Электробалластер

МПС РФ РГОТУПС КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: «Путевые машины»

Развитие железнодорожного транспорта нашей страны требует повышения эффективности его производства и непрерывности его обновления на основе ускорения научно-технического прогресса. Увеличение мощности пути железных дорог, требует усовершенствования технологии и организации ремонтно-путевых работ. Своевременный и качественный ремонт пути, снижение затрат времени, труда и эксплуатационных расходов, повышение производительности труда достигает акиалной1 еханизацией путевых работ.

На магистралях нашей страны используется большой парк путевых машин и механизмов. По ряду параметров они превосходят лучшие зарубежные образцы аналогичных машин. К таким машинам относятся хоппер-дозаторы, электробаластеры, путеукладчики, щебнеочистительные машины, выправочно-подбивочные машины.

Однако существующие машины не обеспечивают полной механизации всех работ. Если наиболее трудоемкие операции выполняются машинами, то ряд путевых работ — с помощью электрического и гидравлического инструмента или даже вручную. Для завершения комплексной механизации необходимо создать ряд новых машин, а некоторые из существующих модернизировать.

Основным направлением в вопросе механизации путевых работ является создание высокопроизводительных машин обеспечивающих производство больших объемов работ в сравнительно небольшие «окна», и вынесение значительной части работ на путевые производственные базы, сведя работы на пути практически к монтажу отдельных блоков верхнего строения.

При проектировании машин особое внимание уделяется повышению скорости и усилий рабочих органов, созданию машин непрерывного действия, обеспечивающих повышение производительности и снижение стоимости путевых работ, широкому внедрению гидропривода, позволяющего упразднить кинематику, плавно регулировать скорости движений, снижать материалоемкость машин.

Большое внимание следует уделять таким мерам, как совершенствование машин с точки зрения ремонтопригодности, монтажа из легко сменяемых узлов и агрегатов, а также обеспечения технического обслуживания, улучшения условий работы обслуживающего персонала — снижение вибраций и шума, создание более комфортабельных кабин и пультов управления, обеспечение безопасности работ.

1. Аналитический обзор

На зарубежных железных дорогах, в том числе и США, применяются моторные домкраты и подъемно-рихтовочные тележки точечного действия с максимальной производительностью 1.2 км/смена. Отечественные электробалластеры ЭЛБ-1, ЭЛБ-3 непрерывного действия ведут подъемку пути со скоростью до 10 км/час. Для очистки щебня на дорогах США и Западной Европы применяются щебнеочистительные машины производительностью до 500 м³/ч. Наша щебнеочистительная машина ЩОМ-4 очищает за один час до 2000 м³ щебня. Производительность при укладке пути за рубежом в два раза меньше чем в России, при укладке путеукладчиком УК-25. Лучшие зарубежные машины для уплотнения балласта (фирм «Плассер» и «Матиза») выполняют эту работу с максимальной производительностью 600 м/ч. Отечественная выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-3000 производит объемное уплотнение балластной призмы со скоростью до 3000 м/ч.

В России уровень механизации работ по ремонту пути составляет: по капитальному ремонту пути 75%, по среднему ремонту 62%, по текущему ремонту 30%.

Машины для балластировки и подъемки пути выполняют работы по формированию балластной призмы после выгрузки балластного материала. Одновременно с этим они устанавливают путевую решетку в положение, являющееся исходным по проекту.

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 межпутные 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. 1, а), а затем направляется к оси пути на путевую решетку (рис. 1, б). Во втором случае, балласт выгружается на путевую решетку сверху из хоппер-дозаторов, оснащенных специальными разгрузочно-дозирующими устройствами (рис. 1, в), т. е. разгрузка и дозирование совмещены.

Рис. 1. Балластировка рельсошпальной решетки:

а, б, в — схемы дозирования балласта в путь

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.

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 способ характерен для работ по выправке продольного профиля пути, а второй — для постановки пути на балластное основание.

Рис. 2. Технологические операции при постановке путевой решетки в заданное положение: а — схема вывешивания; б — параметры перемещения путевой решетки.

путевой балластировка рельсошпальная решетка Технологический процесс подъемки пути состоит их вывешивания путевой решетки на необходимую высоту (см. рис. 2, а), сдвига базового и возвышения не базового 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 .

В соответствии с используемой технологией разработаны принципиальные конструктивные схемы машин (см. таблицу 1), реализующие методы работы: а) с полной опорой на рельсыс дозированием и вывешиванием путевой решетки на участке между двумя опорно-ходовыми устройствами: хоппер-дозаторы (ЦНИИ-ДВ3М и др.); электробалластеры двухпролетные с междуферменным шарниром (ЭЛБ-1, ЗЛБ-3М, ЭЛБ-3ТС, ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4); прицепные однопролетные путеподъемники (МТТП-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.).

Таблица 1.

Классификация машин для подъемки и балластировки пути

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 па 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.

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 (ЦШIИС-УРМЗ).

База для размещения рабочего оборудования у всех электробалластеров принципиально одинакова. Электробалластер ЭЛБ-ЗМК (рис. 3, а) состоит из двух секций — направляющей и рабочей. Направляющая секция представляет собой 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 ц_max = 17⁰ 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.

Рис. 3. Электробалластер ЭЛБ-3МК:

1, 9 — основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2,6,11 — кабины: направления механизмами направляющих секций, центральная и хозяйственно-бытовая; 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, 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.

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-З000.

Электробалластер 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 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. 3, б) обеспечивает нахождение ПРУ всегда по оси пути в круговой кривой и на прямой, т.к. конструктивные расстояния между шкворневыми сечениями ходовых тележек, осью междуферменного шарнира и ПРУ выбраны с учетом осевой симметрии в плане относительно междуферменного шарнира. Это упрощает управление корректировочными смещениями ПРУ при работе в кривых. При работе в переходных кривых и проходе спряжений пути необходимо производить дополнительные корректировочные смещения ПРУ для предотвращения одностороннего сдвига (для сопряжения круговая кривая — прямая) пути с проектной оси.

На злектробалластерах ранних выпусков ЭЛБ-I и ЭЛБ-3 (рис. 4, а) механизм подъема путевой решетки с электромагнитно-роликовым 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 б. Механизмы сдвига 7 и перекоса 5 РТЛР скомпонованы аналогично, из червячного редуктора, винтовой пары и электродвигателя.

На злектробалластерах ЭЛБ-ЗМ и ЭЛБ-ЗТС (рис.5) применяется комбинированный механизм, который также расположен на рабочей секции 16 и состоит из механизма подъема с двумя червяно-винтовыми редукторами 10, 11, двух вертикальных криволинейных тяг 13, механизма сдвига путевой решетки 15 и электромагнитов 14.

Подъемные винты с вертикальными тягами соединены через пружину, расположенную в направляющем стакане 12. Во время опускания электромагнитов при соприкосновении их с рельсами пружины сжимаются, специальные упоры воздействуют на конечные выключатели и отключают электродвигатели, предотвращая поломку деталей привода.

Рис. 4. Кинематические схемы механизмов подъема и сдвига пути с электромагнитным подъемником электробалластеров:

а — электробалластер ЭЛБ — 1; 6 — электробалластер 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

3. Рабочие органы, устройство и принцип работы

Подъемно-рихтовочное устройство (ПРУ) электробалластера служит для установки путевой решетки в требуемое положение и выполняет: вертикальные перемещения в продольном профиле (вывешивание) базового рельса; сдвиг в горизонтальном направлении (в плане); возвышения небазового рельса над базовым (см. рис. 5.2,6). Для выполнения этих функций ПРУ имеет:

захватные устройства, и механизмы подъема, сдвига и перекоса путевой решетки.

На злектробалластерах 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) включает в себя два червячных редуктора 4, установленных на раме 2, входные валы которых через муфту соединены с электродвигателями 3 переменного тока. Внутри червячное колесо каждого редуктора имеет винтовую нарезку, которая взаимодействует с винтом 5. Винты, в свою очередь, соединены с пружинными амортизаторами 6, внутри которых также имеется разрушаемый элемент предельного вертикального усилия, которое может возникнуть при прижиме путевой решетки и отказе концевых выключателей. Амортизаторы установлены в вертикальных направляющих и через шарнирные узлы 7 соединены с вертикальными тягами 8. Тяги через шарнирные узлы 17 соединяются с поперечной балкой 12.

В результате образуется шарнирный параллелограммный механизм, позволяющий производить боковой сдвиг путевой решетки без нарушения ее положения по уровню. Привод сдвига осуществляется от четырех гидроцилиндров 15, которые проушинами корпусов через кронштейны 16 и шарнирные узлы соединены с фермой 1, а проушинами штоков — с центральной осью 21. В средней части на оси установлен каток 20, взаимодействующий с вертикальными тягами 8. Ось через катки 14 опирается на поперечные направляющие.

Восемь электромагнитно-роликовых захватов 9 подвешены на поперечной балке 12 через балансирную систему, позволяющую е компенсировать вертикальный изгиб путевой решетки при ее вывешивании. Система включает продольную балансирную балку 11, подвешенную через шарнирные узлы 18 на балке 12, и балансиры 10, установленные на поперечных осях балки 11. На них шарнирно закреплены захваты. Усилие сдвига пути передается через горизонтальные рихтующие ролики 19, оси которых установлены на балке 11. Принцип работы ПРУ отражен на рис. 4, 6: подъем каждой рельсовой нити (соответственно и перекос путевой решетки) осуществляется отдельным электродвигателем 3 (см. рис.5), а сдвиг — при работе гидроцилиндров 15, отклоняющих вертикальные тяги.

Дозатор электробалластера (рис.6) монтируется на ферме направляющей секции и состоит из центрального щита 12, установленного в вертикальных направляющих, позволяющих ему перемещаться вертикально с помощью двух гидроцилиндров 8, единенных с ним шарнирно через штоки. Корпуса гидроцилиндров через другие шарнирные узлы подвешены на неподвижных 1 кронштейнах 6. На центральном щите через петлевые шарниры 14 установлены правое и левое составные шарнирные крылья. Каждое крыло включает в себя корневую часть 19, соединенную с центральным щитом петлевыми шарнирами 14, к корневой части через шарнирные узлы снизу прикреплено крыло 20, а сверху — тяга 3. Эти же элементы через другие шарнирные узлы соединены с подкрылком 2, образуя в вертикальной плоскости шарнирный параллелограммный четырехзвенник, позволяющий нижней рабочей кромке подкрылка сохранять неизменную ориентацию относительно горизонта при опускании крыла. К подкрылку через вертикальный шарнир присоединен козырек 1, предотвращающий при работе дозатора потери балласта.

Рис. 5. Механизм подъема и сдвига пути электробалластера ЭЛБ-ЗМК:

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.

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 обрат ном. 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.

Рис. 6. 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 — гидроцилиндры 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

Балластерные рамы (рис.7) состоят из двух рам 7 с рассекателями 11, на которых при работе стержней 10 закрепляются струнки 8, представляющие собой стальные стержни круглого сечения с дополнительными звеньями, предотвращающими излом струнок. Подъем рам и опускание их в рабочие положения осуществляется механизмами, состоящими из верхней 5 и нижней 6 параллелограммных рам, соединенных через шарнирные узлы с одной стороны с балластерной рамой 7, а с другой — с кронштейном 9, неподвижно установленным на ферме 3. Эти элементы образуют шарнирный параллелограммный четырехзвенник, обеспечивающий 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.

Рис. 7. 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.

4. Организация работы машины

При разработке технологических процессов необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

1) технологические процессы должны предусматривать наиболее эффективное использование технических средств железнодорожного транспорта, дальнейшее улучшение использования путевых машин;

2) производственный состав ПМС, колонн и укрупненных бригад устанавливается расчетом с учетом максимальной механизации работ и наиболее эффективного использования машин и механизмов;

3) основные работы должны выполнятся в «окно» продолжительностью 4.5 часов для капитального ремонта, 3.4 часа для среднего ремонта, 1,5.2 часа для подъемочного ремонта;

4) трудовые затраты на выполнение работ по ремонту пути определяются по техническим нормам, с учетом затрат труда машинистов;

5) продолжительность рабочего дня 8.2 часа при рабочей неделе 41 час;

6) при определении численности рабочих по отдельным видам работ в ведомости подсчета трудовых затрат допускаются отклонения в сторону увеличения до 10% в сторону уменьшения до 5%.

ЭЛБ используют при капитальном ремонте пути в комплексе с путеукладчиками на двух-трех участках или в комплексе с путеукладчиками на одном участке и одновременно на других участках для выполнения среднего или подъемного ремонтов, а также при среднем и подъемном ремонтах пути в пределах дороги.

ЭЛБ работает на пути, временно закрытом для движения поездов, во время технологического «окна». Максимальная производительность ЭЛБ достигается при работе по скользящему графику на нескольких участках ремонта пути, при условии, что к каждому выезду ЭЛБ участок работ подготовлен, материалы выгружены, обеспечена безотказная работа механизмов машины и взаимоувязаны действия бригад ЭЛБ и локомотива. ЭЛБ обслуживает бригада из трех человек, машинист, его помощник и моторист электростанции.

Перед подъемкой, на участке работ отрезают концы шпал для прохода балластерных рам, прикрепляют к рельсам ослабшие шпалы, которые могут при подъемке пути оторваться, убирают или обозначают препятствия для прохода основных органов машины, отсоединяют заземлители контактных опор на электрифицированных участках. В начале участка дозировки опускают рельсовые щитки, щит дозатора, открывают крылья и устанавливают растяжки.

Скорость движения при дозировке составляет до 15 км/ч. При протяжении начальных 25 — 50 м путь поднимают от нуля до отметки заданной руководителем работ. При работе с путеукладчиками струнками обычно не пользуются. Во всех остальных случаях одновременно с подъемкой струн крана планируют балласт под шпалами. Во время подъемки ЭЛБ перемещается со скоростью 10 км/ч. В конце поднимаемого участка его скорость снижается до 3.5 км/ч. Струнки поочередно отклоняются начиная с последней по ходу ЭЛБ и путевую решетку на протяжении 25.50 м плавно опускают, обеспечивая конечный отвод.

Для расчета технической производительности электробалластера как машины непрерывного действия необходимо учитывать характер производимых работ, то есть, если призводится подъемка пути на заданную высоту, то расчет производительности ЭЛБ производится по формуле (1):

(1)

где — рабочая скорость машины км/ч;

— площадь поперечного сечения укладываемого слоя, м³.

Согласно технической характеристике электробалластера ЭЛБ 3МК. Поперечное сечение укладываемого слоя определяем из толщины слоя задозированного балласта поэтому, откуда, согласно (1) получаем .

При расчете эксплуатационной производительности электробалластера неолбходимо учитывать технические и технологические особенности проводимой операции. Одной из особенностей является неравномерная скорость прохождения участка подъема пути, в начале и конце участка скорость падает до 3.5 км/ч, а также при прохождении подъема спуска. Поэтому эксплуатационную производительность ЭЛБ будем определять по формуле (2):

(2)

где — объем работ (измерителя) предусмотренный нормами единицы продукции;

— техническая норма времени работы машины на измеритель машино-мин.;

— коэффициент использования внутрисменного времени.

Коэффициент использования внутрисменного времени определяется находится из зависимости

(3)

где — полезное время работы машины внутри смены, время технологического «окна» ;

— число часов работы машины внутри смены.

Для определения эксплуатационной производительности нам будет удобнее воспользоваться зависимостью

(4)

где — коэффициент перехода от технической к эксплуатационной производительности.

Учитывая перечисленные выше особенности технологического процесса, можно сказать, что, принимая, получаем согласно (4) .

5. Определение сопротивления передвижению машины

При движении путевых машин по рельсовому пути возникают сопротивления: от сил трения в опорах осей и трения качения колес по рельсам, уклона пути, криволинейности пути, трогания с места, взаимодействия рабочих органов с элементами железнодорожного пути. Если путевая машина перемещается локомотивом, сопротивления рассчитываются с целью определения тягового усилия и подбора локомотива из условия:

(5)

— коэффициент заноса;

— сумма всех сопротивлений возникающих при движении путевых машин.

Суммарное сопротивление будет складываться из следующих составляющих:

(6)

где

— сопротивление от трения;

— сопротивление от уклона;

— сопротивление при движении в кривой;

— сопротивление при трогании с места;

— сумма проекций на ось пути сил приложенных к одновременно работающим органам.

Сопротивление от сил трения определяется по формуле:

(7)

где — основное удельное сопротивление, зависящее от типа подшипников, колесных пар, нагрузки на ось, скорости движения;

— масса электробалластера;

— ускорение свободного падения;

— нагрузка на ось;

— число осей;

— скорость движения электробалластера.

В итоге получаем

.

Сопротивление от уклона пути определяется по формуле

(8)

где — удельное сопротивление от уклона пути (по условию);

— масса электробалластера;

— ускорение свободного падения.

В итоге, согласно (8) получаем

.

Сопротивление при движении в кривой определяется по формуле:

(9)

где — удельное сопротивление от движения в кривой, здесь радиус кривой ;

— масса электробалластера;

— ускорение свободного падения.

В итоге получаем

Сопротивление при трогании с места определяется по формуле:

(10)

где — удельное сопротивление от движения в кривой, здесь радиус кривой ;

— масса электробалластера;

— ускорение свободного падения;

— нагрузка на ось.

В итоге получаем

При совмещении работ по дозировке и подъемке пути сумма проекций на ось пути сил приложенных к одновременно работающим органам будет определяться следующим образом:

(11)

где — сопротивление дозатора;

— сопротивление от струнок;

— сопротивление от подъемных магнитов.

Сопротивление от струнок определяется по формуле;

(12)

где — удельное сопротивление балласта резанию для щебня;

— диаметр струнки;

— длина струнки;

— количество струнок.

В итоге получаем, согласно (12)

.

Сопротивление от подъемных магнитов определяется следующим образом:

(13)

где — нагрузка на ролики магнитов;

— подъемная сила электромагнитного подъемника;

— усилие подъема путевой решетки;

— коэффициент трения в подшипниках скольжения роликов;

— коэффициент трения качения ролика по рельсу;

— диаметр цапфы;

— коэффициент учитывающий трение ребер ролика о боковую грань головки рельса;

— диаметр ролика.

Наибольшая сила подъема, действующая на пару винт-гайка

(14)

где — сила подъема путевой решетки; - сила подъема подвижных частей механизма (вес траверс, поперечной балки, параллелограмных тяг и электромагнитов); сила подъема электромагнита. Сила подъема путевой решетки определяется по формуле

(15)

где — модуль упругости рельсовой стали;

— момент инерции рельса Р65 относительно горизонтальной оси;

— высота подъема пути;

— погонное сопротивление подъему путевой решетки;

— погонный вес путевой решетки;

— сопротивление балласта на 11 см путевой решетки в начальный момент подъема;

— коэффициент, зависящий от объема дозировки и типа верхнего строения пути;

— высота вывешивания пути.

Подставляя полученные значения в (15) получим

.

Сила подъема электромагнита состоит из веса поднятой на определенную высоту путевой решетки.

Вес поднятой путевой решетки определяется из соотношения (16):

(16)

где: — длина поднятой путевой решетки;

— вес одного погонного сантиметра решетки.

Длина поднятой путевой решетки равна длине хорды искривления путевой решетки и определяется по формуле:

(17)

где среднее сопротивление подъему путевой решетки;

— безразмерная функция.

Согласно (17) длина путевой решетки будет равна:

откуда, согласно (16), получаем

вернувшись к (14), получим

учитывая что

определяем величину сопротивления подъемных магнитов по формуле (13)

.

Определим силы действующие на дозатор.

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.).

Определение длины кромок режущих ножей дозатора при формировании балластной призмы заданного поперечного сечения на прямом участке пути (рис.8). Балластная призма характеризуется параметрами: — шириной плеча, см; - шириной призмы поверху (- длина шпалы); крутизной откоса: где (- высота призмы; - длина проекции откоса на горизонтальную плоскость). Ширина центрального щита. Пусть в плане поворотная часть дозатора наклонена под углом к направлению движения для расчетной рассматриваемой геометрической схемы крыла дозатора получены следующие аналитические выражения:

длина режущей кромки ножа корневой части:

(18)

длина режущей кромки ножа крыла:

(19)

длина режущей кромки ножа подкрылка:

(20)

При работе в кривых происходит наклон дозатора в поперечной плоскости вместе с наклоном корпуса направляющей секции, а также его боковое смещение внутри кривой. Для компенсации этих смещений производится изменение углов поворота в плане правой и левой поворотных частей, а также изменение положения по высоте подкрылков

Определение хода штока гидроцилиндра механизма раскрытия крыла дозатора (рис.8).

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. Зададим размеры .

Введем компоновочные размеры рабочих элементов дозатора: — длина тяги; - размеры, определяющие длину поворотной части дозатора до конца козырька и положение универсального шарнира крепления тяги к крылу; вертикальные размеры относительно УВГР шарниров крепления тяги к крылу, — горизонтальное смещение точки крепления тяги относительно продольной оси направляющей, смещенной в плане на относительно продольной плоскости симметрии направляющей секции. Определим минимальный ход штока гидроцилиндра (ползуна), гарантирующий достижение двух крайних положений раскрытия крыла, а также привязочные размеры .

После анализа геометрических соотношений, найдем:

;

;

;

где:

;

;

;

.

Рис. 8. Расчетная схема механизма прикрытия крыла дозатора

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.9): — сопротивления срезанию слоев балласта щитом и поворотной частью, соответственно; - сопротивления, вызванные трением образующейся призмы волочения о поверхность балласта, действующие на щит и поворотную часть; - сопротивление, обусловленное трением балласта призмы волочения о поворотную часть при косом резании.

Рис. 9. Схема к расчету тяговых сопротивлений дозатора

Если спроектировать указанные составляющие на направление рабочего движения считая углы поворота справа и слева равными, и просуммировать их, то получим составляющую сопротивления движению электробалластера при работе дозатора, кН:

. (22)

Необходимо отметить что, поскольку выгрузка балласта перед дозировкой осуществляется на одну сторону пути, то силы сопротивления в крыльях будут разными.

Составляющие реакции балласта, связанные со срезанием слоя, определяются как произведение удельного сопротивления резанию на площадь срезаемой стружки, кН:

(23)

где:

— удельное сопротивление резанию (для песчаного балласта = 2*10^-3 кН/см², для гравия = 4.5*10^-3 кН/см², для щебня = 7.5*10^-3 кН/см²);

— толщины срезаемого щитом (= 0 — 15 см) и поворотной частью (= 10 — 15 см) слоя балласта;

— суммарная длина по контуру резания балласта поворотной частью, см.

В случае закрытого положения козырька:

(24)

где — длины режущих кромок подкрылка, крыла и корня, см.

Считая, что балласт выгружен с правой стороны для правого крыла получаем:

, ,

Для левого крыла:

.

Для щита:

.

Составляющие реакции балласта, связанные с перемещением призмы волочения:

; (25)

; (26)

где:

— высота призм волочения перед щитом и поворотными частями;

— угол естественного откоса балластного материала в движении (примем);

— плотность материала (для рыхлого щебня кг/см²);

— ускорение свободного падения, м/с²;

— коэффициент трения балласта о балласт (для щебня).

Получаем:

.

Составляющая реакции балласта, связанная с трением движущегося балласта вдоль поворотной части, кН:

(27)

где коэффициент трения балласта о крыло.

Получаем согласно 27:

.

Сопротивление движению электробалластера:

Суммарное сопротивление будет равно:

Тяговое усилие локомотива

6. Определение мощности привода механизма поворота крыла дозатора

Перед определения мощности привода необходимо определить силу приложенную к тяге механизма поворота крыла, и собственно силу приложенную к ползуну. Для этого воспользуемся расчетной схемой (см. рис.9). Достаточно рассмотреть силы, действующие в горизонтальной плоскости. Наибольшие усилия растяжения в тяге будут возникать когда крыло будет повернуто на максимально допустимый угол. в этом случае. Рассмотрим равновесие правого крыла дозатора, так как на него действуют наибольшие силы. Пусть продольная ось балластера будет осью x, а поперечная осью y. Составим уравнение моментов относительно точки А.

.

Откуда получаем

здесь:

Для проверки определим это усилие при другом значении угла. Пусть тогда из построений получим .

Так как значение силы стало меньше то оставляем в силе предыдущее ее значение. В проекции на ось ползуна, эта сила будет представлять собой усилие гидроцилиндра.

или

.

Предполагая, что балластная призма может иметь и меньший размер введем коэффициент несовершенства расчета увеличивающий значений полученного усилия гидроцилиндра, также необходимо учесть силы инерции возникающие при разгоне крыла и перемещаемого им балласта. В результате получим:

.

Поскольку очевидно, что гидроцилиндры поворота крыла будут наиболее нагруженными силовыми элементами система то рационально использовать для них отдельный гидромеханический привод, включающий в себя: два телескопических гидроцилиндра, гидрораспределитель, гидромотор, систему клапанов и фильтров.

Определим диаметр поршня гидроцилиндра

где:

— рабочее давление гидросистемы;

— КПД гидроцилиндра.

Определим расход жидкости в гидроцилиндре:

где:

— рабочая площадь поршня;

— скорость поршня

Поскольку в системе два гидроцилиндра то суммарный расход жидкости

Необходимая для работы цилиндров производительность насоса:

где:

— объемный КПД насоса;

— объемный КПД цилиндра;

— коэффициент, учитывающий потери в элементах системы.

Выбираем гидронасос аксиально-поршневой 3102.56, имеющий следующие характеристики:

Мощность электродвигателя потребная на привод гидронасоса:

Выбираем асинхронный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором 4А200М4У3 с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, имеющий мощность 37 кВт.

Гидропривод будет выполнен по открытой однонасосной гидравлической схеме. Основными элементами гидросхемы будут: масляный бак объемом не менее 10 л, оборудованный воздушным фильтром, маслоуказателем, линейным фильтром, запорным клапаном через который масло поступает к насосу, этот клапан предотвращает слив рабочей жидкости при отсоединенном рукаве, и клапаном сливной магистрали; гидрораспределитель с двумя золотниками.

Принцип действия гидросхемы следующий: из масляного бака масло поступает в аксиально-поршневой гидронасос, при переводе золотника гидрораспределителя в верхнее положение рабочая жидкость через гидрозамок поступает в полость гидроцилиндра, после чего происходит выдвижение штока гидроцилиндра и поворот крыла дозатора, при переводе золотника в среднее положение жидкость переходит на сливную магистраль, а шток гидроцилиндра удерживается в необходимом положении с помощью гидрозамка, который поддерживает постоянное давление в полости гидроцилиндра.

При переводе золотника в нижнее положение рабочая жидкость, начинает поступать в другую полость гидроцилиндра и происходит обратное движение штока гидроцилиндра.

Для предупреждения потери масла гидросистема должна быть снабжена перепускным и предохранительным клапанами.

7. Прочностные расчеты

Рассчитаем палец петлевого шарнира корневой секции дозатора.

Для этого определим реакции, действующие в шарнире при работе дозатора, для этого вернемся к расчетной схеме на рисунке 9.

Составим уравнение равновесия сил в двух проекциях.

здесь:

;

;

;

;

.

Суммарная реакция равна

Необходимо добавить что в вертикальной плоскости на корневую часть крыла действует изгибающий момент, для определения его точного значения необходимо знать закон распределения масс в крыле дозатора, который нам не известен, поэтому оценим этот момент ориентировочно как:

Рассмотрим расчетную схему петлевого шарнира (см. рис.10).

Рис. 10. Расчетная схема петлевого шарнира

Выполним проверку пальца шарнира на срез и смятие. Условие прочности при расчете на срез имеет вид:

где:

— расчетные касательные напряжения;

— площадь поперечного сечения пальца;

— диаметр пальца;

— срезающая сила;

— допускаемое напряжение;

— предел текучести для стали 40;

— коэффициент запаса прочности.

Получаем

условие прочности выполняется.

Условие прочности при расчете на смятие имеет вид:

Здесь

Получаем

условие контактной прочности выполняется.

Проведем расчет тяги поворота крыла дозатора. Тяга работает на чистое растяжение. Условие прочности при растяжении имеет вид:

Здесь:

— максимальное напряжение;

— угол наклона тяги в вертикальной плоскости в расчетном положении;

— площадь поперечного сечения тяги (для трубы)

— допускаемое напряжение для стали 03Х17Н14М3 ГОСТ 5632–72

Для расчета условие прочности удобнее представит в виде

где

.

Займемся подбором сечения сварной электротехнической коррозионностойкой трубы по ГОСТ 11 068–81. Расчет выполнен с помощью программы MathCad 2000. условию прочности удовлетворяет труба имеющая сечение 22×2.2, плошадью поперечного сечения 1170 мм².

8. Расчет балластера на устойчивость

При движении балластера по железнодорожному пути устойчивость его может быть нарушена вследствие действия боковых сил от рабочих органов, инерционных сил, ветровой нагрузки и пр. Электробалластер рассчитывается на продольную и поперечную устойчивости.

Поперечная устойчивость электробалластера определяется по формуле:

;

где М_уд — момент удерживающих сил;

;

Где G — масса машины Т; G = 84,2 т.

b — расстояние по осям рельсов, м.

М_опр — момент опрокидывающих сил.

М_опр = Q•h;

гдеQ — поперечная сила действующая на балластер, принимаемая равной Q = 0,4•G = 0,4•84,2 = 33,68 Т.

h — плечо силы приложенной в центре тяжести машины, м.

;

где ?М — сумма моментов от веса отдельных частей машины относительно головки рельса.

Подставляя значения h и Q получим:

;

отсюда:

следовательно сумма моментов от веса отдельных частей машины не должны превышать 114,6 Т•м. Отсюда высота центра тяжести машины не должна превышать:

Продольная устойчивость электробалластера проверяется относительно средней тележки по формуле:

;

Момент удерживающих сил:

;

Где G_II — масса II фермы электробалластера G_II = 24,2 т.

l — расстояние между 1 и 2 тележками l = 27 м.

;

.

Момент опрокидывающих сил:

;

Где Р_ш — усилие передаваемое от фермы 1 через шарнир ферме II.

G_bш — масса части фермы от т. в до шарнира ш; G_bш — 6,3 т.

;

Где G₁ — масса фермы I G₁ = 60 т;

Q_п — усилие подъема путевой решетки;

т;

подставляем в формулу Р_ш получим:

9. Определение стоимости машино-смены

Сметную стоимость машиносмены определяют по формуле

()

где:

— единовременные затраты;

— число смен работы машины на объекте;

— годовые затраты;

— число смен машин в году.

Единовременные затраты связаны с подготовкой машины к эксплуатации на объекте. Для путевых машин единовременные затраты в стоимости машино-смены не учитываются, т.к. они учитываются при определении стоимости единицы продукции. Годовые затраты включают амортизационные отчисления на полное восстановление и капитальный ремонт, а также отчисления на текущий ремонт:

()

где:

— расчетно-балансовая стоимость машины;

— годовая норма отчислений на реновацию;

— годовая норма отчислений на капитальный ремонт;

— годовая норма отчислений на текущий ремонт и тех. обслуживание.

Получаем:

Сменные, эксплуатационные затраты определяются по формуле

()

— затраты на заработную плату рабочим управляющим машиной;

— энергетические затраты;

— затраты на смазочные и вспомогательные материалы;

— затраты на сменную оснастку.

Затраты на заработную плату рассчитываются по формуле:

()

— продолжительность смены;

— коэффициент, учитывающий начисление на заработную плату;

— число разрядных групп в экипаже машины;

— часовая тарифная ставка рабочего i-того разряда;

— число рабочих i-того разряда в экипаже машины.

Экипаж электробалластера состоит из 3-х человек: машиниста, помошника машиниста и моториста эл. станции, имеющих разряды 6, 4, 5 и часовые ставки 0.79, 0.625, 0.702 соответственно. Согласно () получаем:

Стоимость энергозатрат определяют исходя из их расхода и стоимости учетной единицы. Стоимость электроэнергии

()

где:

— установленная мощность i-того электродвигателя;

— коэффициент спроса i-того электродвигателя;

— стоимость 10 кВт*ч электроэнергии

Получаем

Часовой расход топлива:

()

где:

1.03 — коэффициент учитывающий потери топлива на запуск и прогрев двигателя

— номинальная мощность двигателя;

— удельный расход топлива;

— коэффициент использования двигателя по мощности;

— коэффициент использования двигателя по времени.

Получаем:

Стоимость топлива:

здесь .

Тогда

Затраты на смазочные материалы:

здесь

— стоимость смазочных и вспомогательных материалов на 10 кВт расходуемой электроэнергии.

Годовые затраты на оснастку:

()

()

где:

— затраты на оснастку за срок службы машины;

— срок службы машины;

— стоимость одного комплекта оснастки;

— срок службы оснастки.

Сменная оснастка:

канат диаметром 44 мм, длиной 5 м, стоимостью 5*53.7=268.5 рублей;

канат диаметром 30 мм, длиной 8 м, стоимостью 8*48.6=388.8 рублей.

получаем .

Итого:

Сумма сменных текущих затрат:

.

Стоимость машино-смены:

.

Определим себестоимость единицы продукции. Для машин перемещаемых локомотивом работающих в течении всей смены:

()

где:

— стоимость одного часа аренды локомотива;

— сменная эксплуатационная производительность;

— скорость перемещения электробалластера с подъемом пути и дозировкой балласта;

— коэффициент учитывающий накладные расходы на затраты по эксплуатации машин.

Получаем:

10. Техника безопасности и охрана труда

Механизированное производство капитальных путевых работ представляет собой сложный комплексный процесс, при котором на сравнительно коротком протяжении сосредотачивается большое количество машин и механизмов, а также значительное количество машинистов и монтеров пути. В этих условиях очень важно обеспечить полную безопасность движения поездов и личную безопасность работающих.

При проведении работ на двухпутных и многопутных участках путевые машины ограждаются переносными сигналами остановки также и по соседним путям. К моменту пропуска поезда, идущего по соседнему пути, работа балластера и других машин, работающих в комплексе, должна быть полностью приостановлена.

При механизированном выполнении работ запрещается:

приступать к работе до ограждения участка работ в строгом соответствии с требовании ПТЭ и инструкцией МПС;

снимать сигналы, ограждающие место производства работ, до полного окончания работ, проверки состояния пути и соблюдения габарита;

работать машинами и механизмами, не прошедшими освидетельствования в установленные сроки инспекцией котлонадзора;

допускать машинистов к управлению машинами и механизмами при отсутствии у них на это специальных прав;

находиться на межпутье при пропуске поездов по соседним действующим путям;

перемещать машины в рабочей зоне и работать ими без команды руководителя, которая может быть подана только после проверки, что все рабочие находятся в безопасном месте.

Во время дозировки балласта электробалластером запрещается идти впереди или сзади крыльев дозатора. При движении электробалластера в рабочем состоянии не следует садиться или становиться на рабочие органы машины, а также переходить под ее фермой с одной стороны на другую. При зарядке и перезарядке электромагнитов, полюсные решетки следует очищать не рукой, а скребком с ручкой.

Приводить в движение рабочие органы машины можно после того, как рабочие отойдут на расстояние не менее 5 метров. Перед каждым движением рабочих органов или всей машины машинист должен подавать звуковой сигнал.

Струнки переносят для их зарядки или после работы в горизонтальном положении. Это особенно важно на электрифицированных участках, где расстояние от человека или предмета, который он держит, до контактного провода должно быть не менее 2 метров. Заряжаются струнки только после захвата поднятой путевой решетки цепями.

Большое внимание вопросам безопасности движения следует уделять на участках скоростного движения поездов, при этом особенно строго должны выполнятся требования ПТЭ, инструкции по сигнализации на железных дорогах и инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ.

Не менее строго надо следить за выполнением Правил по технике безопасности и производственной санитарии при производстве работ в путевом хозяйстве.