УНИВЕРСАЛЬНАЯ ОПОРНАЯ ТЕЛЕЖКА ДЛЯ ПОСТАНОВКИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНУЮ КОЛЕЮ ПНЕВМОКОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к техническим решениям (средствам) постановки на рельсовую колею пневмоколесных машин различной ширины колеи пневмохода и колесной формулы для последующего использования их в качестве железнодорожного экипажа.
В отечественной и зарубежной практике известны технические решения постановки на рельсовую колею пневмоколесных машин у которых ширина колеи пневмошины совпадает с шириной рельсовой колеи (ГАЗ-69, ГАЗ-51, ЗИЛ-130, КрАЗ-257, Т-158, Unimog U-400 (Германия), ЕМ 25С (Австрия) и др.), представляющие собой опорно-направляющие катки железнодорожного хода навешиваемые спереди и сзади машины (навески желез-нодорожноного хода) на ее раму и создающие из пневмоколесной машины железнодорожный экипаж как транспортное средство, тягач (мотовоз) или специализированную машину для работы с рельсовой колеи.
При сравнительной простоте конструктивных решений, возможности реализации в тяговое усилие до 30% массы машины и создания этого тягового усилия за счет контакта с рельсом пневмоколеса данное решение имеет недостатки:
- для каждого типоразмера машины требуется индивидуальное конструктивное решение навесок железнодорожного хода обуславливаемое базой машины, массой (грузоподъемностью), конструкцией рессорной подвески колес и рамы;
- принадлежность к конкретной марке машины приводит к быстрому моральному старению конструкции навесок обуславливаемую невозможностью использования их с другими марками машин при выработке базовой машиной моторесурс;
- необходимость вмешательства в конструкцию рамы машины иногда приводящее к ее ослаблению и созданию сложности при организации капитального ремонта машины;
- усиленный износ протектора пневмоколеса по ширине контакта колеса с головкой рельса из-за пробуксовки;
- сильное динамическое воздействие навесок железнодорожного хода, имеющих значительную массу, на раму машины в процессе использования машины по ее штатному предназначению при движении по автомобильным дорогам.
В отечественной и зарубежной практике известны также технические решения постановки на рельсовую колею пневмоколесных машин у которых ширина колеи пневмошины не совпадает с шириной рельсовой колеи (в СССР и России ЗИЛ-131, КрАЗ-260, Урал 4320 и др., за рубежом экскаватор АТЛАС (Франция), трактор "Спид Свинг" (США) и др.), представляющие собой опорно-направляющие катки железнодорожного хода совмещенные с опорными барабанами. На рельсовой колее пневмоколеса машины контактируют не с рельсом, а с барабаном и создают тяговое усилие колесом железнодорожного хода.
По сравнению с предыдущим решением тяговое усилие снижается почти вдвое, а навеска железнодорожного хода имеет повышенную массу (до 1400 кг на одну навеску и 4500 кг на машину). Сохраняя недостатки предыдущего технического решения, данное решение при некотором снижении износа пневмошины за счет увеличения контакта с поверхностью барабана имеет кроме них еще необходимость движения вперед на передаче заднего хода и наоборот.
Известны технические решения применения тележек оборудованных колесами железнодорожного хода в сочетании с навесками катков железнодорожного хода по первому описанному варианту.
Шведская фирма "VOLVO" выпускает универсальную машину SRS STORMOBIL на автомобилях VOLVO с навеской колес железнодорожного хода опорно-направляюшего типа у переднего моста и двухосной подвесной с возможностью поворота около вертикальной оси тележки за задним мостом автомобиля, имеющей гидравлический привод передвижения.
Во многих странах мира стало уделяться широкое внимание созданию уст-ройств, обеспечивающих езду по железнодорожному пути управляемых колесных средств без необходимости проведения конструктивных доработок как транспортного средства, так и устройств для движения по рельсовой колее.
Преимущественные разработки проводятся США, Италией, Францией и Японией. В нашей стране имеется авторское свидетельство SU №1592170 А1 на тележку для приема и транспортирования автотранспортного средства по железнодорожной колее.
В технической литературе имеются сведения об изготовлении и применении компанией Central Manufacturing (США) тягачей Railquip (Forklift: Truck) на индивидуальной платформе для перемещения по железнодорожной колее вагонов общей массой до 150 тонн (Железные дороги мира. Научно-технический журнал (учредитель издательство "Интекст". Нетрадиционные тяговые средства для маневров. №3, 2003 г., ISSN 0321-1495).
Тележка представляет собой раму с двумя парами колес железнодорожного хода имеющую откидные аппарели в передней части для заезда тягача на платформу и ниши для размещения пневмоколес тягача непосредственно контактирующих с головкой рельса. В таком конструктивном решении тележка фактически играет роль направляющего элемента для движения экипажа по рельсовой колее, а контактирующие с металлоконструкцией задней пары колес железнодорожного хода ведущие колеса тягача участвуют в создании тягового усилия. Не ясным остается метод съезда тягача с платформы при выезде колес из ниш платформы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому в данной заявке следует считать разработку Германии по постановке на рельсовую колею экскаватора "Kaiser А91" с применением двух тележек железнодорожного хода: опорно-направляющей для переднего и опорно-приводной для заднего моста (журнал "ТРАНС-ПОРТ" №4, 2008).
Опорно-направляющая тележка имеет раму с колесами железнодорожного типа и платформу с углублением для размещения пневмоколес.
Опорно-приводная тележка также имеет раму с колесами железнодорожного типа смонтированными попарно на осях. На раме установлены четыре опорных цилиндрических барабана предположительно армированных резиной или полиуретаном и попарно соединенные горизонтальными осями.
На оси, по крайней мере одной пары барабанов, установлены две ведущие звездочки, а на оси колес железнодорожного хода - две ведомые звездочки, соединенные с ведущими бесконечными втулочно-роликовыми цепями.
Шины заднего моста экскаватора одновременно являются приводом для рельсового передвижения экскаваторного локомобиля (по зарубежной терминологии) через вращение барабанов и далее через цепную передачу - колес железнодорожного хода.
Масса тележек рельсового хода, по предварительной оценке, может составлять от 400 кг для опорно-направляющей до 600 кг для опорно-приводной.
Существенным недостатком прототипа является то, что конструкция рельсового хода соответствует только данному экскаватору и не может быть распространенна на другие пневмоколесные машины. Предположительно процесс установки экскаватора на тележки требует использования вспомогательных грузоподъемных средств, достаточно трудоемок и занимает длительное время. Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение быстродействия постановки, а также универсализация и упрощение конструкции устройства для постановки на железнодорожную колею пневмоколесной техники различной ширины колеи пневмохода и колесной формулы без предварительной доработки машин.
Указанный технический результат достигается в универсальной опорной тележке в виде рамы опирающейся на две колесные пары с колесами железнодорожного типа, тем, что она снабжена приемным узлом с упорами для опирания и закрепления пневмоколес автомобиля в заданном габаритном диапазоне.
Кроме того, приемный узел для опирания и закрепления пневмоколес автомобиля выполнен в виде поворотной относительно вертикали платформы для опоры пневмоколес переднего моста автомобиля, имеющей два неподвижных упора для центрирования пневмоколеса относительно середины платформы и два подвижных упора для предотвращения смещения пневмоколеса за пределы платформы при движении по рельсовому пути.
Кроме того, на платформе установлена промежуточная аппарель или откидной полик для проезда колеса переднего моста автомобиля при съезде с другой опорной тележки.
Кроме того, приемный узел для опирания и закрепления пневмоколес автомобиля выполнен в виде размещенных в верхней части упомянутой рамы четырех барабанов, разнесенных к ее боковым краям и кинематически связанных с упомянутыми колесными парами железнодорожного типа цепной или шестеренчатой трансмиссией.
Кроме того, на раме установлены упоры с роликовыми поверхностями для контакта с наружным протектором пневмоколеса и внутренней боковой поверхностью шины.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 - представлен вариант постановки автомобиля на рельсовую колею (этапы 1-4).
На фиг.2 - представлено конструктивное решение образца опорной тележки с приемным узлом в виде поворотной платформы (опорно-направляющая тележка).
На фиг.3 - представлено конструктивное решение образца опорной тележки с приемным узлом в виде приводных роликов (опорно-приводная тележка).
На фиг.4 - показан пример графического расчета зоны контакта пневмоколеса автомобиля с опорной тележкой.
На фиг.5 - показан пример графического расчета зоны контакта пневмоколеса автомобиля с приводными роликами.
Опорная тележка содержит раму 1 опирающуюся на две колесные пары 2 с колесами железнодорожного типа 3.
Приемный узел для опирания и закрепления пневмоколес автомобиля опорно-направляющей тележки может быть выполнен в виде поворотной относительно вертикали платформы 4 для опоры пневмоколес переднего моста автомобиля, обеспечивающей улучшение вписываемости экипажа в кривые участки пути, имеющей два неподвижных упора 5 для центрирования пневмоколеса относительно середины платформы 4, и два подвижных упора 6 для предотвращения смещения пневмоколеса за пределы платформы при движении по рельсовому пути.
Кроме того, на платформе установлена промежуточная аппарель или откидной полик 7 для проезда колеса 11 переднего моста автомобиля при съезде с другой опорной тележки.
Приемный узел для опирания и закрепления пневмоколес автомобиля опорно-приводной тележки может быть выполнен в виде размещенных в верхней части упомянутой рамы 1 четырех барабанов 8, разнесенных к ее боковым краям и кинематически связанных с упомянутыми колесными парами железнодорожного типа цепной или шестеренчатой трансмиссией 9.
Кроме того, на раме в этом случае установлены упоры 10 с роликовыми поверхностями для контакта с наружным протектором пневмоколеса 11 и внутренней поверхностью его шины.
Практическая реализация предлагаемого технического решения и функционирование устройства осуществлялись следующим образом.
Пример постановки пневмоколесного транспортного средства на железнодорожную колею приведен на фиг.1 для трехосного автомобиля.
Две приводные и одна направляющая тележки устанавливаются на железнодорожном пути непосредственно у переезда (этап 1).
Сцепные устройства приводных тележек соединяются, а барабаны "затормаживаются" установкой планок на боковых фланцах.
Направляющая тележка пристыковывается к приводным. Под переднюю колесную пару направляющей тележки устанавливаются два железнодорожных тормозных башмака.
Машина по аппарели (этап 2) заезжает через две приводные на поворотную платформу направляющей тележки.
Из под ее колес извлекаются тормозные башмаки и машина на направляющей тележке проезжает вперед.
Продолжая движение управлением вперед (этап 3) машина заезжает своей балансирной тележкой на приводные тележки.
Поднимаются и закрепляются все оставшиеся колесные упоры, растормаживаются барабаны и тормозные планки закрепляются на одном из барабанов.
Аппарели убираются, машина (этап 4) готова к движению по железнодорожной колее.
Аналогично устанавливаются на железнодорожную колею машины различных колесных формул. При этом для полноприводных машин направляющая тележка может быть заменена на приводную.
При постановке на рельсовую колею пневмоколесных экскаваторов или автомобильных кранов для работы с железнодорожного пути необходимо нарастить опорные элементы аутригеров или ввести в комплект дополнительные опорные площадки.
При экспериментальных исследованиях образца ставились задачи проверки и подтверждения:
- условий заезда автомобиля на тележки без применения грузоподъемных средств;
- возможности постановки на рельсовую колею автомобильной и пневмоколесной техники различной ширины колеи пневмохода;
- стабильности осевого размещения автомобиля на тележках железнодорожного хода в статике и динамике движения по рельсовой колее и стрелочным переводам;
- скоростного режима движения в прямых и криволинейных участках пути по стрелочным переводам и переездам;
- стабильность положения автомобиля на тележках при трогании с места и при торможении.
В процессе проведения испытаний на экспериментальные образцы тележек устанавливались автомобили ГАЗ-52 и МАЗ-500.
В процессе заезда машин на тележки использовались аппарели из швеллеров №12 с заполнением колеи заезда обрезными досками толщиной 50 мм. Заезд осуществлялся с бетонного пола ремонтно-сборочного цеха мастерских.
На выполненном этапе работы отработаны условия торможения колес тележек железнодорожного хода и необходимые условия заезда машин при последовательном проходе колес переднего моста через опорно-приводную тележку на платформу опорно-направляющей тележки.
Стояночное торможение тележек первоначально выполнялось железнодорожными тормозными башмаками, а в последствии были установлены тормозные планки исключающие вращение барабанов тележки.
Автомобиль устойчиво размещался на тележках по оси пути и, при движении по прямым участкам пути, его осевое положение было устойчиво.
Передняя часть машины с управляемыми колесами за счет поворотной платформы хорошо вписывалась в кривых участках пути и на стрелочных переводах 1/9.
Задний мост машины в кривых радиусом менее 200 м и на стрелочных переводах смещался поперек оси пути на расстояние до 150 мм, что вызвало необходимость доработки экспериментального образца с установкой боковых поперечных колейных упоров (фиг.2).
С боковыми упорами на стадии испытания экспериментального образца движение по рельсовой колее осуществлялось на скоростях движения:
в прямых участках пути - до 30 км/ч;
в кривых участках пути радиусом более 300 м - до 30 км/ч;
в кривых радиусом менее 300 м - до 20 км/ч;
по стрелочным переводам - до 10 км/ч.
При трогании с места при резком отпускании сцепления у порожнего автомобиля наблюдалась пробуксовка колес на барабанах, у груженого автомобиля МАЗ 500 трогание с места осуществлялось плавно. При плавном торможении на рельсовой колее тормозной системой автомобиля, тележки под мостами автомобиля заметных осевых колебаний не имели.
Универсальный комбинированный ход (УКХ) должен представлять собой комплект тележек, состоящий из опорно-направляющей и опорно-приводных тележек единого типоразмера на рельсовом ходу, обеспечивающих работу с них на рельсовой колее бортовых автомашин и автосамосвалов на шасси Урал, КамАЗ, ЗИЛ и других полно- и неполноприводных автомашин грузоподъемностью более 3 тс, а также экскаваторов на пневмоходу, кранов автомобильных всех марок грузоподъемностью до 25 тс и других строительных машин на пневмоходу.
Опорно-направляющая тележка предназначается для установки на нее неприводного переднего моста автомобиля. Конструктивно она представляет раму, опирающуюся на две колесные пары, на которой с возможностью поворота (аналогично тележкам ПТ-13 для путеукладчика) устанавливается платформа для опоры пневмоколес переднего моста автомобиля.
В общем случае на платформе должны устанавливаться два неподвижных упора для центрирования колеса относительно середины платформы (над поворотной цапфой) при заезде машины и два подвижных упора для предотвращения смещения колеса автомобиля за пределы платформы при движении экипажа по рельсовому пути.
Дополнительно на платформе на период заезда машины должен устанавливаться временный полик или промежуточная аппарель, по которой колеса переднего моста автомобиля должны перемещаться при съезде с опорно-приводной тележки. Аппарель может быть выполнена съемной или, что предпочтительнее, откидной.
Опорно-приводная тележка предназначается для установки колес приводного моста автомобиля. Конструктивно она представляет тележку, в которой рама, опираясь на две колесные приводные пары, имеет на верхней поверхности четыре разнесенных к боковым краям барабана.
Барабаны являются базовыми элементами опоры пневмоколес автомобиля и которые передают крутящий момент от них на рельсовые колеса.
Элементами кинематической связи барабанов с рельсовыми колесами может служить цепная или шестеренчатая трансмиссия.
Для обеспечения фиксированного и устойчивого положения колес приводных мостов автомобиля на тележке во время движения экипажа по рельсовому пути на раме необходимо установить упоры препятствующие сходу с тележки колес автомобиля при торможении и вписывании экипажа в кривые или на стрелочных переводах. Упоры, предположительно, должны иметь ролики. Они должны контактировать с наружным протектором пневмоколеса и внутренней поверхностью шины, не создавать препятствия свободному вращению колеса и не вызывать порчу резины.
Заезд автомобиля на тележки должен осуществляться по аппарелям съемного типа. Такое решение предварительно принимается из условия, что аппарели требуется устанавливать лишь со стороны заезда автомобиля. Форма взаимосвязи аппарели с рамой тележки и место нахождения аппарели в движущемся экипаже должны определиться при проектировании и экспериментальном исследовании универсального комбинированного хода.
Габаритные размеры тележек определяются геометрическими параметрами пневмоколесных машин, которые планируются к использованию с рельсовой колеей.
Основными параметрами оценки габаритных размеров для выбора габаритных размеров длины тележек рельсового хода назначены:
- база между колесами среднего и заднего мостов автомашин колесной формулы 6×4, 6×6 и 8×4;
- диаметр шин колес автомобиля;
- ширина шин колес автомобиля;
- колея передних и задних колес.
Учитывая необходимость изготовления тележек УКХ способных вписываться в кривые малого радиуса, их целесообразно проектировать для установки под каждый мост индивидуально с возможностью взаимного поворота на сцепке при вписывании в кривые.
Анализ конструктивных размеров между осями балансирных тележек среднего и заднего мостов автомобиля показывает, что этот размер имеет два основных установленных стандартами и техническими условиями размера.
Следовательно, габаритные размеры длины тележки должны:
- по осям сцепки составлять не более 1320 мм и иметь возможность увеличения межосевого расстояния между парами барабанов двух тележек с 1320 до 1400 мм;
- по торцевым плоскостям рамы обеспечивать взаимный поворот рам при вписывании в кривые участки пути радиуса 100 м.
При графическом расчете линейных размеров принимаются:
б
- диаметр барабана D=200 мм;
- диаметр колеса железнодорожного хода:
К1
- по поверхности катания D=250 мм;
К2
- по гребню бандажа D=320 мм.
Габарит длины рамы может быть определен из расчета агрегатирования тележек под размер установки под мосты - 1320 мм с учетом возможности взаимного поворота рам при вписывании в кривые и должен составлять не более 1260 мм.
Графическое прогнозирование продольных линейных размеров носит предварительный характер и должно быть уточнено при разработке РКД на опытный образец исходя из конструктивных соображений и расчетов. Предварительная оценка размеров показывает, что:
- предельным линейным размером установки колесных пар железнодорожного хода может быть межосевое расстояние 900 мм;
- пространственное размещение опорно-приводных барабанов, при условии сохранения минимальных зазоров между барабаном и ребордой бандажа железнодорожного колеса ≈ 15 мм, обеспечивается при межцентровом расстоянии между осями барабанов 440 мм с установкой их над головкой рельса по поверхности катания 380 мм;
- минимальное расстояние между торцевыми балками рам тележек в сцепке под мостами автомобиля составит 60 мм. Этот размер на рельсовой колее является определяющим возможность вписывания в кривые участки пути.
Графический расчет ширины контакта шин с тележкой к обоснованию ее ширины представлен на фиг.4.
Графическое отображение положения шин колес задних мостов на тележке показывает, что для достижения универсальности ее использования барабаны должны обеспечивать опору колес в диапазоне от 1210 мм по внутреннему габариту до 2685 мм по наружному. Таким образом длина опорной контактной поверхности по правой и левой сторонам тележки должна составлять 738 мм. Однако она не в полной мере означает габарит ширины тележки.
Для определения предельных габаритов ширины тележки, формируемых размерами барабанов, рассматривается упрощенная кинематическая схема тележки, приведенная на фиг.5.
Габарит ширины опорно-приводной тележки определяется из параметров контакта шин с тележкой и технического предложения конструкции барабанов.
На схеме предельные положения шин транспортного средства рассматриваются в совокупности с предварительным прогнозированием конструкции опорно-приводных барабанов и их габаритов.
Учитывая необходимость свободного размещения шин на барабанах как в процессе заезда пневмоколесного средства на тележки, так и транспортном режиме движения в кривых участках пути и по стрелочным переводам, конструктивно целесообразно торцы барабанов ограничить упорными фланцами и уменьшить внутренний габарит установки барабанов до 1980 (минус 30) мм, а наружный увеличить до 2720 (плюс 35) мм. Габаритные размеры рамы при этом не рассматриваются и будут определяться конструктивными решениями в совокупности размещения колес железнодорожного хода, барабанов, трансмиссии привода и продольных упоров.
Параметры высоты тележки (установки машины) для обеспечения безопасности движения экипажа по рельсовой колее должны быть минимальными для снижения центра тяжести. Из расчета применения рельсовых колес диаметра 250 мм и барабанов диаметра 220 мм, а также предварительной оценки их взаимного расположения на раме, можно предположить минимально возможный размер высоты - 380…400 мм.
Опорно-направляющие тележки при проектировании не должны по размерам выходить за пределы габарита опорно-приводных.
Таким образом, достигается технический результат от использования предлагаемого технического решения, который заключается в повышении быстродействия, универсализации и упрощении конструкции устройства для постановки на железнодорожную колею пневмоколесной техники различной ширины колеи пневмохода и колесной формулы без предварительной доработки машин.