Сибирский государственный университет путей сообщения
Кафедра « Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ »
Двухпролетный балластер ЭЛБ-3ТС
Курсовой проект по дисциплине «Устройство и основы расчета путевых машин»
Пояснительная записка
ПМ.М411.07.00.00.00 ПЗ
2008
Содержание
1 Назначение, работа и устройство машины ЭЛБ-3ТС
2 Электрическая схема механизма прикрытия крыла машины ЭЛБ-3ТС
3 Определение основных параметров машины и рабочего оборудования
3.1 Производственно-технологические требования к рабочему оборудованию
3.2 Геометрические параметры дозатора
3.3 Кинематические параметры дозатора
3.4 Силы, действующие на дозатор машины ЭЛБ-3ТС
3.5 Конструирование частей дозатора машины ЭЛБ-3ТС
4 Проектирование механизма прикрытия крыла дозатора
4.1 Определение мощности привода
4.2 Расчет передачи винт-гайка
4.3 Расчет ползуна и направляющей механизма прикрытия крыла
5 Исследовательская часть проекта
6 Меры безопасности при работе машины
Список использованных источников
1 Назначение, работа и устройство машины ЭЛБ-3ТС
Электробалластер ЭЛБ-3ТС предназначен для подъемки железнодорожного пути с рельсами всех типов на деревянных и железобетонных шпалах, сдвижки пути одновременно с подъемкой, подборки щебня с обочин пути, перемещение его к концам шпал и формирования плеч и откосов балластной призмы.
Электробалластер ЭЛБ-3ТС применяется для строительстве как двухпутных, так и однопутных участков новых линий, при сооружении вторых путей, а также при капитальном ремонте действующих линий.
Устройство электробалластера ЭЛБ-3ТС приведено на рисунке 1.
1-передняя тележка; 2- будка машинного отделения; 3, 6, 11, 16-щетки: рельсовая, шпальные, шпально-рельсовые; 4-дозатор; 5-пульт управления дозатором; 7-четырехосная тележка; 8-направляющая ферма; 9-междуферменный шарнир; 10 – центральный пульт управления; 12 – механизм подъема и сдвига пути с электромагнитами; 13 – балластерная рама; 14 – рабочая ферма; 15- компрессор; 17 – задняя двухосная тележка; 18 - хозяйственная будка
Рисунок 1 – Электробалластер ЭЛБ-3ТС
Электробалластер ЭЛБ-3ТС состоит из двух ферм: рабочей 14 и направляющей 8. Фермы соединены междуферменным шарниром 9, опираются на тележки 1, 7, 17. На рабочей ферме расположены рабочие органы: механизм подъема, сдвига и перекоса пути 12, балластерная рама 13, шпальные щетки 11, шпально-рельсовые щетки 16, центральный пульт управления 10, хозяйственная будка 18 и компрессор 15; на направляющей ферме – дозатор 4, пульт управления 5, рельсовые щетки 3 и 6, будка 2 с установленной в ней электростанцией.
Краткая техническая характеристика электробалластера ЭЛБ-3ТС приведена в таблице 1.
Таблица 1– Техническая характеристика электробалластера ЭЛБ-3ТС [2]
| Параметры | ЭЛБ-3МК |
Скорость, м/с: при подъемки пути при дозировке пути транспортная |
1,39-2,78 1,39-4,17 22,2 |
| Подъемная сила электромагнитов, кН | 431 |
| Высота подъема, мм | 400 |
| Ход механизма сдвига, мм | 250 |
| Мощность электростанции, кВт | 100 |
| Масса машины, т | 122 |
На рисунке 2 приведены этапы работы электробалластера ЭЛБ-3ТС.
1 – ВСП после прохода основных машин; 2 – ВСП после выгрузки балласта в путь; 3 - дозировка балласта в путь; 4 – подъемка и частичная сдвижка пути
Рисунок 2 – Этапы работы машины электробалластера ЭЛБ-3ТС
Первый этап показывает состояние пути после прохода основных машин, перед проходом хоппер – дозатора, для выгрузки балласта в путь. Второй этап показывает ВСП после прохода хоппер – дозатора, после выгрузки балласта в путь. Третий этап – после дозировки выгруженного ранее в путь балласта. Четвертый этап показывает состояние ВСП после прохода пути электробалластера ЭЛБ-3ТС. На четвертом этапе произведена подъемка пути и частичная сдвижка в проектное положение.
2 Электрическая схема механизма прикрытия крыла машины ЭЛБ-3ТС
Если выключатель QS1 включен, то для пуска двигателя достаточно нажать кнопку SB2. При этом получает питание катушка контактора KMВ, замыкаются главные контакты в силовой цепи, и статор двигателя присоединяется к сети. Одновременно в цепи управления закрывается замыкающий вспомогательный контакт КМВ, блокирующий кнопку SB2, после чего эту кнопку не нужно больше удерживать в нажатом состоянии, так как цепь катушки контактора КМВ остается замкнутой. Кнопка за счет действия пружины возвращается в исходное положение.
В схеме предусмотрена защита двигателя плавкими предохранителями от коротких замыканий и тепловыми реле КК от перегрузок.
Для реверсирования необходимо нажать кнопку SB1, а затем SB3, что приведет к отключению КМВ и включению КМН, а дальше по тому же принципу что и при пуске вперед с помощью размыкающих вспомогательных контактов КМВ и КМН, что так же исключает возможность одновременного включения контакторов КМВ и КМН.
3 Определение основных параметров машины и рабочего оборудования
3.1 Производственно-технологические требования к рабочему оборудованию
- дозатор должен обеспечивать работу с любым видом балласта;
- дозатор должен повторять форму балластной призмы;
- механизмы дозатора должны быть подвижными, чтобы обеспечить требуемый угол наклона;
- приводы механизмов дозатора должны обеспечивать скорость прикрытия, наклона и подъема крыльев из условия безопасного производства работ.
3.2 Геометрические параметры дозатора
Расчет и выбор параметров дозатора производят с целью обеспечения возможности формирования балластной призмы в соответствии с заданным типом верхнего строения пути. К геометрическим параметрам относят: параметры, определяющие расположение частей и элементов дозатора относительно рельсошпальной решетки или поверхности балластной призмы; размеры частей; параметры, определяющие взаимное расположение частей и элементов дозатора.
Требуемая толщина слоя балласта , м [1]:
, (1)
где – толщина слоя балласта по заданию, =0,35 м;
– высота подъема РШР, м.
Для определения высоты подъема построены схемы: а – схема для определения объема дозировки; б – схема для определения объемов шпалы и подъемки.
а)
б)
а - схема для определения объема дозировки; б – схема для определения объемов шпалы и подъемки
Рисунок 3 – Схемы для определения высоты подъема РШР
По заданию даны условия, при которых необходимо разработать дозатор электробалластера ЭЛБ-3ТС:
а) шпалы деревянные: ;
;
.
б) рельсы Р50: (в расчете учитываем высоту подкладки
).
в) плечо .
Для определения рассматривается равенство объема балласта подъемки и разности объема балласта, задозированного над РШР , и объема шпалы [1]:
, (2)
где - объем балласта подъема РШР;
- объем балласта, задозированного над РШР;
- объем шпалы.
;
.
.
Требуемая толщина слоя балласта , м:
.
Размеры щита дозатора определяют вписыванием его в подферменное пространство с учетом нижнего очертания габарита подвижного состава.
Длина щита дозатора , м [1]:
, (3)
.
Наибольшая высота щита , м [1]:
, (4)
где - расстояние от нижнего уровня головки рельса до нижнего пояса фермы, м ( по прототипу); - расстояние от уровня головки рельса до самой нижней части дозатора, м ( из условия безопасности).
.
Рисунок 4 – Схема для определения высоты щита
На рисунке 5 представлена конструктивная схема дозатора машины электробаллаастер ЭЛБ-3ТС. По этой схеме проектируется щит, корень крыла, крыло и подкрылок.
Боковое крыло проектируют с учетом поперечного профиля пути и размеров балластной призмы и щита.
Высота корня крыла принята по прототипу: . Длина корня крыла определяется по конструкционной схеме. , т.е. длина корня крыла соответствует длине между точками 1 и 2 в горизонтальной плоскости, где - в натуральную величину.
.
Длина основной части крыла ,м [1]:
, (5)
где x,y,z – координаты точек 1 и 2, мм [1].
;
;
;
;
;
.
.
Определение положения шарниров механизма прикрытия крыла [1]:
мм;
мм;
мм.
По прототипу принимаем =625 мм; .
3.3 Кинематические параметры дозатора
Условия расчета: на крыло действуют нагрузки от сил сопротивления балласта резанию, производится прикрытие крыла от до с целью обхода препятствия или уменьшения объема захватываемого балласта.
Рисунок 6 – Схема для определения скорости прикрытия крыла
Скорость прикрытия крыла определяется из условия безопасного производства работ: крыло должно быть прикрыто от до на расстоянии 25м [1]:
или , (6)
где - рабочая скорость машины;
- ход ползуна (=1,1м);
=25м – из условия безопасного производства работ.
.
Предварительные расчеты показали, что при такой скорости необходим двигатель большой мощностью. Поэтому необходимо уменьшить скорость прикрытия крыла. Принимаем скорость прикрытия крыла =0,06 м/с.
3.4 Силы, действующие на дозатор машины ЭЛБ-3ТС
Дозатор режет балласт и перемещает его вдоль и поперек пути. При этом могут быть два случая. Первый – машина перемещается на прямом участке, два крыла раскрыты симметрично на рабочий угол. Второй случай – машина перемещается на кривом участке пути расчетного радиуса, одно из крыльев открыто на максимальный рабочий угол, другое – на минимальный рабочий угол.
Для определения сил, действующих на части дозатора, составлена расчетная схема, изображенная на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема для определения сил, действующих на дозатор
Сила сопротивления балласта резанию для корня крыла , Н [1]:
, (7)
где к – коэффициент сопротивления балласта резанию, кПа (для гравия ) [2];
– глубина резания щебня корнем крыла, м (=0,15м);
– длина режущей части корня крыла, м (=0,9м).
.
Сила сопротивления балласта волочению для корня крыла , Н[1]:
, (8)
где – плотность балласта, ( для гравия ) [2];
- высота корня крыла, м () [2];
- ускорение свободного падения, ();
- коэффициент внутреннего трения балласта () [2].
.
Сила сопротивления балласта резанию подкрылка , Н [1]:
, (9)
где – глубина резания щебня подкрылком, м (=0,15м);
– длина режущей части подкрылка, м (=0,75м).
.
Сила сопротивления балласта волочению для подкрылка , Н [1]:
, (10)
где - высота подкрылка, м () [2];
.
Сила сопротивления балласта резанию щита , Н [1]:
, (11)
где – глубина резания щебня щитом, м (=0,15м);
– длина режущей части щита, м (=2,2м).
.
Сила сопротивления балласта волочению для щита , Н [1]:
, (12)
где - высота щита, м () [2];
.
Сила сопротивления балласта резанию для основной части крыла , Н [1]:
, (13)
где – глубина резания щебня основной частью крыла, м (=0,15м);
– длина режущей части основной части крыла, м (=2,044м).
- коэффициент сопротивления балласта резанию с учетом прижатия режущей кромки крыла к обрабатываемой поверхности, кПа ()[1].
.
Сила на перемещение призмы волочения основной части крыла , Н [1]:
, (14)
где , , ,
- средняя высота откосной части крыла, м.
Подставляя в формулу (14), получим [1]:
(15)
;
;
;
.
Сила трения балласта вдоль крыла , Н [1]:
, (16)
где - коэффициент трения балласта о сталь (= 0,35) [2].
.
3.5 Конструирование частей дозатора машины ЭЛБ-3ТС
При разработке металлоконструкций частей дозатора и узлов их соединений рассматривают характерные случаи нагружения дозатора при реализации полной силы тяги локомотива.
Первый случай – машина перемещается под уклон, оба крыла раскрыты на рабочий угол. Второй случай – машина перемещается на прямом горизонтальном участке, одно крыло раскрыто на наибольший рабочий угол, второе полностью прикрыто; третий случай – машина на прямом горизонтальном участке, одно крыло раскрыто на минимальный рабочий угол, второе полностью прикрыто.
Первые два случая рассматриваются при расчете крыла на прочность. При расчете крыла на прочность в первом приближении принимают расчетную схему: крыло как балка на двух опорах с одной консолью; по длине балки действуют равномерно распределенные нагрузки [1]:
; , (17)
где , - силы, рассчитанные для конкретного случая, кН;
- длина крыла без учета длины подкрылка.
Суммарные силы резания и волочения, действующие на крыло дозатора:
;
.
.
Распределенные нагрузки от сил резания и волочения, действующие по длине крыла:
;
.
Рисунок 8 – Схема для определения изгибающего момента, действующего на крыло
Реакции опор в шарнирах С и Е:
: ;
.
: ;
.
Для определения опасного сечения строится эпюра изгибающего момента:
1 участок (0)
;
; ;
; ;
; .
2 участок (0)
;
; ;
; .
Рисунок 9 – Схема для определения крутящего момента, действующего на крыло
Для определения опасного сечения строится эпюра крутящего момента:
1 участок (0)
;
; ;
; .
2 участок (0)
; ;
; .
.
3 участок (0)
; ;
; .
.
Для определения размеров сечения в наиболее опасном сечении находим приведенный момент от изгибающего и крутящего моментов [10]:
. (18)
Наиболее опасное сечение Б-Б:
.
Рисунок 10 – Схема наиболее опасного сечения
Момент сопротивления опасного сечения [10]:
.
.
Напряжение в наиболее опасном сечении [10]:
.
- условие выполняется.
При расчете щита на прочность рассматривают первый и третий случаи нагружения дозатора. Для первого случая принимают следующую расчетную схему: щит как двухконсольная балка, на длине которой действуют равномерно распределенные нагрузки [1]:
; , (19)
Распределенные нагрузки от сил резания и волочения, действующие по щит:
;
.
Расстояние от консоли до ролика принято по прототипу: .
Рисунок 11 – Схема для определения изгибающего и крутящего моментов, действующих на щит
На щит со стороны крыла действует сила , Н:
.
Реакции опор в шарнирах А и В:
: ;
: ;
.
Для определения опасного сечения строится эпюра изгибающего момента:
1 участок (0)
;
; ;
; .
2 участок (0)
;
; ;
; .
3 участок (0)
;
; ;
;
Для третьего случая нагружения принимают расчетную схему: щит как двухконсольная балка, на длине которой действуют равномерно распределенная нагрузка, сила на консоли от опирания крыла, происходит скручивание щита.
Рисунок 12 – Схема действия крутящего момента на щит
Для определения опасного сечения строится эпюра крутящего момента:
1 участок (0)
;
; ;
;
Для определения размеров сечения в наиболее опасном сечении находим приведенный момент от изгибающего и крутящего моментов [10]:
.
Наиболее опасное сечение N-N:
.
Рисунок 13 – Схема наиболее опасного сечения
Момент сопротивления опасного сечения [10]:
.
.
Напряжение в наиболее опасном сечении [10]:
.
- условие выполняется.
4 Проектирование механизма прикрытия крыла дозатора
4.1 Определение мощности привода
Разработка механизмов сводится к определению сил и затрат мощности при выполнении рабочих операций, подбору элементов привода механизмов, расчету отдельных узлов и деталей.
Условия расчета такие же, что и при определении кинематических параметров и сил, действующих на дозатор.
Схема к расчету приведена на рисунке 14.
Рисунок 14 – Схема к расчету механизма прикрытия крыла
Для расчета силы все силы резания балласта и от призмы волочения, действующие на части крыла при работе, проектируют на горизонтальную плоскость и приводят к двум силам и . Составляют уравнение суммы моментов этих сил относительно шарнира, соединяющего щит и крыло, и определяют составляющую усилия , действующую в узле Е перпендикулярно плоскости крыла.
: ,
где ; .
.
Сила является проекцией тяги в горизонтальной плоскости [1]:
, (20)
где - угол между горизонтальной проекцией оси тяги и вектором силы , град.
.
По известной определяют силу [1]:
, (21)
где - угол наклона тяги к горизонтальной плоскости, град.
.
По известной рассчитывают в выходном звене механизма [1]:
, (22)
где и - составляющие силы в плоскости тяги, кН; - коэффициент трения в ползуне (=0,5) [6].
;
.
.
Мощность привода механизма прикрытия крыла [1]:
, (23)
где -КПД механизма, [6]; - скорость прикрытия крыла.
.
Принят электродвигатель трехфазный асинхронный короткозамкнутый 4А132S4У3 с параметрами: ; .
4.2 Расчет передачи винт-гайка
Передача винт – гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Основным критерием резьбы винтовых механизмов является износостойкость.
Из условия износостойкости определяем диаметр винта [9]:
, (24)
где =0,5 – трапецеидальная и прямоугольная резьба; =2,0 - коэффициент высоты гайки; []=4..6 МПа – незакаленная сталь – чугун.
.
Принимаем стандартный диаметр .
Выбрана резьба 48х5 [7]: ; ; ; ; .
;
Принимаем .
Проверяем выбранную резьбу по напряжениям [9]:
; (25)
.
4.3 Расчет ползуна и направляющей механизма прикрытия крыла
Для определения диаметра направляющей механизма прикрытия крыла необходимо построить эпюру изгибающего момента, действующего на направляющую. Для этого определим реакции в опорах А и В.
На направляющую действуют момент и сила от составляющих силы :
,
где - эксцентриситет от до шарнира (принят =0,1м).
Для определения реакций в опорах А и В составим уравнение момента.
: ;
.
: ;
.
Рисунок 15 – Схема для определения сечения направляющей механизма прикрытия крыла
1 участок (0)
;
; ;
; .
2 участок (0)
;
; ;
; .
Момент сопротивления опасного сечения [10]:
, (26)
где .
.
Напряжение в опасном сечении [10]:
.
- условие выполняется.
Принимается направляющая круглого полого сечения: ; .
Втулка, применяемая в ползуне, выбирается из условий:
, (27)
, (28)
что означает: удельная нагрузка на единицу расчетной поверхности вкладыша не должна превышать допускаемой величины.
.
Принимается втулка с внутренним диаметром , наружным диаметром и длиной [8].
.
Принята втулка А 100/115 х 140 ГОСТ 1978 [8].
5 Исследовательская часть проекта
По заданию необходимо исследовать изменение наклона подрезного ножа на боковом крыле:
,
где - изменение нагрузки, действующей на крыло;
- угол резания, град (;;).
;
;
.
Рисунок 16 – График изменения нагрузки резания, действующей на основную часть крыла
6 Меры безопасности при работе машины
1. К работе на машине допускаются лица, прошедшие медицинский осмотр, как лица, связанные с движением поездов, воздействием шума и вибрации.
2. Обслуживающий персонал машины должен быть обеспечен спецодеждой. Во время работы одежда должна быть застегнута, стянута поясом, а волосы должны быть убраны под головной убор.
3. Запрещается приступать к работе при наличии следующих неисправностей:
- при подъеме путевой решетки электромагнитный подъемник сбрасывает ее;
- при нормальном напряжении электромагнитный подъемник сбрасывает путь;
-при движении электромагниты сбрасывают поднятую путевую решетку;
-при включении механизма поворота крыла дозатора крыло не поворачивается;
- при наличии неисправности в электрической, гидравлической и пневматической систем;
- неисправность тормозной системы;
- неисправность звуковой и световой сигналов;
- неисправность ходовых частей и автосцепок.
4. Для обеспечения нормальной работы деталей и их сопряжений, а также для своевременного выявления и устранения возникающих дефектов необходимо проводить техническое обслуживание, состоящее из ежемесячных и периодических уходов за механизмами машины.
5. Проверку основных рабочих органов производят машинист и его помощник.
6. Машину необходимо содержать в чистоте, следить, чтобы в кабинах, на ступеньках и поручнях не было масла и грязи.
7. Машина должна быть снабжена огнетушителями, расположенными в легкодоступном месте, полностью готовыми к применению.
8. Не допускается хранение и перевозка в кабинах машины легковоспламеняющихся веществ.
9. Перед выездом машины на перегон необходимо убедиться, что все рабочие органы приведены в транспортное положение и надежно закреплены.
10. Перед началом работы, в перерывах, во время работы и по окончании смены должен обязательно выполняться весь объем контрольно-осмотровых работ.
11. При работе на машине запрещается находиться на расстоянии ближе 1 м от работающих органов машины.
12. Всем членам обслуживающей машину бригады запрещается находиться на междупутье во время работы машины и пропуске поездов по соседнему пути. После оповещения приближения поезда по соседнему пути все указанные лица, за исключением находящихся в кабинах машины, должны сойти на обочину пути в место, указанное руководителем работ.
13. Запрещается сходить с машины и садиться на нее во время движения.
14. Запрещается работа машины в темное время суток при неисправных фарах освещения рабочих органов и пути в зоне их работы.
15. Машина должна быть снабжена аптечкой с набором медикаментов и перевязочных средств для оказания первой медицинской помощи.
Список использованных источников
1. адорин Г. П. Дозирующие и профилирующие устройства путевых машин: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2000. – 38 с.
2. Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. транспорта/ Под редакцией С. А. Соломонова. – 2-е издание, переработанное и дополненное – М.: Транспорт, 1985. – 375 с.
3. Машины и механизмы для путевого хозяйства: Учебник для техникумов ж.-д. транспорта/ Под редакцией С. А. Соломонова. – 3-е издание, переработанное и дополненное – М.: Транспорт, 1984. 440 с.
4. Толмазов А. Ф. Электробалластеры: материал технической информации.- М.: Транспорт, 1965. 151 с.
5. Соломонов С. А. Балластировочные, щебнеочистительные машины и хоппер – дозаторы. М.: Транспорт, 1991. 336 с.
6. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие/ С. А. Чернавский, К. Н. Боков, И. М. Чернин, Г. М. Ицкович, В. П. Козинцов. – 3-е издание, стереотипное. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 416 с.
7. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя. М., 2001; Т.1. 728с.
8. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя. М., 2001; Т.2.
9. Иванов М. Н. Детали машин: Учебник для студентов высших технических учебных заведений. – 5-е издание, переработанное – М.: Высшая школа, 1991. – 383 с.
10. Ахметзянов М. Х., Лазарев И. Б. Сопротивление материалов. Учебное пособие для вузов. Новосибирск: СГУПС, 1997. 300 с.
11.СТО СГУПС 1.01СДМ.01-2007. Система управления качеством. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2007. 60 с.