Определение сопротивлений от рабочих органов электробалластера

 

Электробалластер может выполнять работу только по дозировке балласта в путь, выполнять только подъемку пути, а также совмещать дозировку балласта с подъемкой пути.

В первом случае суммарное сопротивление движению машины от рабочих органов

,

где W_д – сопротивление от дозатора, Н.

Во втором случае

,

где W_рам – сопротивление от балластерной рамы, Н; W_м – сопротивление от подъемных магнитов, Н.

При совмещении работ по дозировке и подъемнике пути суммарное сопротивление движению электробалластера от рабочих органов, Н:

.

Сопротивления движению электробалластера при работе дозатора, кН:

 

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

                 

Резание центральным щитом	Резание поворотной частью (подкрылок, крыло и корень)

 

где k – удельное сопротивление резанию (для песчаного балласта k = (2-3)10^-3 кН/см², для гравия k = (4-5)10^-3 кН/см², для щебня k = (5-9)10^-3 кН/см²); h_щ, h_к – толщины срезаемого щитом (h_щ = 0-15 см) и поворотной частью (h_к = 10-15 см) слоя балласта; - ширина центрально щита, см ( =220 см); L_кi – суммарная длина по контуру резания балласта поворотной частью, см ;.

В случае закрытого положения козырька:

                               

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

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

     

Волочение центральным щитом	Волочение поворотной частью (подкрылок, крыло и корень)

где H_щ, H_к – высота призмы волочения перед щитом и поворотными частями (не могут быть более высот соответствующих частей, примем H _щ = H _к = 55 см), см; j_от – угол естественного откоса балластного материала в движении (можно принимать j_от = 45°); r – плотность материала (для рыхлого щебня r = (1,6-1,8) 10^-3 кг/см²); g – ускорение свободного падения (g = 981 см/с²); 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:

                                      

где f _бк – коэффициент трения балласта о крыло (f_бк = 0,4).

Сопротивление балластерной рамы, кН:

                                     

Сопротивление от струнок	Приведенная площадь

где F_р – площадь торцевой части рамы[1], погруженной в балласт, см² ( F _р =504 см²);  – приведенная площадь струнок, см² (где k_пс – коэффициент приведения площади k_пс = 1,45); d_ст – диаметр стержня (струнки), см ( d = 1,5 см); l_ст – длина струнки[2], см (l – 350 см); n_ст – число струнок, включенных в работу, шт. ( n =3); k – удельное сопротивление резанию (для песчаного балласта k = (2–3)10^-3 кН/см², для гравия k = (4–5)10^-3 кН/см², для щебня k = (5–9)10^-3 кН/см²)

        Сопротивление от подъемных магнитов, Н;

,

где P_прит = P_эмаг – P – оставшееся усилие притяжения рельсов электромагнитами после вычета усилия отрыва, кН; P_эмаг – расчетная подъемная сила электромагнитов подъемника[3], кН; P  – усилие вывешивания путевой решетки определяется по формуле (5.7) или (5.10); m₁ – коэффициент трения качения о рельс опорного ролика электромагнита (m₁ = 0,06 см); f – коэффициент трения шарикоподшипников (f = 0,02); d = 10[4] – диаметр цапфы ролика, см; b – коэффициент увеличения сопротивления с учетом горизонтального усилия (b = 2-2,5); D_р = 22 – диаметр ролика, см.

                     

Определим усилие P, развиваемое ПРУ электробалластера ЭЛБ-4К при вывешивании путевой решетки (рельсы Р-65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный). Высота вывешивания H_выв =35 см, подъемки h_под = 10 см. Расчетное положение ПРУ характеризуется: a_р = 1232,5 см, b_р = 1417,5 см, L_р = a_р + b_р = 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:

 

 

                 

Исходя из этого усилия определяются конструктивные параметры захватных устройств для путевой решетки. В случае применения электромагнитно-роликовых захватов рассчитывается необходимое количество катушек электромагнитов N_кат = 8, с учетом того, что одна катушка при нормальном воздушном зазоре несет нагрузку P_кт = (13,3-15,7) кН (При общей грузоподъемности электромагнитного подъемника 32тс или 320 кН).

P_прит = P_{кт ∙} N_{кат =} 15·10³ ∙8 =120 кН

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 проушиной штока шарнирно. Балластерные рамы установлены по оси расположения ПРУ и работают с ним совместно, обеспечивая разравнивание и подведение балласта под шпалы при вывешивании путевой решетки (см. рис. 5.2, б, в).

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.

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 шарнирные узлы соединены с фермой 1, а проушинами штоков – с центральной осью 21. В средней части на оси установлен каток 20, взаимодействующий с вертикальными тягами 8. Ось через катки 14 опирается на поперечные направляющие.

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.

 

[1] Расстояние от нижнего конца рассекателя балластерной рамы до верха головки рельса составляет 600 мм. Как видно из рисунка концы балластерной рамы с рассекателями погружены в балласт приблизительно на 1/3 этого размера, т.е. на 200 мм (если вообще погружены). На схемах старых конструкций электробалластера ЭЛБ-1 нижний конец рамы заостряется. Так в конструкции балластерной рамы 3 струны с двумя штырями крепления на каждой стороне рамы, то с грунтом взаимодействует 3∙2=6 концов рамы. Толщи наконца примерно 60 мм. Общая площадь взаимодействия с грунтом с учетом коэффициента рссечения (сопротивления клина) 0,7 составит 0,7×20×6×6=504 см².

[2] Балластерные рамы предназначены для закрепления на них стальных прутков диаметром 12—16 мм, называемых струнками, служащих для планировки и рыхления балласта под поднятой рельсо-шпальной решеткой, а также для выдавливания песчаного балласта в шпальные ящики при неподнятой решетке для опускания пути.

[3] Неизвестна

[4] Приблизительные неточные размеры.