК, смещение свести до нуля. Если такое смещение ПРУ относительно продольной оси машины не выполнить, то на протяжении всей круговой кривой путь сместится внутрь на 40 мм, а в кон
180
це её на 60 мм. Описанный процесс управления смещением ПРУ на рабочем ходу электробалластера — трудно выполнимая задача. На электробалластерах последних моделей ЭЛБ-4 для выполнения коррекции положения ПРУ при работе используется система по предварительной записи выправки пути в плане, позволяющая автоматизировать процесс постановки пути в проектное положение.
В.5. Планировщик балласта ПВ. Общие сведения
Машина предназначена для планирования и перераспределения свежеотсыпанного балласта при всех видах ремонта и текущем содержании железнодорожного пути, а также может применяться при его строительстве. Машина выполняет следующие операции:
- планирование балластного материала по всей ширине балластной призмы для обеспечения её проектного профиля;
- перераспределение излишков балласта с откосов и междупутья внутрь колеи;
- перераспределение с откоса в междупутье или наоборот; удаление балласта с верхней поверхности шпал и перемещение его за концы шпал;
- очистка скреплений рельса от балласта.
На рис. 5.17. Изображён общий вид машины. Сварная рама
Рис. 5.17. Планировщик балласта:
1 — рама; 2 — колёсная пара; 3 — рессорное подвешивание; 4 — автосцепка; 5 — кабина; 6 — центральный плуг; 7 — боковой плуг; 8 — туннели; 9 — подборщик
181
вание 3. На концах рамы установлены автосцепки 4. На заднем конце рамы установлена кабина 5, в которой установлено оборудование для управления машиной в транспортном и рабочем режимах. На раме, в базе машины, установлен центральный плуг б, боковые плуги 7 и туннели 8. Под кабиной установлен подборщик 9. На раме смонтирован силовой привод с реверс-разда-точной коробкой и редуктором, которые соединены карданными валами с осевыми редукторами колёсных пар.
Силовой привод
Силовой привод обеспечивает перемещение машины в транспортном и рабочем режимах, а также производит включение насосов гидросистемы. Кинематическая схема силового привода приведена на рис. 5. 18. Силовой привод состоит из двигателя со сцеплением 1, на котором прифланцована коробка перемены передач 2, последняя соединена через кардан 23 с реверс-раздаточ-ной коробкой 3. От переднего конца вала двигателя через клиноременную передачу вращается компрессор 4, предназначенный
Рис. 5.18. Кинематическая схема силового привода:
1 — двигатель; 2 — коробка перемены передач; 3 — реверсраз-даточная коробка; 4 — компрессор; 5, 6, 7, 8 и 9 — насосы; 10, 11, 14, 21 — муфты; 12, 18 — гидромоторы; 13, 19 — колёсные пары; 15 — муфта реверса; 16, 23, 24 — карданы; 17, 22 — осевые редукторы; 20 — редуктор
182
для работы пневмосистемы машины. На реверс-раздаточной коробке 3 установлено пять насосов 5, б, 7, 8 и 9, которые являются источником питания для гидроцилиндров рабочих органов и гидромоторов вращения щётки, конвейера подборщика и рабочего передвижения машины. Муфты 10 и 11 включают насосы в рабочем режиме. Гидромотор 12 обеспечивает вращение передней колёсной пары, а муфта 14 включает этот гидромотор в рабочем режиме. В реверс-раздаточной коробке установлена муфта 15 для реверсирования движения в транспортном режиме. Выходной вал коробки 3 соединён через кардан 16 с осевым редуктором 17 колёсной пары 13. Второй гидромотор 18, обеспечивающий вращение задней колёсной пары 19, установлен на редукторе 20 с муфтой 21, отключающей гидромотор в транспортном режиме. Выходной вал редуктора 20 через кардан 24 соединён с осевым редуктором 22 колёсной пары 19.
При работе в транспортном режиме муфты 10, 11, 14 и 21 выключают насосы 5-9 и гидромоторы 12, 18. Момент от двигателя через сцепление и пятискоростную коробку перемены передач 2 поступает через кардан 23 на реверс-раздаточную коробку 3. В реверс- раздаточной коробке муфта 75 реверсирования включена в определённом направлении движения машины: «вперёд» или «назад». Момент, проходя через коробку 3 и кардан 16, поступает на осевой редуктор 17 колёсной пары 73. Изменение скорости производится путём переключения коробки 2 и изменения скорости вращения вала двигателя 7, причём при переключении коробки 2 используется муфта сцепления для разобщения двигателя 7 и коробки 2.
В рабочем режиме муфты 10,11,14 и 27 включают насосы 5-9 и гидромоторы 72, 73, которые обеспечивают рабочие операции машины. Передвижения машины осуществляются гидромоторами 72 и 18, валы которых через редукторы соединены с колёсными парами 13 и 19.
Подборщик
Подборщик (рис. 5. 19.) служит для окончательной отделки, подбирая излишки балласта с верхней поверхности шпал и перемещая его за концы шпал. В сварном корпусе 7 установлена щётка 2. Щётка оборудована съёмными лопастями 3, которые меняются в зависимости от типа шпал: деревянных или железобетонных. Ло-183
Рис. 5.19. Подборщик.
1 — корпус; 2 — щётка; 3 — лопасти;
4 — транспортёр; 5 — гидроцилиндр;
6 — направляющие ролики; 7 — гидроцилиндр; 8 — фиксатор
пасти изготавливаются из армированной транспортёрной ленты, Перед щёткой на корпусе закреплён транспортёр 4. Подъём и опускание подборщика осуществляется гидроцилиндрами 5, которые оборудованы гидрозамками, не позволяющими подниматься или опускаться во время работы. На корпусе 1 установлены два направляющих ролика 6. Ролики 6 поджимаются к рельсам торсионами. При работе установка подборщика на ось пути осуществляется гидроцилиндрами 7. Подборщик шарнирно крепится к раме машины. В транспортном положении подборщик стопорится фиксатором 8. Привод щётки осуществляется гидромотором 9 посредством цепной передачи. Транспортер 4 служит для перемещения излишков балласта за концы шпал. Транспортер ленточного типа, реверсивный и приводится в движение гидромотором 10.
Туннели
Туннели служат для обеспечения лучшего перетекания балласта через рельсы, а также для защиты рельсовых скреплений от балласта при работе. Туннель (рис. 5.20) представляет собой сварной корпус 1 , который посредством рычагов 2 и 3 крепится к раме машины. Туннели устанавливаются на каждую рельсовую нить при помощи гидроцилиндров 4. Фиксация в транспортном положении производится крюками 5 кронштейнов 6, установленных на поворотных рамах центрального плуга. При установ-184
Рис. 5.20. Туннели.
1 — корпус; 2 и 3 — рычаги; 4 — гидроцилиндр; 5 — крюк;
6 — кронштейн
ке туннелей в рабочее положение зазор между нижними кромками туннелей и верхней поверхностью шпал должен быть не менее 25-30 мм, который регулируется гидроцилиндром 4, в полостях которого установлен гидрозамок.
Центральный плуг
Центральный плуг (рис. 5. 21) предназначен для планирования и перераспределения излишков балласта внутри колеи и на плечах балластной призмы. Центральный плуг состоит из двух поворотных рам 1, установленных на раме машины. На рамах 1 установлены щиты 2 и 3. Щиты 3 снабжены боковыми щитами 4. Щиты 2 и 3 имеют возможность перемещаться в вертикальной
4 — боковой щит; 5 и 6 — гидроци-
линдры; 7 — транспортный запор; 8 — направляющая
185
плоскости по направляющим 8 при работе. Подъём-опускание производится гидроцилиндрами 6. В транспортном (крайнем верхнем) положении щиты стопорятся запорами 7. Основные операции по перемещению балласта, выполняемые центральным плугом, показаны на рис. 5.22.
Направление
движения машины
Рис. 5.22. Основные операции
Боковой плуг
Боковой плуг (рис. 5.23) предназначен для планирования балласта на откосах и междупутье. На поворотных рамах центрального плуга установлены кронштейны 1, на которых закреплены с возможностью поворота стрела 2 со щитом 3. На конце щита, также с возможностью поворота, установлен подкрылок 4. Поворот кронштейна 1, стрелы 2 и щита 3 с подкрылком 4 осуществляется гидроцилиндром 8. Поворот стрелы 2 относительно кронштейна 1 — гидроцилиндром 7. Поворот щита 3 относительно стрелы 2 — гидроцилиндром 6, а вращение подкрылка 4 относительно щита 3 — гидроцилиндром 5. Боковые плуги имеют возможность поворачиваться совместно с рамами центрального плуга. При повороте рамы центрального плуга стрела со щитом должна располагаться вертикально, при этом 186
Рис. 5.23. Боковой плуг при работе центрального плуга:
а — вид с торца машины; б — схема; 1 — кронштейн; 2 — стрела; 3 — щит; 4 — подкрылок; 5-8 — гидроцилиндры
подкрылок должен находиться в одной плоскости со щитом. Если это не соблюдать, то может привести к засеканию габарита подвижного состава на соседнем пути. Основные операции по перемещению балласта и планированию откосов и междупутья показаны на рис. 5.24.
187
Рис. 5.24. Основные операции при работе бокового плуга.
Гидросистема
Привод рабочих органов и передвижение машины в рабочем режиме выполняется гидросистемой (рис. 5.25 и 5.26). Она состоит из насосов, исполнительных гидромоторов и гидроцилиндров, регулирующей и распределительной аппаратурой, фильтров и рукавов высокого давления. Гидросистема является объёмным гидроприводом открытого типа с общим масляным баком и раздельным приводом механизмов рабочих органов. Гидрооборудование насосной станции служит для питания рабочих органов рабочей жидкостью под определённым давлением, а также для ее хранения, очистки и охлаждения. Станция состоит из бака, служащего для хранения рабочей жидкости, пяти напорных и трёх сливных фильтров, необходимых для очистки рабочей жидкости, а также двух теплообменных аппаратов. В состав станции входит аппаратура, служащая для контроля и поддержания необходимого давления. Гидросистема служит для приведения в действие щётки и конвейера подборщи
188
ка, центрального и бокового плугов, вентиляторов теплообменников, а также обеспечивает рабочее передвижение машины.
Техническая характеристика
Рабочая скорость (производительность), км/час: при работе центральным плугом........................20
при работе боковыми плугами.......................... 6 г
при работе подборщиком...............................2
Максимальная толщина обрабатываемого слоя, м: центральным плугом..................................0,1
боковыми плугами....................................0,1
подборщиком........................................0,04
Максимальная ширина захвата, м: центральным плугом..................................3,6
боковыми плугами....................................6,4
подборщиком.........................................2,6
Масса, т, не более......................................30
Максимальная скорость движения, км/час..................80
Мощность двигателя, кВт................................176
6 СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ • ПОДВИЖОЙ СОСТАВ
Для перевозки и выгрузки по фронту работ балластных материалов и материалов для отсыпки земляного полотна в путевом хозяйстве применяют специализированные са-моразгружающиеся полувагоны (хоппер-дозаторы) и вагоны-самосвалы (думпкары).
6.1. Хоппер-дозаторы
Назначение и принцип работы. Хоппер-дозатор ЦНИИ-ДВЗ-М (модель 20-4015) (рис. 6.1), предназначен для перевозки и механизированной выгрузки в путь с укладкой, дозированием и разравниванием всех родов балласта при техническом обслуживании (ремонтах и текущем содержании) и строительстве железнодорожного пути. Хоппер-дозатор состоит из цельнометаллического кузова 7, представляющего собой открытый сверху бункер, установленный на раме. В нижней части бункера находится разгрузочно-дозирующее устройство 9 с приводом от пневмоцилиндров 3 и с управлением через правый и левый пневматические пульты 4, входящие в состав рабочей пневмосистемы, а также через винтовые механизмы 8 регулирования высоты дозирования при разгрузке. Питание системы сжатым воздухом осуществляется от компрессора локомотива через рабочую 5 и тормозную 6 магистрали. Бункер имеет вертикальные боковые, усиленные гофрами, и наклонные торцевые 2 стенки. Для предотвращения зависания материала при выгрузке верхние части лобовых стенок наклонены под углом 45° к горизонтали, а нижние части — под углом 50°. Хоппер-дозатор оснащен ходовыми двухосными тележками 7 типа 18-100, автосцепками 77 типа СА-3, типовой вагонной автоматической тормозной системой 70, поэтому может включаться в состав поезда без ограничений.
190
1
Рис.6.1. Хоппер-дозатор ЦНИИ-ДВЗ-М, модель 20-4015:
1 — кузов; 2 — торцевая стенка кузова; 3 — пневмоцилиндр;
4 — пульт управления; 5 ,6 — рабочая и тормозная магистраль;
7 — кодовая тележка; 8 — механизм регулирования высоты дозирования; 9 — разгрузочно-дозирующее устройство; 10 — оборудование тормозной системы; 11 — автосцепка
Разгрузочно-дозирующее оборудование включает разгрузочные и дозирующие устройства. Разгрузочные устройства представляют собой четыре люка в нижней части кузова, которые закрываются двумя наружными и двумя внутренними крышками. Привод крышек раздельный рычажный от соответствующего пневмоцилиндра. Открывание крышек в определенном сочетают позволяет реализовать желаемые схемы выгрузки балластного материала, увязанные с особенностями технологии работы комплектов машин. Дозирующее устройство содержит центральную, боковые рамы и плужки, ограничивающие объемы высыпаемого балласта и разравнивающие поверхность призмы.
Механизм раскрытия внутренних крышек, показан на (рис. 6.2). В транспортном положении крышки 3, 6, установленные на валах 4 и 5 через опоры вращения, закрывают проемы внутренних люков, расположенных между хребтовой балкой и двумя средними балками 1, 7, предотвращая высыпание материала на путь. Крышки от открывания удерживаются уступами, установленными на
191
4
Рис. 6.2. Механизм привода внутренних крышек:
1,7 — средние балки; 2 — распорка; 3, 6 — крышки; 4 — ось крышки; 5 — валы привода крышек; 8 — регулирующая распорка; 9, 11 — рычаги; 10 — тяга; 12 — пнеамоцилиндр
центральной раме и механизмом открывания. Последний включает два шарнирно-рычажных механизма открывания, располо-женых со стороны торцевых стенок бункера. Между собой механизмы связаны валом 5, установленным в опорах вдоль хребтовой балки, что позволяет обеспечить их синхронную работу и равномерное восприятие нагрузок от давления балластного материала на крышки. Шарнирно-рычажный механизм имеет распорку 2 и регулирующую распорку 8, соединенные между собой шарниром В, и с крышками 3, 6 - шарнирами А и С. Распорка 2 через тягу 10 соединена с рычагом 11, закрепленным на валу 5. На этом же валу закреплен рычаг 9, соединенный с пневмоцилиндром 12 привода открывания внутренних крышек. При закрытых крышках шарнирное соединение В располагается на 6-10 мм ниже линии АС, а. поршень цилиндра 12 упирается в дно корпуса, запирая открывание крышек под нагрузкой. Открывание крышек возможно только при опущенной центральной раме и подаче сжатого воздуха в поршневую полость цилиндра. Направления смещений основных элементов при открывании крышек показаны стрелками.
Механизм открывания наружных крышек 1, 5 (рис. 6.3) приводится от пневмоцилиндра 2 также через два синхронно рабо-
192
Рис. 6.3. Механизм привода наружных крышек:
1,5 — крышки; 2 — пневмоцилиндр; 3, 4,7 — валы привода крышек; 6, 14 — средние балки; 8, 15, 17, 19 — рычаги; 9, 16 — регулирующие распорки; 10, 13 — двухплечие рычаги; 11, 12 —распорки;
18 — регулирующая тяга
тающих шарнирно-рычажных механизма, связанных между собой через вал 4, проходящий вдоль хребтовой балки. В транспортном положении крышки удерживаются от раскрытия уступами центральной рамы, выступающими через средние балки 6, 14, и шарнирно-рычажными механизмами. Механизм включает рычаги 8, 17, поворачивающие валы 7, 3, регулирующие распорки 9, 16, двухплечие рычаги 10, 13, распорки 11, 12, регулирующую вертикальную тягу 18, рычаги 19, 15, закрепленные на валу 4. В транспортном положении крышки запираются аналогично описанному для предыдущего механизма: ось В крепления рычага 10 располагается выше на 6-10 мм линии шарниров АС, что гарантирует передачу усилия раскрытия крышки 5 на шток цилиндра 2, приводящую к упиранию поршня в дно корпуса. Аналогично устроена часть механизма с противоположной стороны. Для раскрытия крышек после опускания центральной рамы шток пневмоцилиндра выдвигается, производя перемещения элементов в направлениях, показанных стрелками. В открытом положении крышки 1, 5 упираются в боковые рамы, предотвращая пересыпание балластного материала через боковые рамы.
7 Путевые машины
193
Дозирующее оборудование (рис. 6.4) включает в себя центральную раму 9 с торцевыми стенками, предотвращающими попадание балласта под ходовые тележки, и с двумя продольными туннельными балками 8, 10, прикрывающими зоны расположения рельсов и скреплений при разгрузке. С центральной рамой через рычаги 12, 13 связаны две боковые рамы 5 (далее обозначены позиции элементов только с одной стороны). При опускании центральной рамы одновременно за счет рычагов 13 с роликами 14, взаимодействующими с профильными поверхностями, раскрываются боковые рамы. Опускание правой и левой стороны центральной рамы производится независимо двумя пневмоцилиндрами 7 через механизмы подъема-опускания на фиксированный регулируемый уровень. Вертикальное перемещение соответствующей стороны рамы производится при повороте рычага 1 цилиндром. При этом поворачиваются через вал 6, (или 77) рычаги 16, перемещая тягами 75 одну сторону рамы. Ограничение поворота производится механизмом установки высоты дози-
Рис. 6.4. Механизм подъема, опускания и регулирования дозатора:
1, 12, 13, 16 — рычаги; 2 — серьга; 3 — винтовой механизм; 4 — коромысло; 5 — боковая рама; 6, 11 — валы; 7 — пневмоцилиндр; 8, 10 — туннельные балки; 9 — центральная рама; 14 — ролик; 15, 17 — тяги
194
рования, включающим коромысло 4, один конец которого шарнирно соединен с тягой 17, а другой - с гайкой винтового механизма 3 установки высоты опускания рамы. В средней части коромысло через шарнир соединено с серьгой 2, в продольном пазу которой установлен шип, ограничивающий перемещение рычага 1. Рабочий диапазон установки высоты дозирования ± 15 см относительно УВГР.
Центральная рама дозатора 4 (рис. 6.5) в транспортном положении закрепляется с помощью четырех полуавтоматических запоров, закрепленных через шарнир к торцовой стенке кузова 1. Запор имеет скобу 2. Внутрь скобы входит якорь 3 регулирующей тяги, закрепленной на центральной раме. Якорь удерживается фиксатором 5 с приводом от пневмоцилиндра 6, закрепленного шарнирно на кронштейне 7 и имеющего возвратную пружину. При подъеме рамы происходит автоматическое защелкивание якоря фиксатором. Для опускания центральной рамы дозатора в поршневую полость цилиндра подается воздух под давлением, Шток выдвигается и поворачивает фиксатор, осво-
Рис. 6.5. Запорное устройство рамы дозатора:
1 — торцевая стенка кузова; 2 — скоба; 3 — якорь; 4 — центральная рама дозатора; 5 — фиксатор; 6 — пневмоцилиндр; 7 — кронштейн;
8 — пружина
195
бождая якорь. В предыдущих вариантах конструктивного исполнения привод фиксатора производился вручную.
При модернизации на хоппер-дозаторах дополнительно устанавливается экран, ограничивающий выгрузку балласта на середину пути. Разгрузочно-дозирующее оборудование обеспечивает следующие схемы разгрузки: схема (рис. 6.6, а) соответствует транспортному положению при поднятой центральной раме и закрытых крышках люков; схема (рис. 6.6, б) отражает случай разгрузки балластного материала в середину колеи с опусканием центрального экрана; схема (рис. 6.6, в) - случай разгрузки на обе стороны снаружи; схема (рис. 6.6, г) - случай разгрузки по всей ширине балластной призмы без опускания центрального эк
Рис. 6.6. Схемы разгрузки балласта хоппер-дозатора:
а — транспортное положение; б — на середину пути с опусканием центрального экрана; в — на обе стороны пути; г-на всю ширину пути без опускания центрального экрана; д — на междупутье; е — на обочину пути
196
рана. Во всех упомянутых случаях центральная рама дозатора опускается с правой и левой стороны. Схемы (рис. 6.6, д, е) отражают разгрузку на одну сторону снаружи колеи (на междупутье или на обочину пути), когда центральная рама с одной стороны удерживается фиксаторами, а с другой - опускается. Одновременно включается механизм открывания наружных люков. Со стороны фиксации люки не открываются, так как удерживаются центральной рамой дозатора, а со стороны опускания открывается только наружный люк.
При использовании хоппер-дозаторов формируются составы с количеством вагонов до 20 ед., называемые вертушками. Разгрузка происходит во время непрерывного движения состава. Балласт под действием веса высыпается в открытый люк (см. рис. 6.1), одновременно вновь уложенный слой подпирает объем балласта снизу от неуправляемого высыпания. Задняя по ходу движения лобовая стенка центральной рамы планирует верхнюю поверхность призмы, а плужок предотвращает попадание балласта под набегающее колесо задней ходовой тележки, особенно, если уровень дозировки высокий. Начинается разгрузка с первого по направлению движения вагона и далее последовательно, по мере разгрузки предыдущих, в работу включаются следующие вагоны. Благодаря подпору уже разгруженного балласта в путь разгрузка следующего вагона начинается только после полной разгрузки предыдущего.
Техническая характеристика хоппер-дозатора Грузоподъемность, т.........................................63
Скорость, м/с: транспортная............................................27,8
рабочая при разгрузке.............................0,83-1,14
Вместимость кузова, м3: с шапкой..................................................40
без шапки..............................................32,4
Дозировка балласта, м3/км, на: всю ширину пути...................................... 130-1500
середину пути.......................................... 50-550
обе стороны пути........................................80-950
междупутье..............................................40-350
обочину.................................................600-40
Масса, т..................................................22,7
Тяговое сопротивление состава, кН:.......................до 200
197
Основы расчета хоппер-дозатора. При расчете элементов механизмов привода хоппер-дозатора исходят из условия максимально возможного давления, развиваемого в цилиндре,
Лпах = Г^/4, (6.1)
где D — диаметр пневматического цилиндра, м;
р — максимальное давление сжатого воздуха в рабочей магистрали, кПа. Для определения максимальных сил, действующих в элементах привода наружных крышек, согласно расчетной схеме (рис. 6.-7) введем обозначения: Pmax, Plt Р2, Р3, Р(Н) — силы, приложенные в соответствующих точках расчетной схемы, кН;
а, Ь, с,..., к — плечи приложения сил и рычаги механизма, м.
Для расчета рычажной схемы механизма раскрытия и закрытия наружных крышек составляется многоугольник сил: при раскрытии крышек (рис. 6.7, а) и при крайнем открытом их положении (рис. 6.7, б).
Для первого расчетного положения (при а; = 14°) имеем:
Л = Ртах а Р2 = Ртах а sina^
Рис. 6.7. Схема для определения сил, действующих в элементах привода наружных крышек:
а — при раскрытии крышек; б — при крайнем открытом положении крышек
198
рз = pmax а е /(226 f sina^;
(6.2)
Для второго расчетного положения (при а2 = 43°):
р2 = ртах«К2-2^ша2);
Л = ртах«е/(2 2bfsina2). (6.3)
Усилие в тяге g при переходе её через мертвую точку найдем из равенства моментов, взятых относительно точки О:
Р(Н)к = 2 Р3(м)Л;
Р3(М)=(2Р(ВД/Л. (6.4)
На крышку люка от веса балласта, находящегося в кузове, действует вертикальное ру и горизонтальное рх давление:
ру = pgH; Рх = &у =
£ = tg2(9O° - <р/2),
где pg—объемный вес балласта, кН/м3;
Н—высота слоя балласта над точкой, для которой определяется давление, м;
<р—угол внутреннего
трения для щебня (40...42)°, град.
Нормальное рп и касательное рх давления в любой точке по длине крышки люка (рис. 6.8) находят как проекции на соответствующие направления усилий рх и ру, кПа:
Рис. 6.8. Эпюра давлений балласта по длине крышки
199
Рп = Ру^ + PxSinP; Pt - /yinP - PxCOSp. (6.6)
Результирующая нормальная сила Рп балласта на крышку люка
Рп = Рп.^’ Рп.ср. = (Рп.В. + Р„.и)/2’ (б-7)
где рп ср — среднее нормальное давление балласта на крышку люка, равное среднему арифметическому давлению в верхней и нижней точках крышки, кПа;
F—площадь крышки, воспринимающая давление балласта, м2.
Точка приложения силы Рп, кН, проходит через центр тяжести эпюры нормальных давлений, а плечо её приложения, м
* = 1(Рпв. + 2 Pm)IV(Pm + P„H)L (6.8)
где I — длина крышки люка, м.
При расчетах учитывается часть веса крышки.
Максимальные силы, действующие в элементах привода внутренних крышек (рис. 6.9), определяют из уравнения моментов сил относительно вала 1. Сила Рх в тяге с определяется по формуле (6.2). Силу Р2 , кН, в распорной тяге d найдем из уравнения моментов сил относительно точки О, для положения механизма при переходе его через мертвую точку.
Рис. 6.9. Схема определения сил в рычажной системе привода внутренних крышек
200
'£М0 = -P2esinP + P(H)k = 0;
P2 = P(77)A7(2<?sinp),
(6-9)
где p — угол между крышкой люка и распорной тягой в момент перехода механизма через мертвую точку, град.
Для определения величины и направления реакции в точке О раскладываем полную реакцию Ro на две составляющие Rx и Ry. Составляя уравнение суммы сил на оси X и Y, получим:
ЪХ = Р2 + Rx - P(/7)sinp = 0;
%Y = Ry- P(/7)cosp = ft (6.10)
откуда Rx = P2 - P(#)sinP; Ry = P(fl)cosP;
a = arctg(P/Rx); R$ = ^ + Ry , (6.11)
где a — угол между осью X и равнодействующей Ro, град.
Силы, действующие в элементах механизма дозирования, определяют для транспортного положения и при установке дозатора на отметку +5 (выше уровня головки рельса на 5 см).
Согласно расчетной схеме (рис. 6.10) для второго случая:
= Wfe
Р2 = P’/cosB;
Р2 = P2sin0;
Рис. 6.10. Схема определения сил в элементах механизма дозирования
201
Р\ = [P[le + Z) - P^Wj; let + b); pr = /»tg8;
^=p;-p;; P\ = P[-P\, R„ = P^d/e - 1), (6.12)
гдеРр P\, Pr} — горизонтальные силы в элементах механизма дозирования, кН;
Р\. Р2, Р\—вертикальные силы в элементах механизма дозирования, кН;
а, Ь, с, d, е, g— плечи приложения сил, м;
3, 0—углы, отсчитываемые от вертикали, град.
Элементы механизмов хоппер-дозатора на прочность и продольную устойчивость рассчитывают известными методами, изложенными в соответствующих учебниках.
Тяговый расчет хоппер-дозатора. Общее сопротивление передвижению состава хоппер-дозаторов в процессе работы
W = Wx + W2 + W3 + Wp, (6.13)
где Wx — основное сопротивление перемещению хоппер-дозатора, кН;
W2 — сопротивление от уклонов (спусков, подъемов) пути, кН;
— сопротивление при движении в кривых участках пути, кН;
FK — сопротивление перемещению хоппер-дозатора-при разгрузке, кН.
Составляющие W2, W3 определяются по формулам (2.51)...(2.53). Сопротивление Wp зависит от распределения давления р. (в МПа) балласта по поверхности F. (в м2) разгрузки и коэффициента внутреннего трения f (для щебня f - 0,6...0,8).
т
(6.14) 1=1
где п — число одновременно разгружаемых хоппер-дозаторов;
т — число одновременно открытых люков хоппер-дозаторов.
Максимальное давление щебня на поверхность разгрузки в кПа, ограниченное размерами разгрузочных люков в свету (для наружного люка 2,68x0,345 м; для внутреннего люка 2,68x0,38 м), определяют по формуле для расчета давлений материала на дно бункера:
202
Лтах = P? WW = P*MW , (6.15)
гдер—плотность балласта, т/м3;
g—ускорение свободного падения, м/с2;
ij— коэффициент бокового распора балласта в движении (Е, = 0,12-0,15);
<рк—угол трения балласта о стенки кузова хоппер-дозатора, град;
Rt = F/St — гидравлический радиус /-го выпускного люка дозатора, м [равен отношению площади люка F (м2) в свету к его периметру S', (м)].
в.2. Вагоны-самосвалы, думпкары
Саморазгружающиеся полувагоны-думпкары (вагоны -самосвалы) используются для доставки и механизированной выгрузки сыпучих строительных материалов на участках реконструкции или строительства железнодорожного пути. В путевом хозяйстве используются думпкары грузоподъемностью 50, 60 и 105, имеющие ограничения по загрузке для путей МПС России. Так думпкар модели 31-638 (рис. 6.11) имеет раму 6, опирающуюся на ходовые тележки 2 с автосцепками 1 и тормозным оборудованием. На раму опирается кузов 5, имеющий днище 8 с настилом, две лобовые стенки 7, расположенные с торцов, и два откидных борта 9, соединенных с кузовом через поворотные осевые шарниры 13. Нагрузка от кузова в транспортном положении на раму передается через два опорных устройства 3, расположенных над шкворневыми балками 12. Каждое опорное устройство имеет механизм открывания бортов, позволяющий кузову наклоняться в поперечной плоскости на угол до 45° к горизонту при одновременном открытии борта со стороны разгрузки материала. Наклон кузова производится с помощью разгрузочных телескопических, попарно расположенных с каждой стороны рамы, пневмоцилиндров 4, которые закреплены корпусами 75 через оси 16 на поперечных балках 77. Оси поворота пневмоцилиндров установлены на продольной линии опрокидывания кузова вокруг шарниров 14.
Механизм открывания бортов (рис. 6.12) состоит из четырех рычагов 1, расположенных попарно над шкворневыми
203
204
Рис. 6.11. Вагон-самосвал, модель 31-638:
1 — автосцепка; 2 — ходовая тележка; 3 — опорное устройство; 4 — разгрузочный пневмоцилиндр; 5 — кузов; 6 — рама; 7 — лобовая стенка; 8 — днище кузова; 9 — откидной борт; 10 — резервуар; 11, 12 — поперечная и шкворневая балки; 13, 16 — ось; 14 — шарнирная опора кузова; 15 — корпус разгрузочного цилиндра
Рис. 6.12. Механизм открывания бортов вагона-самосвала, модель 31-638:
а — транспортное; б — наклонное; 1 — рычаг; 2 — кронштейн; 3 — кронштейн поперечной балки; 4 — кузов; 5 — шарнирная опора; 6 — ролик; 7 — профильный запорный кронштейн; 8 — борт;
9 — ось
балками 3 рамы думпкара. Каждый рычаг со стороны, противоположной выгрузке, через ось и кронштейн 2 соединен с кузовом 4, а с другой стороны заходит под ось 5 опирания кузова во время разгрузки, причем геометрическая ось поворота рычага совпадает с осью поворота кузова. К рычагу присоединен вильчатый кронштейн с роликом 6, взаимодействующим с кулачком 7, приваренным к борту 8. При наклоне кузова рычаг, соединенный с кузовом со стороны противоположной разгрузке, поворачивается вместе с ним и удерживает через соответствующий ролик и кулачек борт от раскрытия. Другой рычаг лежит на шкворневой балке и своим роликом со стороны разгрузки, взаимодействуя с профильной поверхностью кулачка 7, дает возможность открытия борта 8 вокруг оси 9 под действием его веса и давления сыпучего груза. При полном наклоне кузова борт 8 наклонен к горизонту под одинаковым углом с днищем, что обеспечивает разгрузку материала на боковую сторону от пути. Запас воздуха под давлением, необходимый для работы разгрузочных пневмоцилиндров, хранится в резервуаре 10 (см. рис. 6.11), куда поступает от рабочей пневмосистемы, питаемой компрессором локомотива.
205
Управление разгрузкой состава думпкаров производится дистанционно из кабины локомотива, дооборудованного соответствующими устройствами. Система позволяет производить как индивидуальную разгрузку каждого вагона, так и одновременную групповую разгрузку в любую сторону от оси пути. Время разгрузки состава из 10 вагонов составляет, приблизительно, 5 мин.
8.3. Составы для перевозки засорителей и сыпучих грузов
При работе щебнеочистительных, землеуборочных, кюветоочистительных машин требуется осуществить вывоз с перегона больших объемов сыпучих материалов (грунта, засорителей) для последующей их утилизации. При небольших объемах, наличии рядом свободного пути для этих целей могут использоваться открытые платформы, полувагоны, хоппер-дозаторы, думпкары. Однако во многих случаях фронт выгрузки ограничен только задней торцевой стенкой технологической машины, поэтому требуется дополнительное транспортирование и перераспределение материала вдоль состава. В путевом хозяйстве находят применение специализированные составы полувагонов. Характерные схемы, поясняющие их принцип работы, показаны на рис. 6.13.
Подвижной состав (рис. 6.13, а) состоит из нескольких промежуточных полувагонов 4 (до 10 единиц) и концевого полувагона 8. Каждый полувагон имеет продольный наклонный пластинчатый транспортер 3 с электромеханическим приводом, установленный в сварной раме с высокими бортами. Борта позволяют осуществить накопление требуемого объема материала на транспортере. В верхней части полувагона установлена площадка для наблюдения за работой. При совместном включении и отключении транспортеров производится постепенная передача материала вдоль состава и его накопление. Материал на состав поступает из технологической машины, например, подается выбросным транспортером 1 щебнеочистительной машины.
206
Рис. 6.13. Составы для перевозки засорителей и сыпучих грузов:
а - состав с односторонним потоком материала; б - состав с двухсторонними потоками материалов; 1, 17 - технологические машины; 2 - площадка; 3, 5, 10, 13 - наклонные транспортеры; 4, 11 - промежуточные полувагоны; 6, 15 - кабины управления; 7, 14 - выбросные поворотные транспортеры; 8, 16 - концевые полувагоны; 9, 12 - верхние транспортеры для засорителей; 18- приемный транспортер технологической машины; 19- выбросной транспортер технологической машины
Ю о
Выгрузка материала осуществляется через промежуточный 5 и выбросной поворотный 7 транспортеры. Транспортер 7 может поворачиваться в любую сторону от оси пути под прямым или иным углом.
Современные машины для глубокой очистки щебня позволяют при очистке одновременно отсыпать песчаную подушку, или подавать в зону вырезки дополнительные порции чистого щебня. В комплекте с такой машиной работает состав (рис. 6.13, б), у которого все полувагоны дополнительно оснащены верхними транспортерами 12, 9 для передачи засорителей на последний полувагон. Чистый щебень, песок или песчано - гравийная смесь подаются по наклонным транспортерам 10, 13 и поворотному транспортеру 14 на приемный транспортер 18 щебнеочистительной машины. По мере расходования укладываемого балласта, наклонные транспортеры перемещают и накапливают засорители, поступающие по системе верхних транспортеров с выбросного транспортера 19 щебнеочистительной машины.
В месте выгрузки засорителей или балласта выбросной транспортер 14 концевого полувагона 16 поворачивается в сторону. На него поступает выбрасываемый сыпучий материал по системе нижних наклонных транспортеров.
В зимнее время эти составы используются для перевозки снега, работая в комплекте со снегоуборочной машиной. В путевом хозяйстве используются составы, скомплектованные из шести подвижных единиц (5 промежуточных + разгрузочных вагонов), или из десяти подвижных единиц (9 промежуточных + разгрузочный вагон).
Вместимость одного полувагона при транспортировке снега 42 м3, при транспортировке засорителей 31 м3. Дальность выброса снега и засорителей до 10 м. Максимальная транспортная скорость 80 км/ч.
7 МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЩЕБНЯ • И ЗАМЕНЫ БАЛЛАСТА
Периодическое восстановление физико-механических характеристик и геометрических параметров щебеночной балластной призмы производится путем очистки щебня или, в случае несоответствия уложенного в пути балласта требуемым характеристикам, — за счет полной его замены на щебень твердых пород машинами для очистки щебня и замены балласта.
Балластная призма должна обеспечивать вертикальную и горизонтальную устойчивость рельсошпальной решетки при воздействии на нее поездной нагрузки, равномерное распределение давления от шпал на возможно большую площадь основной площадки земляного полотна, иметь возможно большую равноупругость вдоль и поперек пути и обеспечивать наименьшую неравномерность остаточных деформаций при эксплуатации железнодорожного пути. В процессе длительной эксплуатации железнодорожного пути балластная призма постоянно засоряется как сыпучими грузами с проходящих поездов, так и мелкими фракциями грунта, попадающими со стороны дефектной площадки земляного полотна, а также мелкими частицами щебня при его разрушении под действием поездной нагрузки. При этом балластная призма теряет свои первоначальные свойства, а остаточные деформации пути увеличиваются, что ведет к повышенному износу элементов верхнего строения пути, подвижного состава и возрастанию расходов железнодорожного транспорта.
В соответствии с современными требованиями [ ] максимально-допустимое засорение щебеночного балласта установлено в 35% от его объема, а периодичность (в млн.т. брутто пропущенного по пути тоннажа) его очистки — в зависимости от категории пути, толщины очищенного слоя и марки уложенного в путь щебня (табл.7.1).
209
Таблица 7.1 Среднесетевой период засорения щебня (млн.т. брутто) для звеньевого пути
Щебень Толщина Категория пути
СЛОЯ 6 4 3 2 1 1
очищенногс Скорость грузовых поездов V, км/час
щебня, м 20 30 >40 >50 >60 >70 >80 100
Щебень 0,10 211 192 177 164 152 142 134 119
твердых 0,20 360 328 301 279 259 242 228 203
пород 0,30 — 428 394 364 339 317 297 265
марка 0,40 — — 465 430 400 374 351 313
И20 0,50 — — 521 482 449 419 394 351
Средней 0,10 116 105 97 90 83 78 73 65
прочное- 0,20 211 192 177 164 152 142 134 119
ти марки 0,30 — 266 244 226 210 196 184 164
И40 0,40 — — 301 279 259 242 228 203
0,50 — — 351 324 302 282 265 236
Среднесетевой период засорения щебня для бесстыкового пути уменьшается в среднем на 8% по сравнению с данными табл.7.1.
Требуемые толщина очищенного щебня и размер плеча балластной призмы зависят от класса ремонтируемого пути и для путей I и II классов, соответственно составляют 0,35-0,4 м и 0,4-0,45 м, для путей III класса — 0,25-0,3 м и 0,35-0,4 м, соответственно, при этом на путях I—III класса должен быть уложен щебень твердых пород марки И-20, а засорение очищенного щебня не должно превышать 6,7% от его объема.
Современные требования к балластной призме, качеству очистки щебня, периодичность его очистки во многом определяют параметры машин для очистки щебня и замены балласта, а также способы производства работ с учетом конкретного состояния железнодорожного пути и вида его ремонта. Сплошная очистка щебня или замена балласта в основном производятся при усиленных капитальном и среднем, а также капитальном и среднем ремонтах пути.
Машины для очистки щебня и замены балласта подразделяются на следующие основные группы: машины высокопроизводительные с малой глубиной очистки щебня (ЩОМ-Д, ЩОМ-ДО, ЩОМ-4, ЩОМ-4М, БМС и др.); машины для торцевой очистки (замены) балласта (УМ-М, УМ-С, ЩОМ-6Р и др.); машины для глубокой очистки (замены) щебня (RM-80, RM-76, СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800, АХМ-80, ЩОМ-6Б и др.).
210
По назначению они подразделяются на машины для работы на перегонах, на стрелочных переводах, универсальные машины для работы на перегонах и стрелочных переводах; по основным выполняемым операциям на машины для очистки щебня, для очистки и вырезки балласта, машины для вырезки (замены) балласта; по конструктивному исполнению, в частности, способу вырезки балласта — на машины — с пассивными подрезными ножами и подгребными крыльями, с активными вырезающими органами (цепными скребковыми, роторными, баровыми), с комбинированными рабочими органами; по способу очистки щебня — на машины с центробежными очистительными устройствами и машины с плоскими вибрационными грохотами; по способу транспортирования— на машины прицепные и машины самоходные; по типу ходовой части и тяговых единиц — на машины с железнодорожным ходом и тяговым локомотивом или со специальным и тягово-энергетическим модулем и машины на комбинированном ходу с тракторной тягой; по способу удаления засорителя — на машины с рассевом засорителя в сторону от пути и машины с направленным переносом засорителя в специализированный подвижной состав (для последующего его вывоза) или выгрузки к основанию насыпи, или за пределы водоотводов в неглубоких выемках; по способу работы с рельсошпальной решеткой — на машины, работающие с подъемом рельсошпальной решетки, машины, работающие без ее подъема, и машины, работающие при снятой путевой решетке.
7.1. Принцип работы и расчет рабочих органов п|ебнеочнстнтельных машин
7.1.1. Физические основы и эффективность очистки щебеночного балласта
В щебнеочистительных машинах используется механический принцип очистки щебеночного балласта, как наименее простой и доступный. Механический принцип очистки щебеночного балласта основан на просеивании засорителя через отверстия, выполненные на просеивающей поверх
211
ности щебнеочистительного рабочего органа при относительных перемещениях указанной поверхности и очищаемого балласта. Механический принцип очистки на щебнеочистительных машинах реализуется рабочим органом с центробежной сетчатой лентой А.М. Драгавцева или вибрационным двух- или трехъярусным грохотом, который применяется в зарубежных и последних моделях отечественных машин. К основным параметрам щебнеочистительных рабочих органов относятся — качество очистки, производительность и потребляемая мощность, которые зависят от конструктивного исполнения рабочих органов и физико-механических характеристик загрязненного щебеночного балласта.
Качество очистки для всех типов щебнеочистительных рабочих органов характеризуется коэффициентом эффективности Е, выраженным в долях единицы и определяющимся отношением массы удаленного засорителя к массе засорителя в загрязненном очищаемом щебеночном балласте. При близости масс минеральных частиц и загрязнителя требуемый коэффициент эффективности щебнеочистительного рабочего органа определяют по формуле:
£_ (8р -81) (i-ajV
(7.1)
где 50, 5j — предельно-допустимое содержание засорителя в загрязненном и очищенном щебне по объему (50= 0,35, 8, = 0,067).
На эффективность очистки щебня оказывает влияние гранулометрический состав загрязненного щебня и соотношение размеров его частиц и отверстий просеивающих поверхностей. Прохождение засорителя через отверстия рассматривают как операцию, состоящую из двух стадий: засоритель должен пройти сквозь слой крупных минеральных частиц щебня, чтобы достичь просеивающей поверхности и удалиться, пройдя через эти отверстия. При движении просеивающей поверхности в слое щебня, наиболее крупные частицы балласта оказываются в верхнем слое, а наиболее мелкие — на просеивающей поверхности. Частицы щебня, размер которых меньше 75% размера отверстий просеивающей поверхности, легко проходят в промежутках между крупными минеральными частицами и через отверстия. По мере возрастания отношения размеров частиц к размеру отверстий просеивающей поверхности, прохождение их сквозь слой загряз
212
ненного балласта и отверстия прогрессивно затрудняется. Частицы загрязненного щебня, имеющие размер близкий к размеру отверстий, легко застревают в них, “заслепляют” просеивающую поверхность и снижают эффективность очистки.
Вероятность прохождения частиц, удаляемых из загрязненного балласта щебнеочистительным рабочим органом через отверстия его просеивающей поверхности, оценивается по формулам:
г d V Р(у) = Кс 1—е*.
к г )
(7.2)
где Кс — коэффициент живого сечения просеивающей поверхности;
4nax> h — соответственно наибольший размер удаляемых частиц и размер отверстия просеивающей поверхности, м;
ап — толщина перемычек между отверстиями, м.
При очистке щебня существенное влияние на эффективность процесса очистки оказывает его влажность. Внешняя влага вызывает слипание мелких частиц засорителя, налипание их на частицы щебня, а также забивание отверстий просеивающей поверхности материалом и эффективность очистки резко снижается. Однако при повышении влажности свыше 12% снижение эффективности очистки прекращается, она начинает возрастать и при влажности 15-16% достигает более высоких значений. Если щебеночный балласт загрязнен глиной, поступающей в балластную призму со стороны дефектной обводненной основной площадки земляного полотна, то очистка даже при малой влажности затрудняется из-за образования комков, уносящих засоритель другого вида и поступающих обратно в путь.
На эффективность очистки щебня также оказывают влияние форма отверстий просеивающей поверхности щебнеочистительного рабочего органа и угол его наклона (для вибрационного грохота). В рабочих органах щебнеочистительных машин применяют круглые, квадратные, прямоугольные, трапециидальные отверстия. Квадратные отверстия наиболее распространены и позволяют пропускать частицы засорителя размером на 15-20% больше, чем при круглых отверстиях такого же размера.
Наклон просеивающей поверхности оказывает влияние на прохождение засорителя через отверстия. Практически считают, что на наклонном вибрационном грохоте эффективность очист
213
ки будет такая же, как на горизонтальном, если размер отверстий наклонной поверхности больше размера горизонтального в 1,15 раза при наклоне 20° и в 1,25 раза при наклоне 25°. Для наклонных просеивающих поверхностей щебнеочистительных рабочих органов целесообразно принимать размеры отверстий, обеспечивающих одинаковую с горизонтальным их расположением вероятность удаления засорителя, в соответствии с данными, приведенными в табл.7.2.
Таблица 7.2
Размеры отверстий сит наклонных вибрационных грохотов, /н, ммхмм Размеры отверстий горизонтальных сит /г, соответствующих по эффективности размерам /н отверстий наклонных сит при различных углах наклона а
5° 10° 15° 16° 20° 26° 30°
Верхнее сито
80x80 74,2 73,5 71,1 66,7 63,6
75x75 69,4 68,7 66,4 62,2 59,3
70x70 64,5 63,9 61,7 57,7 54,6
63x63 57,8 57,1 56,1 51,2 48,8
Среднее сито
40x40 38 36,2 34,9 32,5 30,8
45x45 42,5 41,0 39,6 40,0 35,2
50x50 47,9 45,8 44,3 41,5 39,5
55x55 52,8 51,1 49,0 45,9 44,0
Нижнее сито
25x25 24,2 22,4 22,3 21,5 19,9 18,3
28x28 27,2 25,3 25,2 24,3 22,6 21,4
30x30 29,2 27,3 27,1 26,2 24,4 23,1
32x32 29,3 29,1 28,8 26,2 24,8
36x36 28,3
7.1.2. Центробежные щебнеочнстнтепьные рабочие органы.
Центробежные щебнеочистительные рабочие органы системы А.М.Драгавцева, применяются на отечественных щебнеочистительных машинах ЩОМ-Д, ЩОМ-4, ЩОМ-4М, БМС, УМ, применение которых в последнее время сокращается. Такие рабочие органы компактны, одновременно выполняют функции очистки
214
и транспортера, обладают высокой производительностью при удовлетворительной эффективности очистки, но имеют низкий уровень надежности и высокую энергоемкость и производят выброс засорителя на плечо балластной призмы и откосы земляного полотна, что приводит к появлению шлейфов и засорению водоотводов. Центробежные щебнеочистительные органы (рис.7.1) представляют собой бесконечную сетчатую ленту, приводящуюся в движение через ведущие звездочки трансмиссии
Рис.7.1 Центробежный очистительный рабочий орган
1 — сетчатая лента; 2 — подрезной нож; 3, 4 — подъемная и несущая рамы; 5, 6, 7 — скользуны, направляющие и гидроцилиндр подъемной рамы; 8, 9 — параллелограммная подвеска и гидроцилиндр раскрытия несущей рамы; 10 — роликовая батарея криволинейного участка сетчатой ленты; 11, 12, 13 — бункер, шиберные заслонки и конвейер отбора для очищенного щебня, поступающего с криволинейного участка сетчатой ленты; 14 — ведущие звездочки привода; 15, 16, 17 — направляющие для сетчатой ленты, дуга жесткости и режущая кромка подрезного ножа; 18, 19, 20 — поперечные прутки, проволочная спираль и тяговая цепь сетчатой ленты.
215
привода, имеющую скорость до 10 м/с и выше, проходящую внутри подрезного ножа, вырезающего из пути загрязненный щебень и подающего его на поверхность сетчатой ленты, огибающую по роликовой батарее криволинейный участок, на котором производится удаление засорителя и в конце которого очищенный балласт перемещается в бункер, на транспортер отбора или непосредственно поступает по наклонным плоскостям в путь. Одним из существенных преимуществ центробежных щебнеочистительных рабочих органов является то, что при движении загрязненного щебня по криволинейному участку возникают значительные центробежные силы, способствующие более эффективному удалению засорителей и повышению производительности очистки. Загрязненный щебень поступает с ножа на сетчатую ленту, разгоняется на ее прямолинейном участке от нулевой скорости до скорости ц0 в начале криволинейного участка. На криволинейном участке сетчатой ленты очищаемый щебень продолжает разгоняться и с течением времени приобретает скорость ленты при которой относительное перемещение очищаемого щебня сетчатой ленты в направлении ее движения прекращается. Скорость очищаемого щебня в начале криволинейного участка сетчатой ленты определяют из условия равномерно ускоренного движения частиц очищаемого щебня и начала их движения от середины подрезного ножа, что справедливо для средних условий загрузки сетчатой ленты, по формуле:
(7-3)
где g— ускорение свободного падения, м/с2;
— коэффициент трения очищаемого щебня о сетчатую ленту;
LH—длина режущей кромки подрезного ножа, м.
На крупные фракции щебня (рис. 7.2) в процессе их разгона на криволинейном участке сетчатой ленты действуют касательная сила инерции, сила трения частиц щебня о ленту, вызванная центробежной силой инерции и нормальной составляющей веса частиц, и касательная составляющая веса частиц. На засоритель действуют центробежная сила, нормальная составляющая веса частиц засорителя и сила трения между частицами щебня и засорителя, возникающая под действием касательных силы инерции и соответствующей составляющей веса засорителя. Движение крупных частиц вдоль сетчатой ленты и засорителя в направле-
216
Рис. 7.2. Схема действия сил на частицу щебня на криволинейном участке сетчатой ленты
нии его выброса описываются следующими дифференциальными уравнениями:
<Л>Щ / dt - (/ / R) + g (sin ср - / cos ср) = 0;
, (7-4)
dx>3 / dt = (v4 / К) - /2Л>Щ Idt + g(cos9 - /2 sin ф),
где — переменное значение скорости минеральных частиц щебня в процессе их разгона на криволинейном участке сетчатой ленты, м/с;
<р — переменная угловая координата минеральной частицы на сетчатой ленте, рад;
и3 — переменная скорость засорителя в направлении его выброса, м/с; t — время, с;
/2 — коэффициент трения между минеральными частицами щебня и засорителем;
R — радиус криволинейного участка сетчатой ленты, м.
Центробежные силы более, чем на порядок, превышают гравитационные составляющие и оказывают основное влияние на величину ускорения частиц на криволинейном участке сетчатой ленты, поэтому с достаточной для прикладных расчетов, слага
217
емыми меньшего порядка в дифференциальных уравнениях (7.4) можно пренебречь.
Сетчатая лента имеет пространственную конструкцию и ее поперечные прутки удерживают часть очищаемого щебня вблизи просеивающей поверхности, а трение при разгоне происходит между слоями очищаемого щебня, что позволяет принять коэффициенты трения близкими по своим значениям=/2. Коэффициент /j для сухого и незначительно влажного загрязненного щебня принимают в пределах 0,8-0,85 [29]. Решив первое дифференциальное уравнение системы (7.4) методом разделения переменных, с учетом пренебрежения слагаемыми меньшего порядка, равенства коэффициентов трения = f2, скорости т>0 (7.3) и подстановки dty, а затем подставив полученное решение во второе уравнение системы (7.4) определим скорости очищаемого щебня и засорителя в следующем виде
Х)щ =Х)оехр/ф;
^«а-ЛЪ/^оехр/ф;
(7-5)
п3/пщ«(1-Л2)//.
Полное удаление засорителя при очистке будет происходить только в том случае, когда его частицы пройдут сквозь слой очищаемого щебня, находящегося на сетчатой ленте в начале ее криволинейного участка. В этом случае, путь, пройденный засорителем должен быть равен толщине слоя очищаемого щебня на сетчатой ленте, среднее значение которого определяют с учетом производительности центробежного щебнеочистительного рабочего органа, неполной загрузки ленты по ширине, скорости т>0 очищаемого щебня в начале криволинейного участка и требуемого коэффициента Е эффективности очистки по формуле:
ЦДЧ) /1 fl
1 1 ni
Ф1=-г1п;г’
(7-6)
218
где — производительность центробежного щебнеочистительного органа, м3/с;
Pj— коэффициент, учитывающий неполную загрузку сетчатой ленты по ширине, щ » 0,6;
Ьх — ширина рабочей части сетчатой ленты, и;
К. — коэффициент живого сечения просеивающей поверхности ленты, К,-0,7;
<Pj — угловая координата частиц загрязнителя на криволинейном участке сетчатой ленты, при которой очищаемый щебень достигает скорости V] ленты и перестает разгоняться, рад.
Угловую координату (pj определяют приравниванием Т)щ, без учета составляющих меньшего порядка, к скорости 1), сетчатой ленты в первом уравнении (7.5). Из условия равенства (7.6) определяют необходимую скорость Dj сетчатой ленты по заданной производительности Q1 центробежного щебнеочистительного органа или производительность Qx — при заданной скорости сетчатой ленты, по формулам:
~ и0 ехр
HiQTi Е Kxb^R{\-f^
1- f2 n
Gi sHi^iHo-3=-h7-f E n0
(7-7)
Мощность Nn привода сетчатой ленты центробежного щебнеочистительного рабочего органа определяется составляющими мощности: Nx — затрачиваемой на разгон щебня на сетчатой ленте, кВт; N2 — идущей на подъем загрязненного и очищенного щебня, кВт; N3 — затрачиваемой на преодоление сил трения сетчатой ленты по подрезному ножу, кВт; N4 — расходуемой на движение сетчатой ленты
УП=1(М + У2 + У3 + У4), (7.8)
где т| — коэффициент полезного действия привода, ц ~ 0,7-0,8.
При определении составляющей необходимо учитывать, что скорость щебня при попадании его на сетчатую ленту равна нулю и постепенно достигает скорости Uj ленты
219
= Qtfrf / g, (7.9)
где Yj — объемный вес очищаемого щебня, кН/м3.
При определении составляющей N2 необходимо учитывать высоту подъема загрязненного щебня, равную 7?(1 - coscpj), высоту подъема очищенного балласта на высоту, равную 7?(1 + + costp]), а также уменьшение, за счет удаления засорителя, объема очищенного щебня, равного 2,(1 - 50£)
N2 « У1/?21[2 - 5Д (1 + cos£(Pj)] . (7.10)
Составляющие N3 и N4 зависят от конструктивных параметров центробежного щебнеочистительного рабочего органа: от веса одного метра сетчатой ленты, веса очищаемого щебня, находящегося на ноже на одном метре его длины и средней скорости 0,5 т>0 очищаемого балласта на плоскости подрезного ножа
^ + 2^I
ч Ucp
N3 + /V4 «
(АЛ *" А/з)и1 ’
(7.П)
где(7с, Lc—общий вес и длина сетчатой ленты, соответственно кН, м;
/3—коэффициент сопротивления движению сетчатой ленты, /3 = 0,25-0,35;
иср—средняя скорость щебня на сетчатой ленте ('Ucp= 0,5-Uj), м/с.
7.1.3. Вибрационные щебнеочнстнтельные рабочие органы (грохоты)
В современных щебнеочистительных машинах в основном применяются двух- или трехъярусные наклонные вибрационные грохоты с прямолинейными, или близкими к круговым, траекториями колебаний.
Наклонный вибрационный грохот (рис.7.3, а) состоит из колеблющегося короба 7, верхнего 2 и нижнего 3 сит, дебалансно-го вибратора 4 и упругих опор 5. Между нижним и верхним ситами может быть установлено дополнительное промежуточное сито. Которое имеет более мелкие отверстия, причем нижнее сито имеет размеры отверстий близкие к наибольшим размерам частиц удаляемого засорителя.
220
Рис. 7.3. Вибрационный грохот
а — конструктивная схема; 1 — короб; 2 — верхнее сито; 3 — нижнее сито; 4 — дебалансный вибратор; 5 — упругие опоры; б — механическая модель грохота, выполненного по центрированной схеме с круговым вибратором; в — механическая модель центрированного грохота с вибратором прямилинейно-направленного действия
Основными технологическими показателями грохота являются качество очистки щебня и производительность, а конструктивными — амплитуда и частота вибрации, траектория колебаний, мощность привода, К конструктивным показателям также относятся количество, размеры отверстий, площади, длина и угол наклона сит. Технологические и конструктивные показатели грохотов взаимозависимы и оказывают существенное влияние друг на друга.
Эффективная бэф производительность грохота может быть охарактеризована производительностью, при которой конкретная конструкция грохота осуществляет очистку балласта в пределах допустимых значений качества 8 очистки балласта. В двух- и трехъярусных грохотах производительность каждого
221
нижеустановленного сита, равна производительности отсева Д77 сита, расположенного выше. В этом случае, производительность грохота, м3/ч, может быть определена по производительности П нижнего сита с учетом эмпирической зависимости проф. В.А.Ба-умана [29]:
2эф=^К0КаКсКидРи, (7.12)
где П — производительность нижнего сита, выраженная в процентах от производительности Q^, %;
Ко= 0,5— коэффициент, применяемый для грохочения щебня на наклонном грохоте;
Ка — коэффициент, учитывающий угол наклона нижнего сита;
Кс — коэффициент, зависящий от засоренности Сх щебня на нижнем сите грохота;
Кн — коэффициент, зависящий от процентного содержания С2 частиц менее 0,5 размера отверстия сита в отходах очистки балласта;
q — удельная производительность нижнего сита, зависящая от размеров его отверстий, м3/ч.м2;
Fa — площадь нижнего сита, м2.
Наибольшая нагрузка на нижнее сито при наиболее мелком фракционном составе щебня соответствует /7=77-80% .
Таблица 7.3
Парамет-______Размеры квадратных отверстий, /н, мм (ГОСТ 2851)
ры 80 20 25 26* 28 30* 32 35 40 45 50 55 60 65* 70 75*
2 МТЧ’М2 43 46 49 W 53,' 56 62 65,6 69,: 72,8 76/ 80 82 85,5 89
а,град. т 0 ПО' “ТУ ПУ П7 18 19 20 “21 ~22" “23 24 “26 ПО" зг
03 03 “03 ~оз 0,861 0,И ; 1,0 Т08 тл 1,28 1,37 l,4d 1.54 ♦♦ "ХГ ♦♦ Z6" *♦
С 10 20 30 4 0 50 60 70 80 90
к. 0,58 0,66 0,76 0,84 0,92 1,0 1,08 1,17 1,25
с„% 10 20 Зо 40 50 60 70 80 90
£ 0,63 0,72 0,82 0,91 1,0 1,09 1,18 1,28 1,37
* Размеры из дополнительного ряда ГОСТ 2851
’* Интерполированные значения
Значения коэффициентов, рекомендованные В.А. Бауманом, приведены в табл.7.3.
222
Для многоярусных грохотов минимально-допустимая эффективность Еа очистки щебня определяется из загрузки нижнего сита, с учетом нормативных значений предельно-допустимых значений загрязненности очищаемого 80 и очищенного 8Р по формулам:
Е = _5нн 8ОН....104 =-----И8-----104 s90 7%
8НН(100-8ОН) 44,8(100-7)
С
8НН =—100% «44,8%;
нн п
5“"°л^100%"7%; <713)
Д/7=8„-(100-5„)А«31,8%, 0 0 100
где5нн, 8он— допустимые значения загрязненности щебня, находящегося на нижнем сите, и загрязненности очищенного щебня нижним ситом, %;
Д77— масса балласта (в процентах от общей массы очищаемого щебня), прошедшая через отверстия нижнего сита, %.
Эффективность Ек очистки щебня грохотами может быть определена также по эмпирической формуле Баумана [29]:
(7-14)
гдее = 86% — эталонное значение эффективности грохочения щебня для средних условий;
— коэффициент зависящий от угла наклона грохот (нижнего сита);
К'с — коэффициент учитывающий процент содержания С1 фракций нижнего класса в щебне поступающем на нижнее сито;
К* — коэффициент, учитывающий % содержания С2 размером меньше 50% размер отверстия /н.
Значения коэффициентов, рекомендованные В.А.Бауманом [29], приведены в табл.7.4.
Требуемый угол а наклона нижнего сита определяют по коэффициенту К^, с учетом значений табл. 7.4:
223
Таблица 7.4
Параметры Грохочение щебня на наклонном сите
Угол наклона сита, град. 9 12 15 20 21 24 26 27 28 29
К' 1,07 1,05 1,03 0,94* 0,96 0,88* 0,82* 0,8* 0,76* 0,72*
Содержание загрязнителя в балласте очищаемом на нижнем сите, С,, % 30 40 50 60 70 80 90 95
К — 0,9 0,95 0,97 1,0 1,02 1,03 1,04* 1,046 —
Содержание частиц менее 0,5 размера отверстия /г, °/ > 30 40 50 60 70 80 90 95
£ 0,95 0,98 1 1,01 ,03 1,04 1,05 1,06* — —
* Интерполированные значения.
При заданной производительности <2тр грохота угол наклона нижнего сита грохота определяют по коэффициенту Ка, с учетом данных табл.7.3:
г _п _________п
а *** XQOK^K^F*' (7Л6)
Необходимую длину LT и площадь FT нижнего сита определяют по формулам:
/ + а
(7Л7)
где /н — размер отверстия наклонного сита, м;
ап — толщина перемычек (проволочек), образующих отверстия, м;
TYgj — вероятность прохождения засорителя, через отверстия нижнего сита;
Вг — максимально-возможная ширина сита, определенная с учетом габарита подвижного состава, Вг = 2,0-2,1 м.
224
Основные параметры плоских виброгрохотов, используемых на современных щебнеочистительных машинах приведены в табл.7.5.
Производительность, эффективность грохочения и способность грохота к самоочищению отверстий просеивающей поверхности от застревающих в них частиц во многом предопределяются оптимальными значениями амплитуды, частоты и формы траектории колебаний. Наилучшие условия для выбрасывания из отверстий застрявших в них частиц щебня создаются на грохотах с круговыми (рис. 7.3, б), или близкими к ним, траекториями движения просеивающей поверхности, так как в этих случаях вектор скорости периодически получает наиболее выгодное направление.
При прямолинейной траектории колебаний грохота (рис. 7.3, в) вектор скорости направлен под постоянным углом к плоскости просеивающей поверхности, который выбирают из условия необходимого качества очистки и перемещения щебня вдоль просеивающей поверхности грохота. При этом, из-за действия вектора скорости только в одном направлении под определенным углом к просеивающей поверхности, для обеспечения оптимальных условий освобождения отверстий от застрявших частиц щебня требуются более высокие скорости колебаний грохота. При эллиптической траектории колебаний просеивающей поверхности, как и в случае круговых колебаний, могут быть достигнуты хорошие результаты по производительности, эффективности очистки и освобождению отверстий от застрявших в них частиц щебня.
При выборе конструктивной схемы грохота особое внимание необходимо обращать на размещение механизма вибрации на коробе и упругих опор. Для обеспечения заданной траектории и амплитуды колебаний, а также оптимальных условий виброизоляции грохота желательно, чтобы механизм вибрации располагался вблизи центра масс короба, а собственные частоты разных форм колебаний были равны между собой. Это достигается при соблюдении следующих условий (см. рис. 7.3, б): упругие опоры должны быть расположены в плане так, чтобы равнодействующая их реакций проходила бы через центр масс короба (Ь1= Ь2= = Ь); середины упругих опор по вертикали должны располагаться в плоскости, проходящей через центр масс короба (Ь3= 0); расстояние между осями упругих опор (26) должно быть в два раза больше радиуса инерции (р) короба (р/6 = 1); жесткость
8 Путевые машины
225
Параметры Размерность Модель щебнеочнстительной машины
СЧ-600 СЧ-601 СЧУ-800 УМС-С, ЩОМ-6Б RM-80 RM-76 Австрия
Модель грохота
ГИТ- 52А ГИТ-52МАс 09.98. г. Австрия Россия
Тип грохота — Вибрационный
Количество ярусов шт. 2 2 3 2 2 3 3 3
Общая площадь просеивания, Апр м2 16 16 24 16 13,45 30 24 21
Ширина и длина L м 2 2 2 2 1,75 2,1 2 2,1
грохота 4 4 4 4 3.8 — 3.92 —
Размер квадратных отверстий сит, 1я; мм
верхнего 65 и 40 65и40 70 70 70 80 75 80
среднего — 43 — — 55 50 59
нижнего 32 и 25 32 и 25 32 25 25 36 30 32
Угол наклона сит, а: верхнего град 26 26 16 20 20 30-35 15 25-30
среднего — — 16 — — 30-35 10 25-30
нижнего 26 26 16 20 20 30-35 5 25-30
Мощность при- кВт 6,5 2x6,5=13 2x22=4 22 22 70 18 50*
вода механизма вибрации, 7V„p 4
Продолжение табл. 7.5.
Параметры Раз-мерность Модель щебнеочистительнон машины
СЧ-600 СЧ-601 СЧУ-800 УМС-С, ЩОМ-6Б RM-80 RM-76 Австрия
Модель грохота
ГИТ-52А ГИТ-52МАс 09.98. г. Австрия Россия
Суммарная жесткость пружин, Со Н/мм — — 8x232= =856 12x86,5= =1038 12x86,5= =1038 — 4x343,4= =1373 —
Частота Гц 12,17 12,17 14,0 10,83 10,83 18,5 17,67 18,5
Амплитуда колебаний, А ММ до 14 до 14 8,5 8+10 8+10 — — —
Масса колеблющихся частей. М, кг 6500* 6500* 9500* 6540 5500 8200* 6570 5740*
Производительное ть грохота (паспортная) max, gM М"’/м 600 650 800 600 600 650 600 550
* Ориентировочные данные
упругих опор в направлении осей х и у должны быть равны (сх/с = 1).
При этих условиях грохот представляет собой центрированную консервативную систему, колебания которой определяются следующими дифференциальными уравнениями [29]:
(Gjg)x+bxx+cxx = (G0/g) rco2 cos со/;
(Gt/g)y+by у+суу = (G0/g) rco2 sin со/;
(7-18)
где — вес колеблющихся частей грохота с нагрузкой, кН;
Сй—суммарная масса дебалансов в механизме вибрации, кН;
х, у, х, у, х, у — перемещения, скорости и ускорения короба грохота вдоль осей Хи У, соответственно, м, м/с, м/с2;
bx, by— коэффициент сопротивления демпфера вдоль осей Хи У, кН/м; г—эксцентриситет дебалансов, м;
со—угловая частота вращения дебалансов, рад/с;
с , с—жесткость упругих опор вдоль осей Хи У, кН/м.
Собственные угловые частоты сох, соу колебаний и амплитуды колебаний ах, ау грохота вдоль осей X и Y определяются при решении дифференциальных уравнений (при 6Х= Ьу= 0) следующими зависимостями:
G0r(O2 fl = •
х Сл(со2-со2)’
С0г<й2 av -------э----5~
С?!(со2-со2)
(7.19)
При т|0= (сох2 - со2)/(сосоу2 - со2) > 0 короб грохота совершает эллиптические колебания с полуосями ах и ау в направлении вращения дебаланса вдоль обеих координатных осей одновременно в дорезонансном режиме или одновременно в зарезонансном режиме, при Т]о< 0 — в направлении обратном вращению дебалансов по одной координатной оси в дорезонансном режи
228
ме, а по другой в зарезонансном. Короб грохота совершает круговые колебания при сох = соу * <о или со=^0,5(со2 + со2.
Короб грохота, выполненного по центрированной схеме с механизмом вибрации прямолинейно-направленного действия (см. рис. 7.3, в) под углом ф0 к одной из главных осей жесткости ОХ, совершает прямолинейные колебания с амплитудой:
а = cos<р0 + а\ sin<р0. (7.20)
Направление колебаний наклонено к оси ОХ под углом ф01:
Фо1=агс^
2 2 \
•
(О,-и2
(7.21)
При т]0 > 0 направление колебаний лежит в тех же квадрантах, что и линия действия вынуждающей силы, а при Т|0<0 — в смежных квадрантах. При сох = соу (сх = су) траектория колебаний грохота совпадает с линией действия вынуждающей силы, (ф0= Ф01), а при т|0= -ctg^0 — перпендикулярна линии действия вынуждающей силы.
В конструкциях виброгрохотов щебнеочистительных машин обычно устанавливают четыре вертикальные упругие опоры с одной или несколькими пружинами и используют дебалансный вибратор направленного действия. С целью снижения динамических нагрузок на раму щебнеочистительной машины, упругие опоры выбирают наименее жесткими (достаточно мягкими), исходя из минимально-допустимой угловой частоты comin собственных колебаний короба.
Суммарную минимально-допустимую осевую жесткость С““п упругих опор определяют по соответствующей формуле (7.19) подстановкой соу= comin и m^G^Vg:
(7.22)
где — наибольший вес колеблющихся конструктивных частей виброгрохота с нагрузкой, кН;
g — ускорение свободного падения, м/с2.
На основе опыта конструирования и эксплуатации виброгрохотов значение минимально-допустимой угловой частоты соб-
229
ственных колебаний выбирают в пределах comin=12,57-18,85 рад/с [29] и, как правило, имеется возможность принять нижнее значение этого параметра. Наибольший вес G™ax колеблющихся конструктивных частей грохота с нагрузкой определяется суммой веса GK короба, с установленными на нем ситами и механизмом вибрации и веса Сщ очищаемого щебня, расположенного на просеивающих поверхностях:
or - G, +G^G,+ ТА ^-К,, (7.23)
Чщ
где Y] — объемный вес очищаемого щебня, расположенного на просеивающей поверхности, » 15 кН/м3;
LT — длина сита грохота, м;
2^ — требуемая производительность грохота, м3/с;
— рациональная скорость перемещения очищаемого щебня вдоль сита, м/с;
Ку ~ 0,7 — коэффициент, учитывающий вес удаленного загрязнителя.
Рациональная скорость К1щ перемещения очищаемого щебня вдоль сита определяется [29], исходя из наилучших условий прохода удаляемых частиц через отверстия нижнего сита:
^“0,747^“, (7.24)
где ^min= 0,025 м — наибольший размер частиц засорителя, удаляемого грохотом.
При подборе достаточно мягких опор собственная частота колебаний короба значительно меньше частоты вынуждающей силы (Wmin^to), поэтому формула (7.19), определяющая амплитуду ау вдоль осевого сопротивления упругих опор, упрощается и приобретает, с учетом угла наклона <р0 возмущающей силы к оси X, следующий вид
Gor .
°? =_'^inaxSm(Po • (7.25)
Знак минус в формуле (7.25) означает, что при зарезонансном режиме колебаний грохота перемещение его короба находится в противофазе с вынуждающей силой. Для наклонных виброгрохо-230
тов щебнеочистительных машин величина амплитуды ау выбирается в интервале ау = 0,0025-0,012 м, а частота лв вынужденных колебаний, (Гц) определяется по эмпирической формуле [29]:
лв =4,417
(7.26)
где I' — расчетный размер отверстий верхнего сита, /н' = 0,065-0,075 м; ау — выбранное значение амплитуды колебаний, м.
Подставив в формулу (7.25) выбранное значение а амплитуды колебаний, определяют суммарный вес Go дебалансов механизма вибрации
Go
а
__ ^jmax у г rsincp
(7.27)
Осевую жесткость С? одной пружины определяют с учетом общего количества пружин в упругих опорах по формуле
f min 7; »4
Су =
" «п 8*.^ ’
(7.28)
где лп — количество пружин во всех упругих опорах, шт;
G — модуль упругости при сдвиге материала пружины, кН/м2;
dn, Dn — диаметр проволоки и средний диаметр пружины соответственно, м;
Къ — число рабочих винтов в одной пружине, шт.
Суммарная поперечная жесткость С пружин может быть определена через осевую жесткость по формуле [29]
1,44пр0,204[(й, / £>п)2 + 0,256] ’ (7,2У)
где ht—рабочая высота пружины, м;
ар—коэффициент Рауша, учитывающий наличие осевой нагрузки на пружину при ее поперечном смещении (табл.7.6).
231
Таблица 7.6
Отношение статистической деформации к рабочей высоте пружины Значение коэффициента Рауша
0 1,0
0,1 1,10
0,2 1,21
0,3 1,29
0,4 1,34
0,5 1,42
После выбора параметров пружин упругих опор, пружины подвергаются поверочному расчету на прочность и усталость. Подставляя выбранные значения C"m, C"m, m^G^/g, m0=GJg, т = 2ппв, г в формуле (7.19), определяют точные значения собственных частот сох, со^., и амплитуду ах, ау колебаний загруженного грохота, а затем суммарную амплитуду а по формуле (7.20). Мощность NB привода дебалансного вибратора грохота определяют с учетом возмущающей силы Рй по формуле:
= С0(2ллв)3 ^Кя , (730)
где Ро, Go — соответственно возмущающая сила и суммарный вес дебалансов, кН;
/4 — коэффициент трения в подшипниковых опорах, (f4~ 0,001-0,004 — для опор с шариковыми подшипниками, /4 » 0,0025-0,01 — для опор с роликовыми подшипниками) [29 ];
г, Rt — соответственно эксцентриситет дебалансов и радиус цапфы, м; со, лв — угловая частота и частота вращения дебалансов, соответственно, рад/с и Гц;
g — ускорение силы тяжести, м/с2;
Т]и — коэффициент полезного действия дебалансного вибратора (ци= 0,9-0,95);
К —коэффициент запаса мощности двигателя привода (Л7 =1,15— 1,20) [29].
Значение коэффициента f4 и трения при хорошей смазке и защищенности подшипников от попадания пыли принимается вблизи нижней границы указанных интервалов.
232
7.1.4. Рабочие органы щебнеочнстнтельных машин дли вырезки загрязненного щебня из пути
Для вырезки загрязненного щебня из пути в щебнеочистительных машинах используют баровое выгребное устройство, выполненное в виде цепного скребкового рабочего органа (в машинах типа РМ-80, РМ-76, СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800, Щ0М-6Б и др.), роторный рабочий орган (УМ, УМС, Щ0М-6Р и др.), подрезные ножи с подгребными крыльями в комбинации с роторным рабочим органом (ЩОМ-4, Щ0М-4М) или без него (ЩОМ-ДО, ЩОМ-Д, БМС), роторные рабочие органы в комбинации с баровым рабочим органом, вырезающим щебень из-под путевой решетки (машины фирмы “Kershow” США) и др.
В современных отечественных щебнеочистительных машинах в основном применяется цепной скребковый (рис. 7.4) или роторный рабочие органы.
Рис. 7.4. Цепной скребковый рабочий орган:
1 — рельсошпальная решетка; 2, 9 — подгребные крылья; 3 — ленточный конвейер подачи загрязненного щебня; 4, 8 — правый и левый желоба; 5 — разгрузочная воронка; 6 — привод рабочего органа; 7 — приводная звездочка; 10 — сменная поперечная балка; 11 — скребковая цепь
233
Цепной скребковый рабочий орган выполняет функции режущего устройства и скребкового транспортера, перемещающего вырезанный из пути загрязненный щебень к месту разгрузки.
Перерабатывающая способность цепного скребкового рабочего органа, м3/с, ограничена допустимой скоростью V2 тяговой цепи и определяется по формуле
бск = ^сЛ^2> (7-31)
где F^.—площадь скребка, м2;
К4—коэффициент заполнения межскребкового пространства (К4 = 0,8-0,85) [29];
V2—сшурастъ тяговой цепи, м/с.
Мощность NCK двигателя цепного скребкового рабочего органа должна обеспечивать преодоление всех сопротивлений, возникающих при вырезке и транспортировании загрязненного щебня и определяется суммой:
^ск = =
(7.32)
= [ (Л.1+Л.2+Л.3+Л.4+Л.5) ^2 +^.6+^1.7 ] >
где JVj j, Nj 2, N) 3, JVj 4, NIS — мощности, затрачиваемые на преодоление сил сопротивления резанию Pt р сил трения балласта о балласт в зоне вырезки Р{ 2, сил трения скребков о балласт в зоне вырезки Р, 3, сил сопротивления движению вырезанного щебня по поверхности желоба Р} 4, сил трения тяговой цепи со скребками о поверхность желобов Р^ 5, соответственно, кВт;
Nl6 — мощность, затрачиваемая на подъем щебня от места вырезки к месту разгрузки, кВт;
Nl 7 — мощность, затрачиваемая на разгон щебня от нулевой скорости до скорости V2 тяговой цепи, кВт;
т]к — коэффициент полезного действия цепного скребкового рабочего органа;
Кп —коэффициент запаса мощности двигателя, ^=1,15-1,2;
Pj j-Pj 3 — сопротивления, возникающие при движении цепного скребкового рабочего органа, кН.
Сила Р] ] сопротивления балласта резанию зависит от его физико-механических характеристик, конструкции, режима работы цепного скребкового рабочего органа и с достаточной точностью, может быть определена по формуле
234
А.1
С>
® Л01Лр " „ "Л.1Л
В. BDnCK
О =F V К : i =—^-= р
тр 2я>кмлр> max дд ,
(7.33)
где 7С0. — расчетное удельное сопротивление балласта резанию, 550-700 кН/м2;
Ар — коэффициент, учитывающий угол резания (Л?р « 0,75-0,83 — для угловрезания скребков);
— производительность щебнеочистительной машины по разрыхленному щебию, м3/с;
К — коэффициент разрыхления загрязненного щебня, Кр - 1,25-1,3;
У2 — скорость тяговой цепи скребкового рабочего органа, м/с;
'шах — максимальное количество скребков, находящихся в резании одновременно;
Д S — шаг скребков, м;
Вр — ширина вырезки щебня, м;
F — площадь поперечного сечения вырезаемого щебня, м2;
V* — поступательная скорость перемещения щебнеочистительной машины, м/с;
£ц — общая длина скребковой цепи, м;
лск — общее количество скребков на цепи, шт;
К! ] — коэффициент, учитывающий разрыхление шпальных ящиков (Kia ~ 0>6~°-7)
Силу Р{ 2 трения балласта о балласт в зоне его вырезки определяют с учетом веса вырезанного балласта по формуле
(7.34)
V2
где у ] — удельный вес разрыхленного вырезанного балласта (у^ 16 кН/м2);
/2~0,8-0,85— коэффициент трения балласта по балласту.
Сила Р] 3 трения скребков о балласт в зоне вырезки зависит от веса скребковой цепи и определяется по формуле
(7.35)
ЬЦ
где /^0,4-0,45 — коэффициент трения стали по балласту; бц—общий вес скребковой цепи, кН.
235
Силу Р14 сопротивления балласта перемещению скребковой цепью по поверхности загруженного желоба определяют по формуле
р1.4 s (sin a* + /1 cos аж);
I----------г (7-36)
smax= Hx/Lx; cosa* = yjl-(Hx/Lx) ,
где — площадь скребка, м2;
L* — длина рабочего желоба, м;
аж — угол наклона желоба в рабочем режиме, град;
Н — высота подъема вырезанного щебня по желобу к месту разгрузки, м;
К4 — коэффициент заполнения желоба (К4 = 0,8-1,0).
Силу Pj 5 трения скребковой цепи о поверхность обоих желобов при их равной длине определяют по формуле
71.5 “ 2/,G!„y£-cosa)it, (7.37)
где Д'* 0,15-0,2 — коэффициент трения стали по стали при сильном абразиве.
При неодинаковой длине желобов силу 5 определяют как сумму сил для каждого желоба.
Мощности 6, г затрачиваемые на подъем вырезанного щебня и его разгон определяют по аналогии с центробежным очистительным рабочим органом по формулам
V2
^!.7 «У1бЛ)Нж ; Nl6 ~ (7.38)
Параметры роторных рабочих органов для щебнеочистительных машин должны обеспечивать необходимую перерабатывающую способность, гравитационную разгрузку вырезанного щебня и отвечать следующим условиям
LmJ KpF^ р n^g р’
236
где [VJ — допустимая скорость перемещения щебнеочистительной машины, м/с;
F'p — площадь сечения вырезаемого роторами слоя балласта, м2;
qK — емкость ковша, м3;
ZK — количество ковшей на роторе, шт;
п — частота вращения ротора, об/с;
7^=0,8-0,Й— коэффициент заполнения ковшей;
Dp — диаметр ротора по режущим кромкам, м;
g — ускорение силы тяжести, м/с2;
Pj =1,2-1,3 — коэффициент, зависящий от конструкции ротора.
Сопротивления перемещению рабочих органов щебнеочистительных машин, вырезающих щебеночный балласт, определяют по известным формулам, приведенным в курсе “Строительные и дорожные машины”, а также в специальной технической литературе [17], [20].
7.2. Щебнеочнстнтельные машины высокой производительности с малой глубиной очистки
Машины этой группы создавались с целью обеспечения повышенной выработки в технологическое “окно”, содержат вырезающие пассивные рабочие органы в виде подрезных ножей и подгребных крыльев и центробежные очистительные устройства. Конструктивно эти машины выполнены в прицепном варианте как на железнодорожном ходу с тяговой единицей в виде тепловоза с одной переоборудованной секцией для питания щебнеочистительного устройства при работе без снятия рельсо-шпальной решетки ЩОМ-Д, ЩОМ-ДО, ЩОМ-4, ЩОМ-4М, так и на комбинированном ходу с тракторной тягой при работе со снятой рельсошпальной решеткой (БМС).
Наибольшее распределение в путевом хозяйстве имеют машины моделей ЩОМ-4 и ЩОМ-4М, которые в настоящее время из-за недостатков, присущих их конструкциям, заменяются на современные модели щебнеочистительных машин для глубокой очистки щебня. Щебнеочистительные машины ЩОМ-4 и Щ0М-4М предназначены для очистки щебеночного балласта на путях с любыми типами рельсов и шпал и могут вырезать балласт из пути, очищать его,
237
удалять загрязнители в сторону от пути рассевом по откосам насыпей и выемок, поднимать путь на щебень, дозировать очищенный щебень, оправлять балластную призму, выставлять путь на заданную отметку, обеспечивать превышение одного рельса относительно другого в кривых участках пути.
Базой для машины (рис. 7.5) служат усиленные фермы электробалластера ЭЛБ-ЗМ. Кроме имеющихся на электробалластере дозатора 19, рельсовых 18 и шпальных Z< 5 щеток, устройства для подъема путевой решетки 13, щебнеочистительная машина оборудована роторным устройством 20 и консольным краном 3 (расположены на направляющей раме 17), устройством для пробивки шпальных ящиков 15, щебнеочистительным устройством 11, планировщиком 9, транспортером для отбора щебня 8 (размещены на рабочей ферме 10, соединенной с фермой 17 шарниром 16).
Для уменьшения сопротивления передвижению машины при работе роторным устройством вырезают балласт за торцами шпал со стороны обочины и междупутья. Устройство состоит из двух многоковшовых роторов, расположенных по обеим сторонам фермы. Их конструкция аналогична рабочим органам траншейных роторных экскаваторов. Каждый ротор оснащен лотком 21, который направляет высыпающийся из ковшей щебень внутрь
Рис. 7.5. Щебнеочистительная машина ЩОМ-4:
1 — кабина управления; 2 — навес; 3 — консольный кран; 4 — помещение для электростанции; 5, 14 — шпальные щетки; 6 — бункер; 7 — выносной пост управления; 8 — конвейер для отбора щебня; 9 — планировщик; 10, 17 — рабочая и направляющая рамы машины;
11 , 13, 15, 20 — устройства: щебнеочистительное, подъемное, для пробивки шпальных ящиков, роторное; 12 — крыло подгребающее; 16 — междуферменный шарнир; 18 — рельсовая щетка; 19 — дозатор; 21 — лоток
238
колеи. Роторы устанавливают в транспортное и рабочее положения телескопическими штангами и гидроцилиндрами, расположенными под фермой и по ее боковым сторонам. Вращаются роторы электродвигателями переменного тока через механическую передачу. Дозатор 19 позволяет равномерно распределять по ширине пути предварительно выгруженный или вырезанный роторным устройством балласт. Конструкция дозатора 19 такая же, как у дозатора электробалластера. Поднимают, наклоняют и поворачивают крылья дозатора гидроцилиндрами.
Механизм для пробивки шпальных ящиков 75 предназначен для удаления щебня, застрявшего между шпалами поднятой путевой решетки. Он состоит из рычага с осью, на которой свободно вращается втулка с равномерно расположенными по ее поверхности спицами с утолщенными наконечниками. Спицы, вступая в зацепление со шпалами, перемещаются по ним, как по рейке, попадают в пространство между шпалами и проталкивают зависший в них щебень под путевую решетку. Поднимают и опускают этот механизм гидроцилиндрами, снабженными амортизирующим приспособлением. Путевая решетка, как и у электробалластера ЭЛБ-ЗМ, поднимается устройством 13. Механизмы подъема, сдвига и перекоса путевой решетки на ЩОМ-4 приводят в действие гидроцилиндрами.
Конструкция щебнеочистительного устройства представлена на рис. 7.1 и описана в разделе 7.1.2. Привод щебнеочистительного устройства осуществляется двумя электродвигателями постоянного тока мощностью 200 кВт.
Планировщик 9 (см.рис.7.5) разравнивает очищенный щебень по ширине балластной призмы. Он состоит из четырех отвалов, шарнирно закрепленных на стойках под поднятой рельсошпальной решеткой. Отвалы планировщика соединяют попарно так, что они образуют два отвальных плуга с углом 120° при вершинах. Конструкция планировщика позволяет гидроцилиндрами управления устанавливать отвалы по высоте и выполнять их перекос; а также поднимать или опускать задний отвал относительно переднего.
Устройство для отбора щебня предотвращает переподъемку пути, состоит из конвейера 13 (см. рис. 7.1) с сетчатой лентой и бункера 11, оборудованного наклонными желобами. Чтобы отрегулировать подачу очищенного щебня в путь, конвейер перемещают вдоль своей оси двумя гидроцилиндрами. Из бункера в
239
зависимости от положения заслонки щебень может ссыпаться по желобам в шпальные ящики или вдоль колеи за торцы шпал.
Консольный поворотный кран 3 (см. рис. 7.5) служит для укладки подрезного ножа на палубу фермы и опускания его перед работой на обочину пути к подготовленному месту для зарядки щебнеочистительного устройства. Гидравлическая система машины состоит из трех насосных станций, распределительной аппаратуры, гидроцилиндров. Для питания рабочих органов с электроприводом в помещении кабины 4 установлена электростанция мощностью 200 кВт. Рабочими органами управляют из кабины 7, двух выносных постов 7 и двух постов, установленных под навесом 2. В кабине 7 есть помещение для отдыха бригады. Перемещают машину тепловозом ТЭ-3.
Машина Щ0М-4М (рис. 7.6) является модернизированным образцом машины ЩОМ-4, оборудована дополнительным центробежным очистным устройством 2, установленным на направляющей раме за роторным рабочим органом, транспортером 7, подающим вырезанный роторами щебень в дополнительное очистное устройство 2, бункером-распределителем 3 для укладки очищенного очистным устройством 2 щебня в вырытые роторами траншеи, транспортерами 4, 5 для передачи чистого щебня от дополнительного очистного органа в бункер-распределитель 7, установленный за основным очистным устройством, и поворотным устройством 6 для подачи щебня в подвижной состав, расположенный на соседнем пути.
Высокая производительность машин рассмотренной группы обусловлена неограниченной в пределах рабочих скоростей (от 1,0 до 3,0 км/ч) перерабатывающей способностью пассивных
4
Рис. 7.6. Щебнеочистительная машина ЩОМ-4М:
1 — конвейер № 1 второго очистного устройства; 2 — второе очистное устройство; 3 — бункер-распределитель чистого
240
резных ножей и большой производительностью центробежных очистительных устройств, а ограниченная глубина вырезки щебня — большими тяговыми сопротивлениями возникающими на пассивных режущих устройствах. Для перемещения таких машин в рабочем режиме требуются тепловозы с тяговым усилием не менее 600 кН (ЩОМ-ДО, ЩОМ-Д, ЩОМ-4, ЩОМ-4М) или не менее двух тракторов типа Т-130 с тяговым усилием 300-350 кН. В процессе работы машины на рельсовом ходу происходят сдвижка шпал, повреждение рельсов при проскальзывании колес тепловоза, возникает опасность выброса рельсошпальной решетки при работе на бесстыковом пути из-за большой (до 0,5 м) ее подъемки. Все это требует проведения дополнительных работ при ремонтах пути и установки рихтовочно-фиксирующих устройств в конструкции щебнеочистительных машин типа ЩОМ-4, ЩОМ-4М, ЩОМ-Д.
Использование щебнеочистительных машин описанной группы, из-за недостаточной глубины очистки щебня и выброса засорителя в сторону от пути на откосы земляного полотна при ремонтах пути, привело к негативным последствиям: к переподъ-емке пути и увеличению высоты балластной призмы до 0,8-1,0 м, к увеличению или полной ликвидации обочин земляного полотна, появлению балластных шлейфов на откосах насыпи, периодическому засорению и необходимости очистки кюветов.
Эти негативные факторы снижают устойчивость пути и не позволяют реализовать программу повышения скоростей движения поездов и обеспечения необходимой безопасности движения подвижного состава.
Продолжение рис. 7.6.
щебня от второго очистного устройства; 4, 5 — конвейеры Ns 3 и Ns4; поворотный конвейер; 7 — бункер-распределитель
241
£ Таблица 7.7. Техническая характеристика щебнеочистительных машин с центробежным очистительным устройством
Значение параметра
Параметр щомлм щомл ЩОМ-ДО ЩОМ-ДО ВМС ЩОМ-ЗУ (стрелочная) DELC-800 (Чехия)
1 2 3 4 5 6 7 8
Производительность, м7ч До 1500 До 1200 До 1000 До 1500 До 1000 80-100 500
Ширина очистки, м 3,6-5,0 3,6-5,0 3,6-5,0 3,6 5 4 4,2
Глубина очистки, м До 0,2 До 0,15 До 0,15 До 0,25 До 0,1 0,26-0,45 До 0,4
Тип ходовой части рельсов. рельсов. рельсов. рельсов. гусенич. рельсов. рельсов.
Скорость движения сетчатой ленты, м/с До 14 До 14 До 12 9-10 До 12 9-12 5,3
Способ передвижения Несамоходные Самоходные
Подъемная сила электромагнитов, кН 480 440 300 509,65 — — 240
Высота подъема, м 0,48 0,35 0,35 0,6 — — 0,15
Скорость передвижения в режимах, км/ч: транспортном рабочем До 60 0,5-3,0 До 80 0,5-3,0 До 50 1-2 До 80 1-2 10 0,6-1,0 До 60 1-2 0,07-0,45 70
Численность обслуживающего персонала 7 6 5 6 2-2 3 2
Продолжение табл. 7.7
1 2 2
Масса машины, т 186 160
Габарит по ГОСТ 9238; в транспортном режиме в рабочем режиме 1-Т Т 02-Т Т
* Без учета массы двух тракторов
4 5 6 7 8
148 160 15* 86 80
1-Т 01-Т 1-Т 1-Т 02-Т
1-Т 1-Т 1-Т 1-Т 02-Т
Щебнеочистительные машины ЩОМ-ДО были выпущены в единичных экземплярах, а машины ЩОМ-Д, ЩОМ-4, ЩОМ-4М, БМС сняты с производства и заменяются на машины для глубокой очистки щебня и замены балласта. Технические характеристики машин данной группы приведены в табл.7.7. Более подробно с конструкцией таких машин можно ознакомиться в специальных литературных источниках [17], [20] и др.
7.3. Щебнеочнстнтельные машины для торцевой очистки щебня
К данной группе щебнеочистительных машин относятся машины типа УМ-М, УМ-С, ЩОМ-6Р, которые вырезают загрязненный щебень по торцам шпал, очищают и дозируют его в вырезанные роторными рабочими органами траншеи. Указанные машины могут также производить вырезку балласта из междупутья и с обочин как с одной, так и с обеих сторон пути, перегружать вырезанный балласт или засоритель в специализированный подвижной состав, формировать плугами (УМС) откосы при ремонтах и текущем содержании пути.
Прицепная машина УМ-М (рис. 7.7) может быть использована при ремонтных работах и текущем содержании пути при температуре окружающего воздуха не ниже -10°С и несмерзшемся балласте. Экипажная часть состоит из фермы 3 сварной конструкции, которая расположена на двух двухосных тележках 17. На ферме устанавливается и монтируется все оборудование и устройства машины.
Роторное устройство 2 предназначено для вырезки балласта за концами шпал со стороны обочины и междупутья при работе машины. Принцип действия роторного устройства аналогичен действию роторных многоковшовых экскаваторов. Роторное устройство в основном состоит из двух многоковшовых роторов, расположенных по обеим сторонам машины (по одному на сторону), направляющих штанг укреплённых на ферме, четырёх штанг, на которых установлены пантографные подвески роторов, гидроци-
244
Рис. 7.7. Щебнеочистительная машина УМ-М:
1 — конвейер ротора; 2 — роторное устройство; 3 — рама; 4 — устройство щебнеочистное с отбором засорителей; 8 — установка вибробункера; 9 — конвейер отбора чистого щебня; 10 — конвейер отбора балласта; 11 — гидростанция; 12 — ножи зачистные; 13 — шпальные щетки; 14 — укосина; 15 — установка дизель-генератора; 16 — топливный бак; 17 — тележка; 18 — гидроцилиндр; 19 — рама ротора; 20 — штанга
линдров 18 для подъёма и перемещения роторов в транспортное и рабочее положение. Каждый ротор установлен на специальной раме 19 (сварной конструкции), шарнирно соединённой с опорой, укреплённой на цилиндрических горизонтально расположенных штангах 20. Штанги устанавливаются в направляющих (приваренных к нижним и верхним поясам фермы) и могут перемещаться вдоль них.
Каждый ротор имеет возможность: подниматься и опускаться в вертикальной плоскости; перемещаться горизонтально в плоскости, перпендикулярной продольной оси машины за счет перемещения штанг вдоль направляющих.
Перемещения ротора осуществляются при помощи гидравлических цилиндров и вызваны необходимостью перевода ротора из транспортного в рабочее положение и обратно, а также необходимостью изменения его заглубления и удаления от торцев шпал. В транспортном положении роторы запираются на опорах, приваренных к верхним поясам и закрепляются стяжками. Ротор состоит из двух стальных дисков, соединённых между собой уголками, на которых смонтированы и укреплены по окружности 8 ковшей. Ротор опирается на четыре поддерживающих катка, расположенных на двух поддерживающих валах (по два катка на каждом валу) и направляются четырьмя катками, расположенными на двух направляющих (нижних) валах. Валы опираются и вращаются в шарико-подшипниках, корпусы которых закреплены на раме ротора. Ковш ротора состоит из днища, двух боковых стенок. Задняя стенка выполнена цепной. На дисках с обеих сторон ротора закреплены зубчатые рейки, которые находятся в зацеплении с двумя шестернями привода ротора. Ротор имеет автономный электромеханический привод, установленный внутри рамы ротора. Привод состоит из коническо-цилиндрического редуктора, соединённого при помощи цепной муфты с электродвигателем переменного тока.
Внутри дисков ротора установлен приёмный бункер, предназначенный для направления балласта на поперечный конвейер 1, который предназначен для подачи балласта с роторов на продольный конвейер 10. Конвейер состоит из рамы сварной конструкции с опорными катками, механизма привода ленты (мотор-барабана), натяжного барабана и подвески. Один конец конвейера шарнирно установлен на раме ротора, второй — соединён шарнирно подвеской с фермой машины. Конвейер 10 246
продольного отбора вырезанного балласта предназначен для перемещения балласта, полученного с поперечных конвейеров на очистку в щебнеочистительное устройство 4 или, минуя его, на погрузку в подвижной состав конвейерами подачи загрязнителей и поворотным конвейером 6.
Привод конвейеров электромеханический и состоит из электродвигателя переменного тока, цилиндрического одноступенчатого редуктора и приводных звёздочек.
Щебнеочистительное устройство 4 с отбором загрязнителей предназначено для очистки щебёночного балласта. Очистной орган состоит из ленты плетёной, вала ведущего, двух батарей с катками, натяжного и регулирующего устройства и поддона. Лента плетёная состоит из двух роликовых цепей ПРП-50,8-800 с шагом 50,8 мм, к которым приварены скобы с пластинами, спиралей, прутков и скользунов. Конструкция элементов ленты такая же, как и у машины БМС (см. рис. 7.1. вид В). Лента представляет собой замкнутый контур и опирается на 2 звёздочки ведущего вала, две батареи с катками и направляющими катками. Привод ленты состоит из электродвигателя переменного тока мощностью 90 кВт, одноступенчатого редуктора с передаточным числом i = 3,45, который своим выходным валом соединён с ведущим валом, на котором закреплены 2 звёздочки, приводящие в движение ленту. С правой стороны очистного устройства (по ходу движения машины) осуществляется отбор загрязнителей, удалённых из очищаемого щебня через сетку. Загрязнители улавливаются вертикальной стенкой закрывающегося короба и осыпаются на конвейер поперечной подачи загрязнителей, который подаёт загрязнители на продольный транспортёр 7 и далее на погрузку поворотным конвейером 6.
Бункер распределитель 8 предназначен для приёма очищенного щебёночного балласта с очистного органа и направления его в траншеи, вырытые роторным устройством машины. Это делается в тех случаях, когда производится вырезка балласта роторным устройством за концами шпал и после очистки щебень возвращается в вырытые траншеи. Бункер-распределитель состоит из корпуса, имеющего два патрубка, расходящихся в разные стороны, к которым крепятся на осях подвижные лотки. Лотки устанавливаются в два положения — транспортное и рабочее. Заслонкой изменяется направление потока щебня. При крайних положениях перекрывается поступление щебня к соот
247
ветствующему лотку, промежуточное положение позволяет делить поток щебня между двумя лотками в требуемом для засыпки вырытых траншей соотношении.
Гидравлическая система предназначена для обеспечения работы узлов гидропривода рабочих органов машины, питаемой гидростанцией 11. На цилиндрах подъёма роторов (для обеспечения их неизменного заглубления в процессе работы), цилиндрах выдвижения роторов установлены гидравлические замки двустороннего действия. Особенностью работы гидросистемы является нагружение её под давлением только при включении какого-либо рабочего органа машины. Всё остальное время давление в системе снято путём перепуска рабочей жидкости через предохранительно-разгрузочный клапан в бак. Такое устройство гидросистемы снижает вероятность самопроизвольного включения рабочих органов машины при отказах соответствующих гидрораспределителей или электросистемы, а так же значительно повышает ресурс работы гидростанции.
Для торможения машины в процессе движения, на ней оборудована тормозная система, включающая в себя автоматический и ручной тормоза. Автотормозами оборудованы все тележки, ручным тормозом только одна. Работа системы также возможна от внешних источников сжатого воздуха для чего производится соответствующее переключение кранов.
Электрооборудование машины УМ предназначено для: подачи трёхфазного переменного тока U = 380 В f - 50 Гц, передачи напряжения от источников тока ко всем потребителям электрической энергии с обеспечением необходимой защиты во всех электрических цепях (управления электроприводами рабочих органов машины, освещения помещений кабины и осуществление поездной сигнализации, контроля режимов работы дизель-генератор-ных установок). В состав электрооборудования входят: дизель-электрический агрегат фирмы “Cummins”, мощностью 286 кВт, U - 400 В, I = 516 A, coscp = 0,8, с выносной панелью для контроля режимов работы дизель-генераторной установки, шкаф коммутации, где расположены аппараты защиты электрических цепей и переключатель реверса двигателя очистного органа, пульт управления электрооборудованием, находящийся в кабине управления, выносной пульт управления поворотом и передвижением поворотного конвейера, выносной пост управления заслонкой бункера и наклонным листом, перемещением конвейера продольного
248
отбора балласта, аккумуляторные батареи, установленные под кабиной, светильники освещения внутренних помещений кабины, поездные буферные фонари, розетки для подключения электропечей, служащих для обогрева кабины, переносных ламп освещения и других бытовых приборов.
Рабочие органы машины могут работать в трех режимах: на вырезке засоренного балласта и передаче его в составы для засорителей, на вырезке засоренного балласта, очистке, укладке очищенного балласта в траншеи и перегрузке засорителей в специализированный состав, а также на вырезке загрязнённого балласта, его очистке, передаче очищенного балласта конвейером 9 в состав для чистого щебня, и перегрузке засорителей в специализированный состав для его вывоза.
Машина уборочная самоходная УМ-С (рис. 7.8) предназначена для вырезки балласта ротором 3 из междупутья и обочины, как с одной так и с обеих сторон пути, а так же для формирования плугами 12 откосов и кюветов при ремонтах и текущем содержании пути. Вырезанный балласт грузится в подвижной состав как в неочищенном так и в очищенном виде. Очищенный щебень, кроме того, может дозироваться снова в путь. При формировании откосов и кюветов балласт и грунт могут отсыпаться непосредственно вдоль обрабатываемого участка.
Машина УМ-С может работать как самостоятельная транспортная единица, как в транспортном, так и в рабочем режимах и представляет собой путевую машину с индивидуальным приводом средних колёсных пар тележек 1. Управление машиной при следовании самоходом в транспортном режиме осуществляется из одной из двух кабин, а в рабочем режиме из передней кабины 4.
Питание тяговых двигателей и электродвигателей рабочих органов и гидростанций осуществляется от дизель-электричес-кого агрегата. Передача крутящего момента от тяговых электродвигателей на колёсные пары осуществляется через зубчатую прямозубую передачу тягового редуктора аналогично тепловозам типа ТЭ10. Машина УМ-С оборудована системами питания и выхлопа дизеля, световой и звуковой сигнализацией, системой безопасности движения АЛСН, контрольно-измерительной аппаратурой, приборами управления, радиостанцией.
Основу машины составляет сварная из листового металла рама, которая опирается на две трёхосные тепловозные привод-
249
8
,7
,10
9 .6
17
Рис. 7.8 Щебнеочистительная машина УМ-С:
1 — тележка ходовая; 2 — установка дизель-генератора; 3 — роторное устройство; 4 — кабина передняя; 5 — конвейер чистого щебня; 6 — конвейер подачи балласта; 7 — конвейер отбора
ные тележки 1, размещённое оборудование, подкапотные силовые установки и рабочие органы, система конвейеров с заслонками и лотками. Тормоз машины колодочный с двухсторонним нажатием колодок на колесо. Привод тормоза пневматический и ручной. Управление пневматическими тормозами машины осуществляется из кабин кранами машиниста. Ручными тормозами оборудована задняя тележка, привод которой размещается в задней кабине 10. Ручной тормоз предназначен для затормаживания машины на стоянке.
Передняя (по рабочему ходу) кабина 4 установлена за капотом и является совмещённой как для управления машиной в транспортном режиме так и в рабочем. Задняя кабина служит для управления машиной при движении назад и имеет только одно рабочее место машиниста. В задней кабине установлен скоростемер, блок АЛСН, реверсор и радиостанция.
Роторное устройство 3 состоит из ротора с 12 ковшами, рамы ротора с роликами, ведущего вала, электромеханического привода и конвейера 16. Роторное устройство установлено на подъёмной балке, которая в свою очередь установлена на поворотной балке. Перемещение ротора в пространстве осуществля-250
Продолжение рис. 7.8.
засорителей; 8 — поворотный конвейер; 9 — грохот; 10 — кабина задняя; 11 — бак топливный основной; 12 — плуг; 13 — механизм подъёма и перемещения конвейера вырезки балласта; 14 — рама; 15 — гидростанция; 16 — конвейер ротора; 17 — бункер распределитель
ется вверх, вниз, вправо, влево и вокруг своей оси на 180°. Конвейер ротора 16 реверсируемый, а угол его наклона устанавливается гидроцилиндром. Редуктор привода ротора двухступенчатый; первая ступень коническая, вторая — цилиндрическая. Роторное устройство имеет механическую защиту по усилию на ковше — в муфте, соединяющей редуктор и электродвигатель имеется срезной штифт. Ковш шире ротора и имеет специальную форму режущей кромки, которая обеспечивает приемлемые углы резания и отсутствие осевых усилий на боковые стенки ротора, как при продольном копании, так и при установке ротора под углом к оси пути.
Конвейеры 6 вырезанного балласта обеспечивают его подачу от роторных конвейеров в самую верхнюю точку над грохотом 9 откуда балласт с помощью лотков, направляеться индивидуально для каждого из конвейеров или на грохот для последующей очистки, или на конвейер загрязнителей 7 для последующей подачи на поворотный конвейер 8. Конвейеры для снижения веса выполнены с рамами ферменного типа, а движение ленты осуществляется с помощью мотор-барабанов.
251
На конвейер загрязнителей 7 поступает или вырезанный балласт, при установке лотков в положение, направляющее поток, минуя грохот, или загрязнители, после просева на грохоте, при установке лотков в положение на грохот, или вырезанный балласт с одного из конвейеров вырезанного балласта и загрязнители, просеянные из балласта с другого конвейера, при соответствующем положении лотков.
Бункер-распределитель 17 обеспечивает подачу очищенного щебня либо в траншеи возле торцев шпал с возможностью деления потока в требуемом соотношении на одну и другую стороны, либо на конвейер чистого щебня 5, который служит для погрузки чистого щебня в подвижной состав и состоит из двух частей: наклоненной и горизонтальной. Приводы выполнены с использованием двух мотор-барабанов, расположенных на обоих частях конвейера.
Плуги 12, аналогичные плугам машины СЗП-600, смонтированы по обе стороны машины, лемех каждого из плугов состоит из двух крыльев, которыми можно самостоятельно управлять. Положение крыльев определяет направление потока материала при работе. Изменяя наклон и удаление стрелы, наклон лемеха относительно стрелы и угол между крыльями можно обеспечить выполнение широкого спектра работ. Управление положением частей плуга относительно друг друга и относительно пути выполняется с помощью гидроцилиндров.
Щебнеочистительная машина Щ0М-6Р разработана в едином комплексе ЩОМ-6 для глубокой очистки щебня и будет рассмотрена в следующем параграфе.
Щебнеочистительные машины для торцевой очистки щебня могут использоваться как отдельно в машинизированных комплексах при ремонтах пути только с торцевой очисткой щебня, так и в щебнеочистительных комплексах при ремонтах пути со сплошной очисткой щебня совместно с машинами для глубокой очистки. Причем при ремонтах пути со сплошной очисткой щебня рассмотренные машины частично разгружают машины для глубокой очистки и способствуют увеличению выработки всего машинизированного комплекса в технологическое “окно”.
Технические характеристики машин для торцевой очистки щебня представлены в табл.7.8.
252
Таблица 7.8
Параметры Значение параметра
УМ-С УМ-М ЩОМ-6Р
Производительность при очистке щебня, м3/ч 600 800 600
Заглубление роторов ниже головки рельса, мм 1200 850 900
Досягаемость ротором от оси пути по внешней стороне ротора, мм 4000 2450 2600
Скорость машины, км/ч: рабочая 0,5-1,5 0,5-1,5 0,5-1,5
транспортная, самоходом 60 — —
транспортная в составе поезда 70 80 80
Сила тяги в рабочем режиме, тс 6
Силовая установка, дизель-генератор фирмы “Cummins” мощностью, кВт 400 286
Суммарная установленная мощность привода, кВт 444
Габарит машины 1-Т 1-Т 1-Т
Масса машины, т 138 80 96
Длина по осям автосцепки, мм 29880 23680 27670
7.4. Машины для глубокой очистки щебни и замены балласта
7.4.1. Щобноочнстнтольныо машины СЧ-600 н СЧ-601
Машины для глубокой очистки щебня и замены балласта (РМ-80, РМ-76, СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800, комплекс ЩОМ-6, АХМ-1 и др.) предназначены для очистки и вырезки загрязненного щебня на глубину до 0,5 м и более. Эти машины выпускаются на железнодорожном ходу: как в прицепном варианте (СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800, комплекс ЩОМ-6), так и в
253
самоходном варианте (РМ-80, АХМ-1) и используются в составе щебнеочистительных машинизированных комплексах при ремонтах пути со сплошной очисткой или заменой балласта. Они имеют основной вырезающий орган в виде цепного скребкового устройства. В качестве тяговых единиц при прицепном исполнении машины используют тягово-энергетические модули, которые рассматриваются в следующем параграфе.
Щебнеочистительные машины СЧ-600 и СЧ-601 имеют одинаковую конструктивную схему и различаются только модернизацией некоторых узлов и дополнениями, выполненными на машине СЧ-601. В зависимости от технологического процесса, возможны два варианта работы машины: вырезка балласта — (при полной вырезке) балласт может подаваться через поворотный конвейер в специализированный состав или на откос земляного полотна, а при очистке вырезанный балласт подается на грохот, очищенный щебень возвращается в балластную призму, а мелкая фракция (загрязнитель) может отгружаться в специализированный состав или на откос земляного полотна.
При работе машин СЧ-600 и СЧ-601 в режиме “ОЧИСТКА” загрязненный балласт (рис. 7.9), перемещаемый транспортером 6, разгружается в заднюю часть грохота 7, а при работе в режиме “ПОЛНЫЙ ОТБОР” транспортер 6 смещается на 630 мм в переднюю часть и балласт попадает на наклонный транспортер 8.
Машина СЧ-600 (см. рис.7.9) состоит из рамы 1, опирающейся на две двухосные тележки 2, 3. На раме 1 установлены: выгребное устройство 4, для вырезки загрязненного щебня из пути, приемочный бункер 5, транспортер подачи вырезанного щебня, грохот 7, транспортер 8 для подачи загрязнителя, поворотный транспортер 9, для передачи загрязнителя (вырезанного балласта) в специализированный подвижной состав или выгрузки на откосы земляного полотна, транспортер — накопитель 10, распределитель 11 щебня, подъемное устройство 12 для подъема рельсошпальной решетки, измерительная система 73, кабина 14 управления, а также гидро-, электро- и пневмооборудование.
Рама машины установлена на две двухосные тележки ЦНИИ-ХЗ модели 18-100. Тележки соединяются с рамой при помощи шкворневого узла, через который передаются поперечные и продольные усилия тележек на раму машины. Обе тележки машины оборудованы пневматическим тормозом, а ручным только передняя. Торможение производится при помощи маховика.
254
Рис. 7.9. Щебнеочистительная машина СЧ-600:
1 — рама; 2, 3 — тележки; 4 — выгребное устройство; 5 — приемочный бункер; 6 — конвейер для подачи вырезанного щебня; 7 — грохот; 8 — конвейер для подачи засорителя; 9 — поворотный конвейер; 10 — накопитель; 11 — распределитель щебня; 12 — подъемное устройство для рельсошпальной решетки; 13 — измерительная система; 14 — кабина управления;
15 — гидроцилиндр установки уровня выгребного устройства; 16 — электродвигатели привода баровой цепи; 17 — поперечный конвейер
Выгребное устройство 4 выполнено в виде цепного скребкового рабочего органа, обеспечивает вырезку балласта из пути и его транспортировку на транспортер 6 подачи балласта. Скребковые цепи (см. рис. 7.4) движутся в правом и левом желобах, соединенных между собой под шпалами ремонтируемого пути при помощи подпутной балки, которая устанавливается симметрично оси пути в предварительно подготовленной траншее и имеет различную длину: короткую для работы на станционных путях и увеличенную для работы на перегонах. В транспортном положении одна балка расположена на специальных кронштейнах и устанавливается при помощи электроталей, вторая же находится на площадке рамы передней части машины. Концы желобов снабжены пригребными плугами и позволяют производить регулировку ширины захвата. Желоба имеют защитные перила и кнопки аварийной остановки цепи. Глубина вырезаемого слоя устанавливается гидроцилиндрами 15 (см. рис. 7.9), подвешенными на раме машины. Цепь приводится в движение двумя электродвигателями привода через редуктор, установленный на опоре. Система крепления редуктора позволяет регулировать натяжение цепи.
Виброгрохот (рис. 7.10) имеет два сита 6, 8, расположенные параллельно в коробе 1, вибратор 4, установленный на раме 5 и синхронизирующий вал 7.
Поверхность очистки сит представляет собой прочные стальные сетки, верхняя с крупными, а нижняя с мелкими ячейками, что позволяет отделить щебень зернистостью более 25 мм. Грохот установлен с уклоном 26° на четырех пружинных амортизаторах 2. Возвышение колеи ремонтируемого пути компенсируется изменением поперечного уклона грохота. Отходы просеиваются на наклонный транспортер 8 (см. рис. 7.9), очищенный щебень с обеих поверхностей очистки поступает в распределитель 11, а избыток — на транспортер-накопитель 10. В случае необходимости, при помощи заслонки с гидроприводом можно весь поток направить на транспортер-накопитель 10.
Наклонный конвейер 8 служит для транспортирования загрязненного балласта на поворотный конвейер 9. На нижнем конце установлена загрузочная воронка для загрязнителей, поступающих из грохота, а в верхней части — мотор-барабан для привода ленты и пересыпное устройство для подачи загрязнителя на поворотный транспортер. В средней части установлена
256
9 Путевые машины
Рис. 7.10. Гоохот:
1 — короб; 2 — опора пружинная; 3 — люк; 4 — вибратор; 5 — рама вибраторов; 6 — верхний ярус сит; 7 — вал синхронизирующий; 8 — нижний ярус сит
воронка 16 для приема загрязнителей при работе в режиме “ПОЛНЫЙ ОТБОР”.
Поворотный конвейер 8 предназначен для транспортировки загрязнителей за пределы машины, и имеет возможность поворачиваться на 360°. Лента приводится в движение при помощи мотор-барабана. Приводы конвейеров — электрические.
Подъемное устройство 12 расположено под наклонным участком рамы и предназначено для подъема и бокового перемещения относительно оси пути рельсошпальной решетки. Устройство состоит из двух подъемников, каждый из которых снабжен двумя подъемными и двумя направляющими роликами, и взаимодействует с одной рельсовой нитью пути. Раздельное управление подъемников позволяет укладывать рельсошпальную решетку в кривых участках пути. Подъем и опускание производится гидроцилиндрами. Управление работой производится из кабины управления или выносного пульта. В транспортном положении подъемники фиксируются механическим способом.
При транспортировании машины поворотный транспортер занимает положение под горизонтальной частью наклонного транспортера 8 и фиксируется механическим путем.
Накопитель 10 представляет собой тихоходный цепной транспортер и является аккумулятором балласта, который используется для засыпки места разрядки машины.
Сателлит или распределитель балласта 11 размещается в средней части вдоль оси машины под рамой. Опускается и поднимается гидроцилиндрами. Четыре колеса после опускания опираются на рельсы, поэтому укладка щебня производится вдоль оси пути. Передняя часть распределителя установлена вблизи выгребной балки, предназначена для дозировки щебня в шпальные ящики по концам шпал и оборудована вибратором с резиновыми амортизаторами. Задняя часть распределителя — сварная конструкция из листового металла, служит для укладки щебня в шпальный ящик между рельсов вблизи задней тележки машины по уровню верха шпал. Между передней стенкой распределителя и задним направляющим устройством размещается заслонка с гидроприводом, которая может регулировать объем высыпанного щебня в поперечном направлении. Избыток щебня отводится на сторону при помощи поперечного транспортера 17.
Управление технологическим процессом производится из кабины 14, установленной снизу рамы в непосредственной близости
258
от выгребного устройства. С целью уменьшения вибрации, кабина подвешена при помощи четырех резиновых амортизаторов. Внутри кабины размещены два основных поста управления, оснащенные подрессоренными сидениями и вспомогательный — для управления стоя.
Гидравлическое оборудование машины предназначено для обеспечения управления рабочих органов. Для этой цели на задней площадке рамы машины размещена гидростанция с рабочим давлением 12 МПа, которая обеспечивает: натяжение цепи выгребного устройства; подъем и перемещение желобов; установку пригреб-ных плугов; требуемый наклон грохота; смещение транспортера подачи балласта; управление заслонками переднего и заднего распределителей; подъем и наклон левого и правого подъемников.
Машины СЧ-600 и СЧ-601 не оборудованы собственным источником сжатого воздуха и потребляют по питательной и тормозной магистралям воздух от тягово-энегргетического модуля для работы пневмо- и тормозного оборудования.
Электрооборудование машин СЧ-600 и СЧ-601 обеспечивает управление рабочими органами с электроприводом, измерение параметров и дистанционное управление в рабочем режиме из кабины.
Источником переменного тока являются тяговые энергетические модули типа УТМ или другие, имеющие энергетические установки, достаточные для питания электропривода машин. Подвод питания осуществляется через штепсельные разъемы, размещенные на лобовом листе машины. К силовому электрооборудованию относятся: мотор-барабаны транспортеров, электродвигатели привода выгребной цепи, транспортера-накопителя и гидростанции.
В машине СЧ-601, по сравнению с моделью СЧ-600, на скребках установлено по четыре зуба, вместо трех, увеличены высота направляющей части тяговой цепи, сечения и длина желобов, их жесткость, изменены: система крепления гидроцилиндров раздвижения желобов; длина подпутной балки; конструкция подъемного устройства и место его крепления для более надежного прохождения стыков; конструкция сателлита для более равномерного распределения щебня; применен пробивщик шпальных ящиков; поворотный транспортер выполнен с двумя мотор-барабанами, вместо одного; грохот оснащен двумя вибраторами; на транспортерах применены мотор-барабаны с
259
обрезиненной поверхностью; установлен автономный аварийный гидроагрегат для приведения в транспортное положение; введены дополнительные выносные пульты управления для удобства работы машинистов; вибраторы для уплотнения поверхности среза; улучшена система измерения положения рабочего органа, повышена виброзащищенность датчика.
Пробивщик балласта служит для освобождения от слежавшегося загрязненного балласта шпальных ящиков и установлен перед рабочей кабиной. Принцип работы состоит в механическом удалении балласта при помощи пневмоцилиндра. В транспортное положение пробивщик устанавливается с помощью гидравлических цилиндров и механически фиксируется, а в кривых участках устанавливается симметрично продольной оси пути с помощью гидроцилиндра.
7.4.2. Щебнеочистительный комплекс ЩОМ-6
Он состоит из двух модулей: машины ЩОМ-6Р для торцевой очистки (вырезки) балласта и машины ЩОМ-6Б для глубокой сплошной очистки (вырезки) балласта. Модули машины ЩОМ-6 могут работать как в отдельности, так и совместно.
Щебнеочистительная машина Щ0М-6Р (рис. 7.11) выполнена в прицепном варианте на железнодорожном ходу и состоит из рамы 1 опирающейся на две двухосные тележки 2, 3. На раме 1 машины установлены роторный рабочий орган 4, включающий два ротора, расположенные по обеим сторонам машины, конвейеры 5, 6 для передачи вырезанного роторами балласта на загрузочный конвейер 7, вибрационный грохот 8 для очистки щебня, конвейер 9 для отбора засорителей, поворотный конвейер 70 для перегрузки засорителя или вырезанного балласта в специализированный подвижной состав, посредством конвейера 77, установленного на крыше тягово-энергетической установки 72, верхние конвейеры 13, 14 для передачи засорителей или вырезанного балласта, поступающих с машины ЩОМ-6Б при совместной работе двух модулей комплекса ЩОМ-6, через бункер-приемник 75 на конвейер 9, кабину 16.
Очищенный в очистном устройстве (грохоте) щебень попадает через приемный лоток на устройство для отбора чистого щебня, состоящее из двух последовательно расположенных желобчатых конвейеров приемного 77 и передающего 18.
260
Рис. 7.11. Щебнеочистительная машина Щ0М-6Р:
1 — рама машины; 2, 3 — тележки; 4 — роторный рабочий орган; 5, 6 — конвейеры; 7 — загрузочный конвейер; 8 — вибрационный грохот; 9 — конвейер отбора засорителей; 10 — поворотный конвейер; 11 — конвейер ТЭУ; 12 — ТЭУ; 13, 14 — верхние конвейеры; 15 — бункер-приемник; 16 — кабина управления; 17, 18 — приемный и передающий конвейеры; 19 — бункер-распределитель; 20 — концевой конвейер
С передающего конвейера 18 очищенный щебень направляется в бункер-распределитель чистого щебня 19, который в зависимости от условий работ распределяет очищенный щебень или обратно в траншеи за концы шпал, вырезанные роторами, или на конвейер концевой 20, который в свою очередь передает щебень или на приемный конвейер баровой машины или на приемный конвейер специализированного состава для отбора чистого щебня, если это необходимо по условиям работ.
Щебнеочистительная машина Щ0М-6Р может работать в двух технологических режимах: на вырезке балласта и очистке щебня. При вырезке балласта лоток бункера-приемника 75 открыт и вырезанный щебень с конвейера 7 в случае совместной работы обеих модулей с конвейера 14 поступает на конвейер 9. При очистке щебня лоток бункера-приемника 75 закрыт и вырезанный щебень, образуясь от закрытого лотка, с конвейеров 7, 14 поступает в грохот 8.
Роторное устройство 4 предназначено для вырезки щебеночного балласта за концами шпал со стороны обочины и междупутья. Принцип действия роторного устройства аналогичен действию роторных многоковшовых экскаваторов. Роторное устройство (рис. 7.12) состоит из двух многоковшовых роторов, левого 7 и правого 2, расположенных по обе стороны машины (по одному на сторону) и установленных на расстоянии 3,35 м от оси шкворня задней тележки 3 (см. рис. 7.11). Каждый ротор установлен посредством штанги сварной конструкции 3, 4, которая с одной стороны при помощи двойного шарнира связана с рамой машины, а с другой стороны шарнирно связана с внутренней (основной) рамой 5 ротора. Положение каждого ротора устанавливается тремя гидроцилиндрами: гидроцилиндром подъема ротора 6, гидроцилиндром выдвижения ротора 7 и гидроцилиндром выравнивания ротора 8, устанавливающим ротор параллельно оси пути. Максимальное выдвижение роторных устройств относительно оси пути и заглубление относительно уровня головки рельсов составляет соответственно 2,55 и 0,9 м.
Каждый из роторов состоит из двух стальных дисков 9, соединенных между собой уголками, на которых смонтированы и укреплены по окружности 8 ковшей 10 с полукруглыми днищами и зубьями 77 из износостойкой стали, и имеет автономный гидромеханический привод, включающий в себя нерегулируемый высокомоментный гидромотор радиально-поршневой од-262
Рис. 7.12. Роторный рабочий орган машины ЩОМ-6Р:
1,2 — левый и правый роторы; 3, 4 — штанги; 5 — внутренняя рама ротора; 6, 7, 8 — гидроцилиндры подъема, выдвижения и выравнивания ротора; 9 — диск ротора; 10 — ковш; 11 — зубья; 12 — конвейер
некратного действия типа МРФ 1000/25М-У4 и одноступенчатый конический редуктор.
Для направления вырезаемого ковшами щебня на конвейеры подачи щебня от роторов сверху основной внутренней рамы ротора закреплен направляющий лоток, представляющий собой наклонный лист с двумя бортами. Внутри дисков ротора укреплен защитный лист, предназначенный для предотвращения возможного просыпания щебня на привод ротора. Для закрепления роторных устройств при транспортировке машины предусмотрены специальные транспортные запоры.
Конвейеры 12 предназначены для передачи вырезанного роторными устройствами балласта по технологической цепочке, расположены вдоль оси машины и закреплены на кронштейнах болтами к штангам 3, 4, вместе с которыми перемещаются из транспортного в рабочее положение и обратно.
263
На машине установлен грохот (рис. 7.13) вибрационного типа с двумя ярусами сит и общей площадью экранов 14 м1 2. Короб грохота устанавливается по отношению к ферме машины под углом 20° в продольной плоскости и опирается через четыре блока пружинных опор 2 на раму коробчатого сечения, которая в свою очередь шарнирно связана с двумя опорами 4, приваренными к верхним поясам фермы машины. Для выравнивания грохота в поперечной плоскости предусмотрены два гидроцилиндра 5. Для привода вибратора грохота предусмотрен электродвигатель 6 переменного тока мощностью 22 кВт, который связан с угловым (коническим) редуктором 7 карданным валом 8.
Конвейер 9 (см. рис. 7.11) расположен под грохотом 8 внутри фермы машины и закреплен неподвижно на кронштейнах болтами к стойкам, приваренным в двух местах к верхнему поясу рамы 7 и в двух местах непосредственно к раме. Конвейер 9 по форме поперечного сечения грузонесущей ветви ленты — желобчатый и состоит из двух рам сварной конструкции, соединенных болтами, приводного и натяжного барабанов, ленты конвейерной резинотканевой, роликов (опорных, поддерживающих, очиститель-
Рис. 7.13. Грохот машины ЩОМ-6Р:
1 — короб грохота; 2 — пружинные опоры; 3 — рама; 4 — опоры рам; 5 — гидроцилиндры выравнивания грохота в поперечной плоскости; 6 — электродвигатель привода; 7 — угловой редуктор;
8 — карданный вал
264
кого). Для направленного движения засорителя в зоне выгрузки имеется бункер.
Поворотный конвейер 10 (см. рис. 7.11) имеет желобчатую форму и состоит из двух частей, шарнирно связанных между собой, что позволяет с помощью двух гидроцилиндров переводить его из сложенного (транспортного) положения в рабочее и обратно. Поворотный конвейер соединен с рамой машины через опорно-поворотное устройство, которое приводится во вращение посредством механизма поворота, состоящего из цилиндрическо-червячного редуктора, электродвигателя с колодочным тормозом. Для ограничения поворота конвейера на раме установлены конечные выключатели, а также имеются ограничительные упоры. Максимальный угол поворота конвейера в любую сторону составляет 90° от оси пути. Управление конвейером — дистанционное, кнопочное из вспомогательной кабины управления, расположенной с правой фермы (по ходу машины).
Бункер-распределитель 19 (см. рис. 7.11) представляет собой металлический короб в верхней части прямоугольного сечения, раздваивающийся по двум направлениям в нижней части.
В верхней части бункера 19 на оси закреплена заслонка, которая может занимать три положения: среднее — заслонка находится в вертикальном положении, направляя щебень равномерно на два короба и два крайних, когда заслонка перекрывает одно или другое направление. Такой случай возможен при работе одним из роторов, засыпая соответственно вырытую им траншею.
Щебнеочистительная машина Щ0М-6Б выполнена в прицепном варианте и предназначена для очистки от загрязнителей щебеночного балласта по всей ширине балластной призмы железнодорожного пути с отбором засорителей и возможностью их погрузки в подвижной состав. Машина может производить вырезку балласта (без очистки) с погрузкой его в специализированный подвижной состав, находящийся на том же пути или в подвижной состав, находящийся на соседнем пути, а при работе в сцепе с машиной ЩОМ-6Р может принимать с нее вырезанный за концами шпал и очищенный щебень для укладки его в путь.
Машина ЩОМ-6Б (рис. 7.14) смонтирована на сварной раме 1, которая с двумя специальными ходовыми тележками 2, 3 и обустройствами составляют экипажную часть, при этом для увеличения тягового усилия при работе машины одна из тележек
265
10
9
8
18
6 5
Рис. 7.14. Щебнеочистительная машина Щ0М-6Б:
1 — рама машины; 2,3 — ходовые тележки; 4 — выгребное устройство; 5 — грохот; 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 — конвейеры; 13 — рас-пределительно-дозирующее устройство; 14 — бункер-дозатор; 15 — планировщик балласта; 16 — электромагнитный подъемник; 17 — кабина управления; 18 — распределительный лоток; 19 — устройство для рыхления балласта; 20 — бункер-направитель; 21 — устройство для укладки дорнита
выполнена приводной. Основным рабочим органом машины является выгребное устройство 4, выполненное в виде цепного скребкового рабочего органа, которое вырезает щебень из-под путевой решетки за концами шпал и подает его для очистки. Очистка щебня производится вибрационным грохотом 5 с двумя рядами сит аналогичными по конструкции установленному грохоту на машине ЩОМ-6Р. Для транспортирования вырезанного балласта, очищенного щебня и засорителей машина снабжена системой ленточных конвейеров 6-12. Для подачи очищенного щебня на рельсошпальную решетку и его равномерного распределения служат распределительно-дозирующее устройство 13, бункер-дозатор 14, планировщик балласта 15. С целью снижения тягового усилия, необходимого для перемещения машины при ее работе и снижения нагрузки на выгребное устройство, машина оборудована электромагнитным подъемником 16.
Привод выгребного устройства 4 грохота 5 осуществляется от электродвигателей, привод других рабочих органов — от гидродвигателей или электрических мотор-барабанов. Машина снабжена системами электрооборудования и гидрооборудова
266
ния. Машина не имеет своей электростанции, а получает питание электроэнергией от тягово-энергетической установки (ТЭУ), УТМ. Пульт управления машиной размещен в кабине управления 17. Во время работы с пульта управления производится управление рабочими органами машины и передвижением машины в сцепе с ТЭУ, машина оборудована пневматической и тормозной системами, получающими сжатый воздух ТЭУ. Для контроля состояния пути по уровню машина оборудована контрольно-измерительной тележкой.
При технологическом режиме работы машины с очисткой щебня загрязненный щебень из-под рельсошпальной решетки и за концами шпал вырезается выгребным устройством 4 и подается на конвейер загрузочный 6, с которого попадает на грохот 5. Засоритель, проваливаясь через два ряда сит грохота, попадает на конвейер отбора засорителей 7, а очищенный от засорителей чистый щебень по наклонным ситам скатывается в распреде-лительно-дозирующее устройство 13, которое равномерно распределяет его по ширине колеи.
С конвейера 7 засорители поступают на последовательно расположенные конвейеры того же названия 8, 9, а затем на поворотный конвейер 10. С поворотного конвейера 10 засорители могут выбрасываться на сторону от пути или грузиться в подвижной состав, стоящий на соседнем пути. При необходимости могут подаваться на конвейер, расположенный на крыше ТЭУ (см. рис. 7.14) и грузиться в специальный подвижной состав, прицепленный впереди ТЭУ.
При работе машины в сцепе с машиной ЩОМ-6Р засорители могут подаваться на конвейер этой машины и далее грузиться в специальный подвижной состав. В свою очередь с роторной машины на конвейер отбора чистого щебня 11 поступает чистый щебень и далее подается в бункер-дозатор 14 для распределения в подрельсовую зону.
При вырезке балласта без его очистки загрязненный балласт выгребным устройством 4 подается в распределительный лоток 18 таким образом, что загрязненный балласт минуя очистное устройство подается на конвейер отбора загрязнителей 8 и далее через конвейер 9 подается на поворотный конвейер 10. С поворотного конвейера 10 загрязненный балласт может быть подан на сторону от пути, погружен в подвижной состав, стоящий на соседнем пути или через конвейер, размещенный на крыше ТЭУ,
267
погружен в специальный подвижной состав, прицепленный впереди ТЭУ.
Принципиальная схема выгребного устройства машины ЩОМ-6Б аналогична схеме выгребного устройства машины СЧ-600 и СЧ-601 (см. рис. 7.4). Отличительной особенностью выгребного устройства машины ЩОМ-6Б является отсутствие в нижней части одного (холостого) желоба наружной стенки, что дает возможность работы в стесненных условиях у высоких пассажирских платформ, при этом верхний конец рабочего желоба жестко крепится к раме привода 77, а холостой желоб соединяется с рамой привода шарнирно. Такая подвеска выгребного устройства позволяет производить подъем и опускание рабочего и холостого желобов гидроцилиндрами независимо друг от друга, что требуется при зарядке и разрядке машины.
Скребковая цепь (рис. 7.15) выгребного устройства состоит из тяговой цепи 7. с закрепленными на ней посредством шкворней 2
4
Рис. 7.15. Конструкцция скребковой цепи:
1 — тяговая цепь;
2 — шкворень соединительный;
3 — скребок; 4 — зуб
скребками 3, оборудованными съемными зубьями 4. Привод скребковой цепи осуществляется от двух электродвигателей переменного тока мощностью по 75 или по 90 кВт.
Устройство для рыхления балласта 10 (см. рис. 7.4) предназначено для рыхления балласта в шпальных ящиках, впереди работающего выгребного устройства. Устройство применяется при сильно уплотненном и загрязненном балласте, если балласт, находящийся в шпальном ящике, образуя корку, не проваливается вниз и остается
неочищенным после прохода машины. Устройство монтируется
на тележке, которая при помощи четырех рычагов шарнирно подвешена к раме машины. Подъем и опускание тележки производится при помощи гидравлического цилиндра. Опущенная в рабочее положение тележка перемещается на четырех роликах и прижимается к рельсам гидравлическим цилиндром с гидрозамком через пружину, которая компенсирует неровности пути.
268
Электромагнитный подъемник 16 предназначен для подъемки и сдвижки путевой решетки. Сдвижка путевой решетки позволяет осуществлять постановку пути на ось в кривых и прямых участках пути, а также осуществлять сдвижку для прохождения препятствий (пассажирские платформы, фундаменты и т.д.). Подъемник обеспечивает подъемку пути на высоту 100 мм и сдвижку на величину ±210 мм. Принципиальная схема его работы аналогична конструкции, используемой на электробалластере. Подъем и опускание электромагнитного подъемника осуществляется двумя гидравлическими цилиндрами.
Распределительно-дозирующее устройство 13 предназначено для приема и распределения чистого щебня по всей ширине рельсошпальной решетки, поступающего в него из очистного устройства, через направляющие рукава бункера направителя 20, и установлено перед задней ходовой тележкой и представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из короба, который при помощи рычагов параллелограммной подвески шарнирно связан с фермой машины. Опирается короб на четыре ролика-катка, которые в рабочем положении опускается на головки рельсов с помощью двух гидроцилиндров, в транспортное положение поднимается теми же гидроцилиндрами, фиксируется стопорными пальцами и винтовыми стяжками.
Планировщик балласта 75 предназначен для планирования чистого щебня под путевой решеткой поступающего туда с конвейера 72 устройства для подачи чистого щебня. Планировщик 75 состоит из двух несущих рам, шарнирно закрепленных на стенках рамы машины, которые в рабочем положении (опущенные вниз) соединены под шпалой двумя специальными струнками.
Бункер-дозатор 14 предназначен для подачи под планировщик чистого щебня, поступающего в бункер с конвейеров 11,12. Бункер-дозатор 14 представляет собой сварную коробчатую металлоконструкцию, жестко связанную с рамой машины и в нижней части заканчивающуюся двумя шарнирно связанными с ним лотками с приводом от гидроцилиндров, которые направляют щебень непосредственно в зону рельсов. В транспортном положении лотки должны быть подняты и закреплены транспортными запорами. В средней части наклонного короба бункера дозатора 14 с внутренней его стороны, шарнирно закреплена заслонка с приводом от гидроцилиндра, назначение которой регулировать поток поступающего от конвейера отбора чистого
269
щебня в зависимости от условий работы, под одну или другую рельсовую нить.
Устройство для подачи чистого щебня представляет собой конвейер 12, жестко закрепленный на ферме машины в зоне направляющих рукавов бункера-накопителя. Чистый щебень поступает на конвейер через приоткрытые окна с внутренней стороны стенок бункера-накопителя 20. Окна получаются с помощью двух заслонок, шарнирно закрепленных на внутренних стенках бункера, которые приводятся в действие при помощи двух гидроцилиндров и двух рычагов. При полностью закрытых заслонках весь щебень из очистного устройства направляется в распределительно-дозирующее устройство 13. Для предотвращения от засыпания конвейера предусмотрена электрическая блокировка, состоящая из двух конечных выключателей, на которые воздействуют рычаги в момент начала открытия заслонок.
Устройство 21 для укладки дорнита включает в себя две штанги, которые закреплены на двух опорах, шарнирно связанных с лотками выгребного устройства в их нижней части сразу же за поперечной балкой.
На штанги одеваются 2 бухты полотна геотекстильного (дорнита) шириной 2500 мм каждый. Бухты идут с перекрытием друг друга и в сумме образуют размер по ширине ~4800 мм. Конструктивный размер по диаметру бухт не должен превышать 400 мм, что при толщине полотна 3 мм обеспечит развернутую длину полотен ~50 м. В транспортном положении штанги с дор-нитом закреплены в специальных опорах, расположенных в задней части фермы машины, за грохотом.
Щебнеочистительная машина ЩОМ-6БМ является модернизированным образцом машины ЩОМ-6Б и отличается от нее увеличенными мощностью привода и площадью скребков выгребного устройства, шириной очистки, наличием компьютерной системы “Дельта-Б1” для записи параметров работы машины и другими улучшенными узлами. Проведенная модернизация позволила повысить производительность выгребного устройства с 450 до 750 м3/ч, а машины в целом в реальных условиях работы до 600-650 м3/ч.
Щебнеочистительный комплекс ЩОМ-6 является первой отечественной машиной для глубокой очистки щебня и замены балласта, которая по своей производительности и количеству технологических операций, выполняемых при ее использовании,
270
превышает аналогичные образцы зарубежного или совместного производства. Наряду с этим, конструкция комплекса ЩОМ-6 имеет более низкую надежность и требует улучшения узлов и качества их изготовления. Сравнительная техническая характеристика щебнеочистительных машин приведена в табл. 7.9.
Таблица 7.9
Параметр Значение параметра
СЧ- 600 СЧ-601 ЩОМ-6Б ЩОМ-6БМ RM-80 РМ-76 АХМ 801
Назначение Вырезка и очистка щебня в пути Вырезка и очистка щебня в пути и на стрелочных переводах Вы* резк балл; ста
Тип тягового агрегата Тягово-энергетические модули (ТЭУ-400, УТМ-1, УТМ-2, УТМ-2А, ПТМ-630) Самоходные
Производитель -ность, м3/ч 450* 500* 360* 650* 500* 450* 600
Ширина вырезки балласта, м: минимальная максимальная 3,8 4,25 3,8 5,0 3,9 4,33 3,9 5,2 4,0 5,0 4,0 7,72 4,0 6,0
Глубина вырезки балластного слоя ниже подошвы шпал, м 0,65 0,65 0,5 0,65 0,6 0,6 0,9
Скорость движения, км/ч в составе поезда в сцепе с тяговым модулем собственным ходом 80 80 60 60 80 80 90 50
рабочая скорость 0,05-0,5 о,os-o.is 0,05-0,27 0,05-0,33 0-0,2 0-0,2 0,Ol- О.5
Мощность установленная, кВт Тягово-энергетнческие модули 666 666 333
Масса машины, т 76 76 90 91 91 69 250
Длина по осям автосцепок, м 24,82 24,82 27,17 27,17 3178 27,2 61,7.
‘Средняя в реальных условиях работы.
271
7.4.3. Щвбнвочнстатвльная машина RM-80
Щебнеочистительная машина RM-80 UHR фирмы “Plasser-Theurer” (Австрия) выполнена в самоходном варианте и предназначена для железнодорожного пути и стрелочных переводов, а также для вырезки старого песчаного балласта и выполнения работы по подъемке пути на щебень.
Машина вырезает балласт на глубину до 1000 мм ниже уровня головки рельса и подает отходы очистки за пределы пути на расстояние до 7,0 м или грузит их в вагоны, стоящие на соседнем пути (справа или слева от машины).
Щебнеочистительная машина RM-80 UHR имеет сварную раму, выполненную из профильного проката, способную воспринимать ударные и тяговые нагрузки до 200 тс, что в сочетании с установкой тяговых приборов стандартной конструкции позволяет включать эти машины в любое место поезда.
Щебнеочистительная машина RM-80 UHR состоит (рис. 7.16) из рамы 1, опирающейся на две двухосные приводные тележки 2,3. На раме 1 размещены кабины 4,5 управления (передняя и ходовая), внутри каждой из которых установлены отдельные силовые агрегаты приводов, вибрационный грохот 5, выгребное устройство 6, выполненное в виде цепного скребкового рабочего органа, контейнер 7 для засорителей, поворотный складывающийся конвейер 8, планировщик 9, подъемно-рихтовочное устройство 10.
Привод отдельных установок силового агрегата (гидронасосов, компрессора и т.п.) осуществляется посредством распредели
Рис. 7.16. Щебнеочистительная машина RM-80 UHR:
1 — рама; 2, 3 — тележки; 4, 5 — кабина управления; 6 — выгребное устройство; 7 — конвейер для засорителей; 8 — пово-
272
тельных механизмов от двух раздельно установленных дизельных двигателей мощностью по 333 кВт каждый при 2150 об/мин. Силовая установка, смонтированная в передней комбинированной кабине 4 управления, осуществляет привод выгребного устройства 6, системы ленточных конвейеров 7, 8, а также трансмиссии ходовых частей при движении машины в транспортном и рабочем режимах. Силовая установка, размещенная в хвостовой кабине, приводит в действие грохот 5, а во время транспортных перемещений — трансмиссию задней ходовой тележки. Выгребное устройство 6 принципиально выполнено по аналогии с конструкцией выгребных устройств машин типа СЧ и ЩОМ-6Б (см. рис. 7.4), с наклонным желобом, смонтированным на вертикальных наклонных стойках и вырезает щебень с поднятием рельсошпальной решетки. Поперечная подпутная балка длиной 4000 мм для увеличения ширины вырезки щебня может удлиняться в обе стороны от оси пути за счет установки двух дополнительных элементов длиной по 500 мм каждый. Скребковая цепь имеет гребные скребки высотой по 250 мм с четырьмя съемными зубьями. Скорость движения тяговой цепи регулируется в диапазоне 2,4-4,0 м/ сек. Перемещение горизонтальной плоскости, подъем и опускание выгребного устройства, а также зарядка поперечной подпутной балки осуществляются гидроцилиндрами. Мощность гидродвигателя привода выгребной цепи 255 кВт.
При работе машины лопатки скребковой цепи вырезают и перемещают щебень по наклонному желобу вверх. В верхней
Продолжение рис. 7.16.
ротный конвейер; 9 — планировщик; 10 — подъемно-рихтовочное устройство; 11 — балластировщик; 12 — бегунковая ось
273
точке желоба выгружается на плоский свободнокачающийся виброгрохот 5 с тремя рядами сит общей площадью 30 м2. Верхний ярус имеет ячейки размером 80, средний — 55 и нижний — 36 мм. Гидравлически управляемые заслонки управляют движением щебня на отдельных ситах. Гидравлическая система виброгрохота обеспечивает его горизонтальное положение при работе в кривых с максимальным возвышением наружного рельса до 150 мм. Выпускные воронки на обеих сторонах виброгрохота 5 отводят избыток щебня на откосы пути, а гидроуправляемые заслонки, смонтированные на каждом ярусе сит, обратно подают щебень на сита во время перерыва в работе. Максимальная производительность виброгрохота 800 м3/ч.
Очищенный щебень гидравлически регулируемыми заслонками либо отсыпается в путь, либо на поворотные транспортеры для складирования на откосах земляного полотна, либо в два бункера — накопителя общей вместимостью около 2,4 м3. Специальные плужные устройства, смонтированные непосредственно за балластораспределительными механизмами, удаляют щебень с рельсов, рельсовых скреплений и верхних постелей шпал.
Отходы очистки, проходя через сетки виброгрохота, попадают на нижнюю ветвь горизонтально-наклонного конвейера 7. Далее отходы очистки поступают к загрузочной воронке выбросного конвейера 8, который удаляет их за пределы пути, или грузятся в специальный подвижной состав. Выбросной транспортер имеет возможность поворота на 70° в обе стороны от оси пути.
Конструкции RM-80 UHR применено подъемно-рихтовочное устройство 10 с величиной подъемки рельсошпальной решетки до 250 мм и величиной сдвижки пути в плане ±200 мм, а также планировочное цепное устройство 9 с гидроприводом.
При движении машины в рабочем, транспортном режимах привод ходовых частей гидромеханический, приводными являются все оси обеих ходовых тележек. Сила тяги на ободе колеса при трогании с места составляет 70 тс, а при движении в транспортном режиме — 18 тс. При этом максимальная скорость передвижения как своим ходом, так и в составе поезда равна 60 км/ч. Рабочая скорость движения изменяется бесступенчато в пределах от 0 до 2000 м/ч.
Отличительной особенностью щебнеочистительной машины модели RM-80 UHR является применение измерительных устройств, контролирующих глубину вырезки щебня по отношению
274
к уровню загрязненного балластного слоя, взаимное положение рельсовых нитей в продольном профиле, величину балластного слоя под планировочным устройством, а также разность высот пути до и после очистки балластного слоя.
Базой измерения являются два троса, натянутые по одному над каждой рельсовой ниткой пути, между передней и задней осями. Расстояние между измерительными точками — 25,0 м.
Взаимное положение рельсовых нитей в поперечном профиле определяется электронным маятниковым уровнем, который автоматически регулирует взаимное положение передних концов обоих базовых тросов, так что их высота над уровнем головки рельса всегда соответствует заданной величине, при этом в качестве ведущего рельса используется внутренняя рельсовая нить неочищенного пути. Постоянный контроль за положением очищенного балластного слоя и рельсовой колеи осуществляется с помощью двух многоканальных самописцев.
Щебнеочистительная машина модели RM-80 UHR имеет следующие габаритные размеры: длину 31800, ширину — 3960 и высоту — 4250 мм. Расстояние между шкворнями ходовых тележек равно 23000 мм, общая база машины — 28800 мм. Масса машины — 96 т.
На стрелочных переводах щебнеочистительная машина типа RM работает по схеме, изображенной на рис. 7.17. Для очистки балласта на стрелочных переводах увеличивают ширину очистки за счет удлинения дополнительными звеньями подпутную балку и скребковую цепь.
В России освоено производство щебнеочистительных машин, аналогичных машине RM-80 UHR конструкции. Техническая характеристика машин типа RM-80 приведена в табл. 7.9. Преимуществами конструкции этих машин, по сравнению с ранее рассмотренными, являются: возможность их использования как на очистке щебня на перегонах, так и на стрелочных переводах, высокая надежность и производительность, а также самоход-ность в транспортном и рабочем режимах.
7.4.4. Универсальная щебнеочнстнтельная машина СЧУ-800
Универсальная щебнеочистительная машина типа СЧУ-800 выполнена в несамоходном варианте и предназначена для вырезки балластной призмы, укладки геотекстиля на поверхность
275
Рис. 7.17. Схема очистки щебня на стрелочных переводах: машинами типа RM
а — схема расположения рабочих органов машины; б — схема работы машины
среза, образования уплотненного песчаного слоя и создания нового балластного слоя из очищенного или нового щебня, при отводе вырезанного материала в специализированный состав или на обочину пути. Машина СЧУ-800 является рабочим комплексом, состоящим из: универсального тягового модуля УТМ-2; добывающей секции ТС-800; очистной секции ЦС-800; состава механизированных вагонов.
Добывающая секция (рис. 7.18) предназначена для вырезки балласта и транспортирования его на очистку или в специализированный состав.
Эта секция имеет раму 1, опирающуюся на две двухосные тележки 2. На раме 1 размещены выгребное устройство 3, имеющее тяговую скребковую цепь, привод 4, желоба 5, подпутное устройство 6, дополнительный грохот 7, конвейер 8 вырезанного балласта, приемный бункер 9, поворотный конвейер 10, конвейер 11 смеси, поступающий со специализированного подвижного состава, бункер-накопитель 12, сателлит 13 (распределитель щебня и поперечный конвейер), распределитель 14 песка, узел 15 размотки геотекстиля, пробивщик 16 шпальных ящиков, разрав-276
Рис. 7.18. Добывающая секция СЧУ-800:
1 — рама; 2 — тележки; 3 — выгребное устройство; 4-привод баровой цепи; 5-желоб; 6 — подъемно-рихтовочное устройство; 7 — дополнительный грохот; 8 — конвейер вырезанного балласта; 9 — приемный бункер; 10 — поворотный конвейер; 11 — конвейер смеси; 12 — бункер-накопитель; 13 — сателлит (распределители щебня и поперечный конвейер); 14 — распределитель песка; 15 — узел размотки геотекстиля; 16 — пробивщик шпальных ящиков; 17 — разравниватель песка; 18 — виброуплотнители; 19 — рабочая кабина; 20 — гидравлическая кабина
ниватель 17 песка, виброуплотнитель 18, рабочая кабина 19, кабина 20 с гидрооборудованием.
Очистная секция (рис. 7.19) служит для очистки вырезаемого материала, который из зоны вырезки подается на грохот, предназначенный для разделения годного щебня фракций 25-75 мм и отсева загрязнителя, подающегося в специализированный состав, либо на обочину.
Очистная секция состоит из рамы 1, опирающейся на две двухосные тележки 2, узла 3 наклона рамы, грохота 4, конвейера 5 вырезанного балласта, конвейера 6 для засорителей, поворотного конвейера 7, конвейера 8 для песка, конвейера 9 для смеси, поворотного круга 10.
Специализированный состав состоит из вагона аварийного энергоснабжения, промежуточных и концевого вагонов, оснащенных двумя ярусами конвейеров. По верхним конвейерам подается загрязнитель, вырезанный выгребной цепью, по нижним — либо загрязнитель, либо материал для обновления балластной призмы.
Машина оснащена двумя типами скребковой цепи — (низкой 0,25 и высокой 0,45 м), которые используются для вырезки балласта на глубину до 0,6 м под подошвой шпалы и от 0,6 м до 0,9 м, соответственно, а также системой конвейеров, позволяющей накапливать загрязненный материал, возвращать очищенный щебень под путевую решетку, а также осуществлять полную замену щебня по всему сечению балластной призмы.
Комплекс СЧУ-800 предназначен для работы в режимах: вырезки с очисткой вырезанного балласта и возврата очищенного щебня в путь; вырезки с очисткой вырезанного балласта и укладкой подстилающего слоя песка; полной вырезки с полной заменой материалов балластной призмы, т.е. подачи песчано-гравийной смеси и щебня из специализированного состава, разделения ее на песок и гравий на вспомогательном грохоте; полной вырезки.
Машина СЧУ-800 отличается повышенными мощностью привода выгребного устройства (два электродвигателя мощностью по ПО кВт при скорости тяговой цепи 3-4 м/с) и производительности грохота до 800 м3.
Все режимы работ обеспечиваются из рабочей кабины 19 (см. рис. 7.18) комплекса, куда сведены все системы контроля и управления машиной, контролируется скорость, пройденный путь, 278
Рис. 7.19. Очистная секция СЧУ-800:
1 Рама, 2 — тележки; 3 — узел наклона рамы; 4 — грохот; 5 — конвейер вырезанного балласта; 6 конвейер засорителей; 7 поворотный конвейер; 8 — конвейер песка; 9 — конвейер смеси; 10 — поворотный круг
м
величина заглубления желобов, наклон балки и т.д. Из кабины оператор, оценивая данные измерительной системы, управляет всем комплексом во всех режимах работы.
При работе в режиме очистки балласта все три машины комплекса практически работают на полную мощность. Вырезаемый добывающей секцией (см. рис. 7.18) загрязненный балласт по желобам 5 выгребного устройства 3, выполненного по традиционной схеме (см. рис. 7.4.), подается в приемный бункер 9 и по конвейерам 8 вырезанного балласта, поворотному 10 на конвейер 5 очисткой секции (см. рис. 7.19) и очищается в грохоте 4. Засоритель по конвейерам 6, 7 подается в состав для засорителей на нижние конвейеры, а чистый щебень — по конвейеру 9 очистной секции передается на конвейер 11 (см. рис. 7.18) добывающей секции и бункер-накопитель 12, из которого подает в путь через сателлит (распределитель щебня и поперечный конвейер) 13.
При вырезке желоба 5 могут смещаться от оси пути на 550 мм. Подъемно-рихтовочное устройство 6 обеспечивает подъемку пути на 200 мм и смещение рельсошпальной решетки на ±315 мм. Устройства, создающие защитный песчано-гравийный слой в этом режиме находятся в рабочем положении и не работают.
При работе в режиме вырезки с очисткой вырезанного балласта и укладкой подстилающего слоя песка задействованы все три секции комплекса, а состав, заполненный песчано-гравийной смесью, разворачивается для разгрузки смеси с нижних транспортеров на транспортер 8 (см. рис. 7.19) очистной секции и приема засорителей по верхним транспортерам, машины от предыдущего режима отличается тем, что очищенный щебень и песчаная смесь вместе подаются на транспортер 9 очистной секции и транспортер И (см. рис. 7.18) добывающей секции, по которому попадают на дополнительный грохот 7, где происходит разделение смеси и щебня. Песчаная смесь подается в распределитель песка 14 на геотекстиль, уложенный из рулонов узла 16. Песчаная смесь разравнивается шнековыми разравнивателями 17 и уплотняется виброуплотнителями 18, после чего и на нее укладывается очищенный щебень сателлитом 13.
В режиме замены вырезанного балласта на новый с укладкой подстилающего слоя песка используется только добывающая секция с составом, заполненным песчано-гравийной смесью и
280
щебнем в требуемых пропорциях. Эта смесь поступает к дополнительному грохоту 7, где происходит отделение щебня от смеси. Смесь ссыпается в дозирующую воронку, а щебень — в распределительное устройство.
Щебнеочистительная машина СЧУ-800 из серии машин для глубокой очистки имеет преимущество, заключающееся в возможности укладки подстилающего слоя из песка или мелкого щебня с его уплотнением, обладает высокой производительностью и может выполнять работы, связанные с реконструкцией балластной призмы.
Техническая характеристика щебнеочистительной машины СЧУ-800 приведена в табл. 7.10.
Таблица 7.10
Параметр Значения параметров
Производительность, м3/час:
расчетная, максимальная 800
технологическая, максимальная 600
полной вырезки Максимальная, м 500
глубина вырезки 0,9
ширина вырезки 5,5
Ширина железнодорожной колеи, мм 1520
Габарит машины Скорость, км/ч: 1-Т
самоходом 65
в составе поезда 65
Радиус проходимых кривых, м Масса машины, т: 150
добывающей секции 90
очищающей секции 60
тягово-энергетическая установка 90
Установленная мощность комплекса, кВт 800
281
7.5. Тягово-эввргвтнчвскне модули (установки) дли несамоходных машин для очистки щебня и вырезки балласта.
Тягово-энергетические модули (установки) (ТЭМ) для несамоходных путевых машин предназначены для транспортирования и энергообеспечения щебнеочистительных машин в комплексе с составом для засорителей. ТЭМ могут быть использованы как источник питания и как тяговая единица при работе с другими путевыми машинами, а также при маневрах и вывозной работе. Отличительной особенностью тяговых модулей от локомотивов является обеспечение рабочей (ползучей) скорости щебнеочистительных машин от 0,05 до 1,5 км/ч. Наибольшее распространение получили тягово-энергетические модули УТМ-1, УТМ-2, начато широкое внедрение модулей ПТМ-630 с гидропередачей, наименьшее — ТЭУ-400.
Универсальный тяговый модуль УТМ-1 (рис. 7.20) предназначен 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. УТМ-1 представляет собой машину с двумя кабинами управления и кузовом капотного типа над машинным отделением, имеющую четырёхосный двухтележечный экипаж, объединённый главной рамой, силовой установкой с дизель-генератором фирмы “Cummins” с охлаждающим устройством и выпрямительной установкой. 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. Схема тяговой трансмиссии приведена на рис. 7.21.
Передача крутящего момента на колёсные пары в транспортном режиме производится от одного тягового электродвигателя ЭД-118А через режимный редуктор, карданные валы и осевые редукторы, а в рабочем режиме — от одного электродвигателя ДК-213 через понижающий и режимный редукторы, карданные валы и осевые редукто-
282
Рис. 7.20. Модуль универсальный тяговый УТМ-1:
1 — глушитель; 2 — капот; 3 — катушки индуктивности; 4 — песочницы; 5 — бак топливный; 6 — рама; 7 — привод; 8 — тележка; 9 —датчик скорости; 10 — кабина; 11— электрооборудование; 12 — компрессор; 13 — вентилятор; 14 - дизель-генератор; 15 — система топливоподачи; 16 — go бак топливный расходный; 17 — привод ручного торомоза
Рис. 7.21. Схема тяговой трансмиссии УТМ-1:
1 — осевые редукторы; 2 — режимный редуктор; 3 — понижающий редуктор; 4 — электродвигатель рабочего режима; 5 — тяговый электродвигатель транспортного режима
ры. Тормозной компрессор с индивидуальным электроприводом обеспечивает работу тормозной системы УТМ-1 и ЩОМ.
Тяговый модуль унифицирован с УТМ-1 А, по своему конструктивному исполнению отличается от УТМ-1 установкой ди-зель-генератора Балаковского АО “Волгадизельмаш” и отдельными изменениями в компоновке вспомогательных помещений. Для работы в комплексе ЩОМ-6 модуль УТМ-1 А может быть оборудован конвейером, расположенном на его крыше.
Модули УТМ-2, УТМ-2М (рис. 7.22) являются самоходной единицей подвижного состава с электрической передачей и групповым приводом колёсных пар. Для работы с путевыми машинами имеет режим с пониженной и стабильной скоростью движения, который назван рабочим режимом.
В зависимости от назначения модуля устанавливается дизель-генераторная установка фирмы “Cummins” мощностью 800 (УТМ-2) или 640 кВт (УТМ-2М), которая обеспечивает трехфазным переменным током путевые машины при их работе и питание собственного электропривода. Генератор переменного тока силовой установки питает по силовым проводам через тиристорный преобразователь тяговые электродвигатели 30 и 15 типа ЭД-118 в транспортном режиме и тяговые электродвигатели 20 ДК-213 — в рабочем. Тяговые электродвигатели подвешены к раме снизу. От тяговых двигателей ЭД-118 вращающий 284
32 33 34
7.22. Универсальный
Рис.
тяговый модуль УТМ-2М:
1 — путеочиститель;
2 — рама; 3 — розетки МВС; 4 — кабина передняя; 5 — антенна; 6 — жалюзи дизельного помещения; 7 — капот; 8 — редуктор; 9 — глушитель; 10, 11 — жалюзи ветиляционной камеры; 12 — тифон; 13 — задняя кабина управления; 14 — зеркало; 15, 20 — тяговые двигатели; 16 — главный резервуар; 17 — тележка задняя; 18 — кардан задней тележки; 19 — топливный бак; 21 — лестница; 22 — ограждение привода; 23 — понижающий редуктор; 24 — рама привода; 25 — кардан передней тележки; 26 — ограждение; 27 — датчик скорости; 28 — песочница; 29 — приемные катушки АЛСН; 30 — тяговый электродвигатель; 31 — скоростемер; 32,41 — пульты
момент передаётся через короткие карданные валы и угловой редуктор на колёсные пары, а в рабочем режиме — от тяговых электродвигателей ДК-213 через понижающие редукторы 23, правый и левый карданные валы, режимный редуктор 8, длинные карданные валы 18, 25 и угловой редуктор на колёсные пары. Установленные на раме 2 модуля силовое и вспомогательное оборудования закрыты капотом 7. По торцам рамы расположены блоки кабин управления. Блоки кабин управления со стороны дизеля имеют отсеки. В отсеке задней кабины размещаются шкаф управления 55 с коммутирующей аппаратурой электрооборудования, шкаф силовой 52, радиостанция 33 и АЛСН. Отсек передней кабины оборудован для отдыха обслуживающего персонала. Рама опирается на двухосные тележки 17 через опоры рамы, шкворневые узлы воспринимают только горизонтальные нагрузки.
Модуль оборудован типовыми автотормозами. Питание сжатым воздухом обеспечивается от компрессора 51. Ручной тормоз 56 действует на одну колёсную пару передней тележки. Управление производится из кабин, а в рабочем режиме возможно управление из кабины путевой машины. Для оперативности передачи информации кабины модуля и машины оснащены громкоговорящей связью.
Питание путевых машин переменным током осуществляется через штепсельные разъёмы (розетки МВС) 3, установленные на торцах модуля. Модуль оборудован контрольно-измерительной аппаратурой, которая располагается на пультах управления и скоростемером. Контроль скорости при движении в рабочем режиме осуществляется по индикатору, который получает сигнал от датчика скорости.
Продолжение рис. 7.22
управления; 33 — радиостанция; 34 — АЛСН; 35 — ящик аккумуляторный; 36,39,42,54,57 — сиденья; 37, 40 — столы; 38 — шкаф для одежды; 43 — умывальник; 44 — вентилятор; 45 — диван; 46 — бак топливный; 47 — насос охлаждающей жидкости; 48 — топливоподкачивающий агрегат; 49 — дизель-генератор; 50 — настил рамы; 51 — компрессор; 52,53 — шкаф силовой; 55 — шкаф управления; 56 — ручной тормоз
286
Путевая тяговая машина ПТМ-630 применяется в основном для энергообеспечения и транспортирования щебнеочистительных машин ЩОМ-6.
ПТМ-630 представляет собой четырёхосный двухтележечный экипаж с двумя кабинами управления и кузовом капотного типа. Силовая установка состоит из дизеля 6ЧН21х21 Балаковского завода и унифицированной гидропередачи УГП-750/1200. Транспортный режим самоходом обеспечивается гидропередачей 6 рис. 7.23. 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. Схема тяговой трансмиссии приведена на рис. 7.23.
В рабочем режиме дизель работает совместно с синхронным генератором 3, который питает тяговый двигатель ДК-263В 4 и электродвигатели приводов рабочих органов щебнеочистительной машины. От двигателя крутящий момент через редуктор рабочего передвижения 5, карданные валы и осевые редукторы 1 передаётся на оси колёсных пар.
Технические характеристики тягово-энергетических модулей приведены в табл. 7.11.
Рис. 7.23. Схема тяговой трансмиссии ПТМ-630:
1 — редуктор осевой одноступенчатый; 2 — редуктор осевой двухступенчатый; 3 — главный генератор; 4 — электродвигатель ДК-263В; 5 — понижающий редуктор; 6 — унифицированная гидропередача
287
Таблица 7.11.
Параметр
ТЭУЛОО УТМ-1 УТМ-1А
1 2 3 4
Мощность силовой установки по генератору, кВт 400 400 400
Сила тяги, кН (тс): транспортом режиме максимальная 19,6 (2) 80,4 (8.2) 80,4 (8,2)
рабочем режиме: максимальная: реализуемая при эксплуатации по условиям сцепления (без песка) 137 (14) 78,5 183,7 (18) 117,7 (12) 183,7 (18) 117,7 (12)
Скорость движения в рабочий режиме, км/ч 0,05-0,5 0,05-0,5 и 0,05-3,0 0,05-0,5
Максимальная скорость движения в транспортном режиме на площадке, км/ч: по ТУ фактически 80 65 65 74 65 74
Значение параметра
ПТМ-630 УТМ-2 УТМ-2М ТЭУ-630 ПА-300
5 6 7 8 9
630/770 800 640 630 340
по дизелю
235.4-МР 166,8-ПР 137,3 (14,0) — 112,2 (11,4) —
(24-МР) (17-ПР)
244,8 265,2 265,2 235,4 —
(24) 180,5 (8,4) (26) 210,9 (21 Л) (26) (24)
0,06-0,6 и 0,6-1,2 0,05-0,5 0,05-0,5 0,05-0,5 0,05-4,6 0,05-0,5
80 80 80 80 80
80 80 — — —
О Путевые машины
Продолжение табл. 7.11.
1 2 3 4
Габаритные размеры, не более, мм длина по осям автосцепок ширина 14500 3060 14420 3280 14420 3280
Радиус проходимых кривых,м 100 120 120
Масса, т 56 76 76
Нагрузка от колесной пары на рельсы, не болеет кН (тс) 152 (15,5) 188,7 (19,2) 188,7 (19,2)
5 6 7 8 9
16580 3280 17180 3280 17180 3280 16300 3220 14100 3054
t20 120 120 125 90
80 90 90 90 54,6
196,6 (20) 221,2 (22,5) 221,2 (22,5) 221,2 (22,5) 134,2 (13,65)
8 МАШИНЫ ДЛЯ УКЛАДКИ • ПУТЕВОЙ РЕШЁТКИ
Эти машины предназначены для укладки путевой решётки при строительстве и ремонте пути. Получили распространение два способа укладки путевой решётки: звеньевой и раздельный. При капитальном ремонте пути и при строительстве новых железных дорог с большим объёмом работ применяют звеньевые путеукладчики. Звеньевые путеукладчики бывают трёх типов: на железнодорожном ходу, тракторные (ПБ-3 и ПБ-ЗМ) и лёгкие портальные (ПУ-4). На строительстве новых железных дорог с малым объёмом работ при раздельном способе укладки пути используют стреловые краны. Сплошную смену рельсов выполняют при помощи рельсоукладчиков и путеукладчиков.
8.1. Звеньевые путеукладчики на железнодорожном ходу
8.1.1. Укладочный поезд
Укладочный поезд — это комплект машин и оборудования, предназначенный для транспортировки и укладки путевых звеньев. Укладочный поезд (рис. 8.1) состоит из локомотива 4, укладочного крана 1 для укладки в путь новых звеньев, платформ 2 с неприводным роликовым конвейером и устройством для крепления пакетов звеньев и самоходной моторной платформы (МПД или МПД-2) 3 для тяги хвостовой секции и перетягивания пакетов звеньев. Локомотив доставляет укладочный поезд на место укладки и увозит разгруженный поезд на звеносборочную базу.
290
4
Рис. 8.1. Укладочный поезд:
1 — самоходный укладочный кран; 2 — платформы, оборудованные роликовым конвейером с пакетами звеньев; 3 — самоходная моторная платформа МПД; 4 — локомотив
При формировании пакета звеньев нижнее звено укладывают на роликовый конвейер рельсами вниз, а остальные звенья — рельсами вверх или на роликовый конвейер укладывают лёгкие рельсы, называемые лыжами, а на них - все звенья рельсами вверх. При укладке звеньев в путь верхнее звено пакета, подлежащее укладке, захватывают траверсой, приподнимают грузовой лебёдкой и выносят тяговой лебёдкой вперёд. Одновременно укладочный кран с поднятым и выдвигаемым звеном с передней секцией поезда передвигается по ранее уложенному пути на длину звена, после чего звено опускают. Последнее звено пакета, если оно перевёрнуто при формировании пакета, сначала опускают на балласт, затем перестроповывают, переворачивают рельсами вверх и укладывают краном на ось пути. Новый пакет звеньев надвигают на укладочный кран лебёдкой для перетягивания пакетов звеньев и из нового пакета звено укладывают так, как описано выше. Пакет состоит из 7-8 звеньев с деревянными шпалами (в зависимости от типа рельсов) и 4-5 звеньев с железобетонными шпалами. При капитальном ремонте применяют два укладочных поезда: путеразборочный для снятия старых путевых звеньев и погрузки их на платформы и путеукладочный для укладки новых звеньев.
8.1.2. Укладвчвыв краны ва железнодорожном ходу
При ремонте и строительстве железных дорог применяют укладочные краны УК-25/9-18. Кран состоит из следующих частей:
291
платформы, металлоконструкции, грузоподъёмного оборудования, гидропривода и кранового электрооборудования. Платформа смонтирована на двух трёхосных тележках, у которых две крайние оси приводные. Укладочный кран служит для укладки звеньев длиной 25м с железобетонными шпалами, что обеспечивается стрелой, изготовленной из легированной стали 10ХСНД, четырёхкратными полиспастами для подвески звена, специальной траверсой, дополнительными противовесами, обеспечивающими устойчивость крана при поднятии звена массой 18т, повышенной мощностью электродвигателя (32кВт) и большей канатоёмкостью барабанов грузовой лебёдки.
Кран состоит из трёхосных тележек 1 (рис. 8.2), рамы 2, двух силовых установок 3, правого и левого пульта управления 4, съёмной кабины управления 5, электрооборудование платформы 6, двух лебёдок 7 для перетягивания пакетов звеньев, траверсы 8, двух грузовых тележек 9, стрелы 12, опирающейся поперечными балками 16 и откидными балками 18 на подвижные каретки 19, грузовой 13 и тяговой 15 лебедок, пульта управления 14 на стреле, ограничителя грузоподъёмности 17, обводных блоков 10 и 11, гидропривода 20, стойки 21, ограждения 22, ролико-
Рис. 8.2. Укладочный кран УК — 25/9 — 18:
1, 9 — трёхосные тяговые тележки; 2 — рама; 3 — силовая установка; 4 — пульт управления платформой; 5 — кабина управления; 6 — электрооборудование платформы; 7, 13, 15 — лебёдкв; 8 —траверса грузовая; 10,11 — блок; 12 — стрела; 14 — пульт; 16 — средняя поперечная балка; 17 — ограничитель грузоподъёмности; 18 — откидные балки; 19 — каретка портала; 20 — гидроцилиндры подъёма стрелы; 21 — стойка портала; 22 — ограждение; 23 — роликовый конвейер; 24 — электрооборудование на стреле
292
вого конвейера 3 и электрооборудования 24 на стреле. Каждая трёхосная тележка имеет две крайние приводные оси и среднюю ось неприводную. На приводной оси смонтирован двухступенчатый редуктор, а на раме тележки — тяговый электродвигатель ДК-309А мощностью43кВт.
При движении крана самоходом вращение от электродвигателя передаётся через карданный вал к осевому редуктору. Для следования крана в составе поезда вторичный вал осевого редуктора выводят из зацепления с осевым зубчатым колесом и вращение от оси колёсной пары не передаётся к первичному валу редуктора и валу тягового двигателя. Тем самым предотвращается превышение частоты вращения электродвигателя сверх допустимой, а также износ щёток и коллектора.
Каждая силовая установка 3 имеет дизель мощностью 121кВт при частоте вращения 1500 об/мин с системами обеспечения и генератор постоянного тока мощностью 100кВт, напряжением 230В. Одна силовая установка служит для питания четырёх тяговых электродвигателей ходовых тележек, а другая — двух электродвигателей привода лебёдок для перетягивания пакетов звеньев, кранового оборудования, расположенного на стреле, и привода двух компрессоров. Из переносной кабины управления 5 машинист платформы управляет силовыми установками, передвижением укладочного крана и лебёдками 7 для перетягивания пакетов. По роликовому конвейеру 23 надвигают пакет звеньев на укладочный кран лебёдкой 7. Четыре каретки 19 перемещаются в стойках 21 гидроцилиндрами 20. Стрела 12 опирается на каретки средней поперечной балкой 16 и откидными балками 18. Вдоль стрелы 12 из швеллеров образован путь для грузовых тележек.
Стрела может занимать три основных положения: транспортное с симметричным расположением консолей и опущенной стрелой; транспортное с опущенной и выдвинутой вправо или влево стрелой; рабочее с поднятой на 1540мм и выдвинутой вправо или влево стрелой.
Грузоподъёмное оборудование крана смонтировано на стреле. Звенья поднимают и опускают грузовой лебёдкой 13 (см. рис. 8.2) при помощи траверсы 8, подвешенной на канатах к грузовым тележкам 9, а перемещают вдоль стрелы тяговой лебёдкой 15. Для предотвращения перегрузки оборудования предусмотрен ограничитель грузоподъёмности 17, а для ограничения хода грузовых тележек — специальные ограничители. Барабаны 7 и 8 грузовой
293
лебёдки (рис. 8.3) закреплены на валу редуктора 9. Привод лебёдки осуществляется электродвигателем 10. Груз удерживается тормозом 11. Задний конец укладываемого звена подвешивают к канату, намотанному на барабан 7 большего диаметра (360мм), благодаря чему этот конец звена опускается с большей скоростью, чем передний. После совмещения торцов рельсов подвешенные и лежащие на балласте звенья скрепляются временными накладками, а затем подвешенное звено окончательно опускают на балласт. Запасовывают канаты по схеме на рис. 8.3. Канат, идущий с барабана 7, пропускают через концевой блок 6 на блоки задней грузовой тележки 1 и грузовой блок 2 и далее к ограничителю грузоподъёмности 77, а канат, идущий с барабана 8 меньшего диаметра (328мм), пропускают через концевой блок 5 на блоки передней грузовой тележки 4 и грузовой блок 3, а затем через концевой блок 16 к ограничителю грузоподъёмности 17.
При изменении укладки слева направо стрелу передвигают тяговой лебёдкой из крайнего левого положения в крайнее правое и перепасовывают канаты. Канат, идущий с барабана 7, крепят к грузовой тележке 4, а канат, идущий с барабана 8 — к
Рис. 8.3. Схема привода и запасовки канатов грузоподъёмного оборудования кранов УК — 25/9 — 18 и УК — 25/17:
1,4 — тележки; 2, 3, 5, 6, 15, 16 — блок; 7, 8, 14 — барабаны лебёдок; 9, 13 — трёхступенчатый редуктор лебёдок; 10, 12 — электродвигатели лебёдок; 11 — тормоз; 17 — ограничитель грузоподъёмности; 18 — грузовая траверса
294
трузовои тележке 1. Тяговая лебёдка перемещает грузовые тележки вдоль стрелы. Редуктор 13 и тормоз II у неё такие же, как у грузовой лебёдки, а барабаны 14 большего размера (700мм) и электродвигатель 12 имеет мощность 23кВт. Один барабан закреплён на валу шпонкой, а другой — через храповое устройство, позволяющее повёртывать барабан вокруг вала и тем самым натягивать канат. Канат, идущий с барабанов, пропускают через концевые блоки 15 к грузовым тележкам 1 и 4. Концы тягового каната крепят к барабанам с разных сторон. При вращении вала один конец каната наматывается на правый (или левый) барабан, передвигая грузовые тележки, а другой сматывается с левого (или правого) барабана. При этом общая длина каната остаётся неизменной.
Гидропривод служит для установки стрелы в рабочее и транспортное положения и состоит из двух автономных гидроприводов (рис. 8.4): для передней и задней частей крана. Насос 2 приводится в действие через упругую пальцевую муфту 11, зубчатую подвижную муфту 12, цепную передачу 13 и электродвигатель 14, который используется для привода лебёдки перетягивания
Рис. 8.4. Гидравлическая схема крана УК — 25/9 —18 (одного портала):
1 — бак; 2 — насос; 3 — предохранительный клапан; 4 — гидравлический распределитель; 5 — манометр; 6 — делитель потока; 7 — гидроцилиндр; 8 — маслопроводы; 9 — обратный клапан; 10 — дроссель; 11, 12 — муфты упругие, зубчатые; 13 — цепная передача; 14 — электродвигатель насоса и лебёдки для перетягивания пакетов; 15 — рукоятка муфты включения
295
звеньев. Рукояткой 15 включают и отключают насос посредством муфты 12. В каждом крайнем плунжере установлен обратный клапан 9, который перекрывает выход масла по каналу при опускании стрелы, а масло проходит через дроссель 10. Регулируя дроссели, равномерно опускают и поднимают передний и задний концы стрелы.
Технические характеристики укладочного крана УК25/9-18 и моторных платформ МПД и МПД-2 (см. п. 8.1.3): приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1.
Параметр УК-25/9-18 МПД МПД-2
Производительность на пути, м/час: с деревянными шпалами 1000 — —
железобетонными шпалами 750 — —
Грузоподъёмность платформы, т 40 40 60
Грузовая лебёдка: грузоподъёмность, т 18 — —
скорость подъёма груза, м/с 0,2 — —
мощность двигателя, кВт 32 — —
Тяговая лебёдка: мощность двигателя, кВт 23 — —
скорость передвижения груза, м/с 1,5 — -
Лебёдка для передвижения пакетов: скорость каната, м/с 0,4 0,4 0,45
тяговое усилие на канате, кН 29,4 29,4 58,8
мощность двигателя, кВт 12 12 24
Скорость передвижения, км/ч: крана в рабочем режиме, 5 5 5
самоходом в транспортном режиме, м/ч 20 40 30
при отключённых тяговых двигателях в составе поезда, км/ч 80 80 80
Максимальная сила тяги, кН 63 63 90
Масса, т 102 40 41,6
8.1.3. Моторные платформы
Моторная платформа МПД (рис. 8.5.) в составе укладочного поезда при отцепленном локомотиве служит для тяги хвостовой
296
Рис. 8.5. Моторная платформа МПД:
1 — двухосная тяговая тележка; 2 — рама; 3 — лебёдка; 4 — электродвигатель лебёдки; 5 — кабина; 6 — щиток контрольно-измерительных приборов; 7 — универсальные переключатели; 8 — компрессор; 9 — водяной и масляный радиаторы; 10 — дизель; 11 — генератор; 12 — автоматический выключатель; 13 — роликовый конвейер; 14 — контакторы постоянного тока; 15 — осевой редуктор; 16 — тяговый электродвигатель; 17 — короткая автосцепка; 18 — воздушные резервуары пневматического тормоза; 19 — колёсная пара; 20 — рама тележки; 21 — рессорное подвешивание; 22 — колодочный тормоз
секции укладочного поезда и перетягивания пакетов звеньев с хвостовой секции на головную секцию, а на звеносборочной базе — для маневровой работы при формировании укладочного поезда и подачи вагонов и платформ под загрузку и разгрузку. На платформе МПД и укладочных кранах установлено одинаковое силовое и тяговое оборудование. Внутри рамы 2, под её полом, размещено силовое оборудование: дизель 10 мощностью 121 кВт (165 л. с.), водяной и масляный радиаторы 9 систем охлаждения и смазки и генератор 11 мощностью 100 кВт. Рама платформы опирается на две двухосные тележки 1 с тяговыми электродвигателями и осевыми редукторами 75. Две лебёдки 3 для перетягивания пакетов звеньев и электродвигатели 4 привода лебедки расположены снаружи рамы ниже пола, а барабаны выступают над поверхностью пола. По роликовому конвейеру 13, установленному на полу платформы, перетягивают пакет звеньев. На моторной платформе установлены две короткие автосцепки 77 (без фрикционных аппаратов).
Моторная платформа МПД-2 (рис. 8.6) отличается от платформы МПД большей грузоподъёмностью (60 т вместо 40 т), большей силой тяги (90 кН вместо 63 кН), большим тяговым усилием лебёдки (58,8 кН вместо 29,4 кН), увеличенной скоростью транспортирования (27,8 м/с вместо 19,4 м/с), а также име-
297
Рис. 8. 6. Моторная платформа МПД-2:
1 — двухосная тяговая тележка; 2 — рама; 3 — лебёдка; 4 — автосцепка с поглощающим аппаратом; 5 — кабина управления; 6 — пульт управления; 7 — стойка портала; 8 — компрессор; 9 — водяной и масляный радиаторы; 10 — дизель; 11 — генератор; 12 — роликовый конвейер; 13 — тяговый электродвигатель;
14 — осевой редуктор; 15 — колёсная пара
ется перемещаемая вверх-вниз кабина управления и изменена тяговая тележка. В МПД-2 внутри рамы 2 под полом платформы установлены две силовые установки, каждая из которых состоит из дизеля 10 и генератора 11, водяного и масляного радиатора 9, смонтированных на промежуточной раме, которая крепится к раме платформы через амортизаторы.
На стойках 7 смонтирован портал, перемещаемый вверх-вниз гидроцилиндрами, размещенными в стойках подобно гидроцилиндрам и кареткам в укладочном кране УК-25/9-18. На портале установлена кабина управления 5, в которой расположены два пульта управления, краны машиниста, служащие для торможения платформы и поезда, механизм дистанционного управления дизелем и гидравлическая панель с распределителем, а также трубопроводы гидропривода и пневмосистемы. Снаружи, на задней стенке кабины управления прикреплена насосная станция. Масло от насоса в гидроцилиндры подается через распределители и рукава высокого давления.
В транспортном положении кабина управления опущена и высота от уровня головки рельса равна 4540мм. Для пропуска пакета звеньев через МНД-2 кабину поднимают гидроцилиндрами на 2300мм и ее высота в рабочем положении достигает 6840мм. В кабине управления созданы хорошие условия для ра
298
боты машиниста. Управление платформы и включение лебёдок производится из кабины управления.
8.1.4. Производительность укладочного крана
Производительность П укладочного крана, м/ч зависит от времени укладки звена Тзв, с, и длины звена L3B, м
Л=3600^-. (8.1.)
*38 10
Для прямого участка пути 77=^, где t. — время строповки звена; t2 — время подъёма звена навысоту h2 = 0,3-0,4м (t2=h^vy, мп — средняя скорость подъёма, м/с; 1з -время передвижения тележки со звеном, с, (t3 = /раз/0,5нт + 1тор — путь разгона
тележек со звеном (Zpa3= 0,5-0,8 м); /т — путь движения тележек со звеном с установившейся скоростью, м; /торм — тормозной путь (/торм « 0,5 м); от — установившаяся скорость (ит = 1,35-1,5 м/с); <4 — время опускания звена со средней высоты, с (t4 = —сред-
няя высота, м; о0п — скорость опускания звена, м/с (иоп = 0,35-0,45 м/с); <5, /6, t2, — время стыковки заднего конца звена, окончательного опускания звена, расстроповки звена, подъёма траверс на среднюю высоту, с (fg = hcp/x>nTp); и — скорость подъёма траверс, м/с (и = 0,35-0,45 м/с); /9 — время передвижения порожних тележек на длину /то, с (г9= /„/%); /то—длина передвижения порожних тележек, м; — скорость движения порожних тележек, м/с (г)то = 1,7-1,8 м/с); <10 — время опускания, с.
Укладочный кран с рабочей секцией поезда передвигается на длину уложенного звена одновременно с передвижением грузовых тележек, опусканием траверс и строповкой звена. Пакет звеньев передвигается также одновременно с укладкой последнего звена и при хорошей организации работы дополнительного времени на передвижение не требуется. Время цикла укладки Тзв можно представить в виде циклограммы (рис. 8.7.). Цикл укладки звена на кривом участке пути Т увеличивается на время, затрачиваемое на сдвиг переднего конца укладываемого звена на ось пути и его изгиб. Остальные операции такие же, что и в цикле на прямом участке пути.
299
Наименование операции Время выполнения операции, с
ч f3 tf tf <7 Ч f9 4t
Строповка звена
Подъем звена
Передвижение звена
Опускание звена 8-10
Стыковка звена ЗИТ.
Окончательное опускание звена ~ЗГ
Расстановка звена ~s~
Подъем траверс 8-10
Передвижение тележек назад IB-19 "
Опускание траверс “3"
Т„ = ц = 85-100 с
Рис. 8. 7. Циклограмма укладки звена
8.1.5. Основы расчёта параметров кранового оборудования
8.Ш. Расчёт параметров грузовой лебёдки
Для кранов, у которых звено подвешивается к двум траверсам (рис. 8.8), нагрузку R2, Н на переднюю тележку можно найти из уравнения моментов относительно точки Г.
G3B(L3B/2 -d)g + G^g - R2bt = 0.
Поскольку при изменении направления укладки звеньев канаты перепасовывают с одной тележки на другую и задняя тележка становится передней, канат для второго барабана принимают таким же, как и для первого. Звено захватывается одной
Рис. 8.8. Расчётная схема подвески звена к укладочному крану УК-25/9
300
длинной траверсой (/^=12,8 м), которая подвешивается к передней и задней грузовым тележкам на двух четырёхкратных полиспастах, центр тяжести подвешенного звена смещён от середины траверсы по направлении к крану на f = 0,5 м, а расстояние между полиспастами составляет Ь2 = 7 м.
Нагрузка от подвешенного звена на четырёхкратные полиспасты, Н:
передний полиспаст
.Г^ GM(0,5b2-/)'
‘2"L 2 b2
(8.2)
задний полиспаст
здесь Rj > поэтому канат рассчитывают иа усилие Rp а усилие в канате будет равно:
^бар 5 ’ (8.4)
Ul|
где а — кратность полиспаста (а = 4);
Т| — к. п. д. блока на подшипниках качения /т| = 0,97-0,98).
Крутящий момент на выходном валу редуктора лебёдки от двух барабанов, Н-м,
(8.5)
Скорость наматывания каната, м/с,
ЛС=51бап—+ ‘52 —• 1ф юар "*2
Мощность электродвигателя привода лебёдки, кВт,
WG^ + G^
N. ----------—-
1000п„1ПбПР
(8.6)
гдет|п1 = т|3—к. п. д, двукратного полиспаста и двух обводных блоков; Т|6, Т]р — к. п. д. барабана (т|6 = 0,97) и редуктора.
301
8.I.5.2. Расчёт параметров тяговой лебёдки
Усилие в тяговом канате преодолевает сопротивления, возникающие при движении грузовых тележек с подвешенным звеном, и сопротивление в обводных блоках тягового каната.
Сопротивление, Н:
от сил трения на уклоне
от подъёма на уклоне
^2=9,81(G3B+Glp+GT)/-
(8-8)
в грузовых блоках при перекатывании по ним грузового каната
W3 = AS=9,81(G3e + (8 9)
от провисания тягового каната из-за разницы натяжений тягового каната с одной и другой сторон тележки
W4 = ДГ = Щ - ц2) . (8.10)
Натяжение тягового каната, Н, , где q — масса 1 м
ОН
каната, кг/м; I — максимальная длина свободно висящего тяго-
, , ( 1 1 \
вого каната, м; h — провисание тягового каната: А=| зЗ+50 г•
Сопротивление силы давления ветра на торец звена, Н,
W, = соГ, (8.11)
5 В ЗВ’ ' /
где Ws — давление ветра 490 Па;
Fm — площадь торца звена с учётом его провисания, м2, (Гя = 0,7-0,8).
С учётом к.п.д. обводных блоков тяговое усилие, Н,
_ wx+w2+w3 + w4+ws X-----------------
302
где <7М, G^ GT — масса звена, траверсы двух грузовых тележек, кг;
DK— диаметр колеса тележки, см;
ц1 — коэффициент трения качения колеса о беговую дорожку стрелы (р, = 0,04-0,06);
f— коэффициент трения в подшипниках качения колёс (f = 0,02);
d— диаметр цапфы колеса, см;
3— коэффициент увеличения трения реборд колёс о полки стрелы (р = 1,5-1,8));
i— руководящий уклон пути (i = 0,12);
а— кратность полиспаста;
т|— к. п. д. блока.
Мощность электродвигателя привода лебёдки для установившегося движения, кВт
АГ
т ЮООПбПр ’ (8ЛЗ)
где 1)г — скорость наматывания каната, м, (г>т= 1,5м/с);
Л6, Т]р — к. п. д барабана (т]6 = 0,97-0,98) и редуктора (т|р = 0,9-0,92).
При разборке пути на подъёме нужно учитывать сопротивление передвижению грузовых тележек от прогиба стрелы, Н,
Щ = 9,81(G3B + G + GT)-^~, (8.14)
a+b
где f — прогиб стрелы в месте расположения передней тележки, см;
(а + Ь) — длина консоли стрелы, см.
8.1.5.3. Расчёт лебёдки дли перетягивания накатов
Тяговое усилие на барабане лебёдки должно преодолевать сопротивления перемещению пакетов звеньев при движении их по роликовому конвейеру питающих платформ, Н:
от силы трения в роликовых конвейерах от веса пакетов звеньев
(K.=9,81^L+/A,|3;
Ч к 2 у от подъёма пути на руководящем уклоне
(8-15)
(8.16)
303
от силы трения в роликах конвейера, от поперечных горизонтальных сил Т, возникающих при перетягивании пакетов на кривом участке пути и изгибающих нижнее звено, так как в этом случае нижнее звено изгибается под действием реборд роликов, и передний конец смещается в поперечном направлении (рис. 8.9)
„Л 2Т ,d\ а
Щл= — Hi + /- zn₽.
^реб V 1 2 J
(8.17.)
Изгибу нижнего звена в поперечном направлении препятствует сила трения звеньев, лежащих сверху, и жёсткость нижнего звена. Основываясь на принципе независимости действия сил, выразим момент трения Л/Тр звеньев, лежащих сверху, и момент изгиба звена Мю соотношениями:
Рис. 8.9. Схема перетягивания пакетов на кривом участке пути и действующие силы:
1 — укладочный кран; 2 — роликовый конвейер крана; 3 — лебёдка для перетягивания пакетов; 4 — вертикальные направляющие ролики тягового каната; 5 — питающая платформа; 6 — роликовый
конвейер; 7 — пакет звеньев
304
Активный изгибающий момент от реборд роликов
Л/изр = ДО,5а + /р) равен сумме моментов и Мю.
Выразим
9.81(Cn„ + GJ/2(Z4,/2+Zp/2)
г=---------wuj--------------+е' <82»)
Поперечное усилие Q = qa, но равномерно распределённая нагрузка q входит в уравнение ординаты прогиба балки
у =
пк 121уЕк*
2аJ -9а2 J
2
(8-21)
но из геометрических соотношений поворота крана на кривом участке пути
Л.К = (LJ2 + l/Z)tg% , (8.22)
где упк — перемещение переднего конца звена в горизонтальной плоскости, см;
<р(—угол поворота продольных осей укладочного крана и питающей платформы [<р = а! + а2, здесь а] — угол поворота автосцепки укладочного крана (ctj = Р,+ у), определяемый по формулам проходимости кривых малого радиуса, град; а, — угол поворота автосцепки питающей платформы' (а2 = Р2+ у), град], при R = 400 м 18’; при R = 500 м <р( = 1°50'.
В укладочном поезде расстояние между роликами, расположенными на одном уровне и изгибающими нижнее звено, /р = а/2 = = 5 м и а = 10 м. Передний конец звена отстоит от удерживающего ролика питающей платформы на расстоянии х = 1,5а. Подставляя это значение в уравнение прогиба звена (8.21), получим,
12ШЖ
У Лк
'За_ Y
L 2 °) 433да4
2 ЗЫЕЕк* ’
У
откуда,
384£/у£жупк
q 433а4
384/Д ( ч
-----ЧМД»/2 + 1 /2)tg<fl, 433а4 ₽ 7
305
0 384ELkx г \
но q = —, тогда Q = ——~-\L3Bl2 + lpl2)tg^. (8.23)
a "rj3w
В приведённых формулах Е — модуль упругости стали, (Е = 20,6-106 Па); I— момент инерции двух рельсов относительно вертикальной оси у, см4 (для рельсов Р65 /у = 2-567 = = 1128см4); кж — коэффициент жёсткости путевой решётки (отношение момента инерции решётки к моменту инерции двух рельсов относительно вертикальной оси; а — длина роликого конвейера, при которой возникает наибольший изгибающий момент в нижнем звене (а = 1000 см); L3B — длина звена (Езв = 2500 см); /р — расстояние между роликами, изгибающими звено (/р = 500 см); (7пак, G3B — масса пакета звеньев и одного звена, кг; za — число пакетов звеньев (zn = 2-3); f2 — коэффициент трения скольжения шпал о рельсы (для деревянных шпал /2 = 0,3, а для железобетонных /2 = 0,4), gj — коэффициент трения качения рельсов о ролики, см (Pj = 0,06); f — коэффициент трения качения в шарикоподшипниках (f = 0,02); Dp — диаметр ролика, см (Dp =12 см); £>реб — диаметр ролика по реборде в месте касания ее с рельсами, см СОреб = 15 см); d—диаметр цапфы, см; 0 — коэффициент увеличения трения рельсов о реборды роликов (0 = 1,5); i — руководящий уклон (i = 012).
Силу сопротивления в вертикальных отклоняющих роликах, расположенных на укладочном кране, по аналогии с предыдущими рассуждениями выразим уравнением
(8-24)
где Т — горизонтальное усилие в вертикальных отклоняющих роликах, н t ^™со8(90°- <р»:
£>вр, <7вр— диаметр вертикального ролика и диаметр его цапфы, см;
zBp — число пар роликов.
Тяговое усилие на барабане лебёдки равно сумме приведённых выше сопротивлений, Н,
+ ^2л+ ^Зл + *4л • (8-25)
Мощность электродвигателя привода лебёдки, кВт,
306
n«-1oo5^V <8-26)
Скорость наматывания каната х>л = 0,4-0,5 м/с.
8.I.5.4. Расчёт параметров гидросистемы
Нагрузку на шесть гидроцилиндров портала от массы стрелы с оборудованием и массы кареток можно найти из уравнения, Н,
Рст =9,81[^(L?~^r)+2GKap'l, (8.27)
где G^ — масса стрелы с оборудованием, G = 21200 кг;
— расстояние между стойками (LCTp= 14 м);
/ит — расстояние от передней стойки до центра тяжести стрелы с оборудованием (/цт = 0,5 м вправо от левой стойки);
GKap — масса одной каретки (GKap = 370 кг).
Нагрузка на один гидроцилиндр, Н,
(8.28)
8.1.6. Расчёт укладочного крана на продольные н поперечные нагрузки
Продольные нагрузки действуют на укладочный кран при формировании укладочного поезда и следовании крана по перегону в составе укладочного или грузового поезда. Продольные усилия, на которые должны рассчитываться вагоны и путевые машины, принимают для двух основных расчётных режимов; I — соударение вагона и путевой машины при малой скорости и = 0,55-2,22 м/с (и = 2-8 км/ч); II — движение поезда с наибольшей допускаемой скоростью. Для I режима продольная расчетная нагрузка на кран N = 2451 кН (250 тс); для II — 980,6 кН (250 тс).
При ударе в автосцепку возникают силы инерции укладочного крана. Сила инерции каждой составной части (i-й) пропорциональна её массе ускорению j и зависит от жёсткости прикрепления этой части к раме крана, учитываемой безразмерным коэффициентом kt восприятия нагрузки
307
N= Gjkt. (8.29)
Рама платформы с оборудованием составляет значительную часть общей массы крана (35-42%), она обладает наибольшей жёсткостью. Коэффициент восприятия нагрузки для составных частей можно принять: для рамы платформы кх = 1,1-1,2, для тележки к2 = 1, для стоек к3 = 0,8, для стрелы с оборудованием к* = 0,5-0,6. Монтируемое на кране оборудование и элементы его крепления рассчитывают на действие вертикальных, продольных и боковых нагрузок, вызываемых силами инерции в расчётных режимах I и II (табл. 8.2).
Таблица 8.2
Наименование части крана Расчетная сила, Н Расчетная сила режим I Расчетная сила режим И
Оборудование на раме платформы Вертикальная сила Продольна) сила Рх1 р = р л z\ дст 31=^0- \, 4NJnnhnnx [ Gmgl2 Aj*p»=o g PzI=PCT(l + ^) Рп =Р Ь. in гх\ гсг 7x1 g
Боковая сила Рх1 Ру^Р^к. g
Оборудование на тележке (тяговые двигатели, детали тор моза и дру гие узлы) Вертикальная сила Продольна) •сила Рх2 Боковая сила Ру2 ^z2 ~ ^ст ^х2 ^ст Ру2=Ь ^2 {1 Jxl g ^3 Л Л) ГО II II II 04 |>- 04 1^ ~
308
Оборудование на стойках Вертикальная сила Р.з Продольная сила Рх3 Боковая сила Ру3 Ъ = Рсг p*=t Py3=i . ^^/ст^ст^ст 1 °^2 J > i1 ст Jx3 g ) О bo eo ft* ft? 'L и и
Оборудование на стреле (лебедки, откидные балки и другие узлы) Вертикальная сила ^4 Продольная сила Рх4 Боковая сила Ру4 Р24 = Р„ р1 = р л х4 *ст ^4=0 | 1 ^•^j'CTp^CTp->tCTp Gcrpg^2 Jx4 g Рг4 = Рст(1+Ад) pH _ p К **4 •‘ст Jx4 g P — P —k гу4 ~ Л4 s
Обозначения, принятые в табл. 8.2 и в тексте:
Р? Р*, Ру — расчётные силы, приложенные в центре тяжести прикреплённого оборудования или механизма по вертикальной оси z, по продольной оси х, по поперечной оси у, Н; Рст — статическая нагрузка от элемента оборудования, Н; Р^ = Gg; GKp, G^, Gr G^ — масса укладочного крана, платформы, тележки, стоек, стрелы с оборудованием, кг; N — продольная сила удара в автосцепку крана, Н, NKp = 2451000 Н; /ст — статический прогиб рессорного подвешивания, см; at — коэффициент для элементов рамы машины (а} = 0,05, для обрессоренных частей тележки (а7 = 0,1); Ьх — коэф-
фициент (^1 ~
2wm
где тпт — число осей тележки); N^,
Nj^ — сила инерции платформы с оборудованием, тележек, стоек и стрелы с оборудованием, Н; йкр — расстояние от оси автосцепки до центра тяжести крана (Лкр = Ло - 105 см, здесь Ло — высота
309
центра тяжести крана от головки рельса, см); h — расстояние от оси автосцепки до центра тяжести стрелы с оборудованием, см; Лт — высота от центра оси автосцепки до оси автосцепки, см; hm — высота от оси автосцепки до центра тяжести стойки, платформы, см; х — расстояние по оси х от среднего поперечного сечения крана до центра тяжести элемента оборудования, см; j!x — ускорение по оси х в I расчётном режиме , м/с2 : Акр = Апл = 3’2g> Ам = 3g, Act = 2>4& Астр =1>8& А'~ УСКОрвНИе ВО II расчётном режиме по оси х, м/с2; jxI = 1,2g, = g, j^= 0,8g u
= 0,6g — ускорение от торможения и разгона во П расчётном режиме, действующее на оборудование, закреплённое соответственно на платформе, тележке, стойках и стреле при скорости движения 28 м/с (100 км/час); j — расчётное ускорение массы элемента в боковом направлении (j - g, где g — ускорение свободного падения, м/с); ка — коэффициент вертикальной динами-
.. , 0,0361) , ч
ки (кя = а1 +о1—-—,где и — скорость, м/с).
/ст
8.1.7. Устойчивость укладочного крана в рабочем режиме
Устойчивость укладочных кранов должна быть достаточной в наиболее неблагоприятных условиях, то есть в тот момент, когда на платформе нет звеньев, а укладываемое звено выдвинуто вперёд и подвешено к стреле. По правилам Гостехнадзора определяют коэффициенты грузовой устойчивости кх и собственной устойчивости кт Коэффициентом грузовой устойчивости называют отношение удерживающего момента, создаваемого нагрузками от веса частей крана относительно ребра опрокидывания (в кранах УК-25/9-18 и УК-25/9 относительно подпятника передней тележки) за вычетом моментов от сил инерции и ветровой нагрузки, к опрокидывающему моменту, создаваемому грузом, траверсой и грузовыми тележками. Коэффициент грузовой устойчивости
--------(8.30)
Для крана УК-25/9 момент. Н-м,
310
(8.31)
MG = G^+GCT(l + n) + Q,5Grl-GCIjn-GCTn 9,81,
где MG — момент от веса частей крана, Нм;
0,5GT/ — удерживающий момент, создаваемый половиной веса задней ходовой тележки.
Для крана УК-25/9-18 момент, Н-м, mg= GIDI^+GCTp(/+n)+0,5GT/+-Gnp(/+/np)-GCTpm-GCTn 9,81,(8.32) где GnjI — масса платформы с оборудованием и ограждением, т: стрелы с = 21,2); = 78 т);
G = G - (2G+G_+2G__), здесь G — масса ПЛ кр '• т стр грт“ стр
оборудованием, т (для крана УК-25/9 G^ Gxp— масса крана, т (для крана УК-25/9 Gxp GT — масса ходовой тележки, т; GT = 11,5 т;
G , GCT, G — масса грузовой тележки (для крана УК-25/9 G + G = = 0,307 т, для УК-25/9-18 G = 0,37 т), стойки, противовеса, т (для крана УК-25/9-18 Gnp= 10,2 т);
/ — база крана (/ = 12,4 м);
п, т — расстояние от пятника до середины стойки (л = 0,8 м), до центра тяжести стрелы с оборудованием (для крана УК-25/9 т = 0,3 м), м;
Z — расстояние от задней пяты до центра тяжести противовеса, м(/пр=1,2м).
Суммарный момент от сил инерции, возникающих при торможении грузовых тележек вместе со звеном,
Е М™=ДОгрт+<Ар + <Лв) J-Л
(8.33)
где G3B — масса грузовой тележки, траверсы и звена, кг;
JT — замедление тележек со звеном при их торможении в конце
хода, м/с : JT = = 2 - 2,3;
^торм
Лт — высота центра тяжести грузовой тележки над горизонтальной плоскостью подпятника, м (Лт = 4,56м).
Суммарный момент от ветровой нагрузки для укладочных кранов
IМ. = "в^сгДтр + ^СГ + ^трЛтр + Дв^зв) > (8.34)
311
где wB— давление ветра, которое по нормам расчёта вагонов принимается равным 490 Па;
^’стр' Г-ш — подветренная площадь стрелы, двух стоек одного порта-
ла, траверсы и звена, yi2;
h-rp> ^зв — высота центра давления ветра от плоскости подпятника до стрелы, стоек, траверсы и звена, м.
Грузовой момент для крана УК-25/9, Н м, Mq=[G3B(c+Lm/2) + G^n +ax+bJ\9,W, (8.35)
где GM — масса звена, кг;
—длина звена, м /L3B = 25 м);
ар 6р с — расстояние от оси стойки до ближней грузовой тележки, м (я, = 7,975 м), между грузовыми блоками (Ьх = 11,5 м), от передней пяты до заднего конца звена (с = 3 м).
Для крана УК-25/9-18 момент, Нм,
MQ = [G3B(c + L3B/2) + + 2G^(c + L3B/2 + /)]9,81 . (8.36)
где f = 5 м — несоосность центров тяжести звена и траверсы.
По правилам Гостехнадзора коэффициент устойчивости определяется без учёта сил инерции и ветровой нагрузки
^=^->1,4.
Собственную устойчивость крана проверяют без груза (звена) на стреле, причём опрокидывающий момент создаётся противовесом вокруг подпятника задней тележки и ветровыми нагрузками. Коэффициент собственной устойчивости:
---^-7 >1,15,
(8.37)
где Л/Пр — момент от противовеса, Н.м (Л/пр= Gnpg/np);
Мв — момент от ветровой нагрузки, действующий в ту же сторону опрокидывания, что и противовес, Н-м.
312
8. 1.8. Тяговый расчёт укладочного крана н моторной платформы МПД
Тяговый расчёт выполняется по методике, приведённой в главе 1. Значения удельных сопротивлений движению приведены на рис. 8.10. Для расчёта тяговой характеристики крана и моторной платформы необходимо знать электромеханические характе-
Рис. 8.10. Зависимость основного удельного сопротивления от скорости движения моторной платформы МПД при общей массе платформы с грузом 66 т:
1,2 — расчётное удельное сопротивление w'op при отключенных осевых редукторах и холостого хода с включёнными осевыми редукторами w’xp)- 3,4 — замеренное удельное сопротивление при отключённых осевых редукторах wo и холостого хода машины с отключёнными осевыми редукторами w’x
ристики тягового электродвигателя (рис. 8.11) и схему включения двигателей в цепь генератора, внешнюю характеристику тягового генератора (рис. 8.12), ограничение силы тяги по сцеплению и максимальному току тягового электродвигателя и генератора.
Частота вращения электродвигателя при различных напряжения, мин-1,
313
100
90
30
70
60
w о Макс, частота вращения 3100 нин
Длительный ток 210 А
О 100 200 ЗоГлЮ 500 ^,
Рис. 8.11.
Электромеханические характеристики тягового двигателя ДК-309А:
сплошные линии — Мдв и пн при напряжении 190 В по результатам испытаний; штриховые — расчётные при различных напряжениях
Рис. 8.12. Характеристики генератора П-111П.
314
U-tl'^R+e)
{7н-(7„Е/? + е)’
(8.38)
где п — частота вращения при заданном напряжении, мин”;
пя — частота вращения при номинальном напряжении UH = 190 В, мин-1;
1г — сила тока в якоре тягового электродвигателя, А;
XR — суммарное сопротивление обмоток двигателя при 100° С (у двигателя ДК-309А £R = 0,06 Ом);
е =2 — падение напряжения в щёточном контакте, В.
По формуле (8.38) построены кривые п(7дв) при различных напряжениях (U = 30, 40, 60, 80,..., 250 В) приведенные на рис. 8.11.
Действительную внешнюю характеристику дизель-генератора получают при испытании генератора с загрузкой реостатом (см. рис. 8.12). Внешняя характеристика генератора П-111П не обеспечивает наибольшее использование мощности дизель-генератора на тягу, так как U мало изменяется при токе от 0 до 450 А. Постоянное напряжение на кране необходимо для питания электродвигателей привода лебёдок.
В тепловозных тяговых генераторах внешняя характеристика приближается к гиперболе UI = Р = const. В тяговых генераторах путевых машин это не достигается.
Сила тяги по сцеплению, Н,
^сЦ= ^1Сц +VP2cu (8.39)
Коэффициент сцепления для укладочного крана можно при-g
нять таким же, как для тепловозов, V - 0,25 + —-- , где и — скорость движения, м/с.
Нагрузки от двух приводных (сцепных) колёсных пар на рельсы передней Р]сц и задней Р2сц тележек, Н: Р1сц = 2?01, Р2сц = 2?02, где <701, q02 — нагрузка на рельсы от одной колесной пары передней тележки, задней тележки.
Рассчитывают по меньшему значению qos, при котором начнется буксование колёс (на выдвинутой стреле подвешено звено, а на платформе крана нет звеньев).
Согласно электрическим схемам кранов и моторных платформ МПД тяговые электродвигатели включаются в следующих режимах:
315
тяга от двух дизель-генераторов: 1— последовательное соединение двух двигателей к одному генератору; 2 — параллельное соединение двух двигателей к одному генератору;
тяга от одного дизелъ-генератора: 3 — последовательное соединение четырёх двигателей от одного генератора; 4 — последовательно-параллельное соединение четырёх двигателей от одного генератора.
Расчётная сила тяги крана и моторной платформы МПД
ж" 1000Z), ’ (8-40>
где F* — сила тяги на ободе колеса, кН;
z = 4 — число тяговых двигателей;
М —крутящий момент двигателя по характеристике (см. рис. 5.11), Нм;
f— передаточное число редуктора (i =11) и его к.п.д.;
D —диаметр колеса, м (DK = 0,95);
1000 — коэффициент перевода в килоньютоны.
Скорость движения крана и платформы МПД, м/с,
Рис. 8.13. Расчётные характеристики кранов УК-25/9-18, УК-25/9 и моторной платформы МПД:
1,2 — кривая силы тяги FK от двух силовых установок при последовательном присоединении двух тяговых электродвигателей к одному генератору и при параллельном присоединении; 3, 4 — кривая FK от одной силовой установки при последовательном присоединении четырёх электродвигателей к одному генератору и при параллельном присоединении
316
где лдв — частота вращения двигателя, мин'1, для различных значений I и U, которые принимаются по характеристике двигателя.
По полученным значениям Гк и для всех четырёх схем включений двигателей строят тяговую характеристику FK(y>) крана и моторной платформы (рис. 8.13).
8.2. Тракторные путеукладчики
Путеукладчик ПБ-ЗМ (рис. 8.14) работает с трактором тягачом 1 Т-100М или Т-108, на котором спереди установлен синхронный генератор 2 мощностью 37,5 кВт, а сзади смонтировано водило 3, состоящее из винтовой пары, ско-льзуна, электродвигателя (мощностью 3 кВт, 1500 мин-1) и червячного редуктора. На водило опирается через буксирный прибор гусёк 4, прикреплённый к ферме 5. К ферме подвешены на канатах две полуавтоматические рельсозахватные рамы 6. Рельсозахватные рамы для укладки звеньев с деревянными шпалами оборудованы двукратными полиспастами грузоподъёмностью 4,5 т, а для звеньев с железобетонными шпалами — четырёхкратными полиспастами грузоподъёмностью 9 т. Грузовая лебёдка 8 однобарабанная (диаметр 520 мм) с планетарным редуктором допускает усилие на канате24,5 кН (2500 кгс). На лебёдке установлен электродвигатель мощностью 11 кВт (920 мин-1). На портале 9 установлены две грузовые лебёдки для подъёма и опускания двух захватных рам. Портал вертикальными гильзами насажен на правую и левую спаренные вертикальные колонны 10, которые опираются на две гусеничные тележки 19. Двумя гидроцилиндрами 12 грузоподъёмностью 18т каждый портал с фермой и оборудованием может быть поднят на 400 мм. При укладке звеньев на земляное полотно с поперечным уклоном портал гидроцилиндрами устанавливают вертикально и контролируют по отвесу 21. На концевом кронштейне 14 установлена тяговая лебёдка 13 и грузовой крюк с блоком 75 для перетягивания пакетов звеньев с питающих платформ. Тяговое усилие каната равно 16,67 кН, а крюка с блоком при двукратном полиспасте — 33,34 кН. Скорость движения
317
Рис. 8.14. Тракторный путеукладчик ПБ-ЗМ:
1 — трактор Т-100М; 2 — синхронный генератор; 3 — водило; 4 — гусёк; 5 — ферма; 6 — рельсозахватная рама; 7 — блок отклоняющий; 8, 13, 18 — грузовые и тяговые лебёдки; 9 — портал; 10 — спаренные вертикальные колонны; 11 — гидропривод; 12 — гидроцилиндр; 14 — концевой кронштейн фермы; 15 — блок с крюком тягового каната; 16 — пакет звеньев; 17 — кран-укосина; 19 — гусеничная тележка; 20 — платформа с роликовым конвейером укладочного поезда; 21 — отвес
крюка 25 м/с. На лебёдке установлен электродвигатель мощностью 13 кВт. На портале смонтированы кран-укосина 17 грузоподъёмностью 500 кг и лебёдка 18, предназначенные для удаления освободившихся от звеньев тележек.
Путеукладчик ПБ-ЗМ работает в основном с пакетами из шести звеньев на железнодорожных платформах 20, оборудованных роликовым конвейером, но может работать с подачей пакетов на инвентарных транспортных тележках. Ранее выпускавшийся путеукладчик ПБ-3 отличается от ПБ-ЗМ тем, что у него неподъёмный портал, отсутствуют гидроцилиндры портала и нет приспособления для рихтовки звена. Путеукладчик ПБ-3 укладывает звенья с деревянными шпалами, которые подают на инвентарных тележках по три-четыре звена в пакете или железнодорожных платформах, оборудованных роликовым конвейером. Перед началом укладки звеньев ПБ-ЗМ устанавливают над последним уложенным звеном, проталкивают пакет звеньев под путеукладчик, опускают рельсозахватные рамы на пакет и стропуют звено, которое поднимают на 0,3-0,4 м грузовыми лебёдками и удерживают в таком положении. Трактор перемещает путеукладчик с поднятым звеном вперёд. После чего опускают подвешенное звено до соприкосновения заднего конца с земляным полотном, осаживают путеукладчик, укладываемое звено упирается в торец рельсов уложенного пути. После чего стыкуют звенья. Затем операции укладки следующего звена повторяют. Под путеукладчик локомотивом проталкивают укладочный поезд с пакетами и укладывают следующее звено. Производительность путеукладчика при укладке звеньев с деревянными шпалами 0,29 км/ч, а с железобетонными — 0,24 км/ч.
Тяговым расчётом определяют необходимую силу тяги трактора-тягача, по которой подбирают тягач, предназначенный для перемещения путеукладчика с подвешенным звеном. Сила тяги на буксирном приборе трактора равна сумме сопротивлений движению гусеничных тележек путеукладчика:
FT = WX + W2 +W3 +Ж4 +W5 +W6 , (8.42)
= «?пУ + > (8.43)
где Wt — сопротивление движению гусеничных тележек по грунту, Н;
ivx — сила сопротивления движению гусеничных тележек, Н/т (wx = 900- 1100 Н/т);
319
G^, G3B — масса путеукладчика без трактора, масса звена, т;
W2 — сопротивление гусеничного хода, Н:
W2 = 9,81(5(Ы000)(6пу+ G3B) , (8.44)
где РК3 — сопротивление преодоления инерции при начале движения с места (разгон путеукладчика), Н:
W=(G + G) 1000/ « 9,81(20*30)(Gny+G3B), (8.45)
где j — ускорение разгона, м/с ,
W4— сопротивление от подъёма пути, Н, W* = 9,81(Gny + G3B)z;
i — подъём пути °/00;
W5 — сопротивление от ветра, Н, W5 = wa(Fny + F3a + FTp);
ivB — давление ветра 490 Па;
Fny, — торцовая подветренная площадь соответственно путеукладчика,
F звена и трактора, м2;
W6 — сопротивление повороту гусениц на кривом участке пути, Н:
W6 = М^, (8.46)
где — момент трения гусениц о грунт при повороте, Нм:
Л/тр=/^/2/4₽. (8-47)
где f—коэффициент трения гусениц о грунт (f = 0,25+0,4);
р—давление от гусениц на грунт, Н/м2; р = 9810(Gny + G3B)/2/Z>, где / —длина гусеницы (/ = 3,45 м); b — ширина гусеницы (Ь = 0,32 м); Р—поправочный коэффициент, компенсирующий погрешности формулы (р = 1,1-1,4);
R—радиус кривой, м.
По подсчитанному тяговому усилию выбирают трактор, сила тяги которого на крюке должна быть равна или больше подсчитанной тяги F.
т
8.3. Механизация укладкн и ремонта бесстыкового пути
8.3.1. Механизация укладкн рельсовых плетен
Бесстыковой путь состоит из рельсовых плетей длиной до 800 м, между которыми укладывают три-четыре так назы-
320
ваемых уравнительных рельса длиной 25 м. Путь укладывают в две стадии: сначала укладывают стыковой путь с инвентарными рельсами длиной 12,5 и 25 м, после чего открывают движение поездов; потом после обкатки и стабилизации пути внутрь колеи выгружают рельсовые плети. При закрытом перегоне в «окно» снимают инвентарные рельсы (шпалы с подкладками остаются на месте) и на их место надвигают ранее выгруженные плети, которые заранее свариваются на рельсосварочных предприятиях. Рельсовые плети перевозят к месту укладки на специальных составах (рис. 8.15) из платформ, на которые помещаются одновременно 12 плетей длиною по 800 м, размещая каждую из них на роликах с ребордами, прикреплённых к полу платформ. На передней платформе расположено устройство для закрепления рельсов, на задней — будка для обслуживающего персонала, поднятая над платформой, чтобы не препятствовать погрузке и выгрузке рельсов. При выгрузке на перегоне концы двух рельсовых плетей 1 тросами закрепляют за существующий путь, затем при движении состава плети стягиваются с него по тележке и аппарели задней платформы 2 и укладывают вовнутрь колеи.
Рис. 8.15. Специальный состав для перевозки рельсовых плетей:
1 — рельсовая плеть; 2 — задняя платформа специального состава; 3 — будка для персонала
11 Путевые машины
321
Лежащие в пути инвентарные рельсы заменяются рельсовыми плетями навесными (рис. 8.16, а) или прицепными (рис. 8.16, б) устройствами. При укладке путеукладчиком применяют навесное приспособление с роликовыми клещами 4 и поперечиной 5, подвешенными на цепях 3 к передней части стрелы 1 укладочного крана. В этом случае крановые тележки укладочного крана свободны и ими грузят инвентарные рельсы 2. Сначала путеукладчик
Рис. 8.16. Замена инвентарных рельсов рельсовыми плетями:
а — навесным устройством; б — прицепным устройством (салазками); 1 — стрела укладочного крана; 2 — снимаемый инвентарный рельс; 3 — цепь; 4 — роликовые клещи; 5 — поперечина
322
снимает по две-три инвентарных рельса с каждой нити и грузит их на себя, затем концы плетей, лежащих внутри колеи на шпалах, надвигают на подкладки и закрепляют. На расстоянии 10-15 м от начала плетей краном опускают роликовые клещи с распоркой и одновременно приподнимают рельсовые плети. Роликовые клещи надевают на рельсы, подвешивают к цепям, а распорку соединяют с автосцепкой укладочного крана. При движении укладочного крана задним ходом для погрузки очередной пары инвентарных рельсов трос увлекает за собой рельсовые плети, приподнимаясь, раздвигаются на ширину колеи и укладываются иа подкладки, где их закрепляют. Приспособление оснащено парой роликовых клещей, состоящих из двух вертикальных и двух горизонтальных роликов, которые в рабочем положении охватывают плеть. Для безопасности работы на расстоянии 2 м от роликовых клещей на укладываемые плети устанавливают тележку на двух роликах, к которой подвешиваются два соединённых .между собой бруска из шпал, заведённых под плети.
Иногда лежащие в пути инвентарные рельсы заменяют плетями также и другим способом — при помощи прицепного устройства — салазок (см. рис. 8.16, б). Они состоят (рис. 8.17) из двух
1 — полозья; 2, 3 — поперечная балка; 4, 5 — ролик для плетей бесстыкового пути и из инвентарных рельсов
323
пар роликов наружных 5 и внутренних 4, установленных на длинной 2 и короткой 3 поперечных балках. Перед началом работ салазки укладочным краном сгружают с платформы и концы плетей этим же краном укладывают на наружные ролики, а плеть из старых инвентарных рельсов — на внутренние ролики. Салазки, прицепленные тросами длиной 30-35 м к платформе МПД или УК, передвигаясь со скоростью 1-2 км/ч, сдвигают плети из инвентарных рельсов, соединённых накладками, вовнутрь колеи, а новые плети укладывают на подкладки вместо инвентарных плетей. Перед внутренними роликами расположены скалыватели для снятия подкладок, приставших к подошве рельса. Коэффициент трения салазок о подкладки уменьшается благодаря смазке, поступающей из специальных маслёнок. Монтёры пути прикрепляют клеммами вновь уложенные на подкладки плети, снимают накладки со сдвинутых внутрь колеи плетей из инвентарных рельсов. Путеукладчик, передвигаясь по только что уложенным плетям, убирает рельсы. Моторная платформа, передвигающая салазки, работает независимо от укладочного крана, убирающего инвентарные рельсы.
При строительстве новых железных дорог иногда бесстыковой путь укладывается в одну стадию, сваривая рельсы в плети в полевых условиях термическим способом. Однако производительность и качество сварных стыков низкое.
Для обеспечения процесса укладки бесстыкового пути необходимы следующие расчётные данные.
Сила Тт, необходимая для разгрузки (стягивания) двух плетей на прямом участке, Н:
гпл = 2ВД.Л - + ВД - 2[</р(/пл + Rj(2f+iLd)ID] ,
где о _ вес 1 м рельса, Н (для Р65 ^р« 650 Н); d, и —диаметр оси и ролика, см;
w = 1,15 —коэффициент учёта работы;
/, ц — коэффициенты трения качения ролика (/’"0,1 см) и трения на оси ролика (ц " 0,02);
I —длина плети и изогнутой части плети, м; к — реакция на концевые ролики, Н.
Тяговое усилие Т^, Н, необходимое для перемещения салазок на прямом участке пути, складывается из сопротивлений: трения наружных салазок о подкладки Wtp = (2Р} + Р2 + G^f, пере-
324
мещению рельсовых плетей по горизонтальным роликам W =2(2Р{ + P2(2f+\id)ID и вращению вертикальных роликов W,p = 2(2, + е2)(2/ +vui)/D , т.е. = 1Гтр + + 1Гвр, где Р},
Р2 — силы от вертикального и горизонтального Qv Q2 изгибов сварных и инвентарных рельсовых плетей на высоту h}, h2 в вертикальной плоскости и на перемещение av а2 в горизонтальной плоскости; Gc— вес салазок, Н.
Если длина изогнутой части плети /р свисающей с разгрузочной платформы и опорная реакция R на ролик платформы [22], то
ll = A^EIHp/qp-, R = B^EIHpq3p ,
где Е — модуль упругости стали, МПа;
I — момент инерции рельса, м4;
Яр — расстояние от опорного ролика до поверхности пути (размер изгиба), м;
q — вес рельса, Н/м; А,
В — коэффициенты (А = 2,68; В = 3,17).
8.3.2. Моторные гайковёрты
При укладке плетей бесстыкового пути необходимо сначала отвинчивать, а потом завинчивать до 8000 гаек клеммных болтов инвентарных рельсов на одном километре. Во время эксплуатации бесстыкового пути два раза в год (весной и осенью) необходимо разряжать температурные напряжения в рельсах перед резкой сменой температуры окружающего воздуха. При отворачивании клеммных болтов происходит изменение длины сварных рельсов, поэтому происходит снятие напряжения. Путевой моторный гайковёрт предназначен для отвинчивания, смазки и завинчивания гаек клеммных и закладных болтов рельсовых креплений. Это самоходная двухосная машина (рис. 8.18), имеющая силовую установку — дизель-генератор и кабину для 5 человек, в том числе для машиниста и оператора. В средней части рамы размещены четыре блока рабочих органов с гидравлической и пневматической системами. Мощность передаётся к колёсным парам при помощи тяговых электродвигателей постоянного тока, смонтированных в каждом из колесномоторных блоков 8, обеспечивающих движение машины в рабочем и транспортном режимах. Каждый блок состоит из
325
Рис. 8.18. Путевой моторный гайковёрт ПМГ:
1 — антенна; 2 — блоки гайковёртов; 3 — дизель-генераторная установка; 4 — датчик скоростемера; 5 — трёхшпиндельный гайковёрт; 6 — устройство ориентации (копир); 7 — рычажная передача тормозов; 8 — колёсно-моторный блок
колёсной пары, электродвигателя и датчика скоростемера 4. Основные рабочие органы — трёхшпиндельные гайковёрты 5 для отвёртывания (или завёртывания) гаек клеммных и закладных болтов. Трёхшпиндельный гайковёрт имеет трёхлучевой редуктор. Схема одного из трёх лучей показана на рис. 8.19. По концам каждого луча расположен ведомый вал-шпиндель, имеющий внизу патрон 5 для надевания на гайку скрепления 7. Соосно с каждым шпинделем закреплён искатель 6, выполненный в виде вилки, упирающийся в скрепление при движении машины. Шпиндель гайковёрта может свободно поворачиваться относительно ведущей шестерни на 270°. Это необходимо для нормальной заправки патрона шпинделя на гайку скрепления. Возвращается шпиндель обратной пружиной 9 крутящего действия, установленной внутри корпуса шпинделя. Патрон 5, соединённый со шпинделем 4 штифтом 8, вращается от зубчатого колеса 3 через паразитное колесо 2 от ведущей шестерни 1. На колесе 3 установлен шпиндель гайковёрта. Весь гайковёрт закреплён на водиле.
Рассмотрим схему работы моторного гайковёрта (рис. 8.20) в автоматическом режиме. Весь процесс можно разделить на пять позиций. Позиция I соответствует поиску гайки 9 клеммного болта. Водило 2 гайковёрта в верхнем положении — конечный выключатель КВ выключен. При движении машины (позиция II) 326
1
Рвб&МЙМЫ!
КВ
YVX УИ-
I I Ж М V
Рис. 8.19. Шпиндель
1, 2, 3 — солнечная, паразитная и ведомая шестерни редуктора;
4 — шпиндель; 5 — патрон; 6 — искатель; 7 — гайка скрепления;
8 — штифт; 9 — пружина
К трансмиссии
Рис. 8.20. Схема работы моторного гайковёрта
1 — трёхшпиндельный гайковёрт; 2 — водило; 3 — упор с конечным выключателем КВ; 4 — стойка водила; 5 — направляющая горизонтальная линейка; 6 — стягивающая пружина; 7 — карданный вал привода шпинделя; 8 — искатель; 9 — гайка скрепления; 10 — шпиндель гайковёрта
327
искатель 8 нашёл гайку и обкатывается вокруг неё вместе с гайковёртом, упор 3 нажимает на рычаг КВ, который включает цилиндр, опускающий водило с гайковёртом I в нижнее положение. Шпиндель 10 заправляется на гайку и начинает с ней работать (откручивать или закручивать). В позиции III шпиндель находится на гайке, упор нажимает на рычаг КВ, подаётся 6-8 г смазки на болт рельсового скрепления. В позиции IV упор 3 сходит с рычага КВ, который отключается. Пневмоцилиндр поднимает водило с гайковёртом в верхнее положение. В позиции V водило с гайковёртом находятся в верхнем положении, два луча гайковёрта прижаты к направляющей линейке 5. Искатель готов к поиску следующего крепления. До следующей гайки остаётся запас хода не менее 120 мм при эпюре шпал 2000 шпал/ км. В процессе обкатки гайковёрта вокруг обрабатываемой гайки один из лучей гайковёрта прижат пружинами 6 к направляющей линейке 5. Шпиндель, вращающийся от карданного вала, находится на обрабатываемой гайке 0,3-1,2 с, что соответствует подъёму или опусканию гайки на 3-12 ниток. Необходимое положение рабочих органов в прямых и кривых участках обеспечивается постоянным контактом блоков гайковёртов с направляющей линейкой, которая всегда ориентирована по оси горизонтальной рамки, взаимодействующей с гранью головки рельса. Правильное положение рабочего органа по высоте определяется вертикальным роликом.
В маховик второго ряда гайковёртов встроена гидромуфта предельного момента. Она состоит из корпуса, на промежуточном диске которого размещены шестеренчатые насосы (НШ-10), соединённые с шариковым предохранительным клапаном. Гидромуфта установлена раме блока гайковёртов на подшипниках и, как маховик, приводится во вращение от фрикционного ролика. Как муфта предельного крутящего момента она работает при создании определённого давления в замкнутой системе «насос — предохранительный клапан». В начале завинчивания гайки сопротивление крутящему моменту невелико и объём рабочей жидкости из-за несжимаемости не позволяет провернуться колёсам насоса, то заставляет вращаться ведомый вал со скоростью, равной скоростью вращения маховика (корпуса муфты). В момент полной затяжки гайки ведомый вал останавливается, а маховик (корпус гидромуфты) продолжает вращение под действием накопленной кинетической энергии вращающихся масс, 328
при этом валы насоса вращаются. Каждый насос создает давление, ограниченное пружиной шарикового клапана. При соответствующем давлении рабочей жидкости клапан открывается и пропускает избыток масла в корпус муфты (масляную ванну). Регулировкой усилия пружины клапана устанавливается предельный крутящий момент, при достижении которого клапан открывается. Муфта позволяет свободно снимать патрон гайковёрта с граней затянутой до предела гайки.
Всего на машине 16 гайковёртов, соединённых в четыре блока, каждый из которых имеет общую раму и автономную гидросистему. Соосно с каждым шпинделем гайковёрта закреплён наконечник искателя, контактирующий во время работы с элементами скреплений. В рабочем положении каждый опущенный блок опирается роликом с горизонтальной осью на рельс. Положение рамы по высоте относительно опорного ролика, а, следовательно, относительно головки рельса, регулируется в рабочем положении в пределах 0-60 мм в зависимости от типа болтов (клеммные или закладные), рельсов и скреплений. Регулировка выполняется плунжерным гидроцилиндром, работающим от ручного плунжерного насоса. На раме блока монтируется трансмиссия к четырём гайковёртам. Трансмиссия каждой пары гайковёртов в блоке состоит из электродвигателя переменного тока, двух клиноремённых передач к двум маховикам, которые соединены с центральными валами двух трёхшпиндельных гайковёртов, располагаемых по обе стороны одной рельсовой нити. В каждом блоке две одинаковые трансмиссии, а всего их на машине восемь. Маховики первого и второго рядов вращаются в противоположных направлениях так, то первый ряд гайковёртов отвинчивает гайки скреплений очередной шпалы, а второй ряд завинчивает эти же гайки. Завинчивание выполняется с необходимым крутящим моментом, для чего в каждый маховик второго ряда встроена гидромуфта предельного момента. Отвинчиваются гайки при передаче всей энергии вращающегося маховика первого ряда на обрабатываемую гайку. Ориентирует наконечники искателей трёхшпиндельных гайковёртов по скреплениям следящее устройство — копир 6 с линейками и горизонтальным роликом, которые объединены в один корпус и подвешены шарнирно на опорной стойке рамы блока. Корпус прижимается пружинами к опорной стойке, при этом подпружиненный горизонтальный ролик контактирует в рабочем положе
329
нии с внутренней гранью головки рельса, ориентируя линейки копира по оси рельса. К линейкам копира постоянно прижимаются корпуса гайковёртов, обеспечивая ориентацию искателей по скреплениям. В транспортном положении подпружиненный корпус с роликом и копиром смещается на 50 мм в наружную сторону так, что ролик оказывается над головкой рельса. На эту величину смещаются и корпуса гайковёртов, прижатые к линейкам копира. Линейки копира соединены попарно на шарнирах, причём одна из линеек съёмная. При работе машины на рельсах Р50 съемные линейки гайковёртов, работающих по клеммным болтам, демонтируются, в этом случае толщина линеек минимальная, что обеспечивает требуемое расстояние между шпинделями. Трёхшпиндельный гайковёрт при помощи водила связан с направляющей, внутри которой установлены плунжерные гидроцилиндры подъёма. Водило крепится к гайковёрту на стойке гайкой. На неё насажен управляющий упор (диск), который находится в постоянном контакте с роликом конечного выключателя. Смазка подаётся на скрепления от системы смазки через шланговые соединения к водилу, далее через отверстия в стойке и трубку на шпинделе. Через концевой паз на бронзовой втулке смазка через каналы шпинделя, заправленного на обрабатываемую гайку, подаётся на скрепление. При этом взаимное расположение одного из трех отверстий в стойке по отношению к пазу обеспечивает подачу смазки только на обрабатываемое скрепление, а на остальные два шпинделя гайковёрта смазка не поступает, так как их каналы перекрыты бронзовой втулкой.
Датчик обратной связи (скоростемера) — элемент системы стабилизации рабочей скорости машины — предназначен для получения от тахогенератора сигнала, поступающего в электронную систему, следящую за тормозным режимом тяговых двигателей, обеспечивающих автоматически стабильную скорость 0,8 км/час. В рабочем режиме (независимо от работы любого из четырех блоков гайковёртов) автоматически опускается рама блока с закреплённым на ней датчиком обратной связи.
Отвинчивание и завинчивание гаек — процесс циклический, пикообразный. При отвинчивании в начале процесса крутящий момент Мкр = AfKpmax, а в конце он падает практически до 0. При таком нагружении целесообразно иметь маховик, который при малом нагружении раскручивается и накапливает энергию,
330
а при пиковой максимальной нагрузке отдаёт её. Такие маховики установлены в приводе каждого ряда гайковёртов. Максимальный момент завинчивания гаек клеммных болтов равен 250-400 Н-м. Из-за коррозии металла момент увеличивается. Экспериментально установлено, что он равен приблизительно 500 Нм. Найдём параметры маховика, обеспечивающего начальный сдвиг гайки на угол 90° при максимальном моменте и дальнейшее отвинчивание с меньшим моментом.
Кинетическая энергия маховика Е} в начальный момент отвинчивания при угловой скорости вращения «у
= Itf/2. (8.48)
В конце отвинчивания Е} = 1са^/2, где I — момент инерции маховика, кгм2; со2 — угловая скорость вращения в конце отвинчивания, с-1. Тогда изменение кинетической энергии ДЕ = Е] - Е2 = Дш2 - со2)/2. Предполагая, то маховик расходует всю энергию, т.е. со2 = 0, то получим &Е = 1а>^/2.
Работа, совершаемая при отвинчивании гайки,
А = Мкрф‘, (8.49)
где <р — угол поворота гайки.
По закону сохранения энергии Е=А или Е = |1Л,
Zco2/2 = цМкрф , (8.50)
где Ц— коэффициент запаса, учитывающий потери и превышение момента (р = 1,2-1,5).
Откуда I = цЛ/^ф/со2, так как a>j= 2лир
1 = цМкрф/4я2«2, (8.51)
где И] — частота вращения маховика, с-1.
Выбираем у по скорости вращения гайки п2, т.е. пх = n2i, где i — передаточное отношение между шпинделем и маховиком, обычно i = 2, а апг = ив/г; ив — число витков резьбы, на которое отвинчивается гайка, пв = 8-12 витков; tr— время отвинчивания одной гайки, с: t2 = Lmik/x)M, здесь Ешт — расстояние между
331
шпалами, м, £шт = 1ООО/ЭШП — эпюра шпал (число шпал на 1 км), Эщп = 1840-2000 шпал/км, к — коэффициент сдвига шпал и использования гайковёрта, к - 0,35; им — поступательная скорость машины, (,ом = 0,22 м/с).
Подставляя в пр получим
п.Эшпим .
(8‘52)
Тогда по равенству (8.51) можно определить момент инерции I, а затем размеры маховика. Для однородного диска
I = тг2/2, (8.53)
где т— масса, кг;
г—радиус маховика, м.
Если гайки отвинчиваются за счет кинетической энергии маховиков, то мощность необходимая для каждого гайковёрта, равна мощности разгона маховика кВт:
Ч = Чин"/975’ <8-54)
где А/Дии — динамический момент, Н м, необходимый для разгона маховика до скорости (ор с-1, с угловым ускорением е, Л/Дии=7((о1 -- (о2)// = 7е, при (о2 = 0 Мат = I<o/t, где t — время разгона, с, зависящее от времени цикла /ц: t = t - tr = - к)Л>м =
= 1000(7 - куЭ^
Суммарная мощность, необходимая для всех одновременно работающих гайковёртов, кВт,
1 *
NT=-^Njf (8.55)
где N. — мощность для работы /-то гайковёрта;
к — число работающих гайковёртов;
Л — к. п. д. передачи от двигателя до маховика.
Мощность, затрачиваемая на передвижение машины в рабочем режиме, кВт, N2 = JFuM|i//000rij, где пм— скорость машины, м/с; Т)3 — к. п. д. передачи; ц2 — коэффициент запаса, |ij = 1,15; IF — общее сопротивление движению, Н: W = Wx + W2 + +
332
+ W4, здесь W\, W2, W3 — сопротивление перемещению машины в кривом участке и на уклоне пути, Н; W4 — сопротивление трения гайковёртов по направляющей планке, Н: W4 = knPTJ\ кп — число гайковёртов на машине; Ргв — усилие прижатия гайковёрта к направляющей планке, Н, Рп = 700-900 Н; / — коэффициент трения гайковёрта о направляющую планку.
Для работы вспомогательных агрегатов (компрессора и гидронасосов) необходима мощность Ny
Суммарная мощность двигателя машины, кВт,
N=(Nt + N2 + ЛГ3)щ, где gj — коэффициент запаса на неучтённые потери.
8.3.3. Рельсосварочиые машины
Для сварки рельсов при ремонте бесстыкового пути, а также одиночных рельсов в бесстыковые плети на станционных путях применяют рельсосварочные машины ПРСМ-3, ПРСМ-4 и ПРСМ-5. Все эти машины оборудованы двумя контактно-сварочными головками КЗ 5 5, которые позволяют сваривать рельсы Р50, Р65 и Р75. Машины сваривают рельсы в пути, по которому передвигаются, а также рельсы, уложенные внутри колеи и снаружи от ходового рельса.
На машине ПРСМ-3 (рис. 8.21) установлены тяговые тележки, колёсные пары 27 которых вращаются тяговыми электродвигателями 26, подсоединёнными к генератору 12 через выпрямительную установку.
На портальных качающихся рамах 2 и 3 (рис. 8.22) с подвешенными на шаровых опорах 8 стрелами 1 установлены электрические тали 12, на которых подвешены сварочные головки 13. Каждая портальная рама имеет две ноги 5, опирающаяся через шаровые опоры 11 на раму платформу и ригель 6, шарнирно соединённый с ногами осями 10. На ригели смонтированы две шаровые опоры 8 для подвески стрел. Внутри ригеля размещены два цилиндра 9 поперечного качания рамы. Каждый цилиндр задней крышкой и осью соединён с ригелем, а концом штока при помощи оси — с верхней проушиной ноги 5.
При подаче масла в соответствующие полости цилиндров происходит поперечное качание портальной рамы. Двумя
333
Рис. 8.21. Путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ-3:
1 — рама машины; 2 — ходовая двухосная моторная тележка; 3 — портальная качающаяся рама; 4 — стрелы; 5 — электрическая таль; 6 — контактно-сварочная головка; 7 — шкаф электросварочной аппаратуры; 8 — насосная станция; 9 — охлаждающий агрегат; 10 — насосная установка системы охлаждения; 11 — расходный топливный бак; 12 — генератор; 13 — пускорегулирующие сопротивления; 14 — дизель; 15 — система выхлопа дизеля; 16 — водяной и масляный радиаторы дизеля; 17 — аккумуляторные батареи; 18 — кузов; 19 — кабина управления; 20 — пульт управления; 21 — контроллер; 22 — сиденье машиниста; 23 — запасной топливный бак; 24 — тормоз; 25 — осевой редуктор; 26 — тяговый электродвигатель; 27 — колёсная пара; 28 — рессорная подвеска; 29 — рама тележки; 30 — ручной тормоз; 31 — компрессор; 32 — электродвигатель; 33 — лебёдка для подтягивания рельсов
02-Т
Рис. 8.22. Портальные качающиеся рамы с подвешенными стрелами:
1 — стрела; 2, 3 — передняя и задняя портальные качающиеся рамы; 4, 9 — цилиндры продольного и поперечного качания портальных рам; 5 — нога; 6 — ригель; 7 — проушина ригеля; 8 — шаровая опора стрелы; 10 — ось соединения проушины ригеля с ногой; 11 — шаровая опора ноги; 12 — электрическая таль грузоподъёмностью 3 т; 13 — контактно-сварочная головка
цилиндрами 4 продольного перемещения обеспечивается качание портальных рам вдоль машины, при этом стрела 1, рамы 2 и 3 устанавливаются в рабочее или транспортное положение. Цилиндры соединены с задней портальной рамой 3 и рамой платформы шаровыми опорами. Конструкция портальных рам позволяет расположить стрелы с подвешенными контактно-сварочными головками К-355 в различные положения, которые позволяют сваривать рельсы на месте расположения ходовых колёс, внутри и снаружи колеи.
Гидравлическая система (рис. 8.23) рельсосварочной машины ПРСМ-3 состоит из гидрооборудования контактных сварочных головок и гидрооборудования портальных рам. Гидрооборудование сварочной головки служит для зажима рельсов и продольного перемещения их во время сварки и состоит из насосной станции, масляного радиатора, расположенного в охлаждающем агрегате
335
Рис. 8.23. Принципиальная гидравлическая схема машины ПРСМ-3:
Б1, Б2 — баки; ДП — делитель потока; К-355.1, К-355.2 — контактно-сварочная головка; К01, К02 — обратные клапаны; КП1, КП2, КПЗ, КП4 — предохранительные клапаны; К401-4 — насосная станция; МН1, МН2 — манометры; Н1, Н2 — насосы; Р1-Р7 — гидрораспределители; РМ1, РМ2 — радиаторы масляные; Ф1, Ф2 — фильтры; Ц1-Ц6 — гидроцилиндры портальной рамы; ЦСВ1, ЦСВ2 — гидроцилиндры сварочной головки К-355
и гидроцилиндров. Гидрооборудование портальных рам подключено к насосной станции сварочной головки и состоит из делителя потока ДП, разделяющий поток на две равные части, четырех гидравлических распределителей Pl, Р2, РЗ, Р4 с элек-трогидравлическим управлением, двух цилиндров Ц5, Цб продольного перемещения портальных рам, двух цилиндров Ц1 и Ц2 поперечного качания передней портальной рамы и двух цилиндров ЦЗ и Ц4 поперечного качания задней портальной
336
рамы. Максимальное давление в гидросистеме 6 МПа, ограниченное предохранительным клапаном.
Система охлаждения сварочных машин служит для охлаждения воды и масла во время сварки рельсов. Бак системы, насос с электродвигателем, радиатор, осевой вентилятор и масляный радиатор смонтированы в один охлаждающий агрегат 9 (см. рис. 8.23) и установлены в кузове машины. Вода поступает в охлаждающие полости сварочных головок. Равномерность расхода воды, поступающей в каждую головку, регулируется кранами и контролируется по ротаметрам, в которых при равном расходе воды поплавки должны находиться при одинаковых уровнях.
Грузовое оборудование машины ПРСМ-3 состоит из двух электрических талей 5 грузоподъёмностью 3 т и двух тяговых лебёдок 33 для подтягивания рельсов. Тяговое усилие одной лебёдки 14,7 кН.
Машина оборудована автоматическим, прямодействующим и электропневматическим тормозами. Автоматический тормоз предназначен для торможения машины и прицепного состава, причём прямодействующих — только для торможения и приводится в действие краном вспомогательного тормоза, а электропневматический только для торможения машины во время перемещения от стыка к стыку при сварке рельсов и включается автоматически при переводе управления на выносной пульт.
Путевая рельсосварочная машина ПРСМ-4 имеет следующие улучшения по сравнению с машиной ПРСМ-3: повышение производительности, улучшение тяговых и скоростных характеристик, уменьшение удельных показателей материалоёмкости.
Производительность была повышена благодаря установке манипулятора специальной конструкции, на который была подвешена сварочная головка, и наличие устройства для подтягивания рельсов при сварке с усилием 3 т. Манипулятор также позволил увеличить зону обслуживания. Применение двухосного экипажа привело к уменьшению габаритных размеров и массы, что привело к увеличению скорости и увеличению массы прицепного состава.
В 1998 году по проекту ЦКБпутьмаш началось серийное производство машины ПРСМ-5, которая по сравнению с машиной ПРСМ-4 имеет следующие отличия: применено тиристорное управление тяговыми электродвигателями для бесступенчатого регулирования скорости передвижения в транспортном режиме, конструкция переднего капота позволяет производить работы в
337
тоннелях, установлена специальная технологическая оснастка по предложению М.Д. Матвеенко, позволяющая при сварке рельсошпальных решёток с железобетонными брусьями подтягивать звено без раскрепления рельсов.
По согласованию с заказчиком возможна установка рельсосварочной головки К-900 нового поколения, позволяющей контролировать качество сварного шва.
Технические характеристики рельсосварочных машин представлены в табл. 8.3.
Таблица 8.3
Параметр ПРСМ-3 ПРСМ-4 ПРСМ-5
Число свариваемых стыков в час. До 10 До 12 До 12
Расстояние между осью машины и свариваемым рельсом, мм 600 2600 3300
Силовая установка Мощность дизель-генера-тора, кВт. Напряжение переменного тока, В Частота, Гцл Скорость вращения номинальная, мин-1. 200 400 1500
Скорость движения максимальная, км/ч 60 80 100
Масса прицепного состава, максимальная, т 40 90 90
Минимальный радиус кривых, проходимый машиной, м 150 150 80
Экипажная часты База машины, мм, Число осей общее, шт. Число приводных осей, шт. Диаметр колеса, мм. 9740 4 4 950 7000 2 2 950 8400 4 2 710
Масса машины, т 62 36,5 46
Длина по осям автосцепок, мм 14620 13100 14480
338
8.4. Комплекс для смены стрелочных переводов
Комплекс предназначен ддя разборки и укладки одиночных стрелочных переводов марки 1/11,1/9,1/6, а также может применяться для разборки и укладки железнодорожного пути звеньями длиной 12,5 м с деревянными и железобетонными брусьями (шпалами) при ремонте и строительстве железнодорожного пути. Комплекс состоит из головной машины — укладочного крана 639582-1-25СП и двух специальных подвижных состава СПС для погрузки и транспортировки на нём звеньев стрелочного перевода.
8.4.1. Укладочный кран УК-25СП
Кран (рис. 8.24) состоит из экипажной части 1, металлоконструкции крана 2, грузового оборудования 3, порталов 4 и 8 с возможностью поворота от гидроцилиндров 9 и 10, электрооборудования фермы 5, электрооборудования платформы 6 и гидрооборудования 7.
Экипажная часть полностью повторяет экипажную часть укладочного крана УК-25/9-18.
Для захвата звеньев стрелочного перевода на кране устанавливаются две траверсы. Траверса (рис. 8.25) представляет собой балку 1 сварной конструкции из листовой стали. На балке устанавливаются рельсовые захваты 2, которыми вручную осуществляется захват звеньев за головки рельсов. Пружины 3 обеспечивают постоянный сжим рычагов захватов. В зависимости от расположе-
17 4 9 6 8 Специальный
подвижной состав
Рис. 8.24. Укладочный кран УК-25СП:
1 — экипажная часть; 2 — металлоконструкция; 3 — грузовое оборудование; 4 — портал; 5 — электрооборудование фермы;
6 — электрооборудование платформы; 7 — гидрооборудование;
8 — портал; 9 — гидроцилиндр
339
4
2
1
3
5 6
Рис. 8.25. Траверса:
1 — балка; 2 — рельсовый захват; 3 — пружина; 4 — крючок; 5 — строп; 6 — башмак
ния рельсов на звене захваты могут переставляться вдоль балки. По краям балки расположены крюки 4, которые применяются для выполнения вспомогательных погрузочно-разгрузочных операций, для страховки от падения на балласт рельсов сменяемого звена, а также для захвата рельсового звена при невозможности осуществления захвата за головки рельсов. Для этого захват рельсового звена осуществляется стропами 5, которые заводятся под подошву рельса. Для того, чтобы стропы не перетирались, между ребром подошвы рельса и стропом устанавливается специальный башмак 6. Каждая траверса подвешивается к крану на четырёх канатах 1 (рис. 8.26), запасованных через блоки 2 . Блоки закреплены на балке 3 и расположены перпендикулярно её продольной оси.
340
Порталы сварной конструкции из листовой стали служат опорой для фермы крана. Порталы имеют возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси. Поворот порталов осуществляется гидроцилиндрами. При выполнении работ по замене звеньев стрелочного перевода порталы устанавливаются перпендикулярно продольной оси платформы, а при транспортировании порталы поворачиваются и закрепляются транспортными стяжками, что обеспечивает вписывание крана в габарит 1-Т. Передний портал (рис. 8.27) установлен на поворотной опоре 1, которая закреплена на раме платформы 2.
Рис. 8.27. Передний портал:
1 — опора поворотная; 2 — рама платформы; 3 — балка; 4 — портал;
5 — ферма; 6 — тележка; 7 — гидроцилиндр; 10 — направляющая
341
Задний портал (рис. 8.28) установлен на поворотной опоре 1, которая закреплена на раме платформы 2. Сверху стойки портала связаны балкой 3. Ферма 4 через опоры 5 опирается на кронштейны портала. Портал и ферма соединены через ось 6. Ферма не имеет возможности перемещаться в поперечном направлении относительно портала, а только поворачивается вокруг оси. При повороте портала опоры скользят по направляющим 7, установленным на ферме.
В аварийных ситуациях при выходе из строя дизель-генератор-ных установок крана для возвращения порталов в транспортное положение используется специальное устройство. Устройство (рис. 8.29) установлено на платформе крана и состоит из пневматического цилиндра, соединённого через двуплечий рычаг с гидроцилиндром, разобщительного крана, вентиля ВВ-32 и двух конечных выключателей. Устройство работает при давлении воздуха 0,52-0,55 МПа от тормозной магистрали локомотива.
Рис. 8.28. Задний портал:
1 — опора поворотная; 2 — рама платформы; 3 — балка; 4 — ферма;
5 — опора; 6 — ось; 7 — направляющая; 8 — портал
342
2
1
3
4
Рис. 8.29. Устройство аварийного поворота порталов:
1 — выключатель конечный ВПК; 2 — рычаг; 3 — гидроцилиндр;
4 — цилиндр тормозной
Для включения устройства необходимо открыть разобщительный кран и включить тумблер аварийного поворота порталов. Под давлением сжатого воздуха шток пневмоцилиндра поворачивает двуплечий рычаг, который воздействует на шток гидроцилиндра. Подача сжатого воздуха и отключение происходит с помощью электропневматического вентиля ВВ-32, который отключается в момент нажатия рычагом на шток конечного выключателя.
Гидропривод предназначен для поворота: порталов крана в рабочее положение и возврат в транспортное; фермы при укладке стрелочного перевода.
На рис. 8.30 представлена принципиальная схема гидропривода.
Техническая характеристика укладочного крана УК-25СП
Максимальное время на разборку и укладку, ч...............2,8
Грузоподъёмность, кН......................................200
Максимальная длина звена, м..............................12,5
Скорость максимальная, км/ч: в составе поезда.......................................80
самоходом.............................................20
Масса, кг.............................................. 98000
343
Рис. 8.30. Схема гидропривода укладочного крана УК-25СП:
Б1, Б2 — баки; ВН1-ВН4 — гидровентили; ВН5-ВН8 — краны; ЗМ1-ЗМ6 — гидрозамки; К01-К03 — обратные клапаны; КП1-КП2 — предохранительные клапаны; МН1, МН2 — манометры; Н1, Н2 — насосы; Р1-Р6 — гидрораспределители; РП1, РП2 — регуляторы потока; Ф1, Ф2 — фильтры напорные; Ц1-Ц4 — гидроцилиндры; А — устройство аварийного поворота порталов
8.4.2. Специальный подвижной состав
Специальный подвижной состав предназначен для транспортирования звеньев нового и заменяемого стрелочных переводов к месту укладки или складирования. На него грузят переводы марок 1/11,1/9 и 1/6 с рельсами Р65, Р50 и Р43 на деревянных или железобетонных брусьях. Погрузка и разгрузка звеньев должна осуществляться краном для укладки стрелочных переводов 344
УК-25СП или другими средствами (восстановительный кран ЕДК-500/80 и т. п.), позволяющими осуществлять данную операцию. Состав (рис. 8.31) состоит из платформы 1 для перевозки стрелочного, соединительного или переходного звена и платформы 2 для перевозки крестовидного или закрестовинного звена. В состав входят, как минимум, четыре платформы 1 (при наличии в стрелочном переводе более двух переходных звеньев количество платформ увеличивается) и четыре платформы 2.
Платформа для перевозки крестовинного и закрестовинного звена. Платформа (рис. 8.32) представляет собой четырёхосную платформу 16, на которой установлены поворотная рама 3, неприводные транспортёры 7 и 2, обводные блоки 4, пневмоцилиндры 14 и штанги 10. Платформа оборудована автосцепными устройствами 7, автоматическим тормозом 8 и ручным тормозом 6. Поворотная рама 3 представляет собой сварную конструкцию из швеллеров и листов. Рама оборудована кронштейнами транспортного запора и кронштейнами для крепления транспортных стяжек. На раме предусмотрены места для установки неприводных транспортеров. На транспортёр непосредственно опираются брусья перевозимого звена. При перетяжке звеньев вдоль состава брусья перемещаются совместно с цепью транспортёра, что уменьшает сопротивление движению.
Транспортёр (рис. 8.33) состоит из цепи 6, звёздочек 14, которые установлены на осях 77. Одна из осей закреплена неподвижно относительно поворотной рамы, а другая с возможностью перемещения вдоль рамы. Подвижная ось со звёздочкой соединена с винтом 13, которым осуществляется натяжение цепи 6. Верхняя ветвь цепи опирается на плиту 5.
При погрузке, снятии или перетяжке звеньев вдоль состава поворотная рама располагается горизонтально. При транспортировании поворотная рама устанавливается в наклонном положении. Поворот рамы осуществляется пневмоцилиндрами 14 (см. рис. 8.32). Цапфы пневмоцилиндров закреплены на платформе 16, а штоки соединены с рычагами 77. Один конец рычагов 77 соединён с рамой поворотной, а второй закреплён на платформе. Питание пневмоцилиндров осуществляется от тормозной магистрали через трёхходовой кран. При установке поворотной рамы в наклонное положение трёхходовой кран осуществляет соединение тормозной магистрали с полостями пневмоцилиндров. При опускании этот кран крана предусмотрен, перекрывает подачу воздуха к пневмоцилиндрам и их по
345
Секция для новых звеньев.
Рис. 8.31. Специальный подвижной состав-.
1 — платформа для стрелочного, соединительного и переходных звеньев; 2 — платформа для закрестовинного и крестовинного звеньев
Рис. 8.32. Платформа для перевозки крестовинного или закрестовинного звена:
Продолжение рис. 8.32
1,2 — установка цепного транспортёра; 3 — рама поворотная; 4 — установка обводного блока; 5 — транспортный запор; 6 — тормоз стояночный; 7 — автосцепка; 8 — автоматический тормоз; 9 — кронштейн; 10 — штанга; 11 — рычаг; 12 — рама; 13, 15 — ходовые тележки; 14 — пневмосистема; 16 — платформа; 17 — стяжка
Рис. 8.33. Транспортёр:
1,8 — гайка; 2, 7 — болт; 3, 10 — шайба; 4 — планка; 5 — плита; 6 — цепь; 11 — ось; 12 — планка; 13 — вилка; 14 — звёздочка
лости соединяет с атмосферой, В конструкции дроссель, который регулирует скорость опускания поворотной рамы.
Транспортный запор (рис. 8.34) предназначен для фиксации поворотной рамы в наклонном положении. Транспортный запор состоит из пальца 1, который обеспечивает фиксацию, и ключа 3, который осуществляет открытие и закрытие запора. В транспортном положении запоры дополнительно фиксируются фиксатором 4.
По концам платформы 16 (см. рис. 8.32) установлены обводные блоки 4. Блоки служат для запасовки каната при перетяжке звеньев вдоль состава. При транспортировании, когда поворотная рама находится в наклонном состоянии, обводные блоки располагаются горизонтально. В рабочем положении, когда поворотная рама находится горизонтально, блоки располагаются вертикально.
Платформа для перевозки стрелочного, соединительного, переходного звеньев. Платформа (рис. 8.35) представляет собой уни-
3 — ключ; 4 — фиксатор
Рис. 8.35. Платформа для перевозки стрелочного, соединительного или переходного звеньев
348
нереальную четырёхосную платформу грузоподъёмностью 71 или 63 т, оборудованную неприводными цепными транспортёрами и обводными блоками. Конструкция цепных транспортёров и обводных блоков аналогична подобным узлам, установленным на платформе для перевозки крестовинного и закрестовинного звена. Крепление звеньев на всех платформах осуществляется продольными поперечными стяжками согласно рис. 8.36 и 8.37.
1 — поворотная рама; 2 — звено стрелочного перевода;
3 — стяжка продольная
з 2
Рис. 8.37. Крепление звена поперечными стяжками:
1 — поворотная рама; 2 — звено стрелочного перевода;
3 — поперечная стяжка
Техническая характеристика специального подвижного состава
Количество платформ, шт....................................8*
в том числе для перевозки:
крестовинного или закрестовинного звена,.................4
стрелочного и соединительного звеньев...........,.......4*
Максимальная длина звеньев, м............................12,5
Минимальный радиус прохождения кривых, м..................100
Максимальная скорость при транспортировании, км/ч......... 80
Грузоподъёмность одной платформы, т......................20±2
Масса одной платформы, т...............................28,5±1
* Указано минимальное количество. Для укладки более двух переходных звеньев количество платформ для перевозки стрелочного, соединительного или переходных звеньев увеличивается.
349
8.4.3. Комплекс для замены стрелочного перевода
После погрузки звеньев нового стрелочного перевода формируется хозяйственный поезд, состоящий из крана УК-25СП, специального подвижного состава СПС с порожними платформами для приёма старого стрелочного перевода и состава СПС с платформами для приёма старого стрелочного перевода и состава СПС с платформами, на которые погружены звенья нового стрелочного перевода, а также других платформ и вагонов с техникой и оборудованием, необходимым для проведения работ по смене стрелочного перевода. В зависимости от того, с какой стороны будет производиться разборка стрелочного перевода надо учитывать очерёдность установки платформ в специальном подвижном составе с новым стрелочным переводом. Если разборка должна производиться со стороны горловины, то платформы с новыми звеньями должны стоять в следующей последовательности: платформа с переходным звеном, платформа с крестовинным звеном и платформа с соединительным и стрелочным звеньями. После приезда хозяйственного поезда к месту работы состав СПС с новыми звеньями оставляется на станции, а кран УК-25СП совместно с составом СПС с порожними платформами перемещается к месту замены стрелочного перевода. Перед началом работы необходимо снять транспортные штанги на платформах для перевозки крестовинно-го и закрестовинного звена, открыть транспортные запоры, установить поворотные рамы в горизонтальное положение и зафиксировать. Обводной блок устанавливается в рабочее положение. При перетяжке штатной лебёдкой, установленной на кране УК-25СП,необходимо трос лебёдки для перетяжки звеньев пропустить вдоль состава, запасовать в обводной блок и протащить его к ближайшей к крану платформе. При этом трос располагается вдоль платформы, сбоку, на кронштейнах. После установки звена (или звеньев) на платформу рядом с краном производится перетяжка тросом этого звена. После этого кран снимает и грузит следующее звено. При этом специальная бригада осуществляет закрепление звеньев на последней платформе. Далее запасовывается канат в обводной блок, установленный на следующей платформе. После разборки всех звеньев стрелочного перевода и установки их на платформы осуществляется подъём поворотных рам. После закрепления звеньев состав СПС со старым стрелочным переводом перемещается локомотивом на станцию. Затем этот локомотив пере-350
мещает состав СПС с новым стрелочным переводом к крану УК-25СП, стоящем на месте укладки стрелочного перевода. Укладка нового стрелочного перевода осуществляется в обратном порядке. После проведения работ по смене стрелочного перевода оба состава СПС и кран УК-25СП формируются в хозяйственный поезд и транспортируются к месту стоянки.
Если имеется возможность включить в состав комплекса ещё один укладочный кран УК-25СП, то время смены стрелочного перевода существенно сократится, благодаря организации одновременной сборки-разборки. Особенно необходимо отметить, что при проведении работ с краном УК-25СП не требуется отключения контактной сети и запрещения движения по соседнему пути.
При применении специального подвижного состава СПС не требуется расшивки закрестовинного блока с железобетонными брусьями и сборки его на инвентарных рельсах. Состав СПС возможно использовать с другими погрузочными средствами, например краном ЕДК-500/80.Так как в этом кране отсутствует лебёдка, то тогда в комплекс необходимо включить моторную платформу МПД для перетяжки звеньев.
8.4.4. Машины для шлифования рельсов и стрелочных переводов
Машины предназначены для формирования поперечного и продольного профиля, снижения «волнообразного» износа рельсов и съема металла головки с поверхностными дефектами, для продления срока службы рельсов и восстановления первоначальных условий взаимодействия колеса подвижного состава с рельсами. Для шлифования рельсов в пути применяются три способа; торцевое шлифование рельсов вращающимися абразивными кругами; непрерывная строгание рельсов в пути с последующим виброшлифованием; скользящее шлифование.
Первый способ более производителен и позволяет получить выпуклый «ремонтный профиль» головки рельса, второму способу отдается предпочтение, если д ля производства работ не требуется «окон». Третий способ используется ограниченно в некоторых странах.
Профильное шлифование головки рельсов в пути достигается абразивной обработкой вращающимися кругами (рис. 8.38) по методу «следа» торцом круга. Абразивный круг 7 вращается вокруг оси О Yu снимает полоску металла 2 шириной «В» при продольной
351
Рис. 8.38. Схема шлифования рельсов:
подаче тележки вдоль рельса. Группа кругов позволяет обрабатывать головку рельса по многоугольнику. Профильное рельсошлифование позволяет продлить ресурс рельсов с уменьшением их потребности около 30 км на один шлифовальный поезд. Это достигается за счет: съема металла с поверхности рельса, имеющего дефекты с начальной стадией зарождения; уменьшения вибрации и износа деталей тележек подвижного состава; экономии энергии на электрофицированных линиях.
1 - абразивный круг; 2 - полоса Процесс разрушения как шлифования металла следствие контактно-усталост-
ных повреждений головки имеет начальную стадию — зарождение в области головки совокупности продольных микротрещин под действием напряжений от колес и напряжений наклепа. Появляются выщербины и осповидное отслаивание металла. После шлифования образуется новая форма головки, которая зависит от величины вертикального и бокового износа и плана линии.
Фирма «SPENO» (Швейцария) поставляет в Россию поезда моделей URR-48 и URR-112/B, которые работают самоходом при челночном движении. Поставляется также поезд ПРШ-48 совместного производства. Рельсошлифовальный поезд ПРШ-48 состоит из тягового модуля УТМ-2М и трех вагонов (модели С2, С1, Б). В хвостовом вагоне (модель Б) установлен пульт управления поезда, пульт управления рельсошлифовальными тележками и компьютер измерительной системы, расположенной под вагоном вместе с двумя рабочими тележками. Одна из тележек 8 шлифовальных кругов с приводной мощностью по 15 кВт и предельными углами наклона 0-70°. Вторая тележка, расположенная ближе к центру поезда имеет предельные углы наклона ±20° и предназначена (как и под вагонами модели С1 и С2) для шлифования поверхности катания рельсов. Рельсошлифовальная тележка, расположенная ближе к
352
тяговому модулю УТМ-2М и предназначена для обработки внутренней или наружной выкружки головок рельсов.
Рельсошлифовальные тележки обеспечивают нормальный режим работы при разнице высоты абразивных кругов за счет их износа около 30 мм. При наличии препятствий (переезды, мосты, стрелочные переводы) тележки устанавливаются в положение «переезд». Все режимы работы и контроля за измерительной тележкой обеспечиваются из кабины модуля УТМ-2М, куда сведены системы управления поездом, контролируется скорость, наклон и ток нагрузки при прижатии абразивных кругов к головкам рельсов. Из вагона модели В оператор, оценивая данные компьютера по формированию профиля рельсов, управляют всем комплексом во всех режимах работы.
Поезд URR-112-1B состоит из десяти вагонов (рис. 8.39), разделенных на секции А и Б по пять вагонов. Под вагонами № 1-4 и 7-10 установлены рельсошлифовальные тележки, вагоны №4-1 и 7 являются самоходными, в вагонах № 5 и 6 размещены дизели фирмы «Deutz» (четыре, мощностью по 593 кВт). Общая длина поезда составляет 180 м, общее число рабочих головок для шлифовки рельсов 112. Рельсошлифовальные тележки установлены друг за другом в продольном направлении рельса. Шлифовальные круги имеют разные углы наклона к поверхности головки рельса. Прижимное усилие каждого рельсошлифовального шпинделя к рельсу регулируется с пульта управления поезда.
Рельсошлифовальная тележка (рис. 8.40) имеет люльку /, на которой установлены два блока шлифовальных шпинделей с си
Рис. 8.39. Схема рельсошлифовального вагона поездов ПРШ-48 , УРР-112 и УРР-48:
1 — ходовая тележка с амортизатором ЛЕНУАР; 2 — двери для загрузки абразивных кругов; 3 — рельсошлифовальные тележки
12 Путевые машины
353
ловыми цилиндрами управления 2 и четырех (на каждый шпиндель) цилиндров наклона 3. Поворот шпинделей осуществляется вокруг шарниров 4. Шарниры, люлька, шпиндели и направляющие ролики 5 смонтированы на раме 6. Имеются гидроцилиндры 7, 8 и тяга жесткости 9. Шпиндель состоит из электродвигателя 10, на нижнем конце которого в цанговом патроне закреплен абразивный круг 77.
После остановки рельсошлифовального поезда на участке пути, подлежащем шлифованию рельсошлифовальные тележки опускаются на ролики 5 с помощью гидроцилиндров 8. С пульта
Рис. 3.40. Рельсошлифовальная тележка:
1 — люлька; 2 — цилиндр управления прижатием; 3 — цилиндр наклона шпинделя; 4 — шарнир; 5 — опорный ролик; 6 —рама тележки; 7,8 — гидроцилиндры подъема в положения «переезд» и транспортное; 9 — тяга жесткости; 10 — электродвигатель привода; 11 — шлифовальный круг
354
управления задаются углы наклона шлифовальных кругов 11, шпиндели поворачиваются цилиндрами 3 вокруг шарниров 4. Производится пробный проход нескольких метров пути при контроле углов наклона по компьютеру. Люлька 1 гидроцилиндрами 7 устанавливается в положение «переезд» и поезд движется по участку шлифования рельсов в измерительном режиме, затем возвращается к исходному пикету пути. Шлифовальные блоки опускаются на рельсы и производится шлифование. Прижатие кругов к рельсам осуществляется цилиндрами управления 2. После распечатки профиля рельсов задается количество проходов поезда для формирования ремонтного профиля и уменьшения волнообразных неровностей. По окончании работ гидроцилиндрами 8 тележки поднимаются в транспортное положение и устанавливаются на запоры.
Рельсошлифовальный поезд URR-48 — это фактически одна из двух секций поезда URR-112/B, концевой вагон которой оборудован пультом управления и системой контроля для челночного движения при шлифовании рельсов. Технические характеристики рельсошлифовальных» поездов, эксплуатирующихся в России приведены в табл. 8.4.
Профилактическое шлифование рельсов назначается на скоростных линиях при глубине волнообразных износов 0,7 мм; 0,5 мм; 0,3 мм (база измерения 1 м) при максимальных скоростях движения пассажирских поездов соответственно: 140, 160 и 200 км/ч.
Машина дав шлифования стрелочных переводов модели RRieP-Д имеет 16 шлифовальных кругов, сгруппированных по четыре на рельсовую нить. Она оборудована: шлангами для подачи воды под давлением при мойке стрелок и пересечений после шлифования; металлическими щетками для очистки устройств с внешней стороны рельса; искрозащитными устройствами; аварийным электровыключателем; патрубками для разбрызгивания воды во время работы.
Задняя кабина управления, оборудована снаружи теми же устройствами, как и передняя. Имеется устройство для смазки стрелок и пересечений после шлифовки. Шлифовальные блоки для обработки выкружки головки рельса, по две на каждую рельсовую нить, оснащены шлифовальными кругами и расположены под углом в 5° по отношению друг к другу. Регулировка угла наклона шлифовальных кругов производится дистанционно в пределах от -20° до 70°. Специальные круги 0130 мм позволяют
355
Таблица 8.4
Параметр URR-I12/B URR-48 ПРШ-48
Длина поезда, м 180,3 95
Ширина, м 31,1 5,1 3,1
Высота, м 4,0 4,0 4,62
Масса, т 630 270 290
Производительность по массе снимаемого металла, не менее, кг/с 0,13 0,066 0,066
Рабочая скорость при шлифовании на уклоне до 30°/оо, км/ч 4...6 4...6 4...6
Мощность энергетических установок, кВт 2570 1298 1298
Скорость движения, км/ч: в транспортном режиме самоходом в измерительном режиме в рабочем режиме 90 10 4-8 80 10 4-8 80 10 4-8
Тяговое усилие, тс — — 26
Минимальный радиус проходимых кривых, м: при проезде при шлифовании 80 300 80 300 100 300
Число шлифовальных шпинделей, шт. 112 48 48
Мощность привода шпинделей, кВт 15 15 15
Съем металла за проход (при твердости НВ 480) 0,1-0,25 0,1-0,25 0,1-0,25
Отклонение от проектного, ремонтного профиля не более, мм: на поверхности осевой линии на боковой (рабочей выкружке) 0,1 0,15 0,1 0,15 0,1 0,15
обрабатывать головки рельса на всей поверхности стрелочного перевода, в том числе и в зоне контррельса. Углы наклона шлифовальных кругов программируются заранее, после чего управляются и контролируются компьютером.
Виброшлифовальные машины работают по методу скользящего шлифования, основанного на принципе механического из
356
носа выступов неровностей на поверхности катания рельсов абразивными сегментами.
Фирма «Ptasser&Theurer» поставляет в Россию виброшлифо-вальные машины серии GWM для шлифования рельсовых стыков. В Европе эти машины этой серии применяются для виброшлифования рельсов на скоростных линиях, а также после строжки в пути.
Виброшлифовальная машина GWN-20 (рис. 8.41) содержит тяговую единицу 1 и платформу с рельсошлифовальным оборудованием 2. Абразивные сегменты закреплены в двух суппортах виброшлифовальных тележек 3. Суппорты имеют маятниковую подвеску 4 к раме платформы. Последняя представляет собой гидроцилиндры с шарнирами, которые поднимают суппорты в транспортное положение. Привод 5 осуществляется от эксцентрикового вибровозбудителя.
Возвратно-поступательное движение блоков абразивных сегментов осуществляется кривошипно-шатунным механизмом, приводящим в противофазное движение одновременно два блока рабочего органа.
Рис. 8.41. Виброшлифовальная машина GWM-220:
1 — тяговая единица; 2 — платформа с рельсошлифовальным оборудованием; 3 — суппорты с абразивными сегментами;
4 — гидроцилиндры; 5 — вибропривод
Техническая характеристика машины GWM-22O
Масса машины, т.........................................63
Нагрузка на ось, тс............................... 16,5/15
Транспортная скорость, км/ч.............................80
Мощность привода, кВт/лс...........................220/300
357
МАШИНЫ ДЛЯ СВОРКН И РАЗБОРКИ
РЕЛЬСО Ш П А Л Ь Н О И РЕШ ЕТКН
В связи с особенностями строительства и эксплуатации железных дорог в России и СНГ основным направлением комплексной механизации и автоматизации путевых работ является выполнение значительного их объема путевыми производственными базами МПС, где удельный вес звеносборочных и звеноразборочных работ составляет 25-30% общих затрат труда на капитальный ремонт пути, на перегоне ведутся только монтажные и выправочные работы (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Схема технологических процессов на производственных базах МПС
358
Решением этих сложных задач занимаются проекторно-конст-рукторско-технологическое бюро Хабаровского института инженеров железнодорожного транспорта (ПТКБ ХабИИЖТ), ПТКБ Главного управления пути МПС, ПКБ Главстроймеханизации и отдельные путевые машинные станции (ПМС).
9.1. Полуавтоматические поточные звеносборочныо линии дли сборки звеньев с деревянными шпалами
9.1.1. 9сновиыо требовании к сборке
Рельсовые звенья с деревянными шпалами собираются, как правило, с рельсами Р50 и Р65 длиной 25 м. Для укладки в кривых на внутренней нити используют укороченные рельсы длиной 24,92 и 24,84 м, которые располагаются симметрично относительно рельсов наружней нити. Рельсы нормальной длины в звене выравниваются по наугольнику, т.е. их концы должны находиться на прямой, перпендикулярной к оси звена. Деревянные шпалы обрезанные и необрезаные I и II типов укладываются установленной проектом эпюре. Число шпал на звено длиной 25 м с рельсами Р65 и Р50 и основные размеры звена приведены в табл. 9.1, где 1Х — расстояние от конца рельсов до оси стыковой шпалы; 12 — расстояние между осями промежуточных шпал; /3 — ширина колеи; /4 — расстояние от конца шпал шнуровой стороны до рабочей грани рельса.
Таблица 9.1.
Число шпал, шт Основные размеры звена, мм
на 1 км пути на звено 11 h h 14
1840 46 220 546 1520 615
2000 50 220 501 1520 615
Шнуровая сторона концов шпал на звене намечается из условия, чтобы при укладке звеньев путеукладчиками эта сторона располагалась на однопутных линиях — с правой стороны по счету километров, а на двухпутных — с наружных полевых сторон.
359
Костыли забивают или запрессовывают в предварительно просверленные отверстия. Сверлить отверстия под костыли нужно строго вертикально сверлами диаметром 12 мм на глубину ПО—130 мм в определенном положении относительно друг друга и шнурового конца шпалы. В целях предохранения древесины от гниения отверстия антисептируют.
Для предупреждения продольных перемещений рельсов и нарушения рельсовых зазоров на звеньях устанавливается необходимое число противоугонов.
Широкое применение нашли механизированные и полуавтоматические поточные звеносборочные линии ПТКБ ХабИИЖТа и ПКБ Главстроймеханизации (табл. 9.2.), из которых основными являются ППЗЛ-650 и ЗЛХ-800.
Таблица 9.2.
Показатели Тип линии
зек ЗЛХ-800 ППЗЛ-650 ЗС-400
Процесс сборки
Полуавтоматический Механизированный
Производительность при 1840 шпал/км, м/смену 1200 800 585 400
Установленная мощность, кВт 127 107 75,5 19
Масса, т 175 с платформами 28 36,5 6,0
Длина линии, мм 85 000 110 000 53 000 84 000
Обслуживающий персонал с машинистами кранов и строполыциками, чел. 17 12 19 20
9.1.2. Полуавтоматическая поточная звоносборочная линия ППЗЛ-650
Линия ППЗЛ-650 (модернизированная линия ППЗЛ-500) предназначена для сборки рельсовых звеньев с деревянными шпалами и костыльным типом скреплений. При необходимости линия может быть переоборудована для сборки звеньев с шурупно-клеммным типом скреплений.
360
Агрегаты линий типа ППЗЛ монтируются па одном пути в соответствии со схемой потоков материалов при сборке (рис. 9.2).
Линия ППЗЛ-650 (рис. 9.3) состоит из шпалопитателя 1, сверлильного станка 2, стенда 3 с цепным конвейером, сборочного станка 6, приемных тележек 7 и козловых или портальных кранов 8, предназначенных для перегрузки готового звепа с тележек на железнодорожные платформы с рольгангами. Линия монтируется на железнодорожном пути базы и при необходимости может перемещаться по нему на специальных колесных парах 5.
Шпалы подаются пакетами по 70-80 шт. краном в приемник шпалопитателя 1, откуда монтер 4 пути на рабочих местах 14 берут по одной шпале, переворачивают ее на пижпюю постель и направляют по наклонному рольгангу к сверлильному станку 2. В сверлильном станке просверливают одновременно все отверстия под костыли, антисептируют, затем шпалы автоматически выдаются на цепной конвейер стенда 3. Сверлильным станком управляет оператор с пульта 13. По мере передвижения шпал на них вручную монтеры пути па рабочих местах 12,11 укладывают подкладки и наживляют обшивочные костыли, а монтеры на рабочих местах 10 перед сборочным станком наживляют пришивочные костыли. Подкладки и костыли находятся в бункерах, расположенных вдоль цепного конвейера.
Рельсы краном укладываются на рельсовые опоры 4 стенда, соединяются рельсостыкователями с предыдущими рельсами и подаются в сборочный станок 6, где шпала с подкладками и наживленными костылями гидроцилиндрами поджимается к рельсам, а другими гидроцилиндрами (расположены над шпалами) запрессовываются через подкладку все костыли. После этого механизмом передвижения звена рельсы перемещаются на шаг эпюры, и цикл повторяется. Сборочным станком управляет оператор с пульта 9.
Готовое звено выдается на три приемные тележки 7, с которых оно кранами 8 доставляется на место постановки противоугонов, и здесь же добивают недопрессовапные и меняют погнутые костыли, зачищают концы рельсов, наносят слой графитной смазки, укладывают на звенья накладки с болтами и грузят звено на роликовые платформы укладочного поезда. В технологическом процессе сборки звеньев па ППЗЛ-650 участвует 19 чел., в том числе два оператора, обслуживающих поточную линию, и 3 машиниста стрелового и козловых крапов.
Примером простейшего приемного устройства является шпа-
361
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 9.2. Схема потоков материалов при сборке на полуавтоматической поточной звеносборочной линии ППЗЛ (650/500):
1 — конвейер подготовки шпал; 2 — сверлильный станок; 3- подкладки, уложенные на шпалы;
4- поток шпал с наживленными костылями; 5 — рельсы; 6 - сборочный станок (запресовка костылей); 7 - звено
Рис. 9.3. Принципиальная схема полуавтоматической поточной звеносборочной линии ППЗЛ-650.
лопитатель линии ППЗЛ-650 (рис. 9.4), который состоит из щита 1, горизонтального 2 и наклонного 3 транспортеров, рольганга 4, привода транспортеров 5. Загрузка шпал производится краном, ориентирование и выдача шпал на наклонный транспортер — вручную. Емкость шпалопитателя 120-150 шпал, производительность до 220 шпал/ч, установленная мощность электродвигателя 2,8 кВт.
Сверлильный станок (рис. 9.5) предназначен для сверления и аитисептирования отверстий в шпалах. На его станине 1 размещены две пятишпиндельные сверлильные головки 5, которые перемещаются вверх и вниз гидроцилиндрами 9. Поперечное смещение сверлильных головок при настройке станка на заданную ширину колеи выполняется при помощи упорных винтов 7. Перемещение каждой головки (в мм) фиксируется по шкале 4. На портале в средней части станины расположена установка 6 для аитисептирования отверстий в шпале.
Каждая шпала при подаче в сверлильный станок толкающей рамой стенда поджимается подвижным упором 3 к неподвижному упору 8, при этом правый торец ее устанавливается по шнуровой нити.
Механизмы центрирования и подъема 2 шпалы точно устанавливают ее по оси станка, поднимают и прижимают шпалу к упорам в процессе сверления отверстий и впрыскивания антисептика в просверленные отверстия. При подаче рабочей жидкости в верхнюю полость гидроцилиндра 14 он перемещается вверх вместе с тягами 13, рычаги 11 поворачиваются и зажимают шпалу. Затем подается рабочая жидкость в рабочую полость гидроцилиндра 12 и шток вместе со столом 10 и расположенной на нем шпалой поднимается вверх. С правой стороны станины
Рис. 9.4. Шпалопитатель линии ППЗЛ-650.
363
Рис. 9.5. Сверлильный станок
расположены гидропривод 15 и пульт управления 16 сверлильным станком.
Стенд (рис. 9.6.) предназначен для приема шпал со шпалопитателя, подачи их в сверлильный станок и далее, после укомплектовки подкладками и наживления костылей в сборочный станок. Кроме этого, на стенде выполняются операции по укладке рельсов очередного звена на опоры с роликами, соединению их стыкователями с рельсами собираемого звена. Стенд состоит из секции 4 сверлильного станка, промежуточных секций 6, 7 и 8 и секции 9 сборочного станка. Шпала с рольганга шпалопитателя скатывается на толкающую раму 2, которая при помощи гидроцилиндра 3 перемещает ее па столы механизмов центрирования и подъема шпалы сверлильного станка. После засверловки и аитисептирования всех отверстий шпала перемещается толкающей рамой на цепной с захватами конвейер 5, и одновременно на ось сверлильного станка подается следующая шпала. Привод
364
Рис. 9.6. Стенд
10 конвейера стенда аналогичен по конструкции приводу конвейера шпалопитателя.
По опорным роликам 14 стенда рельсы перемещаются в сборочный станок. В конце третьей промежуточной секции расположены ролики 19, а на секции сборочного станка — поддерживающие ролики 18, предназначенные для установки рельсов по ширине колеи и на заданном уровне от подкладок.
В конце транспортера шпалы выравниваются по шнуровой нити подвижным 12 и неподвижным 13 упорами и передаются па две поджимные аппарели 17, которые прижимают их к двум направляющим аппарелям 15. Перемещаются шпалы в этой зоне и подаются по одной па ось запрессовки сборочного станка при помощи толкающей рамы 16 (ППЗЛ-500) или транспортера (ППЗЛ-650). Тяговая лебедка 11 предназначена для перемещения трех тележек с собранным звеном под портальные подъемники и возвращения их к сборочному станку после снятия звена. Все секции стенда оснащены колесными парами 1 для перемещения по путям базы.
Сборочный станок (рис. 9.7.) предназначен для последовательного прикрепления шпал к рельсам, передвижения собираемого звена за каждый цикл па шаг эпюры и выдачи его на приемные тележки. Состоит из станины 1, на которой смонтированы механизмы центрирования шпал 3, подъемные столы 2, механизмы запрессовки костылей 7, механизм передвижения звена 8, гидропривод 4, пульт управления 5, направляющие 6 и калибрующие 9 ролики.
Механизм запрессовки костылей (рис. 9.8.) состоит из рамы 1 и портала 7, гидроцилиндра 2 и прессовой головки 3 с пуансонами. Рама и нижняя плита прессовой головки крепятся болтами к порталу станины сборочного станка. По колоннам 4 вверх и вниз перемещается корпус 5 с пятью пуансонами 6, из них два пуансона служат для запрессовки обшивочных костылей, а три — для запрессовки пришивочпых костылей. Надпуансонные камеры 8, в которых залито масло, соединены каналами, что обеспечивает равномерную передачу давления на все пуансоны. Если какой-либо из пуансонов встречает на своем пути большее сопротивление, то масло из его камеры перетечет в камеры других пуансонов, они опустятся ниже и плотно прижмут все костыли. Масляные камеры и каналы играют роль балансиров.
Механизм передвижения звена (рис. 9.9.) перемещает собираемое звено па шаг эпюры (расстояние между осями соседних 366
Рис. 9.7. Сборочный станок
Рис. 9.8. Механизм запрессовки костылей
Рис. 9.9. Механизм передвижения звена
368
шпал); состоит из двух траверс 1, соединенных штангами 2, и гидроцилиндра 3. Каждая траверса опирается на ролики 4 и имеет два гидравлических рельсовых захвата 5. Штанги, соединенные с траверсами в одну жесткую раму, перемещаются в кронштейнах 6, которые прикреплены к станине сборочного станка.
Направляющие ролики 6 (см. рис. 9.7.) охватывают по бокам головки рельсов и удерживают их па строго определенном расстоянии друг от друга. Калибрующие ролики 9 удерживают за головку рельсы собираемого звена в подвешенном состоянии так, чтобы подвижные губки механизма передвижения звена при закрытии захватывали головку рельса по всей плоскости.
Приемные тележки предназначены для поддерживания звена, выходящего из сборочного станка, и последующей откатки готового звена для перегрузки. Перемещаются тележки с готовым звеном и возвращаются к сборочному станку тяговой лебедкой (см. рис. 9.6.) Каждая тележка (рис. 9.10.) состоит из двух колесных пар 1, сварной рамы 2, опор 3 и винтового домкрата 4.
Рис. 9.10. Приемная тележка
9.1.3. Полуавтоматическая поточная звеносоорочная линия ЗХЛ-800
Для эксплуатируемых железных дорог разработана линия ЗХЛ-800 конструкции ПКТБ ХабИИЖТА, предназначеная для сборки рельсовых звеньев железнодорожного пути с деревянными шпалами и костыльным типом и состоящая из комплекса стационарных агрегатов, смонтированных па двух параллельных путях длинной около НО м образующих два конвейера: подготовки шпал и сборочный (рис. 9.11).
На одном пути расположены станки и устройства, образующие конвейерную линию для подготовки шпал к сборке: подвижной склад шпал 8, приемные конвейеры 7, шпалопитатель 6,
369
Рис. 9.11. Принципиальная схема полуавтоматической поточной звеносборочной линии ЗЛХ-800
станция гидропривода шпалопитателя 23, шаговый конвейер 5, сверлильный станок 3, конвейер-накопитель 2, поперечный конвейер 7. На втором пути размещены агрегаты и механизмы сборочной конвейерной линии: рельсовый рольганг 22, питатель скреплениями 20, бункера 79 для подкладок и костылей, сборочный агрегат 16, приемные рамы 13, тележки 14 для приема и перемещения звена, перегружатель звеньев 77. Два козловых крана 10 грузоподъемностью 5 т, один из которых дополнительно оборудован магнитной плитой, выполняют погрузочно-разгрузочные операции.
Шпалы, уложенные предварительно краном на подвижной склад 8 и приемные цепные конвейеры 7, продвигаются к шпало-питателю 6, где они автоматически разделяются по одной и выравниваются по торцам, а затем под контролем оператора ориентируются постелью вниз и шаговым конвейером 5 подаются в сверлильный станок 3. В сверлильном станке каждая шпала центруется относительно продольной и поперечной осей и в них высверливаются одновременно все отверстия под костыли. Подготовленная к сборке шпала тем же шаговым конвейером 5 выталкивается в накопитель 2, а затем поперечным конвейером 1 направляется в сборочный агрегат 16. Конвейером по подготовке шпал к сборке управляет оператор с пульта 4.
Рельсы козловым краном 9 укладывают на рельсовый рольганг 22, по которому специальным механизмом они подаются в 370
сборочый агрегат 16. Подкладки из бункера 19, который два раза в смену загружается козловым краном, подаются порциями на стол, где на рабочем месте 21 вручную ориентируются «на постель» и по подуклонке направляются в питатель 20. Питателем подкладки направляются к сборочному агрегату 16, на рабочих местах 18 вручную укомплектовывают их костылями. В сборочном агрегате 16 шпала центрируется относительно продольной и поперечной осей, рельсы устанавливаются по наугольнику и по ширине колеи, две подкладки с костылями вводятся ребордами по подошвам рельсов и устанавливаются по оси запрессовки. Затем гидроцилиндрами сборочного агрегата шпала напрессовывается снизу на костыли, которые своими головками упираются в специальные пуансоны. После пришивки шпалы механизмом передвижения звена рельсы перемещаются на шаг эпюры и цикл повторяется. Время от момента пришивки одной до пришивки следующей (цикл сборочного агрегата) задается командным аппаратом и может быть равно 10—15 с. Сборочным агрегатом управляет оператор с пульта 17.
Собираемое звено надвигается головками рельсов на ролики приёмных рам 13 и по выходе из них под действием собсвенной массы опускается сначала на первую, а затем на вторую и третью тележки 14. На рабочих местах 12 устанавливают противоугоны, зачищают концы рельсов, наносят слой графитной смазки, укладывают на звенья накладки с болтами. Собранное звено
371
под управлением оператора с пульта 15 откатывается на тележках 14 к перегружателю 11, где опо снимается, а тележки возвращаются к сборочному агрегату для приема следующего звена. Готовое звено укладывается в штабель или на роликовые платформы укладочного поезда. В технологическом процессе сборки звеньев на ЗЛХ-800 участвуют 12 чел., в том числе три оператора звеносборочной линии и два машиниста козловых кранов.
Подвижной склад шпал с двумя приемными конвейерами (рис. 9.12.) предназначен для образования запаса шпал (2000-2500 шпал) и подачи их на шпалопитатель, что позволяет освободить кран от погрузки шпал во время работы линии. Подвижной склад шпал состоит из двух рельсов 3, устанавливаемых головками вниз на роликовые аппарели 4. Задние концы рельсов соединены стойкой 2, а передние оснащены лыжами 5, которые облегчают заход рельсов на ролики аппарелей. Стойка 2 соединена канатом через обводной блок 6 с барабаном лебедки 7. Склад шпал перемещается со скоростью 0,075 м/с.
Каждый приемный конвейер имеет раму 7, на которой смонтированы две тяговые цепи 8, ведущий вал 72, ведомый вал 75 и приводная станция, состоящая из электродвигателя 14, редуктора 13 и цепной передачи 9. Шпалы с одного конвейера на другой и на шпалопитатель передаются по цепям 77 и 10. С приемных конвейеров периодически по 15-20 шпал подаются со скоростью 0,09 м/с на шпалопитатель. По мере расходования шпал с конвейеров они пополняются с подвижного склада.
Шпалопитатель (рис. 9.13.) принимает партии шпал и поштучно выдает их на шаговый конвейер. На раме 7 шпалопитателя смонтированы конвейеры: горизонтальный 2, наклонный с захватами 3, передающий 4, а также выравнивающие ролики 5, отсекатель 6, упоры 7, кантователь 8, аппарели 9. Движение конвейеров осуществляется от привода 13, а вращение выравнивающих роликов от привода 72. Кантователь 8 и отсекатель 6 приводятся в движение соответственно гидроцилиндрами 11 и 10. Шпалы, перемещаясь со скоростью 0,22 м/с, с горизонтального конвейера 2 забираются по одной или по две захватами наклонного конвейера 3, поднимаются и ковейером 4 передаются на ролики 5. Так как ролики наклонены к горизонту, имеют разные диаметры и вращаются попарно навстречу друг другу, то независимо от первоначального расположения (см. рис. 9.13., А-А) шпалы выравниваются по торцам и продвигаются к упорам 372
Рис. 9.12. Подвижной склад шпал с приемными конвейерами
Рис. 9.13. Шпалопитатель
7, где шпалы по одной отделяются отсекателем 6, при необходимости переворачиваются па нижнюю «постель» кантователем 8 и выдаются на аппарели 9. Возвращаясь за следующей шпалой, отсекатель опускает аппарели, и предыдущая шпала укладывается на шаговый конвейер.
Шаговый конвейер (рис. 9.14.) принимает шпалы ориентированные относительно торцов и нижней «постели», подает их с определенным интервалом в сверлильный станок и затем на конвейер накопитель. Конвейер состоит из сварной рамы 7, ведомого вала 2, двух цепей с захватами 3 и ведущего вала 4, который вращается гидроцилиндром 8 через цепную передачу 6 и храповой механизм 5. Работает конвейер синхронно с отсекателем шпал на шпалопитателе и через конечный выключатель 7 задает начало каждого цикла сверлильного станка.
Сверлильный станок аналогичен по назначению, принципу действия и конструкции станку (см. рис. 9.5.).
Конвейер-накопитель 2 (см. рис. 9.11.) предназначен для приема просверленных шпал, накопления и подачи их на поперечный конвейер. На нем может одновременно находиться до 20 шпал, что дает возможность устранить взаимное влияние кратковременных сбоев в работе сверлильного и сборочного станков.
Поперечный конвейер (рис. 9.15.) предназначен для передачи шпал по одной с конвейера-накопителя в сборочный агрегат. На
Рис. 9.14. Шаговый конвейер
374
5
3 4
Рис. 9.15. Поперечный конвейер
раме 2 смонтированы натяжной вал 1, цепь 3 с захватом 4, аппарели 5, ролики 6, ведущий вал 8, привод 9 и конечный выключатель 10. Шпалы с конвейера-накопителя по аппарелям 5 подаются на поперечный конвейер до упора в ролики 6. При включении привода 9, которое осуществляется комапдоаппаратом, расположенным на сборочном агрегате, шпала, прижатая к роликам 6, захватом 4 цепи за торец подается в сборочный агрегат. В этот момент автоматически отключается конвейер-накопитель для уменьшения давления на перемещаемую шпалу. Как только захват 4 выйдет из соприкосновения со шпалой, дальнейшее ее перемещение обеспечивает зубчатый ролик сборочного агрегата, приводимый через цепную передачу от звездочки 7. Привод 9 выключается после нажатия упором 4 конечного выключателя 10. Одновременно автоматически включается конвейер-накопитель, и следующая шпала подается па поперечный конвейер.
Рельсовый рольганг 22 (см. рис. 9.11.) состоит из пеприводных опорных роликов, механизмов подачи рельсов и упоров для установки концов рельсов по угольнику или с забегом, если один рельс укорочен. Рольганг смонтирован на сварных стойках, прикрепленных специальными прижимами к рельсам железнодорож
375
Рис. 9.16. Механизм подачи рельсов
кого пути. Рельсы 8 (рис. 9.16.) устанавливаются на опорные ролики, подошва рельса размещается между приводными роликами 5 механизма подачи рельсов. При помощи гидроцилиндра 1 через рычаг 7 один ролик, поворачиваясь вокруг оси 6, сближается с другим роликом, и они зажимают подошву рельса. Электродвигатель 3 через редуктор 2 и зубчатую передачу 4 приводит ролики во вращение, и рельсы подаются к сборочному агрегату. Как только задние концы рельсов пройдут подпружиненные упоры, рельсы подаются назад до со
прикосновения с данными упорами. Настраиваются упоры (рис. 9.17.) вращением регулировочного винта 4, который перемещает стакан 3 с подпружиненным упором 1.
Питатель скреплениями (рис. 9.18.) предназначен для подачи подкладок с костылями на сборку. Он состоит из бункера костылей 1, бункера подкладок 4, конвейера-накопителя 8, отсекателя подкладок 9 и шагового конвейера 12. Костыли и подкладки подвижными днищами бункеров, перемещаемых
Рис. 9.17. Упор
376
Рис. 9.18. Питатель скреплениями
гидроцилиндрами 2 и 3, подаются соответственно на столы 10 и 5. Подкладки монтером пути ориентируются по подошве и ребордам и направляются по лоткам 7 на два конвейера-накопителя 8, в конце которых отсекателями 9 по одной подаются на шаговые конвейеры 11. Со стола 10 укомплектовываются костылями подкладки (см. рис. 9.18., А-А), затем подкладки с костылями шаговыми конвейерами И перемещаются к сборочному агрегату и устанавливаются па ось запрессовки. На раме питателя имеются ролики 6, по которым катятся рельсы па сборку, и колейные ролики 12, поддерживающие рельсы под головку и устанавливающие их на необходимую ширину колеи.
В сборочном агрегате (рис. 9.19.) шпалы и скрепления прикрепляются к рельсам. Основные узлы агрегата: рама 1, пульт управления 8, блоки пуансонов 2, колейные ролики 3, выравниватели шпал 4, поддерживающие ролики 5, эпюрная каретка 7, центраторы шпал 10, гидроцилиндры 11 для запрессовки шпалы, ролики 12, зубчатый ролик 13. Рельсы вводятся в колейные ролики 3. Их торцы устанавливаются по “наугольнику” и на определенном расстоянии от оси сборки. Шпала подается попереч-
Рис. 9.19. Сборочный агрегат
377
ным конвейером, зубчатым роликом 13 доводится до упора в раму, а затем центраторами 10 и выравнивателями 4 устанавливается по оси сборки и по «шнуру». Подкладки, укомплектованные костылями, подаются шаговыми конвейерами и устанавливаются в следующем положении: их реборды охатывают подошвы рельсов, головки костылей располагаются под пуансонами 2, а их ножки висят вертикально. Затем гидроцилиндрами 11 шпала снизу напрессовывается на костыли. После прикрепления первой шпалы эпюрная каретка 7 захватывает рельсы за головки и при помощи гидроцилиндров 6 перемещает их на шаг эпюры. В этот момент в сборочный агрегат подается следующая шпала и две подкладки с костылями.
Собираемое звено поддерживается за головки рельсов роликами 5 и роликами 3 постепенно укладывается на три тележки и затем при помощи лебедки 9 транспортируется к месту перегрузки.
9.2. Поточные линии для сборки звеньев с железобетонными шпалами
9.2.1. Псновные требования к сборке
Звенья с железобетонными шпалами собирают длиной 25 и 12,5 м как с новыми так и со старогодными (инвентарными) рельсами. В последнем случае рельсы заменяют затем на плети бесстыкового пути длиной до 800 м. Основным Промежуточным типом скреплений является КБ. Электроизоляция рельсовых нитей при скреплении КБ обеспечивается резиновыми прокладками, укладываемыми под подкладки, и изолирующими втулками, которые надевают на закладные болты.
Гайки клеммных болтов затягиваются усилием, соответствующем моменту 147 Нм; закладных болтов — 176,6 Н-м. Для получения подуклонки рельсов, близкой 1/20, рекомендуется сначала затягивать гайки внутри колеи, а затем снаружи. Рельсовые звенья могут быть собраны вручную, на механизированных стендах и, что наиболее эффективно, на звеносборочных поточных линиях.
В настоящее время эксплуатируются звеносборочные поточные линии:
378
ЗХЛ-500 конструкции ПКТБ ХабИИЖТа; ЗЛЖ-650 (ЧЗП-500Б) конструкции ПКБ Главстроймеханизации; ПЗЛ-850 и «Смолянка», созданные силами отдельных МПС, а также механизированные стенды ОПМС-1 и ТЛС конструкции ПКТБ ХабИИЖТа (табл.9.3.).
Таблица 9.3.
Показатель Значение показателя
ЗЖЛ-650 Смолянка ПЗЛ-850 ЗЛХ-500 ТЛС ПЗЛ
Производительность в смену, м/смену 465 при 1=12,5 м 750 при 1=12,5 м 700 при 1=12,5 м 500 при 1=25 м 700 при 1=25 м 800 при 1=25 м
Установочная мощность, кВт 50 70 55 47 39,6 103
Масса, т 31 23 21 30 12 60
Длина занимаемого участка пути, м 80 200 85 160 700 135
Обслуживающий персонал с учетом механиков кранов и стропальщиков (без участка комплектования клеммно-бол -товых соединений), чел. 22 36 27 23 32 23
9.2.2. Принципиальные схемы звеносборочных линии с железобетонными шпалами
Наиболее характерными являются по конструктивным, технологическим параметрам, а также по улучшению условий труда звеносборочные линии «Смолянка», ПЗЛ-850 и ПЗЛ.
Звеносборочная линия ПЗЛ-850 (рис. 9.20.) состоит из нескольких по-операционных стендов, установленных на одном пути. Принцип работы линии: элементы звена в процессе его сборки транспортными рамами подаются с одного стенда на другой с шагом, равным длине звена 12,5 м.
379
Рис.9.20.3веносборочная линия ПЗЛ-850
Линия ПЗЛ-850 оборудована траверсой 4 сварной конструкции с 23-25 парами тросовых подвесок с замками для захвата шпал за отверстия под закладные болты. Траверса навешивается на крюк козлового крана, затем вручную захваты вводятся в отверстия шпал и доставляются на аппарели 3. Первая пара аппарелей оборудована гребенками, расположенными друг от друга на расстоянии, равном шагу соответствующей эпюры. После отцепки захватов траверсы аппарели с гребенками при помощи пневматических цилиндров 8 опускаются вниз и шпалы ложатся на первую транспортную раму 2, затем лебедкой 1 через обводные блоки 6 транспортные рамы по неприводпым роликам 7 перемещаются на длину звена, аппарелями 3 поднимаются шпалы и рамы возвращаются в первоначальное положение. В процессе передвижения на шпалы со стенда 5, оборудованного контейнерами, вручную раскладываются прокладки и подкладки.
Стенд для заворачивания гаек клеммных и закладных болтов — это ферма 9, внутри которой по рельсовому пути перемещаются четыре тележки 11, к каждой из которых подвешены по два спаренных гайковерта 12 и сиденье 10. Готовое звено снимается с аппарелей козловым краном. В технологическом процессе сборки занято 35 чел.
Новой перспективной поточной линией тяжелого типа, размещаемой в закрытом цехе, является звеносборочная линия
380
ПЗЛ конструкции ПКТБ ХабИИЖТа (рис. 9.21.). Высокий уровень механизации и автоматизации технологических операций, минимальная зависимость от кранов, обслуживающих прицехо-вую зону, позволяют получить высокую производительность.
Участок подготовки включает в себя тележечный конвейер с замкнутой в вертикальной плоскости траекторией движения, грузоподъемное устройство для предварительной установки шпал по эпюре, подкладочный агрегат, станок для прикрепления подкладок к шпалам, систему бункеров с деталями скреплений, устройство для перекладки шпал с тележечного конвейера на эпюрные рейки.
Участок сборки включает в себя эпюрные рейки, транспортную тележку, устройство для раскладки рельсов, устройство для перегрузки шпал и рельсов на транспортную тележку, сборочный станок, бункерные устройства перегружатель собранных звеньев. Эпюрные рейки являются связующей технологические участки транспортной системой, обеспечивающей передачу подготовленных к сборке шпал на сборочный участок.
Конструктивной особенностью звеносборочной линии «Смолянка» является наличие транспортного конвейера из отдельных грузовых тележек, на которых выполняются сборочные операции. Агрегаты линии размещаются на технологическом пути (рис. 9.22.) в двух крытых помещениях, разделенных участком, на котором смонтирован кран для подачи рельсов. В помещениях
Рис. 9.21. Схема звеносборочной линии ПЗЛ конструкции ПКТБ ХабИИЖТа:
1 — шпальная эстакада; 2 — тележечный конвейер; 3 — подкладочный агрегат; 4 и 9 — бункера для элементов скреплений;
5 — эпюрная рейка; 6 — агрегат прикрепления подкладок к шпалам; 7 и 12 — подъемные столы; 8 — транспортная тележка; 10 — агрегат прикрепления рельсов; 11 — лебедка транспортной тележки; 13 — опорные ролики эпюрной рейки; 14 — опорные ролики тележечного конвейера
381
Рис. 9.22. Звеносборочная линия «Смолянка»
расположены секционные бункера для элементов скреплений, загружаемые через съемную крышу. Для перемещения грузовых тележек в процессе сборки используется тяговая лебедка с бесконечным канатом, на котором имеются две каретки, опирающиеся роликами на направляющие, уложенные внутри колеи под грузовыми тележками. Каретки захватывают и перемещают тележки. Шпалы на грузовые тележки укладываются специальной траверсой, оборудованной захватами на гибких подвесках для зацепления шпал через отверстия под закладные болты. Расстояния между подвесками соответствуют эпюре шпал. Грузовые тележки со шпалами перемещаются на технологический путь по обгонному пути через стрелочный перевод двумя самоходными тяговыми тележками. Гайки клеммных и закладных болтов завинчиваются автоматическим устройством с использованием шуруповертов типа ШВ-2.
9.2.3. Особенности сборки звеньеи
При сборке путевой решетки на железобетонных шпалах одной из трудоемких операций является установка клеммных и закладных болтов скреплений КБ из-за их многодетальности. Каждый клеммный болт требуется укомплектовывать клеммой, шайбой и гайкой, каждый закладной болт, изолирующей втулкой, плоской и трехвитковой шайбами и гайкой. Например, для сборки 1 км рельсошпальной решетки нужно установить свыше 60 тыс. деталей.
Для этой цели разработана специальная поточная линия, которая предназначается для комплектации клеммных болтов скреплений марки КБ клеммами шайбами и гайками, а заклад
382
ных болтов — изолирующими втулками, плоскими и двухвитко-выми шайбами и гайками. Поточная линия (рис. 9.23.) включает в себя станок 1 для комплектации клеммных болтов, станок 3 для комплектации закладных болтов, (показан отдельно на рис. 9.24.), бункер 2 для подачи скреплений к станкам, ящики 5 для готовых комплектов. Линия размещается в специальном крытом помещении или в железнодорожном вагоне.
Работа линии осуществляется следующим образом: предназначенные для сборки скрепления подаются в бункер, из которого они перед началом работы загружаются в ящики для скреплений, встроенные в станки. Секции для скреплений размещены на подвижной опоре станка. Для заполнения скреплениями секций последние могут поворачиваться вручную вокруг стапка и устанавливаться напротив выходной воронки бункера.
Станок для комплектации клеммных болтов обслуживают 3 чел., станок для комплектации закладных болтов (см. рис. 9.24) — 4 чел. Рабочие, обслуживающие линию, находятся вокруг станка на поворотных креслах 4. Столы станков с закрепленными на них комплектаторами медленно вращаются. Перед каждым рабочим местом находится ящик с определенным видом деталей скрепле-
Рис. 9.23. Поточная линия комплектации клеммных и закладных болтов:
1,3 — станки для комплектации клеммных и закладных болтов;
2— бункер; 4 — кресло оператора; 5 — ящик для готовых скреплений; 6 — привод толкателя; 7 — направляющая; 8 — обрезиненный кронштейн
383
Рис. 9.24. Станок для комплектации закладных болтов:
1 — основание; 2 — колонна; 3 — подвижная опора; 4 — стол; 5 — фрикцион; 6 — комплектатор; 7 — привод толкателя; 8 — привод станка; 9, 10 — кнопка управления; 11 — ячейка для скреплений
ний, которые рабочий закладывает в ячейки проходящих мимо него комплектаторов.
Наживление гаек на болты и подача собранных комплектов в ящики для готовых изделий выполняются автоматически. Ящики для готовых изделий установлены на катки, на которых они вывозятся за пределы помещения.
Техническая характеристика поточной линии
Число станков, шт...........................................2
Производительность линии, компл./смену.................. 5000
Частота вращения рабочего стола, с1......................0,02
Мощность электродвигателей, кВт.............................2
Численность обслуживающего персонала для комплектования болтов, чел.:
клеммных.................................................3
закладных.................................................4
384
9.3. Оборудование для разборки рельсовых звеньев
9.3.1. Общие сведения
Поточные линии для разборки звеньев с деревянными шпалами разделяются на три типа [9.1., 9.2., 13.3.]:
подвижные звепоразборочпые агрегаты, механизирующие только операции разделения звена на составляющие его элементы, неподвижные звеносборочные агрегаты и механизмы для транспортировки и частичного деления деталей разбираемого звена,
линии, оборудованные устройствами для выполнения всего комплекса операций, входящих в технологический процесс разборки звеньев.
Звеноразборочные линии
Звепоразборочная машина ЗРМ (рис 9.25) — высокопроизводительная полуавтоматическая поточная линия для разборки рельсовых звеньев с деревянными шпалами и костыльным типом скреплений. Агрегаты и механизмы поточной линии расположены па четырех четырехосных железнодорожных платформах.
Техническая характеристика звеиоразборочной машины
Производительность, м/ч.............................250
Длина звеньев, м................................12,5 и 25
Тип рельсов ....................................все типы
Ширина колеи, мм...................................1520
Эпюра шпал, шт/км.................................любая
Масса без учета платформ, т......................... 60
Пакеты старогодных звеньев (6-8 звеньев в зависимости от типа рельсов) с роликовых платформ путеразборочного поезда лебедкой 10 перетягивается на две платформы приемника пакетов 9. Тяговое усилие на тросе лебедки 30 кН позволяет одновременно перетягивать 3-4 пакета, связанные между собой. На каждой платформе приемника пакетов установлены по две грузоподъемные лебедки 8. У грузового бара-
13 Путевые машины
385
Рис. 9.25. Звеносборочная машина ПКТБ ХабИИЖТа
бана каждой лебедки два троса, которые при помощи обводных блоков огибают раму платформы и роликовыми захватами, закрепленными на их концах, захватывают верхнее звено за головки рельсов. Звено длиной 25 м захватывается в восьми точках, поднимается на уровень расшивки и вводится в приемные ролики 7. Удерживаемое под головки рельсов подъемными и приемными роликами звено механизмом 6 продвигается к агрегату расшивки 4. На входе звена в агрегат расшивки установлена вращающая щетка 5 с тросовым ворсом, очищающая расшиваемое звено от остатков балласта.
В агрегате расшивки 4 звено разбирается на составляющие его элементы (рельсы, шпалы, подкладки и костыли). Процесс расшивки включает в себя следующие операции: перемещение звена, поджатие шпалы, сбрасывание шпалы на конвейер, а подкладок с костылями — в бункера. Исполнительные органы, выполняющие эти операции, включаются последовательно автоматически после выравнивания перекошенной шпалы и нажатия на центральный путевой переключатель. На выходе рельсов из агрегата расшивки установлено устройство 3 для снятия пружинных противоугонов. Клиновые противоугоны снимаются вручную.
Расшитые рельсы принимаются под головки приемными роликами 2, расположенными на верхнем поясе рам последних двух платформ по всему пути их перемещения. При помощи лебедок 1 рельсы опускаются по обе стороны линии: они скользят по наклонным аппарелям 11, в конце которых установлены упоры для снятия защелки замка рельсовых захватов — опущенный рельс освобождается от захватов автоматически.
Наклонные аппарели 11 раздвигаются рычажно-винтовым механизмом, имеют 12 фиксированных положений, устанавливае-
386
Продолжение рис. 9.25
мых командоаппаратом. С каждой стороны линии укладывается штабель рельсов по 12 шт. в каждом ряду.
Шпала после отделения от рельсов попадает на первый конвейер 12 шпальной линии через шпалоприемный узел, препятствующий ее перевороту; отсекателем 13 она передается на второй конвейер 14 и, пройдя через выравнивающее устройство, попадает на делитель 16. Оператор (визуально) делителем рассортировывает шпалы на два сорта (годные к ремонту и негодные). Первый и второй шпальные конвейеры состоят из двух параллельных цепных транспортеров без захватов, имеют самостоятельный привод. Скорость второго конвейера почти в 2 раза больше, чем первого, поэтому первый конвейер используется в качестве накопителя шпал. Раздельные шпалы попадают в отдельные отсеки шпальной тележки 17. По мере заполнения отсеков тележка выдвигается из-под платформы лебедкой 15. Линию обслуживает один козловой кран: убирает на склад элементы старогодной шпальной решетки. Поточной линией управляют четыре оператора.
Звеиоразборочная линия ЗРС предназначена для разборки звеньев старогодной рельсошпальной решетки с деревянными шпалами, рельсами любых типов и костыльными скреплениями при любой эпюре шпал независимо от числа и расположения стыков (рис. 9.26).
Техническая характеристика линии ЗРС Производительность ,м/ч....................................90
Длина звеньев, м...................................... 12.5 и 25
Тип рельсов........................................... все типы
Ширина колеи, мм........................................ 1520
Эпюра шпал, шт/км.......................................любая
Масса, т................................................ 17,8
387
Рид. 9.26. Звеноразборочная линия ЗРС
Линия ЗРС монтируется на рельсовом пути базы, состоит из агрегата расшивки 4, транспортной тележки 2, тяговых лебедок 1 и 8 с дистанционным управлением, перегружателя 5, шпальной тележки 6 и сортировщика шпал 7. Звено 3 для расшивки укладывается двумя козловыми кранами грузоподъемностью 5 т на стойки транспортной тележки 2, которая тяговой лебедкой 1 подается в агрегат расшивки 4, где от рельсов отделяются шпалы, а от шпал — скрепления. Рельсы после расшивки остаются на стойках тележки, шпалы укладываются на ее раму, а подкладки с костылями сбрасываются с бункера тележки. Транспортная тележка с элементами рельсового звена подается в перегружатель, где шпалы с рельсами поднимаются вверх, а освобожденная транспортная тележка возвращается в первоначальное положение для приема очередного звена. После этого в перегружатель передается лебедкой 8 шпальная тележка. Рельсы с перегружателя забираются краном, а шпалы опускаются на шпальную тележку, которая подает их к сортировщику 7. Сортировщик делит шпалы на два сорта и формирует пакеты. По мере накопления пакеты шпал из сортировщика и подкладки с костылями из бункеров транспортной тележки убираются козловым краном.
В процессе разборки занято 10 чел., в том числе два оператора линии и два машиниста козловых кранов.
Звепоразборочная линия ЗРР-75 (рис. 9.27.) предназначена для разборки рельсовых звеньев с железобетонными шпалами скреплением КБ. Обслуживается линия двумя козловыми кранами.
На звеньевую тележку 2 козловыми крапами 3 укладываются два звена длиной 12,5 м или одно звено длиной 25 м. Лебедкой 1 звеньевая тележка со звеном перемещается в агрегат отделения шпал 4, где откручиваются гайки закладных болтов. Затем тележка 2 продвигается в перегружатель 5 и, оставив на нем частично разобранное звено, возвращается в первоначальное положение под погрузку следующего звена. В это время в перегружатель 5
388
Продолжение рис. 9.26
8
лебедкой 10 подается шпальная тележка 8, которая принимает на себя частично разобранное звено. Рельсоперекладчик 6 снимает рельсы вместе с подкладками и укладывает их на рельсовый конвейер 14, по которому они направляются в агрегат отделения подкладок 13, где откручиваются гайки клеммных болтов. Подкладки и клеммные сборки ссыпаются в бункера, а рельсы продвигаются в агрегат приема и накопления 12 и далее козловым краном убираются в штабель И. Шпальная тележка направляется в агрегат пакетирования шпал 9, откуда они пакетами козловым краном убираются в штабель 7. Закладные болты остаются в шпалах. Извлечение их из шпал — очень трудоемкая операция. Механизация этой операции — пока одна из нерешенных задач. Если нужно заменить на старогодных звеньях только рельсы, в агрегате отделения шпал 4 откручивают гайки клеммных болтов специальными гайковертами. Тогда подкладки остаются прикрепленными к шпалам.
Техническая характеристика линии ЗРР-75
Производительность, м/смену....................................600
Длина звеньев, м......................................... 12,5 и 25
Рис. 9.27. Звеноразборочная линия ЗРР-75
389
Тип рельсов........................................Р50 и Р65
Ширина колеи, мм..................................... 1520
Эпюра шпал, шт/км....................................любая
Масса, т................................................44
В процессе разборки звеньев занято 11 чел., включая машинистов козловых кранов.
9.4. Организация и технология переработки старогодной путевой решетки с железобетонными шпалами для повторной укладкн в путь
Важным резервом в реализации программы ресурсосбережения является использование старогодной путевой решетки с железобетонными шпалами в железнодорожном строительстве при сооружении станционных, и прочих малодеятельных путей.
Сферы повторного применения путевой решетки приведены в табл. 9.4.
Таблица 9.4.
Группа годности путевой решетки Сфера повюрного применения Характеристика и группа годности элементов повторно используемой путевой решетки Вид ремонта путевой решетки
Рельсов Скреплений и шпал
I Подъездные пути IV категории, приемоотправочные и сортировоч ные пути станций Старогодные типов Р65 и Р50 I и II группы, звеньевой или бесстыковой путь 1 и II группы Замена негодных шпал и элементов скреплений
II Подъездные пути V категории, Погрузочно-выгрузочные, деповские и прочие малодеятельные станционные пути Старогодные типов Р65 и Р50 И и III группы, звеньевой или бесстыковой путь То же Замена отдельных негодных шпал и скреплений в объемах, необходимых для обеспечения эксплуатации пути в данных условиях
390
Для механизированного ремонта старогодной путевой решетки с железобетонными шпалами на существующей звеносборочной базе СКЖД создана линия обработки старогодпой рельсошпальной решетки (рис. 9.28).
Из штабеля звено подают и укладывают двумя козловыми кранами на тележки очистного устройства, где звено центрируется ловителями относительно тележек.
Звено протягивается через очистное устройство до позиции обработки концов рельсов, после чего протягивается для обработки вторых концов рельсов.
Очистка рельсов и скреплений от грязи производится двумя парами скребков, четырьмя вертикальными и двумя горизон-
Рис. 9.28. Технологическая схема механизированной линии ремонта старогодной путевой решетки с железобетонными шпалами:
I — участок очистки рельсов и скреплений от грязи; II — участок опиловки концов рельсов и сверления отверстий; III, Illa и IV, IVa — участки замены негодных шпал и скреплений; 1 — штабели старогодных звеньев; 2 — тележки очистного устройства; 3 — очистное устройство; 4 — рельсорезные станки; 5 — рельсосверлильные станки; 6 — лебедка; 7 — шуруповерты; 8 — спаренные козловые краны.
391
тальными вращающимися металлическими щетками. Скребки и щетки смонтированы на раме очистного устройства. Рама установлена на бетонный корытообразный фундамент, в углублении которого установлены поддоны для сбора грязи.
Для резки рельсов и сверления в них болтовых отверстий механизированная линия ремонта оснащается рельсорезными и рельсосверлильными станками, смонтированными на специальных устройствах (рис. 9.29.). Устройство состоит из двух внутренних подвижных и двух наружных неподвижных телескопических балок, на которых закрепляются рельсорезный и рельсосверлильный станки. Подвижные балки посредством тяги и рычага соединены между собой. Неподвижные балки расположены в разных уровнях и шарнирно закреплены на кронштейне, который установлен через подшипник скольжения на неподвижной опоре. Рабочий, поворачивая устройство на опоре и воздействуя на рычаг, подводит к рельсу тот или иной станок и закрепляет его на рельсе, при этом устройство всегда находится в равновесии, что облегчает труд рабочего и повышает производительность.
После обработки всех концов рельсов звено двумя козловыми кранами снимают с тележек очистного устройства и укладывают на участок III или IV (см. рис. 9.28.), где монтеры пути шуруповертами ШВ-2М раскручивают на 4-5 оборотов гайки клеммных и полностью гайки клеммных и закладных болтов на негодных шпалах и шпалах, имеющих негодные скрепления. Двое монтеров пути производят разметку краской эпюры шпал на шейке рельсов, затем снимают негодные элементы скреплений, укладывают их в ящики-контейнеры и устанавливают годные элементы скрепления.
Двое других монтеров пути смазывают клеммные и закладные болты, устанавливают шпалы по меткам на рельсе, располагая негодные шпалы в промежутках между шпалами, установленными по эпюре (эпюра 1600 шпал на 1 км). Затем звено, которое после изъятия негодных шпал, имеет количество шпал, соответствующее эпюре 1600 шт. на 1 км, укладывают двумя кранами в штабель готовых звеньев. При этом выбракованные шпалы остаются на месте, а затем их убирают краном на площадку ремонта шпал. Звено, у которого недостает шпал после изъятия негодных , перекладывают двумя кранами на участок Ша или IVa, где строполыцики предварительно раскладывают краном годные к использованию шпалы. Двое монтеров пути раскладывают и устанавливают па шпалы годные к использова-
392
2
3 4 5
1
8
Рис. 9.29. Устройство для установки рельсорезного и рельсосверлильного станков на рельсы:
1 — рельсорезный станок; 2 — подвижные балки; 3 — рычаг; 4 — тяга; 5 — неподвижные балки;
6 — рельсосверлильный станок; 7 — кронштейн; 8 — опора
нию элементы скреплений и производят сборку. Отремонтированное звено двумя кранами укладывают в штабель.
9.В. Расчет основных параметров звапосборочпых линий.
Основным параметром звеносборочных линий (ЗЛ) является производительность. При этом эффект оценивается по фактической производительности П^.
Производительность ЗЛ определяется количеством годной продукции, производимой в единицу времени. С учетом этого рабочий цикл линии Тц = гр + /х, где /р — продолжительность сборки звена (рабочее время); гх — периодические остановки линии или холостые ходы (цикловые простои).
В реальных условиях эксплуатации отдельные периоды бесперебойной работы чередуются с простоями, вызванными регулировкой целевых механизмов, сменой инструментов, проверкой параметров собранных звеньев и т. д. По функциональным признакам простои ЗЛ можно разделить на пять видов:
1. tlc — время на ремонт, регулировку, устранение неисправностей и т.п.;
2. г" — простой за счет других участков;
3. t'OT —время простоя на организационно-технические мероприятия;
4. —простой из-за дефектов элементов рельсошпаль-
ной решетки;
5. t"^ — простой из-за неправильной эксплуатации, нарушения правил и т.п.
Все эти простои с учетом п.п. 1-5 можно разделить на собственные X tc = tlc + t" и организационно-технические X t = t' + t" + t‘".
При сравнительном анализе и выборе различных вариантов конструктивно-технологических решений линий учитываются только собственные потери времени. В этом случае определяется коэффициент технического использования Кт, равный отношению времени безотказной работы
394
t к общей продолжительности безотказной работы и собственных простоев, (гр + е гс) т. е.
Кт = <„ /«„ + £ Q
Величиной, характеризующей качество работы линии, уровень ее эксплуатации, надежность в работе и степень загрузки, является коэффициент использования Кнс. Он показывает долю времени безотказной работы линии Гр в общем фонде времени (tp + Е гс + Е Гот) и может использоваться при оценке резервов повышения производительности действующих линий в конкретных условиях производства: Кис = Гр/(Гр + Е Гс + Е ?от)-
Приведенные коэффициенты в зависимости от учитываемых факторов позволяют определять различные категории производительности ЗЛ: технологическую П, теоретическую цикловую 77ц , техническую 77т и фактическую (табл. 9.5.).
Таблица 9.5.
Показатель Расчетная формула
Технологическая (теоретическая для сборки звена) производительность линии П = 1/fp
Теоретическая (цикловая) производительность линии "ц =
Коэффициент технического использования линии Кт= Гр/(ГР+ Е 0
Коэффициент использования линии с учетом времени на организационно-технические простои *„с = И'Р + S гс + S гот)
Техническая производительность линии
Фактическая производительность линии п^кисп„
9.6. Примеры расчетов агрегатов звеносборочвых и звеноразборочных поточных лнннн.
Гидравлический привод силовых механизмов. В качестве силового элемента применяют гидроцилиндры. Обычно по усилию и скорости движения поршня определяют рабочее давление и подачу насоса.
395
Усилие, развиваемое цилиндром, Н: Рц = рГт]м1О6, где р — перепад давлений в гидроцилиндре, Мпа; р = р( - р2, здесь р] — давление, создаваемое насосом; р2 - давление в сливной полости (р2 ~ 0,2 0,5 МПа); F - рабочая площадь поршня, м2.
Зная скорость штока, находят расход жидкости Q в данном цилиндре, м’/с:
Q = FV=—V,
4
где D—диаметр цилиндра, м;
V — задаваемая скорость штока, м/с;
необходимая для работы цилиндра подача насоса, м3/с, определяется
ПоПсу
где т|0 — объемный к.п.д. насоса, (Т]о = 0,85—0,97);
т| — объемный к.п.д. силового цилиндра, (Т]^ = 0,96);
к — коэффициент, учитывающий потери в элементах системы, (к = 1,02).
Мощность электродвигателя гидронасоса, кВт:
П где иг — число гидроцилиндров;
т) — объемный к.п.д. гидропривода, (T] = 0,92).
Расчет привода сверлильной головки. Сверлильные головки предназначены для одновременного образования восьми отверстий в каждой шпале. Диаметр сверла d=\2,l мм, глубина сверления Я = 120 мм, высота подъема шпалы L = 275 мм, время подъема шпалы t = 4 с, число оборотов сверла пс = 1900 об/мин.
Скорость резания, м/с:
У _ ndctic р 60 100’
Подача на один оборот сверла, мм:
° 1000пс
396
где Кп — скорость подачи, зависящая от времени сверления и перемещения шпалы, м/с:
у -_L_ 11 ЮООГ
Мощность резания, необходимая на каждом шпинделе, кВт:
Л/ шп ЮООПр ’
где Л] —удельное сопротивление резания, (к = 130) Н/мм2;
Пр — к.п.д. редуктора, (Т]р = 0,96).
Мощность привода для одного конца шпалы, кВт:
У = 4-N . дв шп'
Расчет механизма подъема цшалы при сверлении. Подачу шпалы на сверла обеспечивают подъемные столы. Каждый стол представляет собой вертикально установленный гидроцилиндр. Синхронная работа столов обеспечивается последовательным соединением полостей цилиндров. Масса шпалы = 80 кг, скорость подъема шпалы = 0,07 м/с.
Усилие подачи шпалы на сверла, Н:
6Qk}dcHkc
*п~ , ’
Пс/
где кс — количество одновременно просверливаемых отверстий.
Потребная мощность , кВт:
1000пм ’
где g — ускорение свободного падения, (g = 9,8м/с2);
т|м — к.п.д. механизма подъема, (т|м = 0,92).
Расчет привода механизма перемещения подвижного склада шпал. Пакеты шпал укладывают на два рельса Р50, длиной L = 25 м. Количество шпал пш = 1000 штук. Склад шпал перемещается к шпалопита-телю лебедкой. Сопротивление перемещению зависит от расстояния между неподвижными опорными роликами, так как с увеличе
397
нием этого расстояния растет прогиб рельсов, на которых уложены пакеты шпал.
Прогиб определяется в предположении, что участок рельсов между двумя роликами есть упругая балка на двух опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой, см:
,5 ql4 J 384 Е/х ’
где I—расстояние между роликами, см;
Е—модуль упругости рельсовой стали, (Е = 20,6-106 Н/см2);
— момент инерции двух рельсов относительно горизонтальной оси, см4; (для рельсов Р50 — JK = 4074 см4), q — распределенная нагрузка, Н/см;
4 L
При вычислении работы, необходимой для поднятия шпал, учитывают, что на участок поднимаемых шпал действуют значительные силы сопротивления со стороны соседних неподвижных или опускающихся вниз шпал. Эти сопротивления увеличивают работу по поднятию шпал в два раза. Тогда работа составит, Нм:
A^2n">ma>gt
100
Мощность двигателя лебедки
/V = ——, ЮООгт]
где t— время перемещения шпал на расстояние /, с: t = 1/V, здесь V — скорость движения склада шпал, (V = 0,45 м/сек);
Т]— к.п.д. привода, (и = 0,7).
Расчет потребной мощности па привод наклонного конвейера подачи шпал. На транспорте может находиться т = 6 шпал, количество ветвей транспортера — 2, скорость движения цепей транспортера V = 0,3 м/с, вес одного погонного метра цепи q0 = 97Н/м. (рис. 9.30).
Сопротивление движению одной цепи на участке 1-2, Н:
FT12= qQ (La> -Н),
где L—длина ветви транспортера, м;
Н — высота подъема груза, м;
398
Рис. 9.30. Схема наклонного конвейера
ш— коэффициент сопротивления движению на прямолинейном участке, (со = 0,1).
Сопротивление на участке 2-3, Н:
T2.3 = - 0 •
где коэффициент сопротивления на звездочках, = 1,07);
S2— натяжение цепи в точке 2, Н: S2 = = St+ W\_2, здесь S] — минимальное натяжение в точке 1, (Sj = 1000Н).
Натяжение цепи в точке 3, Н:
83 — S2 + •
Сопротивление движению от трения цепи о направляющие на участке 3-4, Н:
W3.4=(q •* Я о) Ч®'
где q0 — вес от шпал на 1 пог. М цепи, Н/м;
<о' — коэффициент сопротивления движению па участке:
. fd + 2р ш=е-------—,
Ч
где е—коэффициент, учитывающий трение цепи о направляющие, (е =1,2);
f—коэффициент трения ролика цепи о валик,/ = 0,3;
ц—коэффициент трения качения, (ц = 0,005);
d—диаметр валика цепи, (</ = 11,12 мм);
Dp—диаметр ролика цепи; (Dp = 22,23 мм).
Натяжение цепи в точке 4 будет максимальным:
s4=s3 + wM.
Окружные усилия на одной звездочке:
Л=Ч - Sv
Суммарное окружное усилие па двух звездочках транспортера:
Р = 2PV
Потребная мощность электродвигателя:
399
д 100077 ’
где Т| -к.п.д. привода, (Т| = 0,9).
Расчет мощности привода роликов для выравнивания шпал.
На роликах может одновременно находиться гл, шпал, тогда мощность, кВт:
WV N =------—,
дв 10007]
где W — сопротивление от трения шпал о ролики Н, W = здесь
— количество шпал на роликах, = 6 + 8);
f— коэффициент зрения шпал о ролики, (f = 0,5);
Т| — к.п.д. передачи: Т| = здесь т]^ — к.п.д. редуктора, (Прод= 0,92);
т)ш — к.п.д. передачи от редуктора к роликам, (Лш= 0,6);
V— окружная скорость вращения выравнивающих роликов, (К = 1,5 м/с).
Определение сопротивления движению звена при сборке. Конвейер приема готовых звеньев в существующих поточных линиях состоит из тележек и лебедки. Тележки принимают готовое звено и перемещают его к месту складирования.
Общее сопротивление движению звена обусловлено сопротивлением от трения в подшипниках и наличия конусности и реборд в колесах тележек Wn, сопротивлением перемещению троса лебедки W , и сопротивлением перемещению звена в колейных роликах w’’ , Н: кр’
w=w + WKP.
Сопротивление Жп определяется аналогично расчетам тележечных конвейеров: Жп = (<?т + G.ja)(£>^h, где (7т - вес тележек приема звена, Н; (?зв — вес собираемого звена; со^- — суммарный коэффициент сопротивления движению; b — коэффициент запаса, учитывающий увеличение сопротивления при попадении на рельсы кусочков шпал, опилок и т.д., 0 = 1,12-1,20. При этом:
Л
где GT=SGT, п' — количество тележек приема звена; 7=1
G' — вес одной тележки, Н.
В общем виде закон изменения веса звена в процессе сборки
400
G — (7 + ((?+(? )/i, ЗВ p V С Ш7 ’
где G — вес двух рельсов;
(fc — вес двух комплектов скреплений на шпалу;
Gm — вес одной шпалы; п — количество шпал на звене.
Коэффициент сопротивления движению
(О = (О, + (О, + (О, ,
где <0| — коэффициент сопротивления перемещению на ходовых роликах или колесах;
<о2—коэффициент добавочного сопротивления на колесах с ребордами, вследствие трения реборд о рельсы;
<о3—коэффициент добавочного сопротивления из-за наличия колес тележек с коническим ободом.
fd+ 2/1 О), =—-----
1 D
где /с — коэффициент трения скольжения в цапфах колес тележек;
т — коэффициент трения качения; d - диаметр оси колеса тележки;
D—диаметр колеса тележки.
Можно принять, что (02= 0,9(ог
Коэффициент (03 определяется из соотношения 4 b . “3=-— /sinp,
где Р — угол конусности обода;
b — ширина обода колеса;
f — коэффициент трения скольжения обода по рельсу.
Сопротивление перемещения звена в колейных роликах, Н:
^кр=^(/ЛР+2ц),
гЛ кр
где 2Р — усилие бокового распада на роликах, (0р = 35-40 кН);
с/кр — диаметр оси колейного ролика;
Дкр — наружный диаметр колейного ролика.
Сопротивление движению, обусловленное перемещением каната лебедки, состоит из сопротивления трения в подшипниках вала, сопротивления на обводном и ведущем шкивах, вследствие
401
жесткости каната и сопротивления, вызванного трением каната по шпалам, Н:
=4s5l.+ Zc.4+g f тр тх тр^ Т ’
‘-'ш
где S — предварительное натяжение троса;
кт — коэффициент жесткости троса;
D — диаметр обводного блока;
— диаметр вала блока;
G — вес троса, лежащего иа шпалах;
fx — коэффициент скольжения троса по шпалам.
Величины сопротивления звена позволяют определить основные параметры механизма перемещения звена.
Определение усилия для зажима рельсов. В существующих поточных линиях перемещение звена в процессе сборки осуществляется эпюрной кареткой, которая совершает возвратно-поступательное движение и, захватывая рельсы за головки, передвигает звено на шаг эпюры.
Так как усилие привода передается звену силами трения при зажатии рельсов в эпюрных каретках, то от правильности определения этого усилия зависит точность работы всего механизма.
Отсутствие проскальзывания эпюрных кареток по рельсам, в случае установившегося движения звена, определяется при условии
N f > W эаж J max Lmax’
где^эаж — Усилие зажима рельсов;
f—коэффициент трения скольжения (f = 0,1) ;
^Imax — максимальное сопротивление перемещению звена.
Отсюда Узаж > W£n]ax//.
При торможении привода равновесие звена и эпюрных кареток может быть нарушено. Сила инерции, возникающая при торможении звена Рт и направленная в сторону, обратную ускорению движения эпюрных кареток, равна Рт = Л/м а, где Л/м — максимальная масса звена; а — ускорение торможения звена.
Условие, при соблюдении которого не наблюдается проскальзывание кареток по рельсам, выражается зависимостью Л/мй < N^f.
N ^уег эаж ’
Отсюда
402
где Иуст — скорость перемещения звена на шаг эпюры;
Ят — ход торможения.
Таким образом, для отсутствия проскальзывания эпюрных кареток по рельсам усилие их зажатия должно удовлетворять следующему требованию:
W М V2
КУХтах < д, м " уст
f ~ “ж" 2ЯТ/ ’
Из двух значений Мзаж принимается максимальное и по величине этого усилия, а также по количеству точек зажима рельсов, определяются все параметры гидроцилиндров зажима рельсов.
Из схемы механизма ( рис. 9.31) следует, что
N с р — заж nb
где п — количество точек зажима рельсов;
с, b — плечи рычагов.
Расчет механизма подачи рельса. Рельсовая эстакада предназначена для приема двух рельсов, установки их по угольнику или с забегом и подачей в сборочный станок. Подача рельсов в сборочный станок обеспечивается двумя парами приводных роликов (рис. 9.32.).
Рис. 9.32. Схема зажима рельса при подаче в сборочный станок
Рис. 9.31. Схема зажима рельсов при перемещении звена.
403
Сила, необходимая для перемещения рельсов по рельсовой эстакаде, Н: F = Gpf, где (7 — вес одного рельса; f — коэффициент трения качения, (/ = 0,15).
Сила F передается рельсу от приводных роликов, зажимающих подошву рельса.
Сила давления роликов на рельс определяется при условии обеспечения силы тяги F, Н: R = F/f' , где /'— коэффициент трения во фрикционной передаче, (/"= 0,004).
Из схемы (рис. 9.32.) P/cosab = Ra, где Р — усилие, развиваемое гидроцилипдром; Ь, а — плечи рычагов. Тогда:
Racosa b
Усилие Р создается штоковой полостью цилиндра, тогда
VW
где D — диаметр цилиндра;
d— диаметр штока;
р —давление создаваемое насосом;
Л — к.п.д. цилиндра.
Потребная мощность электродвигателя приводных роликов, кВт:
FV 100(h) где V — окружная скорость вращения роликов, м/с; Л — к.п.д. передачи.
4 Д МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ |(] БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ, IV* ВЫПРАВКИ И ОТДЕЛКИ ПУТИ
В процессе эксплуатации на путевую решетку воздействуют поездные нагрузки, которые передаются на балластный слой и вызывают его обратимые (упругие) и необратимые (остаточные) деформации. С течением времени деформации накапливаются, как правило, неравномерно по протяжению пути (рис 10.1). Положение рельсошпальной решетки (РШР) изменяется сначала в пределах допусков, а затем и за пределами допусков (натурное положение), т.е. наблюдаются расстройства пути, вызывающие эксплуатационные ограничения (скорости движения поездов и др.). Для обеспечения плавного и безопасного движения поездов периоди-
Рис. 10.1. Положение рельсошпальной решетки в прямоугольной системе координат OXYZ
405
чески требуется устанавливать путевую решетку в проектное положение (производить выправку) и одновременно её фиксировать за счет уплотнения балластного слоя (производить подбивку). В путевом хозяйстве эти технологические операции выполняются машинами и механизмами для уплотнения балластной призмы, выправки и отделки пути.
10.1. Классификация подбнвочно-выправочных машин
Путевые машины и механизмы для уплотнения балластного слоя, выправки пути и отделки балластной призмы классифицируют по периодичности действия, назначению, числу одновременно подбиваемых шпал (одиночной или групповой подбивки) и др. (рис. 10.2). Для механизации подбивоч-но-выправочных и отделочных работ применяются выпра-вочно-подбивочно-рихтовочные машины цикличного действия: магистральные типа ВПР (ВПР-1200, ВПР-02 и др.) и универсальные (для стрелочных переводов и пути) типа ВПРС (ВПРС-500, ВПРС-02, ВПРС-10, Unimat и др.); непрерывно-цикличного действия («Duomatic 09-32 CSM» австрийской фирмы «Plasser & Theurer»); непрерывного действия типа ВПО (ВПО-3000, ВПО-З-ЗООО). Работы по уплотнению балласта в шпальных ящиках и на откосах производятся машинами типа БУМ (БУМ-1М). Окончательное стабилизирующее уплотнение балластного слоя производится динамическими стабилизаторами пути (ДСП). Применяются также специализированные машины для рихтовки пути типа ПРБ непрерывного действия системы В.Х. Балашенко, машины Р-2000 и Р-02, работающие в непрерывном и цикличном режимах. В транспортном строительстве нашли применение выправочно-подбивочно-рихтовоч-ные машины (ВПРМ) на базе трактора.
Машинами производится уплотнение балласта, находящегося в обрабатываемой зоне призмы, способами его силового обжатия с подачей или без подачи дополнительных порций материала из других зон (рис. 10.3). Большинство рабочих органов выправочно-подбивочных и уплотнительных машип используют способ, сочетающий вибрирова-
406
Шпалоподбивочные - однониточные; - одношпальные
Выправочно-подбивоч-но-отделочные (ВПО)
Магистральные выпра-вочно-подбивочно-рихтовочные (ВПР) - однониточные; - одношпальные;
- многошпальные
Шпалоподбивочные
Выправочно-подбивоч-но-рихтовочные (ВПРМ)
Универсальные выпра-вочно-подбивочно-рихтовочные (ВПРС) - однониточные; - одншпальные с двумя блоками;
- одношпальные с четырьмя блоками
Для динамической стабилизации пути (ДСП-С)
Для уплотнения балласта в откосноплечевых зонах
Путерихтовочные (ПРБ)
Путерихтовочные (Р), (УПМ)
Для уплотнения балласта в шпальных ящиках и откосноплечевых зонах (БУМ)
Механизированный инструмент
Рис. 10.2. Классификация машин для уплотнения балластной призмы, выправки и отделки пути
407
слоя
ние в горизонтальном, вертикальном или ином направлении с принудительной силовой подачей - виброобжатие. Уплотнение слоя в подшпальной зоне (подбивка) осуществляется выправоч-но-подбивочными машинами за счет его горизонтального виброобжатия со стороны продольных кромок шпал лопатками подбоек для машин цикличного или непрерывно-цикличного действия (рис. 10.3, а) и со стороны торцов шпал виброплитами с наклон-
408
ними в плане уплотнительными клиньями для машин непрерывного действия (рис. 10.3, б). В первом случае последовательно выполняются операции заглубления подбоек, обжатия балласта при сведении к шпале их лопаток, раскрытия подбоек, подъема над УВГР и перемещения для обработки следующей шпалы или группы шпал. Во втором случае при непрерывном движении машины в направлении Км балласт в подшпальную зону принудительно подается клином, уплотнительная поверхность которого расположена под углом атаки Р к направлению движения. Уплотнение балласта в откосно-плечевой или междупутной зонах производится виброплитами, прижимаемыми с нагрузкой Р. Виброплита в этом случае устанавливается на откос (рис. 10.3, в) или на плечо (рис. 10.3, г). Уплотнение балласта в шпальных ящиках при виб-рообжимном воздействии реализуется через штампы (рис. 10.3, д'). Динамический стабилизатор пути уплотняющее воздействие на подшпальную зону балластного слоя производит через путевую решетку. Она прижимается вертикальной нагрузкой Р, с одновременным вибрированием в горизонтальном и вертикальном направлениях (рис. 10.3, е).
Выправка машинами рельсошпальной решетки в продольном профиле, плане и по уровню производится рабочими органами — подъемно-рихтующими устройствами (ПРУ), различными по конструктивному исполнению и принципу действия (рис. 10.4). Для устранения местных неровностей РШР используются гидравлические путевые домкраты и рихтовочные приборы (рис. 10.4, а) или моторные гидравлические рихтовщики (рис. 10.4, б). Подъем путевой решетки путеподъемниками цикличного действия производится с опорой на балласт, а сдвиг её — с использованием анкерных устройств (рис. 10.4, в) или перемещением в горизонтальной плоскости (рис. 10.4, г). Машины цикличного действия — магистральные типа ВПР (рис. 10.4, 0) и универсальные типа ВПРС (рис. 10.4, е) оборудуются ПРУ с роликовыми захватными устройствами, а машины ВПРС — дополнительно крюковыми захватами (рис. 10.4, ж). Подъемно-рихтовочные устройства машин непрерывного действия оснащаются клещевыми захватами (рис. 10.4, з) для машин типа ВПРМ либо электромагнитно-роликовыми захватными устройствами (рис. 10.4, и) для машин типа ВПО. Универсальные выправочно-подбивочно-рихтовочные и отделочные машины, как правило, оборудуются трехкоординатными выправочными устройствами и уплотнительными рабочи-
409
Рис. 10. 4. Рабочие органы для выправки рельсошпальной решетки
ми органами, так как процессы выправки и подбивки пути сопряжены по зоне и времени их выполнения.
Дополнительными рабочими органами для уплотнения балласта и выправочными системами оснащаются и другие путевые машины (электробалластеры, щебнеочистительные машины, комплекты сменного оборудования на базе тракторов и др.).
410
10.2. Теоретические основы уплотнении балласта
Элементы верхнего строения железнодорожного пути (рельсы, рельсовые скрепления, шпалы и балластный слой), имеют назначение упруго воспринимать и перераспределять на основную площадку земляного полотна статические и динамические нагрузки от подвижного состава. При действии нагрузки от колесной пары Ркп = 100-250 кН напряжение на основной площадке земляного полотна, передаваемое через балластный слой, не должно превышать всего °сл = 0,05-0,08 МПа (рис. 10.5).
В результате такого силового воздействия в балластном слое происходят износ, разрушение и изменения взаимных положений слагающих его частиц, реализуются его упругие и остаточные деформации и, как следствие, изменяется положение рельсов (см. рис. 10.1) в продольном профиле (просадки), плане (сдвижки) и по уровню (перекосы). Упругие деформации проявляют себя только под нагрузкой. Остаточные деформации в период эксплуатации накапливаются неравномерно по длине пути, поэтому периодически требуется исправлять его положение, выполняя работы-по выправке пути в продольном профиле, в плане и по уровню (см. рис. 10.4) с одновременным уплотнением балласта в подшпальной зоне, откосно-плечевых зонах и в шпальных ящиках (см. рис. 10.3). Характер накопления
7777^777X7777^777------------
Рис. 10.5. Распределение давления от колеса на балластный слой
411
вертикальных остаточных деформаций h в функции пропущенной по участку общей массы поездов Т (тоннажа брутто) (рис. 10.6, а) позволяет выделить четыре периода — в его работе. Каждый период отражает физические процессы, происходящие в слое балласта, и характеризуется скоростью (интенсивностью) К = dh/dT (рис. 10.6, б) и ускорением (неравномерностью) Wh = d'h/dT2 (рис. 10.6, в) накопления остаточных деформаций. После предварительной осадки уплотнения и стабилизации Ло наступает период — стабилизации, в течение которого осадки имеют затухающий характер к его окончанию (КА -> 0; Wh -> 0). Период Т2 соответствует нормальной эксплуатации
Рис. 10.6. Зависимость накопления остаточной деформации в балласте (а), её интенсивности (б) и неравномерности (в) от прошедшего тоннажа:
Г, Т„, и TIY — периоды работы балласта; t — периоды между исправлениями пути по уровню; &h3An — запас на осадку
412
пути, осадки накапливаются медленно и равномерно. Его удлинение достигается качественным уплотнением балласта и стабилизацией пути. В результате засорения и износа балластного слоя наступает период Т3 — критической эксплуатации, к концу которого балластная призма начинает интенсивно разрушаться и требует ремонта. Т4 — период просроченного ремонта (аварийный) с потерей работоспособности пути и при эксплуатации не допускается.
Стабилизация — приведение балластного слоя в постоянное устойчивое к статическому и динамическому силовому воздействию состояние. Наиболее распространенный способ стабилизации - уплотнение (рис. 10.7). Уплотнение - процесс повышения плотности балластного материала (щебень, гравий, песок) за счет увеличения концентрации частиц в единице объема, соответствующей более упорядоченному по расположению и форме их пространственному построению (текстуре) при силовом воздействии. В стабилизированном состоянии Vh = const, Wh = 0 (см. рис. 10.6). Практически, под поездами наблюдаются только упругие деформации балластного слоя.
Рис. 10.7. Способы уплотнения и стабилизации балластной призмы
413
Уплотнительные рабочие органы машин цикличного действия — подбойки оказывают на балласт горизонтальное вибровоздействие с принудительной подачей рабочего органа, обеспечивая виброобжатие балластного слоя. В процессе взаимодействия подбойки с балластом перемещение рабочей лопатки подбойки складывается из двух движений: колебательного f^sincoz) и прямолинейного с постоянной скоростью (Д>обж0-
Уравнение движения рабочей лопатки подбойки имеет вид:
S = Jsincw + цобж t, (10.1)
где S — перемещение рабочей лопатки, м;
А — амплитуда колебаний рабочей лопатки, м;
ш — угловая частота колебаний (со = ял/ЗОЛ рад/с; t — текущее время, с.
Уравнение, характеризующее изменение скорости движения лопатки подбойки, получено путем дифференцирования (10.1):
V = Aiocosayt + иобж . (10.2)
Графики движения, скорости и результирующие графики 5сум и нсум приведены на рис. 10.8, а, б. За каждый цикл (период) колебаний рабочая лопатка воздействует на балласт в течение определенного пути и времени, показанного на графике суммарного движения (участок 3-4) заштрихованной частью кривой.
Воздействие на балласт завершается в точке 4, когда скорость рабочей лопатки равна нулю. Далее следует отрыв рабочей лопатки от балласта и момент встречи с балластом в точке ЗВ. Затем цикл повторяется вновь для случая, когда не учитывается упругая отдача балласта S . В действительности во время отрыва подбойки от балласта происходит отдача балласта, противоположная силовому воздействию, под действием упругих сил, сил инерции и веса. Это приводит к уменьшению времени отрыва (отр по сравнению с теоретической моделью. Если учитывается упругая отдача 50ТД, то момент встречи подбойки с балластом в точке В! определяется пересечением пунктирной линии 1-В1 с графиком суммарного движения. Скорость отдачи и = 0,13-ОД 4 м/с.
Взаимодействие рабочего органа с балластом характеризуется полностью пятью параметрами: 5 — обжатие (подача) балла-
414
Рис. 10.8. Взаимодействие подбойки с балластом
ста за каждый цикл колебаний, м; £отр — максимальный отрыв рабочей лопатки от балласта за цикл колебаний, м; готр — время отрыва рабочей лопатки от балласта за цикл колебаний, с; Г — время контакта рабочей лоцаткой с балластом за цикл колебаний, с; "иуд — скорость удара в момент встречи рабочей лопатки с балластом, м/с.
Эти параметры взаимодействия зависят от режимов виброобжатия балласта и изменяются при изменении амплитуды, частоты колебаний и скорости обжатия балласта. Режим виброобжатия характеризуется отношением скорости обжатия к максимальной скорости колебаний С = ПРИ Чб/Лй) <
1 наблюдается режим работы с отрывом рабочей лопатки от балласта. Наилучший эффект уплотнения щебеночного балласта достигается при скорости вибрирования Аоз = 1,2-1,5 м/с. Режимы виброобжатия при иобж/Лсо >1 — не эффективны, так как балласт обжимается непрерывно в безотрывном режиме взаимодействия.
Параметры взаимодействия определяются выражениями:
415
s = = 2™>об)/(0 ;
S0TP = 2А sin“о - 27П)об5/со ;
Ч,бж = Лсосо5(^в1 + иобж;
'отр + 'кон = Т ;
'отр ~ 'в1 ~ '1’
а0 = arccos(--uo6)KZ4co).
(10.3)
Момент встречи рабочей лопатки с балластом ZB1 в точке В1, с учетом упругой отдачи, определяется из решения трансцендентного уравнения:
W'i “ 'bi) = ^(sincoiB1 - sincorj) + 50ТД , (10.4)
где = (агссо5(--ио6ж/Яи))/и .
Величина обжатия балласта за цикл колебаний складывается из двух составляющих: S = £вибр + 50бж . Первое слагаемое 5вибр = = иобж — есть обжатие балласта от колебательного движения рабочей лопатки, а второе 5обж = цобж tK0H — обжатие балласта от равномерного движения подачи.
Экспериментально установлено, что результат уплотнения несвязных материалов (типа щебень), выраженный через относительную осадку уплотнения £упл, является случайной гиперболической функцией от общего количества активных и пассивных относительных перемещений частиц материала, происходящих под действием внешних силовых импульсов и внутренних сил трения, инерции, упругости и веса и записывается формулой:
^УПЛ [X^'bW^ + B((^B)min), (10.5)
где % = 0-2 — коэффициент, определяющий степень использования для уплотнения пассивных и активных относительных перемещений частиц; % = 0-1 — коэффициент, определяющий долю объема материала, охватываемого относительными перемещениями;
(GHfllmin — минимально необходимое количество вибровоздействий для рабочих органов цикличного действия;
«в — время воздействия на балласт, с;
А, В — эмпирические коэффициенты, зависящие от рода уплотняемого материала и способов вибровоздействия. Для щебня
416
при оптимальных параметрах виброуплотнення: х = 2; X = 1; А = 3300; В = 10; (<0^,, = 600-800).
Выражение (10.5) является исходным при определении оптимальных параметров виброуплотнения балласта. Эффективность виброуплотнения щебеночного балласта обеспечивается, если параметры взаимодействия и их соотношения составляют:
А /(0,12со) > 0,5Sn со > 420/ /Т;
оож v ’ •' ’ отд(тах)’ отр ’
гопАон 3^1; или S0T/S >= 2-3; 'кон = (°.11-0,37)Т’; Го1р > 0,015-0,020 с.
(10.6)
10.3. Показатели качества уплотнения
Основным материалом балластный призмы пути - щебень гранитной или известняковой породы стандартного гранулометрического состава (фракции 25-50 мм или 25-60 мм). Несущая способность балластной призмы, помимо механических свойств материала частиц, зависит от степени уплотнения и распределения ее по объему (равномерности уплотнения).
Степень уплотнения характеризуется объемной плотностью р, пористостью « (или аналогичным по природе коэффициентом пористости е), относительной осадкой уплотнения Е. Равномерность уплотнения оценивается среднеквадратическим отклонением соответствующего показателя от среднего значения под шпалами для направления вдоль пути, или эпюрой распределения вдоль шпалы (поперек пути).
Пористость показывает относительное содержание пор в объеме:
« = Vn^n + vc ) = 1 - Р/Рс = («о - ЕМД ~ Е) , (10.7) где Vn, Vc— соответственно объем пор и объем скелета (материала частиц), м3;
р, рс — соответственно объемная плотность и плотность материала частиц, кг/м3;
п0 — пористость предельно разрыхленного балласта;
Е — относительная осадка уплотнения слоя.
14 Путевые машины
417
При расчетах параметров уплотнительных рабочих органов используется коэффициент пористости:
е = Гп/Гс = и/(1 - и) = Рс/р - 1 = (п0 - Е)/(1 - Ио) , (10.8)
На практике уплотненное состояние балластного слоя оценивается также через относительную осадку:
•£упл ~ А^УПЛ^О “ (ЕО ~ ЕУПлУ(1 + еначЬ (^-^) где ДНУПЛ — абсолютная осадка слоя прн уплотнении из рыхлого состо-
яния, содержащего такой же объем частиц, ДНупл = (ha + + ^подХео - ^УПЛ Х(1 + енач)>
Но — гипотетическая толщина слоя с предельно разрыхленным балластом;
ео> енач> ^упл — коэффициенты пористости, соответствующие предельно рыхлому, начальному и уплотненному состоянию балластного слоя.
Требуемая степень уплотнения путевого щебня к концу первого периода стабилизации (см. рис. 10.6) по относительной осадке
£упл = АЯупл-W, 0.14-0,20
(« = 0,42-0,38; е = 0,72-0,60 при п0 = 0,5).
Показатель степени уплотнения балласта -Еуил достигается после работы уплотнительных машин. Под поездной нагрузкой в период стабилизации Г, достигается близкое к предельно уплотненному состоянию балластного слоя, характеризуемое предельным значением:
^ПР = ^УПЛ + ^стаб ’ (10.10)
= (Еупл- V<1+
гдеД//ста6 — стабилизационная осадка слоя прн обкатке пути поездами, характеризующая эффективность работы уплотнительных машин (не реализованная осадка при уплотнении);
Е^б — относительная осадка при стабилизации балластного слоя под поездами;
Лсл, Апод — толщина слоя балласта и выправочная подъемка пути.
С коэффициентом пористости еПР осадка связана соотношением:
^^стаб = (^сл + ^под)'(еУПЛ ~ ЕПР^^ + Енач)’ (Ю.12)
418
где епр — предельное значение коэффициента пористости
[епр = 0,515...0,475 (£ПР = 0,22...0,25; ппр = 0,34...0,33)].
Показатели оценки качества (степени и равномерности) уплотнения и стабилизации балласта пути приведены в табл. 10.1
Таблица 10.1.Показатели оценнкн качества (степени и равномерности) уплотнения и стабилизации балласта железнодорожного пути
Показатель Значения показателя или формула определения
практически достигнутые предельные
Степень уплотнения: плотность, кг/м3 пористость коэффициент пористости относительная осадка Уплотнения рд = (1,5-1,8)103 пя = 0,36-0,38 ед = 0,56-0,61 = 0,14-0,20 Н (l,9-2,l)103 0,33-0,34 0,49-0,51 0,22-0,25
Качество уплотнения р±ар; «±оп; е±ое; ДН±одн max min
Скорость осадки слоя, мм/млн, тбрутто dh — = vh = var dT h X)h = const
Ускорение (равномерность) осадки слоя, мм/(млн. т брутто)2 d2h dT2 ~Wh’ Oyp (w*) S ± 1,33 mm; Oyp(Wa)<± (0,25-0,33) o/oo wA = 0
Определим расчетное значение коэффициента пористости ЕуПЛ щебеночного балластного материала под шпалой после его уплотнения лопатками подбоек. Пусть обжатие слоя (рис. 10.9) производится из положения лопаток, характеризуемого их максимальным раскрытием 5тах, м, в положение, характеризуемое минимальным раскрытием Smin, м. Одновременно с подбивкой
419
Рис. 10.9. Схема уплотнения балластного слоя подбойками
производится технологическая выправочная подъемка АПОд, м. Толщина слоя Лсл, м. Начальный объем уплотняемой зоны, м3, с исходным показателем степени уплотнения £НАЧ‘
У = у + у (10.13)
нач осн доп ’
где — основной объем балласта под шпалой, подлежащий уплотнению, на длине (Lmn — е)/2, м3;
Идоп — дополнительный объем балласта, м3, подаваемые в зону уплотнения одной подбойкой при виброобжатии за счет площадки лопатки с учетом угла передачи давления.
^ = ^^(^-^/2; (10.14)
^доп = * Wnoa6(\ + • (10.15)
Объем уплотненной зоны, м3, характеризуемой коэффициентом пористости ^упл, с учетом технологической подъемки:
- e)/2 . (10.16)
420
В формулах объемов Ужн, Гдоп, Гупд:
Fnp = ab(\ + d/2a+ d/2b) — приведенная площадь рабочей лопатки одной подбойки с учетом захвата частиц по периметру, м; а, b — ширина и высота рабочей лопатки подбойки, м; d — средний диаметр частиц балласта (для щебня d = 0,04 м); dnop& — начальное обжатие балласта, равное толщине подбойки, м; SK = (Smax ~ ^minV 2 — обжатие балласта одной подбойкой, м; £шп — длина шпалы, м; е — условно не уплотняемая зона балластного слоя по оси пути, м, (е = 0,4-0,6 м); /подб — количество подбоек в блоке для подбивки одной шпалы, шт.; /сдоп = (1,2-1,3) — коэффициент, учитывающий дополнительную подачу балласта подбойкой за счет угла ап передачи давления (для путевого щебня ап = 15-20, град).;Т — коэффициент притока (выдавливания) балласта при виброобжатии (Т = 0,9-1,1).
Количество частиц материала (объем скелета) до и после уплотнения в рассматриваемых объемах Кнач, К не изменяется, что отражается уравнением: 1^/(1 + 8^)= Кна,/(1 + енач). После подстановок значений объемов частиц получим выражение для коэффициента пористости после уплотнения:
е = V (1 + е )/(Г + V ) - 1. (10.17)
упл угоА нач7 ' осн доп7 v 7
Подставив приведенные выше значения объемов балласта в формулу (10.17) и обозначив В = (Ъшп — е)/2, получим:
________(1 Ецач^пип (^сл ^под)^___। УПЛ WcnB + VWno«6(SK + 4w)Fnp
Выражение для еупд используется при выборе и оценке параметров геометрии подбоек и при расчете мощности привода механизмов подбивочного блока.
10.4. Теоретические основы мохаиизированион выправки нуги
Положение рельсовых нитей железнодорожного пути описывается в прямоугольной системе координат OXYZ (см. рис. 10.1), где ось X направлена по продольной оси пути
421
на уровне верха головки рельсов, ось У — перпендикулярно оси пути в горизонтальной плоскости, ось Z — нормально к указанной плоскости. Железнодорожный путь выправляют в трех плоскостях. Выправка пути — это технологический процесс перемещения РШР из натурного положения, характеризуемого отклонениями от норм содержания рельсовой колеи, в другое, соответствующее проектному. Выправка пути в плане — в плоскости OXY называется рихтовкой, в продольной вертикальной плоскости OXZ — нивелировкой, в поперечной вертикальной плоскости OYZ — установкой рельсовых нитей по уровню.
Путь в продольном профиле характеризуется сопрягаемыми друг с другом уклонами и вертикальными кривыми сопряжения. В расчетах машин применяется геодезический уклон i в тысячных (‘’/до). Уклон в тысячных — это разница hz уровней начальной и конечной отметок участка в метрах, отнесенная к длине Ly4 (в метрах) участка в километрах по условному направлению движения, т.е. i = (Л^/Е^ЮОО °/00.
Основными геометрическими характеристиками вертикального сопряжения кривой является радиус /?в кривой. В зависимости от категории линии радиусы Rg нормированы в пределах 3000-15000 м.
Положение пути в плане, с точки зрения геометрии, имеет три характерных элемента: прямая, круговая и переходная кривые. Пусть криволинейный участок пути (рис. 10.10, а) сопряжен с двумя прямыми подходами. На прямом участке пути радиус кривизны р = оо, а кривизна К = 1/р = 0. В круговой кривой р = R = const, К =\/R = const (Л — радиус круговой кривой, м). Если двигаться вдоль пути по направлению стрелки, то переходная кривая, показанная слева, будет правой входной, справа — правой выходной. В переходных кривых р = var, К = var, т.е. изменяется в зависимости от пройденного пути по определенному закону. В переходной кривой требуется плавное нарастание центробежной силы от нуля в прямой до конечного значения. В выходной кривой р и К изменяются в противоположном направлении, обеспечивая плавное убывание центробежной силы.
В зависимости от режимов движения поездов и других условий радиусы круговых кривых нормированы в пределах R = 150— 4000 м.
На отечественных железных дорогах в большинстве случаев переходная кривая устраивается по радиоидальной спирали, ха-
422
Рис. 10.10. Положение пути в плане и профиле
растеризуемой линейным соотношением кривизны от начала переходной кривой (НПК): I = СК (где С = lnKRr — параметр переходной кривой, м2; /пк — длина переходной кривой, м). Радио-идальная спираль на практике аппроксимируется кубической параболой: у = х3/(6С). Для высокоскоростных магистралей переходные кривые устраиваются по более плавным полусинусои-дальным зависимостям.
423
В кривых участках пути для гашения центробежной силы, за счет горизонтальной составляющей разложения веса экипажа, устраивается возвышение наружной рельсовой нити над внутренней. В круговой кривой Лк = const, в переходной кривой Лпк нарастает или убывает по длине 1ПК пропорционально изменению кривизны. Нарастание возвышения характеризуется отводом возвышения, °/Wj: iQB = hK/lni. (где Лк, мм, длина переходной кривой /пк в метрах).
Отвод возвышения нормируется в зависимости от скорости движения поездов по участку: в обычных условиях ioB = 1...2 °lWj, при скорости -о = 140 км/ч /ов < при ц = 141. ..160 км/ч
Таким образом, при постановке пути в проектное положение системой управления машины с высокой точностью должен быть реализован достаточно сложный алгоритм управления рабочими органами.
Характеристики положения пути в плане и профиле. Железнодорожный путь в плане и в профиле характеризуется радиусом кривизны р и кривизной К. Непосредственное измерение этих параметров в координатной системе 0XYZ с целью получения информации для работы путевой машины представляет сложную техническую задачу. На практике положение РШР в плане определяется опосредованно стрелами изгиба й. (рис. 10.10, б) базовой рельсовой нити относительно базовых линий — измерительных хорд постоянной длины или углами поворота <р( этих хорд, расположенных со смещением друг относительно друга на шаг деления ...п-1, п, п+2...пути [1], [7].
В круговой кривой стрела h изгиба, измеренная от хорды /, например, в точке п деления её на отрезки а, b определяется при малом центральном угле, стягивающем хорду, по приближенной формуле
h = a bl(2R) или Л = P/(8R) . (10.19)
где h — стрела изгиба рельсовой нити в фиксированной точке хорды, м; а . b — плечи измерительной хорды, м;
R —радиус круговой кривой, м.
Для измерения стрел изгиба плана применяются устройства — стрелографы, имеющие измерительную базу I = а + b и датчик измерения стрелы. При постоянных плечах хорды а и b стрела 424
изгиба h однозначно определяет радиус круговой кривой R. В прямой R - °о vl h = Q. В переходной кривой р = var, соответственно изменяется и стрела изгиба. Величина F= аЫ2 — постоянный коэффициент, кривизна К - 1/р (в круговой кривой К = MR). Поэтому стрела изгиба h — FK прямопропорциональна кривизне. Рассмотрим движение хорды I по сопряжению прямой и кривой (см. рис. 10.10, а) и построим график стел изгиба h в функции пройденного пути х от начала движения в точке О (рис. 10.10, в). Как видно из графика, на участках 1 (прямые) h = 0, на участке 3 (круговая кривая) h = const, а на участках 2 и 4 (переходные кривые) h изменяется. Если переходные кривые устроены по радиоидальной спирали, то кривизна нарастает пропорционально нарастанию координаты, что на графике отражается наклонными прямыми.
Теоретический график 1-2-3-4-1, полученный путем движения измерительной хорды по идеальному участку пути, называется графиком кривизны или графиком проектных стрел и имеет вид трапеции. Если с помощью той же хорды обойти натурный участок пути, имеющий неровности в плане, и записать стрелы изгиба, то на график проектных стрел наложится график 5 натурных стрел изгиба пути, отражающий имеющиеся неровности положения РШР в плане относительно проектного и имеет пилообразный вид. Взятое сечение пути, например п, соответствует определенной фазе неровности (изолированной, периодической и др.) и одновременно несет информацию о месте расположения неровности. Разность натурной и проектной стрел изгиба АЛ = Лн - Яп содержит информацию о величине неровности и о её направлении относительно проектного положения пути. Так как измерения стрелы производятся от хорды, всегда соприкасающейся в своих концевых точках с линией натурного положения РШР, то АЛ в косвенном виде несет информацию и о положении пути в концевых точках, лежащих на расстоянии а и b от рассматриваемой. Это обстоятельство в значительной мере обусловливает сложность математической формализации результатов измерения положения пути для выработки управляющих воздействий. Из анализа графиков проектного и натурного положений пути реализуется важный принцип для построения механизированных систем выправки пути — принцип сравнения. Он заключается в том, что разность ординат ±ДЛ = Лп - Яп несет в себе информацию о месте, величине и фазе неровности пути и,
425
следовательно, в преобразованном виде может выступать в качестве управляющей переменной процесса выправки. Большинство выправочных систем в современных машинах основано на этом принципе — на сравнении измеряемых натурных стрел (углов) в процессе выправки с программными или проектными стрелами (углами) в фиксированных точках деления пути ... п - 1, п, п + 1... (для машин цикличного действия) или в сканируемых сечениях пути (для машин непрерывного действия).
При движении экипажа массой т со скоростью о в кривой возникают поперечные (вертикальные) центробежные силы I = (2Нт&)1(аЬ), пропорциональные стреле изгиба. Поэтому критерием оценки качества выправки пути в плане (профиле) являются разности стрел изгиба (их градиенты) в смежных точках деления: для прямых и круговых кривых эти разности должны быть минимальными или равны нулю, для переходных кривых — равномерно нарастающими или убывающими. Разности стрел изгиба в смежных точках деления пути нормируются в зависимости от вида ремонта и назначаемой скорости движения поездов.
Выправочные устройства, механизмы измерительных баз которых построены на принципах измерения углов между смежными хордами, называют углографами, а графики углов поворота измерительных баз получили название — углограммы. В качестве первичных измерителей применяются датчики углов поворотов элементов.
Неровности пути в продольном профиле характеризуют просадками/. (см. рис. 10.10, г), измеренными при нивелировании от визирной линии (либо от измерительной хорды), принятой за базу измерения. Стрелографы нивелировочных систем устроены и работают аналогично. Механизмы измерительных баз у них расположены в вертикальных продольных плоскостях над соответствующими правой и левой рельсовыми нитями.
В качестве механизмов измерительных баз, помимо механических систем трос-хорд и жестких рамок, используются системы с инфракрасным, поляризованным или лазерным лучом.
Системы и устройства управления положением пути по уровню в качестве механизма измерительной базы используют физический маятник как наиболее простое устройство искусственного горизонта.
Исходная информация о положении РШР в плане, содержащаяся в ±zVi, не может быть непосредственно использована системой
426
управления машины для реализации требуемых смещений, называемых сдвигами, а должна быть предварительно преобразована в управляющие сигналы на смещения РШР в текущем сечении с учетом способа измерений и упругих свойств рельсовой колеи при её сдвиге. Действительно стрела изгиба, измеренная в каждой точке ...п —1, п, п + / ...деления кривой, зависит от положения самой точки и соседних с ней точек деления. Сплошными линиями на рис. 10.11, а, б показано положение рельсовой нити и измерительной базы до рихтовки, а штриховыми — положение после сдвижки точки п. При сдвиге точки п на +еп стрела изгиба в этой точке увеличилась на еп, а стрелы в соседних точках уменьшились на еп/2 (сдвиги наружу колеи положительные, а внутрь — отрицательные). Расстояние между точками деления и базы измерения выбираются с учетом упругих свойств РШР, прилегающей к точ-
Рис. 10.11. Схема сдвига фиксированной точки пути
427
ке сдвига, т.е. при сдвиге точки п на величину +еп, точки п -1 и п + 1 не должны сдвигаться (еи1 = 0 и еп+1 = 0).
При смещении трех рядом лежащих точек (рис. 10.11, в) проектную стрелу в средней точке определяют, при малом центральном угле, стягивающем измерительную хорду, по приближенной аналитической зависимости
Я = h + е - (е„ . + еп. ,)/2, (10.20)
где hn — стрелы в точке до и после выправки, мм;
ел, enl , еа+ t — сдвиги, мм, соответственно в точках л, л - 1 и л + 1.
Выражение (10.20) устанавливает основную зависимость между параметрами проектного и натурного положения пути и сдвигами, дает возможность разрабатывать методы расчета кривых и алгоритмы для машинной выправки пути. Эта же зависимость положена в основу разработки прибора для расчета кривых системы И.Я.Туровского [И].
Классификация систем выправки. К настоящему времени известно несколько десятков систем выправки, отличающихся друг от друга по степени автоматизации операций управления и контроля. Система выправки — это совокупность механизмов выправки (ПРУ, механизмов измерительных баз), средств контроля и управления, методов и алгоритмов подготовки программ выправки и субъект управления — оператор машины. Классификация машин и систем выправки по способу действия и конструктивным отличиям, заложенных в схему, приведена на рис. 10.12.
Каждая выправ очная система для оценки положения пути до выправки, в процессе выправки и после выправки имеет базу отсчета измерений. Базы реализуются в различных устройствах и физических явлений (см. ниже). Используются (рис. 10.13) неподвижная (а), подвижная (б) и совмещенная (в) базы измерения, В случае (а) ПРУ в процессе выправки пути устанавливается на базовую ось визирования 3. Положение ПРУ контролируется по показаниям датчика 4.
Хорда 9 (см. рис. 10.13, б) движется с машиной б, передней точкой 8 повторяя имеющиеся неровности пути. Можно сказать, что система имеет искривленную в соответствии с неровностями пути до выправки «линию визирования», отслеживаемую передней точкой 8. Положение ПРУ 5 устанавливается по показаниям датчика 10 стрел изгиба пути системой управления по заложенному 428
Рис. 10.12. Классификация выправочно-подбивочных машин по системам выправки
алгоритму выправки. Неровности положения пути до выправки проявляют себя в виде остаточных неровностей после выправки. Такие системы проявляют свойства фильтра неровностей.
Хорда также (см. рис. 10.13, в) движется вместе с машиной, а положение ПРУ5 устанавливается относительно хорды системой управления через датчик 10 стрел изгиба пути. В отличие от случая б передняя концевая точка 12 отслеживает положение правильной по форме, не искаженной исходными неровностями линии визирования 3 путем смещения её в поперечном относительно пути направлении, как условно показано стрелкой. Точка 12 направляется сама и направляет выправочную систему в целом по проектной оси пути.
Одностороннее смещение срединной лини пути рассматриваемыми системами реализуются двумя способами:
429
односторонним смещением на необходимую величину перпендикулярно оси пути в сторону сдвига базовой линии визирования 3 (см. рис. 10.13, а, в) или «линии визирования» за счет смещения передней точки 8 (см. рис. 10.13, б);
односторонним смещением пулевой точки ПРУ5 во всех рассматриваемых случаях.
Системы, у которых передняя точка подвижной измерительной базы перемещается по невыправленному пути и является направляющей для системы в целом (см. рис. 10.13, б), являются системами сглаживающего типа.
Системы, реализующие методы выправки с использованием неподвижных относительно пути баз (см. рис. 10.13, а, в) — линий визирования, называются системами, работающими по методу фиксированных точек.
Универсальные выправочные системы содержат в себе элементы систем сглаживающего типа и систем, работающих по методу фиксированных точек.
По методу фиксированных точек (называется также методом расчетных сдвигов), работающие выправочные системы, осуществляют постановку рельсовых нитей в сечениях деления вдоль пути в проектные положения относительно фиксированной базовой линии отсчета. Технология работы таких систем предусматривает два этапа. На первом этапе устанавливается относительно проектного положения пути базовая линия отсчета, на
Рис. 10.13. Базы отсчета выправочных систем
430
втором — производится непосредственные перемещения рельсовых нитей с фиксацией в проектном положении.
Установка базовой линии отсчета может быть реализована: либо непосредственной установкой неподвижной базы отсчета (оптической, лазерно-лучевой и др.), либо предварительным нивелированием с сохранением путем соответствующей обработки данных измерений базовой линии отсчета. При предварительном нивелировании (прибором ПРПМ) плана пути на каждой пятой шпале записываются мелом расчетные величины перемещения (сдвиги) рельсовых нитей, которые должны быть реализованы машиной.
На рис. 10.14 показана работа трехточечной измерительной выправочной системы по методу постановки пути в фиксированные точки. Величина сдвига Нн пути, записанная на шпалах (или другом носителе), для данной фиксированной точки вводится в машину путем смещения передней точки 1 измерительной базы системы (или в «нуль управления» системы). Путь в точке 2 сдвигается ПРУ на предварительно заданное проектное значение стрелы изгиба й2п, а затем на корректировочное значение ДЯ2 = Нн//ис (где тс — геометрический коэффициент сглаживания). Полное командное смещение пути Л2К = Л,п+ ДЯ>. Машина, реализуя командный сдвиг Л2К, ставит рельсовые нити относительно воображаемой, найденной путем обработки данных измерений базовой линии отсчета, в проектное положение.
Сдвиги пути в фиксированных точках, необходимые для приведения существующей кривой в проектное положение, определяют расчетом. Работы по рихтовке пути выполняют в следую-
Рис. 10.14. Выправка пути в плане по фиксированным точкам
431
щей очередности: — запись натурных стрел изгиба hn = f(x) при первом проходе машины (при машинной съемке стрел изгиба); — определение расчетных (проектных) сдвигов еи; — построение программного задания Ял; — рихтовка пути при втором проходе машины.
Для расчета кривых по стрелам изгиба применяются методы: теория нормалей [9];
разности эвольвент [8];
последовательных приближений [9];
обобщенный графо-аналитический способ расчета выправки кривых [11].
Системы выправки сглаживающего типа. Сглаживающие системы получили широкое распространение на практике, так как не требуют выполнения трудоемких измерений, расчеты сведены до минимума, выправляют путь с одного прохода машины. Эти системы не могут установить путь в проектное положение, а лишь уменьшить неровности до допустимых значений. Устройство, предназначенное для выявления и уменьшения (сглаживания) неровностей пути в плане или в продольном профиле, называется сглаживающей системой. Система включает в себя: выправочный механизм (ПРУ), одну или несколько измерительных хорд, служащих для измерения стрел изгиба в фиксированных внутренних точках хорд (в одной из точек расположено ПРУ), а также управляющего перепрограммируемого устройства выправочного механизма. Сигнал управляющего устройства вырабатывается в зависимости от размеров или соотношения стрел изгиба (или углов) пути, измеренных от этих хорд в фиксированных точках измерительной базы. Соотношение между стрелами изгиба пути, реализуемое системой в процессе выправки, без учета специальной корректировки, изменяющей это соотношение в зависимости от проектных данных пути или его натурного состояния, называется основной формулой выправки. Корректировка установленного соотношения измеряемых контрольно-измерительной системой (КИС) стрел изгиба пути преследует цель предотвратить одностороннее смещение рельсовой нити относительно требуемого после выправки положения. По этому признаку сглаживающие системы разделяют на три группы (см. табл. 10.2). К I группе относятся системы, которые, реализуя основную формулу выправки, не производят одностороннего смещения пути только при прохождении прямых участков
432
пути, к II — четырехточечные системы, которые не производят смещения прямых и круговых кривых; к III — пятиточечные системы, которые не производят смещения прямых, круговых кривых и переходных кривых типа радиоидальной спирали.
Сглаживающие системы первой группы. Основной представитель этой группы — трехточечные системы. Основная формула выправки системы отражает условие постановки управляемой точки 2 (рис. 10.15) на прямую, образованную крайними точками 1 и 3:
h = 0, (10.21)
где h — стрела изгиба, измеренная от измерительной хорды.
Схема прохождения выправочной системой единичной неровности в продольном профиле приведена на рис. 10.15, а. При наезде точкой 1 на указанную неровность измерительная базовая хорда 1-3 отклоняется от оси базового рельса выправляемого пути на величину, которая фиксируется датчиком стрелы изгиба. Система без введения корректировки реализует зависимость (10.21) в соответствии с основной формулой выправки.
д) С подъемкой
Рис. 10.15. Схема сглаживания единичной неровности пути в продольном профиле
433
Это выразится в том, что путь переместится из точки 2' в точку 2 вместе с ПРУ, отрабатывающим возникшее рассогласование. В новом положении путь должен фиксироваться. Результатом такой подъемки является появление остаточной неровности величиной й2Н.
При дальнейшем продвижении выправочной системы на пути образуются новые неровности Л2Н и т.д. (положение системы Г-2'-3'). Таким образом, исходная неровность в результате выправки перемещается из точки 1 в точку 2 пути на величину Ь, уменьшается и разносится по длине пути, т.е. сглаживается. В виду наличия упругих свойств РШР неровности взаимно выравниваются по величине, делая плавным положение пути после выправки. Неровность Нн без дополнительной подъемки пути полностью не устраняется, так как путь вдавить нельзя. При подъемке пути йпод = Ян (рис. 10.15, в) исходная неровность практически устраняется.
В качестве показателя работы выправочной системы сглаживающего типа используется геометрический коэффициент сглаживания, определяемый как отношение величины исходной единичной неровности Нн пути (см. рис. 10.15, а), равной смещению передней направляющей точки 7, к первой остаточной Л2Н, равной величине отрабатываемого системой смещения пути в точке 2 выправки при длине LH < а, т.е.:
т = HH/h2ll. (10.22)
Величина коэффициента сглаживания характеризует передачу отклонений передней точки 7, движущейся по неправильному пути, в точку 2 выправки пути. Чем больше его значение, тем меньшее влияние «рыскания» передней направляющей точки на результат выправки, тем выше сглаживающие свойства системы в целом.
Определим сглаживающие свойства трехточечной системы при прохождении гармонических неровностей (рис. 10.16). В процессе выправки положение точки 2 определено положением точек 1 и 3. При анализе приняты допущения: длина дуги между двумя концевыми точками равна длине хорды; косинус центрального угла между двумя точками равен единице; длина любого участка вдоль длины оси абсцисс равна его проекции на эту ось; перпендикуляр, восстановленный из любой точки хорды в направлении оси абсцисс, параллелен оси ординат [1, 5, 7, 10].
434
Рис. 10.16. Расчетная схема трехточечной системы выправки сглаживающего типа
В результате выправки точка 2, лежащая на неправильном участке, сместится в положение 2' и станет на одной линии с точками 1 и 3. Углы наклона участка 3-2' и всей хорды 3-7 одинаковы, поэтому одинаковы и их угловые коэффициенты:
[у2(х) - у3(х - a)]la = [у,(х + b) - у3(х - a)]l(a + b). (10.23)
После преобразований:
У2(х) ~ У](х + ь)р + Уз(х ~ a)Q ’ (Ю.24)
где Р = a/T; Q = b/T; Т = а + Ь.
Уравнение (10.24) представляет собой реакцию системы зависимости (10.21) и является основным уравнением выправки. При анализе в первом приближении пренебрегается упругими свойствами пути. Это выражается в том, что каждая точка пути устойчиво сохраняет положение, в котором его «оставило» ПРУ, т.е.:
У3(х) = • (Ю-25)
При анализе передаточных функций в теории систем автоматического регулирования в качестве аргумента используется параметр времени. В данном случае абсцисса х интерпретируется как аналог времени. Тогда у/х) интерпретируется как входная величина передаточного звена, а ордината у2(х) после выправки — как выходная величина.
435
Учитывая уравнение (10.25), перепишем основное уравнение выправки в операторной форме
^2(р) = У1<Р)РерЬ + У2^)2е'ра ’
где р — оператор Лапласа.
Передаточная функция трехточечной системы
W(p) = уг(р)1ух(р) = (PePb)/(l - Qe-P“) . (10.26)
Далее, заменив р = i(o и используя формулу Эйлера (е-«о = costo _ isinai), после преобразований получим значение частотной характеристики:
ИХгсо) = [Р cos(wZ>) + ZPsin(coZ>)]/[l - gcos(coa) + i(2sin(coa)] = = (Г + iZ)l(M + IN) = U + iV;
U = (YM + ZN)l№ + 2V2); V = (ZM - YN^M2 + 2V2); (10.27)
Y = Pcos(&b); Z = Psin(coi) ;
M = 1 - 2cos(coa); N = Qsin((oa),
где (0 — частота неровности железнодорожного пути, рад/м; ш = 2л/Тн; Тн — период неровности железнодорожного пути, м.
Если длину неровности сравнивать с каким-либо нормированным отрезком, равным длине плеча хорды от точки выправки до задней точки, то относительная частота неровности для трехточечной системы
у = соа= 2ла/Тн . (10.28)
Из равенства (10.27) с учетом формулы (10.28) найдем выражения амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик:
A(y)=W(iy) = y/u2 +V2 = P/^M2 + N2 ; (Ю.29)
ф(у) = arctg W(iy) = arctg (V/U) =
(10.30)
= arctg[(ZM - YM)/(YM + Z7V)];
436
М = 1 - Qcosy; N - gsiny; Y = Pcos(ay); Z = Psin(ay);
где a — линейный коэффициент (a = b/a).
Фазо-частотная характеристика показывает, насколько неровности после выправки сдвигаются относительно исходных, и на качество выправки существенного влияния не оказывают.
Амплитудно-частотная характеристика позволяет определить отношение амплитуды исходной гармонической неровности пути к амплитуде неровностей, получаемых после прохода системы. Отношение этих амплитуд шгтах = 2a + 1 — гармонический коэффициент сглаживания так же, как и геометрический коэффициент сглаживания т = 1/Р = a +1, используется в качестве критерия оценки сглаживающих свойств выправочных устройств.
Сглаживающие системы второй группы. Представителем этой группы является однохордовая четырехточечная система рихтовки (рис. 10.17). Система контактирует с выправляемым путем концевыми точками 7, 4, выправочной точкой 2 и задающей точкой 3. Основная формула выправки такой системы выражает условие постановки промежуточной точки 2 системы на круговую кривую, образованную другими точками системы.
При нахождении системы на идеальной круговой кривой радиуса R величины стрел изгиба пути (рис. 10.17, а):
Рис. 10.17. Четырехточечная система выправки пути сглаживающего типа
h2 = [с(а + 6)]/(2Я);
437
Найдем соотношение стрел изгиба пути:
к = h2/h3 = [с(а + b)]l[a(b + с)] . (10.32)
В последнем выражении соотношение стрел изгиба пути в точке выправки 2 и в задающей измерительной точке 3 не зависит от радиуса круговой кривой R, что позволяет при работе системы реализовать основную формулу выправки:
Л2 = kh3. (10.33)
В соответствии с этой формулой выправки ПРУ выправочной системы сдвигает путь в точке 2 до тех пор, пока стрела изгиба пути Л2 не достигнет величины, определяемой формулой выправки. Измеренная величина й3 задает и величину й2, реализуемую в процессе выправки пути. Следовательно, датчик стрел изгиба пути, размещенный в точке 3, выполняет для прямой и правильной круговой кривой функцию задатчика. Четырехточечная система сглаживающего типа, как и трехточечная, выполняет функцию по сглаживанию неровностей, аналогичную фильтру неровностей.
Рассмотрим реакцию выправочной системы плана на прохождение единичной неровности в круговой кривой постоянного радиуса R (рис. 10.17, б). Величина исходной неровности Нн. При наезде передней точки 1 на неровность измерительная хорда в плане занимает новое положение Г-4. Нарушается соотношение (10.33) между стрелами изгиба, в точках измерения. Это означает, что изменилось значение задающего сигнала датчика стрелы изгиба, расположенного в точке 3:
h^. = Л, - ДЯ, . (10.34)
Путем сдвига пути ПРУ в точке 2 нарушенное соотношение восстанавливается, если измеренное значение стрелы изгиба пути в точке 2' станет:
Л,в = Л, - ДЯ, + й,н . (10.35)
В формулах (10.34), (10.35) ДЯ2, ДЯ3 — изменения стрел изгиба пути в точках 2, 3 при наезде на единичную неровность; Л2Н — величина первой остаточной неровности.
Восстановленное за счет сдвига пути ПРУ в точке 2 соотношение стрел изгиба по формуле выправки:
438
h2B = kh3B , (10.36)
или
h, - AH, + h,„ = k(h, - AHA . (10.37)
4 2 ZH x J v '
Вследствие подобия треугольников, образованных отрезками хорды в исходном и смещенном состояниях, и смещения хорды в точках деления на кривой:
АНг = Нн{а + б)/(а + b + с); АН= Hnal(a + b + с). (10.38)
После подстановки и преобразований в (10.37) по формулам (10.31), (10.32), (10.38) и преобразований находим соотношение исходной неровности к первой остаточной, которое, по определению, является геометрическим коэффициентом сглаживания:
т = HH/hm = (Ь + с)(а + b + c)/[Z>(a + £>)] • (10.39)
При последовательном прохождении системой единичной неровности она «разносится» на большую длину (пунктирная линия на рис. 10.17, б), обеспечивая более плавное очертание пути. Передняя точка 1 системы является направляющей в целом по оси пути. Её смещение, вызванное неровностями, должно минимально передаваться в место выправки. За счет большего коэффициента сглаживания (практически достигнутые до 8-12) по сравнению с трехточечными системами (до 3-9) влияние погрешности направления передней точки, вызванной исходными неровностями, меньше. Это обеспечивает большую плавность положения рельсовых нитей вдоль пути.
Четырехточечная однохордовая система сглаживающего типа не производит одностороннего смещения пути при работе в прямых и круговых кривых, а при прохождении переходных кривых и точек сопряжения элементов плана пути такие смещения наблюдаются. Для исключения этих смещений, по аналогии с трехточечными системами, устраняются путем введения дополнительной корректировки способами:
сдвиг перпендикулярно оси пути передней направляющей точки системы;
сдвиг «нуля управления» ПРУ, заключающийся в дополнительном корректировочном смещении ПРУ от положения, определяемого основной формулой выправки системы.
439
Сглаживающие системы третьей группы. Трехточечные и четырехточечные системы не обеспечивают выправку переходных кривых без дополнительного смещения рельсовых нитей в плане, если не вводить корректировку. Отличительной особенностью систем третьей группы является то, что они не создают односторонних смещений пути при прохождении правильных кривых, включая радиоидальные переходные. Основной системой третьей группы является пятиточечная . Её принципиальная схема приведена в табл. 10.2. Измерение стрел изгиба пути производятся в точках 2, 3, 4, причем точкой выправки является точка 2. Основная формула выправки такой системы:
h2 = K{h3 + K2h4,
К} = [d(a + b + c)(ft + c)]l[b(a + Z>)(c + d)] ; (10.40) K2 = - [c d (a + b + c)]/[a b(b + c + tZ)] .
При прохождении сопряжений элементов плана пути пятиточечная, также как и другие системы, требует корректировки управления.
Изложенный метод анализа для трехточечных систем приложим к 4-х и 5-ти точечным системам сглаживающего типа. Их амплитудно-частотные характеристики представлены на рис. 10.18. Так, если амплитуда оставшихся неровностей Л(л) при их относительной частоте у = п для трехточечной системы
Рис. 10.18. Амплитудно-частотные характеристики систем выправки пути сглаживающего типа
440
Таблица 10.2. Выправка железнодорожного пути системами сглаживающего типа
Сглаживающие системы Принципиальная схема Формулы выправки Геометрический коэффициент сглаживания
Прямые Круговые кривые Переходные кривые
Трехточечные (1 группа) \ г 1 h2=0 h2=he Л2= hnp т - т,- а
Четырехточечные (II группа) \ \ м\ \ \° 1 h2-0 h2=Kh2 " К Ьдр г(ь+с) т<~ Ь(а+Ь)
Пятиточечные (III группа) •3_ч^2_ Ьг=0 hfKihfKfy hfKihj+Kjht l( b+c+d)(c+d) ms~ c(a+b+c)(b+c)
(a = 10 м, b = 20 м) равна 0,111 (кривая 3), то это значит, что выправочная трехточечная система уменьшает неровности периодом Тн = 10 м в 9 раз; четырехточечная — в 31 раз, а пятиточечная — в 49 раз.
10.5. Выправочво-подбнвочно-рнхтовочные машины ВПР-1200 н ВПР-02
Устройство и назначение. Машины предназначены для выправки пути в продольном профиле, по уровню и в плане, уплотнения балластной призмы под шпалами и около их торцов при работах по техническому обслуживанию и пути и при новом строительстве. Машины самоходные, цикличного действия [2, 3, 4, 6, 7, 13].
Машина ВПР-02 (рис. 10.19), как и все машины этого класса, состоит из базовой машины и соединенной с ней через сферический шарнирный узел полуприцепной платформы I, размещающей на себе дополнительный топливный бак 2. Платформа в сцепленном с машиной состоянии опирается на рельсы колесной парой 23, а в расцепленном - еще на опору 22. Она используется для транспортировки путевых инструментов и материалов, а также позволяет удлинить измерительную базу рихтовочной КИС.
Экипажная часть машины состоит из рамы 4, опирающейся через тяговую 11 и бегунковую 20 двухосные ходовые тележки специальной конструкции с двухступенчатым рессорным подвешиванием на рельсы. Тележка 11 имеет приводные колесные пары, а тележка 20 - включаемый в рабочем режиме привод одной колесной пары. На раме размещены: дизельный агрегат 5 с силовой передачей 12 и объемным гидроприводом рабочих органов и механизмов передвижения в рабочем режиме, рабочие органы с измерительными системами, кабины управления, тормозная и рабочая пневмосистемы, системы сигнализации и радиосвязи.
В состав рабочих органов входят правые и левые подби-вочные блоки 18 с уплотнителями балласта у торцов шпал 19, ПРУ 75 и балластные плуги 13. Последние очищают от
442
Рис. 10.19. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПР-02:
1 — полуприцепная платформа; 2 - дополнительный топливный бак; 3, 7 - кабины машиниста и оператора; 4 - рама; 5 - дизельный силовой агрегат; 6 - тросы нивелировочной измерительной системы; 8 - автосцепки; 9, 16, 21, 24 - передняя, измерительная, контрольно - измерительная и задняя тележки КИС; 10 - мерный каток с датчиком пути; 11, 20 - тяговая и бегунковая тележки; 12 - силовая передача (трансмиссия); 13 - балластный плуг; 14 - трос-хорда рихтовочной КИС; 15 - ПРУ; 17 - измерительное устройство нивелировочной системы; 18 - двухшпальные подбивочные блоки; 19 - уплотнители балласта у торцов шпал; 22 - опора платформы; 23 - колесная пара
балласта зону около рельсов для надежной работы ПРУ. Машина оснащена нивелировочной, рихтовочной и контрольной КИС положения пути. Измерения производятся с помощью датчиков, установленных на тележках и устройствах 9, 16, 17, 21, 24 относительно базовых нивелировочных 6 и рихтовочных 14 тросов-хорд. Измерение длины пройденного пути во время работы производится мерным катком 10 с датчиком. Один оборот катка соответствует 1 м пройденного пути.
Трансмиссия. Привод машины в транспортном режиме осуществляется через силовую передачу (трансмиссию), структура которой отражена на рис. 10.20, а в рабочем — через силовую передачу и объемный гидропривод. Необходимая плавность
Рис. 10.20. Структурная схема трансмиссии машины ВПР-02:
1 - дизель ЯМЗ-238Б; 2 - фрикционная муфта сцепления; 3 - четырехступенчатая коробка перемены передач; 4 - двухступенчатый демультипликатор; 5 - реверс - раздаточная коробка; 6 - генератор с приводом через клиноременную передачу; 7 — двухсекционные пластинчатые гидронасосы; 8, 14, 15, 18, 20, 22 - карданные валы; 9, 10 - гидромоторы привода рабочего движения; 11, 16, 19 - осевые редукторы; 12, 13 - двухступенчатый демультипликатор и межосевой дифференциал раздаточной коробки; 17- промежуточная опора осевого редуктора 16; 21 - тяга с механизмом переключения транспортного и рабочего режимов
444
разгона машины при ее транспортировке своим ходом достигается возможностью реализовать 16 ступеней передач при движении вперед и движении назад. В рабочем режиме привод на колесные пары тяговой и одну пару бегунковой тележки осуществляется через гидромоторы 9, 10. Насосы 7 установлены на реверс-раздаточной коробке 5, которая обеспечивает переключение рабочего и транспортного режимов и реверсирование движения в транспортном режиме.
Уплотнительные рабочие органы. Основные уплотнительные рабочие органы - подбивочные блоки — уплотняют балласт под шпалами, а дополнительные — у торцов шпал. Подбивочные блоки (рис. 10.21) имеют три основных механизма: вибрации, сведения-разведения (подачи) подбоек и вертикального перемещения блоков. Блок имеет 16 подбоек, расположенных рядами по четыре шт. Это обеспечивает уплотнение за один цикл двух рядом лежащих шпал в зоне с наружной и внутренней стороны рельса способом горизонтального виброобжатия.
Механизмы блока располагаются на корпусе (станине) 1, который имеет два вертикальных отверстия с направляющими втулками, которыми он установлен на цилиндрических направляющих 6. Направляющие присоединены к раме поперечного смещения блока (не показана). В верхней части блок соединен со штоком гидроцилиндра 8 его перемещения по направляющим (механизм заглубления).
Вибрации генерируются при вращении эксцентрикового вала 19 гидромотором 10 через упругую втулочно-пальцевую муфту 14. Коренные подшипники 18 вала установлены на корпусе, а шатунные 16, 17 соединяют его с проушинами гидроцилиндров 3 привода рычагов 11 внутренних подбоек 13. К проушинам также через шарнирные узлы прикреплены гидроцилиндры 5 привода рычагов 4 наружных подбоек 12. Через гидроцилиндры вибрации передаются на концы рычагов подбоек. Рычаги колеблются вокруг шарнирных узлов 2, соответственно, колеблются лопатки подбоек с требуемой амплитудой и частотой, воздействуя на балласт под шпалой. Движение подачи лопаток подбоек для обжима балласта под шпалой осуществляется за счет выдвижения щтоков гидроцилиндров 5 и втягивания штоков гидроцилиндров 3. Таким образом, реализуется горизонтальное виброобжатие балласта. Маховики 15, 20, напрессованные на эксцентриковый вал 19, способствуют поддержанию необходи-
445
Рис. 10.21. Подбивочный блок машины ВПР-02:
1 - станина (корпус); 2 - шарнирные узлы крепления рычагов подбоек на станине; 3, 5 - гидроцилиндры привода рычагов внутренних и наружных подбоек (привода подачи подбоек); 4,
мой равномерности вращения вала при изменениях рабочих нагрузок в течение цикла подбивки.
Блок имеет централизованную систему смазки подвижных соединений с поступлением масла из бачков 7.
По принципу работы и устройству главных элементов подби-вочный блок машины ВПР-1200 аналогичен. При работе блока необходимо гарантировать жесткую передачу вибрационных нагрузок через гидроцилиндры привода рычагов подбоек, особенно в моменты заглубления лопаток подбоек. Должен регулироваться режим подъема и опускания блока. Изменения нагрузки на эксцентриковом валу должны приводить к минимальному снижению угловой скорости его вращения. Эти особенности учитываются соответствующей структурой гидросистемы, принципиальная схема которой показана на рис. 10.22. В моменты заглубления лопаток включается гидрораспределитель Р14, подавая масло под давлением в поршневую полость гидропреобразователя ГП1. В штоковой полости развивается повышенное (до 21 МПа) давление, которое поступает в штоковые полости гидроцилиндров Ц4, Ц5, Ц8, Ц9 привода рычагов наружных подбоек. Их поршни прижимаются с повышенным усилием к дну корпусов. После заглубления подбоек режим отключается. Рабочее давление прижимает также поршни гидроцилиндров Ц12, Ц13, Ц16, Ц17 привода рычагов внутренних подбоек к крышкам корпусов. Вибрации жестко передаются на рычаги. После включения в рабочую позицию гидрораспрсделителей PJO, Р18 происходит подача подбоек. При этом давления в аналогичных
Продолжение рис. 10.21
11 - рычаги наружных и внутренних подбоек; 6 - направляющие вертикального перемещения блока; 7 - бачки системы смазки шарнирных узлов; 8 - гидроцилиндр вертикального перемещения блока; 9 - проушина фиксатора блока в транспортном положении; 10 - гидромотор привода эксцентрикового вала (привода вибраций); 12, 13 - наружные и внутренние подбойки; 14 - упругая муфта соединения вала гидромотора и эксцентрикового вала; 15, 20 — маховики; 16, 17 - шатунные подшипники проушин гидроцилиндров внутренних подбоек; 18 - коренные подшипники установки эксцентрикового вала на станине; 21, 23 - втулки шарнирного узла; 22 - манжеты
447
________If - hP1 rm
10.22. Гидравлическая схема привода подбивочного блока машины ВПР-02:
параллельно работающих полостях гидроцилиндов всегда выравнивается, что позволяет реализовать подбивку с выравниванием давления на лопатках (асинхронный принцип подбивки), имея возможность отключать обжим по достигнутому давлению. Переключениями давления в линии управления редукционного клапана КР5 (гидрораспределителем Р4) обеспечивается без перенастройки системы 3 значения давления перекрытия, соответственно, три ступени максимального усилия обжима балласта. Гидрораспределитель с плавным переключением позиций (сервовентиль) Р1 позволяет автоматически устанавливать изменения скорости вертикального перемещения блока при достижении крайних рабочих положений. Привод гидромотора Ml, вращающего эксцентриковый вал, от отдельной насосной секции способствует более равномерному вращению вала при изменениях нагрузок.
На машинах ВПР-1200 применен вариант принципиальной схемы гидросистемы привода подбивочпого блока, показанный на рис. 10.23. В отличие от описанной выше гидросистемы, обеспечивается только одна ступень максимального усилия обжима
Продолжение рис. 10.22
Б1 - гидробак; Н1 - двухсекционный насос (большая секция приводит гидромотор М1); гидроцилиндры: Ц1 - привода вертикального перемещения блока; Ц4, Ц5. Ц8, Ц9 - привода рычагов наружных подбоек; Ц12, Ц13, Ц16, Ц17 - привода рычагов внутренних подбоек; ГП1 - гидропреобразователь (мультипликатор) давления масла; М1 - гидромотор привода эксцентрикового вала; гидрораспределители: Р1 - управления вертикальным перемещением блока; Р4 - переключения ступеней максимального усилия обжатия балласта; РЮ, Р18 - включения обжатия балласта внутренними и наружными подбойками; Р14 - включения режима стабилизации амплитуды колебаний подбоек; КР5 - редукционный клапан ограничения максимального усилия обжатия балласта; предохранительные клапаны: КП 1 - поддержания противодавления в гидроцилиндрах привода рычагов внутренних подбоек; КП6 — общей защиты от превышения давления; КП 10 - поддержания средней ступени усилия обжатия балласта; ДР1 - дроссель с обратным клапаном; КОЗ, КО4, КОЮ - обратные клапаны; ВИЗ - вентиль включения режима нагружения клапана КП6
15 Путевые машины
449
о
Рис. 10.23. Гидравлическая схема привода подбивочного блока машины ВПР-1200:
балласта. Для более быстрого раскрытия внутренних подбоек применена постоянная подача масла в поршневые полости гидроцилиндров Ц30- ЦЗЗ (под давлением 3,5 МПа) от системы противодавления с гидропневмоаккумуляторами АК2, АКЗ. Замедление скорости движения блока к моменту достижения верхнего рабочего положения (блоки при работе поднимаются на небольшую высоту) достигается применением демпфирующего клапана К1 с приводом переключения от кулачка, взаимодействующего с дорожкой блока.
Уплотнитель балласта. Уплотнитель (рис. 10.24) предназначен для уплотнения балласта у торцов шпал, что способствует заполнению образующихся при рихтовке пути пустот, а также предотвращает боковое выпирание балласта из под торцов шпал при его обжиме. Уплотнитель монтируется на подвижной раме 1 бокового смещения подбивочного блока и состоит из виброплиты и механизма ее подъема и опускания. Виброплита имеет корпус 8, на котором через подшипниковые опоры 17 установлен вал 13 с дебалансами 16. Привод дебалапсов осуществляется от гидромотора 10 через упругую муфту 12. Для расположения центра массы виброплиты в середине между дебалансами имеется противовес 18. Механизм подъема состоит из двух рычагов 5, шарнирно закрепленных на рамках 4, и двух гидроцилиндров 2, соединенных проушинами штоков с рычагами, а проушинами корпусов - с рамой 1. Виброплита с рычагами соединена через балансиры 6, которые в момент прижима к балластной призме позволяют передать на рычаги горизонтальную составляющую циркулирующей
Продолжение рис. 10.23
Б1 - гидробак; Н1 - двухсекционный насос (большая секция приводит гидромотор М3); гидроцилиндры: Ц20 - вертикального перемещения блока; Ц22-Ц25 - привода рычагов наружных подбоек; М3 - гидромотор привода эксцентрикового вала; гидрораспреде-лители: Р1 - управления вертикальным перемещением блока; Р2 - включения обжатия балласта наружными и внутренними подбойками; Р8 - блокирования работы внутренних подбоек; КР1 - редукционный клапан ограничения максимального усилия обжатия балласта; КП2 - общей защиты от превышения давления; ДР6 - дроссель с обратным клапаном; КО4 - обратный клапан перепуска масла при раскрытии подбоек; АК2, АКЗ - гидроаккумуляторы системы противодавления
451
A
Рис. 10.24. Уплотнитель балласта у торцов шпал:
1 - подвижная рама подбивочного блока; 2 - гидроцилиндры подъема и опускания виброплиты; 3, 19 - конечные выключатели;
4 - рамки; 5 - рычаги; 6 - балансиры; 7 - амортизаторы; 8 - корпус виброплиты; 9 - ограждения; 10, 11 - гидромотор с кронштейном крепления; 12 - упругая муфта; 13 - вал; 14 - кожух; 15- фиксатор;
16 - дебалансы; 17 - опора со сферическим подшипником;
18 - противовес (гидромотору с кронштейном); 20 - кронштейн фиксации уплотнителя в транспортном положении (на подбивоч-ном блоке); 21 - стяжка
по кругу вынуждающей силы и передать на балласт ее вертикальную составляющую. Упругие амортизаторы 7 позволяют виброплите иметь вертикальную амплитуду при прижиме.
Подъемпо-рихтовочпос устройство (ПРУ). Это устройство (рис. 10.25) служит для перемещения путевой решетки при выполнении выправки пути в продольном профиле, по уровню и в плане в режиме автоматического управления по командам вып-равочных устройств и в ручном режиме. Устройство состоит из двух подъемно-поворотных механизмов, расположенных над правой и левой рельсовыми нитями. Каждый механизм включает в себя кронштейн 6, который установлен на вертикальной
452
1 - рама машины; 2 - упор крюка; 3 - крюк транспортного запора; 4 - вертикальные направляющие подъемных механизмов; 5 - пневмоцилиндр запора; 6 - кронштейн; 7, 15- гидроцилиндры привода захватов; 8, 14 - роликовые клещевые захваты; 9, 10 - захватные и рихтующие ребордчатые ролики; 11 — шпальная щетка; 12 - датчик точного останова машины при работе в автоматическом режиме; 13 - балансир; 16 - серьга с вертикальной осью; 17 - шарнирный узел крепления гидроцилиндра; 18 - гидроцилиндр вертикального перемещения подъемного механизма; 19 - универсальный шарнирный узел подвешивания гидроцилиндра ; 20 - поперечная балка крепления гидроцилиндров; 21 - рихтующие гидроцилиндры; 22 - хребтовая балка рамы машины; 23 - кронштейны крепления рихтующих гидроцилиндров
направляющей 4 и может по пей перемещаться и вокруг нее поворачиваться. Направляющие закреплены через соответствующие кронштейны на раме 1 машины. На кронштейне 6 через серьгу 16 с вертикальной осью подвешен балансир 13. На балансире установлены передний 8 и задний 14 роликово-клещевые захваты с ребордчатыми роликами 9, захватывающими рельс под головку, и гидроцилиндрами 7, 15. Поперечные усилия на рельсы, необходимые при сдвижке пути, например, во время рихтовки, передаются через горизонтальные ребордчатые ролики 10. Вертикальные перемещения механизма, необходимые для вывешивания путевой решетки и для его приведения в рабочее и
453
транспортное положения, производятся гидроцилиндром 18, закрепленным корпусом через универсальный шарнирный узел 19 на поперечной балке 20 рамы 1 машины, а штоком - через шарнирный узел 17 - с кронштейном 6. Боковые смещения механизма (при рихтовке или установке па рельс) осуществляются соответствующим рихтовочным гидроцилиндром 21. При этом кронштейн б поворачивается в плане вокруг направляющей 4, а балансир 13 - вокруг кронштейна.
На балансире установлена тросовая щетка 11 и датчик 12 автоматического останова машины при работе в автоматическом режиме. В транспортном положении механизм фиксируется крюком 3 на упоре 2. Крюк устанавливается в соответствующее положение ппевмоцилиндром 5.
Выправочные устройства машины. Предназначаются для выправки пути в продольном профиле, по уровню и в плане. Они обеспечивают измерение отклонений в положении пути, выработку и передачу сигнала на управление механизмами подъемки и сдвижки, контроль результатов выправочных работ и запись положения пути. На машинах класса ВПР установлены независимые измерительные устройства для продольного профиля каждой рельсовой нити, плана пути и поперечного профиля, образующие нивелировочную, рихтовочную и контрольную системы. В зависимости от требований, предъявляемых к пути, выправочные системы работают по методу сглаживания или фиксированных точек (по расчету) с использованием лазерной визирной тележки и бортовых управляющих вычислительных комплексов.
Выправка пути в продольном профиле. ПРУ 9 (рис. 10.26) является исполнительным механизмом системы выправки пути в продольном профиле машины ВПР-02. Измерение положения правой и левой рельсовых нитей пути и выработка соответствующих сигналов управления осуществляется нивелировочной системой, состоящей из правой и левой систем измерения продольного профиля и связывающей их системы измерения положения пути по уровню. Для измерения положения рельсовой нити в продольном профиле реализована трехточечная измерительная схема с корректирующими хордами. Измерения производятся относительно правого 24 и левого 25 тросов-хорд, натянутых в передних точках на нивелировочных устройствах 28, 29 с механизмами корректировки тросов по высоте 30, 31, а в задних - на контрольных устройствах 19, 21 с ппевмоцилипдрами натяжения 18, 20. Нивелиро-454
23
Рис. 10.26. Контрольно-измерительная система выправки пути машин ВПР-02 и ВПРС-02:
1 - передняя тележка рихтовочной КИС; 2 - фотоприемник лазерного луча; 3 - следящий механизм корректировки положения переднего конца рихтовочной хорды; 4 - тележка с лазерной пушкой и механизмом перестановки лазерной пушки; 5 - мерный каток сдатчиком пути; 6 - рычаг
вечные устройства опираются на рычаг 6 через опорные площадки, а контрольные устройства — на рычаг 13. Передний рычаг 6 опирается на рельсы через переднюю тележку 1 рихтовочной КИС и универсальный шарнир, установленный по оси шкворневого узла тяговой ходовой тележки 7. Измерения производятся датчиками 22, 23 специальной конструкции с прецизионными потенциометрами, установленными на нивелировочно-рихтовочном измерительном устройстве 27 (в некоторых модификациях машин используется отдельное нивелировочное измерительное устройство). Измерительное устройство опирается на рельсы роликами, передавая их положение в продольном профиле к соответствующим датчикам. Одновременно, на измерительном устройстве установлен маятниковый датчик 26 с грузовым отвесом и прецизионным потенциометром, показания которого пропорциональны возвышению одной рельсовой нити над другой.
При выправке продольного профиля одна рельсовая нить всегда выбирается в качестве базовой, а другая устанавливается относительно нее по уровню с заданным возвышением. В нивелировочной системе машины ВПР-02 при выборе базового рельса, например, правого, в работе участвует датчик продольного профиля 22 и датчик уровня 26. Продольный профиль правого
Продолжение рис. 10.26
с опорными площадками нивелировочных устройств; 7, 12 - тяговая и бегунковая ходовые тележки; 8 - рихтовочный трос-хорда; 9 - ПРУ; 10, 17 - измерительный и контрольный датчики стрел изгиба пути рихтовочной КИС; 11 - лопатки подбоек; 13 - контрольно-измерительная тележка; 14 - колесная пара платформы; 15 - задняя тележка; 16 - маятниковый датчик уровня контрольной системы; 18, 20 - пневмоцилиндры натяжения нивелировочных тросов; 19, 21 - контрольные устройства нивелировочной КИС; 22, 23 - датчики продольного профиля нивелировоной КИС; 24, 25 - нивелировочные тросы; 26 - маятниковый датчик нивелировочной КИС; 27 - нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство; 28, 29 - правое и левое нивелировочные устройства; 30, 31 - следящие механизмы корректировки положения по высоте нивелировочных тросов; а, Ь, с - плечи измерительной базы рихтовочной КИС; /,, /2, / - плечи и длина измерительной базы нивелировочной КИС; L,, L2, L - плечи и длина корректировочной хорды нивелировочной КИС; FH, Af — величина исходной неровности и величина сигнала на смещение пути в точке выправки
456
рельса устанавливается по положению троса-хорды 24, а левого - через систему уровня. Аналогично, при выборе левого базового рельса включены в работу датчики 23, 26.
В систему управления заложен принцип отработки возникающих рассогласований между заданным опорным уровнем сигнала (органами управления машиной на пультах) и уровнем сигнала, вырабатываемого соответствующим датчиком, в сторону уменьшения рассогласования до величины, меньшей диапазона чувствительности системы (в среднем ± 0,5 мм). Для рассматриваемой системы рассогласование возникает при отклонениях фактического положения пути от заданного при изменениях положения в продольном профиле, или задании нового уровня сигнала в связи с необходимостью ввода корректировки. Рассмотрим реакцию работающей системы на изменение фактического положения правой базовой рельсовой нити в продольном профиле, вызванное наличием неровности с амплитудой FH. В результате отклонения ролика передней тележки произойдет отклонение передней точки троса-хорды 24, соответственно, отклонение троса-хорды в точке измерения по оси измерительного устройства 27 на величину f. С учетом соотношения плеч основной хорды (трос 24) и корректирующей хорды (рычаг 6) выражения для указанного отклонения и статического коэффициента сглаживания wB2 :
/=FH/IL1/(/L) = Г/щВ2; (10.41)
Щв2 - IL/(JXLX).
Для рассматриваемой машины I = 13650 мм, 1Х = 3490 мм, L = 2350 мм, Lx = 900 мм, соответственно тВ2 = 10,2.
Возникающее рассогласование f будет отработано путем изменения положения правой рельсовой нити в точке выправки на ту же величину: ПРУ 9 уменьшит высоту вывешивания, изменив положение по уровню, что приведет к появлению рассогласования в системе поддержания заданного уровня. Левый подъемный механизм также уменьшит высоту вывешивания, восстановив прежний уровень.
В отличие от описанной нивелировочной системы, аналогичная система машины ВПР-1200 имеет в передней точке маятниковый мост с датчиком уровня, соединяющий правое и левое нивелировочные устройства. При выборе базового рельса установка по уровню осуществляется через переднюю точку: пере
457
дний конец не базового троса - хорды с заданным превышением отслеживает положение переднего конца базового троса. В работе, при этом, участвует также датчик продольного профиля не базового рельса, производя по нему независимое сглаживание. Датчик уровня измерительного устройства используется только для контроля фактического положения пути в точке выправки и ввода, при необходимости, поправок.
Путь обычно выправляют с подъемкой /гпод = 10-50 мм, что позволяет “утопить” большинство коротких неровностей. Для выправки длинных неровностей используют метод фиксированных точек с предварительным измерением отклонений продольного профиля по базовому рельсу, или на прямых участках пути без изломов продольного профиля переднюю точку системы, идущей по базовому рельсу, направляют по лазерному лучу. Для этого спереди машины на расстоянии до 300 м на пути закрепляется тележка с лазерной пушкой, в передней части машины устанавливается фотоприемник, положение которого связано с положением переднего конца базового нивелировочного троса. Корректирующим сдвигающим механизмом отслеживается заданный уровень положения троса. Проектом машины ВПР-02 предусмотрено использование лазерного луча только для выправки пути в плане. На других машинах лазерный луч используется и для выправки продольного профиля.
Выправка пути в плане. В основе работы рихтовочной системы машины ВПР-02 лежит трехточечпая схема измерения (при методе фиксированных точек) и четырехточечная схема (при методе сглаживания) (рис. 10.27). При работе в четырехточечном режиме измерения базой служит трос — хорда длиной / = 20785 мм, натянутый по оси пути между передней 4 (точка 7) и задней 12 (точка 4) концевыми тележками (рис. 10.27, б). На измерительной 9 (точка 2 — точка выправки) и контрольно-измерительной 10 (точка 3 - контрольная точка) расположены измерительный 14 и контрольный 15 датчики стрел изгиба hv hy соответственно (рис. 10.27, г). Датчики имеют прецизионный потенциометр 16, который через трособлочную передачу связан с поводком 17. При изменении положения тележки относительно троса в кривой поводок смещается от своего среднего положения и поворачивает движок потенциометра, изменяя снимаемое с его контактов напряжение. С геометрической точки зрения, работа четырехточечной КИС заключается в том, что управля-
458
Рис. 10.27. Схема выправки пути в плане:
1,2- полуприцепная платформа и базовая машина; 3 - нивелировочная КИС; 4,9, 10, 12- передняя, измерительная, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС; 5 - передний следящий механизм корректировки положения рихтовочной хорды; 6 - мерный каток с датчиком пути; 7, 11 - рабочая и контрольная трос-хорды; 8 - ПРУ; 13, 14, 15 - датчики: смещения переднего конца рихтовочной хорды, измерительный и контрольный; 16 - прецизионный потенциометр датчика; 17 - поводок датчика; Нн — отклонение оси пути на исходной неровности от проектного положения; h2, h3 — измерительная и контрольная проектные стрелы изгиба пути; АН?, ДН3 - изменения измерительной и контрольной стрел изгиба пути при наезде передней точкой 1 на неровность Нн; hZH - смещение оси пути в точке выправки 2
емая измерительная точка 2 устанавливается ПРУ 8 на круговую кривую, определяемую точками 7, 3, 4. Точки 3, 4 находятся на выправленном пути, а точка 7 - на не выправленном.
Принцип работы КИС основан на сравнении стрел изгиба, так как внутри круговой кривой с малым центральным углом отношение стрел изгиба h2 и Л3, измеренных от хорды 7 постоян-
459
ной длины - величина постоянная, не зависящая от радиуса кривой:
h2 - с(а + b)l(2R~); h3 = a(b +c)l(2R); (10.42)
h2/h3 = c(a + b~)la(b + c).
Отношение = 1,366 справедливо для каждого радиуса кривой, а также и для прямой.
Однохордовый метод рихтовки позволяет применить его при работе машины способом сглаживания, по фиксированным точкам, по лазерному лучу. При наезде точки 1 измерительной системы на неровность Ян хорда 7 займет новое положение (показано пунктиром). В точках 2 и 3 стрелы изгиба (рис. 10.27, в) изменятся и станут, соответственно, равными h2 + ДЯ2 и h3 + ДН,, в результате нарушится заложенное в систему соотношение й2/л3.
По способу сглаживания путь в точке 2 будет перемещаться до тех пор, пока измеренный в точке 2 размер стрелы изгиба h2 не будет находиться в заданном соотношении к размеру стрелы изгиба h3, измеренной в точке 3, т.е., пока не восстановится соотношение:
(й, + Д/Л - Л_„)/(Л, + Д/Л) = hJh,; (10.43)
4 X 4 Zrtz '•л У A J 7 4 х
где ДЯ2 = Ян (а +Ъ)!(а + b +с); ДЯ3 = Ян а/(а + b +с).
Требуемое соотношение заложено в электронную систему управления: сигналы от датчиков поступают на плату сравнения аналоговых сигналов, выход которой подключен к релейным платам, включающим соответствующие устройства гидросистемы машины (сервовентиль управления рихтовкой и работающий с ним совместно гидрораспределитель). Решая совместно (10.42) и (10.43), найдем в точке 2 размер остаточной неровности:
й2н = Нур(а + />)/[(/> + с)(а + b + с)] = H^Jm ; (10.44)
где т = [(/> + с)(а + Ъ + c)]/[Z>(« + />)].
Выражение (10.44) показывает, что исходная неровность из точки 7 переносится в точку 2 и уменьшается в т раз (где т - геометрический коэффициент сглаживания) что характеризует прин-460
цип сглаживания. Фактически, этот коэффициент показывает степень влияния отклонений передней точки от проектной оси на точность установки пути в точке выправки. Большее значение этого коэффициента соответствует системе с лучшими сглаживающими свойствами. При работе рихтовочной КИС машины ВПР-02 в режиме измерения по четырем точкам т - 6,59.
При рихтовке пути, также как и при выправке в продольном профиле и по уровню, выбирается базовый рельс, по которому и производится измерение. На прямых базовая рельсовая нить выбирается произвольно, а в кривых - наружная нить, т.к. она при движении подвижного состава является упорной (к ней прижимаются гребни передних по ходу движения колесных пар) и определяет плавность вписывания экипажа в кривые. Конфигурация в плане не базовой рельсовой нити зависит также от изменений ширины колеи. После выбора базовой рельсовой нити к ней прижимаются измерительные тележки ребордами роликов (рис. 10.26, г), обеспечивая одинаковые расстояния от внутренних поверхностей головок рельсов до нулевых точек отсчета стрел изгиба всех тележек. Для обеспечения стабильной работы тележки КИС также прижимаются к рельсам вертикальными нагрузками. Привод перемещения и прижима тележек осуществляется пневмоцилиндрами, позволяющими дополнительно скомпенсировать за счет сжатия воздуха движение по неровностям пути.
При работе по способу фиксированных точек производится предварительное определение с использованием оптического нивелировочного комплекта отклонений оси пути в плане от проектного положения по базовому для рихтовки рельсу. Замеры производятся в прямых иа каждой пятой шпале, а в кривых -специальными методами через стрелы изгиба относительно хорды стандартной длины 20 м в ее середине. Шаг измерений вдоль пути 10 м. Результаты измерений и расчетов отклонений записываются на шпалах мелом. При рабочем проходе машины оператор в передней кабине считывает показания и вводит поправки в положение переднего конца измерительной хорды, используя следящий механизм 5. Получается, что передняя направляющая систему точка движется в плане по проектной оси, обеспечивая правильную установку пути в точке выправки 2. При работе методом фиксированных точек используется трехточечный режим измерений, для чего трос-хорда защемляется в контрольной точке 3 и отключается от системы управления соответствующий
461
контрольный датчик 75. Этим способом достигается точная установка пути по проектной оси, поэтому Департаментом пути и сооружений МПС России он рекомендован для повсеместного использования.
Прямолинейные в плане и продольном профиле участки пути могут быть выправлены рихтовкой по лазерному лучу (см. рис. 10.26). В этом случае положение переднего конца рихтовочной хорды 8 корректируется положением следящего механизма 3, на котором установлен фотоприемпик 2 вертикальной составляющей лазерного луча. При отклонениях фотоприемника от оси луча при наезде передней тележки 7 на неровность в плане система автоматического слежения подает сигнал на компенсационный сдвиг механизма 3, возвращая передний конец хорды на ось луча.
Машины оборудуются контрольными системами, позволяющими записать для последующего анализа на бумажную ленту самописца значений стрел изгиба и положения пути по уровню. Для этого, в некоторых случаях, машины оборудуются дополнительной контрольной хордой 77 (рис. 10.27, б), относительно которой датчиком измеряется стрела изгиба Лк, а также маятниковым датчиком 76 (рис. 10.26) на задней концевой тележке 75.
Точность измерений всех основных систем КИС, в среднем, составляет ± 0,5 мм.
Рис. 10.28. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина В ПР-1200:
1 - прицепная платформа; 2, 7 - кабины машиниста и оператора; 3 - рама; 4 - нивелировочные тросы; 5 - гидробак; 6 - дизельный силовой агрегат; 8 - автосцепки; 9, 18, 23, 24, 26 - тележки рихтовочной и контрольной КИС: передняя, измерительная, контрольно-измерительная, контрольная и задняя; 10 - рычаг;
462
В настоящее время в путевом хозяйстве железпых дорог нашла широкое распространение выпускаемая ранее выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПР-1200 цикличного действия (рис.10.28). Эта машина функционально аналогична машине ВПР-02 и содержит описанные выше узлы и системы. Наиболее значимые отличия:
построение системы управления рихтовкой предусматривает работу только в четырехточечном режиме измерений относительно рабочего участка троса хорды, расположенного между передней 9 и контрольной 24 тележками КИС;
установка пути по уровню в зоне выправки производится через установку по уровню передних концов нивелировочных тросов, для чего в кабине оператора 7 установлен дополнительный маятниковый мост с датчиком уровня;
управление движением в транспортном режиме может производиться только из кабины машиниста 2 (машина ВПР-02 имеет два рабочих места машиниста, расположенные в кабине оператора и в кабине машиниста);
применена двухосная прицепная платформа, соединенная с базовой машиной через автосцепки со специальным вкладышем, предохраняющим от случайного расцепления.
26936
Продолжение рис. 10.28
11 - штанги нивелировочных устройств; 12 - мерный каток с датчи~ ком пути; 13, 22 - тяговая и бегунковая ходовые тележки; 14 - силовая передача (трансмиссия); 15, 25 - трос-хорды рихтовочной и контрольной КИС; 16 - насосная станция; 17 - ПРУ; 19 - уплотнители балласта у торцов шпал; 20 - измерительное устройство нивелировочной КИС; 21 - подбивочные блоки
463
10.6. Выправочно-подбнвочно-рнхтовочные машины для стрелок ВПРС-SOO н ВПРС-02
Машина ВПРС-02 (рис. 10.29) выправляет путь в продольном профиле, по уровню и в плане, уплотняет балласт под шпалами и в зонах у торцов шпал, универсальная цикличного действия, одновременно или независимо выправляет продольный профиль, рихтует и подбивает путь на перегонах и станционных путях, на стрелочных переводах и пересечениях пути. По многим узлам и системам управления машина унифицирована с машиной ВПР-02. Унификация касается, прежде всего, экипажной части. Рама 4 имеет аналогичную конструкцию, но по сравнению с ВПР-02 более широкая, обеспечивающая необходимые поперечные смещения подбивочных блоков 17. Полностью унифицирована ходовая часть: тяговая 11 и бегунко-вая 18 тележки, дизельный агрегат 5 и силовая передача 12, тормозное оборудование, полуприцепная платформа 1. Аналогична нивелировочная КИС, однако на машинах используется только в точке выправки специальное нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство 16, расположенное между ПРУ 15 и подбивочными блоками 17 (см. рис. 10.26). Расположение этого устройства вне зоны расположения сдвигаемых поперечно на значительную величину подбивочных блоков позволило его рационально сконструировать. Унифицирована также и рихтовочная КИС, но в ней используется дополнительно винтовой механизм с электроприводом для сдвига заднего конца троса-хорды. При работе на стрелочном переводе можно изменять в поперечном направлении положение троса, избегая его повреждения лопатками подбоек при их откидывании. С задним механизмом связан компенсационный датчик смещения, сигнал которого используется для компенсации изменений уровней сигналов датчиков стрел изгиба, расположенных на устройстве 16 и на контрольноизмерительной тележке 20 при смещениях хорды в сторону. Контрольная КИС полностью унифицирована с машиной ВПР-02 [2, 3, 4, 6, 14].
464
Рис. 10.29. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для стрелок и пути ВПРС-02:
1 - полуприцепная платформа; 2 - дополнительный топливный бак; 3, 7, 14 - кабины: машиниста, оператора и рабочая; 4 -рама; 5 - дизельный силовой агрегат; 6 - тросы нивелировочной измерительной системы; 8 - автосцепки; 9, 20,23 - передняя, контрольно - измерительная и задняя тележки КИС; 10 - мерный каток с датчиком пути; 11, 18 - тяговая и бегунковая тележки; 12 - силовая передача (трансмиссия); 13 - трос-хорда рихтовочной КИС; 15 - ПРУ; 16 - нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство КИС; 17- одношпальные подбивочные блоки; 19 - уплотнители балласта у торцов шпал; 21 - опора платформы; 22 - колесная пара
465
Для уплотнения балласта под шпалами применены два одношпальных подбивочных блока 17, установленных на подвижных рамах для маневрирования при работе в кривых и на стрелочных переводах. Дебалансные уплотнители балласта у торцов шпал 19 расположены в зоне бегунковой тележки 18. Для перемещения рельсовых нитей в зоне выправки используется ПРУ 15 специальной конструкции с крюковыми захватами, позволяющими захватывать рельсы за головку или под подошву, обеспечивая более надежную их фиксацию. Управление машиной в транспортном режиме может осуществляться либо из кабины машиниста 3 (при движении назад), либо из кабины оператора 7 (при движении вперед). Управление основными рабочими процессами сосредоточено в рабочей кабине 14, имеющей правое и левое рабочие места операторов, а также в кабине оператора 7 (управление выправкой).
Подбивочный блок (рис. 10.30) предназначен для уплотнения балласта под шпалами способом горизонтального виброобжатия после заглубления подбоек лопатками под подошвы шпал при асинхронном принципе подбивки. Блок устанавливается на подвижной раме 2 в вертикальных направляющих 16, по которым он при работе перемещается с помощью гидроцилиндра 5, обеспечивая необходимое заглубление лопаток подбоек 75 в балластный слой ниже подошвы шпалы. Вместе с подвижной рамой 2 для установки над рельсом блок может смещаться в поперечном оси рамы 1 машины направлении. Смещения каждого блока независимы и осуществляются механизмом 17. При смещениях каток 7 катится по направляющей 8. Механизм вибрации включает в себя эксцентриковый вал 18 с двумя маховиками, который приводится во вращение гидромотором 12. Эксцентриковый вал через шатунные подшипники связан с проушинами гидроцилиндров 4 привода рычагов подбоек. Штоки этих гидроцилиндров через шарнирные узлы связаны с верхними частями 13 рычагов. Гидроцилиндры передают вибрации на рычаги и подбойки одновременно производя их поворот для обжима балласта. На гидроцилиндрах установлены ограничители 3 раскрытия подбоек с приводом от пневмоцилиндра, используемые при незначительном расстоянии между осями смежных шпал.
Рычаги подбоек состоят из верхней 13 и нижней 14 частей, соединенных между собой шарнирными узлами, позволяющими нижней части поворачиваться поперек оси пути от рельса на 85° и к рельсу на 15° с помощью гидро цилиндров 77. Это позволяет про-466
ничитель раскрытия подбоек (фиксатор) с пневмоцилиндром; 4 - гидроцилиндры привода рычагов подбоек; 5 - гидроцилиндр вертикального перемещения блока; 6 - фиксатор блока в транспортном положении; 7,8- катковый узел и поперечная направляющая подвижной рамы; 9 - корпус блока (станина); 10- масляные бачки системы смазки; 11 - гидроцилиндры поперечного поворота (“откидывания’’) подбоек; 12 - гидромотор привода эксцентрикового вала; 13 - верхняя часть рычагов подбоек; 14 - нижняя поворотная часть рычагов подбоек; 15 - подбойки; 16 - вертикальные цилиндрические направляющие; 17 - механизм поперечного смещения подвижной рамы и блока с приводом от гидроцилиндра; 18 - эксцентриковый вал с двумя маховиками
изводить изменения положений различных подбоек, приспосабливаясь к особенностям расположения рельсовых нитей на стрелочном переводе. Блок имеет централизованную систему смазки от бачков 10. В транспортном положении он закрепляется на раме 2 фиксатором 6. Технические арактеристики приведены в табл. 10.3
Таблица 10.3. Техническая характеристика машин
Параметр ВПР-02 ВПРС-02 ВПР-1200 ВПРС-500
Производителтьность, шпал/ч До 1400 До 700 До 1200 До 500
Производительность, стрелочн. пер./ч — 1,2 1 1
Мощность дизеля, кВт 220 220 176 176
Число подбивочных блоков, пп 2 2 2 2
Число подбоек в подбивочном блоке, шт 2x8 4 2x8 4
Эксцентриситет подбивочного вала, мм 2,5 2,5 1,75/2,5 1,75/2,5
Амплитуда колебаний подбоек мм 4,5-6,5 5 3,5/5 3,5/5
Частота колебаний подбоек, Гц 35 35 35 35
Давление в гидросистеме, МПа До 17 До 17 До 17 До 17
Сила подъемки, кН 250 250 250 250
Сила рихтовки, кН 170 170 170 170
Высота подъемки и сдвижки пути, мм До 100 До 100 До 100 До 100
Геометрический коэффициент сглаживания: нивелировочной, не менее: основной измерительной Системы 3,9 3,24 3,63 4,15
с корректирующей базой 10,2 6,09 7,71 8,8
рихтовочной, не менее по четырем точкам 6,59 7,0 7,0 5,8
по трем точкам 3,25 3,30
Транспортная скорость самоходом, км/ч 80 80 80 80
Габарит вписывания (ГОСТ 9238-83) 02-ВМ 1-Т 02-ВМ 02-ВМ
Масса машины с прицепом, т 56 53,8 41,4 41,2
468
Рис. 10.31. Подъемно-рихтовочное устройство машины ВПРС-02:
1 - рама машины; 2 - универсальные шарнирные узлы; 3 — гидроцилиндры вертикального перемещения ПРУ; 4 - рихтовочные гидроцилиндры; 5 - ребордчатые опорные ролики; 6 - рама ПРУ; 7 - крюковые захваты; 8 - каретки поперечного перемещения захватов; 9 - универсальный шарнирный узел с амортизаторами; 10 - гидроцилиндры продольного маневрирования ПРУ; 11 - сферические шарнирные узлы; 12 - тяговые кронштейны; 13, 14-пневмоцилиндр и крюк транспортных запоров; 15 - гидроцилиндры вертикального перемещения крюковых захватов; 16 - вилка; 17 - хребтовая балка рамы; 18 - гидроцилиндры поперечного перемещения кареток крюковых захватов
Подъемно-рихтовочное устройство. ПРУ (рис. 10.31) выполняет операции перемещения путевой решетки в продольном профиле, по уровню и в плане, а также в необходимых случаях обеспечивает вертикальный прижим. Устройство представляет собой раму 6, опирающуюся на рельсы при работе четырьмя ребордчатыми роликами 5. Рама ПРУ связана с основной рамой 1 машины двумя гидроцилиндрами 3, обеспечивающими вывешивание правой и левой рельсовых нитей или их прижим, двумя гидроцилиндрами рихтовки 4 и с гидроцилиндрами продольного маневрирования 10, обеспечивающими попадание крюковых захватов в шпальные ящики. Все гидроцилиндры соединяются с базовой рамой машины и с ПРУ через универсальные шарнирные узлы, обеспечивающие необходимое число степеней подвиж-
469
YA46)
х Р28
Ш (YA44)
(YA49) 1,5 МПа
(YA41)
(YA35)
И
Ц28
Р29£
1,5 МПа
(YA43)
-* Р21
СКЗ
Ц18
Ц17
Р1
КО5 КО6
Р14
ЗМ1
КП1
50(VA22)
------1
(YA48) Р22|
(от рабочей гидросист.)
(от рабочей гидросист.)
(от рабочей гидросист.)
(назад)
ЛЕВЫЙ
Ц29
.U U27
^0 (YA47)
. “ „ (YA30)
(от рабочей ы-j гидросист.) СК 1
(YA21)
Рис. 10.32. Кинематическая и принципиальная гидравлическая схема привода ПРУ машины ВПPC- 02:
ности. Для захвата рельсов применены крюковые захваты 7, установленные в отверстиях кареток 8, связанных с гидроцилиндрами 18 их поперечного перемещения. Вертикальное перемещение захватов производится гидроцилиндрами 15, связанных с ними вилками 16.
Привод гидроцилиндров, связанных с перемещениями путевой решетки при выправке включает в себя сервовентили СК1-СКЗ (рис. 10.32), работающие совместно с гидрораспределителями Р1, Р21, Р22. Сервовентили обеспечивают плавное регулирование расхода масла с переключениями потоков в зависимости от уровня и полярности электрического сигнала, поступающего па их обмотки управления. Гидрораспределители Р21, Р22 соединяют штоковые полости подъемных гидроцилипдров либо с сервовентилем при подаче сигнала на подъемку пути, либо со сливом при опускании ПРУ в рабочее положение, либо застопоренное положение в нерабочем состоянии. Через гидрораспределители Р28, Р29 в поршневые полости может подаваться сниженное давление, используемое для вертикального прижима соответствующего рельса. Гидрораспределитель Р1 при отсутствии сигнала па сдвиг пути соединяет полости гидроцилипдров Ц27, Ц28 с баком, переводя ПРУ в плавающее положение при перемещениях машины к очередной шпале, а при наличии сигнала - перекрывает сообщение с баком, отключая указанный плавающий режим. Управление продольным маневрированием ПРУ осуществляется через гидрораспределитель Р14. Предохранительный клапан КП1 совместно с обратными клапанами КО5, КО6 ограничивает усилие гидроцилиндров Ц17, Ц18.
Продолжение рис. 10.32
1 - рама; 2 - опорные ролики; 3 - крюковые захваты; 4 - дополнительные роликовые захваты; гидроцилиндры: Ц17, Ц18 - продольного маневрирования ПРУ относительно машины; Ц27, Ц28 - рихтовки; Ц29, ЦЗО - вертикального перемещения ПРУ; гидрораспределители: СК1 (сервовентиль), Р1 - управления рихтовкой, СК2, СКЗ (сервовентили), Р21, Р22 - управления нивелировкой левого и правого рельсов; Р28, Р29 - управления вертикальным прижимом ПРУ; Р14 - управления продольным маневрированием ПРУ; ЗМ1 - гидрозамок; КП1 - предохранительный клапан ограничения продольного усилия при маневрировании ПРУ; КОБ, КО6 - обратные клапаны
471
Рис. 10.33. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для стрелок и пути ВПРС-500:
1 - прицепная платформа; 2, 7, 15 - кабины машиниста, оператора и внешние рабочие; 3 - рама; 4 - гидробак; 5 - дизельный силовой
В эксплуатации находятся выпущенные ранее выправочно-подбивочно-рихтовочные машины ВПРС-500 (рис. 10.33). Эти машины по экипажной части и ряду систем управления и привода унифицированы с машинами ВПР-1200. По выполняемым функциям они аналогичны машинам ВПРС-02. В отличие от них, машины имеют подъемные агрегаты 17, с помощью которых возможен захват и вывешивание рельсовых нитей в рабочей зоне подбивки, открытые внешние кабины управления 75 для работы на стрелочных переводах, иную конструкцию ПРУ 14 [6, 7, 13, 14].
10.7. Выправочво -подбнвочно-рнхтовочные машины Duomatic, Unimat
Высокая производительность непрерывного метода выправки и подбивки пути в сочетании с возможностью получения требуемого качества выполнения технологических операций привело к созданию машин, которые по своему принципу работы являются машинами цикличного действия, но при работе движутся по пути непрерывно. Для технического обслуживания пути на главном ходу Москва — Санкт-Петербург эксплуатируются выправочно-подбивоч-но-рихтовочны машины «Duomatic 09-32 CSM», работающие непрерывно-цикличным методом, и универсальные
472
Продолжение рис. 10.33
агрегат; 6 -нивелировочные тросы; 8 - автосцепки; 9, 16, 22, 24, 26 - тележки рихтовочной и контрольной КИС: передняя, измерительная, контрольно-измерительная, контрольная и задняя; 10, 21 — тяговая и бегунковая ходовые тележки; 11, 25 - трос-хорды рихтовочной и контрольной КИС; 12 - силовая передача (трансмиссия); 13 - насосная станция; 14 - ПРУ; 17 - подъемные агрегаты; 18 - измерительное устройство нивелировочной системы; 19 - подбивочные блоки; 20 — уплотнители балласта у торцов шпал; 23 — мерный каток с датчиком пути
выправочно-подбивочно-рихтовочные для стрелок «Unimat OS-475 4S» производства австрийской фирмы «Plasser & Theurer». Машины оборудуются автоматизированными системами управления процессами выправки рельсовой колеи и уплотнения балласта под шпалами на базе компьютерных технологий. Машины являются сложными агрегатами, требуют соблюдения технологии производства путевых работ, качественного технического обслуживания и высокой квалификации персонала.
Машина 09-32 CSM. Она предназначена для использования на магистральных участках пути и состоит (рис. 10.34) из двух подвижных единиц: базовой машины и постоянно сцепленной с ней через универсальный шарнирный узел полуприцепной платформы 1.
Базовая машина является четырехосной тележечной подвижной единицей с корпусом 4, который опирается на переднюю двухосную тяговую тележку 9 и заднюю бегунковую тележку 17. Тяговая тележка имеет приводные колесные пары, а бегунковая — неприводные. На раме установлено рабочее оборудова-
473
10.34. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина непрерывно-цикличного действия Duomatic 09-32 CSM:
1 - полуприцепная платформа; 2, 5 - кабины машиниста и оператора; 3 - нивелировочная КИС; 4 - корпус с силовым агрегатом, трансмиссией, гидропередачей, тормозной системой; 6 - автосцепки; 7, 12, 16, 18, 20 - передняя, измерительная, контрольно-измерительная, контрольная и задняя тележки КИС; 8 - мерный каток с датчиком пути; 9, 17 - тяговая и бегунковая ходовые тележки; 10 - спутник; 11 - ПРУ; 13 - подбивочные блоки; 14 - уплотнители балласта у торцов шпал; 15, 19 - приводные колесные пары спутника и платформы
ние, дизель с трансмиссией, автосцепное оборудование, тормозная система и т.д.
Управление машиной сосредоточено в кабине машиниста 2 и в кабине оператора 5. Распределение функций управления между кабинами традиционно для машин класса ВПР: в кабине оператора сосредоточено управление транспортным передвижением машины вперед, управление процессом выправки в автоматическом режиме с использованием бортового компьютера ALC; в кабине машиниста сосредоточено управление транспортным передвижением машины по направлению назад, а также основная часть органов управления и контроля выправкой и подбивкой пути.
В транспортном режиме движения машины привод колесных пар тяговой тележки осуществляется через систему гидромеханической трансмиссии с комплексным гидротрансформатором в реверсной коробке. В рабочем режиме привод осуществляется через объемную гидропередачу. Приводными в этом случае являются колесные пары тяговой тележки 9, колесная пара 75 сателлита (спутника) и колесная пара 19 платформы.
Основные рабочие органы: двухшпальные подбивочные блоки 75, подъемно-рихтовочное устройство 77 с тарельчатыми клещевыми роликовыми захватами, уплотнители балласта 14 у торцов шпал, измерительная тележка 72 рихтовочной системы и измерительное устройство 5 нивелировочной системы установлены на спутнике 10.
Выправочная система машины включает четырехточечную рихтовочную систему, которая при рихтовке пути по прецизионному методу переключается на трехточечный режим работы, и двуххордовую трехточечную нивелировочную систему с передней корректирующей хордой.
В состав рихтовочной системы входит передняя натяжная тележка 7 со следящим механизмом сдвига переднего конца рихтовочного троса-хорды, лазерным фотоприемником и катковым датчиком пути 8, измерительная тележка 72 в точке выправки и подбивки, комбинированная тележка 16 с контрольным датчиком стрел изгиба пути, контрольная 18 и задняя тележка 20 с механизмом натяжения троса.
При работе машины спутник 10 совершает движения с остановками в каждом цикле над очередной парой подбиваемых шпал, а сама машина движется непрерывно с незначительными плавными замедлениями и ускорениями. Замедления и ускорения
475
Рис. 10.35. Схема КИС рихтовки машины Duomatic 09-32 CSM:
а, b, с - плечи измерительной базы рихтовочной КИС; d - относительные смещения спутника при работе машины; h2 h2 — измерительная стрела изгиба пути в двух относительных’ положениях 2 и 2" спутника; h3 - контрольная стрела изгиба пути
обеспечиваются применением объемной гидропередачи с плавно регулируемым и подкачивающим насосами. Разгон спутника в цикле осуществляется приводной колесной парой 75 и ускоряющими гидроцилиндрами. Торможение производится тормозом колесной пары. В задней части пролета машины имеются демпфирующие гидроцилиндры амортизации корпуса машины и спутника при их возможном сближении.
Для эксплуатации на российских железных дорогах машина оборудована автосцепками 6 и соединительными тормозными рукавами.
Система управления рихтовкой машины 09-32 CSM. На машине применена четырехточечная рихтовочная КИС, схема которой показана на рис. 10.35. Также, как и на машинах ВПР-02, ВПРС-02, система может быть включена в режим четырехточечного измерения положения пути в плане, когда рихтовка производится методом сглаживания, либо в режим трехточечного измерения при рихтовке пути прецизионным методом или с использованием лазерного луча. В последнем случае измерительная хорда защемляется в контрольной точке 3 накидной вилкой, и из работы выключается контрольный датчик стрелы изгиба h2.
476
Принципы работы трехточечной и четырехточечной КИС обсуждались в п.п.10.4 и 10.5. В отличие от описанных выше систем, измерительная тележка 2 установлена на спутнике машины между ПРУ и подбивочными блоками и при работе во время выполнения операций подбивки и выправки смещается назад вдоль измерительной хорды относительно точек 7, 3, 4. Это смещение измеряется потенциометрическим датчиком. Сигнал датчика компенсирует изменения коэффициента К соотношения измерительной h2 и контрольной Л3 стрел изгиба пути.
В расчетной схеме начальным положением является крайнее положение спутника впереди. Для этого положения плечи измерительной хорды: а, Ь, с. Во время выполнения операций выправки и подбивки спутник стоит, а машина движется вперед. Датчик измеряет относительное смещение d спутника и корпуса машины. Среднее плечо b уменьшается на это смещение, а переднее плечо с — увеличивается. В текущем положении спутника система должна отследить соотношение измерительной и контрольной стрел изгиба пути* (корректировка на переходной кривой не рассматривается):
Tij _ (а + b - d}(c + d) hj a(b + c)
(10.45)
После преобразований основная формула выправки для такой системы с подвижной вдоль машины измерительной точкой:
(10.47)
(10.48)
h2 = (KQ + Kd)h3 , (10.46)
где Ко — начальный коэффициент соотношения стрел изгиба пути
Ко = с(а + b)/[a(b +с)];
где Kd — переменная часть соотношения стрел изгиба пути
_(a + b-c)d-d2 d a(b + с)
В приведенных формулах, коэффициент соотношения стрел изгиба пути имеет постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая Kd зависит нелинейно от относительного смещения спутника и корпуса машины и учитывается в системе управления.
477
При движении машины изменяется и статический коэффициент сглаживания (см. формулу (10.44)):
(Ь + с) (а+Ъ+с)
m'=W-W+b~dy <10-49)
Статический коэффициент сглаживания во время движения корпуса машины при остановленном спутнике увеличивается. Это является особенностью машин с непрерывно-цикличной схемой работы.
Система управления нивелировкой машины 09-32 CSM. Для машин «Duomatic 09-32» нивелировочная схема измерения положения пути в продольном профиле и по уровню традиционна для машин ВПР, ВПРС (см. рис. 10.26). В отличие от других машин ВПР, поперечное смещение подбивочных блоков обеспечивается боковым смещением спутника на дополнительной колесной паре. Измерительные устройства установлены на спутнике, поэтому во время работы машины датчики смещаются вдоль тросов.
Измерительной базой для продольного профиля служит трехточечная измерительная схема, правый и левый измерительные тросы которой натянуты между передними нивелировочными и задними контрольными устройствами. Измерение положения в продольном профиле рельсовых нитей производится потенциометрическими датчиками.
Измерения положения пути по уровню производятся в точках: до выправки маятниковым датчиком, установленным на передней тележке, в зоне выправки и подбивки — маятниковым датчиком, установленным на маятниковом мосту, после выправки — маятниковым датчиком, установленным на контрольноизмерительной тележке. Задание на подъемку и возвышение рельсовых нитей можно ввести через передние точки системы, посредством «сдвига нуля» управления либо их соотношением, это повышает универсальность системы выправки пути.
Установка пути в продольном профиле и по уровню производится ПРУ, состоящим из правого и левого подъемных механизмов с гидроцилиндрами. Принцип действия ПРУ аналогичен машинам ВПР-1200 и ВПР-02.
Универсальная машина 08-475 Unimat 4S. Машина представляет собой постоянно сцепленный экипаж, состоящий из основной машины 5 (рис. 10.36) и дополнительного вагона 8. Анало
478
гично всем машинам класса ВПР на основной машине под капотом 2 расположен дизельный агрегат мощностью 348 кВт, связанный через трансмиссию 24 с приводными колесными парами двухосной тяговой тележки 25. В рабочем режиме дизельный агрегат через силовую передачу передает мощность на гидронасосы, приводящие рабочие органы и механизмы передвижения машины. Дополнительный привод от гидромоторов в рабочем режиме осуществляется также на колесные пары двухосной бе-гунковой тележки 18. Дополнительный вагон опирается на переднюю 15 и заднюю 10 колесные пары. Машина оснащена автосцепками 9, тормозной системой, сигнальными устройствами и Др.
Рабочие органы включают ПРУ 22 с крюковыми захватами, на оба рельса. Во время работы ПРУ может сдвигаться вдоль машины для попадания захватов в шпальные ящики при захвате под подошву рельса. Для предотвращения перегрузки ПРУ при работе на стрелочном переводе, вследствие несимметричного приложения подъемной нагрузки, машина дополнительно оборудована правым и левым подъемными механизмами 23 с роликовыми захватами. При работе указанные механизмы захватывают стрелочный перевод за рамный рельс. Система управления обеспечивает синхронный подъем стрелочного перевода за три точки, предотвращая его перекос.
Уплотнение балласта в подшпальной зоне производится четырьмя одношпальными подбивочными блоками 20. Два блока располагаются снаружи от колеи, а два блока внутри колеи. Блоки перемещаются вертикально по цилиндрическим направляющим гидроцилиндрами в подвижных рамах 4, Рамы внешних подбивочных блоков через вертикальные шарниры установлены на поворотных телескопических стрелах 19. Каждая стрела и рама в плане представляют собой шарнирный двухзвенник, элементы которого могут поворачиваться гидроцилиндрами. Такая система подвешивания подбивочных блоков обеспечивает их независимую установку в любой рабочей зоне стрелочного перевода в соответствии с текущей ориентацией брусьев относительно продольной оси машины. Блоки оснащаются двумя рядами подбоек с независимым откидыванием каждой из них.
На дополнительном вагоне размещены уплотнители балласта у торцов шпал 13, а также балластораспределительное оборудование, включающее щеточный подборщик 11 с выбросным
479
транспортером, продольный загрузочный транспортер 7 и бункер-накопитель 6 с разгрузочно-дозирующими устройствами 14.
На вагоне расположен также кузов 16 для перевозки путевых материалов и инструмента.
КИС машины включает в себя рихтовочную и нивелировочную системы, устройство которых также традиционно для машин ВПР. Рихтовочная система четырехточечная, состоящая из концевых тележек 26, 12, нивелировочно-рихтовочного измерительного устройства 27 и контрольно-измерительной тележки 17. Нивелировочная система двухтросовая, содержит нивелировочные и контрольные устройства, расположенные в передней кабине оператора 1. Управление комбинированным подъемно-рихтовочным устройством и трехточечной подъемкой стрелочных переводов сосредоточено в рабочей 3 кабине.
Машина позволяет производить точную установку стрелочного перевода с предварительной подбивкой балласта под рамным рельсом, расположенного на значительном расстоянии от продольной оси машины.
Продолжение рис. 10.35
1, 3, 27 - кабины: оператора, рабочая и машиниста; 2 - силовой дизельный агрегат; 4 - поворотные рамы подбивочных блоков; 5 - рама основной машины; 6 - бункер-накопитель балласта; 7 - наклонный транспортер; 8 - рама прицепного вагона; 9 - автосцепки; 10, 15 - колесные пары; 11 - щеточный подборщик балласта; 12, 17, 28, 26 - задняя, промежуточные и передняя тележки КИС; 13 - уплотнители балласта у торцов шпал; 14 -дозатор балласта; 16- кузов для путевого инструмента и материалов; 18,25 -ходовые тележки основной машины; 19 - поворотные консоли подбивочных блоков; 20 - подбивочные блоки (4 шт.); 21 - нивелировочно-рихтовочное измерительное устройство; 22 - ПРУ с крюковыми захватами; 23 - боковые подъемные устройства для рамных рельсов стрелочных переводов; 24 - силовая передача (трансмиссия)
480
16 Путевые машины
£ Рис. 10.36. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для стрелок и пути Unimat 08-475-4S:
IO.S. Освовы расчета подбнвочных блоков
Подбивочный блок — это вибрационное устройство, предназначенное для уплотнения балластного слоя под подошвами шпал. Шпалоподбивочпый механизм блока имеет привод вибраций в виде эксцентрикового вала, соединенного через шатунные элементы (жесткие шатуны или гидроцилиндры) с концами рычагов подбоек и механизм обжатия (подачи) лопаток подбоек (гидроцилиндры, заменяющие шатуны, или гидроцилиидры продольного смещения центральных шарниров рычагов). Дополнительные приводы блока: — механизм заглубления (подъема, опускания) блока, механизмы перемещения блока в поперечном оси пути направлении при вписывании в кривые и перемещения машины вдоль пути. Технические расчеты подбнвочных блоков выполняются в целях оценки: производительности блока и машины, технологического эффекта работы блока через показатели качества уплотнения, усилий в элементах механизмов при расчете на прочность и надежность, характеристик энергоемкости при выборе параметров приводов и др.
Производительность выправочно-подбивочной машины
П. = 3600лшп/Тц , (10.50)
где Лт — техническая производительность, шпал/ч;
Гц — время цикла, с;
пап — число одновременно подбиваемых шпал, шт.
Цикл подбивки и выправки пути складывается из затрат времени на переезд машины fnep к очередной подбиваемой шпале (группе шпал) и на установку блока поперек пути густ, времени на срабатывание рельсового захвата ПРУ ; , опускание и заглубление подбоек в балласт г, сжатие и раскрытие / подбоек и на подъем блока гпод.
Т = t + t + t + t + t + t + t (10.51)
ц пер уст зах загл еж рас под
Время уплотнения ?уШ1(т1П) = /,игл + ?.ж, с, определяется минимально необходимым количеством (<orB)min вибровоздействий на балласт:
482
'уплЫп) = (600-800)/220 = (2,7-3,6), (10.52)
где ® — угловая частота колебаний подбоек, рад/с.
Для машин ВПР, ВПРС / = (1,5-2,5) с; = (0,3-0,5) с;
гпод = (0,6-0,7) с; t = (0,5-0,7) определены из опыта. При
работе на рыхлом щебне и совмещении операций время цикла Тц = (5-7) с, что определяет их производительность. При работе на уплотненном и слежавшемся щебне (увеличивается сопротивление внедрению) производительность машин снижается за счет увеличения времени на заглубление подбоек.
Мощность выправочно-подбивочиой машины (кВт), затрачивается при виброуплотнепии на привод подбивочных блоков N (холостой режим), заглубление подбоек N и виброобжатие балласта N^, па привод вспомогательного оборудования ХА&’ (компрессоры, генераторы и др.) и передвижение машины N^, тогда:
мощность при уплотнении
*дв(упл) = ^«блЧ + ^заглпбл/п2 + ^вопбл/-Пз+ INJ/^;(10.53) мощность при передвижении в рабочем режиме (^га = = 0)
= WV ХВД, + , (10.54)
где л6л — число одношпальных подбивочных блоков иа машине, шт.; — к.п.д. привода соответствующих передач.
Для машип ВПР минимальная суммарная мощность холостого режима при работе насосов гидросистемы иа слив (гидроаккумулятор заряжен) равна 7Vxp(min)= 58,9 кВт, а максимальная суммарная — Nxp(max)= 127 кВт [6].
При движении машины на перегоне с транспортной скоростью потребную мощность определяют по методике тяговых
расчетов. По максимальному из значений ^упл), ^пер) и подбирают мощность силовой установки машины.
Мощность подбивочного блока, подводимая к механизмам заглубления, вибрации и обжатия (подачи) лопаток подбоек, расходуется на изменение уплотненного состояния балластного слоя под
483
подошвами шпал, а также па преодоление сил трения в подшипниках и шарнирных соединениях. Потери энергии в гидроприводе учитываются отдельным расчетом. У большинства выправочно-подбивочных машин каждый привод вибраций (эксцентриковый вал) осуществляется от отдельной независимой гидросистемы, а привод вертикального и поперечного перемещения блока и обжатия - от общей рабочей гидросистемы. Это позволяет гарантировать независимость частоты вращения вала от колебаний давления и расхода рабочей жидкости в общей гидросистеме машины. Поэтому анализ энергетического баланса целесообразно производить отдельно для приводов вибраций и обжатия.
Мощность, развиваемая приводами шпалоподбивочных механизмов блока в момент заглубления подбоек и виброобжатия балласта N6n = Утр/11,+ + ^o/r>3 > кВт < N-rp~ мощность, расхо-
дуемая на преодоление сил трения в шарнирных соединениях блока, возникающих от действия нагрузки, сил инерции и тяжести подвижных звеньев). В расчетах можно принимать, что Nrp составляет 5-10 % от полезной мощности Neo или определить по методике, изложенной в [6]. Распределение полезной мощности между механизмами заглубления, вибраций и обжатия зависит от режимов виброуплотпения (см.п.10.2) и можно представить, кВт:
м = ы + д/ • N = N + N лил заиЦвпбр) загл(вн)’ во внбр обж ’
rfleWuir;1(Hll6p). Nmi — составляющие полезной мощности иа заглубление подбоек в балласт, затрачиваемые механизмом вибраций и механизмом заглубления (внедрения), кВт;
Л^р, TV,flA — составляющие полезной мощности иа виброобжатие балласта, затрачиваемые механизмом вибрации и механизмом обжатия, кВт.
Для определения составляющих мощности Уигл, NBO необходимо зпать изменения реакций балласта (усилий), приложенных к лопаткам подбоек, в функции используемого показателя уплотнения и перемещения лопаток во время обжатия.
При взаимодействии рабочей площадки лопатки и балласта (см. рис. 10.8, а) прямая линия 1-3 отражает положение «границы»» балластного материала под шпалой при отрывах лопатки (без учета упругой отдачи балласта на участке В-В]), а участок кривой 3-4 — совместное движение лопатки подбойки и «границы» балласта. В момент контакта лопатки с балластом на её рабо
484
(10.55)
чей поверхности возникает реактивное усилие, которое растет по мере обжатия. Наибольшего значения усилие обжатия />о6ж(тах) достигает к окончанию подбивки шпалы (см. рис. 10.8, в).
Максимальная сила обжатия, действующая на рабочую площадь лопатки подбойки, кН:
Р = nF • обж(тах) г 'пр ’
р = </|Л?(2е - 1)| ,
где р — реактивное давление балласта на площадку подбойки при виброобжатии, МПа;
ц —опытный коэффициент (</ = (0,3-0,5) 10’ кПа — для рыхлого балласта; q = (0,6...0,8) 10’ кПа — для уплотненного балласта);
е = еу(|л — показатель степени уплотнения, определяется по формуле (10.18); Fnp = а Л(1 + <//2а + d/2b) - приведенная площадь рабочей площадки лопатки, м2;
а. b — ширина и высота рабочей площадки лопатки, м; d— средний диаметр частицы балласта (для щебня d =0,04 м).
Мощность, затрачиваемая па виброобжатие балласта, определяется из рассмотрения работы силы обжатия Р^ж на перемещении обжатия S’ = V^T= ЗлИ^со балласта за цикл колебаний Тц = + tKW.
Средняя (номинальная) мощность за цикл колебаний, кВт,
^во(ном) - (МподЛ^/Т- кнПподРобмУобж ’ (10.56)
где кя — коэффициент, учитывающий затраты мощности
на обжатие балласта нерабочей частью подбойки (к„ = 1,15-1,2);
Л>б*= (О.б-О.Т^овжппах)— среднее усилие на рабочей площадке подбойки при виброобжатии балласта, кН;
”нод — количество подбоек в блоке, шт;
S — величина обжатия балласта за период колебаний с учетом отдачи 5ОТД, м;
~ S/T— скорость обжатия, м/с.
Максимальная мощность, кВт,
^воОпах)- ^н^под^обж^обж^^кон^ ~ ^воЩом/^Кон) ’ (Ю.57)
Максимальная мощность характеризует неравномерность полезной нагрузки внутри цикла колебаний и частично компенсируется инерцией вращающихся масс подбивочного блока.
485
Распределение полезной мощности между механизмами вибрации и обжатия за одни оборот эксцентрикового вала определяется составляющими 5'в1|бр и 5^ перемещения балласта S :
S = S' , + S к ; вибр обж ’
е = у t
внбр обж'отр ’
<? — у t
обж обж кон’
(10.58)
Как видно из графиков (см. рис. 10.8, а, в) обжатие балласта осуществляется только за время t , при этом механизм подачи за это время может совершить работу, обусловленную перемещением S^.*, а та работа на обжатие, которая не совершалась за время / , производится механизмом вибраций. Этот механизм «компенсирует» недостающее смещение 5'ви6р. Поэтому номинальная мощность распределится следующим образом:
^внбр ^во(ном)^отр^ ’
(10.59)
^обж“ ^1Ю(НОМ)^КО1/^ ’
Максимальная полезная мощность ^гл в конце заглубления подбоек определяется по формуле:
N = [2Р'?Р (f, + tg(B /2)) + PBSP ]V n ; (10.60) загл 1 обж v| 1Ь\ГКЛ J' обж-» вн под ’
= ^„//И«(2еупл - 1)1; (10.61)
= F„7f/IH2eyiw - 1)1; (10.62)
где — горизонтальное усилие, действующее на боковые поверхности клиновой части подбойки, кН;
— вертикальное усилие, действующее на лобовую кромку подбойки, кН;
/j — коэффициент трения боковой поверхности клиновой части подбойки о балласт;
Pra—угол при вершине клиновой части рабочей плоШадки подбойки, град. (Рк;1 = 6-8°);
Кнн— скорость заглубления (внедрения) подбоек в балласт (КЮ1 = /7),
м/с;
5,ИГ1— заглубление подбойки за цикл колебаний, м; шт;
486
Fnp— приведенная площадь лопатки подбойки, м2; Г11т(;и’’ = «81Н1Л (I + <//(2 а) + + <//(28^)) — приведенная площадь торцевой части подбойки, м2;
Ппоа— число подбоек в блоке;
«, 8ПОД— ширина и толщина лобовой кромки рабочей площади, м;
d— средний диаметр частиц балласта, м;
q— опытный коэффициент (см. формулу 10.55);
еупл— значение коэффициента пористости в конце заглубления подбойки в балласт.
Распределение затрат мощности N.Mrn на составляющие ^гжввбру ^гжвп) можно подсчитать по методике [6].
В расчетах энергетического баланса дизельного агрегата составляется циклограмма требуемой мощности для привода всех механизмов машины в рабочем и транспортном режимах. При разработке циклограммы учитывается использование аккумулирующих энергию устройств и систем, которые в периоды минимального значения потребляемой мощности накапливают потенциальную (гидропневмоаккумуляторы) или кинетическую (маховики) энергию, а в периоды пиков нагружения эту энергию отдают, т.е., сглаживают пиковые нагрузки на силовой агрегат и неравномерность вращения механизмов машины.
Потребляемая мощность в конце цикла виброобжатия балласта на машинах ВПР превышает поминальную мощность установленного первичного двигателя. Для уменьшения перегрузки двигателя и падения его числа оборотов, на эксцентриковых валах подбивочных блоков устанавливаются маховики. При заглублении и сжатии подбоек маховики отдают накопленную кинетическую энергию эксцентриковым валам и, тем самым, предупреждают недопустимую перегрузку двигателя и падение его оборотов. Во время переезда к следующей группе подбиваемых шпал, торможения и остановки машины двигатель оказывается недогруженным и маховики вновь запасают энергию и восстанавливают свою максимальную частоту вращения. Далее процессы цикла работы машины повторяются.
Допустимый момент инерции маховиков подбивочных блоков определяют из условия восстановления их максимальной частоты вращения за время переезда к следующей группе подбиваемых шпал по формуле, кг м2:
. (10.63)
487
5220
Рис. 10.37. Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-З-ЗООО:
1 - основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2, 6 - передняя и задняя кабины управления; 3 - ферма; 4 - механизм перемещения (подвеска) виброплит;
где — номинальная мощность двигателя машины кВт;
N»» — максимальная суммарная мощность холостого режима машины, кВт;
<—время рабочего переезда, торможения и остановки машины, с; о — коэффициент неравномерности вращения эксцентрикового вала или вала дизеля (5 = (й)т.|х -
соСР — средняя угловая скорость вращения эксцентрикового вала (®С/> = (“max + рал/с;
<виюх, <omin — соответственно максимальная и минимальная угловые скорости вращения эксцентрикового вала, рал/с; На машинах ВПР суммарный момент инерции маховиков, равен 14,7 кгм2.
10.9. Выправочно-подбивочно-отделочкые машины ВП0-3000 и ВП0-3-3000
Машина ВПО-З-ЗООО (рис. 10.37) предназначена для выполнения комплекса заключительных работ технологических процессов технического обслуживания пути и нового строительства: дозирования балласта в путь; выправочной подъемки пути в продольном профиле, по уровню и в плане; уплотнения балласта в подшпалыюй зоне (подбивки), планировки поверхности балластной призмы па откосах и междупутье с одновременным ее уплотнением в этих зонах; очистки поверхностей рельсов и шпал от излишков балласта с выбросом в сторону. Машина применяется при реконструкции пути, капитальном, среднем и подъемоч-ном ремонтах при всех типах верхнего строения пути магистральных и промышленных железных дорог. Все основные технологические операции производятся при непрерывном движении машины отдельным тепловозом.
Продолжение рис. 10.37
5 - ПРУ; 7 - насосная станция; 8 - автосцепки; 9, 14, 16, 21 - задняя, промежуточные и передняя тележки КИС; 10 - активные рельсовые щетки; 11 - уплотнители откосно-плечевых и междупутных зон балластной призмы; 12, 20 - задняя и передняя ходовые тележки (типа 18-100); 13 - планировщики; 15 - подборщик балласта; 17 - основные виброплиты; 18 - балластный плуг; 19 — дозатор; 22, 23 - трос-хорды рабочей и контрольной КИС
489
Экипажная часть машины включает сварную ферму 3 двухбалочной конструкции с поперечными связями, придающими ей необходимую жесткость при восприятии рабочих нагрузок. Ферма опирается на заднюю 12 и переднюю 20 ходовые тележки типа 18-100. Машина оборудована всеми стандартными устройствами и системами, позволяющими включать ее в состав поезда: автосцепками 8, тормозным оборудованием, сигнальными устройствами. На ферме в последовательности выполнения основных технологических операций по ее оси, или с двух сторон симметрично, смонтированы рабочие органы: правый и левый дозаторы 19, позволяющие, при необходимости, дозировать порции балласта, выгруженного па обочины, в путь; балластный плуг 18, служащий для перевалки излишков балласта с поверхностей шпал внутри колеи на плечи и откосы балластной призмы; ПРУ 5 с электромагнитно-роликовыми захватами, конструкция которых аналогична захватам электробалластеров; основные уплотнительные виброплиты 17 с механизмами 4 их установки в рабочее и транспортов положения (подвеска виброплит), производящие уплотнение балласта под шпалами в зоне вывешивания путевой решетки с помощью ПРУ; подборщик балласта 15, состоящий из горизонтальной роторной тросовой шпальной щетки с приводом и выбросного ленточного транспортера; правый и левый планировщики 13, служащие для засыпания траншей после прохода виброплит с одновременным формированием поверхностей балластной призмы на откосе или междупутье; правый и левый уплотнители 11 откосно-плечевых и междупутных зон; правые и левые активные роторные рельсовые щетки 10, очищающие зоны рельсовых скреплений и боковые поверхности рельсов от балласта и загрязнений. При работе энергоснабжение основных механизмов осуществляется от основного дизель-электрического агрегата переменного тока, расположенного для удобства обслуживания и ремонта под капотом 1. Здесь же располагается аварийный дизель-электрический агрегат, используемый для приведения рабочих органов в транспортное положение при отказе основного агрегата, а также для вспомогательных нужд. В большинстве рабочих органов применен объемный гидропривод, насосная станция которого смонтирована под капотом 7 в задней части машины.
Машина оснащается трехкоордипатпой трехточечной КИС системы ВНИИЖТа с использованием микропроцессорного уп
490
равления, а также контрольной системой. Рабочий стрелограф машины включает переднюю 21 и заднюю 14 концевые тележки и измерительную тележку 16. Между концевыми тележками натягивается измерительный трос-хорда 22. Более подробно эта система описана в разделе 10.12. Для контрольного троса-хорды 23 концевыми являются тележки /6 и 9, а измерительной - тележка 14, на которой располагается датчик стрелы изгиба. Одновременно контрольная система имеет датчик уровня, располагаемый на задней тележке 9 вне зоны влияния вибраций.
Управление машиной осуществляется из передней кабины 2 (управление дизель-электрическими агрегатами, дозатором и балластным плугом) и из задней кабины 6 (управление выправкой, подбивкой, уплотнением откосно-плечевых и междупутных зон призмы, отделкой пути). Кабины установлены На резинометаллических амортизаторах, служащих виброизоляторами.
Подъемно-рихтовочное устройство (рис. 10.38) предназначено для выправки пути в продольном профиле, По уровню и в плане в пределы установленных допусков и норм содержания и является исполнительным рабочим органом соответствующей автоматизированной системы управления выправкой. Оно состоит из захватной части, включающей четыре электромагнитно-роликовых захвата 7, подвешенных через шарнирные узлы на траверсах 8, выполняющих одновременно функции балансира компенсации изгиба рельсовых нитей при вывешивании путевой решетки. В отличие от ПРУ электробалластеров ЭЛБ-ЗМК и ЭЛБ-4, подвешивание захватов осуществлено сверху, что упрощает их конструкцию и облегчает выполнение ремонтных работ. Механизмы подъема правой и левой рельсовых нитей состоят из гидроцилиндров 4, которые проушинами штоков через сферические шарнирные узлы 9 соединены с траверсами, а проушинами корпусов - через другие шарнирные узлы 3 - с поперечным кронштейном 2, установленным па ферме 1 машины. Так как правый и левый гидроцилиндры подъема работают независимо, то в совокупности они производят также и установку пути по уровню. Механизм сдвига путевой решетки состоит из правой и левой выдвижных трубчатых балок 11, которые вварены в траверсу 8. Эти балки через промежуточные втулки подвижно установлены на центральной трубчатой балке 18. Внутри балок установлены гидроцилиндры 16, соединенные с ними через сферические шарнирные узлы. Этими гидроцилиндрами выдвиж-
491
Рис. 10.38. Подъемно-рихтовочное устройство:
1 - ферма машины; 2 - поперечный кронштейн; 3, 9 - сферические шарнирные узлы; 4, 16 - гидроцилиндры подъема и сдвига пути; 5, 6 - транспортные упоры и стяжки; 7 - электромагнитно-роликовые захваты; 8 - траверсы; 10 - рихтующие ролики; 11 - выдвижные балки, неподвижно соединенные с траверсами; 12 - плужки; 13 - реактивный кронштейн; 14 - шарнирные узлы; 15 - кронштейн фермы машины; 17 - шарнирный узел крепления центральной балки и реактивного кронштейна; 18 - центральная балка
Рис. 10.39. Кинематическая схема подвески виброплит:
ные балки могут перемещаться в поперечном оси пути направлении относительно центральной балки. На выдвижных балках внизу установлены на осях рихтующие ролики 10, которые при работе контактируют с внутренними боковыми поверхностями головок рельсов, передавая на них усилия сдвига. Реактивное усилие, связанное со сдвигом путевой решетки, воспринимается центральной балкой и через шарнирный узел 17 передается на реактивный кронштейн 13. Этот кронштейн с другой стороны через шарнирные узлы 14 закреплен на кронштейне 15 фермы машины. Гидросистема привода сдвига пути позволяет при работе машины обеспечить постоянный контакт роликов 10 с головками рельсов за счет подачи масла в обе рабочие полости гидроцилиндров 16 (подсоединение по дифференциальной схеме) при отсутствии сигнала на сдвиг пути.
При приведении ПРУ в транспортное положение траверсы 8 с захватами 7 сдвигаются к середине фермы, гидроцилиндры 4 поднимают захваты до их контакта с упорами 5, после чего они дополнительно закрепляются винтовыми стяжками 6.
Уплотнительные рабочие органы — основные вибрационные подбивоч-ные плиты (виброполи-ты) (см. рис. 10.3, б) предназначены для уплотнения балласта в подшпальной зоне при непрерывном его вибро-обжатии в горизонтальной плоскости со стороны торцов шпал, а дополнительные виброплиты (см. рис. 10.3, в) -для уплотнения балласта на откосах и междупутье балластной призмы. Виброплита 8 (рис. 10.39) имеет независимую под-
1 - вертикальные направляющие колонны; 2 - подъемно-поворотные кронштейны; 3 - продольная балка; 4, 6 - гидроцилиндры бокового смещения и подъема виброплиты; 5 — обойма крепления гидроцилиндра 4 к колонне; 7 - кронштейны; 8 - виброплита
493
веску для установки се в рабочее и транспортное положение, а также для изменения положения относительно оси фермы для вписывания в кривые. Виброплита подвешена на продольной балке 3, которая шарнирно соединена с двумя подъемно-поворотными кронштейнами 2. Кронштейны установлены на вертикальных направляющих колоннах 1, неподвижно связанных с фермой машины. Синхронные подъем и опускание кронштейнов осуществляются гидроцилипдрами 6, связанными с ними через дополнительные кронштейны 7. Кронштейны 2 и балка 3 в плане образуют шарнирный параллелограммный механизм. Поперечное движение виброплиты производится гидроцилиндром 4, проушина штока которого через ось закреплена на балке, а корпус через обойму соединен с передней колонной. Виброплита (рис. 10.40, а) имеет корпус сварной конструкции с твердосплавной износостойкой наплавкой, имеющий заостренную в плане носовую часть 16, основной 15 и дополнительный 13 уплотнительные клинья, через которые осуществляется виброобжимное воздействие на подшпальпую зону. Внутри корпуса установлен шестидебаланспый вибровозбудитель 14 с направленной поперек пути вынуждающей силой, генерирующий поперечные вибрации. Впброплита через комплекты листовых рессор 5, 10, выполняющих функции упругих связей в колебательной системе, подвешена па продольной балке 8, также сварной конструкции. На балке установлен электродвигатель 6, связанный со входным валом вибровозбудителя через карданный вал 7. Продольная балка устанавливается проушинами 3, 12 через шарнирные узлы на подъемно-поворотных кронштейнах. В передней части балки расположен рассекатель балласта 1, уменьшающий тяговую нагрузку На рессорные комплекты, а также отбойный лист 2, служащий для уменьшения потерь балластного материала, направляемого в зону уплотнения. Вибровозбудители виброплит машины ВПО-ЗООО (6) и ВПО-З-ЗООО (в) содержат дебалансы 17, установленные па вертикальных валах в подшипниковых опорах, и синхронизирующие зубчатые колеса 18, находящиеся в зацеплении друг с другом. В варианте (в) косозубые колеса 18 находятся сверху, позволяя понизить уровень расположения по высоте вектора вынуждающей силы, приблизив его к уровню вектора реакции балласта. По условиям оптимального сочетания параметров вибрирования требуется повышенная угловая частота вибрирования, по сравнению со стандартной для элект-
494
Рис. 10.40. Продольная балка с виброплитой:
а — общий вид; б, в — кинематические схемы приводов виброплит машин ВПО-ЗООО и ВПО-З-ЗООО; 1,2- рассекатель балласта и отбойный щит; 3, 12 - проушины крепления балки на подъемно-поворотных кронштейнах подвески; 4, 9 - крюки крепления транспортных растяжек; 5, 10 - передний и задний комплекты листовых рессор; 6,7 - электродвигатель и карданный вал привода дебалансного вибровозбудителя; 8 - продольная балка; 11 - палец крепления гидроцилиндра поперечного сдвига виброплиты; 13, 15 - дополнительный и основной уплотнительные клинья; 14 - шестидебаланс-ный вибровозбудитель; 16 - носовая часть; 17 - дебалансы; 18, 19 - синхронизирующая и ускоряющая зубчатые передачи
ропривода промышленного исполнения частотой (25 Гц), поэтому в виброплите применена дополнительная ускоряющая зубчатая передача 19.
Виброплиты (рис. 10.41) в рабочем положении (см. также рис. 10.40) клиновой частью заглублены на 60-100 мм ниже подошв шпал ремонтируемого пути, и в горизонтальной плоскости основные уплотнительные клинья заходят под концы шпал иа 150-175 мм. Уплотнительные клинья виброплит подают балласт в подшпальное пространство и в процессе вибрационного и об-
495
Рис. 10.41. Виброплита машины ВПО-ЗООО:
а — общий вид; б — разрез по рессорному комплекту; 1 - корпус; 2 - кронштейны; 3 - двухрядные роликовые сферические подшипники; 4 - валы; 5 - дебалансы; 6 - синхронизирующие зубчатые колеса; 7 - пальцы; 8 - резино-металлические втулки; 9 - кронштейны; 10 - продольная балка; 11 - листовые рессоры
жимного воздействия уплотняют его там, создавая в подрельсовых зонах повышенную степень уплотнения, постепенно уменьшающуюся к середине шпал. Такое распределение способствует уменьшению изгибных нагрузок на шпалы от поездов, предотвращая их излом в среднем сечении.
Уплотнитель откосов и междупутья машины ВПО-З-ЗООО (рис. 10.42) содержит уплотнительную виброплиту, имеющую корпус 14 с рабочей уплотнительной поверхностью корытообразной формы без задней по ходу движения стенки. К корпусу неподвижно присоединены два строительных вибратора 12. При работе вибраторов возникает явление самосинхронизации, что дает возможность получить суммарную вынуждающую силу, направленную перпендикулярно рабочей уплотнительной поверхности.
496
Виброплита через закрытые пружинные амортизаторы 11 и горизонтальные оси 13 установлена па шарнирно-рычажном механизме с приводом от гидроцилиндров 4, 8. Этот механизм имеет рамы 7, 9, 10, соединенные между собой через шарнирные узлы и установленные на поперечной балке 5. В целом, механизм является манипулятором, позволяющим устанавливать виброплиту в любое положение на откосно-плечевой и междупутной зонах балластной призмы (рис. 10.42, а). Гидроцилиндром 16 достигается регулирование угла атаки виброплиты при ее непрерывном движении вместе с машиной по поверхности балластной призмы. Уплотнение балласта в зонах около торцов шпал способствует по-
Рис. 10.42. Уплотнитель откосов и междупутья машины ВПО-З-ЗООО:
а — положения при работе и транспортное положение; б — кинематическая схема виброплиты; 1 - ферма машины; 2 - транспортные стяжки; 3 - кронштейн; 4, 8, 16- гидроцилиндры поворота верхней, вертикальной и промежуточной рам; 5, 15 - поперечная и тяговая (для установки автосцепки) балки; 6 - шарнирный узел; 7, 9, 10 - верхняя, вертикальная и промежуточная рамы; 11 - пружинные амортизаторы; 12 - строительные вибраторы; 13 - шарниры компенсационного поворота виброплиты; 14 - корпус виброплиты
497
вышению сопротивления поперечному сдвигу путевой решетки под воздействием различных факторов, следовательно, повышает безопасность движения поездов. В транспортном положении уплотнитель закрепляется винтовыми стяжками 2.
В эксплуатации к настоящему времени находится значительное количество выпущенных ранее выправочно-подбивочно-от-делочных машин ВПО-ЗООО непрерывного действия (рис. 10.43). Машина выполняет аналогичные функции, поэтому компоновка основных рабочих органов па ферме 2 схожа с аналогичной компоновкой машины ВПО-З-ЗООО. Наиболее значимые отличия: привод рабочих органов электромеханический с использованием червячных редукторов, винтовых передач и реверс-редукто-ров с фрикционными муфтами переключения; конструкция дозатора 16 аналогична конструкции дозатора электробалластера ЭЛБ-ЗМ; уплотнители 9 имеют ограничения подвижности виброплиты, поэтому их использование ограничено узким диапазоном размеров откосно-плечевых зон балластной призмы; в связи со смещением центра массы машины назад, применена задняя трехосная ходовая тележка 11 типа 18-102; дизель-элетрический агрегат размещается в кабине / вагонного типа.
Технические характеристики машин даны в табл. 10.4.
Таблица 10.4
Параметры ВПО-ЗООО ВПО-З-ЗООО
Рабочая скорость, км/ч 1,2...2,0 1,6...2,0
Тип силовой установки У-36 У-36М
Мощность силовой установки, кВт 200 200
Максимальная сила подъемки, кН 200 250
Максимальная сила рихтовки, кН 143 170
Мощность электродвигателей виброплит, кВт 55 55
Вынуждающая сила каждой виброплиты, кН 200 250
Частота колебаний виброплиты. Гц 24,5 35
Амплитуда колебаний, мм 5...8 3...6
Мощность привода уплотнителей откосов, кВт 2x20 4x1,1
Габарит вписывания по ГОСТ 9238-83 1-Т 1-Т
Транспортная скорость в составе поезда, км/ч 50 100
Масса, т 106,5 93
498
Рис. 10.43. Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-ЗООО:
1 - передняя кабина управления с дизель-электрическим агрегатом; 2 — ферма; 3 - электромеханический червячно-винтовой привод подъема виброплиты; 4 - ПРУ; 5 - механизмы подъема виброплиты; 6 - задняя кабина управления с хозяйственным отсеком; 7 - автосцепки; 8 - подборщик балласта; 9 - уплотнитель откосов; 10 - механизм отключения рессор; 11, 18 - задняя трехосная (типа 18-102) и передняя двухосная (типа 18-100) ходовые тележки; 12 - планировщик; 13 - телескопическая тяга с электромеханическим приводом поперечного смещения виброплиты; 14 - виброплита; 15 - рельсовые щетки; 16 - дозатор; 17 - трехкоординатная КИС выправки пути
499
10.10. Основы расчета параметров внброппит
Технологическое назначение основных виброплит — получить требуемую степень и равномерность уплотнения балластного слоя в зоне под шпалами и по длине пути. Виброплита — это вибрационное устройство с дебалансным возбуждением колебаний. Свойства её зависят от сопротивления уплотняемого слоя и правильного выбора параметров. Поэтому технические расчеты виброплит выполняются с целями: выбора рациональных геометрических параметров клиньев, скоростных и силовых параметров вибрирования, согласованных со скоростью рабочего движения машины (производительностью); определения тяговых сопротивлений; определения характеристик вибропривода; оценки прочностных свойств элементов конструкции и др.
Взаимодействие виброплиты со щебнем. Анализ взаимодействия виброплиты с балластным слоем является исходным моментом для выполнения технических расчетов и конструкторской разработки. При виброобжатии балласта рабочая поверхность уплотнительного клина виброплиты, аналогично лопаткам подбоек, может работать с отрывом или без отрыва от балласта. Характер взаимодействия виброплиты с балластом поясняется диаграммой рис. 10.44 в координатах XOY. Виброплита непрерывно движется с рабочей скоростью \>м машины. Рабочая поверхность уплотнительного клипа виброплиты наклонена к направлению движения под углом |). Возьмем некоторую точку К па поверхности клина (рис. 10.44, б). Траектория её абсолютного движения (последовательность точек К1-К4) относительно оси X имеет вид синусоиды (рис. 10.44, а). Рассмотрим характерные поперечные оси пути сечения 1-1 и 2-2, расположенные друг от друга на расстоянии Хь2 = Им?ц- м — период колебаний, с). Если не учитывать отдачу балласта УотД при отрывах рабочей поверхности клина, то положения границы балластного материала в порядке возрастания импульсов воздействия отражаются наклонными линиями i-1, i, i+1 и т.д.
Точка К в течение времени / находится в отрыве от балласта (траектория точек KI, К2, КЗ) — линия (i-1) и прохо-
500
Рис. 10.44. Схема взаимодействия виброплиты с балластом
дит вдоль пути расстояние Л^-2 , отрываясь на максимальную величину Затем в точке КЗ имеет место удар поверхности клипа о балласт и его обжатие до положения I. Скорость подачи рабочей поверхности клина = Ум tg(J, м/с. Величина смещения границы балласта за время контакта /КО1| в направлении к оси пути = rMTutgP. При виброобжатии иа уплотнительном клине возникают силы реакции давления, МПа, р балласта по величине и характеру изменения, аналогичные взаимодействию подбойки с балластом. Особенность кинематики взаимодействия виброплиты с балластом — под воздействием сил сопротивления уплотнению виброплита отклоняется упруго на подвеске от ненагруженного положения на величину динамического равновесного положения — 5от|!Л, вызывая силы пригрузки и нестабильный характер её работы. Точка К, принадлежащая уплотнительному клину, при обжатии скользит по поверхности балласта, поэтому проявляют себя силы трения.
501
Для возбуждения колебаний виброплиты использован встроенный в корпус дсбалапсный вибратор с направленной поперек пути вынуждающей силой. Для определения амплитуды колебаний А виброплиты применена классическая одномассиая колебательная схема.
Составим уравнение движения виброплиты для упруго-вязкой модели «Виброплита-балласт» (рис. 10.45). Восстанавливающая сила в системе, кН, V - -(к + к^,л)у (кп, к^ — коэффициенты жесткости подвески впброплиты и балласта, Н/м), а силы сопротивления, кН, W - -(/>n + Ь-^л) у' (6П, — коэффициенты
сопротивления подвески и балласта, Н/м с). Действующими силами в системе будут: вынуждающая сила Рв ~ P^mnat и силы пригрузки 5ОТЪЛ. Максимальная вынуждающая сила виброплиты, кН, Ро = ктгутг (к — число дебалансов, четное для вибратора направленных колебаний; — масса дебаланса, кг; г. — эксцентриситет, м; со — угловая частота, рад/с (для виброплит машины ВПО-ЗООО 5— (о - 154 рад/c.; для машин ВПО-З-ЗООО — ® = 220 рад/с).
Рис. 10.45. Расчетная модель к определению амплитуды колебаний виброплиты
502
Согласно принципу Даламбера спроектируем все силы на ось ОУ, получим дифференциальное уравнение движения внброплиты:
у" + 2Л/ + р1 ~ Q + //since/;
2Й = (6П + ЬУ^)/ Мпр- = (ка + к™>)1 Мпр;
Q = Ж.Р; " = W.P-
(10.64)
где Л — коэффициент демпфирования колебаний, 1/с;
Л/Пр — приведенная масса системы, кг (Л/пр = /и, + ти + /иб, здесь т* т6— масса внброплиты и балласта);
р— угловая частота собственных колебаний сне гемы, рад/с.
Частное решение (10.64) установившегося движения виброплиты имеет вид:
у = ^sin(o)/ - а) + SO1K)1;
А = +*Г - А/пр«2)2+(Л, +*Г)2«2);
а= arctg(2/ico/(/?2- со2)) ,
(10.65)
где Л — амплитуда вибропсремсщеиия внброплиты, м (Л = (6-8) 10 \ м); а—угол сдвига фаз между вынуждающей силой вибратора и колебательным перемещением внброплиты, рад;
t — текущее время, с.
При работе виброплит па щебне рекомендуются: Аи = 2,4-10® Н/м; Ьа = (4-6) 103 Н/м с; = (15-25)-106 Н/м; Л>'упл = (45-75)-103
Н/м с; Л/пр = (1,0-1,85) тя, кг.
Параметры взаимодействия внброплиты с балластом. Их находят из совместного рассмотрения уравнений колебательного у и поступательного х движений внброплиты:
у = Jsin(co/ - а) + SO1KJ); (10.66)
х = \)МЛ
(10.67)
где 1>м — равномерная скорость движения машины, м/с.
Результирующее движение j рабочей площади уплотнительного клина в направлении обжатия (перпендикулярно его рабо
503
чей площади) запишется как сумма проекций перемещений для уравнений (10.66) и (10.67):
S' = 4sin(<of - a)cosp + x>Mrsinfi + SOTiaicosP . (10.68)
Скорость s' рабочей площади уплотнительного клина находится дифференцированием уравнения движения (10.68):
S' = /lcocos(a>t - a)cosP + иобж , (10.69)
где = vMsinP — скорость подачи рабочей площади (скорость обжатия балласта), м/с.
Графики движения машины, виброплиты и результирующего движения виброплиты, соответствующие уравнениям (10.66), (10.67), (10.68), будут аналогичными графикам движения в координатах sOt (см. рис. 10.8) для подбоек с учетом поправки на отклонение 50ТКЛ виброплиты от ненагруженного положения.
Взаимодействие виброплиты с балластом за цикл колебаний можно полностью описать, также как и для подбоек, параметрами взаимодействия: 5 — обжатие (подача) балласта, м; 50Тр — максимальный отрыв уплотнительного клина от балласта, м; /отр — время отрыва уплотнительного клина от балласта, с; /КО11 — время контакта уплотнительного клина балластом, с; иуд — скорость удара в момент встречи рабочей площади уплотнительного клина с балластом, м/с.
Эти параметры взаимодействия зависят от режимов виброобжатия балласта и изменяются при изменении амплитуды, частоты колебаний, скорости обжатия и характеристик уплотняемого балласта. Параметр режима виброуплотнения с отрывом рабочей поверхности клина:
С = VMt^l(Aai) < 1,0, (10.70)
где А, и — соответственно амплитуда, м, и угловая частота колебаний, рад/ с.
Наилучший эффект уплотнения щебеночного балласта [6] достигается при максимальной скорости вибрирования Лео = 1,2-1,5 м/с и скорости удара иуд = (0,7-1,2) м/с, т.е. при работе с отрывом уплотнительной поверхности клина от балласта.
Параметры взаимодействия определяются выражениями:
504
5 = 'W = (2m)Msinp)/(0 ; ъ0бж = vMsinP 5<ир = 2Xsina0cosp - 2™обж/а> ; »уд = J<ocos(©zB1)cosp + побж ;
+ = Т; - t,;
отр КОН ' ОТр BI | ’
a0 = arccos( -VMtgP/(.4(i))) .
(10.71)
Момент встречи ?В1 уплотнительного клина с балластом при учете упругой отдачи S0TB, определяется из решения трансцендентного уравнения:
(10.72)
W'l - 'bi) = -4(sin(<»ZB1 - а) -sin(coz1 - a))cosp + £отд, где /1 = (arccos( -vMtgp/(4co)))/co.
Выбор параметров виброуплотнения. Экспериментально установлено, что на эффективность вибрационного процесса уплотнения балласта влияют: параметры вибрирования (амплитуда, частота и форма колебаний); параметры взаимодействия (время отрыва и контакта, размер отрыва и обжатия, время вибрирования, скорость виброплиты в момент контакта); геометрические размеры (длина, высота и угол атаки рабочей площади); режимы уплотнения (скорость обжатия — движения машины и др.), а также условия и технология работы (вид ремонта, величина выправочной подъемки, тип верхнего строения пути, состояния балластного слоя и др.). Разнохарактерность этих параметров предопределяет выбор их совокупности, находящихся между собой в определенных соотношениях.
Параметры виброуплотнения. К основным параметрам виброуплотнения относятся амплитуда А и угловая частота со вынужденных колебаний виброплиты, скорость обжатия балласта иобж и параметры геометрии: длина Ь, высота а и угол Р наклона рабочей поверхности уплотнительного клина к оси пути, заглубление z клина виброплиты под основание шпал и заход q3 уплотнительного клина за торцы шпал. Для оптимальных условий (10.70) виброуплотнения путевого щебня отношение 1>обж/ивибр = (vMtgp)/(^a>) = = 0,12. Для виброплит условия использования взаимных переме
505
щений частиц балласта при отдаче можно записать в виде неравенств:
(10.73)
А > (vMtgp)/(0p12co) > 0,55отд(тах);
<0 < 420/отр/Г, $оф/$ > (2-3) ; '
WfKOH * (3-4); /отр= (0,015-0,02) с, где г>м — рабочая скорость движения машины, м/с;
Sma — упругая отдача щебня, равная (0,003-0,005) м;
мтя—скорость упругой отдачи для щебня (0,13...0,20) м/с.
Выражения (10.73) устанавливают связь между определяющими параметрами виброуплотпепия A, w, х»м, Р и (отр. Рациональные частоты колебаний виброуплотпепия в зависимости от состояния щебня (рыхлый, слежавшийся) лежат в пределах от 25 до 40 Гц; для асбестового балласта — от 15 до 25 Гц. Для рыхлого балласта на основании формулы (10.5) определяют минимально необходимое число впбровоздействий на балласт, при которых возможно получение желаемой степени уплотнения. Время /отр и /К0|1, которые входят в неравенства (10.73) можно найти из решения уравнений (10.71) и (10.72) или приближенно для средних значений вектора скорости виброплиты
ип.ср = (2/я)Л<о (при иотд< цотр)
по формуле
- Р», (10.74)
гдеи^ср— средняя скорость обжатия балласта в абсолютном движении, м/ с; + :
у — угол между направлением колебаний виброплиты и абсолютной скоростью, рад: у = arctg(HM/v п ср);
£— коэффициент, учитывающий среднюю величину погрешности приближенного метода расчета (£ = 1,18).
Необходимый суммарный кинематический момент дебаланс-ных роторов виброплиты определяют по формуле предельной амплитуды колебаний А~= А, т.е.
'V, = Л>вибр + /идеб) ,
(10.75)
506
где А— расчетная амплитуда колебаний внброплиты в холостом режиме, м;
”’|>нбр’ "’даб— масса виброплиты и дебалапсов (с эксцентриситетом г, м), кг.
Упругая подвеска виброплиты, выполненная в виде рессорных комплектов, воспринимает нагрузки от колебаний рабочего органа и от сил тяги перемещению её в балласте. Суммарная жесткость упругой подвески выбирается из условия зарезонансного режима колебаний виброплиты, Н/м:
(10.76)
где /й—допустимая собственная частота колебаний виброплиты, Гц (f0 = (0,2-0,5) /, на машинах ВПО fn составляет 5-8 Гц).
Параметры геометрии виброплит. К ним относятся длина Ь}, высота «] и угол атаки р, к оси пути (рис. 10.46) уплотнительных
Рис. 10.46. Схема к расчету параметров виброплиты
507
клиньев. Эти параметры существенно влияют на степень уплотнения балласта, так как определяют объем подаваемого балласта в подшпальную зону. По расчетному значению fynn<min) (см. формулу (10.5)), предварительно выбранным частоте <о, углу атаки 0 и рабочей скорости vM движения машины определяется минимальная длина уплотнительного клина:
Ь = (Mnn(min))W ; * = *0 + (10.77)
где Ьо — длина основного уплотнительного клина, м;
Ь3 — длина заходной части виброплиты (назначается конструктивно), м.
Для путевого щебня = (6-9) с. Это время определяется минимально необходимым числом активных вибровоздействий
tfvnaftninl = Wvn^mi„A (1200-1800). (10.78)
упл(пип) ушцппп) v 7 ' 7
Размеры корпуса виброплиты: высота Яп, длина La и ширина Вп определяются в ходе проектирования с учетом геометрических параметров основного клина (а, Ь, 0), величины заглубления z уплотнительного клина ниже подошвы шпалы и захода q3 за торцы шпал, размещения вибровозбудителя и ограничений по расположению виброплиты относительно рельсошпальной решетки.
При проходе уплотнительных клиньев в подшпальную зону подается призма балласта nfmnn' высотой а. Объемы балласта, подаваемые на единичной длине, можно заменить эквивалентными площадями, тогда входная Fn = F^^ + Гдоп(м1>2) и выходная Ftm площади определяются выражениями:
Лэсн(кл1,2) 2 9з>' В “ (Авп с)^ i
= + fl2b2sinp2);
Лых = + ЛВЫП)Л).
(10.79)
где йсл, Лпад — соответственно толщина слоя балласта под шпалой
до уплотнения и выправочная подъемка, м;
/шп, е — соответственно длина шпалы и условно не уплотняемая зона балластной призмы по оси пути, м;
508
кя = (1 + dl2a + dllb) — коэффициент, учитывающий приведенную площадь уплотнительного клина (d — средний диаметр частиц балласта, м);
V — коэффициент, учитывающий выдавливание (приток) балласта при уплотнении (у = 0,90-1,05).
После подстановки в формулу 10.17, выражений (10.79) и преобразований для случая кд1 а кл = кд, найдем степень уплотнения балласта по коэффициенту пористости:
£упл = + + W7
ЖЛ - ZCO +V^(a^iSinp1 + a262sinp2)] - 1 , (10.80)
Требуемая высота уплотнительного клина для случая at = = а2 ~ а находится из (10.80):
« = [(1+ енач)(йот+ ЙПОД)Б - (1+ еупл)(ймВ - zqjy
Я^д(1 + eynnX6lsin₽l + 62sin₽2)l ’ (10.81)
При выборе параметров Ь2 и Р2 дополнительного уплотнительного клина используют зависимости: bjb2 = (2...3,5); Р,/р2 = (0,5-1). Для упрощенных расчетов дополнительный клин не учитывают.
Расчет мощности привода виброплиты. При уплотнении мощность виброплиты расходуется на поддержание колебательного процесса с заданной амплитудой, преодоление внешних сопротивлений и внутренних потерь:
* = *уги1(вибр) + *о(м) + *х(р) . (10.82)
где — мощность, расходуемая на уплотнение балластного слоя,
преодоление сил инерции балластного материала и трение виброплиты о балласт, кВт;
—мощность, расходуемая на преодоление боковых сопротивлений, сил инерции, сил трения виброплиты о балласт со стороны обочины (о) пути и междупутья (м), кВт;
—мощность, расходуемая на преодоление внутренних потерь виброплиты при холостом (х) и рабочем (р) режимах её колебаний, кВт.
Распределение затрат мощности при виброобжатии. При работе виброплита совершает движения в двух взаимно перпендику-
509
лярных направлениях: вдоль пути вместе с движением машины и в поперечном оси пути направлении — вибрационное. Во время контакта /КО|| рабочей поверхности уплотнительного клина и балласта возникает силовое взаимодействие (см. рис. 10.8, в, рис. 10.44, б).
Реактивное давление балласта на клинр = p1(cos(pTP + />Tpsin<pTp, МПа, ввиду наличия сил трения в относительном движении клина и балласта является результирующим, где рн — нормальная и Ртр ~ — касательная, вызванная трением, составляющие.
Давление р действует под углом трения (р = arctg/тр к нормали рабочей поверхности клипа, где/тр — коэффициент трения скольжения поверхности клипа и балласта; /ТР « 0,4. Разложим давление р на составляющие: — тяговую, направленную вдоль
пути, и обусловливающую тяговое сопротивление, и рвибр^ —» вибрационную, направленную поперек оси пути и нагружающую вибропривод. Как видно из схемы: pBH6pV) =? pcos (0 + <рТР); Ртяг(/>= Ps*n (Р + Ф'П’)’ т е- полез,1ая работа на уплотнение балластного слоя совершается как виброприводом, так и тяговым средством (тепловозом для машин ВПО). Кроме того, трение в контакте клипа и балласта способствует частичной разгрузке вибропривода и дополнительному нагружению тягового средства. Проявляет себя эффект, аналогичный «эффекту ножа», режущего материал при поступательном движении. Трение в контакте приводит к тому, что вибропривод может совершить меньшую работу, а тяговое средство — большую.
Реакция нормального д|( давления, МПа, балласта на рабочую площадь уплотнительного клипа возрастает от нуля до максимального значения и зависит от достигаемой степени £упл уплотнения (см. формулу 10.80):
Ртт = ?Цп(2еупл - DI , (Ю.83)
где <? — сопротивление путевого щебня при внброобжатии, МПа (для рыхлого балласта q = (0,3-0,5) МПа; для уплотненного балласта q = (0,6-0,8) МПа).
Максимальное значение силы па уплотнительном клине, с учетом сил трения и линейной эпюры распределения давления, кН:
510
Р*Х= 0«5^11р|1п(2еупл - l)l(cos(pTP + /Tr.sin(P.IP),(10.84) гдеГпр = ^д(«|^| sin0( + «2/>2sinP,)— приведенная площадь уплотнительных клиньев виброплнты. м:;
/сд= (1 + cilia + cHIb) — коэффициент приведения площади (</—средний диаметр чаепш щебня, м).
Сила Р™* распределяется по направлению действия вибропривода Рвибр и по направлению действия тяги Ptw, следующим образом:
'ДХ - + ₽); (10.85)
= /"^"’(Фтг + ₽>• (Ю-8«)
Тяговое сопротивление движению уплотнительного клипа (клиньев) виброплиты в балласте = Р'™'.
Полезную работу вибропривода Лпнб л тяги локомотива Атяг, при виброобжатии балласта за цикл колебаний, найдем как произведение средней величины силы на перемещение, Дж:
(10.87)
Я„ = (10.88)
где Р^6р = (0,6-0,7) Р^6хр; = (0,6...0,— средние усилия па рабочей площади уплотнительного клипа при обжатии балласта, кН;
Sf*p ^тяг — соответственно обжатие балласта на направлении действия сил и РЧ?Г с учетом упругой отдачи Х()1Л.
Распределение полезной мощности между' приводом виброплиты и тяговым средством за один цикл колебаний определяется составляющими перемещения балласта 5:
s ’ + (10.89)
СобЖ = Г/обж f . СООЖ = ЬТЯ1 f
°вибр внбр'отр’ dl ЯI ’обж'коН '
Как видно из графиков (см. рис, 10.44) обжатие балласта осуществляется только за время /К0|1, при этом тяговое средство за
511
это время может совершить работу, обусловленную перемещением а та работа на обжатие, которая не совершалась за время t , производится приводом виброплиты, “компенсируя” недостающее смещение • Поэтому полезная мощность между виброприводом NBlt6p и тяговоговым средством Nm распределяется следующим образом, кВт:
^упл(вибр) = ““6жр'отР/г; <ю.9О)
^„г)= П, (10.91)
где — скорости обжатия балласта с учетом упругой отдачи, м/
с.
Виброплита, кроме основного клина, имеет дополнительный клин, который служит для заполнения балластным материалом пустот под концами шпал. Мощность, расходуемая виброприводом на обжатие балластного слоя вторым клином составляет (20-25) % от N
Мощность внброплиты для упруго-вязкой модели. При виброобжатии балласт проявляет свойства упруго-вязкой среды. Силы вязкого сопротивления
W = = -b^A(f)cos((ot - а), (10.92)
где — коэффициент сопротивления среды колебаниям, Н m *c;
ц — скорость колебаний виброплиты, определяемая дифференцированием уравнения (10.60), м/с.
Работа, производимая вынуждающей силой Posinto/, при установившихся вынужденных колебаниях внброплиты должна быть равна энергии за цикл колебаний, рассеиваемой силами вязкого сопротивления. Умножая уравнение (10.92) на v>dt, получим выражение для мгновенной мощности рассеивания
М = ^ПЛ ^2<o2cos2(tot - ti)dt - Nynn^dt. (10.93)
Средняя мощность за цикл колебаний
т
ЛГУПЛ=1/7’1^ЛЛ(О^- (10.94)
512
Интегрируя (10,94) в интервале от 0 до Т = 2л/(п найдем, кВт:
Л^упл = 1/2 Ю-?^,Л/12(О2. (10.95)
Мощность 2Уо(м) на преодоление боковых сопротивлений корпуса виброплиты с учетом пассивного давления сыпучего материала на стенку
А^м) = 5/<WLn«2nrPW'>Lpei„)IO-’lg2(K/4 +<р/2)], (10.96)
где Ln—длина корпуса виброплиты, м;
Нп — погружение виброплпты в балласт, м;
р — плотность балласта, кг/м1;
<р — угол внутреннего трения балласта, рад;
Dncp— средняя скорость колебании, м/с;
ео(м)—коэффициент, учитывающий работу виброплиты со стороны обочины пути (е' = 0,75) и междупутья (г'г = 1).
Внутренние потери мощности в холостом и рабочем режимах N, , складываются из потерь мощности в зубчатом зацеплении ^(р), в подшипниковых опорах Nn, а также в рессорной подвеске и на взбалтывание масла в корпусе виброплпты, т.е.
^(Р) = ^(р) +/V,. (10.97)
Потери мощности в зубчатом зацеплении учитываются к.п.д. Т|общ зубчатой передачи и зависят от подводимой мощности X/V. к виброплите
А?(р) = W - Ч.,,.,,) . (10.98)
Мощность Nn, расходуемая на преодоление момента сил трения в подшипниковых опорах качения валов дсбалапсов вибратора, кВт:
=1/2- /?||Д,(О,,ц|11„., (10.99)
где Rnj — амплитудные усилия в соответствующих / -х подшипниковых опорах, вызванных центробежной силой вращающихся дебалансов, кН;
</ш—диаметр вала подшипника, м;
17 Путевые машины
513
ГОп/ — угловая частота колебаний ;-й ступени передачи, рад/с;
Цпр/ — коэффициент трения подшипника качения (цпр/ = 0,005-0,02).
Мощность, расходуемая па преодоление сил трения в рессорной подвеске и на взбалтывание масла, составляет не более (6-10)% от общих затрат и учитывается коэффициентом неучтенных потерь = 1,15-1,2).
Мощность электродвигателя выбирают по наиболее нагруженной виброплите
N „ = С/11 л. (#„„„+ + N). (10.100)
дв ~/V loomv упл м pz v '
Тяговый расчет машины. Общее сопротивление движению машины ВПО, возникающее при взаимодействии её рабочих органов с балластом и путевой, решеткой, кН,
SX = w0CI, + ivyirjl++W0TK, (10.101)
/=1
где И'осн’ — сопротивления движению машины: основное,
от виброплит, уплотнителей откосов, вспомогательного оборудования, кН.
Эти сопротивления преодолеваются силой тяги локомотива
7;=Чт2Х< (10.102)
/=|
где £т — коэффициент запаса тягового усилия на неучтенные сопротивления (£т =1,2).
Основное сопротивление движению машины и сопротивление от вспомогательного оборудования — дозатора, рельсовых щеток, магнитов и рихтующих роликов, планировщиков, рассекателей и шпальных щеток — определяют по формулам для расчетов электробалластеров.
Тяговые сопротивления виброплиты возникают от сил Р уплотнению, обусловленных клинообразной формой виброплиты в плане, и от сил трения R коптактируемых поверхностей виброплиты о балласт (рис. 10.47).
Максимальное тяговое сопротивлению движению виброплиты, возникающее в конце момента виброобжатия, кН
514
Рис. 10.47. Схема к расчету тяговых сопротивлений виброплиты
+ И7.» + И'бок. (10-103)
где ^'у^,'2> — сопротивление от первого и второго уплотнительных клиньев, кН;
^заш’ ^бок — сопротивление движению от сил трения защемленных и боковых поверхностей виброилиты о балласт, кН.
Тяговое сопротивление движению уплотнительных клиньев определяется по формуле (10.86), там же даны обозначения входящих в неё величин, кН:
• г ~ • 0-Wln<2E>™ - Их
х (cos<pTP+ /Tpsin<pTp)sin((pTp + р) . (10.104)
Тяговое сопротивление движению виброплиты от сил сухого трения при защемлении первого и второго уплотнительного клиньев, кН
X,OT = l/3p^,„/,sinY , (10.105)
513
где £,— коэффициент бокового раепора балласта: £, = tg2(ir/4 - <р/2), где
<р — угол внутреннего трения балласта, рад;
FWU1 — площадь защемления боковых поверхностей уплотнительных клиньев, м2; (Fum = - bj^sinfycosP, + Z^sin02cos02);
у— угол между направлением колебаний виброплиты и абсолютной скоростью, зависящей от скорости движения им машины, амплитуды А и частоты <й колебаний виброплиты, рад (у = arctg(7ruM/2?la>).
Тяговое сопротивление движению от сил трения боковых поверхностей корпуса виброплнты о балласт, кН
l'WW,W82(,t/4 + ф/2)1. (10.106)
где g — ускорение свободного падения, м/с2; остальные обозначения были приведены выше.
Тяговое сопротивление движению виброплиты, работающей в режиме отрыва, характеризуется его средним значением за период колебаний, кН.
"Ли...» = + + >Т„, (10.107)
где A.'}1"'1 = — коэффициент, характеризующий долю времени контакта
'кои уплотнительных клиньев с балластом [приближенно, время контакта Гкон определяется по формуле (10.74)].
Сопротивление движению машины 1Гупл от виброплит, когда одна из них расположена в междупутье а другая — со
стороны обочины пути №*урплМ, кН
^увл = ^л(м) + ^уРпл(0). (Ю-108)
Из формулы (10.107) видно, что за счет эффекта вибрации (повышения подвижности частиц балласта) и изменения времени контакта, характеризующего перераспределение затрат энергии на вибрацию и тягу, можно (при соответствующем выборе параметров вибрирования) значительно снизить тяговое сопротивление виброплит.
Сопротивление перемещению уплотнителей откосов, кН
и;,. = • < 10.109)
516
где kt0> — коэффициент, учитывающий эффект вибрации; определяется аналогично к^;
20ТК — нормальная составляющая сила пригрузки от одного уплотнителя откосов на балласт, кН.
10.11. Трехкоордннатная система выправки пути ВПО-З-ЗООО с микропроцессорным управпением
В эксплуатации находятся выпущенные ранее выправочно-подбивочно-отделочпые машины ВПО-ЗООО (их выпуск начался с 1964 г.). Машина входит в состав основного комплекса машин при выполнении ремонтных путевых работ и механизирует трудоемкие операции по выправке, подбивке и отделке пути. В 70-80-е годы ВНИИЖТом, МИИ-Том (МГУПС), ЛИИЖТом (ПГУПС) и др. предложены и реализованы различные технические решения выправоч-ных систем этих машин. Прежде всего, машины дооснащались системами рихтовки [5, 7].
В 1972 г. выпущен опытный образец машины ВПО-2-ЗООО, однако его серийное производство не было начато. С 1991 г. серийно выпускается выправочно-подбивочно-отделоч-ная машина ВПО-З-ЗООО (см. рис. 10.37).
Машины оснащаются системами выправки пути в плане, продольном профиле и по уровню. Наиболее распространенной к настоящему времени для машин ВПО является трехкоордииатная система ВНИИЖТ. Эта система с различными конструктивными модификациями устанавливается на машинах. Во всех вариантах измерительные тележки прижимаются к головкам рельсов пневмоцилиндрами как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Применяются и другие варианты размещения тележек. В частности, для удлинения измерительной базы используется постоянно прицепляемый к машине бытовой пассажирский вагон (рис.10. 48, а), на котором монтируется передняя измерительная тележка (точка 7), а трос-хорда натягивается между передней и задней тележками (точка 3), причем последняя устанавливается за задней ходовой тележкой машины («длиппобазовая» трехкоординатная
517
Рис. 10.48.
Трехкоординатная система КИС на машине ВПО-3-3000:
а — размещение измерительной базы; б — схема установки датчиков на измерительной тележке; 1 — трос хорда; 2 — датчик плана пути; 3 — блоки обводные; 4 — потенциометр прецизионный; 5 — вилка; 6 — колесо тележки; 7 — датчик продольного профиля
выправочпая система ВНИИЖТ). Расположение измерительной тележки (точка 2) для всех систем одинаково — сзади ПРУ. Такая компоновка системы позволяет улучшить ее сглаживающие свойства.
Во всех вариантах измерение положения пути в продольном профиле производится от общего с рихтовочной системой троса-хорды, а измерение положения по уровню — с помощью маятниковых датчиков, состоящих из погруженного в ванну с силиконовым маслом груза, подвешенного на горизонтальных осях, соединенного через масштабную передачу (чаще всего в виде двух блоков, соединенных тросиком) с потенциометрическим датчиком или сельсинным датчиком. Используются также в качестве датчика уровня акселерометры типа ИПМ. Датчики уровня расположены па тележках КИС, соответственно, позволяют измерять положение пути по уровню до выправки, в точке выправки и после выправки.
Серийные машины ВПО-З-ЗООО оборудуются системами ручного и автоматического управления выправкой, позволяющими 518
программировать работу по предварительно введенной проектной информации о геометрическом положении пути, осуществлять эффективный контроль за процессом и при необходимости корректировать работу системы. Для этого машины дополнительно оборудуются бортовыми технологическими микропроцессорами.
Датчики стрел изгиба пути в плане и в продольном профиле размещены на измерительной тележке (точка 2, рис. 10.48, б). Использованы датчики перемещений, унифицированные с соответствующими датчиками машин ВПР. Измерение стрелы изгиба пути в плане осуществляется первичным преобразователем 2, содержащим прецизионный потенциометр 4, соединенный через тросовую передачу 3 с вильчатым поводком, надетым прорезью на базовый трос-хорду 1. Первичный преобразователь установлен на тележке 6. При отклонениях тележки от оси троса смещения преобразуются в электрический сигнал, согласованный по полярности и пропорциональный величине смещения.
Измерение стрелы изгиба пути в продольном профиле осуществляется первичным преобразователем 7, имеющим поводок 8, контактирующий с тросом 1. Поводок через тросовую передачу связан с прецизионным потенциометром. Преобразователь закреплен на тележке. Изменения положения середины тележки по высоте также преобразуются в электрический сигнал.
Исполнительным рабочим органом системы является ПРУ машины. В режиме полностью ручного управления система отслеживания положения пути от хорды отключается. ПРУ управляется напрямую.
В полуавтоматическом режиме оператор вводит установочные значения стрел изгиба пути и уровня в точке выправки, исходя из текущих условий работы (прямая, переходная или круговая кривые, требуемая величина подъемки пути, требуемое положение по уровню), а система отслеживает вводимые значения по величинам отклонений показаний датчиков от установок. Если уровень показаний датчиков выйдет за пределы предварительно установленной «зоны нечувствительности», возникшее рассогласование отрабатывается смещением ПРУ с РШР в зоне выправки.
Более совершенная система микропроцессорного управления позволяет осуществить программный ввод проектных данных и в автоматическом режиме реализовать необходимые командные смещения ПРУ, позволяя более точно установить путь в требу
519
емое положение, ограничив влияние субъективного фактора только вводимыми оператором необходимыми поправками. Это повышает качество выполнения технологической операции.
Управление системой выправки производится с двух пультов, расположенных в задней кабине управления 6 (см. рис. 10.37). На левом рабочем месте располагается блок управления рихтовкой, а на правом — блок управления установкой пути в продольном профиле и по уровню. Так как установка пути по уровню согласуется с положением в плайе, то блоки объединены в локальную сеть.
Система управления выправкой функционирует следующим образом. Сигналы, вырабатываемые соответствующими датчиками, поступают через аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) в центральный процессор. Параллельно величина сигнала контролируется цифровыми вольтметрами с жидкокристаллической индикацией па лицевых панелях блоков управления. Многооборотными потенциометрами устанавливается уровень соответствующего задающего сигнала в виде напряжения, поступающего на АЦП. Сигнал также преобразуется в цифровую форму и поступает на процессор. В соответствии с алгоритмом управления центральный процессор вырабатывает цифровые сигналы, которые через систему цифро-аналогового преобразования (ЦАП) и компараторы (преобразуют аналоговый сигнал в дискретный сигнал, поступающий на электромагнит гидрораспределителя) производят включение или отключение соответствующих гидрораспределителей управления ПРУ.
Оператор при работе (с помощью тумблера) производит переключение режимов: «прямая», «кривая», «настройка».
При работе в прямой оператор вводит заданные технологией значения: Хп — стрелы изгиба в плане (Хп = 0), Yn — стрелы изгиба в продольном профиле (в соответствии с заданной величиной технологической подъемки) и Ни — возвышения не базового рельса. Система перемещениями ПРУ удерживает заданные показания датчиков, соответственно: X — стрелы изгиба в плане, Y — в продольном профиле и Н — положения по уровню.
При работе в кривой задаваемые значения параметров должны изменяться в функции расстояния, пройденного машиной от начальной точки. Расстояние измеряется с помощью импульсного датчика, аналогичного машинам ВПР. Изменения задаваемых параметров предварительно программируются путем ввода в
520
систему проектных характеристик кривых. После ввода центральный микропроцессор рассчитывает уровни отслеживаемых сигналов в функции пути и при работе выдает их с привязкой к положению машины.
Работа без предварительной записи положения пути производится поэлементно для каждого участка монотонного изменения кривизны (входная переходная, круговая, выходная переходная кривые и т.д.). Сигналы о прохождении точек сопряжения элементов плана пути (НПК, КПК) вводятся оператором по фактическому положению машины. При необходимости, вводится текущая корректировка управления. При разработке алгоритма управления смещениями ПРУ использовались формулы корректировки управления, описанные в [1, 10].
Системы управления выправкой машин ВПР имеют сервовентиль, позволяющий при приближении к нулевой точке управления за 3-4 мм переходить в регулировочный режим с постепенным уменьшением скорости отработки рассогласования. Это позволяет избегать автоколебательных режимов работы вследствие «перебежек» через нулевую точку и противовключений, соответственно, обеспечивать высокую точность постановки пути. Машина ВПО-З-ЗООО в системе управления ПРУ не имеет сервовентилей, поэтому качество выправки у нее несколько хуже. В опытном порядке для преодоления этого недостатка применен алгоритм импульсного управления электромагнитами гидрораспределителей, когда при подходе к нулевой точке управления производится попеременное включение и выключение электромагнитов. Скважность включения (длительность включения по отношению к длительности отключения) по мере приближения к нулевой точке уменьшается, соответственно уменьшается скорость отработки сигнала рассогласования. Такой способ снижает надежность гидрораспределителей, поэтому гидросистемы управления выправкой пути машин непрерывного действия должны оснащаться традиционными сервовентилями.
Совершенствование алгоритмов управления выправкой для машин непрерывного действия связано с разработкой командных зависимостей для выправки пути по результатам предварительного измерительного проезда.
При использовании точного метода рихтовки пути (по фиксированным точкам — расчету) необходимо производить его предварительное нивелирование по базовой рельсовой нити с
521
использованием оптичсско! о нивелира и комплекта измерительных реек или других технических средств. Первый этап работ трудоемок и занимает мпог о рабочего времени. Измерения проводятся вручную, поэтому значительно влияние на точность измерений субъективных факторов.
В настоящее время сложные работы по предварительному измерению положения пути в плане выполняются с помощью контрольно-измерительных систем, имеющихся на путевых выпра-вочных машинах. Бортовые вычислительные комплексы позволяют автоматизировать весь процесс выправки пути точным методом. Привязка результатов измерений производится к точкам деления пути, расположенным друг от друга на фиксированных расстояниях (дискретах), которые отсчитываются по показаниям датчика пути, поэтому безразлично, реализует ли машина цикличный или непрерывный метод работы.
Структура системы выправки пути. Основное средство для реализации процесса выправки — технологическая машина выправки. Особенность данной технологической машины заключается в том, что она существенно мала по ряду геометрических и физических параметров по сравнению с объектом ее воздействия, который, одновременно, является ее средой автономного обитания. Для целенаправленно!о изменения свойств объекта в подобных условиях требуется значительная концентрация энергии и мыслительных ресурсов и технологической машине.
Технологический процесс выправки заключается во взаимодействии между технологической машиной и верхним строением железнодорожного пути. Перемещаясь по пути выправочная машина последовательно и .меняет его, производя продукт выправки: новое пространственное положение, обладающее определенными пространственно-временными свойствами.
Технологическая машина выправки является сложной комплексной системой. Па первом уровне декомпозиции в её состав входят:
система измерения, предназначенная для сбора информации об объекте (путь) и субъекте (выправочная машина) технологического процесса выправки (метрологическое оборудование — базы измерения, датчики, вспомогательные устройства и др.);
система управления, выполняющая функции принятия решений, планирования работ, управления и контроля над функционированием рабочих органов;
522
Рис. 10.49. Структурная схема микропроцессорной системы управления выправочной машины
технологическое оборудование, предназначенное для материализации принятых системой управления решений (рабочие органы, вспомогательные устройства обеспечения функционирования рабочих органов в заданных режиме, времени, месте).
Система управления является наиболее сложным узлом технологической машины выправки и включает в себя две подсистемы (рис. 10.49): систему принятия решений и автомат управления.
Автомат управления предназначен для управления рабочим органами на основе поступающей от системы измерения и системы принятия решений информации по заданному алгоритму, включает в себя:
• драйверы входные, предназначенные для приема и предварительной обработки информации от измерительной системы;
• драйверы выходные, предназначенные для формирования аналоговых и дискретных сигналов управления для непосредственной передачи иа рабочие органы выправочной машины;
• устройство управления-, анало: овое или микропроцессорное устройство, обеспечивающее формирование команд управления (регулирование) па основе поступающей информации и алгоритма управления;
523
• алгоритм управления, описывающий порядок функционирования рабочих органов при заданных входных параметрах, поступающих от системы измерения и системы принятия решений.
Система принятия решений предназначена для планирования работ по выправке участков пути на основе анализа поступающей от системы измерения информации о натурном положении пути и состоянии рабочих органов и поступающей извне проектной информации, а также формирования командных параметров для передачи в автомат управления.
Система принятия решений включает в себя оператора, алгоритм выправки, базу знаний и связующий эти компоненты друг с другом и внешним миром интерфейс. Система принятия решения состоит из оператора (вырожденный случай) или из оператора и бортовой ЭВМ, то есть является системой «человек-машина».
Интерфейс — это совокупность методов и средств передачи информации между объектом и субъектом управления. В вырожденном случае интерфейс сводится к совокупности отдельных индикационных приборов и простейших органов управления, непосредственно доступных оператору.
Оператор выправочной машины является неотъемлемой частью системы управления, поскольку он, в отличии от современных известных систем, обладает уникальным измерительным средством, позволяющим ему качественно и, с определенной погрешностью, зависящей от индивидуальной квалификации, количественно оценить абсолютное пространственное положение РШР и неровности с размерами значительно превышающими длину измерительной базы выправочной машины. Это измерительное средство — зрение. Наличие в системе управления оператора как непосредственного звена накладывает особые требования на организацию интерфейса управления, который обязан обеспечить максимальную эффективность диалога «человек-машина».
Алгоритм управления, заложенный в систему выправки, решает следующие задачи:
ввод и обработка данных о пространственном положении РШР;
ввод и расчет на перемещение пути по заложенной математической модели;
контроль выполнения заранее рассчитанных команд и их оперативная корректировка;
524
общее управление выправочным процессом.
Ядром алгоритма выправки является математическая модель процесса выправки (расчетная схема).
Принцип построения алгоритма рихтовки пути с предварительной записью стрел изгиба. Измерения геометрического положения пути и рихтовка при использовании точного метода производятся через стрелы изгиба относительно измерительной хорды в точке 2 (рис. 10.50, а). На основе принципа сравнения (см. п. 10.4) при построении механизированных систем выправки пути, в рабочем процессе используются следующие формируемые данные, оформляемые визуально в виде графиков:
б) Натуральные стрелы изгиба пути
Рис. 10.50. Формирование управления для выправки пути в плане по результатам предварительного измерительного проезда:
а — трехточечная измерительная схема; б, в, г — натурные, проектные и командные стрелы изгиба пути
525
• натурные стрелы изгиба Лн в точках деления пути, получаемые при измерительном проходе машины и оформляемые в виде графика натурных стрел изгиба в функции пройденного пути (рис. 10.50, б);
• проектные стрелы изгиба hfl в точках деления пути, получаемые в результате диалога оператора с вычислительным комплексом (рис. 10.50, 6'). График проектных стрел изгиба пути соответствует виртуальному (кажущемуся) проходу системы по идеальному пут и, не имеющему отклонений от проектного положения;
• командные стрелы изгиба Лк в точках деления пути, вычисляемые системой по введенному в нее алгоритму (рис. 10.50, г), которые автоматически поддерживаются рихтовочной системой при рабочем проходе за счет сдвигов пути ПРУ.
Основные технологические и логические операции (блоки), формирующие общий алгоритм работы системы рихтовки пути по предварительной записи, показаны па рис. 10.51.
1. Съем данных первичных измерений. При движении в моменты, привязанные к дискретам пути и реперным точкам вдоль пути производится съем показаний датчиков с формированием базы данных о пространственном положении пути. Этот блок выполняется бортовой ЭВМ выправочной или путеизмерительной машины при измерительном проезде.
2. Построение пространственного положения пути в виде графиков натурных стрел изгиба пути или графиков абсолютных координат пути. Этот блок выполняется бортовой ЭВМ выправочной машины.
3. Построение (восстановление) проектного положения пути по данным натурных измерений или ввод имеющейся информации о планируемом положении пути с привязкой к дискретам пути и реперным точкам. Этот этап выполняется в диалоге оператора и ЭВМ.
4. Определение фактических отклонений пути от проектного положения по трём координатам. Этот блок выполняется бортовой ЭВМ выправочной машины.
5. Определение графиков командных смещений пути по трём координатам с привязкой к дискретам и реперным точкам вдоль пути. При рабочем проходе оператор также должен иметь возможность выбрать ручной или автоматический режим выполнения построенных графиков командных смещений.
526
Рис. 10.51. Структурная схема алгоритма управления выправочной системы по результатам предварительного измерительного проезда
6. Рабочий проход машины. На этом этапе в выбранном ручном или автоматическом режиме работы производи гея управление сдвигом «нуля» управления ПРУ в соответствующих точках вдоль пути. При работе выправочная система имеет погрешности, которые будут в основном проявляться в виде систематического отклонения («увода») оси выправленного пути от проектного положения в той или иной плоскости вследствие имеющихся зон нечувствительности каналов передачи ппформа-
527
ции (например «выборка» зоны нечувствительности может иметь односторонний характер, если измеряемая стрела изгиба будет при движении КИС монотонно нарастать или убывать). По этой причине можно рекомендовать избегать разных направлений движения КИС при измерительном проезде и рабочем проходе в виде смещения отсчетов дискрет пути по отношению к измеренным в измерительном проезде. Указанные погрешности имеют склонность накапливаться в процессе рабочего прохода, поэтому возникает необходимость в разработке методов корректировочного управления для их компенсации.
7. Контроль систематически накапливаемого смещения оси выправленного пути с проектной оси (контроль «увода» пути).
8. Расчет компенсационных корректировок «увода» пути с проектной оси. Система должна иметь возможность, исходя из фактически складывающейся ситуации, рассчитать необходимые поправки, которые вводятся в систему управления. Ввод таких поправок может иметь целью либо предотвратить «увод» пути с проектной оси, либо реализовать, если это требуется по технологии работы постоянную контролируемую сдвижку пути в той или иной плоскости.
9. Введение рассчитанных системой корректировок смещения оси пути для его возврата на проектную ось или в положение с постоянным заданным сдвигом относительно проектной оси. В зависимости от выбора оператора, такой ввод корректировок должен осуществляться либо вручную, либо автоматически.
10. Контроль совпадения по длине пути реперных точек при рабочем проходе КИС. Этот контроль осуществляется оператором визуально или системой управления автоматически по фактическому расположению на пути указанных точек.
11. Ввод поправок в рабочий процесс выправки пути и корректировка графиков командных смещений пути.
Полученный результат функционирования системы в целом: путь, установленный с допустимой для конкретной КИС точностью в желаемое или заранее заданное проектное положение без систематического смещения с проектной оси или с заданным технологией указанным смещением.
База знаний, изображенная пунктиром (см. рис. 10.49) в современных системах управления как правило существует в недостаточном объеме. В перспективе этот узел, наделенный способностью накапливать практический опыт должен служить
528
источником ассоциативной информации для принятия компьютером интуитивных решений. Здесь могут накапливаться данные о характере реакции РШР того или иного типа иа воздействия рабочих органов в различных условиях, принятые ранее удачные и неудачные решения по сдвигу пути, их опенка и др. База знаний — ключевое звено адаптивной самообучающейся интеллектуальной системы управления. Рассмотренная щруктур-ная схема технологической машины выправки пути является обобщенной и рекомендуется для анализа существующих систем и синтеза новых технических и алгоритмических решений.
10.12. Валластоуплотнительные машины
Балластоунлотнительиые машины производят уплотнение объемов балластной призмы в шпалып." ициках и зонах под ними, а также на откосах и междупуи.с. Используются, в основном, в комплексах путевых машин совместно с выправочно-подбивочными машинами цикличного действия при текущем содержании пути.
Балластоуплотнительная машина БУМ (рис. 10.52) представляет собой самоходную двухосную подвижную единицу, состоит из экипажной части, рабочих уплотипчельных органов, балластных щеток, ппсвмоснстемы, гидросистемы и электрооборудования с системой управления. Экипажная часть машины состоит из сварной рамы 2, которая опирается на рельсы двумя ведущими колесными парами 8, 12. На раме, помимо рабочего оборудования, установлен дизельный силовой агрегат 4 с силовой передачей 9, автосцепки 6, тормозное и сигнальное оборудование. Трансмиссия машины механическая со ступенчатой коробкой передач и групповым приводом колесных пар. Трансмиссия машины работает в двух режимах: транспортном и рабочем. Транспортный режим используется при движении машины к месту работы и обратно, вся мощность дизеля передается па колесные пары машины. В рабочем режиме вся мощность двигателя передается на гидронасосы и вспомогательные механизмы, обеспечивающие выполнение технологических операций. Движение в рабочем
529
Рис. 10.52. Балластоуплотнительная машина БУМ:
1 - кабина управления; 2 - рама; 3 - насосная станция с гидробаком и гидропневмоаккумулятором; 4 - дизельный силовой агрегат; 5 - аварийный насос-моторный агрегат; 6 - автосцепки; 7 - шпально-рельсовые щетки; 8, 12 - колесные пары; 9 - силовая передача (трансмиссия); 10 - уплотнитель балласта у торцов шпал; 11 - уплотнитель балласта в шпальных ящиках
режиме обеспечивается гидромотором через карданный вал и вал рабочего движения реверс-раздаточной коробки.
Аналогично машинам класса ВПР, привод рабочих органов -гидравлический от насосной станции с гидроаккумуляторами и гидробаком 3. В случае отказов основных насосов предусмотрен дополнительный пасос-моторпый агрегат 5, позволяющий осуществить аварийное приведение рабочих органов в транспортное положение. Рабочими органами машины являются правый и левый уплотнители балласта в шпальных ящиках 11, работающие совместно с уплотнителями балласта у торцов шпал 10, а также тросовые шпалыю-рельсовые щетки 7 пассивного действия, опускаемые па рельсы при работе машины для сметания балласта с верхних постелей шпал и разравнивания балласта.
Необходимость использования машины БУМ обусловлена тем, что подбивочпые блоки выправочно-подбивочных машин цикличного действия производят лишь локальное уплотнение балласта под шпалами в подрельсовых зонах (рис. 10.53, б), создавая локальные зоны уплотнения (ядро уплотнения). В зонах, расположенных под шпальными ящиками текстура (взаимное объемное построение частиц) балласта нарушена вынимаемыми из призмы и раскрываемыми при этом лопатками подбоек. Здесь локализуются зоны разуплотненного балласта, на поверхности призмы в шпальных ящиках остаются углубления. Если сразу после работы выправочно-подбивочной машины пропускать поезда, то вертикальное давление на шпалы приводит к появлению распорных боковых давлений, балласт постепенно смещается в зоны под шпальными ящиками, происходит разрушение ядра уплотнения. Применение рабочих органов, производящих вертикальное виброобжатие балласта в шпальных ящиках, позволяет образовать ядра уплотнения в зонах под ними (рис. 10.53, в). В результате создается боковой подпор, препятствующий движению частиц из ядра уплотнения под шпалой.
Уплотнитель балласта в шпальных ящиках (рис. 10.53, а) содержит кронштейн 6 (корпус уплотнительного блока), который при работе перемещается вертикально по основной 12 и реактивной 13 направляющим с помощью гидроцилиндра 3. Этим же гидроцилиндром обеспечивается вертикальный прижим блока при уплотнении. На кронштейне установлен эксцентриковый вал 8 с маховиками 9, который приводится во вращение от аксиально-поршневого гндромотора 7 через зубчато-ременную переда-
531
Рис. 10.53. Уплотнитель балласта в шпальных ящиках:
а — общий вид; б — схема работы балласта под шпалой без применения машины БУМ; в — тоже, после уплотнения машиной; 1 - рама машины; 2, 4 - приводной пневмоцилиндр и крюк транспортного запора; 3 - гидроцилиндр подъема блока; 5 - конечный выключатель; 6 - кронштейн блока; 7, 14 - гидромотор привода вибраций с зубчато-ременной передачей; 8, 9- эксцентриковый вал с маховиками; 10 - пружины; 11- рычаги; 12, 13 - основная и реактивная направляющие; 15 - стяжки; 16 - башмаки
чу 14. На шатунных частях вала с наружной и внутренней сторон от рельса через подшипники качения установлены уплотнительные рычаги 11 со стяжками 15 и башмаками 16. Пружины 10, связывающие рычаги с кронштейном, центрируют рычаги при подъемах блока. Генерируемые эксцентриковым валом колебания передаются через рычаги и башмаки на балластный слой в двух шпальных ящиках в зонах, примыкающих к рельсам. Вибрации сопровождаются вертикальным прижимом, т.е., реализуется впброобжимное воздействие па балластный слой.
532
Уплотнители балласта у торцов шпал по принципу действия аналогичны уплотнителям машин класса ВПР.
Управляет машиной БУМ машинист, находящийся в кабине. Управление машиной в рабочем режиме: переезд машины, опускание и подъем рабочих органов подается оператором. Время уплотнения задается реле времени или нажатием педали подъема и опускания рабочих органов оператором.
Техническая характеристика Производительность, шпал/ч.......................до 1200
Степень уплотнения по относительной осадке пути,................................. 0,12-0,13
Число одновременно уплотняемых шпальных ящиков (размер одного башмака 280x160 мм), шт.........2
Уплотнители плеча и откосов (размер плиты в плане 200x1600 мм), шт................................2
Частота вибраций уплотнителя балласта в шпальных ящиках, Гц....................30-32
Амплитуда колебаний, мм...............................3
Частота вибраций уплотнителя балласта у торцов шпал, Гц........................35-40
Энергетическая установка (дизель ЯМЗ-238), кВт....176,6
Транспортная скорость самоходом, км/ч............до 100
Габарит ГОСТ 9238-83..............................02-ВМ
Масса, т.............................................25
10.13. Динамические стабилизаторы пути
Динамический стабилизатор пути предназначен для ускоренной и контролируемой стабилизации железнодорожного пути с сохранением в пределах допусков и норм содержания его положения в продольном профиле, по уровню и в плане. Машина применяется в составе отделочных комплексов для работ по техническому обслуживанию пути. Принцип действия стабилизатора заключается в виброоб-жимном воздействии на балластную призму в подшпальной зоне через путевую решетку, имитирующем уплотняющее воздействие поездной нагрузки. Особое значение стабилизаторы приобретают в связи с широким внедрени
533
ем в путевое хозяпст во машин для глубокой очистки балластного слоя, оставляющих после работы разрыхленный слой достаточно большой глубины (до 50-100 см). Уплотнительные рабочие органы выправочно-подбивочпых машин (ВПР, ВПО и др.) с традиционными схемами, ие обеспечивают требуемой степени и равномерности уплотнения, производят локальное виброобжимное воздействие только на верхние слои балласта, оставляя глубинные слои недостаточно уплотненными. После работы машин необходим период обкатки (см. рис. 10.6), характеризующийся интенсивным и неравномерным накоплением осадок рельсовых нитей. Возникает необходимость дополнительных работ по выправке и уплотнению слоя. Объясняется это тем, что при горизонтальном впброобжатпи балластного слоя подбойками (виброплитами) частицы балласта большими по размеру сторонами устанавливаются вертикально, принимая устойчивое положение. При воздействии поездной нагрузки, действующей вертикально, происходит вновь переориентация частиц балласта, но теперь в горизонтальное положение. Это приводит к перестройке уже сложившейся текстуры (взаимное расположение частиц) балласта и, как следствие, к неравномерным осадкам РШР по длине пути.
Динамические стабилизаторы пути (ДСП), производят искусственное осаживание рельсов иод действием вибраций, сочетающихся с вертикальным прижимом РШР, ускоряют стабилизацию балластного слоя в подшпальной зоне, производя также и глубинное уплотнение балласта. Процесс осаживания подвергается оперативному контролю, поэтому предоставляется достаточно широкая возможность его управления.
Впервые идея воздействия на балластный слой машиной через РШР была высказана отечественными учеными в 40-е годы, в 50-е годы ВНИИЖТом проведена серия экспериментов, подтвердивших технико-экономическую целесообразность такого способа уплотнения. Доказано, что вертикальная составляющая вибрирования позволяет достичь более эффективного стабилизирующего воздействия при меньшей энергоемкости (в 1,25-1,3 раза). Это объясняется тем, что в течение периода колебаний подошва шпал отрывается от поверхности балластного слоя с последующим ударом по пей. В момент отрыва шпал от балласта происходит взаимное пассивное смещение частиц под действием сил упругости и тяжести в результате снижения внутреннего трения, а при ударе внутри слоя распространяются фронты волн упругих колебаний,
534
приводящие к активным смещениям частиц, сопровождающимся их уплотнением. В сочетании с горизонтальными вспомогательными вибросмещениями повышается эффективность виброудар-ного режима осаживания путевой решетки.
В 70-е годы австрийской фирмой «Plasscr & Theurer» освоен и продолжается по настоящее время выпуск стабилизаторов типа DGS-62N. Динамические стабилизаторы доказали свою эффективность на железных дорогах мира.
В путевом хозяйстве применяются динамические стабилизаторы пути ДСП и ДСП-С, выпускаемые Екатеринбургским филиалом ГУП «Ремпутьмаш» (г. Калуга) по проекту ЦКБпутьмаш. Динамический стабилизатор пути ДСП-С (рис. 10.54) содержит экипажную часть в виде рамы 2, опирающейся на переднюю тяговую б и заднюю бегунковую 14 ходовые тележки. 11а раме смопт провалы силовой дизельный агрегат 3 с трансмиссией б’, унифицированной с машиной ВПР-02, устройства гидропривода, тормозная система, автосцепки 5, сигнальные устройства. В качестве основного рабочего органа применен блок динамической стабилизации пути 12. Положение рельсовых нитей пути в продольном профиле контролируется двухтросовой КИС, имеющей трехточечпую измерительную схему с измерением положения каждой рельсовой инти от отдельного стрелографа. В концевых точках ст релографа установлены стойки 7, 13, которые опираются па буксы колесных пар. Между этими точками по верхнему (нижнему) поясу фермы натянут нивелировочный трос 11. Измерительное устройство 9 при работе опускается роликами па рельсы. В верхней части устройства установлен датчик продольного профиля 10, а на его рамс — датчик уровня. Управление машиной при работе и транспортном передвижении осуществляется из кабин 1, 4.
В транспортном режиме привод па колесные пары тяговой тележки осуществляется через механическую трансмиссию <V, а в рабочем режиме — через объемный гидропривод. Экипажная часть ДСП в значительной мере унифицирована с машинами ВПР.
Необходимое силовое воздействие на балластное основание через РШР при непрерывном движении машины обеспечивается рабочим органом, включающим три последовательно расположенных на промежуточной раме виброблоков.
Блок динамической стабилизации пути (рис. 10.55) содержит промежуточную раму 5, па которой через кронштейны 3 и пневмокамеры 2 установлены последовательно расположенные
535
Vl UJ
Рис. 10.54. Динамический стабилизатор пути ДСП-С:
1,4- кабины управления; 2 - рама; 3 - дизельный силовой агрегат; 5 - автосцепки; 6, 14 — тяговая и бегунковая ходовые тележки; 7, 13 — концевые стойки стрелографа; 8 — силовая передача (трансмиссия); 9 — измерительное устройство продольного профиля; 10 - датчик продольного профиля; 11 — нивелировочный трос-хорда; 12 - блок динамической стабилизации пути
А-А
А
Рис. 10.55. Блок динамической стабилизации пути:
1 - рама машины; 2 - пневмокамеры; 3 - кронштейны передачи усилий на блоки через пневмокамеры; 4 - гидроцилиндры прижима виброблоков; 5 - рама виброблоков; 6 - гидромоторы привода дебалансов виброблоков; 7,3- тяги для передачи тягового усилия на виброблоки и раму; 9, 12 - карданные валы; 10, 13, 16 - виброблоки; 11 - винтовые стяжки передачи тягового усилия на
виброблоки; 14 - ребордчатые ролики; 15 - роли-
ковые клещевые захваты; 17 - стопоры с приводом от пневмоцилиндров; 18 - вибратор с
горизонтально и вертикально направленными вынуждающими силами; 19 - гидроцилиндры выборки зазоров между роликами и головками рельсов; 20 - гидроцилиндры привода роликово
клещевых захватов
виброблоки 10, 13 и 16. Подъем в транспортное положение, опускание в рабочее положение и вертикальный прижим рамы с виброблоками к путевой решетке производится четырьмя гидроцилиндрами 4. Крепление промежуточной рамы в транспортном положении обеспечивается крюковыми захватами 17. Сопротивления движению блока динамической стабилизации воспринимаются тягами 7, 8. Тяги через универсальные шарнирные узлы соединяют раму и виброблоки с рамой машины 1. Регулировка продольного положения виброблоков относительно рамы 5 производится винтовыми стяжками 11.
Каждый виброблок имеет систему ребордчатых роликов и роликовых захватов, гарантирующих падежное удержание РШР при передаче вибраций. Виброблоки при работе катятся по рельсам ре-бордчатыми роликами 14. Одновременно рельсы с внешней стороны головок захватываются роликовыми клещевыми захватами 15, приводимыми от гидроцилиндров 20. Прижим роликов ребордами к головкам рельсов производится гидроцилиндрами 19. Параметры гидроцилиндров выбраны таким образом, что при закрытии захватов силы, действующие на головку рельса, уравновешены. Это позволяет передавать вибрацию па путевую решетку при изменениях ширины колеи во время работы в кривых.
На каждом виброблоке установлен четырехдебалансный вибратор 15, позволяющий генерировать согласованные направленные вертикально и горизонтально вибрации, причем частота вертикальных вибраций в два раза выше частоты горизонтальных вибраций. Привод вибраций осуществляется от двух аксиально-поршневых гидромоторов 6 через карданные валы 9, 12, соединяющие ведущие валы вибраторов и валы гидромоторов.
Чтобы обеспечить соотношение частот горизонтальных и вертикальных вибраций (Op/fOg = 1/2 (рис. 10.56), соотношение числа зубьев колес 5 и 3 выбрано 2/1. Зубчатые колеса 5 синхронизируют вращение валов дебалансов 6 горизонтальных вибраций, а также ускоренного в два раза вращения валов дебалансов 4 вертикальных вибраций. Такое сочетание частот позволяет обеспечить формы траекторий колебаний путевой решетки в поперечной плоскости в виде фигур Лиссажу. Крайние траектории соответствуют вырожденным фигурам. Соотношения фаз колебаний блоков и путевой решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях выбрано таким образом, чтобы получить вырожденные траектории колебаний, соответствующие наиболее эффективному уплотнению
538
V&)OO(W
Рис. 10.56. Кинематическая схема привода вибраций:
1 - гидромоторы привода вибраций; 2,7 — карданные валы; 3, 5 - зубчатые колеса механизмов возбуждения вертикальных и горизонтальных вибраций; 4, 6 - дебалансы механизмов возбуждения вертикальных и горизонтальных вибраций; Р - вертикальное усилие прижима одного виброблока; Аг — амплитуды вертикальных и горизонтальных вибраций; шг — угловые £ частоты вертикальных и горизонтальных колебаний
балласта. На рисунке показаны положения дебалансов со сдвигом по фазам колебании последовательно в одну сторону: горизонтальных па л/4, а вертикальных па л/2. Это позволяет получить продольные формы колебании путевой решетки в вертикальной плоскости, приближающиеся к получаемым при воздействии движущегося поезда, т. е. в виде бегущей волны, позволяющей чередовать нагружения и разгрузки слоя с большой частотой. Происходят явления в балласте, аналогичные имеющим место под поездной нагрузкой. Балластный слой под шпалами эффективно уплотняется и пу гь становится стабильным к воздействиям поездной нагрузки. Такой режим уплотнения наиболее эффективен по скорости осадки и энергозатратам.
Если выправочно-подбивочлая машина имеет уплотнительные рабочие орг апы, способные регулировать подаваемые в подшпальную зону обьемы балласта, тем самым способствуя выравниванию общего уплотнения вдоль пути и под обоими рельсовыми нитями, то ДСП при работе не подает новых порций балласта. Осадка рельсовой шин с высокой степенью корреляции связана с достигаемой степенью уплотнения. Практически, управление осадкой означает и одновременно управление степенью уплотнения, поэтому КИС выправки продольного профиля и уровня пути стабилизатора должна иметь функции контроля степени уплотнения.
ДСП обязательно должен работать в составе комплекта машин и выполнять две важных технологических функции: обеспечить первичную осадку РШР сразу после работы машины для глубокой очистки щебня, когда необходимо максимально рыхлый щебень привести в промежуточное уплотненное состояние для эффект пвпой работы выправочно-подбивочной машины; обеспечить окончательную стабилизационную осадку после работы выправочно-подбивочной машины. После окончательной стабилизационной осадки путь должен быть стабилен и находиться в проектном положении.
На ДСП первых выпусков устанавливалась трехкоординатная КИС продольного профиля и уровня с размещением средней тележки 9 КИС продольного профиля в зоне между тяговой тележкой 6 и рабочим органом 12 (см. рис. 10.54). В этом варианте исполнения измерительный трос-хорда натянут между концевыми измерительными тележками по оси пути. Двуххордовая система измерения, установленная па ДСП-С, обеспечивает более высокую точность измерений положения пути в продольном
540
профиле, т.к. на точность измерений не влияет положение рельсовых нитей по уровню. Каждая рельсовая нить измеряется независимо. Положение пути по уровню измеряется соответствующими маятниковыми датчиками. Используется несколько вариантов: датчик с прецизионным потенциометром, индуктивный маятниковый датчик ЛИТМО, акселерометр. В зависимости от задач измерений датчики располагаются па соответствующих измерительных тележках. Расположение датчика на последней по направлению движения тележке обязательно, т.к. через него контролируется окончательный результат работы ДСП — положение по уровню.
Динамический стабилизатор пути австрийской фирмой «Plasser & Theurer» типа DGS-62N имеет некоторые конструктивные отличия от стабилизатора ДСП-С. Принципиальное отличие заключается в том, что блоки динамической стабилизации генерируют только горизонтальные вибрационные воздействия на путь. На машинах устанавливается два блока динамической стабилизации. Блоки подвешены к раме машины, т.е. без установки промежуточной рамы, как это сделано на ДПС-С. На машинах ДПС-С и DGS-62N установлены схожие двухтросовые системы управления осаживанием пути и системы регулирования прижатия их к РШР в процессе работы.
Перед началом работы ДСП-С блок динамической стабилизации опускают па рельсы (рис. 10.54), одновременно опускают тележки КИС. Для того, чтобы предотвратить образование локальной просадки пути, включение виброприводов производят после начала движения машины. Управление величиной осадки производится под контролем КИС путем плавного изменения поступательной скорости рабочего движения. Корректировка положения пути по уровню в пределах до 2 мм производится путем переключения ступеней давления правого и левого рядов пневмокамер. Для этого в рабочей пневмосистеме предусмотрена возможность переключения двух ступеней давления.
Техническая характеристика ДСП-С Производительность, м/ч..................... 1000-2000
Осадка пути за один проход по отношению к осадке после пропуска 1 млн. т брутто, %.........до 60
Максимальная вертикальная вынуждающая
сила на один виброблок, кН.......................до 100
541
Мощность дизеля, кВт..............................230
Радиус вписывания в кривые, не менее: в рабочем режиме, м..........................300
в транспортном режиме, м....................150
Транспортная скорость, км/ч.......................до 80
Габарит вписывания ГОСТ 9238-83.................02-ВМ
Масса (с прицепной платформой), т..................69
10.14. Путерпхт овочные машины
Выправка железнодорожного пути в плане, помимо универсальных машин типа ВПР, ВПРС и ВПО, выполняется специализированными путерихтовочными машинами типа Р (Р-2000, Р-02), путерихтовщиками ПРБ системы В.Х Ба-лашепко, рихтовочными устройствами оборудуются элект-робалластсры типа ЭЛБ (ЭЛБ-ЗМ, ЭЛБ-ЗМК, ЭЛБ-4 и др.). В транспортном строительстве для выправки пути в плане применяются машины (ПРМ-ЗПГ, УПМ1-3) и др. Эти машины используются для выполнения работ по рихтовке пути, как самостоятельной технологической операции, не требующей выправочной подъемки пути при его техническом обслуживании.
Рис. 10.57. Путерихтовочнвя машина Р-2000:
1 - платформа; 2 - кабина управления; 3 - рама; 4 - гидробак и насосная станция; 5 - дизельный силовой агрегат; 6 - автосцепки; 7, 12, 15, 17, 19 - передняя, измерительная, контрольноизмерительная, контрольная и задняя тележки КИС рихтовки; 8,
542
Путерихтовочная машина Р-2000 непрерывно-цикличного действия (рис. 10.57) имеет автоматическую систему контроля и управления, предназначенную только для рихтовки пути с рельсами до Р65 включительно, с деревянными и железобетонными шпалами, при строительстве новых, а также ремонте и текущем содержании эксплуатируемых железных дорог. Машина самоходная, оснащена автосцепками 6 типа СЛ-3. силовым и рабочим оборудованием, системой привода и управления. Машина имеет прицепную платформу 1, используемую для увеличения измерительной базы рихтовочной контрольно-измерительной системы и перевозки на пей инструментов и оборудования. На раме 3 машины специальной сварной конструкции размещены кабина управления 2, гидрооборудованне 4, силовая установка 5 (дизель ЯМЗ-238), трансмиссия 9 и рабочее оборудование — рихтовочное устройство 11 и уплотнитель балласта 13. Рама опирается на переднюю тяговую 8 и бсгупковую 14 тележки. Транспортное перемещение машины — от дизеля, а рабочее — от гидромотора.
Тормозная система машины состоит из пневмосистемы и колодочных тормозов. Пневматическая система содержит компрессоры, приборы управления тормозами (крапы, манометры), приборы торможения (ппевмцилиндры), воздухопровод с арматурой. Приборы управления тормозами размешены в кабине и
Продолжение рис. 10.57
14 - тяговая и бегунковая ходовые тележки; 9 - силовая передача (трансмиссия); 10, 18 - трос-хорда рихтовочной и контрольной КИС; 11 - механизм рихтовки; 13 - уплотнители балласта у торцов шпал; 16 - мерный каток с датчиком пути
543
обеспечивают непрямодействующий автоматический поездной режим торможения и прямодействующий — в рабочем режиме.
Рихтовочное устройство 11 служит для сдвижки путевой решетки в плане с помощью роликовых захватных устройств, размещено в средней части машины и управляется с помощью гидравлической системы.
Уплотнитель 13 балласта обеспечивает уплотнение балластной призмы у торцов шпал. Уплотнение балласта достигается при помощи вибрационной плиты со статическим прижимом. Вибрационное воздействие создается дебалапсами, вращаемыми гидродвигателем.
Контрольно-измерительное устройство выполняет измерение пути в плане, подачу сигналов на сдвижку, контроль отрихтован-ного пути. Измерительная база рихтовочной системы машины — четырехточечная одпохордовая (трос-хорда 10). В её состав входят передняя 7, измерительная 12, контрольно-измерительная 15 и концевая 19 тележки и масштабный каток 16. Контрольная измерительная система — трехточечпая (трос-хорда 18), определяется положением контрольно-измерительной 15, контрольной 17 и концевой 19 тележками. Контрольно-измерительная система выправки пути в плане и другие устройства машины Р-2000 унифицированы по конструкции с машинами ВПР-1200 и ВПРС-500.
Особенности работы машины. Применяются два способа управления машиной в процессе работы: автоматическое цикличное управление и автоматическое непрерывное управление при скорости движения не более 2 км/ч. Измерительная система машины работает по способам: сглаживания, фиксированных точек, лазерному лучу.
Рихтовка пути методом фиксированных точек и оптическим визированием производится циклически. Управление процессом выправки полуавтоматическое. Рихтовка пути методом сглаживания и по лазерному лучу может производиться как циклически, так и непрерывно. В последнем случае управление рихтовкой автоматическое. При рихтовке оптическим визированием, так же как и по лазерному лучу, обеспечивается наиболее высокая точность выправки. Этот метод применяется на прямых участках пути большой протяженности. Базой для рихтовки служит визирная линия, проведенная наблюдателем от оптического прибора, установленного впереди машины, до визирного щитка, находящегося на передней тележке. Перед началом работы ма-
544
шины необходима проверка и настройка её измерительной системы в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Производительность машины до 2000 м/ч, транспортная скорость до 80 км/ч, масса — 41,1 т. Машина вписывается в габарит 02-ВМ.
Путерихтовочная машина Р-02 также предназначена для выправки пути в плане и поверхностного уплотнения балласта у торцов шпал. Машина самоходная, имеет двухколесный экипаж, оборудованный автосцепками, гидравлические, пневматические системы привода и управления, оснащается автоматизированной системой выправки пути по результатам измерительной поездки. Скорость движения при измерительной поездки 10 км/ч, транспортная своим ходом и с отдельным локомотивом до 100 км/ч. Производительность машины до 2.4 км/ч, масса — 32 т. Машина вписывается по ГОСТ 9238-83 в габарит 02-ВМ
10.1В. Путврихтовщнк В.Х.Балашенко
Путерихтовочная машина ПРБ (рис. 10.58) предназначена для непрерывной рихтовки пути расчетным способом и способом сглаживания. Машина не самоходная и перемещается грузовой дрезиной (ДГКУ, МПТ-4 и др.). Состоит из однопролетпой несущей фермы, опирающейся в передней части па ходовую тележку типа 18-100. а в задней - па ходовую тележку специальной конструкции с дополнительными механизмами выборки горизонтальных зазоров между колесными парами и головками рельсов, повышающими точность рихтовки. Рабочее оборудование машины включает рихтовочное устройство с механизмом вывешивания, контрольно-измерительную просовую систему, плуги 27 с дисками для рыхления балластного слоя у торцов шпал и снижения усилия при рихтовке пути и уплотнительные катки 26, уплотняющие балласт у концов шпал для закрепления пути от упругих деформаций.
Рихтовочное устройство (рис. 10.59) служит для сдвижки пути в плане при рихтовке с одновременной частичной (на 80-90 %) разгрузкой путевой решетки от вертикальных усилий. Это способствует уменьшению рихтовочного усилия при сохранении контактов подошв шпал с балластной
18 Путевые машины
545
ja,
•В.
&
ja.
D D D
TOT
/.= 10000
BE1
«IF H
is is
° ° ° ° Ум 75 _________
D D D D ODD ПР6
ТЗ 72
7500 7500 _|
__________•____b = 24000
g<rut мтннны L ~ 24500
Харде рабочего стре.и>графа = 27000
s;
26 74
76 5000 I 5000 а=зооо
is
14.
аз,
20
: 2a-
I» ™
BE2,
Рис. 10.58. Путерихтовочная машина системы Балашенко:
18
1 + 8 - точки расположения вдоль машины концевых и измерительных тележек рабочего и контрольного стре-лографов; 9 - точка расположения вдоль машины мерного катка МК; 10 - контрольный трос-хорда; 11 - положение рабочего троса 12, 13 - положения рабочего
хорды при рихтовке по расчету;
троса-хорды при рихтовке методом сглаживания; 14 - масштабирующая механическая передача от МК; 15, 16 - трубки с направляющими программной и следящей кареток; 17, 18 - следящая и программная каретки; 19 - пишущий узел; 20 - контактная группа; 21, 22 - трособлочные передачи следящей и программной ка
реток; 23, 24 - приводной и неприводной барабаны лентопротяжного механизма; 25 - регистрирующая бумажная лента; 26 - уплотнительные катки; 27 - передние плуги; П - многополюсный переключатель; Т1 + Т7 - концевые и измерительные тележки КИС; ВСЗ, ВС4, ВС6 — сельсины-датчики стрел изгиба пути; ВЕ1, ВЕ2 - сель-
сины-приемники
546
saoo
A
Рис. 10.59. Путерихтовочное устройство:
1 - сварная рама; 2 - электромагнитно-роликовые захваты; 3 - кронштейны крепления захватов; 4 - ограничивающие скобы; 5 - опорные катки; 6 - поперечная направляющая; 7 - плужки; 8, 9 - прижимные ролики и гидроцилиндры прижима; 10 - кронштейны; 11 - вертикальные направляющие; 12 - рихтовочные гидроцилиндры; 13 - упор; 14- стопорные механизмы с тросовыми системами ручного привода; 15 - ферма; 16 - разгрузочные гидроцилиндры механизма вывешивания; 17 - винтовые механизмы подъема путерихтовочного устройства в транспортное *> положение; 18 - вертикальные рычаги; 19 - кронштейны; 20 - рихтующие ролики; 21 - упоры
постелью. Рама / рихтовочного устройства в задней части через универсальный шарнирный тяговый узел 22 закреплена на шкворневой вертикальной оси задней ходовой тележки, а в передней — через катки 5 опирается на поперечную направляющую опорную балку 6, подъем которой ограничивается скобами 4. Опорная балка 6 установлена в вертикальных направляющих 11, удерживается от поперечных смещений упором 21 и может перемещаться в вертикальной плоскости при помощи механизма вывешивания. Механизм состоит из двух гидроцилиндров 16, корпуса которых соединены с рамой машины 15, а штоки — через винтовые механизмы 17 подъема рихтующего устройства в транспортное положение с опорной балкой. В транспортном положении рихтующее устройство фиксируется стопорными механизмами с тросовыми системами 14 ручного привода.
При работе машины путевая решетка фиксируется относительно рихтовочного устройства двумя электромагнитно-роликовыми захватами 2, рихтующими 20 и прижимными 8 роликами. Захваты 2 подвешены шарнирно на кронштейнах 3, рихтующие ролики 20 установлены непосредственно на раме 1, а ролики <S’ — па вертикальных рычагах 18 с механизмом прижатия к головкам рельсов гидроцилипдрами 9. В средней части рычаги 18 закреплены шарнирами на кронштейнах 19. Для защиты электромагнитов от балласта иа раме рычага установлены плужки 7.
Поперечные смешения рамы 1 при рихтовке производятся рихтовочными гидроцилипдрами 12. Штоки их через кронштейны 10 связаны с рамой рихтовочного устройства, а корпусами -с упором 13 опорной балки. Рихтующие усилия на рельсы передаются через ролики 20. Прижимные ролики 8 управляются независимо с каждой с । ороны и служат для исключения люфтов по базовому рихтовочному рельсу, уменьшают вероятность выброса при рихтовке бесстыкового пути.
Контрольно-измерительная система машины содержит рабочий и контрольны!! стрелографы (см. рис. 10.58). Рабочий стре-лограф имеет измерительный трос, натянутый между концевыми тележками TI и 75 (точки I, 5). Защемлением троса в точках 2, 3, 4, в зависимости от выбранного способа рихтовки и радиуса рихтуемой кривой, изменяется положение и длина его рабочего участка. Например, при использовании способа сглаживания и радиусе кривой R > 600 м рабочий участок троса хорды макси
548
мален (положение 13), положение пути в плане измеряется через стрелу изгиба Л4 датчиком, расположенным па измерительной тележке Т4. При меньших значениях радиуса используются укороченные за счет защемления рабочие участки рихтовочного троса. Положение 11 рабочего участка соответствует рихтовке пути по расчету с предварительной записью стрел изгиба hy измеренных датчиком тележки ТЗ. Контрольный стрелограф включает в себя контрольный трос 10, натянутый между тележками Т4, Т7 с измерением стрел изгиба А6 датчиком тележки Тб.
В кабине оператора расположены два регистрирующих стола - рабочий и контрольный. Рабочий стол имеет лентопротяжный механизм, состоящий из приводного 23 и не приводного 24 барабанов. Приводной барабан через масштабирующую механическую передачу 14 соединен с мерным катком МК (точка 9) и обеспечивает масштаб протяжки ленты 1:500 в направлении Ил. Запись графиков стрел изгиба пути на бумажную ленту 25 осуществляется пишущим узлом 19 программной каретки 18. Каретка закреплена па трубке 15, установленной в направляющих роликах, и соединена через трособлочную передачу 22 с сельсином-приемником ВЕ2. Следящая каретка 17 закреплена на трубке 16 с направляющими роликами и соединена через трособлочную передачу 21 с сельсином-приемником ВЕ1. Каретки между собой взаимодействуют через контактную группу: средний контакт установлен на каретке 17, а. два крайних - на каретке 18. Выходы контактной группы соединены с релейными цепями включения электромагнитов гидрораспределителя управления рихтовкой.
На измерительных тележках ТЗ, Т4 установлены сельсины-датчики стрел изгиба ВСЗ, ВС4, каждый из которых через многополюсный переключатель П может быть соединен с одним из сельсинов-приемников ВЕ1, ВЕ2 для работы в индикаторном режиме электровала.
При отсутствии достоверных данных об исходном положении пути рихтовка выполняется в два этапа: измерительный проезд с записью графиков натурных стрел изгиба и рабочий проход. При измерительном проезде рихтовочное устройство находится в транспортном положении. С помощью переключателя П соответствующий сельсин-датчик соединяется с сельсином-приемником ВЕ2, который через трособлочную передачу 22 смещает трубку 75 с программной кареткой 18, производя в масштабе 1:1
549
запись графика натурных стрел изгиба пути. После записи машина возвращается в исходное положение. Далее, если выбран способ сглаживания, наносится поверх графика натурных стрел график программных стрел путем проведения средней линии. Этот график используется как командный. При выборе способа рихтовки ио расчету построение командного графика производится после соответствующей обработки первичной записи с использованием вычислительного алгоритма, учитывающего дополнительно компенсацию исходных неровностей. В рабочем проходе переключателем П к тому же сельсину-датчику подключается ссльсии-прпемник ВЕ1, образуя цепь обратной связи передачи информации о текущем положении пути во время рихтовки. Оператор при работающей машине, перемещая программную каретку 18, обводит график командных стрел, вводя корректировки для прохода кривых и корректировки на неровностях. Контактной группой 20 включается в соответствующую сторону привод сдвига пути, если его положение не соответствует задаваемому, т.е. рихтовочное устройство отслеживает относительно базового троса в масштабе Г.1 положения программной каретки.
Рихтовка пути по способу сглаживания в автоматическом режиме без составления предварительной программы производится от программой стрелы //6 контрольного стрелографа.
Контрольный стол используется для записи стрелы h6 изгиба пути относительно хорды длиной 10 м в ее середине. Масштаб записи продольный Г. 1000, поперечный — Г.1 от сельсина-датчика ВЕ6.
Техническая характеристика ПРБ
Рабочая скорость, км/ч.............................6-8
Скорость измерительного проезда, км/ч..............до 25
Точность рихтовки, мм..............................± 1
Максимальный сдвиг пути, мм.........................± 260
Усилие рихтовки, кН.................................250
Мощность электростанции, кВт.......................51,5
Масса, т.............................................60
550
10.16. Рихтовочные устройства на электробалластере
Машины непрерывного действия при выправке пути совершают непрерывное движение, поэтому отработка команд на перемещение РШР совершается с некоторым опозданием по отношению к ситуации, обусловившей управляющий сигнал рассогласования. Вопросы быстродействия таких систем напрямую связаны с качеством выполняемой работы.
Электробалластеры, помимо выполнения операций по непрерывной выправочной подъемке железнодорожного пути с формированием балластной призмы заданных размеров, выполняют операции, связанные с предварительной постановкой путевой решетки в проектное положение в плане. Выправочно-подбивочные машины, как правило, работающие после прохода элсктробалластера, предназначаются преимущественно для чистовой выправки, требующей, чтобы исходное положение пути минимально отклонялось от заданного. Применение на элсктробалластерах рихтовочных КИС позволяет получить более высокое качество выполняемой работы.
Выпуск балластировочпых машин начался с конца 30-х годов, конструкция и технология работы непрерывно совершенствовалась, было выпущено несколько серий. На Калужском ГУП «Ремпутьмаш» организовано производство новых электробалластеров типов ЭЛБ-ЗМК и ЭЛБ-4. Электробалластер ЭЛБ-4 (рис. 10.60) выполнен по традиционной двухсекционной схеме, позволяющей обеспечить большую величину свободного пролета, способствующую снижению напряжений изгиба РШР при вывешивании на большую величину, требуемую при постановке РШР на балластный слой. ЭЛБ-4 имеет основные рабочие органы и устройства аналогичные ЭЛБ-ЗМК (см. рис. 5.4). Электробалластер состоит из двух секций: направляющей 4, опирающейся на переднюю двухосную тележку 34 и среднюю четырехосную сочлененную тележку 29 с балансирной балкой, и рабочей 7, опирающейся сзади на двухосную тележку 13, а спереди через сферический шарнирный узел
551
J510Q.
Рис. 10.60. Электробалластер ЭЛБ-4:
1,8- основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2, 6, 10, 24 - кабины управления: передняя, центральная, хозяйственно-бытовая и нижняя; 3, 9 - насосные станции объемного гидропривода; 4, 7 - фермы: направляющей и рабочей секций; 5 - междуферменные связи; 11 - автосцепки; 12, 15, 23, 28 - концевые и измерительные тележки рихтовочной КИС; 13, 29, 34 - задняя, средняя и передняя ходовые тележки; 14 -шпальные щетки; 16, 17 - электропривод и рабочий орган динамической стабилизации пути; 18 - трос-хорда рихтовочной КИС; 19 -пробивщик балласта в шпальных ящиках; 20 - ПРУ; 21 - балластерные рамы; 22 - рабочий орган рихтовки пути (рихтующая балка); 25 - устройство прижима пути при рихтовке; 26 - мерный каток с датчиком пути; 27 - междуферменный сферический шарнирный узел; 30 - уплотнители балласта откосно-плечевых и междупутных зон; 31, 32 - активная и пассивная рельсовые щетки; 33 - дозатор
552
27 на рабочую ферму. Для предотвращения поперечной раскачки рабочей секции при движении, а также повышения ее поперечной устойчивости секции между собой дополнительно соединены тягами 5 с пружинными амортизаторами. Тяги ориентированы под углом в плане к продольной оси.
Экипажная часть оснащена автосцепками 11 и пневматической тормозной системой. Для привода рабочих органов на электробалластере имеется основная силовая установка (У-36М) мощностью 200 кВт, размещенная под капотом 1, и дополнительная 8 (АД-20М) мощностью 20 кВт для аварийного приведения рабочих органов в транспортное положение. Привод рабочих органов осуществляется через электрическую и гидростатическую трансмиссии. На направляющей и рабочей секциях установлены насосные станции 3, 9.
На направляющей секции машины размещено технологическое оборудование: дозатор 33, позволяющий производить операции по дозированию, срезанию балласта у торцов шпал, по планировке откосов балластной призмы и обочин земляного полотна; рельсовые щетки 32, обеспечивающие безопасное движение средней тележки 29 по пути после дозировки; активные роторные рельсовые щетки 31 и уплотнители балласта 30.
На рабочей секции размещены: прижимное устройство 25, используемое при рихтовке пути; ПРУ 20 с электромагнитно-роликовыми захватами, балансирным подвесом захватов и механизмами установки РШР в требуемое положение; балластерные рамы 21 для установки струнок, планирующих балластную призму под подошвами шпал при подъемке; пробивщик балласта 19 в шпальных ящиках; рабочий орган 17 для динамической стабилизации пути с приводом от электромотора 16 через карданный вал; рельсо-шпальные щетки 14 для предотвращения схода с рельсов задней тележки 13 и сметания балласта с поверхности шпал.
Подъемно-рихтующее устройство 20 обоих электробалластеров аналогичны по принципиальной схеме и конструкции. Люфты и зазоры между подвижными элементами конструкции, рихтующими роликами и боковыми поверхностями головок рельсов (см. рис. 5.5) при непрерывном движении машины приводят к запаздыванию сдвига путевой решетки на изменение сигнала управления. Это ухудшает в целом качество производимой работы. Для того, чтобы указанные зазоры были бы минимальными, для рихтовки используется специально спроектированный рабочий
553
орган 22 — рихтующая балка. Этот рабочий орган является исполнительным для системы выправки пути в плане — рабочего стрелографа, состоящего из двух измерительных 15, 23 тележек с датчиками стрел изгиба пути и двух концевых тележек 12, 28, между которыми натянут измерительный трос-хорда 18. Измерительная тележка 23 находится в непосредственной близости от рихтующей балки 22, что позволяет получать с минимальными искажениями информацию о текущем положении путевой решетки в плане в точке выправки. В состав рихтовочной КИС входит прижимное устройство 25, которое может прижимать путевую решетку к балласту в зоне после выправки, обеспечивая более стабильное ее положение. Мерный каток 26 с датчиком длины пути позволяет согласовать текущие положения машины при измерительном и рабочем проездах, что используется при применении метода рихтовки по расчету.
Рихтующая балка. Рабочий орган рихтовки пути (рис. 10.61) состоит из захватной части, включающей в себя правый и левый кронштейны 11с выдвижными балками 10, которые при работе опираются на рельсы через ролики 16 с ребордами. Горизонтальный захват рельсовых нитей за головки с внутренней стороны производится рихтующими роликами 9, а с наружной - прижимными роликами 6. Рихтующие ролики установлены на выдвижных балках, а прижимные - на объемлющих их рычагах. Гидроцилиндрами 4 производится поворот рычагов для отвода или прижима роликов 6. Принципиально, устройство механизма сдвига пути аналогично устройству механизма сдвига ПРУ машины ВПО-З-ЗООО (см. рис. 10.38). Внутри центральной балки 7 установлены гидроцилиндры 8, соединяющие ее через шарнирные узлы с выдвижными балками. Этими гидроцилипдрами производятся необходимые сдвиги путевой решетки при рихтовке и движения выдвижных балок при приведении рабочего органа в транспортное и рабочее положения. Реактивные рихтовочные усилия воспринимаются через центральный шарнирный узел 12, реактиный кронштейн 17, шарнирные узлы 18, кронштейн 13 фермой 1 машины. Гидроцилипдры 3, закрепленные через универсальные шарнирные узлы на кронштейнах 2, служат для вертикального перемещения рабочего органа, а также, при необходимости, для прижима путевой решетки.
Рихтовочное усилие, значение которого может достигать ПО кН, передается на путевую решетку через две рельсовые нити, что снижает вероятность повреждения скреплений.
554
.1
1
2
Рис. 10.61. Рабочий орган рихтовки пути (рихтующая балка):
1 - ферма рабочей секции; 2 - кронштейны крепления гидроцилиндров; 3 - гидроцилиндры подъема; 4 — гидроцилиндры привода прижимных роликов; 5 - рычаги; 6 - прижимные ролики; 7 - поперечная балка; 8 - гидроцилиндры рихтовки пути; 9 - рихтующие ролики; 10, 11 - выдвижные балки с кронштейнами; 12 - центральный шарнирный узел; 13 - опорный кронштейн; 14, 15 - проушины и серьги транспортных фиксаторов; 16 - опорные ролики; 17, 18 - реактивный кронштейн и шарнирные узлы крепления
Электробалластеры, выпускаемые ГУП «Ремпутьмаш» г. Калуга, постоянно совершенствуются, поэтому у машин разных выпусков структура рихтовочной КИС отличается. Компоновка КИС на ЭЛБ-4 отражает только один из вариантов. Для электробалластеров разработана микропроцессорная система управления «Компас-1», позволяющая управлять процессом рихтовки в различных режимах, используя возможности диалоговой системы построения и исполнения заданий на рихтовку.
Алгоритм функционирования системы в трехточечном режиме измерения положения пути в плане традиционен (см. п. 10.4).
Электробалластеры ранних выпусков оснащались четырехточечной системой рихтовки пути. В этом случае электробалластер перемещается рабочей секцией 7 вперед, уплотнители 30 при этом обеспечивают уплотнение балласта в зонах у торцов шпал, разрыхляемых при рихтовке или постоянном сдвиге пути. При работе по трехточечпой схеме преимущественное направление движения — направляющей секцией 4 вперед. Основное управление рабочими органами электробалластера выполняется из
кабин 2 и 10, а управление системой выправки — из верхней кабины 6 и нижнего пульта 24.
Техническая характеристика
Минимальный радиус проходимых кривых, м............100
Скорость при подъемке пути, км/ч.................до 10
Скорость при рихтовке пути, км/ч................. до 5
Скорость при стабилизации пути, км/ч.............до 5
Высота подъемки РШР, мм............................350
Величина сдвига пути, мм..........................+250
Перекос пути в обе стороны, мм.....................200
Управление рабочими органами.............дистанционное
Обслуживающий персонал, чел..........................4
10.17. Машины для правки стыков рельсов в пути
Под воздействием движущихся поездов происходит износ элементов верхнего строения пути, в том числе, проявляющийся в появлении пластических деформаций рельсовых нитей. Наибольшие динамические нагрузки взаимодействия колеса и рельса возникают в местах резкого про
556
дольного изменения целостности поверхности катания (стыковые зазоры), изменения характеристик вертикальной и горизонтальной упругости (наличие прокладок, мест термического влияния контактной сварки плетей, элементы стрелочных переводов), появления концентраторов напряжений. Например, в местах стыков динамические нагрузки могут достигать (40-50)g, и даже больше. В результате в зонах стыков и сварных контактных соединений появляются провисания концов смежных рельсов. Особую актуальность эта проблема приобретает в связи с широким внедрением скоростного движения поездов, так как в этих случаях предъявляются повышенные требования к плавности положения поверхностей катания головок рельсов под нагрузкой.
В состав работ по техническому обслуживанию пути входят работы по правке рельсовых стыков и мест контактной сварки. Технологией производства таких работ предусмотрено: определение места наличия провисания (или, в некоторых случаях, горба) с определением его величины; устранение указанного дефекта методом холодной гибки рельсовых нитей с образованием внутри материала наклепа, способствующего повышению несущей способности стыка; измерения качества правки; при необходимости, если при правке нарушена целостность балластного основания в зоне стыка - дополнительная локальная подбивка балласта. Такой комплекс работ может выполнить машина для правки стыков рельсов в пути МПРС (рис. 10.62). Машина применяется при текущем содержании и всех видах ремонта железнодорожного пути колеи 1520 мм с рельсами Р50 и Р65, с деревянными и железобетонными шпалами, при всех видах скреплений и балласта. Правке подлежат рельсовые стыки, имеющие неровности величиной более 1 мм.
Машина МПРС представляет собой двухосный самоходный экипаж, состоящий из рамы 2, которая несет на себе все оборудование машины и опирается на рельсы через приводную 9 и не приводную 14 колесные пары. Машина оборудована автосцепками 8 типа СА-3. Привод машины осуществляется от дизельного силового агрегата через механическую трансмиссию 10 в режиме транспортного передвижения и через трансмиссию и объемную гидропередачу 3 в рабочем режиме. Управление машиной производится из кабины 1. В качестве основных рабочих органов используются правый и левый, работающие независимо
557
Рис. 10.62. Машина для правки стыков рельсов в пути МПРС:
1 - кабина управления; 2 - рама; 3 - оборудование объемного гидропривода; 4 - силовой дизельный агрегат ЯМЗ-238-М2; 5 - топливный бак; 6 - бензо-электрический агрегат АБ4-Т230-ВПМЗ-Ж; 7 - силовой электрический щит; 8 - автосцепки; 9, 14 - приводная и не приводная колесные пары; 10 - трансмиссия; 11 - гидромотор рабочего передвижения; 12 - блоки правки стыков рельсов (правый и левый); 13 -подбивочный блок
друг от Друга, блоки правки стыков рельсов 12. Машина оснащена также одним одношпальным подбивочным блоком 13, конструкция которого полностью аналогична блокам машин ВПРС-02. Для выполнения дополнительных сопутствующих операций по техническому обслуживанию стыков машина оснащается бен-зо-электричским агрегатом 6, который служит источником питания для электрического путевого инструмента.
Схема блока правки стыков рельсов показана па рис. 10.63. Он состоит из корпуса 15, который крепится подвижно в горизонтальной плоскости на кронштейне 7 и может относительно него поворачиваться на небольшой угол. Кронштейн 7 установлен на цилиндрической направляющей 6, относительно которой он может перемещаться вертикально гидроцилипдром 4 и поворачиваться в плане гидроцилиндром 8. Направляющая под небольшим углом наклонена относительно вертикали, что позволяет производить гибку рельсовых нитей в продольной плоскости симметрии поперечных сечений рельсов (компенсация наклона рельсов внутрь колеи вследствие подуклонки). В центральной части корпуса 15 вварен гидроцилипдр 20 с двумя штоками 26 и 28. Нижний шток 28 соединен с вилкой 16, в которой через шарнир 29 установлен крюк 17. Вилка может передавать вертикальное давление на рельс через свою нижнюю поверхность, либо передавать подъемное усилие крюку.
В крайних частях корпуса установлены упоры 14, которые могут переставляться для регулировки базы изгиба рельса. В этих же зонах размещены клещевые захваты, состоящие из рычагов 13, 33, которыми рельсовая нить может быть захвачена за головку. Привод рычагов осуществляется от гидроцилиндра 32. Опорные ребордчатые ролики 12 перемещаются вертикально гидроцилиндрами 10 по двум цилиндрическим направляющим 9. Они служат для опоры блока на рельсы при рабочих передвижениях машины между обрабатываемыми стыками, расположенными близко.
Блок имеет систему датчиков, позволяющую измерить провисание рельсов до работы, контролировать процесс правки во время работы и произвести контроль качества после работы.
При необходимости произвести правку стыка, если имело место провисание, блок устанавливается па рельсовую нить в зоне стыка, блок упорами 14 опирается па рельс, совместной работой гидроцилипдров 19, 20 крюк 17 подводится под головку
559
Рис. 10.63. Блок правки стыков рельсов:
1 - рама машины; 2, 3, 22 - пневмоцилиндр, палец и проушина транспортного стопора; гидроцилиндры: 4 - вертикального перемещения блока, 8, 24 - точной ориентации блока относительно рельсовой нити, 19, 20 - привода закрытия и вертикального перемещения крюка, 32 - привода клещевых захватов; 5, 11,6- кронштейны крепления и вертикальная направляющая;
рельса. Одновременно крайние клещевые захваты также захватывают рельс. При движении штока 28 вверх, производится изгиб рельсов в стыке до достижения необходимого уровня. При выправке рельсовых стыков реализуется технология холодной знакопеременной правки, причем последней операцией правки должен быть выгиб рельса в направлении поездной нагрузки. Микропроцессорная система управления позволяет произвести циклическое нагружение рельсовой нити с полной ее разгрузкой или уменьшенной нагрузкой в противоположном направлении. Это способствует увеличению упругих и прочностных свойств стыка, путем образования наклепа внутри материала рельса, упрочняющего стык (число циклов нагружения материала с большим запасом должно быть меньше критического числа, при котором проявляет себя явление усталости материала). В случае наличия горба в стыке, крайние клещевые захваты удерживают рельсовую нить, а давление вниз передается через вилку 16.
Смещения рельсов в вертикальной плоскости сопровождаются также смещениями шпал в балласте, что нарушает уплотненную структуру балластного слоя в зоне стыка. Универсальный подбивочный блок позволяет произвести дополнительную, локальную подбивку слоя балласта под шпалами, прилегающими к стыку.
В зарубежной практике используются аналогичные машины, например, машина «Unimat Compact 08-16 Strait» австрийской фирмы «Plasser & Theurer».
Продолжение рис. 10.63
7 - подъемно - поворотный кронштейн; 9, 10, 12 - направляющие, гидроцилиндр привода и опорные ролики; 13, 33, 34, 35 - рычаги и шарнирные узлы крайних клещевых захватов; 14- переставляемые подпружиненные рельсовые упоры; 15 - рама блока; 16, 17, 18, 29 - вилка, крюк, кронштейн (крепления штока гидроцилиндра 19) и шарнирный узел центрального крюкового захвата; 21, 25, 30, 31 - кронштейн, втулка, реактивная направляющая и планка крепления гидроцилиндра 19 на корпусе гидроцилиндра 20; 23 - шарнирное соединение; 26, 28, 27- штоки и поршень
561
Техническая характеристика Производительность, стыков/ч........................ 14
Выправленная неровность (при базе измерения 1400 мм), мм:
сварного стыка.................................до 4
болтового стыка................................до 8
Количество блоков правки, шт........................ 2
Максимальное усилие правки, кН.....................2000
Транспортная скорость, км/ч: своим ходом......................................80
в составе поезда.............................. 100
Минимальный радиус проходимых кривых, м........... 160
Мощность силовой установки (ЯМЗ-238М2), кВт....... 176
Количество подбнвочных блоков (от ВПРС-02), шт...... 1
Габарит вписывания по ГОСТ 9238-83 ............. 02-ВМ
Масса в снаряженном состоянии, т....................32
Обслуживающий персонал, чел..........................2
10.18. Выправочно-подбнвочные машины, применяемые в транспортном строительстве
Основным средством индустриализации строительного производства является его комплексная механизация с использованием высокопроизводительных машин и оборудования, обеспечивающих выполнение тяжелых и трудоемких технологических процессов, снижения себестоимости, улучшения качества строительной продукции и условий труда. В транспортном строительстве все больше находят применение машины цикличного и непрерывного действия: выправочпо-подбивочпо-рихтовочные машины типа ВПРМ, ВПМ-600; универсальная путевая машина на базе трактора Т-158 с комплектом навесного оборудования типа УПМ-1, мобильные прицепные путеподъемники типа МПП-5, подъемно-рихтовочнвя машина ПРМ-РМ и др.
Выправочпо-подбивочпо-рихтовочная машина ВПРМ (рис. 10.64) прицепная, неавтономная, непрерывного действия с комбинированным пневмоколесно-рельсовым ходом. В рабочем положении находится в сцепе с тракторным тягачом-дозировщиком ТТД-2 с дозатором 24 (или
562
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Рис. 10.64. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПРМ:
1 - передняя концевая тележка с ручным приводом вертикальной перестановки троса-хорды: 2 - тракторный дозировщик ТДГ-2; 3 - дизель-электрический агрегат переменного тока; 4 - секционная ферма; 5, 8 - насосные станции объемного гидропривода; 6, 19 - механизм вывешивания машины с опорной пятой; 7, 18 - подъемные механизмы и рельсовые захваты; 9 - гидроаппаратура; 10 - выносной пульт управления; 11 - механизм натяжения троса-хорды; 12 - кабина управления; 13, 23 - пневмоколесно-рельсовые ходовые тележки с механизмами поперечного смещения фермы и тормозами; 14 - задняя концевая тележка КИС; 15 - измерительная тележка продольного профиля и уровня КИС; 16 - подбивочные блоки с виброплитами; 17 - балластерные устройства; 20 - измерительная тележка рихтовочной КИС; 21 - рабочий орган рихтовки пути; 22 - трос-хорда; 24 - дозатор
ТДГ-2), а в транспортном — с автомобилем или трактором соответствующего тягового класса. Машина предназначена для выполнения основных балластировочных операций при строительстве и восстановлении железных дорог: подъемки пути на балласт; выправки путевой решетки в профиле с одновременным уплотнением балласта под шпалами; уплотнения балласта без подъемки пути; рихтовки путевой решетки. Для повышения качества выполнения работ машина оснащается полуавтоматической системой управления выправкой пути в плане и профиле. Машина используется при годовом объеме работ 25-70 км на пути с рельсами до Р65 с деревянными и железобетонными шпалами.
Первичным источником питания гидравлических (две насосные станции) и электрических систем привода и управления служит генератор типа ЕСС-5-93-4У2 мощностью 75 кВт и напряжением 400 В, размещенным на тягаче и приводимый от вала отбора мощности трактора.
563
На ферме 4 машины размещаются: передняя 23 и задняя 13 ходовые тележки; опорно-поворотное устройство 6, 19; механизм рихтовки пути 21; рельсозахватное устройство (роликовое или гусеничное) 18; механизм подъема захватов 7; насосные станции 5, 8; балластерное устройство 17; подбивочные блоки 16; гидроаппараты 9 и оборудование полуавтоматической система управления выправкой пути в плане и профиле.
Трехсекциопная ферма 4 (складная для транспортировки), опирается на переднюю и заднюю ходовые тележки, с комбинированным пневмоколесно-рельсовым ходом, тормозами и механизмом поперечного сдвига фермы, является базой машины. На задней ходовой тележке закреплена кабина оператора 12. Соединение машины с тягачом осуществляется сцепным устройством, установленным па передней ходовой тележке.
Вдоль вертикальной оси, проходящей через центр тяжести фермы, размещено подъемно-поворотное устройство 19 с гидроцилипдром подъема 6. Механизмы подъема путевой решетки с рельсозахватными рабочими органами и закрепленными на них подбивочными блоками и балластерными устройствами смонтированы по бокам средней секции фермы. На нижнем поясе фермы перед рельсозахватными органами и опорно-поворотным устройством закреплен механизм рихтовки пути.
Полуавтоматическая система управления выправкой пути в плане и профиле включает переднюю контрольную 1, средние для управления рихтовкой 20 и подъемкой 15 пути и заднюю 14, измерительную трос-хорду 22, механизм её натяжения 11 и расположенный в кабине самописец.
Управление машиной ВПРМ может осуществляться со стационарного пульта управления, расположенного в кабине, или с выносного пульта управления 10, а также полуавтоматической системой управления выправкой пути.
Для подъемки пути машина устанавливается на заранее забалластированный участок. Рельсозахватный рабочий орган механизмом подъема опускается на путь и соединяется с рельсами. Путевая решетка вывешивается на необходимую высоту. После прохода машины путевая решетка опускается уже на новый слой балласта. В ходе подъемки пути допускается одновременно черновая его рихтовка, что достигается смещением фермы в поперечной плоскости относительно ходовых тележек и продольной оси машины.
564
При выправке путевой решетки в профиле с одновременным уплотнением балласта под шпалами рельсозахватный рабочий орган приводится в рабочее положение и путь вывешивается. Затем подбивочные блоки вводятся во взаимодействие с балластом и машина перемещается вдоль обрабатываемого участка. Уплотнение балласта можно производить без подъемки путевой решетки и является заключительной балластировочной операцией для увеличения несущей способности и стабилизации пути.
Для выполнения чистовой рихтовки путевой решетки рельсозахватный рабочий орган, подбивочные блоки и балластерное устройство остаются в транспортном положении. На путь опускается рихтовочное устройство, роликами захватываются головки рельсов с боковых сторон. При перемещении машины гидроцилиндры рихтовки устанавливают РШР в плане по командам полуавтоматической системы управления.
Для транспортирования на большие расстояния машина переводится из положения «с удлиненной базой» (16,1 м), в положение «с укороченной базой» (9 м). Это достигается укладыванием боковых секций фермы на среднюю часть, под которую подкатывают освободившиеся ходовые тележки машины.
Подбивочные блоки предназначены для непрерывного уплотнения балласта под шпалами со стороны их торцов (рис. 10.65). На машине имеется два подбнвочных блока с независимыми механизмами привода вибрации и установки их в рабочее и транспортное положения. Остовом подбивочного блока является подвижная рама 2. Внутри рамы размещены две штанги 15, имеющие возможность перемещаться с рамой в вертикальной плоскости по направляющим продольной балки 3. Подъем и опускание рамы осуществляется гидроцилиндром 4, установленным посредством опор на верхнем поясе рамы. Проушина штока этого гидроцилиндра соединена с направляющей 3. Направляющая продольная балка закреплена шарнирно на поворотных кронштейнах 1, 20, которые установлены в проушинах 19, 23 крепления поворотных кронштейнов корпуса рельсозахватного устройства 17. Смещение виброплиты в плане осуществляется гидроцилиндром 18 и ограничивается цепью 22. В транспортном положении виброплита закрепляется винтовой стяжкой 21. Основным рабочим органом, взаимодействующим с балластом, является виброплита 9. Она представляет собой пустотелую сварную конструкцию, имеющую в поперечном сечении форму прямоуголь-
565
Рис. 10.65. Подбивочный блок и балластерное устройство:
1, 20 - поворотные кронштейны; 2 - рама; 3 - продольная балка; 4 - гидроцилиндр вертикального перемещения рамы; 5 - электродвигатель привода вибраций; 6 - раздаточный редуктор; 7 - карданные валы; 8 - дебалансный вибратор; 9 - корпус виброплиты; 10 - пружинные амортизаторы; 11 - балластерное устройство; 12, 13 - распорка и балластное крыло; 14 - ось крепления корпуса виброплиты на раме; 15 - вертикальные направляющие штанги; 16 - рычаг; 17 - корпус рельсозахватного устройства; 18 - гидроцилиндр поперечного смещения виброплиты; 19, 23 - проушины крепления поворотных кронштейнов с шарнирными узлами; 21 - винтовая стяжка; 22 - цепь
566
ника, образующего в плане клин. Виброплита имеет дебаланс-ный вибратор 8 с приводом через карданные валы 7 и синхронизирующий редуктор б от электродвигателя 5, установленным на верхней части рамы. Вибратор размещен в сварном корпусе, выполнен с виброплитой как одно целое. В корпусе на вертикальных валах закреплены дебалансы, генерирующие в горизонтальной плоскости вынуждающую силу направленного действия около 60 кН. При направлении возмущающей силы вибратора в сторону оси пути опа передается виброплитой балласту. В обратном направлении возмущающая сила аккумулируется пружинными амортизаторами 10, установленными в корпусе рамы 2 с целью передачи реактивного сопротивления балласта на несущую конструкцию и поддержания устойчивых колебаний виброплиты. Рабочая поверхность уплотнительного клина покрыта износостойким материалом марки Т-690 (толщина слоя 2-3 мм). Виброплита крепится к раме вертикальной осью шарнирного узла 14, расположенного в носовой части подбивочного блока. В передней части подбивочного блока установлено балластное крыло 13 с распоркой 12 для изменения угла атаки балластного крыла и балластерное устройство 11.
Техническая характеристика Максимальное усилие подъемки пути, кН................400
Максимальное усилие сдвига при рихтовке, кН...........240
Максимальная высота подъемки пути, мм.................200
Величина сдвига пути при рихтовке, мм............... ±280
Установленная мощность электрооборудования, кВт........44
Рабочая скорость, м/ч:
при черновой подъемке и рихтовке пути........ до 3000
при чистовой выправке и подбивке пути..........до 600
при чистовой подъемке и рихтовке пути..........до 1200
Скорость передвижения по рельсовой колее, км/ч.......до 30
Универсальная путевая машина УПМ-1 (рис. 10.66) представляет собой комплект навесного оборудования на базе тягача Т-158 и предназначена для механизации всех подготовительных, основных и отделочных работ при несмерзшемся балласте. Область применения машины — балластировка пути на малых рассредоточенных объектах железнодорожных линий, при производстве работ на новых линиях и вторых путях, переустройстве станционных и подъездных путей промышленных предприятий.
567
17 16 15 14 13 12 11 10 9
Рис. 10.66. Универсальная путевая машина УПМ-1:
1 - противовес; 2 - базовый колесный трактор Т-158; 3, 16 - унифицированные механизмы крепления рабочих органов; 4 - подъемная рама блока чистовой рихтовки; 5 - подштопывающие устройства; 6 - механизм рихтовки с рельсовыми захватами; 7 - тяга; 8, 17 - концевые тележки КИС; 9 - трос-хорда; 10 — измерительный датчик; 11 - опорные анкеры; 12, 15 - опорные устройства рельсового хода; 13, 14 - колеса с пневмошинами
В состав комплекта УПМ-1 входят: два базовых тягача Т-158, оборудованных дополнительными навесными механизмами и устройствами; блок навеспой для очистки рельсошпальной решетки УПМ-1-1; снегоочиститель навесной плужный УПМ-1-2; блок навеспой для чистовой рихтовки пути УПМ-1-3; дозировщик балласта навесной УПМ-1-4; блок навесной для перегонки шпал по меткам и разгонки стыковых зазоров УПМ-1-5 и агрегат выправочно-подбивочиый УПМ-1 -6.
Базовый тягач Т-158 машины УПМ имеет дизельный двигатель 2 мощностью 118 кВт, пневмоколесный ход 13, 14 и оборудуется: комбинированным железнодорожным ходом 12, 15; универсальной подвеской 3, 16 навесных блоков рабочего оборудования; насосным модулем; электропневматическим оборудованием системы цикличного перемещения тягача; электрооборудованием. В передней части трактора установлен противовес 1. На схеме показан навеспой блок чистовой рихтовки пути 4. Блок имеет подштопывающее 5 устройство, анкеры И (со сменными четырьмя цилиндрическими штырями для рихтовки и четырьмя башмаками для подъемки путевой решетки) и оборудуется рихтовочным гидроцилиндром 6.
568
Блок рихтовки представляет собой съемное технологическое оборудование к базовому тягачу. Он обеспечивает сдвижку путевой решетки как с подъемкой, так и без подъемки, с заглублением анкеров в балласт двух шпальных ящиков, с подгребанием (подштопкой) балласта под концы шпал для закрепления путевой решетки на «маяках».
Для выправки пути в плане машина оборудуется трехточечной тросовой системой контроля, в состав которой входят: передняя контрольная 8 тележка с механизмом корректировки передней точки хорды, задняя 17 измерительная тележка и измерительный датчик 10, расположенный на блоке рихтовки, с механизмом корректировки вилки и измерительная трос-хорда 9. Задняя тележка удерживается на заданном расстоянии тягой 7, а передняя закреплена на толкающей раме 16 унифицированного подъемного устройства трактора.
Общая длина измерительной базы системы контроля 17,416 м. Плечи измерительной базы: а = 7,727 м; в = 9,689 м. Работа системы рихтовки основана на принципе «сглаживания» с коэффициентом сглаживания т = (а + Ь)/а - 2,25.
При постановке пути па проектную ось производится геодезическая разбивка положения пути, а проектные сдвиги записываются на шейке рельса через 2,5-3 м. Проектные стрелы изгиба на переходной кривой определяются исходя из линейной зависимости нарастания стрелы изгиба по формуле: Л - h\± И мм (где Л, — стрела изгиба начала переходной кривой; / — расстояние от начала переходной кривой до определяемой точки, м; i — величина изменения стрелы изгиба переходной кривой, отнесенная на единицу длины (1 м); i = (h} + h2)ILnK , где h2 — стрела изгиба в конце переходной кривой, мм; LnK — длина переходной кривой, м.
Навесной блок УПМ-1-6 имеет два независимо работающих подбнвочных блока, которые обеспечивают уплотнение балласта под одной шпалой. Каждый блок состоит из трех основных механизмов (рис. 10.67): вибрации, сжима-раскрытия подбоек и заглубления-подъема блоков; а также вспомогательного — стабилизатора положения блоков.
Работают блоки по принципу асинхронной подбивки, когда каждая пара подбоек работает независимо от другой пары, благодаря чему достигается максимальное и равномерное уплотнение балласта под шпалой. Вибрационные колебания подбойки
569
640
Рис. 10.67. Подбивочный блок:
1 - гидромотор привода вибраций; 2 - гидроцилиндр привода обжатия балласта; 3 - направляющая колонна блока; 4 - подъемный гидроцилиндр; 5 - корпус; 6, 9 - рычаги подбоек; 7 -поперечная балка; 8 - подбойки
получают от эксцентрикового вала, приводимого в движение от гидромотора 1. Обжатие балласта подбойками 8 под шпалой осуществляются посредством поворота рычагов 6, 9 вокруг осей центральных шарниров, расположенных в проушинах корпуса 5, при помощи гидроцилиндра 2, закрепленного на верхних концах рычагов. Один из рычагов подбойки — ведущий, имеет в верхней части опору для эксцентрикового вала и привода. Опора представляет собой разъемные корпусы для подшипниковых узлов эксцентрикового вала. Для обеспечения равномерности движения подбоек на валу устанавливается маховик, закрытый предохранительным кожухом. Корпус блока расположен на поперечной балке 7 и вместе с ней перемещается в вертикальной плоскости по направляющей колонне 3. При соотношении плеч 570
рычагов 1:1,35, эксцентриситете — 2,75 мм, амплитуда колебаний на конце лопаток составляет 3,75 мм. Каждый подбивочный блок имеет по четыре подбойки. Лопатки подбоек по передней рабочей плоскости и по кромкам наплавляются твердым, сплавом с целью обеспечения износостойкости. Размеры лопаток (по высоте 80 мм, по ширине 200 мм) обеспечивают равномерную степень уплотнения балласта под шпалой в рельсовой зоне.
Техническая характеристика
Время на перемонтаж блоков, мин....................20-40
Высота подъемки пути на маячные шпалы, мм...........до 250
Величина хода механизма рихтовки, мм................±150
Производительность при рихтовке, км/см..............0,8
Рабочая скорость при дозировке, км/ч............0,5-1,25
Производительность при подъемке пути, км/см.........до 1,0
Точность постановки пути по уровню, мм................±2
Количество обслуживающего персонала, чел...............2
П СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ • СОСТОЯНИЯ ПУТИ
Состояние железнодорожного пути контролируется: специальным переносным ручным инструментом; передвижными тележками; вагонами и автомотрисами, оборудованными путеизмерительной, дефектоскопной, геологической аппаратурой, системами обработки информации на ЭВМ
Для визуального осмотра пути, выявления поверхностных дефектов рельсов применяют специальные штангенциркули, прозорпики, стальные линейки, профилографы и другой инструмент; для индикации волнообразного износа рельсов тележку ТИВИР.
Для измерения геометрических параметров рельсовой колеи в путевом хозяйстве применяются путевые шаблоны ЦУП, ПШ, РШИ, КШ, путеизмерительные тележки ПТ-7, ПТ-8, путеизмерительные вагоны ЦНИИ-2, КВЛ-П1, КВЛ-П1М, КВЛ—П1МП, ЦНИИ-4, ЦНИИ-4М путеизмерительные автомотрисы МД-РУ.
Для обнаружения скрытых дефектов рельсов применяют: переносные однониточные дефектоскопы УИП1-Р-53, УРДО-3, УДС-1-РДМ-1; портативные дефектоскопы Рельс-6, УДС-2-РДМ-3, Авикон-02 для выборочного контроля и контроля сварных стыков; передвижные съемные тележки дефектоскопы Рельс-5, Поиск-2, Поиск-ЮЭ, Авикон-01; УДС-2-РДМ-2 дефектоскопные ультразвуковые автомотрисы; ультразвуковые и магнитные вагоны-дефектоскопы. Для наблюдения за состоянием земляного полотна применяются лаборатории инженерно-геологического обследования ЛИГО и ВИГО, георадары.
572
11.1. Средства диагностики геометрического состояния рельсовой колеи
11.1.1. Путеизмерительные шаблоны и тележки
Для текущего контроля за размерами рельсовой колеи используются путеизмерительные шаблоны и тележки. Они измеряют ширину колеи (шаблон) и возвышение одного рельса над другим (уровень) без нагрузки.
Путевой шаблон — переносной измерительный прибор точечного действия. Шаблон ЦУП-2 (рис. 11.1, а) имеет трубу 1 с двумя упорами: неподвижным 3 и подвижным 2, соединенным тягой, проходящей внутри трубы. Этот упор прижимается к внутренней стороне головки рельса пружиной. Перемещение этого подвижного упора отмечается на шкале 4 механизма шаблона, показывающей ширину колеи в мм. Рукояткой 7 подвижной упор отводится внутрь колеи. Положение рельсовых нитей в вертикальной плоскости измеряется механизмом уровня, который состоит из уровня 6, один конец которого шарнирно закреплен на трубе, другой конец прикреплен к винту с лимбом 5. Вращая винт, пузырек уровня устанавливается в среднее положение и по показаниям лимба определяется разница в положении рельсовых нитей. Пределы измерения: ширины колеи 1510— 1550 мм; уровня: 0-160 мм. Точность измерения ±1 мм.
Путеизмерительная тележка не только непрерывно измеряет ширину колеи и уровень, но и записывает эти параметры на бумажную ленту. Она перемещается вручную со скоростью до 5 км/ч, регистрирует состояние пути без силового воздействия. Тележки бывают трех- и четырехколесные. У трех колесных (рис. 11.1, б) искажается масштаб продольной записи. Тележки бывают с механической и электрической системой записи измеряемой величины. Принцип работы первых их них одинаков: механизм шаблона (рис. 11.1, в) состоит из роликов 1, прижимающихся к внутренней стороне головки рельсов и закрепленных на горизонтальных тягах 2. Тяги соединены с шарнирно-рычажной системой 3, которая в свою очередь связана с регистрирующим аппаратом 4, снабженным стрелкой с ка-
573
рандашом. Уширение или сужение колеи приводит к повороту стрелки с карандашом, который и записывает величину отклонения на протягивающейся ленте в масштабе 1:1.
Механизм уровня (рис. 11.1, г) имеет физический маятник 1 (их может быть один или два), который служит базой отсчета и всегда указывает вертикальное положение. При перекосе пути маятник, оставаясь в вертикальном положении, через рычажную систему 2 передает отклонение на регистрирующий прибор 3, в результате стрелка и карандаш запишет отклонение на бумажной ленте. Для гашения колебаний и повышения точности измерений уровня маятник обычно соединен с масляным демпфером.
Рис. 11.1. Схема путеизмерительных приборов и механизмов:
а — шаблон ЦУП-2: 1 — труба; 2,3 — подвижный и неподвижный упоры; 4 — шкала шаблона; 5 — лимб; 6 — уровень; 7 — рычаг;
б — путеизмерительная тележка: 1 — рама; 2 — тяга; 3 — маятник;
4 —регистрирующий аппарат; 5 — уровень;
в — схема измерения ширины колеи: 1 — ролик; 2 — тяга; 3 — рычаг;
4 — стрелка;
г — схема уровня: 1 — физический маятник; 2 — тяга; 3 — стрелка.
574
На железных дорогах и метрополитене для измерения ширины колеи (шаблона) и превышения одного рельса над другим (уровня) применяются также путеизмерительные тележки ПТ-2, ПТ-7, ПТ-8. Общим признаком всех путеизмерительных тележек является то, что их колеса (два или четыре) закреплены с возможностью перемещения перпендикулярно оси пути в диапазоне от 1510 до 1550 мм (ПТ-2) или от 1505 до 1560 мм (ПТ-7 и ПТ-8) и подпружинены. Это позволяет использовать колеса для измерения ширины колеи. Тележка ПТ-2 [17] (рис. 11.1,6) состоит из трубчатой рамы с колесами, на которой установлен самописец и тяжелый маятник. Колеса и маятник при помощи рычажных и клиновых передач связаны с перьями самописца. Протяжка бумажной ленты осуществляется от одного из колес при помощи зубчато-карданной передачи. Масса тележки — более 38 кг. Механический привод от точки замера до пера самописца обладает рядом недостатков: невозможность получения требуемой точности замеров; большая трудоемкость и металлоемкость изготовления; большая масса. Масса путеизмерительной тележки играет важную роль, так как при приближении поезда ее снимают с пути.
В путеизмерительной тележке ПТ-7 (рис. 11.2, а) применены современные датчики и электронные элементы. Масса тележки — 18 кг. Чернильная запись заменена ударно-копировальной, что позволило эксплуатировать тележку при температуре -20° С. Увеличен диапазон измерения ширины колеи для контроля путей промышленных предприятий.
Тележка ПТ-7 (см. рис. 11.2, а) состоит из коробчатой рамы 4, которая перемещается па четырех колесах 1, 5 два из которых 5 закреплены в телескопе и подпружинены. Колеса выполнены составными: реборды из износостойкой стали 65Г, ступица — текстолитовая, которая создает электрическую изоляцию, поэтому не влияет на работу цепей автоблокировки. На раме 4 размещен регистратор 3, на котором осуществляется запись измеряемых параметров иа бумажную лепту, флажок безопасности 6 и датчик уровня 2 В тележках последних выпусков датчик уровня смонтирован внутри балки. Перемещается тележка по пути рукояткой. Для измерения расстояния между головками рельсов (ширина колеи или шаблон) (рис. 11.2, 6) два колеса тележки 8 закреплены в вилках 9, приваренных к штоку 4 телескопа. Шток на опорах 6 и прижимается пружиной 7 в крайнее выдвинутое положение, при котором расстояние между ребордами колес 1562 мм.
575
Рис. 11.2. Путеизмерительная тележка ПТ-7:
а - общий вид; 1,5 — колеса; 2 — датчик уровня; 3 — регистратор;
4 — рама; 6 — флажок;
б — схемы измерения ширины колеи: 1 — потенциометр; 2 — муфта;
3 — винт; 4, 5 — щиток; 6 — опоры; 7 — пружина; 8 — колесо;
9 — вилка; б — схема включения масштабных сопротивлений;
в — схема работы измерительной головки: 1 — постоянный магнит;
2 — рамка; 3 — перо; 4 — бумажная лента; 5 — кольцо; 6 — щетка;
г — кинематическая схема привода регистратора: 1 — колесо тележки; 2 — конический редуктор; 3 — гибкий вал; 4, 5 — разъемная и обгонная муфты; б — шестерня; 7 — вал; 8 — кулачок; 9 — толкатель; 10 — стрелка измерительной головки; 11 — пружина; 12 — вибратор; 13 — боек; 14 — ведущий вал; 15 — приемная катушка
576
На задней опоре в стакане закреплен прецизионный потенциометр 1. На его оси находится упругая муфта 2 (см. рис. 11.2, б), охватывающая винт 3, который находится внутри трубчатого штока 4. Винт 3 зафиксирован от перемещения штангой 5. Штанга 5 имеет на конце резьбу и шлиц, выступающие наружу штока 4 телескопа. Вращением штанги при настройке выставляется ноль потенциометра, после чего она контрится гайкой. При перемещении штока 4 в осевом направлении упругая муфта 2 движется по канавкам винта 3 и вращает ось потенциометра 1. На концы обмотки потенциометра 1 подается напряжение питания, которое с его движка через масштабное сопротивление следует на измерительную головку. Измерительная головка (рис. 11.2, в) представляет собой проволочную рамку 2, находящуюся в постоянном магнитном поле магнита 1. При изменении напряжения в рамке она поворачивается и перемещает связанное с ней перо 3 самописца на столике с бумажной лентой 4. Масштабным сопротивлением схема настраивается таким образом, чтобы при перемещении штока 4 (см. рис. 11.2, б) на 1 мм перо самописца смещалось также на J мм. Напряжение на проволочную рамку 2 подается с помощью колец 6 через щетки 5.
На раме тележки на поворотной площадке закреплен датчик уровня, в качестве которого применен авиационный датчик ускорений ДЛУММ-3. Чувствительным элементом датчика является легкий якорь, размещенный на часовой подвеске между двух катушек. Питание датчика осуществляется постоянным током. Преобразователь питает катушки переменным током высокой частоты. Когда якорь находится строго посередине между катушек, их суммарный выходной ток равен пулю. Когда якорь (при наклоне датчика) приближается к одной из катушек, ток в ней возрастает, а в противоположной уменьшается, появляется суммарный выходной ток, который выпрямляется, усиливается и через масштабное подстроенное сопротивление подается на измерительную головку, смещающую перо самописца. Измерительная головка аналогична головке канала ширины колеи. При приближении якоря к другой катушке ток меняет знак на противоположный. Масштаб записи уровня у тележки ПТ-7 — 1:2, т.е. при превышении одного рельса над другим на 1 мм перо смещается на 0,5 мм. Выпускаются тележки с установкой датчика внутри рамы.
Запись измеряемых параметров осуществляется в двухканаль
19 Путевые машины 577
ном регистраторе (самописце). Оп состоит из двух блоков: лентопротяжного и регистрирующего. В регистраторе применена складывающаяся диаграммная бумага, размещенная в питающем бункере. Протяжка бумаги осуществляется ведущим валиком, имеющим выступы, взаимодействующие с перфорацией по краям бумаги. Блок питания из шести батарей типа 373 (Марс, Сатурн и т.п.), дает напряжение 9 В.
В приводе регистратора вращение от колеса тележки 1 (рис. 11.2, г) через конический редуктор 2, гибкий вал 3 и разъемную муфту 4 передается на вал 7, размещенный в регистрирующем блоке. Вал 7 снабжен обгонпой муфтой 5, позволяющей ему вращаться только в одну сторону. На нем редуктор передает вращение иа ведущий вал 14 протяжки бумаги и приемную катушку 15 копировальной ленты. На конце вала 7 закреплен кулачок 8. Толкатель 9, огибая выступы кулачка 8, поднимает и опускает вибратор 12. Вибратор 12, опускаясь, ударяет по бойку 13 стрелки измерительной головки 10. На бумажной ленте ставится точка. При подъеме вибратора 12 стрелка бойком 13 освобождается и смещается под действием полезного сигнала измерительной головкой 10. Пружина 11 обеспечивает постоянный контакт толкателя 9 с кулачком 8 и вибратором 12. Вся измерительная система тележки обладает инерционностью, поэтому может быть применена при небольших скоростях (до 5 км/ч).
Расшифровка записи осуществляется по диаграммной бумаге (см. рис. 11.2, в). Отсчет производится по клеточкам бумаги либо по обычной линейке, имеющей миллиметровые деления, учитывая, что масштаб записи по ширине колеи 1:1, по уровню 1:2.
Конструкция и измерительная схема путеизмерительной тележки ПТ-8 унифицированы с тележкой ПТ-7, а их характеристики одинаковы. Отличие — отсутствие регистратора, т.е. нет записи измеряемых параметров на бумагу. Вместо пего установлен блок индикации, у которого на лицевую панель выведены два микроамперметра. Их шкалы отградуированы: одна — в мм ширины колеи, другая — в мм превышения одного рельса над другим. Сигнал от измеряемых параметров подается прямо на микроамперметры, их стрелки показывают значение ширины и уровня. Для питания тележки ПТ-8 используют те же элементы 373. Недостатком тележки ПТ-8 можно считать отсутствие записи измеряемых параметров. Преимущества: малая масса (14,5 кг) и простота обращения в процессе эксплуатации. Подго
578
товка к работе ограничивается включением тумблера питания. Тележки ПТ-8 нашли широкое применение для оперативного контроля станционных и подъездных путей.
Техническая характеристика ПТ-7 и ПТ-8
Перемещение......................................ручное
Диапазон измерения уровня.......................0-160 мм
Предельная допустимая погрешность изменения уровня.................................. 1,5%
Диапазон измерения ширины колеи............ 1505-1560 мм
Предельная допустимая погрешность измерения ширины колеи........................... 1,0 мм
Диапазон рабочих температур.................. -20 - +40°С
Масса, не более.....................................15 кг
Масштаб записи ширины колеи........................ 1:1
Масштаб пути.................................... Г.2000
11.1.2. Тележка для индикации волнообразного износа рельсов (ТНВИР)
Тележка (рис. 11.3, а) предназначена для контроля и оценки состояния поверхности катания головки рельсов главных, приемо-отправочных путей, а также для контроля качества работы рельсо-шлифовальных поездов и станков.
В состав тележки входит специализированный портативный типа Note book контрольно-вычислительный комплекс (КВК), который обеспечивает: настройку на конкретный участок контроля — подготовку маршрута, измерение
и регистрацию информации о параметрах коротких неровностей с выдачей информации на дисплей и магнитный носитель в реальном масштабе времени, обработку информации о коротких неровностях для обеспечения ее долговременного хранения, регистрации на магнитном и бумажном носителе, тестирование аппаратных и программных средств и тарировку измерительных трактов.
Тележка представляет собой сборно-разборную конструкцию. Ее механическое оборудование включает два измерительных механизма 3, связанных соединительной штангой
579
00
a)
210
3
4
направление движения
—»-[ 50130| 160
В ММ
Рис. 11.3. Тележка для индикации волнообразного износа рельсов(а); схема измерения (б):
1 — штанга; 2 — рукоять; 3 — измерительный механизм; 4 —направляющие ролики; 5 — датчик пути; 6 — аккумулятор; 7 — датчик линейных перемещений
1 и устанавливаемых на головки правого и левого рельсов с помощью вертикальных и горизонтальных направляющих роликов. Масса тележки в сборе 15 кг. Тележка перемещается по рельсам вручную с помощью рукоятки 2.
Каждый измерительный механизм имеет несущую плиту, являющуюся хордой, которая перемещается вдоль оси рельса, опираясь на два вертикально расположенных направляющих ролика. Один из вертикальных роликов связан с сельсин — датчиком угловых перемещений 5. Он является датчиком пути — скорости. Положение измерительных механизмов относительно продольных осей симметрии головок рельсов при измерении фиксируется двумя горизонтально расположенными направляющими роликами.
Стрелы изгиба, отображающие короткие неровности по обеим рельсовым нитям, измеряются с помощью двух индуктивных датчиков линейных перемещений, выполненных на основе линейных дифференциальных трансформаторов. Эти датчики монтируются на штоках измерительных щупов, выполненных из износостойких материалов и находящихся в постоянном контакте с поверхностью катания головки рельсов.
В рабочем режиме тележка производит регистрацию следующих параметров: стрел изгиба каждой рельсовой нити в вертикальной плоскости от хорды 240 мм с измерением в точке, находящейся на расстоянии 80 мм от крайней задней точки (по направлению движения); пройденного пути с пикетными и километровыми отметками. В основу измерения стрел положена четырехточечная схема. Схема измерения тележки ТИВИР приведена (рис. 11.3, б).
Приняты следующие обозначения (см. рис. 11.3, б): Н— амплитуда неровности; h — стрела изгиба, отображающая неровность; X — длина неровности; Z — измеряемый тележкой параметр. Стрела изгиба h и измеряемый параметр Z находятся в соотношении h = 0,744Z.
Технические характеристики тележки:
Амплитуда измеряемых коротких неровностей, мм,.......0-2,5
Погрешность измерения, %..............................0,5
Дискретность путевой координаты, мм...................6,0
Время работы в автономном режиме, час............... 7,0
Длина измеряемых неровностей, м................. 0,03-1,5
581
11.1.3. Вагон-путеизмернтель ЦНИИ-2
Вагоп-путеизмеритель (рис. 11.4, а) предназначен для систематического сплошного механизированного контроля рельсового пути под динамической нагрузкой 176,6 кН. Он состоит из четырехосного цельнометаллического вагона, в котором размещены аппаратная, мастерская, купе для расшифровки лент и отдыха, а также механизмы уровня, ширины колеи, просадок и положения в плане каждой рельсовой нити. Механизмы выполнены с рычажно-трособлочными передачами и находятся под однозначной нагрузкой — натяжением пружин. Вагон-путеизмеритель работает с отдельным локомотивом. Его механизмы непрерывно измеряют и регистрируют на две бумажные ленты (основную и дубликат) состояние рельсовой колеи с
Рис. 11.4. Вагон — путеизмеритель ЦНИИ-2 (а); функциональная схема измерительной системы вагона-путеизмерителя (б):
1 — промежуток между верхним и нижним полами; 2 — аппаратная; 3 — кузов; 4 — купе для отдыха; 5,9 — передняя тормозная и задняя измерительная нетормозная тележки; 6 — подвагонный генератор; 7 — аккумуляторные батареи; 8, 10 — измерительные ролики (лыжи).
582
пределами измерения; по ширине колеи 1510-1560 мм, по взаимному положению рельсовых нитей по высоте (уровню) ±155 мм, по положению рельсовых нитей в плане (рихтовка) ±225 мм, по просадкам рельсовых нитей на базе 2,7 м в пределах ±50 мм.
В новых модификациях вагонов ЦНИИ-2, оборудованных бортовой автоматической системой обработки информации БАС КВЛ-Ш, к трособлочпой системе подключаются специальные датчики линейных перемещений, сигналы которых обрабатываются бортовым компьютером, фиксируются печатающим устройством принтера ПУ и выдаются на пульт управления оператору и монитор компьютера МК. Информация о состоянии рельсовой колеи пути снимается первичными измерителями ПИ1 и ПИ2, контактирующими с рельсами, преобразуется датчиками Д1 и Д2 в значения, удобные для передачи последующему элементу системы (в виде линейных или угловых перемещений), и поступает на суммирующий механизм СМ (рис. 11.4, б). Величина Dx, характеризующая отклонение контролируемого параметра, записывается регистрирующим органом РО в определенном масштабе.
Механизм для измерения ширины рельсовой колеи (рис. 11.5) непрерывно измеряет и записывает расстояние между боковыми внутренними гранями головок рельсовых нитей пути. Нормальной считается ширина колеи на прямом участке 1520 или 1524 мм. Ширина колеи измеряется двумя коническими измерительными роликами 1 с наклонными осями вращения. Ролики параллелог-раммными подвесками 11 шарнирно через угловые рычаги укреплены на неподрессоренной раме тележки и связаны с угловыми рычагами 13, 14 стальными тросами 15. Угловые рычаги блоков 10 тросом соединены с сумматором 3, направляющие 2 которого расположены в кузове вагона-путеизмерителя. Однозначное натяжение в системе обеспечивается тросами 8, 9 и пружинами 16. Сумматор через подвижные и обводные блоки тросом 7 связан с регистрирующими перьями 4, которые па бумажной ленте записывают ширину колеи (уширение, сужение) в масштабе 1:1.
Перемещение любого рельса в сторону уширения вызовет отклонение пера вправо от нулевой линии НЛ, а в сторону сужения — влево (см. рис. 11.5), т.е. LU1K = L„p + LJleB, где £шк — отклонение пера от НЛ вправо (+) и влево (-); Lnp, £лев — смеще-
583
б) 1520 1520
движения
Рис. 11.5. Механизм измерения ширины колеи. Схемы:
а — кинематическая; б — положения рельсовых нитей и их запись на ленте- 1 — измерительный ролик; 2 — направляющие сумматора; 3 — сумматор; 4 — перо регистрирующего устройства; 5 — лен-
584
ние правой и левой рельсовых нитей в сторону уширения (+) и в сторону сужения (-).
Для прохода по стрелочным переводам в рабочем состоянии механизм оснащен отводными роликами, которые контактируют с контррельсами стрелочных переводов и своими тягами удерживают измерительные ролики и отводные ролики от захода в мертвое пространство крестовины. Измерительные и отводные ролики в рабочее положение опускаются пневмоцилиндром через рычажную передачу, а в транспортное положение поднимаются сжатой в рабочем положении пружиной, размещенной в цилиндре.
Механизм для измерения уровня рельсовых нитей (рис. 11.6) непрерывно измеряет и записывает взаимное расположение рельсовых нитей по высоте. Механизм состоит из двух приемников перемещений — стальных канатов 3, каждый из которых прикреплен одним концом через соединительное звено 2 к крышке буксы 1 колесной пары с цилиндрической обточкой, а другим — к корректору механизма измерения просадок 4, компенсирующего устройства, суммирующего и регистрирующего механизмов и устройства для создания измерительной базы уровня. Корректор блочной передачей связан с сумматором механизма измерения уровня. Этот сумматор состоит из равноплечего коромысла 5, установленного в опорных подшипниках на каретке 6, которая может перемещаться по направляющим 7, смонтированным на полу вагона. На вертикальной оси каретки сумматора закреплен стальной канат 8, который через систему обводных блоков 11 присоединен с двух сторон к коромыслу-повторителю положения оси 13 и закреплен винтовыми стяжками 10 на раме рабочего стола. Коромысло-повторитель положения оси колесной пары связан со стабилизированной платформой 14 гироскопической системы СЗ-МУ и перьями 16 регистрирующего устройства. Пружины 9 удерживают всю систему натянутой.
Продолжение рис. 11.5.
та; 6 — демпфер; 7, 8, 9, 15 — трос; 10 — блок углового рычага; 11 — параллелограммная подвеска; 12 — пневмоцилиндр прижатия; 13, 14 — угловые рычаги; 16 — пружина.
585
Рис. 11.6. Механизм измерения превышения (уровня) рельсовых нитей. Схемы:
а — кинематическая; б — положения рельсовых нитей и их запись на ленте; 1 — букса колесной пары с цилиндрической обточкой; 2 — соединительное звено; 3, 8, 17 — стальные канаты; 4 — корректор механизма просадок; 5 — коромысло; 6 — каретка; 7 — направляющая; 9 — пружина; 10 — винтовая стяжка; 11 — блоки; 12 — демпфер; 13 — коромысло повторитель положения оси; 14 — стабилизированная платформа гироскопической системы; 15 — масштабные блоки; 16 — регистрирующее устройство
586
Запись на ленте в требуемом масштабе обеспечивается соотношением плеч рычагов и диаметров масштабных блоков в системе передачи от измерительной колесной пары к перу
_ h Ll2b2D
Лур~2 llxbxd
= myh,
(ПЛ)
где оту — масштаб записи показаний механизма уровня на ленте; h—размер превышения одной рельсовой нити над другой, мм.
При записи относительных положений рельсовых нитей в поперечной плоскости (рис. 11.6, 6) превышение правого рельса (по ходу движения путеизмерителя) над левым всегда вызывает смещение лера влево от НЛ, а левого над правым — вправо. Перемещение пера на ленте связано с отклонениями головок рельсов от нулевой линии формулой й = шу(йпр - йлев), где й — смещение пера от НЛ влево (+) или вправо (-); й^ йлев — отклонение головок правой и левой рельсовых нитей от НЛ вверх (+) или вниз (-).
Механизм для измерения направления рельсовых нитей в плане (рихтовки) непрерывно измеряет и записывает стрелы изгиба каждой рельсовой нити относительно хорды путеизмерителя (рис. 11.7, а). На путеизмерителе смонтировано два одинаковых механизма рихтовки: один для измерения правой, другой — левой рельсовых нитей. В основу механизмов положена трехточечная несимметричная схема измерения от хорды L = 21,495 м. Две измерительные точки № 2 и № 3 расположены на задней ходовой тележке — это измерительные лыжи 9. В качестве третьей измерительной точки № 1 используется кронштейн рамы 11 передней ходовой тележки вагона-путеизмерителя. Перемещения от измерительных точек при помощи стальных канатов 4 передаются через масштабные 3 и 10, уравнительные 7 и обводные 6 блоки на блок суммирующего механизма 8, имеющего встречную запасовку канатов. Затем результат суммирования в виде перемещения оси суммирующего блока вдоль своей направляющей передается на регистрирующее устройство 2. Запись на ленте стрел изгиба рельсовых нитей выполняется в масштабе 1:2 или 1:4. Схема размещения измерительных точек механизма рихтовки и их запись на ленте приведены на рис. 11.7, б. Положение системы рихтовки в натянутом состоянии обеспечивается
587
пружинами 5. Масштабные блоки 3 и 10 (см. рис. 11.7, а) включены в схему механизма рихтовки из-за его несимметричности для предотвращения влияния колебаний кузова вагона в плане на правильность показаний механизмов. Колебания кузова и тележек в вертикальной плоскости и параллельное перемещение кузова вагона относительно тележек или рельсовых нитей в плане на запись не влияют, так как при этом происходит только поворот блока суммирующего механизма относительно его оси вращения.
Рис. 11.7. Механизм измерения положения рельсовых нитей в плане. Схемы:
а — кинематическая; б — размещения измерительных точек N 1, 2 и 3 и их запись на ленте; 1 — демпфер; 2 — регистрирующее устройство; 3, 10 — масштабные блоки; 4 — стальные канаты;
5 — пружина; 6, 7 обводные и уравнительные блоки; 8 — суммирующий механизм; 9 — лыжа измерительная; 11 — рама передней ходовой тележки
588
При заданном масштабе записи тр = 0,5 математическое выражение для стрелы Нр, записанной на ленте, в функции от перемещений трех измерительных точек механизма рихтовки имеет вид:
Н = 0,5(F2 - 0,19F| - 0,81F3), (11.2)
где К,, F}, — перемещение измерительных точек № 1, 2 и 3 относительно
хорды-кузова вагона;
0,5 — масштабный коэффициент записи, равный отношению величины Яр стрелы изгиба рельсовой нити, измеренной на ленте, к натурной стреле в точке № 2.
Зависимость выражения (11.2) положена в основу работы механизма рихтовки. Так, приняв F2 = -Л; Ft = F3 - 0, получим Яр = —0,5Л (рис. 11.7, б). При F3 = -h и Ft = F3 = 0, Яр а -0,4Л, а при Fi = -h и F, = F3 = 0, Яр а -ОДЛ. Для среднего значения Яр можно вычислить также средний радиус кривой 7?^ = mpLxL2!2H.
Механизм измерения просадок рельсовых нитей (рис. 11.8, а) непрерывно измеряет и записывает вертикальные просадки по правой и левой нитям рельсовой колеи в отдельности. На путе-измери-теле два одинаковых механизма просадок. Они расположены на задней ходовой тележке 13. Каждый механизм просадок состоит из двух приемников перемещений — стальных канатов 3, прикрепленных к буксам колесных пар 1, 2 выполняющих функцию датчиков, суммирующего механизма и регистрирующего устройства.
Просадка Лр определяется как разность расстояния центров осей ZJ и Z2 колес задней ходовой тележки от рамы вагона, измеряемых на длине жесткой базы (/т = 2,7 м) тележки, т.е. Лр = Zl - Z2. При проходе по просадке на левой рельсовой нити центр первого по ходу колеса № 1 (без учета положения передней ходовой тележки) опустится на размер неровности. Это вызовет поворот коромысла 8 суммирующего механизма вокруг точки «г/», перемещение штока 6 и связанного со штоком регистрирующего пера 12 на половину размера поворота коромысла ЛП1 = 0,5Лр/Л.
Во время прохода по той же просадке второго по ходу колеса № 2 тележки сместится его центр, произойдет поворот коромысла и перемещение штока и пера, но в противоположную от нулевой линии сторону (см. рис. 11.8, б). Это смещение на ленте
589
Рис. 11.8. Механизм измерения просадок рельсовых нитей. Схемы:
а — кинематическая; б — положения рельсовых нитей под колесами N 1 и 2 и их запись на ленте; 1 — передняя колесная пара с нормальной обточкой; 2 — задняя колесная пара с цилиндрической обточкой; 3, 7, 10 — канаты; 4 — блоки; 5 — корректор; 6 — шток суммирующего механизма; 8 — коромысло; 9, 11 — пружины; 12 — перья; 13 — задняя ходовая тележка.
hn2 = -0,5Лрг//?. Размеры записи по модулю на ленте пройденной неровности Яп = |Лп1| + = hfr/R и при г = R получим Яп = Лп,
т.е. запись просадки механизмом воспроизводится в масштабе , mn= 1:1.
590
В механизме просадок роль своеобразного фильтра в исключении передачи колебаний кузова и тележки с рессорной подвеской на запись выполняет коромысло суммирующего механизма. Корректор механизма измерения просадок на характер записи не влияет.
Регистрирующее устройство вагона-путеизмерителя предназначено для непрерывной записи в установленных масштабах на двух бумажных лентах шириной 420 мм (основная и дубликат) измеряемых величин в виде диаграмм. Оно состоит из двух лентопротяжных механизмов, привода к ним, двух устройств для графления на лентах нулевых линий, линий допусков и отступлений и комплекта регистрирующих перьев. Образец путеизмерительной ленты с записями вагона-путеизмерителя ЦНИИ-2 приведен на рис. 11.9.
Рис. 11.9. Образец
Направление движения ленты
путеизмерительной ленты с записями:
1 — уровень; 2 и 3 — положение в плане правой и левой рельсовых нитей;
4 — ширина колеи; 5 и 6 — просадки по правой и левой рельсовым нитям;
7 — расположение пикетов и километров; 8 — нулевые линии.
На путеизмерительных вагонах, необорудован-
ных БАС, контролируемые параметры рельсовой колеи записываются на бумажную ленту в масштабе: продольный — 1:2000; уровень — 1:2; просадки — 1:1; ширина колеи -1:1;
отклонение рельсовых нитей в плане — 1:2
591
В путеизмерителях ЦНИИ-2, оборудованных бортовой автоматизированной системой обработки БАС КВЛ-П1 на имеющейся трособлочной системе размещены датчики линейных и угловых перемещений 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, на буксе тележки установлен оптронный датчик пути и скорости ДПС 1, (рис. 11.10).
Структурная схема системы БАС КВЛ-П1 приведена на рис. 11.11. БАС КВЛ-П1 состоит из: информационно-измерительной системы (ИИС); двух аппаратно-программных комплексов (АПК-1 и АПК-2); система электроснабжения аппаратуры (СЭС); система крепления и амортизации контрольно-вычислительного комплекса (ККВК).
В состав средств ИИС путеизмерительного вагона-лаборатории входят: шесть датчиков геометрических параметров (линейных перемещений): уровня (ДТП), рихтовки правой рельсовой нити (ДП2), рихтовки левой рельсовой нити (ДПЗ), шаблона (ширина колеи) (ДП4), просадок правой рельсовой нити (ДПЗ), просадок левой рельсовой нити (ДПбу. датчик пройденного пути и скорости (ДПС)-, кнопки «Столб» (КН1, КН2); датчик подъема роликов (ДПР)-, датчики стрелочных переводов (ДС1,ДС2)\ устройство зву-
Рис. 11.10. Размещение датчиков
592
Рис. 11.11. Структурная схема аппаратно-программного комплекса БАС КВЛ-П1
593
ковой и световой сигнализации ( УЗ С С) ; аппаратура нормализации измерительных сигналов (концентратор).
Аппаратно-программные комплексы АПК-1 и АПК-2 идентичны по своей структуре, и в состав каждого из них входят ПЭВМ типа IBM РС/АТ386, включающая стандартный набор внешних устройств, математический сопроцессор типа 80387 и устройство сопряжения с объектом (УСО) типа ADC 12/400 и проблемно-ориентированное программное обеспечение, с помощью которых ведется обработка и расшифровка результатов контроля.
С 1996 г. применяются модели путеизмерительного вагона КВЛ-П1М, а с 1997 г. —модели КВЛ-ШМП. Основным преимуществом новых моделей по сравнению с существующим путеиз-мерителем системы ЦНИИ-2 является повышение точности измерений и достоверности расшифровки показаний. Эти качества достигаются за счет применения электромеханических и электронных систем измерения, исключения в основном трособлочной системы механизмов, из-за инерционности которых рабочая скорость путеизмерителей ЦНИИ-2 ограничена до 75 км/ч, а также автоматизации процесса расшифровки и оценки состояния пути. Путеизмеритель модели КВЛ-П1М переоборудуется из путеизмерителя системы ЦНИИ-2 с ходовыми тележками ЦВМ с базой 2,7 м. Путеизмеритель модели КВЛ-П1МП изготавливается вновь и переоборудуется из пассажирского вагона модели 47Д с ходовыми тележками КВЗ-ЦНИИ ТИП-1 с базой 2,4 м.
Путеизмерители новых моделей предназначены для: контроля и оценки геометрических параметров рельсовой колеи главных и приемо-отправочных путей; контроля и обработки параметров движения путеизмерителя; уточнения параметров исследуемого участка пути (координаты километровых столбов, переездов, стрелочных переводов и др.); формирования информации с целью анализа и планирования работ по текущему содержанию и ремонтам пути.
Путеизмерители обеспечивают получение информации об измеряемых параметрах при движении вагона, обработку полученной информации в реальном масштабе времени, регистрацию и документирование первичных данных измерений и результатов обработки. Все функции осуществляются в автоматизированном режиме.
Принципиальные схемы измерений геометрических параметров рельсовой колеи в путеизмерителях моделей КВЛ-П1М и
594
КВЛ-ШМП, в целях преемственности с путеизмерителем ЦНИИ-2 сохранены. Но кинематические схемы и конструкции механизмов измерения изменены.
В путеизмерителях моделей КВЛ-ШМ и КВЛ-П1МП отсутствуют суммирующие механизмы трособлочной системы и традиционный для путеизмерителя ЦНИИ-2 регистрирующий стол. Его роль выполняет графический регистратор (принтер бортового компьютера).
В основу работы различных измерительных систем вагона КВЛ-ШМП положен единый принцип: измерения относительных перемещений рабочих органов (измерительных роликов или лыж, колес) и кузова вагона с помощью датчиков (преобразователей перемещений в электрический сигнал) и математической обработкой этих перемещений (электрических сигналов) с помощью бортовой ЭВМ для определения геометрических параметров рельсовой колеи.
Математические модели схем измерения геометрических параметров (шаблона, уровня, просадок и стрел изгиба) закладываются в ЭВМ в виде программ. Они представлены на рис. 11.12-11.16.
На рис. 11.12 приведена кинематическая схема измерения шаблона, на рис. 11.13 — стрел изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости, на рис. 11.14 — взаимного расположения обеих рельсовых нитей по высоте, на рис. 11.15 — просадок рельсовых нитей, на рис. 11.16 — стрел изгиба рельсовых нитей в вертикальной плоскости, реализованные в моделях КВЛ-П1М и КВЛ-ШМП, На этих рисунках приведены математические зависимости, по которым автоматически на ЭВМ рассчитываются геометрические параметры рельсовой колеи. Информация для расчета поступает от датчиковой аппаратуры.
Контролируемые путеизмерителем параметры разделяются на основные (нормируемые) и дополнительные (ненормируемые).
Перечень основных параметров, их диапазоны и погрешности измерений приведены в табл. 1 1.1 дополнительных в табл. 11.2 в масштабе М 1:1.
В состав БАС КВЛ-ШМ аналогично аппаратуре БАС КВЛ-Ш входят: информационно-измерительная система (ИИС), включающая датчиковую аппаратуру, аппаратуру управления и нормализации (АУН), а также устройство звуковой и световой сигнализации (УЗСС); два аппаратно- программных комплекса (АПК1 и АПК2) на базе промышленных компьютеров.
595
Звм ~~ ШАБЛОН
________________Ш2 = в1О'0И
в10 в11
Рис. 11.12. Схема измерения шаблона:
ДЮ, Д11 — датчики угловых перемещений; е10 — перемещение кузова вагона в поперечной плоскости пути; е„ — суммарные перемещения левого и правого роликов, а также кузова вагона в поперечной плоскости пути
ЭВ W
Для левой рельсовой нити. Стрела изгиба рельсовой нит в горизонтальной плоскости ',е “ " ОЛ,Ум ~ °' 19Ун} ~ д"н ХВЛ-ПШ •= - 0,в2Ум - 0,18У,*) - для КВЛ-П1МП Для праной рельсовой нити. Стрела изгиба рельсовой нити в горизонтальной плоскости = Км(У1г - 0.81У13 0. !9УЙ) - для КВЛ-Л1М fm ~ км(У17 ~ 0^yi3 ~ °- wi9> ~ квл-тмп
1 — рама кузова вагона; 2 — рама ходовой тележки Д13, Д14, Д16, Д17, Д18, Д19 — датчики угловых перемещений; Y13, Y14, Y15, У16, Y17 — перемещение измерительных роликов; Y18, Y19- перемещение ходовой тележки.
596
эвм
Взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень U = K/J0,64(Z1 -Z^+ 1600 х Р)
*?] pl lz,
1 — балка продольная; 2 — рама кузова вагона; Д1, Д2 — датчики угловых перемещений; 21, Z2 — перемещение букс; Р — угол наклона кузова вагона относительно горизонта.
1 — балка продольная; 2 — рама кузова вагона; Д1, Д2, ДЗ, Д4 — датчики угловых перемещений; Zi, Z2, Zs, Z4- перемещение букс
597
Стрела изгибе левого рельс, нити в вертикаль’ ной плоскости
Стропа изгибе пршюго рельс нити в вертикальной плоскости
\ (ОЖ - О.Ж - WJ + ОЖ - &Ж Ж1-Я КВЛ-П1М х ,м ЮЖ - 0,159г. - 0.84UJ + 0,78& - 0Л59гв -0.841» чия КИЛ-П1М а м * « < #э ап и 4 ч < 4 а
«, « к (ОЖ - 0.141/ - 0,859/1 + 0.22(7 - 0,141/, -0.059)) -дгя КВЛ-П1МП t • t (02Й/, - 0,141/, - 0,859/,) 10.78(7, - 0,141/, -0.858)) -ди КИЛ-ММ an* i £ 4 э Д и < 8 Г 3 8
АЗ А6
РиС- Н./6.
Схема измерения изгиба рельсовых плетей в вертикальной плоскости:
1 — балка продольная; 2 — рама кузова вагона; Д1, Д2, ДЗ, Д4, Д5, Дб — датчики угловых перемещений; Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 — перемещение букс
Схема размещения датчиков на путеизмерителе приведена на рис.11.12-11.16.
Для путеизмерителей моделей КВЛ-П 1М и КВЛ-П 1 МП конструкция аппаратуры БАС однотипная. На путеизмерителях модели КВЛ-П 1М использована двухкоордипатная гиросистема СЗ-МУ. На путеизмеритёле КВЛ-П 1 МП применена трехкоординатная гиросистема ИК-802.
Датчики линейных перемещений буксовых узлов колесных пар Д1-Д6 размещены частично в кузове и частично в подкузовном пространстве на раме вагона и связаны тросами с соответствующими буксами.
Датчик угла наклона кузова вагона относительно горизонта в поперечной плоскости пути (Д7) входит в состав гиросистемы, размещаемой в кузове по продольной оси вагона над некотловой ходовой тележкой.
Датчики угловых перемещений рамы котловой ходовой тележки относительно кузова вагона Д18 и Д19 располагаются в подкузовном пространстве па раме вагона и связаны через трособлочную систему с наружной балкой ходовой тележки.
598
Таблица 11.1
Параметр Диапазон измерения Погрешность измерения Примечание
Отклонение от нормы ширины колеи (1520 мм) (шаблон), мм 0-50 (от -10 до +40) ±1,5 Для КВЛ-ШМ н КВЛ-ШМП
Взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень), мм ±155 ±5,0 ±4,0 Для КВЛ-ШМ Для КВЛ-ШМП
Стрела изгиба рельсовой нити в горизонтальной плоскости относительно прямой хорды длиной 21,495 м или 20,575 м при замере в точке на расстоянии 4,11 м или 3,72 м соответственно для КВЛ-IUM и КВЛ-ШМП от конца хорды, мм ±225 ±4,0 ±4,0 Для КВЛ-ШМ Для КВЛ-П1МП
Просадка (разность ординат) рельсовой нити на базе 2,7 мм 0-50 ±4,0 Для КВЛ-ШМ
Стрела изгиба рельсовой нити в вертикальной плоскости относительно хорды длиной 17м при замере на расстоянии 2,4 м от конца хорды, мм ±50 ±3,0 Для КВЛ-ШМП
Таблица 11.2
Измеряемые величины Диапазон измерения
Скорость движения 0-120
Пройденный путь 0,25-10000000
Датчики перемещения измерительных роликов относительно кузова вагона Д13-Д17 размещаются частично в кузове и частично в подкузовном пространстве на раме вагона и связаны трособлочной системой с измерительными роликами.
В качестве типового датчика перемещений выбран сельсин БС-1405.
Бесконтактный датчик пути и скорости Д22 установлен на оси колесной пары с цилиндрической обточкой поверхности катания.
599
Путеизмерители оборудованы датчиками сигналов управления: датчиками стрелочных переводов, отвода измерительных роликов, воздействия оператора на БАС.
Аппаратура управления и нормализации (АУН) обеспечивает предварительную обработку сигналов с датчиковой аппаратуры и передачу их в АПК; автоматическое тестирование всех составных частей БАС с передачей результатов в АПК; формирование сигналов для устройства звуковой и световой сигнализации (УЗСС). При обнаружении БАС одиночного отступления или сочетания отступлений, которые вызывают необходимость ограничения скоростей движения, устройство УЗСС выдает звуковой и световой сигналы.
При автоматической оценке записи производятся в масштабе в 2 раза меньшем, чем при ручной расшифровке, а на километрах с неудовлетворительной оценкой состояния рельсовой колеи — в таком же масштабе, как и при ручной оценке.
На ленте регистрируются и отмечаются границы пикетов и километров.
Толщина линии записи параметров рельсовой колеи на ленте не должна быть более 0,5 мм.
На вагоне-путеизмерителе КВЛ-П1МП также как и на вагоне КВЛ-П1М в функцию ЭВМ БАС, помимо обработки измерительных сигналов, входит автоматическая расшифровка и оценка геометрических параметров рельсовой колеи в соответствии с положениями и правилами, изложенными в инструкции ЦП-515.
Согласно инструкции ЦП-515 отступления контролируемых параметров рельсовой колеи от номинальных величин учитываются при расшифровке записей лент поштучно и оцениваются по их количеству и степеням.
К I степени относятся отступления, не требующие выполнения работ по их устранению, поэтому они не учитываются при расшифровке путеизмерительных лент.
Ко II степени относятся отступления, также не требующие уменьшения установленной скорости движения поездов, но оказывающие влияние на плавность движения подвижного состава и интенсивность расстройства пути, особенно при частом повторении таких отступлений на километре.
К III степени относятся отступления, которые при пеустране-нии их после обнаружения могут за период очередной проверки
600
пути путеизмерительным вагоном достичь величин, значительно ухудшающих плавность движения поездов и повышающих интенсивность накопления остаточных деформаций пути. Поэтому такие отступления жестче оцениваются по сравнению с отступлениями I и II степени и устраняются в первоочередном порядке.
К IV степени относятся отступления, вызывающие рост сил взаимодействия пути и подвижного состава до величин, которые при наличии неблагоприятных сочетаний с отступлениями в содержании и загрузке подвижного состава, нарушениях режима ведения поезда и др. могут привести к сходу его с рельсов. Поэтому при обнаружении отступлений, относящихся к IV степени при данном интервале установленных скоростей движения, скорость уменьшается. А при отступлении, превышающем предельно допускаемое значение, закрывается движение поездов, независимо от установленной скорости движения.
Пример расшифровки длинных отступлений по ширине колеи и уровню приведено на рис. 11.17. При этом за единичное при-
Рис. 11.17. Порядок расшифровки длинных (многоштучных} отступлений по ширине колеи и уровню:
а — на прямых; б и в — на переходных и круговых кривых. В приведенных примерах количество отступлений составит: П-й степени: по ширине колеи (А-Б}/2; по уровню (А-Б)/5; lll-й степени: по ширине колеи (Б-В}/2; по уровню (Б-В}/5.
Балловая оценка отступлений IV степени не зависит от их длины и количества. I, II, III, IV — степени отступлений
601
нимается отступление длиной: по ширине колеи — 2 мм на ленте (4 м на пути); по уровню — 5 мм на ленте (10 м на пути).
Оценка состояния рельсовой колеи по данным путеизмерите-ля приведена в табл. 11.3.
Таблица 11.3.Качественная и балловая оценка состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона (па участках со скоростями движения поездов более 60 км/ч).
Качественная оценка состояния рельсовой колен Количественные критерии качественной оценки состояния рельсовой колеи
На километре На подразделении
Количество отступлений по степеням Балловая оценка километра Среднее значение баллов
и III IV
Отлично (0) До 5 0 0 10 До 25
Хорошо (X) 6-25 0 0 40 Более 25 до 80
Удовлетворительно (У) Более 25 0 0 150 Более 80 до 180
Удовлетворительно (У) Независимо 1-6 0 150 Более 80 до 180
Неудовлетворительно (Н) То же Более 6 0 500 Более 180
Неудовлетворительно (Н) Независимо Независимо 1 и более 500 Более 180
11.1.4. Автомотриса путеизмерительная МД-РУ
Автомотриса представляет собой самоходный двухосный экипаж (рис. 11.18) с базой 6,4 м. Обе оси колесных пар 5 — приводные. Нагрузка па ось до 18 т.е. Минимальный радиус при вписывании в кривую составляет 100 м. Рабочая скорость до 60 км/ч, транспортная скорость: самоходом 80 км/ч, в составе поезда 100 км/ч.
Тяговым агрегатом дрезины служит дизель-электрнческая установка мощностью 170 кВт или 200 кВт с трехфазным синхронным генератором переменного тока напряжением 380/220 В; 50 Гц. Привод — электрический с зубчатой передачей иа колесную пару. Скорость регулируется за счет использования ти-
602
13
14
Рис. 11.18. Автомотриса путеизмерительная МД-РУ
ристорного управления. Дрезина снабжена двумя аккумуляторными батареями 9 каждая емкостью 150 А-ч напряжение — 24 В. Одна — для запуска дизеля и питания цепей управления и контроля дрезины. Другая — для электроснабжения через статический преобразователь напряжением 220 В; 50 Гц измерительной и вычислительной аппаратуры.
При отключенном дизель-генераторе имеется возможность электропитания аппаратуры от внешней сети трехфазного тока 380/ 220 В; 50 Гц.
Дрезина оборудована по обеим концам идентичными постами машиниста для управления ее движением. Автомотриса производит измерения параметров геометрии рельсовой колеи (табл. 11.4).
Измеряемые параметры и результаты оценки могут записываться на бумажный носитель в графическом виде и на магнит-
603
Таблица 11.4.
Параметр Масштаб записи Диапазон измерения
Отклонение от нормы ширины колеи (шаблон), мм 1:1 от-10 до+40
Взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень), мм 1:5 ±155
Стрела изгиба одной рельсовой нити в гориз. плоскости относительно пря мой хорды длиной 10 м при замере в точке на расстоянии 4,2 м от конца хорды, мм ±85
Стрела изгиба каждой рельсовой ннти в вертик. плоскости относительно прямой хорды длиной 4,2 м при замере в точке на расстоянии 1,764 м от конца хорды 1:1 ±35
ный носитель. Кроме того, па бумажном носителе отмечаются километраж, скорость движения автомотрисы, а также железнодорожные объекты: мосты, стрелочные переводы, переезды.
Измерительное оборудование автомотрисы включает (см. рис. 11.18) три измерительные тележки 2,8, 11 с телескопической осью, присоединенных посредством тяг 7 к буксам осей колесных пар 4. При этом две тележки присоединены к буксам оси передней колесной пары, а одна тележка — к буксам оси задней колесной пары. На рычагах тяг тележек и на буксах размещено восемь сельсин датчиков линейных перемещений. Датчики преобразуют измеряемые линейные перемещения в электрические сигналы.
Колеса измерительных тележек имеют отводные направляющие лыжи 1 для прохода стрелочных переводов.
Для измерения стрел изгиба в вертикальной плоскости принята единая база отсчета, но имеет место различие в нагрузке измерительных точек. В средней точке нагрузка 18 тс; а в крайних по 0,2 тс.
Для измерения уровня на дрезине используется гиродатчик 14, а пройденного пути — импульсный датчик оборотов колеса.
604
Измеряемые параметры дрезины аналогичны параметрам, регистрируемым вагоном-путеизмерителем КВЛ-ШМП.
На автомотрисе осуществляется обработка информации в реальном времени вычислительным комплексом и датчиковой аппаратурой БАС-КВЛ-П.
Принципы измерения, обработки сигналов и определения геометрических параметров рельсовой колеи автомотрисы МД-РУ аналогичны принципам вагопа-путеизмерителя КВЛ-ШМП.
Имеются отличия только в конструкции механизмов измерения перемещений рабочих органов относительно кузова автомотрисы.
II.1.5. Вагон-путензмеритель ЦНИИ-4
Внедрение вагонов-путеизмерителей ЦНИИ-4 начато с 1995 г. По сравнению с путеизмерителем ЦНИИ-2 он контролирует большее число параметров с рабочей скоростью до 160 км/ч, системой оптических бесконтактных датчиков и гироскопической системой с датчиками углов крена, галопирования, азимутального направления и ускорений.
Решаемые задачи и технология использования ЦНИИ-4 и ЦНИИ-2 различны. ЦНИИ-4 предназначен для контроля ширины колеи, уровня, просадок и дополнительных параметров состояния рельсовой колеи: уклона, перекосов па базе кузова и тележки, неровностей в профиле и плане длиной до 200 м; съемки параметров профиля и параметров устройства кривых участков пути; контроля отклонения от проектного положения пути в плане и профиле, «привязки» результатов измерений к абсолютной системе отсчета (местоположению реперных точек); оценки соответствия параметров устройства пути требованиям, предъявляемым к пути данного класса; соответствия установленных скоростей движения фактическим параметрам устройства пути; оценки соответствия фактических параметров пути после окончания ремонтных работ проектным характеристикам; выявления участков, требующих производства ремонтных работ и их предпроект-ного обследования. Путеизмеритель обеспечивает измерение и контроль: просадок каждой рельсовой нити в вертикальной плоскости с погрешностью не более +/-1 мм в диапазоне 0-40 мм; взаимного положения рельсовых нитей по высоте (уровня) с погрешностью не более +7-4 мм в диапазоне +/-160 мм; отклонения
605
уровня (перекосы и плавные откдодения) с погрешностью не более +/-1,5 мм в диапазоне 0-40 мм; ширины рельсовой колеи (шаблона) с погрешностью не более +/-1 мм в диапазоне 1510-1550 мм; перекосов пути на длине, равной базе тележки (коротких перекосов) с погрешностью не более +/-1 мм в диапазоне 0-30 мм; перекосов пути на длине, равной базе кузова вагона (длинных перекосов) с погрешностью не более +/-1 мм в диапазоне 0-50 мм; уклона продольного профиля пути с погрешностью не более +/-0,3°/оо в диапазоне +/-50°/оо; положения реперных точек с погрешностью не более +/-1м; горизонтальных и вертикальных ускорений кузова; длины пройденного пути, с погрешностью не более +/-0,5м на 1 км пройденного пути.
В состав ЦНИИ-4 входит аппаратно-программный контрольно-вычислительный комплекс (КВК) (рис. 11.19) который включает в себя: датчиковую аппаратуру; информационную маги-
Структурная схема контрольно-вычислительного комплекса
Датчики Согласующие Обработка Докумен-
устройства измерений,контроль тирование
Рис. 11.19. Структурная схема аппаратно-программного контрольно-вычислительного комплекса ЦНИИ-4
606
страль с согласующими устройствами; вычислительный комплекс из трех ПЭВМ, объединенных в локальную сеть, со специальным программно-математическим обеспечением (СПМО)', систему отображения, регистрации и документирования; систему электропитания.
Принцип действия КВК основан на сборе по заданной программе информации с датчиков, приведении ее с помощью согласующих устройств к единому формату и выдаче на ПЭВМ для дальнейшей обработки.
Датчиковая аппаратура обеспечивает измерение первичных характеристик рельсовой колеи и параметров движения.
В комплект датчиков входят: оптические датчики ширины колеи (ШК) — 2 шт.; оптические датчики вертикальных и горизонтальных перемещений головки рельса относительно кузова (РК) — 2 шт.; гироскопическая система с датчиками углов крена, галопирования, азимутального направления и ускорений; спутниковая навигационная система GPS; датчики вертикального перемещения букс относительно кузова (БК) — 6 шт.; датчик пройденного пути (Д1 Ш); датчики вертикального и поперечного ускорения букс (ВУБ и ПУБ) •— 4 шт.
Датчиковая аппаратура размещается на корпусе вагона, на буксах колесных пар и на балках ходовых тележек (рис. 11.20)
В состав системы оптических датчиков (СОД) входят датчики ШК для измерения расстояния между внутренними поверхностями головок рельсов — датчик ширины колен и датчики РК — для измерения вертикальных и горизонтальных расстояний от кузова вагона до рельса.
Датчики ШК устанавливаются над каждым рельсом на непод-рессоренпой поперечной балке ходовой тележки. На рис. 11.21. Показана принципиальная схема датчика ширины колеи. При такой схеме значение ширины колеи определяется по базовому расстоянию между датчиками 5Щ и измеренному относительному отклонению рельса ДУ(Г
Датчик ШК состоит их двух основных частей — осветительной и приемной. Функция осветителя (1, 2, 3) заключается в формировании па боковой поверхности головки рельса (ниже УГР па 13±2 мм) светового пятна. Световой поток, отраженный от рельса, принимается объективом приемной системы (4), который формирует изображение светового пятна в плоскости приемника лучистой энергии (5). При отклонении рельса отно
607
сительно датчика ШК изображение светового пятна также перемещается. В результате каждому новому положению рельса соответствует свое положение изображения светового пятна.
Ширина колеи определяется по формуле:
Ш = ДХ] + ДУ2 + Вш,
где ДА", 2 = 2)k/S//np ~ относительное перемещение рельса;
N.*t 2) — текущее значение номера светочувствительного элемента ПЗС-линейки, соответствующее геометрическому центру изображения светового пятна первого или второго датчика;
2) —номер светочувствительного элемента ПЗС-линейки, соответствующий началу отсчета;
Рис. 11.20. Схема расположения датчиков на вагоне
608
d — шаг светочувствительных элементов ПЗС-линейки;
S — расстояние от датчика до рельса;
/ — фокусное расстояние объектива приемной части;
Вт — базовое расстояние между датчиками.
В датчике ШК подсветка внутренней боковой поверхности головки рельса осуществляется за счет расположения оптического отражающего элемента (3) ниже УГР (рис. 11.21, а). В качестве отражающего элемента используется прямоугольная призма полного внутреннего отражения.
Существенным недостатком данной схемы является слабая защищенность кронштейна поворотной призмы от механических повреждений и загрязнение выходного иллюминатора осветителя.
В целях исключения указанного недостатка была применена принципиально новая схема осветителя. На рис. 11.21, б показана принципиальная схема модернизированного датчика ширины (ШКМ). В данной схеме на рельс в поперечном направлении проецируется световая полоса, длина (К) которой перекрывает возможный диапазон перемещений рельса относительно датчика. Плоскость распространения световой полосы расположена под углом а к плоскости нормали УГР. Плоскость, определяемая ПЗС-линейкой и оптической осью объектива приемной части датчика ШК, расположена перпендикулярно продольной оси рельса. При такой конфигурации за счет выбора высоты подвеса датчика ШК относительно УГР и угла а можно получить единственную точку, одновременно принадлежащую осветительной и приемной плоскостям и боковой поверхности головки рельса. Конструктивные параметры датчика ШК обеспечивают положение этой точки ниже уровня УГР на 13±2 мм.
Частота съема информации — 250 Гц, что соответствует отсчетам через 0,16 м пути при скорости движения ВПИ 144 км/ч.
Для измерения вертикальных и горизонтальных расстояний от кузова вагона до рельса применяется оптическая схема датчика РК «рельс-кузов». На рис. 11.22 приведена принципиальная оптическая схема датчика с двумя каналами подсветки и фиксированной величиной базы В между ними. Каждый канал состоит из источника оптического излучения /, осветительного объектива 2, проецирующего световой поток источника в световое пятно на головке рельса, и сканирующего зеркала 4, закрепленного на оси двигателя.
20 Путевые машины
609
Рис. 11.21. (а) Принципиальная схема датчика ширины колеи (а); принципиальная схема модернизированного датчика ширины колеи (ШКМ) (б):
Л — полупроводниковый лазер; Ои — объектив осветителя; Опр — объектив осветителя; ЛФП — линейка фотоприемников
610
Рис. 11.22. Принципиальная схема датчика рельс-кузов
При вращении зеркала 4 световое пятно сканирует область возможного нахождения головки рельса. Момент прохождения сканирующим лучом радиусной части головки рельса фиксируется приемной системой 6 (датчик ПРК), состоящей из формирующей оптической системы 5 и фотоприемника 7.
При такой схеме фиксируется угловое положение сканирующих лучей — а, и а2. Значения а] и а2 определяются за счет использования в каждом канале датчиков начала и конца сканирования — ДН и ДК.
Значение а определяется по формуле:
а-^Ьда N2
где ДаА. — угол сканирования между датчиками начала и конца, определяемый при калибровке датчика.
611
Зная otj и а„ можно определить вертикальное горизонтальное L расстояния от датчика до рельса по формулам;
И=______«_____. L= e,la' .
tga,-tga2 tgoq-tga,
Частота съема информации в датчике РК, определяемая частотой вращения двигателя сканера, равна 70 Гц, что соответствует точкам отсчета через 0,6 м пути при скорости ВПИ 144 км/ч при точности ±2,5 мм.
Кроме датчиков ШК и РК в состав СОД входит пульт управления (ПУ СОД), который служит для обеспечения работоспособности датчиков, принимает от них первичную информацию, обрабатывает ее и передает в ПЭВМ №1 КВК.
В дальнейшем кроме перечисленных выше датчиков ШК и РК в состав СОД планируется включить бесконтактные оптические датчики для контроля износа рельсов и величины стыковых зазоров.
Контрольно-вычислительный комплекс путеизмерителя осуществляет; обработку информации, полученной путеизмерите-лем в реальном и нереальном масштабе времени и вывод результатов на дисплеи, высокоскоростной принтер, магнитный носитель, запись в графическом виде после поездки результатов первичных измерений параметров пути (выбор параметров и масштаба записи осуществляется оператором).
Расчетное быстродействие КВК обеспечивает выполнение измерительных и контрольных функций при скорости движения до 200 км/ч.
Установленные в вагоне три ПЭВМ имеют различное назначение.
ПЭВМ-1 на стоянке обеспечивает тарировку датчиков и измерительных каналов. В процессе движения производит прием измерений от всех типов датчиков, первичную обработку измерений, контроль работоспособности измерительных каналов, отображение на экране дисплея в цифровом и графическом виде параметров пути и показаний датчиков, запись на магнитный носитель.
ПЭВМ-2 решает задачи ведения базы данных (априорные данные о пути, маршруты поездок и т.д.), осуществляет прием информации о параметрах пути от ПЭВМ-1 и их расшифровку,
612
Таблица 11.5. Характеристика измерения основных пааметров пути путеизмерительными вагонами и автомотрисами
Параметр ЦНИИ-2 КВЛ-ШМ КВЛ-ШМП ЦНИИ-4 МЛ-РУ
Диапазон измерений, мм Погрешность, мм Диапазон измерений, мм Погрешность, мм Диапазон измерений, мм Погрешность, мм Диапазон измерений, мм Погрешность, мм Диапазон измерений, мм Погрешность, мм
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Отклонение от нормы ширины колеи (1520мм)(шаблон), мм -10-40 ±1,5 -10-40 ± 1,5 -10-40 ±1,5 -10-40 ±1,0 -10-40 ±1,5
Взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень), мм ±155 ±5,0 ±155 ±5,0 ±155 ±4,0 ±160 ±3,0 ±155 ±5,0
Стрела изгиба рельсовой нити в горизонтальной плоскости относительно прямой хорды длиной 1 м при замере в точке на расстоянии X от конца хорды: / = 21,51 м;Х=4,11 м / = 20,52 м;>Г= 3,72 м / = 21,5 м Х = 4,5м / = 10,0 м; Х= 4,2 м ±225 ±4,0 ±225 ±4,0 ±225 ±4,0 ±225 ±4,0 ±85 ±4,0
Продолжение таблица 11.5.
Стрела изгиба (см. разность ординат) рельсовой нити в вертикальной плоскости относительно прямой хорды длиной 1 м при замере в точке на расстоянии X от конца хорды (просадка), мм Разность ординат на расстоянии Х= 2,7 м Стрела изгиба на длине 1 = 17 м; Х=2,4м Стрела изгиба на длине 1 = 4,2 м;-Г= 1,764 м 0-50 ±4,0 0-50 ±4,0 ±50 ±3,0 ±50 ±2,0 ±35 ±3,0
Рабочая скорость, км/ч 75 100 100 160 60
Примечание: Диапазон и погрешность измерения представлены в масштабе записиМ 1:1
производит оценку состояния рельсовой колеи по основным параметрам пути в соответствии с действующим ТУ. Выдает на экран дисплея и документирует информацию об опасных отступлениях, ограничениях скоростей движения, дает оценку километров, обслуживаемых подразделениями, непосредственно после их проезда.
ПЭВМ-3 оборудована интерфейсной платой связи с гироскопической системой. Связь со спутниковой навигационной системой GPS применяется для определения точных географических координат путеизмерителя с целью ввода в качестве начальных установок в гиросистему. Гиросистема служит постоянным и точным источником данных о положении путеизмерителя, используемых при вычислении геометрических параметров железнодорожного пути. Программный пакет определяет логику управления узлами гиросистемы и порядок сбора данных.
По результатам поездки проводится анализ изменения состояния рельсовой колеи, формирование и печать графиков и ведомостей, применяемых подразделениями путевого хозяйства при планировании путевых ремонтных работ.
Техническая характеристика путеизмерительных вагонов приведена в табл. 11.5.
11.2. Оборудование и механизмы для дефектоскопии рельсов
Важнейшим фактором, влияющим на обеспечение безопасности движения поездов в путевом хозяйстве железных дорог, является своевременный контроль состояния рельсов средствами дефектоскопии.
Действующая классификация предусматривает 36 разновидностей дефектов рельсов, 22 из которых в виде изломов, усталостных трещин, расслоений являются опасными для движения поездов и требуют немедленной замены.
Система перазрушающего контроля рельсов представляет собой трехуровневую систему: средства первичного сплошного контроля (дефектоскопные автомотрисы, как основное средство и двухпиточные съемные дефектоскопы); средства вторичного сплошного контроля (вагоны-дефектоскопы);
615
средства локального контроля (переносные дефектоскопы для контроля сварных стыков, однониточные съемные дефектоскопы для контроля стрелочных переводов, выборочного контроля по показаниям дефектоскопных автомотрис и вагонов-дефектоскопов).
Контроль рельсов на рельсосварочных поездах предусматривает проведение входного контроля, пооперационного контроля, приемочного контроля рельсов после обработки стационарными и переносными дефектоскопами.
Для контроля рельсов применяют акустические (ультразвуковые) и магнитные методы дефектоскопии.
Механические упругие колебания среды с частотой больше 20 кГц называют ультразвуковыми. В дефектоскопии рельсов используют свойство ультразвука практически полностью отражаться от границы стали с воздухом или воздуха с водой. При контроле рельсов используют ультразвуковые колебания с частотой 2,5 МГц. Для возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний такой частоты применяют пластины из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, — титаната бария.
Пьезоэлектрическими преобразователями (рис 11.23) улы ра-звуковые колебания возбуждаются или регистрируются в металле, если между преобразователем и металлом обеспечен акустический контакт, обусловливающий передачу ультразвуковых колебаний из преобразователя в металл и обратно. При ультразвуковой дефектоскопии в зависимости от признака обнаружения дефекта в основном применяют три метода: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод. По теневому методу признак обнаружения дефекта — уменьшение интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, прошедшей через изделие от излучающего искателя И к приемнику П (рис. 11.24, а). По зеркалыю-теневому методу признак обнаружения дефекта — уменьшение интенсивности (амплитуды) отраженной от противоположной
Рис. 11.23. Прямой (а) и наклонный (б) преобразователи:
1 — пьезопластина; 2 — демпфер; 3 — корпус; 4 — протектор;
5 — призма.
616
поверхности изделия (например, подошвы рельса) ультразвуковой волны, излучаемой искателем И и принимаемой искателем Л (рис. 11.24, б). Противоположную поверхность, зеркально отражающую ультразвук, называют донной поверхностью, а отраженный от нее импульс-донным импульсом. По эхо-методу признаком обнаружения дефекта является прием искателем П эхо-импульса, отраженного от данного Дефекта (рис. 11.24, в).
Функциональная схема зеркально-теневого дефектоскопа (канала) приведена на рис. 11.25. Генератор Г вырабатывает импульсы электрических колебаний; искатель / преобразует электрические колебания в ультразвуковые и излучает их в контролируемый рельс. Ультразвуковой импульс, отразившись от противоположной поверхности рельса (подошвы) — донной поверхности, воспринимается тем же искателем и преобразуется в импульсы электрических колебаний. Этот импульс (донный импульс) усиливается и детектируется в приемнике Пр. В момент излучения зондирующий импульс с генератора Г поступает на вход каскада времеп-
Рис. 11.24. Схемы распределения импульсов на излучающем и приемном искателях по методам:
а — теневому; б — зеркально-теневому;
в — эхо-методу
617
г
Рис. 11.25. Функциональная схема зеркально — теневого дефектоскопа для контроля рельсов
ной задержки ВЗ. Каскад ВЗ на своем выходе вырабатывает импульс, сдвинутый во времени по отношению к зондирующему импульсу. В каскаде ВЗ происходит задержка импульса па некоторое время задержки, устанавливаемое ручкой Т. Импульс с выхода каскада ВЗ подается на генератор строб-импульса (генератор селектирующего импульса).
В момент поступления задержанного импульса этот генератор вырабатывает импульс прямоугольной формы, используемый в последующем для выделения (селектироваиия) нужных эхо-сигпалов и называемый поэтому селектирующим импульсом, или строб-нмпульсом. Строб-импульс подается на вход каскада совпадений КС. На индикатор И с выхода каскада совпадений будут поданы те из донных импульсов, с которыми совмещен во времени строб-импульс. Поворачивая ручку Т в каскаде временной задержки, совмещают строб-импульс с соответствующими донными импульсами. Время задержки строб-импульса при настройке на один и тот же донный импульс зависит от высоты (типа) рельса. Индикатор И срабатывает при уменьшении амплитуды донного импульса до определенного значения, чувствительность дефектоскопа настраивается по имитатору дефектов ручкой «чувствительность» (V). Искатель II применяется в системе «калибр» для контроля зоны болтовых отверстий.
Функциональная схема эхо-импульсного дефектоскопа (канала) приведена на рис. 11.26, а. Из совокупности импульсов на выходе приемника (точка 2) на индикаторы поступят лишь те из
618
в)
Рис. 11.26. Эхо-импульсныйдефёктоскоп:
а — функциональная схема; б - формы напряжений в точках функциональной схемы; в — схема прозвучивания рельса при выявлении дефектов видов 20 и 21 (поперечные
трещины в головке рельсов)
них, которые совпали по времени со строб-импульсом, вырабатываемым генератором стробирующих импульсов ГСИ. Начало стробимпульса, а следовательно, глубина h начала контролируемого слоя определяется длительностью импульса Г3 на выходе каскада временной задержки ВЗ. Глубина h связана с временем ?3 соотношением
^ = [(C,2a3-2i„))/2]cosa.
Для контроля рельса, начиная от поверхности (h = 0), необходимо, чтобы время задержки стробирующего импульса было равно времени прохождения ультразвука в призме искателя, т.е, t3 = 2tn. Длительность tc строб-импульса определяет размер контролируемого слоя Н:
619
II - (C(y0/2)cosa .
Меняя длительность строб-импульса, можно изменять размер контролируемого слоя, а при г3 = 2tti — глубину контроля.
Координаты отражающей поверхности в контролируемом слое определяют глубиномером. Сварные стыки контролируют наклонными искателями, которые перемещают вручную по периметру рельса в зоне сварки. Основной металл головки по всей длине рельса проверяют наклонным искателем с углом ввода луча a 60°. Искатель перемещают вдоль рельса по поверхности катания над шейкой.
Для выявления поперечных трещин в головке рельсов искатель поворачивают относительно продольной оси рельса на угол у 35°. При этом дефекты обнаруживаются лучом, отраженным от нижней поверхности головки рельса (рис. 11.26, в).
Для сплошного первичного контроля рельсов применяются съемные тележки ультразвуковые дефектоскопы Рельс-5, ПОИСК-2, ПОИСК-10Э, АВИКОН-01 РДМ-2. Они являются многофункциональными дефектоскопами и предназначены для выявления дефектов в головке, шейке и ее продолжении в подошву. Все дефектоскопы реализуют зеркально-теневой и эхо-импульсный методы контроля.
Дефектоскопы Поиск-2 и Поиск-10Э в основном отличаются от Рельс-5 более современной элементной базой и наличием в дефектоскопе Поиск-10Э электронно-лучевой трубки, позволяющей вести контроль сварных соединений и определять условные размеры дефектов.
Наиболее современными моделью съемными дефектоскопами сплошного контроля является дефектоскоп «Авикон-01» (рис. 11.27) и РДМ-2.
Дефектоскоп предназначен для обнаружения дефектов в обеих нитях железнодорожного пути по всей длине и сечению рельсов за исключением перьев подошвы и зон шейки над и под болтовыми отверстиями ультразвуковыми пьезо-электрическими преобразователями, в дальнейшем — ПЭП, при сплошном контроле со скоростью до 4 км/ч, выборочного ручного контроля отдельных сечений рельсов ручными ПЭП, а также определения координат обнаруженных дефектов и амплитуд сигналов от них.
Отличительными особенностями дефектоскопа являются: новая схема прозвучивания с шестью (в том числе специализированными для контроля болтовых стыков рельсов) преобразова-620
у10
Рис. 11.27. Дефектоскоп Авикон-01:
1 — очистительное устройство; 2 — ручка; 3 — сигнальный диск; 4 — тормозное устройство; 5 — колесо; 6 — аккумулятор; 7 — подъемное устройство; в — разъем; 9 — блок резонаторов; 11 — ферма;
12 — ящик для инструмента; 13 — пульт подключения ручных искателей; 14 — бачок; 15 — центрирующее устройство
телями для контроля каждой рельсовой нити; обнаружение дефектов, не выявляемых эксплуатируемыми дефектоскопами при сплошном контроле рельсов: сильно развитых поперечных трещин с зеркальной поверхностью в головке рельсов; продольных горизонтальных трещин, если в своем развитии они не достигли оси рельса; продольных горизонтальных трещин, расположенных посередине высоты рельса; трещин от болтовых отверстий на ранней стадии развития; коррозионных поперечных трещин в подошве; возможность проведения контроля объемно-закаленных рельсов, рабочая грань которых поражена по всей длине допустимыми микротрещинами, вызывающими при эхо-методе прием ложных сигналов; наличие низкопотребляемого жидко-кристаллического экрана (ЖКЭ) с индикацией трех видов информации: типовой развертки, схемы прозвучивания рельса и цифровых параметров настройки дефектоскопа и выявленного дефекта; наличие электронного блокнота для записи текущей и дополнительной (вводимой оператором) информации о выявленных дефектах,
621
Виц сверху для режима «СХЕМА 1« (основная схема)
в)
Вид сверху для режима «СХЕМА 2« (для одновременного контроля рабочей и нерабочей граней)
-РЕЛЬС-5-. 'ПОИСК-2', "ПОИСК-ЮЭ"
1 П 9П . 2 П Н .1
1- ЭМ 2— ЗТМ
Рис. 11.28. Схемы (режимы) прозвучивания рельсов при сплошном контроле дефектоскопом Авикон-01:
а — вид сбоку; б — вид сверху для режима «СХЕМА /»; в — «СХЕМА II»; г — схема прозвучивания рельсов дефектоскопами Рельс 5, Поиск- 2, Поиск-ЮЭ.
ЭМ — эхо—метод; ЗТМ — зеркально—теневой метод. Виды сверху показаны для правой рельсовой нити. Для левой рельсовой нити схемы прозвучивания — симметричны
622
дате и времени контроля координатах дефектных участков; возможность тестирования работоспособности узлов дефектоскопа и подключение электронного блока дефектоскопа к типовой ПЭВМ.
Дефектоскоп!шя тележка (см. рис. 1 1.27) 11 предназначена для размещения блока электронного (БЭ) при работе дефектоскопа на линии, перемещения по рельсам и центровку искательных систем (блоков резонаторов) 9 на рельсах в процессе работы дефектоскопа.
Несущим узлом дефектоскоппой тележки является сварная трубчатая ферма Ис кронштейнами для крепления колес и ручками 2 для переноски двумя операторами. На трубчатой ферме размещены: подъемное устройство 7; центрирующие механизмы 75; два бачка для контактирующей жидкости 14, ящик (для аккумуляторных батарей) 6; ящик (для инструмента и принадлежностей) 12; четыре пластмассовых колеса 5, очистительные устройства Г, тормозное устройство 4; флажок 3; два пульта подключение ручных искателей 13.
На дефектоскопной тележке размещаются: электронный блок и четыре блока преобразователей (по два на каждую рельсовую нить) 9 с кабелями 8; комплект инструмента и принадлежностей.
Контроль каждой нити железнодорожного пути осуществляется двумя блоками резонаторов (преобразователей) БР1 и БР2, прозвучивающих зоны головки, шейки и подошвы (за исключением перьев подошвы) рельса под различными углами по одной из двух возможных схем прозвучивапия, соответствующих режимам: «СХЕМА 1» и «СХЕМА II» (рис. 11.28, а, б, в).
Схема прозвучивапия рельсов дефектоскопами Рельс-5, Поиск-2, Поиск-10Э приведена на рис. 11.28, г, а основные характеристики, включая дефектосоп РД-2, в табл. 11.6.
II.2.1. дефектоскопиям АДЗ
Автомотриса предназначена для сплошного контроля головки, шейки и ее проекции в подошву рельсов при скорости 5-40 км/ч и температуре окружающей среды от -30 до +40°С с использованием эхо-импульспого и зеркально-теневого метода контроля при контактном способе ввода ультразвуковых колебаний.
623
м Таблица 11.6.Основные технические характеристики съемных рельсовых дефектоскопов, эксплуатирующихся на железных дорогах России
Наименование основных характеристик РЕЛЬС-5 ПОИСК-2 ПОИСК-юэ АВИКОН-01 РДМ-2
Методы контроля Эхо-, зеркальнотеневой Эхо-, зеркальнотеневой Эхо-, зеркальнотеневой Эхо-, зеркальнотеневой и зеркальный Эхо-, зеркальнотеневой
Частота ультразвуковых колебаний, МГц 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
Частота посылок зондирующих импульсов, Гц 1000 2000 2000 6000 1000
Углы ввода преобразователей, град 0; 60 0;60 0; 60 0; 41/49; 58 0°; 40°; 58°;
Количество каналов сплошного контроля на каждую нить пути (в скобках —используемых при проходе болтовых стыков) 3(4) 3(4) 3(4) 10 6
Индикация дефекта Звуковая, стрелочная Звуковая, стрелочная Звуковая, ЭЛТ Звуковая, мнемоническая н цифровая на ЖКД Звуковая, мнемоническая и на ЭЛТ
Количество тонов и частота звукового индикатора, Гц 500, 1000 500, 2000 500. 2000 500, 1000, 2000 50, 2000
Продолжение таблица 11.6
Наименование основных характеристик дефектоскопов РЕЛЬС-5 ПОИСК=2 ПОИСК-юэ АВИКОН-01 РДМ-2
Измерение глубины залегания и амплитуды эхо от дефекта По стрелочному индикатору, (примерная оценка) По стрелочному индикатору, (примерная оценка) По экрану ЭЛТ (косвенньм путем) Точное измерение глубины дефекта и амплитуды эхо с цифровой индикацией для каждого канала Точное измерение глубины деф.-та и амплитуды эхо с цифровой индикацией для каждого канала
Возможность визуального наблюдения факта приема сигналов Частично для одного из каналов Частично для одного из каналов Для одного из каналов, иа ЭЛТ Одновременно для всех, и отдельно для каждого канала Одновременно для всех и отдельно для каждого канала
Запас контактирующей жидкости, л 30 20 20 20 20
Расход контактирующей жидкости на 1 км пути, л 6 7 7 8 5
Масса дефектоскопа без контактирующей жидкости, кг 60 60 60 55 45
Контакт обеспечивается путем подачи воды под искательную систему, при отрицательных температурах вода и искательная система подогреваются.
Конструктивное исполнение автомотрисы показано на рис. 11.29.
Конструкция следящей системы 2 обеспечивает проход «мертвого» пространства крестовин стрелочных переводов в рабочем положении до 40 км/ч, в транспортном положении — до 80 км/ч. Максимальный габарит следящей системы не выходит за пределы тени гребней колесных пар.
Конструкция искательной лыжи обеспечивает крепление блоков преобразователей (резонаторов) ПЭП, реализующих схему прозвучивапия для выявления дефектов, рис. 11.30; слежение за ра-
Рис. 11.29. Автомотриса дефектоскопная АДЭ:
1 — бегунковая тележка; 2 — следящая лыжа; 3 — преобразователи (искатели) ультразвуковые; 4 — система подачи воды; 5 — аккумуляторы; б — приводная тележка; 7 — антенна радиосвязи; 8 — пульт управления автомотрисой; 9 — кресло ; 10 -компьютер и дефектоскопная аппаратура; 11 — кухня; 12 — мастерская; 13 — бак с водой; 14 — дизель-генератор
626
бочей поверхностью рельса во всех диапазонах допустимого износа и подуклонки, и имеет подвод контактной жидкости (воды).
Автомотриса оборудована радиостанцией для диспетчерской связи.
Система пневмооборудования обеспечивает подъемку и опускание искательной системы, прижатие следящих лыж, тормозные устройства, устройства продувки системы водоснабжения под блоки преобразователей.
Система водоснабжения автомотрисы дефектоскопной состоит из типовой системы водоснабжения (сантехоборудование, отопление) и системы водоснабжения ПЭП, состоящей из баков общей емкостью 1,0 тонна с устройствами предварительного подогрева воды. Техническая характеристика автомотрисы дана в табл. 11.7.
Аппаратный комплекс «ПОИСК-20» или «ЭХО-Р» предназначен для приема и обработки сигналов с ультразвуковых датчиков и сохранения его на магнитном носителе в цифровом виде и распечатки результатов контроля на бумажной лепте.
В состав комплекса входят две ПЭВМ, принтер, программное обеспечение. Аналогичная аппаратура Поиск-6 установлена в ультразвуковых вагонах-дефектоскопах.
Схемы прозвучивания автомотрис и ультразвуковых вагонов-дефектоскопов приведены на рис. 11.30.
Дальнейшим направлением совершенствования дефектоскопных автомотрис является дополнение искательных устройств, датчиками и оборудованием для магнитной дефектоскопии рельсов, создание аппаратуры и датчиков для электро-магнитно-аку-стического бесконтактного принципа ввода и приема ультра-
УЗВД ("ПОИСК-6"), АМД ("ПОИСК-20"), АДЭ ("ЭХО-Р")
Рис. 11.30. Схема прозвучивания рельсов аппаратным комплексом автомотрис и ультрозвукового вагона дефектоскопа:
1,2 — пьезопреобразователи (резонаторы) — ПЭП; ЭМ — эхо-метод; ЗТМ — зеркально-теневой метод
627
Таблица 11.7.
Показатель Значение показателя Примечание
Производительность контроля, км/мсс., не менее 1000*
Рабочая скорость контроля 5-40
Транспортная скорость, км/ч до 80
Максимальная протяженность контролируемого участка пути без дозаправки, км 100
Количество каналов контроля одной нити пути, не менее 5
Номинальная частота УЗК, МГц 2,5±0,25
Условная чувствительность каналов контроля дБ, не менее, для преобразователей с углом ввода УЗК: 0° и 40° 55° 28 24 По отверстию 6 мм на глубине 44 мм
Условная разрешающая, мкс, нс более 5
Минимальный условный размер дефекта по длине рельса, мм, не менее 30 При скорости движения 40 км/ч.
Предел допускаемой основной относительной погрешности определения путейской координаты, %, не более 1 Путейская координата регистрируется фиксацией километровых и стометровых отметок.
звуковых колебаний, что позволит отказаться от контактирующей жидкости, повысить качество контроля рельсов, особенно в зимний период.
Дефектоскопные автомотрисы по мере насыщения ими железных дорог из расчета одна автомотриса на 1-2 дистанции пути
628
должны стать основным средством сплошного контроля рельсов с прогнозируемым выходом их по дефектам.
П.2.2. Магнитный вагон-дефектоскоп
Магнитный вагон-дефектоскоп относится к числу средств скоростной дефектоскопии рельсов в пути. Максимальная рабочая скорость его при существующей конструкции и параметрах дефектоскопной аппаратуры — 70 км/ч. Дефектоскоп выявляет внутренние поперечные трещины, поражающие свыше 30-35% площади сечения головки и залегающие на глубине 5-6 мм от поверхности катания, а также продольные горизонтальные и вертикальные трещины, как выходящие па поверхность, так и внутренние, расположенные на глубине до 4-5 мм от поверхностей катания. Не выявляются дефекты в болтовых стыках в пределах металлических накладок, в шейке и подошве рельсов и в сварных стыках, за исключением сильно развитых поперечных трещин усталостного характера. Применение магнитных вагонов необходимо па участках, где затруднена работа ультразвуковых средств контроля из-за отсутствия акустического контакта и при низких отрицательных температурах. Принцип действия вагона-дефектоскопа основан на магнито-динамическом методе контроля (рис. 11.31, а). Он состоит в том, что при намагничивании рельсов в движении постоянным магнитным полем в них возникают вихревые токи и дефекты выявляются при одновременном действии двух физических факторов: изменении намагниченности (магнитного потока) в зоне дефекта и плотности вихревых токов, обтекающих трещину. На поверхности рельса в зоне дефекта возникает местное изменение магнитного поля, которое называется магнитодинамическим полем дефекта.
Вагон-дефектоскоп оснащен искательным устройством индукционного типа в виде одиночной катушки, реагирующей на изменение продольной составляющей магнитного поля над рельсом. При движении в искателе наводится э.д.с. в виде отдельных импульсов (сигналов), которые имеют различные значения, длительность и форму. Осциллограммы расшифровывают при визуальном просмотре; разделяют их по некоторым характерным признакам формы на сигналы от дефектов и от поверхностных повреждений, определяют путевые координаты дефектов.
629
Рис. 11.31. Блок-схема вагона—дефектоскопа (а) ; лыжа с искательной катушкой (б)
Оборудование и аппаратура вагона-дефектоскопа размещены в цельнометаллическом вагоне. В кузове вагона находятся аппаратное отделение и бытовые помещения, установлены устройства электропитания. Под вагоном между его ходовыми тележками размещена индукторная тележка, состоящая из сварной рамы и колесных пар, между которыми подвешены к раме электромагниты.
Для нормальной работы необходимо, чтобы при движении дефектоскопа зазор между полюсами электромагнитов и поверхностью катания рельсов был постоянным, поэтому рама с электромагнитами опирается на буксы колесных пар без подрессори-вания.
Рельсы намагничиваются П-образными электромагнитами постоянного тока — по одному па каждую рельсовую нить пути. Электромагниты подвешены па раме таким образом, что можно регулировать зазор между полюсами электромагнита и рельсом. Зазор равен 8-10 мм (рабочий ток 16-18 А). База электромагнита дефектоскопов в цельнометаллических вагонах равна 1100 мм, обмотки намагничивающих катушек выполнены проводом ПСДК-3,53; число витков 1250.
630
Постоянный электрический ток, проходя по обмоткам, создает в сердечниках постоянный магнитный поток.
Фи = >
где /н — ток в электромагните;
и1 —число витков в катушке;
Ам — магнитное сопротивление цепи (сердечников, воздушных зазоров, мсжполюсного участка рельса).
Искательное устройство вагона-дефектоскопа (рис.11.31, 6) состоит из индукционной катушки и лыжи, при помощи которой катушка ставится па поверхность катания головки и перемещается вдоль рельса. Индукционная катушка вставляется в корпус 4, укрепленный в лыже 3. Одним концом лыжа крепится на оси 2, закрепленной в параллельных связях 1.
Для обработки и регистрации сигналов от дефектов вагоны оборудованы аппаратно-программными комплексами на базе ПЭВМ.
Комплекс предназначен для снятия сигнала с магнитных датчиков и сохранения его па магнитном носителе в цифровом виде.
Комплекс обеспечивает: контроль поступаемого сигнала на мониторе; автоматический подсчет координаты (компьютерный отметчик) с возможностью коррекции; просмотр сигналов от дефектов в любом масштабе (увеличение); автоматический поиск сомнительных мест; введение базы данных по найденным дефектам и архива по всем проездам вагона-дефектоскопа; автоматическое отключение электропитания магнитов на низкой скорости.
В состав комплекса входят: блок сопряжения сигналов от магнитных датчиков, от датчика поворота колеса и управления током питания магнитов, оптропный датчик поворота колеса, персональный компьютер РС-АТ486 или PENTIUM, специальная плата MagADC для сопряжения аппаратуры вагона с ПК, специальная плата Arvid для использования видеомагнитофона как накопителя па магнитной ленте, программное обеспечение аппаратуры регистратора, программное обеспечение накопителя на магнитной лепте, видеомагнитофон, источник бесперебойного питания, принтер.
631
11.2.3. Совмвщвнный вагов-дафактоскоп
Перспективным направлением развития скоростной дефектоскопии является оснащение дорог совмещенными вагонами дефектоскопами дорожного подчинения, использующими магнитный и ультразвуковой принципы контроля рельсов одновременно, что позволяет существенно повысить качество контроля и обеспечить выявление практически всех опасных дефектов в рельсах во всем диапазоне температур их эксплуатации (за исключением перьев подошвы) при скоростях до 65 км/ч.
Объединение двух методов (ультразвукового и магнитного) в одном комплексе стало возможным благодаря оригинальной конструкции системы намагничивания рельсов и дефектоскопией тележки.
Вместо ранее используемых П-образных магнитов в совмещенном вагоне-дефектоскопе рама индукторной тележки служит сердечником, а колеса — полюсами электромагнитов. Это техническое решение создает ряд положительных предпосылок.
В межполюсном пространстве освобождается место для размещения ультразвуковых и магнитных датчиков; увеличивается расстояние между полюсами с 1100 до 3000 мм, что способствует более глубокому проникновению магнитного поля в головку рельса; повышается стабильность ввода магнитного поля в контролируемый рельс и безопасность эксплуатации комплекса.
Искательная система дефектоскопного комплекса, состоящая из 10 ультразвуковых и двух магнитодинамических датчиков на каждую нитку пути, обеспечивает максимальное прозвучивание сечения рельса.
Ультразвуковые каналы реализуют как традиционные в рельсовой дефектоскопии эхо- и зеркально-теневые методы контроля, так и новые методы: зеркальный — для обнаружения сильно развитых поперечных трещин в головке рельса и двухлучевой эхо-метод — для обнаружения радиальных трещин в зоне болтовых стыков.
Функциональная схема прозвучивания рельса приведена на рис 11.32.
Аппаратура вагона-дефектоскопа АВИКОН-03 содержит восемнадцать ультразвуковых и два магнитных канала. Каждый дефектоскопический капал содержит приемо-передающий или приемный тракт и процессор обработки сигналов. Комплексная 632
Рис. 11.32. Функциональная схема совмещенного вагона-дефектоскопа:
1, 2, 3 — пьезопреобразователи; МП — магнитный преобразователь; 4, 5 — подключение магнитного канала; 6 — дефектоскопная тележка
обработка, отображение и регистрация данных производится на двух рабочих местах оператора, реализованных на универсальных IBM-совместимых компьютерах высокой производительности. Программное обеспечение комплекса построено таким образом, чтобы оператор смог работать в наиболее удобном для него режиме. В частности, возможен просмотр всех исходных данных (режимы «ЛЕНТА» и «СТОП КАДР»), Данные, зарегистрированные на магнитном носителе большой емкости (магнитооптический диск), сохраняются до следующего проезда по данному участку, что позволяет проследить развитие неопасных дефектов.
Большой объем контактирующей жидкости (более четырех тонн), автономный дизель-генератор (мощностью 16 кВт), комфортные условия работы и проживания технического персонала позволяют контролировать за месяц 2000 км. Вагон-дефектос
633
коп, являясь средством перазрушающего контроля сетевого назначения, может выполнять как самостоятельный контроль отдельных участков пути, так и ревизионный контроль после прохода дефектоскопических средств дистанционного назначения (дефектоскопических тележек, автомотрис и т. д.).
Дальнейшее развитие вагонов-дефектоскопов предусматривает исключение дополнительной дефектоскопной тележки, расположение намагничивающей и искательной систем магнитных и ультразвуковых каналов на ходовой тележке с обработкой де-фектограмм на бортовом компьютере.
11.2.4. Одноннточные дефектоскопы
Для выборочного контроля рельсов в стесненных условиях и элементов стрелочных переводов применяются однониточные переносные дефектоскопы УРДО-3, УДС1-РДМ-1, ИУП-Р-53.
Дефектоскоп УДС-1-РДМ-1 предназначен для вторичного ультразвукового контроля эхо-импульсным и зеркально-теневым методами одной нити железнодорожного пути, а также для контроля рельсов соединительных путей, остряков и рамных рельсов стрелочных переводов. Содержит три независимых дефектоскопических капала, два из которых работают с наклонными пьезопреобразователями для обнаружения внутренних дефектов в головке рельса, и один — с раздельно-совмещенным преобразователем для обнаружения дефектов в шейке рельса. Сигнализация о наличии дефектов — звуковая на головные телефоны, а индикация глубины залегания дефектов в миллиметрах.
Дефектоскоп состоит из штанги, на которой монтируется бак для контактирующей жидкости, блок пьезоэлектрических преобразователей и электронный блок с рукояткой, в которой размещены аккумуляторы. Конструкция штанги позволяет отрегулировать высоту дефектоскопа, удобную для оператора.
Прибор предназначен для замены эксплуатируемого дефектоскопа типа УРДО-3, по сравнению с которым имеет: повышенную чувствительность эхо-метода в интервале рабочих температур от -30° до + 50°С; возможность нормирования чувствительности зеркально-теневого метода; уменьшение неконтролируемых зон по сечению рельса; возможность измерения глубины залегания дефектов; повышение производительности и достоверности контроля за счет увеличения числа одповре-
634
менпо работающих каналов и применения специальных программ настройки режимов контроля и предоставления информации, управляемых микропроцессором.
Дефектоскоп-индикатор ультразвуковой портативный (ИУП1-Р-53), весом до одного килограмма, предназначен для ручного ультразвукового контроля эхо-методом операторами дефектоскопистами или бригадирами путейских бригад зоны болтовых отверстий в железнодорожных рельсах, уложенных в пути (всех типов, используемых па дорогах России).
Индикатор обнаруживает усталостные трещины с глубиной развития не менее 5 мм по проекции трещины на подошву рельса.
Дефектоскопы для вторичного выборочного контроля рельсов и дефектоскопии сварных швов (Рельс-6, УДС2-РДМ-3) при наличии в них электронно-лучевой трубки и дополнительных устройств измерения и индикации дефектов позволяют проводить более качественный вторичный контроль по показаниям вагонов и автомотрис, устанавливать степень развития дефектов, а также вести дефектоскопию сварных швов.
Дефектоскоп УДС2-РДМ-3 предназначен для выявления эхо-методом, теневым методом, зеркально-теневым методом, эхозеркальным методом ультразвукового контроля внутренних дефектов (трещин, пор, расслоений, непроваров, шлаковых включений и т.п.) в сварных соединениях из сталей и сплавов, выполненных электродуговой, газовой, термитной и стыковой сваркой оплавлением. Содержит два независимых дефектоскопических капала. Контроль сварного шва ведется по всему периметру ручным искателем.
Индикация осциллограмм контроля, номера канала (1 или 2), режима работы и измерения, установленного усиления приемника, (дБл), угла ввода УЗК, положения метки глубиномера, (мкс), или координат дефекта, (мм), производятся на экране электронно-лучевой трубки.
Предназначен для замены эксплуатируемых дефектоскопов Рельс-6, по сравнению с которым имеет повышенную производительность контроля и достоверность выявления дефектов за счет увеличения числа независимых каналов и применения специальных программ настройки режимов контроля и представления информации, управляемых микропроцессором.
Технические характеристики дефектоскопов приведены в табл. 11.8.
635
Таблица 11.8. Основные характеристики ультразвуковых дефектоскопов для контроля сварных стыков и отдельных сечений рельсов
Наименование характеристики дефектоскопа Дефектоскоп Типа
Рельс-6 РДМ-3
Методы контроля Эхо-; ЗТМ Эхо-; ЗТМ; теневой
Номинальная частота излучаемых акустических колебаний, МГц 2,5 2,5
Преобразователи а = 0,50 и 65° а = 0° (PC),50 и 65°
Глубииомериое устройство для определения координат дефектов, мм При углах ввода а = 65° (читается по глубиномеру) При углах ввода а=50°иа = 65° (высвечивается на экране дисплея)
Диапазон измерения координат, мм От 0 до 260 От 3 до 600
Диапазон температуры окружающего воздуха От минус 40° С до плюс 50° С От минус 10° С до плюс 50° С
Габариты прибора, мм 420x255x175 340 х 240 х 140
Масса прибора, кг 7 5
Эти дефектоскопы применяются также для контроля сварных швов пролетных строений на мостовых заводах.
В настоящее время ведутся разработки автоматических систем контроля сварных стыков па рельсосварочных предприятиях с обработкой результатов контроля на ЭВМ и их регистрацией.
11.3. Диагностирование земляного полотна
Для массовой и оперативной диагностики участков земляного полотна большой протяженности перспективно применение радиолокации.
Радиолокационный метод основан на изучении параметров коротких высокочастотных электромагнитных импульсов, образующихся в грунте с помощью высокочастотного гене-
636
ратора и принимаемых на его поверхности. По параметрам импульсов (скорость распространения V и коэффициент поглощения) определяют геологические характеристики среды: форму и глубину залегания отражающих границ, вид и состояние грунтов.
Для реализации радиолокационного метода применяется измерительный комплекс «Геодефектоскоп», расположенный на тележке, перемещаемой вручную.
«Геодефектоскоп» диагностирует земляное полотно при скорости движения 3-5 км/ч на глубине до 2-3 м, а при благоприятных инженерно-геологических условиях — до 8-10 м, работает при температурах от +40 до -30°С, размеры тележки и антенной системы не превышают габаритов подвижного состава.
Геодефектоскоп оснащен датчиком оборотов колеса и связанным с ним автономным блоком формирования сигнала и нанесения его па волпограммы, меток расстояний с определенным шагом и индикатором скорости движения при съемке. Радиолокационное зондирование «Геодефектоскопом» выполняют в «окно» или в промежутках между поездами. При использовании радиолокационного метода за пределами рельсошпалыюй решетки (откосы насыпи, основание земляного полотна) применяют ручные переносные антенны, а также специально сконструированное транспортное средство в виде саней. Радиолокационные наблюдения выполняют по двум методикам: профилирования и наклонного зондирования. Радиолокационное профилирование заключается в измерениях при непрерывном перемещении «Геодефектоскопа» вдоль данного профиля с сохранением неизменного расстояния между приемной и передающей антеннами. Одновременно регистрируют поступающую информацию, которая затем выдается в виде визуализированного временного разреза исследуемой грунтовой среды по трассе обследования.
Применение радиолокационного метода позволяет определять толщину и загрязненность балластного слоя с выделением выплесков, установление конфигурации основной площадкц земляного полотна, обнаружение балластных корыт, лож, грязевых мешков, карманов и определение мощности балластных шлейфов на откосах насыпей, границ между слоями суглинка различной консистенции, зон переувлажненных грунтов в верхней части земляного полотна; глубину залегания источников увлажнения в земляном полотне и уровня грунтовых вод в его
637
основании; обнаружение и оконтуривание зон трещиноватости и карстовых полостей в основании; определение мощности сезонного промерзания и оттаивания рыхлых грунтов, оконтуривание участков вечномерзлых грунтов; обнаружение подземных коммуникаций, старых прорезей, зарытых труб и др.
Радиолокационный метод, реализованный в аппаратурно-измерительной системе «Геодефектоскоп», применяется наряду с сейсмическим и традиционными методами в специальном вагоне-лаборатории для инженерно-геологического обследования земляного полотна (ВИГО).
ВИГО обеспечивает: выполнение геодезических измерений на обследуемом участке пути; бурение скважин различными наконечниками на глубину до 25 м с отбором и без отбора кернов в любых грунтах; лабораторный анализ образцов грунта и кернов, полученных при бурении; электродинамическое зондирование в песчано-глинистых грунтах на глубину до Юм; сейсмическое диагностирование в любых грунтах на требуемую глубину; радиолокационное зондирование подшпального основания и откосов насыпей; математическую обработку результатов инженерно-геологических обследований, выполнение прогнозирующих расчетов по определению деформативности и устойчивости земляного полотна и выдачу рекомендаций по его обеспечению.
Кроме того на отдельных дорогах применяется лаборатория инженерно-геологического обследования (ЛИГО), которая предназначена для определения деформационных характеристик земляного полотна и железнодорожного пути в целом. Лаборатории создает заданную тарированную нагрузку на путь без наруще-ния прочности рельсовой колеи и земляного полотна и производит замер имеющих при этом место деформаций пути.
Обследование пути может производиться как в отдельных поперечных сечениях, так и непрерывно по длине при движении ЛИГО. В последнем случае выявляются все локальные неоднородности основания пути — участки с повышенной деформацией. С помощью ЛИГО проводится: сертификация существующих железнодорожных путей МПС по их деформативности, в том числе для оценки пригодности к скоростному движению; приемочные испытания новых линий, в том числе скоростных магистралей и специальных маршрутов; определение несущей способности земляного полотна. Лаборатория работает в виде сцепа из 3 вагонов: вагона с нагрузочным устройством с
638
электрогидравлическим приводом, вагона с измерительно-вычислительным комплексом, вагона-источника автономного электроснабжения. Количество осей нагрузочного устройства, одновременно передающих нагрузку па путь, от 1 до 4.
Суммарная нагрузка на путь при проведении обследования может составлять от 0 до 120 тс, при этом нагрузка на одну ось нагрузочного устройства — от 0 до 100 тс. Устройство оснащено подвижной подвагонной рамой-тележкой, на которой размещаются датчики измерительной системы.
Система измерений ЛИГО включает в себя датчики и измерительно-вычислительный комплекс (ИВК). Датчики предназначены для измерения перемещений нагрузочных колес относительно измерительной базы, нагрузок на рельс со стороны нагрузочного агрегата, пройденного пути. Для измерения перемещений одновременно используются две дублирующих независимых системы датчиков — оптоэлектронная и контактная.
ИВК предназначен для регистрации сигналов от датчиковой системы, обработки результатов измерений, их экспресс-апали-за, классификации, документирования, хранения и передачи на стационарную базу. ИВК позволяет вести прием и обработку сигналов, поступающих от датчиков как в статическом, так и в динамическом режимах обследования пути. В состав ИВК входит две промышленных ЭВМ Advantec MIC-2000, обеспечивающих опрос и регистрацию первичной измерительной информации, ПЭВМ для обработки, анализа и храпения результатов измерений.
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.
I 7 МАШИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ
I to • ПУТИ ОТ СНЕГА
Машины для удаления снега с путей по назначению разделяются на снегоочистители и снегоуборочные. Снегоочистители бывают: плуговые, роторные, фрезерно-роторные, таранные и с реактивным авиационным двигателем. Наиболее распространены плуговые и роторные машины. Для очистки путей от снега Используют также путевые струги, путевую уборочную машину В.Х. Балашепко, снеготаялки, автодрезины, оборудованные щёточными роторами, а для очистки стрелок от снега пневматические устройства для обдувки стрелок и электрические обогреватели. Уровень механизации очистки пути на перегонах составляет 97%, на станциях около 70%.
12.1. Плуговые снегоочистители
Машины предназначены для очистки путей па перегонах и небольших станциях. На сети железнодорожных дорог России используют машины СДП, СДП-М, ЦУМЗ, универсальный плуговой снегоочиститель (СПУ-Н). Плуговой снегоочиститель представляет собой специальный вагон, по торцам которого установлены снегоочистительные устройства (рис. 12.1). Выпускают их в двух вариантах: однопутные и двухпутные. Однопутный снегоочиститель отбрасывает снег на обе стороны колеи. Его снегоочистительное устройство (см. рис. 12.1, б) состоит из переднего двухграп-ного щита / и двух боковых крыльев 2, увеличивающих ширину очищаемой полосы. В рабочем положении крылья раскрывают и они служат продолжением плоскостей плуга, в транспортном их убирают в габарит и устанавливают параллельно ферме машины.
640
Рис. 12.1. Схема плуговых снегоочистителей и снегоочистительных устройств:
а — плугового снегоочистителя; б, в — одно и двух путного снегоочистительных устройств; 1 — передний щит; 2 — крылья; 3 — кузов
Двухпутный снегоочиститель отбрасывает снег в одну полевую сторону от оси пути. Его снегоочистительное устройство (см. рис. 12.1, «) состоит из щита 1, на концах которого шарнирно укреплены боковые крылья 2, увеличивающие ширину захвата. В рабочем положении они служат продолжением щита и образуют с ним сплошную вертикальную плоскость, которая отбрасывает снег в сторону при движении машины. В транспортном положении крылья устанавливают параллельно ферме машины в пределах габарита. Наклон снегоочистительного устройства к оси пути снижает лобовое сопротивление снега и способствует лучшему его отбрасыванию. Наиболее распространён двухпутный снегоочиститель СДП (рис. 12.2). Базой для него служит специальный четырёхосный вагон с цельнометаллическим кузовом. Очистка производится при скорости до 70 км/ч. Толщина очищаемого слоя до 1,5 м. Щит состоит из подвижной 1 (рис. 12.3, а) (нижней) и неподвижной 2 (верхней) частей. Последняя имеет направляющие, по которым подвижную часть в рабочем положении опускают па 50 мм ниже уровня головки рельса. В транспортном положении, а также при проходе препятствий (переездов, пересечений, стрелочных переводов и т. п.) пневмоцилнидрами 5 её поднимают в габаритное положение примерно на 330 мм. Противовесы 4 цепями 3 через блоки соединены с подвижной частью и облегчают её подъём. На некоторых машинах СДП подвижная часть щита перемещается двумя пневмоци-
21 Путевые машины
641
0009
Рис. 12.2. Плуговой снегоочиститель СДП:
1 — передний щит; 2, 3 — боковые угловые крылья; 3 — кузов;
4 — тележка; 5 — козырек снегоочистительного устройства;
8 — цепная растяжка; 9,10 — пневмоцилиндры открытия крыльев
Рис. 12.3. Механизмы управления снегоочистительными устройствами:
а, б, ж — подъема щита и открытия крыла СДП; в, г — подъема щита и открытия крыла снегоочистителя ЦУМЗ; д — подъема
642
липдрами (рис. 12.3. ж) установленными шарнирно на цапфах. Для синхронизации работы цилиндров их штоки рычагами соединены с горизонтальным валом 22, на концах которого установлены рычаги 23, связанные тягами 24 с подъёмным щитом.
Двухпутный снегоочиститель ЦУМЗ — двухосный, оснащён очистительными устройствами такими же, как на СДП. Подвижную часть щита 1 (рис. 12.3, в) поднимают пневмоцилипдрами 10 через двухплечий рычаг 11 и тягу 9. Для облегчения подъёма используют пружины 12, которые при опускании щита сжимаются. Каждое крыло открывают и закрывают пневмоцилиндром 13, шестерёнчато-реечной передачей 14, рейка (кремальера) 15 которой шарнирно соединена с крылом 6. У однопутной машины ЦУМЗ поднимают и опускают подвижную часть одним пневмоцилиндром 16 через систему рычагов. Противовесы 17 облегчают её подъём (рис. 12.3, Э).
Выпускается также модернизированный снегоочиститель СДП-М. Передний щит (рис. 12.3, е) его состоит из двух частей: вертикальной неподвижной 2 и поворотной 1, которая рычагом 20 соединена с неподвижной частью; пневмоцилипдрами её устанавливают горизонтально в транспортное положение или наклонно в рабочее положение. Окна кабины механика защищены от снежной струи козырьком 18. Поворот подвижной части у СДПМ позволяет сократить время перевода из рабочего в транспортное положение и наоборот. Конструкция такого устройства дана на рис. 12.4, а. Для облегчения поворота щита /Дна рычагах установлены противовесы Пр (см. рис. 12.4, а). Щит в рабочем положении расположен ниже выдвижной автосцепки, поэтому можно очищать путь при нахождении локомотива впереди, что используется при очистке станций. Внизу щита расположены съёмные ножи, которые опускаются па 100 мм ниже головок рельсов. Над рельсами вместо ножей установлены тросовые щётки. Положение лобового щита контроли-
Продолжение рис. 12.3.
переднего щита однопутного снегоочистителя ЦУМЗ; е — подъема переднего щита снегоочистителя СДП-М; 1,2 — подвижная и неподвижная части переднего щита; 3 — цепь; 4, 17, 20 — противовесы; 5, 8, 10, 13, 16, 19 — пневмоцилиндры; 6 — крыло; 7, 11, 21, 23 — рычаг; 9, 24 — тяга; 12 — пружина; 14 — зубчатое колесо; 15 — рейка; 18 — козырек; 22 — вал
643
вад*
Bwi Б
Рис. 12.4. Снегоочистительные устройства машины СДП-М (а) и боковое крыло (б):
1 — нож; 2 — подкылок; 3 — регулировочная тяга; 4, 5, 6, 7 — элементы системы подъёма подкрылка; 8 — защитный козырек;
9 — кронштейны крепления крыла; ? О — рама
руется указателем (расположен в кабине) и контрольной электролампой. В средней части лобового щита есть люк с крышкой для выдвижения автосцепки. К раме машины шарнирно подвешены угловые (со стороны междупутья) и боковые (со стороны обочины пути) крылья с подъёмными подкрылками. Крыло угловое (рис. 12.4, б) снабжено подъёмным подкрылком 2. Открывается крыло пневмоцилиндром через рычажную передачу (см. рис. 12.4, б). При открытии и закрытии крыльев подкрылки автоматически опускаются и поднимаются. Механизм их подъёма
644
(см. рис. 12.4, б) состоит из горизонтальной тяги 6, двухплечевого рычага 4, шарнирно закрепленного на крыле, и регулировочной тяги 3. Один конец горизонтальной тяги 6 комбинированным шарниром 5 (обеспечивает свободу в горизонтальной и вертикальной плоскостях) закреплён па раме машины, а другой конец шаровым шарниром 7 соединён с одним из плеч рычага 4. Тяга 3, соединенная со вторым плечом рычага 4, надета на палец, закрепленный в подкрылке и пропущенный в прорезь крыла. При повороте крыла тяга 6 автоматически поворачивает двуплечий рычаг 4, который перемещает в вертикальной плоскости тягу 3 вместе с подкрылком 2. Подкрылок при открытии опускается, при закрытии поднимается. На раме машины крыло подвешено при помощи кронштейнов 9.
В рабочем положении крылья удерживаются пневмоцилиндрами. Усилие, действующее по штоку цилиндра, выбрано так, что при большой высоте и плотности снега, превышающих расчётные, крылья прикрываются, что увеличивает устойчивость снегоочистителя. Для смягчения ударов крыльев о раму при закрывании па ней установлены амортизаторы, в корпусе которых предусмотрены резиновые шайбы. Управление всеми рабочими органами СДП-М пневматическое. Сжатый воздух поступает от локомотива. Два клапана в кузове машины снижают давление с 0,89-0,9 МПа у локомотива до 0,6-0,65 МПа, на которое рассчитано всё оборудование.
Несколько отличным по конструкции является плуговой снегоочиститель типа СПУ — унифицированная базовая модель: на ее основе изготовлен снегоочиститель СПУ-Н для колеи 1520 мм. Она оборудована по торцам универсальными плужными отвальными устройствами. Для более полной очистки межрельсового пространства и повышения безопасности работы в базе машины установлен зачистной плужок. СПУ-Н (рис. 12.5) состоит из рамы 7, двух выдвижных автосцепок 3 с механизмами выдвижения и фиксации, двух отвальных устройств 4, зачистного плужка двухстороннего действия 8 и кузова 1. Рама сварная из двух хребтовых и двух боковых балок, соединенных поперечными балками. Внутри хребтовой балки по обоим торцам машины размещены подвижные балки автосцепки и цилиндры их выдвижения.
Рама опирается на две тележки. В раме устроены ящики для баласта. У снегоочистителя СПУ, автосцепки выдвигаются од-
645
1 — кузов; 2 — защитный козырек; 3 — выдвижная автосцепка; 4 — отвальное устройство; 5 — тележка; 6 — тормоз; 7 — рама; 8 — плужок
ним цилиндром, снабженным поршнями со штоками. Фиксатор автосцепки приводится в действие пневматическим цилиндром, что облегчает управление и повышает надежность работы узла. Пневматические крапы управления цилиндрами выдвижения и фиксации автосцепки установлены на отдельных пультах в кузове снегоочистителя. Кузов цельнометаллического типа. По обоим концам его размещены одинаковые посты управления, а в середине — помещение для отдыха обслуживающего персонала.
Отвальное устройство (рис. 12.6, <•/) — основной рабочий орган снегоочистителя, он имеет некоторые особенности: отвальное устройство состоит из двух лобовых щитов (2, 3) и двух боковых крыльев (/, 4). Лобовые щиты и крылья можно установить таким образом, что при расчистке пути снег будет отбрасываться вправо или влево от оси пути или по обе стороны одновременно.
Лобовые щиты подвешены к раме машины па кронштейнах рамы с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. К каждому лобовому щиту шарнирно подвешено боковое крыло. Поворачивается лобовой щит вместе с крылом (для перестановки положения отвала) пневматическим цилиндром 5, шарнирно укрепленным на раме машины. Фиксируется лобовые щиты 2, 3 в наружном положении распоркой 7. Распорка состоит из рамки, один конец которой шарнирно соединен со щитом, а другой — также шарнирно с другой подвижной рамкой 9, перемещающейся по направляющим, закрепленным па боковых сторонах ходовой рамы машины. Подвижная рамка 9 фиксируется пневматическим 646
Рис. 12.6. Отвальное устройство:
а — общая схема: 1,4 — крылья — левое, правое; 2, 3 — лобовые щиты — левый, правый; 5 — цилиндр поворота щита; 6 — стойка крепления цилиндра; 7 — распорка — направляющая; 8 — стопор пневматический; 9 — распорка; 10 — цилиндр; 11 — шток;
б — схема лобового щита: I — транспортное положение; II — рабочее положение: 1 — рама щита; 2 — подъемный подкрылок; 3 — цилиндр подъема подкрылка;
в — схема крыла: I — транспортное положение, II — рабочее положение: 1 — основание крыла; 3 — цилиндр;
647
стопором 8, корпус которого закреплен па раме снегоочистителя. По направляющим внутри распорки 7 перемещается обойма с цилиндром 10 открытия крыла. На раме лобового щита 1 (рис. 12.6, б) смонтирован подъемный подкрылок поднимающийся по вертикальным направляющим пневматическим цилиндром 3, укрепленным па лобовом щите. Отверстие, образующееся в лобовых щитах при вдвинутой автосцепке, перекрывается щитками, шарнирно закрепленными па лобовых щитах. Щитки запираются закладными пальцами. Лобовые щиты удерживаются распорками 7 (см. рис. 12.6), а вдоль каждой распорки по направляющим перемещается обойма, в которой шарнирно установлен цилиндр открытия крыла. При перестановке отвала цилиндр передвигается тягой II, шарнирно прикрепленной к отвалу и верхнему пальцу цилиндра в обойме. Эта же тяга удерживает обойму при работе снегоочистителя.
Подвижная рамка 9 (см. рис. 12.6) распорки фиксируется относительно верхней и нижней направляющих пневматическим стопором 8 и стопорным устройством, смонтированным на подвижной рамке. Стопорное устройство — это подпружиненный штырь, установленный в направляющих втулках подвижной рамки.
Крылья — основные элементы крыла (рис. 12.6, <?): основание 1, шарнирно прикрепленное при помощи проушин 2 к лобовому щиту отвала, подъемный подкрылок 4. Последний состоит из трех щитов — среднего 15 (перемещается относительно основания 1 по вертикальным направляющим), верхнего ( образует отражательный козырек 14) и нижнего поворотного 16 ( режущая часть), шарнирно прикрепленного к среднему щиту 15. Подкрылок 4 поднимается пневматическим цилиндром 3, закрепленным па основании крыла 1. Цилиндр своим штоком соединен с кронштейном 9 среднего щита 15. На кронштейне 7 среднего щита шарнирно закреплено коромысло 8 многозвенного рычажного механизма. Это коромысло одним плечом шарнирно соединено с тягой 6
Продолжение рис. 12.6.
4 — кронштейны: нижнего поворотного подкрылка; 5, 7 — среднего щита; 6, 8 — коромысло; 9, 10 — крепление штока цилиндра; 1 — основание крыла; 13 — отражательного козырька; 6, 10 — тяги; 12 — верхний рычаг; 14 — отражательный козырек; 15, 16 — щиты средний, нижний
648
(связана шарнирно с кронштейном 5 нижнего поворотного щита 16), а другим — с тягой 10 (связана с верхним рычагом 12, шарнирно закрепленным одним концом па кронштейне 11 основного крыла, а другим — с кронштейном 13 отражательного козырька 14). Крыло автоматически обходит препятствия. В рабочем положении подкрылок удерживашея пневматическим цилиндром. При наезде на препятствие, в случае когда сопротивление перемещению снегоочистителя окаже1ся большим, чем усилие резания снега, па которое рассчитан механизм, нижний поворотный щит начнет отклонятся с одновременным подъемом всего подкрылка. В транспортном положении крыло установлено вдоль снегоочистителя и заперто транспортным креплением, подъемный подкрылок поднят и закрыт транспортным запором, а нижняя его часть развернута во внутреннюю сторону. Таким образом, обеспечивается вписывание крыла в габарит подвижного состава.
Плужок служит для повышения безопасности работ, более тщательной очистки межрельсового пространства в базе снегоочистителя. В межрельсовом пространстве оп опускается ниже уровня головки рельса на 50—80 мм и па такую глубину очищает это пространство. Плужок может работать в двух направлениях, поэтому вместо двух установлен один плужок (рис. Т2.7). Он состоит из несущей рамы 3, подвешенной к ходовой раме машины на четырех параллслограммпых подвесках 4. К несущей раме под углом 45° к продольной оси машины снизу прикреплены два лемеха 2, развернутые рабочими поверхностями в разные стороны. Плужок удерживается в рабочем положении и приводится в транспортное положение двумя пневматическими цилиндрами 6 (подвешены к ходовой раме на цапфах), поэтому может отклонятся при наезде на препятствие в сторону, противоположную направлению движения. Это предохраняет узел от поломок. В эту же сторону плужок поднимают при установке в транспортное положение. Перемена направления работы обеспечивается механизмом перестановки, который состоит из поворотного рычага 8, установленного в проушинах на несущей раме и шарнирно соединенного с головкой штока цилиндра 6. Рычаг жестко насажен иа ось поворота и запирается закладной планкой 9. При подготовке к перемене направления рабочего движения плужок опускают в рабочее положение, отстопоривают механизм перестановки, вынимая закладную планку 9, переставляют закладные штыри и подают воздух в пневматический ци-
649
тель подъема; 6 — пневматический цилиндр; 7 — швеллер; в — поворотный рычаг; 9 — закладная планка
линдр, поршень передвигается в противоположное крайнее положение, рычаг 8 механизма перестановки поворачивается, а плужок остается на месте в рабочем положении. Затем рычаг 8 запирают закладной планкой 9. Теперь, при переводе в транспортное положение, плужок будет отклоняться в противоположную сторону. Положение плужка контролируется по указателю в кузове. Упор на штанге 5 указателя воздействует на конечный выключатель, соединенный с сигнальной лампой, установленной на пульте управления. В транспортном положении плужок закреплен закладными штырями и винтовыми стяжками.
IS.I.I. Тагввый расчйт
Проводится по методике, аналогичной тяговому расчёту машин (см. п. 2.9). а также путевых стругов (см. п. 4.4). При работе снегоочистителя так же, как и струга, возникает сопротивление движению W, складывающееся из отдельных составляющих, которые преодолеваются силой тяги локомотива Т.
650
W = + Ж2 + ж, + wc, (12.1)
где Wx, Wv W3—сопротивление перемещению снегоочистителя как подвижной единицы, сопротивления при работе в кривой и на подъёме;
Wc—проекция сопротивления снега резанию на продольную ось пути:
ИС = 7?m„sin а = RsinSsina, (12.2)
где Яс — общее сопротивление снега резанию и отбросу в сторону, Н;
8, а — соответственно углы резания и установки щита в плане;
Ягор— горизонтальная проекция Яс(рис. 12. 8).
Сопротивление Яс при работе плугового снегоочистителя равно сумме сопротивлений: Я' врезанию рабочего органа в пласт снега, перемещению срезанного снега по снегу Я"и силы инерции Я£" при сообщении снегу скорости отброса: Rc = Я' + Я"; Я' = k^LHy, R" = LH^pp? Силу инерции Я'" можно определить из условия равенства импульса силы Я^ количеству движения »гос(Я^'г = wuc); здесь т — масса снега; 1)с — скорость снега. Если принять время t = 1, то т = т0 и R'" = тох>с (т0 — масса снега, отбрасываемого в единицу времени); то - U\)Mp = £Я1\)мр, при этом Я'" = £Я]Цсрцм (им — скорость движения машины). Скорость снега dc пропорциональна поступательной скорости машины ис = kx>M (kv — коэффициент пропорциональности). Тогда Я'"= LHplpky = , где £ = рку.
Рис. 12.8. Силы действующие на снегоочиститель
651
Rc=k;LHl+~U'^2 vi, (12.3)
где L, Hi —длина режущей части и высота вырезаемого пласта снега, м;
k't—удельное сопротивление при вырезании пласта снега, Н/м2
(к^ — 1900 Н/лг при р = 300 кг/м3; /с'= 25000 Н/лг при р = 550 кг/м3); р—плотность снега, кг/м3;
щ— коэффициент трения снега о снег (ц, = 0,2-0,6).
Зная W, можно подобрать локомотив, найти избыточную силу тяги локомотива Тт и построить график Тт = /(и) Подсчитав W для различных //, и нанося их па график, определяют рабочие скорости При различных уклонах пути i и радиусах кривых R.
12.1.2 Расчёт мехаянзмсн управления
При расчёте СДП (см. рис. 12.2) определяют усилия, необходимые для подъёма переднего щита и крыльев, параметры ппев-моцилиндров. За расчётное положение принимаем: снегоочиститель работает на прямом участке пути с уклоном /, всё тяговое усилие локомотива расходуется па перемещение снегоочистителя. На щит действуют силы (рис. 12.9, a): Rc — сопротивление снега; G — вес подвижной части щита; F — сила трепия в направляющих; Gn — вес противовеса; Р — усилие иа штоках пневмоцилиндров; FH — сила инерции. Значение Rc определяется но формуле (12.3). Горизонтальная R и вертикальная /? составляющие Rc равны: Ягор = 2?csin8; 7? = /?ccos8.
Сила трения в направляющих F состоит из двух составляющих:
F = + F,,
где/2! сила трения от действия сопротивления снега /?гпр. Fx = КГО1/Щ;
F2—сила трения от защемления щита в направляющих в связи с внецен-тренным приложением силы /<с;
/—коэффициент трепия щита о направляющие (/ш = 0,1-0,2).
При определении F, считаем, что в направляющих подвижного щита есть зазоры, поэтому рассматриваем его как консольную балку на двух опорах.
652
Рис. 12.9. Расчетные схемы механизмов подъема передних щитов машин СДП (а) и СДП-М (б) и открытия крыльев (в)
'2h'+hy
F2 = ^гор/щ
где й', й" — плечи действия сил.
Если допустить, что движение щита равноускоренное, то сила инерции при подъёме щита, Я,
F =9,81л»-Дг,
2 г2
где /н — масса поднимаемой части щита, кг;
й, < — соответственно высота, м, и время подъёма, с, при подъёме щита.
Суммарная нагрузка, Н,
N — F + F + Я + (7 — G . н вер п
Зная N, выбираем параметры пневмоцилиндра. Механизм поворота щита СДП-М рассчитывается при резании снега. На поворотную часть действуют силы: Gn — вес поворотной части; Gc — вес призмы снега на щите; Rci — сопротивление резанию снега толщиной, равной высоте поворотной части; IV — сопротивление призмы снега подъёму по отвалу (сила трения снега о металл); Р — усилие на штоках цилиндров; Яс1 определяется по формуле (12.3); (7пр — вес противовеса. Сопротивление призмы снега подъему по отвалу
Wtp = Янц, ,
653
где p.j —коэффициент трения снега о металл (gj = 0,02-0,18).
Из уравнения моментов относительно оси поворота 0 (рис. 12.9, б) находим усилие Р, которое преодолевается двумя цилиндрами.
р _ GalGn + + *сЛ1 +
где /^/„р —плечи соответствующих сил относительно точки 0.
У машины СДП крыло раскрывается шарнирно закрепленным пневмоцилиндром через рычажную систему. При расчёте механизма раскрытия за расчётное положение (рис. 12.9, в) принимается такое, когда все сопротивление снега Re воспринимается передним щитом и одним крылом. Если принять сопротивление снега равномерно распределённым по всей длине, то усилие,
действующее на крыло R , Н, пропорционально его длине и приложено на расстоянии IJ2 от оси поворота крыла:
= Rc
где /к, /щ — длина крыла, щита, м.
На крыло при повороте действуют силы: сопротивления снега 7?ск, сила инерции, усилие раскрытия, направленное вдоль рычага, сила трения в шарнирах. Для упрощения расчётов пренебрегаем силами трения и инерции. Усилие на штоке пневмоцилиндра Р будет зависеть не только от сопротивления снега R^, но и от угла поворота крыла аг Рассмотрим механизм раскрытия в исходном положении при полностью открытом крыле. Для определения Р найдём силу Q вдоль рычага как реакцию опоры В и составим уравнение моментов относительно точки 0 поворога рычага (см. рис. 12.9, в). Тогда
Ра------cosa -о,
2/Bsina1
где /в — расстояние от оси поворота крыла до точки крепления шарнира, м.
Из приведенного равенства определяют силу Р, которую должен создавать пневмоцилиндр, и выбирают его параметры.
654
U.S. Роторам* с**г**чвстат*а*
12.2.1 Вашчнм, жяассвфвкацаа, устройство
Роторные снегоочистители предназначены для расчистки глубоких заносов. Рабочими органами у них служат роторные устройства: они срезают и захватывают снег лопастями вращающегося ротора и отбрасывают его в сторону от пути. На железных дорогах разработаны одно-; двух- и трёхроторные снегоочистители, а также фрезерно-роторные. Однороторные снегоочистители представляют собой вращающий ротор большого диаметра, установленный на передней стенке машины. Ось вращения ротора параллельна оси пути. По образующим ротора закреплены радиальные лопасти. Ротор закрыт кожухом с выбросным окном в верхней части. При поступательном движении машины ротор врезается в снежный массив, вращающиеся лопасти срезают снег, подают его к выбросному окну и выбрасывают под действием центробежной силы, т.е. в этом рабочем органе вырезание, захват и отброс снега выполняются одним ротором. У двухроторного снегоочистителя процесс разделён — один ротор (питатель) отделяет снег от массива и подаёт его в другой ротор — выбросной, которым отбрасывается снег. Ротор — питатель расположен горизонтально (ось его вращения перпендикулярна оси пути ), состоит из барабана с лопастями. При вращении этого ротора снежная стружка начинает срезаться снизу, вырезанный снег поднимается и попадает в выбросной ротор (такой же конструкции, как и у однороторного). Лопастями ротор выбрасывает снег. Эта машина не нашла широкого применения.
Трёхроторный снегоочиститель имеет один выбросной ротор и два ротора-питателя, расположенных один над другим, что позволяет увеличить высоту убираемого слоя снега. Питатели направляют струю снега в выбросной ротор. Однороторные снегоочистители обладают большим недостатком — возникают значительные лобовые сопротивления. Это вызвано тем, что для прохода снегоочистителя и локомотива нужна прямоугольная траншея, а актив
655
ная площадь ротора, забирающая снег, представляет собой площадь круга. Таким образом, снег в углах траншеи и в центре ротора (ступица) не срезается, а спрессовывается и сдвигается к ротору под давлением направляющих плоскостей. Поэтому площадь активного резания составляет всего 66% площади разрабатываемой траншеи (34% — пассивная площадь), что способствует повышению лобового сопротивления. В связи с этим однороторные машины не выпускаются. Этот недостаток устранён в машинах с двух- или трёх- роторными устройствами, у которых питатель срезает снег по всей площади разрабатываемой траншеи. Второй недостаток снегоочистителей с торцовым ротором — они режут п отбрасывают снег одним и тем же ротором. Для дальнего отброса нужна большая скорость выбранного ротора, поэтому резание производится на этой же скорости. Машины с двух- и трёхроторпым снегоочистительными устройствами режут и отбрасывают снег различными роторами; роторы-питатели, которыми срезается снег, имеют линейную скорость вращения, примерно в 2,5 раза меньшую, чем выбросные; следовательно, мощность, необходимая для резания снега, у них меньше, чем у машин с торцовым ротором.
Трёхропюриый электроочиапипгель ЭСО-3 очищает железнодорожные пути от снежных заносов глубиной до 4,5 м. при любой плотности снега. В передней торцовой части снегоочистителя (рис. 12.10, а) размещено трёхроторпое снегоочистительное устройство, разрабатывающее прямоугольную траншею. Спереди установлены два ротора-питателя 5 и 7, между которыми расположен рассекатель 6, направляющий снежную струю в выбросной ротор 10. Роторы-питатели вращаются в противоположные стороны: верхний — по часовой, нижний — против часовой стрелки. Для очистки пути ниже уровня головки рельсов (на 50 мм) служит нож 8, управляемый ппевмоциливдрами 9. Выбросной ротор отбрасывает снег влево или вправо от оси пути до 50 м. Снег выбрасывается через левое или правое выбросное окно, которое механик закрывает перекидной заслонкой штурвалом 3 с зубчатым сектором.
Выбросной ротор 10 вращают два электродвигателя 12 постоянного тока посредством шестерёнчатого редуктора 11 (см. рис. 12.10, «). Впереди в кузове размещён пульт управления, а заднее помещение 1 предназначено для отдыха бригады. Снегоочиститель перемещают переоборудованным тепловозом ТЭ2
656
Рис. 12.10. Трехроторный снегоочиститель (а) и кинематическая схема его ротора-питателя (б):
1 — служебное помещение; 2 — пульт управления; 3 — штурвал управления заслонкой; 4 — пневмоцилиндр открытия крыльев; 5, 7 — ротор-питатель; 6 — рассекатель; 8 — подрезной нож; 9 — пневмоцилиндр управления ножом; 10 — выбросной ротор; 11 — редуктор; 12 — электродвигатели выбросного ротора; 13 — мотор-ге-нераторная группа; 14 — воздушный резервуар; 15 — противовесы; 16, 17, 18 — электродвигатель, барабан и лопасть ротора-питателя; 19, 20, 21 — цапфа, подшипник и редуктор ротора-питателя.
или ТЭЗ, от которого поступает ток к двигателям всех рабочих органов. Мотор-генератор!шя группа 13, установленная в кузове, позволяет получать низкие и устойчивые поступательные скорости передвижения -- состоит из электродвигателя и генератора. Ток от генераторов юпловоза поступает к двигателю мотор-геператорпой группы, а ток, вырабатываемый генератором установки, — к тяговым электродвигателям тепловоза.
Меняя напряжение возбуждения генератора этой установки, можно регулировать напряжение, вырабатываемое генератором
657
(от 50 до 550 В), и скорость движения тепловоза вместе со снегоочистителем. Генератор первой секции тепловоза питает двигатели питателей и моторгсператорпой группы, а генератор второй секции — двигатели выбросного ротора.
Конструкции верхнего и нижнего роторов-питателей аналогичны. Ротор-питатель (рис. 12.10, б) состоит из барабана 17 с лопастями 18, внутри которого размещён электродвигатель 16 с трёхступенчатым редуктором 21. Двигатель имеет фланцевые крышки, в которых па подшипниках 20 установлены полуоси, прикреплённые к раме машины. Последнее зубчатое колесо редуктора — это зубчатый венец с внутренним зацеплением, закреплённый на внутренней поверхности барабана ротора-питателя. Корпус электродвигателя и полуоси с рамой машины образуют неподвижную систему. Вокруг неё вращается барабан. Одна из полуосей полая, через неё проходит кабель к двигателю.
Крылья снегоочистителя (рис. 12.11, а) увеличивают ширину разрабатываемой траншеи при втором проходе снегоочистителя: поверху — до б м и понизу — до 5 м. Крылья 5 с подкрылками подвешены па двух шарнирах 8 к вертикальным стойкам машины. Открывают и закрывают каждое крыло реечным механизмом 12 с пневмоцилиндром 3. В начале раскрытия крыла, у реечного механизма есть небольшое плечо, и момент, создаваемый им, недостаточен для поворота крыла, поэтому на кожухе ротора установлены два толкающих ппевмоцилиндра 2, которые служат для предварительного открытия крыла и создания момента, необходимого рычагу реечного механизма. В рабочем положении каждое крыло удерживается распорками 6 и 9. Каждая распорка одним концом закреплена на крыле, а другим — на поползушке 10, смонтированной в направляющих 1. В рабочем положении поползушка находится впереди и фиксируется пневмостопором 11, принципиальная схема которого такая же, как у струга-очистителя. При закрывании крыльев поползушки с распорками перемещаются в заднее положение. Подкрылки в транспортном положении развернуты внутрь к оси машины и закреплены штырями. Нижняя часть 7 крыльев для вписывания их в габариты подвижного состава в транспортном положении выполнена шарнирной. В рабочем положении её откидывают и удерживают башмаками, а в транспортном поднимают и закрепляют па крыле. Привод выбросного ротора 15 состоит из двух электродвигателей 13 и редуктора 14 (рис. 12.11, б).
658
a — крылья; б — кинематическая схема выбросного ротора; 1 — направляющие; 2, 3 — пневмоцилиндр; 4 — тяга; 5 — крыло; 6, 9 — распорки; 7 — нижняяя часть крыла; 8 — шарниры; 10 — поползушки; 11 — пневмостопоры; 12 — реечные механизмы; 13 — электродвигатель; 14 — редуктор; 15 — ротор
На основе опыта эксплуатации снегоочиститель ЭСО-3 модернизирован: увеличена мощность двигателей питателей, улучшена конструкция роторов, усовершенствованы очертания лопастей, устранена мотор-генераторная группа; возбудитель приводится в действие от вала выбросного ротора; изменены
659
боковые крылья: для перевода их в рабочее и транспортное положение не нужно затрачивать больших усилий. Более простой и надёжной стала конструкция механизма открытия крыльев
Фрезериороториый снегоочиститель (рис. 12.12, а) предназначен для «пробивки и разработки траншеи при больших заносах (до 4,5 м). Снегоочиститель создан па базе серийной машины ЭСО-3. Вместо лопастных роторов-питателей установлены фрезы со спиральными режущими элементами. На машине — две фрезы-питатели, расположенные одна над другой спереди на подъёмной раме. Выбросной ротор и подрезные ножи — за фрезами. Фрезами вырезают снег из забоя и подают в выбросной ротор, который отбрасывает его в сторону. Кожухом и верти-
Рис. 12.12. Схемы фрезерно-роторного снегоочистителя:
a — конструктивная; б — кинематическая; 1,2 — электродвигатель; 3, 9 — редуктор; 4 — выбросной ротор; 5, 6 — фрезы; 7 — цепная передача; 8 — крыло; 10 — пневмоцилиндры подъема фрез; 11 — зубчатый сектор управления заслонкой выбросного ротора
660
кальпымп боковыми подкрылками разделывают траншею. Привод фрез и ротора — от тепловоза ТЭЗ, который передвигает при работе и транспортирует снегоочиститель. Подъёмную раму и фиксаторы подъёмной рамы приводят в действие пневмоци-липдрами от пневмоспстемы тепловоза. На высоте нижних фрез на шарнирах укреплены вертикальные подкрылки. На задней стороне подъёмной рамы установлены четыре поползушки, которыми она соединена с направляющими, закреплёнными на носовой части ходовой рамы. Механизм подъёма рамы состоит из двух пневматических цилиндров 10, двух стопоров и двух опорных кронштейнов с амортизаторами.
Технические характеристики роторных снегоочистителей даны в таблице 12.1.
Таблица 12.1.
Параметр Трёхроторныс Фрезерно-роторные Двухроторные
Производительность при плотности снега 0,5 т/м3, м'/ч 7500 13000 6000
Толщина очищаемого слоя, м 4,5 4,5 3
Скорость при максимальной производительности, км/ч 0,5 0,6 0,5
Ширина разрабатываемой траншеи, м, при: закрытых крыльях 3,4 3,55 3,425
открытых крыльях поверху 6 6,4 6
то же понизу 5 4.0 5,13
Дальность отброса снега, м 50 40 50
Масса снегоочистителя, т 100 92 90
12.2.2. Основы расчёта роторных снегоочистителей
Техническая производительность роторного снегоочистителя, м3/с,
n=BHvM. (12.4)
где В, Н — средняя ширина и высота разрабатываемой траншеи, м;
661
VM— рабочая скорость снегоочис! irie.'in. м/с.
Теоретическая производительност ь ротора-питателя, м3/с или кг/с,
Z7p=V1Vana или /7р = Цуапар, (12.5)
где — объём ячейки ротора, м3;
р — плотность снега, кг/м3 (р = 0.3-0,5);
д(^-Р,;)/?рЕ
где £>н, £>в—наружный и внутренний диамет ры ротора, м;
Вр—ширина ротора, м;
л—частота вращения ротора, с
е— коэффициент, учитывающий объем, занятый лопатками ножами, рёбрами жесткости и т. и. (г= 0,92-0,95);
а— число ячеек ротора (" = ~~~ '.десь у — центральный угол между лопатками, рад); а — коэффициент уплотнения снега (для сухого снега а = 1,5); — коэффициент наполнения ячейки (V = 0,1-0,25).
Общая мощность N, необходимая для работы нижнего ротора-питателя снегоочистителя ЭСО-3 , складывается из двух составляющих — мощности холостого хода No и полезной мощности #(, расходуемой на резание п отброс снега, кВт,
/V = /Vo + /V, (12.7)
/=|
где Nt, N2. Ny Ny Ns — мощности, расходуемые на: резание снега, сообщение снегу скорости вращения ротора, преодоление силы трепия снега о снежный массив, подъём вырезанного снега и?, забоя, сообщение снегу относительной скорости движения вдоль лопасти, кВт;
W v
/V, = 1000
где W — среднее суммарное сопротивление снега резанию режущими лопастями в данный момент, 1! :
662
к =
(12.9)
vp— скорость резания, м/с:
и, = 0)Л = 2iwR ,
(12.10)
где <о- угловая скорость вращения ротора, радЛг1;
R— радиус ротора но койкам лопастей, м;
и — частота вращения ротора, с'1;
к — коэффициент, учитывающий угол резания {к = 1-2,5);
к{ — удельное сопротивление резанию (к[ = 1900 Н/м2 при р = 300 кг/ м3; к{ - 25000 Н/м при р = 550 кг/м3) [17];
— средняя суммарная площадь срезаемой стружки, м2.
ЛР Фер ф
пН 2я ’
(12.11)
где
Пр — производительность ротора, м3/с (формула 12.5);
Н — высота забоя, м;
ф^ — средний угол наклона плоскости поперечного сечения стружки к горизонту, т. с. средний
57,Зф
<Рср=-^-. здесь ф -•
угол поворота ротора, град принимают
yi ол контакта ротора с забоем, рад;
к , .11
<p=-±arcsm—.здесь h — 2 п
забоя, м « + » при /7 > А’
расстояние от оси ротора до поверхности « - » прн Н < R; R — радиус ротора, м.
"™Р
2-1000’
(12.12)
где т — масса снега, вырезаемая ротором за 1с, кг: т = Лрр; р—плотность снега, кг/м3;
F. V
N =_2р_р. , (12.13)
1000
где Fmp — сила трения, Н :
/\р=2„Н2, (12.14)
где бц — центробежная сила, II: Qn - n^oFR^ ц,— коэффициент трения снега о снег: ц, = 0;27 при р = 100 кг/м3;
ц, = 0,57 при р = 550 кг/м3:
663
/и, — масса снега, находящегося на режущих лопастях в данный мо-ЯрРФ
мент времени, кг: ;
п — частота вращения ротора, с_|;
<р — угол контакта ротора, рад;
Лц — расстояние от оси вращения до центра тяжести призмы снега, расположенного на лопасти, м.
Принимаем, что па лопасти снег располагается сплошным массивом в виде четырёхгранной призмы. Центр тяжести её na-
ff -го + 7?
ходится на расстоянии пц ~— от оси вращения, где rQ — расстояние от оси вращения ротора до начала лопасти (радиус ступицы), м. Подставляя значение всех величин в формулу (12.14), получим окончательное значение силы трения;
/7„Р<Р 7 Лое
N*=TS»""' (1215)
где Hn — высота подъёма ротором вырезанного снега, м; g — ускорение свободного падения;
N = =ЯРРг)" 5 21000 2-1000 ’
где vr — относительная скорость движения вырезанного спега вдоль ло-
пасти, м/с = о^/л2 - г()2 |;
го— расстояние от оси ротора до начала лопасти, м.
После подстановки всех слагаемых в уравнение (12.7) и преобразования получаем общую формулу для определения затрачиваемой ротором-питателем полезной мощности, кВт,
Пр
N. =---
1 2-1000
. <р2Я 2 со2/?ц-и ц2ф , ,
sin<Pct,:L77- + 'u/) +-----5------+ 2Яп^г>- +и;
* pH 1 т 1
664
M -Ni
Зная Ni можем найти мощность двигателя где
г| — к. п. д. трансмиссии ротора (т| = 0,85-0,9). Передаточное
• пд
число редуктора: i =— • Частота вращения ротора п выбирается п
из условия обеспечения заданной производительности и выгрузки снега. Установлено, что ротор-питатель удовлетворительно разгружается при окружной скорости 8-10 м/с.
При работе снегоочистителя, кроме крутящего момента, передаваемого от электродвигателя на ротор-питатель, действует усилие напора локомотива. При расчёте принимают, что на ротор действует максимальный момент двигателя и полная сила тяги Т локомотива, которая распределяется таким образом, что 1/3 её приложена к одной опоре и 2/3 — к другой. Кроме того, в вертикальной плоскости действует вес G6 наружной части ротора (вес барабана) и вес Gn внутренней части (вес привода). Крутящий момент, действующий на барабан, Ям,
1000Я Т] =---------
2яп
где N — мощность двигателя, кВт;
И — общий к. п. д. передачи;
п — частота вращения барабана, с-1.
Окружное усилие на барабане, Я,
2М п
Р — KP D ’
(12.17)
(12.18)
где D — диаметр барабана, м.
Мощность Яв, кВт, затрачиваемая выбросным ротором, складывается из мощности, расходуемой на сообщение снегу кинетической энергии NK, преодолевание силы трения снега о стенки кожуха Я^, сообщение снегу скорости движения вдоль лопасти Nn и подъем снега Яп.
^» = ^к + ^ + Лгл + ^п; (12.19)
665
N “ 21000
19 1000 " 1000 1
где m — масса снега, выбрасываемая ротором за 1 с, кг: т = Пр;
П—производительность выбросного ротора, равная производительности машины, м3/с;
р — плотность снега, кг/м’;
V, — окружная скорость выбросного ротора, м/с;
Сур. — силы центробежная, трения, Н;
Я, — радиус выбросного ротора, м;
л, — частота вращения ротора, ст1;
^2 — коэффициент трения снега о металл (^г 0,02 при р - 500 кг/м3, ц2= 0,18 при р = /00 кг/м3);
m(02fe-ro2)
21000 ’
Л/ =—2---
" 1000
здесь/),—диаметр выбросного ротора, м;
го — расстояние от оси ротора до начала лопасти, м;
со,—угловая скорость, рад е*1.
Преобразуя и суммируя все значения получим, кВт,
, 42(ff-r»2) 2
N =2?L । efo-ib р 1000[ 2 л,
2g _
+yD. • (12.20)
Выбросной ротор состоит из нескольких ячеек, образуемых прямолинейными радиальными лопастями. Ячейки разгружаются при движении снега вдоль лопасти. Движение снега (рис. 12.13, а) внутри ячейки по радиальному направлению можно рассматривать как движение одного массива, под действием сил: центробежной Qu, тяжести G, трения F и кориолисовой силы инерции Qn. Под действием этих сил снег перемещается по лопа-
666
Рис. 12.13. Расчетные схемы разгрузки выбросного ротора (а) и отброса снега (б)
сти со скоростью =<о^Я2 - г02. Время, необходимое для выгрузки снега из одной ячейки, если путь, проходимый снегом по лопасти / = Лв - г0.
1 _ R.~ro .
(1221)
угол разгрузки, рад
ар=тр®, (12.22)
где ар — угол выгрузки снега с прямолинейной лопасти, рад;
R* I — радиус ротора, длина лопасти, м;
<0 — угловая скорость, рад е-1;
го — расстояние от центра ротора до места заделки лопасти, м;
ur — скорость движения снега по лопасти, м/с;
тр — время выгрузки, с.
Если пренебречь сопротивлением воздуха, то в первом приближении дальность отброса снега
g
где uc — скорость выхода снега из ротора, м/с ис = ^и2 + , здесь
\>г — относительная скорость движения снега по лопасти; — окружная скорость лопасти: вок= шЯ,;
667
в— угол наклона направляющего кожуха к горизонту (рис. 12.13, б), рад;
Н — начальная высота выхода снега из кожуха, м.
Наибольшая дальность выброса наблюдается при 0 = 40°. На величину L влияет также скорость ветра. Дальность отброса Lo (в м) при наличии ветра можно приближённо определить по эмпирической формуле
Lo = 2,(110,1^),
где L — дальность отброса снега при отсутствии ветра, м;
1)^ — скорость ветра, м/с ( знак « + » — для попутного, « — » — для встречного ветра)
12.3. Машины для очистки станций от снята
12.3.1. аамченно, классификация, устройства
Машины оснащены устройствами для очистки путей от снега, погрузки его на специальный подвижной состав, транспортирования и выгрузки. Устройства могут быть установлены в одном специальном вагоне или в нескольких. В зависимости от этого машины делятся на снегоуборочные поезда и одновагонные снегоуборщики. Для железных дорог разработаны снегоуборочные поезда системы ПТКБ ЦП, (СМ-2) СМ-3, СМ-6 и одновагонные снегоуборщики СМ-4 и СМ-5. В состав снегоуборочного поезда входят: головная единица, один или несколько промежуточных полувагонов (для накопления снега) и концевой полувагон с устройством для его выгрузки. В качестве головной единицы разработаны снегоуборочные машины СМ-2; различных модификаций, СМ-6, СМ-3. Работа любой снегоуборочной машины основана на следующем принципе: снег с пути заборным органом подаётся на конвейер машины, который доставляет его в полувагоны (расположенные за машиной), для многовагонных единиц или в ёмкость для одновагонных. Заборный орган — основной рабочий орган машины, от него зависят область применения машины и качество работы. Суще-
668
ствует два типа заборных рабочих органов: ножевой и роторный.
Ножевой рабочий орган (рис. 12.14, а) — это жёсткий нож 1. установленный впереди машины поперёк пути (служит продолжением ленточного конвейера 2). В рабочем положении нож опускается на SO мм ниже уровня головки рельсов, поэтому на ноже сделаны вырезы для рельсов. При движении машины нож срезает слой снега толщиной Н и подаёт его на конвейер, где снег распределяется слоем Hv Недостатки этого типа заборного рабочего органа: нельзя очищать стрелочные переводы, переезды, пересечения; после прохода машины на пути остаётся слой снега толщиной h, при уборке мокрого снега перед ножом может образоваться снежный вал, который движется впереди, не поступая на конвейер. Положительные особенности ножевого заборного органа — простая конструкция, можно очищать снег с большими рабочими скоростями (большая производительность), малые удельные затраты энергии.
Роторный заборный орган (рис. 12.1.4, б) состоит из поперечного ротора-питателя 3 (как у двух- и трёхроторных снегоочистителей) с гибкими тросовыми или проволочными лопастями (ротор-питатель). При вращении ротора лопасти срезают снег до поверхности шпал и подают его на конвейер 2. Гибкие лопасти позволяют очищать стрелочные переводы, крестовины, переезды и т. п. Летом машины с таким заборным органом используются для очистки путей от засорителей (угля, торфа, шлака). Ножевым заборным органом оснащались снегоуборочные машины типа СМ в сочетании с ротором. Все выпускаемые снегоуборочные машины оснащены щёточным ротором-питателем. На снегоубороч-
Рис. 12.14. Рабочие органы снегоуборочных машин:
а — ножевой; б — роторный; 1 — нож; 2 — конвейер; 3 — ротор-питатель
669
ной машине СМ-2 установлены нож и щёточный ротор-питатель, которые могут работать вместе или отдельно. С конвейера снегоуборочной машины снег поступает в промежуточные полувагоны снегоуборочного поезда, установленные за машиной. Кроме снегоуборщиков, на крупных станциях с интенсивным движением, где затруднён вывоз снега, можно использовать снеготаялки: забираемый с пути снег подаётся в цистерну с горячей водой или паром, где он тает, вода сливается в канализационную сеть. Стрелки очищают от снега при помощи электрических или газовых обогревателей, а также обдувают сжатым воздухом.
Снегоуборочный поезд (рис. 12.15) конструкции ПТКБ ЦП МПС (ПСЭ — поезд снегоуборочный электрифицированный). Поезд состоит из головной снегоуборочной машины СМ-2 (СМ-2А, СМ-2Б), одного или двух промежуточных и одного концевого полувагонов. Снегоуборочная машина СМ-2 (см. рис. 12.15, а) — наиболее распространённая — грузит снег-или засорители в полувагоны снегоуборочного поезда. Рабочий орган машины — щёточный роторный питатель 19, вращается двигателем 2 переменного тока. Питатель смонтирован на траверсе и с ней может подниматься и опускаться пневмоцилиндром 17. Питатель имеет защитный козырёк 20. За питателем установлен нож 18, которым можно очищать путь на 50 мм ниже уровня головки рельсов. Забираемый питателем или ножом снег подаётся на конвейер 75, состоящий из наклонной (под углом 30°) и горизонтальной частей. Носовая часть конвейера в транспортном положении поднимается на 400 мм. Для забора снега с междупутья в головной части машины укреплены два крыла 7 с шириной захвата 5,1 м. Посередине машины расположено устройство для сколки льда или уплотнённого снега на 80 мм ниже головки рельсов шириной 4 м. Оно состоит из средней 13 и двух боковых частей 10. В транспортном положении средняя часть устройства поднята, а боковые убраны в габарит. На машине СМ-2 до модернизации боковые щётки для очистки междупутий были смонтированы посередине машины. В рабочем положении они поворачивались в сторону междупутья на угол 45° и опускались на 150 мм ниже головки рельсов. Для очистки междупутья щётками необходимо было делать два прохода: при первом проходе снег забрасывался внутрь колеи, при втором — забирался питателем.
Для исключения двух проходов СМ-2 модернизирована и выпускается под маркой СМ-2А, Б. У неё щётки 22 установлены в
670
Рис. 12.15. Снегоуборочный поезд:
а — машина СМ-2А; б, в — промежуточный и концеаой (разгрузочный) полуаагон; 1 — боковое крыло; 2, 23 — электродвигатели привода ротора и щеток; 3, 24 — пневмоцилиндры крыльев; 4 — краны управления; 5 — машинное отделение; 6 — привод конвейера; 7 — дизель; 8 — генератор; 9 — аккумуляторная батарея; 10 — боковые льдоскалыаатели; 11 — цилиндр управления боковыми льдоскалывателями; 12-рама машины; 13 — средний льдо-скалыватель; 14, 17 — пневмоцилиндры подъема: среднего льдоскалывателя; роторного питателя; 15 — конвейер; 16 — тележка; 18 — подрезной нож; 19 — питатель; 20 — защитный козырек; 21 — цилиндр управления козырьком; 22 — боковые щетки; 23 — электродвигатель привода боковых щеток; 25,28-привод конвейера; 26, 27, 30-конвейеры: пластинчатый, накопитель поворотный; 29 — поворотный круг; 31 — рыхлитель
671
нижней части боковых крыльев (рис. 12.15, а). Механизмы подъёма и закрытия крыльев, подъёма козырька, ротора и льдоскалы-вателя управляются кранами 4 из кабины. Воздух поступает от компрессора локомотива. В задней части машины установлена электростанция (200 кВт), питающая энергией двигатели питателя, конвейера и боковых щёток. Роторный питатель машины показан на рис. 12.16.
У промежуточного полувагона (см. рис. 12.15, б) полом служит наклонный пластинчатый конвейер 26, а у концевого полувагона (рис 12.15, в) — два конвейера: пластинчатый 27 (называется загрузочным или накопителем) и выбросной или поворотный 30, смонтированный на поворотном кругу 29; он может устанавливаться перпендикулярно пути. У всех конвейеров электрический привод, состоящий из электродвигателя и редуктора. Электродвигатели подключают к электростанции машины СМ-2. Конвейеры соседних полувагонов перекрывают друг друга: снег можно перемещать вдоль всего состава, при этом он не просыпается между полувагонами. Снег, забираемый питателем или ножом машины СМ-2, попадает на конвейер, а затем в первый промежуточный полувагон, где накапливается слой определённой толщины.
Рис. 12.16. Ротор-питатель :
1,2 — подвижной и неподвижный козырьки питателя; 3, 6, 7 — пневмоцилиндры управления козырьком, подъёма ротора; 4 — шток; 5 — траверса; 8 — вал; 9 — рейка для фиксации положения ротора; 10 — направляющие; 11—цепь; 12 —щётка
672
Далее снег подаётся в последующие полувагоны пока не заполнит концевой вагон, после чего поезд движется на разгрузку, в процессе которой снег поворотным конвейером отбрасывается влево или вправо на расстояние до Юм.
Самоходные снегоуборщики. Для уменьшения простоя машин из-за отсутствия локомотивов разработаны самоходные снегоуборщики СМ-3 и СМ-4. Самоходный снегоуборочный поезд СМ-3 состоит из четырёх полувагонов, может компоноваться в таких вариантах: две единицы — головной и концевой полувагоны (вместимость состава 160 м3); три единицы — головной полувагон; промежуточный и концевой полувагоны (вместимость состава 285 м3) четыре единицы — головной полувагон, два промежуточных и концевой полувагоны (вместимость состава 410 м3). Летом для работы по уборке мусора к составу прицепляется цистерна для воды. В передней части головного полувагона установлены щёточный ротор-питатель 3 и подрезной нож 4 (рис. 12.17, а). Они подают забираемый с пути материал на скребковый загрузочный конвейер 5, который направляет его на пластинчатый конвейер-накопитель 7 (лента его движется с небольшой скоростью). Боковые крылья 2 оборудованы щётками. Поливочное устройство машины состоит из насоса, запорного вентиля с электроприводом для управления из кабины, разводящих трубопроводов и насадок для распыления воды. Оно используется летом для улучшений условий работы. Подрезной нож 4 (установлен за щёточным питателем) — второй заборный орган — убирает уплотнённый снег значительной толщины при большой поступательной скорости машины. Устройство 8 скалывает лёд и рыхлит уплотнённый снег, состоит из среднего и двух боковых льдоскалывателей, представляющих собой двухрядную борону со стальными зубьями. Рельсы очищает щётки 6. На крыльях 2 (см. рис. 12.15, а) установлены с тыльной стороны щётки 1, очищающие междупутья. Они вращаются электродвигателем 3 через цепную передачу. Поднимаются и поворачиваются крылья 2 в транспортное положение цилиндрами. Щёточный ротор-питатель (см. рис. 12.18, б) — это барабан, на котором укреплено шесть рядов тросовых щёток. Барабан установлен на траверсе, на верхней балке которой размещены два электродвигателя б, валы которых соединены цепными передачами 8 с валом питателя. Щёточный барабан вместе с подвешенным впереди защитным козырьком 9 может подниматься верти-
22 Путевые машины
673
Рис. 12.17. Снегоуборочная машина СМ-3 и концевой разгрузочный полувагон. Схемы:
а — машины СМ-3, б — полувагона; 1 — кабина управления; 2 — боковые крылья со щетками; 3 — ротор-питатель; 4 — подрезной нож; 5, 7,12 — конвейеры: питатель, накопитель, поворотноразгрузочный; 6 — рельсовые щетки; 8 — льдоскалывающее устройство; 9 — кабина; 10 — тележка от тепловоза ТЭЗ; 11 — дизель-электростанция; 13 — привод конвейера; 14 — конвейер полувагона
Рис. 12.18. Схемы рабочих органов СМ-3:
а — боковое крыло; б — ротор-питатель; 1 — боковая щетка; 2 — крыло; 3, 6 — электродвигатели щетки и ротора-питателя; 4, 5 — гидроцилиндры подъема и поворота крыла козырька; 8 — цепная передача; 9 — защитный козырек; 10 — ротор-питатель
кально. Положение щёточного барабана относительно рельса регулируют механизмом подъёма, состоящим из гидравлических цилиндров и рычажной передачи. Козырёк поворачивают гидравлическим цилиндром 7 через рычажную передачу. Высоту установки козырька определяют в зависимости от высоты убираемого снега. Верхняя часть козырька неповоротная, нижняя — в виде сектора. Загрузочный скребковый конвейер-питатель принимает от щёточного барабана снег и подаёт его на конвейер-накопитель, расположенный в кузове машины. Скорость пластинчатой ленты-накопителя небольшая — 0,0836 м/с, что в 20 раз меньше, чем у скребкового конвейера-питателя (1,85 м/с). Поэтому на пластинчатом конвейере накапливается большой слой снега толщиной до 1,85 м; он перемещается к промежуточному полувагону. Для полного использования вместимости машины на накопителе установлен автомат контроля загрузки, который включает и выключает электродвигатель привода конвейера-накопителя. Действие автомата основано на принципе ограничения грузоподъёмности, где датчиком усилия служит динамометр, который выдаёт электрический сигнал, пропорцио
675
нальный приложенному усилию от веса груза (снега). Автомат выполнен по типу кранового ограничителя грузоподъёмности.
Рельсовые щётки для очистки рельсов от снега и грязи приводятся в действие от электродвигателя через двухступенчатый редуктор, прижимаются к рельсу пружинным устройством. Управление рабочими органами машины гидравлическое. Снег из накопителя подаётся в промежуточный полувагон такой же конструкции, как СМ-2. Последний разгрузочный полувагон оснащён конвейерами: пластинчатый накопитель 14, поворотный ленточный конвейер 12, размещённый под рамой полувагона; при разгрузке он поворачивается гидроцилиндром на угол 90° и отбрасывается снег до 10 м. Дизель-электростанция 11 имеет дизель (368 кВт), генераторы постоянного и переменного тока. Первый генератор питает тяговые двигатели тележки 10 от тепловоза ТЭ-3, а второй — двигатели всех рабочих органов состава. На машине установлен компрессор для тормозной системы и обдувочных устройств и водяной насос. На головной машине находится радиостанция, например типа ЖР-ЗМ. Система управления на машине гидравлическая.
Одновагонный снегоуборщик СМ-4. Снегоуборщик предназначен для очистки от снега горловин станций, а летом его можно использовать для уборки засорителей с путей. В передней части машины (рис. 12.19) находится барабан-питатель 8, который вырезает снег или засорители с пути и подаёт их в конвейер-пита-
Рис. 12.19. Машина СМ-4:
1,6 — кабины; 2 — привод конвейера; 3, 4, 5 — конвейеры: разгрузочный, накопитель, питатель; 7 — боковые крылья со щетками; 8-щеточный барабан-питатель; 9, 11-тележки; 10-выбросной ротор; 12-дизель-электростанция; 13-компрессорная установка
676
тель 5, а затем в кузов машины вместимостью 100 м3. Дном кузова служит конвейер-накопитель 4. Разгружается кузов выбросным ротором 10, снег в который подаётся скребковым конвейером 3. На машине две кабины управления передняя б и задняя 1. Под задней будкой расположена дизель-электростанция 12 с генераторами постоянного и переменного тока. Генератор постоянного тока питает электродвигатели трёхосной приводной тележки И, а генератор переменного тока — электродвигатели приводов рабочих органов машины. В носовой части машины расположены крылья со щётками 7, при помощи которых снег или мусор с междупутей подаётся на путь и убирается питателем за один проход машины. Управление всеми рабочими органами машины гидравлическое. Со стрелок снег выдувается соплами. Источник сжатого воздуха — компрессорная установка 13. Щеточный ротор-питатель, скребковый конвейер-питатель, пластинчатый конвейер-накопитель и крылья с установленными на них щётками имеют такую же конструкцию, как СМ-3 (см. рис. 12.17). Выбросное устройство у СМ-4 состоит из скребкового конвейера и выбросного ротора (рис. 12.20).
В последнее время разработана и выпускается снегоуборочная самоходная машина СМ-5 (рис. 12.21) для очистки от снега-
Рис. 12.20. Выбросное устройство:
а — скребковый конвейер; б — выбросной ротор; 1 — приводная звездочка; 2 — цепная передача; 3, 9 — электродвигатель; 4, 8 — редуктор; 5 — натяжное устройство; 6 — скребок; 7 — ротор
677
Рис. 12.21. Схема машины СМ-5:
1 — боковые крылья; 2 — ротор-питатель; 3 — конвейер; 4 — сопло;
5 — тележка; 6 — рама машины; 7 — выбросной ротор; 8 — рыхлитель; 9 — головная кабина; 10 — задняя кабина
и засорителей станционных путей, стрелочных переводов и горловин железнодорожного пути, с погрузкой в кузов и механизированной выгрузкой в отведенных местах. Выгрузка снега может производится непосредственно при работе машины, не загружая кузов, на расстоянии 25-30 м. СМ-5 оснащена вентиляторной установкой для обдува стрелок. Она имеет собственный привод для движения. Оснащена двумя кабинами управления, боковыми крыльями, питателем, транспортерами для загрузки в кузов и перемещения снега в выбросной ротор. Вентиляционная установка имеет два вентилятора и устройство для направленного движения воздуха. Органы управления приводами машины и автотормозами аналогичны локомотивным. Движение машины обеспечивается четырьмя двигателями постоянного тока.
По назначению принципиальная конструктивная схема СМ-5 аналогична СМ-4. Кроме того разработана машина СМ-6, аналогичная СМ-3. Обычно СМ-6 комплектуется из трех вагонов: головного, промежуточного и концевого, выгрузочного.
СМ-6 разработана и изготовлена на базе одновагонной снегоуборочной машины
СМ-5 — основным преимуществом ее является увеличение емкости загрузки снега и засорителей в два раза.
СМ-6 предназначена для очистки от снега и засорителей станционных путей, стрелочных переводов. Выгрузка снега и засори-678
телей осуществляется выбросным ротором в обе стороны на расстояние 25-30 метров, может производится при движении машины одновременно с уборкой. Машина оснащена вентиляторной установкой для обдува стрелок.
СМ-6 — восьмиосная путевая машина, две тяговые тележки имеют по два двигателя постоянного тока. Машина оснащена двумя кабинами управления, боковыми крыльями с гидравлическим приводом, питателем с приводом, транспортерами для загрузки и перемещения снега в выбросное устройство. Вентиляционная установка имеет два вентилятора и устройство для направленного движения воздуха. Органы управления приводами движения машины и автотормозами аналогичны локомотивным.
Техническая характеристика снегоуборочных машин даны в таблице 12.2.
Таблица 12.2.
Параметр СМ-2 СМ-3 СМ-4 СМ-5 СМ-6
Производительность, т/ч Толщина очищаемого слоя 750 0,8 750 0,9 750 0,8 0,8 0,8
снега, м Ширина полосы, очищаемой, м: питателем 2,145 2,6 2,6
крыльями 5,1 5,1 5,1 — —
Ширина захвата льдоскалыва- 3,66 4,0 — — —
теля, м Заглубление льдоскалывателя, 80 80 — — —
мм Транспортная скорость, км/ч 70 70 70 80 80
Часовая сила тяги, кН — 150 150 — —
Вместимость промежуточного 80 125 — — —
полувагона, м3 Вместимость головного и кон- — 60 100 — 185
цевого полувагонов, м Масса, т: машины 80 71,2 118
промежуточного полувагона 36,5 36,8 — — —
концевого полувагона 39 39 — — —
679
12.3.2. Выбор основных параметров
Щёточный роторный питатель (рис. 12.22) можно рассчитать по той же методике, что питатели роторных снегоочистителей. Мощность и производительность ротора можно определить по формулам (12.4), (12.7), но при этом нужно прибавить мощность N6, затрачиваемую на изгиб лопасти. Тогда полезная мощность, затрачиваемая ротором,
N, = N. + N + N + N. + N + N 1 1 X J □ О
где ATj, N2, Ny N4, Ns, N6 — мощности, затрачиваемые на резание снега, сообщение ему скорости движения ротора, трение снега о массив, поднятие вырезанного снега, сообщение снегу относительной скорости и изгиб лопастей.
Составляющие равенства определяются по формулам (12.8)-(12,16). Найдём дополнительную составляющую N6.
Работа, затрачиваемая на изгиб одной лопасти в процессе резания, определяется из уравнения потенциальной энергии прогиба лопастей:
Рис. 12.22. Кинематические схемы привода ротора-питателя:
а — с цепным приводом; б- то же со встроенным; в — расчетная схема;
1 — электродвигатели; 2 — ротор;
3 — лопасть; 4 — полуоси крепления ротора; 5 — редуктор; 6 — рама машины
680
[/ = £йс^10б 64Z3
где Е, I — модуль упругости (в МПа) и момент инерции поперечного сечения лопасти, м4;
I, у — длина лопасти и прогиб конца лопасти, м;
со — угловая скорость, с*1.
Значение у можно принять максимально допустимое или определять по формуле
, 32OW.Z3
XI — - 1
д [п4Е1 + 4/2тл©2(0,29го + 0,23/)] • 106 ’
где к — коэффициент динамичности (ка = 2);
W, — общее сопротивление снега резанию, действующее на лопасть, Н;
— масса лопасти, кг;
г0 — расстояние от оси вращения ротора до места заделки лопасти, м.
Если ротор с z лопастями делает п оборотов в секунду, то мощность
х, гг п Е1Т?у2 .п6
N6 = zU-----= zn---5-^—10 .
1000 64/31000
Мощность, необходимая для холостого хода ротора, затрачивается не только на преодоление сопротивления воздуха и трения в опорах, но и на преодоление силы трения лопастей о рельсы и поверхность балластной призмы. Величина этой силы зависит от ряда факторов: упругости лопастей, прижатия, характера поверхности балластной призмы и т.п. Аналитически определить её трудно, поэтому вводят коэффициент, тогда мощность холостого хода
где к°хх — коэффициент мощности холостого хода ротора с гибкими лопастями (1^ = 0,15-0,25).
Общая мощность N = Nxx +Nr
23 Путевые машины
681
На машинах СМ-2 применяют два типа приводов роторных питателей: со встроенным электродвигателем 1 (см. рис. 12.22, б), который монтируется внутри ротора. Вращение от вала электродвигателя 1 через редуктор 5 передаётся на барабан, имеющий зубчатое колесо с внутренним зацеплением; с цепным приводом (рис. 12.22, а) — вращение от двух электродвигателей 1 посредством цепных передач передаётся на ротор 2. Последний тип прост в эксплуатации.
В транспортном положении, а также если машина забирает снег ножом, ротор с траверсой, на которой он крепится, поднимается. Механизм подъёма состоит из двух пневмоцилиндров и рычажной системы. За расчётное принимаем нижнее положение питателя. На механизм действуют, кН: G — вес ротора с траверсой; GH — сила инерции поступательно движущихся масс ротора и траверсы; Р — усилие пневмоцилиндров. Трением в направляющих и шарнирах, а также инерцией рычажной, системы можно пренебречь. Тогда из уравнения моментов всех сил относительно оси поворота (точка 0, рис. 12.22, в) сила равна
p=(G!L+G)H>
l2 sin а2
где l2, Н — длины рычагов, м;
а2 — угол между рычагом и направлением действия силы Р в нижнем положении ротора, град.
Считаем, что движение равноускоренное, а максимальная скорость подъёма ротора ип
С -G
“ *0.25,/
где tn — время подъёма.
4 А ПОДЪЕМПО-ТРАНСПОРТНЫЕ | < СПЕЦНАЛНЗНРОВАППЫЕ МАШИНЫ I W • ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
13.1 Дрезввы мотовозы
Дрезины и мотовозы относятся к классу путевых машин, предназначенных для работы как на магистральных, так и на путях промышленного транспорта и подъездных, выполняя маневровые и другие, в основном, погрузочно-разгрузочные и монтажные работы, а также питание электроэнергией механизированного электроинструмента и ряд вспомогательных объектов.
Они получили название: для маневровых работ — мотовозы, и в комплексе с погрузочно-разгрузочными и другими устройствами — дрезины, автодрезины и автомотрисы, в дальнейшем — мотовозы погрузочно~транспортные (МПТ) и другие специальные названия.
Характерная особенность их — они приводятся в движение двигателями внутреннего сгорания
13.1.1. Дрвзяяы
История развития дрезин много богаче. Нельзя не отметить, что одна из первых «механизированных» инспекторских дрезин появилась в 1913 году, имея систему зубчатых передач, вращаемых двумя парами рабочих, за что у путейцев получила название «крути Гаврила».
До 20-х годов применялись также «механизированные» дрезины-качалки, которые имели кривошипы, вращавшие ведущую ось при «качании» (вручную) рычага, шарнирно связанного с кривошипами.
В дальнейшем они получили двигатель, и вошли в классификацию как съемные дрезины типа СМ-4, ТД-1, ТД-3. Расширив сферу применения за счет использования погрузочно-разгрузочного и другого оборудования дрезины
683
(табл. 13.1.) получили широкое применение [17; 21; 22]. Наиболее эффективными в путевом хозяйстве показали себя дрезины АГМУ и ДГКУ, из дрезин специального назначения (для монтажных работ АГВ). Однако, для решения современных задач их характеристики не отвечали потребностям путевого хозяйства и в настоящее время создан комплекс путевых машин, базовым модулем которых является мотовоз транспортнопогрузочный МПТ, выпускаемый Тихорецким заводом железнодорожного машиностроения. На базе МПТ создан ряд специальных машин АДМ, АДМС, АДМ-СКМ, АКС и т.п. (табл. 13.2.).
Отличительной стороной является их унифицированность и возможность создания на этой базе комплекса сменного оборудования для производства различных путевых работ.
Погрузочно-транспортный мотовоз МПТ (рис. 13.1) 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 различно-
Рис. 13.1. Общий вид погрузочно-транспортного мотовоза МПТ:4
1— грузоподъемный кран; 2 — кабина; 3 — транспортные растяжки; 4 — двигатель; 5 — электрооборудование; 6 — рама; 7 — топливные баки; 8 — ходовые части; 9 — рессорное подвешивание; 10 — песочницы; 11 — гидропередача; 12 — пневматическая система; 13 — выключатель рессор; 14 — борта и подножки; 15 — аутригер;
16 — путеочиститель
684
Таблица 13.1
Параметр
Значение параметра для автомотрисы или автодрезины марки
АУГ АУ“ АУ" АГС-1 АМ-1 АГВ ДПС ДМС ДМ АГМУ АС-1А
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота 13695 3040 3770 13695 3040 4620 13695 3040 3770 12250 9730 12580 3 170 5250 12580 3170 5250 10220 3068 5260 10220 3068 5258 10220 3 130 4524 8746 2840 3327
Максимальная скорость не более, км/ч 100 100 100 80 100 80 80 80 65 65 80
Вместимость топливного бака, л — — — — — 800 800 95 95 95 110
Грузоподъемность, т 5 2 — — — 3,5 6,0 2,0 2,0 5,0 —
Грузоподъемность крана, т 1,5-2,5 1,65-2,5 — 1 — 2,5-3 1,7-3,0 — — 1,0 —
Высота подъема крана от уровня головки рельса, м 3,78-4,7 2,6 5,25 7,0 4,06 3,0 —
Вылет стрелы, м 4,8 4,8 — 8,0 — 5,3 5,8 — — 1,2-4,5 —
Масса прицепного состава, т: на перегоне при маневрах 20 40-80 20 30-40 20 40-80 — — 60 300 60 300 20 20 20 20 16 40 —
Высота подъема рабочей площадки, м — 80 — — — 7,6 — 7,75 7,75 — —
Вылет рабочей площадки от оси пути, м — — — — — 4,0 — 3,0 3,0 — —
Число пассажиров 12 12 34 14 32 12 5 9 8 3 24
о5 Таблица 13.2.
Параметр Значение
МПТ МПТ-4 АДМ
Длина по осям автосцепок, Мощность силовой установки, кВт 12960 183,8 12960 202,2 12960 183,8
Грузоподъемность, в т: монтажной площадки монтажных люлек крана собственной платформы 2,5-5,0 2,2-5,0 8 0,5 0,7-3,0 5
Высота от УГР, м: грузового крюка пола монтажной площадки пола люлек 4,08 4,0 8,2 6,9
Вылет от оси пути (мах), м: крюка грузоподъемного крана монтажной площадки люлек 5,8 7,5 8,0 5,85
Прицепная нагрузка, т: на перегоне на маневровой работе на станции 60 300 60 300 60
параметра для автодрезины или автомотрисы марки
АДМ- АДМ-1 АДМс АДМ- АКС МПТ-6
12960 12960 12960 12960 12960 13410
202,2 202,2 — 202,8 220,8 220
0,5 0,5 0,5 0,5
0,4 0,4 — 0,4 0,28 —
2 1,2-3,2 — 1,2-3,2 1,2-5,0 0,2-6,3
5 5 1 — 4 12
— 8,2 8,2 9,2 4,0
— 7,2 — 7,2 7,2 —
17,6 8,6 — 8,6 15,0 —
5,6 3,4-8,0 8,0 9,0 8,5
— 6,9 — 6,9 3,0 —
15,35 8,0 6,55 14,0 —
60 60 60 60 60 60
300 300 300 300 300 400
Продолжение табл. 13.2.
Параметр
Значение параметра для автодрезины или автомотрисы марки
МПТ МПТ-4 АДМ •АДМ- АДМ-1 АДМс АДМ- АКС МПТ-6
Максимальная скорость, км/ч 100 100 100 100 100 100 100 90 но
Масса, т (не более) 30 31 34 32 36 36 37 37 27
Пассажировместимость, чел. 11 И 11 11+2 11+2 11+2 11+2 11+2 11+2
Дополнительное оборудование Механизм очистки наледи на проводе Механизм очистки наледи на проводе Гидроустановка для очистки рельсов
го рода электрических путевых инструментов при выполнении ремонтных работ.
Мотовоз МПТ является самоходной машиной, имеющей привод на все четыре колеса через две колесные пары (рис. 13.2) Сущность привода аналогична приводу полноприводных автомобилей, с той разницей, что здесь отсутствуют на осях ведущих колес дифференциалы и, как показывает опыт эксплуатации, ходовая часть при этом испытывает более существенные динамические нагрузки [28].
Рис. 13.2. Кинематическая схема трансмиссии:
1 — дизель; 2 — генератор; 3 — импульсный насос; 4 — компрессор;
5 — импульсный насос; 6 — осевой редуктор; 7 — карданные валы;
8 — гидропередача; 9 — блок питательного и откачивающего насосов
Мотовоз оборудован грузоподъемным краном (рис. 13.3) предназначенным для погрузочно-разгрузочных работ при ремонте и содержании пути. Кран смонтирован на кабине, которая имеет несущий каркас.
Стрела крепится к основанию крана болтами. На платформе крана установлены механизмы поворота, подъема груза и передвижения тележки.
Для обеспечения поперечной устойчивости мотовоза при работе крана с обеих сторон рамы прикреплены выносные опоры-аутригеры. В транспортном положении конструкция аутригеров вписывается в габарит подвижного состава 02-Т (рис. 13.4).
688
1 — опорноповоротное устройст-
во; 2 — механизм подъема; 3 — механизм передвижения тележки; 4 — механизм поворота; 5 — стрела; 6 — ограничитель грузоподъемности; 7 — канат; 8 — ручка
Рис. 13.4. Аутригеры:
1 — балка; 2 — гидроцилиндр; 3 — рычаг; 4 — башмак
Краны МПТ-4 и МПТ-6 аналогичны по конструкции, но имеют некоторые отличия по технологическим возможностям (рис. 13.5).
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
Рис. 13.5. Зависимость грузоподъемности крана от вылета стрелы.
689
скоростью до 10 км/ч. На мотовозе может устанавливаться плуг-снегоочиститель.
Кроме того, МПТ-6 конструктивно отличается от предыдущих моделей тем, что силовая установка с приводом на МПТ-6 установлена под полом платформы, что позволило освободить площадь платформы и увеличить ее грузоподъемность.
Более того, машина МПТ-6 в данном варианте была использована как базовая для создания рельсоочистительной машины РОМ-4.
Монтажная автомотриса АДМ (рис. 13.6) предназначена специально для выполнения монтажных, ремонтных и аварийновосстановительных работ на контактной части электрофицированных железных дорог под напряжением 3,3 и 27,5 кВ, используется для доставок к месту работ ремонтных бригад, монтеров и инструмента и обеспечения их энергией; может быть использована для выполнения маневровых работ на железнодорожных станциях.
Рис. 13.6. Общий вид автомотрисы АДМ:
1 — гидравлическая система; 2 — кабина; 3 — грузоподъемный кран; 4 — монтажная площадка; 5 — канат; 6 — силовой агрегат; 7 — пневматическая система; 8 — рама; 9 — топливные баки; 10 — рессорное подвешивание; 11 — песочница; 12 — система питания гидропередачи; 13 — основание барабана; 14 — выключатель рессор; 15 — ходовая часть; 16 — аутригеры; 17 - электрооборудование
690
Смонтированный на поворотном основании, укрепленном на несущей металлоконструкции кабины, гидрофицированный кран (рис. 13.7) с телескопической стрелой предназначен для быстрой
1 — электрическая таль; 2 — датчик усилий; 3 — выдвижная стрела; 4 — струнка; 5 — кронштейн; 6 — указатель вылета; 7 — основная стрела; 8 — тяга; 9 — привод выдвижения стрелы; 10 — выдвижное устройство; 11 — гидротолкатель; 12 — гидроцилиндр; 13 — платформа крана; 14 — опорно-поворотное устройство; 15 — электродвигатель; 16 — тормоз; 17 — червячный редуктор; 18 — рычаг аварийного поворота; 19 — конечные выключатели; 20 — рукоятка аварийного поворота
погрузки и выгрузки перевозимых грузов, установки опор контактной сети и для других работ и имеет широкую зону обслуживания (рис. 13.8).
Кран включает в себя платформу с шарнирно закрепленной на ней телескопической стрелой, механизмом поворота, гидроцилиндры подъема стрелы, привод выдвижения телескопической стрелы и механизм подъема груза. Передвижение выдвижной стрелы с грузом осуществляется канатно-блочной системой, включающей в себя гидроцилиндр перемещения, на штоке которого расположены вращающиеся блоки, блоки на основной стреле, через которые зачалены два троса, закрепленные за выдвижную и за основную стрелы с возможностью регулировки
691
Рис. 13.8. Схема работы крана автомотрисы АДМ
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 типа АДМ-СКМ и АКС оборудованы монтажными люльками на телескопической стреле крана с гидроприводом подъема стрелы, которые позволяют значительно расширить зону монтажного обслуживания.
Механизм поворота крана, устанавливаемый на поворотной платформе, состоит из электродвигателя, редуктора поворота, колодочного тормоза. Поворот крана осуществляется за счет вращения червячного вала шестерен, последняя из которых входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом опорно-поворотного роликового устройства.
Смонтированная на раме автомотрисы 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.
692
Площадка оборудована устройством для раскатки контактного провода. Рабочая площадка закреплена на верхней раме с помощью четырех изоляторов, защищающих ее от напряжения 27,5 кВ.
Подъем рабочей площадки осуществляется с помощью двух действующих раздельно параллелограммов, которые раскрываются двумя невзаимосвязанными гидроцилиндрами (рис. 13.9.). Благодаря раздельному приводу с помощью двух гидроцилиндров имеется возможность обойти контактный провод.
Механизм поворота представляет собой реечное зацепление. Шестерня механизма поворота установлена на оси поворотной платформы, а рейка с гидроцилиндром привода — на раме автомотрисы.
Рис. 13.9. Механизм подъема монтажной площадки автомотрисы АДМ:
1 — лестница; 2 — площадка; 3, 4 — изолятор; 5 — ограждение; 6 — рабочая площадка; 7 — дистанционное управление рабочей площадкой; 8 — изолятор; 9 — верхняя рама; 10, 11 — верхний рычаг; 12, 16 — гидроцилиндр; 13 — средняя рама; 14, 15 — нижний рычаг; 17 — платформа; 18 — изолятор; 19 — гидроцилиндр поворота; 20 — шестерня; 21 — ось; 22 - рейка
693
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 и лестница.
Управление подъемом, опусканием и поворотом площадки может осуществляться как из кабины автомотрисы, так и самой площадки, на которой имеется дистанционное управление.
13.1.2. Ояредаяаяяе осковных яараметров дрезвя методом авализа размервостев
К основным параметрам, определяющим конструктивные особенности и работоспособность путевых дрезин, относятся: масса дрезины 6д, кг; нагрузка на ось No, Н; сила тяги FT, Н; мощность двигателя Мд, Н-м/с; скорость движения V, м/с; коэффициент сцепления колеса с рельсом у = FJG^ расход горючего на 1 км пути qr, л/км; база машины, L, м; диаметр колесной пары D, м; частота вращения вала двигателя лд, об/мин.
Задачу решим методом анализа размерностей [13.4.]. Так как некоторые приведенные параметры, характеризующие работоспособность и конструктивные особенности дрезин, получаются как производные, число их сократится и в уравнения войдут: масса дрезины 6д; сила тяги Fr; мощность двигателя Уд; скорость и; частота вращения вала двигателя пд, расход горючего qr‘, база дрезины или мотовоза L, диаметр колеса D.
За основные единицы принимаем: массу дрезины (7Д, кг; скорость и, м/с; диаметр колеса D, м. Остальные параметры считаем производными. Если согласно л-теореме число физических величин Ni = 8, число основных единиц л0 = 3, то число симплексов, критериальных соотношений г - N - п0= 8 - 3 = 5.
В соответствии с л- теоремой возможны уравнения при безразмерных соотношениях:
п{ =Fi(l;l;l;7tJ;^;7t6;7t7;...); (13.1.)
rcf = F2(l;l;l;7t4 ;л" ;л"; л^;...); (13.2.)
< =F3(l;l;l;<;<;<ff;<;...); (13.3.)
694
Найдем критериальные соотношения. За искомые параметры в неопределяющих критериях примем для
Л| -гт, JCj -Na, л( -qr-
Последнее можно представить уравнениями:
F^x{Gay^a,na,qr-,L-,D-,..y, (13.4.)
^=Ф2(Од;У;Гт;йд;9г;£;П;...); (13.5.)
9г=Ф3(Сд;У;Гтлд;пд;Ь;Р;...); (13.6.)
Учитывая равенство размерностей для числителя и знаменателя, найдем показатели степеней в критериальных уравнениях. Для неопределяющего критерия уравнения (13.4.)
[FJ = [G%, VY- D2] или (Н) = (кг)х(м/с)г(м)2;
откуда
1 = о = У; о = / + z1. (13.7.)
Решив систему уравнений (13.7.) получим: х1 = 1; у1 = О; z1 = 0.
Тогда л( =Гт/бд. (13.8.)
Аналогично для остальных неопределяющих симплексов урав-
_// _ ^дУ п qrn
нений (13.5), (13.6) 1 “ дг ’или ,заменим G наF ,
л DV А
безразмерный сипмлекс примет вид:
И ^д III 9г Ш 9г«д
л; =—к; =-2v, или л; = -L-A, 1 ру 1 D2 DV
(13.9.)
так как £) =--------.
лид
Для определения симплексов уравнений (13.1.)-(13.3.), ориентируясь на уравнения (13.4.) — (13.6.) и (13.9.) получаем:
695
rt=Na/GaV, или<=ВДУ; (13.10.)
п'5=У/пдП, или nl5=naD/V; (13.11.)
nl6 = qrnjDV-, (13.12.)
л'=Л/£>. (13.13.)
Уравнения (13.4.) - (13.6.) в критериальной форме:
^Сд=/1(^/СдУ;идР/У;9гпд/РУ;£/Р;...); (13.14.)
NaGa=fl(FT/Ga;naD/V;qTna/DV;L/D’,...'); (13.15.)
qrnaDV = f3(Na/GaV-,naD/V-FJGa-,L/D-,...y, (13.16.)
Но V = nDnJfX) и л5 = n^DIn^D = 1. Произведя ряд упрощений, разделив и умножив симплексы уравнений (13.14.) - (13.16.) друг на друга, получим:
FJGa=^{NaLIGRqrnR)m' (13.17.)
нд/СдУ = у2(^г£/СдУ£>Г (13.18.)
<7r/D2=y3(N/,/G;iVD)'"3 (13.19.)
где Yp Wj — постоянные, определяются экспериментально.
На основании технических характеристик дрезин и автомотрис, выпускаемых в МПС для широкой колеи (1520 мм), определим численные значения величин в выражениях (13.17.)-(13.19.), используя данные табл. 13.3.
При определении \|/(., и т., уравнения (13.17.)-(13.19.) примут вид:
FT =O,4883G/N,L/Ge<?rnJ0’1179; (13.20.)
Na = O,O2846GJ/(FT?rL/GeD3)0’5563; (13.21.)
qt =21,93D\NaLIGaVBDYi)’3S22. (13.22.)
696
Таблица 13.3.
Тип дрезины ЛГд,Н/с Значение параметра D, м
Сд, кг Fr,H V, м/с 9г, кг/100 км L, м
АГМУ 71250 10700 23700 18,06 16,19 5,0 0,65
ДГКУ 187500 32000 68000 22,22 51,56 6,0 1,05
дм 71250 13600 21600 18,06 19,94 5,2 0,65
дмм 71250 15000 21600 22,22 16,19 5,2 0,65
АГВ 187 500 40000 68000 22,22 51,56 6,0 1,05
ТГК-2 187 500 30000 72000 16,67 68,72 3,2 0,9
МК2-15 71250 15000 30000 18,06 19,94 3,8 0,6
АС-1 А 52500 4000 14000 22,22 23,63 3,8 0,65
МЭС 225 000 40000 64000 22,22 71,25 4,5 1,05
I3.L3. Вопросы повышения эффективности дрезнн и мотовозов
Несмотря на то, что основные узлы силовых трансмиссий путевых дрезин рассчитываются почти с тройным запасом прочности, при эксплуатации наблюдаются такие явления, как скручивание шлицевых валов, выкрашивание зубьев зубчатых колес, их интенсивный износ [28.].
Колесные пары машин (рис. 13.10) с одной стороны жестко связаны между собой силовой трансмиссией через карданные валы и раздаточный вал реверса редуктора, а с другой — силами трения, которые развиваются на площадках контактов, возникающих между колесом и рельсом, образуя так называемый замкнутый силовой контур. Вследствие изготовления колесных пар с
Рис. 13.10. Кинематическая схема дрезины:
1 — рельс; 2 — колесная пара; 3 — карданная передача; 4 — редуктор реверса; 5 — раздаточный вал; 6 — осевой редуктор
24 Путевые машины
697
отклонением их диаметров катания до 1,5 мм, разница которых в процессе эксплуатации увеличивается до 2-2,5 мм, передаточное отношение в данном контуре не равно единице. Опыт эксплуатации путевых машин показывает, что разница приводит к интенсивному износу карданных шарниров.
Природа динамических нагрузок, возникающих в групповом карданном приводе, объясняется спецификой привода и отклонениями линейных размеров элементов силовой трансмиссии.
При этом происходят значительные потери мощности двигателя, доходящие до 7-20% его номинальной мощности.
Анализ методов борьбы с перечисленными процессами разрушения показал, что возможны следующие пути повышения надежности машин с групповым приводом: последовательное включение в силовую трансмиссию муфты-демпфера, установка тележек с дифференциалом или переходом на однокарданную трансмиссию. Установка дифференциала сложное и дорогостоящее мероприятие и, кроме того, при этом не гасятся крутильные колебания. Однокарданная система на отвечает требованиям безопасности движения. Наиболее оптимальным для повышения долговечности и эффективности машин с групповым карданным приводом признано введение муфты-демпфера.
На машинах с гидропередачей (ДГКУ, МПТ, ТГК-2) шлицевое соединение заменяется фрикционными колодками, которые под действием пружин 7 прижимаются к барабану 2 (рис. 13.11). Это позволяет машине тронуться с места, если одна из колесных пар попала на масляное пятно при повышении момента настройки муфты всего на 10% расчетного тягового усилия.
Во фрикционной муфте (рис. 13.12) ведомая полумуфта выполнена в виде конической втулки со шлицевыми направляющими, по которым перемещаются конические колодки. На внешнюю поверхность колодок нанесена фрикционная композиция, контактирующая с внутренней поверхностью барабана ведущей полумуфты, а на внутреннюю — антифрикционная композиция, контактирующая со шлицевыми направляющими ведомой полумуфты. Крутящий момент передается с ведущей полумуфты через фрикционную пару на конические колодки, а с них через шлицевые направляющие — на ведомую полумуфту. Фрикционная муфта (см. рис. 13.12) включает полумуфту 1, конические колодки 2, ведомую полумуфту 4, имеющую шлицевые направляющие. Ведомая полумуфта установлена на шлицевом валу и 698
Рис. 13.11. Самонастраивающаяся фрикционная муфта предельного момента для машин с гидромеханической передачей:
1 — пружина; 2 — барабан; 3 — фрикционные колодки; 4 — инерционные массы; 5 — конические колодки; 6 — коническая втулка;
7 — поддерживающие пружины.
Рис. 13.12. Фрикционная самоустанавливающаяся муфта со шлицевыми направляющими.
699
перемещается в осевом направлении для регулирования момента трения регулирующим устройством 5. Муфта разработана для машин ДГКУ, МПТ.
13.2. Путеремоитиыв летучки
Основное назначение: погрузка, разгрузка и транспортирование 25-и метровых рельсов и стрелочных переводов в пределах дистанции пути. Широкое распространение получила путеремонтная летучка ПРЛ-3/2, (табл. 13.4).
Путеремонтная летучка ПР-3/2 состоит из трех двухосных платформ: первой 10 (рис 13.13) с краном № 1, средней 12 и крайней 13 с краном № 2. Краны распложены так, что могут обслуживать, кроме платформы, на которой установлены, часть средней платформы. Платформы оборудованы откидными площадками, подвижными 11 и неподвижными 14 опорами для укладки 25-метровых рельсов. Крайние платформы имеют винтовые домкраты 9 для разгрузки рессор при работе кранов. На платформе 10 установлена электростанция 8 мощностью 50 кВт, предназначенная для питания механизмов крана и путевого
Таблица 13.4.
Параметр ПРЛ-3/2 ПРЛ-3
Скорость передвижения по перегону, км/ч До 80 40
Число кранов, шт. 2 2
Грузоподъемность крана, т 2 1
Вылет; стрелы, м:
минимальный 0,875 0,875
максимальный 4,9 5,6
Скорость, м/с:
подъем груза 0,2 0,2
передвижение груза 0,33 0,33
Частота вращения краиа, мни*1 0,95 0,95
Подъемная сила магнитной плиты, кН 2,5 2,5
Численность обслуживающего персонала 2,0 2,0
700
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис. 13.13. Путеремонтная летучка ПРЛ-3/2.
инструмента; эта платформа оборудована торцевым щитом и упором для ограничения продольной сдвижки рельсов, шпал, стрелочных переводов. На платформе 13 находится кабина 1 для обслуживающего персонала. Кран состоит из неподвижной 7 и подвижной 6 опор, кожуха 5, стрелы 3, грузовой тележки с крюковой подвеской 4 и механизмов подъема груза, передвижения тележки, поворота и передвижения крана. Стрелы при транспортировке на дальние расстояния закрепляются пневматическими стопорами, расположенными в нижней части подвижной опоры, и растяжками 2. Подвижная опора с установленным на ней механизмом передвижения позволяет перемещать кран поперек платформы на расстояние 700 мм в одну или другую сторону. Опора эта состоит из портала, в верхней части которого расположены опорный круг, зубчатый венец, а в нижней — четыре опорных катка. Неподвижная опора — основание крана — обеспечивает достаточный подъем его над платформой. Эта опора делится на нижнюю неподвижную часть и верхнюю подвижную, включающую в себя две пары правых и левых ездовых балок, которые пневмоцилиндрами могут раздвигаться в стороны от оси платформы, освобождая место для укладки 25-метровых рельсов. Ездовые балки имеют цевки для зацепления с ведущими звездочками механизма передвижения крана и направляющие для катков подвижной опоры. В транспотном положении балки сдвинуты и подвижная опора находится на оси платформы. Для погрузки рельсов опора смещается на балки и после этого они раздвигаются. Крайнее положение балок и подвижной опоры фиксируется пнвматическими стопорами и конечными выключателями. Кран снабжен ограничителями грузоподъемности и поворота.
В состав летучки ПРЛ-3/2, входит электростанция, компрес
701
сорная установка (расположена под рамой средней платформы), питающая сжатым воздухом пневмоцилиндры раздвижных балок, пневматические стопоры и звуковой сигнал. Управление механизмами крана дистанционное, кнопочное, с выносного пульта. Краны также оборудованы сменными захватными приспособлениями. Для перемещения ПРЛ-3/2 используют любой тип локомотива.
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию ПРЛ-3/2 (замена двухосных платформ четырехосными и др.).
13.3. Рельсоочнститвльныв машины
При текущем содержании пути для выполнения многих путевых работ, визуального и дефектоскопного контроля за состоянием рельсов и скреплений требуется периодическая очистка боковых поверхностей рельсов и скреплений от грязи. Эффективным является способ очистки рельсов и скреплений от грязи и удаление засорителей из-под подошвы рельсов водяными струями высокого давления. Этот способ отличается от других высоким качеством очистки, экономичностью и значительно большей производительностью. Его эффективность определяется способностью струи проникать между материалами различной прочности и плотности (металлом и коркой грязи) и отделять их друг от друга.
Действие струи воды высокого давления по удалению засорителей из-под подошвы рельсов схематически представлено на рис 13.14. Наивысшее качество очистки рельсов и скреплений (грязь срезается полностью) соответствует углу между направлением струи и вертикалью от 70° до 80°.
Машина для очистки рельсов и скреплений от грязи, удаления засорителей из-под рельсов струями воды высокого давления РОМ-3 (рис 13.15) предназначена для непрерывной очистки скреплений, верхней поверхности подошвы, боковой поверхности шейки и головки рельсов от грязи; удаления засорителей из-под подошвы рельсов.
Головная машина — самоходный двухосный экипаж. На передней консоли рамы расположена кабина и органы управления машиной, средства связи и сигнализации.
702
Рис. 13.14. Схема действия струи высокого давления:
1 — лунка в шпальном ящике после прохода двух насадок Ж5 мм;
2 — то же с одной насадкой Ж7 мм
4625
Рис. 13.15. РОМ-3 расположение оборудования:
1 — вагон цистерна; 2 - дизель-генератор; 3 — монтаж насосных станций; 4 — радиооборудование; 5 - самоходный двухосный экипаж (типа МПТ); 6 — монтаж тележки с гидромониторами; 7 -пневматическая система; 8 — тяговый привод
703
На задней консоли рамы смонтирован дизель-генератор. Между кабиной и дизель-генератором установлены компрессор, обеспечивающий воздухом системы машины, насосная станция, подающая воду под давлением до 160 МПа к гидромониторам, система охлаждения тяговых двигателей. Под рамой машины подвешена тележка с гидромониторами.
Тележка с гидромониторами представляет собой сварную телескопическую конструкцию, предназначенную для размещения водоструйных гидромониторов и вписывания тележки в кривую минимального радиуса, допускаемого при движении машины во время работы. Подъем и опускание тележки осуществляется при помощи пневмоцилиндра, расположенного в центре масс тележки.
Вагон-цистерна вместимостью 60 м3 с антикоррозионным покрытием внутренней поверхности является второй составной частью машины и предназначена для обеспечения жидкостью рабочих органов.
Машина РОМ-4 (рис. 13.16) предназначена для очистки наружных боковых поверхностей рельсов и скреплений от заг-
Рис. 13.16. Машина для снятия напряжений в рельсах бесстыкового пути и очистки рельсов РОМ-4:
1 - самоходный двухосный экипаж (МПТ-6); 2-кран; 3 - дизель-генератор; 4 - оборудование для удаления засорителей; 5 - оборудование для снятия напряжения в рельсах бесстыкового пути;
6 - гидромониторы
704
рязнителей, удаления засорителей из-под подошвы рельсов в шпальных ящиках, нагрева длинномерных рельсовых плетей, уничтожения сорной растительности. Технические характеристики рельсоочистительных машин даны в табл. 13.5.
Таблица 13.6
Параметр Значение параметра для машины
РОМ-З РОМ-4
Длина по осям автосцепок головной машины, мм 12960 13410
Масса головной машины, т 34,5 28
с цистерной, т 57,7 51,2
Мощность силовой установки, кВт 200 220
Конструкционная скорость, км/ч 100 80
Минимальный радиус проходимых кривых, м 300 300
Грузоподъемность, в т: 1,2-3,2
крана — 12
собственной платформы 8 4,2
Высота грузового крюка от УГР, м: — 8,5
Вылет от оси пути, (max), м: —
Прицепная нагрузка, т —
Пассажировместимость, чел. 5
Рабочие органы: тележка с
ТИП гидромониторами
производительность, км/ч Толщина, мм 3 3
очищаемого слоя грязи за один проход 30 30
слоя выбиваемых засорителей из-под подошвы рельсов Количество: 30 30
рабочих тележек 1 1
гидромониторов в том числе 8 8
для удаления загрязнителя из-под подошвы рельса 2 2
для очистки скреплений 2 2
для очистки боковой поверхности шейки рельса 2 2
для очистки верхней поверхности подошвы рельса 2 2
Расход воды на 1 км пути (при производительности 3-1,5 км/ч), т 10-20 10-20
Станция насосная ЭНА-ПТ-2- ЭНА-ПТ-2-
16/160 16/160
705
Продолжение тпабл. 13.5.
Параметр Значение параметра для машины РОМ-3 РОМ-4
Жидкость рабочая Техническая вода из гидроколонок или бытовая
Емкость цистерны, м3 Специальное оборудование: вода 60 60 — для нагрева длинномерных рельсовых плетей; уничтожение сорной растительности; крановое оборудование
U МЕХАНИЗИРОВАННЫМ ИНСТРУМЕНТ • ДЛЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
Основная задача механизированного путевого инструмента — выполнение работ по текущему содержанию железнодорожного пути.
Работы по текущему содержанию железнодорожного пути направлены на выполнение его машинным способом, для чего сегодня создаются и используются ряд современных машин типа ПМГ, АДМ, МПТ, УБРМ, ПБ, ВПО и многие другие. При этом механизированный инструмент не исключается из применения.
Классификация путевого инструмента предусматривает, как основу — его назначение: для работы с рельсами: рельсорезные, рельсосверлильные, шлифовальные станки; для работы со шпалами, скреплениями: инструмент гаечный и шуруповерты, костыльный инструмент и др.; для работы по подъемке и выправке пути в профиле и в плане: домкраты, рихтовщики, разгоночные приборы, шпалоподбойки и др. По виду использования энергии — электрифицированный, пневматический, гидравлический и моторизованный с двигателями внутреннего сгорания.
За последнее десятилетие механизированный путевой инструмент претерпел определенные конструктивные и технологические изменения, при этом принцип действия, как правило, не изменился.
14.1. Механизированный инструмент для работы с рельсами
Для работы с рельсами используются три основных типа станков: рельсорезные, рельсосверлильные и рельсошлифовальные [17;21].
707
Рельсорезные станки представляют собой съемные путевые механизмы, предназначенные для механической резки железнодорожных рельсов в пути и вне его (табл. 14.1). По принципу действия они разделяются на два типа: резка ножовочным полотном РМ-3, РМ-5Г и абразивным диском РМК, РА-2 и РП.
Релъсорезный станок РМ-3 предназначен для резки рельсов всех типов. Рельс режется ножовочным полотном, закрепленным в рамке пильного механизма 3, 6 (рис. 14.1.) Рамка шарнирно связана с кривошипно-шатунным механизмом 13 и совершает
Таблица 14.1.
Показатель Значение показателя для станка
РМ-3 РМ-5Г РМ- РМК РА-2 РП
Тип двигателя Электродвигатель ДВС Элект- ДВС
«Урал-2» родви- двух-
гатель тактики
Мощность двигателя, кВт. 1 1 1,5 3,7 5,5 —
Напряжение, В. 220 220 220 220 —
Частота, Гц. 50 50 50 50 —
Число двойных ходов 44 44 — — — —
ножового полотна, м. Ход ножового 0,217 0,217 —
полотна, м
Максимально допус- — — — 80 80 80
тимая окружная скорость, М/с. Диаметр диска, мм. — — — 300 400 406
Инструмент Ножовочное полотно Абразивный диск
Подача инструмента Грузами Автом- — Ручная
ная с
гидрав-
личес-
КИМ
цилинд-
Время резаиия рельса Р65, с: ром
термически не обработанного 1200 720 — 420 — —
термически обработанного 104 1020 — 300 54-72 Менее
Масса, кг. 80 90 35 102 42 24
708
10
11
Рис. 14.1. Схема рельсорезного станка РМ-3
4 5 6 7 8
9
возвратно-поступательное движение. Кривошипно-шатунный механизм приводится в действие от асинхронного электродвигателя 8 мощностью 1 кВт. Электродвигатель вмонтирован в червячный редуктор 10, имеющий упорный подшипник 77 и соединен с валом червяка специальной втулкой 9. На вал червячного колеса насажен кривошип, передающий усилие на пильную рамку с ножовочным полотном.
Нажим ножовочного полотна на рельс регулируется перестановкой грузов 4, закрепляемых на рейке направляющей призмы 5 грузодержателя. В нерабочем положении пильная рамка удерживается стойкой 7 с фиксатором. Рельсорезный станок закрепляется за головку рельса зажимным приспособлением 7, состоящим из скобы, винта и ручки, тут же крепится бачок 2 для охлаждающей жидкости.
Станок крепится на раме 75, имеет ролики 14 для перемещения по рельсу и рукоятку 12 для поддержки при транспортировании.
Рельсорезный станок РМ-5Г (рис. 14.2.) отличается от рельсорезного станка РМ-3 тем, что вместо подачи пилы двумя грузами она осуществляется гидравлическим цилиндром. Это позволило уменьшить массу станка на 25 кг и уменьшить время резания рельса на 30%. Рельсорезный станок РМ-5Г состоит из рамы, мотор-редуктора, пильного механизма, механизма подачи с гидравлическим цилиндром и захвата за рельс.
Мотор-редуктор 2 через кривошипно-шатунный механизм 3 соединен с пильной рамкой 4, несущей ножовочное полотно 5 и
709
5
6
Рис. 14.2. Устройство рельсорезного станка РМ-5Г
двигающейся по направляющей 6. С рамой 1 шарнирно соединен двуплечий рычаг 7. Один конец рычага 7 связан с профильным пазом 8 крышки пильной рамы и может совершать в нем возвратно-поступательное движение, а другой конец рычага шарнирно соединен со штоком 9 цилиндра 10. Цилиндр шарнирно соединен с рамой 1. Нажим ножовочного полотна на рельс происходит под действием гидравлического цилиндра 10; для перепуска жидкости у цилиндра сделаны канавки определенного профиля. Это обеспечивает равномерность движения ножовочного полотна на головке, шейке и подошве рельса. Гидравлическое устройство обеспечивает резание термически упрочненных рельсов твердостью до 340 НВ.
Релъсорезный станок РМК осуществляет резку объемнозакаленных рельсов повышенной прочности. Рельсорезный станок РМК представляет собой переносной абразивно-отрезной станок (рис. 14.3.), состоящий из направляющей рамы I и резцовой головки II. Рама I включает в себя зажимное устройство 1, посредством которого станок крепится к рельсу, и раму 2, на которой находятся два симметрично расположенных относительно обрабатываемого рельса направляющих паза. В пазах направляющих типа «ласточкин хвост» устанавливается резцовая головка и один верхний паз, который служит для закрепления резцовой головки в транспортном положении. Защита пазов от абразива во время работы осуществляется резиновым фартуком 8 укрепленным на резцовой головке II.
710
4
5
Рис. 14.3. Устройство рельсорезного РМК.
Для переноски рама снабжена тремя рукоятками 3. К резцовой головке с помощью оси 10 крепятся салазки 9, относительно оси которых резцовая головка перемещается во время резания рельса.
Резцовая головка II состоит из алюминиевого корпуса, к которому с помощью хомута крепится бензодвигатель с бензобаком 5 и рукоятками управления 4, 7.
Резка рельсов осуществляется следующим образом. Направляющая рама крепится за головку рельса зажимом. Резцовая головка устанавливается при помощи рабочих салазок в направляющие пазы рамы справа или слева от рельса. На резцовой головке находится ручка газа 6, которая управляет режимом работы двигателя, используя центробежную муфту.
Слегка подавая вручную резцовую головку по направляющим вперед и поворачивая ее вокруг оси, параллельной рельсу, в вертикальной плоскости, оператор производит разрез головки, шейки, и 3/4 подошвы. После этого осуществляется дорезание рельса с перестановкой резцовой головки на другую сторону.
Рельсорезный станок РА-2 аналогичен станку РМК с той лишь разницей, что вместо двигателя внутреннего сгорания установлен электродвигатель, что позволило эффективно использовать этот станок на звеноразборочных базах.
711
Таблица 14.2.
Показатель Значение показателя для станка
РСМ-1 1024В РСМ-1 М СТР-1 СТР-2 СТР-2У
Мощность электродвигателя, кВт 1,7 1,0 1,7 1,5 1,7 1,7
Напряжение, В 220 220 220 220 220 220
Частота, Гц 50 50 50 50 50 50
Режим работы электродвигателя S3, % 60 60 60 —
Частота вращения шпинделя, об/мии 150 93 175 270 180; 360 180 16
Подача сверла, мм/мии Автома- 15 15 16 16; 32
Время сверления отверстия в рельсе, мии: Р75 сверлом 0 36 мм тическая 2,5 3 2,5 2 2,1 2
Конус Морзе 4 4 4 4 4 4
Масса комплекта с кабельной вилкой,кг 65 40 58 40 55 60
Рельсорезный станок РП (рельсорезная пила) с режущим абразивным диском диаметром 406мм обеспечивает резку рельса Р65 за один проход.
Вес пилы рассчитан на приложение определенного усилия для быстрого прохождения диском рельса, практически требуя от оператора только покачивания пилы.
Рельсосверлильные станки, наиболее употребляемые в путевом хозяйстве, представлены в табл. 14.2.
Рельсосверлильный станок 1024-В (рис 14.4.) состоит из рамы с рельсовым зажимом и подающим механизмом, мотор-редукто-
Рис. 14.4. Рельсосверлильный станок 1024-В
712
pa с электродвигателем 4 и двухступенчатого редуктора 5. В горловине корпуса редуктора расположен шпиндель б с конусом Морзе. Наличие этого конуса позволяет применять сверла различного диаметра. Сверло подают вручную винтовым механизмом 1 с трещоточным ключом 2. Гайка винта подачи закреплена в траверсе направляющих штанг 13, по которым перемещается редуктор с двигателем. При работе станок крепится за подошву рельса неподвижным Ии подвижным 10 упорами. Подвижной упор перемещают механизмом 9. Бачок 7 с жид-
костью для охлаждения укреплен на головке рельса при помощи скобы 8. Подключение станка производится токоприемником 3.
На рельсосверлилыюм станке РСМ-1 сверлят отверстия в шейках железнодорожных рельсов (включая закаленные) под стыковые болты. Станок состоит из рамы 4 (рис 14.5.) подающего механизма с зажимным винтом 8, штанги 9, стойки 10, прижимных планок 3,2 и упора 5, зажима 1, мотор-редуктора 7 с рукояткой и пе-
Рис. 14.5. Рельсосверлильный станок РСМ-1
реключателем 6.
Передним концом рамы станок крепится за подошву рельса при повороте рукоятки зажима. В зависимости от ширины подошвы рельса зажим устанавливают в одно из трех отверстий рамы. Направляющие штанги, по которым перемещают мотор-редуктор, переставляют по отверстиям рамы в требуемое положение. Отводят и подводят сверло к рельсу ускоренно. Рабочая подача при сверлении автоматическая. Ограничительная муфта при сверлении отверстий затупленным сверлом предохраняет от чрезмерных перегрузок (бачок с охлаждающей жидкостью не показан).
Рельсошлифовальные станки продлевают сроки службы рель
сов, крестовин и других элементов стрелочных переводов, что является важной задачей в путевом хозяйстве. Она решается наплавкой дефектных мест и последующей зачисткой с доведением профиля до номинальных размеров. Для выполнения этих работ, кроме того, устранение коротких 3-25см волнообразных неровностей и рифлей (дефект — 49), а также для заточки инструмента
713
Таблица 14.3.
Показатель Значение показателя для станка
РТ-2М РТ-3 РТ-4 1649 МРШ-3 2152 СШ-1 СЧР СЧР-А
Тнп двигателя две Асинх- ДВС Асин- Асин- Асинхрон- Асин- Асинхрон- Асин-
«Друж- ронный «Друж- хрон хрон ный корот- хрон ный ко- хрон
ба» короткозамкнутый ба» ныйко-ротко-замкну-тый ныйко-ротко-замкну-тый ко-замкну-тый ный ко-ротко-замкну-тый ротко-замкну-тый ный ко-ротко-замкну-тый
Мощность, кВт 2,8 1,7 2,8 1,7 0,4 1,7 0,5 1,7 1,7
Напряжение, В — 220 — 220 220 220 220 220 220
Частота, Гц Окружная ско- — 50 — 50 50 50 50 50 50
рость шлифовального круга, м/с 35 25 35 37 40 40 22 40 40
Диаметр шлифовального круга, мм 250 250 250 250 200 250 150 150 150
Наибольший поперечный ход шлифовального круга, мм 350 350 350 300 300 300 300 60 60
Масса станка, кг 70 75 70 60 (без линеек) 11,5 58 (без линеек) 10 95 65
широкое применение нашли рельсошлифовальные станки различ-
ных конструкций. Основные технические характеристики рельсо-
шлифовальных станков даны в табл. 14.3.
Релъсошлифовалка МРШ-1 (рис. 14.6.) и сверлошлифовалка СШ-1 зачищают наплавленные концы рельсов, крестовин и остряков стрелочных переводов, а также швы при сварке бесстыкового пути и сварочных конструкций.
Исправление дефектов стрелочных переводов: наката, заусенцев, доведение профилей после наплавки до но-
Рис. 14.6.
Рельсошлифовалка
МРШ-3
минальных размеров производятся при помощи рельсошлифо-
вальных станков РТ-2М, РТ-3, и РТ-4. Эти станки могут также
применяться для шлифовки поверхностей катания головки рель-
сов в стыках после их сварки.
Рельсошлифовальные станки РТ-2М и РТ-3 выполнены по единой конструктивной схеме. Основное их отличие заключается в приводе: на РТ-2М установлен двигатель внутреннего сгорания типа «Дружба-4», а на РТ-3 — электродвигатель.
Рельсошлифовалка РТ-3 (рис. 14.7.) состоит из рамы 3 с выключателем 2, привода шлифовального круга 5, поддерживающих роликов 8 с зажимом 7 рамки 9. На раме установлены два подвижных ролика 77 для подъема и опускания шлифовального круга. Ролики управляются ручкой маховика 7. Привод шлифовального круга 5 состоит из ползуна 10, электродвигателя 4, кронштейна со шлифовальным кругом в закрытом кожухе 14. Вращение от электродвигателя на вал шлифовального круга передается через клиноременную передачу. Шлифовальный круг перемещается в поперечном направлении по штангам рычагом 6; угол наклона круга относительно вертикальной плоскости изменяется ручкой для подуклонки 72; поперечный ход круга 350 мм. Для переноски используются ручки 13.
Рельсошлифовальные станки 1649 и 2152 предназначены для шлифования сборных и цельнолитых крестовин типа Р50, Р65 марок 1/9, 1/11, 1/18 при подготовке под наплавку и после наплавки, шлифования наплавленных концов рельсов, снятия боковых накатов с элементов стрелочных переводов и рельсов всех
типов.
715
Станок 2152 в сравнении со станком 1649 имеет меньшую массу при большей мощности электродвигателя. Работы выполняются без перерыва движения поездов.
Рама станка 1649 выполнена сварной из тонкостенных труб. В передней части рамы при помощи шарнира 22 (рис. 14.8.) закреплена ось 26 с двумя 8 роликами. Такие же ролики закреплены на неподвижной части рамы. Таким образом, станок при работе опирается на ролики, имеющие реборды, которые не позволяют соскакивать станку при производстве работ.
Механизм поворота 24 имеет пружинный фиксатор 31, который обеспечивает фиксацию головки при обработке поверхностей катания после наплавки и проковки. При других видах работ фиксатор выводится из зацепления с рамой станка.
716
Рис. 14.8. Устройство рельсошлифовального станка:
1 — зажим; 2 — эксцентрик; 3 — механизм; 4, 17, 25, — фиксаторы; 5 — крестовина цельнолитая; 6 — крестовина сборная с литым сердечником; 7 — захват клещевой; 8, 9 — болты крепежные; 10 — линейка; 11 — ролик; 12 — рукоятка; 13 — механизм ограничения врезания; 14 — круг шлифовальный; 15 — ограждение клиноременной передачи; 16 — болт натяжной; 18 — основание; 19 — ролик перека-точный; 20 — электродвигатель; 21 — стопор; 22 — шарнир сферический; 23 — ручка; 24 — механизм поворота; 26, 28 — оси; 27 — рама; 29 — упор; 30 — крючок; 31 — фиксатор пружинный; 32 — центр; 33 — хомут; 34 — вилка кабельная; 35 — гайка-барашек; 36 — рукоятка; 37 — выключатель; 38 — ручка изолирующая
На кронштейне механизма поворота на шаровом шарнире установлен электродвигатель 20 со шлифовальной головкой. Вращение от электродвигателя шлифовальному кругу 14 передается с помощью клиновых ремней. Натяжение ремней осуществляется регулировочными болтами 16.
Станок перемещается с помощью рукоятки, которая изолирована от рамы амортизаторами. На рукоятке установлен выключатель 37, которым производится пуск и остановка электродвигателя станка. Рукоятки могут быть установлены на разной высоте, счет центров и откидного болта с гайкой — барашком 35. Глубина резания регулируется механизмом, который, упираясь в площадку, поднимает или опускает круг на необходимый уровень.
717
Нижний конец упора выполнен в виде поперечной планки, которая определяет наклон шпинделя круга в соответствии с уклоном опорной площадки, не давая произвольно разворачиваться шлифовальной группе. Для выполнения операций при шлифовании перед наплавкой и свободного перемещения круга нижний упор механизма ограничения выводится из контакта с площадкой механизма установки уклонов. Фиксация необходимых положений механизма достигается автоматически за счет фиксаторов 31. На планке имеются три лунки для фиксатора, которые нужны при снятии наплывов с боковых граней крестовины для шпинделя круга. Площадка механизма уклонов при этом располагается горизонтально.
В средней части станка расположен ролик 19 для перекатывания станка по рельсовой нитке. При выполнении работ шлифовальный станок устанавливается на специальном копирном устройстве, которое состоит из четырех линеек 10 и клещевых зажимов 7. Одна пара линеек для крестовин марки 1/11 имеет с одной стороны поверхности катания в виде продольного профиля усиков, а с другой стороны — в виде профиля сердечников. Профильные линейки второй пары служат для обработки крестовин марки 1/9. На сборную крестовину копирное устройство устанавливается креплением к среднему мостику, на цельнолитую крестовину — креплением к ее основанию. Клещевые зажимы попарно крепятся к основанию крестовины нажимными болтами с контргайками.
В пазах зажимов крепятся линейки для сборных крестовин типа Р65. Линейки устанавливают на верхний уступ паза, а для крестовин типа Р50 — на нижний уступ.
14.2. Механизированный инструмент для работы со шпалами и скреплениями
Надежность пути во многом зависит от качества прикрепления рельсов к подкладкам й шпалам, а также от степени затяжки болтов в рельсовых стыках. Эти операции при текущем содержании пути по трудоемкости составляют до 7-8%, а при капитальном ремонте — 3-3,5% общего объема работ.
718
Основными эксплуатационными параметрами средств малой путевой механизации (табл. 14.4.) следует считать производительность и потребляемую мощность двигателя. Эти два показателя определяют в основном целесообразность использования и вписываемость механизма в технологию текущего содержания или ремонтов пути.
Энергия, потребляемая электрическими гаечными ключами ударно-импульсного принципа действия, расходуется на завинчивание гайки, деформацию смятия кулачков и упругую деформацию головки ключа.
Потребляемая электрическим двигателем мощность, кВт,
N _. £удпуд
дв 60-10V
где Еуа— энергия единичного удара, 1-Гм;
”пуд— число ударов в минуту;
г; —к. п. д. механизма, учитывающий все потери, в том числе в транс миссии рабочего органа.
Рис. 14.9.
Электрогаечный ключ ЭК-1М
Электрогаечным ключом ЭК-1М завинчивают и отвинчивают гайки стыковых болтов на рельсах Р43, Р50 и Р65; он состоит из редуктора с электродвигателем 5 (рис. 14.9.), двух рукояток 3 для удержания ключа в процессе работы, переключателя 4 с вилкой 6, тележки с роликами 1 для перемещения ключа, рукоятки 7 для удержания ключа при транспортировке по рельсу на тележке. Тележка оборудована устройством для принудительного прижима стыкового болта, что обеспечивает работу ключа на всех типах рельсов. Ролики тележки имеют изолирующие втулки.
Вращение вала электродвигателя 5 передается головке 11 ключа и через конический редуктор 8 к основному узлу инструмента — преобразователю, который изменяет непрерывно действующий крутящий момент в ударно-импульсный. Преобразователь состоит из приводного кулака 9, закрепленного
719
Таблица 14.4
Параметр Тип ключа
ЭК-1М | ПГК-1 КИГЭ КПУ
Тип электродвигателя Асинхронный, короткозамкнутый, обдуваемого исполнения Асинх. корот. замки, закр. исполнение Асинхронный, коротко замк.
Мощность номинальная, кВт 0,4 0,6 0,6 0,64
Напряжение, В 220 220 220 220
Ток, А 1,8 2,65 1,85 —
Частота, Гц Соединение фаз Частота вращения ротора 50 50 "Звезда" 50 50
электродвигателя, об/мин 2760 2760 2760 —
Номинальный коэффициент мощности 0,82 0,82 0,84 —
Режим работы S3, % Редуктор (тип, передаточное 60 Шесте- 60 Шесте- 60 —
отношение 0 рен. <=1:4,25 рен. 1 = 2,66 — —-
Частота вращения шпинделя, об/мин Крутящий момент, Н-м: 660 960
при завинчивании 580 200 — 600
при отвинчивании Частота соударений кулачков, уд/мин Время завинчивания и отвинчивания Время завертывания шурупов в шпалы, с: 580 1320 До 4 400 1920 До 4 30 До 4 600
мягких пород дерева твердых пород дерева (забивки или — —• — —
выдергивания костыля) Габаритные размеры, мм: — — — —
длина 607 850 820
ширина 545 564 585 —
высота Масса комплекса (без масла в редукторе, 720 840 840 —
кабеля и кабельной вилки), кг 22 21,5 20 27
720
Продолжение табл. 14.4
Тип шуруповерта Костылезабивщик Костылевыдер-гиватель
312-01 ШВ-2 ШВ-2М ШВ-3 ЭПК-3 ЭКВК-4М КВД-4 КВД-1
Пневма- Асинхронный, короткозамкнутый, Асинхронный, короткозамкнутый,
тическии обдуваемого исполнения закрытого исполнения
1.0 220 1,7 220 1.1 220 0,75 220 1,2 220 220 220
4,5 50 5,0-7,0 50 4,6 50 50 50 50 50
1410 "Звезда” 1410 1410 2800 2800 2800 2800
— 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82
— 60 60 60 60 60 60 60
600 500 Шестерен 1=4,7:8,5 30,165 480 (для сверла) 120:450 чатый 1=3,6:5,64 45:250 980 (для сверла) 120:450 Шесте рен. i=4,27; 7,96 33:177 120; 450 — — — —
800 500 600 500 — — — —
До 5 8 До 4 5 До 4 4 1100 — — —
— 14 11 12 3-5 3-4 5 5
1000 1050 940 9,7 —
— 1800 1900 640 415 — — —
— 700 700 850 240 — — —
16 63 63 51 24 18 20,5 22,5
721
на горизонтальном валу, молотка 10, свободно насаженного на этот же вал и соединенного с головкой ключа при помощи кулачков, распорной спиральной пружины 12, отжимающей молоток в сторону головки ключа, и двух шариков 13, расположенных в наклонных (по отношению к вертикальной оси) профильных вырезах цилиндрического выступа кулака. Шарики зажаты профильными вырезами на внутренней поверхности молотка, направленными противоположно выступам кулака. Такое закрепление шариков связывает кулак и молоток. К тележке молоток подвешен на шарнире 2. С увеличением момента сил сопротивления при завинчивании гайки, а также при большом моменте этих сил в начале отвинчивания угловые скорости вращения головки ключа и молотка различны. Поэтому молоток начинает навинчиваться на кулак, смещаемый шариками, находящимися в наклонных вырезах. Молоток перемещается в сторону, преодолевая сопротивление спиральной пружины, и кулачки его выходят из зацепления с кулачками головки ключа. При уменьшении крутящего момента сил сопротивления и соответственно осевой распорной силы спиральная пружина, действуя на молоток, сдвигает его в сторону головки ключа и выключает кулачковое соединение. В этом случае молоток оказывает ударно-импульсное воздействие на головку ключа и гайку. Так, последовательно включая и выключая кулачковое соединение, преобразователь обеспечивает завинчивание и отвинчивание гайки болта.
Путевым гаечным ключом ПГК завертывают и отвертывают гайки клеммных болтов при работах на всех видах ремонта и текущего обслуживания пути. Он состоит из собственно ключа , рамы с параллелограмной подвеской и рукояткой управления. Принцип действия ключа аналогичен ЭК-1М (отличие — отсутствие конического редуктора).
Шуруповерты ШВ-2 и ШВ-2М предназначены для завертывания и отвертывания путевых шурупов, завинчивания и отвинчивания гаек клеммных и закладных болтов рельсовых скреплений, а также сверления отверстий в шпалах под шурупы и костыли. Они относятся к механизмам непрерывного действия и используются при текущем содержании пути, всех видах ремонтов и строительстве железных дорог. Шуруповерт ШВ-2 является усовершенствованным вариантом шуруповерта ШВ-1, а ШВ-2М — модернизированным вариантом ШВ-2.
722
Шуруповерт ШВ-2 (рис. 14.10.) состоит из следующих основных узлов: электродвигателя 4, редуктора 8, трехколесной тележки 9 с роликами 75, рычажного переключателя скоростей 3, электропереключателя 2 и кабеля с кабельной вилкой 5. Парал-лелограммная подвеска мотор-редуктора, которая состоит из двух верхних, одной нижней тяг и уравновешивающей пружины 72 с предохранительным тросиком внутри, позволяет регулировать вертикальное положение шпинделей 7. Это достигается благодаря регулированию раздвигающейся нижней тяги 13 при помощи болта и контргайки у стойки 14 тележки.
Рис. 14.10. Устройство ШВ-2:
1 — рукоятка; 2 — электропереключатель; 3 — рычаг; 4 — электродвигатель; 5 — кабельная вилка с кабелем; 6 — предохранительный захват; 7 — шпиндель; 8 — редуктор; 9 — трехколесная тележка;
10 — винт зажима оси; 11 — фиксатор; 12 — уравновешивающая пружина; 13 — параллелограммная подвеска; 14 — стойка-колонка;
15 — двухребордные ролики
723
Тележка укомплектована откидным предохранительным захватом 6, который обеспечивает поворот шуруповерта на 180° округ вертикальной стойки и безопасность работы в случае проворачивания его вокруг шурупа, т.е. схода тележки с рельсов. На раме тележки расположен фиксатор 77, жестко соединяющий па-раллелограммную подвеску мотор-редуктора, что обеспечивает стабильное положение шуруповерта во время транспортировки и переноски за рукоятки 7.
Съемная поперечная ось тележки с поддерживающим безре-бордным роликом закрепляется винтом зажима 70. Ролик вращается на оси и имеет изоляционные втулки, благодаря чему шуруповерт может работать на пути, оборудованном устройствами СЦБ, не замыкая рельсовых цепей. На оси у третьего ролика закреплен багажник для инструмента и съемных шпинделей.
Электропневматический костылезабивщик ЭПК-3 (рис. 14.11.) забивает костыли в шпалы, состоит из электродвигателя 7, конического редуктора 2, кривошипно-шатунного механизма 4, 5, подвижного цилиндра 6 со свободно движущимся поршнем — бойком 8, узла амортизаторов (резиновые кольца 77, разъемные втулки 14, пружина) с рабочим инструментом выключателя. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное цилиндра 6. В процессе движения поршня вверх между подвижным цилиндром и свободно движущимся поршнем-бойком (находящимся в нем) возникает разряжение, заставляющее боек двигаться за цилиндром, при ходе цилиндра вниз происходит встречное движение его с бойком. Воздух, сжимаясь в подвижном цилиндре, заставляет боек остановиться, а затем двигаться с ускорением вниз.
Компенсационная система костылезабивщика состоит из кольцевой выточки
Электропне 'вматический7, отверстия 9 в цилиндре каналов 75 в костылезабивщик поршне-бойке. Воздух пополняется каж-ЭПК-3. дый раз при совмещении верхнего пояса
724
бойка с отверстиями на цилиндре. Чтобы перевести молоток с холостого хода на рабочий режим, при включенном электродвигателе нажимают на забойник 13\ поршень-боек вследствие разряжения воздуха в цилиндре поднимается. Во время работы молоток удерживается за рукоятки 3, в одну из которых вмонтирован выключатель. Для перевода молотка на холостой ход прекращают нажатие на его ручку, тогда под действием пружины 12 стержень 10 забойника выдвигается из костылезабивщика, поршень-боек опускается и не подхватывается цилиндром.
Костылезабивщик ЭКВК-4М оборудован трехфазным асинхронным электродвигателем повышенной частоты — 200 Гц, напряжение 220 В, энергия удара 24,5 Дж. Бензоагрегат АБ4-4/200-Т/230 обеспечивает питание четырех костылезабивщиков ЭКВК-4М. Производительность — 288 костыль/ч.
Костылевыдергивателъ КВД-1 (рис. 14.12.) предназначен для выдергивания костылей при текущем содержании, всех видах ремонтов, реконструкции и строительстве железных дорог.
Для захвата костыля губки клещей устанавливаются на головку костыля и производится нажим на ручки костылевыдерги-вателя. При этом губки расходятся. Для извлечения костыля из шпалы прекращается нажатие на ручки, благодаря чему губки клещей сходятся и захватывают костыль за головку.
Передача усилия от гидравлического цилиндра к выдергиваемому костылю происходит через две регулируемые тяги 3, ввернутые одними концами в клещевой захват, а другими - в муфту 6, которая соединена с гидравлическим цилиндром. Во время выдергивания костыля корпус костылевыдергивателя вместе с электродвигателем перемещается вверх.
Рис. 14.12. Устройство КВД-1:
1 — клещевой захват; 2, 17, 28, 30, 32 — пружины; 3 — тяга; 4 — сальник; 5, 8 — поршни; 6 — муфта; 7 — манжета; 9 — цилиндр; 10 — шарик; 11 — клапан шариковый; 12 — прокладка; 13 — втулка; 14 — гильза плунжера; 15 — корпус; 16 — плунжер; 18 — шайба; 19 — втулка эксцентриковая; 20 — крышка; 21 — вал ротора; 22 — патрубок; 23 — опора коробчатая; 24 — заземление корпуса;
25 — толкатель; 26 — щуп; 27 — рукоятка; 29 — шарик; 31 — тяга; 33 — пружина ленточная; 34 — трубка; 35 — палец; 36 — кабельная вилка с кабелем
П6
14.3. Мехавизироваииый инструмент для подъемка в выправка пути в профвде в вдаае
Объем по трудоемкости работ по подъемке и выправке высок и не всегда их возможно выполнить машинным способом, поэтому инструмент для их выполнения необходим. По назначению механизированный инструмент для подъемки и выправки пути в плане и профиле подразделяются на следующие категории (табл. 14.5.): домкраты — для подъемки пути; рихтовщики — для подъемки и сдвижки пути; разгон-щики — для регулировки зазоров в стыковом и в бесстыковом пути; шпалопервгоищики — для восстановления эпюры шпал; шпалоподбойки — для распределения балласта под нижней постели шпалы и уплотнения его.
Инструмент для подъемки пути. Домкрат реечный ДР-8М предназначен для подъема различных грузов и конструкций, а также железнодорожного пути при строительномонтажных, ремонтных и других работах. Он неприхотлив в любых условиях эксплуатации благодаря использованию зубчатого зацепления с храповым предохранительным механизмом.
Гидравлический путевой домкрат ДГ-8 предназначен для подъемки рельсо-шпальной решетки и стрелочных переводов. Он состоит из нижней опоры 16 (рис. 14.13.) с сапуном 3, гидравлического цилиндра 21 с поршнем 2 и лапой 20 подъема, плунжерного ручного насоса 9 с приводом предохранительного 14 и спускного 75 клапанов. Гидравлический цилиндр установлен на общей панели 13 с масляным резервуаром, плунжерным насосом и клапанами. Лапа 20, закрепленная на поршне гидравлического цилиндра, подводится под подошву рельса для его подъемки. Давление масла в цилиндре создается ручным плунжерным насосом.
Рихтовщики. Рихтовочные приборы ГР-12Б с ручным приводом состоят из гидравлического толкателя и опорного устройства. Толкатель состоит из двухплунжерного ручного насоса 5 (рис. 14.14.), расположенного в корпусе 4, гидроцилиндра 3 со штоком 2 и возвратной пружиной 7. На подвижном элементе толкателя — цилиндре установлена
727
Таблица 14.5.
Параметр Домкраты
ПДР-8 ДРН-10/15 ПГ-9-15 ДПГ-10 ДР-8М
Распорное усилие (грузоподъемность), кН 80 150 90 100 80
Рабочий ход, мм Максимальное усилие 200 200 100 100 350
на рукоятке, Н Давление рабочей 250 200 150 150 200
жидкости, Мпа 30,0 — — —
Время цикла рихтовки, с Масса (без масла, 24,0 — — — —
кабеля), кг Мощность Д.В.С. или — 20,5 16,5 18 18
электродвигателя, кВт Возможность оставления на ж/д, пути при 18,5
прохождении поезда — — + + —
Окончание табл. 14.5.
Параметр Рихтовщики
ГР-12Б РГУ-1 РГУ-1М РГУ-1М-ДМ ГР-14 ГР-12М
Распорное усилие (грузоподъемность), 50 50 60x4 60x4 60 60
кН Рабочий ход, мм 120 100 120 120 100 100
Максимальное усилие 150 — — — 150 150
на рукоятке, Н Давление рабочей 25,5 10,0 —— — 25,5 —.
жидкости, МПа Время цикла 60-90 60-120 — — — —
рихтовки, с 15 80 80 120 15 16
Масса (без масла, 3,7
кабеля), кг Мощность Д. В. С. или электродвига- — — 1,7 (бензин.) — —
теля, кВт Возможность оставления на ж/д пути при прохождении поезда +
728
Продолжение табл. 14.5.
Шпалоперегонщикн Шпалоподбойки
ДП-1639 ДТП-20 ДГ-8 ШПГ-10 ПШ-10 ЭПШ-8 Э1ПП-9М ЭШП-9МЗ
100 220 80 125 100 — — —
200 200 200 100 100 — — —
— — 150 150 — — — —
32,0 35,0 — — 40 — —
— — — —- — — — —
22 21,5 20 30 20 16,5 19,0 18,5
— — — — — 0.4 0,37 0,37
— — — — — — — —
Окончание табл. 14.5.
Разгонщнкн
ГР 1646 РН-01 РН-04 ПР-25Г РГМ-30 РС-1641 МСРС 5ЧПА
60 350 255 250 300 249 300
100 230 100 150-900 150-900 150 110-200
150 180 150 150 150 — —
— 45 — 50 40 40 —
— — — — — — —
20 45 60 50 73 80 39
— — — — — — —
— — — — — — —
25 Путевые машины
729
Рис. 14.13. Схема гидравлического путевого домкрата ДГП-8:
1 — сальниковое уплотнение; 2 — поршень; 3 — сапун; 4 — отверстие для прохода просочившегося масла; 5 — ручка с кривошипом; 6 — вставная рукоятка; 7 — шатун; 8 — резервуар для масла; 9 — плунжерный насос; 10 — всасывающий клапан; 11 — нагнетательный клапан; 12 — клапанная головка насоса; 13 — опорная панель; 14 — предохранительный клапан; 15 — спускной клапан; 16 — опорная плита; 17 — манжета; 18 — направляющее кольцо; 19 — ребра жесткости; 20 — лапа; 21 - цилиндр.
Рис. 14.14. Гидравлический рихтовочный прибор ГТ- 12Б.
насосная группа и трехступенчатый рельсовый захват 6, упирающийся во время работы в подошву рельса. Опорное устройство состоит из задней 13 и средней подвижной 7 опор и сошника 9, шарнирно соединенных и опирающихся на щебеночный балласт. Гидравлический толкатель шарнирно 11, 14 прикреплен к задней опоре 13, а подвижная часть его соединена
с двухшарнирной стойкой 8, присоединенной к сошнику. Для увеличения стойки прибора при работе на рыхлом щебне на
среднюю опору надевают съемную прокладку 10. Ограничители 12 предотвращают обратный прогиб опорного устройства при переносе и установке рихтовщика. Для работы прибора стойку с
730
опорой 7 и сошником подводят под подошву рельса. После этого шток толкателя выдвигают, увеличивая расстояние между шарнирами.
Моторные гидравлические рихтовщики РГУ-1 и РГУ-2 предназначены для поперечной сдвижки пути в плане. Рихтовщик РГУ-1 (рис. 14.15) состоит из моторной насосной группы, расположенной на тележке, четырех рабочих органов-цилиндров (домкратов) 17, маслобака 9 и бензобака 8. Моторно-насосная группа состоит из двигателя 16 «Дружба-4», редуктора 13 и гидронасоса 12. Рукавами высокого давления 11 цилиндры соединены с насосом и маслобаком через корпус 10, который является распределительным патрубком. Между рамой рихтовщика и роликами 15 находятся изолирующие втулки, запрессованные в ролики; цилиндры отделены от рамы изолирующими узлами 2 (в них тоже запрессованы изолирующие втулки с резиновыми уплотнительными кольцами).
Рихтовщик РГУ-2 состоит из моторно-насосной группы, расположенной на тележке, и рабочих органов, состоящих из толка-
Рис. 14.15. Моторный гидравлический рихтовщик РГУ-1:
1 — рама; 2 — изолирующий узел; 3 — ручка газа; 4 — игла; 5 — рычаг сбрасывания давления; 6 — трубка; 7 — рукоятка запуска двигателя; 8, 9 — бензо- и маслобак; 10 — корпус; 11 — рукав; 12 — гидронасос; 13 — редуктор; 14 — контрольная пробка; 15 — ролик; 16 — двигатель; 17 - гидроцилиндр
731
теля, гибкого опорного устройства и шарнирной стойки. На передней подвижной части толкателя расположена четырехступенчатая гребенка, упирающаяся в подошву рельса.
Разгонщики. Гидравлический разгоночный прибор РН-01 предназначен для разгонки зазоров в рельсовых стыках при укладке и текущем содержании пути. Он состоит из двух корпусов с возвратными пружинами, двух распорных гидравлических цилиндров и резервуара с гидроприводом. Действие прибора основано на том, что концы двух рельсов, жестко соединенных на стыке клинозажимным устройством с обоими корпусами прибора, раздвигаются распорным устройством, увеличивая зазор в стыке. Распорное устройство прибора выполнено в виде двух корпусов, соединенных поршневой штангой, и снабжено ручным насосом с масляным резервуаром. Корпуса 6 и 13 прибора РН-01 (рис. 14.16.) закрепляют клиньями 14 заготовки рельсов при помощи рычагов 4. При повороте этих рычагов прибор приводят в транспортное положение, поднимая на ролики 1. На приборе установлены четыре насоса; их приводят в действие попарно рычагом 8. Распорное усилие создается гидравлическими цилиндрами 16. Оба цилиндра расположены на уровне зажимных клиньев — это позволяет предотвратить возникновение изгибающего момента. Корпуса прибора, связанные между собой тремя пружинами,
Рис. 14.16. Гидравлический разгоночный прибор РН-01:
1 — ролик; 2, 4, 8 — рычаг; 3, 5 — ось рычага; 6, 13 — корпус; 7 — перепускной вентиль; 9 — коромысло; 10 — насос; 11 — маслопровод; 12 — пружина; 14 — зажимные клинья; 15 — шарнир поршня; 16 — гидроцилиндр; 17 — направляющее кольцо; 18 — манжет; 19 — шарнир гидроцилиндра
732
возвращаются в исходное положение после разгона стыка и снятия гидравлического давления в цилиндрах. Перемещается прибор от стыка к стыку на роликах.
Кроме того в путевом хозяйстве используется механический сгонщик-разгонщик стыков, который легко оперируется одним человеком и предназначен для работы на бесстыковом пути, стрелочных переводах и переездах. Не требует съема с пути для пропуска подвижного состава. Может применяться для работы на рельсах любого типа с высотой шейки от 82 мм и выше. Набор специальных крепежных болтов и гаек позволяет использовать механизм при различных положениях болтовых отверстий.
Шпалоподбойки. Электрошпалопод-бойка ЭШП-9М (см. табл. 14.5) вибрационного действия предназначена для уплотнения балласта под шпалами при всех видах ремонта, текущего содержания и строительства железных дорог. Она состоит (рис. 14.17.) из электродвигателя 3, корпуса /, рамки 6 с резинометаллическими амортизаторами 5, амортизированой рукоятки 7, съемного подбивочного полотна 4 с наконечником для подбивки щебня, гравия и песчаного балласта. На валу электродвигателя насажен дебаланс 2 с вынуждающей силой 2450 Н. Под действием этой силы возникает вибрация подбойки, которая передается через корпус вибратора на жесткое под-бивочное полотно с наконечником; оно создает текучесть щебеночного балласта и уплотняет его под шпалой. Для заземления шпалоподбойки кабель имеет четвертую жилу с оболочкой другого цвета, чем у остальных жил. Время подбивки шпалы зависит от высоты подъемки пути, состояния балластного слоя (рыхлый — при капитальном ремонте, уплотненный с
Рис. 14.17. Электрошпалоподбойка ЭШП-9М:
1 - корпус вибратора; 2 — дебаланс;
3 ~ электро двигатель;
4 — подбивочное полотно;
5 — амортизаторы;
6 - рамка;
7 - рукоятки с амортизатором
733
загрязнителями — при текущем содержании, подъемочном и среднем ремонтах).
Электрошпалоподбойка ЭШП-8 изготовлена на базе ЭШП-9 и по аналогичной схеме, но с двигателем частотой 200 Гц. Для питания восьми шпалоподбоек ЭШП-8 нужен бензоэлектричес-кий агрегат АБ-Ч/200-Т/230, оборудованный синхронным генератором повышенной частоты. При подбивке шпал шпалопод-бойкой ЭШП-8 нажатие на рукоятку меньше, чем у ЭШП-9М, что облегчает труд и уменьшает вибрационное воздействие на монтера пути. Производительность ЭШП’8 на 10-20% выше, чем у ЭШП-9М.
14.4. Выбор основных параметров путевого инструмента. Основы расчета
Усилие зависит от назначения инструмента и вида выполняемой работы, в основном это сопротивление железнодорожного пути подъему, сдвигу поперек оси и продольному смещению. При этом мощность механизма будет определятся наибольшим усилием, которое неодинаково при различной величине перемещения рабочего тела, что особенно важно при проектировании специальных путевых машин и механизмов по подъемке и рихтовке пути
Определение сопротивления рельсо-шпальной решетки подъемки пути. Для того чтобы определить потребную грузоподъемность 2Р (по двум рельсовым нитям), необходимо иметь вес рельсо-шпальной решетки, момент инерции двух рельсов и сопротивление балласта вывешиванию пути. Два первых параметра для каждой конструкции: веса рельсо-шпальной решетки и моменты инерции рельсов приводятся в различных справочниках. Сопротивление балласта вывешиванию является величиной переменной, изменяющейся по мере вытаскивания шпал из балласта. При щебне фракции 25-70 мм сопротивление возрастает при подъеме рельсо-шпальной решетки до 10—0 мм, а далее уменьшается практически по закону прямой.
По результатам испытаний, стендовых и в условиях эксплуатации, проведенных МИИТом на главных путях ряда
734
дорог с рельсами типов Р75, Р65 и Р50, было установлено, что при расчетах можно принимать величины погонного сопротивления, приведенные в табл. 14.6.
Таблица 14.6.
Состояние Тип шпал и Тип Сопротивление балласта, Н/см, инти (по
балласта эпюра рельсов обеим рельсовым нитям) при высоте подъема
укладки рельсо-шпальиой решетки, см
2 4 8 12 16
Щебень, сильно Деревян- Р50 63 57 44 30 —
слежавшийся, ные 1А, Р65 67 60 47 34 —
загрязненный, очертание бал- 1840 шт/км Р75 68 61 48 35 —
Железобе- Р50 93 86 73 60 —
ластной призмы
нормальное тонные, 1840 шт/км Р65 Р75 96 97 89 90 76 77 63 64 —
Щебень с засып- Деревян- Р50 ПО 100 99 89 81
кой выше голов- ные 1А, Р65 114 110 102 93 85
ки рельса на 50 мм (из хоппер — дозато- 1840 шт/км Р75 115 111 103 94 86
Железобе- Р50 140 136 127 119 118
ров) тонные, Р65 143 138 130 122 113
1840 шт/км Р75 144 139 131 123 114
Для практических расчетов можно пользоваться достаточно простой приближенной формулой:
ZP^k^EIq^h, (14.1)
где 2Р — усилие в Н, необходимое для подъема рельсо-шпальной решетки на высоту h (по обеим рельсовым нитям);
h — высота подъема пути, см ;
Е1 — жесткость двух рельсов относительно оси, Н-см2;
к — постоянный коэффициент, равный 3,888;
<7ср — среднее значение погонного сопротивления для данной высоты подъема пути, Н/см.
В табл. 14.7. приводится потребная грузоподъемность для подъема рельсо-шпальной решетки на различную высоту.
735
736
Таблица 14.7.
Состояние балласта Тип шпал и эпюра укладки Тип рельсов Грузоподъемность по обеим рельсовым нитям 2Р, кГ, необходимая для симметричного вывешивания пути на высоту, см
2 4 6 9 12 16 20
Щебен, сильно Деревянные 1А, Р50 58600 67000 71200 74500 — — —
слежавшийся, 1840 шт/км Р65 69500 80500 85200 88600 — — —
очертание бал- Р75 75400 86500 92200 95300 — — —
ластной призмы Железобетонные, Р50 77700 90000 97300 102500 — — —
нормальное 1840 шт/км Р65 90500 105000 113300 120500 — 1' —
Р75 97000 112500 121500 128000 — — —
Щебень с за- Деревянные 1А, Р50 87300 102500 111000 120400 127500 133500 136500
сыпкой выше 1840 шт/км Р65 100500 119300 130500 141000 149000 155000 158500
головки рельса на Р75 109000 128000 140000 151500 160500 167000 170000
мм (Ил AUII- Железобетонные, Р50 104000 122500 134500 144500 154000 161500 166500
пер — дозаторов) 1840 шт/км Р65 122000 141500 155000 168500 178000 186500 193000
Р75 137500 153000 167000 180000 191000 200000 206500
Таблица 14.8.
Тип рельса Продольные растягивающие силы в обоих рельсах, кН, при понижении температуры на
15° С 25° С
Р50 538 762
Р65 613 1037
Р75 721 1189
Таблица 14.9.
Величина подъемки пути, см Величина ЛДг
15° 25° 35°
2 — — 0,16
4 0,9 0,15 0,21
6 0,11 0,18 0,26
На участках бесстыкового пути укладка длинных рельсовых сварных плетей производиться обычно при гукл = 5-25° С. Если температура рельса ниже ?укл, то в нем возникают растягивающие усилия, достигающие очень больших величин. Так как путевые работы, связанные с вывешиванием рельсо-шпальной решетки, как правило проводятся выше О °C ( т.е. когда балласт не замерз), то понижение температуры рельса по сравнению с /укл обычно не превышает 20-25°. При таком перепаде температур в рельсах возникают растягивающие усилия, равные приведенным в табл. 14.8. Вывешивать рельсо-шпальную решетку при сильно растянутых рельсах труднее, чем при отсутствии продольных сил. Необходимая грузоподъемность по обеим рельсовым нитям бесстыкового пути, когда температура рельсов ниже температуры их укладки, подчитывается по формуле.
2Pt =2Р(1 + АЫ), (14.2.)
где 2Pt —грузоподъемность при температуре рельсовых плетей на Д/ ниже температуры их укладки;
2Р—то же при отсутствии в рельсовых плетях продольных сил (см.табл.14.7.);
Д/ — величина понижения температуры рельсов против их укладки;
А — постоянный коэфициент, зависящий от величины изгиба и других факторов.
Величина А приведена в табл. 14.9.
Таким образом, для участка бесстыкового пути сопротивляемость вывешиванию при низких температурах будет на 20-25% больше.
Определение усилия, необходимого для поперечного сдвига пути. При расчетах необходимо учитывать, что при рихтовке пути усилия от прибора прилагается не горизонтально, а под углом а к горизонту (рис. 14.18).
Такое приложение силы вынуждает учитывать момент инерции рельса при косом изгибе, который заметно больше момента инерции при изгибе в горизонтальной плоскости 7гор. В табл. 14.10. приведены значения момента инерции рельса при угле наклона рих
Рис. 14.18. Схема приложения рихтовочного усилия
737
товочного исполнительного механизма к горизонтальной плоскости а = 40°.
Таилица 14.10
Момент инерции Значение момента инерции
Р75 Р65 Р50 Р43
Относительно горизонтальной осн, проходящей через центр тяжести сечения 4597 3573 2037 1489
Относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести сечения 771 572 377 260
При косом изгибе (а = 40°) 1050 774 520 357
Для практических расчетов можно пользоваться приближенной формулой:
2Q = k^EI^a, (14.3)
где 2Q — усилие сдвига, Н;
а — величина сдвижки пути, см.;
4ос — момент инерции двух рельсов при косом изгибе в горизонтальной плоскости.
Определение сопротивления пути продольному сдвигу. Параметры разгоночных приборов (механизмов). В настоящее время для продольной сдвижки пути в основном применяются гидравлические приборы. Параметры этих приборов для разгонки зазоров определяются сопротивлением пути продольным перемещениям и максимальным разрывам рельсовой колеи в стыках.
Сдвигу рельсов вдоль пути препятствуют силы погонного сопротивления и сопротивления накладок в стыках. Сопротивление перемещению рельса в накладках на стыке колеблется от 40 до 100 кН (по одной нити). Погонное сопротивление при костыльном скреплении обычно колеблется от 20 до 40 Н/см (по одной нити).
При раздельном скреплении по типу марки К и нормально затянутых клеммных болтах сопротивление смещению рельсов по шпале больше, чем шпалы в балласте. В этом случае при продольных сдвижках рельсо-шпальная решетка перемещается 738
как одно целое, оказывая очень высокое сопротивление, достигающее при щебеночном балласте 140-160 Н/см, рельсовой нити. Когда при раздельном скреплении требуется перемещать рельсы по шпалам, то обычно ослабляют клеммные болты, после чего погонное сопротивление не превышает сопротивления при костыльном скреплении.
Величина продольного усилия, потребного для перемещения рельсовых плетей различной длины при костыльном скреплении, приводится в табл. 14.11.
Таблица 14.11.
Длина рельсовой плети, м Сопротивление продольному перемещению рельсовой плети в, Н (по одной нити) при погонном сопротивлении р в Н/см
р = 20 Н/см р = 40 Н/см
25,0 60000 110000
37,5 85000 160000
50,0 120000 210000
62,5 135000 260000
75,0 160000 310000
Примечание. В величину сопротивления продольному перемещению включено сопротивление накладок в крайнем стыке плети, принятое равным 10000 Н (половина болтов на этом стыке снята, остальные ослаблены).
Важным параметром гидравлического разгонщика является рабочий ход поршня в цилиндре, который и находится в прямой зависимости от величины возможного разрыва рельсовой плети в стыках, а следовательно, и от конструкции накладок.
При этом опыт эксплуатации пути показывает, что такой разрыв может достигать 200-230 мм.
Кроме того, следует учитывать, что захватные приспособления разгоночных механизмов (приборов)оставляют на головках рельсов недопустимые следы деформации, которые в будущем, являясь локальным концентратом напряжений, снижают прочность рельсов.
Определение сопротивления костылей выдергиванию (вытаскиванию). Сопротивление костыля выдергиванию в значитель-
739
ной мере зависит от состояния древесины шпалы и износа стер* жня костыля (рис. 14.19.).
Величина выхода костыля из шпал, см
Рис. 14.19. Зависимость сопротивления костыля выдергиванию от величины выхода костыля из шпалы:
1 - неизношенного (зимой); 2 ~ с подъеденным стержнем (летом); 3 - изношенного (летом)
Подавляющая часть костылей имеет износ стержня в зоне под головкой (рис. 14.20.). этот износ (или, как говорят путейцы, «подъедание») является результатом работы сил трения по контакту боковой грани подошвы рельса и стержня костыля.
По причине образования такого углубления в стержне (куда входит ребро подошвы) в начальный момент вытаскивания костыля возникает повышенное сопротивление. Следовательно, при проектировании костылевыдергивателей различного типа необходимо создавать такие конструкции, чтобы в начальный момент выдергивающее усилие было резко повышенным, а на втором этапе его можно было уменьшить
Определение усилий, необходимых для
Рис. 14.20. Схема износа костыля
завинчивания гаек и шурупов стыковых и промежуточных скреплений. При отвинчивании и завинчивании гаек необходимо знать усилие на всех трех фазах работы ключа, предусматривать в конструкции приспособление «срыва» гайки (при разболчивании) и довинчивании ее (при постановке) (рис. 14.21).
740
Рис. 14.21. Схема изменения момента сопротивления завинчиванию гайки
На большом протяжении стержня болта для поворота гайки необходимо иметь небольшой крутящий момент Мг После соприкосновения пружинной гайки с пружинной шайбой, крутящий момент Л/2) быстро возрастает, и, наконец, при полностью сжатой шайбе происходит упругая деформация накладок (или клемм промежуточных скреплений). При этом имеет место новое возрастание усилия.
Здесь следует оговориться, что третья фаза будет относиться к завинчиванию (или довинчиванию) ручными ключами с приложением вращающего момента, значительно превышающий расчетный.
Значения наибольших крутящих моментов для стыковых болтов различных типов рельсов приведены в табл. 14.12. и для клеммных в табл. 14.13.
При проектировании ключей для завинчивания гаек промежуточных скреплений необходимо исходить из потребного нажатия клеммы на подошву рельса Рм При расчетах промежуточных скреплений противоугонного типа Рм оказывается величиной совершенно определенной. Согласно расчетам проф.
Таблица 14.12.
Тип рельсов Величина крутящего момента в Н ем
Р43 36000-38000
Р50 45000-48000
Р65 50000-55000
Таблица 14.13.
Тип рельсов и потребное нажатие клеммы на их подошву, кН Потребный крутящий момет кН-см при коэффициенте тре ния между гайкой и шайбой
0,20 0,30
Р50 нажатие 8 10,9 16,2
10 12,5 18,5
12 16,5 22,6
Р65 нажатие 8 11,5 17,4
10 14,0 21,0
12 17,5 24,8
741
М. Ф. Вериго для бесстыкового пути с рельсами типа Р50 необходимо обеспечить нажатие клемм примерно 10000 Н. На дорогах Франции эта величина устанавливается равной 8000-8500 Н.
Зная соотношение плеч Х} и Х2 (рис. 14.22.), можно установить потребное напряжение болта и потом подсчитать необходимый момент Мз при завинчивании гайки по формуле:
М3=-А — + <p(d + D)
2 |_тс
(14.4)
где М3 — момент, необходимый при завинчивании гаек, в Н-см;
. _ X, + Х2
А —натяжение стержня болта, Н: А=———-Рт\
п — шаг винтовой нарезки; п =3,14;
d — диаметр болта, измеренный между винтовыми нарезками в см;
D — диаметр среднего круга трения гайки о шайбу, см;
<р — коэффициент трения стали о сталь. При загрязненной резьбе коэффициент трения гайки о стержень болта может возрастать до Ф1 = 0,40 и более.
В этом случае формула (14.4) получит вид:
М,=-А
3 2
п , _
— ч-ф^ + фХ) . тс
(14.5)
Имея размеры клемм, закладных болтов, шайб и других элементов промежуточных скреплений и пользуясь вышеприведенной методикой, можно определять расчетное значение крутящего момента М3 необходимое для завинчивания гайки.
Рис. 14.22. Схема к расчету момента при завинчивании гайки скрепления
742
При определении расчетного момента ключей для завинчивания шурупов общий вид формулы остается без изменения, но добавляется еще один член, учитывающий трение между витками резьбы и древесиной при смятии последней, так как, диаметр отверстия, просверливаемого в шпале, меньше среднего диаметра резьбы шурупа и ввинчивание последнего сопровождается уширением отверстия в зоне витков.
Расчетная формула примет вид:
Л/3= —А 3 2
и , —+ф0д+фО
(14.6)
Здесь обозначения те же,что в формуле (14.4), но ф0— коэффициент трения металла по дереву, а В — усилие зажима стержня шурупа в древесине, зависящее от качества древесины и разности диаметров стержня шурупа и просверленного отверстия.
Учитывая возможные отступления в размерах элементов промежуточных и стыковых скреплений, изменение свойств древесины при ее переувлажнении, а также засоримость резьбы, можно рекомендовать расчетное значение моментов принимать на 20-30% больше, чем это получается по формуле.
Определение основных параметров рельсорезных, рельсосверлильных и других станков. Особенность их конструкции и компоновки зависят от конфигурации и размеров рельсов.
Техническая производительность инструмента 77тех с вращательным и сложным движением режущего рабочего органа (без учета вспомогательного времени),выраженная в объеме срезаемого в виде стружки или опилок материала в единицу времени, м3/с-1.
n^ = Fvn=Fns, (14.7)
где F—площадь поперечного к направлению подачи сечення срезаемого слоя материала, м2;
ъп — скорость подачи, м/с;
п — частота вращения режущего рабочего органа инструмента (сверла, наждачного круга), с'1;
s — подача режущего или шлифовального органа, м/об.
Скорость подачи зависит от скорости резания. Оптимальные скорости резания и подачи зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала, износа и термостойкости режущего или шлифующего органа, охлаждающей жидкости и
743
других факторов, подробно рассматриваемых в курсе технологии материалов.
Мощность электродвигателя рельсосверлильного станка, кВт, равна мощности, затрачиваемой на вращение и осевое перемещение сверла (N = NBp + Упер). Мощность, затрачиваемая на подачу, мала (0,5-1,5% мощности, расходуемой на вращение сверла), поэтому ею можно пренебречь и считать
^„270»
103Т| ’
(14.8)
где — крутящий момент, Н-м;
п —частота вращения рабочего органа, с'1;
Т] — к.п.д. передачи от вала двигателя к рабочему органу (Т] = 0.70-0,85).
Крутящий момент для вращения сверла, Н-м,
Мкр = glO-3CM^“ , (14.9)
гдеСм—коэффициент, зависящий от рода обрабатываемого материала, геометрии заточки сверла, твердости материала и других факторов; для стали конструкционной средней и повышенной твердости (ов = 750 МПа) См = 34; (ов = 150 МПа) См = 75, для тех же сталей хм — 1,9 и 2,1 ум = 0,80;
d—диаметр сверла, мм;
s—подача сверла за оборот, мм;
g—ускорение свободного падения, м/с2 S = Csd0'6, здесь С3 — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала; для стали (Ств = = 750 -1150 МПа) С3 = 0,05; для сверл, оснащенных твердым сплавом (ВК8), Cs = 0,1.
Мощность двигателя электросверлилки (С-455) N№CB и аналогичного инструмента для обработки дерева и других неметаллических материалов, кВт,
(14.10)
к ГТ *г _ А'уд-12тех •'’дв.св 1Аз ’
ПроПпЮ
где куа — удельное сопротивление резанию. Па; г|ро;
Т] , Т]п — к.п.д. рабочего органа инструмента, передачи от двигателя к рабочему органу;
Пт—техническая производительность [см. формулу (14.7)], м’/с.
744
Мощность привода рельсошлифовального станка, кВт,
,, FTndn
N = —------
шя 103
(14.11)
где FT — тангенциальная сила на поверхности круга при шлифовании; FT = кР (здесь Р — сила нажатия на круг, Н; Р = 10-40 Н;
к — коэффициент, зависящий от рода, размера зерен и твердости круга, скорости резания и силы нажатия Р на круг; к = 0,4-0,7); d — диаметр круга, м;
п —частота вращения шлифовального круга, с-1.
Мощность двигателя электроключа (или электромолотка), кВт,
ДГ _ ^удпуд
ЛраЛпЮ3 ’ (Н1-’
где Еуд — энергия единичного удара ударника (для ЭПК-3 Еуд = 22 Дж); иуд — частота ударов, с ;
Про, Пп — соответственно к.п.д. рабочего органа инструмента, передачи от
двигателя к рабочему органу.
Спвсок литературы
1. Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах РФ — Путь и путевое хозяйство, 1994 г.
№ 11
2. «Конструкции железнодорожного пути и его содержание/ М.А. Фришман, Н.А. Пономаренко, С.И. Финицкий, М.: Транспорт, 1987. 350 с.
3. Технология, механизация и автоматизация путевых работ/ Э.В. Воробьёв, К.Н. Дьяков, Н.В. Фёдоров и др; Под редакцией Э.В. Воробьёва, К.Н. Дьякова. М. : Транспорт, 1996, 375 с.
4. Технологические процессы капитального ремонта бесстыкового пути на железобетонных шпалах с применением путеукладочных кранов, машины ВПО-ЗООО, оборудованной рихтовочным устройством, машины ВПР-1200 на отделочных работах/МПС. Главное управление пути, М.: 1987. 42 с.
5. Технологические процессы выполнения планово-предупредительных работ при текущем содержании работ с применением машин ВПР-1200, ВПР-500/МПС. Главное управление пути. М.: 1985. 78 с.
6. Технологический процесс производства комплексных планово-предупредительных работ по текущему содержанию с применением машины ВПР-1200, моторного гайковёрта и других машин и механизмов в технологические «окна» продолжительностью 1,5 и 2 часа. МПС/Главное управление пути, М.: 1985. 46 с.
7. Правила тяговых расчётов для поездной работы/МПС. М. : Транспорт, 1969. 319 с.
8. Деев В.В., Фуфрянский М.А. Подвижной состав и тяга поездов; Под редакцией М.А. Фуфрянского /М.: Транспорт 1979, 367 с.
9. П.Т. Гребенюк, А.Н. Долганов, А.Н. Скворцо-в а Тяговые расчёты. Справочник, Под ред. П.Т. Гребенюка. М. : Транспорт. 1987, 272 с.
10. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. Справочник.М.: Машиностроение. 1988, 512 с.
746
И. Механизированная выправка железнодорожного пути Учеб, пособие. М.В. Попович, Б.Г. Волковоинов А.В. Белов, А.М. Попович; Под ред. М.В. Поповича. Ч. 1, 2, 3. С.Пб: ПГУПС, 1994, 1997, 1999, 107, 119, 115 с.
12. Машина выправочно-подбивочно-рихтовочная ВПР-02: Техническое описание 1023.00.00.000 ТО и Инструкция по эксплуатации 1023.00.00.000 ИЭ / ПС. Центральное конструкторское бюро тяжёлых путевых машин. М. : Транспорт, 1995, 415 с.
13. Машина выправочно-подбивочно-рихтовочная для стрелочных переводов ВПРС-02: Техническое описание Ю24.00.00.000ТО и Инструкция по эксплуатации 1024.00.00.000 ИЭ /МПС РФ. Центральное конструкторское бюро тяжёлых путевых машин. М.: Транспорт. 1995, 477 с.
14. Пособие по техническому обслуживанию и регулировке машин типа ВПР / МПС РФ. Департамент пути и сооружений. Проектно-технологическо-конструкторское бюро. М. : ПТКБ ЦП МПС 1996, 317 с.
15. Механизированная выправка и подбивка железнодорожного пути: Учеб, пособие / М.В. Попович, В.А. Болотин, В.Л. Уралов, Б.Г. Волковойнов; Под ред. М.В. Поповича, Л.: ЛИИЖТ, 1984, 102 с.
16. Новые путевые машины (Подбивочно-выправочные и рихтовочная ВПР-1200, ВПРС-500, Р-2000). / Ю.П. Сырей-щиков, Е.С. Дмитриев, Е.А. Лукин, А.К. Селищев; Под ред. Ю.П. Сырейщикова. М. : Транспорт. 1984, 317 с.
17. Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. транец. / С.А. Соломонов, М.В. Попович, Б.Н. Стефанов и др.; Под ред. С.А. Соломонова. М. : Транспорт. 1985, 375 с.
18. Каменский В. Б., Шац Э . Я. Содержание железнодорожного пути в кривых. М. : Транспорт. 1987, 90 с.
19. Выправка железнодорожного пути системами сглаживающего типа: Учеб, пособие. / М.В. Попович, А.В. Белов, В.Л. Уралов, Е.Р. Иванов; Под ред. М.В. Поповича (4.1, 2, 3) Л. : ЛИИЖТ, 1976, 1980, 1982. -47, 50, 46 с.
20. Соломонов С.А. Балластировочные, щебнеочистительные машины и хоппер-дозаторы, М.: Транспорт. 1991, 336 с.
21. Машины и механизмы для путевого хозяйства. / С.А. Соломонов, В.П. Хабаров, Л.Я. Малицкий, Н.М. Нуждин; Под ред. С.А. Соломонова. М. : Транспорт. 1984, 440.
747
22. Исаев К.С, Федулов В. Ф, Щекотков Ю.М. Машинизация текущего содержания пути. М.: Транспорт., 1981, 280 с.
23. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте. / А.К. Гурвич, Б.П. Довнар, В.Б. Козлов др. М. Транспорт. 1983 318 с.
24. Система оптических датчиков для вагона-путеизмери-теля ЦНИИ-4 / А.П. Тимашов, Б.Н. Зензинов, А.В. Лебедев и др. Железнодорожный транспорт, серия: Путь и путевое хозяйство/ЭИ/ЦНИИТЭИ, МПС, 1997. Вып. 2, 3, С 25-31.
25. Путеизмерительные компьютеризированные лаборатории моделей КВЛ-П1М и КВЛ-ШМП. / С.В. Архангельский, Ю.М, Щекотков, А.В. Алексеев, В. А. Гунин — Железнодорожный транспорт; серия: Путь и путевое хозяйство/ЦНИИТЭИ, МПС, 1997. Вып. 2, 3, С. 39-62.
26. Г.Г Коншин — Радиолокация земляного полотна. /Путь и путевое хозяйство, МПС; 1997, № 11, С. 26-29.
27. Завгородний Г.В. Машины и оборудование производственных баз путевых машинных станций: Учеб.-ме-тодическое пособие. Хабаровск: ДВГУПС, 1997, 40 с.
28. Повышение износостойкости и сроков службы деталей путевых машин /Ю.А. Евдокимов, А.К. Алферов, А.А. Бураков и др. М.: Транспорт, 1985, 88 с.
29. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. Справочник колл, авторов под ред. д-ра техн, наук В.А. Баумана и др. М, изд-во «Машиностроение» 1970, 548 с.
Содержание
Введение.......................................... 3
1. Система ведения путевого хозяйства и машины для ре* монта пути......................................... 7
1.1. Общие сведения об устройстве железнодорожного пути и системы ведения путевого хозяйства....... 7
1.2. Виды путевых работ и их периодичность...... 14
1.3. Классификация путевых машин, их комплекты и требования предъявляемые к ним................... 18
1.4. Перечень основных путевых машин и механизмов и их сокращенные названия........................ 19
1.5. Основные направления и тенденции развития путевых машин...................................... 22
2. Путевая машина как подвижная единица железнодорожного транспорта................................ 25
2.1. Экипажная часть путевых машин............... 25
2.2. Ударно-тяговое устройство путевых машин.... 29
2.3. Тормозное оборудование...................... 31
2.4. Основы тормозных расчётов................... 35
2.5. Вписывание машины в габарит................. 37
2.6. Проверка прохождения путевой машиной кривой и горки............................................ 42
2.7. Развеска путевой машины..................... 44
2.8. Динамическое вписывание путевых машин в кривые и их устойчивость............................ 46
2.9. Сопротивление передвижению путевых машин... 54
3. Привод путевых машин........................... 58
3.1. Гидравлический привод..................... 58
3.2. Электрический привод........................ 66
3.3. Пневматический привод....................... 70
4. Машины для ремонта земляного полотна........... 75
4.1. Путевые струги.............................. 76
4.3. Машина СЗП-600 ............................. 89
749
4.4. Основы расчета роторного рабочего органа.... 108
4.5. Основы расчёта ленточных конвейеров машины СЗП-600......................................... 120
4.6. Методика расчета механизма поворота ротора.. 125
4.7. Основы методики тягового расчета СЗП-600 .. 128
4.8. Машина для нарезки кюветов (МНК)........... 131
4.9. Другие специализированные машины для ремонта земляного полотна............................... 135
5. Машины для балластировки и подъемки пути....... 138
5.1. Общие сведения. Классификация.............. 138
5.2. Электробалластеры.......................... 142
5.3. Рабочие органы, устройство и принцип работы. 147
5.4. Основы расчета электробалластеров.......... 152
5.4.1. Расчет усилий подъема и сдвига стыкового пути........................................ 153
5.4.2. Расчет усилий подъема и сдвига бесстыкового пути..................................... 160
5.4.3. Расчет геометрических параметров дозатора 165
5.4.4. Определение усилий, действующих на дозатор......................................... 170
5.4.5. Тяговый расчет балластера............ 175
5.4.6. Смещение пути на кривых.............. 176
5.5. Планировщик балласта ПБ................... 181
6. Специализированный подвижной состав........... 190
6.1. Хоппер-дозаторы............................ 190
6.2. Вагоны-самосвалы, думпкары................. 203
6.3. Составы для перевозки засорителей и сыпучих грузов.......................................... 206
7. Машины для очистки щебня и замены балласта..... 209
7.1. Принцип работы и расчет рабочих органов щебнеочистительных машин............................ 211
7.1.1. Физические основы и эффективность очистки
щебеночного балласта................... 211
7.1.2. Центробежные щебнеочистительные рабочие органы...................................... 214
7.1.3. Вибрационные щебнеочистительные рабочие органы (грохоты)............................ 220
750
7.1.4. Рабочие органы щебнеочистительных машин для вырезки загрязненного щебня из пути .... 233
7.2. Щебнеочистительные машины высокой производительности с малой глубиной очистки............. 237
7.3. Щебнеочистительные машины для торцевой очистки щебня....................................... 244
7.4. Машины для глубокой очистки щебня и замены балласта ......................................... 253
7.4.1. Щебнеочистительные машины СЧ-600 и
СЧ-601 ................................ 253
7.4.2. Щебнеочистительный комплекс ЩОМ-6..... 260
7.4.3. Щебеночная машина RM-80............. 272
7.4.4. Универсальная щебнеочистительная машина СЧУ-800..................................... 275
7.5. Тягово-энергетические модули (установки) для несамоходных щебнеочистительных машин............ 282
8. Машины для укладки путевой решётки............. 290
8.1. Звеньевые путеукладчики на железнодорожном ходу .......................................... 290
8.1.1. Укладочный поезд..................... 290
8.1.2. Укладочные краны на железнодорожном ходу........................................ 291
8.1.3. Моторные платформы................... 296
8.1.4. Производительность укладочного крана.. 299
8.1.5. Основы расчёта параметров кранового оборудования .................................. 300
8.1.5.1. Расчёт параметров грузовой лебёдки 300
8.1.5.2. Расчёт параметров тяговой лебёдки.. 302
8.1.5.3. Расчёт лебёдки для перетягивания пакетов............................... 303
8.1.5.4. Расчёт параметров гидросистемы. 307
8.1.6. Расчёт укладочного крана на продольные и поперечные нагрузки......................... 307
8.1.7. Устойчивость укладочного крана в рабочем режиме...................................... 310
8. 1.8. Тяговый расчёт укладочного крана... 313
8.2. Тракторные путеукладчики.................. 317
8.3. Механизация укладки и ремонта бесстыкового пути 320
8.3.1. Механизация укладки рельсовых плетей.. 320
751
8.3.2. Моторные гайковёрты................. 325
8.3.3. Рельсосварочные машины.............. 333
8.4. Комплекс для смены стрелочных переводов..... 339
8.4.1. Укладочный кран УК-25СП............. 339
8.4.2. Специальный подвижной состав........ 344
8.4.3. Комплекс для замены стрелочного перевода. 350
8.4.4. Машины для шлифования рельсов и стрелочных переводов.............................. 351
9. Машины для сборки и разборки рельсо-шпальной решетки ......................................... 358
9.1. Полуавтоматические поточные звеносборочные ли-
нии для сборки звеньев с деревянными шпалами... 359
9.1.1. Основные требования к сборке........ 359
9.1.2. Полуавтоматическая поточная звеносборочная линия ППЗЛ-650 ........................ 360
9.1.3. Полуавтоматическая поточная звеносборочная линия ЗХЛ-800.......................... 369
9.2. Поточные линии для сборки звеньев......... 378
9.2.1. Основные требования к сборке........ 378
9.2.2. Принципиальные схемы звеносборочных линий с железобетонными шпалами.............. 379
9.2.3. Особенности сборки звеньев.......... 382
9.3. Оборудование для разборки рельсовых звеньев. 385
Общие сведения............................. 385
Звеноразборочные линии..................... 385
9.4. Организация и технология переработки старогодной путевой решетки с железобетонными шпалами для повторной укладки в путь.................. 390
9.5. Расчет основных параметров звеносборочных линий 394
9.6. Примеры расчетов агрегатов звеносборочных и звеноразборочных поточных линий............... 395
10. Машины для уплотнения балластной призмы, выправки и отделки пути................................... 405
10.1. Классификация подбивочно-выправочных машин. 406
10.2. Теоретические основы уплотнения балласта... 411
10.3. Показатели качества уплотнения........... 417
10.4. Теоретические основы механизированной выправки пути....................................... 421
752
10.5. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины ВПР-1200 и ВПР-02 .............................. 442
10.6. Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины для стрелок ВПРС-500 и ВПРС-02...................... 464
10.7. Выправочно -подбивочно-рихтовочные машины Duomatic, Unimat................................ 472
10.8. Основы расчета подбнвочных блоков......... 482
10.9. Выправочно-подбивочно-отделочные машины ВПО-3000 и ВПО-З-ЗООО........................... 489
10.10. Основы расчета параметров виброплит........ 500
10.11. Трехкоординатная система выправки пути
ВПО-З-ЗООО с микропроцессорным управлением .... 517
10.12. Балластоуплотнительные машины.............. 529
10.13. Динамические стабилизаторы пути............ 533
10.14. Путерихтовочные машины..................... 542
10.15. Путерихтовщик В.Х.Балашенко................ 545
10.16. Рихтовочные устройства на электробалластере. 551
10.17. Машины для правки стыков рельсов в пути..... 556
10.18. Выправочно-подбивочные машины, применяемые в транспортном строительстве........................ 562
11. Средства диагностирования и оборудование для контроля состояния пути............................... 572
11.1. Средства диагностики геометрического состояния рельсовой колеи................................. 573
11.1.1 .Путеизмерительные шаблоны и тележки.. 573
11.1.2. Тележка для измерения волнообразного изно-
са рельсов (ТИВИР)..................... 579
11.1.3. Вагон-путеизмеритель ЦНИИ-2......... 582
11.1.4. Автомотриса путеизмерительная МД-РУ.. 602
11.1.5. Вагон-путеизмеритель ЦНИИ-4......... 605
11.2. Оборудование и механизмы для дефектоскопии рельсов......................................... 615
11.2.1. Автомотриса дефектоскопная АДЭ....... 623
11.2.2. Магнитный вагон-дефектоскоп......... 629
11.2.3. Совмещенный вагон-дефектоскоп....... 632
11.2.4. Однониточные дефектоскопы........... 634
11.3. Диагностирование земляного полотна........ 636
12. Машины для очистки пути от снега.............. 640
12.1. Плуговые снегоочистители................. 640
753
12.1.1. Тяговый расчёт..................... 650
12.1.2 Расчёт механизмов управления........ 652
12.2. Роторные снегоочистители.................. 655
12.2.1. Назначение, классификация, устройство... 655
12.2.2. Основы расчёта роторных снегоочистителей ..................................... 661
12.3. Машины для очистки станций от снега....... 668
12.3.1. Назначение, классификация, устройство... 668
12.3.2. Выбор основных параметров.......... 680
13. Подъемно-транспортные и специализированные машины для путевых работ.................................. 683
13.1. Дрезины и мотовозы........................ 683
13.1.1. Дрезины............................ 683
13.1.2. Определение основных параметров дрезин методом анализа размерностей............... 694
13.1.3. Вопросы повышения эффективности дрезин и мотовозов................................ 697
13.2. Путеремонтные летучки..................... 700
13.3. Рельсоочистительные машины................ 702
14. Механизированный инструмент для путевых работ.. 707
14.1. Механизированный инструмент для работы с рельсами ........................................... 707
14.2. Механизированный инструмент для работы со шпа-
лами и скреплениями........................ 718
14.3. Механизированный инструмент для подъемки и выправки пути в профиле и плане................. 727
14.4. Выбор основных параметров путевого инструмента.
Основы расчета............................. 734
Список литературы............................... 746
Соломонов Семен Андреевич, Бугаенко Виктор Михайлович, Бураков Андрей Андреевич, Волковойнов Борис Гаврилович, Попович Максимилиан Витальевич, Попович Александр Максимилианович, Самохин Сергей Алексеевич, Скрипка Святослав Леонидович
ПУТЕВЫЕ МАШИНЫ Учебник
Компьютерная вёрстка Г.Д. Волковой
Редактор Е.Д. Кабаева
Изд. лиц. ИД № 01842 от 22.05.2000. Подписано в печать 27.09.2000 Зак. 1271. Формат 60х88'/|6. Усл. печ. л. 47,5. Тираж 3000 экз.
Отпечатано на ордена Трудового Красного Знамени ГУП Чеховский полиграфический комбинат Министерства Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций в соответствии качества предоставленных диапозитивов 142300 г. Чехов Московской области Тел. (272) 71-336, факс (272) 62-536
SBN 5-94069-007-6
Щетка подборщика Подъем Ц2_____ЦЗ
Поворот Ц4
Поворот рамы Левый Ц5
Правый Ц6
Поворот^^ового ЩитЫ1 Левый щПравый Левый Правый фО
Левый
газ
ж
в слив
РЭ2
АК1 АК2
КП10
КП13
г
левый
от насосаН1
над
Ц18 Поворот щита
'TZLUЩ5Перемещение ПеремещениёТ^Ш lion
Поворот Поворот
Iff?—гтГI I г~ПГП|г
lj-zMI J Ц17 Поворот подкрылка
к вентилю ВН1
ЩитЫ2 Туннель
Правый Левый Правый Ц12 Ц13 Ц14
[MisiriE
-11 ГЭ16
3
РЮ
Р18
Ц22 Поворот щита
Ц21 Поворот подкрылка
боковой плуг центральный плуг
правый
Рис. 5.25. Схема гидравлическая принципиальная гидросистемы манипуляции:
АК1, АК2 — гидроаккумуляторы; ГЗ 2-ГЗ 4, ГЗ 9-ГЗ 11, ГЗ 16, ГЗ 21 — гидрозамки; КП 10-КП 13 — клапаны предохранительные; Р 2-Р 11, Р 14, Р 15, Р 18, Р 19, Р 22, Р 23 — гидрораспределители; Р 32 — блок пропорциональных распределителей;
Ц 2-Ц 22 — гидроцилиндры
К аккумуляторной системе
Рабочее передвижение m. Р27
^миг Ч&пмг
КПР
Щетка подборщика вращение MS
KOS
P2S
кое
ЪвМ5
М2 Привод вентилятора
Привод сменных раб. конвейер ^Мб органов
К09
коз
KOid
М4
ФЗ
Ф7
Ф4
КПЗ
5
AT2
М7
!П
Р31
Ф8
л мнз ч^пмз
МН4 flM4
Н4
КП9
ДТ
TM
& ВМ6
гВМ7
7
Рис. 5.26. Схема гидравлическая принципиальная гидросистемы насосной станции приводов:
А1 — насос-мотор; АТ1, АТ2 — калориферы; Б — бак; ВН5-ВН7 — краны; ДП — делитель расхода; ДТ — датчик-реле температуры; КО 3-КО 10 — клапаны обратные; КП 3-КП 9 — клапаны предохранительные; КПР — клапан предохранительный разгрузочный; КР — клапан редукционный; М 2-М 7 — гидромоторы; МН 2-МН 3 — манометры; МФ 1.1-МФ 2.1 — полумуфта наружная; Н 1-Н 2 — насосы; ПМ 2-ПМ 4