Путевые машины

Путевы́е маши́ны — специальный подвижной состав, предназначенный для сооружения верхнего строения пути при строительстве и реконструкции железных дорог, а также для выполнения всех работ при их текущем содержании и ремонте.

Содержание

История применения

Первые путевые машины начали применяться в XVIII веке. В России их использовали уже при строительстве и обслуживании первых рудничных рельсовых дорог. В 1834 году при эксплуатации первых паровозов на Нижнетагильской чугунной дороге отец и сын Черепановы впервые механизировали очистку пути от снега, использовав плуг с конной тягой. С конца 1840-х годов на железной дороге Петербург — Москва работал для очистки путей от снега паровоз, оборудованный плугом. В конце 1860-х годов при строительстве железных дорог отсыпка балласта производилась саморазгружающимся полувагоном с опрокидывающимся кузовом. В 1879 году построен первый таранный снегоочиститель для борьбы с глубокими заносами; в том же году предложен роторный снегоочиститель. В 1880 году на Закаспийской железной дороге были механизированы путеукладочные работы. В 1887 год русский инженер И. Н. Ливчак создал путеизмерительный вагон с механической записью состояния пути. В СССР на железных дорогах широкое использование путевых машин началось в 1930-е годы, когда были созданы первые балластеры, путевые струги, снегоуборочные машины, путеукладчики на железнодорожном ходу. С 1940 по 1950-е годы спроектирован ряд новых машин: путеукладчик на тракторном ходу, электробалластёр, хоппер-дозатор, землеуборочная машина, щебнеочистительная машина.

Назначение

Большинство путевых машин могут использоваться как при строительстве новых железных дорог, так и во время их ремонта и текущего содержания. Но некоторые путевые машины специализированы либо только на выполнении работ, производящихся при ремонте и текущем содержании пути (например, звеноразборочные поточные линии, путеуборочные машины), либо на сооружении верхнего строения пути (например, тракторные путеукладчики, как более мобильные). Для ремонта и текущего содержания пути созданы путевые машины, либо производящие определённые операции, либо выполняющие комплекс работ в их технологической последовательности. Так, для земляных работ и очистки путей от снега служат путевые струги, для очистки и нарезки кюветов вдоль железнодорожного полотна — кюветоочистительные машины. Путеуборочные машины не только очищают путь от шлака, мусора, снега, но и углубляют междупутья. Для устройства дренажа служат дренажные машины. Подъёмку и сдвижку рельсо-шпальной решётки, устранение её перекоса, подсыпку балласта и его уплотнение осуществляют электробалластёры, путеподъёмники, тракторные дозировщики. Для очистки балласта используются щебнеочистительные машины. Разборку рельсо-шпальной решётки, её укладку, а также замену рельсов осуществляют путеукладчиками. Сборка рельсо-шпальной решётки производится на звеносборочных поточных линиях, а разборка старых плетей — на звеноразборочных. Уплотнение балласта и выправку пути выполняют с помощью шпалоподбивочных машин, балластоуплотнительных машин, выправочно-подбивочно-отделочных машин и выправочно-подбивочно-рихтовочных машин. При этом используют станки для правки рельсов, рельсошлифовальные станки, рельсосварочные машины, рельсосверлильные станки и другое оборудование. Для обеспечения строительных и ремонтных участков материалами и инструментами, для доставки рабочих к месту работ служат транспортные и погрузочно-разгрузочные средства: дрезины, хоппер-дозаторы, саморазгружающиеся и специализированные вагоны. При эксплуатации железнодорожного пути проводят проверку его состояния с помощью контрольно-измерительных устройств и машин, к которым относятся путеизмерительные вагоны, дефектоскопные вагоны и тележки. Подготовку рельсов к дефектоскопии производят рельсоочистительные машины. Для очистки путей от снега кроме путевых стругов используют снегоуборочные машины.

Типы путевых машин

Различают автономные путевые машины, имеющие энергетическую базу, к которой подключаются все двигатели машины (путеукладчик, дрезина, балластоуплотнительная, шпалоподбивочная машина и др.), и неавтономные путевые машины, у которых энергетическая установка отсутствует и электрическая энергия или энергия сжатого воздуха поступает к рабочим органам машины от локомотива (роторный снегоочиститель, щебнеочистительная машина, путевой струг). По способу передвижения в рабочем состоянии путевые машины могут быть самоходными (например, снегоуборочные машины) и несамоходными (электробалластёр, струг, щебнеочистительная машина). Путевые машины могут быть выполнены на железнодорожном ходу (струг, путеукладчик, электробалластёр, шпалоподбивочная машина) или на гусеничном ходу (тракторный путеукладчик, тракторный дозировщик). Большинство путевых машин имеют железнодорожный ход; внедряется также комбинированный пневмоколёсный ход, когда машина снабжена роликами, которые поднимаются при движении по автомобильной дороге и опускаются при перемещении машины по рельсам. Выпускаются путевые машины с электрическим, пневматическим и гидравлическим приводами рабочих органов, а также с приводом их от двигателя внутреннего сгорания через механическую передачу. По способу выполнения работ различают путевые машины тяжёлого типа — несъёмные с пути (струг, путеукладчик, щебнеочистительная, снегоуборочная и другие машины) и лёгкого типа — машины, съёмные с пути (электростанции, мотодрезины, шпалоподбивочная машина, рельсо-сверлильный станок). Машины тяжёлого типа для производства работ требуют занятия перегона, а машины лёгкого типа для пропуска подвижного состава снимаются с пути. Большая грузонапряжённость российских железных дорог требует минимального времени для проведения путевых работ, поэтому при ремонте используются высокопроизводительные путевые машины тяжёлого типа. Для выполнения всего объёма работ по ремонту пути из путевых машин составляют комплекс (цепочку), в котором путевые машины, следуя одна за другой, поточным методом производят все технологические операции, таким образом осуществляется комплексная механизация ремонта. Такой комплекс для реконструкции пути на щебеночном балласте включает:

• щебнеочистительную машину
• путеразборочный и путеукладочный поезда
• хоппер-дозатор
• выправочно-подбивочно-отделочную машину
• рельсовозный состав

Изобретатели и конструкторы

Значительный вклад в развитие конструкций путевых машин внесли советские учёные, инженеры, изобретатели:

В. А. Алёшин К. В. Алфёров В. X. Балашенко Ф. Д. Барыкин П. Г. Белогорцев Н. Н. Гуленко Г. М. Девьякович А. М. Драгавцев А. Ф. Игнатьев

К. С. Исаев Н. В. Корягин А. В. Лобанов М. Д. Матвеенко В. И. Платов М. А. Плохоцкий И. Я. Туровский М. Т. Членов

Большие работы были проведены учёными транспортных научно-исследовательских институтов, вузов и работниками предприятий, выпускающих и испытывающих путевые машины (Калужского, Тульского, Тихорецкого, Кировского заводов).

Машины для путевого хозяйства

ГЛАВА 1
МАШИНЫ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА

1.1. Устройство железнодорожного пути

Рис. 1.1. Схема железнодорожного пути:
1 − рельсошпальная решетка; 2 − балластная призма;
3 − земляное полотно; 4 − песчаная подушка

Железнодорожный путь (рис. 1.1) представляет собой многоэлементный комплекс инженерных сооружением и устройств, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей, предназначенный для движения поездов. Он состоит из верхнего строения, воспринимающего усилия от колёс подвижного состава и направляющего их движение и нижнего строения (земляное полотно), служащего основанием для верхнего строения, а также искусственных сооружений (мостов, тоннелей, водопропускных труб, путепроводов и т.д.), устройств связи.

Рис. 1.2. Элементы рельсошпальной решетки:
а − рельс Р65; б − двухголовая накладка для Р75, Р65

Верхнее строение пути состоит из рельсов, шпал, скреплений, балластного слоя, стрелочных переводов и дополнительных элементов – противоугонов, стяжек, мостового полотна. Самый ответственный элемент – рельсы (рис. 1.2, а). Их прокатывают на металлургических заводах стандартной длины 25 м (для кривых участков пути выпускаются укороченные рельсы длиной 24,84 и 24,92 м). Ранее выпускали рельсы длиной 12,5 м. Применяются следующие типы рельсов: Р50, Р65, Р75, соответственно массой 51,67; 64,72; 74,41 кг в одном метре. Буква Р означает слово «Рельс», а цифра – приблизительную массу одного метра рельса. Наибольшее распространение имеют рельсы типа Р65. Каждый рельс имеет головку, шейку и подошву. У рельсов Р65 и Р75 ширина подошвы и шейки одинаковые, что даёт возможность использовать одни и те же стыковые и промежуточные скрепления.

На каждом конце рельсов Р65, Р75, Р50 имеются два или три отверстия диаметром 36 мм (рельсы Р65 и Р75) и 34 мм (рельсы Р50). В зависимости от типа стали рельсы бывают I и II групп. Железнодорожный путь бывает стыковой и бесстыковой. При стыковом пути концы соседних рельсов соединяются стыковыми скреплениями, включающими накладки и болты.

Для рельсов Р75, Р65, Р50 применяются двухголовые накладки (рис. 1.2, б). Масса накладки для рельсов Р50 – 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 – 23,78 кг для четырехдырных и 29,5 кг для шестидырных. Современные болты имеют круглую головку. Диаметр болта 24 мм (рельсы Р50) и 27 мм для рельсов Р75 и Р65.

Часто отверстия в накладках имеют овальную форму, что исключает проворачивание болтов при завертывании гаек. Сила, сжимающая шайбы, равна 12 кН. Болты в стыках устанавливаются поочередно головками то внутрь, то снаружи колеи. На отечественных дорогах принят стык на весу между двумя шпалами, который является более упругим, чем стык на сдвоенных шпалах, хотя последний, рекомендуется для переходных стыков при нагрузке на рельсы более 230 кН. Расстояние между осями стыковых шпал принято 420 мм (рельсы Р75 и Р65), 440 мм (рельсы Р50) и 500 мм для любых других рельсов. Стыки обычно устанавливаются по наугольнику, т.е. напротив друг друга, хотя в кривых малого радиуса возможно их расположение вразбежку. Расположение стыков по наугольнику обеспечивает плавное движение поездов (без перекосных толчков), позволяет механизировать процесс укладки пути звеньями и устройство электроизолирующего стыка при автоблокировке.

Рис. 1.3. Шпала железобетонная

Для передачи нагрузки от рельсов к балластному слою и земляному полотну укладываются шпалы. Рельсы опираются на опоры – шпалы, (полушпалы в метро), плиты, рамы через прокладки. Шпалы бывают деревянные, железобетонные (рис. 1.3) и металлические. Деревянные шпалы изготавливают трех типов:
1. обрезные (IА) и необрезные (IБ) применяют для главных путей;
2. IIА, ПБ – для станционных и подъездных;
3. ША, ШБ – для малодеятельных.
Длина деревянной шпалы равна 2750 мм, масса 71 кг. Шпалы укладывают под рельсы на определенном расстоянии одну от другой. Схема их укладки на длине звена называется эпюрой шпал. Обычно укладывают на каждом звене длиной 25 м 46 шпал или 1840 шпал на 1 км пути. В кривых участках при радиусе менее 1200 м, и на скоростных участках при радиусе менее 2000 м, укладывают 50 шпал на звено, или 2000 шпал на 1 км. На станционных путях имеются участки, где уложено 1440 и 1600 шпал на 1 км.

Железобетонные шпалы укладываются в путь с 1959 г. Изготавливаются железобетонные шпалы, армированные проволокой диаметром 3 мм (44 шт.), типов:
ШС-1, ШС1у для раздельных клеммно-болтовых скреплений;
ШС-2, ШС-2у для нераздельных клеммно-болтовых скреплений.

Рис. 1.4. Промежуточные скрепления:
а, в − раздельное клеммно-шурупное типа К2; б − смешанное костыльное;
1 – подкладка; 2 – клемма промежуточная; 3 – рельс; 4 – прокладка под подошву рельса; 5 – шайба двухвитковая;
6 – гайка; 7 – болт клеммный; 8 – шуруп; 9 – прокладка под подкладку; 10 – дюбель; 11 – шпала железобетонная;
12 – костыль крепления рельса к шпале; 13 – костыль крепления подкладки к шпале (пришивочный);
14 – шпала деревянная

Масса шпалы с увеличенной опорной площадью достигает до 350 кг. Промежуточные скрепления (рис 1.4) служат для прикрепления рельсов к шпалам. Под рельсы устанавливают подкладки. В зависимости от типа пути применяется смешанное костыльное скрепление (см. рис. 1.4, б) и раздельное шурупно-болтовое скрепление (см. рис. 1.4, а, в). При деревянных шпалах, как правило, применяется костыльное скрепление с длиной костыля 165 мм. Подкладка и рельс крепятся к шпале костылями 12, а подкладка к шпале – пришивочным костылем 13. При раздельном скреплении подкладка крепится к шпалам, а рельс к подкладке. Для уменьшения износа шпалы, а также для регулирования высоты установки рельса под подкладку устанавливают специальные прокладки 9 толщиной 6–10 мм из дерева, резины, гомбелита и т.п. Подкладки применяются обычно клинчатые двухребордчатые. Клинчатая подкладка имеет уклон 1:20 и облегчает постановку рельсов с подуклонкой, повышающей устойчивость движения поезда. На железобетонных шпалах обычно применяют клеммно-шурупные (см. рис. 1.4, а, в) и клеммно-болтовые скрепления КБ-65 (рис. 1.5). В первом случае подкладка 1 (см. рис. 1.4, а, в) крепится к шпале 11 шурупами 8, во втором – закладными болтами 7 (см. рис. 1.5). Крепление рельса к подкладке выполняется клеммными болтами и жесткими клеммами 7 (см. рис. 1.4, а, в) и 6 (см. рис. 1.5).

Рис. 1.5. Стыковое и промежуточное скрепление КБ65 для железобетонных шпал с рельсами Р65 и Р75:
1 – прокладка под подкладку КБ; 2 – подкладка КБ; 3 – гайка М22; 4 – болт клеммный М22 х75;
5 – двухвитковая шайба; 6 – клемма; 7 – болт закладной М22х175; 8 – скоба изолирующей втулки;
9 – изолирующая втулка КБ; 10 – прокладка под подошву рельса

В последнее время в путевом хозяйстве используются пружинные бесподкладочные скрепления типа ЖБР (рис.1.6) и типа АРС (рис.1.7.), обеспечивающих упругое соединение рельса со шпалой.

Рис. 1.6. Рельсовые скрепления типа ЖБР:
1 – прокладка под подошву рельса; 2 – закладной болт 22х175; 3 – гайка М22;
4 – скоба; 5 – клемма пружинная; 6 – скоба упорная; 7 – прокладка упругая

Скрепление АРС относится к безболтовым промежуточным скреплениям для железобетонных шпал (автор Л.П.Алексеева МГУПС), усилие нажатие которых на подошву рельса устанавливается в момент его монтажа. Регулирование усилия нажатия в период эксплуатации выполняется поворотом монорегулятора 4.

Рис. 1.7. Анкерное рельсовое скрепление типа АРС-5:
1 – анкер; 2 – изолирующий уголок; 3 – подрельсовая прокладка;
4 – монорегулятор; 5 – пружинная клемма; 6 – подклеммник

Шпалы укладывают на балласт, который воспринимает нагрузку от рельсов и передает ее на земляное полотно. Кроме того, балласт дренирует (пропускает) воду. В качестве основного железнодорожного балласта используется щебень фракций 25-60 мм по ГОСТ 7392-2002, на малодеятельных путях используется гравий, песок. Планируется переход на щебень с кубической формой частиц, обеспечивающий повышенную устойчивость балластной призмы. Поперечные размеры балластных призм (рис. 1.8.) выбираются в зависимости от типа верхнего строения пути и земляного полотна. Земляное полотно сооружается из грунтов и воспри-нимает нагрузку от верхнего строения. Земляное полотно (путь) характеризуется продольным профилем (уклонами), планом линии (кривыми) и поперечным профилем: насыпи, выемки, нулевого места.

Рис. 1.8. Типовые поперечные профили балластной призмы железнодорожного пути:
– однопутный (а, б) и двухпутный (в, г) участок, соответственно в прямой и кривой;
S = 1520(+8, –4) – ширина колеи, мм;
B_ш и h_в – длина шпалы и возвышение наружного рельса в кривой;
B_пр и B_пл – ширина балластной призмы поверху и размер плеча;
h_Б, h_п – толщина балластного слоя и песчаной подушки;
S_мп, A – расстояние между осями соседних путей и увеличение указанного расстояния в кривых и на скоростных линиях

В кривых участках для возвышения наружного рельса h_в балластная призма имеет наклон к горизонту (рис 1.8, б ). Максимальное возвышение рельсов на железных дорогах ОАО «РЖД» h_в = 150 мм. Балластная призма выполняется многослойной. Двухслойная призма состоит из щебеночного слоя и песчаной подушки, которая играет роль подстилающего слоя, предотвращающего повреждение основной площадки земляного полотна острыми гранями частиц щебня. В трехслойной конструкции призмы устраивается дополнительный покрывающий слой, предотвращающий попадание загрязнителей в основное тело призмы, отсыпанное из щебня.

Размеры балластной призмы определяют режимы работы путевых машин. Например, толщина балластной призмы h_Бприводит к необходимости использовать разные размеры рабочих поверхностей уплотнительных органов, регулировать величину их заглубления в балласт, определять число циклов обжима балласта или проходов машины. Геометрические параметры режущих кромок рабочих органов для планировки и отделки балластной призмы должны гарантировать получение типовых профилей (см. рис. 1.8).

Рис. 1.9. Элементы рельсовой колеи:
а − пружинный противоугон; б − изолирующий рельсовый стык;
1 − боковая прокладка; 2 − втулка; 3, 4 − соответственно прокладка стопорная и изолирующая

Под действием динамических нагрузок от подвижного состава происходит продольное перемещение рельсов относительно шпал или рельсов со шпалами относительно балласта. Такое перемещение называется угоном пути. Он вызывает изменение стыковых зазоров (слепые или растянутые), смещение или перекашивание шпал, что ведет к расстройству пути и дополнительным работам по перегонке шпал и разгонке зазоров. Применение раздельного промежуточного скрепления пружинного типа, использование щебня, увеличение эпюры шпал приводит к уменьшению угона. Для уменьшения (исключения) угона используются специальные элементы – противоугоны. Наибольшее распространение имеют пружинные противоугоны (рис 1.9, а). При рельсах длиной 25 м устанавливают 18-44 пары противоугонов. Каждый противоугон устанавливают на рельсе так, чтобы зуб был с наружной стороны рельса. Сопротивление противоугона продольному скольжению по рельсу должно быть не менее 8 кН. На линиях с автоблокировкой каждый блок-участок отделен от соседнего изолирующими рельсовыми стыками (рис. 1.9, б). При проходе поездом блок-участка, колесные пары замыкают обе рельсовые нити и зажигают красный свет светофора, сигнализируя о занятости пути. Для соединения путей используют стрелочные переводы и пересечения. Стрелочные переводы бывают одиночные обыкновенные и симметричные, а также двойные перекрестные.

Рис.1.10. Схемы одиночного стрелочного перевода (а) и крестовины (б)

Наиболее распространены одиночные обыкновенные стрелочные переводы (рис. 1.10, а), состоящие из: стрелки, соединительных путей, крестовины с контррельсами и закрестовинных кривых, а также брусьев или плит (деревянных, железобетонных). Стрелка состоит из двух рамных рельсов, двух остряков, связей между остряками и переводного механизма.

Угол между осями путей называется углом крестовины (рис 1.10, б). Отношение ширины сердечника крестовины в её корне к длине сердечника до математического центра называется маркой крестовины. Это отношение равно тангенсу угла крестовины и характеризует угол отклонения бокового пути от основного: чем меньше угол крестовины, тем плавней ход поездов на боковой путь. Марка крестовины выражается в виде дроби:

На отечественных дорогах применяют крестовины марок: 1/9, 1/11, для скоростных линий – 1/18, 1/22. Наиболее распространены крестовины без подвижных элементов (см. рис. 1.10, б) (литые), состоящие из сердечника, имеющего рабочие грани АС и АВ и двух усовиков. Точка А пересечения рабочих граней усовиков и сердечника – называется математическим центром крестовины. Самое узкое пространство между усовиками в их первом изгибе, называется горлом крестовины; промежуток между боковыми гранями усовика и сердечником представляет собой желоб для прохода гребней колесных пар.

Приведенное выше описание верхнего строения пути относится к стыковому пути, при длине рельсов 25 м. В настоящее время широко используется бесстыковой пути, который может быть температурно-напряженный без разрядки температурных напряжений и с промежуточной разрядкой. При бесстыковом пути рельсы стандартной длины (25 м) сваривают в рельсовые плети длиной до 800 м и более, а между ними укладывают так называемые уравнительные рельсы длиной 25 (12,5) м, соединенные стыковыми накладками. Полигон укладки бесстыкового пути распространяется на всю сеть железных дорог и укладку плетей длинной в перегон.

1.2. Система ведения путевого хозяйства

По мере усложнения условий эксплуатации система ведения путевого хозяйства трансформировалась в сложную многослойную структуру, компоненты которой должны быть подчинены единой стратегии – адаптации структурных составляющих к изменяющимся условиям работы железных дорог. Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства следующие:
– процесс адаптации системы должен предшествовать периоду наступления ситуаций с более сложными условиями эксплуатации пути и строиться на основе долгосрочного прогноза работы железнодорожного транспорта;
– комплексная Программа система ведения путевого хозяйства должна обеспечивать синхронное развитие всех компонентов системы;
– развитие системы должно сводиться к принятию единых принципов, правил и функций управления, определяющих комплексные изменения эксплуатационных возможностей железнодорожного пути, технологии его обслуживания, обеспечения материально-технической базы для решения этих задач;
– стратегия использования пути определяется совокупностью нормативов, регламентирующих режим его эксплуатации с соответствующим уровнем скоростей, обеспечивающих безопасность движения поездов, а также предоставление необходимых перерывов для технического обслуживания в рамках единого технологического процесса с перевозками и достижением наивысшей эффективности функционирования в системе всего железнодорожного транспорта;
– стратегия технического обслуживания пути определяется совокупностью допустимых параметров его состояния, технологических нормативов и регламентом мониторинга с принятием решений об объемах и сроках проведения работ на основе информации о фактическом техническом состоянии пути предъявляемым эксплуатационным требованиям, обеспечивающих наименьшие затраты, при достаточном обеспечении ресурсами.

Исходя из перечисленных принципов комплексная Программа система ведения путевого хозяйства связывает в единый комплекс компоненты:
– классификацию пути, как базовый элемент структуры всей системы, отражающий условия эксплуатации;
– типизацию верхнего строения пути, регламентирующую его мощность и использование новых или старогодных материалов в зависимости от класса, обеспечивающую требуемый уровень несущей способности;
– систематизацию путевых работ с разделением их на две основные группы: ремонт и текущее содержание пути;
– формализацию ремонтных схем по классам пути, определяющую виды работ и их периодичность, исходя из регламентной наработки по пропущенному тоннажу или в годах, или по фактическому состоянию пути в соответствии с критериями оценки работоспособности отдельных элементов пути;
– стандартизацию способов производства ремонтных работ, обусловленную применяемыми техническими средствами и, продолжительностью регламентируемых перерывов в движении поездов;
– принятие единых принципов организации текущего содержания, определяемой уровнем стабильности пути, эффективным соотношением затрат с ремонтными работами, способами производства работ и возможностями их выполнения по условиям движения поездов;
– мониторинг пути;
– организационную структуру управления путевым хозяйством;
– систему материально-технического обеспечения;
– социально-кадровое обеспечение.

На основе перечисленных принципов и положений разработано «Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации», в дальнейшем «Положение», было впервые введено приказом МПС от 16.08.94 г. № 12Ц в связи с необходимостью перехода на ресурсосберегающие технологии, оснащения путевого хозяйства современными путевыми машинами, в первую очередь машинами для глубокой очистки щебня, устраняющими переподъемку пути при его ремонтах и способствующими повышению долговременности стабильного состояния пути после ремонтов.

Согласно «Положения», в зависимости от сочетания грузонапряженности и максимальных допустимых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов разработана классификация (табл. 1.1) железнодорожных путей. По грузонапряженности все пути разделяются на 5 групп, обозначаемых буквами – Б, В, Г, Д, Е, по допускаемым скоростям – на 7 категорий, обозначенных цифровыми индексами — 1, 2, . . . , 7.

Классы путей Таблица 1.1

Груп-па пути	Грузонапря- женность, млн. т. км в год	Категория пути – допустимые скорости движения поездов (числитель – пассажирские, знаменатель – грузовые), км/ч
		1	2	3	4	5	6	7
		121-140 >80	101-120 >70	81-100 >60	61-80 >50	41-60 >40	40 и менее	Станционные, подъездные и прочие пути
		Главные пути
Б	Более 50	1	1	1	2	2	3	5
В	25 — 50	1	1	2	2	3	3
Г	10 — 25	1	2	3	3	3	3
Д	5 — 10	2	3	3	3	4	4
Е	5 и менее	3	3	3	4	4	4

Классы, представляющие собой сочетание групп и категорий путей, обозначаются цифрами – 1, 2, …, 5. Принадлежность пути соответствующему классу, группе и категории обозначаются сочетаниями цифр и буквы:
1. первая цифра – класс пути,
2. вторая буква – группа пути,
3. третья цифра – категория пути.

1.3. Виды путевых работ и их периодичность

Для каждого класса путей, согласно «Положения», регламентируется конструкция пути, технические условия, виды работ по ремонту пути и планово-предупредительной выправке и критерии их назначения (табл. 1.2). Определены организация и планирование путевых работ, среднесетевые нормы периодичности ремонтов (табл. 1.3), включая работы по земляному полотну, искусственным сооружениям, программа оснащения дорог путевыми машинами и средствами контроля состояния пути, методика определения классов путей и нормативной потребности путевых работ.

Виды технического обслуживания железнодорожных путей. Таблица 1.2

Инструкция по текущему
содержанию пути

Усиленный капитальный ремонт пути (УК) предназначен для комплексного обновления верхнего строения на путях 1 и 2 (стрелочных переводов 1–3) классов с повышением несущей способности балластной призмы и земляного полотна. Выполняются основные работы: замена РШР, стрелочных переводов, очистка балластной призмы, уположение кривых, ремонт водоотводных сооружений и др. Между усиленными ремонтами пути выполняется сплошная смена рельсов (РС).

Капитальный ремонт пути (К) предназначен для замены верхнего строения на путях 3, 4, 5 классов (стрелочных переводов 4, 5 классов) на более мощное или менее изношенное, в том числе смонтированное из старогодных материалов. При капитальном ремонте на участках 3-5 классов выполняются те же работы, что и при УК, кроме уположения кривых.

Усиленный средний ремонт (УС) предназначен для очи-стки балластной призмы, опускания продольной линии пути на электрифицированных участках, повышения несущей способности и восстановления нормального сечения балластной призмы и основной площадки земляного полотна.

Средний ремонт пути (С) предназначен для оздоровления балластной призмы за счёт её сплошной очистки на глубину не менее 25 см без понижения профильной линии пути, замены дефектных элементов верхнего строения пути, регулировка бесстыкового пути и др.

Подъёмочный ремонт пути (П) предназначен для восстановления равноупругости подшпального основания сплошной подъемной и выправкой пути с подбивкой шпал, а также для замены негодных элементов верхнего строения и частичного восстановления дренирующих свойств балласта. Выполняются работы: сплошная выправка пути в плане и профиле с подъемкой на 5-6 см с добавлением и подбивкой балласта, локальная очистка балласта в шпальных ящиках в местах появления выплесков.

Планово-предупредительная выправка пути (В). Планово-предупредительная выправка пути и стрелочных переводов комплексов машин предназначена для восстановления равноупругости подшпального основания и уменьшения степени неравномерности отступлений по уровню, в плане и просадок пути. Выполняются работы: сплошная выправка по компьютерным программам с подбавкой, планировкой и стабилизацией пути, частичная замена элементов РШР.

Текущее содержание пути (Т). Включает систематический надзор за состоянием комплексом сооружений пути и путевых устройств и содержание их в состоянии, гарантирующее безопасное движение поездов. Текущее содержание пути осуществляется круглогодично и на всем протяжении пути. Оно включает в себя изучение причин появления неисправностей, их анализ и предупреждение. Работы по текущему содержанию пути делятся на неотложные и первоочередные, связанные с устранением неисправностей, угрожающих безопасности движения поездов, и планово-предупредительные, выполняемые с целью предупреждения появления неисправностей пути машинизированным способом.

Планирование путевых работ осуществляется двух видов:
перспективное на 5-6 лет на основе нормативов (наработки тоннажа или сроков службы) и динамики изменения технического состояния пути
и текущее – на предстоящий год исходя из фактического состояния верхнего строения.

1.4. Классификация путевых машин
и предъявляемые к ним требования

Путевые работы являются сложными, трудоемкими (мало привлекательными) и многооперационными. На ремонтных работах требуется выполнить до 80 технологических операций, а при текущем его содержании их насчитывается до 120. Для комплексной механизации и автоматизация путевых работ созданы одно- и многооперационные машины. В путевом комплексе уже насчитывается 40 типов путевых машин и 55 типов путевого механизированного инструмента. Для изучения применяемых методов и эффективных способов выполнения путевых работ, тенденций развития путевых машин и их анализа, используются приемы классификации. Классифицировать, означает разделение множества объектов по общим для них признакам (или различиям) на классы (группы). Основные признаки, по которым классифицируют путевые машины: назначение, способ выполнения работ, тип привода, вид ходового оборудования, наличие энергетической базы, способ передвижения, системы управления, вид и состав выполняемых работ, конструктивные отличия, универсальность и др. По назначению путевые машины и механизмы делятся на группы для:
— ремонта земляного полотна (путевые струги, землеуборочные машины);
— балластировки и подъемки пути (электробалластеры, путеподъёмники, планировщики, дозировщики);
— хоппер-дозаторы; очистки путевого щебня (щебнеочистительные машины);
— укладки пути и стрелочных переводов (путеукладчики, рельсоукладчики);
— сварки и шлифовки рельсов (машины ПРСМ, РШП-48);
— звеносборочных баз (звеносборочные и звеноразборочные линии);
— выправки пути, уплотнения и стабилизации балластного слоя (выправочно-подбивочно-рихтовочные, путерихтовочные, отделочные);
— диагностики состояния пути (путеизмерительные и дефектоскопные вагоны, автомотрисы, тележки);
— очистки и уборки снега (плуговые и роторные снегоочистители, снегоуборочные машины),
— а также транс-портные, тягово-энергетические и погрузочно-разгрузочные средства для путевых работ (составы для засорителей, самораз-гружающиеся вагоны, автомотрисы, дрезины, мотовозы);
— путевой механизированный инструмент.

По способу выполнения работ машины различают:
— циклического (путеукладчики, выправочно-подбивочно-рихтовочные и др.),
— непрерывно-циклического (Duomatic 09-32, ПМА-1)
— и непрерывного действия (струги, щебнеочистительные, снегоуборочные машины и др.).
Машины тяжелого типа несъемные с пути; путеизмерительные тележки, путевой инструмент и др. относятся к легким и могут быть сняты с пути.

Для привода в действие рабочих органов и передвижения самоходных путевых машин используются механические, гидравлические, пневматические, комбинированные передачи. По виду ходового оборудования машины бывают: на железнодорожном ходу, гусеничном и комбинированном пневможелезнодорожном ходу. Гусеничный и комбинированный ход применяется на путевых машинах транспортного строительства. Путевые машины в путевом хозяйстве имеют железнодорожный ход.

В зависимости от наличия энергетической установки путевые машины делятся на автономные и неавтономные. Первые оснащены собственной энергетической базой (дизельный агрегат), к которой подключают все двигатели. Многие путевые машины автономные (путеукладчики, дрезины, автомотрисы, выправочно-подбивочно-рихтовочные и т.п.). Неавтономные машины подключаются к локомотивам (путевые струги, плуговые снегоочистители, роторные снегоочистители и т.п.).

При создании путевых машин к ним предъявляются как общие, так и специфические требования: Общие требования: к показателям назначения (производительность и др.), унификация узлов и деталей, повышение надежности, снижение стоимости, метало- и энергоемкости, универсальность машин, легкость управления, ремонтопригодность (простота изготовления деталей, возможность демонтажа и ремонта узлов и агрегатов), обеспечение безопасности при обслуживании машин и их работе, создание благоприятных условий для работы машинистов, автоматизация управления и т.п.

Специфические требования обусловлены тем, что путевые машины имеют железнодорожный ход и относятся к специальному подвижному составу (СПС). Они должны вписываться в габарит подвижного состава по ГОСТ 9238-83; не превышать допустимых нагрузок 230 кН на ось; обладать плавностью хода; оснащаться ходовым, сцепным и тормозным оборудованием, совместимым с подобным оборудованием на подвижном составе; обеспечивать быстрый перевод рабочих органов из транспортного положения в рабочее и обратно, вписываться в кривые и обеспечивать требуемую устойчивость, иными словами, отвечать требованиям, предъявляемым к подвижному составу.

Историческая справка о путевых машинах. В начале Х1Х века транспорт в России стал самостоятельной отраслью хозяйства, в результате возникла необходимость в централизованном управлении его работой и техническим обеспечением. С этой целью в 1809 году в России были учреждены Ведомство Путей Сообщения и Корпус инженеров путей сообщения (впоследствии ЛИИЖТ, в настоящее время Петербургский государственный университет путей сообщения). Первая ж.-д. с паровой тягой была построена в 1834 г. отцом и сыном Е.А. и М.Е.Черепановыми – крепостными механиками горнозаводчиков Демидовых в Нижнем Тагиле на Урале. Первая ж.-д. общего пользования протя-женностью 26 км от Петербурга до Царского Села открыта в ноябре 1837 года. В 1851 году открылась Николаевская, ныне Октябрьская железная дорога протяженностью 600 верст (650 км) между Санкт-Петербургом и Москвой.

В 1865 году учреждено Министерство путей сообщения России. Первый министр МПС и строитель был – Павел Петрович Мельников (1804–1880). В 2003 г. МПС реорганизован в ОАО «РЖД» (Постановление правительства № 585 от 18.09.2003 г.). Первый президент «ОАО «РЖД» (он же последний министр МПС) – Фадеев Геннадий Матвеевич

С появлением железных дорог были начаты поиски механизации путевых работ. Инженеры, ученые и конструктора России и СССР внесли достойный вклад в развитие путевой машинной техники, многие образцы этой техники являются уникальными и сегодня. В 1879 г. С.С.Гендель создает первый плуговой снегоочиститель к паровозу. В 1885 г. создан роторный снегоочиститель Лобачевского. В 1897 г. И.Н.Левчак создает первый вагон-путеизмеритель, а в 1910 г. А.Н.Шумиловым создана первая снегоуборочная машина (прообраз современных сне-гоуборочных машин СМ-2).

В 1934 г. создается знаменитый путеукладчик (УК-12,5/4) В.И.Платова. В 1934 г. созданы балластеры Б-3, Б-5 (авторы: П.Г.Белогорцев, В.А.Алешин, Ф.Д.Барыкин, М.Г.Девьякович), с 1946 г. – электробалластеры. В 1946 г. создан хоппер-дозатор для перевозки и выгрузки балластных материалов типа ЦНИИ (авторы: М.А.Плохоцкий и др.).

В 1959 г. инженером А.М.Драгавцевым создана высокопроизводительная щебнеочистительная машина с центробежным способом очистки путевого щебня от засорителей – ЩОД-Д и др.

В 1963 г. создана впервые в мире (по авторскому свидетельству П.Л.Клауза и Л.П.Федорова от 1939 г.), уплотнительная выправочно-подбивочно-отделочная путевая машина ВПО-3000 непрерывного действия высокой производительности (авторы: М.А.Плохоцкий, А.Н.Горбачев, Е.Р.Иванов, Г.В.Солонов).

В 1982 г. отец Д.М. и сын М.Д.Матвиенко впервые создают путевой механизированный гайковерт ПМГ.

В 1994 году разработаны по предложению Ю.В.Гапеенко (ПТКБ ЦП) щебнеочистительная машина нового поколения ЩОМ-6 (Р, Б), оборудованные плоскими грохотами.

В 1989 г. создан отечественный динамический стабилизатор пути ДСП (авторы: М.В.Попович, Б.Г.Волковойнов, В.И.Стеблецов, А.А.Константинов).

В 2006 г. в НПЦ ИНФОТРАНС под руководством академика С.В.Архангельского создан отечественный путеизмерительный компьютеризированный вагон-лаборатория КВЛ-3П, а в 2002 г. ЗАО «ПИК Прогресс» под руководством П.Н.Кулешова создает скоростную путеобследовательскую станцию ЦНИИ-4МД (более 20 параметров), не уступающую зарубежным образцам.

В 2004 г. на заводе «Ремпутьмаш» г. Калуга создана под руководством В.А.Дубровина подбивочная машина автомат ПМА-1 непрерывно-циклического действия, а в 2007 г. – ПМА-С для уплотнения балластного слоя под стрелочными переводами.

Периоды развития путевых машин. В развитии путевой машинной техники можно выделить несколько периодов, связанных со сменой поколений машин.

К первому поколению можно отнести машины, созданные отдельными изобретателями и предприятиями железных дорог: снегоочистители, путеизмерители, простейшие средства механизации путевых работ.

Второй период начался в 1930 г., когда при МПС было создано специализированное конструкторское бюро по проектированию машин для путевого хозяйства под руководством Ф.Д.Барыкина. С 1930 по 1940 г. были созданы машины: плетевые и звеньевые путеукладчики, путевые струги, машины для балластировки и подъемки пути, саморазгружающиеся вагоны.

Третий период – от послевоенного времени до 1970 года. Были созданы (или модернизированы) все основные машины путевого комплекса (выправочно-подбивочные, щебнеочистительные, путеукладочные, путеизмерительные и др.), составляющие на долгие годы основу машинного парка путевого хозяйства. Эти машины позволили обеспечить достаточно высокий уровень механизации работ по ремонту пути, ввести индустриальный способ производства путевых работ, однако работы по текущему содержанию пути были механизированы слабо.

Четвертый период охватывает 1971–1988 гг., когда отечественной промышленностью был налажен выпуск лицензионных машин (ВПР, ВПРС, Р, ПБ, УБРМ), отечественных (ПМГ, ЩОМ, ВПО, ПРСМ, БУМ), ориентированных в первую очередь на механизацию текущего содержания пути и для ремонта пути. 3 , шпал и т.д.), вырабатываемое машиной в единицу времени (час, смена, сутки, месяц, год). Различают:
– теоретическую (конструктивно-расчетную),
– техническую и
– эксплуатационную
производительность машины.

Теоретическая производительность П_к определяется в предположении непрерывной работы машины в течение одного часа при расчетных условиях выполнения работ и полной загрузке рабочего оборудования. Технологические операции, которые не выполняются машиной, исключаются. Теоретическая производительность имеет для каждой машины только одно значение и приводится в её паспорте.

Техническая производительность П_т характеризу-ет максимальные возможности машины в реальных условиях. Она является наивысшей производительностью машины за один час непрерывной работы с учетом перерывов в работе:
– по конструктивно-техническим;
– технологическим;
– и метеорологическим причинам.
Производительность Пт определяется расчетом для конкретных условий и режима работы машины.

Эксплуатационная П_Э производительность характеризует производственную норму выработки машины при её работе в конкретных эксплуатационных условиях с учетом организационных и технических перерывов.

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПУТЕВЫХ МАШИН:
– производительность машины – выработка в физических показателях на одну машину в час (год), (см. табл. 1.4);
– выработка механизированных комплексов путевых машин на ремонте пути за один час «окна». Наивысшая производительность достигнута в 1988 году – 323,2 пог. м/ч;
– число высвобождения контингента путейцев от применения машин взамен ручного труда;
– уровень механизации путевых работ по видам (УК, К, УС, С, П, В, Т); Уровень механизации путевых работ выражается в процентах отношением трудоемкости работ, охваченные механизацией, к общей трудоемкости работ:

(1.1)
где А_Р – трудоемкость процесса при ручном исполнении работ, чел.-дн.;
а_Р – трудоемкость ручных операций после внедрения механизации, чел.-дн.

Перспективный уровень механизации путевых работ: УК, К, УС, С, П, В – 95 %; Т – 80 %.
– энерговооруженность труда на путевых работах (отношение суммарной мощности энергоустановок Ni, используемых при производстве путевых работ, к общему числу рабочих основного производства), кВт/чел.;
– норма выработки на одного человека в час, трудоемкость работ.
Трудоемкость – количество труда, основного и вспомогательного персонала комплекса машин, затрачиваемого на производство единицы продукции (чел.-дн./км; руб./км и др.):

(1.2)
где Т_М-СМi – затраты труда на одну машино-смену работы i – й машины;
n – число типов машин;
Т_Р – затраты труда за смену вспомогательных рабочих, участвующих в производственном процессе;
П С _ЭК – сменная эксплуатационная производитель-ность комплекса машин в единицах продукции.

1.6. Перечень основных путевых машин
и механизмов и их сокращенные названия

Учитывая, что основной способ сношений на железнодорожном транспорте – телеграфно-телефонный, то все сообщения должны быть краткими. Поэтому для передачи информации широко используются сокращенные названия путевых машин, приведенные в табл. 1.5.

Сокращенные обозначения путевых машин и механизмов. Таблица 1.5

Полное название
путевой машины

Машина для нарезки кюветов

Машина уборочная (С – самоходная)

Землеуборочная машины Балашенко

Механизированный отделочный комплекс Кусторез

Щебнеочистителъная машина системы А.М.Драгавцева

ЩОМ-Д, ЩОМ-4, ЩОМ-4М

СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-801

РM-76, РM-80, РМ-2002

Машина для вырезки балласта

Укладочный кран для пути звеньями РШР

Погрузочный кран дорожный

Моторная платформа дорожная

Укладочный кран для стрелочных переводов

Платформа для перевозки стрел. переводов

Путевой моторный гайковерт

ЭЛБ-3ТС, ЭЛБ-ЗМК, ЭЛБ-4

Путевая машина автомат

Выправочно-подбивочно-рихтовочная
машина
стрелочная

Динамический стабилизатор пути

Машина динамической стабилизации пути

Путевая рельсосварочная машина

Путевая тяговая машина

Универсальный тяговый модуль

ВПР-1200, ВПР-02, ВПР-04, Дуоматик 09-32

ВПРС-02, ВПРС-03,
ВПРС-05, Унимат 08-275/3S,
Унимат 08-475/4S, ПМА-С

ПРСМ-4, ПРСМ-5, ПРСМ-6

УТМ-1, УТМ-2М, УТМ-2А

Машина подготовки старогодных рельс

Кран путевых баз

Путеукладчик (тракторный) Бакарева

Состав для засорителей

Снегоочиститель двухпутный плужный

Снегоочиститель плужный универсальный

Поезд снегоочистительный самоходный

Машина подавления растительности

Дрезина грузовая крановая усиленная

Автомотриса грузовая дизельная

РОМ-3, РОМ-3М, РОМ-4

Путевая рихтовочная машина

Моторный путеподъемник Трансп. строит.

Путерихтовщик системы Балашенко

Ультразвуковой рельсовый дефектоскоп

Магнитный рельсовый дефектоскоп

Поточная полуавтоматич. звеносбор. линия

ПРЛ-3, ПРЛ-3/2, ПРЛ-4

Звеносборочная линия Хабаровского института

Звеносборочная линия на ж/б шпалах

Поточная звеносборочная линия

Технологическая стендовая линия

Звеноразборочная линия стендовая

Рельсошлифовальные поезда «СПЕНО»

Компьютерный вагон-лаборатория путевой

RR-16, RR-48, RR-112

КВЛ-П1МП, КВЛ-2П (3П)

Диагностический нагрузочный комплекс

Рельсорезный станок с кругами

Рельсошлифовалка на тележке

СПМ-24, СМ-460, СПМ-18

ЦУП-2, ЦУП-3, «Измерон»

Путевой гаечный ключ

Машина для замены шпал

Моторные гидравлические рихтовщики

Основные направления, перспективы и тенденции развития путевых машин. К современным и перспективным условиям эксплуатации путевой инфраструктуры можно отнести:
– устойчивое повышение грузонапряженности и увеличение протяженности линий с грузонапряженностью более 100 млн. т брутто км/км год;
– создание грузовых маршрутов с обращением грузовых поездов массой 6–12 тыс. т;
– введение в обращение грузовых вагонов с повышенными осевыми нагрузками до 27–30 тс/ось;
– создание направлений со смешанным движением и обращением пассажирских поездов со скоростями до 160 км/ч.

Дальнейшее реформирование ремонтного путевого комплекса ОАО «РЖД», создание дочерних зависимых обществ (ДЗО) с передачей им соответствующих функций Департамента «Пути и сооружений» на базе заводов щебеночных, шпалопропиточных, по изготовлению железобетонных шпал, стрелочного завода, создание ДЗО «Дирекция по ремонту пути» с передачей в её подчинение путевых машинных станций (ПМС) и рельсосварочных поездов (РСП), имеет целью повышение качества ремонтов пути, обеспечивающих увеличение межремонтного тоннажа, повышение производственно-экономической эффективности в деятельности путевых машинных комплексов.

Для решения эффективности использования путевых машинных комплексов требуется:
– совершенствовать организацию системы контроля качества технологических операций, выполняемых при ремонтах, с разработкой автоматизированных устройств контроля и регулирования качества на путевых машинах;
– выбор рациональных режимов работы путевых машин в зависимости от условий проведения работ с обеспечением требуемого качества, особенно по очистке щебня, уплотнению балластного слоя, постановки пути в проектное положение;
– внедрение эффективных технологий, системы организации и планирования путевых ремонтных работ;
– обновление парка путевых машин за счет машин нового поколения с повышенными показателями качества по надёжности, производительности, особенно щебнеочистительных;
– сокращение номенклатуры разнотипных машин, узлов и агрегатов на основе унификации их конструкций;
– совершенствование системы технического обслуживания и ремонтов путевой техники;
– совершенствование структуры парка путевых машин, путем создания необходимых типов путевых машин нового поколения и их технических характеристик с учётом изменений конструкций и условий эксплуатации пути;
– внедрение недостающих технических средств, необходимых для проведения качественного ремонта и содержания пути, включая стабилизацию, балластировку и распределение балласта;
– создание выправочно-подбивочной машины с повышенным эксцентриситетом для локальной выправки пути с малой подъемкой, на участках с уплотненным щебнем;
– совершенствование измерительных систем выправочно-подбивочных машин с использование путеизмерительных средств для повышения скорости измерения положения пути перед его выправкой;
– для доставки бригад к месту работ и обратно при теку-щем содержании пути, в целях исключения потерь рабочего времени (составляют до 15-20%), необходимо использовать моторно-рельсовый транспорт (обеспечивающий укрытия от дождя, обогрев в холодное время и прием пищи) и транспорт на комбинированном ходу.
– разработка и внедрение технологий ремонтов пути с очисткой щебня на закрытых перегонах двумя или несколькими щебнеочистительными машинами и использованием остальных машин щебнеочистительного комплекса (ВПР, ДСП, хоппер-дозатор, ПБ и др.) на других путеремонтных работах до окончания очистки щебня на закрытом перегоне,
– разработка и внедрение АСУ использованием путевых машин, позволяющей определить местонахождение машин и рациональные маршруты их переброски на другие объекты ремонтов пути;
– внедрение технологий ремонтов пути в две-три смены, включая тёмное время суток, в том числе вахтовым методом, с сокращением пробегов путевых машин.

Требуемую производительность машины необходимо определять исходя из эксплуатационных расходов при выполнении работ вручную и машиной и целесообразности срока её окупаемости. Эффективную производительность машины можно определить по приближенной формуле:

(1.3)
где Q_г, T_г – годовой объём работ и трудоёмкость их выполнения на 100 км пути;
К₂ – стоимость машины (без НДС), тыс. руб.

Основные направления и тенденции, предусмотренные для совершенствования парка путевых машин, позволяют обеспечить нормальную работу железнодорожного пути в условия повышенных нагрузок.

ГЛАВА 2
ПУТЕВАЯ МАШИНА, КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

2.1. Экипажная часть путевых машин

Путевая машина является специальным самоходным (несамоходным) подвижным составом (ССПС) железнодорожного транспорта. В рабочем режиме при выполнении технологических операций и в режиме транспортирования к месту производства работ и обратно она передвигается по железнодорожному пути. В соответствии с технологией работ по строительству нового пути некоторые путевые машины дополнительно оборудуются ходовыми устройствами для движения по грунтовым и шоссейным дорогам. Совокупность устройств и систем, предназначенных обеспечить безопасное движение машины по пути в заданном режиме, составляет ее экипажную часть.

Экипажная часть включает в себя: раму, ходовые тележки, силовой агрегат, силовую передачу (трансмиссию), тормозную систему, ударно-тяговые приборы (автосцепки), устройства безопасности движения, сигнализации и связи.

В условиях эксплуатации и транспортирования экипажная часть машины воспринимает статические и динамические нагрузки, которые не должны превышать значений 1-го расчетного режима типового подвижного состава (вагонов) при отсутствие остаточных деформаций и повреждений после действия нагрузок:
— сжимающих 2500 кН (250 т.с.),
— ударных 3000 кН (300 т.с.),
— растягивающих 2500 кН (250 т.с.) – в обоих случаях.
Для путевой машины, предназначенной для постановки в состав поезда массой до 10000 т, указанные нагрузки принимаются за расчетные.

2.1.1. Силовая установка

Большинство путевых машинах, для работы в автономных условиях (работа в «окно»), в качестве первичных источников энергоснабжения используют дизель-электрические агрегаты и компрессорные установки специализированных тяговых модулей и тепловозов, а также собственные дизельные или дизель-электрические агрегаты.

Дизельный двигатель позволяет получать стабильную ча-стоту вращения выходного вала при изменении нагрузки, по сравнению с карбюраторными ДВС. Это преимущество используется для привода генератора переменного тока, т.к. при переключениях механизмов частота в питающей сети стабильна. Дизель, при необходимости, позволяет регулировать частоту вращения вала в пределах 30 – 40 % от номинальной частоты при изменении подачи топлива. Устойчивая работа дизеля обеспечивается, если максимальная мощность дизеля на 15 – 20 % превышает номинальную. КПД дизеля составляет 0,4 – 0,6.

К основным недостаткам всех ДВС, в том числе и дизеля, относятся невозможность запуска под нагрузкой и реверсирования при работе. Поэтому в дизель-электрических агрегатах при запуске генератор отключен от нагрузки. В силовых передачах дополнительно устанавливается фрикционная многодисковая муфта сцепления, которая расцепляется при запуске или переключении передач. Если в состав трансмиссии входит гидродинамическая передача, то в момент пуска дизеля все приводные механизмы отключатся, а насосы отбора мощности включены в режим разгрузки.

На отечественных путевых машинах нашли применение силовые агрегаты с дизелем ЯМЗ-238Б (рис. 2.1, а), дизель-электрический агрегат АД-200-Тсп (У36М) и др., см. табл. 2.1.

Таблица 2.1
Технические характеристики дизелей и дизель-электрических агрегатов, применяемых на путевых машинах

Рис. 2.1. Силовой дизельный агрегат ЯМЗ-238Б: а – установка дизеля на машинах типа ВПР:
1 – система газоотвода с глушителем; 2 – навес машины; 3 – система забора воздуха с фильтром; 4 – дизель; 5 – система подачи топлива;
6 – основной топливный бак; 7 – система охлаждения (с водяным и масл.радиаторами); 8 – система предпускового подогрева; 9 – электрический стартер: 10 – фрикционная муфта сцепления с гидропневматическим механизмом отжима при запуске дизеля и переключении передач;
11 – резинометаллические амортизаторы; 12 – зубчатая коробка перемены передач (имеет 4 передачи прямого хода и 2 заблокированных на машинах ВПР передачи заднего хода); 13 -–рама силового агрегата; 14 – рама машины; 15 – двухступенчатый дополнительный демультипликатор;
16 – фланец выходного вала; 17 – система топливоподачи со стоп-устройством;
б – механические характеристики дизеля: M(w) – изменение крутящего момента вала двигателя и Ne(w) – индикаторной
(без учета потерь в механизмах самого дизеля) мощности от угловой скорости вращения вала

Механические характеристики дизеля показаны на рис. 2.1, б. На графике зависимости момента М от частоты вращения оты вращения w можно выделить участки:
1-2 – регуляторной характеристики;
2-3 – безрегуляторной характеристики и
3-4 – зону работы дизеля при минимальной частоте вращения вала.
На дизелях путевых машин для поддержания заданной частоты вращения при изменении нагрузки используются, так называемые, всережимные регуляторы, которые обеспечивают предохранение от недопустимого возрастания частоты вращения вала (разноса) при сбросе нагрузки, относительно устойчивую работу на малых оборотах, а также устойчивое поддержание с минимальными отклонениями заданной частоты вращения.

Крутизна регуляторной характеристики или степень неравномерности вращения вала дизеля, %:

(2.1)
где wхх, wmax – угловые скорости вращения вала дизеля в режиме без нагрузки (холостом хи в режиме с максимальной нагрузкой. Для дизелей этот показатель d » 2–6 %.

2.1.2. Силовая передача (трансмиссия)

Силовая передача, или трансмиссия, это механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к рабочему механизму или машине с одновременным преобразованием усилий (вращающих моментов) и скоростей (угловых скоростей вращения). Рабочими механизмами на путевой машине являются рабочие органы, механизмы передвижения (для самоходных машин), вспомогательные механизмы. Современная путевая машина является комбинированной, поэтому содержит трансмиссии разного вида.

Привод, включающий двигатель, трансмиссию и систему управления, бывает индивидуальным, групповым и многодвига-тельным. При индивидуальном приводе каждый механизм имеет собственный двигатель и трансмиссию; групповой привод характеризуется одним двигателем и сложной трансмиссией, передающей энергию к нескольким рабочим механизмам, и, наконец, многодвигательный привод включает несколько двигателей для привода одного механизма. В конструкциях путевых машин представлены все виды приво-дов. 0, при движении на площадке WУ=0, при движении на спуске WУ 0 и Y2 > 0, то имеет место хордовая установка тележки по внешнему рельсу кривой; Y1 0 и Y2 0 дают основание предположить установку тележки в кривой с перекосом и прижимом гребней передней и задней колесных пар к разным рельсам.

Если: Y1 > 0 и Y2 0 и Y2

ГЛАВА 3
ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН

Двигатель и устройство для передачи механической энергии от него к рабочей машине или механизму, называемое силовой передачей, составляют привод. Передача механической энергии может происходить без ее преобразования в другие виды энергии (механические передачи), или с преобразованием (гидравлические, пневматические и электрические передачи). В последнем случае используются устройства для преобразования механической энергии первичного двигателя в другие виды энергии (насосы, компрессоры и генераторы) и вторичные двигатели (гидравлические, пневматические и электрические), соединенные между собой каналами передачи энергии с соответствующей аппаратурой и вспомогательными устройствами.

Создание и модернизация путевой машины приводит к необходимости решать комплексную задачу выбора и определения характеристик приводов различных механизмов и устройств. Привод должен в максимальной степени удовлетворять кинематическим, силовым и энергетическим характеристикам, эргономическим и экологическим требованиям, условиям эксплуатации и ремонта, экономическим показателям рабочего механизма и машины в целом. Обычно путевая машина это сложный машинный комбайн, поэтому на ней применяются все типы приводов.

3.1. Объемный гидропривод путевых машин
(устройство, элементный состав, расчет основных параметров)

Работа объемного гидропривода основана на использовании гидростатического напора рабочей жидкости. Рабочая жидкость попеременно заполняет рабочие камеры и вытесняется из них через подводящие и отводящие каналы. Рабочие камеры гидравлического насоса или двигателя образуются его конструктивными элементами и изменяют свой объем во время работы. Для преобразования энергии входного звена насоса в энергию потока жидкости при увеличении объема камеры сообщаются с всасывающей линией, идущей от гидравлического бака, а при уменьшении объема сообщаются с напорной линией. У гидравлических двигателей при увеличении объема камеры сообщаются с напорной линией, а при уменьшении объема – со сливной линией. Таким образом, у двигателя при увеличении объема рабочей камеры энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию выходного звена (штока гидроцилиндра или вала гидромотора).

Объемные гидравлические машины по конструктивному устройству механизма взаимного преобразования вращения вала и движения элементов, составляющих рабочую камеру, делятся на две больших группы – роторно-вращательные и роторно-поступательные. В первом случае рабочая камера образуется стенками корпуса и крышек и промежутками между зубьями ротора (шестеренчатые и героторные гидромашины), а во втором случае – поршнями и стенками цилиндров (аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромашины) или пластинами, поверхностями ротора и статора и прижимными дисками (пластинчатые гидромашины). Ознакомиться с устройством и работой объемных гидравлических машин можно в специальной литературе [3, 10, 68], а также в руководствах по эксплуатации путевых машин [49, 50, 52].

Основные параметры выпускаемых фирмами-изготовителями гидравлических машин должны соответствовать параметрическим рядам, которые регламентированы государственными стандартами. Производные параметры получаются расчетным путем или в результате испытаний образцов. К основным параметрам относятся:
V – рабочий объем – объем проходящей через гидромашину жидкости за один оборот ее вала, см 3 /об.
P_ном – номинальное давление рабочей жидкости, МПа;
n_ном — номинальная частота вращения вала, обычно согласуемая с синхронной частотой вращения электродвигателей переменного тока, об/с.
Производными параметрами могут быть
Q_ном – номинальная подача или расход гидромашины, дм 3 /мин;
N_ном – номинальная мощность, необходимая для привода насоса, кВт;
Q_м – расход рабочей жидкости гидромотором, дм3/мин;
M – развиваемый на валу гидромотора крутящий момент, кНм;
h – полный КПД гидромашины.

КПД насоса (Nп, Nв – мощность выходного потока рабочей жидкости (полезная мощность) и мощность, подводимая к валу насоса, кВт). КПД гидромотора: Для гидромотора полезной будет мощность, развиваемая на его валу. Полный КПД гидромашины h = hо hм hг (hо – объемный КПД, характеризуемый внутренними утечками рабочей жидкости в гидромашине, hм – механический КПД, обусловленный трением в подвижных частях, hг – гидравлический КПД, связанный с линейными и местными потерями напора при движении жидкости внутри гид-ромашины).

При выборе насоса и гидромотора учитывают возможность реверсирования, регулирования величины потока рабочей жидкости и скорости вращения вала гидромотора, а также обратимость объемной гидромашины. Под обратимостью понимается свойство гидромашины работать в режиме наоса и мотора. Большинство объемных гидравлических машин обладают свойством обратимости.

Рис. 3.1. Объемный гидропривод с открытой (а) и закрытой (б) циркуляцией рабочей жидкости:
Б1 – гидравлический бак; Ф1, Ф2 – всасывающий и сливной фильтры;
Н1, Н2 – основной объемно-регулируемый реверсивный и подпиточный насосы;
М1 – объемно-регулируемый реверсивный гидромотор; КО1, КО2 – обратные клапаны; КП1 – КП3 – предохранительные клапаны;
ВН1, ВН2 – вентили разгрузки системы от давления; АК1 – гидропневмоаккмулятор

На путевых машинах используют в основном объемный гидропривод с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости (рис. 3.1, а). В нем вся жидкость после прохода по системе возвращается в бак Б1. Такие системы используются при наличии на машине большого количества гидроцилиндров, когда объемы возвращаемой в бак жидкости с течением времени значительно изменяются. Гидросистемы с замкнутой циркуляцией (рис. 3.1, б) используются чаще всего для привода вращения механизма. В современных путевых машинах они используются в приводах механизмов непрерывного движения машины или вибраций рабочего органа (выправочно-подбивочно-рихтовочные машины непрерывно-циклического действия, динамические стабилизаторы пути). Такие приводы обычно оснащаются дополнительными насосами Н2, подключенными к основной всасывающей линии для компенсации объемных потерь в замкнутом контуре и повышения всасывающей способности основного насоса Н1. Обычно насос в этом случае обеспечивает объемное регулирование и реверсирование потока.

Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели, которые преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию линейно перемещения выходного звена (штока или корпуса). На путевых машинах находят широкое применение гидроцилиндры различных типов: одностороннего и двустороннего действия, с односторонним или двухсторонним выходом штока, многосекционные телескопические и плунжерные. В тех случаях, когда это диктуется особыми условиями работы и конструкцией приводимых механизмов, используются гидроцилиндры специального исполнения (например, для привода рычагов подбоек подбивочного блока). В остальных случаях используются типовые гидроцилиндры.

Основными параметрами гидроцилиндра являются:
p_ном – номинальное давление, МПа;
D, d – диаметр поршня и штока, м;
L – ход штока, м.

Во время работы гидравлический привод должен обеспечить работу приводимого механизма в заданном режиме, определяемом техническими и технологическими параметрами рабочего органа и машины в целом. Режим обеспечивается поддержанием или регулированием скорости и усилий гидроцилиндра, угловой скорости вращения вала и развиваемого вращающего момента гидромотора, возможностью изменить направление движения, зафиксировать механизм в заданном положении, или, наоборот, дать возможность механизму свободно перемещаться под действием внешних сил (плавающий режим), обеспечить требуемую последовательность переключений группы взаимосвязанных по технологическому процессу механизмов. В любых предусмотренных условиях работы путевой машины должна быть обеспечена защита гидропривода и механизма от перегрузок, имеющих статический или динамический характер. Работа гидропривода и приводимого механизма в заданном режиме обеспечивается аппаратурой управления, регулирования и защиты.

К аппаратуре для изменения направления, пропуска или перекрытия потока рабочей жидкости относятся распределители, обратные клапаны, односторонние и двухсторонние гидрозамки, переключательные клапаны, переключатели манометра и т.д. В гидроприводе путевых машин в основном применяются гидрораспределители с запорным элементом в виде цилиндрического золотника. Защита от перегрузок производится аппаратами регулирования давления рабочей жидкости: предохранительными, редукционными и перепускными клапанами, реле давления.

Кроме того, гидропривод имеет устройства для кондиционирования, то есть поддержания в работоспособном состоянии рабочей жидкости. К ним обычно относят гидробаки, фильтры, маслоохладители, магнитные улавливающие устройства.

В машинах циклического действия гидросистема оснащается гидроаккумулятором АК1 (см. рис. 3.1, а), который позволяет в течение рабочего цикла при сниженном расходе жидкости накопить энергию для компенсации пикового расхода при срабатывании механизмов. Кроме того, гидроаккумулятор способствует демпфированию пульсаций давления и может служить гидравлической пружиной для амортизации работы гидроцилиндров.

Параметры режима гидросистемы во время работы и при настройках наблюдаются с помощью контрольной аппаратуры: манометров, термометров, расходомеров.

Основными параметрами гидроаппаратов являются:
p_ном – номинальное давление, МПа;
D_у – диаметр условного прохода, мм;
d_ном – номинальная тонкость фильтрации (фильтра), мкм;
V_ном – емкость (гидроаккумулятора) дм3;
W_ном – вместимость (гидробака), дм3.
Для большинства аппаратов дополнительным параметром является Q_ном – номинальный расход, дм3/с [10].

Необходимую информацию для ознакомления с принципом работы и устройством аппаратов, расчетом их параметров при конкретной установке в гидросистеме можно найти в специальной литературе [10, 49, 50, 68].

Рис. 3.2. Условные графические обозначения
насосов и гидравлических двигателей насосы:
нерегулируемый (а), регулируемый с реверсивным потоком рабочей жидкости (б), пластинчатый (в),
радиально-поргневой (г), аксиально-поршневой (д), шестеренчатый (е), ручной (ж), центробежный динамический (з);
гидромоторы:
нереверсивный (и), объемно-регулируемый реверсивный (к), гидроцилиндры: с односторонним выходом штока (л),
с пружинным возвратом (м), с торможением в конце хода штока (н), плунжерный (о), с двухсторонним выходом штока (п),
дифференциальный с подачей рабочей жидкости через штоки (р), телескопический (с), поворотный или моментный (т)

Стандартами Единой системы конструкторской документации на изделия машиностроения и приборостроения регламентированы правила выполнения принципиальных схем гидросистем, а также изображения условных обозначений гидравлических машин и аппаратов. На рис. 3.2 и 3.3 приводятся примеры их условных обозначений, которые можно использовать в курсовом и дипломном проектировании.

Рис. 3.3. Условные графические обозначения аппаратов и устройств гидропривода гидрораспределители:
с ручным управлением и возвратом в нейтральную позицию (а), с электромагнитным управлением (б),
с электрогидравлическим управлением (в), регулируемый с пропорциональным электрогидравлическим управлением (сервовентиль) (г),
обратный клапан (д), односторонний (е) и двухсторонний (ж) нидрозамки, переключательный клапан (з), регулируемый дроссель (и),
дроссель с обратным клапаном (к), делитель (л) и регулятор (м) потока, предохранительный клапан (н).
предохранительный клапан с пропорциональным электрогидравлическим управлением (о),
редукционный клапан (п), гидравлический бак с погруженным и не погруженным в рабочую жидкость трубопроводами (р),
охладитель (с), фильтр (т), гидропневмоаккумулятор (у), вентиль (ф), манометр (х), переключатель манометра (ц),
термометр (ч), указатель уровня жидкости (ш), реле давления (щ)

3.1.1. Порядок расчета объемного гидропривода

При разработке гидропривода рабочего органа или путевой машины в целом, после определения структуры рабочего цикла, нагрузок и скоростей движения механизмов, условий и режимов эксплуатации, диапазонов регулирования параметров, дополнительных требований к гидроприводу, решается комплекс взаимоувязанных задач: составляется принципиальная схема гидропривода, выбирается номинальное давление, производится расчет параметров гидравлических машин, гидроцилиндров, аппаратуры, устройств кондиционирования рабочей жидкости, трубопроводов, арматуры и т.п. С учетом определенных параметров по каталогам подбираются необходимые элементы гидропривода и производятся итерационные поверочные расчеты. Результаты расчетов используются для рабочего проектирования гидропривода и машины в целом.

Для гидропривода при его номинальной загрузке должен быть установившийся режим теплообмена с окружающей средой и режимы течения рабочей жидкости по элементам и трубопроводам. При длительных нагрузках давление в гидроприводе не должно превышать p_ном, а при выполнении рабочих операций предохранительные клапаны не должны пропускать жидкость в бак. Номинальное давление в гидросистеме выбирают из параметрического ряда ГОСТ 12445-80. На путевых машинах отечественного производства обычно применяется гидроаппаратура, имеющая p_ном = 10; 16, 20, 25; 32 МПа. Различают также максимальное давление p_max, которое допускается для кратковременной работы гидропривода, а также пиковое давление p_п, которое действует мгновенно, например при переключениях клапанов [68].

Для постоянно включенного механизма определяется суммарный расход рабочей жидкости всеми его двигателями, а для группы механизмов машины циклического действия составляется циклограмма изменения расхода. При отсутствии гидроаккумулятора подача насоса подбирается по максимальному расходу Q_max, так как механизм должен реализовать максимальную скорость, а при его наличии – по среднему расходу за цикл:

где Tц – суммарное время рабочего цикла, с; Qi,– расход рабо-чей жидкости, дм3/с в течение времени ti, с.

Стандартные значения номинальных значений расхода Qном регламентированы ГОСТ 13825-80. Номинальные частоты вращения валов насосов и гидромоторов nном, об/мин установлены ГОСТ 12446-80.

Диаметр условного прохода гидроаппаратов, приблизительно равный внутреннему диаметру трубы [10], мм: (Qт – расход жидкости в трубопроводе, дм3/с; vт – скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с). Рекомендуется принимать: vт = 1,4 м/с – для всасывающих, vт = 2,25 м/с – для сливных и vт = 3,5 – 8,5 м/с – для напорных трубопроводов. Последний случай соответствует диапазону давлений pном 6,3 – 32 МПа, в котором большему давлению соответствует большая скорость жидкости. По вычисленному Dу в каталогах находятся гидроаппараты, в общем случае с большим условным проходом. Для отечественной гидроаппаратуры стандартные значения условных проходов приведены в ГОСТ 16516-80.

При движении рабочей жидкости по элементам гидросистемы проявляют себя гидравлические сопротивления, выража-ющиеся в потерях давления. Поэтому давление, развиваемое в выходном отверстии насоса, МПа:

где Dpт, Dpм, Dpэ, Dpд, – потери давления жидкости вследствие ее течения через трубопроводы, местные сопротивления, элементы гидропривода и гидродвигатель, МПа.

В случае, если номинальное давление насоса pном > Dpн – выбранный насос можно использовать в гидроприводе в те-чение его ресурса, если pном 0, то возникает сила F, перемещающая шток влево, а если

ГЛАВА 4
МАШИНЫ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

4.1. Неисправности земляного полотна и машины для его ремонта

Земляное полотно – это основание железнодорожного пути. В процессе эксплуатации на него оказываются различные воздействия: динамическое и статическое силовое воздействие от поездов; метеорологическое воздействие факторов окружающей среды (дождь, снег, ветер, низкие и высокие температуры и др.); воздействие близлежащих водоемов и рек, вызывающих подмывание земляного полотна; зарастание земляного полотна растительностью (трава, кустарники, деревья); засорение поверхности и кюветов мусором, сбрасываемым с пассажирских поездов, сыпучими грузами вследствие выветривания и высыпания из грузовых поездов. В результате снижается устойчивость земляного полотна, оно под действием нагрузок начинает деформироваться, что приводит, в свою очередь, к деформациям верхнего строения пути, нарушению безопасности движения поездов. К основным неисправностям земляного полотна (рис. 4.1) относятся балластные корыта, балластные ложи, карманы и др. Замерзающая зимой вода образует пучины. Для исправного содержания земляного полотна надо отводить из него воду, устраивая дренажи, прорези, штольни и др., которые необходимо содержать в исправном состоянии и очищать от наносимого ила, песка и грязи. Поперечный профиль земляного полотна должен соответствовать проектному положению, для чего надо срезать приподнятые и заросшие бровки, планировать обочины, в горных условиях укреплять откосы, выемки и удалять каменные осыпи. Периодически возникает необходимость регулировать растительный покров в зоне отвода, который нарушает видимость сигналов, состояния пути, перемещающихся рядом с путем объектов и приводит к нарушению стабильности балластной призмы.

Для механизации работ по ремонту земляного полотна используются общестроительные (экскаваторы, бульдозеры, скреперы, автосамосвалы и др.) и специализированные путевые машины. К последней группе машин относятся: путевые струги снегоочистители СС-1, СС-М и СС-3; машины для ремонта земляного полотна с фрезерно-роторным рабочим органом СЗП-600Р, МКТ, МНК-1, КОМ-300; машины для сооружения поперечных дренажей; машины для регулирования растительного покрова в зоне полосы отвода и на пути (кусторезы СП-93 и СП-93Р, машина для подавления растительности МПР, машины для опрыскивания растительности гербицидами РОМ-3М, РОМ-4 и др.), машины для очистки кюветов на базе промышленных тракторов.

4.2. Путевой струг-снегоочиститель:
устройство, технология применения, основы расчета

На железных дорогах России используют струги-снегоочистители СС-1, СС-М и СС-3. Наиболее совершенной машиной является СС-3. Весной и летом его применяют на не электрифицированных участках для очистки старых и нарезки новых кюветов, планировки откосов балластной призмы, срезки и планировки откосов выемок и насыпей, срезки, планировки и перераспределения грунта на строительстве вторых путей. Зимой струг используют для очистки станций и перегонов от снега, а также для отвалки снега в местах выгрузки. Совмещение на одной машине земляного м снегоочистительного рабочего оборудования позволяет использовать машину по принятой технологии строительства, ремонта и текущего содержания пути круглый год.

Струг-снегоочиститель СС-3 (рис. 4.2) представляет собой несамоходную единицу СПС, передвигаемую при работе и транспортировке локомотивом. В средней части рамы 15 справа и слева установлены два земляных устройства, которые подвешены на портальной стойке 6 с пневмоцилиндрами их вертикального перемещения. Земляное устройство состоит из бокового крыла 3 с балластным подкрылком 14, откосной части 2 и корневой части 13, установленной на вертикальной направляющей колонне портальной стойки. Крыло 3 наклоняется в вертикальной плоскости телескопической тягой 5 с двумя пневмоцилиндрами, а крыло 2 – механизмом с пневмоцилиндром 4. В рабочем положении земляное устройство поворачивается пнемоцилиндром 24 и фиксируется телескопическими распорками 17-19. При повороте в плане наибольший вылет крыла от оси пути составляет 7,755 м. Планировка балластной призмы может выполняться дополнительными оправочными устройствами 12, имеющими привод от пневмоцилиндра.

Для очистки путей от снега струг-снегоочиститель оборудован передним 9 и задним 23 отвальными устройствами, а также правым и левым боковыми крыльями 20.

Телескопическая распорка для удержания земляного устройства в раскрытом положении (рис. 4.3) состоит из труб 8 и 9, входящих одна в другую. Конец одной трубы прикреплен к крылу, а второй – к раме машины шарнирами 7 и 10. При повороте крыла длина распорок изменяется автоматически в зависимости от угла раскрытия крыла. Длину распорки и положение крыла фиксируют пневматическим стопором – пневмоцилиндром, установленным на наружной трубе 9. Поршень 3 пружиной 4 отжимается в нижнее положение.

На конце штока закреплен фиксатор 2 с зубьями, находящимися в зацеплении с зубчатой рейкой 6, приваренной к внутренней трубе 8. Зубчатое колесо 5 направляет движение этой трубы и предотвращает ее поворот. Стопор в нормальном положении обычно застопорен, а при повороте крыла он отпускается. Для этого по трубопроводу 1 подается сжатый воздух под поршень 3, который сжимает пружину и освобождает рейку.

Земляное устройство (рис. 4.4) состоит из основной части 11 сварной или литой конструкции, на которой смонтированы три подвижных элемента: кюветная часть 12, откосное крыло 1 и балластный подкрылок 9. Кюветная часть установлена сзади крыла в направляющих 17 и может по ним перемещаться с помощью пневмомотора 20 через редуктор 15 и винтовую передачу 16. Откосное крыло 1 прикреплено к основному крылу 11 через петлевой шарнир 2 и сектор 13. Сектор может поворачиваться с крылом вокруг шарнира 14 и закрепляться в требуемом положении на криволинейной направляющей 3. Откосное крыло поворачивается пневмоцилиндром 8 чрез механизм, состоящий из направляющей 7, ползуна 6 и тяги 5 и фиксируется в вертикальной плоскости пневмостопором 19, а в плане – телескопической распоркой 19 (см. рис. 4.2). На нижних кромках крыльев и кюветной части устанавливаются подрезные съемные ножи, позволяющие уменьшить абразивный износ рабочих поверхностей земляного устройства. Для нарезки или очистки кюветов кюветная часть 12 выдвигается, а режущая кромка откосного крыла 1 устанавливается параллельно режущей кромке кюветной части. При планировочных работах на откосе или на основной площадке земляного полотна кюветная часть 12 задвигается за крыло 11, а режущие кромки откосного и основного крыльев устанавливаются в одну линию друг с другом.

Планировка откоса балластной призмы может производиться, помимо оправочного устройства, также балластным подкрылком 9, который поворачивается вокруг оси и устанавливается под углом, соответствующим наклону откоса балластной призмы.

Крыло 1 земляного устройства (рис. 4.5) подвешено к портальной раме на укосине 6, вертикальная часть которой состоит из трубы 5, надетой на колонну 7. К верхней части укосины крепится наклонная телескопическая тяга 4, а к корневой части 3 на оси прикреплено крыло 1, поворачивающееся в вертикальной плоскости этой тягой для изменения угла наклона режущей кромки. Кронштейн 8 верхней обоймы укосины 6 соединен со штоком подъемного пневмоцилиндра 9, закрепленного внутри рамы струга. При выдвижении штока цилиндра укосина с крылом поднимаются, скользя по колонне 7. В поднятом положении крыло стопорится штырями.

Телескопическая наклонная тяга (рис. 4.6) предназначена для изменения наклона крыла. На её раме 2 закреплён пневмоцилиндр 1. Шток цилиндра присоединён к подвижной трубе 5 с зубчатой рейкой 7. Эта труба перемещается в неподвижной трубе 6, на которой смонтирован пневмостопор 8 такой же конструкции, как и на телескопической распорке. Воздух в пневмоцилиндр подается по воздухопроводу 4. Перекос внутренней трубы предотвращает направляющее зубчатое колесо 10, закреплённое на неподвижной трубе. Колесо вращается при движении рейки. Подвижная труба с шарниром 11 соединена с крылом. При выдвижении поршня пневмоцилиндра крыло наклоняется, поворачиваясь вокруг его оси. Таким образом, каждое боковое крыло в рабочем положении опущено и наклонено. В транспортном положении кюветная часть вдвинута за основную, откосное крыло занимает верхнее положение и всё крыло посредством подъемного пневмоцилиндра и наклонной тяги поднято в крайнее положение. В аварийном режиме для подъема земляных устройств в транспортное положение используется электрическая лебедка, привод которой обеспечивается от дизель-электрического агрегата, установленного в передней кабине струга.

Отвальные устройства 9 и 23 (см. рис. 4.2) служат для очистки путей от снега. Они имеют два отвала криволинейной формы, которые через шарниры устанавливаются на подъемных рамах. Подъемные рамы подвешиваются на основной раме машины через пружинные амортизаторы и соединены с ней подъемными пневмоцилиндрами. Амортизаторы позволяют производить быстрый подъем устройства в транспортное положение во время работы при возникновении препятствий (рабочая скорость машины при очистке снега до 80 км/ч). Отвалы в рабочем положении могут разворачиваться в плане пневмоцилиндрами через рычажные передачи и закрепляться в этом положении распорками с фиксаторами. В нижней части каждого отвала закреплены криволинейные подкрылки 9 и 21. При работе подкрылки вручную поворачиваются и фиксируются относительно отвалов, расширяя зону очищаемой полосы до 3,2 м.

В зависимости от условий работы отвалы 4 и подкрылки 3 (рис. 4.7) могут устанавливаться на подъемной раме 2 для работы по однопутной схеме с отбросом снега в обе стороны от оси пути (схемы а и б), либо по двухпутной схеме с отбросом снега в полевую сторону направо (в) или налево (г). В этом случае крыло со стороны междупутья фиксируется распоркой 5 с дополнительным стопором. Если скорость движения машины превышает 25-30 км/ч, происходит интенсивное отбрасывание снега в сторону по криволинейным поверхностям отвалов. При приведении отвального устройства в рабочее положение автосцепка 8 (см. рис. 4.2) втягивается пневмоцилиндром, а отверстие закрывается дополнительными щитками.

Для увеличения ширины очищаемой зоны до 6 м используются боковые крылья 1 (схемы а, в и г). Схема б называется схемой тарана и используется также для динамической пробивки снежного заноса глубиной до 2,0 м и образования пионерной траншеи, которая затем при втором проходе расширяется боковыми крыльями.

Струг-снегоочиститель может работать в комплекте со снегоуборочной машиной для перевалки снега на соседний путь, или для отодвигания снежного отвала от пути в месте выгрузки. В этих случаях используется отвальное и земляное устройство. Снег после перевалки на станции убирается снегоуборочной машиной.

Привод рабочих органов струга-снегоочистителя пневматический от компрессора локомотива. Воздух в пневмосистему поступает через клапаны максимального давления, позволяющие поддерживать стабилизированное рабочее давление 0,6 МПа, независимо от давления в тормозной системе. Управление пневмоцилиндрами производится через краны, сгруппированные функционально на пультах управления в передней и задней кабинах.

Струг-снегоочиститель это многофункциональный машинный агрегат, поэтому расчеты могут преследовать разнообразные цели и существенно отличаться по методикам. Например, целями расчета могут быть: определение сопротивлений движению струга в сцепе с локомотивом при работе в различных режимах и транспортировке для выбора локомотива с оптимальными тяговыми характеристиками; расчет устойчивости струга против поперечного опрокидывания при его движении во время работы с максимально открытым земляным устройством; расчет устойчивости против схода с рельсов при работе земляным устройством; расчет нагрузок на рабочее оборудование с целью оценки прочности или параметров привода; расчет технических параметров струга, определяющих возможность его работы в заданных эксплуатационных условиях, например, оценка производительности и т.д.

В качестве примера рассмотрим методику тягового расчета струга при планировке основной площадки земляного полотна. Цель расчета заключается в определении общего сопротивления движению, которое необходимо преодолевать в расчетных условиях, прикладывая к автосцепке машины силу тяги локомотива. Струг движется со скоростью Vм, км/ч, планируя одним земляным устройством указанную поверхность. Сопротивление движению струга, Н, складывается из двух составляющих:

где SWп, SWр – составляющие сопротивления движению машины как единицы СПС, определяемые по методике, изложенной в п. 2.8, и реакции срезаемого слоя грунта, спроектированные на продольную ось машины, Н;

При расчете сопротивления, связанного с работой земляного устройства, процесс копания грунта рассматривается как работа плуга, а расчет сопротивлений производится по методике, предложенной проф. Н.Г. Домбровским [22]. Силы, приложенные к поверхностям земляного устройства, направлены перпендикулярно и по касательной к ней. Для определения составляющих, приводящих к необходимости преодолевать сопротивление движению, силы проектируются на направление движения машины. Сопротивление перемещению струга, вызванное взаимодействием отвалов элементов земляного устройства и грунта, Н;

где Wрез, Wпв, Wсо – тяговые сопротивления, вызванные силами резания грунта, силами, возникающими при волочении вала грунта перед земляным устройством, и силами, связанными со скольжением поверхности отвала земляного устройства по валу грунта, Н.

Составляющая сопротивления движению струга, связанная с резанием грунта, Н:

где – усилие резания грунта земляным устройством, Н; a – угол наклона земляного устройства к продольной оси струга, град; K – удельный коэффициент сопротивления резанию, зависящий от свойств грунта и изменяющийся в пределах К = 50´103 – 120´103 Н/м2; h – толщина срезаемого слоя грунта, м; Sbi – суммарная длина режущих кромок ножей, м.

Сопротивление движению струга, вызванное сопротивлением движению призмы волочения, Н;

где – усилие, затрачиваемое на перемещение призмы волочения, Н; H – расчетная высота призмы волочения, м; j – угол естественного откоса грунта в движении, град; r – плот-ность грунта в разрыхленном состоянии, кг/м3; g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; f – приведенный коэффициент трения грунта по грунту, f = 0,6 – 0,8.

Составляющая сопротивления движению машины, обусловленная трением поверхностей отвалов элементов земляного устройства по грунту, Н:

где – касательная сила трения скольжения вала грунта по земляному устройству, Н; fос – коэффициент трения скольжения стали по грунту, fос = 0,3 – 0,5.

Полученное по (4.1) значение суммарного сопротивления сравнивается с тяговыми характеристиками локомотивов (рис. 4.9). Если выбранный локомотив в состоянии обеспечить расчетную тягу на автосцепке при требуемой скорости движениях, то его применение возможно в принятых для расчета условиях.

Разность между силой тяги Tk, которую способен развить локомотив в принятых расчетных условиях, и сопротивлением движения струга SWсn называется избыточной силой тяги локомотива. Она, при необходимости, может быть реализована для разгона рабочего поезда (локомотив + машина) или для преодоления неучтенных сопротивлений, если они будут иметь место на практике. Используя методику можно построить графики изменения суммарных сопротивлений движению рабочего поезда SWс1, SWс2, SWс3 при изменении скорости движения Vм для различных режимов резания грунта. Точки A1, A2 и A3 пер6есечения графиков тяговой характеристики локомотива и сопротивлений рабочего поезда соответствуют предельным режимам работы при максимальной скорости. Режимы выше графика тяговой характеристики локомотива не могут быть реализованы, ниже – могут быть реализованы данным локомотивом.

Технические характеристики путевых стругов, приведены в табл. 4.1.

4.3. Машины активного действия для нарезки
и ремонта водоотводных устройств земляного полотна
(устройство, технология применения)

Первые паровые экскаваторы на рельсовом ходу были успешно использованы в строительстве железной дороги Москва – Санкт-Петербург (1842–1851 гг.). Впоследствии экскаваторы стали широко применяться в железнодорожном строительстве. Путиловский завод (С.-Петербург) в 1902 году начал производство отечественных экскаваторов на рельсовом ходу.

В современных машинах активного действия для нарезки и ремонта водоотводных устройств земляного полотна реализована идея установки рабочего оборудования роторного экскаватора поперечного копания на специальную железнодорожную платформу. Это позволяет производить нарезку кюветов, их очистку, углубление и расширение, планировку траншей, откосов земляного полотна и некоторые другие земляные работы при грунтах I–III групп. Выкапываемые излишки грунта грузятся на СПС для вывоза с перегона или укладываются рядом с земляным полотном. Машины могут производить земляные работы при наличии опор контактной сети и искусственных объектов в зоне отвода вблизи пути.

4.3.1. Самоходный землеуборочный поезд СЗП-600Р

Самоходный землеуборочный поезд, выпускаемый ОАО КЗ «Ремпутьмаш», состоит из тягового модуля УТМ-1 (рис. 4.10, а), который соединен с базовой машиной СЗП-600Р, и вагона прикрытия ВП-1. При работе базовая машина сцепляется с СПС для вывоза засорителей, а при постановке комплекса в состав поезда для транспортировки вагон прикрытия прицепляется с другой стороны машины под транспортером.

Базовая машина имеет раму 27 (рис. 4.10, б), которая устанавливается на трехосных ходовых тележках 18-102 или 18-522 с дополнительными механизмами отключения рессор при работе. Помимо автосцепок 31, для повышения поперечной устойчивости при работе машина опирается на тяговый модуль через дополнительное устройство 17 с приводом от гидроцилиндров. Рабочее оборудование включает стрелу 9 с установленным на ней многоковшовым ротором 14. Стрела шарнирно закреплена на поворотной клети 5 с противовесом 3 и может поворачиваться в вертикальной плоскости двумя гидроцилиндрами 28. В нижней части стрелы смонтированы основной 8 и очистной 26 конвейеры. При работе машины выбираемый грунт перемещается основным конвейером на выбросной конвейер 1, который при установке вдоль машины перегружает грунт на СПС, или при повороте – в отвал. Очистной конвейер перемещает осыпавшийся грунт в траншею к ротору, предотвращая загрязнение пути и машины. Машина оснащена двумя плугами 21 с шарнирно-рычажной системой их перемещения в рабочее и транспортное положения. Плуги используются для планировки стенок траншей и поверхности земляного полотна.

Управление рабочими операциями машины осуществляется из кабины 15, обеспечивающей повышенную обзорность фронта работы. Привод рабочего оборудования машины гидравлический от насосной станции 16. Электродвигатели насосной станции получают питание от дизель-электрического силового агрегата тягового модуля.

Ротор 7 (рис. 4.11, а) подвешен на стреле через систему, позволяющую производить его активное манипулирование путем поворота в плане на угол 180° и наклона в вертикальной плоскости на угол, достаточный для вертикальной установки ротора при максимальном заглублении и его повороте в плане перпендикулярно направлению рабочего движения. Механизм поворота ротора в плане содержит два гидроцилиндра 2 (см. также рис. 4.11, б), установленных сверху стрелы. Каждый гидроцилиндр связан с ускоряющим полиспастом, содержащем блок 23, установленный в направляющих 18. Тросы 12 полиспастов проходят через отклоняющие блоки 4, 11, направляющие 21 и закрепляются за ротор 7 через коуши 19. С другой стороны они закреплены на натяжных устройствах 20. Рама ротора через кронштейны 9 и вертикальную ось 22 устанавливается в наклонном кронштейне 8, что позволяет ротору поворачиваться в плане на необходимый угол. Наклон ротора в вертикальной плоскости производится гидроцилиндром 6 за счет наклона кронштейна 8.

Рама 6 клети (рис. 4.12) устанавливается на раме машины через роликоподшипниковый опорно-поворотный круг 26. Механизм поворота клети со стрелой 9 состоит из двух гидроцилиндров 13, которые закреплены за кронштейны 11 и поддерживаются опорами 12. Гидроцилиндры через коуши 14 соединены с тросами 15, огибающими блоки 16 и закрепленными на подвижной части поворотного круга 26. Система позволяет обеспечить поворот стрелы в плане на угол до 50° в любую сторону. Выбросной поворотный конвейер 29 также устанавливается на роликоподшипниковом поворотном круге 19. Поворот конвейера в плане на угол до 75° производится через внутреннее зубчатое зацепление 24 и редуктор 25 гидромотором 22. Изменение наклона конвейера 29 в вертикальной плоскости производится гидроцилиндром 31 через тросовую подвеску. Гидроцилиндр шарнирно закреплен на укосине 3, которая может поворачиваться в плане вокруг подшипникового узла 5. Чтобы предотвратить опасное сближение клети и поворотного конвейера при их повороте в одну сторону, в системе применен концевой выключатель 18, срабатывающий при угле сближения 65°.

Для предотвращения разбрасывания грунта с конвейера 8 служит отбойник 3, подвешенный через подвеску 4.

На роторе 6 (рис. 4.13, а, б) закреплены ковши 1, образующие бескамерную конструкцию ротора. При работе ротор вращается с угловой скоростью wр и одновременно осуществляется движение подачи со скоростью Vм. Так как ковши не имеют донных стенок, то грунт поднимается по поверхности 4, образующей запорный сектор. В зоне разгрузочного сектора 3 под действием веса грунт высыпается из ковшей и по наклонному лотку 7 спускается на основной конвейер 5 и перемещается к выбросному конвейеру. Вращение ротора 6 осуществляется гидромотором 11 через планетарный редуктор 12.

Форма режущих кромок ротора (рис. 4.13, г) способствует уменьшению влияния блокированного резания грунта в траншее. При необходимости ковши могут переустанавливаться на роторе для его вращения в противоположном направлении.

Плуг состоит из двух отвалов 9 (рис. 4.14), соединенных между собой петлевым шарниром 12, ось которого, в свою оче-редь, установлена на кронштейне 11. На этом же кронштейне установлен упор 16. Отвал соединен шарнирно с двумя гидроцилиндрами 10, соединенными также шарнирно с упором. Такая конструкция позволяет разворачивать отвалы для установки их относительно планируемой поверхности. Подъем и опускание плуга производится шарнирно-рычажной системой, включающей балку 8, через шарнирный узел закрепленную на корневой части 6. Корневая часть через ве6ртикальную ось закреплена на раме 4 машины через кронштейн 7. Балка в плане поворачивается гидроцилиндром 14, связанным с ней и с рамой машины универсальными шарнирными узлами 14 и 15. Гидроцилиндром 5 балка 8 наклоняется в вертикальной плоскости, а гидроцилиндром 3 наклоняется кронштейн 11 вместе с отвалами 9.

В транспортном положении плуг закрепляется на упорах 1 и 2.

4.3.2. Кюветно-траншейная машина МКТ

Кюветно-траншейная машина МКТ, выпускаемая ЗАО «Тулажелдормаш», имеет аналогичное СЗП-600Р назначение и работает в составе с тяговым модулем ПТМ-630 или ТЭУ-630 и СПС для перевозки засорителей. Экипажная часть машины содержит раму 27 (рис. 4.15) с двухосной 39 (типа 18-100) и трехосной 14 (типа 18-102) ходовыми тележками, оснащенными системой блокировки рессор.

Рабочее оборудование включает многоковшовый ротор 2 с 10 ковшами 3 бескамерной конструкции, стрелу 10, соединенную с поворотной клетью 13 через оси 15 и гидроцилиндры 28. Клеть установлена на раме 38 через опорно-поворотное устройство и может поворачиваться вместе со стрелой 10 в плане двумя гидроцилиндрами 25. Ротор 2 также может поворачиваться на угол 180° с помощью механизма 6, приводимого гидроцилиндрами 12 через трособлочную передачу 8, 9 и 11. На стреле 10 установлен противовес 16. В нижней части стрелы установлены основной 31 и очистной 32 конвейеры. Материал с основного конвейера через отбойник 26 поступает на поворотный разгрузочный конвейер 18, который также может поворачиваться в плане и в вертикальной плоскости гидроцилиндром 17 через растяжку 19. Конвейер имеет концевую секцию 21, которая поднимается в рабочее и опускается в транспортное положение гидроцилиндрами 20. Это исключает применение вагона прикрытия.

Ковшевой ротор 2 устанавливается на раме 4 через направляющие ролики 7 и приводится открытой зубчатой передачей 37 через редуктор и электродвигатель. В верхней части рамы установлен поперечный конвейер 5 передачи выкопанного грунта на основной конвейер.

Электрические системы машины и тягового модуля соединяются кабелями через блок розеток 40.

Промышленностью выпускаются и другие аналогичные несамоходные и самоходные машины. Краткие данные их технических характеристик приведены в табл. 4.2.

4.4. Основы расчета активных рабочих органов машин
для ремонта земляного полотна

4.4.1. Определение рабочих параметров ротора

Основным рабочим органом для нарезки и очистки кюветов является роторное устройство бескамерной конструкции с подъемом выбранного грунта по запорному сектору и гравитационной разгрузкой ковшей в секторе разгрузки через неподвижный лоток на промежуточный конвейер. Особенностью роторного устройства является его подвижность в горизонтальной и вертикальной плоскости, что дает возможность формировать траншеи необходимой формы поперечного сечения. Вращение ротора сочетается с его поступательной подачей при движении состава с рабочей скоростью. В зависимости от положения ротора относительно траншеи реализуются разные схемы копания [22]. При положении плоскости ротора параллельно траншее схема копания аналогична схеме копания роторного траншейного экскаватора (разработка пионерной траншеи (рис. 4.17, а) шириной Bт, м и глубиной Hт, м ), при положении указанной плоскости перпендикулярно траншее (рис. 4.16, б) – схема аналогична роторному экскаватору поперечного копания (расширение и углубление траншеи). При других положениях ротора (рис. 4.7, в) анализ процесса копания грунта предусматривает использование более сложных расчетных схем.

Наибольшая нагрузка на ротор может возникнуть при разработке прямоугольной пионерной траншеи, так как при этом наблюдается энергоемкий процесс блокированного резания грунта передней и боковыми кромками ковшей. В остальных случаях происходит полублокированное резание грунта передней и одной из боковых кромок. Определим геометрические параметры ротора, его производительность, действующие силы и энергетические параметры по методике [33] для этого расчетного случая.

Размеры ковшей (рис. 4.16, г) ротора рекомендуется определять по формулам: , , (bк, hк, lк и tк – соответственно, ширина, высота и длина ковша и шаг расположения ковшей, м). В случае конструкции ротора с расположением его привода по центру диаметр ротора Dр по концам ковшей должен быть достаточным, чтобы гарантировать зазор между нижней частью привода и грунтом, иначе говоря, радиус ротора Rр, м должен быть больше глубины траншеи Hт (см. рис. 4.10, а).

Для гравитационного способа разгрузки угловая частота вращения ротора wр, рад/с не должна превышать критического значения wкр, рад, определяемого из условия начала падения частицы массой m, кг под действием веса в верхней точке A ротора. В этой точке на нее действует также центробежная сила, поэтому:

где g – ускорение свободного падения, м/с2.

При бескамерной конструкции ротора его угловая частота принимается , а предельное значение составляет .

Техническая производительность ротора по грунту в траншее с учетом его разрыхления и наполнения ковшей, м3/ч:

где qк – емкость ковша, м3 (qк = 0,035 м3 – для ротора СЗП-600Р); Zк – число ковшей; Kн – коэффициент наполнения ковшей грунтом (Kн = 0,6 – 0,8); Kр – коэффициент разрыхления грунта при копании (Kр = 1,26 – в среднем).

При заданной производительности формула (4.7) может использоваться для определения емкости и числа ковшей. При увеличении числа ковшей уменьшается неравномерность нагрузки на ротор, связанная с поочередным выходом ковшей из забоя. Для ротора с 12 ковшами коэффициент неравномерности нагрузки достигает Kнн = 1,58 – 1,81. Применение скосов боковых кромок ковшей позволяет уменьшить неравномерность нагрузки в 1,2 – 1,3 раза. При увеличении числа ковшей свыше 12 неравномерность нагрузки уменьшается незначительно.

При известных геометрических характеристиках ротора формула (4.7) может быть использована для определения минимальной по условию заданной производительности частоты вращения ротора. При прямоугольной траншее рабочая скорость движения машины, м/ч:

В случае установки ротора под углом к направлению движения производительность определяется по поперечной площади срезаемой стружки, равной разности между площадью поперечного сечения траншеи после и до прохода, умноженной на скорость движения машины.

Возможность разгрузки ковшей ротора определяется величинами углов: jрс – разгрузочного сектора, рад и jзс – запорного сектора, рад. В точке B частица грунта массой m, кг должна начинать падать вниз. На частицу, помимо силы веса, действует также центробежная сила Fц, Н. Движение частицы на лоток начнется в том случае, если радиальная составляющая разложения силы веса будет больше центробежной силы. Проведя анализ действующих сил, получается выражение для углов запорного сектора jзс и сектора разгрузки jлс, рад:

где Rрс – радиус внешней поверхности запорного сектора, м.

Фактическая разгрузка ковша начинается с углом запаздывания Dj = 0,12 – 0,30 рад (7 — 17°), который зависит от крупности частиц грунта, его характеристик, конструкции ковшей ротора. При расчете угла сектора разгрузки анализируются также траектории полета частиц с учетом дополнительного наклона стрелы ротора. Угол jрс должен быть достаточным, чтобы не происходило перебрасывание частиц впереди ротора. Практически, для большинства случаев принимается jрс = 1,05 – 2,10 рад (60 – 120°).

Для расчета прочности ротора и параметров привода вращения и стрелы необходимо определить силы, действующие на ротор при копании. В контакте режущих кромок и грунта, согласно теории резания грунтов, рассматриваются силы, кН: P01 – касательная к траектории копания; P02 – действующая нормально к линии действия касательной силы; P03 – действующая перпендикулярно к плоскости рабочего органа и возникающая при поперечном копании. Для анализируемого случая разработки прямоугольной траншеи на режущие кромки действуют расчетные силы P01 и P02.

Считаем, что максимальное усилие копания действует на ковш, выходящий из траншеи (рис. 4.17). Его величина, кН:

где k1 – удельный коэффициент сопротивления резанию при проходе прямоугольной траншеи, кН/м2; Sп – подача ротора за время последовательного выхода из забоя двух зубьев, м; a0 – максимальный центральный угол поворота ковша в забое, рад.

По опытным данным k1 = 250 – 270 кН/м2 (в среднем 260 кН/м2) – для мягких грунтов и k1 = 420 – 450 кН/м2 (в среднем 435 кН/м2) – для грунтов средней крепости.

Подача ротора за время выхода последовательных ковшей из забоя:

Центральный угол выхода ковша из забоя, рад:

Суммарное касательное усилие, действующее на все зубья ковшей, находящихся в забое, кН и составляющая крутящего момента, кНм:

где Da – центральный угол между двумя смежными ковшами, Da = 2p/Zк, рад; i = 0, 1, …, N – номера ковшей в забое, начиная от самого верхнего и кончая пересекшим вертикальную плоскость сечения траншеи.

При разработке траншеи энергия затрачивается на подъем грунта до верхнего уровня. При подъеме совершается работа по преодолению сил тяжести в потенциальном поле, всегда направленных вертикально, поэтому мощность привода, необходимая для подъема грунта, кВт:

где r – плотность грунта в траншее (r = 1700, 1800 и 1900 кг/м3 – соответственно, для грунтов I, II и III групп; Hп – высота подъема грунта относительно уровня верха траншеи, м.

В рабочем процессе энергия также расходуется на трение грунта, находящегося в ковшах по запорному сектору. Однако этот расход не превышает 2 – 3 % общего расхода энергии, поэтому может не приниматься в расчет [33]. Тогда требуемая мощность привода вращения, кВт:

где h – кпд передачи вращения ротора, в среднем h = 0,7 – 0,9.

По известным формулам технической механики можно определить все остальные параметры привода.

4.4.2. Расчет пропускной способности приемно-передающего устройства ротора

В качестве устройства для передачи разработанного грунта на транспортер используется наклонный лоток. Его пропускная способность должна с коэффициентом запаса превышать техническую производительность ротора. В конце спуска частица (точка 3 на рис. 4.18), согласно теореме живых сил, приобретает скорость, м/с:

где L – длина спуска с учетом конической наклонной части ротора, м; fгс – коэффициент трения грунта по стали (fгс » 0,4); a – угол наклона спуска к горизонту, рад; V2п – начальная скорость грунта на спуске, м/с (ввиду малости высоты падения H грунта можно принять, что V2п = 0).

Для того чтобы обеспечить ускоренное движение грунта tga > fгс. В противном случае требуется устройство активизации движения грунта по спуску. Техническая производительность лотка, м3/ч:

где bл – ширина сечения лотка, м; hсл – толщина слоя грунта на лотке, при которой грунт не зависает, м

4.4.3. Тяговый расчет самоходного землеуборочного поезда

Целью тягового расчета является оценка возможности обеспечить движение состава землеуборочного поезда с расчетной скоростью при применении в качестве тяговой единицы универсального тягового модуля. Расчетными случаями являются движение поезда с установленной скоростью транспортировки, с рабочей скоростью при работающем роторе и одном плуге, а также случай начала движения и разгона. Анализируются случаи действия максимальных сопротивлений движению на расчетном уклоне в кривой минимально возможного для данной конструкции машины радиуса. Сопротивления, возникающие в начале движения или в установившемся режиме движения поезда, как СПС рассматривались в п. 2.8. К ним добавляются рабочие сопротивления ротора и плуга.

Тяговые сопротивления движению ротора в грунте обусловлены суммой горизонтальных составляющих сил копания ротора, которые, с учетом (4.10) и (4.13) составляет кН:

В последней формуле принято, что P02 » 0,3P01.

Расчет тягового сопротивления, обусловленного работой плуга, выполняется по аналогичным расчету сопротивлений главного бокового крыла струга-снегоочистителя или дозатора электробалластера методикам.

Силовой анализ взаимодействия рабочих органов с грунтом позволяет решать широкий круг расчетных задач оценки устойчивости, определения усилий и энергетических параметров приводов и др.

4.5. Машины для удаления растительности в зоне железнодорожном пути

Устройства и сооружения железнодорожного пути, расположены в естественной природной среде, должны в течение длительного времени сохранять свои технические характеристики и удовлетворять требованиям ПТЭ. Наличие растительности в зоне балластной призмы, кустарников и поросли в полосе отвода пути значительно снижают эксплутационные качества пути. Поросль в кривых ограничивает видимость пути и сигналов, возникают случаи обрыва проводов связи и электропитания и др. Проблема борьбы с нежелательной растительностью вдоль пути существует продолжительное время.

Для борьбы с растительность применяются способы:
— ручной;
— механизированный (косилки, режущие диски, рыхлители, кусторезы);
— химический (применение гербицидов); подавление растительности перегретым паром) и др.

Кусторез СП-93Р – специальная самоходная путевая машина, предназначенная для вырезки древесной поросли с диаметром до 150 мм вдоль железнодорожного пути (рис. 4.19, а). Основой конструкции машины является П образная рама 11, на которой в передней части расположена кабина управления 13, в задней – дизель-генераторная силовая установка 3 под капотом 2. Рама машины опирается на два колесно-моторных блока 18, имеющие рессорное подвешивание 27, тормозное рычажное оборудование и песочницы. Под средней частью рамы установлен манипулятор с механизмами поворота 6, 7 и телескопическим нижним плечом 20, 23. На конце телескопического плеча установлена режущая головка 19, поворот и перемещение которой выполняется гидравлическими цилиндрами. Насосная станция обеспечивает давление от 15 до 25 МПа.

Управление рабочими органами, тормозами и дизелем осуществляется из кабины управления 13, машина оборудована системой АЛСН и радиосвязи. Питание систем управления обеспечивается напряжением 24 В постоянного тока.

Рама машины выполнена повышенной жесткости, имеет одинарное рессорное подвешивание в виде винтовых и листовых рессор. Для ограничения вертикальных перемещений рамы, в целях повышения устойчивости, в верхней части листовых рессор установлен арритер (упор) 16. Колесно-моторные блоки выполнены одинаковыми. Состоят из колесных пар с буксами на роликовых подшипниках, осевых одноступенчатых редукторов, тяговых электродвигателей Д213 с питанием от теристорного выпрямителя и реактивными подвесками. Машина оборудована автоматическими пневматическими тормозами 26 колодочного типа, имеет кран машиниста, кран вспомогательного тормоза № 254 и ручной привод тормоза.

Основным рабочим органом для срезания древесной поросли является ротор-фреза с режущими ножами (3 шт.), перемещение в рабочей зоне которой, обеспечивается манипулятором с гидравлическим приводом. Верхнее плечо выполнено в виде балки 21, с одной её стороны установлен противовес, с другой – корпус подшипника 24 стойки нижнего плеча, в средней части приварен кронштейн стойки 9 для поворота балки в плане. Механизм поворота имеет два параллельно установленных гидроцилиндра, к штокам прикреплены концы цепи, имеющей зацепление со звездочкой, жестко посаженной на стойку 9. Выдвижение штока одного гидроцилиндра и втягивание другого, за счет перемещения цепи, обеспечивается поворот стойки и в месте с ней балки верхнего плеча. На балке установлен механизм поворота для нижнего плеча, конструкция которого аналогична. Верхнее плечо может поворачиваться только на 90 градусов на обе стороны от оси пути, поворотная рама нижнего плеча имеет возможность поворота на 180 градусов.

Нижнее плечо состоит из кронштейна 25, жестко посаженного на вал стойки 24 поворота, телескопической балки наружной 23 и внутренней выдвижной 20 на конце которой имеется сварной кронштейн с проушинами для крепления ротора-фрезы 19, гидроцилиндров выдвижения внутренней балки 20, поворота балки 1 (рис. 4.19, б) ротора-фрезы и упор. Кронштейн 24 двумя боковыми щеками через проушины связан с наружной телескопической балкой. Два гидроцилиндра обеспечивают подъем и опускание фрезы-ротора (см. рис. 4.19, а) вместе с нижним плечом.

Ротор-фреза имеет сварную балку 1 на которой установлены гидромотор 3 привода вала диска 6 с ножами 7 двух сторонней заточки, щитки ограждения 5, 8. Балка имеет проушину 4 для присоединения к нижнему плечу и проушину транспортного крепления. В рабочем положении ротор-фреза (см. 4.20) имеет максимальную зону обслуживания от оси пути до 9170 мм. Режущая головка при угле поворота 130 градусов обеспечивает срезание древесной поросли в плоскостях полосы отвода, откосов насыпи (выемки), по вертикали. Рабочая скорость кустореза зависит от плотности поросли и её диаметра и регулируется от 0,5 до 10,0 км/ч.

Виды основных путевых работ		Критерии назначения
До 1994 г.	Новая система	Основные	Дополнительные
Капитальный ремонт пути (К)	Усиленный капитальный ремонт пути (УК)	Пропущенный тоннаж или срок службы в годах. Одиночный выход рельсов за срок службы (4-8 шт.)	Дефектность шпал и скреплений, загрязненность призмы, выплески
	Капитальный ремонт пути (К)
Средний ремонт пути (С)	Усиленный средний ремонт пути (УС)	Потребность в замене балласта или очистке имеется	Ширина обочин менее 40 см, наличие пучин
	Средний ремонт пути (С)	Загрязненность щебня более 30% по массе, наличие выплесков	Дефектность шпал и скреплений
Подъемочный ремонт пути (П)	Подъемочный ремонт пути (П)	Количество отступлений 11 степени — 25-40 шт./км. Загрязненность щебня менее 30% по массе	Дефектность шпал, скреплений, наличие выплесков
Текущее Содержание пути (Т)	Планово-предупредительные работы по текущему содержанию пути (В)	Количество отступлений пути 11 степени-20-30 шт./км. Загрязненность щебня менее 30% по массе	Дефектность шпал и скреплений, наличие выплесков
	Текущее Содержание пути (Т)

Техническая характеристика
Мощность двигателя «Cammins», кВт	150
Диаметр колес по кругу катания, мм	950
Рабочее давление в гидросистеме, МПа	15 (25)
Скорость вращения ротора, мин -1	1050
Диаметр ротора, мм	1050
Линейная скорость отдаленной кромки, м/с	82
Потребляемая мощность привода фрезы, кВт	30
Обслуживающий персонал, чел	2

Машина для обработки растительности гербицидами РОМ-3М. Засорение балластного слоя пути растениями и продуктами гниения их корневой системы снижают дренирующие свойства балласта, устойчивость пути. Кроме того, надземная часть растительности закрывает низко стоящие сигнальные устройства, затрудняет осмотр пути, не позволяет своевременно обнаружить повреждение рельсов, шпал, скреплений. Затрудняется бесперебойная работа переключающих устройств. Интенсивность зарастания балластной призмы пути растительностью зависит от технических и природных факторов (дождь, ветер, мороз, солнце), климатической зоны, видов почвы земляного полотна, засорителей. Видовой состав растительности на пути в разных районах страны отличается большим разнообразием – среди них однолетние и многолетние: пырей, лебеда, пастушья сумка и др. В этих условиях эффективным (но не самым безопасным) является борьба с растительностью химическими методами – применением гербицидов типа «Арсенал», «Тордон», «Раундап» путем их дисперсного распыления над стеблями растений. Для механизации распыления гербицидов используется вариант модернизации машины РОМ-3М (рис. 8.20). В хвостовой части цистерны установлены центральные и боковые распылители водного раствора гербицидов. Рабочая скорость машины зависимости от плотности растительности на пути и регулируется от 10 до 25 км/ч. Расход рабочей жидкости (от двух насосов) 150 л/км пути и давлении полива (0,15 – 0,20) МПа. Оборудование для очистки рельсов машины РОМ-3М демонтировано. Управление распылением на ходу машины автоматизировано, приняты меры по безопасности.

Машина МПР 1-001. Челябинский опытный завод путевых машин ЮУЖД для борьбы с растительностью на железнодорожных путях предлагает тепловой метод. Подавление растительности достигается парогазовой смесью с температурой на выходе из парогазогенератора (2 шт.) 125–250 Со. Рабочая скорость машины 3–5 км/ч при расходе воды 1160 кг/ч. Машина работает в паре с ТЭУ-400.

Применяются механические средства уничтожения растительности (механизированный отделочный комплекс МОК) путем скашивания её верхней части и рыхление плечевой и откосной части балластной призмы (подрезание корневой растений). Машина обеспечивает очистку междупутий и обочин земляного полотна от растительности фрезой с вылетом до 6,7 м, рабочая скорость до о

ГЛАВА 5
МАШИНЫ ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ И ПОДЪЕМКИ ПУТИ

Машины этого класса выполняют работы по формированию балластной призмы после выгрузки балластного материала. Одновременно с этим они устанавливают путевую решетку в положение, являющееся исходным по проекту.

5.1. Общие сведения. Классификация

Основные работы по формированию балластной призмы, или балластировочные работы, сводятся к направлению балластного материала: в зону под шпалами поднимаемой путевой решетки, в шпальные ящики (промежутки между двумя соседними шпалами), в откосно-плечевые или междупутные зоны (на многопутных участках) с планированием поверхности балластной призмы, уборкой и перераспределением излишков балласта. Одновременно с подъемкой путевой решетки для достижения требуемого положения производится ее сдвиг в плане и установка по уровню, т.е. возвышение одного рельса над другим (в кривых).

Направление материала в балластную призму с одновременным его перераспределением, называется дозированием балласта. Рабочие органы машин, предназначенные для его выполнения, называются дозаторами. Технология дозирования балласта машинами, в основном, сводится к двум случаям. В первом случае балласт предварительно выгружается из подвижного состава (думпкары, платформы) на обочины пути (рис. 5.1, а), а затем направляется к оси пути на путевую решетку (рис. 5.1, б). Во втором случае балласт выгружается на путевую решетку сверху из хоппер-дозаторов, оснащенных специальными разгрузочно-дозирующими устройствами (рис. 5.1, в), т.е. разгрузка и дозирование совмещены.

После дозирования балластного материала он подается под подошвы шпал. Для этого путевая решетка поднимается в рабочей зоне на необходимую высоту Hвыв (рис. 5.2, а), после чего образовавшееся пространство заполняется материалом. На практике используются несколько способов такого заполнения. Балласт, находящийся выше подошв шпал, проваливается сквозь шпальные ящики под действием силы тяжести. Если он зависает в шпальных ящиках, то используются специальные рабочие органы – пробивщики. Под подошвами шпал балласт разравнивается натянутыми поперечно пути стержнями – струнками, или планировочными ножами плугового типа. Принудительную подачу балласта в зону под подошвами шпал осуществляют уплотнительными рабочими органами (см. раздел 10).

В зависимости от высоты вывешивания путевой решетки в рабочей зоне, различают: способ подведения балласта при «плавающих» шпалах (рис. 5.2, б), когда высота вывешивания относительно невелика, поэтому шпалы погружены в призму, и способ «свободных» шпал (рис. 5.2, в), когда они полностью приподнимаются над балластным основанием. Первый способ характерен для работ по выправке продольного профиля пути, а второй – для постановки пути на балластное основание.

Технологический процесс подъемки пути состоит из вывешивания путевой решетки на необходимую высоту Hвыв (см. рис. 5.2, а), сдвига Sсдв базового и возвышение hвоз (рис. 5.2, г) небазового рельса относительно первоначального уровня в сечении расположения подъемного рабочего органа, подведения балластного материала в образовавшееся пространство под подошвами шпал с одновременным планированием поверхности опирания шпал и опускания. В результате путевая решетка поднимается на новый уровень, расположенный выше первоначального на высоту технологической подъемки hпод.

В соответствии с используемой технологией разработаны принципиальные конструктивные схемы машин (рис. 5.3), реализующие методы работы:
а) с полной опорой на рельсы с дозированием и вывешиванием путевой решетки на участке между двумя опорно-ходовыми устройствами: хоппер-дозаторы; электробалластеры (ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К); прицепные однопролетные путеподъемники (МПП-5, МРП-600 и др.);
б) с опорой на земляное полотно или лежащий балластный материал – путеподъемники циклического действия (МПТС-1К, ПРМ-3Г и др.).

Большинство путевых машин используют метод с опорой на балласт с двух сторон участка вывешивания, т.к. прижатие путевой решетки в двух точках стабилизирует ее положение во время работы с способствует более точной установке. Методы с частичной опорой на рельсы и с опорой на основание используются реже, т.к. в этом случае положение путевой решетки на участке вывешивания недостаточной фиксируется, поэтому она ложится на балласт менее точно.

5.2. Электробалластеры ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К

Электробалластеры являются универсальными многооперационными высокопроизводительными машинами непрерывного действия, предназначенными для постановки пути на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, предусмотренных действующей системой ведения путевого хозяйства. Электробалластеры выполняют дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути, срезку балласта у торцов шпал, планировку откосов и междупутных зон призмы, подъемку путевой решетки на формируемый балластный слой. Производят грубую выправку и рихтовку пути, оправку обочин земляного полотна, работы на щебеночных базах для формирования штабелей балластных материалов, подъемку пролетных строений малых мостов при ремонте. К настоящему времени наибольшее распространение на сети ОАО «РЖД» нашли двухсекционные электробалластеры пролетного типа ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3МК и ЭЛБ-4К [57, 70].

База для размещения рабочего оборудования у всех электробалластеров принципиально одинакова. Электробалластер ЭЛБ-4К (рис. 5.4, а) состоит из двух секций – направляющей и рабочей. Экипажную часть направляющей секции составляет сварная ферма 4 с двумя балками двутаврового сечения, соединенными поперечными связями. В передней части ферма опирается на двухосную ходовую тележку 34, а в средней части – на четырехосную ходовую тележку 29. Экипажная часть рабочей секции включает сварную ферму 7 аналогичного устройства. Ферма в задней части опирается на путь посредством двухосной ходовой тележки 13, а в передней части – на ферму направляющей секции через сферический шарнир 27, позволяющий обеспечить компенсацию относительных угловых смещений ферм при движении в кривых, через переломы продольного профиля, а также по неровностям. Максимальное значение угла относительного поворота ферм jmax = 17° 24¢, что позволяет электробалластеру проходить кривые радиусом R = 100 м и более. Фермы соединены друг с другом двумя тягами 5 с пружинными амортизаторами. Тяги располагаются выше шарнира и служат для повышения поперечной устойчивости рабочей секции за счет передачи части опрокидывающих моментов на направляющую секцию, а также для предотвращения чрезмерного поперечного раскачивания рабочей фермы при движении. Электробалластер оборудован автосцепками 11, тормозной системой с пневматическим приводом и сигнальными устройствами.

Основное технологическое рабочее оборудование электробалластера включает дозатор 33, размещенный на ферме направляющей секции, подъемно-рихтовочное устройство 20 (ПРУ), балластерные рамы 21, рабочий орган рихтовки пути (рихтующая балка) 22 и рабочий орган для динамической стабилизации пути 17 с электроприводом 16, расположенные на ферме рабочей секции.

Кроме того, электробалластер оснащён вспомогательными рабочими органами. Безопасное движение ходовых тележек по рельсовой колее обеспечивают пассивные 32 и активные 31 рельсовые щетки и пассивные шпальные щетки 14, которые сбрасывают балласт с рабочих поверхностей головок рельсов и сметают его с поверхностей шпал. Устройство 19 для пробивки балласта в шпальных ящиках предотвращает его зависание при вывешивании путевой решетки. Для уплотнения балласта у торцов шпал служат два виброуплотнителя 30, по конструктивному устройству аналогичные уплотнителям машины ВПО-3-3000.

Контрольно-измерительная система рихтовки пути содержит измерительные тележки 28, 26, 23. 15 и трос-хорду 18. Устройством 25 обеспечивается прижим РШР при рихтовке пути в четырехточечном режиме измерения (см. главу 10).

При работе машина передвигается тепловозом. Управление рабочими процессами производится из передней 2 и центральной 6 кабин, и пультов управления 24, расположенных под центральной кабиной. Задняя кабина 10 используется для бытовых нужд экипажа машины.

Источником энергии служит дизель-электрический агрегат 1 переменного тока. Машина имеет два насосных агрегата 3, 9. Для привода рабочих органов применены электрические, гидравлические и пневматические трансмиссии. В нестандартных ситуациях используется дополнительный дизель-электрический агрегат 8. Кинематическая схема вписывания электробалластера в круговую кривую (рис. 5.4, б) обеспечивает нахождение ПРУ всегда по оси пути в круговой кривой и на прямой, т.к. конструктивные расстояния между шкворневыми сечениями ходовых тележек, осью междуферменного шарнира и ПРУ выбраны с учетом осевой симметрии в плане относительно междуферменного шарнира. Это упрощает управление корректировочными смещениями ПРУ при работе в кривых. При работе в переходных кривых и проходе сопряжений пути необходимо производить дополнительные корректировочные смещения ПРУ для предотвращения одностороннего сдвига пути с проектной оси (см. п. 5.4).

Техническая характеристика	Ед.
Минимальный радиус проходимых кривых, м	100
Скорость при подъемке пути, км/ч	до 10
Скорость при рихтовке пути, км/ч	до 5
Скорость при стабилизации пути, км/ч	до 3
Высота подъемки РШР, мм	350
Величина сдвига пути, мм	± 250
Перекос пути в обе стороны, мм	200
Управление рабочими органами	дистанционное
Обслуживающий персонал, чел	4

5.3. Рабочие органы электробалластеров
(устройство, технология применения)

Подъемно-рихтовочное устройство (ПРУ) электробалластера служит для установки путевой решетки в требуемое положение и выполняет: Hвыв – вертикальные перемещения в продольном профиле (вывешивание) базового рельса, Sсдв – сдвиг в горизонтальном направлении (в плане), hвоз – возвышение небазового рельса над базовым (см. рис. 5.2, г). Для выполнения этих функций ПРУ имеет захватные устройства и механизмы подъема сдвига и перекоса путевой решетки.

На электробалластерах в качестве захватных устройств применены электромагнитно-роликовые захваты, позволяющие удерживать с требуемым усилием прижатия рельс. ПРУ электро-балластера ЭЛБ-4К имеет восемь таких захватов, подвешенных через систему балансирных балок на механизме сдвига, подъема и перекоса путевой решетки. Каждый захват имеет два ролика, которые при работе катятся по рельсам. Корпус выполнен из электротехнической стали и является одновременно Ш-образным сердечником для обмоток электромагнитов. К корпусу прикреплены полюсные наконечники. Расстояние между полюсными наконечниками

1 мм от поверхности катания головки рельса регулируется эксцентриками опорных роликов захвата. Обмотки всех электромагнитов ПРУ соединены последовательно че-рез перемычки и питаются постоянным током напряжением 220 В. Каждый такой захват сверху закрыт кожухом из немагнитного материала (алюминия).

Механизм подъема, сдвига и перекоса путевой решетки электробалластера ЭЛБ-4К (рис. 5.5) включает в себя два червячных редуктора 4, установленных на раме 2, входные валы которых через муфту соединены с электродвигателями 3 переменного тока. Внутри червячное колесо каждого редуктора имеет винтовую нарезку, которая взаимодействует с винтом 5. Винты, в свою очередь, соединены с пружинными амортизаторами 6, внутри которых также имеется разрушаемый элемент предельного вертикального усилия, которое может возникнуть при прижиме путевой решетки и отказе концевых выключателей. Амортизаторы установлены в вертикальных направляющих и через шарнирные узлы 7 соединены с вертикальными тягами 8. Тяги через шарнирные узлы 17 соединяются с поперечной балкой 12. В результате образуется шарнирный параллелограммный механизм, позволяющий производить боковой сдвиг путевой решетки без нарушения ее положения по уровню.

Привод сдвига осуществляется от четырех гидроцилиндров 15, которые проушинами корпусов через кронштейны 16 и шар-нирные узлы соединены с фермой 1, а проушинами штоков – с центральной осью 21. В средней части на оси установлен каток 20, взаимодействующий с вертикальными тягами 8. Ось через катки 14 опирается на поперечные направляющие.

Таким образом, подъем каждой рельсовой нити (соответственно и перекос путевой решетки) осуществляется отдельным электродвигателем 3, а сдвиг при работе гидроцилиндров 15, отклоняющих вертикальные тяги.

Восемь электромагнитно-роликовых захватов 9 подвешены на поперечной балке 12 через балансирную систему, позволяющую скомпенсировать вертикальный изгиб путевой решетки при ее вывешивании. Система включает продольную балансирную балку 11, подвешенную через шарнирные узлы 18 на балке 12, и балансиры 10, установленные на поперечных осях балки 11. На них шарнирно закреплены захваты. Усилие сдвига пути передается через горизонтальные рихтующие ролики 19, оси которых установлены на балке 11.

Балластерные рамы (рис. 5.6) состоят из двух рам 7 с рассекателями 11, на которых при работе стержней 10 закрепляются струнки 8, представляющие собой стальные стержни круглого сечения с дополнительными звеньями, предотвращающими излом струнок. Подъем рам и опускание их в рабочие положения осуществляется механизмами, состоящими из верхней 5 и нижней 6 параллелограммных рам, соединенных через шарнирные узлы с одной стороны с балластерной рамой 7, а с другой – с кронштейном 9, неподвижно установленным на ферме 3. Эти элементы образуют шарнирный параллелограммный четырехзвенник, обеспечивающий вертикальную ориентацию рам 7 в любом положении по высоте. Подъем и опускание каждой рамы осуществляется гидроцилиндром 1, закрепленным корпусом через шарнирные узлы на кронштейне 2, и соединенным с рамой про-ушиной штока шарнирно. Балластерные рамы установлены по оси расположения ПРУ и работают с ним совместно, обеспечивая разравнивание и подведение балласта под шпалы при вывешивании путевой решетки (см. рис. 5.2, б, в).

Рихтовка пути может производиться с использованием ПРУ, однако в этом режиме зачастую не обеспечивается необходимая точность постановки РШР в требуемое положение, т.к. система в целом имеет много люфтов, включая зазоры между рихтующими роликами и головками рельсов. Существенные усилия сдвига РШР в балласте передаются через один рихтующий ролик на одну рельсовую нить, что повышает вероятность повреждения скреплений и кантования рельса. Есть конструктивные сложности компоновки устройства для измерения стрелы изгиба в плане по оси ПРУ или рядом с ним. Это привело к необходимости разработать дополнительно специальный рабочий орган рихтовки пути, называемый также рихтующей балкой.

Рабочий орган рихтовки пути (рис. 5.7) состоит из захватной части, включающей в себя правый и левый кронштейны 11 с выдвижными балками 10, которые при работе опираются на рельсы через ролики 16 с ребордами. Горизонтальный захват рельсовых нитей за головки с внутренней стороны производится рихтующими роликами 9, а с наружной – прижимными роликами 6. Рихтующие ролики установлены на выдвижных балках, а прижимные – на объемлющих рычагах. Гидроцилиндрами 4 производится поворот рычагов 5 для отвода или прижима роликов 6. Принципиально, устройство механизма сдвига пути аналогично устройству механизма сдвига ПРУ машины ВПО-3-3000С (см. рис. 10.68). Внутри центральной балки 7 установлены гидроцилиндры 8, соединяющие ее через шарнирные узлы с выдвижными балками. Этими гидроцилиндрами производятся необходимые сдвиги путевой решетки при рихтовке и движения выдвижных балок при приведении рабочего органа в транспортное и рабочее положения. Реактивные усилия, возникающие при рихтовке, передаются на ферму 1 машины через шарнирный узел 12, реактивный кронштейн 17, шарнирные узлы 18 и кронштейн 13. Гидроцилиндры 3, закрепленные через универсальные шарнирные узлы на кронштейнах 2, служат для вертикального перемещения рабочего органа, а также, при необходимости, для прижима путевой решетки.

Усилие сдвига при рихтовке, значение которого может достигать 110 кН, передается на путевую решетку через две рельсовые нити, что снижает вероятность повреждения скреплений.

Дозатор электробалластера (рис. 5.8) монтируется на ферме направляющей секции и состоит из центрального щита 12, установленного в направляющих, позволяющих ему перемещаться вертикально с помощью двух гидроцилиндров 8, соединенных с ним шарнирно через штоки. Корпуса гидроцилиндров через другие шарнирные узлы подвешены на неподвижных кронштейнах 6. На центральном щите через петлевые шарниры 14 установлены правое и левое составные шарнирные крылья. Каждое крыло включает в себя корневую часть 19, соединенную с центральным щитом петлевыми шарнирами 14. К корневой части через шарнирные узлы снизу прикреплено крыло 20, а сверху – тяга 3. Эти же элементы через другие шарнирные узлы соединены с подкрылком 2, образуя в вертикальной плоскости шарнирный параллелограммный четырехзвенник, позволяющий нижней рабочей кромке подкрылка сохранять неизменную ориентацию относительно горизонта при опускании крыла. К подкрылку через вертикальный шарнир присоединен козырек 1, предотвращающий при работе дозатора потери балласта.

Подъем и опускание крыла производится телескопической наклонной тягой 4 с приводом от гидроцилиндра. Для раскрытия и прикрытия крыла служит механизм, состоящий из наклонной тяги 15, которая через универсальные шарнирные узлы 11, 18 соединена с крылом 20 и ползуном 10. Ползун установлен на продольных направляющих 9 и соединен шарнирно с гидроцилиндром 13. При движениях штока этого гидроцилиндра происходит поворот крыла в плане для изменения ширины захвата балласта на обочинах.

Конструкцией дозатора предусмотрена работа как в прямом направлении движения – направляющей секцией вперед, так и в обратном. При движении назад производится срезка излишков балласта. Возможна также работа по дозированию при развороте крыльев в другую сторону. В этом случае снимаются тяги 15, а удержание крыла под напором балласта в требуемом положении осуществляется цепью, закрепляемой на проушине крыла и на ферме.

При работе дозатора производится маневрирование положением крыла в соответствии с положением направляющей секции относительно пути и требуемыми размерами балластной призмы. В транспортном положении, как и другие рабочие органы, дозатор закрепляется винтовыми стяжками и устанавливается на кронштейны 16, 17.

5.4. Основы расчета электробалластеров

Расчеты электробалластеров и других машин для балластировки и подъемки пути выполняются с целью выбора технических и технологических свойство машин, позволяющих гарантировать их надежную работу, транспортировку и техническое обслуживание в заданных условиях. Ниже рассмотрены методики выполнения базовых расчетов этого класса машин.

5.4.1. Расчет усилий подъема и сдвига стыкового пути

При работе подъемно-рихтовочное устройство электробалластера производит вывешивание путевой решетки (изгиб рельсов в продольной плоскости), сдвиг в плане (изгиб в плане) и перекос (изгиб, сочетаемый с кручением).

Расчетное усилие подъема путевой решетки P, Н, определяется при заданных параметрах путевой решетки и погонной нагрузки q, Н/см, заданной высоте вывешивания Hвыв, см (не более 35 см) и технологической подъемки hпод пути, см. Расположение ПРУ задано размерами aр, bр, Lр = aр + bр, см (рис. 5.9).

Погонное сопротивление q подъему путевой решетки:

где qпр – погонный вес путевой решетки, Н/см;

qб – погонное сопротивление балласта подъему в начальный момент на высоту до 25 см, Н/см; (qпр, qб – принимают по табл. 5.1);

k – коэффициент, зависящий от объема дозировки и типа верхнего строения пути (k = 1,96 Н/см).

Таблица 5.1. Характеристики рельсошпальной решетки

В результате действия погонной нагрузки q вывешенная путевая решетка провисает. Характер провисания решетки зависит от технологических параметров процесса (Hвыв, hпод), весовых q и упругих характеристик путевой решетки: E – модуля упругости рельсовой стали, Н/см2 (E = 20,6•106 Н/см2), Ix– момента инерции поперечных сечений двух рельсов относительно главных горизонтальных осей, см4 (для рельсов Р-65 Ix = 2•3548 = 7096 см4), конструктивных размеров машины (aр, bр, Lр).

При относительно небольшой величине Hвыв (см. рис. 5.9, а) усилие P уравновешивается погонной нагрузкой q на длине упругой полуволны (a + b). Это случай свободного провисания без защемления упругой полуволны по концам. Граничные точки 1 и 2 не достигают колесных пар, расположенных в точках A и C. На отрезках пути A–1 и 2–C путевая решетка лежит на балласте, поэтому в граничных точках расчетные реактивные усилия нулевые, а действуют только реактивные изгибающие моменты M1 и M2.

При увеличении высоты вывешивания Hвыв граничные точки 1 и 2 удаляются от оси ПРУ, пока одна из точек (см. рис. 5.9, б – это точка C) не будет достигнута. В сечении пути C возникает дополнительное расчетное реактивное усилие R2, ограничивающее дальнейшее распространение упругой полуволны изгиба. При дальнейшем увеличении Hвыв и другой конец упругой полуволны достигает точки прижима (в точке A). В этом сечении пути также возникает дополнительное расчетное реактивное усилие R1.

В расчетных схемах принято, что усилие подъема P сосредоточено в одной точке по оси ПРУ, погонная нагрузка q распределена равномерно по длине вывешенного участка, путь стыковой, у которого условно отсутствуют продольные растягивающие усилия, связанные с увеличением длины упругой линии на вывешенном участке. Изменения длины компенсируются изменениями стыковых зазоров.

Для определения усилия подъема путевой решетки P сначала необходимо оценить характер вывешивания путевой решетки (определить расчетный случай), а затем произвести расчет.

Расчет начинается со схемы упругого изгиба, показанной на рис. 5.9, в. Путевая решетка представляется неразрезной, упругой балкой, находящейся под действием приложенных к ней статических силовых факторов. Для такой балки применим известный из курса сопротивления материалов метод начальных параметров.

Уравнение прогибов путевой решетки на участке aр:

уравнение углов поворота упругой линии путевой решетки на длине Lр:

уравнение прогибов на длине Lр:

Для определения расчетного случая изгиба путевой решетки необходимо определить значения реактивных сил R1 и R2 на границах участка изгиба. Для этого уравнения метода начальных параметров дополняются двумя уравнениями равновесия: проекций сил на вертикальную ось Z и моментов относительно точки C:

После совместного решения пяти последних уравнений алго-ритм определения усилия вывешивания P путевой решетки преду-сматривает операции, описанные ниже.

Сначала необходимо определить знаки реактивных усилий R1 и R2 для задачи на рис. 5.9, в. Положительный знак усилия соответствует случаю защемления упругой линии изгиба граничной прижимающей колесной парой, а отрицательный – отсутствию такого защемления (упругая полуволна не дошла до колесной пары). Усилие вывешивания и реактивные усилия определяются по формулам, Н:

Пример 5.1. Определим усилие P, развиваемое ПРУ электро-балластера ЭЛБ-4К при вывешивании путевой решетки (рельсы Р-65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный). Высота вывешивания Hвыв =35 см, подъемки hпод = 10 см. Расчетное положение ПРУ характеризуется: aр = 1232,5 см, bр = 1417,5 см, Lр = 2650 см.

Вычислим по формуле (5.1) расчетную погонную нагрузку с учетом данных в табл. 5.1: q = 70,6 + 95 – 1,96 • 35 = 234,2 Н/см. Далее по формуле (5.7) определим, исходя из предположения о защемлении упругой линии ограничивающими колесными парами, усилие подъема:

По формулам (5.8) и (5.9) определим значения реактивных усилий слева и справа у колесных пар:

Можно сделать вывод, что наблюдается свободное провисание путевой решетки на обоих участках полуволны (см. рис. 5.9, а). Для определения фактического усилия вывешивания P необходимо последовательно уменьшать значения aр и bр и производить повторные вычисления до тех пор, пока значения R1 и R2 не станут равными нулю. Точный результат расчета a = 829 см, b = 806 см, а усилие P = 383141 Н (

Частный случай общей задачи определения усилия вывешивания путевой решетки – это свободное вывешивание при отсутствии технологической подъемки (hпод = 0). Для этого случая при a = b = L/2 и P =qL, после подстановки в (5.7) и преобразований, получим известную зависимость:

Формулы (5.7)–(5.9) применимы для определения общего подъемного усилия в случае, если имеет место вывешивание обоих рельсовых нитей на одинаковую высоту Hвыв. Для более точной оценки усилий подъема правой и левой рельсовых нитей необходимо учитывать дополнительные динамические нагрузки при движении, а также кручение путевой решетки при изменении положения по уровню. Точный учет этих факторов возможен в более сложных расчетных схемах. Для их учета ВНИИ транспортного строительства рекомендует расчетное значение усилия для одной рельсовой нити умножать на поправочный коэффициент b = 1,3. Исходя из этого усилия определяются конструктивные параметры захватных устройств для путевой решетки. В случае применения электромагнитно-роликовых захватов рассчитывается необходимое количество катушек электромагнитов, с учетом того, что одна катушка при нормальном воздушном зазоре несет нагрузку Pкт = (13,3-15,7)•103 Н.

Прочностной расчет элементов подъемного механизма ПРУ производится исходя из условия, что в критической по нагружению ситуации, должен произойти сброс путевой решетки, а не обрыв или пластические деформации элементов механизма. Для схемы механизма подъема ПРУ (рис. 5.11) расчетное значение усилия, передаваемое одним винтом, Н:

где Gмп – вес поднимаемых частей двух механизмов подъема, Н.

Расчетное усилие сдвига путевой решетки Q определяется для принятых допущений: решетка на всем участке изгиба вывешена с отрывом шпал от балластного основания, шпалы не погружены в балласт, отсутствуют продольные усилия изгиба, связанные с удлинением упругой линии изогнутого в плане пути. Пусть из исходного положения на прямой путевая решетка в сечении расположения ПРУ сдвинута на величину Sсдв. Усилия сдвига Q определены также методом начальных параметров.

Уравнение смещений упругой линии на участке ah:

уравнение углов поворотов на участке Lр:

уравнение смещений упругой линии на участке Lр:

Дополнительные уравнения равновесия для рассматриваемой модели не требуются.

После совместного решения уравнений, найдем, Н:

В формулах Kж – опытный коэффициент, учитывающий повышение поперечной жесткости путевой решетки, которое обусловлено скреплениями рельсов со шпалами (см. табл. 5.1).

Таблица 5.2. Характеристики рельсов

Для частного случая aр = bр = L/2 получим известную зависимость:

При сдвиге пути ПРУ электробалластера усилие передается на боковую поверхность головки одного рельса через один рихтующий ролик. При расчетах рихтующей балки, так как сдвиг РШР производится в балласте, необходимо учитывать погонное боковое сопротивление сдвигу qг, Н/см. В этом случае расчетная схема аналогична описанной для вывешивания РШР в вертикальной плоскости.

5.4.2. Расчет усилий подъема и сдвига бесстыкового пути

Силы вывешивания и сдвига в плане бесстыковой путевой решетки рассчитываются с учетом действия продольной силы Pпр, возникающей вследствие удлинения упругой линии по отношению к ее исходному горизонтальному положению.

В соответствии с законом Гука, продольное усилие для двух рельсовых нитей пропорционально их относительному удлинению и продольной жесткости, Н:

где F – площадь поперечного сечения одного рельса (табл. 5.2), см2;

E – модуль упругости рельсовой стали, Н/см2;

Lв, L – длины путевой решетки на участке вывешивания, соответственно, в изогнутом и лежащем на основании положениях, см.

Из курса дифференциальной геометрии известно, что длина кривой линии в прямоугольной системе координат:

где z'(x) – первая производная по x от выражения для упругой линии в системе координат AXZ (рис. 5.9, г), т.е., это выражение углов поворотов сечений рельсов в вывешенном состоянии, рад.

После составления уравнения углов поворотов упругой линии и подстановок в приведенное выражение приходим к необходимости вычисления достаточно сложного определенного интеграла численным методом. Усилия растяжения Pпр при подъеме двух рельсовых нитей басстыкового пути определяют по эмпирическим зависимостям:

для рельсов Р-65:

для рельсов Р-50

где Hвыв – высота вывешивания путевой решетки, см.

Эти формулы отражают максимальное усилие, которое может возникнуть в начальный момент вывешивания путевой решетки на заданную высоту. Электробалластер еще не начал движение, поэтому отсутствует технологическая подъемка пути hпод.

Упрощенная схема, поясняющая механизм возникновения дополнительного усилия подъема Pдоп, Н, показана на рис. 5.9, г. В точке B по оси ПРУ поперечные сечения рельсов, ввиду несимметричной схемы вывешивания, повернуты на угол qв, рад, относительно вертикали. В первом приближении, применив расчетную схему вывешивания путевой решетки стыкового пути (см. п. 5.4.1), указанный угол можно вычислить по формуле:

Здесь граничный реактивный момент M1 вычисляется по формуле:

Граничное реактивное усилие находится по формуле (5.8).

Линия действия продольного усилия Pпр наклонена к оси X под тем же углом qв. В результате внутреннее продольное усилие, действующее на участки aр и bр, вызывает соответствующие дополнительные изгибающие моменты, Н•см:

Дополнительное усилие подъема Pдоп, обусловленное возникновением продольного растяжения рельсов, создает уравновешивающие моменты на плечах aр и bр, вычисляется по формуле:

где Kд = 1,0…1,5 – поправочный коэффициент, учитывающий упро-щения расчетной схемы и необходимость иметь запас подъемного усилия ПРУ при вывешивании путевой решетки.

При симметричном расположении ПРУ относительно пролетной части qв ® 0. Такой расчетный случай характерен для электробалластеров и машин на их базе.

Общее суммарное усилие вывешивания путевой решетки (здесь P – усилие, определенное исходя из схемы изгиба без возникновения продольной силы).

Продольные усилия в рельсах возникают при сдвиге путевой решетки бесстыкового пути в плане. При относительно небольшом сдвиге (Sсдв -3 кН/см 2 ,
для гравия k = (4-5)10 -3 кН/см 2 , для щебня k = (5-9)10 -3 кН/см 2 );
h_щ, h_к – толщины срезаемого щитом (h_щ = 0-15 см) и поворотной частью (h_к = 10-15 см) слоя балласта;
L_кi – суммарная длина по контуру резания балласта поворотной частью, см.

В случае закрытого положения козырька:

(5.49)

где L_пк, L_кр, L_кор – длины режущих кромок подкрылка, крыла и корня, см.

Составляющие реакции балласта, связанные с перемещением призмы волочения, кН:

(5.50)

(5.51)

где H_щ, H_к – высота призмы волочения перед щитом и поворотными частями
(не могут быть более высот соответствующих частей), см;
φ_от – угол естественного откоса балластного материала в движении (можно принимать φ_от = 45°);
ρ – плотность материала (для рыхлого щебня ρ = (1,6-1,8) 10 -3 кг/см 2 );
g – ускорение свободного падения (g = 981 см/с 2 );
f_б – коэффициент трения балласта о балласт (для щебня f_б = 0,6-0,8).

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

(5.52)

При работе дозатора в нормальном режиме должно быть гарантировано изменение положений его рабочих элементов под нагрузкой. Для расчетной схемы (рис. 5.14), в виде плоского шарнирно-рычажного механизма, найдем максимальное расчетное усилие P_ц, развиваемое гидроцилиндром раскрытия поворотной части для случая, когда поворотная часть прикрывается (F_тк – усилием в тяге прикрытия крыла) из крайнего раскрытого положения, кН:

(5.53)

где L_пч – проекция поворотной части дозатора на горизонтальную плоскость, см;
L_AB – расстояние вдоль поворотной части до универсального шарнира крепления тяги, см;
a – угол наклона проекции тяги к продольной плоскости направляющей секции, град.

Усилие, развиваемой гидроцилиндром подъема крыла с подкрылком, должно быть достаточным для вертикального перемещения поворотной части при дозировке в расчетных условиях. Усилие гидроцилиндра (см. рис. 5.12) преодолевает вес поднимаемых частей, а также силы трения между балластом, при резании и перемещении призмы волочения, крылом и подкрылком.
На схеме: G_кр, G_п – соответственно, веса крыла и подкрылка (с козырьком), кН, – суммарное сопротивление вертикальному подъему крыла и подкрылка из балласта, обусловленные силами трения о балласт, кН:

(5.54)

где – составляющие сил сопротивления перемещению крыла дозатора,
определяются по формулам (5.45), (5.48), кН;
f_бк – коэффициент трения балласта о крыло (f_бк = 0,4).

Заменив расчетные стержни силами в предположении, что они растянуты, получим схему действия сил на подкрылок. На схеме обозначены: F_т – составляющая усилия шарнирного соединения E, обусловленного наличием тяги AE, кН;
F_к – составляющая усилия шарнирного соединения D, обусловленная силами, действующими на подкрылок, кН. Кроме составляющей F_к шарнирным соединением D воспринимаются усилия, приблизительно равные половине сил трения крыла о балласт и веса крыла G_кр, кН, которые принимаются направленными вертикально вниз;
S_шр, S_цт = 0,5(S_пк — 2S_шп)– плечи приложения сил относительно шарнирного соединения E.

После составления и решения уравнений статического равновесия, по методу вырезания узлов, получим выражение для определения силы, развиваемой гидроцилиндром, кН:

(5.55)

где

Некоторые обозначения приведены также на рис. 5.13.

5.4.6. Тяговый расчет балластера

Тяговый расчет выполняется для двух режимов работы балластера:
при дозировке, когда балласт в путь подается дозатором;
при подъемке задозированного пути, когда непрерывно поднимается путевая решетка, а балластерная рама струнками разравнивает балласт под поднятой путевой решеткой.
При расчете определяют сопротивления движению машины, суммарное значение которых не должно превышать силы тяги локомотива по сцеплению.

Сопротивление движению балластера при дозировке:

(5.56)

где W_доз – сопротивление движению дозатора, кН, определяется по формуле (5.47);
W_шщ – сопротивление движению шпально-рельсовой щетки, кН: W_шщ = q_щl_щ;
q_щ – удельное погонное сопротивление кусков стальных канатов щетки
на 1 м при стреле прогиба их 10 см (q_щ = 2…3 кН/м);
l_щ – длина щетки с набором кусков канатов, м;
W_рщ = 0,75 W_шщ – сопротивление движению балластера как повозки (см.п. 2.8).

Суммарное сопротивление движению балластера при подъемке пути:

(5.57)

где W_эмаг – сопротивление движению от механизма подъема путевой решетки (магнитов), кН;
W_рам – сопротивление движению от балластерных рам и струнок, кН.

Сопротивление W_эмаг определяется по формуле:

(5.58)

где P_прит = P_эмаг – P – оставшееся усилие притяжения рельсов электромагнитами после вычета усилия отрыва, кН;
P_эмаг – расчетная подъемная сила электромагнитов подъемника, кН;
P – усилие вывешивания путевой решетки определяется по формуле (5.7) или (5.10);
µ₁ – коэффициент трения качения о рельс опорного ролика электромагнита (µ₁ = 0,06 см);
f – коэффициент трения шарикоподшипников (f = 0,02); d – диаметр цапфы ролика, см;
β – коэффициент увеличения сопротивления с учетом горизонтального усилия (β = 2-2,5);
D_р – диаметр ролика, см.

Сопротивление балластерной рамы, кН:

(5.59)

где F_р – площадь торцевой части рамы, погруженной в балласт, см 2 ;
f_с = k_псd_стl_стn_ст – приведенная площадь струнок, см 2 (где k_пс – коэффициент приведения площади k_пс = 1,45);
d_ст – диаметр стержня (струнки), см; l_ст – длина струнки, см;
n_ст – число струнок, включенных в работу, шт.;
k – удельный коэффициент сопротивления резанию (см. пояснения к формуле (5.48)).

Необходимая сила тяги локомотива должна быть, кН:

(5.60)

где ξ – коэффициент запаса на неучтенные сопротивления для обеспечения устойчивой работы балластера.

5.4.7. Смещение пути на кривыхх

Подъемно-рихтующее устройство (ПРУ) электробалластера, когда оно находится на прямой или круговой кривой, то его ось совпадает с осью пути. Вместе с тем, при подъемке пути на круговой кривой происходит его смещение внутрь кривой. Это объясняется тем, что в кривых наружная рельсовая нить выше внутренней. Поэтому подъемка пути ПРУ осуществляется по наклонной плоскости ab (рис. 5.15, а), а после прохода машины РШР опускается по вертикали bc. В результате этого происходит смещение оси пути на величину

(5.61)

где H – величина подъемки пути, мм; a – угол наклона пути к горизонту, град.

Для малых углов наклона пути к горизонту можно принять , тогда , а формулу (5.61) записать в виде:

(5.62)

где h – высота возвышения наружной рельсовой нити в кривой, мм;
S₁ – расстояние между осями рельсовых нитей, равное 1600 мм.

Например, при H = 400 мм (ЭЛБ-4К) и h = 150 мм величина смещения оси пути в круговой кривой составляет e = 37,5 мм. Чтобы в процессе подъемки пути на круговой кривой не происходило смещение его внутрь кривой, необходимо при въезде на нее сместить механизм сдвига на величину e_h наружу кривой. Если не вводить корректировку в положение ПРУ на кривой, то при движении рабочей секции по поднятому пути, величина смещения накапливается и возрастает до величины e = 1,5 e_h. Для приведенного примера смещение достигает e_h

На переходных кривых (ПК), где радиус кривизны непрерывно изменяется от в начале переходной кривой ((НПК) до на круговой кривой в точке конца переходной кривой (КПК), ось ПРУ не совпадает с осью пути. Вследствие этого при движении машины по ПК в направлении от НПК к КПК (входная ПК) подъемное устройство располагается снаружи кривой (рис. 5.15, б), а при движении машины по ПК от КПК к НПК (выходная ПК) подъемное устройство располагается внутри кривой (рис. 5.15, в). На схемах рис. 5.15, б, в кривыми линиями показаны входные и выходные переходные кривые, а прямыми линиями секции ЭЛБ: С1 – рабочая и С2 – направляющая. Ходовые тележки обозначены Т1, Т2, Т3. Величина смещения eвх(вых) подъемного устройства с оси пути для входной и выходной ПК (балластер полностью находится на переходной кривой) равны между собой и для современных электробалластеров ЭЛБ-3МК и ЭЛБ-4К находятся по формуле, мм

(5.63)

где R – радиус круговой кривой, м; l₀ – длина переходной кривой, м.

Смещение по формуле (5.63) зависит только от величины радиуса круговой кривой, которую данная переходная кривая со-прягает с прямой, и длины переходной кривой. Существенное отличие смещения ПРУ на входной ПК от выходной заключается в том, что смещение на входной ПК направлено наружу кривой, а на выходной оно направлено внутрь кривой. При проходе сопряжений пути (НПК, КПК и др.) величины смещений непрерывно изменяются. Так, при въезде ЭЛБ на переходную кривую (см. рис. 5.15, б) смещение подъемного устройства с оси пути начинается еще на прямой перед НПК. В точке расположения на расстоянии, кратном 7,55 м (для ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-4К) перед НПК, смещение уже достигает половины того смещения, которое имеет место на ПК. При выходе машины с переходной кривой на прямую смещение уменьшается еще в пределах ПК, и в точке НПК оно уже практически равно нулю, однако полный проход сопряжения завершается на расстоянии 15 м за точкой НПК. Величину смещений при проходе сопряжений можно найти по методике [13].

При проходе сопряжения «прямая – круговая кривая» максимальное смещение ПРУ с оси пути , мм (где l – расстояние между ходовыми тележками Т2 и Т3, м; R – радиус круговой кривой, м).

Поскольку на ПК смещение ПРУ электробалластера с оси пути происходит по двум причинам: во-первых, из-за непрерывного изменения кривизны пути eвх(вых) и, во-вторых, из-за наличия возвышения наружного рельса eh, суммарное смещение

(5.64)

где знак «–» относится к входной ПК, где e_вх(вых) направлено наружу кривой, а знак «+» относится к выходной ПК, при e_вх(вых) направленном также, как и e_h внутрь кривой.

Суммарный график смещений e ПРУ для кривой R = 600 м, l0 = 100 м и h = 100 мм приведен на рис. 5.15, г. На оси графика в продольном масштабе 1:200 (5 мм – 10 м) отложены l0вх и l0вых (точки НПК и КПК). Поскольку на круговой кривой ПРУ смещается на мм внутрь кривой, то в точках КПК в масштабе 1:1 отложены вверх точки b и c на расстоянии 25 мм от горизонтальной линии m – d , затем прямыми линиями соединены точки a, b, c, d. Ординаты полученной трапеции отражают величины смещения наружной рельсовой нити. На ПК смещение меняется также, как и возвышение, по закону прямой наклонной линии, а на КК оно остается постоянным. Смещение подъемного устройства на ПК для принятых значений находим по формуле (5.62): мм. На входной ПК смещение направлено наружу кривой и начинается на расстоянии примерно 30 м перед НПК, а в точке ЕПК достигает почти полного значения eвх(вых). При выходе на КК смещение продолжается после КПК на расстоянии 15 м. На графике от НПК в масштабе отложено расстояние начального смещения пути – точка m, в самой точке НПК отложена ордината ae смещения eвх(вых).= 19 мм в масштабе 1:1. Из точки e проводим линию, параллельную ab (в целях суммирования графиков) до точки f, расположенной на расстоянии 15 м за точкой НПК, и соединяем точки f и m1 прямой. Аналогично производится построение графика eвх(вых) и для выходной ПК. Здесь учитывается, что что смещение eвх(вых) направлено внутрь колеи и отображается графиком m2, g, k, m3, a, c, наложенным на график смещений eh. Ординаты заштрихованной площади графика, относительно горизонтальной линии m – n, представляют собой суммарные ординаты . Из графика видно, что в рассматриваемом конкретном примере практически можно на протяжении входной переходной кривой не вносить коррективы в положение ПРУ на машине, так как смещение его не превышает 19 мм. Но перед выездом на круговую кривую необходимо этот механизм сместить относительно продольной оси машины наружу кривой на 25 мм, затем при подходе к КПК это смещение увеличить до 44 мм и затем на протяжении всей выходной ПК уменьшить смещение до 19 мм перед НПК, а в самой точке НПК, смещение свести до нуля. Если такое смещение ПРУ относительно продольной оси машины не выполнить, то на протяжении всей круговой кривой путь сместится внутрь на 40 мм, а в конце ее на 60 мм. Описанный процесс управления смещением ПРУ на рабочем ходу электробалластера – трудно выполнимая задача. Современные электробалластеры оснащаются контрольно-измерительной системой рихтовки пути, что упрощает управление в ручном режиме, а также дает возможность реализовать автоматизированные методы работы по расчету с предварительной записью положения пути в плане.

5.5. Планировщик балласта ПБ-01
(устройство, технология применения)

Машина предназначена для планирования и перераспределения свежеотсыпанного балласта при всех видах ремонта и текущем содержании железнодорожного пути, а также может применяться при его строительстве. Она производит планирование материала по всей ширине балластной призмы, его перераспределение внутрь или наружу колеи, переброску справа налево или слева направо между зонами примыкания к торцам шпал (откосной или междупутной). Кроме того, машина очищает рельсовые скрепления от балласта и производит обметание поверхностей шпал с выбросом в сторону излишков балласта.

Экипажная часть планировщика балласта ПБ-01 состоит из сварной рамы 2 (рис. 5.16), которая опирается на переднюю 9 и заднюю 14 колесные пары. Дизель 14 и силовой привод 10 машины в значительной степени унифицирован с силовым приводом машин ВПР (см. главу 10). В транспортном режиме движения машины вра-щение от вала дизеля передается на переднюю колесную пару через муфту сцепления, коробку перемены передач, реверс-раздаточную коробку и осевой редуктор, соединенные между собой карданными валами. В рабочем режиме вращение от вала дизеля передается на валы насосов, установленных на реверс-раздаточной коробке. Привод передней колесной пары 9 осуществляется от основного гидромотора (ходоуменьшителя) через реверс-раздаточную коробку, а задней колесной пары 14 – от дополнительного гидромотора через осевой редуктор, который имеет разъединительную зубчатую муфту рабочего хода. Привод на две колесных пары в рабочем режиме позволяет увеличить сцепной вес машины для преодоления дополнительных сопротивлений.

В передней части рамы установлен топливный бак 5, а в средней части – бак 3 объемного гидропривода. Машина оснащена типовой тормозной системой 7, автосцепками 6. Это позволяет транспортировать ее в составе хозяйственного поезда при следо-вании к месту работ на перегон и обратно.

Управление машиной в рабочем и транспортном режимах осуществляется из кабины 1.

Для выполнения основных и вспомогательных технологических операций планировщик балласта оснащен рабочим обору-дованием, которое включает рельсовые щетки 8 активного действия, центральный плуг 12, два боковых плуга 11, туннельные балки 13 и подборщик излишков балласта с поверхности шпал, состоящий из щеточного ротора 16 и выбросного ленточного транспортера 15. По конструкции и принципу действия подборщик аналогичен подборщику машины ВПО-3-3000С.

Центральный плуг (рис. 5.17) предназначен для планирования и перераспределения излишков балласта по всей ширине балластной призмы, включая откосно-плечевые и междупутные зоны. Он состоит из правой 8 и левой 12 рам, установленных на вертикальной оси 11. Рамы в плане поворачиваются гидроцилиндрами 10, обеспечивая соответствующую установку в плане щитов для направления балласта. На поворотной раме в направляющих 13 установлен боковой щит 3, который через петлевой шарнир вязан с поворотным крылом 1. Перемещение щита 3 с крылом 1 в вертикальном направлении производится гидроцилиндром 4. При опускании в рабочее положение щит выре-зом в нижней части устанавливается на туннельной балке 16, которая прикрывает сверху рельсы и скрепления от попадания балласта при его перевалке плугом. Крыло 1 при работе может поворачиваться в плане гидроцилиндром 2. На рамах 8, 12 через направляющие установлены также центральные щиты 7, соединенные с гидроцилиндрами 6 для их вертикальной установки. В случае работы планировщика на пути с железобетонными шпалами, имеющими углубления в средней части, центральные щиты опускаются ниже, а при работе на пути с деревянными шпалами нижние кромки боковых и центральных щитов устанавливаются на одном уровне. В зависимости от схемы распределения балласта при работе, щиты могут подниматься или опускаться в рабочее положение независимо друг от друга. По концам рам 8 и 12 через вертикальные оси устанавливаются боковые плуги через корневые кронштейны 15. Боковые плуги поворачиваются в плане гидроцилиндрами 5.

Боковой плуг (рис. 5.18) предназначен для планирования балласта на откосах и междупутье. Он содержит корневой кронштейн 8, установленный через вертикальную ось на поворотной раме 10. Плуг может поворачиваться и фиксироваться в плане на угол a гидроцилиндром 11. Отвал 2 плуга через шарнирный узел установлен на стреле 6. Стрела в вертикальной плоскости поворачивается гидроцилиндром 1, а отвал – гидроцилиндром 7. Отвал через петлевой шарнир соединен с крылом 4. Крыло поворачивается относительно отвала гидроцилиндром 3. Системой концевых выключателей 5 и 9 блокируется поворот кронштейна 10, если боковой плуг не занял транспортное положение, при котором исключено его касание частей рамы машины и возможное повреждение. Отвал 2 с крылом 4 при работе устанавливается в положение, соответствующее профилю балластной призмы.

Установки центрального и боковых плугов при работе позволяют реализовать различные схемы планировки и распределения балласта по ширине призмы. Примеры схем показаны на рис. 5.19. При работе по схеме а центральные шиты подняты в транспортное положение, что дает возможность производить заполнение балластом пространства внутри колеи. Схема б соответствует срезке излишков балласта из междурельсового пространства. Все щиты опущены в рабочее положение, также как и при схеме в – перевалке балласта через путь. Схема г аналогична схеме а, но ширина зоны захвата увеличена за счет работы боковых плугов. По схеме д производится засыпка балластом концов шпал (боковые и центральные щиты подняты), а по схеме е с левой стороны по направлению движения производится засыпка балластом концов шпал, а с правой стороны – перемещение излишнего балласта от оси пути. Предусмотрены и другие схемы работы плугов, причем машина может перемещаться по направлению вперед или назад.

Расчетным способом определяются свойства планировщика, позволяющие ему реализовать рабочий и транспортный режимы. Например, определяются тяговые характеристики, позволяющие осуществлять планировочные работы, нагрузки на рабочие органы и др. Методики определения нагрузок, как правило, являются типовыми (сопротивления движению как единицы ССПС, рабочие сопротивления плугового рабочего органа и т.д.). Некоторые методики излагаются в настоящем учебнике.

Основные данные технической характеристики планировщика балласта ПБ-01 приведены в табл. 5.3.

Технические характеристики машин для планировки и уплотнения балласта Таблица 5.3