Составы разборочного и укладочного поездов

Машины для укладки и разборки пути

Эти машины предназначены для снятия старой и укладки новой путевой решетки при капитальных ремонтах и строительстве железнодорожного пути.

Классификация методов и машин для укладки

Путевой решётки

Процесс разборки старой и укладки новой путевой решетки содержит в себе этапы, отличающиеся по структуре технологических операций и применяемым техническим средствам их реализации: – разборка и переборка старой путевой решетки и сборка новой с использованием новых элементов и элементов, которые могут повторно использоваться; – транспортирование снятых элементов старой путевой решетки на базу и новых с базы к месту укладки; – снятие старой путевой решетки (операция называется разборкой) и укладка в путь новой путевой решетки.

В зависимости от структуры технологического процесса, замена старой путевой решетки на новую решетку в мировой практике реализуются:

– метод блочной или нераздельной укладки (звеньевой метод), при котором путевая решетка собирается в блоки или звенья на оснащенных специальным оборудованием звеносборочных базах, погружается на специализированный подвижной состав, транспортируется к месту укладки и укладывается в путь;

– метод раздельной укладки, при котором элементы путевой решетки (рельсы, шпалы, скрепления) транспортируются к месту укладки, а путевая решетка собирается непосредственно на месте укладки;

– комбинированный метод, содержащий в себе элементы первых двух названных методов.

Звеньевой метод позволяет свыше половины объема трудоемких монтажных работ производить в стационарных условиях, что обусловливает его широкое распространение. Однако, чтобы уложить путь с длинномерными рельсовыми плетями, после укладки звеньев необходимо или сваривать рельсы в стыках, или производить замену укороченных рельсов на плети. Раздельный метод позволяет сразу на месте собирать и укладывать бесстыковой путь. Раздельный и комбинированный методы реализуют зарубежные путеукладочные комплексы.

Названные выше методы реализуются машинами и комплексами для разборки и укладки стрелочных переводов и пересечений. В зарубежной практике находят применение комплексы легких машин портального типа, производящих операции по перегрузке, монтажу перевода на месте из элементов. В отечественной практике разработаны комплексы для укладки стрелочных переводов крупными блоками.

В путевом хозяйстве применяются также машины и комплексы для обслуживания элементов путевой решетки при текущем содержании и ремонтах пути. К ним можно отнести путевые гайковерты для обслуживания рельсовых скреплений и разрядки напряжений в длинномерных плетях, рельсосварочные машины, рельсошлифовальные поезда и машины, рельсоочистительные машины.

Составы разборочного и укладочного поездов

При капитальном ремонте пути обычно используются два специализированных хозяйственных поезда – разборочный и укладочный. Первый из них предназначен для снятия и транспортировки старых звеньев, а другой – для перевозки новых звеньев и их укладки в путь. По номенклатуре поезда идентичны, но отличаются порядком расположения единиц СПС.

Укладочный поезд транспортируется к месту работ тепловозом (рис. 8.1). При относительно большом объеме укладки он расцепляется на головную, промежуточную и основную части. Головная часть состоит их укладочного крана УК-25/9-18 и сцепленных с ним платформ: одной платформы прикрытия и нескольких платформ, оборудованных универсальным съемным оборудованием УСО-4. Параметры головной части позволяют крану быстро разгоняться и точно останавливаться у конца звена на расстоянии не менее 1 м. С целью безопасности на указанном расстоянии устанавливается тормозной башмак. Кран и платформа прикрытия постоянно соединены между собой автосцепками с запорными устройствами. В варианте исполнения укладочного крана он постоянно сцеплен с тяговой моторной платформой (УК-25/9-18МП). Это позволяет увеличить массу головной части. Пакеты звеньев с перевернутым нижним звеном перетягиваются вдоль платформ по роликовым транспортерам с помощью лебедки, установленной на кране. Кран укладывает звенья в путь, циклически передвигаясь на вновь уложенное звено. Нижнее звено пакета перед окончательной укладкой выносится перед краном и переворачивается.

Промежуточная часть укладочного поезда состоит из моторной платформы МПД или МПД-2, которая сцеплена с платформами, оборудованными УСО-4. Эта часть укладочного поезда позволяет доставлять новые пакеты с основной части и одновременно повышает безопасность при сцепке с головной частью для перетяжки новых пакетов звеньев. По правилам безопасности в момент сцепки и перетяжки пакетов перед укладочным краном должно быть уложено звено и поставлен тормозной башмак. Основной состав перемещается по фронту работ тепловозом. Для повышения темпа укладки к нему может быть прицеплена дополнительная моторная платформа, а для уменьшения трудоемкости растяжки троса при большой длине состава перед тепловозом устанавливается платформа с лебедкой.

Обычно пакет состоит из 7-8 звеньев путевой решетки с деревянными шпалами и из 4-5 звеньев с железобетонными шпалами.

8.2.1. Укладочный кран УК-25/9-18

Укладочный кран УК-25/9-18 служит для укладки и разборки пути звеньями длиной 25 м с деревянными или железобетонными шпалами (рис. 8.2). Его экипажная часть представляет собой моторную платформу, состоящую из рамы 22, которая опирается на две трехосных ходовых тележки 17 с двумя крайними приводными колесными парами. На приводной оси смонтирован двухступенчатый редуктор, а на раме тележки – тяговый электродвигатель мощностью 43 кВт. При движении крана самоходом вращение от электродвигателя передаётся через карданный вал к осевому редуктору. Для следования крана в составе поезда производится разъединение электродвигателя и колёсной пары, для чего вторичный вал осевого редуктора выводят из зацепления с осевым зубчатым колесом, Вращение от оси колёсной пары не передаётся к первичному валу редуктора и валу тягового двигателя. Эти действия предотвращают превышение допустимой частоты вращения электродвигателя, а также бесполезный износ щёток и коллектора.

В отсеках рамы смонтированы два дизель-электрических агрегата 20, обеспечивающих энергией в рабочем режиме крановое, тяговое и вспомогательное оборудование, а в транспортном режиме – тяговое и вспомогательное оборудование. Дизель имеет мощность 121 кВт и через муфту соединен с генератором постоянного тока, имеющим напряжение 230 В и мощность 100 кВт. Новые и модернизированные краны оснащаются более мощными дизель-электрическими агрегатами на базе дизеля ЯМЗ-238-М мощностью 220 кВт. Запас топлива помещается в двух баках 19. Кран имеет жесткие автосцепки 24, тормозную систему и необходимые устройства сигнализации и освещения рабочей зоны в темное время суток.

Для перемещения пакетов звеньев кран оборудуется транспортером 18 с роликами, имеющими по две реборды, позволяющие направлять пакет при движении. Перемещение пакета производится путем его перетягивания одной из двух лебедок 23 после закрепления троса за его задний конец.

На моторной платформе крана устанавливается крановое оборудование, которое содержит стрелу 3, установленную через поперечные 7 и откидные балки 4 на выдвижных каретках 8. Каретки находятся в направляющих портальных стоек 15, в которых размещены по три плунжерных гидроцилиндра 16. При подъеме кареток стрела поднимается в рабочее положение для пропуска пакета 13 необходимой высоты. Каретки после подъема закрепляются стопорными устройствами. Кран имеет две независимых гидросистемы подъема передней и задней пары кареток (рис. 8.3). Подача масла под давлением в систему производится насосом Н1, который через муфты 1, 5 и цепную передачу 6 соединяется с электродвигателем 7 привода лебедки для перетяжки пакетов звеньев. Управление подъемом и опусканием кареток 1 осуществляется распределителем Р1. Синхронизация правой и левой кареток обеспечивается путем пропуска масле через делитель-сумматор потока ДП1 (дозатор) шестеренчатого типа.

Звено захватывается при работе за головки специальной траверсой, состоящей из сварной балки 28 (см. рис. 8.2) с рельсовыми захватами 26 по торцам. Траверса через блоковые полиспасты 27 подвешивается на грузовых тележках 2, перемещаемых вдоль стрелы по усиленным швеллерным направляющим. Механизм подъема звена включает грузовую лебедку 6, имеющую два барабана разного диаметра (D_б1=328 мм; D_б2=362 мм), связанные с передним и задним полиспастами подвешивания траверсы. Разность диаметров барабанов позволяет при укладке опускать сначала задний конец звена 25 для стыковки с ранее уложенным звеном через стыкующие устройства и направлять его передний конец по оси пути перед окончательной укладкой на балласт. Для продольного перемещения грузовых тележек 2 служит тяговая лебедка 10, связанная с ними также через трособлочную передачу. Кинематическая схема механизмов подъема и продольного перемещения звена показана на рис. 8.4. При работе на пути с железобетонными шпалами применяется четырехкратная запасовка полиспастов 13, 14, а при работе на пути с деревянными шпалами – двукратная запасовка. Перемещения траверсы и звена ограничиваются концевыми выключающими устройствами, а максимальные усилия подъема – ограничителями грузоподъемности 7 и 8. Для обеспечения продольной устойчивости крана в стороне, противоположной выдвинутой консоли, на платформе устанавливается система противовесов общей массой 10,5 т.

Машинист с нижнего пульта 21 управляет силовыми установками, передвижением укладочного крана и лебёдками 23 для перетягивания пакетов. Крановый оператор управляет грузовой 6 и тяговой 10 лебедками для вертикального и горизонтального перемещения траверсы 28 и звена 25, а также для переворота нижнего звена пакета.

Стрела может занимать три основных положения: транспортное с симметричным расположением консолей и опущенной стрелой в крайнее нижнее положение, используемое при транспортировке на дальние расстояния в составе поезда или при зимнем хранении; транспортное с опущенной в крайнее нижнее положение и выдвинутой в одну сторону стрелой, в соответствии с технологией работы крана в комплексе путевых машин, используемое при транспортировке в составе хозяйственного поезда к месту производства работ и обратно на базу; рабочее с поднятой в крайнее верхнее положение и выдвинутой в одну сторону стрелой, позволяющее выполнять технологические операции разборки и укладки пути в комплексе. В транспортном положении стрела и порталы закрепляются винтовыми стяжками.

Технические характеристики укладочного крана УК-25/9–18 и моторных платформ МПД и МПД-2 приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Параметры	УК-25/9-18	МПД	МПД-2
Производительность, м/час: с деревянными шпалами с железобетонными шпалами		- -	- -
Грузоподъёмность платформы, т
Грузовая лебёдка: грузоподъёмность, т скорость подъёма груза, м/с мощность двигателя, кВт	0,2	- - -	- - -
Тяговая лебёдка: мощность, кВт скорость перемещения груза, м/с	1,5	- -	- -
Лебёдка передвижения пакетов: скорость каната, м/с тяговое усилие на канате, кН мощность двигателя, кВт	0,4 29,4	0,4 29,4 12	0,45 58,8
Скорость передвижения, макс.: крана в рабочем режиме, км/час при отключенных тяговых двигателях в составе поезда, км/час
Максимальная сила тяги, кН
Масса, т			41,6

8.2.2. Производительность укладочного крана

Производительность укладочного крана должна быть согласованна с производительностью других машин комплекса. Укладка пути звеньями предусматривает согласованное выполнение операций машинами укладочного поезда. Часть операций совмещается по времени, так как могут производиться независимо, другая часть требует определенной последовательности выполнения. Например, при перетяжке пакетов звеньев по головной части укладочного поезда работа по укладке звеньев в путь прекращается. Цикл укладки нижнего звена пакета содержит дополнительно операции по его перевороту. Производительность укладочного поезда в значительной степени зависит от согласованности действий персонала. Максимально возможная производительность по операциям, выполняемым крановым оборудованием, м/ч:

(8.1)

где L_зв – длина укладываемого звена, м; T_зв – суммарное время укладки одного звена, с.

Для цикла укладки без переворота нижнего звена пакета время складывается из суммы затрат на составляющие операции: , с, с учетом уменьшения времени цикла за счет совмещения операций, характеризуемого коэффициентом k_со. Учитывая большое расстояние по выносу звена и возврату траверсы по сравнению с расстояниями вертикального перемещения уменьшение времени цикла укладки звена Т_звза счет совмещения операций ограничено, поэтому k_со » 1. Основные технологические операции приведены в циклограмме (рис. 8.5).

Наименование операции	Время выполнения операций, с
t₁	t₂	t₃	t₄	t₅	t₆	t₇	t₈	t₉	t₁₀
Строповка звена	6-8

Подъём звена на 0,6 м

Передвижение тележек со звеном			19-20

Опускание звена				8-10

Стыковка заднего конца звена					8-10

Окончательное опускание звена

Расстроповка звена

Подъём траверс								8-10

Передвижение тележек									18-19

Опускание траверсы

T_зв=Σ t_i= от 85 до 100 c

После захвата верхнего звена пакета оно приподнимается. Время подъема , с (h₂ » 0,6 м – высота подъема звена над пакетом; V₂ » 0,2 м/с – средняя скорость подъема звена, м/с). Перемещение траверсы со звеном вдоль стрелы (вынос звена) должно производиться с плавным разгоном и торможением, чтобы предотвратить их продольную раскачку. Поэтому время, затрачиваемое на эту операцию: , с (V₃ = 1,35 – 1,45 м/с; l_р, l_п, l_т – пути, проходимые при разгоне, с постоянной скоростью и торможении траверсы со звеном, м; они могут быть определены расчетным путем после анализа динамики движения системы или в результате эксперимента). Время опускания звена , с (h₄ – средняя высота опускания звена в последовательных циклах разборки пакета, м; V₄ – средняя скорость опускания траверсы со звеном, м/с). Время подъема траверсы ,с (h₈ – усредненная высота подъема траверсы без звена, м; V₈ = 0,35 – 0,45 м/с – скорость подъема траверсы). Время передвижения траверсы назад , с (l₉ – расстояние, проходимое траверсой при возврате, м; V₉ = 1,7 – 1,8 м/с – скорость движения траверсы при возврате).

При укладке в кривых затрачивается дополнительное время на направление переднего конца звена по оси пути. Также затрачивается время на переворот нижнего звена пакета. Для переворота нижнее звено 2 выносится на цепных подвесках и укладывается одним рельсом на два специальных башмака 1 (рис. 8.6, а), что позволяет сместить его центр тяжести в сторону. Затем оно запасовывается двумя тросовыми приспособлениями 4 на блоках по торцам траверсы 3. При подъеме траверсы звено переворачивается (рис. 8.6, б), так как у него был смещен центр тяжести в сторону, и укладывается на балласт (рис. 8.6, в). Приспособления снимаются, после чего происходит обычный захват звена, стыкование и укладка.

8.2.3 Расчёт параметров кранового оборудования

Крановое оборудование должно обеспечить безопасное перемещение звена в требуемой последовательности выполнения операций, с расчетными скоростями. Расчет кранового оборудования имеет цель проверить работоспособность крана по критериям устойчивости, динамики движения механизмов и частей, возможности воспринять статические и динамические нагрузки, а также другие цели. Методика расчета кранового оборудования аналогична методике расчета грузоподъемных машин.

Расчёт параметров грузовой лебёдки. При работе укладочного крана звено вывешено на передней и задней полиспастных подвесках, расстояние между осями которых a = 7,0 м (рис. 8.7). При захвате звена длиной 25 м его центр тяжести смещен назад по отношению к центру тяжести траверсы на расстояние b = 0,30 м. Поэтому подъемные усилия, развиваемые подвесками R₁ > R₂, кН. Учитывая перезапасовку грузовых тросов при изменении направления укладки, размеры сечений тросов принимаются равными D_гт=20 мм. После составления уравнений моментов действующих сил относительно точек 1 и 2, расчетные усилия, действующие на подвески, кН:

, (8.2)

, (8.3)

где G_зв, G_тр – вес звена и траверсы, G_зв » 250 кН, G_тр » 30 кН.

Максимальное значение усилие натяжения троса возникает в месте его наматывания на барабан, кН:

(8.4)

(8.5)

где a – кратность полиспаста подвески; h = 0,97 – 0,98 – КПД одного блока.

Крутящий момент на валу редуктора грузовой лебедки, имеющей два барабана, кН:

(8.6)

где D_б1, D_б2 – диаметры барабанов грузовой лебедки, м.

Мощность, развиваемая электродвигателем грузовой лебедки при подъеме траверсы со звеном, кВт:

(8.7)

где V₂ – скорость подъема груза, м/с; h_б, h_р – КПД барабана и редуктора, h_б = 0,97 – 0,98.

Электродвигатель грузовой лебедки работает в повторно-кратковременном режиме, поэтому выбор электродвигателя проводится по методике п. 3.4.

В соответствии с правилами расчета грузоподъемных машин, по максимальному усилию натяжения троса с учетом режима работы определяется его сечение, диаметры блоков и барабанов.

Расчёт параметров тяговой лебёдки. Усилие, развиваемое в тросе тяговой лебедкой, преодолевает сопротивления движению грузовых тележек по направляющим фермы, вызванные рядом факторов. Наибольшее значение этих сопротивлений соответствует движению траверсы со звеном на уклоне при работе крана в режиме разборки пути.

Сопротивление от сил трения качения и трения в подшипниках колес грузовых тележек, кН:

. (8.8)

где G_т – вес двух грузовых тележек, кН; D_к – диаметр поверхности качения колеса, м; m₁ – коэффициент трения качения колеса, m₁ = (0,0004 – 0,0006) м; f – коэффициент трения в подшипниках качения колес, f = 0,02; d – приведенный диаметр цапфы колеса, м; b – коэффициент, учитывающий трение реборд колес, b = 1,5 – 1,8.

Сопротивление, связанное с движением грузовых тележек, траверсы и звена на подъем, кН:

(8.9)

где i – расчетный уклон пути, i = 0,012.

Сопротивления, связанные с перекатыванием грузового каната при движении тележек, кН:

(8.10)

Сопротивление, связанное с провисанием тягового троса, определяемое разностью усилий натяжения тросов с одной и другой сторон тележек кН:

(8.11)

где T – усилие натяжения троса вследствие провисания, кН; q – погонный вес троса, кН/м: l – длина провисающего участка троса, м; h – стрела троса в середине участка провисания, м; в расчетах предварительно можно принимать h = (1/30 – 1/50) l.

Сопротивление, вызванное ветровым давлением на торец звена, кН:

(8.12)

где p_в – расчетное давление скоростного напора ветра по ГОСТ 1451-77, p_в = (0,5 – 0,7) кН/м²; F_зв – подветренная площадь торца звена, F_зв = ~ (0,7 – 0,8) м².

Сопротивление, вызванное прогибом консольной части стрелы, кН:

(8.13)

где f_кс – упругий прогиб консоли стрелы в точке по оси наиболее удаленного полиспаста, м; l_кс – длина консольной части от оси портальной стойки 8 (см. рис. 8.2) до оси подвески наиболее удаленного полиспаста, м.

Тяговое усилие троса тяговой лебедки с учетом КПД обводных блоков, кН:

(8.14)

Мощность электродвигателя тяговой лебедки для установившегося движения, кВт:

(8.15)

С учетом режима работы подбирается по каталогу подходящий электродвигатель (см. п. 3.4).

Расчёт лебёдки для перетягивания пакетов. Тяговое усилие, развиваемое барабаном лебедки, преодолевает сопротивления перемещению пакета звеньев при его движении по роликовому транспортеру платформ и крана. Сопротивление передвижению, обусловленное трением качения рельсов нижнего звена по роликам и трением в подшипниковых опорах роликов, кН:

(8.16)

где G_пак – вес пакета звеньев, кН; D_р – диаметр поверхности качения ролика, м; d – приведенный диаметр подшипника опоры, м; z_n – число одновременно перетягиваемых пакетов звеньев (обычно 1 – при длине звеньев 25 м или 2 при длине звеньев 12,5 м); b = 1,2 – коэффициент, учитывающий трение реборд.

Сопротивление передвижению, вызванное перетягиванием звена на уклоне пути, кН:

(8.17)

При перетяжке пакета в кривой возникает изгиб звеньев путевой решетки при прохождении крайних роликов сцепленных друг с другом платформ, например, укладочного крана и питающей платформы (рис. 8.8, а). Изгиб начинается с наезда головки рельса нижнего звена на реборду одного из крайних роликов, В результате образуется реакция реборды P_н, кН, действующая нормально к ее поверхности (см. рис. 8.8, б). Эту силу можно разложить на составляющую P_и, кН, действующую перпендикулярно оси пакета и производящую его изгиб, и составляющую P_т, кН, преодолеваемую тяговой лебедкой. Поэтому третья составляющая сопротивления W_3л = P_т, кН. Из треугольника разложения сил P_т = P_и´tgb_р (b_р – угол наклона реборды ролика на уровне его поверхности качения, рад).

Стрела изгиба пакета звеньев при проходе ролика 1, мм (см. рис. 8.8, в):

(8.18)

где D_к, D_п – смещения ролика укладочного крана и конца нижнего звена пакета относительно оси пути в кривой, мм; h_р, h_гр – ширина поверхности качения ролика и головки рельса, м.

В случае если h_и £ 0, то можно считать, что этот ряд роликов пакет проходит без изгиба, поэтому анализируется изгиб пакета на ряде 2 и т.д.

Расчетное смещение оси платформы укладочного крана, в случае если ряд роликов находится на ее консольной части (см. также п. 2.4), мм:

(8.19)

где S, d, q, w – обозначения величин см. п. 2.4, мм; l_к – шкворневая база платформы укладочного крана, м; n_к1 – расстояние от направляющего сечения до ряда 1 роликов, м; R – расчетный радиус кривой, м.

Аналогичное смещение в случае, если ряд роликов находится в пролетной части (например, ряд 4), мм:

(8.20)

где n_к4 – расстояние от направляющего сечения до ряда 4 роликов, м.

По отношению к питающей платформе передний конец нижнего звена пакета всегда находится на консольной части, поэтому его расчетное смещение относительно оси пути, мм:

(8.21)

где l_п – шкворневая база питающей платформы, м; n_п4 – расстояние от направляющего сечения платформы до конца нижнего звена, м.

Сила, изгибающая пакет при накате рельса нижнего звена пакета на ряд роликов, кН:

(8.22)

где E – модуль упругости стали, E = 20,6´10³, кН/см²; I_y – момент инерции двух рельсов относительно вертикальных осей инерции (см. табл. 5.2), см⁴; K_ж – коэффициент жесткости пакета звеньев, учитывающий жесткость рельсовых скреплений и одновременно податливость звеньев пакета при передаче изгиба верхним звеньям, предварительно можно принять K_ж = 1,5 – 2,0; N_зв – количество звеньев в пакете; l_и – приведенная длина участка изгиба пакета с учетом бокового скольжения головок рельсов нижнего звена по роликам при изгибе, которую ориентировочно можно принять l_и = 700 – 1000 см.

Для облегчения прохождения пакета звеньев с одной платформы на другую крайние ролики по концам рамы и в её середине имеют уширение поверхности катания для лучшего вписывания пакета звеньев при прохождении кривых. Получается плавная упругая линия изгиба пакета, что снижает нагрузки на лебедку и транспортеры.

После определения суммарного тягового усилия троса проводятся типовые расчеты барабана и лебедки. Скорость наматывания каната обычно составляет V_л = 0,4 – 0,5 м/с.