2020-01-14
3095
РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Дипломный проект
по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»
Тема: Модернизация путевой рельсосварочной машины
Содержание
Введение
1.1 Перспективы развития парка путевых рельсосварочных машин..
1.2 Модификация путевых рельсосварочных машин ПРСМ
1.2.1 Машина ПРСМ-4
1.2.2 Машина ПРСМ-3
2 Модернизация грузоподъемного устройства
3 Проектирование механизма перемещения кран-балки
4 Определение стоимости модернизации машины ПРСМ
5 Охрана труда и техника безопасности
Заключение
Список использованных источников
рельсосварочная машина грузоподъемное устройство
Введение
В настоящее время повышение эффективности эксплуатации бесстыкового пути является одним из важных факторов, лежащих в основе нормального функционирования сети железных дорог Российской Федерации. Проектируются и создаются передвижные рельсосварочные самоходные машины нового поколения такие как ПРСМ-4, ПРСМ-5, ПРСМ-6 оснащенные современным сварочным оборудованием.
|
|
|
В парке ПРСМ на сети дорог все еще продолжают эксплуатироваться машины ПРСМ-3 созданные более 30 лет назад. С 2000 года на машины ПРСМ-3 начали устанавливать сварочное оборудование нового поколения, что повысило качество сварных стыков. Но при эксплуатации машин ПРСМ-3 с новым сварочным оборудованием возникли некоторые трудности, что потребовало проведения модернизации рабочего оборудования данной машины, а именно установки кран-балки.
Установка кран-балки позволит уменьшить износ металлоконструкции грузоподъемного устройства, уменьшить время, затрачиваемое на установку сварочной головки с одной рельсовой нити на другую и исключить применение физического труда при этом. Установка кран-балки на машины ПРСМ-3 является перспективным, а исследования, направленные на ее разработку, актуальными.
Цель дипломного проекта – провести модернизацию рабочего оборудования рельсосварочной машины ПРСМ.
Аналитический обзор
Перспективы развития парка путевых рельсосварочных машин
В техническом комплексе путевого хозяйства бесстыковой путь представляет собой сложнонапряженную дорогостоящую конструкцию, на содержание и эксплуатацию которой затрачиваются большие экономические, технические и человеческие ресурсы. Повышение эффективности эксплуатации бесстыкового пути является одним из важных факторов, лежащих в основе нормального функционирования сети железных дорог Российской Федерации.
Неотъемлемой составляющей бесстыкового пути являются рельсы и их сварные стыки. К качеству рельсовой стали предъявляются высокие требования особенно в современных условиях неукоснительного роста грузонапряженности железных дорог, скорости движения и нагрузок на ось. К сварным стыкам рельсов предъявляются не менее жесткие требования. Выход из строя сварного стыка рельсов ведет к большим экономическим затратам. Общий срок службы бесстыкового пути непосредственно зависит от долговечности элементов его конструкции, из которых одними из наиболее ответственных являются сварные стыки рельсов.
|
|
|
Количество остродефектных сварных стыков рельсов, обнаруживаемых в эксплуатации средствами дефектоскопии, с каждым годом увеличивается. Также ежегодно увеличивается количество изломов рельсов в области сварных стыков по дефектам сварки.
Ярко выраженный рост количества изломов по дефектам сварки наблюдается в последние годы при использовании для бесстыкового пути рельсов из электростали. Новые рельсовые стали отличаются большей чистотой по неметаллическим включениям и содержанием ряда примесей легирующих элементов по верхнему пределу, регламентированному ГОСТ Р 51685 – 2000. Поэтому при сварке рельсов электропечного производства имеется склонность к образованию неметаллических включений в шве, преимущественно алюмино-кальциевых, и к подкаливанию металла в зоне сварного шва после сварки. Это приводит к тому, что при контактной сварке таких рельсов требуются более концентрированный нагрев металла и высокая начальная скорость осадки (минимально около 35...40 мм/с).
Исследование комплекса прочностных и эксплуатационных свойств сварных стыков рельсов из новых марок сталей показало, что применяемая в настоящее время технология сварки непрерывным оплавлением рельсов в большинстве случаев не обеспечивает необходимого уровня конструкционной прочности и приводит к образованию в металле сварного стыка дефектов сварочного характера. Это ведет к уменьшению срока службы сварного рельса и соответствующим затратам на ремонт.
Сварку рельсов для бесстыкового пути выполняют на рельсосварочных предприятиях (в стационаре) контактными стыковыми машинами типа МСР-6301 и К-1000 и в пути подвесными контактными стыковыми сварочными головками типа К-355, К-900 и К-922, входящими в состав ПРСМ (путевых рельсосварочных машин).
Вопрос контактной стыковой сварки рельсов из электростали в пути до недавнего времени оставался открытым. Анализ причин изломов и образования остродефектных рельсов (ОДР) в зоне сварных стыков показал, что около 70 % таких рельсов были сварены машинами ПРСМ.
По данным Департамента пути и сооружений ОАО «РЖД», в настоящее время машинами ПРСМ осуществляется сварка около 3000 км в год плетей из новых рельсов и около 1500 км в год плетей из старогодных рельсов. Машины оснащены подвесными контактными рельсосварочными аппаратами в количестве 80 шт. Из них К-355 — 50 шт., К-900 — 17 шт., К-922 — 13 шт. На одну подвесную рельсосварочную головку приходится сварка от 320 до 930 стыков в год.
Большинство работ выполняется головками типа К-355, разработанными более 30 лет назад. Они не имеют гидроаккумуляторов (максимальная начальная скорость осадки 25 мм/с) и не обладают возможностью выполнять сварку методом пульсирующего оплавления.
В таблице 1.1 приведены технические характеристики контактной рельсосварочной головки К-355.
Таблица 1.1 – Технические характеристики рельсосварочной головки К-355
| Наименование параметра | Норма |
| Номинальное напряжение питающей сети, В | 380 |
| То же, от дизель-электростанции, В | 400 |
| Число силовых фаз питающей сети | 2 |
| Число фаз вспомогательной сети | 3 |
| Частота, Гц | 50 |
| Наибольший первичный ток короткого замыкания, кА, не менее | 1,1 |
| Мощность при ПВ = 50 %, кВ·А, не менее | 170 |
| Режим работы сварочных трансформаторов при номинальной нагрузке (ПВ), не более | 50 |
| Номинальный длительный вторичный ток, кА |  |
| Наибольший вторичный ток, кА, не менее | 63 |
| Сопротивление короткого замыкания, мкОм, не более | 105 |
| Наибольшая мощность при коротком замыкании, кВ·А, не более | 600 |
| Сопротивление вторичного контура машины постоянному току, мкОм, не более | 20 |
| Номинальное усилие осадки при давлении 10 МПа (100 кгс/см2), кН | 450±36 |
| Максимальное сечение свариваемых рельсов, мм2 | 10 000 |
| Переключение ступеней автотрансформатора в процессе сварки | Бесконтактное, тиристорным контактором |
| Наибольшее рабочее давление в гидросистеме, МПа (кгс/см2) | 10 (100) |
| Усилие зажатия максимальное при давлении 10 МПа (100 кгс/см2), кН | 1250±100 |
| Величина осадки, мм, в пределах | 7,5...15 |
| Наибольшая скорость осадки, мм/с, не менее | 20 |
| Скорость оплавления, мм/с | 0,07...3,0 |
| Масса сварочной машины, кг, не более | 2600 |
| Масса насосной станции, кг, не более | 590 |
| Габаритные размеры сварочной машины, мм, не более | 1600X1030X1195 |
|
|
|
Рельсосварочные головки типа К-900 с системой управления на базе микропроцессора имеют возможность сваривать рельсы методом пульсирующего оплавления, однако невысокая начальная скорость осадки (до 25 мм/с) из-за отсутствия гидроаккумуляторов часто служит причиной образования неметаллических включений (окислов) в металле сварного шва рельсов из электростали.
Рельсосварочные головки типа К-922 являются машинами нового поколения. Пульсирующее оплавление является основным методом сварки рельсов на данных машинах. Эти головки предназначены для сварки рельсовых плетей с растяжением, подтяжкой и по «классической» технологии с выгибом петли. Машина К-922 в настоящее время в основном используется при строительстве новых путей для сварки плетей в междупутье, где головка имеет явное техническое и экономическое преимущество перед другими машинам.
В таблице 1.2 приведены технические характеристики контактной рельсосварочной головки К-922.
Таблица 1.2 – Технические характеристики рельсосварочной головки К-922
|
|
|
| Наименование параметра | Норма |
| Номинальное напряжение питающей сети, В | 380 |
| То же, от дизель-электростанции, В | 400 |
| Число силовых фаз питающей сети | 2 |
| Число фаз вспомогательной сети | 3 |
| Частота, Гц | 50 |
| Наибольший первичный ток короткого замыкания, кА, не менее | 1,1 |
| Мощность при ПВ = 50 %, кВ·А, | 211 |
| Режим работы сварочных трансформаторов при номинальной нагрузке (ПВ), не более | 50 |
| Номинальный длительный вторичный ток, кА | 24 |
| Наибольший вторичный ток, кА, не менее | 67 |
| Сопротивление короткого замыкания, мкОм, | 110 |
| Наибольшая мощность при коротком замыкании, кВ·А, не более | 500 |
| Сопротивление вторичного контура машины постоянному току, мкОм, не более | 20 |
| Номинальное усилие осадки при давлении 10 МПа (100 кгс/см2), кН | 1200 |
| Максимальное сечение свариваемых рельсов, мм2 | 10 000 |
| Наибольшее рабочее давление в гидросистеме, МПа (кгс/см2) | 21 |
| Усилие зажатия максимальное при давлении 10 МПа (100 кгс/см2), кН | 1250±100 |
| Наибольшая скорость осадки, мм/с, не менее | 40 |
| Масса сварочной машины, кг, не более | 3450 |
| Масса насосной станции, кг, не более | 590 |
| Габаритные размеры сварочной машины, мм, не более | 1895x1060x1300 |
Еще одной причиной возникновения дефектов в области сварных стыков рельсов является применение упрочнения их головок воздушно-водяной смесью. Данная технология является ненадежной по причине частого засорения форсунок закалочных устройств и попадания на охлаждаемый металл струй воды, что приводит к образованию в металле головки сварного стыка рельсов неблагоприятных закалочных структур со свойствами, отличающимися от свойств основного металла рельса. Такая структурная неоднородность по поверхности катания сварного рельса бесстыкового пути приводит к выкрашиванию этих областей металла.
В настоящее время применяют индукционные установки типа ИТТ5-250/2,4П для термообработки сварных стыков рельсов в пути в комплексе с машинами ПРСМ-4.
Модификации путевых рельсосварочных машин ПРСМ
Путевые рельсосварочные самоходные машины предназначены для сварки электроконтактным способом стыков рельсов тяжелого типа при строительстве и ремонте железных дорог.
Сварка рельсов может производиться как лежащих в пути, непосредственно по которому передвигаются машины, так и рельсов, уложенных вдоль этого пути – внутри или снаружи колеи.
Рельсовые плети длиной 800 м, на места капитального ремонта пути, доставляются с рельсосварочных предприятий (РСП) специальными рельсовозными составами РС-800, которые вмещают 12 плетей или 4,8 км пути. В 2008 году введен в эксплуатацию рельсовозный состав вместимостью 12 км пути. Использование такого состава позволяет более интенсивно вести укладку плетей и сократить время на капитальный ремонт пути.
Нижний предел температуры, при котором могут выполняться сварочные работы, определяется технологическим процессом на сварку рельсов, установленным потребителем, но ниже -200С.
Машины обеспечивают выезд самоходом к месту сварочных работ и передвижение в процессе сварки от стыка к стыку с прицепным составом массой до 90 тонн.
Парк ПРСМ на сети дорог составляет 80 единиц. Из них ПРСМ-3 — 25 шт., ПРСМ-4 — 47 шт., ПРСМ-5 — 5 шт., ПРСМ-6 — 5 шт.
В 2006 году введена в эксплуатацию машина ПРСМ-6, которая оснащена индукционной установкой для дифференцированной термообработки сварного стыка с целью повышения его механических свойств и эксплуатационных характеристик, а также прессом для испытаний контрольных образцов.
На сегодняшний день основную часть работ по сварке рельсовых плетей выполняют машинами ПРСМ-3 и ПРСМ-4.
Машина ПРСМ-4
Путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ-4 предназначена для сварки электроконтактным способом стыков рельсов тяжелого типа при строительстве и ремонте железных дорог.
Сварка рельсов может производиться как лежащих в пути, непосредственно по которому передвигаются машины, так и рельсов, уложенных вдоль этого пути – внутри или снаружи колеи на расстоянии до 2600 мм от оси пути.
1- рама; 2- сварочное оборудование; 3- устройство для перемещения сварочного оборудования; 4- капот подъемный; 5- система охлаждения сварочной машины; 6- капот передний; 7- гидравлическое оборудование; 8- кабина; 9- капот задний; 10- силовая установка; 11- песочница; 12- блок колесно-моторный; 13- рессорное подвешивание; 14- передача рычажная тормоза; 15- тормоз ручной; 16- электрооборудование; 17- компрессор; 18- пневмотормозное оборудование; 19- устройство для подтягивания рельсов
Рисунок 1.3 - Общий вид путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-4
В таблице 1.3 приведены технические характеристики путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-4.
Таблица 1.3 – Техническая характеристика машины ПРСМ-4
| Наименование параметра | Норма |
| Габарит по ГОСТ 9238-83 | 02-Т |
| База по осям автосцепок, мм. | 13100 |
| Скорость конструкционная, км/ч | 65 |
| Скорость при транспортировке отдельным локомотивом или в составе поезда,км/ч | 100 |
| Скорость с прицепным составом на площадке, км/ч | 80 |
| Масса прицепного состава,т | 90 |
| Диаметр колес по кругу катания, мм | 950 |
| Рессорное подвешивание | одинарное с продольными балансирами |
| Запас топлива, т | 1,8 |
| Минимальный радиус вписывания в кривые на горизонтальном профиле,м | 150 |
| Масса машины, т | 40 |
| Обслуживающий персонал (без учета персонала, необходимого для выполнения технологических операций) | 2 |
| Время приведения в рабочее или транспортное положение, мин. | 5 |
| Мощность силовой установки, кВт не менее | 200 |
| Машинное время сварки стыка рельса типа Р65, с не более | 240 |
Машина ПРСМ-3
Путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ-3 предназначена для сварки электроконтактным способом рельсов, лежащих в железнодорожном пути в плети любой длины.
Машина может сваривать рельсы, уложенные внутри колеи, снаружи ее на расстоянии до 650 мм от рельса и непосредственно на колее, по которой передвигается.
В таблице 1.4 приведены технические характеристики путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-3.
Таблица 1.4 – Техническая характеристика машины ПРСМ-3
| Наименование параметра | Норма |
| Габарит по ГОСТ 9238-83 | 02-Т |
| База по осям автосцепок, мм. | 14620 |
| Скорость конструкционная, км/ч | 65 |
| Скорость при транспортировке отдельным локомотивом или в составе поезда,км/ч | 80 |
| Скорость с прицепным составом на площадке, км/ч | 70 |
| Масса прицепного состава,т | 40 |
| Диаметр колес по кругу катания, мм | 950 |
| Рессорное подвешивание | одинарное с продольными балансирами |
| Запас топлива, т | 1,1 |
| Минимальный радиус вписывания в кривые на горизонтальном профиле,м | 150 |
| Масса машины, т | 66 |
| Обслуживающий персонал (без учета персонала, необходимого для выполнения технологических операций) | 6 |
| Время приведения в рабочее или транспортное положение, мин. | 20 |
| Мощность силовой установки, кВт не менее | 220 |
| Машинное время сварки стыка рельса типа Р65, с не более | 240 |
Каховский завод электросварочного оборудования делал попытки по модернизации машин ПРСМ-3.
На модернизированную машину ПРСМ-3 были установлены:
· дизель-электростанция мощностью не менее 350 кВт вместо старой маломощной;
· современная рельсосварочная машина К 922-1 с усилием осадки 120 тонн, что позволяет производить сварку вставок рельсов без деформации вставки в форму «петли»;
· подъемник сварочного комплекса КСМ 005 вместо качающейся рамы;
· пост охлаждения сварочного комплекса КСМ 005 вместо поста охлаждения ПРСМ-3;
· дополнительный дизель-генератор и мотор-насос для аварийных ситуаций;
· капот над подъемником со сварочной машиной;
· новая система безопасности движения;
· система обнаружения и тушения пожара.
Модернизированная машина ПРСМ-3 способна выполнять качественные работы по строительству скоростных железнодорожных путей.
В таблице 1.5 приведены технические характеристики модернизированной путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-3.
Таблица1.5 – Техническая характеристика модернизированной машины ПРСМ-3
| Наименование параметра | Норма |
| Габарит по ГОСТ 9238-83 | 02-Т |
| База по осям автосцепок, мм. | 14620 |
| Скорость конструкционная, км/ч | 65 |
| Скорость при транспортировке отдельным локомотивом или в составе поезда,км/ч | 80 |
| Скорость с прицепным составом на площадке, км/ч | 65 |
| Масса прицепного состава,т | 40 |
| Диаметр колес по кругу катания, мм | 950 |
| Рессорное подвешивание | одинарное с продольными балансир |
| Запас топлива, т | 1,1 |
| Минимальный радиус вписывания в кривые на горизонтальном профиле,м | 150 |
| Масса машины, т | 63 |
| Обслуживающий персонал (без учета персонала, необходимого для выполнения технологических операций) | 2 |
| Время приведения в рабочее или транспортное положение, мин. | 5 |
| Мощность силовой установки, кВт не менее | 350 |
| Машинное время сварки стыка рельса типа Р65, с не более | 120 |
Так как данная модернизация по своей стоимости сопоставима с покупкой новой машины, она не получила широкого распространения, а ограничилась лишь экспериментальной моделью.
