МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» (РУТ (МИИТ) Институт транспортной техники и систем управления Кафедра «Наземные транспортно-технологические средства» Допустить к защите: Заведующий кафедрой _______________ А.Н. Неклюдов «___» _______________ 2020 г. БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА на тему: «Модернизация привода подъема и опускания подбивочного блока машины ПМА-1» Направление подготовки Профиль 15.03.06 Мехатроника и робототехника Роботы и робототехнические системы Обучающийся А.А. Борисов Руководитель бакалаврской работы А.И. Пушкин Москва – 2020 Содержание Содержание ......................................................................................................... 2 Введение ............................................................................................................... 3 1. Анализ применяемых схем машин для выполнения ................................ 6 выправочно-подбивочно-отделочных работ .................................................. 6 1.1. Основы подбивки железнодорожного пути .......................................... 6 1.2. Классификация и принцип работы подбивочно-выправочных машин................................................................................................................ 8 1.3. Машины непрерывного действия ....................................................... 12 1.4. Машины циклического действия ........................................................ 16 1.5. Машины непрерывно-циклического действия ................................. 18 2. Структура и принцип механизма подбойки машины ПМА-1............... 22 2.1. Кинематическая схема работы машины ............................................ 22 2.2. Устройство подбивочного блока ПМА-1 ............................................ 24 2.3. Привод подъема и опускания подбивочного блока .......................... 26 3. Компьютерное моделирование и определение рациональных параметров привода подъема-опускания подбивочных блоков ............... 31 3.1. Математическая модель привода вертикального перемещения подбивочных блоков ..................................................................................... 31 3.2. Описание математической модели ...................................................... 33 3.3. Результаты моделирования механизма подъема-опускания подбивочного блока ...................................................................................... 37 Заключение ....................................................................................................... 46 Список литературы.......................................................................................... 47 2 Введение Развитие железнодорожного транспорта требует повышения эффективности производства и его совершенствования. Своевременный и качественный ремонт пути, снижение затрат труда, времени и эксплуатационных расходов, повышение производительности труда основывается на максимальной механизации всех путевых работ. Механизация в путевом хозяйстве – это создание высокопроизводительных машин, способность выполнять работы с минимальными перерывами движения поездов [1, 12,]. На железных дорогах нашей страны используется обширный парк различных путевых машин и механизмов. По некоторым показателей они оказываются лучше аналогичных зарубежных машин. К таким машинам относятся: хоппер-дозатор ЦНИИ МПС (для выгрузки балластных материалов на путь в строго заданных количествах); электробалластеры (машины непрерывного действия, дозируют и поднимают рельсошпальную решетку на балласт); путеукладчики (разбирают и укладывают звенья); щебнеочистительные машины (производят как очистку так и его вырезку балласта); выправочно-рихтовочно-отделочные машины (одновременно выполняют все операции) [1, 16]. В процессе эксплуатации железнодорожного пути в балластном слое накапливаются остаточные деформации в виде сдвижек пути по уровню и в плане, а также просадок. Рост интенсивности эксплуатации имеющихся и строительства новых железных дорог требует выполнения больших объемов по текущему содержанию пути, реконструкции и строительству. Также появляется необходимость в создании, модернизации и оснащении железных дорог высокопроизводительной путевой техникой на базе современных научных разработок, одними из которых являются выправочно-подбивочные машины нового поколения [25, 34, 41]. При всех видах ремонтов и текущем содержании пути производится его нивелировка (поперечного и продольного профилей), выправки в плане (рихтовка), а также уплотнение балласта под шпалами (подбивка). Выправка поперечного профиля предусматривает устранение перекосов (выправка по уровню). Для механизации этих работ применяют выправочноподбивочные и рихтовочные машины, которые разделяются на три основные группы: машины циклического действия, выполняющие одну или несколько операций за цикл с остановкой у каждой шпалы, машины непрерывного действия, выполняющие без остановки одну или несколько операций цикла и машины непрерывно - циклического действия [25, 34, 41]. Существующие конструкции подобного класса машин позволяют решать задачи по выправки и подбивки пути различными способами. При каждом из возможных способов подхода к подбивке железнодорожного пути основной целью является максимально повысить производительность машины (либо ее отдельного узла), а также обеспечить достаточную точность позиционирования рабочих органов машины [50]. Проведенные ранее исследования показали, что зачастую работа машины на высокопроизводительных позиционирования рабочих органов режимах (подбоек, снижает подбивочного точность блока), что помимо очевидного снижения качества работ может приводить к потенциально аварийным, а также экономически ощутимым ситуациям, связанным с возможным попаданием подбойки не в межшпальное пространство, а непосредственно в шпалу, приводящем к поломке подбойки либо шпалы, а также требующим на современном техническом уровне развития техники дополнительного визуального контроля проведения работ. Попадание подбойки в шпалу без ее поломки, а именно ее стопорение (застревание) в шпале, может привести к необходимости подъема подбивочного блока в полу ручном режиме, перенастрой схемы управления гидравлическим приводом подъема-опускания 4 подбивочного блока, и, в конечном счете, значительным увеличением времени работ, а, как следствие снижением производительности машины [15, 18, 48]. Целью данной работы является модернизация привода подъема и опускания подбивочного блока выправочно-подбивочной машины непрерывно-циклического действия ПМА-1 с целью снижения вероятности возникновения аварийной ситуации на этапе опускания подбивочного блока по причине попадания подбойки в шпалу. В ходе работы над достижением поставленной цели рассматриваются следующие основные задачи: – выполнение краткого анализа существующих машин для выправки и подбивки пути; – анализ принципиальной гидравлической схемы подъема и опускания подбивочного блока; – математическое моделирование привода подъема и опускания подбивочного блока. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов по результатам работы, списка литературы из 60 наименований и содержит 61 страницу текста, 13 рисунков, 2 таблицы, а также приложения на 7 страницах. 5 1. Анализ применяемых схем машин для выполнения выправочно-подбивочно-отделочных работ 1.1. Основы подбивки железнодорожного пути После постановки рельсошпальной решётки в результате выправки в заданное положение необходимо обеспечить при эксплуатации сохранение этого положения в пределах допусков и норм содержания, т.е. обеспечить стабильное сохранение формы балластной призмы. Наиболее распространенный способ достичь стабильного состояния балластного слоя – обеспечить его уплотнение машинами. Уплотнение балласта в зоне балластной призмы под шпалами называется подбивкой. Процесс уплотнения – это сложный многофакторный процесс, к настоящему времени все еще недостаточно изученный. Самое общее определение процесса уплотнения – это повышение концентрации частиц в единице объема за счет более упорядоченного их расположения при силовом воздействии [16, 18, 25, 34]. Балластная призма формируется из сыпучих инертных материалов, добываемых в месторождениях региона, обслуживаемого железной дорогой, производство и которых экологической используются точек частицы целесообразно зрения. В дробленых с технической, качестве пород экономической балластного материала (щебень гранитный или известняковый), а также частицы естественного залегания (гравий, галька, песок, ракушечник). До последнего времени на некоторых участках железных дорог балластная призма отсыпана из отходов асбестового производства, которые обладают хорошей несущей способностью и не пропускают загрязнители в тело призмы. Однако ввиду неблагоприятных для экологии свойств и вредного влияния на здоровье людей, находящихся вблизи пути, использование асбестовых отходов сокращается за счет более широкого 6 применения щебня. На путях промышленных железных дорог иногда используются отходы металлургического производства [25, 34, 41]. При проектировании современные путевые машины рассчитываются в основном на работу с тяжелыми типами рельсошпальной решетки, опирающимися на слой щебня. При дальнейшем изложении будем учитывать, что при устройстве пути используется преимущественно этот материал [16, 25, 41]. Щебень представляет собой сыпучую среду, состоящую из частиц (зерен) и промежутков между ними, которые заполнены в основном воздухом. Сыпучее тело обладает некоторыми свойствами, отличающими его от твердых тел и жидкостей. С одной стороны, оно может сохранять форму (обладает упругостью формы), которую ему придали (например балластная призма после воздействия на нее машиной), с другой стороны, оно может терять форму, например под воздействием вибраций. Большое значение для сохранения упругости формы имеет внутренняя текстура (взаимное расположение частиц). Более рыхлое и менее упорядоченное расположение частиц соответствует снижению возможности воспринимать нагрузку, а менее рыхлое и более упорядоченное - способствует повышению несущей способности. При рыхлом состоянии в большей степени проявляются распорные свойства характеризуются балластного появлением материала. бокового Распорные давления, свойства перпендикулярного основному давлению. Если боковому давлению ничто не противодействует, происходит выпирание балласта в стороны с разрушением основной формы тела [25, 34, 41]. В процессе взаимодействия с балластным слоем рабочий орган путевой машины производит изменения в текстуре и в объемах материала, с одной стороны, а с другой стороны – испытывает реактивное силовое воздействие. Изучение этого процесса позволяет решать технологические задачи выбора рациональных схем и режимов уплотнения для достижения максимального 7 качества. В то же время результаты анализа используются для решения конструктивных задач проектирования рабочего органа, его системы трансмиссии и управления [25, 41]. 1.2. Классификация и принцип работы подбивочно-выправочных машин Путевые машины и механизмы для уплотнения балластного слоя, выправки пути и отделки балластной призмы классифицируют по периодичности действия, назначению, числу одновременно подбиваемых шпал (одиночной или групповой подбивки) и др. (рисунок 1) [16, 38]. Для механизации подбивочно-выправочных и отделочных работ применяются выправочно-подбивочные машины циклического действия: магистральные типа ВПР (ВПР-1200, ВПР-02 и др.) и универсальные (для стрелочных переводов и пути) типа ВПРС (ВПРС-500, ВПРС-02, ВПРС-10 и др.); непрерывно-циклического действия («Duomatic 09-32 CSM», «Stopfexpress 09-3X» австрийской фирмы «Plasser», ПМА-1 Калужского завода «Ремпутьмаш»); непрерывного действия типа ВПО (ВПО-3000, ВПО-3-3000). Работы по уплотнению балласта в шпальных ящиках и на откосах производятся машинами типа БУМ (БУМ, БУМ-1М). Окончательное стабилизирующее уплотнение балластного слоя производится динамическими стабилизаторами пути (ДСП). Применяются специализированные машины для рихтовки пути типа ПРБ непрерывного действия системы В.Х. Балашенко, а также машины Р-2000 и Р-02, работающие в непрерывном и циклическом режимах. В транспортном строительстве нашли применение выправочно-подбивочные машины (ВПРМ) на базе трактора [2, 16, 38]. 8 Машинами производится уплотнение балласта, находящегося в обрабатываемой зоне призмы, способами его силового обжима с подачей или без подачи дополнительных порций материала из других зон (рисунок 2). Рисунок 1 – Классификация машин для уплотнения балласта, выправки и отделки пути 9 Рисунок 2 – Уплотнительные рабочие органы путевых машин 10 Большинство рабочих органов выправочно-подбивочных и уплотнительных машин используют способ, сочетающий вибрирование в горизонтальном, вертикальном или ином направлении с принудительной силовой подачей – вибрационный обжим. Уплотнение слоя в подшпальной зоне (подбивка) осуществляется за счет его горизонтального вибрационного обжима выправочно-подбивочными машинами цикличного или непрерывноцикличного действия – со стороны продольных кромок шпал лопатками подбоек (рисунок 2, а), машинами непрерывного действия - со стороны торцов шпал виброплитами с наклонными в плане уплотнительными клиньями (рисунок 2, б). В первом случае последовательно выполняются операции заглубления подбоек, обжима балласта при сведении к шпале их лопаток, раскрытия подбоек, подъема над УВГР и перемещения для обработки следующей шпалы или группы шпал. Во втором случае при непрерывном движении машины в направлении VM балласт в подшпальную зону принудительно подается клином, уплотнительная поверхность которого расположена под углом атаки β к направлению движения [50]. Уплотнение балласта в откосно-плечевой или междупутной зоне производится виброплитами, прижимаемыми с нагрузкой Р. Виброплита в этом случае устанавливается на откос (рисунок 2, в) или на плечо (рисунок 2, г). Уплотнение балласта в шпальных ящиках при виброобжимном воздействии реализуется через штампы (рисунок 2, д). Динамический стабилизатор пути производит уплотняющее воздействие на подшпальную зону балластного слоя через путевую решетку. Она прижимается вертикальной нагрузкой Р с одновременным вибрированием в горизонтальном и вертикальном направлениях (рисунок 2, е) [50]. Путевые машины для уплотнения балластного слоя, выправки и отделки пути, эксплуатируемые в настоящее время на сети железных дорог 11 при строительстве, ремонте и текущем содержании пути, подразделяются на три основных группы по принципу их работы: – Непрерывного действия (ВПО-3000, ВПО-3-3000); – Циклического действия (ВПР-1200, ВПР-02, ВПР-03); – Непрерывно-циклического действия (ПМА, Дуоматик 09-32, Динамик 09-3X). В машинах непрерывного действия (типа ВПО-3000, ВПО-3-3000) процесс подбивки и перемещения машины осуществляется непрерывно. В машинах циклического действия (типа ВПР-1200, ВПР-02, ВПР-03) жестко закрепленный на раме подбивочный блок, работающий циклично, обуславливает необходимость разгона, торможения и остановки машины над каждым следующим рельсо-шпальным участком. В машинах непрерывно-циклического действия (типа ПМА-1, Дуоматик 09-32, Динамик 09-3X) подбивочный блок закрепляется на подвижной раме, что позволяет обеспечить цикличность работы только данного узла, при непрерывном движении самой машины. 1.3. Машины непрерывного действия Машины непрерывного действия типа ВПО (рисунок 3) отличаются высокой производительностью и неплохим качеством уплотнения, однако более низким качеством выправочных работ, по сравнения с машинами циклического и непрерывно-циклического действия [16, 38, 59]. Выправочно-подбивочно-отделочная машина предназначена для выполнения работ по чистовой дозировке выгруженного балласта, выправки пути в продольном и поперечном профилях и плане, а также для планирования балластной призмы и уплотнения ее со стороны откосов. 12 Выправочно-подбивочно-отделочные работы могут выполняться машиной в комплекте с другими работами, раздельно и в комплексе машин, применяемых при капитальном, среднем и подъемочном ремонтах пути. Путевая машина ВПО – тяжелого типа, непрерывного действия и высокой производительности представляет собой несамоходную единицу. Дозировка балласта, подъемка, сдвижка пути и выправка его в поперечном профиле, оправка и уплотнение балластной призмы производится согласно принятой технологии механизированных путевых работ [16, 38]. Подбивка шпал выполняется со стороны их торцов вибрационным способом с применением безинерционного пригруза. Достигается это тем, что подбивочные элементы – виброплиты большой длины расположены под углом к оси пути. Виброплиты совершая два движения: колебательное (перпендикулярно оси пути) относительно точек подвеса плит к раме машины и поступательные (вместе с машиной) вдоль пути, производят виброуплотнение с одновременным обжатием слоя балласта. Исполнительные органы машины монтируются на ее несущей металлической раме, установленной на двух тележках. Передняя тележка трехосная, приводная, на ней установлен механизм выключения рессор. Машина имеет ручное Электродвигатели от (кнопочное) вибраторов электростанции, и и автоматическое системы установленной на управление. управления раме машины питаются в будке. Так же там смонтированы пульт управления дозатором и измерительными рамками. В и задней хозяйственное будке находится помещение. центральный Машина пульт оборудована управления автосцепкой, пневматическим и ручным тормозами, звуковой и световой сигнализацией и средствами связи [16, 38, 59]. Несущая конструкция машины состоит из двух ферм со сплошной стенкой. Сечение фермы представляет собой двутавр. Исполнительные 13 органы машины смонтированы на ее несущей конструкции в последовательном порядке, удовлетворяющем условиям технологии производства путевых работ. 14 Рисунок 3 – Выправочно-подбивочная машина непрерывного действия ВПО-3-3000: 1 – основной и дополнительный дизель-электрический агрегаты переменного тока; 2,6 – передняя и задняя кабины управления; 3 – ферма; 4 – механизм перемещения (подвеска) виброплит; 5 – подъемно-рихтовочное устройство; 7 – насосная станция; 8 – автосцепки; 9, 14, 16, 21 – задняя, промежуточные и передняя тележки контрольно-измерительной системы; 10 – активные рельсовые щетки; 11 – уплотнители откосно-плечевых и междупутных зон балластной призмы; 12, 20 – задняя и передняя ходовые тележки; 13 – планировщики; 15 – подборщик балласта; 17 – основные виброплиты; 18 – балластный плуг; 19 – дозатор; 22, 23 – трос-хорды рабочей и контрольной КИС 15 1.4. Машины циклического действия Машины предназначены для выполнения всех видов выправочноподбивочных и рихтовочных работ при текущем содержании и всех видах ремонтов пути. Машины самоходные, циклического действия (рисунок 4), работают в сцепе с платформой, которая увеличивает базу рихтовочного устройства. Путь обычно выправляют с подъёмкой 10-50 мм, что позволяет «утопить» большинство коротких неровностей. Для выправки длинных неровностей используют метод фиксированных точек с предварительным измерением отклонений продольного профиля по базовому рельсу, или по лазерному лучу (для ВПР-02 – только отклонения в плане) [16, 38, 59]. Основные рабочие органы – подбивочные блоки, которые уплотняют балласт под шпалами. Подбивочные блоки имеют три основных механизма – вибрации, сведения-разведения подбоек и вертикального перемещения. По каждой рельсовой нити размещено по одному подбивочному блоку. В каждом блоке 16 подбоек, расположенных рядами по 4 подбойки. Это обеспечивает уплотнение балласта за один цикл под двумя рядом лежащими шпалами Дополнительный рабочий орган – уплотнитель балласта, предназначен для уплотнения балласта у торцов шпал. Это позволяет заполнить балластом пустоты, образующиеся при рихтовке пути, предотвратить боковое выпирание балласта из-под торцов шпал. Уплотнитель состоит из виброплиты и устройства её подъёма-опускания. Выправочные устройства машины предназначены для выправки пути в продольном профиле, по уровню и в плане. С их помощью измеряются отклонения в положении пути, формируется сигнал на управление механизмами подъёмки и сдвижки рельсошпальной решётки, контролируется и записывается положение пути. Производительность выправочно- 16 Рисунок 4 – Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина циклического действия ВПР-02 1 – рама; 2 – платформа полуприцепная; 3, 6 – кабина; 4, 7 – тяговая и бегунковая тележки; 5 – подъёмно-рихтовочное устройство; 8 - подбивочный блок; 9 – уплотнитель балласта; 10 – топливный бак; 11 – силовая установка; 12 – контрольно-измерительные тележки. 17 подбивочно-рихтовочных машин циклического действия определяется временем цикла и количеством шпал, подбиваемых за цикл [16, 38, 59]. Основным рабочим органом машин циклического действия являются подбивочные блоки, каждый из которых уплотняет балласт в зоне своей рельсовой нити. Привод подбивочного блока обеспечивает горизонтальное виброобжатие балласта и снабжен механизмами заглубления подбоек, обжатия балласта в подшпальной зоне, а также механизмами вибрации. Подбивочные блоки имеют эксцентриковый механизм вибрации с приводом от гидромоторов, обеспечивающий возвратно-поступательные движения подбоек при обжатии балласта и заглублении-подъеме их в балласте. 1.5. Машины непрерывно-циклического действия Высокая производительность непрерывного метода выправки и подбивки пути в сочетании с возможностью получения требуемого качества выполнения технологических операций привело к созданию машин, которые по своему принципу работы являются машинами циклического действия, но при работе движутся по пути непрерывно. К такому типу машин относятся австрийские машины Дуоматик (09-14/4S, 09-32/4S, 09-32 CSM). Конструкция машины Дуоматик 09-32 (рисунок 5) представляет собой циклически перемещающийся сателлит закрепленный на корпусе непрерывно движущейся машины, перемещающийся с помощью гидравлического цилиндра и приводной колесной пары. Наличие приводной колесной пары сателлита на машине создает определенные трудности в процессе эксплуатации машины, так как при каждом перемещении сателлита на два шпальных ящика происходит принудительное торможение оси колесной пары тормозными колодками, что ведет к более интенсивному износу, как самих колес, так и тормозных колодок. 18 Рисунок 5 – Выправочно-подбивочная машина непрерывно-циклического действия Дуоматик 09-32 CSM 1 автосцепки; 2, 3 и 4 полуприцепная платформа с бортами и дополнительным топливным баком; 5 и 11 кабины машиниста и оператора; 6 рама; 7, 10 и 24 измерительное, нивелировочные и контрольные устройства; 8 и 17 нивелировочные и рихтовочный трос-хорды; 9 дизельный агрегат; 12 лазерная приемная камера; 13 – каток с датчиком пути; 14, 20, 26 и 29 передняя, измерительная, контрольно-измерительная и задняя тележки рихтовочной КИС; 15 и 25 тяговая и бегунковая ходовые тележки; 16 силовая передача (трансмиссия); 18 спутник (сателлит); 19 ПРУ; 21 уплотнители балласта у торцов шпал; 22 двухшпальные подбивочные блоки; 23 и 28 приводные колесные пары спутника и платформы; 27 рельсовые щетки 19 Рисунок 6 – Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина непрерывно-циклического действия ПМА-1 1 и 4 – кабины машиниста и оператора; 2 – рама; 3 – нивелировочная КИС; 5 – автосцепки; 6, 13, 17 – передняя, измерительная, контрольноизмерительная тележки рихтовочной КИС; 7 – каток с импульсным датчиком пути; 8 и 16 – тяговая и бегунковая ходовые тележки; 9 – дизельный агрегат; 10 – силовая передача; 11 – трос-хорда рихтовочной КИС; 12 – ПРУ; 14 – двухшпальные подбивочные блоки; 15 – сателлит с рамами подбивочных блоков; 18 – выдвижные опоры; 19 – виброплиты уплотнения балласта у торцов шпал; 20 – колесная пара полуприцепной платформы; 21 – рама платформы; 22 – дополнительный топливный бак 20 Подъемно рихтовочное устройство также установлено на раме сателлита и работает циклически, синхронно с работой подбивочных блоков, в каждом цикле осуществляя захват, подъем и сдвижку рельсошпальной решетки [16, 17, 33, 38, 59]. Отечественным аналогом Plasser Duomatic 09-32 CSM является выправочно-подбивочная машина ПМА-1. Подбивочно-выправочная машинаавтомат ПМА-1 (рисунок 6) имеет непрерывно-циклический принцип подбивки, аналогичный применяемому в машине Plasser Duomatic 09-32 CSM. Компоновка основных составных частей в целом традиционна для машин класса ВПР. Однако сателлит 15 подвешен на продольных направляющих рамы 2 и соединен с ней гидроцилиндром продольного перемещения. Таким образом конструкция машины предполагает циклическое перемещение лишь самого подбивочного блока, а рихтовочная тележка жестко закреплена на раме машины, что позволяет снизить массы циклически работающей части машины почти вдвое, и соответственно повысить энергоэффективность приводов перемещения машины и влияние перемещение подбивочного блока на скорость движения самой машины. Выводы по главе Конструкцию отечественной машины ПМА-1 можно рассматривать как наиболее удачную с точки зрения сочетания таких параметров, как габариты и отсутствие необходимости осуществления подготовительных работ на участке (по сравнению с машинами непрерывного действия), энергоэффективность по сравнению с машинами циклического действия (отсутствие необходимости разгона и торможения всей машины, весом свыше 75 т, целиком), меньшая масса подвижной части (по сравнению с машинами непрерывно-циклического действия зарубежного производства). 21 2. Структура и принцип механизма подбойки машины ПМА-1 2.1. Кинематическая схема работы машины Рабочий цикл машины состоит из опускания подбивочного блока с помощью гидроцилиндров, горизонтального виброобжатия балласта, используя механизмы заглубления подбоек, обжатия балласта в подшпальной зоне с помощью механизмов вибрации, поднятие подбивочного блока и перемещение его в начальное положение на роликах вдоль оси машины посредством горизонтально расположенного гидравлического цилиндра (рисунок 7). Подбивочные блоки имеют эксцентриковый механизм вибрации с приводом от гидромоторов, обеспечивающий возвратно-поступательные движения подбоек при обжатии балласта и заглублении-подъеме их в балласте. Машина движется непрерывно вдоль оси железнодорожного полотна. Перемещение рамы с подбивочным блоком осуществляется гидравлическим цилиндром. Рама со скоростью опережающей скорость движения машины позиционирует блок над очередным участком железнодорожного полотна, гидравлические цилиндры опускают подбивочный блок, происходит процесс подбивки (обжимка балласта). Время обжимки зависит от состояния балласта и составляет как правило 3 с, однако может быть снижено в целях повышения производительности машины на слабослежавшемся балласте. По окончании цикла обжимки подбивочный блок поднимается (за это время машина своим непрерывным подтаскивает раму с подбивочным блоком в исходное положение), цикл повторяется. Лимиты по производительности данного способа работ определяется как конструкционной схемой привода перемещения подбивочной рамы и состоянием балласта так и эпюрой рельсошпальной решетки, а именно ее укладкой. 22 Рисунок 7 – Кинематическая схема подъема-опускания подбивочного блока машины ПМА-1 23 2.2. Устройство подбивочного блока ПМА-1 Сателлит представляет собой подвижную раму 15 (рисунок 8), установленную на роликовых опорах 4 с ребордами на направляющих 8. Снизу также имеются дополнительные поддерживающие роликовые опоры 11, предотвращающие сход рамы с направляющих. Рама перемещается в продольном направлении гидроцилиндром 5. На раме размещены два двухшпальных подбивочных блока 16, которые перемещаются по направляющим колоннам 12 гидроцилиндром 6. Положение блоков регистрируется датчиками 12. В транспортном положении блоки фиксируются упорами 14. Направляющие 8 установлены на мосту 10, который через цилиндрические направляющие 3 закреплен на раме машины 7. При работе машины в кривой для ориентации блоков по оси пути мост может перемещаться в поперечном направлении гидроцилиндрами 2. В транспортном положении мост фиксируется упорами 7, а сателлит – упором 9. Подъем и опускание подбивочного блока осуществляется парой гидравлических цилиндров 6 и позволяет заглубить подбойки на глубину (рисунок 7) и затем поднять подбивочный блок в исходное положение в конце цикла подбивки. При производительности машины свыше 3000 шпал/час и временем подбивки продолжительностью 1 с (на слабослежавшемся балласте) привод работает практически непрерывно, что выдвигает дополнительные требования к его надежности, а также точности расположения рамы с подбивочным блоком над рельсо-шпальным полотном в момент начала опускания подбивочного блока. 24 Рисунок 8 – Установка сателлита машины ПМА-1 1, 9 и 14 – транспортные упоры моста, подвижной рамы и подбивочных блоков; 2, 5 и 6 – гидроцилиндры передвижения моста, подвижной рамы и подбивочных блоков; 3 и 13 – цилиндрические направляющие моста и подбивочных блоков; 4 и 11 – роликовые опоры подвижной рамы; 7 – рама машины; 8 – направляющие подвижной рамы; 10 – мост; 12 – датчики положения блоков; 15 – подвижная рама; 16 – подбивочные блоки. 25 2.3. Привод подъема и опускания подбивочного блока Как показано в разделе 2.2 рассмотрение цикличного процесса работы подбивочного блока необходимо осуществлять комплексно, учитывая не только привод подъема и опускания подбивочного блока, но и привод продольного перемещения подвижной рамы в целях стыковки момента начала опускания подбивочного блока. Привод продольного перемещения подвижной рамы: Привод гидроцилиндра Ц1 продольного перемещения сателлита производится от рабочей гидросистемы машины (рисунок 9). Рабочая гидросистема имеет систему автоматического поддержания в пределах заданных (до 14 МПа). Система давления включает в себя предохранительный клапан КП1, управляемый через трубопровод обратной связи давлением в гидропневмоаккумуляторах АК1, АК2, и обратный клапан КО2, предотвращающий падение давления в моменты разгрузки насосов Н1, Н2. Включение системы в начале работы и отключение в конце производится распределителем Р1. При работе шток гидроцилиндра Ц1 совершает возвратно- поступательные движения. Часть рабочего цикла он движется принудительно вперед, чтобы подбивочные блоки подбойками ориентировались над шпальными ящиками, а часть цикла перемещается назад в плавающем режиме, когда подбойки находятся в балласте, и подбивочные блоки с сателлитом зафиксированы относительно рельсо-шпальной решетки. Управление принудительным перемещением штока цилиндра Ц1 производится через сервовентиль Р2. В начале цикла производится ускоренное движение штока вперед с постепенным замедлением, начиная с середины хода. Для этого Р2 включается в позицию, показанную сверху, и уменьшается раскрытие золотника к концу прямого хода. 26 Рисунок 9 – Принципиальная гидравлическая схема привода продольного перемещения сателлита с подбивочными блоками 27 При соответствующем позиционировании относительно шпал подбивочные блоки быстро опускаются, а гидроцилиндр Ц1 переводится в плавающий режим работы путем включения в рабочую позицию распределителя Р3. Шток вместе с движением машины втягивается, масло из поршневой полости цилиндра через Р3 выжимается в сливную линию, а обратный клапан КО4 обеспечивает соответствующий подсос из этой линии. После завершения обжима балласта подбойками блоки поднимаются, и операции цикла повторяются. Управление обратным движением штока может также производиться с помощью включения сервовентиля Р2 в позицию, показанную снизу. При этом имеется принципиальная возможность регулировать скорость обратного хода сателлита. Обратный ход также можно включить при рабочей позиции распределителя Р4. В этом случае масло в штоковую полость подается под давлением, соответствующим давлению перекрытия редукционного клапана КР1. Для выхода масла в сливную линию включается распределитель Р3. Давление в рабочих полостях указанного цилиндра ограничено настройкой предохранительных клапанов КП3, КП4. Регулировка давления позволяет более гибко настроить режимы разгона и торможения сателлита. Кроме того, ограничение давления в полостях гидроцилиндра уменьшает вероятность повреждений подбивочного блока, его направляющих колонн и шпал при возникновении аварийных ситуаций, связанных с возможными сбоями в системах автоматики. Привод подъема и опускания подбивочного блока: Гидравлическая жидкость попадает в трубопровод с помощью насосной группы Н1 через фильтр Ф1 (рисунок 10). Далее рабочая жидкость поступает к пропорциональным гидрораспределителям Р1 и Р2. 28 Рисунок 10 – Принципиальная гидравлическая схема привода подъема и опускания подбивочного блока 29 При включении крайнего нижнего положения распределителей рабочая жидкость поступает в напорную магистраль гидроцилиндров Ц1 и Ц2, на ней дополнительно установлен предохранительный клапан КП1, который в случае превышения давления сливает жидкость в бак. Гидроаккумулятор АК1 поддерживает давление на заданном уровне. Жидкость попадает в поршневые полости гидравлических цилиндров Ц1 и Ц2, они начинают выдвигаться, подбивочный блок начинает опускаться. После выполнения подбивки распределители Р1 и Р2 включаются в крайнее верхнее положение, жидкость подается в штоковую полость гидравлического цилиндра и происходит поднятие подбивочного блока. Обратные клапаны КО2, КО3 и краны ВН1, ВН2 предназначены для решения аварийных ситуаций, которые могут произойти в ходе работы машины. Выводы по главе Существующая конструкция и принципиальная схема компоновки гидравлического предохранительных оборудования не гидравлических предполагает элементов дополнительных экстренной остановки процесса опускания подбивочного блока в случае попадания подбойки в шпалу и тем самым ставит перед нами задачу по моделированию подобной ситуации и принятие решения по способам модернизации привода. 30 3. Компьютерное моделирование и определение рациональных параметров привода подъема-опускания подбивочных блоков 3.1. Математическая модель привода вертикального перемещения подбивочных блоков Математические модели динамики объемного гидравлического привода можно условно разделить на формальные и имитационные. Имитационная математическая модель описывает структуру гидравлической системы привода, свойства и характеристики применяемых гидравлических аппаратов, способы их подключения, способы управления параметрами привода, статические и динамические характеристики двигателя привода насосной установки [19, 26, 45]. Таким образом имитационная математическая модель для определенного механизма носит индивидуальных характер, определяемый структурой и параметрами динамической системы, включающей в себя: технологический объект, рабочий орган, объемный гидравлический привод, силовую установку, а также приняты способ управления приводом [22, 30, 32, 46]. Исследования подобной модели позволит нам определить оптимальную структуру и параметры системы управления исполнительного рабочего механизма в режимах переходных процессов и установившегося движения при подаче управляющих и возмущающих воздействий при различных заданных параметрических ограничениях и желаемой производительности машины [10, 13, 23, 30]. Схема под расчет привода подъема-опускания подбивочного блока машины ПМА-1 представлена на рисунке 11. 31 Рисунок 11 – Схема под расчет привода подъема-опускания подбивочного блока машины ПМА-1 32 При переключении гидрораспределителей в верхнее положение производится опускание подбивочного блока с помощью заполнения камер А1 и А3 гидравлических цилиндров, виброподбойки заглубляются в щебень и производится уплотнение балласта в подшпальной зоне. Давление в системе контролируют предохранительные и обратные клапаны, пускающие гидравлическую жидкость обратно в бак. Переключая распределители в 3 положение происходит заполнение полостей А2 и А4 гидроцилиндров осуществляя поднятие подбивочного блока, при этом также контролируется давление в системе с помощью предохранительных и обратных клапанов. В среднем положении распределителей подбивочный блок остается на прежней высоте. 3.2. Описание математической модели Для расчета параметров рабочего процесса, а также параметров системы управления составлена дифференциальных математическая уравнений с модель в наложенными виде системы функциональными и параметрическими ограничениями: – скорость изменения сигнала управления при увеличении и уменьшении проходного сечения распределителя в гидросистеме привода циклического перемещения подвижной рамы: 𝐾𝑝 = 𝑋𝑚𝑎𝑥 ⁄(𝑡2 − 𝑡1); K s (X max X min ) t 4 t 3 ; – переключение режима работы привода подъема-опускания подбивочного блока: если 𝑌 ≥ 𝑆𝑐 то: 𝑗 = 0, 𝑐 = 𝑐 + 1, 𝐴(1) = 0; 𝐴(2) = 0; 𝐴(3) = 0; (конец опускания подбивочного блока); 33 если (𝑌 − 𝑌𝑚 ) ≤ 0 то: если 𝑗 = 0 то 𝑡𝑧 = 𝑡; 𝑗 = 1; 𝐴(1) = 1; 𝐴(2) = 1; 𝐴(3) = 1; (конец подъема подбивочного блока); – сигнал системы управления распределителем: если 𝑡 ≤ 𝑡1 , то 𝑋 = 0; если 𝑡 > 𝑡1 + 𝑡𝑧 и 𝑡 ≤ 𝑡2 + 𝑡𝑧 то 𝑋 = 𝐾𝑝 (𝑡 − 𝑡1 − 𝑡𝑧 ); если 𝑡 > 𝑡2 + 𝑡𝑧 и 𝑡 ≤ 𝑡3 + 𝑡𝑧 , то 𝑋 = 𝑋𝑚𝑎𝑥 ; если 𝑡 > 𝑡3 + 𝑡𝑧 и 𝑡 ≤ 𝑡4 + 𝑡𝑧 , то 𝑋 = 𝑋𝑠3𝑧 𝑚𝑎𝑥 ; если 𝑡 > 𝑡4 + 𝑡𝑧 и 𝑡 ≤ 𝑡5 + 𝑡𝑧 , то 𝑋 = 𝑋𝑚𝑖𝑛 если 𝑡 > 𝑡5 + 𝑡𝑧 , то 𝑋 = 0; – расход распределителя в линии поршня цилиндра: если 𝑝к > 𝑝1 то 𝑄1 = 𝐾𝑓 𝑋√(𝑝к − 𝑝1 ; если 𝑝к < 𝑝1 то 𝑄1 = −𝐾𝑓 𝑋√(𝑝1 − 𝑝к ; если 𝑝к = 𝑝1 то 𝑄1 = 0; – расход подпиточного клапана линии поршня цилиндра: если 𝑝1 < 𝑝𝑡 то 𝑄𝑝1 = 𝐾𝑓1 √𝑝𝑡 − 𝑝1 иначе 𝑄𝑝1 = 0; – податливость линии поршня гидроцилиндра, включая податливость жидкости в полости поршня гидроцилиндра: 𝐸1 = 𝑒1 + 𝐴1𝑌/𝐸𝑧 ; – расход предохранительного клапана линии поршня цилиндра: если 𝑝1 > 𝑝𝑘1 то 𝑄𝑘1 = (𝑝1 − 𝑝𝑘1 )𝐾𝑘1 иначе 𝑄𝑘1 = 0; – уравнение расходов в линии поршня цилиндра: 𝐸1 𝑑𝑝1 𝑑𝑡 = (𝑄1 + 𝑄𝑝1 − 𝑄𝑘1 − 𝐴1𝑢)𝐴(1); – расход распределителя в линии штока цилиндра 𝑄2 : если 𝑝2 > 𝑝𝑡 то 𝑄2 = 𝐾𝑓 𝑋√(𝑝2 − 𝑝𝑡 ; если 𝑝2 < 𝑝𝑡 то 𝑄2 = −𝐾𝑓 𝑋√(𝑝𝑡 − 𝑝2 ; если 𝑝2 = 𝑝𝑡 то 𝑄2 = 0; 34 – податливость линии штока гидроцилиндра, включая податливость жидкости в полости штока гидроцилиндра: 𝐸2 = 𝑒2 + 𝐴2 (Н − 𝑌)/𝐸𝑧 ; – расход подпиточного клапана линии штока цилиндра: если 𝑝2 < 𝑝𝑡 то 𝑄𝑝2 = 𝐾𝑓2√𝑝𝑡 − 𝑝2 иначе 𝑄𝑝2 = 0; – расход предохранительного клапана линии штока цилиндра если 𝑝2 > 𝑝𝑘2 то 𝑄𝑘2 = (𝑝2 − 𝑝𝑘2 )𝐾𝑘2 иначе 𝑄𝑘2 = 0; – уравнение расходов в сливной линии 𝐸2 𝑑𝑝2 𝑑𝑡 = (𝐴2 𝑢 + 𝑄𝑝2 − 𝑄𝑘2 − 𝑄2 )𝐴(2); – усилие цилиндра (без учета сил трения) 𝑇𝑧 = 𝐴1𝑝1 − 𝐴2𝑝2 ; – сила трения в манжетах цилиндра: 𝑇𝑓 = 𝑓𝑝 (𝑝1 + 𝑝01 ) + 𝑓𝑝 (𝑝2 + 𝑝01 ) + 𝑓𝑠 (𝑝2 + 𝑝01 ); – усилие цилиндра (с учетом сил трения): – при опускании подбивочных блоков: 𝐹 = 𝑇𝑧 − 𝑇𝑓 − 𝑓𝑢; – при подъеме подбивочных блоков 𝐹 = 𝑇𝑧 + 𝑇𝑓 − 𝑓𝑢; – при остановке 𝐹 = 0; – уравнение движения рамы подбивочных блоков: 𝑚1 𝑑𝑢 𝑑𝑡 = 𝐹𝐴(3); – уравнение подъема-опускания подбивочных блоков: 𝑑𝑌 𝑑𝑡 = 𝑢. 𝐴1, 𝐴2 – площадь поршня и поршневого кольца гидроцилиндров; 𝑒1, 𝑒2 – податливость напорной и сливной линий гидроцилиндров; 𝐾𝑓 – коэффициент расхода дросселирующего распределителя; 𝑝𝑘 – давление в напорной линии распределителя; 35 𝑓 – коэффициент вязкого трения гидроцилиндра; 𝑚1 – масса подбивочного блока; 𝐸𝑧 – приведенный модуль упругости жидкости и рукавов высокого давления (РВД); 𝑡1 ; 𝑡2; 𝑡3; 𝑡4 ;t 5 – временные отметки цикла; 𝑓𝑝 , 𝑓𝑠 – коэффициент сопротивления манжеты на поршне и на штоке; 𝑝𝑡 – давление подпора на сливной линии гидроцилиндра; H – ход поршня гидроцилиндра; 𝑝𝑘𝑙𝑡 – давление настройки предохранительного клапана в линии штока; 𝐾𝑘1 – коэффициент расхода предохранительного клапана в линии штока и поршня; pk1 – давление настройки предохранительного клапана в линии поршня гидроцилиндра; 𝐾𝑓1, 𝐾𝑓2 – коэффициент расхода подпиточного клапана в линии поршня и штока гидроцилиндра, 𝑡 – время процесса; 𝑝1 , 𝑝2 – давление в линии поршня и штока гидроцилиндра; 𝑢 - скорость подъема-опускания подбивочных блоков; 𝑐 – номер цикла; 𝑗 – признак фазы цикла; 𝑡𝑧 – время начала цикла. Математическая модель исследовалась методом численного интегрирования системы дифференциальных уравнений при наложенных ограничениях на параметры. Результаты моделирования обрабатывались с помощью пакета Microsoft Excel, реализация расчетной модели была осуществлена с помощью интегрированной в Microsoft Excel возможностью написания программ на языке программирования Visual Basic. Программа для расчета представлена в приложении А. 36 3.3. Результаты моделирования механизма подъема-опускания подбивочного блока В таблице 1 представлены исходные данные для расчета привода опускания и подъема подбивочного блока машины ПМА-1. Машина работает с производительностью 2400 шпал в час, время подбивки составляет 2 с. Результаты моделирования представлены на рисунке 12. Время опускания подбивочного блока составляет расчётные 0,85 с, управление гидроцилиндром опускания подбивочного блока осуществляется с помощью пропорционального дросселирующего гидрораспределителя на который подаётся сигнал треугольной формы (с плавным нарастанием и затуханием) гидравлический распределитель плавно открывается, давление в напорной магистрали возрастает до 12,2 МПа и без возникновения вторичных колебаний снижается до исходного по мере затухания управляющего сигнала. Давление в сливной магистрали поднимается до уровня 8,7 Мпа и снижается до исходного в момент закрытия гидравлического распределителя. Далее следует цикл подбивки, во время которого машина своим ходом подтаскивает раму с подбивочным блоком в сторону исходного положение, по окончании подбойки подбивочный блок, гидравлический распределитель привода подъема и опускания подбивочного блока в момент подбойки находится в среднем положении, все магистрали закрыты. По завершении цикла подбойки аналогичный сигнал управления подается для раскрытия гидравлического распределителя в противоположную направлению потоков сторону. В штатном режиме работа по подъему и опусканию подбивочного блока повторяется в циклическом режиме и может в незначительной степени влиять на производительности машины. 37 Таблица 1 Исходные данные (моделирование работы привода подъема и опускания подбивочного блока) 38 Рисунок 12 – Результаты моделирования привода (работа в штатном режиме) 39 Предлагаемая модель позволяет проанализировать поведения привода при различных производительностях машины, а также времени на подбойку. Дополнительно возможно смоделировать вариант работы привода при снижении времени на опускание привода (допустить вариант повышения производительности машины за счет экономии времени на данной технологической операции), однако данный вариант настройки в значительном числе случаев может привести к возникновению интенсивных вторичных колебаний давления в напорной и сливной магистралях. Одним из потенциальных проблем эксплуатации данного класса машин на железных дорогах является возможная ситуация нарушения расстояния между шпала при их укладке, а как следствие эпюры шпал. Либо потенциальное снижение точности позиционирования привода продольного перемещения подбивочного блока, рассмотренное в работах В.А. Дубровина и А.И. Пушкина. В подобном случае существенно возрастает вероятность попадания подбойки в шпалу, что в свою очередь может привести как к поломки подбойки либо шпалы, так и к более существенным проблемам, таким как выход из строя всего подбивочного блока, его приводов и крепления. В качестве предлагаемого способа дополнительно защитить привод от самой возможности продолжения операции заглубления (опускания) подбоек при нарушении позиционирования либо эпюры шпал предлагается предусмотреть в конструкции и принципиальной гидравлической схеме привода подъема и опускания подбивочного блока дополнительного предохранительных клапанов КП2 и КП3 (рисунок 13) позволяющих фиксировать резкие скачки давления в напорных магистралях гидравлических цилиндров возникающих при попадании подбойки в железобетонную шпалу. В случае фиксации подобных скачков давления на пропорциональные гидравлические распределители Р1 и Р2 на их переключение и оперативный подъем блока. 40 подаются сигналы Рисунок 13 – Модернизированная гидравлическая схема привода подъема и опускания подбивочного блока 41 Рассмотрим моделирования ситуации попадания подбойки в шпалу при предлагаемой конструкции и компоновки привода. В таблице 2 представлены исходные данные для расчета привода опускания и подъема подбивочного блока машины ПМА-1. Машина аналогично первому случаю работает с производительностью 2400 шпал в час, время подбивки составляет 2 с. Время опускания подбивочного блока составляет те же расчётные 0,85 с, однако через 0,3 с происходит попадание подбойки в шпалу, пропорциональный гидравлический распределитель переключается (на графике мы видим продолжение цикла сигнала, однако по факту произошло переключение распределителя). Сигнал раскрытия гидрораспределителя имеет прямоугольных характер (раскрывается сразу и полностью) с целью максимально оперативного переключения с фазы опускания на фазу подъема и фиксации подбивочного блока в исходном положении. По факту данная нештатная ситуация должна привести к остановке работы, вместе с тем конструкций предполагает продолжение работы с пропуском соответствующей фазы цикла и продолжение работы если дальнейшее состояние рельсошпальной решетки это позволяет. Пример подобного продолжения работ мы видим на рисунке 13, где после экстренного переключения и подъема блока спустя 4,85 с цикл работы продолжаются. Дополнительно следует обратить внимание на возникновения вторичных колебаний в магистралях гидравлических цилиндров после экстренного переключения. Колебания носят затухающий характер и в целом не оказывают негативного воздействия на работу машины, дополнительная настройки гидравлического оборудования может снизить их интенсивность. 42 Таблица 2 Исходные данные (моделирование работы привода подъема и опускания подбивочного блока при попадании подбойки в шпалу) 43 Рисунок 13 - Результаты моделирования привода (попадание подбойки в шпалу) 44 Безусловно компьютерное моделирование, показавшее свой высокий уровень сходимости результатов с экспериментальными данными испытания реальной машины на других узлах данной машины требует дополнительных экспериментальных подтверждений точности предложенной модели расчета привода. Также экспериментальной проработке необходимо подвергнуть прилагаемый вариант компоновки гидравлической схемы с использованием дополнительных предохранительных клапанов, данные эксперимент вполне возможно предварительно провести не на реальном полигоне, а в лабораторных условиях, использую различные материалы (дерево либо железобетоне) для различных типов шпал. Проработка подобной модели с точки зрения применения дополнительных датчиков, либо систем технического зрения также позволит применять схожий алгоритм срабатывания экстренного подъема блоков, однако условия эксплуатации машины затрудняют внедрение подобных систем в настоящий момент времени. Выводы по главе Предлагаемая модернизация привода подъема и опускания подбивочных блоков и проведенное компьютерное моделирование привода для примера внештатной ситуации позволяет сделать вывод о ее практической значимости, а также не требует серьезной и дорогостоящей модернизации всей машины благодаря уже применяемым в штатной комплектации машины оборудованием, позволяющим осуществлять электронное управление процессом открытия и закрытия гидравлических распределителей, а также формированием сигнала данного раскрытия. 45 Заключение В ходе проведенной работы по достижении поставленной цели были проанализированы основные конструкции современных выправочно- подбивочных машин с выделением конструкции отечественной машины ПМА-1 как наиболее удачную с точки зрения сочетания целого ряда технических параметров и характеристик. Анализ принципиальной гидравлической схемы машины позволили сделать выводы о возможности применения дополнительного гидравлического оборудования для решения поставленной задачи. Составленная математическая модель привода, а также ее реализация с помощью программных продуктом Visual Basic и Microsoft Excel позволило проанализировать работу привода в штатном режиме, а также аварийном режимах. Предлагаемая модернизация подбивочного блока циклического действия дополнительных привода подъема выправочно-подбивочной ПМА-1 включающая предохранительных клапанов и машины в опускания непрерывно- себя позволяет установку достичь поставленной цели снижения вероятности возникновения аварийной ситуации на этапе опускания подбивочного блока по причине попадания подбойки в шпалу. Предлагаемая модернизация требует дополнительных натурных экспериментов с целью подтверждения точности работы предлагаемой компьютерной модели, а также подбора точных значений настройки гидравлического оборудования. 46 Список литературы 1 Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года. – М., 2014. 2 Ковальский, В.Ф. Выправочно-подбивочная машина-автомат ПМА- 1 «АРИАДНА»: учебное пособие / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин, А.И. Пушкин – М.: МИИТ, 2007. – 176 с. 3 Свешников, В.К. Станочные гидроприводы. Справочник, 3-е изд., перераб. и доп. / В.К. Свешников – М.: Машиностроение, 1995. – 448 с. 4 Трифонов, О.Н. Приводы автоматизированного оборудования / О.Н. Трифонов, В.И. Иванов, Г.О. Трифонова – М.: Машиностроение, 1991. – 336 с. 5 Навроцкий, В.К. Энергосбережение в объёмных дизельных гидроприводах машин / В.К. Навроцкий – М.: Изд-во «Станкин», 2000. – 229 с. 6 Патент на изобретение № 2237122 RU «Выправочно-подбивочная машина». 7 Ковальский, В.Ф. динамических параметров Системный анализ и синтез статических и гидрообъемного привода скребковой цепи щебнеочистительных машин: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.05.02 / Ковальский Виктор Федорович. – М., 2005. – 17 с. 8 Дубровин, В.А. Анализ и синтез структуры и параметров гидрообъемных приводов выправочно-подбивочных машин нового поколения: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.05.02 / Дубровин Вячеслав Анатольевич. – М., 2005. – 24 с. 9 Ковальский, В.Ф. Расчёт параметров гидравлического привода поступательного действия на ПВЭМ: методические указания к курсовому и дипломному проектированию / В.Ф. Ковальский, Ю.П. Майоров, В.А. Дубровин, Е.И. Грунин. – М.: МИИТ, 2002. – 50 с. 10 Ковальский, В.Ф. Методика и расчет параметров привода продольного перемещения подбивочных блоков путевой машины-автомата 47 ПМА-1 / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Вестник МИИТа. – 2007. №3. – С. 10-18. 11 Ковальский, В.Ф. Рациональность параметров – залог надежности / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Мир Транспорта. – 2007. – № 3. – С. 26-31. 12 Ковальский, В.Ф. Научные подходы к системе автоматизированного проектирования путевых машин нового поколения / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Труды научно-технической конференции с международным участием в связи с 75-летием ПТКБ ЦП ОАО «РЖД». – М., 2007. – С. 160-162. 13 Ковальский, В.Ф. Экспериментальная оценка режимов работы приводов железнодорожно-строительной машины-автомата ПМА-1 / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Механизация строительства. – 2007. – № 11. – С. 8-13. 14 Ковальский, В.Ф. Динамика привода механизмов перемещения путевой машины / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин // Мир транспорта. – 2006. – № 2. – С. 40-45. 15 Ковальский, В.Ф. Совершенствование структуры и параметров гидроприводов путевой машины-автомата ПМА-1 / В.Ф. Ковальский, В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Труды восьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».: М.,2007. – С.VI-24-VI-25. 16 Соломонов, С.А. Путевые машины: учебник / С.А. Соломонов, М.В. Попович, В.М. Бугаенко; под общ. ред. С.А. Соломонова. – М.: Желдориздат, 2000. – 756 с. 17 Franz Plasser Bahnbaumaschinen-industriegesellschaft M.B.H. Patentschrift R. Osterreich № AT404744B «Stopfaggregat», Ausgabetag 25.02.1999, Wien. 18 Пушкин, А.И. Повышение эффективности подбивочных систем / А.И. Пушкин // Путь и путевое хозяйство. – 2009. – №8. – С. 10-12. 48 19 Дубровин, В.А. Методика и расчет параметров привода продольного перемещения подбивочного блока на стадии проектирования путевой машины ПМА-1 / В.А. Дубровин, Д.В. Васильев, В.Ф. Ковальский // Труды седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».: М., 2006. – С. III-2-III-6. 20 Дубровин, В.А. О повышении производительности машины ПМА-1 / В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Путь и путевое хозяйство. – 2007. – № 4. с. 3132. 21 Дубровин, В.А. Совершенствование структуры и параметров приводов железнодорожно-строительной машины ПМА-1 / В.А. Дубровин // Транспортное строительство. – 2007. – №11. – с. 23 – 24. 22 Дубровин, В.А. Исследование динамики системы управления гидропривода подвижной рамы подбивочного блока в системе VISUAL SIMULATOR / В.А. Дубровин, П.А. Сорокин // Известия тульского государственного университета. Технические науки. Выпуск 2. – 2008. – с. 43-50. 23 Дубровин, В.А. Методика оценки структуры и динамических параметров привода подвижной рамы подбивочного блока путевой машины ПМА-1 / В.А. Дубровин, Д.В. Васильев, В.Ф. Ковальский // Труды седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» – М., 2006. – С. III-22-III-26. 24 Ковальский, В.Ф. Новый подход к структуре гидрообъемного привода выправочно-подбивочных машин непрерывно-циклического действия / В.Ф. Ковальский, А.И. Пушкин // Путь и путевое хозяйство. – 2013. – №7. – С. 30-32. 25 Пушкин, А.И. Своевременная и качественная выправка и подбивка пути – основа безопасного движения поездов / А.И. Пушкин, В.Ф. Ковальский // Тр. IX Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». – 2008. – С. X-1-X-2. 49 26 Пушкин, А.И. Моделирование статодинамических параметров привода перемещения подвижной рамы выправочно-подбивочных машин / А.И. Пушкин, В.Ф. Ковальский // Механизация строительства. – 2013. – №8. – С. 1417. 27 Васильев, Д.В. Экспериментальные исследования режимов нагружения приводов путевой машины ПМА-1 / Д.В. Васильев // Вестник МИИТа, 2007. – №3. – С. 19-26. 28 Дубровин, В.А. Анализ эксплуатационных режимов работы путевой машины-автомата ПМА-1 / В.А. Дубровин // Труды восьмой научнопрактической конференции «Безопасность движения поездов».: М. 2007., – С. VI23. 29 Дубровин, В.А. Результаты инструментальных измерений режимов нагружения гидроприводов подвижной рамы и перемещения путевой машины ПМА-1 / В.А. Дубровин, Е.И. Грунин, В.Ф. Ковальский, Ю.П. Майоров // Труды шестой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».: М., 2005. – С. Х-5-Х-6. 30 Ковальский, В.Ф. Моделирование привода рамы ПМА-1 / В.Ф. Ковальский, А.И. Пушкин // Мир транспорта. – 2013. – №2. – С. 42-47. 31 Дубровин, В.А. Структура и параметры гидропривода механизма продольного перемещения подбивочных блоков путевой машины-автомата ПМА-1 / В.А. Дубровин, Д.В. Васильев // Тяжелое машиностроение. – 2007. – №9. с. 34-36. 32 Дубровин, В.А. Основы алгоритма оценки параметров системы управления непрерывной и циклической скоростями путевой машины ПМА-1 / В.А. Дубровин, Е.И. Грунин, В.Ф. Ковальский, Ю.П. Майоров // Труды шестой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».: М., 2005. – с. Х-4 – Х-5. 33 Рекламные проспекты фирмы «Plasser & Theurer». 50 34 Гапеенко, Ю.В. Состояние щебня и средний ремонт [текст]/ Ю.В. Гапеенко // Путь и путевое хозяйство. – 2000. – №4. – С.29-32. 35 Кудрявцев, Е.М. Системы автоматизированного проектирования: учебник / Е.М. Кудрявцев. – М.: АСВ, 2013. – 382 с. 36 Кудрявцев, Е.М. Основы автоматизированного проектирования: учебник для вузов / Е.М. Кудрявцев. – М.: Академия, 2013. – 304 с. 37 Мусияченко, Е.В. Расчет и проектирование машин непрерывного транспорта: учебник для вузов / Е.В. Мусияченко. – Красноярск, ИПК СФУ, 2009. –234 с. 38 Попович, М.В. Путевые машины: учебник/ М.В. Попович, В.М. Бугаенко, Б.Г. Волковойнов и др.: под общ. ред. М.В. Попович, В.М. Бугаенко. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. – 820 с. 39 Щербаченко, В.И. Механизация путевых и строительных работ: учебник / В.И. Щербаченко. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. – 425 с. 40 Баловнев, В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин/ В. И. Баловнев. – М.: Машиностроение, 1994. – 431 с. 41 Гапеенко, Ю.В. Как щебень воспринимает поездную нагрузку / Ю.В. Гапеенко // Путь и путевое хозяйство. – 2000. –№12. – С. 8-10. 42 Универсальная путевая машина УПМ-1. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. – М., 1990 – 146 с. 43 Китани, М.Г. Определение параметров ассиметричных планетарных вибровозбудителей для дорожных катков / М.Г. Китани – М.: МАДИ, 1995 – 260 с. 44 Иванов, Г.М.Проектирование гидравлических систем машин. Учеб. пособие / Г.М Иванов, С.Е. Ермаков, Б.Л. Коробочкин и др.; Под ред. Г.М. Иванова. – М.: Машиностроение, 1992. – 224 с. 51 45 Куликов, И.Л. Компьютерное моделирование динамики механизма продольного перемещения рамы подбивочного блока выправочно-подбивочнорихтовочных машин непрерывно-циклического действия / И.Л. Куликов, А.И. Пушкин // Одиннадцатая Московская межвузовская научно-техническая конференция студентов и молодых ученых "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы" (тезисы докладов). – М.: МИИТ, 2007 – С. 76-77. 46 Пушкин, А.И. Расчет статических параметров привода перемещения подвижной рамы ПМА-1 / А.И. Пушкин, В.Ф. Ковальский // Тр. XIII Научнопрактической конференции «Безопасность движения поездов». – 2012. – С. III23. 47 Пушкин, А.И. Комплексное компьютерное моделирование гидравлического привода перемещения подбивочного блока выправочноподбивочных машин напрерывно-циклического действия и системы его управления в среде Simulink на примере машины ПМА-1 / А.И. Пушкин // XII Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы" Материалы конференции. – М.: МГСУ, 2008. – С.154-156. 48 Пушкин, А.И. Пути повышения эффективности работы современных систем подбивки железнодорожного пути / А.И. Пушкин // XIII Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы" Материалы конференции. – М.: МАДИ (ГТУ), 2009. – С. 217-219. 49 Пушкин, А.И. Модернизация параметров привода и системы управления подвижной рамы путевой машины ПМА-1 / А.И. Пушкин // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Материалы XIV Московской международной 52 межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – С. 177-178. 50 Иванов, М.Н. Детали машин: учебник для вузов. 7-е изд. перераб. и доп. / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. – М.: Высшая школа, 2002. – 408 с. 51 Иванов, В.И. Гидравлика: учебник. В 2 т. т.2 Гидравлические машины и приводы / В.И. Иванов, И.И. Сазанов, А.Г. Схиртладзе, Г.О. Трифонова. – М.: Академия, 2012. – 284 с. 52 Артемьева, Т.В. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы в примерах решения задач: учебное пособие / Т.В. Артемьева, Т.М. Лысенко, А.Н. Румянцева, С.П. Стесин: под общ. ред. С.П. Стесина. – М.: Академия, 2013. – 208 с. 53 Гринчар, Н.Г. Надежность гидроприводов строительных, путевых и подъемно – транспортных машин: учебное пособие / Н.Г. Гринчар. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. – 301 с. 54 Лепешкин, А.В. Гидравлические и пневматические системы: учебник / А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин; под ред. Ю.А. Беленкова. – М.: Академия, 2013. – 331 с. 55 Гренко Л.П., Исаев Ю.М. Гидродинамические и гидрообъемные передачи в трансмиссиях транспортных средств / Л.П. Гренко, Ю.М. Исаев. – СПб. – 2000. – 265 с. 56 Навроцкий, К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов: Учеб. / К.Л. Навроцкий. – М.: Машиностроение, 1991. – 384 с. 57 Кулагин, А.В. Основы теории и конструирования объёмных гидропередач / А.В. Кулагин, Ю.С. Демидов, В.Н. Прокофьев и др. – М.: Высшая школа, 1968. – 400 с. 58 Башта, Т.М. Объемные гидравлические приводы / Т.М. Башта, И.З. Зайченко, В.В. Ермаков, Е.М. Хаймович. – М.: Машиностроение, 1969. – 628 с. 53 59 Соломонов, С.А. Путевые машины: учебник для вузов ж-д транспорта / С.А. Соломонов, М.В. Попович, Б.Н. Стефанов; под общ. ред. С.А. Соломонова. – М.: Транспорт, 1985. – 385 с. 60 Кисточкин, Е.С. Объемные гидромеханические передачи: Расчет и конструирование / Е.С. Кисточкин, О.М. Бабаев, Л.Н. Игнатьев. – Л.: Машиностроение, 1987. – 256 с. 54 Приложение А Программный код Visual Basic расчета модели привода подъема и опускания подбивочного блока машины ПМА-1 Option Explicit Dim n, j, ii, NN, s, SS As Integer Dim H, V, t As Double Dim A_1, A_2, E_1, E_2, Q_1, Q_2, Kf, E1, E2, hub As Double Dim pkl, ppl, f_, massa1, fp, fs, Ez, Tz, Tf As Double Dim t_1, t_2, t_3, t_4, t_5, Kp, Ks, xx, pklt, kklt, Qklt, Kfp1, Qp1, Kfp2, Qp2 As Double Dim pkln, kkln, Qkln As Double Dim Pon, Von, E_n, Pkn, Kpn, V_nasos, X_nasos, Ak, Bk As Double Dim Pos, Vos, E_s, Pks, Kps, V_motor, Q_np, massa3, M_n1, Pkp, Kkp As Double Dim Ron, Rom, f_n, n_en, n_em, Ar, Br, I_n, lamda_r, lamda_k, Bz, f_m, i_r, i_rw, R_k As Double Dim A_1, A_2, E_1, E_2, Q_1, Q_2, Kf, E1, E2, hub As Double Dim Ts, Sila, M_p, M_ As Double Dim En, Es, Qkn, Qks, Qkp, Q_n, P_n, V_np, X_n, uk, G, max As Double Dim zeit, step, min As Double Dim iii, su As Integer Dim X(), k(), F(), W(), A() Private Sub CommandButton1_Click() n = Worksheets("I1").Range("SIZE") ReDim X(n), k(n), F(n), W(n), A(n) A_1 = Worksheets("I1").Range("A_1").Value A_2 = Worksheets("I1").Range("A_2").Value E_1 = Worksheets("I1").Range("e_1").Value 55 E_2 = Worksheets("I1").Range("e_2").Value Kf = Worksheets("I1").Range("Kf").Value pkl = Worksheets("I1").Range("pkl").Value f_ = Worksheets("I1").Range("f_").Value massa1 = Worksheets("I1").Range("massa1").Value Ez = Worksheets("I1").Range("Ez").Value t_1 = Worksheets("I1").Range("t_1").Value t_2 = Worksheets("I1").Range("t_2").Value t_3 = Worksheets("I1").Range("t_3").Value t_4 = Worksheets("I1").Range("t_4").Value t_5 = Worksheets("I1").Range("t_5").Value min = Worksheets("I1").Range("min").Value max = Worksheets("I1").Range("max").Value fp = Worksheets("I1").Range("fp").Value fs = Worksheets("I1").Range("fs").Value ppl = Worksheets("I1").Range("ppl").Value hub = Worksheets("I1").Range("hub").Value pklt = Worksheets("I1").Range("pklt").Value kklt = Worksheets("I1").Range("kklt").Value pkln = Worksheets("I1").Range("pkln").Value kkln = Worksheets("I1").Range("kkln").Value Kfp1 = Worksheets("I1").Range("Kfp1").Value Kfp2 = Worksheets("I1").Range("Kfp2").Value step = Worksheets("I1").Range("step").Value Pon = Worksheets("I2").Range("Pon").Value Von = Worksheets("I2").Range("Von").Value E_n = Worksheets("I2").Range("E_n").Value Pkn = Worksheets("I2").Range("Pkn").Value Kpn = Worksheets("I2").Range("Kpn").Value 56 V_nasos = Worksheets("I2").Range("V_nasos").Value X_nasos = Worksheets("I2").Range("X_nasos").Value t_1 = Worksheets("I1").Range("t_1").Value t_2 = Worksheets("I1").Range("t_2").Value t_3 = Worksheets("I1").Range("t_3").Value t_4 = Worksheets("I1").Range("t_4").Value t_5 = Worksheets("I1").Range("t_5").Value ppl = Worksheets("I1").Range("ppl").Value hub = Worksheets("I1").Range("hub").Value pklt = Worksheets("I1").Range("pklt").Value kklt = Worksheets("I1").Range("kklt").Value pkln = Worksheets("I1").Range("pkln").Value kkln = Worksheets("I1").Range("kkln").Value iii = 0 su = 1 Globa End Sub Private Sub Globa() H = Worksheets("I1").Range("Q").Value / Worksheets("I1").Range("R_").Value 'шаг расчета t = Worksheets("I1").Cells(55, 5).Value Worksheets("z").Cells(4, 1).Value = t For j = 1 To n W(j) = Worksheets("I1").Cells(j + 55, 5).Value X(j) = W(j) Worksheets("z").Cells(4, j + 1).Value = X(j) Next j NN = Worksheets("I1").Range("R_").Value SS = Worksheets("I1").Range("D_").Value 57 H = H / SS For ii = 1 To NN For s = 1 To SS Sub_global For j = 1 To n V = H * F(j) k(j) = V X(j) = W(j) + V / 2 Next j t=t+H/2 Sub_global For j = 1 To n V = H * F(j) k(j) = k(j) + 2 * V X(j) = W(j) + V / 2 Next j Sub_global For j = 1 To n V = H * F(j) k(j) = k(j) + 2 * V X(j) = W(j) + V Next j t=t+H/2 Sub_global For j = 1 To n X(j) = (W(j) + (k(j) + H * F(j)) / 6) * A(j) W(j) = X(j) Next j Next s 58 Worksheets("z").Cells(ii + 4, 1).Value = t For j = 1 To n Worksheets("z").Cells(ii + 4, j + 1).Value = W(j) Next j Worksheets("z").Cells(ii + 4, n + 2).Value = xx Worksheets("z").Cells(ii + 4, n + 3).Value = Sila Worksheets("z").Cells(ii + 4, n + 4).Value = G t_1 = Worksheets("I1").Range("t_1").Value t_2 = Worksheets("I1").Range("t_2").Value t_3 = Worksheets("I1").Range("t_3").Value t_4 = Worksheets("I1").Range("t_4").Value t_5 = Worksheets("I1").Range("t_5").Value ppl = Worksheets("I1").Range("ppl").Value hub = Worksheets("I1").Range("hub").Value pklt = Worksheets("I1").Range("pklt").Value kklt = Worksheets("I1").Range("kklt").Value pkln = Worksheets("I1").Range("pkln").Value kkln = Worksheets("I1").Range("kkln").Value Next ii End Sub 'Globa Private Sub Sub_global() ' Формирование управляющего сигнала, управление по подъему-опусканию рамы на шаг step Kp = max / (t_2 - t_1) Ks = (max - min) / (t_4 - t_3) If X(4) >= step * su Then no If (X(4) - X(9)) <= 0 Then yes If t <= t_1 Then xx = 0 If t >= t_1 + zeit And t <= t_2 + zeit Then xx = Kp * (t - t_1 - zeit) 59 If t > t_2 + zeit And t <= t_3 + zeit Then xx = max If t > t_3 + zeit And t <= t_4 + zeit Then xx = max - Ks * (t - t_3 - zeit) If t > t_4 + zeit And t <= t_5 + zeit Then xx = min If t > t_5 + zeit Then xx = 0 ' Расход через дроссель на напорной линии If pkl > X(1) Then Q_1 = Kf * xx * Sqr(pkl - X(1)) If pkl < X(1) Then Q_1 = -Kf * xx * Sqr(X(1) - pkl) If pkl = X(1) Then Q_1 = 0 ' Расход подпиточного клапана поршневой полости If X(1) < ppl Then Qp1 = Kfp1 * (ppl - X(1)) ^ 0.5 Else Qp1 = 0 ' Податливость напорной линии, включая податливость жидкости в поршневой полости цилиндра If X(1) >= 0 Then E1 = E_1 + A_1 * (X(4) - X(9)) / Ez Else E1 = (E_1 + A_1 * (X(4) - X(9)) / Ez) * 1000 ' Напорный предохранительный клапан в поршневой линии If X(1) > pkln Then Qkln = (X(1) - pkln * A(1)) * kkln Else Qkln = 0 ' Уравнение расходов в напорной линии F(1) = (Q_1 + Qp1 - Qkln - A_1 * (X(3) - X(8))) / E1 ' Расход через дроссель в сливной линии If X(2) > ppl Then Q_2 = Kf * xx * Sqr(X(2) - ppl) If X(2) < ppl Then Q_2 = -Kf * xx * Sqr(ppl - X(2)) If X(2) = ppl Then Q_2 = 0 ' Податливость сливной линии, включая податливость жидкости в штоковой полости цилиндра If X(2) >= 0 Then E2 = E_2 + A_2 * (hub - X(4) + X(9)) / Ez Else E2 = (E_2 + A_2 * (hub - X(4) + X(9)) / Ez) * 1000 ' Расход подпиточного клапана штоковой полости If X(2) < ppl Then Qp2 = Kfp2 * (ppl - X(2)) ^ 0.5 Else Qp2 = 0 ' Тормозной предохранительный клапан в штоковой линии 60 If X(2) > pklt Then Qklt = (X(2) - pklt * A(2)) * kklt Else Qklt = 0 ' Уравнение расходов в сливной линии F(2) = (A_2 * (X(3) - X(8)) + Qp2 - Qklt - Q_2) / E2 ' Теоретическое усилие, развиваемое цилиндром Tz = A_1 * X(1) - A_2 * X(2) ' Сила трения в манжетах цилиндра Tf = fp * (X(1) + 300000) + fp * (X(2) + 300000) + fs * (X(2) + 300000) ' Усилие цилиндра при опускании If (X(3) - X(8)) > 0 Then Sila = Tz - Tf - f_ * (X(3) - X(8)) ' Усилие цилиндра при подъеме If (X(3) - X(8)) < 0 Then Sila = Tz + Tf - f_ * (X(3) - X(8)) ' Усилие цилиндра при остановке рамы If (X(3) - X(8)) = 0 And Abs(Tz) <= Tf Then Sila = 0 ' Уравнение движения рамы F(3) = Sila / massa1 * A(3) ' Уравнение перемещения подвижной рамы F(4) = X(3) * A(4) '-------------------------------------------------------------------------------------------If X(5) >= X(7) Then plus Else minus распределителя насоса End Sub 61 'Переключение гидроуправляемого
