Государственное образовательное учреждение высшегопрофессионального образования
“ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ”
Кафедра “Подъемно-транспортные, путевые истроительные машины”
дисциплина“Технические основы создания машин”
Курсоваяработа
“ Разработка технического предложения легкойщебнеочистительной машины для подъездных путей промышленного транспорта”
Выполнила студентка
очно-заочного факультета
группы ПТМ-502
Жуковень Е.А.
Санкт– Петербург
2008
Содержание
Введение
1. Комплексная механизациякапитального ремонта пути на предприятиях железнодорожного транспорта
2. Определение потребностейпроектирования легкой ЩОМ
3. Определение целей проектирования
4. Определение признаков объектапроектирования
5. Поиск вариантов технического решения
6. Выбор оптимального решения
7. Анализ принятого решения
8. Описание работы ЩОМ
Список использованной литературы
Задание
Исходныеданные:
Машинамассой не более 40 тонн.
Глубинавырезки щебня – 250 мм ниже подошвы шпалы.
Теоретическаяпроизводительность – 250 м3/час.
Качествоочистки – не менее 80 %.
Введение
В настоящее время научно-технический прогресс связан сперевооружением производства на основе наукоемких технологий. Нажелезнодорожном транспорте прогресс связан в частности с созданием иприменением новых путевых машин, особенно это относится к ЩОМ.
Отечественные ЩОМ предназначены для выполнения большихобъёмов работ на магистральных железнодорожных путях.
На железнодорожных путях промышленного транспорта применениеэтих машин оказывается нерационально, а иногда и невозможно. На промышленномтранспорте используются комплекты легких путевых машин. В нашей стране легкихЩОМ пока не производится. В курсовой работе ставится задача разработки техническогопредложения легкой ЩОМ, способной работать в комплекте с другими легкимипутевыми машинами.
1. Комплексная механизация капитального ремонта путина предприятиях железнодорожного транспорта
Капитальный ремонт пути выполняется в три этапа:
1. Подготовительный.
2. Основной.
3. Отделочный.
Подготовительные работы связаны с подготовкой участкапути для выполнения основных работ. Основные работы выполняются комплексоммашин по двум технологическим процессам.
Первый предполагает последовательность работы:
а) очистка балласта;
б) разборка пути;
в) планировка оставшегося балласта;
г) укладка новой рельсошпальной решетки;
д) досыпка балласта;
е) балластировка;
ж) подбивка, выправка и рихтовка.
Второй технологический процесс отличается тем, чтовначале выполняется работа по разборке пути, а вслед за ней очистка балласта.Все остальные работы выполняются те же.
Для выполнения основных работ на железнодорожных путяхпромышленного транспорта имеются все легкие путевые машины, кроме ЩОМ.Отделочные работы выполняются после основных и заключаются в установлениисредств связи, установки настилов и т.д.
2. Определение потребностейпроектирования легкой ЩОМ
Потребность в проектировании новых ЩОМ диктуется следующимиобстоятельствами:
— в нашей стране пока нет ни серийных, ни опытных образцов,ни законченных проектных разработок легких ЩОМ;
— от применения легких ЩОМ нельзя отказаться потому,что очистка щебня остается неотъемлемой операцией ремонта пути, а существующиеотечественные машины оказываются тяжелыми и особо тяжелыми. Применение их нажелезнодорожных путях промышленного транспорта неэффективно или зачастуюневозможно;
— в зарубежной практике имеются легкие ЩОМ, однако ихприобретение связано с весьма существенными затратами, а наша страна обладаетнаучно-техническим потенциалом для создания новой техники;
— применение легких ЩОМ обеспечит экономический эффектза счет сокращения расхода дорогостоящего щебеночного материала;
— потребность в создании легких ЩОМ диктуется еще итем, что имеющиеся отечественные ЩОМ обладают существенными недостатками: онине могут вырезать и очищать щебень на требуемую глубину, их рабочий(центробежный) орган для очитки обладает низкой надежностью.
Все перечисленное подтверждает необходимость выполненияпроектной разработки.
3. Определение целейпроектирования
Исходя из потребностей проектирования ЩОМ дляпромышленного транспорта и факторов непосредственного и косвенного еёокружения, можно сформулировать следующие цели проектирования.
1. Исходя из научно-техническойситуации необходимо:
— создание легкой ЩОМ, работающей в комплекте с другимилегкими машинами (0,251);
— повышение надежности машины по сравнению с существующимиотечественными ЩОМ (0,15);
— повышение технологичности ЩОМ (0,05);
— повышение глубины вырезки по сравнению с существующимиЩОМ (0,2); — создание машины, вписывающейся в комплект легких путевых машин(0,15).
2. Исходя из экономической ситуациинеобходимо, чтобы:
— машина была конкурентоспособной и имела спрос навнутреннем и внешнем рынке (0,05);
— затраты на проектирование, подготовку производства иизготовление окупались в нормативный срок (0,05).
3. Исходя из факторовнепосредственного окружения необходимо:
— создание машины для работы в районах с умереннымклиматом (0,05).
4. Исходя из социальных требований,должно быть обеспечено:
— повышение эргономических и эстетических показателейЩОМ (0,05).
1В скобках указан относительный вес цели в долях единицы.
4. Определение признаковобъекта проектирования
Исходя из целей проектирования, основными признаками ЩОМявляются:
1. Масса машины – не выше 40 т.
2. Теоретическая производительность –250 м3/ч.
3. Минимальный радиус кривых в пути,при которых должна еще обеспечиваться работа машины – 50 м.
4. Глубина вырезки балласта – не ниже0,25 м.
5. Наработка на отказ – не ниже 4часов.
6. Вероятность безотказной работы –не ниже 0,8.
7. Срок окупаемости капиталовложений– не более 5 лет.
8. Уровень шума и вибрации в кабинеоператора – не выше нормативного.
9. Качество очистки – не менее 80 %.
5. Поиск вариантов технического решения на основеморфологического анализа
Известные в настоящее время приемы и методы поискатехнических решений по степени формализации делят на 3 группы: 1 – неформализованныеэвристические2 приемы и методы, состоящие из набора эвристик; 2 – частичноформализованные эвристические методы – эвроритмы, часть операций, которыенаписаны в виде алгоритмов; 3 – полностью формализованные приемы иметоды-алгоритмы.
Наиболее распространенным методом из второй группы можноназвать метод, построенный на морфологическом анализе. Сущность его состоит врасчленении общей функции проектируемого объекта на частные и в отысканиивозможных способов их выполнения. То или иное сочетание способов выполнениявсех частных функций и составляет вариант технического решения.
Поиск вариантов технического решения ЩОМ для промышленноготранспорта в курсовой работе выполняется на основе морфологического анализа.
Общая функция ЩОМ Y – удаление загрязнителей из железнодорожногобалластного слоя.
Частные функции:
y1– вырезка загрязненного балласта,
y2– перемещение загрязненного балласта к месту очистки,
y3– очистка балласта,
y4– укладка очищенного балласта в путь,
y5– перемещение загрязнителей,
y6– перемещение машины.
2Эвристика – приемы исследования и обучения, согласно которым обнаружение истиныпроисходит с помощью наводящих вопросов.
В качестве средств реализации частных функций выбраны:
по y1
u11– нож статического действия,
u12–подрезной вибронож,
u13– выгребное цепное устройство,
u14– ковш,
u15 – фреза,
u16– шнек.
по y2
u21– ленточный транспортер,
u22– скребковый транспортер,
u23– винтовой транспортер,
u24– многоковшовый цепной рабочий орган,
u25– роторный многоковшовый рабочий орган.
по y3
u31– центробежныйгрохот,
u32– барабанныйгрохот,
u33– виброгрохот.
по y4
u41–наклонныйлоток,
u42–ленточныйтранспортер,
u43–скребковый транспортер,
u44– метатель.
по y5
u51–наклонныйлоток,
u52–ленточныйтранспортер,
u53–скребковый транспортер,
u54– метатель.
по y6
u61– на гусеничном ходу,
u62– на пневмоходу.
Вариант 1.
1. Гусеничный трактор.
2. Нож статического действия.
3. Ленточный транспортер.
4. Барабанный грохот.
5. Наклонный лоток для загрязнителей.
6. наклонный лоток для очищенного щебня.
6. Выбор оптимального решения
Для сравнения вариантов ЩОМ используются вкачестве критериев ранее установленные признаки объекта проектирования. Вместес их весами по важности (lj), где индекс j означает номер критерия, они представлены в таблице:
Таблица «Относительные веса критериев»№ п/п Критерии
Вес lj 1. Масса машины 0,2 2. Производительность 0,1 3. Минимальный радиус кривых 0,1 4. Глубина вырезки 0,2 5. Наработка на отказ (вероятность безотказной работы) 0,15 6. Срок окупаемости 0,15 7. Уровень шума и вибрации в кабине оператора 0,1
Матрица решений включает номера рассматриваемыхвариантов, критерии для сравнения (kj) с ихвесами по важности (lj) и оценки вариантов (Qij),где индес i означает номер варианта.
механизация транспортжелезнодорожный щебнеочистительный
Таблица «Матрица решений»№ п/п
k1
l1
k2
l2
k3
l3
k4
l4
k5
l5
k6
l6
k7
l7
S Qij lj Место 1
3
3*0,2
5
5*0,1
3
3*0,1
5
5*0,2
5
5*0,15
5
5*0,15
5
5*0,1 4,4 1 2
2
2*0,2
4
4*0,1
1
1*0,1
4
4*0,2
3
3*0,15
4
4*0,15
3
3*0,1 3,05 2 3
4
4*0,2
2
2*0,1
4
4*0,1
2
2*0,2
1
1*0,15
2
2*0,15
1
1*0,1 2,35 4 4
5
5*0,2
1
1*0,1
5
5*0,1
1
1*0,1
2
2*0,15
1
1*0,15
2
2*0,1 2,35 4 5
1
1*0,2
3
3*0,1
2
2*0,1
3
3*0,1
4
4*0,15
3
3*0,15
4
4*0,1 2,45 3
7. Анализ принятого решения
Применительно к ЩОМ в курсовой работе определяются:теоретическая производительность, энергоемкость, металлоемкость, вероятностьбезотказной работы.
Теоретическая производительность ЩОМ определяется в зависимости от производительностиголовной машины комплекта, в состав которого она входит. Таким образом,величина теоретической производительности может считаться исходной и всеостальные характеристики целесообразно связать с ней.
Далее приведены зависимости, позволяющие определитьэнергоемкость исходя из теоретической производительности.
Энергоемкость ЩОМ определяется расходом мощности, кВт, на выполнение всех её частныхфункций.
1. Вырезка загрязненного балласта:
- ножом статического действия
N1=kП / 3,6 * 106 = (4 * 105 *250)/(3,6 * 106) =
27,77 кВт,
где k — удельное сопротивление резанию, Н/м2;
П – теоретическая производительность, м3/ч.
Учитывая приближенный характер вычислений, можнопринять k = 4 * 105 Н/м2
2. Перемещение загрязненногобалласта к месту очистки.
N2 = kтПgH/3,6 * 106= (1,5 * 250 * 1,8 * 104 * 2)/3,6*106
= 3,75 кВт,
где Н – высота подъема балласта, Н=2 м;
kт – коэффициент, учитывающий вредные сопротивления придвижении грузонесущего рабочего органа
(kт =1,5).
3. Очистка балласта отзагрязнителей:
- барабанным грохотом
N3= kрLбПg/3,6 * 106= (1,5*1,5*250*1,8*104)/(3,6*106) =
= 2,81 кВт,
где kр –коэффициент потерь мощности за счет преодоления сил трения в опорных роликах (kр = 1,5);
Lб –длина барабана, Lб =1,5 м.
4. Укладка очищенного балласта впуть.
При укладке очищенного балласта в путь по лоткурасхода мощности нет, т.к. материал движется самотеком, т.е.
N4 = 0.
5. Перемещение загрязнителей.
Использование лотка не вызывает расхода мощности, т.е.
N5 = 0.
6. Перемещение машины.
N1 = (W1 + W2)П/F*3,6*106 = (2,5*104 +3*104)*250/(1*3,6 * 106) = 3,81кВт,
где W1 –основное сопротивление, Н, перемещению, определяемое выражением W1 = Gw = 25*104*0,1 = 2,5*104 Н (w — удельное сопротивление перемещению, G – вес машины,
G =25*104Н);
W2 – сопротивление на подъеме (W2 = G*0,12 = 25*104*0,12 = 3*104 Н).Ориентировочно можно принять для перемещения на гусеничном ходу w = 0,1;
F –площадь поперечного сечения балластной призмы,
F =1м2.
Балланс мощности:
/>
N = (1/0,7)*(27,77+3,75+2,81+0+0+3,81)= 54,4 кВт,
где h — к.п.д. трансмиссии,ориентировочно принимаемый равным 0,7.
Удельная энергоемкость, кВт * ч/м3
/> кВт * ч/м3
Удельная металлоемкость, кг/м3/ч,
/> кг/м3/ч,
где G – масса машины, которую находят ориентировочно поизвестным аналогам.
Вероятность безотказной работы машины в течение четырехчасового «окна» определяется наоснове структурной схемы надежности. Так как отказ любого из средств реализациичастных функций вызывает потерю работоспособности всей машины, структурнаясхема ее надежности строится из последовательно соединенных элементов. Вероятностьбезотказной работы машины равна:
/>,
где /> - вероятность безотказной работы i –го средства реализации частных функций.
/>
8. Описание работы ЩОМ
В данной курсовой работе разрабатывается техническоепредложение легкой щебнеочистительной машины, способной работать в комплекте сдругими легкими путевыми машинами. Перемещение машины осуществляется нагусеничном ходу. Вырезка загрязненного балласта производится с помощью ножастатического действия. Далее по ленточному транспортеру, приводящемуся вдвижение с помощью электродвигателя, загрязненный балласт перемещается к местуочистки. Очистка балласта производится барабанным грохотом, который такжеприводится в движение с помощью электродвигателя. В лоток, расположенный подгрохотом, ссыпаются загрязнители. Очищенный щебень с помощью наклонного лоткаукладывается в путь.
Список использованной литературы
1. Быков В.П. Методика проектированияобъектов новой техники: учеб. пособие. – М.: Высш. Шк., 1990. – 168 с.
2. Быков В.П. Методическоеобеспечение САПР в машиностроении. – Л.: Машиностроение/ Ленинградскоеотделение, 1989. – 255 с.
3. Половинкин А.И. Основы инженерноготворчества: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Машиностроение, 1988. –368 с.
4. Быков В.П. Разработка техническогопредложения: Метод. Указания к выполнению курсовой работы по дисциплине«Технические основы создания машин»