Щебнеочистительные машины и комплексы повышенной производительности с послойным уплотнением балласта. Перспективы развития машин и комплексов

Применение машин и комплексов для глубокой очистки щебеночного балластного слоя позволило существенно повысить каче6ство выполняемой работы и увеличить межремонтные сроки эксплуатации пути. Вместе с тем, эти машины имеют относительно низкую производительность (400 – 700 м³/ч), и при работе в комплексах ограничивают выработку других машин (укладочных, выправочно-подбивочных, стабилизирующих и др.). Поэтому важное направление совершенствования этого класса машин – повышение их производительности в перспективе до 2000 м³/ч и выше. В этом направлении усиленно работают фирмы-производители и проектно-исследовательские организации.

7.7.1. Щебнеочистительный комплекс ЩОМ-1200:

устройство, гидропривод выгребной цепи

Щебнеочистительный комплекс ЩОМ-1200 (рис. 7.22), спроектированный ПТКБ ЦП ОАО «РЖД» и изготавливаемый ОАО Калужским заводом «Ремпутьмаш», предназначен для глубокой очистки балластной призмы с укладкой щебня мелких фракций на геотекстильный материал в нижний слой с его уплотнением, а крупных – в верхний слой, примыкающий к подошвам шпал. Мелкий щебень позволяет равномерно распределить давление на земляное полотно, легче уплотняется. Верхний слой щебня подвержен в большей степени воздействию поездных нагрузок и нагрузок при производстве ремонтно-путевых работ, поэтому фракционный состав щебня здесь постепенно изменяется за счет частичного дробления и откалывания частиц. Комплекс позволяет отбирать засорители и выгружать их в подвижной состав или в отвал. Он также может работать в режиме полной вырезки балласта с погрузкой на специальный подвижной состав.

В состав комплекса входят три единицы СПС: добывающее-распределительный и очистной модули, а также тягово-энергетическая секция (тяговый модуль) ТЭС-1000 (на рис. 7.22 не показана).

Экипажная часть добывающее-распределительного модуля состоит из сварной рамы 17 в виде изогнутой продольной балки, которая опирается на две трехосные ходовые тележки типа 18-102. По концам рамы устанавливаются автосцепки 11 с увеличенным до 24° в обе стороны углом отклонения, что позволяет длиннобазовой машине проходить кривые радиусом до 110 м в сцепе с другим подвижным составом.

Выгребное устройство 7 имеет рабочий (левый) и холостой (правый) желоба, которые сверху соединяются между собой шарниром, а снизу через подпутную балку. Привод 8 скребковой тяговой цепи неподвижно соединен с рабочим желобом. Гидроцилиндры вертикального и горизонтального поворота желобов производят их независимое перемещение и установку. Это необходимо при проходе препятствий (высоких платформ, опор контактной сети и др.) или для выдерживания поперечного профиля среза. Холостой желоб имеет выдвижную часть, служащую для натяжения тяговой цепи. При работе на перегоне устанавливается длинная подпутная балка, обеспечивающая ширину захвата балластной призмы 5095 мм, а при работе на станционных путях используется укороченная балка, которая обеспечивает ширину захвата 4395 мм. Ширина захвата может быть увеличена на 500 мм с каждой стороны за счет поворота подкрылков внизу желобов. Для аварийного приведения желобов в транспортное положение используются укосины 3.

Привод выгребной цепи осуществляется гидромотором мощностью 540 кВт через двухступенчатый редуктор. Первая ступень редуктора представляет собой цилиндрическую зубчатую передачу, а вторая ступень – однорядную планетарную передачу, у которой солнечное колесо соединено с валом первой ступени, а водило – с выходным валом, на котором установлена звездочка скребковой цепи. За счет регулирования угловой скорости вращения вала гидромотора обеспечивается скорость цепи в диапазоне 1,8 – 3,2 м/с. При работе положение РШР фиксируется ПРУ 23 с роликовыми клещевыми захватами. При проходе стыка путевая решетка удерживается сначала задними, а затем передними захватами. ПРУ позволяет вывешивать РШР на высоту до 100 мм при боковом сдвиге в пределах ± 180 мм.

Вырезанный выгребным устройством балласт через бункер 9 поступает на конвейер 2 и далее на поворотный конвейер 1. В режиме очистки он поступает на очистной модуль, а в режиме вырезки балласта – на специальный подвижной состав (очистной модуль отцеплен от комплекса).

Очищенный щебень возвращается через бункер 27 на конвейер 3, откуда поступает к двухъярусному грохоту-классификатору 5, предназначенному для разделения чистого щебня на крупную и мелкую фракции. Верхний ярус грохота имеет просеивающее сито с размерами ячеек 32´32 мм, а нижний ярус состоит из сплошного листа. Разделенный щебень двумя потоками через систему заслонок бункера 6 попадает в распределительный бункер 20. Далее он дозируется в путь: мелкая фракция спереди бункера в нижний слой, а крупная фракция – сзади бункера в верхний слой призмы. Нижний слой балласта уплотняется планировочно-уплотнительным устройством 21, смонтированным на распределительном бункере 20.

При изменении положения заслонок бункера 6 и сдвиге конвейера 19 чистый щебень от грохота 5 может загружаться в накопительный бункер 18. Бункер имеет 6 донных крышек, через которые чистый балласт дозируется в путь в местах зарядки и разрядки выгребного устройства машины при недостатке щебня.

После отсыпки поверхность балластного слоя разравнивается планировщиком 16, который также обеспечивает безопасный проход задней тележки 13. Верхний слой балласта предварительно уплотняется устройством 14 со стороны торцов шпал.

Измерительная тележка 12 позволяет контролировать положение пути по уровню после работы комплекса.

Экипажная часть очистного модуля включает сварную раму 39, которая в задней части опирается на двухосную ходовую тележку 40 типа 18-100, а в передней части на тележку 44 с приводными колесными парами, аналогичную тележкам тяговых модулей. Привод 43 колесных пар электромеханический.

Вырезанный добывающее-распределительным модулем щебень с конвейера 1 попадает на конвейер 36 и далее направляется к грохотам 37 и 31. Для направления части потока щебня к грохоту 31 применено распределительное устройство 35 с системой направляющих поток балласта заслонок и конвейер 30. Очищенный балласт через бункеры 32, 38 и систему конвейеров 42, 41 поступает в приемный бункер 26 добывающе-распределительного модуля для дозирования в путь. Засорители через бункер 33 и систему конвейеров 34, 29 и 28 перегружаются в специальный подвижной состав или удаляются на обочину.

Привод 8 цепи выгребного устройства 7 позволяет плавно регулировать скорость цепи, приспосабливая ее к условиям вырезания балласта. В гидросистеме привода (рис. 7.23) для этого установлен аксиально-поршневой насос Н1 с объемно регулируемой подачей, который напрямую соединен с нерегулируемым аксиально-поршневым гидромотором М1, образуя контур закрытой циркуляции масла с максимальным давлением 35 МПа. Насос имеет поворотный хвостовик с блоком цилиндров, который поворачивается относительно оси выходного вала гидроцилиндром Ц1. Привод насоса Н1 осуществляется от отдельного дизельного агрегата фирмы CUMMINS (Великобритания) мощностью 697 кВт, расположенного на добывающее-распределительном модуле. Кроме того система включает насос Н2 для восполнения потерь масла в основном контуре циркуляции, а также насос Н3 для подачи масла в систему управления основным насосом Н1.

Предохранительные клапаны КП2 и КП3 настроены на давление перепуска 38 МПа и при нормальной работе привода не срабатывают. При подаче давления в напорную линию мотора М1 распределитель Р3 подключает его сливную линию к предохранительному клапану КП1, отрегулированному на давление перепуска 1,6 МПа. Подпитка сливной линии производится через один из обратных клапанов КО1 или КО3. Другой клапан держит давление в напорной линии. Предохранительный клапан КП4 с управлением через пилот-распределитель отрегулирован на давление 35 МПа и позволяет быстро останавливать движение выгребной цепи при включении его электромагнита.

Величина и направление подачи масла насосом Н1 зависит от положения его хвостовика, управляемого гидроцилиндром Ц1. При перекрытом дросселе ДР1 и нейтральной позиции распределителя Р2 шток цилиндра Ц1 фиксируется в определенном положении. Для регулирования подачи распределитель Р2 переключается в рабочую позицию а масло подается в систему управления через серовентиль Р1. Сервовентиль позволяет в регулировать подачу масла насосом Н1, отслеживая скорость вращения вала гидромотором М1 в режиме ручного или автоматического управления.

Взаимодействие элементов тяговой выгребной цепи с вырезаемым материалом в забое, элементов гидравлической и механической передач, изменение нагрузок на приводном валу дизеля и приводной звездочки цепи носит выраженный динамический характер. Возникают вынужденные крутильные колебания приводной звездочки, вызывающие пульсации давления в гидросистеме. Спектр частот колебаний широк: колебания, связанные с вхождением скребков цепи в забой и движением цепи по зубьям приводной звездочки носят устойчивый характер и зависят от линейной скорости движения цепи, колебания, связанные с изменением свойств щебня в слое, с изменением скорости движения машины носят случайный характер. При расчете поддерживаемого давления в гидросистеме необходимо учитывать что на пиковых значениях давления может срабатывать предохранительный клапан КП4, поэтому демпфирование пульсаций давления позволяет поддерживать большее рабочее давление, соответственно, улучшить рабочие свойства выгребного устройства. Для решения этой и других задач анализа нагрузок разрабатываются и анализируются соответствующие математические модели.

Исследования под руководством проф. В.Ф. Ковальского при участии В.А. Дубровина показали, что гидропривод в динамике описывается моделью фильтра частот ниже 3,5-4,0 Гц (колебания на низких частотах не демпфируются системой). Колебания с более высокими частотами в значительной степени гасятся системой, позволяя увеличить передаваемую нагрузку. Для понижения уровня фильтруемых частот в напорную и сливную линию гидропривода были введены пневмогидравлические аккумуляторы АК1 и АК2, обеспечивающие более спокойную передачу энергии от насоса Н1 к мотору М1. Были исследованы и другие аспекты работы привода выгребной цепи.

7.7.2. Щебнеочистительная машина ЩОМ-1200 ПУ

Щебнеочистительная машина ЩОМ-1200ПУ (рис. 7.24) производится ЗАО «Тулажелдормаш» и предназначена для очистки щебеночного балласта на перегонных и станционных путях с одновременной укладкой геотекстильного подстилающего слоя, послойной укладки очищенного балласта мелкой и крупной фракции с уплотнением нижнего слоя. Засорители погружаются на специализированный подвижной состав или разгружаются в отвал. Машина также может работать в режиме вырезания Ии погрузки на подвижной состав щебеночного балласта без его очистки.

Экипажная часть машины традиционной конструкции в виде рамы 4, опирающейся на две трехосные ходовые тележки 19 типа 18-522.

Балласт вырезается с помощью выгребного устройства 12, имеющего электромеханический привод 13 мощностью 315 кВт. Комплект из двух подпутных балок и одной балки-вставки длиной 550 мм позволяет устанавливать ширину зоны захвата балластной призмы в пределах 4040 – 4890 мм, которая может быть уширена при повороте подкрылков на 300 мм. Вырезанный балласт через бункер 14 попадает на конвейер 10 и выгружается в вибрационный грохот 9 (режим очистки) или на конвейер 3 (режим вырезки) для дальнейшей выгрузки через поворотный конвейер 1 в подвижной состав или в отвал. Конвейер 10 может перемещаться в продольном направлении на 1000 мм двумя гидроцилиндрами относительно портальной стойки по направляющим. Грохот 9 трехъярусный, у которого верхние два яруса выполняют также функцию классификатора балласта: мелкая и крупная фракции щебня раздельно проходят через заслонки бункера 11, попадая в бункер-распределитель 24 для послойной укладки. Просеивающая площадь сит составляет 29 м². Привод вибраций грохота от двух электродвигателей мощностью 18,5 кВт каждый через клиноременные передачи. Машина также имеет накопительный бункер 22 с транспортером чистого щебня. Верхняя поверхность балластной призмы разравнивается планировщиком 20. Благодаря расположению грохота в средней части машины схема движения потоков балласта и засорителей оптимальна.

При работе машины путевая решетка удерживается ПРУ 26 с электромагнитно-роликовыми захватами. Высота вывешивания РШР составляет 150 мм при сдвиге ± 140 мм в обе стороны.

Для тяги и энергоснабжения машины применяется либо две тягово-энергетических установки (тяговых модуля) ТЭУ-630, либо одна установка ТЭУ-1200.

7.7.3. Щебнеочистительный комплекс RM-2002

Высокопроизводительные машины и комплексы для глубокой очистки балластной призмы выпускаются также рядом зарубежных фирм Австрии, Швейцарии, Чехии и Польши. В рамках программы по оснащению путевого хозяйства сети ОАО «РЖД» новыми комплексами был приобретен и испытан один экземпляр самоходного щебнеочистительного комплекса RM-2002 производительностью до 1000 м³/ч австрийской фирмы «Plasser & Theurer» (рис. 7.25).

В состав комплекса входит добывающе-распределительный модуль, экипажная часть которого состоит из рамы 4, опирающейся на 2 трехосных ходовых тележки 26, и сочлененный очистной модуль с экипажной частью, состоящей из двух рам 23 и 22, соединенных между собой шарнирно и опирающихся на 3 двухосных ходовых тележки 21. Из 12 колесных пар комплекса 6 имеют привод в рабочем и транспортном режимах.

Вырезанный выгребным устройством 7 балласт поступает на систему конвейеров 8, 10 и 12, откуда перегружается в вибрационные грохоты 11 и 13. Засорители после просеивания ситами грохотов поступают на систему конвейеров 14, 15 и 18 и выгружаются в состав 19. Чистый щебень посредством конвейеров 24 и 9 перегружается через приемный бункер 31 на конвейер 32 и дозируется на путь перед планировщиком 33. Комплекс дополнительно может оснащаться системой укладки геотекстильного подстилающего слоя и виброплитами для уплотнения гижних слоев балласта.

7.7.4. Перспективы развития машин и комплексов для

очистки щебня

При достижении предельного засорения щебеночной балластной призмы выправочно-подбивочные работы становятся недостаточно эффективными: наблюдается быстрое повторное накопление остаточных неравномерных осадок пути под воздействием поездной нагрузки. Своевременная и качественная очистка балластной призмы позволяет разрешить целый комплекс проблем технического обслуживания пути. Задача решается комплексно путем совершенствования технологий, организации работ и конструкций машин и комплексов.

Путевые работы в «окно» производятся поточным методом, поэтому используемые путевые машины технологического комплекта должны иметь согласованную на максимально высоком уровне производительность. Машины и комплексы для глубокой очистки щебеночной призмы имеют линейную производительность 300 – 500 м/ч, которая ниже производительности других машин комплекта. Поэтому дальнейшее повышение производительности является приоритетным направлением развития этого класса машин. К настоящему времени созданы и эксплуатируются машины ЩОМ-1200 и ЩОМ-1200ПУ, решается задача создания машин и комплексов с производительностью до 1600 м³/ч, а в перспективе дл 2000 – 2500 м³/ч. Прежде всего, такие машины должны иметь высокопроизводительный выгребной рабочий орган или систему рабочих органов. Возможности скребкового рабочего органа ограничены допустимой скоростью движения цепи, ее размерами. При увеличении скорости возрастают динамические нагрузки на элементы конструкции и привод, нарушается схема движения вырезаемого балластного материала. Необходим поиск новых технических решений.

Увеличенные объемы перерабатываемого материала при ограниченных габаритах приводят к необходимости использования в технологической цепочке нескольких грохотов повышенной производительности, работающих согласованно по последовательной или по параллельной схеме. При последовательной схеме щебень проходит последовательно несколько грохотов с отделением в каждом фракций, часть которых далее не просеивается, а другая часть идет на следующий грохот. В параллельной схеме общий поток щебня разделяется в определенном отношении на части и полностью обрабатывается одновременно на нескольких грохотах. Например, в комплексе ЩОМ-1200 (см. рис. 7.22) реализована параллельно-последовательная схема: на очистной секции щебень просеивается двумя грохотами 31 и 37 после разделения на потоки распределительным устройством 35 с отбором хасорителей, а затем поток очищенного щебня разделяется в грохоте-классификаторе 5 на мелкую и крупную фракцию.

Усложнение схемы очистки для достижения более высокой производительности в стесненных габаритных условиях приводит к необходимости разрабатывать усложненные схемы переброски потоков щебня и засорителей в двух направлениях вдоль комплекса. Можно сказать, что необходимо решать задачу логистики – построения и оптимизации инфраструктуры движения потоков и накапливания сыпучих грузов.

Современные машины требуют 25-30 мин на зарядку или разрядку выгребного устройства, а применение дополнительных устройств (уплотнителей, устройств укладки геотекстильного подстилающего слоя) это время увеличивает в два раза. Организационно рекомендуется увеличивать время «окна» до 8 – 10 ч, или закрывать перегон для ремонта в 2 – 3 смены на несколько суток. Альтернативный вариант – где возможно, отказаться от этих дополнительных устройств, особенно при коротких «окнах». Необходимы технические решения, которые позволяли бы приводить комплекс полностью в рабочее или транспортное состояние за время не более 25 мин.

Так как нижнее сито грохотов имеет размеры ячеек 30´30 мм и более, чтобы обеспечить требуемую производительность, то засорители содержат определенное количество частиц, пригодных для повторной укладки. В зарубежной практике засорители используются для отсыпки слоя под геотекстиль. Необходимо разрабатывать технические решения, предусматривающие утилизацию засорителей (безотходное производство).

Современные системы управления комплексами должны позволять отслеживать продольный и поперечный профиль среза балласта выгребным устройством, геометрические параметры положения путевой решетки после производства работ, режимные параметры работы машины с записью в бортовую вычислительную систему. Для отслеживания продольного профиля используются лазерные оптические системы.

Таким образом, при разработке новых комплексов для глубокой очистки щебня необходимо решать насущные и перспективные проблемы, охватывающие широкий круг задач и методов их решения.