Спецавтомобиль на комбинированном пневмо-рельсовом ходу для ремонта контактной сети трамваев

Заявляемая полезная модель относится к области специальных транспортных средств, приспособленных для передвижения по автомобильным дорогам общего пользования и рельсам, а также оснащенных навесным технологическим оборудованием различного производственного назначения (подъемные устройства и пр.)
Для обеспечения эксплуатации трамваев используются специальные автомобили - технологические машины на комбинированном пневморельсовом ходу (в дальнейшем - машины на КХ) для ремонта и обслуживания контактной сети трамваем, а также очистки трамвайных путей и пр. Как правило, данный вид техники используется на участках трамвайных путей с открытой рельсошпальной решеткой, предназначенных для скоростного движения трамваев.
Машины на КХ со смонтированным на них технологическим оборудованием позволяют осуществлять движение как по автомобильным дорогам общего пользования, так и по трамвайным рельсам, для чего автомобильное шасси оснащается комплексом оборудования рельсового хода, включающим специальные адаптеры с рельсовыми колесами и системы обеспечивающие безопасное движение по рельсам.
Примером данной техники может служить «Машина технической помощи неисправным и аварийным трамваям», патент на полезную модель №144770, приоритет от «07» апреля 2014 г. (патентообладатель - ООО «Научно-производственная компания «РАНКО», САЗ с.р.о. (CZ)).
Из серийно выпускаемой техники в РФ и Европе наиболее близкими к заявляемой полезной модели являются аварийно-технические машины на комбинированном пневморельсовом ходу, оборудованные подъемником для ремонта контактной сети трамваев, в частности: модель АТМ-0,5/7 (изготовитель - ООО «Научно-производственная компания «РАНКО», сайт http://www.ranko.ru) или двухдорожный автомобиль модель MAZDUO-NP (фирма «SAZ» Чехия, сайт http://www.SAZ.CZ).
Вышеперечисленные машины рассматриваются в качестве прототипа заявляемой полезной модели. В указанных машинах применена фрикционная схема привода для движения по рельсам, заключающаяся в том, что движение по рельсам осуществляется за счет фрикционного контакта приводных колес автомобильного шасси с головками рельсов трамвайных путей. Данное техническое решение обеспечивает большее тяговое усилие и лучшие тормозные характеристики машины за счет повышенного коэффициента трения автомобильного колеса по рельсу против варианта -приводное металлическое колесо по рельсу, применяемого в других типах приводов.
Оборудование рельсового хода, используемое в прототипах машин, включает в себя следующие узлы и системы:
- передний и задний гидроприводные адаптеры с рельсовыми колесами перемещаемые гидроцилиндрами из транспортного положения в рабочее, для езды по трамвайным рельсам;
- гидравлическая система для управления гидроприводными механизмами;
- система контроля и управления оборудованием рельсового хода;
- система торможения рельсовыми колесами адаптеров;
- система упругой подвески рельсовых колес, обеспечивающая смягчение ударов при прохождении стыков стрелок и пересечений рельсов трамвайного пути, а также осуществляющая постоянное прижатие колес заднего адаптера к головкам рельсов;
- система фиксации передней оси автомобиля.
Как известно, при использовании фрикционной схемы привода машины на КХ, при движении по рельсам машина, как правило, имеет три опорных элемента: I - тележка переднего адаптера; II - тележка заднего адаптера; III - приводная ось автомобильного шасси.
При этом II и III элементы работают в тандеме с возможностью перераспределения между ними воспринимаемой нагрузки от веса машины.
Нагрузка от веса автомобильного шасси и веса навесного оборудования, как правило, распределяется поровну на передний адаптер -1/2 веса и 1/2 веса на работающие в тандеме задний адаптер и задние приводные колеса шасси. При этом, согласно рекомендациям Европейского стандарта EN15746-1:2010, нагрузка приходящаяся на колеса заднего адаптера должна находиться в диапазоне 22-29% от нагрузки приходящейся на приводные колеса шасси, в зависимости от общего веса транспортного средства (меньшее значение относится к машинам большего веса).
При прохождении сложных участков трамвайных путей (малые радиусы, поперечный уклон, пересечения) рекомендуется увеличивать долю нагрузки, приходящуюся на колеса заднего адаптера во избежание схода с рельс, для чего конструкция машины на КХ должна иметь возможность регулирования величины усилия прижатия колес заднего адаптера к рельсам.
В процессе эксплуатации машин на КХ могут возникать нештатные ситуации на участках трамвайный путей с пешеходными переходами или транспортными переездами, которые могут приводить к «отрыву» рельсовых колес заднего адаптера от рельсов.
Справочно: согласно СП84.13330.2016. Свод правил. Трамвайные пути. Утвержденных Приказом №394/пр Минстроя России от 05.07.2018 г. п. 79 «Асфальтобетонные покрытия внутри колеи укладываются в одном уровне с губками рельсов, а с наружной стороны колеи на 8 мм ниже головки рельса при допускаемых отклонениях уровня дорожного покрытия относительно головки рельсов от проектных размеров составляет до +5 мм».
Отрыв рельсовых колес может происходить в случае возвышения полотна дороги или перехода над трамвайными рельсами при несоблюдении установленных строительных нормативов организации пересечений дорог и переходов с транспортными путями, а также в зимних условиях за счет обледенения и снежного покрова на дороге или переходе. Вызвано это следующим. Приводные задние колеса автомобильного шасси, движущиеся по рельсам, могут одновременно наехать на возвышение полотна автомобильной дороги или перехода, что приведет и к подъему рельсовых колес заднего адаптера. При этом, если высота возвышения превысит высоту реборды рельсового колеса (согласно ГОСТ 257712-88 «Бондажи чистые для вагонов трамваев» эта высота составляет 22 мм) возможен сход рельсового колеса с рельс. В связи с этим, конструкция заднего адаптера должна обеспечивать достаточный вертикальный упругий ход рельсовых колес для сохранения их постоянного контакта с рельсами во избежание возможного «схода» машины на КХ с рельсов.
В существующих аналогах для обеспечения возможного вертикального упругого хода рельсовых колес заднего адаптера в гидравлический контур управления движением заднего адаптера вниз (прижатие колес к рельсам) встраивается пневмогидроаккумулятор, а система управления, включающая датчики и реле давления, осуществляет поддержание установленного диапазона рабочего давления в системе. При снижении давления в контуре за счет возможных утечек требуется включить основной насос гидросистемы машины, что может быть выполнено только после остановки движения, с последующим выключением сцепления и включения коробки отбора мощности для привода насоса гидросистемы, а также включения гидрораспределителя.
Аналогичные операции необходимо выполнить и для поднятия давления в системе с целью повышения усилия прижатия колес заднего адаптера, перед проездом участков трамвайного пути с малыми радиусами кривизны или переездов. Кроме того, в прототипах отсутствует контроль за давлением заправки инертным газом пневматической камеры пневмогидроаккумулятора и средства контроля и диагностики целостности разделительной мембраны, что может привести к возникновению аварийных ситуаций.
Машина на КХ может находиться на рельсах достаточно длительный период времени, включая подъезд к месту выполнения работ и выполнение технологических ремонтных работ на контактной сети, в процессе которых возможно возникновение утечек гидравлической жидкости из гидравлического контура опускания заднего адаптера, что может приводить к возникновению аварийных ситуаций из-за потери функции гарантированного прижатия колес адаптера к рельсам трамвайных путей. Однако, у аналогов отсутствует система автоматической подпитки гидросистемы для компенсации утечек.
Предлагаемое техническое решение полезной модели направлено на устранение вышеперечисленных недостатков прототипов, и создание спецавтомобиля на комбинированном пневморельсовом ходу для ремонта контактной сети трамваев, конструкция которого позволила бы обеспечить контроль давления в пневматической камере пневмогидроаккумулятора, диагностику его работоспособности, компенсацию утечек жидкости в контуре прижатия колес заднего адаптера к рельсам, а также оперативное регулирование усилия прижатия колес заднего адаптера к головкам рельс.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что спецавтомобиль на комбинированном пневморельсовом ходу для ремонта контактной сети трамваев состоит из автомобильного шасси со смонтированным на нем навесным технологическим оборудованием, комплекса оборудования для движения по рельсам за счет контакта приводных колес автомобильного шасси с рельсами, включающим перемещаемые передний и задний адаптеры с рельсовыми колесами, гидравлическую систему, систему контроля и управления безопасностью движения по рельсам, систему торможения рельсовыми колесами, систему упругой подвески адаптеров с рельсовыми колесами и систему фиксации передней оси.
Система упругой подвески адаптеров с рельсовыми колесами включает пневмогидроаккумуляторы с устройством дистанционного контроля давления в газовой полости, а также диагностики работоспособности разделительной мембраны пневмогидроаккумуляторов. Система упругой подвески адаптеров также обеспечивает постоянное прижатие колес заднего адаптера к головкам рельсов в случае наезда приводных колес автомобильного шасси на полотно автомобильной дороги в местах пересечения с трамвайными путями или на пешеходных переходах трамвайных путей. Достигается это тем, что при подъеме колеса автомобильного шасси давление в гидравлическом контуре прижатия колеса заднего адаптера начинает падать, газ в пневматической камере пневмогидроаккумулятора расширяется, вытесняя гидравлическую жидкость из пневмогидроаккумулятора в полость цилиндров подъема/опускания адаптеров, обеспечивая контакт колес заднего адаптера с рельсами.
Система диагностики работоспособности пневмогидроаккумулятора выполнена на базе контролера, выдающего сигнал на пульт управления о значении давления в пневматической камере ниже нормативного, а также позволяющей на основании сравнения давлений в гидравлической и пневматической камерах диагностировать состояние разделительной мембраны.
Машина также оснащена системой компенсации утечек (подпитки) гидравлической жидкости в гидравлическом контуре прижатия колес заднего адаптера к рельсам и оперативного управления усилием прижатия колес заднего адаптера к рельсам. Система выполнена на базе автономного электроприводного насоса с управлением от контролера, осуществляющего автоматическое включение насоса по установкам давления, а также командам машиниста с пульта дистанционного управления для изменения усилия прижатия колес к рельсам в процессе движения.
Технические признаки заявляемой полезной модели могут быть реализованы с помощью средств, используемых в общем машиностроении.
Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы для ее осуществления и достаточны, т.к. обеспечивают решение технической задачи.
В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенным на рисунках:
фиг. 1 - вид спецавтомобиля при движении на рельсах трамвайных путей;
фиг. 2 - принципиальная схема электрогидропневматической системы упругой подвески адаптеров.
Машина на комбинированном пневморельсовом ходу для ремонта и обслуживания контактной сети трамваем (фиг. 1) состоит из автомобильного шасси 1, сверху рамы которого смонтировано навесное технологическое оборудование для ремонта контактной сети трамваев 2, а снизу рамы установлены передний 3 и задний 4 адаптеры с рельсовыми колесам 5.1 и 5.2, соответственно. Колеса адаптеров оснащены тормозами, управление которыми осуществляется от системы торможения рельсовыми колесами, общеизвестной в автомобилестроении конструкции (на схеме не показано). На фиг.1 машина изображена в положении движения по рельсам, при котором передний и задний адаптеры опущены, колеса адаптеров, приводные колеса шасси 6 находятся в контакте с головками рельсов 7, а передние колеса шасси 8 подняты и зафиксированы над рельсами.
Управление исполнительными гидроприводными механизмами комплекса оборудования комбинированного хода осуществляется гидравлической системой, системой контроля и безопасности управления (на схеме не показаны).
Опускание (подъем) адаптеров, для позиционирования машины на рельсах, производится гидроцилиндрами, соответственно 9.1 - переднего адаптера и 9.2 - заднего адаптера (как правило, два гидроцилиндра на адаптер), приводимыми в действие гидросистемой спецавтомобиля.
1
2
3
На фиг. 1 также показаны усилия F, F, F от общего веса G автомобильного шасси и технологического оборудования, приходящиеся, соответственно, на колеса переднего, заднего адаптеров и приводные задние колеса автомобильного шасси.
1
1
2
2
3
Нагрузка на передний адаптер F рассчитывается на этапе проектирования машины. Так как колеса заднего адаптера и приводные задние колеса автомобильного шасси работают в тандеме, в процессе эксплуатации спецавтомобиля нагрузки между ними F и F подлежат перераспределению в зависимости от режима движения по рельсам на прямых участках, кривых участках и переездах. Достигается это повышением давления в поршневых полостях цилиндров заднего адаптера, что обеспечивает увеличение нагрузки F прижатия колес заднего адаптера к головкам рельс и, соответственно, уменьшению нагрузки F на приводные колеса шасси.
Гидропневматическая система упругой подвески адаптеров поз. 10 состоит из двух подсистем, одна из которых воздействует на гидроцилиндры переднего адаптера, а вторая на гидроцилиндры заднего адаптера.
Принципиальная схема гидропневматической системы упругой подвески адаптеров приведена на фиг. 2, на которой условно показана только подсистема управления задним адаптером.
1
Опускание адаптера осуществляется путем подачи гидравлической жидкости от гидросистемы спецавтомобиля в поршневую полость 9.2.1 гидроцилиндра 9.2, а подъем адаптера подачей гидравлической жидкости в штоковую полость 9.2.2 гидроцилиндра. Насос H гидросистемы приводится в действие от коробки отбора мощности автомобильного шасси (на схеме не показано).
Гидропневматическая система упругой подвески 10 состоит из пневмогидравлического аккумулятора 11, пневматическая полость 12 которого разъединена с гидравлической полостью 13 эластичной мембраной 14. Сверху пневмогидроаккумулятора смонтирован узел заправки 15 пневмогидроаккумулятора газом (азот) к которому подключен датчик давления 16. Пневмогидроаккумулятор подключен к гидравлическому контуру 17 связанному с поршневой полостью гидроцилиндра.
К гидравлическому контуру также подключены: насос подпитки 12 через обратный клапан 18; датчик давления 19 в гидравлической полости пневмогидроаккумулятора и электрогидравлический клапан 20.
2
Передача электрических сигналов от датчиков давления, обработка данных, управление насосом Н и клапаном 20 осуществляется через блок управления 21, выполненным на базе микропроцессорного контролера. Блок управления соединен с общей системой управления спецавтомобиля на панели контроля которого располагаются индикаторы и кнопки управления (на схеме не показаны).
газ
зап
2
Работает система следующим образом. До начала работы производят заправку гидропневмоаккумулятора путем закачки в пневматическую полость газа с давлением заправки Р=Р, определяемым расчетно на этапе проектирования с учетом: веса, приходящегося на задний адаптер F; требуемого хода гидроцилиндра вниз, для компенсации возможного подъема приводного колеса автомобильного шасси над головкой рельса в случаях описанных выше; объема пневмогидроаккумулятора и пр. факторов.
жид
жид
зап
1
2
3
2
3
2
2
3
2
2
3
2
В процессе эксплуатации спецавтомобиля фактическое давление в пневматической полости пневмогидроаккумулятора контролируется датчиком давления 16 и при отклонении значения давления ниже нормативного осуществляется предупреждение световой или звуковой сигнализацией о наступлении нештатной ситуации, требующей произвести дозаправку пневмогидроаккумулятора. Контроль давления в гидравлической полости Р пневмогидроаккумулятора позволяет контролировать усилие прижатия колес адаптера к головкам рельсов. При падении давления Рниже уровня заправки Р система упругой подвески утрачивает свое функциональное назначение и данная ситуация считается аварийной. Во избежание возникновения данной ситуации, в блок управления вводятся уставки по нижнему давлению P, при достижении которого выдается управляющий сигнал для включения насоса автоматической подпитки до значения второй уставки по давлению Р, соответствующей режиму движения спецавтомобиля на прямых участках рельсового пути. В блок управления также вводится третья уставка по давлению Р соответствующая режиму движения на кривых участках трамвайных путей или мест пересечений с переходами и автомобильными переездами. До начала этих участков по команде машиниста с пульта управления в кабине, без остановки машины, заблаговременно дается команда на включение насоса Н, отключение которого происходит автоматически при достижении давления в гидравлической полости 13 значения Р (в этом случае нагрузка на колеса адаптера F возрастет). Для возвращения к режиму движения по прямолинейному участку рельсового пути необходимо давление в гидравлическом контуре снижать до значения Р, для чего машинист с пульта в кабине включает электрогидравлический клапан 20, который снижает давление со значения Р до Р за счет перепуска гидравлической жидкости в бак, вследствие чего происходит перераспределение нагрузок F и F и нагрузка на колеса адаптера F уменьшается.
газ
жид
жид
газ
зап
газ
Диагностика работоспособности пневмогидроаккумулятора (оценка целостности разделительной мембраны) осуществляется путем сравнения значений Р и Р. При работоспособной мембране в положении поднятого вверх адаптера (при подаче гидравлической жидкости в штоковую полость гидроцилиндра), т.е. при давлении Р=0 (слив жидкости в бак гидросистемы) давление газа в пневмогидроаккумуляторе должно соответствовать Р=Р.Значение Р=0 сигнализирует о разрыве мембраны и возникновении аварийной ситуации, отображаемой на панели управления.