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 транспортные, тягово-энергетические и погрузочно-разгрузочные средства для путевых работ (составы для засорителей, саморазгружающиеся 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 протяженностью 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 снегоуборочных 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.
Пятый период (текущий) характеризуется широким внедрением на путевых машинах средств микропроцессорного управления с использованием бортовых вычислительных систем для управления сложными технологическими процессами выправки пути, управления энергосистемами и др.
Отличительная особенность текущего периода – внедрение путевых машин с более высокими техническими показателями (СЧ-601, МОБ-1Г, ЩОМ-6У, ВПР-02М, ВПРС-02, ДСП-С, МДС, КОМ-300, МНК, РШП-48, МДС, Duomatic 09-32 CSM, Duomatic 09-3X, 08-275 Unimat 3S и др.). Выпуск части машин производится совместно с зарубежными фирмами «Plasser & Theurer» (Австрия), MTX PRAHA a.s. (Чехия), COMPEL (Словакия), «Speno» (Швейцария) и др. На Калужском заводе «Ремпутьмаш» ОАО «РЖД» выпускаются машины нового поколения – ЩОМ-1200, ПРСМ-6, на ЗАО «Тулажелдормаш» – ЩОМ-1200ПУ и др. Выпускаемые путевые машины формируются в машинные комплексы и эксплуатируются предприятиями (ПЧМ, ПМС, ПЧ) путевого хозяйства.
Нумерация путевых машин. Нумерация специального подвижного состава (СПС) путевого хозяйства ОАО «РЖД» № ЦПО-22/100 предусматривает нумерацию с кодовой защитой достоверности считывания номера СПС и 4-осных платформ, используемых в путевом хозяйстве, и имеющих право выхода на пути общего пользования [53].
Под системой кодирования информации понимают совокупность правил, определяющих систему знаков и порядок их использования для представления, передачи, обработки и хранения информации. В процессе кодирования объекту присваивается кодовое обозначение. В качестве алфавита кодирования используются десятичные цифры, что обеспечивает удобство для машинной обработки.
Номер путевой машины состоит из 8 цифр: — первая и вторая цифры определяют вид и тип СПС, они постоянны и равны 19; – третья и четвертая цифры определяют основную характеристику – тип машины и наименование СПС; – пятая, шестая и седьмая цифры определяют заводской номер машины (изменяется от 001 до 999); – восьмая цифра является контрольной, по которой определяется достоверность номера СПС.
Кодирование подвижного состава на железнодорожном транспорте введено с 1984 года и предусматривает обозначение для первой цифры кода: 0 – пассажирские вагоны, 1 – локомотивы, путевые машины и краны, 2 – крытые грузовые вагоны, 4 – платформы, 6 – полувагоны, 7 – цистерны, 8 – изотермические вагоны, 3, 5 и 9 – прочие вагоны. Для путевых машин присвоена цифра – 9.
Контрольный знак рассчитывается из первых семи цифр номера машины, полученного после сложения нижней границы диапазона (№ ЦПО-22/100) и заводского номера машины. Подсчитывается следующим образом. Каждая цифра номера машины, стоящая на нечетном, считая слева, месте, умножается на 2, а на четном – на 1. Находят поразрядное произведение. Затем выполняется поразрядное суммирование всех цифр полученного ряда. Контрольным знаком будет цифра, дополняющая полученную сумму до ближайшего целого числа, кратного 10.
Пример. Для номера 1952083, соответствующего машине ВПР-02, требуется определить контрольный знак:
Номер машины 1 9 5 2 0 8 3
Множитель 2 1 2 1 2 1 2
Поразрядное произведение 2 9 10 2 0 8 6
Поразрядная сумма 2 + 9 + 1 + 0 +2 + 0 + 8 + 6 = 28
Числом, дополняющим до 30, или контрольной восьмой цифрой номера будет 2 (30 – 28 = 2). Поэтому полное кодовое обозначение машины будет 19520832. Если полученная сумма кратна 10, то контрольный знак будет равен 0. Номер наносится на борт (слева, справа) машины белой краской на черном фоне прямоугольника 1300х300 мм.
Источник
Классификация путевых машин по способу выполнения путевых работ
Основные виды путевых работ
Для выполнения значительных объемов работ по содержанию и ремонту железнодорожных путей созданы высокопроизводительные путевые машины и механизмы. Рабочие процессы этих машин обусловлены работами, выполняемыми при основных видах путевых работ, к которым относятся текущее содержание пути, подъемочный, средний и капитальный ремонты, а также сплошная смена рельсов.
Текущее содержание эксплуатируемого пути предусматривает контроль за его состоянием, работы по предупреждению неисправностей пути, выявление появившихся неисправностей и их устранение, замену отдельных изношенных элементов верхнего строения пути, продление сроков их службы.
Подъемочный ремонт сводится к сплошной выправке пути, восстановлению дренирующих и упругих свойств балластного слоя. При этом выполняют следующие основные работы: подъемку рельсо-шпальной решетки с добавлением балласта и его уплотнением (подбивкой) под шпалами, очистку щебня в местах наибольшего загрязнения, смену негодных шпал, одиночную смену рельсов и скреплений, регулировку стыковых зазоров, рихтовку пути (т. е. постановку его в проектное положение в плане), очистку водоотводных сооружений, ремонт переездов.
Средний ремонт заключается в очистке щебеночного балласта на глубину не менее 20—25 см и замене загрязненного песчаного, гравийного и других балластов. Одновременно выполняют смену и ремонт шпал, заменяют негодные рельсы и скрепления, выправляют (рихтуют) путь в профиле и плане, ремонтируют земляное полотно, водоотводные сооружения и переезды.
Капитальный ремонт пути включает следующие основные работы: сплошную смену рельсов, шпал, скреплений, стрелочных переводов; очистку щебеночного или обновление загрязненного асбестового (гравийного) балласта; подъемку мостов малых пролетов в соответствии с новой отметкой головки рельсов; ремонт переездов; оздоровление и ремонт водоотводных сооружений.
Уровень механизации этих работ характеризуется отношением объема работ, выполняемых машинами, к общему объему работ определенного вида. При капитальном ремонте пути он составляет 86 %, при среднем — 78 %, при подъемочном — 70 %, при текущем содержании — 45 %.
КОМПЛЕКТЫ ПУТЕВЫХ МАШИН, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ
Комплекты путевых машин. Текущее содержание пути и его ремонты — сложные производственные процессы, для выполнения которых обычно составляют- проекты производства работ.
На капитальный и средний ремонты пути Главным управлением пути МПС (ЦП МПС) разработаны типовые технологические процессы для различных условий и объемов работ, соответственно которым рекомендованы комплекты машин и механизмов для их выполнения. В частности, для выполнения основных работ по капитальному ремонту пути предназначен комплект (цепочка) машин (рис. 1.1), работающих поточным методом, когда машины идут одна за другой, последовательно выполняя технологические операции. Комплект включает путеразборочный 1 и путеукладочный 3 поезда, балластоочистительную машину 2, хоппер-дозаторные вертушки 4, 6, выправочно-подбивочно-отделочную машину 5.
Классификация путевых машин. В путевом хозяйстве нашли широкое применение путевые, подъемно-транспортные, строительные машины и автотракторный транспорт. Путевые машины классифицируют в зависимости от назначения, способа выполнения работ, вида ходового оборудования, наличия энергетической базы, способа передвижения и типа привода.
По назначению путевые машины и механизмы разделены на группы, соответственно выполняемым видам работ: ремонт земляного полотна (путевые струги, дренажные и землеуборочные машины), балластировка пути (балластеры, хопперы-дозаторы, путеподъемники, тракторныедозировщики), очистка балластного слоя (щебнеочистительные машины), укладка пути (рельсоукладчики, путеукладчики), сварка и шлифовка рельсов, работы на звеносборочных базах (звеносборочные, звеноразборОчные машины), уплотнение балласта и выправка пути (шпалоподбивочные, балластоуплотнительные, выправочно-подбивочно-отделочные и путерихтовочные машины), контрольно-измерительные (путеизмерительные и дефектоскопные вагоны и тележки), борьба со снежными заносами (плуговые и роторные снегоочистители, снегоуборочные машины), транспортные и погрузочно-разгрузочные средства для путевых работ (саморазгружающиеся вагоны, дрезины, мотовозы, путеремонтные летучки).
По способу выполнения работ различают машины тяжелого типа, или несъемные (струги, балластировочные машины, путеукладочные, щебнеочистительные, снегоуборочные и др.), и легкого типа, или съемные (передвижные электростанции, шпалоподбойки, рельсорезные и рельсосверлильные станки и другой электрический и гидравлический инструмент и т. д.). Машины тяжелого типа не могут быть сняты с пути для пропуска поездов и, следовательно, требуют занятия перегона, а легкого типа снимаются с пути для пропуска поезда и не требуют занятия перегона.
В зависимости от вида ходового оборудования используют машины на железнодорожном ходу (струги, путеукладчики, электробалластеры, шпалоподбивочные машины и т. п.) и на гусеничном ходу (тракторные путеукладчики, дозировщики). Большую часть машин выпускают на железнодорожном ходу.
Наличие энергетической установки определяет автономность и неавтономность путевых машин. Автономные имеют свою энергетическую базу, к которой подключают все двигатели. К таким путевым машинам относятся: путеукладчики, дрезины, щебнеочистительная машина ЩОМ-ЗУ, шпалоподбивочные машины. Энергия к рабочим органам неавтономных машин (электроэнергия или энергия сжатого воздуха) поступает от локомотива (роторные снегоочистители, щебнеочистительные машины, струги-снегоочистители).
В зависимости от способа передвижения в рабочем состоянии путевые машины разделяют на самоходные (снегоуборочные машины СМ-3, СМ-4, выправочно-подбивочно-рихтовочные ВПР-1200, ВПРС-500) и несамоходные (электробалластеры, путевые струги, щебнеочистительные машины). Перспективным является создание самоходных машин.
Типы приводов путевых машин: электрический, пневматический и гидравлический. Есть также машины с двигателями внутреннего сгорания и механической передачей.
Требования, предъявляемые к путевым машинам. К путевым машинам предъявляются общие и специфические требования. К общим требованиям относят: унификацию узлов и деталей; повышение прочности и надежности; снижение стоимости, металлои энергоемкости; универсальность машин; легкость управления; простоту изготовления деталей, сборки узлов и машины; ремонтопригодность (возможность монтажа и ремонта узлов и агрегатов); обеспечение безопасности труда при эксплуатации машины; создание благоприятных условий для работы машиниста, автоматизацию процессов управления.
Специфические требования обусловлены тем, что путевые машины работают на железных дорогах. Они должны обладать хорошей маневренностью, быстротой перевода рабочих органов из транспортного положения в рабочее и наоборот, плавностью хода, вписываться в габарит подвижного состава, не превышать допустимых нагрузок на ось, т. е. отвечать требованиям, предъявляемым к железнодорожному подвижному составу.
ПРИВОДЫ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
Назначение и классификация приводов
В приводе машин в качестве силового оборудования используют двигатели внутреннего сгорания, электро-, гидро и пневмодвигатели, гидро и пневмоцилиндры. Ручной привод применяется крайне редко. В зависимости от вида силового оборудования привод машины называют электрическим, гидравлическим, пневматическим. Возможно также использование механического привода, когда от одного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) получают движение все механизмы, связанные с ним трансмиссией. В качестве двигателей используют дизельные и карбюраторные. Достоинством этого типа привода является постоянная готовность к работе, возможность регулирования скорости работы механизма. Недостаток — исключен запуск ДВС под нагрузкой, что приводит к необходимости установки фрикционных муфт, отключающих двигатель от механизма при пуске, а также необходимость установки реверсивных устройств, так как ДВС имеет постоянное направление вращения вала.
Широко применяется также дизель-электрический привод, в котором отдельные механизмы имеют свои индивидуальные электродвигатели, питающиеся от общей дизель-генераторной установки. Он отличается отсутствием фрикционных муфт, простотой управления, но громоздок и имеет повышенную массу.
В путевых прицепных машинах первых выпусков был использован пневматический привод: сжатый воздух от компрессора локомотива поступал к силовым пневмоцилиндрам и пневмодвигателям. Такой привод отличался простотой конструкции и обслуживания, а также дешевизной, но имел недостатки. Прежде всего машина не была автономна, она могла работать только при наличии локомотива. Из-за небольшого давления воздуха в системе (0,5—0,6 МПа) для получения больших усилий требовались пневмоцилиндры больших диаметров.
Некоторые механизмы (гидродомкраты, рихтовщики, разгонщики) приводятся в действие от ручного привода. При их использовании требованиями техники безопасности ограничено среднее усилие рабочего на рукоять механизма. Так, при непрерывной работе оно не должно превышать 80—100 Н, при периодичной работе с частыми перерывами — 150—160 Н, при кратковременной (до 5 мин) — 200 Н, при редкой — 400 Н.
В последнее время на путевых машинах широкое применение получает гидравлический привод, или гидропривод. Этот вид привода весьма перспективен, он практически вытесняет пневмо и электроприводы и поэтому целесообразно рассмотреть его более подробно.
Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. Он включает один или несколько насосов, гидродвигатели, аппаратуру управления и гидролинии.
Такой привод обеспечивает широкий диапазон регулирования скоростей, плавность движения. Гидропривод характеризуют малые габариты, небольшая масса, простая конструкция защиты узлов от перегрузок, легкость и простота управления. При этом гарантирована передача больших усилий и мощностей, малая инерция. К недостаткам гидропривода следует отнести пониженную экономичность при малых нагрузках; ухудшение работы при низких температурах, что заставляет применять дорогостоящие морозоустойчивые жидкости; значительные гидросопротивления при наличии длинных трубопроводов; большую жесткость внешних характеристик; необходимость соблюдения высокой точности при изготовлении элементов привода, чтобы исключить утечки рабочей жидкости через неплотности соединений. Кроме этого, необходимо отметить, что в период, эксплуатации гидроприводов нередки нарушения равномерного движения гидроагрегатов из-за проникновения воздуха в рабочую жидкость.
Гидроприводы разделяются на объемные и гидродинамические.
В объемных в качестве выходного звена использованы гидроцилиндры (например, в путеукладчиках, рельсосварочных и снегоуборочных машинах) или гидромоторы и гидроцилиндры (выправочно-подбивочно-рихтовочные машины). Гидродинамические передачи применяются для передачи и изменения величины крутящего момента в трансмиссиях дрезин, мотовозов, тепловозов.
Объемные гидроприводы по системе питания насосов бывают открытые, закрытые и комбинированные. Чаще используются открытые гидроприводы (рис. 1.2). В них насос Н засасывает из резервуара рабочую жидкость и через фильтр Ф, распределитель Р подает ее в гидроцилиндр или гидромотор М (по схеме гидромотор).
При возникновении давлений, превышающих расчетные, срабатывает предохранительный клапан К.П и жидкость сбрасывается в резервуар.
При закрытой системе (сплошные линии) насос HI и гидромотор М (рис. 1.3) включены в кольцевую магистральную линию, в которой жидкость может циркулировать в любом направлении, проходя фильтры Ф1 и Ф2. Отработавшая в гидромоторе жидкость, минуя бак, поступает в насос. Для компенсации утечек служит подпиточный насос Н2 с предохранительным клапаном КПЗ и фильтром ФЗ. Так как оба полукольца могут быть и всасывающей и напорной линией, то в системе подпитки предусмотрены два обратных клапана К01 и К02. Систему от больших давлений защищают предохранительные клапаны КП1 и КП2.
Открытая система проста, обеспечивает хорошие условия для охлаждения и отстоя жидкости. Но она имеет большие габариты и в ней возможна кавитация, что означает местное выделение из жидкости в зонах пониженного давления паров и газов (вскипание жидкости) с последующим разрушением их при попадании в зону повышенного давления. Это разрушение пузырьков сопровождается местными гидравлическими микроударами большой частоты и высокого уровня ударных давлений, что нарушает нормальный режим работы гидросистемы, а в отдельных случаях может вызвать разрушение ее агрегатов.
У закрытой системы давление при Есасывании больше атмосферного, что исключает кавитацию и позволяет использовать более скоростные и, следовательно, малогабаритные насосы. Исключено попадание воздуха в систему. Но закрытая система более сложна, в ней хуже охлаждается жидкость. Часто используется комбинация систем открытой и закрытой. В такой системе часть отработавшей жидкости в гидродвигателе сливается в резервуар, а другая часть вместе с жидкостью, подаваемой подпиточным насосом, поступает в основной насос.
На рис. 1.3 пунктиром показано подключение к закрытой системе узла, обеспечивающего слив в бак части отработавшей жидкости. Кольцевая система замыкается двумя механически связанными обратными клапанами КОЗ, К04. Один из них всегда закрыт (на линии высокого давления), а другой открыт (на линии низкого давления). К обоим обратным клапанам подключен подпорный клапан КП4, которым поддерживают необходимое давление в линии всасывания основного насоса.
Силовое гидравлическое оборудование
К силовому гидравлическому оборудованию относятся насосы, гидромоторы и гидроцилиндры.
Насосы преобразуют сообщаемую им первичным двигателем (дизелем, электродвигателем и т. д.) механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости. Они подразделяются на поршневые, крыльчатые и роторные. У поршневых насосов жидкость вытесняется из неподвижных рабочих камер (гидроцилиндров) в результате прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней относительно этих камер. В крыльчатых этот процесс происходит из неподвижных рабочих камер в результате возвратно-поворотного движения вытеснителя относительно этих камер, а у роторных — из перемещаемых рабочих камер в процессе вращательного или сложного движения вытеснителей относительно неподвижной части статора. К ним относятся шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы. Первые два типа широко применяются на путевых машинах.
У гидромоторов рабочие камеры наполняются в процессе вращательного или сложного движения вытесняемых тел относительно статора.
Для гидроцилиндров характерно ограниченное возвратно-поступательное движение ведомого звена (плунжера, поршня), в то время как в гидромоюрах ведомое звено (вал) совершает неограниченное вращательное движение.
Пластинчатые (лопастные) насосы и гидромоторы. Наиболее простыми из существующих типов роторных насосов являются пластинчатые насосы, получившие в практике название лопастных или шиберйых.
Основными элементами пластинчатого насоса (рис. 1.4, а) являются ротор 1, пластины 2, перемещающиеся в пазах ротора под действием центробежных сил или давления масла, и статор 3, по внутренней поверхности которого скользят пластины. Ротор установлен в статоре с эксцентриситетом е. По числу циклов за один оборот вала различают пластинчатые насосы и гидромоторы однои многократного (двух-, трех-, четырехкратного) действия. Из рис. 1.4, б видно, что каждая пластина за один оборот ротора нагнетает жидкость 2 раза. Поскольку рабочее давление жидкости действует на диаметрально противоположные стороны ротора (со стороны окон 1 и 2), подшипники ротора практически разгружены от сил давления жидкости.
Современные пластинчатые насосы могут быть использованы и в качестве гидромоторов, причем некоторые насосы применимы без изменений, а другие — при незначительном конструктивном изменении отдельных деталей.
Пластинчатые насосы и гидромоторы просты по конструкции, малы по габаритам, отличаются невысокой стоимостью, их применение в гидроприводах с давлением 14—17МПа очень широко.
На выправочно-подбивочно-рихтовочных машинах ВПР-1200 и ВПРС-500 применены двухпоточные насосы (рис. 1.4, в). В них на одном валу установлены два ротора, имеющих по 10 лопаток. При вращении вала масло, поступающее в насос, всасывается через профилированные отверстия в камеры, и жидкость, которая заполняет объем, лопатками вытесняется в напорную магистраль. Прижим лопаток к статору в зоне всасывания происходит в результате действия центробежных сил и усилий пружин. Номинальное давление насоса 17 МПа.
На машине ВПР-1200 для привода эксцентрикового вала подбивочного блока применены гидромоторы, представляющие собой однолопастной двухпоточный гидромотор, аналогичный по конструкции насосу, описанному выше, но состоящий из одной секции.
Шестеренные насосы и гидромоторы. Различают шестеренные насосы с внешним и внутренним зацеплением. Первый тип распространен довольно широко. Он состоит из пары сцепляющихся между собой цилиндрических шестерен (рис. 1.4, г), помещенных в плотно обхватывающий их корпус, имеющий каналы в местах входа в зацепление и выхода из него. Максимальное давление, развиваемое этими насосами, обычно равно 10 МПа.
Гидроцилиндры. Основными параметрами гидроцилиндров являются их внутренний диаметр, диаметр штока, ход поршня и номинальное давление, определяющее его эксплуатационную характеристику и конструкцию. У цилиндра одностороннего действия (рис. 1.5, а) усилие на выходном звене может быть направлено только в одну сторону.
В противоположном направлении выходное звено перемещается, вытесняя при этом жидкость из гидроцилиндра, только под влиянием возвратной пружины. Гидроцилиндр состоит из корпуса 1 со штуцером для рабочей жидкости 3, штока 2, поршня 4 с уплотнительной манжетой 5 и возвратной пружины 6.
Для получения больших ходов применяют телескопические цилиндры, состоящие из двух и более цилиндров (рис. 1.5, г, д), размещенных в общем корпусе.
Системы и аппаратура управления
Система управления гидравлического привода предназначена для изменения направления движения и регулирования скорости выходных звеньев (штоков, валов, гидромоторов), а также для предохранения конструкции машины от перегрузок. Регулирование скорости достигается изменением расхода жидкости, поступающей в гидромотор.
Основными элементами систем управления являются регулирующие устройства (клапаны различного типа, гидрораспределители, дроссели), а также другие системы, при помощи которых оператор управляет регулирующими устройствами гидропривода.
Для управления работой гидропривода путевых машин используют устройства, посредством которых регулируют давление в линиях и агрегатах гидропривода, направление движения потока рабочей жидкости, в том числе распределение его между гидродвигателями, величину подачи (расхода) рабочей жидкости к гидродвигателям.
Регулирующие устройства систем гидропривода. Устройства, регулирующие давление, служат как для ограничения максимального создаваемого насосом давления в системе, так и для поддержания в разных точках системы заданного давления. К ним относятся напорные (предохранительные, переливные) и редукционные клапаны.
К устройствам, регулирующим направление потока жидкости, относятся обратные клапаны, гидравлические замки, золотниковые распределители.
К устройствам для регулирования подачи (расхода) жидкости относятся следящие гидрораспределители (сервовентили) и дроссели.
Применяют также устройства для комбинированного регулирования, выполняющие несколько функций.
Предохранительными клапанами называются напорные гидроклапаны, предназначенные для предохранения объемного гидропривода от давления, превышающего установленное, путем слива жидкости в моменты увеличения этого давления. Напорные клапаны называются переливными, если они предназначены для поддержания заданного давления путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы.
Схема простейшего напорного клапана прямого давления приведена на рис. 1.6, а. В корпусе 2 имеются два отверстия: сквозное (для подсоединения клапана к гидролинии) и отверстие для подсоединения к сливной гидролинии.
В корпусе размещены запорно-регулирующий элемент 1 (шарик), пружина 4, опора 5 и регулировочный винт 3. При повышении давления в гидролинии шарик, преодолевая усилие пружины, отходит от седла и пропускает часть жидкости на слив, ограничивая подводимое давление. Несмотря на простоту, такие клапаны имеют ряд недостатков. Один из них — неустойчивая работа клапана при малых расходах на слив. В этом случае шарик, не имеющий специальных направляющих, совершает колебания, перпендикулярные оси гнезда, и развивает его. Поэтому такие напорные клапаны применяются в качестве предохранительных в системе низкого давления, так как в этом случае клапан работает эпизодически.
В качестве переливных клапанов по этой причине предпочитают использовать плунжерные клапаны (рис. 1.6, б). В обоих случаях давление в напорной магистрали устанавливается при помощи регулировочных винтов, обеспечивающих требуемое натяжение пружины. Часто применяются клапаны с индикаторным стержнем (рис. 1.6, в).
Мощные напорные клапаны выполняют в виде клапанов непрямого действия (рис. 1.6, г). В них, кроме основного клапана 7, выполненного заодно с поршнем 6, имеется вспомогательный клапан, состоящий из запорно-регулирующего элемента /, пружины 2, регулировочного винта 3 и дросселя 8. Оба клапана расположены в общем корпусе 4, причем вспомогательный управляет основным.
При давлении в гидролинии, меньшем давления настройки клапана, запорно-регулирующий элемент 1 усилием пружины 2 закрывает окно вспомогательного клапана, при этом вокруг поршня 6 устанавливается одинаковое давление. Пружина 5 разжимается и основной клапан 7 перекрывает рабочее окно.
буртов золотника равны. Следовательно, положение золотника 1 благодаря пружине 3 будет определяться величиной разницы редуцируемого давления Рред и давления слива Ясл. По мере увеличения этой разности золотник будет прикрывать рабочее окно клапана, уменьшая подачу жидкости на выходе клапана, что приведет к уменьшению разности перепада давления на клапане до величины, на которую настроен клапан. Если же вследствие увеличения расхода на выходе редукционного клапана давление Рред уменьшится, то под действием усилия пружины 3 золотник 1 приоткроет окно клапана и редуцируемое давление восстановится.
Схема редукционного клапана непрямого действия приведена на рис. 1.7, б. Основной клапан 5 управляется при помощи вспомогательного, состоящего из запорного элемента /, пружины 2, регулировочного винта 3 и постоянного дросселя 6. Междроссельная камера, образованная постоянным дросселем 6 и рабочим окном вспомогательного клапана, соединена гидролинией с рабочей камерой основного клапана 5, в которой расположена пружина 4, открывающая рабочее окно клапана 5 при давлениях на выходе редукционного клапана ниже заданных.
Если расход на выходе редукционного клапана уменьшится, то Рред сначала увеличится. Это приведет к увеличению давления в междроссельной камере вспомогательного клапана, открытию запорного элемента 1 и сливу части масла. В результате давление в междроссельной камере вспомогательного клапана уменьшится и клапан 5 под действием давления, превышающего давление Рред, переместится в сторону уменьшения проходного сечения (вверх). Приток энергии, поступающей из напорной гидролинии в полость редуцируемого давления, уменьшится и давление Ррел достигнет значения, заданного настройкой вспомогательного клапана. На схемах редукционный клапан изображается, как показано на рис. 1.7, в.
Обратные клапаны служат для пропускания рабочей жидкости только в одном направлении. На рис. 1.8, а и б показаны обратные клапаны с различными запорно-регулирующими элементами (с шариком и конусом). При обратном движении жидкость прижимает запорно-регулирующий элемент к седлу. Более высокой герметичностью характеризуются клапаны с конусом, но они сложнее в изготовлении. В схемах обратные клапаны изображаются, как показано на рис. 1.8, в.
Гидравлические замки (гидрозамки) применяются для фиксирования поршня силового цилиндра в заданных положениях. Схема двустороннего гидрозамка приведена на рис. 1.9, а. Гидролинии 2 и 3 подсоединяются к соответствующим каналам гидрораспределителя, a 1 и 4 — к рабочим полостям силового цилиндра. При подводе жидкости к каналу 2 открывается левый обратный клапан, и жидкость проходит в силовой цилиндр. Одновременно давлением жидкости поршень гидрозамка перемещается вправо и открывает правый обратный клапан, обеспечивая проход жидкости, отводимой из канала 4 в канал 3 и далее к распределителю. При подаче жидкости в канал 3 замок срабатывает аналогично, но в обратном направлении. Если жидкость не циркулирует, обратные клапаны запирают ее в силовом цилиндре, фиксируя тем самым поршень последнего. В схемах двусторонний гидрозамок изображается, как показано на рис. 1.9, б.
Золотниковые распределители предназначены для управления потоком рабочей жидкости между участками и агрегатами гидросистемы. При помощи гидрораспределителей рабочая жидкость направляется к соответствующему исполнительному гидромеханизму, а также осуществляется реверс механизмов.
Золотниковые гидрораспределители делятся на одно-, двух и многощелевые.
Наиболее широкое применение в основных гидравлических приводах нашли четырехщелевые золотниковые распределители. Основными их достоинствами являются симметрия сил, действующих на золотник; малые значения расходов утечек, высокий к.п.д., малое отклонение от исходного положения при изменении температуры и давления питания; возможность простыми средствами уменьшить или свести к нулю действие вредных сил, действующих на золотник.
Схемы четырехщелевых золотниковых распределителей приведены на рис. 1.10. Они отличаются числом буртов, местом подсоединения гидролиний напора и слива, направлением скорости движения гидропилиндров при одном и том же направлении смещения золотников относительно нейтрали (рис. 1.10, а—г). Однако все они имеют четыре рабочие щели, на которых происходит дросселирование потока рабочей жидкости. В тех случаях, когда конструктивные особенности распределителя не имеют существенною значения, четырехщелевые золотниковые распределители обозначаются условно (рис. 1.10,(5). Три квадрата являются полями трех характерных положений золотника: нейтральное — средний квадрат и два крайних — крайние квадраты. Исполнительные, сливные и напорные гидролинии подводятся только с среднему квадрату. Когда при условном изображении необходимо показать способ управления золотником, к торцам полей условного обозначения добавляют соответствующие знаки по ГОСТ 2.781—68 (рис. 1,10, е — з): от электромагнитов, с электрогидравлическим управлением и от рукоятки с фиксатором.
На машинах ВПР-1200, ВПРС-500, Р-2000, ВПО-3000М применен следящий гидрораспределитель (сервовентиль). Его устройство приведено на рис. 1.11.
При возрастании давления в гидролинии выше значения, на которое настроена пружина 2, запорно-регулирующий элемент 1 отжимается от седла и жидкость потечет через вспомогательный клапан. В результате произойдет падение давления на дросселе 8. Вследствие этого уменьшится давление в рабочей полости поршня 6 и основной клапан откроет рабочее окно. В результате упадет давление в напорной линии, затем в рабочей полости поршня 6, и основной клапан снова прикроет рабочее окно. Величина давления в напорной гидролинии определяется величиной сжатия пружины 2, которое осуществляется регулировочным винтом 3. В схемах напорные клапаны изображают, как показано на рис. 1.6, д, е.
Редукционными клапанами называются гидроклапаны, предназначенные для уменьшения давления в гидролинии, отводимой от основной линии, и для поддержания этого давления или перепада давления на .постоянном уровне. Их используют, когда от одного источника питаются несколько потребителей с разными давлениями.
Редукционный клапан прямого действия (рис. 1.7, а) состоит из золотника 1, корпуса 2, пружины 3 и регулировочного винта 4. Давление напора Рн, подводимое к золотнику 1, не оказывает на него влияния, так как площади При подаче управляющего электросигнала на катушку 1 электромагнита 2 якорь 4 и заслонка 5 поворачиваются на угол, пропорциональный силе тока в катушке. При этом заслонка 5 прикрывает сопло И и еще больше открывает сопло 6, нарушая равновесие давлений в каналах Д и И в полостях Е и Ж корпуса 7. Рабочая жидкость из подводящего канала через фильтр 8, демпфер 10 и канал Д попадает в полость Е, перемещая золотник 9 вправо и сгибая плоскую пластину 3. Рабочая жидкость по соплу 6 вытесняется из полости Ж по каналу И на слив, а рабочая жидкость из канала А поступает в канал Б — идет наполнение гидроцилиндра, а другая полость гидроцилиндра В сообщается со сливом (канал Г).
При отсутствии управляющего сигнала на катушке 1 заслонка 5 занимает среднее положение между торцами сопел 6 к 11. Так как поток жидкости, проходящей через сопла б н 11, одинаков, давление под торцами золотника 9 уравновешено, пластину 3 удерживает золотник 9 в исходном положении, разъединяя подводящие и сливные отверстия.
При изменении полярности управляющего сигнала золотник будет перемещаться влево, производя обратные переключения.
Дроссели представляют собой гидравлические сопротивления, устанавливаемые на пути потока жидкости (рис. 1.12). Регулирование расхода жидкости достигается изменением проходного сечения отверстия дросселя. Гидропривод с дроссельным регулированием отличается незначительными усилиями, необходимыми для управления.
По принципу действия дроссели подразделяют на дроссели вязкостного сопротивления (рис. 1.12, а), в которых потери напора определяются возможным сопротивлением, дроссели инерционного сопротивления, в которых потери напора определяются деформацией потока жидкости (рис. 1.12, б), и дроссели комбинированные (рис. 1.12, в), в которых используется как вязкостное, так и инерционное сопротивление.
По виду регулирования дроссели могут быть управляемыми (сечение дросселирующего отверстия в процессе работы может быть изменено) и неуправляемыми (при работе проходное сечение остается неизменным). На схемах дроссели изображаются, как показано на рис. 1.12, г, а дроссели с обратным клапаном— согласно рис. 1.12,5. В гидросистемах дроссель можно установить на напорной (регулирование на входе) или сливной (регулирование на выходе) трубе либо параллельно гидродвигателю.
Схема регулирования на входе показана на рис. 1.13, а. Рабочая жидкость от насоса Н постоянной производительности поступает через дроссель Д и распределитель Р в одну из полостей гидроцилиндра Ц. На напорной магистрали до дросселя установлен предохранительный клапан КП, при помощи которого поддерживается постоянное давление до дросселя.
Часть жидкости поступает через дроссель в гидроцилиндр.
Давление до дросселя всегда постоянно и зависит только от настройки КП, а давление после дросселя определяется усилием, приложенным к штоку Ц, величина которого может в процессе работы изменяться. С увеличением усилия на штоке повышается давление в гидроцилиндре, перепад давления на дросселе уменьшается, в результате чего снижается скорость перемещения поршня. При уменьшении усилия на штоке давление в гидроцилиндре понижается, перепад давления на дросселе увеличивается и скорость поршня возрастает.
Следовательно, установка дросселя на напорной магистрали не обеспечивает постоянной скорости при изменении нагрузки, приложенной к гидродвигателю, и данном проходном сечении дросселя.
При регулировании на выходе дроссель устанавливают на сливной трубе (рис. 1.13, б). Эта схема менее экономична, так как в ней снижается усилие на штоке гидроцилиндра ввиду преодоления противодавления. Но в связи с двусторонним давлением на поршень схема с дросселем на выходе удобна при знакопеременной нагрузке. В этом случае дроссель может быть использован как тормоз.
В схеме рис. 1.13, в дроссель установлен параллельно гидронасосу. Если он полностью закрыт, то вся жидкость, подаваемая насосом, нагнетается в гидроцилиндр и с максимальной скоростью перемещает поршень, а если полностью открыт, то жидкость поступает в бак. При этом поршень не перемещается. При частично открытом дросселе поток разделяется: одна часть жидкости поступает в гидроцилиндр, а другая через дроссель —в бак. Давление, развиваемое насосом при такой схеме, зависит от сопротивления перемещению штока гидроцилиндра. Следовательно, и в этом случае скорость перемещения поршня определяется величиной внешней нагрузки.
Потери энергии на дросселирование по этой схеме значительно меньше, чем при установке дросселя на входе и выходе, так как насос большую часть времени работает при давлении, меньшем, чем то, на которое настроен предохранительный клапан.
Дроссельное регулирование наиболее эффективно, когда к одному насосу подключают несколько силовых гидроцилиндров.
При объемном регулировании используют регулируемый насос или гидродвигатель (регулируют производительность). У такого гидропривода жесткая характеристика (скорость мало зависит от нагрузки) и высокий к.п.д., так как в нем отсутствуют потери на дросселирование, однако он более сложен по конструкции.
Вспомогательная аппаратура включает гидробаки, гидроаккумуляторы, фильтры, охладители рабочей жидкости.
Гидробаки — это дополнительные емкости для рабочей жидкости, предназначенные для компенсации разности объемов полостей гидроцилиндров, пополнения наружных утечек и охлаждения рабочей жидкости. Минимальная вместимость бака должна составлять не менее 1,5 вместимости остальной системы, а максимальная — минутную производительность насосной установки.
Гидроаккумуляторы — это гидроемкости, предназначенные для накопления энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью ее последующего использования. На путевых машинах широкое применение получили пневмогидроаккумуляторы с мембранными разделителями.
Гидроаккумулятор заряжается азотом, а снизу подсоединяется к напорной магистрали гидролинии системы питания.
Фильтры предназначены для очистки рабочей жидкости от посторонних примесей, состоящих из продуктов распада масла, износа деталей гидроузлов и других частиц, попадающих в гидросистему извне. Они разделяются на фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки.
Фильтры устанавливают преимущественно на сливной магистрали. Установка фильтров на всасывающей линии хотя и предохраняет насос, но ухудшает условия его питания.
Охладители предназначены для интенсивного охлаждения рабочей жидкости в системе гидропривода. Жидкость непрерывно нагревается в насосе и при прохождении ее потока через гидроаппараты. В гидросистемах мощностью, превышающей 10—15 кВт, охлаждение рабочей жидкости обычно осуществляется с помощью специальных теплообменников, которые принято называть радиаторами. На путевых машинах для охлаждения рабочей жидкости гидросистем применяют воздушные радиаторы и теплообменники.
| Часовой пояс GMT +3, время: 20:45 . |
