Сибирскийгосударственный университет путей сообщения
Дипломный проект
поспециальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины иоборудование »
Тема:Разработка оборудования для уплотнения балластной
призмы
Пояснительнаязаписка
ДП.29.00.00.00ПЗ
2010
АННОТАЦИЯ
В дипломном проекте:
— изложены недостатки подбивочныхблоков выправочно-подбивочных машин (ВПМ) непрерывного действия и требования,предъявляемые к ним;
— представлены к рассмотрениюсуществующие конструкции подбивочных блоков ВПМ непрерывного действия;
— предложен новый вариантустройства подбивочного блока, устраняющий недостаток существующих подбивочныхблоков, устанавливаемого на машину ВПО-3-3000;
— проведён выбор геометрическихи ремиссных параметров рабочего органа (виброплиты);
— рассчитаны затраты мощностипри уплотнении балласта виброплитой и выбран гидромотор её привода;
— проведён выбор и расчёт(прочностной) элементов и узлов виброплиты и её подвески;
— представлены чертежиразрабатываемого подбивочного блока и его элементов, а также чертёж общего видамашины ВПО-3-3000 с установленным на ней разрабатываемым подбивочным блоком;
— произведён технологическийрасчёт работы машины ВПО-3-3000 в «окно» при капитальном ремонте пути;
— рассчитана экономическаяэффективность модернизации машины ВПО-3-3000;
— освещены вопросы по охранетруда (защита от шума и вибрации оператора машины) и гражданской обороне(дезактивация машины после радиоактивного заражения).
СОДЕРЖАНИЕ
Ведение
1. Аналитический обзор
2. Разработка подбивочного блока
2.1 Разработкаконструкции виброплиты
2.1.1 Выбор параметроввиброподбивки шпал
2.1.1.1 Геометрическиепараметры
2.1.1.2 Режим виброобжатиябалласта
2.1.2 Корпус плиты
2.1.3 Разработкавозбудителя колебаний
2.1.3.1 Компоновкадебалансов
2.2 Мощность, необходимаяпри виброобжатии балласта
2.3 Расчёт цилиндрическойзубчатой передачи внешнего зацепления
2.3.1 Алгоритм расчётазубчатой передачи (силовой расчёт) внешнего зацепления
2.3.2 Алгоритмгеометрического и проверочного расчёта зубчатой передачи внешнего зацепления
2.3.3 Результаты расчётацилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления, выданные ЭВМ
2.3.4 Анализ результатоврасчёта зубчатой передачи внешнего
зацепления
2.4 Уточнённый расчётвалов и выбор подшипников
2.4.1 Расчёт дебалансноговала
2.4.1.1 Выбор подшипников
2.4.2 Расчёт ведущеговала вибровозбудителя
2.4.2.1 Выбор подшипников
2.5 Расчёт и выбор шпонки
2.6 Выбор и расчётподвески виброплиты
2.6.1 Расчёт и выборгидроцилиндров
2.6.2 Расчёт рессорнойподвески
3. Организацияпроизводства работ в «окно» при капитальном ремонте пути
3.1 Выбор технологическойсхемы выполнения работ в «окно» и типов машин
3.2 Выбор параметровверхнего строения пути после ремонта
3.3 Разработка схемыформирования рабочих поездов на станции
3.4 Определение основныхпараметров технологического процесса
3.4.1 Определение ежедневнойпроизводительности и длины фронта работ
3.4.2 Определение длиныбалластировочного поезда
3.4.3 Определение длиныпутеразборочного и путеукладочного поезда
3.4.4 Определение длиныхопер-дозаторного поезда для подъёмки пути
3.4.5 Определение длиныхопер-дозаторного поезда для засыпки шпальных ящиков
3.4.6 Определение длинывыправочно-подбивочного поезда
3.4.7 Определение длиныучастка по разболчиванию
звеньев
3.4.8 Определение длиныфронта работы по сболчиванию звеньев
3.4.9 Определение длиныпоезда ДСП
3.5 Разработка графикаосновных работ в «окно»
4. Расчёт экономическойэффективности модернизации машины ВПО3-3000
5. Охрана труда
5.1 Действие шума наорганизм человека. Нормирование шума
5.2 Действие вибрации наорганизм человека. Нормирование вибрации
5.3 Выбор вариантовзащиты кабины оператора от шума и вибрации
5.4 Расчёт параметровзащиты от вибрации
5.5 Расчёт параметровзащиты от шума
Заключение
Список использованныхисточников
ВВЕДЕНИЕ
Главной задачей работниковпутевого хозяйства является обеспечение безопасного и бесперебойного движенияпоездов с установленными скоростями и нагрузками от колёсной пары на рельсы.
Все элементы железнодорожногопути (земляное полотно, верхнее строение пути) по прочности, устойчивости исостоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов снаибольшими скоростями.
Содержание железнодорожного путив состоянии требуемого качества, в решающей степени, зависит от правильногоположения рельсовой колеи в пространстве и от качества стабилизации балластнойпризмы.
С целью механизации комплексавыправочных, подбивочных и рехтовочных работ в России была создана машинаВПО3-3000 непрерывного действия.
Машина ВПО3-3000 предназначенадля механизированного выполнения за один проход комплекса путевых работ:чистовой дозировки выгруженного на путь балласта, выправочной подъёмки спостановкой пути в требуемое положение в продольном и поперечном профилях,выправке положения пути в плане, уплотнения балластной призмы и рехтовкиотремонтированного пути.
Уплотнение балластной призмымашиной ВПО3-3000 основано на способе, который заключается в непрерывном иинтенсивном вибрационно-ударном обжатии балластной призмы в горизонтальнойплоскости со стороны торцов шпал.
Основными рабочими органамиВПО3-3000 по уплотнению балластной призмы рельсошпальной решётки являютсяподбивочный блок и уплотнители откосов, включающие в себя подбивочныевиброплиты с приводом и механизмы, служащие для установки плит относительнорельсошпальной решётки в рабочем и транспортном положении.
На серийно выпускаемых ВПО3-3000применяются виброплиты с дебалансным вибровозбудителем колебаний. Использованиетакого рода виброплит позволило упростить их изготовление и эксплуатацию.Однако, опыт работы ВПО3-3000 показал ряд недостатков конструкции подбивочных виброплитсерийных машин, влияющих на качество выполнения работ:
— невозможность достиженияравномерности уплотнения балласта в подрельсовой зоне по длине шпалы;
— невозможность повышениястепени уплотнения в стыковых шпалах;
— затрачивается энергия на колебаниебалласта, находящегося вне рабочей зоны пути;
— не обеспечивается и нерегулируется подача балласта в нужном объёме под шпалы на кривых участках пути;
— различное формирование зонуплотнённых и неуплотнённых со стороны от пути, полевой стороны;
— геометрические и режимныепараметры не обеспечивают требуемое качество уплотнения;
— не обеспечивается подача иуплотнение требуемого качества балласта под краями торцов шпал (рисунок 1)
/>
a – зоны, уплотняемые основными вибрационными плитами; б –зоны, уплотняемые уплотнителями откосов; в – не уплотняемые зоны
Рисунок 1- Балластная призма
Выделим один извышеперечисленных недостатков подбивочных органов: ни основными виброплитами,ни уплотнителями откосов, не обеспечивается подача и уплотнение балласта подкраями торцов шпал требуемого качества.
В проекте разрабатывается новыйвариант рабочего органа, в котором устраняется вышеназванный недостатокподбивочных органов серийных машин непрерывного действия.
1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Основная виброплита машиннепрерывного действия (ВПО – 3000, ВПО – 3-3000 и т.д.) уплотняет основнуюмассу балласта по рельсошпальной решёткой (рисунок 1) и не обеспечиваетуплотнение балласта под концами шпал, на откосах балластной призмы. Но иуплотнители откосов, установленные на машинах ВПМ непрерывного действия нерешают полностью этой проблемы, а именно балласт не подаётся под торцы шпал.
Рассмотрим устройство и действиеуплотнителя откосов, установленного на машине ВПО3 – 3000.
/>
Рисунок 1.1 – Уплотнительоткосов
Уплотнитель откосов (рисунок1.1) состоит из двух вибрационных уплотнительных плит 1, каждая из которыхподвешена к раме 2 при помощи плоских листовых рессор. Рама 2 шарнирно (свозможностью поворота в вертикальной плоскости) жёсткими параллелограммнымиподвесками 4 присоединена к ферме машины.
Раздельное опусканиеуплотнительных плит в рабочее положение и подъём в транспортное производитсямеханизмом подъёма 6.
На нижней балке рамы 2 болтамизакреплён вертикальный электродвигатель 3, вал которого связан с вибраторомплиты при помощи карданного вала.
/>
Рисунок 1.2 — Откоснаяуплотнительная плита
Откосная уплотнительная плита(рисунок 1.2) имеет пустотелый сварной корпус 1 в виде пространственного клина.Внутри корпуса на роликовых подшипниках 5 установлены четыре вала 4, накоторых посажены неуравновешенные грузы-дебалансы 4 и цилиндрические зубчатыеколёса 3. Зубчатые колёса связывают валы между собой с передаточным отношением1:1.
Валы с дебалансами и зубчатымиколёсами выполняют роль вибратора уплотнителя откоса. Привод вибратораосуществлён от электродвигателя 3 (рисунок 1.1) через карданный вал 6 (рисунок1.2).
В рабочем положении плитыуплотнителя откосов располагаются по сторонам пути (рисунок 1.1). Своимирабочими уплотнительными поверхностями они контактируют с откосами балластнойпризмы, производя при движении машины вибрационное обжатие и формируя плечотребуемых размеров и угол наклона откоса.
Управление уплотнителем откосовосуществляется с пультов управления, расположенных в будке управления.
Качество уплотнения щебнявиброплитами уплотнителя откосов на ВПО – 3000 далеко не совершенно, и следуетработать по изменению конструкции виброплиты. В первую очередь, необеспечивается качественная подбивка под концами шпал. Незначительные пустоты инеуплотнённый балласт под концами шпал вызывает быстрое появление остаточныхдеформаций пути и их интенсивное нарастание. Кроме того, при работе надвухпутном участке под воздействием уплотнителя откосов рельсошпальная решёткасдвигается в сторону междупутья. Это объясняется разностью сил воздействия набалласт правой и левой плиты.
Уплотнитель откосов на ВПО –3000 не позволяет регулировать угол атаки уплотнительной плиты в продольнойвертикальной плоскости в зависимости от текущих условий уплотнения, врезультате чего степень уплотнения балластной призмы в откосной и междупутнойзонах вдоль пути не выравнивается, а значит, снижается качество уплотнения.
Далее устройство не позволяетобеспечивать постоянный контакт уплотнительной поверхности плиты и поверхностибалластной призмы, при текущем изменении размеров последней вдоль пути и приколебаниях путевой машины вместе с устройством во время движения вследствиенеровностей в положении колеи. Неустойчивый контакт уплотнительной плиты ибалласта в процессе работы снижает равномерность уплотнения балластной призмы,а, следовательно, и качество уплотнения.
Известно устройство уплотнителяоткосов и в междупутье, установленное на модернизированной машине ВПО3 – 3000(рисунок 1.3) [10].
Устройство содержит шарнирно — рычажный подъёмный механизм с силовыми цилиндрами, несущий держатель 10,связанный с уплотнительной плитой 1, снабжённый вибровозбудителем 2 иамортизатором 3, соединённые через шарниры 11 с рамой 4 и уплотнительной плитой1.
/>
Рисунок 1.3 — Устройствоуплотнителя откосов
Устройство работает следующимобразом: Уплотнительная плита 1 с помощью шарнирно-рычажный подъёмногомеханизма опускается на поверхность откосной или междупутной зон балластнойпризмы до соприкосновения с уплотнительной поверхностью. Опусканиеосуществляется при повороте рычага 7 силовыми цилиндрами 9 вокруг шарнира 8.Корректировка расстояния установки плиты от оси пути производится силовымицилиндрами 12 при повороте держателя 10 вокруг шарнира 6. Плита 1 при этомсоприкасается с поверхностью балластной призмы всей уплотнительной поверхностью13, так как она имеет свободу вращения в вертикальной плоскости,перпендикулярной оси пути, вокруг горизонтальных шарниров 11 вместе самортизаторами 3 и вибровозбудителем 2.
После опускания плиты силовыецилиндры 12 стопорятся, включается вибровозбудитель 2, и путевая машинадвигается вдоль уплотняемого пути.
Уплотнение балластной призмы воткосной и междупутной зонах обеспечивается из виброобжатием. Вибровоздействиепередаётся на балласт через плиту 1, колеблемую вибровозбудителем 2 наамортизаторах 3.
В процессе работы уплотнителяоткосов угол атаки α (рисунок 1.3) меняется в зависимости оттекущих условий уплотнения в пределах 0 ≤ α ≤ 0,35 радпри повороте рамы 4 вокруг шарнира 14 силовым цилиндром 5. При этом дляувеличения степени уплотнения балласте необходимо увеличить угол α,а для уменьшения – уменьшить.
В отличии от уплотнителейоткосов, установленных на машинах ВПО – 3000, ВПО – 3000 М уплотнитель откосовна машине ВПО3 – 3000 имеет достоинство своего устройства в том, что онопозволяет поддерживать заданный уровень степени уплотнения балласта вдоль путипри обеспечении постоянного контакта уплотнительной плиты с балластом применяющихся условиях уплотнения, что способствует повышению качества уплотнения.Но, несмотря на это данный уплотнитель не решает проблемы по обеспечениютребуемого уплотнения балласта под концами шпал.
На основе известных изобретенийи аналитических соображений предлагается следующий вариант устройства поуплотнению балласта со стороны торцов шпал и под их концами, устанавливаемогона ВПМ непрерывного действия, в частности на ВПО3 – 3000 (рисунок 1.4).
Данное устройство напоминаетуплотнитель откосов серийной машины ВПО-3000 (см. рисунок 1.1). Изменениюподвержена виброплита 1 и установлен гидравлический механизм подъёма, опусканияи прижатия рабочего органа.
Принцип работы виброплиты такойже, как на уплотнителе откосов ВПО – 3000.
Благодаря конструкции клинавиброплиты 1, расположенного в вертикальной плоскости под углом 5 … 10˚ коси пути, балласт подаётся под края торцов шпал в нужном количестве.Гидроцилиндром 6 осуществляется подъём и опускание виброплиты в рабочееположение, а так же обеспечивается прижатие плиты требуемого усилия куплотняемой поверхности, что повышает качество уплотнения.
/>
1 – виброплита; 2 – листовыерессоры; 3 – рама; 4 – электродвигатель; 5 – параллелограммная подвеска; 6 –гидроцилиндр подъёма, опускания и прижатия виброплиты
Рисунок 1.4 — Устройство поуплотнению балласта
2. РАЗРАБОТКА ПОДБИВОЧНОГОБЛОКА
2.1Разработка конструкции виброплит
Конструкция виброплит должнаобеспечивать неизменность параметров виброподбивки шпал и возможность ихрегулирования в процессе эксплуатации с учётом износа отдельных элементов плит.
В процессе работы виброплита недолжна выходить за пределы установленных габаритных размеров для исполнительныхорганов путевых машин. В транспортном режиме они должны находиться в пределахгабаритов подвижного состава 1 – Т.
2.1.1 Выбор параметроввиброподбивки шпал
Основная цель выбора параметров– обеспечение режима виброобжатия балласта, при котором достигается требуемаястепень уплотнения материала и требуемая подача балласта.
Основными параметрамивиброподбивки шпал являются: амплитуда Sa и частота f колебаний,скорость обжатия балласта Vобж, время вибрирования tв,длина l и толщина а клина, угол наклона рабочей поверхности клина к оси путиα, заглубление клина виброплиты под основание шпал Z (рисунок 2.1).
/>
Рисунок 2.1 – Основные параметрывиброподбивки шпал
2.1.1.1 Геометрическиепараметры
Значения и соотношениягеометрических параметров устанавливаются исходя из необходимости формированиязон уплотнения балласта под рельсошпальной решёткой с требуемой степеньюуплотнения и подача объёма балласта под шпалы, достаточного для закреплениярельсошпальной решётки в выправленном положении.
Эти условия представлены в видесоотношения:
/> , (2.1)
где а – толщина клина, м (а =0,1 м см. рисунок 2.1); l – длина клина, м; α – угол наклона клина к осипути, град (принят α = 8˚); K1 – коэффициент, учитывающийпопадение под задозированного балласта (принят K1 = 1,25); K2– коэффициент уменьшения объёма балласта, сдвигаемого виброплитой (принят K2= 0,95); С – площадь поперечного сечения неуплотнённого балласта под концамишпал (рисунок 2.2) С = 0,3·0,3 = 0,09 м2 .
/>
Рисунок 2.2 – Схема к расчетуплощади поперечногосечения неуплотненного балласта
Из соотношения (2.1) находится l:
/>; (2.2)
/>.
Длина клина l = 1, 35 м найденоиз условия обеспечения подачи балласта требуемого объёма под концы шпал.
Далее находим длину клина l’исходя из условия обеспечения требуемой степени уплотнения балласта под шпалами.
Для этого определим минимальнонеобходимое число вибровоздействий на балласт, при котором возможно получениетребуемой степени уплотнения
/> , (2.3)
где ε – требуемая степеньуплотнения (принят ε = 0, 145 [1]); D, E – эмпирические коэффициенты, зависящие от рода балласта испособа вибровоздействия. Для щебёночного балласта D =3300, E = 10 [1]; λ – коэффициент, определяющийстепень использования воздействия плиты (λ = 2); ψ – коэффициент,определяющий долю объёма материала охватываемого относительными перемещениями(ψ = 1 [1])
/>.
Находится время воздействия tв, с :
/>, (2.4)
где ω – угловая частотаколебаний виброплиты, с-1:
/>, (2.5)
где f –частота колебаний (принимается f = 30 Гц);
/>.
Тогда
/>.
Находится l’по формуле:
/> , (2.6)
где VM– рабочая скорость машины VM = 0,277 м/с ;
/>.
Из двух значений l и l’назначаем минимально необходимую длину клина, при которой обеспечиваетсятребуемое число вибровоздействий и достаточная величина подачи балласта подшпалы.
Принимается lкл= 1,35 м.
2.1.1.2 Режим виброобжатиябалласта
К параметрам, характеризующимрежим виброобжатия балласта, относятся: амплитуда Sa и частотаколебаний f, скорость обжатия балласта Vобж .
Для обеспечения наивысшегоэффекта уплотнения значение Sa, f, Vобж должны находитьсямежду собой в определённом соотношении [1].
Рекомендуемые значения амплитудыSa,частоты колебаний f скоростьобжатия Vобж находятся в пределах: Sa = 6 … 8 мм, f = 25… 40 Гц, Vобж = 70…120 мм/с .
Предварительно принимается: Sa= 6 мм, f = 30 Гц.
Vобж= Vм·tg α,
Vобж= 0,277·tg 8˚ = 0,039 м/с = 39 мм/с .
Должно выполняться условие:
/>; (2.7)
/> - условие выполняется.
Окончательно принимается: Sa= 6 мм, f = 30Гц, Vобж=39мм/с.
2.1.2 Корпус плиты
Основная цель компоновки корпусаплиты – это определение его возможных размеров, с учётом которыхразрабатывается возбудитель колебаний.
Определению подлежат: высотакорпуса HК, длина LК и ширина BК (рисунок2.1).
Высота корпуса HКпеременна по его длине и определяется габаритными размерами вибровозбудителя,необходимостью расположения шарнирных соединений рессорных комплектов с плитой.
В первом приближениипринимается:
/>,
/>,(2.8)
где LК– длина корпуса, м (конструктивно принято Lk=1,6м); γ – угол наклона нижней стенки плиты к горизонтальной плоскости, град(γ=2˚).
/> .
Ширина корпуса BКопределяется исходя из необходимости обеспечения безопасности производстваработ при подбивке шпал со стороны междупутья.
Максимально возможная ширинакорпуса ровна:
/> , (2.9)
где BМ– максимально допустимый вылет исполнительных органов в сторону междупутья, м (BМ=2,050 м); Lшп– длина шпалы, м (Lшп=2,75); вК –вылет клина относительно корпуса плиты, м (вk = — 0,085 м); δ – заход клина под торцы шпал, м(δ= — 0,17 м).
/>.
Конструктивно принято Bк = 0,35 м.
В процессе разработкивозбудителя колебаний размеры корректируются.
При транспортировке машины плитане должна выходить за приделы габаритов подвижного состава.
Эскизная компоновка корпусавиброплиты показана на рисунке 2.3.
/>
Рисунок 2.3 — Эскизнаякомпоновка корпуса виброплиты
2.1.3 Разработка возбудителяколебаний
Для дебалансного возбудителярассчитывается требуемая вынуждающая сила FВи, соответственно, конструкция дебалансов, обеспечивающих колебания виброплиты,с заданной амплитудой.
При вращении дебалансов сугловой частотой ω и амплитудой Sa суммарнаявынуждающая сила составит:
/>, (2.10)
где mn– приведенная масса колеблющихся элементов, кг; ωo– частота свободных колебаний плиты с учётом жёсткости балласта, с-1;h – коэффициент демпфирования, с-1.
Находим mn:
mn= an·m, (2.11)
где m–масса корпуса плиты с вибровозбудтелем, кг (m = 400кг); aп – коэффициент приведения (aп=1,15 [1]).
mn= 1,15·400=460 кг.
Находим ωo:
/> ,(2.12)
где Cр– приведенный коэффициент жёсткости рессорной подвески (принят Cр = 1·106 Н/м); Cб– приведенный коэффициент жёсткости балласта, Н/м.
Cб =Cуд ·Z ·a · l, (2.13)
где Z –заглубление под шпалу, м (Z=0,1 м); a– толщина клина, м (a=0,1 м); l– длина клина, м (l=1,35 м); Cуд– удельный коэффициент жёсткости балласта, Н/м4, принимается пографику, при:
/> (Cуд=3·107 Н/м4 [1]).
Cб= 3·107 ·0,1·0,1·1,35 = 40,5 ·104Н/м .
Тогда:
/> .
Далее находится h:
/>, (2.14)
где bб,bр – соответственно коэффициентсопротивлений балласта и рессор, Н·с/м (принят bр= 5·103 Н·с/м [1]).
bб= bуд·Z ·a · l, (2.15)
где bуд– удельный коэффициент вязкостных сопротивлений, Н·с/м4,принимается по графику [1], при :
/> bуд= 12 · 104 Н·с/м4.
bб= 12·104·0,1·0,1·1,35 = 1,62·103Н·с/м .
Тогда:
/>.
В итоге по формуле (2.10)получили:
/>.
Принята FВ= 90 кН.
По найденной FВи принятой компоновке вибровозбудителя найдём вынуждающую силу одногодебаланса FВ’:
FВ’= FВ / n,(2.16)
где n –принятое число дебалансов (n=4).
FВ’= 90 / 4 = 22,5 кН .
Предварительно назначаетсярасчётная длина вала дебаланса (рисунок 2.4) равная lв= 0,22.
/>
Рисунок 2.4 – Схема дебаланса
Для нахождения диаметра валастроится эпюра изгибающего момента. Для этого находятся реакции в точках опоры(рисунок 2.5)
/>
Рисунок 2.5 –Эпюра изгибающего момента
Максимальный изгибающий моментравен:
Mmax= R1 · 0,11 =11,25· 0,11 =1,24 кН · м .
Прочность вала:
/>,(2.17)
где W –момент сопротивления при изгибе, м3; (для круглого сечения />); [σ] –допускаемое напряжение, МПа .
/>,(2.18)
где σFlim– предел длительной выносливости, МПа; SF –коэффициент безопасности (для Ст 45 — SF =1,75, [2] стр. 90).
Для стали 45 :
σFlim=1,8 НВ,(2.19)
где НВ – твёрдость стали (длястали 45 HB = 248,5, источник [2] стр.426).
Допускаемое напряжение равно:
[σ] = (1,8·248,5)/1,75=255,6 МПа.
Находится диаметр вала поформуле:
/>;(2.20)
/>.
Принят d= 40 мм ([2] стр. 296)
2.1.3.1 Компоновка дебалансов
Неуравновешенные частидебалансов в сечении имеют форму кругового сектора. Значение r0(расстояние от оси вращения до центра тяжести дебаланса) зависит от угласектора φ0внешнего Rв ивнутреннего rв радиусов дебаланса (рисунок2.6).
Угол φ0порекомендациям [1] назначается 120˚. Радиус Rвпредварительно определяется выражением:
Rв =0,5· ВК – δД – bК, (2.21)
где δД – зазормежду дебалансом и стенкой корпуса, м (δД = 0,045 м); bК – толщина корпуса виброплиты, м (bК = 0,01 м).
Rв =0,5·0,35 – 0,02 – 0,01 = 0,12 м.
/>
Рисунок 2.6 – Схема компоновкидебалансов
Расстояние от оси вращения доцентра тяжести дебаланса:
/>.(2.22)
Внутренний радиус дебаланса:
/>,(2.23)
где δст – ширинаступицы, м (принимается конструктивно δст=0,02 м)
/>.
Тогда
/>.
При требуемых силе Fв’, частоте ω и установленном r0определяется массанеуравновешенной части дебаланса:
/>;(2.24)
/>.
Площадь дебаланса, м2:
/>;(2.25)
/>.
Длина дебаланса, м:
/> ,(2.26)
где ρ – плотность металла,кг/м3 (ρ =7800 кг/м3).
/>.
2.2 Мощность, необходимая при виброобжатиибалласта
Затраты мощности привиброподбивке шпал представлены в виде:
Рв = Рб + Pвс, (2.27)
где Рб – средняямощность, необходимая для преодоления сопротивлений колебаниям виброплиты отбалласта и рессорной подвески, Вт; Pвс –мощность, необходимая для преодоления внутренних сопротивленийвибровозбудителя, Вт.
/>,(2.28)
где φ — фаза вынужденныхколебаний по отношению к фазе возмущающей силы, град; Fв– максимальная вынуждающая сила, Н (Fв=90·103Н).
/>,(2.29)
где h –коэффициент демпфирования, с-1 (h = 7,2 с-1);ω0– частота свободных колебаний плиты с учётом жёсткостибалласта, с-1 (ω0=55,26 с-1).
/>
По формуле (2.28) находится:
/>.
Мощность /> находитсяпо формуле:
/>,(2.30)
где P0– мощность, необходимая для преодоления диссипативных сопротивлений вращению,Вт.
Р0=0,5·Fв · dв·ω·fn, (2.31)
где fn– приведённый коэффицент трения в подшипниках дебелансного вала, fn = 0,001 ( [3] стр.148).
P0 =0,5·90·103·0,04·188,4·0,001= 339,12 Вт
Находится PВМ:
PВМ= 0,02 · P0, (2.32)
PВМ= 0,02 · 339,12 = 6,7 Вт
Находим Р33 поформуле:
/>,(2.33)
где ηз – КПДзубчатой передачи синхронизатора (ηз = 0,96 – [2] стр. 23); m – количество зубчатых зацеплений (m=4).
Pзз=(4246 +339,12) · (1 – 0,964) = 690,7 Вт.
Тогда:
Pвс’= 339,12 + 6,7 + 690,7 = 1036,8 Вт.
В итоге суммарные затратымощности равны:
Pв= 1036,6 + 4246 = 5282,3 Вт.
В некоторые моменты работывиброплиты могут возникнуть ситуации, такие как совпадение фазы вынужденныхколебаний с фазой возмущающей силы.
Максимально возможные значения Рбвозможно при sin2 φ0=1:
/>.
Максимально возможные потеримощности в зубчатом зацеплении:
P33max = (25570+339,12)(1-0,964)= 3801,1 Вт.
Тогда мощность PВС’max:
PВС’max = 339,12 + 6,7 + 3801,1 = 4146,9 Вт.
В итоге максимально возможнаямощность, затрачиваемая на виброподбивку шпал равна:
Pвmax = 25570 + 4146,9 = 29716,9 Вт.
Для того чтобы учестьвозрастание сопротивления на виброподбивку шпал, при попадании плиты врезонанс, при выборе двигателя возьмём среднее значение мощности Pвср:
Pвср = (5282,6 +29716,9)/2 =17499,7 Вт ≈17,5 кВт.
Потребная мощность двигателявибровозбудителя подбивочной плиты, кВт:
Pвср = Pвср / ηn,(2.34)
где ηn– КПД передачи от двигателя до ведущего вала вибровозбудителя (ηn = 0,98).
Pдв= 17,5/0,98 =17,85 кВт.
Выбирается асинхронный двигательс фазным ротором ([2] стр.27) таблица 2.1:
Таблица 2.1 – Характеристикиасинхронного двигателя 4А160М2У3Типоразмер Мощность PH, кВт Синхр. частота вращения, об/мин Скольжение, % nH, oб/мин Тmax/ Тном 4А160М2У3 18,5 1500 2,2 1467 1,4
Находится крутящий момент навалу двигателя, H·м:
Тmax = 9550 · PH/ nH ;(2.35)
Тmax = 9550 · 18,5/ 1467= 120,43 H·м.
Учитывая разность частотывращения валов дебалансов и частоты вращения вала двигателя устанавливаетсядополнительный вал с зубчатым колесом повышающим частоту вращения валадебаланса (рисунок 2.7).
Для передачи крутящего моментаот вала двигателя к ведущему валу дебалансов устанавливается карданный вал отГАЗ – 53 [8], который рассчитан на Pmax =84,6 кВт; Тmax = 284,4 H·м; n = 2000 об/мин.
/>
1 – двигатель; 2 – карданныйвал; 3 – ускоряющее зубчатое колесо; 4 – дебаланс; 5 – синхронизирующиезубчатые шестерни.
Рисунок 2.7 – Привод виброплиты
2.3 Расчёт цилиндрическойзубчатой передачи внешнего зацепления
Исходные данные:
Максимальный крутящий момент натихоходном валу Тmax I = 120,43 H·м
Частота вращения ведущего(ведомого) вала nII = 1800 об/мин
Частота вращения ведомого(ведущего) вала nI = 1467 об/мин
Материал шестерни ст 40Х У
Материал колесаст 40Х ТВ4
Передаточное отношение:
u21= nII/ nI =1800/1467 =1,22.
/>
I –тихоходный вал; 1 – зубчатое колесо; II – быстроходныйвал; 2 – шестерня.
Рисунок 2.8 – Зубчатая передачавнешнего зацепления
Расчёт произведён на ЭВМ(программа ДМ – 1).
2.3.1 Алгоритм расчётазубчатой передачи (силовой расчёт).
1) Определяется по контактнымнапряжениям межосевое расстояние aW в мм по формуле :
/>, (2.35)
где u – передаточное число рассчитываемой передачи (u = 1,22); K1 –вспомогательный численный коэффициент (K1 =315 [2]); [σH] – допускаемое контактноенапряжение, МПа; Т1 – крутящий момент на валу колеса, H·мм; KНα –коэффициент распределения нагрузки (KНα= 1 [2]); KНβ – коэффициентконцентрации нагрузки ( [2] ст 92) ;KНV – коэффициент динамичности [2]; KНД– коэффициент долговечности лимитирующего колеса [2]; Ψa – коэффициент ширины венца, принимается из единогоряда [2 стр. 52] (Ψa = 0,2 …0,4); KХ – коэффициент, учитывающий смещение.
2) Ширина колеса в мм:
b2= Ψa· aW.(2.36)
3) Модуль зацепления m в мм из расчёта на изгиб ориентировочно определяется поформуле:
/>,(2.37)
где K2– численный коэффициент (для прямозубых колёс K2= 5); KFα, KFβ, KFv,KFД – коэффициенты, аналогичные KНα, KНβ, KНV, KНД определяются по[2]; [σF] – допускаемое изгибноенапряжение лимитирующего колеса, МПа ([2] стр. 91).
4) Расчёты по формулам(2.35)…(2.36) составляют программу ДМ – 1. Машина выдаёт на печать исходныеданные и величины aW ,b2и m в миллиметрах. Полученные данные подлежатобработке.
Значения aWи b2 выбираются из единого ряда ([2], ст 51).Допускается их округление по ГОСТ 6636 – 69 ([2] ст 296). Модуль округляется вбольшую сторону.
2.3.2 Алгоритмгеометрического и проверочного расчёта зубчатой передачи
Определение чисел зубьев:
1) Суммарное число зубьев ZΣ:
ZΣ= 2·aW· cos β / m ,(2.38)
где β – угол наклона линиизуба.
Величина ZΣокругляется до ближайшего целого числа.
2) Число зубьев шестерни Z1 :
Z1= ZΣ / (u +1).(2.39)
3) Число зубьев колеса Z2:
Z2= ZΣ – Z1.(2.40)
4) Окружная скорость колёс v, м/с:
/> .(2.41)
5) Уточнённое передаточное числоu21:
u21 = Z2 /Z1.(2.42)
6) Ширина шестерни b2, мм:
b2 =1,1 b2.(2.43)
7) Межосевое расстояние, мм:
aW= 0,5·m(Z1 + Z2) + (Х1 + X2– Δy)m ,(2.44)
где Х1, X2 – коэффициенты смещения (Х1 = X2=0 [2]); Δy –коэффициент уравнительного смещения (Δy = 0 [2]).
8) Угол наклона линии зуба дляпрямозубых колёс β = 0.
9) Делительные диаметры d, мм:
d = m · z / cos β.(2.45)
10) Диаметр вершин da,мм:
da = d + (2 + 2x– 2Δy)m.(2.46)
11) Диаметр впадин df, мм:
df = d – (2,5 – 2x)m.(2.47)
12) Окружная толщина зубьев поделительной окружности St, мм:
St =(π/(2cos β) + 2x·tgα)m.(2.48)
13) Угол зацепления αW:
/>,(2.49)
где α– угол профиля (α = 20˚).
14) Торцевой коэффициентперекрытия εα:
/> .(2.50)
15) Коэффициент суммарной длиныконтактных линий Zε:
/>.(2.51)
16) Угол наклона линии зуба поосновной окружности βв:
/>.(2.52)
17) Коэффициенты формысопряжённых поверхностей зубьев в полосе зацепления Zн:
/>.(2.53)
18) Рабочее контактноенапряжение σн, мПа:
/>,(2.53)
где /> - коэффициент, учитывающиймеханические свойства материалов сопрягаемых поверхностей (/>= 275) [14].
19) Отклонение рабочегоконтактного напряжения от допускаемого ∆σн, %:
/>.(2.54)
20) Окружное усилие Ft, H:
/>,(2.55)
где /> — начальный диаметр колеса, мм.
/>,(2.56)
где /> — начальный диаметр шестерни, мм.
/>.(2.57)
21) Радиальное усилие Fy, H:
/>. (2.58)
22) Осевое усилие Fa, H:
/>.(2.59)
23) Коэффициент перекрытиязубьев Yε :
Yε=1.
24) Коэффициент наклона зубьев Yβ :
Yβ=1.
25) Рабочее изгибное напряжениезубьев шестерни σF2, мПа:
/>.(2.60)
26) Рабочее изгибное напряжениеколеса σF1, мПа:
/>.(2.61)
27) Максимальное контактноенапряжение σн max,мПа:
/>.(2.62)
28) Максимальное изгибноенапряжение σFmax, мПа:
/>.(2.63)
Значения рассчитываемых величинпредставлены на распечатках результатов расчёта, сделанного на ЭBM (программа ДМ-1).
2.3.3 Результаты расчётазубчатой передачи, выданные ЭВМ
/>
2.3.4 Анализ результатов расчётазубчатой передачи
Геометрические параметры округляемдо сотых долей миллиметра.
По допускаемым и рабочимнапряжениям делаем вывод, что прочность достаточна.
Усилие в зацеплении округляем сточностью до целых.
2.4 Уточнённый расчёт валов ивыбор подшипников
Данный расчёт даёт болеедостоверные результаты, чем ориентировочный расчёт.
В этом разделе исходными даннымиявляются: силы, действующие на колесо шестерни, расстояния между линиямидействия всех сил, диаметры колёс.
Для наглядного представленияизобразим аксонометрическую схему нагружения валов (рисунок 2.9).
/>
Рисунок 2.9 – Схема нагружениявалов
2.4.1 Расчёт дебалансноговала
Для уточнённого расчёта выполнимэскизную компоновку элементов вала (рисунок 2.10).
Предварительно назначаемподшипник по ГОСТ 5720 – 75: № 1608 с d=40 мм, D =90 мм, B =33 мм [2].
/>
Рисунок 2.10 – Эскизнаякомпановка элементов вала
На вал действуют две силы внаправлении X (рисунок 2.10, б) F’в, Ftикрутящий момент T.
Составим уравнения суммымоментов относительно точек 1 и 2, найдём реакции в этих точках.
ΣM1=0/>;
/>.
ΣM2=0/>;
/>.
Находим изгибающий момент в т.1, 2, 3 ,4 (Рисунок 2.10, в):
/>;
/>;
/>
Максимальный изгибающий момент вт.4 под дебалансом.
Приведённый момент:
/>,(2.64)
где α – коэффициентучитывающий соответствие центров касательного и нормального напряжения (α= 0,75 [4]); T – крутящий момент, Н·м.
T =Ft·d/2 ,(2.65)
где d –делительный диаметр шестерни (d = 0,25 м);
T =777·0,25/2=91,125 Н·м.
/>.
Диаметр вала по формуле:
/>,(2.66)
/>.
Окончательно принимается диаметрвала d = 0,04 м.
2.4.1.1 Выбор подшипников
Ранее принятый подшипник (см.п.2.4.1) проверяем на динамическую грузоподъёмность:
Стабл. >Cрасч,(2.67)
где Стабл. –динамическая грузоподъёмность взятая из таблицы [3], (Стабл. = 44,9кН); Cрасч. – динамическая грузоподъёмностьполученная методом расчёта, кН.
Cрасч.= L1/P·P,(2.68)
где p –показатель степени (для шарикоподшипников p = 3 [2]); L – номинальный ресурс подшипников, млн. об.; P – эквивалентная нагрузка, Н.
L = Ln·60·nII/106,(2.69)
где Ln– номинальный ресурс в часах (примем Ln=125ч)
L =150·60·1800/106=16,2 млн.об.
Эквивалентная нагрузка, Н:
P = R·V·Kδ·KТ, (2.70)
где R –радиальная нагрузка, Н (R = 12959 Н); V– коэффициент вращения (V=1,[2] стр. 359) Kδ – коэффициент, учитывающий нагрузки (Kδ =1,35,[2] стр. 362 ); KТ– температурный коэффициент (KТ =1 [2]).
P =12959·1·1,35·1=17494,65 H.
Срасч.=16,21/3·17494,65=44266,67H.
Условие (2.67) выполняется.Окончательно принимаем для дебалансного вала шарикоподшипник радиальныйсферический двухрядный (по ГОСТ 5720 – 75) [2]:
№ 1608 С=44,9 мм; d=40 мм; D=90 мм; B=33мм.
2.4.2 Расчёт ведущего валавибровозбудителя
Выполним эскизную компоновкуэлементов вала (рисунок 2.11, а).
На вал действуют две силы в двухплоскостях: Fr в плоскости y0z и Ft в плоскости x0z и действует крутящий момент T (рисунок 2.11, а, г).
/>
Рисунок 2.11 – Эпюра моментов
Находятся реакции в опорах вплоскости z0y (рисунок 2.11,а):
/>/>;
/>.
/>/>;
/>.
Находится изгибающий момент вточках 1, 2, 3 (рисунок 2.11, в):
/>.
/>.
Находятся реакции в опорах вплоскости z0x (рисунок 2.11, г):
/>/>;
/>.
/>/>;
/>.
Находится изгибающий момент вточках 1, 2, 3 (рисунок 2.11, д):
/>;
/>.
Максимальный момент приложен вточке 3 под зубчатым колесом:
/>;(2.71)
/>.
Приведённый момент по формуле(2.64):
/>.
Тогда наименьший диаметр валаравен по формуле (2.66):
/>.
Конструктивно принимаем диаметрведущего вала вибровозбудителя d=0,04м.
2.4.2.1 Выбор подшипников
По ГОСТ 5720 – 75 выбранрадиальный сферический двухрядный шарикоподшипник [2]:
№1208 C= 19кН; d = 40 мм; D = 80 мм; B = 18 мм.
Проверяют его на динамическуюгрузоподъёмность по условию (2.67).
Эквивалентная нагрузка поформуле (2.70):
/>.
Срасч.=16,21/3·865,15=2189H
Условие (2.67) выполняется –подшипник выбран верно.
2.5 Расчёт и выбор шпонки
Размеры призматических шпонок(рисунок 2.12): ширина b, высота h,глубина паза t1 и ступицы t2выбираем в зависимости от диаметра вала.
Длину шпонки принимаем изстандартного ряда на 5 – 10 мм меньше длины ступицы.
/>
Рисунок 2.12-Призматическаяшпонка
Выбранную шпонку проверяют насмятие:
/>;(2.72)
где /> - допускаемое напряжение смятия,МПа, для H7/h6 /> = 80 … 120 МПа); /> - расчётнаядлина шпонки, мм (lp=l– b).
Результаты расчётов сведём втаблицу 2.2.
Таблица 2.2 — Результатырасчетов№ вала 1 (ведущий) 2 (вал-шестер.) 2 (вал-дебал.)
Т, Н/>м 120,43 97,125 97,125 d, мм 40 40 40 в, мм 12 12 12 h, мм 8 8 8 t1, мм 5 5 5 t2, мм 3,3 3,3 3,3 l, мм 36 36 80 lр, мм 24 24 68
/>, МПа 76 61,3 21,6
/>, МПа 80 80 80
Прочность по условию (2.72)достаточна.
Шпонка призматическая (по ГОСТ23360-78) [2].
Для соединения вал-зубчатое колесо:Шпонка 12x8x36 ГОСТ 23360-78.
Для соединения вал-шестерня:Шпонка 12x8x36 ГОСТ 23360-78.
Для соединения вал-дебаланс:Шпонка 12x8x36 ГОСТ 23360-78.
2.6 Выбор и расчёт подвескивиброплиты
Эскизная компоновка виброплитыприведена на (Рисунке 2.13).
Подвеска виброплитысоответствует подвеске уплотнителя откосов, установленного на машине ВПО- 3000.Разница в том, что механизм подъёма и опускания – гидравлический.
Расчёт подвески виброплитысводится к расчёту и выбору гидроцилиндров и расчёту рессор.
2.6.1 Расчёт и выборгидроцилиндров
Для определения длины ходапоршня Xпор и усилия на штоке Fшт изобразим в масштабе расчётную схему рабочегооборудования (Рисунок 2.15).
Усилие на штоке определим длядвух неблагоприятных случаев нахождения виброплиты.
1) Виброплита находится в нижнем положении при подъёме (вертикальнаястатическая сила прижатия Fвст кбалласту (Рисунок 2.15) не действует) (Рисунок 2.14).
/>
Рисунок2.14-Схема к определению усилия на штоке
/>
Рисунок2.15-Расчетная схема к определению длины хода поршня и усилия на шток
/>: />;
/>, (2.73)
где /> - массарабочего оборудования, кг [5].
/>,(2.74)
где /> - приведённаямасса виброплиты, кг (/>=460 кг); /> - масса рамы, кг (/>=682 кг [5]); /> - массаустановки электродвигателя, кг; /> - масса элементов присоединения,кг ( Принято />=100кг); /> - масса щеки, кг (/>=72 кг [5]).
/>,(2.75)
где /> - массаэлектродвигателя, кг (/>=160кг); /> - масса элементов установки, кг(Принято />=70кг).
/>.
Тогда:
/>
В итоге:
/>.
2) Виброплита находится во взаимодействии с балластом (действует FВТЯГСТ) (Рисунок 2.16).
/>: />;
/>,(2.76)
где /> - вертикальная статическая силаприжатия виброплиты к балласту, Н (Принято />=/>).
/>
Рисунок 2.16 — Схема копределению усилия на штоке
/>.
Определяем минимальнонеобходимую площадь рабочей поверхности поршня в поршневой полости, м2:
/>,(2.77)
где /> — номинальное давление вгидроцилиндре, Па (/>=10 Мпа); 2 – устанавливается двагидроцилиндра.
/>.
Тогда минимально необходимыйдиаметр поршня для прижатия плиты к балласту найден из формулы:
/>. (2.78)
/>.(2.79)
/>.
Определяется минимальнонеобходимая площадь рабочей поверхности поршня в итоговой полости при подъёмевиброплиты из рабочего положения:
/>.(2.80)
/>.
Минимально необходимый диаметрпоршня при подъёме определяется из формулы:
/>,(2.81)
где /> - диаметр штока.
Учитывая отношение рабочихплощадей />,преобразована формула (2.81):
/>,(2.82)
Из формулы (2.82):
/>.(2.83)
Минимально необходимый диаметрпоршня при подъёме (втягивании) равен:
/>.
Выбирается большой диаметр т.е. D=80.7 мм.
При известных Xпор=440мм, D=80.7 мм и φ=1.65 выбираем два гидроцилиндра[6, стр.90] с: Dп=100 мм, dшт=63мм, Lход=450 мм.
Габаритные размеры показаны нарисунке 2.17.
/>
Рисунок 2.17 – Габаритныеразмеры гидроцилиндра
2.6.2 Расчёт рессорнойподвески
На рессорные подвески действуетгоризонтальная статическая сила сопротивления балласта (Рисунок 2.14) FСТГ и FСТВ.
Определяется изгибная прочностьрессор и подбираются сечения bxh.
Изобразим расчётную схемурессорной подвески (Рисунок 2.18).
/>
Рисунок 2.18 – Расчетная схемарессорной подвески
/>, (2.84)
где /> - статическая горизонтальная силасопротивления балласта, воспринимаемая одной рессорной подвеской, Н.
/>, (2.85)
где /> — приведённый коэффициентжёсткости балласта (/>=/>Н/м (см.п.2.1.3); /> — длина отклона рессорыот /> (Рисунок2.18), м (Примем />=0.1м).
/>
/>
/>,(2.86)
где /> - изгибающий момент, действующийна рессорную подвеску от />, />.
/>
Находится максимальныйизгибающий момент (Рисунок 2.18):
/>: />
/>
/>
Находится момент сопротивления вопасном сечении:
/>,(2.87)
где /> - допускаемое напряжение наизгиб, МПа (Для стали 65г />=360МПа [7]).
/>.
Для прямоугольного сечения:
/>,(2.88)
где /> — ширина рессоры, см (/>=12 см).
Тогда из формулы (2.88):
/>;(2.89)
/>.
Принята толщина рессор />=26 мм, изкоторых две подкоренных рессоры с толщиной по />2=8 мм и одна рессорацепляющая с толщиной />=10 мм (Рисунок 2.19).
/>
Рисунок 2.19 – Схема рессор
Эскизная компоновка размещенияподбивочного блока на ферме машины приведена на (Рисунке 2.20).
3 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВАРАБОТ В «ОКНО» ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ПУТИ
Исходные данные:
Количество рабочих дней в сезоне– 100 дней.
Количество главных путей научастке – 2.
Объём работ по ремонту за сезон– 80 км.
Период предоставления окон –один раз в два дня.
Уклон пути – 7%.
Тип верхнего строения пути доремонта – тяжёлый:
рельсы P – 65; шпалы деревянныев количестве 1840 шт. на км; балласт щебёночный; толщина балластного слоя hб.=0,3м; глубина вырезки hВЫР=0,25 м.
Тип верхнего строения пути послеремонта – тяжёлый: рельсы P – 65; шпалы деревянные; балласт щебёночный; толщинабалластного слоя hб.=0,3 м; объём балласта для засыпкишпальных ящиков.
3.1 Выбор технологическойсхемы выполнения работ в «окно» и типов машин
Основным критерием выбора иназначения способа капитального ремонта пути с вырезкой балласта являетсяглубина вырезки hВЫР.
При hВЫР= 0,25 м, вырезка балласта производится комплектомземлеройно-транспортных машин (КЗТМ).
Технологическая схемакапитального ремонта пути с вырезкой балласта КЗТМ (Рисунок 3.1).
/>
Рисунок 3.1 – Технологическаясхема капитального ремонта пути с вырезкой балласта
Условные обозначения к (Рисунку3.1):
/> — Пробег рабочих поездов к местуработ и обратно.
/> — Выгрузка балласта изхопер-дозаторов.
/> — Подъёмка пути машиной ЭЛБодновременно с дозировкой.
/> — Разболчивание пути бригадамирабочих.
/> — Разборка пути машиной УК.
/> — Вырезка балласта КЗТМ.
/> — Укладка пути машиной УК.
/> — Сболчивание стыков.
/> — Рихтовка пути.
/> — Работа ВПО-3-3000.
/> — Проход ДСП.
/> — Материальная секция укладчика.
Для капитального ремонта пути свырезкой балласта КЗТМ необходим следующий перечень машин:
1) ЭЛБ(с устройством для подбивки шпальных ящиков);
2) Путеразборочныйпоезд;
3) Комплектземлеройно-транспортных машин;
4) Путеукладочныйпоезд;
5) Хопер-дозаторныйсостав (для подъёмки пути);
6) ЭЛБ(с подъёмно-рихтовочным устройством);
7) ХДС(для засыпки шпальных ящиков);
8) ВПО-3-3000;
9) Динамическийстабилизатор пути (ДСП).
3.2 Выбор параметров верхнегостроения пути после ремонта
В соответствии с исходнымиданными выбраны параметры верхнего строения пути после ремонта (рисунок 3.2)[9].
/>
Рисунок 3.2 –Параметры верхнегостроения пути
3.3 Разработка схемыформирования рабочих поездов на станции
/>
Рисунок 3.3 –Схема формированиярабочих поездов на станции
3.4 Определение основныхпараметров технологического процесса
3.4.1 Определение ежедневнойпроизводительности и длины фронта работ
/> ,(3.1)
где /> – объём работ по ремонту засезон, км (/>=80 км); /> –количество рабочих дней в сезоне, дн. (/>=100 дн.); />– резерв времени наслучай непредоставления «окон», материалов и т.д.
/>;
/>.
Фронт основных работ в «окно» вм:
/>,
где /> - период предоставления «окон», (/>=2дн.)
/>.
Принимается />.
3.4.2Определение длины балластировочного поезда
Длинабалластировочного поезда lбп(рисунок3.3) составит:
lбп = lлок+ lпл.пр. + lп.в.+ lЭЛБ,(3.3)
где lлок – длина локомотива, м(lлок =24 м, [9]);lпл.пр.– платформа покрытия, м (lпл.пр. =14,6м);lп.в. – пассажирскийполувагон, м (lп.в. =14 м);lЭЛБ– длина ЭЛБ – 1, м (lЭЛБ =47,2 м, [13]).
lбп = 24 + 14,6. + 14+ 47,2=99,8 м.
3.4.3Определение длины путеразборочного и путеукладочного поезда
Длинапутеразборочного поезда lПРП, ипутеукладочного поезда lПУП (рисунок3.3) состоит из:
lПРП = lПУП= lлок + lпл.пр.+ lп.в. + lгр.пл.·Nгр.пл.p(y)+ lМПД·NМПД p(y) + lпл. кр+lУК, (3.4)
где lгр.пл. – длина несамоходной грузовойплатформы, м; (lгр.пл. = 14,6 м, [9]);Nгр.пл.p(y) – количество грузовых несамоходных платформ приразборке (укладке); lМПД. – длинамоторной платформы, м (lМПД = 16,2 м [9]);NМПД p(y) – количество моторныхплатформ приразборке (укладке); lпл. кр – длинаприкрановой платформы, м; (lпл. кр= 14,6 м); lук – длина УК-25, м (lУК = 43,9 м [13]).
НаходитсяNгр.пл.p(y):
Nгр.пл.p(y)= Nпл.p(y)+ NМПД p(y),(3.5)
где Nпл.p(y) – общее количество грузовых платформ подпакетами при разборке (укладке).
Nпл.p(y) = к· Nпакp(y),(3.6)
гдеNпакp(y) – общее количество пакетов при разборке(укладке); к – количество грузовых платформ под пакетом, (к = 2);
/>,(3.7)
где /> – длиназвена, м (/>=25м); /> –количество звеньев в одном пакете, звено.
Количествозвеньев в одном пакете зависит от грузонапряжённости платформы, типа шпал ирельсов. При погрузке пакета с переворачиванием нижнего звена при деревянныхшпалах и рельсах P 65 количество звеньев одного пакетане должно превышать семи звеньев [9]. Примем />= 9 звеньев.
/>.
Принимается/>.
Поформуле (3.6) находим:
/>.
Находитсяколичество моторных платформ при разборке (укладке):
/>,(3.8)
где /> - количествоперетягиваемых пакетов одной МПР за один цикл.
Числоперетягиваемых пакетов определяем по канатоёмкости Sn проверяем по тяговому усилию на барабане Fб.
/>,(3.9)
где /> - числоперетягиваемых пакетов по канатоёмкости; /> - канатоёмкость МПД, м (/>=75 м).
/>.
Тяговоеусилие на барабане лебёдки:
/>,(3.10)
где /> -сопротивление перемещению пакетов звеньев от трения в роликовом конвейере, H; /> - сопротивление от уклона пути,Н.
/>, (3.11)
/>.(3.12)
Подставляя(3.11) и (3.12) в формулу (3.10) и решая полученное уравнение найдётсяколичество перетягиваемых пакетов одной МПД из условия обеспечения тяговогоусилия на барабане.
/>,(3.13)
где /> — тяговоеусилие на барабане, кН (/>=29,4 кН, [11]); /> - диаметрролика, м (/>=0,15м); /> -масса рельсошпальной решётки, т (/>=6,502 т, [9]); f — коэффициент трения-качения вшарикоподшипниках (f = 0,015, [3]); /> - коэффициенттрения рельсов о ролики (/>=0,04, [3]); d – диаметр цапфы, м (d = 0,8·/>= 0,8·0,15=0,12м); i – уклон пути (i= 0,007); β – коэффициент учитывающий переход пакетов сплатформы на платформу (β = 1,5).
Получится:
/>.
Принимается/>= 2.
При />и /> изконструктивных соображений принимаем количество перетягиваемых пакетов приразборке (укладке) />.
Поформуле (3.8) находится:
/>.
Принимается/>.
Поформуле (3.5) определяется:
Nгр.пл.p(y)= 22 – 2 = 20.
В итогопо формуле (3.4) длина путеразборочного (путеукладочного) поезда равна:
lПРП = lПУП= 24+14,6+14+14,6·20+16,2·2+14,6+43,9 = 435,5 м.
3.4.4 Определение длиныхопер-дозаторного поезда для подъёмки пути
Длина хопер-дозаторного состава lХДС:
/>,(3.14)
где /> — длина локомотива, м (/>=24 м, [9]);/> — длинахопер-дозаторного полувагона, м (/>=10 м, [9]); /> — количествохопер-дозаторных полувагонов в составе; /> — длина пассажирского полувагона,м (/>=14м).
Определяется максимальноеколичество хопер-дозаторных полувагонов необходимых для подъёмки пути сзаданной высотой.
/>,(3.15)
где /> – максимальноеколичество хопер-дозаторных полувагонов с балластом; /> – объём балласта на одинкилометр, выгруженный для подъёмки пути, м3/км; /> – объём балласта водном хопер-дозаторном полувагоне, м3 (/>=36м3 [9]).
/>,(3.16)
где /> - площадь поперечного сечениядосыпаемого балласта (Рисунок 3.4), м2; /> - коэффициент разрыхления (/>= 0,8).
/>
Рисунок 3.4 – Схема к расчетуплощади поперечного сечения досыпаемого балласта
/>
/>.
Тогда по формуле (3.15)получается:
/>.
Учитывая то, что максимальноеколичество хопер-дозаторных полувагонов в одном составе ровно 40, получаетсядва хопер-дозаторных состава, где один состав состоит из 40 полувагонов, авторой из 26 полувагонов.
По формуле (3.14):
/>.
/>.
3.4.5 Определение длиныхопер-дозаторного поезда для засыпки шпальных ящиков
/>, (3.17)
где /> — количество хопер-дозаторныхполувагонов с балластом для засыпки шпальных ящиков.
По формуле (3.15) получим:
/>
/>
3.4.6 Определение длинывыправочно-подбивочного поезда
lВПП = lлок+ lпл.пр. + lп.в.+ lВПО ,(3.18)
где lВПО – длина машины ВПО – 3 – 3000, м (lВПО = 27,87 м [13]).
lВПП = 24 + 14,6 + 14+ 27,87=80,47 м.
3.4.7 Определение длиныучастка по разболчиванию звеньев
Длина участка по разболчиваниюпути равна:
/>,(3.19)
где /> - количество монтёров пути вбригаде, чел; /> - количество монтёров, работающихна одном стыке, чел (/>= 4 чел);
/>,(3.20)
где /> - затраты труда на весь объёмработ по разболчиванию, чел – мин; /> — время выполнения ведущейоперации, мин.
/>,(3.21)
где /> - количество болтов на участке; /> — норма временина снятие одного болта, чел – мин (/>= 0,91чел – мин); /> - коэффициентпотерь времени связанный с пропуском поездов и переходами в рабочей зоне (/>= 1,08,[12]стр. 23).
/>,(3.22)
где /> - количество болтов в одном стыке,(/>=12, [9]).
/>.
По формуле (3.21) получим:
/>чел – мин .
Ведущая операция – это операцияпо снятию одного звена краном
УК -25:
/>,(3.23)
где /> — норма времени на снятие одногозвена, маш – мин (/>=1,7 маш – мин).
/>.
По формуле (3.20) получим:
/>.
Принимая большее значение,кратное 4:
/>.
Тогда фронт работ поразболчиванию равен:
/>.
3.4.8 Определение длиныфронта работы по сболчиванию звеньев
Длина фронта работ посболчиванию звеньев определяется по формуле:
/>,(3.24)
где /> - общие затраты труда, чел – мин.
/>,(3.25)
где /> - затраты труда на сболчиваниестыков и постановку накладок, чел – мин; /> — затраты труда на подгонкустыковых шпал, чел – мин.
/>,(3.26)
где /> - количество стыков; /> — норма временина сболчивание одного стыка, чел – мин (/>= 15чел – мин, [9]).
/>,(3.27)
/>.
/>чел – мин.
/>,(3.28)
где /> - норма времени на перегонкустыковых шпал, чел – мин (/>); /> - количество стыковых шпал.
/>,(3.29)
/>.
/>.
/>.
В итоге по формуле (3.24)получается:
/>.
Принимается: />.
3.4.9 Определение длиныпоезда ДСП
/>,(3.30)
где /> - длина динамическогостабилизатора пути (ДСП), м (/>, [13]).
/>.
3.5 Разработка графикаосновных работ в «окно»
Таблица 3.1 – Схема расстановкирабочих поездов и групп рабочих.Кап. ремонт с вырезкой балласта КЗТМ ЭЛБ -1, lбп, м 99,8 ТБ, lТБ, м 50 МСР, lМСР, м ТБ, lТБ, м 50 Разбол., lр, м 50 ТБ, lТБ, м 50 РСР, lРСР, м 1 2 3 4 5 6 7 8
Продолжение таблицы 3.1ТБ, lТБ, м 50 КЗТМ, lКЗТМ, м 200 ТБ, lТБ, м 50 РСУ, lРСУ, м ТБ, lТБ, м 50 Сболчив., lС, м 75 Рихтов., lрих, м ТБ, lТБ, м 50 МСУ, lМСУ, м 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Продолжение таблицы 3.1ТБ, lТБ, м 50 ХДС№1, l nХДС№1, м 462 ТБ, lТБ, м 50 ЭЛБ -1, lбп, м 99,8 ТБ, lТБ, м 50 ХДС№2,l nХДС, м 322 ТБ, lТБ, м 50 ЭЛБ -1, lбп, м 99,8 ТБ, lТБ, м 50 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Продолжение таблицы 3.1ХДС№3, l зХДС, м 212 ТБ, lТБ, м 50 ВПО, lВПП, м 80,47 ТБ, lТБ, м 50 ДСП, lДСП, м 32,82 27 28 29 30 31
/>
Рисунок 3.5 – График основныхработ в «окно»
Интервал t1(рисунок 3.5) – время на оформление закрытия перегона и пробег к местуработ, мин:
/>,(3.31)
где /> - время оформления закрытияперегона, мин (/>=5 мин, [9]); L – расстояние до места работ, м (ПримемL = 4000 м); /> – транспортная скорость, м/мин (/>= 50 км/ч).
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду началом работ по вывеске пути электробалластером и разболчиванием стыковмонтёрами, мин:
/>,(3.32)
где /> - длина балластировочного поезда,м (/>=99,8м); /> -интервалбезопасности, м (/>=50 м); /> - рабочая скорость ЭЛБ,м/мин (/>=3км/ч); /> -длина материальной секции укладчика, м; /> - фронт работ по разбалчиванию, м(/>=50 м);/> - нормавремени на снятие одного звена, маш – мин, (/>=1,7 маш – мин, [9]); /> - коэффициентпотерь времени на пропуск поездов, (/>= 1,08).[12].
/>,(3.33)
где /> - длина рабочей секцииразборщика, м.
/>,(3.34)
где /> - количество грузовыхнесамоходных платформ в рабочей секции разборщика;
/>.(3.35)
При i =0,007 /> ([12]стр. 22) (рисунок 3.6):
/>
Рисунок 3.6 – Грузовыенесамоходные платформы
/>.
/>.
Тогда по формуле (3.32) получается:
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду началом работы бригады монтёров по разболчиванию и началом работы РСР,мин:
/>,(3.36)
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду началом работы путеразборщика и началом работы путеукладчика, мин:
/>, (3.37)
где /> - длина фронта работ комплектаземлеройных машин, м (/>= 300 м, [9] стр. 214).
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду началом укладки пути машиной УК -25 и началом работы по сболчиваниюстыков, мин:
/>,(3.38)
где /> - длина рабочей секции укладчика,м. (/>=/>= 87 м);/> - длинафронта работ по сболчиванию, м. (/>= 75 м):
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду началом работ по сболчиванию и началом рихтовки пути, мин:
/>,(3.39)
/>
Интервал /> (рисунок 3.5) –минимальный интервал времени между началом рихтовки пути и началом прохода МСУсо скоростью укладки, мин:
/>,(3.40)
где /> - длина участка рихтовки пути, м.(Примем />=75 м).
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времярихтовки пути в темпе работы путеукладчика на всём фронте работ, мин:
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием работ по рихтовке пути и окончанием выгрузки балласта изхоппер-дозаторов №1, мин:
/>,(3.41)
где /> - длина материальной секцииукладчика, м (/>=/>= 347,8 м); /> — рабочая скоростьпрохода ХДС, м/мин (/>=/>=1000 м/ч).
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием работы ХДС№1 и окончанием прохода ЭЛБ – 1, мин:
/>,(3.42)
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием работы ЭЛБ – 1 и окончанием выгрузки балласта из ХДС№2 (дляподъёмки пути), мин:
/>,(3.43)
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием выгрузки балласта из ХДС№2 и окончанием работы ЭЛБ – 1, мин:
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием работы ЭЛБ – 1 и окончанием выгрузки балласта из ХДС№3 (длязасыпки шпальных ящиков), мин:
/>,(3.44)
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием выгрузки балласта из ХДС№3 и окончанием работы ВПО – 3 – 3000,мин:
/>,(3.45)
где /> - рабочая скорость ВПО – 3 –3000, м/мин, (/>= 1000 м/ч); /> - длина ХДС№3 (длязасыпки шпальных ящиков), м (/>=212 м):
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времямежду окончанием ВПО – 3 – 3000 и окончанием работы динамического стабилизаторапути (ДСП), мин:
/>,(3.46)
где /> - рабочая скорость ДСП, м/мин, (/>= 1000 м/ч).
/>.
Интервал /> (рисунок 3.5) – времяна оформление открытия перегона, мин:
/>.
Продолжительность «окна», минопределяется графически и складывается из составляющих:
/>,(3.47)
где /> - время, необходимое на разворотработ (рисунок 3.5), мин; /> - продолжительность работы в«окно» ведущей машины (УК — 25), мин (/>); /> - время на свёртывание работ(рисунок 3.5), мин.
/>.
/>.
По формуле (3.47) получим:
/>.
В масштабе на формате A1 строим график основных работ в «окно».
4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ МАШИНЫ ВПО-3-3000
Показатель экономической эффективностикапитальных вложений модернизации машины ВПО-3-3000 определяется по формуле:
/> ,(4.1)
где Ep-расчётный показатель экономической эффективности капитальных вложений; Эг– годовой экономический эффект, руб.; К – капитальные затраты на модернизациюмашины, руб.; Eн – нормированный показательэкономической эффективности (Eн = 0,12).
/>,(4.2)
где />. — экономия за счётзатрат на заработную плату рабочим по добивке концов шпал, руб./год; /> -затраты наэлектроэнергию, руб./год.
/>, (4.3) где /> — часовая ставка монтёрапути, р/ч (/>=18 р/ч); /> -трудоёмкость работ на 1км пути, чел·ч/км (/>=100 чел·ч/км); /> -годоваяпроизводительность ВПО – 3 – 3000, км/год /> =200 км/год.
/>.
/>,(4.4)
где /> — часовой расход электроэнергии,кВт; />-стоимость 1 кВт·ч, руб./( кВт·ч) (/>=0,77 руб./( кВт·ч)); /> - годовой сроквремя работы ВПО – 3 – 3000, ч/год (/>=150 ч/год).
/>,(4.5)
где /> — мощность двигателя, кВт (/>=18,5кВт);/> — коэффициентспроса (/>=0,9).
/>.
Тогда затраты на электроэнергию,рассчитанные по формуле (4.4) будут равны:
/>.
Далее по формуле (4.2)определяется годовой экономический эффект:
ЭГ = 360000 – 1923 =358077 руб./год.
Для определения капитальныхзатрат на модернизацию машины ВПО – 3 – 3000, зарабатываемый подбивочный блокразбивается на элементы:
— сварные конструкции;
— узлы, подлежащие механическойобработке;
— покупные комплектующиеизделия.
Масса сварных конструкций равна:
mСВ=0,75mРО ,(4.6)
где mРО– масса разрабатываемого оборудования, кг (mРО=1760·2 =3520 кг)
mСВ=0,75·3520=2640 кг;
/>,(4.7)
где /> — стоимость материалов сварныхконструкций, руб.; /> - стоимость 1 т материала сварныхконструкций, руб./т (/>=15000 руб./т); /> - масса сварных конструкций,т (/>=2,64т).
/>
Затраты на заработную платусварщикам, руб.:
/>,(4.8)
где /> - часовая ставка сварщика, руб./ч(/>= 20руб./ч; />-трудоёмкость изготовления 1 т элементов сварных конструкций, чел·ч/т (/>=100 чел·ч/т)
/>
Масса узлов, подлежащихмеханической обработке, кг;
/>;(4.9)
/>.
/>,(4.10)
где /> — стоимость материала узлов,подлежащих механической обработке, руб.; /> — масса материала, т (/>= 0,564 т); /> - стоимость 1т материала узлов, подлежащих механической обработке, руб./т (/>=18300 руб./т)
/>
Затраты на заработную платуслесарям механической обработки материала, руб:
/>,(4.10)
где /> - часовая ставка слесарямеханической обработки, руб./ч (/>= 20 руб./ч; /> — трудоёмкостьизготовления 1 т узлов подлежащих механической обработке, чел·ч/т (/>=100 чел·ч/т).
/>
Стоимость покупных комплектующихизделий:
— Стоимость 2 электродвигателей4А160М2У3:
2·Сэл =2·1300·1,3=3380руб.
— Стоимость 4-х гидроцилиндров:
4·Сгид. =4·1848·1,3=9610руб,
где 1,3 – коэффициент индексации.
— стоимость 2-х карданных валовот автомашины ГАЗ-53:
2·Сэл =2·960·1,3=2496руб.
Итого имеются:
1. Затраты на материалы:
/>;(4.11)
/>
2. Покупные комплектующие изделия:
З компл. =2·Сэл +4·Сгид+2·Скр.в; (4.12)
З компл. =3380+9610+2496 =15486 руб.
3. Материальные затраты составят:
/>; (4.13)
/>
4. Основная заработная плата производственным рабочим:
/>;(4.14)
/>
5. Дополнительная заработная плата составит:
/>,(4.15)
/>где – коэффициентдополнительной заработной платы от основной
( =0,15);
/>
6. Накладные расходы:
/>,(4.16)
где /> – коэффициент накладных расходовот основной заработной платы (/>= 0,3);
/>
7. Полная себестоимость модернизации машины:
/>;(4.17)
/>
8. Себестоимость за вычетом материальных затрат:
/>;
/>
Капитальные затраты намодернизацию машины ВПО – 3 – 3000 равны:
K = Зсеб.=77970руб.
По формуле (4.1) определимрасчётный показатель экономической эффективности капитальных вложений намодернизацию ВПО – 3 – 3000:
/>
Срок окупаемости:
/>;(4.18)
/>
Так как количество рабочих днейв году равно 100 дн/год, то модернизация машины ВПО – 3 – 3000 окупится за 22дня работы машины.
Таким образом, выполненныйрасчёт показывает, что модернизация машины ВПО – 3 – 3000 экономически выгодна.
5. ОХРАНА ТРУДА
Задание: Разработать мероприятияпо снижению уровня шума и вибрации в кабине управления рабочими органами машиныВПО – 3 – 3000.
5.1 Действие шума на организмчеловека. Нормирование шума
Многочисленными медицинскимиисследованиями доказано вредное влияние на человека продолжительного шумавысокой интенсивности. Вредное действие шума проявляется во влиянии нацентральную нервную систему. При длительном действии повышенного шума возникаюттакие явления, как раздражительность, апатия, подавленное настроение,ослабление памяти и др. Замедляется скорость психических реакций, снижаетсятемп работы, ухудшается качество переработки информации. Со сторонысердечнососудистой системы наблюдается повышение артериального давления.
Норма шума путевых машинтяжёлого типа устанавливается производственной санитарией.
Для рабочих мест путевых машинуровень звука допустимый равен: УЗ – 85 дВА (эквивалентен).
В кабине управления ВПО-3-3000шум превышает нормы на 5-10 дВА.
5.2 Действие вибрации наорганизм человека. Нормирование вибрации
На оператора ВПО-3-3000воздействует вибрация, вызываемая передвижением и её работой.
Вредное влияние вибрациипроявляется в воздействии на функциональное и физиологическое состояниечеловека. В первом случае это выражается повышением утомляемости, увеличениемдвигательной и зрительной реакции и, в конечном счёте, приводит к снижениюпроизводительности труда и т.д. Во втором случае вибрация способствует развитиюнервных заболеваний, нарушению сердечнососудистой деятельности, поражениюмышечных тканей и суставов, и, в конечном счёте, приводит к возникновениюпрофессиональных заболеваний.
Обследования показали:длительное воздействие вибрации на оператора путевой машины не только утомляетего и ухудшает самочувствие, но и изменяет отдельные физиологические функции.
Нормы вибрации установлены ГОСТ12.1012-78 [15, стр. 10], согласно которому характеристиками вибрации являютсясредние квадратичные значения виброскорости в м/с.
Допускаемое значениевиброскорости VДОП = 0,35·10-2м/с [15, Стр. 168] при f = 24 Гц.
5.3 Выбор вариантов защитыкабины оператора от шума и вибрации
Основной источник шума навиброподбивочных машинах – рабочие органы вибрационного действия (виброплиты иуплотнители откосов).
Чтобы кабина ВПО-3-3000выполняла функцию защиты от шума, прежде всего, нужно её виброизолировать.Определённый эффект даёт устройство звукоизолирующих зашивок.
Шумообразование в кабинеВПО-3-3000 также создаётся дребезжанием пультов управления и другихметаллических деталей под воздействием интенсивной вибрации, поэтому дляснижения шума целесообразно все металлические части прикреплять черезэффективные виброизоляторы. В кабине нужно размещать звукопоглощающиеконструкции (Рисунок 5.1).
/>
1 – демпфирующие покрытие; 2 –сталь; 3 – звукопоглощающий слой; 4 – воздушный промежуток; 5 – дерево
Рисунок 5.1 –Схемазвукопоглощающей конструкции
Для эффективного снижениявибрации, воздействующей на операторов машины ВПО-3-3000 разрабатываютвиброизолированную площадку, на которой устанавливают подрессорсное сиденье(рисунок 5.2)
/>
1 – спинка сиденья; 2 – стойка;3 – площадка виброизоляционная; 4 – вертикальные пружина (виброизоляторы)
Рисунок 5.2 – Подрессорсноесиденье
5.4 Расчёт параметров защитыот вибрации
За основной источник шума ивибрации в кабине оператора примем работу основных виброплит.
Исходные данные:
Мощность электродвигателейвиброплиты, кВт55
Вынуждающая сила каждойвиброплиты, кН250
Амплитуда колебаний виброплиты,мм6
Частота колебаний, Гц35
Масса машины, т93
Определить основные параметрыпружинных амортизаторов виброизоляционной площадки.
При постановке задачи висследуемую механическую систему выделили две подсистемы: источник возмущений иобъект защиты, соединённые между собой связям. Силы, возникающие в связях R и R’,вызывающие колебание объекта, называются динамическими (рисунок 5.2).
Связи, передающие объектудинамические возмущения частично, называются виброизоляционными, а самиустройства виброизоляторами (ВИ).
В расчёте приняты следующиеусловия:
— Источник возмущений и объектзащиты считаются абсолютно твёрдыми телами, движущимся поступательно вдольодной вертикальной оси Z;
— Приложенные к системе внешниесилы FВ, а также внутренние R и R’считаются направленными вдоль той же оси Z (рисунок5.3).
/>
Рисунок 5.3 – Схема к расчетупараметров защиты от вибрации
Определим виброскоростьвынужденных колебаний V, м/с:
/>,(5.1)
где f– частота возмущающей силы, Гц (f =35 Гц);AZ – амплитуда колебаний установки,м.
/>,(5.2)
где /> — возмущающая сила, Н (/>=250кН); /> - массаамортизационных частей установки, кг; /> - круговая частота, с-1(/>=2πf=219,8 c-1); /> - коэффициентперегрузки (/>=1,3).
/>,(5.3)
где /> - масса площадки, кг (/>= 100кг); /> -массаоператора, кг (/>=80 кг).
/>;
/>;
/>.
Параметры вибрации значительнопревышают допустимое значение VДОП=0.35·10-2м/с, что требует создания виброзащитных устройств.
Допустимая амплитуда колебанияоснования виброзащитной площадки /> [16].
Коэффициент виброизоляцииμ:
/>,(5.3)
/>.
Частота собственных колебанийплощадки f0, Гц:
/>,(5.4)
/>.
Необходимая суммарная жёсткостьвиброзащитной системы:
/>,(5.5)
где ω0 –круговая частота собственных колебаний виброизолированной установки, с-1.
/>;(5.6)
/>;
/>.
Жёсткость одной пружины />’, Н/м:
/>’=/>//>,(5.7)
где /> – количество амортизаторов, шт.(N=4).
/>’=/>//>=/>.
Статическая нагрузка на однупружину/>, Н:
/>,(5.8)
где /> — ускорение свободного падения,м/с2.
/>.
Динамическая нагрузка />, Н:
/>(5.9)
/>.
Расчётная нагрузка на пружину />, Н:
/>,(5.10)
/>.
5.4.1 Расчёт цилиндрическойпружины
Диаметр прутка/>, м:
/>,(5.11)
где /> - коэффициент, определённый пографику (/>=1,2);/> -расчётная нагрузка на пружину, Н (/>=463,7 Н); /> — индекс пружины (/>=10) [10];/> — допустимоекасательное напряжение, Па (/>=450Па) [17, стр. 4].
/>
Принимаем />=5,6 мм.
Тогда средний диаметр пружины/>, мм:
/>,(5.12)
/>.
Наружный диаметр />, мм:
/>,(5.13)
/>.
Число рабочих витков пружины />:
/>,(5.14)
где /> - модуль упругости при сдвиге, Па(/>=80000Па) [7.Т3].
/>.
Число подрезанных витков />:
Т.к. />/>, то />=/>.
/>,(5.15)
/>.
Высота ненагруженной пружины/>, м:
/>,(5.16)
где /> - шагпружины, м.
/>,(5.17)
/>.
Принимаем />;
/>
Коэффициент устойчивостисвободно установленной пружины />:
/>,(5.18)
/>.
Вывод: условие (5.18)выполняется, окончательно принимаются выбранные параметры.
5.5 Расчёт параметров защитыот шума
Исходные данные:
Размеры кабины:
длина l,м3,5;
ширина b,м2,6;
высота h,м2,3.
Расстояние от расчётной точки доближайшего источника шума (разрабатываемой виброплиты) Zmin, м.
Определим, находится лирасчётная точка в зоне отражённого поля из условия:
Zmin ≥ ZПР,(5.19)
/>,(5.20)
где /> - частотный множитель (μ=2,5); B1000 — постоянная помещения на частоте 1000 Гц, м2(B1000 = 14 м2).
/>.
Условие (5.19) выполняется,значит, точка расчёта находится в зоне отражённого поля, что позволяетопределить величину снижения уровня звукового давления Δl, дБ:
Δl = 10lg(B1/B),(5.21)
где В – постояннаяпомещения до его акустической обработки, м2; В1– постоянная помещения после обработки, м2;
/>,(5.22)
где /> - средний коэффициентзвукопоглощения в помещении до его акустической обработки; /> - — средний коэффициентзвукопоглощения в помещении после акустической обработки; S– площадь внутренней поверхности кабины, м2 (S=44 м2); Sобл –площадь облицовки, м2 (Sобл=35м2); /> - величина суммарного добавочногопоглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки, м2.
Bi= μiB1000,(5.23)
/>,(5.24)
/>,(5.25)
/>,(5.26)
где /> - реверберационный коэффициентзвукопоглощения.
/>.(5.27)
По рекомендациям выбираемзвукопоглощающую облицовку следующей конструкции:
— металлический лист толщиной1,2 мм, перфорация в «шахмат» 46%, диаметр 6 мм, размер 500х500. ([18]стр.129);
— поропласт полиуретановый ППУ –3 (МРТУ6 – 05 – 1150 – 68);
— фанерный лист толщиной 4 мм,перфорация по квадрату 25%, диаметр 10 мм, размер 500х500 ([18] стр.10),([15] стр.214).
Расчёты по формулам (5.21) …(5.27) сводим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 – Результатырасчетов величины снижения уровня звукового давления Расчётная величина Среднегеометрическая частота октавных полос, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
1. /> 0,8 0,75 0,7 0,8 1 1,4 1,8 2,5
2. /> 11,2 10,5 9,8 11,2 14 19,6 25,2 35
3. /> 55,2 54,5 53,8 55,2 58 63,6 69,2 79
4. /> 0,203 0,192 0,182 0,203 0,241 0,308 0,364 0,443
5. /> 1,827 1,728 1,638 1,827 2,169 2,77 3,27 3,987
6. /> 0,3 0,48 0,71 0,70 0,79 0,77 0,62 0,59
7. /> 10,5 16,8 24,8 24,5 27,65 26,95 21,7 20,65
8. /> 12,327 18,528 26,44 26,32 29,8 29,72 24,97 24,63
9. /> 0,28 0,421 0,6 0,598 0,677 0,675 0,567 0,559
10. /> 0,72 0,579 0,4 0,402 0,323 0,625 0,433 0,441
11. /> 17,1 32 66,1 65,47 92,2 91,4 57,6 55,8
12. />//> 1,52 3,04 6,74 5,8 6,59 4,6 2,28 1,59
13. /> 1,8 4,82 8,28 7,63 8,18 6,62 3,57 2,01
В таблице 5.2 приведены данные отребуемом уровне шума в соответствии с ГОСТ 12.01.003 – 83 ([15], стр. 8) иполученном за счёт применения звукопоглощающей облицовки.
Таблица 5.2 – Данные о требуемомуровне шума УЗД, дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Уровни звукового давления в РТ до применения облицовки в кабине 97 95 92 90 87 84 80 74 Допустимые уровни звукового давления по ГОСТ 12.01.003 – 83 99 92 86 83 80 78 76 74 Уровни звукового давления после применения звукопоглощающей конструкции 95,2 90,18 83,7 82,37 78,8 77,38 76,43 72
6. ДЕЗАКТИВАЦИЯ МАШИНЫВПО-3-3000 ПОСЛЕ РАДИОАКТИВНОГО ЗАРАЖЕНИЯ
6.1 Необходимостьдезактивации
Для определения потребностидезактивации машины необходимо установить степень заражённости поверхностеймашины, и, если она окажется более допустимой, произвести дезактивацию.
По [18] определяем, что длядезактивации ВПО-3-3000 потребуется 2 часа.
Степень заражённостиповерхностей машины на 8 ч. После возникновения очага заражении:
P= P0(t/t0)-1.2,(6.1)
где P –ожидаемый уровень радиации, который будет наблюдаться через время t после возникновения очага заражения, мР/ч; P0– уровень радиации, измеренный на время t0после возникновения очага заражения мР/ч (P0= 1000 мР/ч).
P= 1000(8/6)-1.2 =708 мР/ч
Из справочных данных временнаядопустимая величина заражения радиоактивными веществами машин и механизмовравна 180 мР/ч.
Следовательно в нашем случаенеобходимо провести деактивацию выправочно – подбивочной машины ВПО – 3 – 3000.
6.2 Выбор наиболееэффективного способа дезактивации
В нашем случае принимаем способудаления радиоактивных веществ – обработкой заражённых поверхностейдезактивирующими растворами с протиранием щётками и ветошью. Расходдезактивирующего раствора при обрызгивании с протиранием щётками – 3 л/м2, время на обработку 1 м2 – 1 мин.
При протирании ветошью расходдезактивирующего раствора – 0,5 л/м2, время на обработку 1 м2– 2 мин.
Учитывая большие габариты машиныВПО – 3 – 3000, дезактивацию следует проводить на месте работ с использованиемпередвижных средств.
6.3 Технические средства длядезактивации и дезактивирующие растворы
Для дезактивации машин иоборудования применяются 0,15% растворы моющего порошка СФ – 2У (СФ – 2) в воде(летом).
Кроме этих растворов длядезактивации могут применяться:
— водные растворы мыла илидругих моющих веществ;
— вода;
— растворители (дихлорэтан,бензин, керосин, дизельное топливо и т.д.)
Характеристика дезактивирующихвеществ.
Моющий порошок СФ – 2У –однородный мелкодисперсионный порошок от белого до тёмно-жёлтого цвета, хорошорастворяется в воде, при температуре 10 – 15 ˚С.
Порошок СФ – 2У расфасовываетсяв двойные пакеты из плотной бумаги весом 300, 500 и 750 г. Пакеты с порошкомупаковываются в ящики весом не более 25 кг.
Моющий порошок СФ – 2 –однородный мелкодисперсионный порошок от кремового до тёмно-жёлтого цвета,хорошо растворяется в воде, легко поглощает влагу, вследствие чего можетслёживаться. В отличии от порошка СФ – 2У порошок СФ – 2 обладает меньшимипенообразующими и моющими свойствами. Порошок СФ – 2 расфасовывается аналогичнопорошку СФ – 2У.
Дезактивирующий раствор наоснове порошка СФ – 2У (СФ – 2) приготовляется путём растворения последнего вводе из расчёта получения 0,15% раствора. Растворение порошка надо вестинебольшими порциями при перемешивании или взбалтывании.
В качестве технического средствадля дезактивации машины ВПО – 3 – 3000 можно использовать автомобильнуюразливочную станцию АРС – 12У (АРС – 12Д), предназначенную для дезактивации,дегазации и дезинфекции техники. Кроме того её можно использовать для дегазациии дезинфекции местности.
Автомобильная разливочнаястанция АРС 12 – У представляет собой автомобиль ЗИЛ – 157 (АРС – 12Д –автомобиль ЗИЛ – 151), на котором смонтировано специальное оборудование,состоящее из следующих основных частей: цистерны, механического насоса сприводом, трубопроводов.
Принципиальная схема АРС – 12Упоказана на рисунке 6.1.
/>
1 – цистерна; 2 – механическийнасос; 3 – всасывающая линия; 4 – нагнетательная линия; 5 – приёмная труба; 6 –раздаточная труба; 7 – сливная линия
Рисунок 6.1 — Принципиальнаясхема АРС – 12У
Цистерна 1 служит ёмкостью длярастворов и жидкостей. Трубопровод состоит из всасывающей 3 и нагнетательной 4линий. Во всасывающую линию входят: фильтр, приёмная труба 5 вентиль №2.
Во всасывающую линию жидкостьможет засасываться либо из цистерны при открытии вентиля №2 и закрытой заглушкеприёмной трубы 5, либо из посторонней тары через приёмную трубу5 при закрытомвентиле №2.
В нагнетательную линию входят:колено с отводом к насосу, вентили №1 и №3, вернее (изогнутая) и раздаточнаятрубы. Для определения давления в нагнетательной линии имеется монитор,установленный в кабине автомобиля.
По нагнетательной линии жидкостьот насоса может поступать либо через вентиль №1 в цистерну, либо через вентиль№3 в раздаточную трубу.
На конце раздаточной трубыприварен резьбовой ниппель для присоединения раздаточного коллектора илинасадки. Сбоку на конце раздаточной трубы приварен штуцер для присоединениярукава диаметром 10 мм. В нерабочем состоянии на ниппель и штуцер навёртываютсязаглушки.
Для дезактивации машины спомощью брандспойтов со щётками при использовании АРС – 12 Д необходимо нараздаточную трубу установить восьмиштуцерный коллектор, к которомуприсоединяются 10 мм раздаточные рукава с брандспойтами и щётками.
Основные технические данные АРС– 12.
Рабочая ёмкость цистерны, л2500
Время снаряжения цистернымеханическим насосом, мин8 – 12
Время развёртывания, мин6 – 8
Время свёртывания, мин9 – 15
Количество одновременнообслуживаемых рабочих мест
АРС – 12 Д3
АРС – 12 У5
Обслуживающий экипаж, чел2 – 3
Результаты расчётов поопределению количества машин по дезактивации сведём в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Количество машинпо дезактивацииНаименование машины, используемой для дезактивации ВПО – 3 – 3000 Площадь дезактивации поверхности ВПО – 3 – 3000, м2 Расход дезактивирующего раствора, л/м2 Количество машин используемых для дезактивации ВПО – 3 – 3000 АРС – 12 Д 330 3 1 АРС – 12 У 330 3 1
6.4 Организация и порядокпроизводства работ по дезактивации
Полная дезактивация техникипроводится следующими способами:
— смывание радиоактивных веществводными растворами моющих средств, водой и растворителями с одновременнымпротиранием заражённой поверхности щётками при помощи дегазационных машин,приборов и комплектов;
— смыванием радиоактивныхвеществ струёй воды под давлением при помощи дегазационных машин и различныхнасосов;
— удалением радиоактивныхвеществ прерывистым газокапельным потоком.
Для дезактивации техники врайоне её расположения дегазационные машины АРС развертывают с ходу у местнахождения заражённых объектов. Место развертывания дегазационных машинвыбирается с таким расчётом, чтобы одной машиной можно было одновременно обрабатывать2-4 объекта.
При развертывании дегазационныхмашин раздаточные рукава подаются к обрабатываемым объектам. Затем с помощьюнасоса в раздаточные рукава подается дезактивирующий раствор, которымпроизводят дезактивацию машины ВПО-3-3000.
После обработки одной группыобъектов дегазационные машины следуют ко второй и последующим группам.
6.5 Меры безопасности припроведении работ по обеззараживанию железнодорожных объектов
Во время проведения работ пообеззараживанию железнодорожных объектов необходимо соблюдать следующие общиеправила, исключающие поражение личного состава:
1. Работыпо дезактивации, дегазации и дезинфекции должны производится, как правило, виндивидуальных средствах защиты (СИЗ), предварительно проверенных и подогнанныхпо размеру.
2. Влетних условиях во избежание перегрева тела необходимо соблюдать следующиесроки непрерывного пребывания в защитной одежде (таблица 6.2).
Таблица 6.2 – Сроки непрерывногопребывания в защитной одеждеТемпература воздуха, ˚C 30 и выше 25-30 20-25 15-20 +15 и ниже Время пребывания в защитной одежде, мин 15-20 30 40-50 90-120 Более 180
Сроки непрерывного пребывания взащитной одежде могут быть увеличены примерно в полтора раза, если погодапасмурная и ветреная. При применении влажного комбинезона время работы взащитной одежде можно увеличить в 3-4 раза.
3. Неснимать СИЗ без приказа старшего.
4. Немедленнодокладывать старшему при повреждении или сильном заражении СИЗ и при внезапнойслабости и заболевании.
5. Бережнообращаться с обеззараживающими средствами и материалами, не класть назаражённую местность или заражённые предметы.
6. Складыватьиспользованные при дезактивации и дегазации обтирочные материалы в специальновырытые ямы, по окончании работ ямы закапывать; обтирочные материалы,использованные при дезинфекции – сжигать.
7. Избегатьсоприкосновения с заражёнными предметами, не садиться на них и не прислонятьсяк ним.
8. Небрать в руки заражённые предметы без предварительной дегазации, дезактивации идезинфекции мест, за которые необходимо держать предметы.
9. Непринимать пищу, не пить и не курить на месте работ по обеззараживанию.
10. Избегать поднятия пыли и образования брызг.
11. Дегазировать и дезинфицировать после работ площадку, на которойпроводилась дегазация или дезинфекция.
12. Соблюдать осторожность с дегазированными изделиями из дерева, кожи,резины.
При проведении дезактивациикроме общих правил необходимо соблюдать следующее:
1. Организовыватьдозиметрический контроль облучения и заражённости личного состава.
2. Периодическиподвергать дозиметрическому контролю на степень заражённости одежду и приборы,используемые при проведении дезактивационных работ, при необходимости проводитьдезактивацию.
3. Периодическипроверять заражённость площадки и проводить её обрызгивание водой перед работойи периодически во время работы.
4. Следитьза тем, чтобы водоотводные каналы и поглощающие колодцы не переполнялись.
5. Закопатьпосле окончания работ на площадке канавы и поглощающие колодцы, оградить всюзаражённую территорию и установить предупредительные знаки.
Отдых личного составарекомендуется проводить через каждые 30 минут работы на 5-10 минут, а через 2часа работы – на 20 минут в незаражённом районе, также можно курить, приниматьпищу и т.п.
После обеззараживания любыхобъектов, производится контроль полноты обеззараживания поверхностей и принеобходимости обеззараживание повторяется.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В дипломном проекте в целяхповышения качества уплотнения балласта при ремонте железнодорожного путипроизведена модернизация машины ВПО-3-3000. В частности, разработанустанавливаемый на неё дополнительный подбивочный блок для уплотнения балластасо стороны торцов шпал.
Данный рабочий орган позволяетповышать качество уплотнения балласта за счёт возможности подбивки его подконцами шпал, что обеспечивается вновь разработанной конструкцией виброплиты скинематически жёстким приводом.
Возбудитель колебаний виброплитыс кинематически жёстким приводом обеспечивает стабильный режим работы её приобжатии балласта.
Повышение качества уплотнениябалласта модернизированной машиной ВПО-3-3000 позволяет сэкономить затратыручного труда на выполнение дополнительных работ по подбивке концов шпал пути,которые приблизительно составляют 358 тыс. руб./год.
Кроме того, исключениедополнительных работ по подбивке шпал исключает действия предупрежденияработающих о приближении поезда. Поэтому экономия денежных средств будет ещё засчёт сокращения простоев поездов.
Себестоимость модернизацииВПО-3-3000 составит 78 тысяч рублей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ
1. Г.П. Задорин. Проектирование шпалоподбивочных органов машин непрерывногодействия. – Новосибирск, 1988 – 40 с.
2. С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев. Проектирование механических передач. –Москва, 1984 – 560 с.
3. Р.Д. Бейзельман, Б.В. Цыпкин. Подшипники качения: справочник. – Москва,1975 – 575 с.
4. Б.В. Глухов. Проектирование деталей машин. – Новосибирск, 1995 – 64с.
5. Альбом чертежей выправочно-подбивочной отделочной машины ВПО-3000. –Москва, 1973 – Т. 1-4
6. В.А. Васильченко. Гидравлическое оборудование мобильных машин:справочник. – Москва, 1983 – 301 с.
7. В.И. Анурьев. Справочник конструктора машиностроителя. – Москва, 1990 –Т.1-3
8. Краткий автомобильный справочник. – Москва, 1984 – 287 с.
9. И.Б. Лехно, С.М. Бельфер и др. Путевое хозяйство. – Москва, 1990 – 472с.
10. А.А. Константинов, Н.Н. Давыдов. А.С. 1008328 СССР, МКИ4 Е01В27112. Устройство для уплотнения откосной и междупутной зон балластной призмы.– Бюллетень №12.
11. С.А. Соломонов, М.В. Понович. Путевые машины. – Москва, 1985 – 375 с.
12. Д.А. Печугин, Л.Д. Печугина. Проектирование рабочих технологических процессовпо капитальному ремонту пути. – Новосибирск, 1989 – 28 с.
13. С.А. Соломонов, М.В. Понович. Путевые машины. – Москва, 2000 – 756 с.
14. Б.В. Глухов, Б.Е. Татаринцев. Курсовое проектирование деталей машин сиспользованием ЭВМ. – Новосибирск, 1986 – 48 с.
15. Н.И. Иванов. Борьба с шумом и вибрациям на путевых строительных машинах.
16. Санитарные нормы. СН 1209-74
17. В.Б. Олимпиади. Защита от вибрации. – Новосибирск, 1986 – 20 с.
18. Н.В. Васильев, В.Л. Хальзов. Вопросы чрезвычайных ситуаций и гражданскойобороны в дипломных проектах. – Новосибирск, 2001 – 130 с.