Путевые машины

ПУТЕВЫЕ МАШИНЫ предназначены для сооружения верхнего строения пути при строительстве и реконструкции ж. д., а также для выполнения всех видов работ при текущем содержании ж.-д. пути. Путевые машины применяют для ремонта земляного полотна, балластировки пути, очистки балластного слоя, замены элементов пути и стрелочных переводов, выправки пути и уплотнения балласта, сварки рельсов в пути, их шлифовки, транспортировки материалов и персонала, погрузки и выгрузки материалов, очистки и уборки снега и засорителей.

Содержание

Общие сведения

По способу выполнения работ различают машины тяжелого типа (несъемные) и легкого типа (съемные). Для рабочих органов и передвижения путевых машин используются следующие типы привода: гидравлический, пневматический, электрический, от двигателя внутреннего сгорания с механической передачей. В зависимости от ходового оборудования машины строят на железнодорожном, гусеничном, пневмоколесном или комбинированном ходу. Несъемные машины на ж.-д. ходу относятся к специальному подвижному составу, который делится на самоходный, имеющий автономный двигатель с тяговым приводом в транспортном режиме, и несамоходный (без тягового двигателя в транспортном режиме), включаемый в состав хозяйственных поездов.

Работы по текущему содержанию и ремонтам пути, связанные единой технологией, местом и временем производства отдельных операций, выполняются комплексом машин поточным методом. Использование комплексов машин позволяет сократить общее время закрытия перегона, уменьшить трудоемкость и улучшить качество работ, обеспечить повышение скоростей движения поездов после завершения работ. На отечественных ж. д. при производстве путевых работ применяют следующие комплексы: для ремонта и содержания водоотводных сооружений, обочин и междупутий; замены рельсошпальной решетки или стрелочных переводов; глубокой очистки щебня или замены материала балластной призмы; выправки и стабилизации пути.

Машины для ремонта земляного полотна

Машины для ремонта земляного полотна имеют активные (в виде роторов) и пассивные (в виде отвалов) рабочие органы. С их помощью выполняются работы по срезке и планировке поверхностей земляного полотна, очистке и нарезке водоотводных сооружений; машины с отвалами используются также в зимний период для очистки снега. Наибольшее распространение получили путевые струги различных конструкций, в т. ч. струги-снегоочистители (рис. 3.115, таблица l), и роторные машины СЗП-600, МНК-1 и КТМ. Путевой струг перемещается подталкиванием локомотивом, от которого поступает также сжатый воздух для пневматической системы управления рабочими органами.

Роторные машины перемещаются тяговым модулем (УТМ), от которого они также питаются электроэнергией. Машина СЗП-600 (рис. 3.116), в отличие от других роторных машин, имеет вагон сопровождения (ВП-1) для обслуживания рабочей бригады. Производительность машины 200 м3/ч; рабочая скорость до 3 км/ч; максимальный вылет ротора от оси пути 7,5 м; вылет плуга 5,5 м, экипаж комплекса 4 чел.

Машины для балластировки и подъемки пути

Машины для балластировки и подъемки пути предназначены для подъемки рельсо-шпальной решетки и формирования балластной призмы. Одной из первых машин, положивших начало механизации путевых работ в России, был балластер с пневмомеханическим приводом, созданный в 1930-х гг. На отечественных ж. д. в основном применяются более совершенные машины с электрифицированным приводом рабочих органов – электробалластеры, оборудованные подъемно-рихтовочным устройством и дозатором, позволяющие производить подъемку пути на балласт с одновременной дозировкой балласта, его планировкой, уплотнением и сдвижкой пути (рис. 3.117). Основные технические характеристики электробалластера ЭЛБ-3: высота подъемки пути 35 см, сдвиг пути 25 см, рабочая скорость 5-15 км/ч, масса 120 т, экипаж 2 чел.

Самоходные планировщики балласта ПБ (рис. 3.118) выполняют перераспределение балласта поперек и вдоль пути, а также очистку поверхности шпал и рельсовых скреплений от щебня. Транспортная скорость 80 км/ч; скорость при работе центральным плугом 20, боковым плугом – 6, подборщиком – 2 км/ч; максимальная ширина захвата центральным плугом 3,6, боковым – 6,4, подборщиком -2,6 м; мощность двигателя ок. 180 кВт; масса 30 т; экипаж 2 чел.

Специальный подвижной состав

Специальный подвижной состав служит для доставки материалов при формировании балластной призмы (хоппер-дозатор, рис 3.119) и отсыпке земляного полотна (вагон-самосвал, рис. 3.120), для перевозки и последующей выгрузки засорителей при работе машин для глубокой очистки щебня и ремонта водоотводов (рис. 3.121), а также для доставки рельсовых плетей к местам их укладки при создании бесстыкового пути.

Машины для очистки щебня и замены балласта

Машины для очистки щебня и замены балласта. Очистка щебня осуществляется машинами на глубину не менее 25 см под шпалой с погрузкой засорителей на специальный подвижной состав. С помощью этих машин можно также производить вырезку балласта для замены его на щебень. Все машины для глубокой очистки щебня имеют одинаковую принципиальную конструкцию и оснащены выгребной цепью и плоским двух- или трехъярусным грохотом. Схема одной из таких машин приведена на рис. 3.122; характеристики даны в таблице 2.

Машины для укладки путевой решетки

Машины для укладки путевой решетки. Замена рельсошпальной решетки или стрелочных переводов производится комплектом машин и оборудования. Поезд для замены решетки состоит из локомотива, укладочного крана УК-25/9-18 (рис. 3.123), платформ с роликовым конвейером и устройств для закрепления звеньев и самоходной моторной платформы МПД-2 (рис. 3.124) для передвижения хвостовой части и перетягивания пакетов звеньев (см. таблицу 3). Поезд для замены стрелочных переводов помимо локомотива и укладочного крана УК-25С включает комплект платформ для транспортировки блоков стрелочного перевода, часть из которых имеет поворотную раму для крепления блоков с длинными брусьями. При транспортировке рама приводится в наклонное положение, а при укладке блоков – в горизонтальное.

Рельсосварочные машины

Рельсосварочные машины (стационарные и передвижные) применяются для сварки рельсов и бесстыковых плетей на рельсосварочных предприятиях и непосредственно на перегоне (или стационарных путях) при ремонте и устройстве бесстыкового пути, удлинения плетей и т. п. Сварка осуществляется электроконтактным способом; основана на нагревании торцов свариваемых рельсов электрической дугой, создаваемой током большой силы и низкого напряжения. Передвижные рельсосварочные самоходные машины ПРСМ оборудованы контактно-сварочной головкой и монтируются на 4-осной платформе, на которой установлены 2 портальные рамы со стрелой (рис. 3.125). Мощность силовой установки 200 кВт; производительность до 10-12 свариваемых стыков в 1 час; масса 36,5-62 т.

Поезда для шлифовки рельсов

Поезда для шлифовки рельсов. Шлифование головки рельса производится для формирования ее поперечного профиля и ликвидации неровностей в профиле. Рельсошлифовальныйя поезд РШП состоит из тягового модуля и трех вагонов; оснащен измерительной и управляющей системой. Шлифование осуществляется абразивными кругами, которые могут устанавливаться под разным углом относительно поверхности головки рельса. Управление системой шлифовки производится бортовыми компьютерами по специальным программам. Основные характеристики шлифовального поезда РШП-48: число шлифовальных кругов – 48; мощность энергоустановки около 1300 кВт; мощность привода круга – 15-18 кВт; скорость движения в транспортном режиме – 80, при измерительной поездке – 10, в рабочем режиме – 4-8 км/ч; съем металла за проход 0,1-0,2 мм.

Машины для выправки пути и стрелочных переводов

Машины для выправки пути и стрелочных переводов. Машины для выправки пути предназначены для установки рельсошпальной решетки в заданное положение в плане (рихтовки), продольном профиле и по уровню. Выправка может осуществляться циклическим способом, когда за одну операцию подбивается одна или несколько шпал (машина ВПР-02); циклично-непрерывным, когда рабочие органы машины действуют циклично, а подвижной состав, на котором они смонтированы, движется непрерывно вдоль пути (машина Дуоматик, рис 3.126); непрерывным — рабочие органы машины перемещаются без остановки вдоль пути (машина ВПО-3-3000). Машины для выправки стрелочных переводов (ВПРС-02, Унимат) работают только циклами (рис. 3.127). Машины Дуоматик и Унимат оборудованы бортовой компьютерной контрольно-измерительной системой, позволяющей вести выправку пути в автоматическом режиме после измерительной поездки со скоростью 10 км/ч. В последние годы подобными системами оборудуются также машины ВПР-02 и ВПРС-02 Характеристики выправочных машин приведены в таблице 4.

Динамический стабилизатор пути

Динамический стабилизатор пути (рис. 3.128) служит для ускоренной и контролируемой по продольному профилю и уровню стабилизации ж.-д. пути после глубокой очистки балластной призмы и выправки. Динамический стабилизатор имитирует поездную нагрузку, воздействуя в виброобжимном режиме на балластную призму через рельсо-шпальную решетку; при этом происходит переупаковка частиц и уплотнение балласта. Рабочие органы стабилизатора состоят из виброблоков, снабженных ребордчатыми роликами и роликовыми захватами, удерживающими путевую решетку в заданном положении. Производительность 1-2 км/ч; степень уплотнения балласта (осадка пути за один проход по отношению к осадке после пропуска 1 млн. т груза) 60%; погрешность выправки пути по уровню ± 2 мм (в продольном профиле 1%), в плане – 3—5 мм; мощность дизеля 230 кВт; транспортная скорость 80 км/ч.

Машины для очистки пути от снега

Машины для очистки пути от снега делятся на снегоочистители и снегоуборочные. Наиболее распространены плуговые и роторные снегоочистители. Плуговой снегоочиститель представляет собой специальный вагон, лобовые части которого оборудованы снегоочистительными устройствами. Плуговые снегоочистители могут быть однопутными, отбрасывающими снег в обе стороны от колеи, и двухпутными, перемещающими снег в полевую сторону пути. На отечественных ж. д. в основном используются двухпутные снегоочистители СДП, имеющие следующие характеристики: глубина очищаемого слоя снега около 1 м; ширина захвата при раскрытых крыльях 4,95 м, при закрытых крыльях – 3,18 м; рабочая скорость до 70 км/ч; транспортная скорость 80 км/ч; длина по осям автосцепок ок. 18 м; масса 84 т.

Модернизированные снегоочистители СДП-М имеют усовершенствованную конструкцию переднего щита, позволяющую уменьшить время его перевода из рабочего в транспортное положение. Внизу щита над рельсами вместо ножей установлены тросовые щетки. Снегоочиститель СПУ-Н является универсальным и может работать в однопутном и двухпутном режиме. Для улучшения очистки межрельсового пространства в базе снегоочистителя установлен дополнительный плужок.

Роторные снегоочистители предназначены для расчистки глубоких заносов. Рабочими органами у них служат роторные устройства, которые срезают и захватывают снег лопастями с отбросом его в сторону от пути. На ж д в основном работают двух- и трехроторные, а также фрезерно-роторные снегоочистители (таблица 5). Трехроторные снегоочистители имеют один выбросной ротор и два ротора-питателя, расположенные один над другим, что позволяет увеличить высоту убираемого слоя снега Крылья снегоочистителя увеличивают ширину разрабатываемой траншеи при втором проходе. Во фрезерно-роторном снегоочистителе вместо роторов установлены одна над другой две фрезы со спиральными режущими элементами, которые подают снег на выбросной ротор.

Машины для очистки станций от снега оснащены устройствами для очистки, погрузки, накопления и выгрузки. Наибольшее распространение получили снегоуборочные поезда с головной машиной СМ-2 и их модификациями. Снегоуборочный поезд состоит из головной машины, которая производит очистку и погрузку снега, нескольких промежуточных вагонов, оборудованных транспортерами для накопления и передвижения погруженного снега, и концевого вагона с выгрузочным устройством. В качестве заборного органа машин СМ используется ротор-питатель с гибкими тросовыми или проволочными лопастями, наряду с ним на машине имеется ножевой забор. Для очистки снега на головной машине установлены крылья, оснащенные в нижней части вращающимися щетками. На головной машине имеется дизель-генераторная установка для питания всех рабочих органов и транспортеров снегоуборочного поезда. Машина также снабжена устройством для сколки льда. На концевом вагоне снегоуборочного поезда для выгрузки снега установлен выбросной транспортер. Кроме снегоуборочных поездов, на дорогах для очистки горловин применяют самоходные одновагонные машины СМ-5, в качестве выгрузочного устройства которых используется выбросной ротор.

Основные технические характеристики снегоуборочного поезда:

Подъемно-транспортные машины

Подъемно-транспортные машины. В качестве подъемно-транспортных машин на ж. д используются гл обр дрезины и мотовозы, оборудованные крановыми установками В путевом хозяйстве в настоящее время основной парк этой техники составляют дрезины ДГКУ и погрузочно-транспортные мотовозы МПТ-4 и МПТ-6 (рис 3.129, таблица 6).

Машины для замены шпал в пути

Работами по ремонту и планово-предупредительной выправке пути предусмотрена замена негодных шпал новыми. В зависимости от условий расход деревянных шпал при ремонте может составить от 3 до 600 новых деревянных и от 3 до 22 железобетонных шпал на 1 км пути. Технология замены шпалы предусматривает удаление части балласта для освобождения пространства, разборку рельсовых скреплений с отделением шпалы от рельсов, вытягивание старой шпалы на обочину пути, установку новой шпалы, ее закрепление, подсыпку и подбивку балласта. Для механизации комплекса этих трудоемких операций использовались машина МСШ-1 на базе грузовой дрезины АГМ У , шпалозаменяющий комплекс КШЗ, универсальные машины для смены шпал МСШУ-3 и МСШУ-4 и др. ОАО Истьинский машиностроительный завод по проекту ЦКБпутьмаш производит универсальную машину для смены шпал МСШУ-5 (рис. 8.13).

Экипажная часть машины включает сварную раму 6, которая опирается на две приводных колесных пары 9 диаметром 710 мм, и имеет автосцепки 11, что дает возможность транспортировать машину дрезиной или локомотивом. Силовой агрегат 1 (дизель Д-245) мощностью 77 кВт обеспечивает энергетические потребности машины при работе и транспортировании своим ходом со скоростью до 60 км/ч. Привод 10 колесных пар – гидромеханический, позволяющий плавно регулировать скорость движения машины. В передней части располагается кабина управления 3. Машина универсальная, поэтому оснащается постоянным и сменным рабочим оборудованием.

В передней части расположен поворотный на 190° в плане гидравлический манипулятор, на который навешивается сменное рабочее оборудование в соответствии с выполняемыми машиной технологическими операциями. Вылет стрелы манипулятора составляет 0,9 – 5,2 м. При использовании машины по основному назначению манипулятор оборудуется захватом для шпалы с ее фиксированием по четырем поверхностям. Кинематическая схема механизма манипулятора позволяет выполнять вытягивание старой и установку новой шпалы по горизонтальной траектории, что позволяет избегать отрывания балласта в смежных шпальных ящиках. Машина оснащается также подъемно-рихтовочным агрегатом 7 с опорой на балласт и рельсовыми захватами, поэтому может производить выправку пути. Вместо шпального захвата может быть установлен подбивочный блок, ковш, грейфер, устройство для скашивания растительности, щетка для обметания поверхности шпал от балласта, роторное снегоочистительное устройство. Машина может быть использована в качестве источника электроэнергии для внешних потребителей.

Для перевозки к месту работ со скоростью до 100 км/ч две машины могут быть погружены на специализированный состав, состоящий из вагона для перевозки машин, платформы для перевозки шпал и погрузочно-транспортного мотовоза МПТ-4.

Производительность машины при смене шпал 35 шп/ч, при подъемке 300 м/ч и при рихтовке 400 м/ч, на балластно-земляных работах 12 м 3 /ч.

Механизация укладки и ремонта бесстыкового

Пути

Широкое внедрение бесстыкового пути на железных дорогах ОАО «РЖД» позволяет гарантировать плавное движение поездов со значительным уменьшением динамических нагрузок, снижение сопротивлений движению поездов на 4-6%, что позволяет экономить топливо и ресурсы, уменьшение износа пути и подвижного состава. Такая конструкция пути является единственной альтернативой для скоростного движения на железных дорогах.

Для ремонтов и текущего содержания бесстыкового пути используются специализированные путевые машины:

– машины и комплексы для замены и укладки бесстыкового пути, а также для смены канта рельсов (замены правой бесстыковой плети на левую);

– машины для закрепления и смазки закладных и клеммных болтов (моторные гайковерты ПМГ, СДГ-0,6). Эти машины одновременно производят разрядку напряжений;

– машины для введения бесстыковых плетей в заданный температурный режим путем их нагрева. Для каждой климатической зоны и области РФ установлен допустимый температурный диапазон укладки и закрепления плетей;

– механизмы для растяжения бесстыковых плетей путем приложения к ним продольных растягивающих усилий с помощью мощных гидравлических цилиндров. Эти устройства начали выпускаться в последнее время (натяжители рельсовых плетей НРП-63-05; НРПЭ-63-05);

– оборудование для сварки рельсов: – машины для сварки рельсов в длинномерные плети в пути (машины семейства ПРСМ: ПРСМ-2,…, ПРСМ-6); – стационарное оборудование, формирующее поточные линии по контактной сварке рельсов с необходимой дополнительной обработкой и контролем сварных стыков. Таким оборудованием оснащены предприятия путевого хозяйства, называемые рельсосварочными поездами (РСП); – оборудование для алюминотермитной сварки рельсов в пути.

– машины и оборудование для шлифовки рельсов и сварных рельсовых стыков, можно выделить: – станки для шлифовки рельсов и стрелочных переводов; – рельсошлифовальные вагоны и поезда (выпускается на филиале ОАО «РЖД» КЗ «Ремпутьмаш» рельсошлифовальный поезд РШП-48), RR-16; – стационарное оборудование РСП для шлифовки сварных стыков.

Ниже рассмотрены примеры конструктивных схем некоторых машин и технологий с их использованием.

8.4.1. Работа рельсовых плетей в пути

В конструкции бесстыкового пути применяются рельсовые плети длиной 500 – 2000 м до длины блок-участка (участка между двумя светофорами на линиях, оборудованных автоматической блокировкой движения поездов) или даже до длины перегона при кодовой блокировке. Рельсовые плети длиной от 440 до 800 м изготавливаются электроконтактной сваркой. Минимальная длина рельсовой плети установлена 350 м. Между рельсовыми плетями укладываются уравнительные пролеты, представляющие собой короткие отрезки звеньевого пути, состоящие из 4-х пар уравнительных рельсов по 12,5 м каждый. Плети и уравнительные пролеты соединяются между собой болтовыми стыками с шестидырными накладками (рис. 8.14, а). Стыки позволяют компенсировать температурные изменения длины плетей. При эксплуатации выполняется сезонная разрядка напряжений в плетях и замена укороченных рельсов. На скоростных линиях за рубежом используются специальные компенсирующие устройства.

В свободном состоянии рельсовая плеть, уложенная на ролики или прокладки, под воздействием изменения температуры изменяет свою длину. Удлинение (укорочение) рельса длиной L₀, как свободного стержня (рис. 8.14, б), определяется по формуле:

(8.32)

где L₀, L_Dt – длина рельса (рельсовой плети) в свободном состоянии до и после температурного удлинения, м; a – коэффициент линейного расширения рельсовой стали, a=0,0000118 град -1 ; Dt – изменение температуры, о С.

В реальных условиях изменение длины сварной рельсовой плети происходит по более сложной зависимости, учитывающей стыковые и погонные сопротивления [6]. До преодоления стыкового сопротивления R_c накладок (для рельсов Р65 R_c=100 кН) перемещение концов плети отсутствует. Если концы плети зафиксированы, то при повышении температуры на Dt происходит рост продольных температурных сил и напряжений:

(8.33)

где E – модуль упругости рельсов стали, Е=21_*10 4 МПа (в расчетах принимают aЕ=250 Н/см 2 ); e= l/L_о – относительное удлинение плети.

Температурная сила и опорные реакции на концах закрепления рельсовой плети к моменту преодоления сопротивления в накладках:

(8.34)

где F – площадь поперечного сечения рельса, см 2 .

В условиях эксплуатации средняя часть рельсовой плети неподвижна, а концы плети подвергаются температурным смещениям, эти концы называются «дышащими». Сопротивление продольному смещению плети зависит от степени затяжки болтовых соединений, сопротивлений продольному смещению шпал в балласте и др. Принимая условно, что погонное сопротивление пути характеризуется величиной r_п (для рельсов Р65 r_п=0,08 кН/см). Очевидно, что смещение плети прекратится в том месте на расстоянии l_к от конца плети, где накопленное на указанной длине общее сопротивление станет больше усилия температурной деформации плети. Предельный случай соответствует равенству:

(8.35)

После преобразований с учетом (8.34) получим длину «дышащего» участка плети:

(8.36)

Выражение показывает, что длина участка рельсовой плети, лежащей в пути, зависит от разности фактической температуры и температуры, при которой укладывалась плеть (температура закрепления) и погонного сопротивления продольному сдвигу плети. Для рельсов тяжелых типов, у которых площадь поперечного сечения больше, необходимо обеспечивать большее погонное сопротивление продольному сдвигу, т.е. применять скрепления, исключающие продольные смещения рельсов, тяжелые типы шпал и тяжелый балластный материал, увеличить поперечную устойчивость РШР уплотнением плечеоткосных зон балластной призмы.

В средней части плети L – 2l_к, которая не смещается в продольном направлении при изменении температуры, возникают максимальные усилия, это температурно-напряженный участок. Величина продольных сил на этом участке определяется уравнением (8.34) и дополнительными силами от поездов:

(8.37)

где F – площадь двух рельсов, см 2 ; s_гп – нормальные напряжения в кромках головки (при сжатии) и подошвы (при растяжении) рельса, МПа; [s] – допускаемые напряжения (для новых термоупрочненных рельсов [s]=400 МПа); k_зап – коэффициент запаса (1,3 – для новых; 1,4 – старогодных).

Наиболее опасными, с точки зрения безопасности движения поездов, являются сжимающие усилия. При потере поперечной устойчивости РШР возникает выброс пути, т.е. путь смещается в сторону от оси. Выброс может иметь место под поездом или при производстве путевых работ. Безопасная работа путевых машин – ЩОМ, ВПО, ВПР, ДСП, связанная с нарушением балластного слоя и рельсовой колеи, регламентирована специальной инструкцией. Приравнивая формулы (8.34) и (8.37) можно найти Dt_пр – предельное допускаемое понижение (при растяжении) или превышение (при сжатии) температуры рельса по сравнению с температурой закрепления, при котором обеспечивается предельная устойчивость бесстыкового пути:

(8.38)

Зная температуру окружающей среды в момент укладки t_тек и температуру закрепления t_зак плети и, исходя из неравенства

(8.39)

решается вопрос о возможности укладки плети и выбора технологии в зависимости от конкретных условий.

8.4.2. Механизация транспортировки, укладки и

перекладки рельсовых плетей

Укладка бесстыкового пути производится в два этапа: 1—й – производится укладка звеньевого пути на железобетонных шпалах с инвентарными рельсами длиной 12,5 и 25 м укладочными кранами УК-25/9-18. После стабилизации участка пути машинами и поездной нагрузкой не менее 1 мил. т груза брутто производится замена инвентарных рельсов на плети бессыкового пути с использованием дополнительного оборудования – это 11-й этап работ. Для укладки или смены длинномерных рельсовых плетей выполняются последовательно путевые работы: укладка инвентарного звеньевого пути; выгрузка в междурельсовое пространство длинномерных плетей; выправка и частичная стабилизация балластного основания; снятие инвентарных рельсов с их погрузкой на подвижной состав; надвигание плетей на освободившиеся подкладки с их закреплением. По некоторым технологиям производится сварка плетей друг с другом вплоть до длины перегона.

Погрузка плетей длиной до 800 м с технологической линии рельсосварочного поезда, их перевозка к местам укладки, выгрузка на перегоне, или погрузка старых плетей для транспортирования на базу или на малодеятельные участки выполняется рельсовозными составами РС-800/1-П, РС-800/1-М и др. Рельсовозный состав СПУ-800/1-П состоит из 59 4-осных подвижных единиц, оборудованных специальными устройствами, перемещается локомотивом 1 (рис. 8.15). Оборудование платформ включает роликовый транспортер с 12 ручьями для рельсовых плетей. Платформа имеет по три ряда роликов с ребордами. Платформа № 1 оборудуется устройством 2 для закрепления плетей болтами за стыковые отверстия. Платформы 7 (№ 50 – № 56) оборудуются подтягивающим устройством, которое позволяет с шагом 42 м перемещать плети попарно вдоль состава и перемещать короткие плети, расположенные на 2-м и 3-м ярусах. Платформы 8 (№ 53) и 9 (№ 57) оборудуются помещениями для обслуживающего персонала, а платформа 10 (№ 58) – дизель-электрическим агрегатом типа АД100-Т400-РПМ2 для питания электроприводов устройств состава.

На платформе 11 (№ 59) устанавливается консольный поворотный кран 12 с электрической талью 13 грузоподъемностью 3,2 тс. С помощью крана производится погрузка и выгрузка опорных направляющих тележек 12, 13 для рельсовых плетей и манипулирование их концами для направления в ручьи роликов. На платформе 10, кроме того, смонтированы устройства для направления концов плетей в требуемые ручьи роликов при укладке и погрузке плетей.

При укладке плетей их передние концы попарно отсоединяются от устройства 2, а задние концы закрепляются стяжками за рельсы уложенного пути. Состав движется вперед для скатывания плетей. При погрузке рельсы направляются в ручьи краном. Состав движется в обратном направлении. В конце погрузки плети перемещаются вдоль состава подтягивающим устройством и закрепляются. При использовании двух направляющих тележек 15 может за один проход производиться выгрузка плетей на подкладки шпал с одновременным направлением старых плетей в междурельсовое пространство. В этом случае производятся дополнительные операции по разборке скреплений старого пути и сборке скреплений нового пути.

Для замены инвентарных рельсов на длинномерные плети используется также укладочный кран УК-25/9-18 (рис. 8.16). В этом случае краном 2 снимаются укороченные рельсы 4, которые подвешиваются на специальных захватах 5. Из рельсов и поперечин формируются пакеты, перетягиваемые от крана на состав из платформ с роликовыми транспортерами. К автосцепке крана через вставку и тросы 3 прицепляются салазки 6. Салазки (рис. 8.17, б) имеют полозья 1, устанавливаемые на подкладки шпал и направляемые ребордами подкладок при движении. Корпус рамной конструкции сварен из балок 2, 3. На поперечинах установлены ряды наружных 4 и внутренних 5 роликов. Наружные ролики используются для направления новых плетей на подкладки (рис. 8.17, а), а внутренние ролики – для направления старых плетей в междурельсовое пространство при перекладке плетей. В случае снятия инвентарных рельсов краном (см. рис. 8.16) ролики 5 не используются.

Стоимость приобретения новых рельсов составляет 24-28% стоимости капитального ремонта пути, поэтому продление срока службы рельсов это одна из главных задач ресурсосберегающих технологий ремонта и текущего содержания пути. Вследствие взаимодействия колесных пар подвижного состава и рельсов наиболее интенсивно изнашивается внутренний кант головки рельса, особенно в кривых. Внешний кант изнашивается меньше. Исследованиями ВНИИЖТ установлено, что при интенсивности износа 2-3 мм на 100 млн. т пропущенной нагрузки от поездов опасные контактно-усталостные повреждения рельсов не успевают накапливаться. Поэтому после оценки состояния рельсовых плетей и контроля дефектоскопами допускается их перекладка с заменой рабочего канта.

Замена рабочего канта производится комплексом УППВ-1 (рис. 8.18, а), который включает локомотив 8, салазки 2 и 4, связанные с локомотивом тросовыми растяжками 3 и 5. Передние салазки (рис. 8.18, б) служат для плавного приподнимания рельсовых плетей на роликах 2 и 6. Задние салазки (рис. 8.18, в) имеют ролики 1 и 6, расположенные друг относительно друга со смещением по уровню 200 мм. Этого достаточно для пропуска одного рельса над другим. При непрерывном движении комплекса локомотивом 8 (а) и разборке и сборке рельсовых скреплений правая и левая плети перестанавливаются. Погрузочно-транспортный мотовоз 1 позволяет выполнять операции по зарядке и разрядке устройств комплекса. Комплекс позволяет надежно работать в кривых радиусом свыше 1200 м. В этом случае из-за разности длин наружной и внутренней плетей происходит одновременно их продольное скольжение по подкладкам, поэтому технологией предусматривается установка дополнительных опор скольжения или качения на каждой 15-й шпале.

Салазки оснащаются откидными роликами, например 8 (в) для их транспортирования по пути, или могут транспортироваться на подвижном составе.

8.4.3. Тяговый расчет рельсовозного состава

При выгрузке (погрузке) длинномерных рельсовых плетей из состава происходит косой изгиб рельсов в вертикальной и горизонтальной плоскости. Возникающие при этом изгибные напряжения не должны вызывать остаточные пластические деформации в рельсах. С другой стороны изгиб приводит к дополнительным нагрузкам на элементы конструкции и в ряде случаев обусловливает дополнительные сопротивления движению. Для их определения требуется провести сложный анализ упругой линии изгиба рельсов. В качестве примера рассмотрим сопротивления движению состава, возникающие в начальный момент стягивания двух выгружаемых плетей, когда их концы находятся на составе (см. рис. 8.15). В этой случае локомотивом преодолевается сопротивление движению состава по пути W_с, кН (см. п. 2.8) и сопротивление W_р, кН, связанные с качением плетей по роликам ручьев. Последнее сопротивление:

(8.40)

где q – погонный вес рельса, Н/см; l_п – длина рельсовой плети, см; m₁ – коэффициент трения качения ролика, m₁ = 0,04 – 0,06 см; f – коэффициент трения в подшипниках качения ролика, f = 0,02; d – приведенный диаметр подшипника ролика, см; D – диаметр поверхности качения ролика, см; b – коэффициент, учитывающий трение реборд роликов, b = 1,5 – 1,8; K_и – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению плетей вследствие их изгиба на концевых платформах и при нахождении состава в кривой, K_и = 1,1 – 1,2.

Если по технологии производства работ требуется производить замену старых плетей на новые с помощью салазок, то возникают дополнительные сопротивления движению, связанные со скольжением полозьев по рельсовым подкладкам. Максимальные сопротивления возникают при одновременном вывешивании на роликах салазок четырех плетей (см. рис. 8.17, а) при свободном вывешивании рельсовых плетей (см. п. 5.4), кН:

(8.41)

где E – модуль упругости рельсовой стали, Н/см 2 ; I_x – момент инерции одного рельса относительно горизонтальной оси инерции, см 4 , H_в1, H_в2 – высоты вывешивания внутренним и наружным рядами роликов, см.

Сила сопротивления движению салазок по подкладкам при вывешенных рельсах, кН:

(8.42)

где f – коэффициент трения полозьев по подкладке, с учетом возможного загрязнения поверхностей, f = 0,15.

Общее сопротивление движению состава при выгрузке рельсов определяется путем суммирования сопротивлений в сочетании, соответствующем расчетному случаю.

8.4.4. Технологический комплекс для ремонта

скреплений (системы Матвеенко)

Технологический комплекс механизмов предназначен для выполнения работ по полной замене клеммных и закладных болтов и упругих элементов старогоднего бесстыкового пути со скреплениями типа КБ на перегоне. Комплекс содержит восемь самоходных машин на железнодорожном ходу, которые имеют механизмы и устройства для выполнения технологических операций. Комплекс доставляется к месту работ в трех переоборудованных крытых цельнометаллических вагонах локомотивом. Головной вагон оборудован аппарелью для погрузки и выгрузки машин. Подъем и опускание аппарели производится механизмом, а перемещение машин – лебедкой. Питание электродвигателей машин комплекса производится от самоходного источника питания ИП-2 – дизель-электрического агрегата переменного тока мощностью 50 кВт. Рабочая скорость передвижения самоходных механизмов 1000 м/ч. Производительность комплекса составляет 300 – 500 погонных метров пути за 8 часовое «окно». Персонал комплекса насчитывает 22 – 28 человек.

8.4.5. Рельсоочистительные 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.

Схема действия струи воды высокого давления при удалении засорителей из-под подошвы рельсов показана на рис. 8.19. Качественная очистки рельсов и скреплений (грязь срезается полностью) достигается при направлением струи воды к вертикали под углом от 70° до 80°.

Рельсоочистительная машина РОМ-3М (рис. 8.20) предназначена для очистки струями воды боковой поверхности рельсов и скреплений от грязи и засорителей, а также для удаления засорителей из-под подошвы рельсов в шпальных ящиках при текущем содержании пути и перед проведением ремонта пути. Машина включает в себя самоходный 2-осный агрегат с приводом на обе оси и четырехосную цистерну 60 м 3 с антикоррозионным покрытием внутренней поверхности для обеспечения жидкостью (техническая вода) рабочих органов. На раме машины установлены дизель-генераторный блок (У36М) мощностью на 200 кВт переменного тока, два трехплунжерных насосных агрегата ЭНА-ПТ-2-16/160 (производительностью 16 м 3 /ч) мощностью по 90 кВт, кабина управления и тележка с рабочими органами (гидромониторами).

Между кабиной и дизель-генератором установлены компрессор, обеспечивающий воздухом системы машины, насосная станция, подающая воду под давлением до 160 МПа к гидромониторам и система охлаждения выпрямителей тяговых двигателей. Под передней консолью рамы подвешена тележка с гидромониторами, представляющие собой сварную телескопическую конструкцию, предназначенную для размещения водоструйных гидромониторов и вписывания в кривую минимального радиуса. Подъем и опускание тележки осуществляется при помощи двух пневмоцилиндров.

При давлении струй воды от 6 до 10 МПа, скорости движения 3 км/ч и диаметре насадки Ж5 мм срезается слой грязи до 30 мм с подошвы, боковой поверхности шейки и головки рельса полностью. При давлении струй воды от 10 до 16 МПа, скорости движения 0,7-1,0 км/ч и диаметре насадки Ж7 мм из-под рельсов удаляется балласт с засорителями на глубину до 70 мм. Для уменьшения засорения соседнего пути у рабочих органов установлены отбойные щитки. Если засорители выше подошвы рельсов, то сначала пропускают снегоуборочную машину со щеточным рабочим органом.

Машина РОМ-4 (рис. 8.21) предназначена: для очистки наружных боковых поверхностей рельсов и скреплений от слоя загрязнителей не более 35 мм, лежащих не ниже уровня подошвы рельсов; удаления засорителей из-под подошвы рельсов в шпальных ящиках с образованием зазора между подошвой рельса и балластом не менее 70 мм; нагрева длинномерных рельсовых плетей и уничтожения сорной растительности перегретым паром (табл. 8. 2).

8.4.6. Машины и оборудование для контактной сварки

рельсов, термитная сварка рельсов

Сварка плетей длиной до 800 м из укороченных стандартных рельсов длиной 25 м и их погрузка на рельсовозный состав производится в стационарных условиях рельсосварочными предприятиями (РСП) железных дорог. Вместе с тем, при внедрении кодовой сигнализации длина плети может доходить до длины перегона, поэтому она сваривается в пути из сегментов – выгружаемых плетей. Сварка укороченных рельсов на станциях в плети также производится на месте укладки. Для выполнения сварочных работ в пути применяются путевые рельсосварочные машины ПРСМ-3, ПРСМ-4, ПРСМ-5 прежних выпусков, которые оборудуются подвесными рельсосварочными машинами (головками) – К-355А-1 с АСУ «Контакт-1», К900А-1, К922-1 и др. В их комплект входит силовой шкаф электрооборудования и насосная станция гидросистемы. Осваиваются многофункциональные машины ПРСМ-6, которые оснащены современной отечественной рельсосварочной машиной МСР-800.1 ЗАО «Псковэлектросвар». Машины ПРСМ позволяют сваривать рельсы методом контактной сварки при непрерывном оплавлении с площадью поперечного сечения 6400 – 12000 мм 2 (рельсы Р-50, Р-65, Р-75). При сварке рельсовых плетей в плети длиной до перегона и создания необходимой осадки при сварке машины могут развивать подтягивающее усилие до 1000 – 1200 кН. Номинальный вторичный ток составляет 21 – 22 кА. Мощность привода при сварке 200 – 220 кВт.

Путевая рельсоварочная машина ПРСМ-6 (рис. 8.22) имеет экипажную часть, состоящую из рамы 23, ходовых тележек 22 с одной приводной колесной парой, тормозного оборудования 24, автосцепок 17 и дизель-электрической установки 2 типа ДЭУ-200.1 мощностью 280 кВт. В раме имеется продольный проем с роликовыми транспортерами 21, имеющими четыре роликовых ручья, что позволяет включать машину в технологическую цепь рельсовозного поезда и при оборудовании смежной платформы сварочным постом производить сварку плетей на ней. Расстояния между осями крайних ручьев 1600 мм, что позволяет выгружать плети на рельсовые подкладки, а между осями внутренних ручьев – 860 мм для выгрузки плетей в середину пути. Управление машиной в рабочем и транспортном режимах производится из передней 9 и задней 1 кабин. Кроме того, для управления рабочим процессом перемещения подвесной сварочной машины 17 типа МСР-800.1 с помощью манипулятора 12 и сварки предусмотрены дополнительные боковые и выносные пульты. При работе машины открывается передняя торцевая стенка капота 16.

В среднем отсеке машины под капотом расположен шкаф 5 электрооборудования, агрегат 7 для охлаждения водой сварочной машины и индуктора термообрабатывающего модуля, компрессор 6 и гидрооборудование 8 привода рабочего оборудования, включая и сварочную машину. Машина оснащается подтягивающим устройством 19 с тяговым усилием 30 кН, достаточным для подтягивания укороченных свариваемых рельсов. Учитывая повышенные требования к качеству и надежности сваренных стыков, машина дополнительно имеет пресс 10 типа ПМС-320 для испытания пробных сварных стыков из кусков рельсов. Необходимый режим нормализации сваренного стыка с последующей закалкой головки рельса обеспечивается установкой индукционного нагрева 11.

Манипулятор (рис. 8.23) предназначен для установки передвижной сварочной машины 9 в рабочее положение на свариваемую плеть и в транспортное положение на поворотную платформу 4. Поворотная платформа установлена на раме 6 машины через роликовый опорно-поворотный круг 2 и поворачивается в плане на угол 14° в обе стороны для относа сварочной машины от оси пути и ее установки на свариваемую рельсовую плеть. Поворот платформы осуществляется гидроцилиндром 3. Механизм продольного перемещения сварочной машины включает нижнюю 5 и верхнюю 8 рамы, соединенные друг с другом и с платформой шарнирами и тидроцилиндрами 1 и 7.

Привод рабочего оборудования машины ПРСМ-6 (подвесной сварочной машины, манипулятора, подтягивающего устройства и испытательного пресса) гидравлический. Он включает насосную станцию НС1 (рис. 8.24) для питания механизмов ПРСМ-6 и сварочной машины СГ1 (сварочной головки), а также насосную станцию НС2 для испытательного пресса (не показана). Распределителем Р7 включаются в работу механизмы манипулятора, подтягивающего устройства и подъема торцевой стенки капота. Для поддержания давления 16 МПа при работе механизмов и разгрузки насосной станции НС1 при паузах в работе служит предохранительный клапан КП1 с электрогидравлическим управлением. Управление гидроцилиндрами производится соответствующими распределителями Р1 – Р6 с управлением от электромагнитов, а регулирование скорости выдвижения штоков – дросселями с обратными клапанами ДР1 – ДР6.

При повороте нижней рамы 45 (см. рис. 8.23) с подвешенной сварочной машиной наблюдается переход через ее вертикальное положение с изменением направления нагрузок на штоки цилиндров Ц1, Ц2. Чтобы предотвратить рывки в работе механизма, используются тормозные клапаны КТ1 и КТ2, поддерживающие необходимые минимальные давления, препятствующие резкому движению штоков при изменении нагрузки.

При работе гидросистемы сварочной машины (сварочной головки) СГ1 распределитель Р7 отключает работу манипулятора и подтягивающего устройства.

Наибольшее распространение на сети дорог имеют машины ПРСМ-4 (рис. 8.25). Экипажная часть машины – двухосная, состоящая из рамы 7 с приводными колесными парами 9, автосцепок 6 и тормозной системы 8. Рабочее оборудование включает манипулятор 2 с подвесной рельсосварочной машиной и подтягивающее устройство 11 рельсов при сварке с усилием 3 т. Манипулятор позволил увеличить зону обслуживания.

Машина ПРСМ-5 по сравнению с машиной ПРСМ-4 имеет отличия: применено тиристорное управление тяговыми электродвигателями для бесступенчатого регулирования скорости передвижения в транспортном режиме, конструкция переднего капота позволяет производить работы в тоннелях, установлена специальная технологическая оснастка, позволяющая при сварке рельсошпальных решёток с железобетонными брусьями подтягивать звено без раскрепления рельсов. На машине устанавливается рельсосварочная головка К-900 или К-922, позволяющая контролировать качество сварного шва.

Рельсосварочные машины дополнительно оборудуются устройствами для снятия грата, шлифовки наружной поверхности стыка и средствами ультразвуковой дефектоскопии стыков, предусмотрена возможность индукционной термообработки сварных стыков с обеспечением требуемого качества металла сварного шва. Технические характеристики машин приведены в табл. 8.2.

Технические характеристики рельсосварочных машин

Параметры	ПРСМ-4	ПРСМ-5	ПРСМ-6
Число свариваемых стыков в час	до 12	до 12	до 10
Мощность дизель — энергетической установки, кВт
Максимальная транспортная скорость, км/ч
Максимальная масса прицепного состава, т
Минимальный радиус проходимых кривых, м
База машины, мм
Общее число осей, шт.
Число приводных осей, шт.
Диаметр колеса, мм
Масса машины, т	36,5
Длина по осям автосцепок, мм

В путевом хозяйстве широко используется также алюминотермитная сварка рельсов (рис. 8.26). Работы по сварке производятся на закрытом для движения поездов перегоне. При подготовке рельсов к сварке удаляется мазут и смазка со свариваемых поверхностей, стыковой зазор между торцами рельсов устанавливается размером 24–26 мм. Затем делается предварительное возвышение концов рельсов с помощью клиньев на 1–1,5 мм с целью компенсирования усадки сварного шва, для чего освобождаются болты промежуточных рельсовых скреплений не менее чем на трех шпалах в каждую сторону от стыка. Далее на стык устанавливаются литейные полуформы 4 и закрепляются. Зазоры в полуформах промазываются уплотняющей огнеупорной формовочной смесью, затем прогревают концы рельсов кислородно-пропановой горелкой. Длительность подогрева определяется профилем рельсов и применяемой технологией сварки и составляет примерно 2–8 мин [6].

После завершения предварительного подогрева стыка горелка снимается, над полостью формы устанавливается стойка комбинированная 1 и размещается на ней тигель с литниковым запором 2 с порцией термита (22,3 % порошкообразный алюминий и 77,7 % железной окалины – Fe₃О) и вводится высокотемпературный запал (спичка). Через несколько секунд, по мере прохождения реакции восстановления (до температуры плавления 3000 о С), и легирования железоуглеродистого сплава, запорное устройство тигля автоматически открывается, и жидкий металл заливается в форму по сечению рельса. Масса термитной порции зависит от применяемой сварочной технологии, типа рельсов и их твердости. Для протекания процесса кристаллизации металла сварного шва требуется 3 – 4 мин. Избыточный металл и шлак выливаются в специальные ковши 3, имеющиеся у сварочной формы.

Освобожденный от полуформ сварной стык обрабатывается сначала вручную, затем механизированным способом путем срезки грата и литников по поверхности катания и боковым граням головки рельса в горячем состоянии. Необходимое технологическое оборудование для термитной сварки рельсов, расходные материалы и обработки стыков: станки обрезные гидравлические СОГ-1, шлифовальные СШГ-1, рельсорезные СР-1 и др. разработаны и поставляются отечественной фирмой «СНЕГА». Для нормализации металла сварные стыки рельсовых элементов стрелочных переводов путей 1–3-го класса подвергаются нагреву подошвы рельсов газопламенными горелками. После этого производится в два этапа механическая обработка сварного стыка по поверхности катания и боковым граням головки рельса абразивным инструментом. Окончательная шлифовка производится после остывания стыка. После первого этапа грубой шлифовки допускается пропуск поездов по стыку со скоростями до 25 км/ч.

Для проведения сварки в тоннелях и метрополитенах применяется специальное оборудование для отсасывания газов, выделяющихся при сварке, с фильтром для очистки воздуха. На сварочное устройство устанавливаются защитные экраны, которые препятствуют разлетанию искр, возникающих при сварке. Весь сварочный цикл выполняется в течение 40 мин, а сам процесс сварки занимает не более 25 мин. Требования для сварных стыков стрелочных переводов, лежащих на путях со скоростями движения свыше 120 км/ч аналогичны сварке рельсовых стыков пути; прогиб вниз (седловины) в сварных стыках не допускается.

Твердость металла в зоне сварных стыков должна соответствовать твердости металла прокатных рельсов. Качество сварки стыков контролируется ультразвуковыми дефектоскопными средствами.