Приводы путевых машин

• 1. Назначение, работа и устройство ВПО-3−3000
• 1.1 Назначение ВПО-3−3000
• 1.2 Устройство ВПО-3−3000
• 1.3 Технология работы ВПО-3−3000
• 2. Разработка структурной схемы ГП С СУ
• 2.1 Описание гидравлической схемы механизма перемещения и привода виброплиты
• 2.2 Разработка системы управления приводом
• 2.2.1 Условия работы СУ
• 2.2.2 Описание работы СУ
• 2.2.3 Разработка и описание блок — схемы работы СУ
• 3. Выбор основных элементов гидропривода
• 3.1 Расчет мощностей и рабочих давлений
• 3.2 Выбор насосов и описание регулирования
• 3.3 Выбор гидромотора
• 3.4 Выбор распределителей
• 3.5 Выбор предохранительных клапанов
• 4. Выбор элементов системы управления
• 4.1 Выбор электронного блока управления
• 4.2 Выбор выключателей конечных
• 4.3 Выбор тахометра, реле времени
• 4.4 Выбор датчика перемещения
• 5. Разработка методики диагностики привода
• 5.1 Выбор метода комплексной диагностики
• 5.2 Диагностика всей ГП
• 5.3 Диагностика насоса
• 5.4 Диагностика ГЦ и Р
• 5.5 Диагностика М и Р4
• 5.6 Выбор средств диагностики и метрологическое обоснование точности диагностирования
• Список использованных источников

1. Назначение, работа и устройство ВПО-3−3000

1.1 Назначение ВПО-3−3000

Машина ВПО-3−3000 предназначена для выполнения комплекса заключительных работ в составе технологических процессов технического обслуживания, ремонта и строительства пути. Основными операциями машины являются выправка пути в продольном профиле, по уровню и в плане, а также уплотнение балластной призмы по всему её объему (в подшпальной, откосно-плечевой и междупутной зонах). Также могут выполняться дозировочно-планировочные работы, динамическая стабилизация балластного слоя, очистка шпал и рельсов от излишков балласта после прохода машины. Она применяется при усиленном капитальном, капитальном, усиленном среднем, среднем и подъемочном ремонтах пути. Все основные технологические операции производятся при непрерывном движении машины отдельным тепловозом.

1.2 Устройство ВПО-3−3000

Экипажная часть машины включает сварную ферму (позиция 3 рисунок 1.1) двухбалочной конструкции с поперечными связями, придающими ей необходимую жесткость при восприятии рабочих нагрузок. Ферма опирается на заднюю (позиция 12 рисунок 1.1) и переднюю (позиция 20 рисунок 1.1) ходовые тележки типа 18−100. Машина оборудована всеми стандартными устройствами и системами, позволяющими включать ее в состав поезда: автосцепками (позиция 8 рисунок 1.1), тормозной системой, сигнальными устройствами.

На ферме в последовательности выполнения основных технологических операций по ее оси, или с двух сторон симметрично, смонтированы рабочие органы: правый и левый дозаторы (позиция 19 рисунок 1.1), позволяющие, при необходимости, дозировать порции балласта, выгруженного на обочины, в путь; балластный плуг (позиция 18 рисунок 1.1), служащий для перевалки излишков балласта с поверхностей шпал внутри колеи на плечи и откосы балластной призмы; ПРУ (позиция 5 рисунок 1.1) с электромагнитно-роликовыми захватами, конструкция которых аналогична захватам электробалластеров; основные уплотнительные виброплиты (позиция 17 рисунок 1.1) с механизмами (позиция 4 рисунок 1.1) их установки в рабочее и транспортов положения (подвеска виброплит), производящие уплотнение балласта под шпалами в зоне вывешивания путевой решетки с помощью ПРУ; подборщик балласта (позиция 15 рисунок 1.1), состоящий из горизонтальной роторной тросовой шпальной щетки с приводом и выбросного ленточного транспортера; правый и левый планировщики (позиция 13 рисунок 1.1), служащие для засыпания траншей после прохода виброплит с одновременным формированием поверхностей балластной призмы на откосе или междупутье; правый и левый уплотнители (позиция 11 рисунок 1.1) откосно-плечевых и междупутных зон; правые и левые активные роторные рельсовые щетки (позиция 10 рисунок 1.1), очищающие зоны рельсовых скреплений и боковые поверхности рельсов от балласта и загрязнений.

При работе энергоснабжение основных механизмов осуществляется от основного дизель-электрического агрегата переменного тока, расположенного для удобства обслуживания и ремонта под капотом (позиция 1 рисунок 1.1).

Здесь же располагается аварийный дизель-электрический агрегат, используемый для приведения рабочих органов в транспортное положение при отказе основного агрегата, а также для вспомогательных работ. Для привода рабочих органов применен объемный гидропривод, насосная станция которого смонтирована под капотом (позиция 7 рисунок 1.1) в задней части машины.

привод путевая машина Машина оснащена трехкоординатной трехточечной КИС с микропроцессорным управлением, а также контрольной системой. Рабочий стрелограф машины включает переднюю (позиция 21 рисунок 1.1) и заднюю (позиция 14 рисунок 1.1) концевые тележки и измерительную тележку (позиция 16 рисунок 1.1). Между концевыми тележками натянут измерительный трос-хорда (позиция 22 рисунок 1.1).

Для контрольного троса-хорды (позиция 23 рисунок 1.1) концевыми являются тележки 16 и 9 (рисунок 1.1), а измерительной — тележка 14 (рисунок 1.1), на которой располагается датчик стрелы изгиба. Одновременно контрольная система имеет датчик уровня, располагаемый на задней тележке (позиция 9 рисунок 1.1) вне зоны влияния вибраций.

Управление машиной осуществляется из передней кабины 2 (рисунок 1.1; управление дизель-электрическими агрегатами, дозатором, балластным плугом и рабочим органом динамической стабилизации пути) и из задней кабины (рисунок 1.1; управление выправкой, подбивкой, уплотнением откосно-плечевых и междупутных зон призмы, отделкой пути).

Кабины установлены на резинометаллических амортизаторах, служащих виброизоляторами.

1 — основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2, 6 — передняя и задняя кабины управления; 3 — ферма; 4 — механизм перемещения виброплит; 5 — ПРУ; 7 — насосная станция; 8 — автосцепки; 9, 14, 16, 21 — задняя, промежуточные и передняя тележки КИС; 10 — активные рельсовые щетки; 11 — уплотнители откосно-плечевых и междупутных зон балластной призмы; 12,20 — задняя и передняя ходовые тележки; 13 — планировщики; 15 — подборщик балласта; 17 — виброплиты; 18 — балластный плуг; 19 — дозатор; 22, 23 — трос-хорды рабочей и контрольной КИС.

Рисунок 1.1 — ВПО-3−3000

1.3 Технология работы ВПО-3−3000

Дозатор ВПО-3−3000 (рисунок 1.1 позиция 19) распределяет выгруженный на обочины балласт (рисунок 1.2 сечение А-А) в путь (рисунок 1.2 сечение Б-Б). ПРУ (рисунок 1.1 позиция 5) с помощью электромагнитно-роковых захватов вывешивает и выправляет путь по уровню и в плане (рисунок 1.2 сечение В-В). Виброплиты (рисунок 1.1 позиция 17) подают балласт в подшпальную зону и осуществляют его виброобжатие (рисунок 1.2 сечение Г-Г). Планировщики и уплотнители (рисунок 1.1 позиция 11, 13) формируют и уплотняют откосы балластной призмы (рисунок 1.2 сечение Д-Д).

Рисунок 1.2 — Поперечный профиль пути при работе ВПО-3−3000

2. Разработка структурной схемы ГП С СУ

Разработка структурной схемы гидропривода механизма привода и перемещения виброплиты выполнена на основе уже существующего.

Принципиальным отличием является использование регулируемого гидронасоса для привода эксцентрикового вибровозбудителя.

Исходная схема ГП механизма перемещения виброплиты приведена на рисунке 2.1.

1 — направляющая колонна; 2 — поворотный кронштейн; 3 — проушина гидроцилиндра в виде обоймы; 4 — промежуточный кронштейн; 5 — виброплита; 6 — продольная балка; 7 — вертикальная ось.

Рисунок 2.1 — Механизм перемещения виброплиты

2.1 Описание гидравлической схемы механизма перемещения и привода виброплиты

Разработанная структурная схема ГП механизма перемещения и привода виброплиты приведена на чертеже СУПМ. М511.14.00.00.00 СГ.

Схема гидрообъёмной передачи разомкнутая. Гидробак открытый. Работы производятся в температурном диапазоне воздуха от — 30єС до +35єС. Механизм перемещения виброплит выполняет подъем-опускание и втягивание-выдвижение конструкции. Операция подъема-опускания осуществляется гидроцилиндрами Ц1 и Ц2. Выдвижение — втягивание — гидроцилиндром Ц3.

Привод вибровозбудителя уплотнительной плиты осуществляется регулируемым гидромотором М1.

Для достижения синхронности выполнения совмещенных операций гидросхема спроектирована двухпоточной. Также с этой целью были введены объемные делители потка ДП1 и ДП2.

Использовано 2 нерегулируемых насоса Н1 и Н2. Распределители Р1, Р2, Р3 трехпозиционные, четырехлинейные с Ч — образной нейтральной позицией. Такой тип распределителей был использован для исключения влияния перетечек на перемещение ГЦ. Распределитель Р4 с закрытым центром, четырехлинейный, двухпозиционный. Управление распределителями — электрическое. Распределители Р1 и Р2 включаются одновременно в соответствующие позиции.

Непосредственно перед Гидроцилиндрами установлены гидрозамки ЗМ1, ЗМ2, ЗМ3. Гидрозамки предназначены для фиксации положения штоков ГЦ и предотвращения падения виброплиты при обрыве рукавов давления.

Усилие подъема ограничено предохранительными клапанами КП3 и КП5, для избежания повреждения механизма и РШР при неосторожном подъеме виброплиты. Наряду с КП4 и КП6 они образуют вторичную защиту двигателей (от реактивных, температурных и инерционных перегрузок).

Для защиты гидропередачи от активных и инерционных перегрузок введены клапаны первичной защиты КП1 и КП2, которые представляют собой управляемые предохранительные клапаны непрямого действия с электрическим управлением.

Для подъема — опускания или выдвижения — втягивания виброплиты необходимо подать электрический сигнал на соответствующую обмотку электромагнитов распределителей Р1 и Р2 или Р3. Распределители будут переведены в рабочую позицию, и будет выполнена соответствующая операция. Операция прекратиться в момент срабатывания ограничителей, в результате чего подача электрического сигнала будет прекращена, и распределители будут переведены в нейтральные позиции автоматически.

Для включения привода виброплиты необходимо подать электрический сигнал на обмотку электромагнита распределителя Р4. Распределитель переключится рабочую позицию.

Для выключения привода виброплиты необходимо обесточить электромагнит распределителя Р. Распределитель перейдёт в нейтральную позицию.

Последовательность работы механизмов регулируется системой управления.

Клапаны КП1 и КП2 работают в режиме переливных. При подаче сигнала на соленоид любого распределителя также подается сигнал на соленоид управления клапаном и переводит его в режим предохранительного. Если соленоиды будут обесточены, клапаны автоматически будут переведены в режим переливных.

Для очистки масла в сливной линии установлены фильтры Ф1-Ф2. При предельном засорении фильтра — откроется установленный в нём клапан, и масло пойдёт по трубопроводам без очистки.

Для охлаждения и поддержания оптимальной температуры предусмотрен теплообменный аппарат АТ. Байпасный клапан КБ при повышении температуры масла выше максимально допустимого значения подаёт сигнал на переключатель, который направляет весь поток масла через теплообменный аппарат АТ.

2.2 Разработка системы управления приводом

Для автоматизации управления приводом механизма и его защиты в гидропередачу была введена электронная система управления.

Разработка системы управления выполнена в 4 этапа:

1. определение условий работы СУ;

2. определение необходимых устройств и поиск путей соблюдения условий;

3. составление блок — схемы работы СУ (программных модулей).

4. выбор элементов СУ

2.2.1 Условия работы СУ

При разработке СУ необходимо обеспечить:

— последовательность начала и окончания работы механизмов: выдвижение — опускание — установка в рабочее положение — включение/выключение РО — выдвижение плит из-под шпал — подъем — перевод в транспортное положение (согласно циклограмме работы привода (рисунок 2.2.1));

— защиту при взаимодействии РО с препятствием (авт. Выключение РО и подача сигнала);

— контроль конечных положений РО;

— заданную частоту вращения гидромотора М1;

— невозможность одновременного включения Р3 и Р4, запитанных от одного насоса;

— защиту ГП от перегрузок.

Рисунок 2.2.1 — циклограмма работы механизма перемещения и привода виброплиты

2.2.2 Описание работы СУ

СУ представляет собой набор датчиков КВ1-КВ7, ДП; электронный тахометр n1; электромагниты (соленоиды) Y1-Y11; электронный блок управления (ЭБУ), осуществляющий усиление сигналов датчиков, их анализ (сравнение) и передачу сигнала ошибки оператору (или отключение цепи управления), органы управления.

Последовательность начала и окончания работы механизмов, а также контроль конечных положений обеспечиваются установкой на гидроцилиндр конечных выключателей КВ1-КВ7. СУ спроектирована таким образом, что механизмы не начнут свою работу, пока выключатели не сработают (замкнет цепь).

Ц3 при этом оборудован тремя конечными выключателями (для постановки в механизма в рабочее и крайнее положения).

Поддержание заданной частоты вращения М1 обеспечивается управляющим контуром, состоящим из реле времени РВ, тахометра n1, поступательного электромагнита (соленоида), ЭБУ и органов управления. Измерение частоты вращения выполняется электронным тахометром. Отклонение от номинала фиксируется и передается в виде знакопеременного сигнала ошибки (напряжения) на ЭБУ. Далее сигнал передается на соленоид, соединенный с регулятором гидромотора. Реле времени необходимо для последовательного включения гидромотора и тахометра. Оно настроено таким образом, чтобы время срабатывания было больше времени разгона и торможения гидромотора. Таким образом, тахометр будет фиксировать только рабочую частоту и не будет давать ложного сигнала ошибки при разгоне и торможении.

Защита РО при взаимодействии с препятствием обеспечивается установкой датчика ограничения продольного перемещения между виброплитой и главной балкой. Сигнал от датчика подается на ЭБУ, который отключает М1, подает светозвуковой сигнал на дисплей оператора и вызывает аварийное срабатывание тормозной системы.

Защита от перегрузок осуществляется зависимостью распределителей и автоматов разгрузки в СУ. В приводе механизма опускания при отсутствии напряжения на соленоидах распределителей Р1 и Р2 (находится в центральной позиции) и предохранительного клапана (находится в режиме переливного), МГ идет от насоса сразу в бак. При подаче напряжения произойдет переключение распределителя в рабочее положение и закрытие клапана: МГ идет через распределитель к двигателю.

В приводе механизмов выдвижения и вращения автомат разгрузки также соединен линиями управления распределителями: при подаче напряжения на соленоид любого из распределителей произойдет подача напряжения на соленоид предохранительного клапана.

Структурная схема ГП с датчиками приведена на чертеже СУПМ. М511.14.00.00.00 СГ.

2.2.3 Разработка и описание блок — схемы работы СУ

Блок-схема представляет собой алгоритм работы системы управления, представленный в виде блоков-условий, блоков-действий, блоков-элементов и связывающих их сигналов, изображенных в виде стрелок.

Впоследствии данный алгоритм будет применен при программировании ПЛК (программируемый логический контролер) программистом. Управление механизмами осуществляется с панели управления — управляющие сигналы в виде напряжений подаются на соленоиды Y1-Y10. Включение каждого механизма ограничено блоками-условиями так, что оно не произойдет, если не соответствует циклограмме работы. Алгоритм позволяет включать механизмы в следующей последовательности: выдвижение (полное) — опускание — втягивание (частичное) — включение/выключение гидромотора — выдвижение (частичное) — подъем — втягивание (полное). При подаче напряжения на любой из соленоидов распределителей одновременно оно подается на управляющий соленоид предохранительного клапана КП1 или КП2, переключая его в режим предохранительного. При снятии напряжения с распределителей, клапаны автоматически переводятся в режим переливных.

Выдвижение (полное)

1. Оператор нажимает кнопку «выдвижение 1» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₁ и U_Y7 (соленоид распределителя Р4). Если напряжение U_Y7=0, то сигнал посылается на соленоид Y9 распределителя Р3.

3. Золотник распределителя Р3 перемещается в рабочую позицию. Происходит выдвижение.

4. Происходит замыкание контактов конечного выключателя КВ6, напряжение снимается с соленоида Y9, выдвижение останавливается.

Опускание

1. Оператор нажимает кнопку «опускание 2» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₂ и U_Y9 (соленоид распределителя Р3). Если напряжение U_Y9=0, то сигнал посылается на соленоиды Y1 и Y5 распределителей Р1 и Р2.

3. Золотники распределителей Р1 и Р2 перемещаются в рабочую позицию. Происходит опускание.

4. Происходит замыкание контактов конечных выключателей КВ2 и КВ4, напряжение снимается с соленоидов Y1 и Y5, опускание останавливается.

Втягивание (частичное)

1. Оператор нажимает кнопку «втягивание 3» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₃ и U_Y15 (соленоиды распределителей Р1 и Р2). Если напряжение U_Y15=0, то сигнал посылается на соленоид Y8 распределителя Р3.

3. Золотник распределителя Р3 перемещается в рабочую позицию. Происходит втягивание.

4. Происходит замыкание контактов конечного выключателя КВ7, напряжение снимается с соленоида Y8, втягивание останавливается.

Включение и работа гидромотора

1. Оператор нажимает кнопку «вкл 4» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₄ и U_{ДП (}датчик перемещения). Если напряжение U_ДП=0, то сигнал посылается на следующий блок сравнения.

3. Происходит сравнение напряжений U₄ и U_{Y8 (}соленоиды распределителя Р3). Если напряжение U_Y8=0, то сигнал посылается на соленоид Y7 распределителя Р4 и на реле времени РВ.

4. Золотник распределителя Р4 перемещается в рабочую позицию и происходит срабатывание реле времени, настроенного на время разгона М1. Гидромотор начинает вращаться.

5. Напряжение поступает к электронному тахометру n1, который фиксирует частоту вращения М1 и генерирует эквивалентное напряжение U_n1, которое посылается на блок сравнения.

6. Происходит сравнение U_n1 с предварительно заданным номинальным напряжением. Если напряжения не равны, знакопеременный сигнал ошибки в виде напряжения посылается на электромагнит Y10.

7. Электромагнит изменяет угол наклона блока аксиально-поршневого гидромотора М1 в соответствии со знаком сигнала ошибки.

Для предотвращения поломки при столкновении использован чувствительный датчик перемещения. При столкновении с препятствием начинает происходить деформация металлической конструкции, которая вызывает срабатывание датчика перемещения ДП и сигнал в виде напряжения подается на блок сравнения. Происходит сравнение напряжения, посылаемого датчиком, с допустимым напряжением. Если U_ДП> [U_ДП], то напряжение снимается с соленоида Y7 распределителя Р4 и с размыкает контакты реле времени РВ. Гидромотор и тахометр отключаются. Одновременно подается напряжение на дисплей оператора ДO, сообщая о неисправности, и на тормозную систему ТС, вызывая экстренное торможение.

Выключение гидромотора

1. Оператор нажимает кнопку «выкл 5» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит проверка условия срабатывания датчика перемещения. Если напряжение U_ДП? [U_ДП], то сигнал посылается на следующий блок сравнения.

3. Происходит сравнение напряжений U₅ и U_{Y8 (}соленоиды распределителя Р3). Если напряжение U_Y8=0, то происходит снятие напряжения с соленоида Y7 распределителя Р4 и размыкание контактов реле времени РВ тахометр отключается, вращение останавливается.

Выдвижение (частичное)

1. Оператор нажимает кнопку «выдвижение 6» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₅ и U_{Y7 (}соленоиды распределителя Р4). Если напряжение U_Y7=0, то сигнал посылается на соленоид Y9 распределителя Р3.

3. Золотник распределителя Р3 перемещается в рабочую позицию. Происходит выдвижение.

4. Происходит замыкание контактов конечного выключателя КВ6, напряжение снимается с соленоида Y9, выдвижение останавливается.

Подъем

1. Оператор нажимает кнопку «подъем 7» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₇ и U_Y9 (соленоид распределителя Р3). Если напряжение U_Y9=0, то сигнал посылается на соленоиды Y2 и Y6 распределителей Р1 и Р2.

3. Золотники распределителей Р1 и Р2 перемещаются в рабочую позицию. Происходит подъем.

4. Происходит замыкание контактов конечных выключателей КВ1 и КВ3, напряжение снимается с соленоидов Y2 и Y6, подъем останавливается.

Втягивание (полное)

1. Оператор нажимает кнопку «втягивание 8» и посылает сигнал в виде напряжения на блок сравнения.

2. Происходит сравнение напряжений U₈ и U_{Y26 (}соленоиды распределителей Р1 и Р2). Если напряжение U_Y26=0, то сигнал посылается на соленоид Y8 распределителя Р3.

3. Золотник распределителя Р3 перемещается в рабочую позицию. Происходит втягивание.

4. Происходит замыкание контактов конечного выключателя КВ5, напряжение снимается с соленоида Y8, втягивание останавливается. Цикл работы механизма окончен.

3. Выбор основных элементов гидропривода

Проведен выбор элементов: распределителей, клапанов управляемых, гидронасосов управляемых, а также нерегулируемого гидромотора.

3.1 Расчет мощностей и рабочих давлений

Мощность рассчитана для механизма подъема опускания, выдвижения и вращения.

Основные величины приняты по источнику и сведены в таблицу 3.1.1.

Таблица 3.1.1 — основные кинематические параметры механизмов

Потребная мощность привода виброплиты Р_дв, Вт [2]:

(3.1)

з_м — КПД привода, принято з_м =0,95.

Потребная мощность привода подъема/опускания виброплиты Р_п, Вт [3]:

(3.2)

Потребная мощность привода выдвижения втягивания виброплиты Р_в, Вт [3]:

(3.3)

Номинальное давление пропорционально мощности привода:

(3.4)

Принято номинальное давление из стандартного ряда [3]: p_ном1=20 МПа для контура ГЦ3-М1 и P_ном2=10 МПа для контура ГЦ1-ГЦ2.

3.2 Выбор насосов и описание регулирования

Необходимая мощность на валу насоса:

где — полный КПД насоса (?0,9); - КПД, учитывающий потери мощности на пути от насоса до гидродвигателя и от гидродвигателя до бака (?0,95); - полный КПД гидродвигателя (?0,95 для гидроцилиндра и 0,96 для гидромотора); - КПД, учитывающий потери мощности от сил трения в шарнирах (?0,97).

Мощность на валу насоса Н2 выбрана по наибольшей требуемой мощности Р_дв:

По мощности и давлению выбран нерегулируемый аксиально-поршневой насос 310.160.

Мощность на валу насоса Н1:

По мощности и давлению выбран нерегулируемый аксиально-поршневой насос 310.28. Характеристики насосов приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1 — Характеристики насосов

Необходимая частота вращения вала насоса n_н насоса связана с необходимой мощностью Р_пн соотношением:

Р_пнз_н = р_номQ_н = р_номq_нn_нз_но, (3.6)

где р_ном — номинальное давление; Q_н — производительность насоса; q_н — рабочий объем насоса; з_но — объемный КПД насоса.

Насос Н1 необходимо дефорсировать по давлению до величины 10 МПа для обеспечения плавности подъема/опускания подбивочного блока.

Тогда производительность насоса будет равна:

Насос Н2 не корректируется по давлению, т.к. функцию ограничения давления выполняет клапан КП4 с давлением настройки 5 МПа.

Частота вращения вала гидронасоса Н2 определяется количеством подаваемой жидкости и рабочим объемом гидронасоса. Момент на валу гидронасоса определяется давлением рабочей жидкости и рабочим объемом гидронасоса.

В исходном состоянии рабочий объем (производительность) гидронасоса максимальный. Рабочий объем меняется в зависимости от изменения угла наклона блока цилиндров относительно оси приводимого вала.

За изменение угла наклона блока цилиндров (а значит изменение рабочего объема и частоты вращения вала) отвечает регулятор гидронасоса, встроенный в заднюю крышку. Регулятор состоит из установленного в задней крышке ступенчатого поршня, пальца, фиксирующего винта, двухкромочного золотника с башмаком и подпятником, двуплечевого рычага и крышки, в которой смонтирован пропорциональный электромагнит.

Полость цилиндра меньшего диаметра поршня постоянно соединена с каналом высокого давления.

Полость под цилиндром большего диаметра поршня через каналы в пальце, распределительный поясок на золотнике и отверстие в винте могут соединяться либо с дренажом, либо с полостью высокого давления.

При подаче управляющего сигнала на пропорциональный электромагнит, установленный в крышке, последний меняет соотношение моментов на рычаге и положение золотника относительно пальца. В нейтральном положении золотник обеспечивает равновесие сил, действующих на поршень регулятора. Смещение золотника от нейтрального в положение вправо или влево — изменение давления в полости большего диаметра поршня и смещение последнего.

При перемещении ступенчатого поршня, связанного с качающим узлом через сферическую головку пальца, происходит изменение угла наклона блока цилиндров и изменение рабочего объема гидронасоса.

Конструкция гидромотора 313.3.160 приведена на рисунке 3.3.1.

1- Корпус гидронасоса; 2 — корпус регулятора; 3 — пропорциональный электромагнит; 4 — рычаг; 5 — поршень; 6 — золотник; 7 — дренажное отверстие; 8 — вал; 9 — конические подшипники; 10 — блок цилиндров; 11 — распределитель Рисунок 3.3.1 — Гидронасос регулируемый 313.3.160

3.3 Выбор гидромотора

Потребная мощность на валу гидромотора:

По потребной мощности и расходу выбран регулируемый аксиально-поршневой гидромотор с пропорциональным электрорегулятором 303.160.

Характеристики гидромотора приведены в таблице 3.3.1.

Таблица 3.3.1 — Характеристики гидромотора

3.4 Выбор распределителей

Гидропривод механизма перемещения и приводы виброплиты имеет 4 распределителя. С точки зрения унификации и взаимозаменяемости принято 3 одинаковых распределителя на приводы гидроцилиндров.

Выбор унифицированного распределителя осуществлен для параметров механизма подъема/опускания (т.к. требуемое давление и расход привода механизма выдвижения значительно меньше).

Согласно схеме, распределители в приводах механизмов опускания и выдвижения виброплиты трехпозиционные четырехлинейные с Ч — образным центром и электрическим управлением. Давление в напорном трубопроводе р = 20/10 МПа, расход Q = 101 л/мин.

Принят распределитель 4WE 10 J S01−24 DG/V производства компании Hydac (Германия).

Характеристики распределителя приведены в таблице 3.4.1.

Таблица 3.4.1 — характеристики распределителя

Распределитель привода виброплиты двухпозиционный с закрытой нерабочей позицией и электромагнитным управлением. Давление в напорном трубопроводе р = 20 МПа, расход Q = 182,4 л/мин.

Принят распределитель 07.12.77. XX.02 производства компании Till Hydraulic (Германия). Характеристики распределителя приведены в таблице 3.4.2 Принципиальная схема распределителя приведена на рисунке 3.4.1.

Таблица 3.4.2 — характеристики распределителя

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — толкатели; 4 — кнопка отключения э-магнита; 5 — пружина возвратная; 6 — электромагнит Рисунок 3.4.1 — распределитель трехпозиционный с электромагнитым управлением

3.5 Выбор предохранительных клапанов

Управляемые предохранительные клапаны первичной защиты выбраны по максимальному давлению и расходу жидкости защищаемой линии.

Управление клапанами — электромагнитное.

Параметры выбора для контура ГЦ1-ГЦ2:

; .

Параметры выбора для контура ГЦ3-М1:

; .

Выбраны клапаны непрямого действия, нормально открытые с электромагнитным управлением DBW-A15X100K4G246А и DBW-A15X200K4G246А производства Bosch — Rexroth (Германия). Характеристики клапанов приведены в таблице 3.5.1.

Таблица 3.5.1 — основные характеристики КП

Принципиальная схема клапана приведена на рисунке 3.4.1.

Рисунок 3.4.1 — принципиальная схема предохранительного клапана

4. Выбор элементов системы управления

Выбору подлежат: выключатели конечные КВ1 — КВ7, датчик усилия ДУ, реле времени РВ, тахометр электронный n1 и электронный блок управления ЭБУ.

Электромагниты управления предохранительными клапанами, гидронасосом и распределителями поставляются в комплекте с гидроаппаратурой. На всех гидроаппаратах установлены пропорциональные электромагниты постоянного тока с номинальным напряжением 24 В.

4.1 Выбор электронного блока управления

Основным элементом системы управления, сравнивающим, обрабатывающим, усиливающим, преобразовывающем и управляющим сигналами является электронный блок управления.

ЭБУ, как правило, представляет собой микропроцессорный контроллер с возможностью программирования. Программирование контроллеров осуществляется удаленно на компьютере, который вшивает алгоритм управления в flash-память контроллера.

Выбор контроллера проведен по количеству дискретных/аналоговых входов и выходов, а также по роду тока и напряжению питания (принят постоянный ток, U=24 В). Параметры выбора, согласно схеме управления, сведены в таблицу 4.1.1.

Таблица 4.1.1 — параметры выбора контроллера

Выбран программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК-160.24. И-М. Технические характеристики контроллера приведены в таблице 4.1.2.

На рисунке 4.1.1 изображена схема подключения ПЛК-160.24. И-М.

Таблица 4.1.2 — Технические характеристики контроллера

При необходимости возможно использование внешних модулей ввода/вывода типа МВ110 (ОВЕН) для увеличения количества входов, что позволит выполнять одновременный контроль правой и левой виброплитой с одного ПЛК.

В качестве панели управления и дисплея оператора возможно использовать графическую панель с сенсорным управлением типа ОВЕН СП-270. Такая панель оператора совместно с ПК служит универсальным средством и может быть использована для управления всеми рабочими органами и процессами машины.

Использование таких систем управления ж/д техникой повысит уровень автоматизации, точность и культуру производства путевых работ.

Рисунок 4.1.1 — ПЛК — 160.24И-М

4.2 Выбор выключателей конечных

Выключатели конечные выбраны по назначению: линейное перемещение, две позиции переключения.

С точки зрения унификации все аппараты приняты одной модели. Выбран конечный выключатель двухпозиционный одноканальный линейного перемещения ЦКЛГ.642 251.005−04 (КВ-02).

Принцип действия выключателя КВ-02 заключается во взаимодействии магнитного поля постоянного магнита, связанного с линейным перемещением контролируемого объекта, и магнитоуправляемых контактов.

Выключатель состоит из корпуса, внутри которого закреплена печатная плата. На плате установлены два магнитоуправляемых контаката, коммутирующие электрические цепи, и клемная колодка. Шток взаимодействует с приводом исполнительного механизма и обеспечивает возвратно — поступательное перемещение магнита и замыкание — размыкание контактов.

Связь КВ со штоками ГЦ возможна через нажимной ролик. На рисунке 4.2.1 приведена схема аппарата и пример его монтажа с роликом.

Рисунок 4.2.1 — Выключатель конечный КВ — 02 с нажимным роликом

4.3 Выбор тахометра, реле времени

В качестве оснований для выбора тахометра были приняты: тип (электронный), наличие управляющего аналогового сигнала, тип питания (24В).

Выбран тахометр ОВЕН ТХ01. Технические характеристики приведены в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1 — Технические характеристики контроллера

ОВЕН ТХ-01 измеряет мгновенную частоту поступающих импульсов, причем пользователь вправе сам выбрать масштаб отображения значения:

· имп/сек;

· имп/мин;

· имп/ч.

За счет функции множителя можно перевести частоту в линейную скорость, в удобном пользователю масштабе.

Тахометр имеет яркий шестиразрядный индикатор, на котором может отображаться частота, либо значение таймера наработки. В качестве датчика может выступать элемент типа «сухой контакт» (кнопки, герконы) или же бесконтактный датчик NPN-типа, для питания последних был предусмотрен встроенный источник питания 24В=.

Помимо измерения и отображения частоты и времени наработки тахометр ТХ01 может выдавать управляющие сигналы. Для этого предусмотрены один или два выходных элемента, количество которых определяется потребителем при заказе. В случае выходного элемента ключевого типа, прибор может сигнализировать о падении, либо повышении значения частоты. Также можно использовать ключевой выходной элемент для сигнализации о достижении предельного времени наработки оборудования.

Аналоговый выход можно использовать и в качестве регистратора. В этом случае сигнал изменяется в зависимости от значения частоты. Пользователь сам вправе выбирать значения верхней и нижней границы сигнала. Данная функция может быть полезной для передачи значения частоты на самописец, в системы регулирования или в системы диспетчеризации.

На рисунке 4.3.1 изображен внешний вид тахометра.

Рисунок 4.3.1 — тахометр ТХ01

Реле времени выбрано по роду тока, напряжению и диапазону задержки времени. Принято реле ВЛ-64УХЛ (диапазон 1−10 сек, 24В=).

Диаграмма работы и внешний вид реле приведены на рисунке 4.3.2.

Рисунок 4.3.2 — внешний вид и диагрмма работы ВЛ-64

4.4 Выбор датчика перемещения

Датчик перемещения выбран по диапазоны измерения перемещения. Для предотвращения серьезных деформаций конструкции виброплиты, принят диапазон от 0,5 мм.

По заданному критерию выбран датчик ИКВ-1−4-1. Датчик состоит из регистрирующего элемента и преобразователя. Технические характеристики приведены в таблице 4.4.1.

Таблица 4.4.1 — Характеристики датчика ИКВ-1−4-1

Т.к. при эксплуатации машины виброплиты могут воспринимать нагрузки, вызывающие их перемещение относительно главных балок, принят порог реакции датчика (предварительно ±1 мм).

Благодаря использованию в конструкции блока датчика вибропреобразователя, вибрация не оказывает влияние на точность измерения. Схема конструктивного исполнения датчика приведена на рисунке 4.4.1.

Рисунок 4.4.1 — Конструктивное исполнение датчика DS-2

5. Разработка методики диагностики привода

Параметры диагностирования гидропривода строительных машин подразделяются на:

параметры общей оценки технического состояния гидропривода;

параметры оценки внутреннего состояния гидросистемы и ее отдельных элементов;

параметры оценки состояния рабочей жидкости.

Оценка общего технического состояния статического объемного гидропривода осуществляется по следующим параметрам:

продолжительность рабочих циклов как отдельных, так и совмещенных операций (проводится сравнение аналогичных рабочих циклов испытываемой машины с однотипной, принятой за эталон);

величина отклонения рабочего органа под действием силы тяжести или контрольной нагрузки при блокированных приводах за определенное время (определяются вязкостно-температурные свойства рабочих жидкостей);

внешние утечки рабочей жидкости через уплотнения и соединения в режимах номинального рабочего давления и кратковременного максимального при различных скоростях движения (определяется состояние уплотнений);

количественный и качественный состав загрязнений рабочей жидкости;

температура рабочей жидкости и темпы ее изменения.

Параметры оценки внутреннего состояния гидросистемы и ее отдельных элементов подразделяются на общие для подавляющего числа гидроустройств и индивидуальные, характеризующие отдельные типы гидроустройств.

Общие параметры подразделяются на основные и вспомогательные.

При диагностировании внутреннего состояния гидросистемы и ее отдельных элементов основными параметрами являются:

объемные потери рабочей жидкости;

объемный КПД;

номинальное и максимальное давление;

перепад давления на гидроаппаратах и отдельных участках гидросистемы.

При диагностировании внутреннего состояния гидросистемы и ее отдельных элементов вспомогательными параметрами являются:

виброакустические параметры (виброперемещение, виброускорение);

интенсивность изменения давления в контуре;

температура нагрева корпуса;

температура рабочей жидкости;

концентрация и гранулометрический состав механических примесей.

Оценка состояния рабочей жидкости осуществляется по следующим параметрам:

температура рабочей жидкости;

кинематическая вязкость жидкости при номинальной температуре;

концентрация механических примесей;

гранулометрический состав механических примесей;

интенсивность нагрева рабочей жидкости;

содержание воды;

кислотное число;

плотность;

физическая стабильность;

химическая стабильность;

содержание присадок;

вязкостно-температурные свойства жидкости.

При диагностике гидропривода обязательному контролю подлежат как общие, так и индивидуальные для каждого типа гидромашин и гидрооборудования параметры.

Диагностирование гидроаппаратов может проводиться как с их снятием на универсальных и специализированных стендах, так и непосредственно на машине, путем установки гидротестера (диагностирование в тестовом режиме).

5.1 Выбор метода комплексной диагностики

Принята методика диагностирования привода в тестовом режиме.

Выбранная методика включает в себя диагностирование в режиме холостого хода и диагностирование отдельных РО в рабочем режиме.

Алгоритм комплексной диагностики приведен на технологической карте диагностирования СУПМ. М511.14.00.00.00 КД.

Подключение гидротестера осуществляется через быстроразъемные соединения.

Принято несколько последовательных типовых операций диагностирования гидропередачи:

1 Испытание контуров механизма подъема/опускания и выдвижения/вращения в рабочем режиме путем установки гидротестера «в ответвлении» .

2 Испытание насосов Н1 и Н2 в режиме холостого хода путем установки гидротестера в напорной линии насосов.

3 Испытание распределителей Р1-Р3 и гидроцилиндров Ц1-Ц3 в рабочем режиме путем установки гидротестера «в ответвлении» .

4 Испытание распределителя Р4 и гидромотора М1 в рабочем режиме путем установки гидротестера «в линии» .

Испытание предохранительных клапанов осуществляется на всех этапах диагностики.

5.2 Диагностика всей ГП

Испытание проводится в рабочем режиме для каждого контура. Присутствует напряжение на соленоидах распределителя Р и клапана КП. Шток Ц полностью выдвинут.

Нагрузка задается гидротестером и контролируется по манометру машины или по манометру гидротестера. Характер нагружения — статический. Если показания гидротестера менее минимально допустимых, то необходимо перейти к поэлементной диагностике.

Испытание проводится постепенным закрытием дросселя гидротестера, тем самым контролируя давление и расход масла до открытия КП, при котором расход на расходомере гидротестера станет равен нулю. Давление в этой точке сравнивается с давлением настройки клапана.

Расход, измеряемый расходомером гидротестера, равен разнице теоретического расхода насоса и утечек основных гидроаппаратов. Если эта разница меньше номинальной, то необходимо перейти к поэлементной диагностике.

Также необходимо осуществлять непрерывный контроль за расходом и давлением в системе и анализировать ее работу. Это помогает предотвращать аварийные отказы:

резкое снижение производительности насоса в течение короткого интервала времени говорит о ненормальных условиях эксплуатации (отсутствие масла в баке, чрезмерная загрязненность, перекос валов насосной станции);

запаздывание срабатывания клапана при резких колебаниях давления в системе свидетельствует о неисправности клапана.

Схема установки гидротестера приведена на рисунке 5.2.1 Алгоритм диагностики приведен на рисунке 5.2.2.

Рисунок 5.2.1 — схема установки гидротестера

Рисунок 5.2.2 — Алгоритм диагностики

5.3 Диагностика насоса

Испытание проводится в режиме холостого хода для каждого насоса. КП находится в режиме переливного. Напряжение на соленоидах распределителей и клапанов отсутствует. Вторичная защита отключена. ГТ установлен в напорной линии насоса перед КП. Оценка тех. состояния насоса осуществляется сравнением отношения максимального расхода к минимальному (коэффициента подачи) с эталонным значением.

Порядок диагностики:

Открыть дроссель гидротестера. Определить максимальных расход насоса при минимальном давлении (без нагрузки).

Закрыть дроссель для увеличения давления до максимального и определить снижение расхода.

Сравнить расход насоса при номинальном давлении (устанавливается дросселем) с паспортным.

Уменьшение расхода при увеличении давления определяет тех. состояние насоса.

Если насос имеет одинаково малый расход при любом давлении, то неисправность находится во всасывающей линии.

Схема установки гидротестера приведена на рисунке 5.3.1 Алгоритм диагностики приведен на рисунке 5.3.2.

Рисунок 5.3.1 — схема установки гидротестера

Рисунок 5.3.2 — алгоритм диагностики

5.4 Диагностика ГЦ и Р

Испытание ГЦ осуществляется в рабочем режиме. Производится переключение Р1 или Р2 во все рабочие позиции и втягивание/выдвижение штоков цилиндров на полный ход. Вторичная защита отключена.

При диагностировании в рабочем режиме следует учитывать, что по причине преодоления переменных нагрузок расходные характеристики клапанов, регуляторов потока значительно отличаются от характеристик, получаемых при статическом нагружении.

Гидротестер размещается по схеме «в ответвлении». Испытание производится в последовательности:

1 Перевести Р в рабочую позицию. Шток ГЦ переместить на полный ход.

2 Закрывать дроссель гидротестера, увеличивая тем самым давление в системе.

3 Зафиксировать давление и расход на гидротестере не менее, чем в 3−4 точках до открытия КП для всех секций Р.

4 Если все секции Р в хорошем тех. состоянии, то результаты совпадают с аналогичными, полученными при испытании насоса.

5 Если замечено уменьшение расхода, то присутствуют повышенные утечки в распределителе или цилиндре.

6 Если снижение расхода одинаково для всех рабочих позиций всех распределителей, то неисправен либо неправильно настроен КП.

7 Отсоединить от распределителя рабочую линию, идущую к ГЦ и заглушить.

8 Переключить распределитель в позицию, при которой расход на расходомере был минимален.

9 Закрывать дроссель и зафиксировать давление и расход в 3−4 точках.

10 Если замечено такое же снижение расхода как и при одновременном испытании ГЦ и Р тогда неисправность в Р.

11 Если расход не выше и сопоставим при испытаниях с другой рабочей позицией, то уплотнения ГЦ изношены.

Схема установки гидротестера приведена на рисунке 5.4.1 Алгоритм диагностики приведен на рисунке 5.4.2.

Рисунок 5.4.1 — схема установки гидротестера

Рисунок 5.4.2 — алгоритм диагностики

5.5 Диагностика М и Р4

Испытание гидромотора производится в рабочем режиме путем установки гидротестера в линии после распределителя.

Распределитель переведен в рабочую позицию. КП первичной защиты работает в режиме предохранительного, вторичная защита отключена.

Порядок диагностики:

1 Зафиксировать давление и расход на гидротестере не менее, чем в 3−4 точках до открытия КП для всех секций Р.

2 Если все секции Р в хорошем тех. состоянии, то результаты совпадают с аналогичными, полученными при испытании насоса.

3 Если расход меньше эталонного, необходимо перевести распределитель в закрытую позицию и замерить утечки распределителя.

4 Если утечки не превышают нормы, то неисправен КП

5 При приемлемых значениях давления и расхода, проверяется частота вращения вала гидромотора при номинальном давлении.

6 Если частота вращения вала гидромотора отличается от эталонного значения, то объемные потери в гидромоторе выше нормы.

Схема установки гидротестера приведена на рисунке 5.5.1 Алгоритм диагностики приведен на рисунке 5.5.2.

Рисунок 5.5.1 — схема установки гидротестера

Рисунок 5.4.2 — алгоритм диагностики

5.6 Выбор средств диагностики и метрологическое обоснование точности диагностирования

Гидротестер выбран по измеряемому давлению (от 10 до 20 МПА), расходу (101 л/мин и 182,4 л/мин) и необходимой точности измерения.

Необходимая точность измерения расхода определена как отношение максимальных утечек (в распределителе к расходу в этой линии, т.к. необходимо максимально точно определить утечки распределителя гидромотора.

Необходимая точность определения утечек не может быть обеспечена стандартными гидротестерами, поэтому эта операция выполняется специализированными средствами. Для остальных операций по заданным параметрам выбран гидротестер DHM403 (HydraPac, Москва). Технические характеристики гидротестера приведены в таблице 5.6.1 На рисунке 5.6.1 изображен внешний вид гидротестера.

Таблица 5.6.1 — технические характеристики гидротестера DHM403

Рисунок 5.6.1 — гидротестер DHM403

Список использованных источников

1. Попович М. В., Бугаенко В. М.; Путевые машины; учебник. М.: 2009 — 820 с.

2. Проектирование шпалоподбивочных органов машин циклического действия. Метод. указ. по курсовому и дипломному проектированию. / Сост. Г. П. Задорин. Новосибирск: Изд-во НИИЖТа. 1985, 53 с.

3. Мокин Н. В., Маслов Н. А. Гидравлические машины, аппараты и приводы: Методические указания к выполнению контрольной и курсовой работ. — Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. — 60с.

4. ОАО «Пневмостроймашина». Каталог продукции // www. psm-hydraulics.ru

5. Hydac international. Каталог продукции // www.hydac.com

6. Till Hydraulik. Каталог продукции // www. till-hydraulik. de

7. Bosch-Rexroth. Каталог продукции // www.boschrexroth.com

8. ОАО «ОВЕН». Каталог продукции // www.owen.ru

9. ЗАО «НПП» Центравтоматика". Конечные выключатели. Руководство по эксплуатации // www.centravtomat.ru

10. ЗАО «НПП» ТИК". Каталог продукции // tik. perm.ru

11. Холдинг HydraPac. Каталог продукции // www.hydrapac.com