Обеспечение безопасности и бесперебойности движения поездов по железнодорожному пути
Содержание
Введение
.
Содержание пути
.
Контроль за состоянием пути
Литература
Введение
Железнодорожный
транспорт является важнейшей составной частью экономической системы России. Он
перевозит почти 90% всех грузов и более 30% пассажиров.
Железные дороги
России занимают первое место в мире по протяжённости электрифицированных линий;
второе место (после США) - по эксплуатационной длине железных дорог; третье
место в мире - по перевозкам грузов (после Китая и США) и по перевозкам
пассажиров (после Японии и Индии).
Железнодорожный
транспорт состоит из многих взаимодействующих между собой и взаимозависящих
друг от друга отраслей, которые составляют в целом единый хозяйственный
организм, единую систему.
Путевое хозяйство
является одной из главнейших отраслей железнодорожного транспорта. На долю
путевого хозяйства приходится около 51% всех основных средств железных дорог и
более 20% общей численности работников железнодорожного транспорта. Путевое
хозяйство включает собственно железнодорожный путь и комплекс хозяйственных
предприятий и производственных подразделений, предназначенных для обеспечения
нормальной работы железнодорожного пути и проведения его
планово-предупредительных ремонтов.
Основой ведения
путевого хозяйства являются текущее содержание и своевременные ремонты пути.
Для обеспечения безопасности и бесперебойности движения поездов с
установленными скоростями железнодорожный путь должен находиться всегда в
исправном состоянии и соответствовать требованиям Правил технической
эксплуатации железных дорог РФ.
Железнодорожный
путь как инженерное сооружение, предназначенное для пропуска по нему поездов с
установленной скоростью, представляет собой основу железнодорожного транспорта.
От его состояния зависят бесперебойность и безопасность движения поездов, эффективное
использование главнейших технических средств железных дорог и в конечном счете
сам перевозочный процесс. Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего
строений.
К верхнему строению
относятся рельсы, рельсовые скрепления с противоугонными приспособлениями,
шпалы (или подрельсовое основание из железобетонных рам, плит или блоков),
балластный слой, стрелочные переводы и глухие пересечения, переводные и
мостовые брусья, К нижнему строению относятся земляное полотно, мосты, трубы
для пропуска воды под железнодорожными путями, тоннели, подпорные стены и
другие сооружения.
В местах
пересечения железнодорожных путей с автомобильными дорогами устраиваются
переезды с сигнализацией, вдоль железнодорожного пути устанавливаются путевые и
сигнальные знаки.
В силу важнейшего
значения путевого хозяйства ему уделяется большое внимание. За последние годы
выполнены значительные работы по усилению и совершенствованию путевого
хозяйства, основными направлениями которых стали увеличение мощности пути за
счет укладки тяжелых рельсов, железобетонных шпал, щебёночного балласта,
увеличение протяжённости бесстыкового пути, усиление искусственных сооружений и
земляного полотна, повышение оснащённости путевого хозяйства современными
машинами, механизмами и автоматизация путевых работ, расширение ремонтной базы,
совершенствование управления путевым хозяйством.
На 01.01.99 г.
развернутая длина главных путей в России превысила 125 тыс. км, протяжение
бесстыкового пути - 30% главных путей, протяжение путей с термоупрочненными рельсами
- 76% главных путей,
В этих условиях путейцы должны
хорошо знать своё дело, систематически повышать профессиональное мастерство,
постоянно улучшать техническое обслуживание и повышать качество ремонтов
железнодорожного пути, внедрять современные ресурсосберегающие технологии.
железнодорожный
транспортный ремонт
1. Содержание пути
Для обеспечения
безопасности и бесперебойности движения поездов по железнодорожному пути он
должен постоянно соответствовать техническим требованиям и нормам. Сам путь и работающие
вместе с ним сооружения - мосты, тоннели, путепроводы, трубы - подвергаются
воздействию тысячетонных поездов, а также атмосферных факторов. Это резкие
колебания температур, дождь, снег, ветер, талые воды, песчаные заносы и др. Все
это способствует износу элементов и расстройству пути. Текущее содержание пути
и искусственных сооружений призвано повседневно поддерживать их в исправном
состоянии, т.е. своевременно ликвидировать возникающие расстройства, не давая
им развиться. Предупредить неисправность, устранить
причину ее появления, чем ликвидировать уже возникший дефект и все последствия,
к которым он может привести. Поэтому за состоянием пути ведутся постоянный
контроль и надзор. Текущим содержанием занимаются эксплуатационные линейные
предприятия дистанции пути. На сети дорог в настоящее время порядка 400
дистанций пути, они входят в состав отделений железных дорог и имеют статус
структурных единиц. Отделения дороги непосредственно координируют работу
дистанций пути, техническое руководство дистанциями осуществляет служба пути
железной дороги. В 2001-2002 гг. в управлениях дорог образованы Дирекции по
ремонту пути, которые объединили ПМС и промышленные предприятия путевого
хозяйства.
Главное линейное
производственное подразделение дистанции пути - околоток. Протяженность
околотка 20-30 км. Руководство околотком осуществляет дорожный мастер. Он
отвечает за состояние пути и сооружений, безопасность движения поездов и
технику безопасности при производстве работ. По образованию он может быть
техником или инженером.
Каждый околоток
делится на рабочие отделения. Бригадой рабочего отделения руководит бригадир
пути. На своем отделении он отвечает за состояние пути, безопасность движения
поездов, использование и сохранность механизмов, технику безопасности, за
соблюдение трудовой дисциплины и качества работ.
Дистанции в целом,
как правило, делятся на участки, объединяющие несколько околотков. Начальник
участка обычно инженер.
Работой всего
путевого хозяйства сети железных дорог Российской Федерации руководит Департамент
пути и сооружений. Все работы на железной дороге выполняют в строгом
соответствии с требованиями инструкций. Главные из них - Правила технической
эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ) и Инструкция по
сигнализации на железных дорогах Российской Федерации.
Специально для
работников путевого хозяйства существует целый ряд инструкций, регламентирующих
основные направления их деятельности, в том числе Инструкция по текущему
содержанию железнодорожного пути, Инструкция по обеспечению безопасности
движения поездов при производстве путевых работ и др. Все инструкции
предусматривают беспрекословное их исполнение. Дисциплина - это обязательное
для всех членов коллектива со-
Технологический
комплекс машин для текущего содержания пути: СМ - снегоуборочная машина и
машина дня уборки засорителей; РОМ - машина для чистки рельсов от грязи; МСШ -
машина для одиночной замены шпал; МШЭ машина для перегонки и постановки шпал по
эпюре; ПМТ путевой моторный гайковерт; МДК - машина для подбивки костылей;
ВПР-1200 - выправочно-подбивочная рихтовочная машина; БУМ -машина для
уплотнения балласта; УБРМ - машина для распределения балласта и оправки
балластной призмы
Соблюдение
определенного порядка, предусмотренного уставом и другими правилами. Существует
«Устав о дисциплине работников железнодорожного транспорта», который обязаны
выполнять все. Высокая трудовая дисциплина является главным условием,
обеспечивающим четкую работу производственного подразделения. Технологическая
дисциплина - это неуклонное соблюдение технологии работ. Технология - строго
установленный порядок производства работ, который описан в технологических
процессах производства соответствующих видов работ. В инструкциях и правилах
также указан порядок ограждения ремонтируемых мест.
Работы по текущему
содержанию пути трудоемкие и тяжелые. Вес 25-метрового рельса Р65 1625 кг, вес
железобетонной шпалы - 265 кг, деревянной 80-100 кг. Соединенные вместе
скрепления, рельсы и шпалы образуют рельсошпальную путевую решетку, с ней и
приходится иметь дело при текущем содержании пути. В современных условиях для
выполнения работ по текущему содержанию пути применяются разнообразные путевые
механизированные инструменты и переносные станки, а также
высокопроизводительные машины. На текущем содержании пути используются
рельсорезные, сверлильные, релъсошлифовальные станки, электрические
шуруповерты, путевые гаечные ключи, электрические ключи, гидравлические
рихтованные приборы, моторные гидравлические рихтовщики, гидравлические
домкраты, гидравлическиеразгоночные приборы, элек-трошпалоподбойки, переносные
электрические станции, контрольные шаблоны для проверки рельсовых нитей в плане
и профиле и др. Для доставки монтеров пути и материалов к месту производства
работ служат различные транспортные средства - грузовые автодрезины типа ДГКУ.
МПТ, предназначенные для погрузки, разгрузки и перевозки рельсов, шпал,
скреплений и путевых механизмов. Грузовые дрезины снабжены стреловыми и
полноповоротными кранами, способными поднимать груз массой от 1 до 3,5 т.
Пассажирские автодрезины типа АС, АГС перевозят путевые бригады к месту работ и
обратно. Дрезины движутся по рельсам со скоростью 60-100 км/ч. В путевом
хозяйстве взят курс на машинизацию работ текущего содержания пути. Машинизация
путевых работ предусматривает выполнение их высокопроизводительными машинными
комплексами. На текущем содержании пути используются выправочно-подбивочные
машины типа ВПР-1200. ВПРС-500. Дуоматик-09-32. динамические стабилизаторы
пути, моторные гайковерты, машины для замены шпал, хоппер-дозаторы и др.
. Контроль за
состоянием пути
Любая машина,
механизм, устройство при работе изнашивается, видоизменяется, расстраивается,
утрачивая свои первоначальные качества.
Это относится и к
железнодорожному пути. Для обеспечения соответствия пути и сооружений
установленным нормам создана всесторонняя система контроля за ними.
Инструкция по
текущему содержанию пути определяет сроки и порядок осмотров, которые ежедневно
ведут специальные работники. Путь проверяют все должностные лица путевого
хозяйства: бригадир, дорожный мастер, старший дорожный мастер, начальник
участка, начальник дистанции пути и его заместители, начальник службы пути и
его заместители. Сроки и объемы проверки пути каждым из них указаны в
должностных инструкциях. Для проверки рельсов и геометрического положения колеи
применяются специальные приборы.
Основным
мерительным инструментом бригадира пути и дорожного мастера является
путеизмерительный шаблон. С помощью шаблона определяются ширина колен и
положение рельсовых нитей одна относительно другой по высоте. Для непрерывного
промера колеи применяются путеизмерительные тележки. Основным средством
контроля за состоянием пути является вагон-путей измеритель. Все механизмы и
оборудование смонтированы в цельнометаллическом вагоне, он прицепляется к отдельному локомотиву и движется
со скоростью 70-80 км/ч и непрерывно измеряет и фиксирует в компьютере с
последующей распечаткой на двух бумажных лентах состояние пути по ширине колеи,
уровню, положению рельсовых нитей в плане, по местным просадкам рельсовых
нитей. Вагон - путеизмеритель проходит по дистанции два раза в месяц. Один
проход - рабочий, другой - контрольный.
Перечисленные
путеизмерительные средства не контролируют состояние самих рельсов. В рельсах
могут появиться наружные или скрытые дефекты в виде изломов, трещин, расслоения
металла и других повреждений. Наружные дефекты можно обнаружить при осмотре, а
внутренние удается выявить только с помощью специальных приборов средствами
неразрушающего контроля рельсов. Для этих целей применяются дефектоскопы, они
могут быть съемными и в виде вагона дефектоскопа. Вагон-дефектоскоп, как и
вагон-путеизмеритель, представляет собой обычный цельнометаллический вагон,
работает с отдельным локомотивом, оснащен сложной электронной аппаратурой,
выявляющей дефекты в рельсах при движении с большей скоростью. Съемные
дефектоскопы и вагоны-дефектоскопы в зависимости от метода обнаружения пороков
в металле делятся на магнитные и ультразвуковые. По особым признакам
поврежденные рельсы разделяются на дефектные и остродефектные. Дефектные рельсы
заменяются в плановом порядке, а остродефектные немедленно по обнаружению.
В общей системе
контроля за состоянием пути и искусственных сооружений важное место отводится
организованным при службах и Департаменте пути мостоиспытательным,
путеобследовательским и габарито-обследовательским станциям. Мостоиспытательные
станции периодически проводят осмотры и специальные обследования искусственных
сооружений и снабжены специальными инструментами, приборами и оборудованием для
измерений и проверок каждого элемента конструкции и узла моста.
Путеобследовательские
станции ведут наблюдения за опытными конструкциями пути, неустойчивыми
участками пути и разрабатывают рекомендации по оздоровлению таких мест.
Габарито-обследовательские станции систематически проверяют расположение
различных строений на железнодорожном транспорте и следят, чтобы они находились
на достаточном расстоянии от пути и обеспечивали безопасность прохода
подвижного состава по нему.
В зависимости от
типа, назначения и характера работы механизма он может иметь машинный или
ручной привод. Машинный привод имеет следующие разновидности: электрический,
паровой, от двигателя внутреннего сгорания, гидравлический и пневматический;
кроме того, в ряде машин находит применение комбинированный привод, например
дизель-электрический, электрогидравлический или электропневматический.
В грузоподъемных
машинах в основном применяется электрический привод, имеющий следующие
преимущества: постоянную готовность к действию; возможность установки самостоятельного
двигателя в каждом механизме грузоподъемной машины, что значительно упрощает
конструкцию и управление механизмами; высокую экономичность; возможность
регулирования скорости в значительных пределах, особенно в приводе постоянного
тока; реверсирование механизмов; безопасность работы; простота и надежность
работы различных предохранительных устройств; возможность работы со
значительными кратковременными перегрузками.
Паровой привод в
настоящее время не находит применения в грузоподъемных машинах из-за весьма
низкого кпд, больших габаритов и массы, необходимости в длительном периоде
подготовки паросиловой установки к пуску или расходованию большого количества
топлива для обеспечения постоянной готовности к действию. Несравненно более
широкое применение, в частности в передвижных кранах, получает привод от
двигателей внутреннего сгорания. Применяются карбюраторные и дизельные
двигатели, работающие на жидком и газообразном топливе. Преимуществами этого
типа привода являются: независимость от источников электропитания;
постоянная готовность к работе, относительно
небольшие габариты и масса, высокий кпд, экономичность, возможность
регулирования скорости механизма. К недостаткам этого вида привода относятся:
невозможность пуска двигателя под нагрузкой, что заставляет устанавливать
фрикционные муфты, отключающие двигатель от механизма при пуске; необходимость
применения двигателей с завышенной мощностью для преодоления пусковых моментов;
невозможность реверсирования двигателя. Обычно все механизмы грузоподъемной
машины обслуживаются одним двигателем внутреннего сгорания через систему
зубчатых передач и муфт, причем привод каждого механизма должен иметь
устройства для реверсирования.
Большое
распространение в передвижных кранах получает также дизель-электрический
привод, в котором дизель соединен с электрогенератором, питающим
электродвигатели различных механизмов машины. Применение дизель-электрического
привода позволяет сочетать преимущества электропривода и привода от двигателя
внутреннего сгорания. Недостатками дизель-электрического привода являются:
громоздкость, сложность и высокая стоимость установки и эксплуатации привода.
В ряде конструкций
кранов на автомобильном ходу для питания электродвигателей механизмов
используется мощность основного двигателя автомобиля. В этом случае
автомобильный двигатель через коробку отбора мощности приводит в действие
генератор, питающий электродвигатели механизмов крана.
Гидравлический
привод грузоподъемных машин состоит из электродвигателя или двигателя
внутреннего сгорания, приводящего в действие насос, подающий рабочую жидкость в
рабочий гидроцилиндр через систему трубопроводов и клапанов управления.
Гидропривод компактен, обеспечивает широкий диапазон бесступенчатого
регулирования скорости; плавное движение, устраняющее динамические нагрузки;
простоту устройств, предотвращающих перегрузку. Все это стало причиной того,
что в последнее время гидропривод получает все большее распространение в
конструкциях различных грузоподъемных машин, особенно передвижных кранов. Технико-экономические
показатели отечественных и зарубежных образцов кранов с гидравлическим приводом
доказывают большую перспективность его использования в самых различных
механизмах грузоподъемных машин.
Недостатками
гидропривода являются: пониженная экономичность при работе с грузами, масса
которых меньше расчетной (так как расход жидкости не зависит от массы груза);
сложность подачи рабочей жидкости к приводу передвижной установки; ухудшение
работы привода при низких температурах или применение дорогостоящих морозоустойчивых
жидкостей; большие гидравлические сопротивления трубопроводов; необходимость в
тщательном наблюдении за состоянием герметизирующих уплотнений.
В простейших
пневматических приводах сжатый воздух под давлением (0,5-0,8 МПа) подается в
цилиндры-толкатели прямого действия, штоки поршней которых непосредственно
действуют на рабочий орган. Для более сложных машин, например пневмоталей,
используются поршневые или роторные двигатели, приводящие в действие
исполнительные механизмы. Подача воздуха производится обычно от компрессорных
установок или от воздушных магистралей предприятия с помощью гибких шлангов.
Преимуществами пневматического привода являются: плавность работы, простота
конструкции, удобство управления, простота обслуживания и ремонта, возможность
работы с большой частотой включений, наличие приспособлений, устраняющих
перегрузку. К недостаткам пневматического привода следует отнести ограниченный
радиус действия передвижных установок вследствие наличия питающего
воздухопроводного шланга и снижение кпд установки при работе с грузами малой
массы. Пневматический привод еще не нашел широкого применения и его
использование в подъемно-транспортных машинах ограничивается механизмами,
работающими во взрывоопасной среде, а также на предприятиях, где имеются
магистрали сжатого воздуха.
Определение границ
рационального применения различных типов привода следует производить на основе
анализа экономических и конструктивно-эксплуатационных показателей, из которых
основными следует считать себестоимость транспортирования груза, энергоемкость
машины, надежность работы независимо от климатических условий, удобство
управления, технологичность конструкции.
Для механизмов
малой грузоподъемности, работающих с малыми скоростями движения в ненапряженном
режиме, а также для механизмов вспомогательного назначения применяется ручной
привод. Вручную приводятся механизмы подъема, передвижения и поворота. Расчет
всех механизмов ведут по единой методике.
Механизм подъема
состоит из барабана который наматывается канат с подвешенным к нему грузом,
редуктора с общим передаточным числом, и приводного элемента - рукоятки или
тягового колеса такого же радиуса, к которым прикладывается сила рабочего.
На валу с одной
рукояткой могут одновременно работать один или два человека; на валу с двумя
рукоятками - два или четыре; на цепи тягового колеса - не более трех человек
Плечо (радиус)
вращения рукояток должно быть не более 400 мм. Ось вращения рукоятки
располагают обычно на высоте 900-1100 мм от уровня пола. Если приводной вал
расположен на высоте, исключающей применение рукоятки, используют тяговые
колеса, приводимые во вращение бесконечной цепью такой длины, что нижняя часть
ее петли находится на высоте примерно 0,6 м от поверхности, на которой стоит
рабочий, управляющий машиной. Для этой цели обычно используют сварную цепь,
изготовленную из прутка диаметром 5-6 мм. Диаметр D тягового колеса обычно составляет
300-1000 мм. Колесо имеет направляющие для предотвращения от спадания с него
тяговой цепи. Ручка рукоятки имеет длину 300-350 мм, если колесо вращает один
рабочий, и 450-500 мм - при совместной работе двух рабочих. Две рукоятки на
одном валу располагают под углом 120 или 90° одна относительно другой.
Плечо приводных
рукояток домкратов принимают в пределах 200-250 мм при высоте оси вращения
примерно 500 мм от уровня опорной поверхности домкрата. При качающейся рукоятке
домкрата длина рукоятки не превышает 800 мм.
При проверке
рукояток, педалей и элементов ручного управления на прочность расчет ведут на
возможное случайное приложение силы,
равной весу рабочего, принимаемой при расчете 800 Н. При ручном механизме с
тяговой цепью расчетную силу принимают равной 1200Н.
Согласно уравнению,
скорость подъема груза тем меньше, чем больше его вес. Однако это уравнение
справедливо только для груза номинальной массы. Так как скорость руки рабочего
изменяется в незначительных пределах, то при постоянном передаточном числе
механизма подъем грузов различного веса производится практически с неизменной
скоростью; при этом сила F изменяется пропорционально изменению веса груза. Поэтому для
увеличения скорости подъема грузов малого веса и пустого крюка в ручных
механизмах применяют передачи с переменным передаточным числом или рукоятки с
переменным плечом. Время подъема груза на высоту h определяют из уравнения
равномерного движения:
Электрический
привод состоит из электродвигателя, аппаратуры управления и механической
передачи от двигателя к рабочему органу машины. Выбор типа двигателя
производится в зависимости от рода тока и номинального напряжения, номинальной
мощности и частоты вращения, вида естественной характеристики двигателя и его
конструктивного исполнения.
В подъемно-транспортных машинах
применяются специальные крановые и металлургические двигатели постоянного тока
серии Д и двигатели общепромышленного типа серии 2П, крановые и
металлургические асинхронные двигатели переменного тока с фазным ротором серии MTF и МТН, а также крановые
и металлургические двигатели с короткозамкнутым ротором серии MTKF и МТКН, а в приводах
малой мощности применяют асинхронные двигатели единой серии 4Л с
короткозамкнутым ротором. Так, для привода кран-балок и подъемников, а также
для привода механизмов передвижения широко используются асинхронные
электродвигатели 4А-С с короткозамкнутым ротором и с повышенным скольжением и
двигатели 4АР с повышенным пусковым моментом.
В отечественном
краностроении существует тенденция к преимущественному применению двигателей
переменного тока, не требующих специальных преобразователей. В отдельных
случаях двигатели мощных крапов можно питать постоянным током от индивидуальных
преобразователей, но при этом существенно возрастают стоимость и
эксплуатационные расходы. Однако двигатели постоянного тока более удобны для
использования в грузоподъемных машинах, так как они способны создавать больший
пусковой момент, позволяют осуществлять регулирование частоты вращения в
широких пределах и могут использоваться с большей частотой включений, чем
двигатели переменного тока.
По способу возбуждения двигатели
постоянного тока подразделяют на двигатели последовательного, параллельного и
смешанного возбуждения.
Характеристика
двигателя называется жесткой, если при изменении момента нагрузки частота
вращения двигателя изменяется незначительно. Если же при изменении нагрузки
происходит значительное изменение частоты вращения, то такая характеристика
называется мягкой. Наиболее мягкая характеристика у двигателя с
последовательным возбуждением. Наиболее жесткой является характеристика
двигателя с параллельным возбуждением. Характеристика двигателя со смешанным
возбуждением занимает среднее положение. Максимальный момент двигателей
постоянного тока ограничен током короткого замыкания и может во много раз
превышать номинальный момент. Однако максимальный момент ограничен условиями
нагрева двигателя и механической прочностью двигателя и механизма. Поэтому ГОСТ
184-71 устанавливает предельно допускаемые нагрузки для двигателей с
последовательным возбуждением.
При опускании груза
механизмом, имеющим двигатель постоянного тока, энергия поднятого груза
возвращается в сеть (рекуперация энергии), что является также преимуществом
двигателей постоянного тока.
Наибольшее
применение в механизмах кранов имеют двигатели с последовательным возбуждением
благодаря мягкой характеристике и высокому значению пускового момента. Движение
механизма, оснащенного этим двигателем, при малых нагрузках происходит со
значительно более высокими скоростями, чем при грузе номинального веса, что
увеличивает производительность машины. При использовании этого двигателя надо
учитывать значительное изменение частоты вращения с изменением нагрузки. Это
обусловливает минимальное значение нагрузки, соответствующей максимально
допустимой частоте вращения ротора двигателя.
Двигатели с
параллельным возбуждением применяют в тех механизмах, где по условиям
технологического процесса требуется постоянный момент на валу и возможность
плавно и в достаточно широких пределах регулировать частоту вращения. Двигатели
смешанного возбуждения используют в тех случаях, когда требуется большой
пусковой момент и смягченная характеристика, например, у машин, в которых
нагрузка в отдельные моменты может быть близка к нулю. Наиболее часто двигатели
смешанного возбуждения применяют в механизмах поворота и передвижения.
Так как
использование двигателей постоянного тока требует применения специальных
выпрямителей, преобразующих ток промышленной частоты в постоянный, как уже
говорилось, предпочтительно устанавливать в подъемно-транспортных машинах
асинхронные двигатели переменного тока, питающиеся непосредственно от сети, не
требующие дорогих преобразовательных устройств и имеющие меньший вес, габариты
и стоимость. Крановые асинхронные двигатели серий MTF, MTH, MTKF и MTKH характеризуются повышенной
нагрузочной способностью, большими пусковыми момента ми при сравнительно
небольших пусковых токах, малым временем разгона.
Механическая
характеристика этих двигателей в рабочей части жесткая, поэтому обычно частоту
вращения считают постоянной и не зависящей от нагрузки.
Двигатели с
короткозамкнутым ротором более надежны в эксплуатации и более дешевы. Они
применяются в тех случаях, когда не требуется плавное регулирование скорости
движения механизма. Они применяются, например, для привода электроталей,
кран-балок, механизмов кранов, подъемников и всякого рода вспомогательных
механизмов, работающих в повторно кратковременном режиме со сравнительно
небольшой частотой включений. Дальнейшее расширение области использования этих
двигателей ограничивается их нагревом при повышенной частоте включений,
допускаемыми ускорениями механизма в процессе пуска и в некоторых случаях
допускаемым значением силы пускового тока.
Двигатели с
короткозамкнутым ротором подключают непосредственно к сети, и в момент пуска
сила тока в 4-6 раз превышает номинальное значение установившегося движения.
Максимальная нагрузка асинхронного двигателя четко ограничена значением его
критического (опрокидывающего) момента. Возможность использования двигателя при
нагрузках, близких к критическому моменту, ограничивается не только опасностью
перехода на неустойчивую часть характеристики, но и резко возрастающими
потерями и чрезмерным нагреванием двигателя. Поэтому асинхронный двигатель
нельзя нагружать даже кратковременно моментом выше 60% критического момента для
двигателей с фазным ротором и выше 60% пускового момента (момента включения)
для двигателей с короткозамкнутым ротором.
Крановое
оборудование должно надежно работать при напряжении в сети, составляющем 85%
номинального.
Возможность
применения двигателей с короткозамкнутым ротором необходимо проверять путем
расчета, при котором определяют получаемые значения ускорения при пуске, что
имеет особое значение для механизмов передвижения, где при приложении пускового
момента возможно пробуксовывание ходовых колес по рельсам. Двигатели с
короткозамкнутым ротором имеют следующие недостатки: пусковой момент (а
следовательно, и ускорение механизма) при пуске имеет высокое значение, близкое
к максимальному что затрудняет управление и вызывает высокие динамические
нагрузки в элементах механизма и раскачивание груза; все пусковые потери, пропорциональные
кинетической энергии привода, идут на нагрев обмоток самого двигателя, в то
время как в двигать с фазным ротором часть потерь идет н.) нагрев пусковых
сопротивлений, расположенных вне двигателя; затрудненность регулирования
частоты вращения приводит к необходимости повышения частоты включений, что
также повышает нагрев короткозамкнутых двигателей.
Асинхронные
двигатели с фазным ротором имеют несколько большую массу, габариты и стоимость,
зато потери энергии в обмотках при переходных процессах меньше, чем у
двигателей с короткозамкнутым ротором. Поэтому их рационально применять при
более напряженном режиме работы. Они, как и двигатели постоянного тока,
включаются в сеть через регулируемые сопротивления (реостаты). В зависимости от
значения сопротивления разгон двигателя осуществляется по одной из
искусственных характеристик. В начальный момент сила тока ограничена
максимальным сопротивлением.
Электродвигатели с
фазным ротором применяются для привода механизмов большинства кранов,
подъемников, некоторых экскаваторов. Недостатком их является то, что у них
нельзя получить жесткие
искусственные механические характеристики при малых частотах вращения.
Максимальный
пусковой момент двигателей постоянного и переменного тока с фазным ротором
ограничен искусственными (реостатными) характеристиками.
По конструктивному
исполнению электродвигатели подразделяются в зависимости от способа крепления и
вида защиты от воздействия окружающей среды. Двигатели выпускаются с
вертикальным и горизонтальным расположением вала; с корпусом, имеющим для
крепления специальные лапы или фланец. Некоторые двигатели имеют одновременно и
лапы и фланец. Фланцевые двигатели широко используются в приводе электроталей и
некоторых лебедок. В ряде случаев используются так называемые встраиваемые
двигатели, не имеющие станины, подшипниковых щитов и вала. Такие двигатели
встраиваются непосредственно в корпус машины, например в барабан электротали.
Рассматривая
характеристики двигателей, следует различать двигательный и тормозной режимы их
работы. В двигательном режиме приводятся в движение рабочие органы машины и
роизводит подъем груза, передвижение крана или тележки. В тормозном режиме
двигатель замедляет движение машины или препятствует развитию чрезмерно высокой
скорости. При работе в двигательном режиме направление вращения двигателя совпадает
с действием момента. В тормозном режиме момент двигателя направлен против
направления вращения. Примерами работы двигателя в тормозном режиме являются
ограничение скорости спуска тяжелых грузов, электрическое торможение крана или
тележки перед остановкой.
Рассмотрим
различные режимы работы, изображенные на рис. 109. Примем положительное направо
вращение против хода ч.; вой стрелки.
При опускании
тяжелых грузов двигатель развивает тормозной момент, направленный против
направления движения. В этом случае момент двигателя является отрицательным и
опускание называется тормозным. Если же опускается легкий груз, вес которого не
может преодолеть момент сопротивлений механизма, то двигатель развивает момент,
направленный в сторону движения груза. В этом случае момент двигателя
положителен и такое опускание называется силовым. Момент сопротивления трения в
элементах привода в этом случае отрицательный.
Так как работа
электропривода грузоподъемных машин происходит в повторно-кратковременном
режиме с частыми пусками и остановками, то весьма важно обеспечить защиту
электродвигателя и пусковой аппаратуры от перегрузки и перегрева. Поэтому все
машины снабжаются различными автоматическими защитными блокировочными
устройствами. Электроприводы, имеющие двигатели с фазным ротором, снабжаются
устройствами, обеспечивающими автоматический контроль за режимом пуска
электродвигателей. Управление электродвигателями подъемно-транспортных машин
осуществляется с помощью контроллеров, магнитных пускателей, контакторов или
релейно-контакторных систем.
Подвод тока к
электродвигателям производится через троллеи, гибкие кабели и кольцевые
токоприемники. Чаще всего в мостовых кранах, перегрузочных мостах,
монорельсовых тележках и т. п. применяют троллеи, изготовленные из стального
проката или проволоки круглого сечения. В качестве токосъемных элементов
используются чугунные или графитовые башмаки, скользящие по поверхности
троллея, или ролики, катящиеся по поверхности пробки. Гибкие капели
используются при движении машин на небольшие расстояния и с невысокой
скоростью. Для подвида тока к вращающимся механизмам используют кольцевые
токоприемники, закрепляемые на колонне крана.
Двигатель
недостаточной мощности перегревается и преждевременно выходит из строя
(перегрузка двигателя с хлопчатобумажной и шелковой изоляцией на 25% сокращает
его срок службы с 20 лет до нескольких месяцев, а перегрузка на 50% приводит
двигатель в негодность в течение нескольких часов); установка гасителя
завышенной мощности экономически нецелесообразна и, кроме того, приводит к
снижению его энергетических показателей (кпд и коэффициента мощности у
асинхронных двигателей), может принести к повышенному износу и даже поломке
элементов механизма.
Особенности работы
электропривода грузоподъемных машин, т. е. переменная нагрузка, работа в
повторно-кратковременном режиме с большой частотой включений, сложный цикл
работы, предъявляют специфические требования к выбору мощности
электродвигателя. Он должен удовлетворять следующим основным требованиям:
при работе в
повторно-кратковременном режиме с заданной продолжительностью включения в
течение неограниченного периода времени двигатель не должен перегреваться;
пусковой момент
электродвигателя должен быть достаточен для обеспечения разгона механизма с
заданным ускорением. В 1 время мощность выбранного двигателя не должна быть
чрезмерно большой, чтобы чрезмерно большие ускорения не влияли отрицательно на
работу механизма.
В зависимости от
характера выполняемой механизмом работы
получают три режима
нагрева электродвигателя: продолжительный, при котором двигатель успевает
нагреться до установившейся Температуры динамического равновесия;
кратковременный, при котором температура двигателя за время работы не достигает
установившегося значения, а паузы между включениями велики, что двигатель
успевает охладиться до температуры окружающей среды; повторно-кратковременный,
при котором двигатель за время одного включения не успевает нагреться до
установившейся температуры, а за время паузы не успевает охладиться до
температуры окружающей среды. В последнем случае при каждом следующем включении
двигатель начинает работу при температуре, несколько превышающей начальную
температуру предыдущего включения. Спустя некоторое время температура двигателя
начинает колебаться между некоторыми наименьшим и наибольшим значениями,
остающимися при дальнейшей работе неизменными. По одному из этих трех режимов
производят выбор мощности электродвигателя. Так, для двигателей
продолжительного режима в паспорте на электродвигатель указывается номинальная
мощность без ограничения времени их работы. Для двигателей кратковременного
режима указывается несколько значений времени работы и для каждого значения
указывается номинальная мощность. Выбор двигателей, работающих в этих режимах,
производится по условию, чтобы расчетная мощность не превышала номинальную
мощность двигателя.
Для грузоподъемных
машин наиболее характерным является работа двигателя в повторно-кратковременном
режиме. В этом случае для нескольких номинальных значений относительной
продолжительности включения (ПВ=15, 25, 40 и 60%) приведены соответствующие
значения номинальных мощностей при продолжительности цикла не более 10 мин. При
большей продолжительности цикла режим работы считается продолжительным (ПВ =
100%). С увеличением относительной продолжительности включения номинальная
мощность, номинальный момент и номинальная сила тока одного и того же двигателя
устанавливаются меньшими.
В большинстве
случаев нагрузка грузоподъемных машин и длительность их рабочих периодов и пауз
в процессе работы неодинаковы. Для расчета следует построить нагрузочную
диаграмму двигателя, т. е. зависимость мощности или крутящего момента от
времени за период цикла работы механизма. Каждому периоду работы, т. е. каждому
моменту нагрузки Мс мощности Р, соответствуют определенные потери и
количество теплоты, выделяемое в двигателе. Чтобы электродвигатель не
перегревался, его эквивалентная по нагреву (среднеквадратичная) мощность,
определяемая с учетом значений моментов, развиваемых двигателем в различные
периоды работы механизма с различными по весу
грузами, не должна превышать номинальной мощности при данной продолжительности
включения. Для того чтобы оценить работу механизма по подъему грузов различного
веса в условиях повторно-кратковременного режима, нужно привести эту работу к эквивалентному
по нагреву режиму с неизменяемой нагрузкой и той же относительной
продолжительностью включения ПВ.
Средний пусковой
момент двигателя является постоянной величиной, определяемой характеристиками
двигателя и не зависящей от характера выполняемой механизмом работы. При другой
нагрузке на механизм и изменении характера работы (подъем или опускание груза)
постоянство среднего пускового момента вызывает изменение времени разгона
механизма. Это время зависит от параметров двигателя (его махового момента,
пускового момента, частоты вращения) и от параметров самого механизма. Поэтому
определение среднеквадратичного момента можно сделать только для выбранного
двигателя, применяя метод последовательных приближений, определяя сначала
ориентировочно необходимую мощность по статической мощности при работе
механизма с номинальным грузом.
В настоящее время
гидравлический привод находит все более широкое применение в механизмах
грузоподъемных машин благодаря ряду преимуществ, к которым кроме перечисленных
относятся; большая перегрузочная способность по мощности и по моменту;
возможность передавать большие моменты и мощности при малых размерах и массе
гидропередачи; возможность реверсирования и частых переключений скорости
движения; возможность дистанционного управления работой машины, регулирование и
автоматизация рабочего процесса с помощью относительно простых средств; малый
момент инерции механизма, элементы которого вращаются с большими ускорениями;
возможность одновременного подвода энергии к нескольким рабочим механизмам;
устойчивая работа при любых скоростных режимах; высокая износоустойчивость
элементов привода.
Гидравлический
привод устанавливают на стреловых самоходных кранах на безрельсовом и
железнодорожном ходу, а в отдельных случаях на плавучих, портальных, судовых и
мостовых кранах. Применение гидравлических приводов в механизмах подъема,
поворота и изменения вылета стрелы позволило существенно увеличить
производительность кранов, так как скорость поворота и подъема может
автоматически регулироваться в зависимости от веса транспортируемого груза,
предельное значение которого также устанавливается автоматически в зависимости
от вылета стрелы. Так как гидрофицированные механизмы кранов могут работать при
постоянно включенном и вращающемся с постоянной частотой электродвигателе, то
появляется возможность применять наиболее надежные и дешевые электродвигатели с
короткозамкнутым ротором.
Гидравлический
привод имеет приводной двигатель, насос, подающий рабочую жидкость в
гидродвигатель, исполнительный механизм и систему трубопроводов и клапанов
управления. Давление жидкости в приводах современных грузоподъемных машин
достигает 25 МПа. Увеличение давления способствует уменьшению габаритов
передачи и потерь на трение, но одновременно повышает требования к надежности
герметизирующих уплотнений.
Гидродвигатели,
преобразующие энергию потока жидкости в механическую энергию, и насосы
подразделяются на роторные и неротационные. К числу неротационных
гидродвигателей относятся силовые цилиндры, которые значительно проще
конструктивно, более дешевы и надежны в работе, чем роторные гидродвигатели. В
этих приводах жидкость, нагнетаемая насосом в силовой цилиндр, перемещает в
нужном направлении поршень со штоком и части машины, соединенные со штоком. При
этом наиболее просто осуществить прямолинейное возвратно-поступательное
движение, которое может быть преобразовано во вращательное. В случае
необходимости совершения работы на большом пути применение силовых цилиндров
становится нецелесообразным и используют роторные гидродвигатели с вращательным
выходным движением, подразделяемые на гидродвигатели низкого и высокого
момента.
Применение в
грузоподъемных машинах высоко моментных гидродвигателей, позволяющих приводить
механизм в движение непосредственно от вала гидродвигателя без использования
редукторов, является весьма перспективным. Однако низко-моментные
гидродвигатели имеют в несколько раз большую глубину регулирования частоты
вращения ротора, чем высокомоментные. Плавное, бесступенчатое регулирование
частоты вращения вала гидродвигателя достигается изменением расхода жидкости
(использованием насосов регулируемой подачи), изменением рабочего объема
двигателя и дросселированием (изменением потока рабочей жидкости, подводимой к
гидродвигателю). В механизмах подъема применение гидропривода обеспечивает
плавное регулирование скоростей подъема и спуска в весьма широком диапазоне:
при применении гидромашин лопастного типа - в 15 раз, гидромашин поршневого
типа - в 25 раз.
Механизмы
грузоподъемной машины с гидравлическим приводом могут иметь как индивидуальный
привод, так и работать от группового привода при питании нескольких
гидродвигателей от одного насоса.
Групповой привод
характерен для машин малой грузоподъемности, а также для случаев, когда
механизмы вместе с гидродвигателями перемещаются друг относительно друга. При
групповом приводе возможна как поочередная, так и одновременная работа
механизмов в зависимости от выбранной подачи насоса и мощности привода.
Существенным отличием гидравлического привода от электропривода и привода от
двигателей внутреннего сгорания является отсутствие жесткой связи между
приводным двигателем и рабочим органом механизма. Это его свойство предохраняет
привод и рабочий орган от перегрузок, но в то же время неизбежно влечет утечки,
уменьшающие частоту вращения вала гидродвигателя или скорость перемещения
поршня гидроцилиндра. В результате невозможно остановить вал гидродвигателя
торможением приводного электродвигателя, если на вал гидродвигателя действует
статическая нагрузка.
Так как для
большинства механизмов грузоподъемных машин перемещение рабочего органа при
выключенном приводе является нежелательным, то основным критерием пригодности
гидропривода для механизмов грузоподъемных машин является возможность работы со
статической нагрузкой при ограниченном перемещении ее при остановленном
приводе. В роторных гидродвигателях поршневого типа утечки, вызывающие
перемещение груза, составляют 2-3%, а в лопастных двигателях они могут даже
превышать 10%. Поэтому если опускание груза со скоростью, составляющей 2-10%
номинальной, недопустимо, то для удержания поднятого груза следует установить
тормоз на валу барабана. В механизмах передвижения и поворота нет статической
нагрузки и нет необходимости в установке тормоза, а полную остановку механизма
можно производить, останавливая ведущий вал гидросистемой.
В механизмах
изменения вылета качающейся или телескопической стрелы передвижных кранов и
кранов экскаваторов обычно применяется гидропривод поступательного движения.
Эта система обеспечивает существенное упрощение конструкции механизма» Очень
часто совмещают качание стрелы с телескопическим выдвижением части ее, что
повышает маневренность крана и позволяет при большом вылете обеспечить малые
размеры механизма.
Гидропривод с
высокомоментным гидродвигателем в механизмах передвижения мостовых кранов имеет
следующие преимущества перед электрическим приводом: у них более простая
конструкция механической части и электрической схемы; отсутствуют редукторы,
муфты, трансмиссия, тормоза; имеется плавная регулировка скорости без
применения электродвигателей с регулируемой частотой вращения; возможность
бесступенчатого изменения скорости при постоянном моменте на валу
гидродвигателя; процесс пуска и торможения происходит без динамических нагрузок
в упругих звеньях механизма, что благоприятно влияет на работу крага,
подкрановых путей и зданий цехов; по сравнению с приводом с реостатным
регулированием, наиболее распространенным в кране-строении, значительно более
высокий кпд почти во всем диапазоне регулирования скоростей, примерно на 20% меньшая масса и
стоимость.
Механизмы подъема
монтажных кранов, в которых необходимо создание весьма малых скоростей при
посадке груза и плавного пуска при подъеме тяжелых грузов, также снабжаются
гидроприводом. Приводной двигатель 1 через муфту 2 вращает вал регулируемого
гидронасоса 3 типа ПД, который нагнетает жидкость в высокомоментный
гидродвигатель 4 типа МР-Т4/10 со встроенным дисковым тормозом. Этот тормоз
выполнен так, что торможение гидродвигателя осуществляется механически -
сжатием фрикционных дисков пружинами, а размыкание тормоза гидравлическим
способом - подведением давления под плунжеры, которые сжимают пружины и
разводят диски. При прекращении подачи жидкости или при обрыве трубопровода
груз надежно удерживается тормозом. Вращение от выходного вала гидродвигателя 4
через редуктор 5 передается на барабан в. В отличии от ранее применявшейся
схемы с электроприводом здесь удалось избавиться от одного редуктора и достичь
глубины регулирования 1:1500, которая недостижима при использовании других
типов передач.
В данном механизме
применена замкнутая гидравлическая схема с номинальным давлением жидкости 10
МПа. Так как приводной электродвигатель запускается при нулевой подаче насоса,
то создаются благоприятные условия пуска и торможения, что позволяет применять
более дешевые электродвигатели общего назначения.
Рисунок 1
Гидравлический привод механизма передвижения мостового крана:
а - с высокомоментным гидродвигателем; б - с
низкомоментным гндродвнгателем
Рисунок 2.
Гидравлический привод механизма подъема монтажного крана
Литература
1. А.А. Вайнсон «Подъёмно
транспортные машины».
. И.И. Мачульский, В.С. Киреев
«Подъемно-транспортные и погрузочно-разгрузочные машины на железнодорожном
транспорте».
. В.И. Мужичков «Грузоподъёмные
краны на железнодорожном ходу».
. М.П. Александров «Подъёмно
транспортные машины».