УСТРОЙСТВО МАНЕВРОВОЕ
MANEUVERING GEAR

Изобретение относится к средствам маневрирования подвижным составом и предназначено для перемещения железнодорожных вагонов на короткие расстояния для позиционирования их, например, при осуществлении мойки железнодорожных вагонов или проведения ремонта подвижного состава.
Известные методы маневрирования подвижного состава можно разделить на два класса. Первый - перемещение вагонов методом толкания их с помощью тележек или других средств, движущихся по основным рельсам. Второй - с помощью тянущих тележек, перемещаемых по дополнительным путям и снабженных механизмом жесткого контактирования с колесными парами вагонов или других экипажных единиц.
Известно устройство для перемещения железнодорожных вагонов, включающее тяговый барабан с приводом, тяговый канат и обводной блок, причем привод барабана оснащен тормозом, а тяговый канат выполнен в виде бесконечной ветви и снабжен устройством предварительного натяжения каната и захватом, расположенным на нижней ветви тягового каната (Патент РФ №29023, опубл. 27.04.2003 г.).
Недостатком известного устройства является низкая надежность натяжного каната, т.к. нет непосредственного контакта с колесной парой вагона, а также возможность передвижения вагона только в одну сторону.
Известно устройство для передвижения железнодорожных вагонов на короткие расстояния, содержащее расположенный вдоль колеи приводной тяговый орган с закрепленной к нему кареткой, на корпусе которой установлены опорные ролики, расположенные с возможностью опирания на направляющие, проложенные внутри колеи, и толкающий ролик для взаимодействия с элементами колесной пары. Корпус каретки выполнен в виде двуплечего балансира с центральным выступом, несущего по концам и на выступе соответственно опорные ролики и толкающий ролик. Ось балансира расположена от поверхности направляющих на расстоянии, большем радиуса опорных роликов и меньшем расстояния от поверхности направляющих до осей опорных роликов (Патент РФ №2046046).
К недостаткам известного устройства относится невозможность перемещения единиц подвижного состава возвратно-поступательно с любой точки пути, ограниченность перемещения, а также отсутствие средств контроля и управления перемещением тележки.
Известна маневровая установка с тянущими тележками для колесных пар, предназначенная для маневрирования и позиционирования самодвижущих единиц подвижного состава типа «Сокол» на прямых и ровных участках пути через установку внешней мойки. Установка 2000/015 WESUMAT разработана германской фирмой «Vollerf GmBh» для российских железных дорог и нашла широкое применение в России. (Проект: Октябрьская ж.д. г.Санкт -Петербург, «Металлострой II» - Сокол, Функциональное описание от 12.07.2000 г.)
Маневровая установка состоит из комбинированной приводной станции, узлов натяжения тягового каната, установки привода управляющего каната и сигнализации, конечных канатных роликов, направляющих канатных роликов, тянущей тележки для колесных пар, тягового и управляющего канатов, а также системы управления, включающей электронное и электрическое оборудование (двигатели, муфты, редукторы, концевые выключатели).
Маневровый ход во время процесса мойки происходит автоматически. Концевые маневровые выключатели с обеих сторон маневрового пути ограничивают ход тянущей тележки вперед и назад. После того как тянущая тележка дошла до одного из этих выключателей, она может двигаться только в обратную сторону. Тянущая тележка колесной пары свободно передвигается между рельсами нормальной колеи по отдельно проложенным вспомогательным рельсам. Тележка прикреплена с обеих сторон к бесконечному (замкнутому) реверсивному тяговому канату. При помощи четырех подпружиненных пар тяговых роликов тянущая тележка двигает или тормозит вагоны за реборды колесных пар, при этом тормоза всех передвигаемых вагонов должны быть и оставаться во время маневровых работ отпущенными. Для того чтобы в любом положении на маневровом пути приводить тяговые ролики в рабочее или нерабочее положение, на тянущей тележке установлена управляющая кулиса. При помощи аксиальной канатной системы, приводимой в действие приводом управляющего каната, тяговые ролики выдавливаются наружу в рабочее положение управляющей кулисой. Ход кулисы, соосный ходу рельс, составляет примерно 240 мм, ход тяговых роликов составляет около 65 мм. При втягивании тяговых роликов буферные пружины, установленные на тянущей тележке, ускоряют размотку управляющего каната с его привода.
Тянущая тележка для колесных пар состоит из:
базовой рамы, в которой установлены восемь поддерживающих колес, внутри рамы подвижно размещена регулируемая кулиса, связанная с пружиной; на регулируемой кулисе установлен арретир с ходовым роликом, зажимным шпинделем и буферной пружиной; на базовой раме установлено четыре отводных рычага, связанных подпружиненным рычажным механизмом с толкательными балками.
Регулируемая кулиса управляется при помощи управляющего каната, проводимого через шкивы, установленные на кулисе и на базовой раме.
На упорных балках находится по одной паре толкательных роликов (сдвоенные толкательные ролики), установленных на конических роликоподшипниках. С другой стороны находятся по одному ходовому ролику, приводимому в действие при передвижении кулисы.
При подходе к реборде колеса тяговые ролики поднимаются в рабочее положение и фиксируются опорным рычагом. Вагон толкается или тормозится в пределах маневрового пути.
Если вагон находится в требуемом положении, то тяговые ролики снова убираются. При этом опорные рычаги деблокируются, и ролики снова падают в горизонтальное положение. Перед уборкой ходовой тормоз слегка растормаживается, чтобы достичь более легкой уборки тяговых роликов при помощи возможно налегающей реборды вагонного колеса. Для бесконтактного приведения в действие рабочих и предохранительных конечных выключателей тянущая тележка оборудована шиной конечных выключателей. Длина этой шины соответствует длине тянущей тележки.
Перемещение тянущей тележки осуществляется одной лебедкой с реверсивным приводом, тормозом и тремя барабанами: одним общим (канатоведущим) и двумя другими для перемещения тележки вперед-назад.
Основные недостатки известного технического решения, выявленные при эксплуатации установки, заключаются в конструкции механизма, управляющего тяговыми роликами. Конструкция кулисы с массивным противовесом, управляемой дополнительным аксиальным канатом с помощью дополнительных шкивов и узлов контроля натяжения троса посредством торсионной пружины, арретира с дополнительным ходовым роликом и зажимным устройством и т.п., является относительно сложной и не обеспечивает требуемой надежности при эксплуатации из-за трудности обеспечения натяжения канатов разного диаметра. Реверсивный привод лебедки с тремя барабанами усложняет надежность движения тележки в момент переключения направления ее движения и усложняет контроль за натяжением канатов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для перемещения вагонов и тележек, защищенное патентом РФ №2130398. Устройство содержит приводную каретку с закрепленными осями двуплечими рычагами и орган управления этими рычагами. Рычаги состоят из соединенных между собой осью и пружиной толкателя и упора. Орган управления выполнен в виде установленного в пазу корпуса каретки ползуна, соединенного гибким тяговым элементом (цепью) с приводом. Корпус каретки снабжен поддерживающими роликами и щетками. Гибкий тяговый элемент наматывается на барабан, приводимый во вращение реверсивным приводом с редуктором.
Работает устройство следующим образом. Дл перемещения транспортного средства вправо фиксируют от поворота упор соответствующего рычага.
После включения электропривода цепь начинает движение, и ползун с пластинами, прикрепленный к цепи посредством осей, перемещается в пазу корпуса вправо до упора в торец паза. Упор, фиксируемый от поворота, взаимодействуя с осью транспортного средства, перемещает его в заданном направлении. Передвинув вагон на требуемое расстояние, привод отключают, при этом дальнейшее перемещение вагона фиксируется встречным упором, заклиненным от поворота через упор ползуна.
Для вывода устройства из зацепления с колесной пары, включают электропривод для перемещения цепью ползуна в пазу каретки в другую сторону, влево до упора.
Упоры отклоняются от вертикального положения, и каретка свободно проходит под вагоном. Пройдя под осью колесной пары до следующего вагона, упоры возвращаются в исходное состояние. Теперь фиксируют другой упор рычага, который позволяет производить захват колесной оси и перемещать вагон вправо.
Это устройство является улучшением технического решения по патенту РФ №2046046, повышая надежность, но оно не может полностью устранить недостатки, присущие ранее известным устройствам.
Используется одна каретка, упоры которой упираются в колесную ось, причем фиксация двуплечих рычагов осуществляется дополнительными осями (пальцами). Учитывая большое усилие, которое требуется для перемещения вагонов, особенно при разгрузке вагонов, надежность конструкции вызывает сомнение.
Следует отметить, что общим недостатком вышеприведенных маневровых устройств является необходимость второго железнодорожного пути, который прокладывают внутри основного пути, что сужает область применения устройств, а также низкая надежность цепной передачи, из-за постоянного засорения ее.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание универсального маневрового устройства, обладающего эксплуатационной надежностью, без усложнения конструкции его привода.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство маневровое, для перемещения железнодорожных вагонов, содержащее гибкий тяговый элемент с закрепленной к нему кареткой, на корпусе которой установлены опорные ролики, расположенные с возможностью опирания на направляющие, и снабженную встречными упорами для взаимодействия с колесной парой вагонной тележки, механизм управления упорами каретки, причем гибкий тяговый элемент соединен с реверсивным тяговым приводом, снабженным редуктором, соединенным с валом, на котором размещены барабаны намотки гибкого тягового элемента, внесены изменения, а именно:
- направляющие для тянущих кареток размещены снаружи основного пути параллельно рельсам на расстоянии, обеспечивающем взаимодействие упоров каретки с боковыми рамами вагонной тележки;
- механизм, управляющий упорами каретки (выдвижение и убирание), выполнен в виде педали, снабженной пружиной и кривошипно-кулисным механизмом для фиксации упоров в крайних положениях;
- тяговый реверсивный привод и узел натяжения тросов размещены не в зоне основного железнодорожного пути;
- введена система синхронизации перемещения кареток, включающая датчики определения рассогласования движения кареток, муфту рассоединения барабанов для намотки тросов и ленточный тормоз с узлами крепления.
Кроме того, внесены изменения в механизм натяжения тросов и в тяговое устройство, которые повышают надежность тягового привода:
- канатный привод каретки включает три ряда наклонных шкивов, обеспечивающих угол обхвата каждого тягового барабана тросом 540°;
- механизм натяжения тросов выполнен в виде двуплечего рычага с роликом и грузом, состоящим из отдельных пластинчатых грузов, с возможностью изменения общей массы груза.
Использование для передвижения вагона двух кареток, соединенных тросами (гибкий тяговый элемент) с реверсивным тяговым приводом, позволяет уменьшить нагрузку для передвижения вагона и снизить возможность перекоса при движении вагона, а введение системы синхронизации перемещения кареток исключает возможность аварийной ситуации из-за возможного схода вагона с рельсового пути.
Расположение направляющих движения кареток и реверсивного тягового привода с механизмом натяжения вне зоны нахождения основного железнодорожного пути позволяет расширить функциональные возможности и область применения маневрового устройства, а также повысить безопасность обслуживания оборудования.
Применение нескольких рядов наклонных шкивов для намотки троса позволяет увеличить угол обхвата тросом тягового барабана и, как следствие, уменьшить усилие намотки троса.
Использование массивного груза, состоящего из набора пластин, позволяет обеспечить надежное натяжение тросов, исключив их проскальзывание, а также регулировать усилие натяжения, при необходимости.
Конструкция устройства для перемещения железнодорожных вагонов представлена на фиг.1-5.
На фиг.1 представлена схема размещения оборудования, входящего в состав маневрового устройства.
На ней показаны: основной железнодорожный путь 1 (для движения состава); тянущая каретка 2, направляющая 3 движения каретки, роликовые узлы 4 и 5, направляющие движение троса 11, модуль тяговый 6, механизм натяжения тросов 7, настил 8, подставки 9, переходной мостик 10.
На фиг.2 приведена конструкция тянущей каретки 2.
Каретка состоит: из рамы 12, опорных роликов 13, упоров 14, управляемых педалью 15, пружины 16, кривошипно-кулисного механизма 17 и клинового узла 18.
На фиг.2 также показана боковая рама вагонной тележки 19.
На фиг.3 приведена конструкция модуля 6 тягового. Он состоит: из электромеханического реверсивного привода, содержащего двигатель 20, понижающий редуктор 21, соединенные посредством муфты 22, который в свою очередь через муфту 25 соединены с блоком барабанным 23, состоящим из двух барабанов для каждой каретки и наклонных шкивов 24, на конце вала, на котором установлены барабаны, размещен узел 26 устранения рассогласования положения тянущих кареток. Модуль тяговый смонтирован на рамочном основании 27.
На фиг.4 приведен механизм натяжения системы тросов.
Конструкция включает: корпус 28, двуплечий рычаг 29, ролик 30, упор 31 и пластинчатые грузы 32.
На фиг.5 показана механическая часть узла контроля за рассогласованием положения тянущих кареток. Она включает: стакан 33 с пружиной 34, зубчатую муфту 35, упор 36, барабаны 37, ленточный тормоз 38 с узлом 39 крепления его к барабану с помощью специального прижимного болта 40.
Конструкции остальных узлов устройства маневрового, для перемещения железнодорожных вагонов (направляющих роликов, подшипниковых узлов и т.д.), проста, поэтому не приводится, т.к. понятна из описания работы устройства.
Кроме того, передвижением устройства маневрового управляет система автоматики, содержащая датчики позиционирования вагона и тяговых кареток в процессе мойки, которые установлены вдоль железнодорожного полотна и на фиг.1 не показаны.
Основными узлами устройства маневрового являются: модуль тяговый, тянущие каретки, блоки (ролики) направляющие для тросов, которые использованы в качестве гибких тяговых элементов, механизмы натяжения тросов, подставок, настила для каждой направляющей, по которой двигается каретка, и переходного мостика.
Каждая тянущая каретка 2 перемещается по своей направляющей 3 на опорных роликах 13, которые установлены в подшипниковых узлах. В центральной зоне каретки расположены выдвигающие упоры 14, взаимодействующие с боковыми рамами 19 вагонной тележки. Упоры переводятся в рабочее или транспортное положение посредством педалей 15 путем нажатия на них. Педали 15 соединены пружинами 16 с кривошипно-кулисным механизмом 17 для фиксирования упоров в крайних положениях. Для запасовки троса предусмотрено клиновое устройство 18.
Направляющие 3, по которым перемещаются тянущие каретки 2 с захватывающими упорами 14, расположены вдоль, снаружи соответствующего рельса, таким образом, чтобы захватывающие упоры 14 могли контактировать с боковой частью рамы вагонной тележки. Каретка 2 приводится в движение модулем тяговым 6 и канатной (тросовой) системой, состоящей из направляющих блоков (роликов) 4 и 5, механизмов натяжения 7 тросов 11. Сверху тросовая система закрыта настилом 8, обеспечивающим проход мимо узлов маневрового устройства и исключающим поражающий эффект при возможном разрыве троса.
Для подхода к механизмам натяжения и расположенным рядом с ними блокам, для их обслуживания, предназначен переходный мостик 10. Узлы тросовой системы установлены на специальные подставки 9 и выставлены по высоте набором шайб различной толщины. Работа маневрового устройства контролируется датчиками, установленными вдоль железнодорожного пути (на фиг.1 не показаны).
Модуль тяговый 6 размещен на рамном основании 27 и содержит: электромеханический привод, включающий двигатель 20 мощностью 11 КВт, понижающий редуктор 21 с передаточным отношением 1:4,82, блок барабанный 23 с рядом наклонных шкивов 24, обеспечивающие угол обхвата тросом тягового барабана 540°. Двигатель 20 соединен с редуктором 21 посредством упругой муфты 22, которая обеспечивает передачу крутящего момента до 2500 Н/м. Редуктор 21 с блоком барабанным 23 соединен жесткой муфтой 25. Номинальный вращающий момент на барабане 2570 Н/м.
Модуль позволяет осуществлять реверсивное движение, при этом тяговое усилие на тросе составляет до 57300 Н, скорость перемотки троса от 0,1 до 0,3 м/с регулируется частотным регулятором.
На валу тягового модуля, на котором установлен барабанный блок, размещен узел 26 для устранения рассогласования положения тяговых кареток.
Конструкция этого узла приведена на фиг.5, а его работа пояснена ниже.
Отдельные узлы модуля тягового смонтированы на рамном основании 27.
Механизм натяжения 7 предназначен для автоматической подтяжки тросов в процессе эксплуатации (фиг.4). В сварном корпусе 28 закреплены направляющие ролики 30 и двуплечий рычаг 27 с фиксирующим его положение упором 31 и грузом 32, весом которого осуществляется натяжение тросов, передвигающих каретки 2. Груз 32 состоит из 12 плит массой 211 кг. С учетом соотношения плеч рычага усилие натяжения троса составляет 40000 Н.
При необходимости общую массу груза можно изменять.
Ролики и рычаг перемещаются (вращаются) в подшипниковых узлах. В осях предусмотрены масленки. Упор 31 ставится в момент обслуживания тросовой системы.
Устройство маневровое, для перемещения железнодорожных вагонов, работает следующим образом (на примере мойки состава). Работа по перемещению состава во время мойки разбита на 6 (шесть) проходов, которые выполняются последовательно друг за другом. Каждый проход представляет процесс перемещения тянущих кареток и управляется контролируемой программой. Номер текущего прохода показывается оператору на экране автоматического режима. Вся работа основного оборудования показывается на мнемосхеме.
При перемещении тянущие каретки могут находиться в одном из двух состояний: рабочее или транспортное. Рабочее состояние - упоры 14, контактирующие с боковой рамой вагона, выдвинуты - осуществляется перемещение вагона.
Транспортное состояние - упоры 14 кареток убраны и они без соприкосновения с колесной парой вагонной тележки передвигаются за очередным вагоном.
Весь возможный путь перемещения каретки разбит на участки, на которых установлены датчики позиционирования вагона и кареток.
В начальном состоянии замкнут датчик начального положения каретки (ДНПК), в конечном - замкнут датчик конечного положения каретки (ДКПК). Если датчик замкнут, то на экране значок, соответствующей ему, мигает.
После прибытия очередного состава на мойку оператор вводит режим работы: автоматический, тип состава, количество вагонов в составе.
После подтверждения машинистом готовности состава к мойке оператор нажимает соответствующую клавишу и начинается выполнение первого прохода и т.д.
Перед началом каждого прохода производится проверка на возможные аварийные ситуации. Выполнение любого прохода может быть приостановлено по инициативе оператора, либо сигналом от вагономоечного комплекса (ВМК). Возможен переход с автоматического режима на ручной.
В состав устройства маневрового входит система управления перемещением кареток, включающая электрические и электронные элементы. Система работает по командам, получаемым от соответствующих датчиков.
Состав подается на мойку таким образом, чтобы боковые части вагонной тележки 19 первого вагона находились над тянущими каретками 2 между упорами 14, которые утоплены. Нажатием на педали 15 упоры 14 выдвигают, и они посредством пружины 16, соединенной с кривошипно-кулисным механизмом 17, фиксируются в этом положении. Затем включается тяговый модуль и тянущие каретки посредством системы тросов 11 перемещают вагон на позицию мойки. Тросы посредством наклонных шкивов 24 наматываются на барабаны 37 барабанного блока 23.
После окончания мойки поверхности первого вагона выдается команда «ВПЕРЕД», тележка вместе с составом перемещается вперед до датчика крайнего левого положения, который срабатывает и выдает в систему управления команду «СТОП ВПЕРЕД». Привод тягового модуля отключают. Упоры 14 с помощью педали 15 убирают в корпус каретки. На модуль тяговый 6 поступает команда «НАЗАД», и вал двигателя 20 начинает вращаться в обратном направлении, перемещая тянущие каретки в начальное положение. При достижении крайнего левого положения срабатывает датчик положения тянущей каретки, и привод тяговый отключается. Над каретками 2 устанавливают очередной вагон для осуществления мойки.
Передвижение его на позицию мойки осуществляется в той же последовательности, что была описана выше.
Место остановки каретки на каждом шаге перемещения состава зависит от количества вагонов в составе и длины вагонов и определяется заранее (исходя из типа железнодорожного состава). После каждой остановки каретки снова подается команда «вперед» и состав перемещается на один шаг.
За счет того что барабаны, на которые наматываются (или разматываются) тросы для перемещения каждой каретки, находятся на одном валу, практически движение кареток должно происходить синхронно, и перекоса движения вагона не должно происходить.
Однако, если по какой-либо причине, например обрыв троса или загрязнение одного из них, что приводит к увеличению усилия намотки троса, произошло рассогласование положения кареток, то в систему управления поступает сигнал на остановку движения вагона. Система контроля за работой маневрового устройства содержит датчики контроля положения кареток, которые установлены вдоль рельсового пути. При рассогласовании их месторасположения система контроля выдает соответствующий сигнал оператору. Привод тягового модуля отключают, а рычаги 14 убирают. Затем устраняют рассогласование положения кареток относительно друг друга в следующей последовательности.
Для устранения рассогласования необходимо:
- вывести зубчатую муфту 35 из соединения с валом барабанного блока 23, для чего необходимо открутить специальный болт 40, при этом под действием пружины 34 полумуфта зубчатой муфты 35 выйдет из зацепления;
- зафиксировать барабан 37, который не должен вращаться, ленточным тормозом 38 с помощью узла крепления 39 и упора 36, закрутив гайку;
- включить тяговый привод и выставить каретку, которая может перемещаться (ее барабан вращается) в ту же позицию, в которой находится первая каретка;
- вернуть муфту в зацепление с барабанным блоком 23, для чего закрепить ее болтом и повернуть свободный барабан на некоторый угол, чтобы муфта 35 под действием пружины 34 вошла в зацепление.
Затем, после установки кареток, снова подымают рычаги 13 и дают команду тяговому приводу для движения в заданном направлении.
Предлагаемое изобретение обладает рядом преимуществ по сравнению с известными техническими решениями:
- за счет размещения направляющих перемещением каретки и всего остального оборудования вне зоны основного пути расширяется область применения устройства, а также значительно облегчается обслуживание оборудования;
- надежность работы устройства повышается за счет конструктивного выполнения модуля тягового и использования двух тянущих кареток;
- система контроля за положением тянущих кареток позволяет исключить аварийную ситуацию из-за перекоса их положения.
В настоящее время осуществлено изготовление первого образца маневрового устройство и опытно-промышленные испытания его проходит в Ленинградской области. Внедрение устройства будет осуществлено в конце 2007 или в начале 2008 г.