КОЛЕСНО-РЕВЕРСНЫЙ ТРАКТОР

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к колесно-реверсным тракторам, содержащим пневмоколеса и железнодорожный комбинированный ход, и предназначена для использования на предприятиях и производственно-складских объектах различных отраслей промышленности с ограниченным вагонопотоком.
Уровень техники.
Из уровня техники, например, патент на полезную модель №162012 опубликовано в 2016, известен колесно-реверсный трактор, (он же мотовоз маневровый тракторный) содержащий пневмоколеса и железнодорожный комбинированный ход.
Данный уровень техники является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взят за прототип к предлагаемой полезной модели.
Недостатком данной модели является низкий вес и не сбалансированность веса транспортного средства по осям, что влечет за собой низкий КПД тягового средства (отношение тягового усилия к мощности).
Таким образом поставленная задача состоит в том, чтобы обеспечить оптимизацию сцепного веса и мощности, а также обеспечить возможность увеличить полезное время использования тягового средства.
Раскрытие полезной модели.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить колесно-реверсный трактор, содержащий пневмоколеса и железнодорожный комбинированный ход, позволяющий сгладить, по меньшей мере, один из указанных выше недостатков, а именно: обеспечить оптимизацию сцепного веса и мощности, а также обеспечить возможность увеличить полезное время использования тягового средства, что и является поставленной технической задачей полезной модели.
Для достижения этой цели трактор имеют шарнирно-сочлененную раму и три ведущих оси - переднюю ось на передней полураме, среднюю и заднюю оси - на задней полураме, при этом трактор имеет балласт, передний и задний, которые установлены на полураме, причем передний балласт установлен над средней осью, а задний балласт установлен над задней осью.
Благодаря таким выгодным признакам появляется возможность обеспечить оптимизацию сцепного веса и мощности, а также обеспечить возможность увеличить полезное время использования тягового средства. Это происходит потому, что для выравнивания нагрузки на оси транспортного средства на колесно-реверсный трактор устанавливается балласт. Балласт выполнен двумя емкостями из листового металла, которые заполняется тяжелым бетоном. Балласты жестко крепятся на заднюю полураму, дополнительно усиливая поперечное соединение полурамы. Балласт передний устанавливается над средней осью и служит платформой для установки главных резервуаров тормозной системы подвижного состава. Задний балласт устанавливается над задней осью, к нему четырьмя болтами крепится задняя автосцепка.
Балласт позволяет использовать максимум тяговых возможностей Колесно-реверсного трактора с колесной формулой 6х6. При неправильном распределении нагрузок на оси трактора происходит проскальзывание пневмошин по головке рельса, что не способствует плавному троганию с места, отсюда повышенный износ агрегатов и пневмошин.
Существует вариант исполнения полезной модели, при котором передний и задний балласты выполнены емкостями из листового металла, которые заполнены тяжелым бетоном, и являются основанием для установки пневмооборудования
Благодаря таким выгодным признакам появляется возможность конкретной реализации балластов.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает внешний вид колесно-реверсного трактора, согласно полезной модели,
На фигуре обозначено:
1. Автосцепное устройство СА-3 для мотовозов.
2. Передняя пара катков для продвижения по железнодорожному пути.
3. Задняя пара катков для передвижения по железнодорожному пути.
4. Балласт задний.
5. Балласт передний с установленным на нем пневматическим оборудованием.
6. Серийный выпускаемый трактор ХТА-308.01 (колесная формула 6х6)
Согласно фигуре 1 колесно-реверсный трактор содержит пневмоколеса на трех осях и железнодорожный комбинированный ход 2 и 3, при этом трактор имеют шарнирно-сочлененную раму и три ведущих оси - переднюю ось на передней полураме, среднюю и заднюю оси - на задней полураме.
Трактор имеет балласт, передний 5 и задний 4, которые установлены на полураме, причем передний балласт установлен над средней осью, а задний балласт установлен над задней осью
Передний и задний балласты могут быть выполнены емкостями из листового металла, которые заполнены тяжелым бетоном, и являются основанием для установки пневмооборудования.
Осуществление полезной модели.
Для вычисления веса балластов при транспортировании грузов, содержащем трогание с места с определенной силой тяги, перемещение по заданной трассе пути и торможение, предварительно определяют сцепной вес тягового средства, обусловленный требованиями транспортного обслуживания по выражению
где  - масса группы вагонов (маневровой передачи), т;
и  - удельное основное сопротивление движению соответственно тягового средства и вагонов, кгс/т;
- коэффициент сцепления ведущих пневмоколес тягового средства с рельсами;
0
00
- расчетный подъем железнодорожного пути; /
- нагрузка, приходящаяся на ведущие пневмоколеса тягового средства, участвующая в формировании силы тяги, тс,
в соответствии с которой устанавливают общую массу тягового средства (Р), включающую массу направляющих тележек (G) по выражению
где Gп, Gз - масса передней и задней направляющих тележек, т,
кроме того, максимальную силу тяги по сцеплению (Fсц) определяют из выражения
а силу тяги по условиям трогания с места группы вагонов на расчетном подъеме (Fтр) находят по выражению
где wтр - дополнительное удельное сопротивление при трогании с места, кгс/т.
сц
тр
а также проверяют величину силы тяги по сцеплению (F) на соответствие значению силы тяги по троганию с места (F) по условию
сц
и, при необходимости, увеличивают ее за счет повышения сцепного веса (Р) тягового средства.
Исследования показали, что основу промышленности РФ (до 75% по числу) составляют предприятия небольшой производительности, транспортное обслуживание которых связано только с внешними перевозками, выполняемыми железнодорожным транспортом. Для них характерны ограниченные грузопотоки (до 0,25 млн. т в год) и объемы транспортной работы (до 30 вагонов в сутки).
Кроме того, на крупных предприятиях имеются территориально обособленные производственно-складские объекты, у которых объемы перевозок и вагонопотоки аналогичны.
Следовательно, для предприятий с ограниченным грузопотоком существенное снижение затрат на транспортное обслуживание связано с необходимостью использования тяговых средств на комбинированном ходу, с установлением его параметров в полном соответствии с эксплуатационными условиями. Одновременно, трансформация движителя обеспечивает разновременное применение тягового средства на железнодорожных и автомобильных перевозках и существенное увеличение времени его использования.
Транспортирование груза тяговым средством на комбинированном пневмо-рельсовом ходу функционально представляет собой комплекс последовательно выполняемых технологических операций с группой вагонов (маневровой передачей), включающий: трогание вагонов с места, движение по расчетному подъему железнодорожного пути, торможение для снижения скорости и остановки.
При транспортном обслуживании предприятий технологические операции характеризуются конкретными технико-эксплуатационными показателями (вагонопотоком, массой маневровой передачи, расчетным подъемом железнодорожных путей, коэффициентами эксплуатационных свойств и др.).
С другой стороны, тяговое средство, выполняющее эти операции, должно реализовывать определенные рабочие параметры (иметь заданный сцепной вес и массу, силу тяги, мощность, тормозную силу).
Следовательно, принимая в качестве исходных данных технико-эксплуатационные показатели транспортного обслуживания конкретной группы предприятий имеется возможность увязать с ними и оптимизировать соответствующие рабочие параметры тягового средства.
сц
Главным параметром тягового средства, на базе которого устанавливаются другие расчетные параметры, является его сцепной вес (Р, тс). Поэтому параметризация тягового средства начинается с разработки модели расчета сцепного веса.
сц
к
1) Сцепной вес тягового средства (Р) представляет собой полную нагрузку, приходящуюся на ведущие колеса базового трактора на пневмошинном ходу, участвующие в формировании силы тяги (F). Он рассчитывается в зависимости от технико-эксплуатационных показателей транспортного обслуживания предприятия и эксплуатационных свойств тягового средства по формуле (1)
, тс
где  - масса группы вагонов в маневровой передаче, т;
и  - удельное основное сопротивление движению соответственно тягового средства и вагонов, кгс/т;
- коэффициент сцепления ведущих колес тягового средства с рельсами;
- расчетный подъем железнодорожного пути, 0/00.
Принципиальным отличием предложенной модели расчета сцепного веса (Рсц) от традиционной, по которой производится тяговый расчет для локомотивов железных дорог (тепловоза и электровоза), является следующее:
- коэффициент сцепления ведущих колес тягового средства с рельсами () принимается для условия «пневмошина - рельс» (вместо «металл - рельс»);
- удельное основное сопротивление движению тягового средства () принимается для движения трактора на пневмошинах по железнодорожному пути (вместо движения тепловоза по железнодорожному пути).
к
сц
Сила тяги (F) тягового средства на комбинированном ходу формируется на основе полной нагрузки, приходящейся на ведущие колеса (Р). Общая масса тягового средства (Р) включает также массу направляющих тележек (G, т) и определяется по формуле (2)
сц
с
п
з, т
Р = Р + G = Рц + G + G
п
з
где G и G - масса передней и задней направляющих тележек, т;
сц
2) максимальная сила тяги по сцеплению (F) определяется из выражения (3)
Fсц = 1000 Рсц ψ, кгс
сц
Принципиальным отличием модели расчета максимальной силы тяги по сцеплению (F) от традиционной заключается в том, что коэффициент сцепления ведущих колес тягового средства с рельсами (ψ) принимается для условия «пневмошина - рельс» (вместо «металл - рельс»).
тр
мп
3) Сила тяги (F), обеспечивающая трогание с места маневровой передачи (группы вагонов) массой (Q) на расчетном подъеме железнодорожного пути () устанавливается по формуле (4)
, кгс
где  - дополнительное удельное сопротивление при трогании с места, кгс/т.
Принципиальным отличием предложенной формулы определения силы тяги (Fтр), обеспечивающей трогание с места маневровой передачи (группы вагонов) массой (Q) на расчетном подъеме железнодорожного пути () является следующее:
- дополнительное удельное сопротивление при трогании с места () принимается для тягового средства на пневмошинном ходу при его движении по железнодорожному пути (вместо движения тепловоза по железнодорожному пути);
- дополнительно учитывается сила тяги, необходимая на преодоление сопротивления движению при трогании с места от массы направляющих тележек ();
- дополнительное удельное сопротивление движению, собственно, тягового средства при трогании с места определяется без учета массы направляющих тележек ();
сц
тр
4) величина силы по сцеплению (F) проверяется на соответствие значению силы тяги по троганию с места (F) по условию (5)
сц
тр
F > F
сц
и, при необходимости, увеличивают ее за счет повышению сцепного веса (Р) тягового средства (в частности, базового трактора)
Принципиальное отличие предложенного выражения для определения величины тормозной силы (Вт) для снижения скорости движения и остановки маневровой передачи (группы вагонов) массой (Qмп) заключается в том, что в процессе торможения дополнительно участвует сцепной вес тягового средства с учетом коэффициента сцепления () и масса направляющих тележек с учетом удельного сопротивления движению ().
Однако, учитывая, что сцепной вес тягового средства несопоставим с массой группы вагонов, которую он перемещает, торможение осуществляется тормозной системой прицепных вагонов.
Поэтому, тормозные силы при использовании тягового средства на комбинированном ходу определяются по стандартному алгоритму и данным правил тяговых расчетов.
Исходные технико-эксплуатационные показатели принимаются по усредненным значениям для группы промышленных предприятий, установленным на основе проведенных исследований показатели эксплуатационных свойств подвижного состава по нормативам стандартных тяговых расчетов.
Пример расчета.
Расчет производится по следующему алгоритму:
сц
1) Проводится расчет требуемого по условиям транспортного обслуживания сцепного веса (Р) тягового средства.
Исходные данные:
- масса группы вагонов (маневровой передачи) принимается из расчета наличие 8 полувагонов грузоподъемностью 63 т и массой брутто 85,4 т.
Qмп = 683,2 т;
- расчетный подъем железнодорожного пути принимается с учетом наличия кривых участков.  = 0,006 = 6 кгс/т;
- коэффициент сцепления пневмоколес с рельсами ψ = 0,75;
- удельное сопротивление движению соответственно тягового средства и вагонов:  = 20 кгс/т и  = 2,5 кгс/т.
В соответствии с формулой (1) определяем
т
В качестве базовой машины для тягового средства на комбинированном ходу принимается серийно выпускаемый колесный трактор (например, типа ХТА-308.01, ХТА-208.01, БТЗ-150К) номинальной мощностью N = 183 л.с., сцепным весом Рсц = 13,2 т, полной массой Р = 14 т.
3) Устанавливается максимальная сила тяги (Fсц) тягового средства по сцеплению по формуле (3)
кгс
4) Рассчитывается сила тяги (Fсц) по условиям трогания с места маневровой передачи массой (Qмп) на расчетном подъеме железнодорожного пути () при удельном сопротивлении на трогание с места  = 4,0 кгс/т по формуле 4
т
5) Полученные значения подтверждают, что условие (формула 5) выполняется
9900 > 8947 кгс.
сц
6) Для определения потребной мощности тягового средства (N) при реализации требуемой силы тяги по определению F = 9,9 тс используем стандартную формулу правил тяговых расчетов , л.с. (6)
Принимая установившуюся скорость при движении по расчетному подъему железнодорожного пути  = 5 км/ч устанавливаем необходимую мощность тягового средства.
л.с.
Тормозная сила, необходимая для осуществления процесса транспортирования осуществляется по стандартной методике.
Таким образом, установлено, в условиях предприятий с ограниченными вагонопотоками, которые составляют около 75 % общего числа предприятий: необходимый сцепной вес тяговых средств 13,2 т при мощности 180 л.с.
Из этих расчетов следует, что величина балласта тягового средства КРТ, при мощности180 л.с., не менее 2000 кг.
Промышленная применимость.
Колесно-реверсный трактор может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.
В соответствии с предложенной полезной моделью заявителем был изготовлен опытный образец колесно-реверсного трактора.
В 2020 году образец техники был испытан на территории заказчика, при мощности 257 л.с., сцепной вес составил 15750 кг, из которых 4500 кг - балласт распределенный между средней и задней осями.
Опытная эксплуатация предлагаемого колесно-реверсного трактора показала, что предлагаемое решение обеспечивает работу, при которой происходит оптимизация сцепного веса и мощности
Колесно-реверсный трактор КРТ-2, показал эффективность долее 30% в сравнении с аналогичной машиной при работе с составами от 800 до 1200 т.)
Таким образом за счет того, что трактор имеют шарнирно-сочлененную раму и три ведущих оси - переднюю ось на передней полураме, среднюю и заднюю оси - на задней полураме, при этом трактор имеет балласт, передний и задний, которые установлены на полураме, причем передний балласт установлен над средней осью, а задний балласт установлен над задней осью и достигается технический результат, а именно: оптимизация сцепного веса и мощности, а также возможность увеличить полезное время использования тягового средства.