Укладочный кран является единицей ССПС, поэтому проводятся типовые расчеты по оценке его устойчивости против опрокидывания и схода с рельсов в рабочем и транспортном режимах. Рассмотрим продольную устойчивость укладочного крана при выполнении операций по укладке звеньев в путь. В этом случае необходимо оценить коэффициенты его грузовой устойчивости при действии всех нагрузок, включая силы инерции, ветровое давление, и при опрокидывающем воздействии только звена с траверсой, а также коэффициент собственной устойчивости при смещении траверсы назад. Коэффициент грузовой устойчивости при действии инерционных и ветровых нагрузок (рис. 8.9):
(8.23)
где M уд1 – удерживающий момент относительно расчетного ребра опрокидывания в шкворневом сечении 1, кНм; S M ин, S M в – моменты, вызванные неблагоприятным сочетанием сил инерции и сил ветрового давления на торец крана, кНм; M оп1 – опрокидывающий момент, вызванный весом звена и траверсы, перемещенных на передний конец стрелы относительно шкворневого сечения 1.
По правилам Госгортехнадзора необходимо определять коэффициент грузовой устойчивости без учета инерционных нагрузок, сил давления ветра и уклона пути:
(8.24)
Коэффициент собственной устойчивости
(8.25)
где M уд1 – удерживающий момент относительно расчетного ребра опрокидывания в шкворневом сечении 2, кНм; M оп2 – опрокидывающий момент, вызванный весом траверсы, перемещенной на задний конец стрелы относительно шкворневого сечения 2, уклон пути и давление ветровой нагрузки направлены в сторону опрокидывания.
Удерживающий момент относительно ребра опрокидывания 1, кНм:
(8.26)
где G пл, G пс, G хт, G с и G пв – веса: корпуса платформы с размещенным на ней оборудованием, одной пары портальных стоек с каретками, ходовой тележки, стрелы и системы противовеса, кН; e, d и f – расстояния: между шкворневым узлом 1 и осью портальных стоек, центром масс стрелы и осью портальных стоек и между шкворневым узлом 1 и центром масс системы противовесов, м.
Опрокидывающий момент, возникающий при торможении грузовых тележек, траверсы и звена при максимальном подъеме в конце хода по стреле, кНм:
(8.27)
где Q гт, Q тр и Q зв – силы инерции: грузовой тележки, траверсы и звена, кН; g, h и k – плечи сил инерции грузовой тележки, траверсы и звена относительно уровня расположения шкворневых узлов 1 и 2, м.
Силы инерции, кН:
(8.28)
где mгт, mтр, mзв – массы грузовой тележки, траверсы и звена, кг; j – замедление (отрицательное ускорение торможения), м/с2. В среднем j = 2,0 – 2,3 м/с2.
Опрокидывающий момент, вызванный действием ветровой нагрузки на торец крана, звена и траверсы, кН/м:
(8.29)
где P в= р в F к – суммарное ветровое давление на торец крана, звена и траверсы, кН, получается путем умножения удельного давления ветровой нагрузки р в=(0,5 – 0,7) кН/м2 по ГОСТ 1451-77 на суммарную подветренную площадь F к, м2; m – высота расположения метацентра парусности относительно уровня расположения шкворневых узлов 1 и 2, м.
Положение метацентра парусности определяется из уравнений статических моментов составляющих площадей. В случае, если не требуется повышенная точность расчета, можно принимать m = 2,20 – 2,40 м.
Полученные значения величин моментов подставляются в (8.23) и (8.24). Аналогичный подход применяется и для вычисления коэффициента собственной устойчивости укладочного крана.
На ранних стадиях разработки новых конструкций укладочного крана оценка масс элементов производится по укрупненным показателям, а при модернизации необходимо использовать рабочую конструкторскую документацию.
8. 2. 5. Тяговый расчёт укладочного крана
Тяговый расчет укладочного крана выполняется по методике, приведенной в п. 2.8. Более точные значения сопротивлений движению и тяговые характеристики определяются в результате тяговых динамометрических испытаний единицы ССПС. Значения удельных основных сопротивлений движению приведены на рис. 8.10.
Во время работы укладочный кран обеспечивает движение головной части с размещенными на ней звеньями пакета. Перемещения звена и пакета по его платформе приводят к оперативным изменениям сцепного веса и перераспределению нагрузок между колесными парами передней и задней тележки. При вывешивании звена на передней консоли стрелы и отсутствии пакета звеньев на платформе задняя тележка разгружается, поэтому при разгоне головной части укладочного поезда возможно буксование ее ведущих колесных пар.
При работе крана один дизель-электрический агрегат обеспечивает подачу энергии на тяговые электродвигатели, а другой – на крановое оборудование. Ведущими являются две крайние колесные пары каждой тележки. Привод колесных пар индивидуальный, что исключает кинематическую синхронизацию вращения. Электрооборудование моторной платформы в зависимости от веса прицепной нагрузки и режимов работы допускает следующие варианты включения 4-х тяговых электродвигателей: а) последовательное соединение двух (или четырех) тяговых двигателей от одного генератора; б) параллельное соединение двух тяговых двигателей от одного; в) параллельно-последовательное соединение четырех тяговых двигателей от одного генератора. Изменение режимов работы тяговых двигателей выполняется переключением универсальными переключателями, а подключение двигателей магнитными контакторами с дугогасителями. При трогании крана с места тяговые электродвигатели включаются последовательно, обеспечивая постоянство тока I дв (рис. 8.11, а) через всю электрическую цепь. В случае начала буксования одной из колесных пар частота вращения якоря её тягового двигателя увеличивается, что приводит к уменьшению его внутреннего электрического сопротивления и возрастанию тока в цепи. Возрастание тока позволяет несколько увеличить крутящие моменты, развиваемые другими тяговыми электродвигателями, поэтому в ряде случаев имеет место частичная компенсация падения силы тяги вследствие буксования одной или двух колесных пар и их буксование прекращается, как только состав начинает двигаться.
Параллельно-последовательное включение тяговых электродвигателей (рис.8.11, б) позволяет увеличить напряжение на обмотках всех электродвигателей и в большей степени реализовать возможность передать им большую мощность от генератора. Такое переключение производится после предварительного начала движения, когда вероятность буксования менее нагруженных колесных пар минимальна. В случае начала буксования колесной пары возрастает ток, например I дв2, по ветви её электродвигателя вследствие уменьшения внутреннего сопротивления, происходит частичное падение напряжения в цепи и уменьшение тока I дв1 в параллельной цепи электродвигателей нагруженной тележки. Общая касательная сила тяги крана падает.
Для работы крана в режиме транспортного передвижения или при производстве маневров на базе электродвигатели каждой тележки подключается к одному дизель-электрическому агрегату. В начале движения они подключаются последовательно (рис.8.11, а), а затем – параллельно. Несмотря на перераспределение нагрузок между передней и задней тележками, сцепной вес укладочного крана реализуется полностью.
Касательная сила тяги по условию сцепления колесных пар с рельсами, развиваемая укладочным краном в рабочем режиме, кН:
(8.30)
где Yсц – коэффициент сцепления колеса и рельса (см. п. 2.8); Pсц1, Pсц2 – нагрузки на ось колесных пар наиболее и наименее нагруженных тяговых тележек кН. Вприближенном расчете можно принимать нагрузку P сц на ось колесной пары по наименее нагруженной тележке, тогда касательная сила тяги крана по условию сцепления:
(8.31)
В расчетах, требующих повышенной точности, тяговые характеристики укладочного крана вычисляются с учетом электромеханических характеристик тяговых электродвигателей и генераторов и характеристик дизелей.
8.2.6. Моторная платформа МПД-2
Моторная платформа МПД-2 (рис. 8.12) в составе укладочного поезда служит в качестве тяговой подвижной единицы для промежуточной и основной частей состава, в случае, если их вес относительно небольшой, и для передвижения по фронту работ не обязательно использовать тепловоз. Коме того, она используется для перетягивания пакетов звеньев вдоль состава и для маневровых работ на производственных базах при формировании разборочного и укладочного поездов. Экипажная часть моторной платформы состоит из рамы 9, которая опирается на две тяговые тележки 8 с приводными колесными парами. Платформа имеет тормозную систему, питаемую компрессором 2, автосцепки 7 с поглощающим аппаратом и необходимые устройства сигнализации и освещения фронта работ. В отсеках под полом платформы смонтированы два дизель-электрических агрегата постоянного тока, включающих дизель 4 с водяным и масляным радиаторами 3, который через муфту соединяется с генератором постоянного тока 5. Дизель и генератор унифицированы с укладочным краном.
Управление рабочими процессами, передвижением платформы и дизелями производится из кабины управления 11. В рабочем положении кабина поднимается гидроцилиндрами на 2300 мм для пропуска перетягиваемых пакетов звеньев. Гидроцилиндры расположены в портальных стойках 1. Пакет звеньев перемещается по роликовому транспортеру 6 с помощью одной из лебедок 10. грузоподъемность платформы при работе составляет 60 т. При следовании укладочного поезда на перегон запрещается транспортировка пакетов звеньев на моторных платформах.
В путевом хозяйстве эксплуатируются моторные платформы МПД, которые по своей конструкции унифицированы с моторными платформами укладочного крана, но имею двухосные ходовые тележки с приводными колесными парами.
