Сибирский государственный университетпутей 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 машиныЭЛБ-3ТС
3 Определение основных параметров машины и рабочего оборудования
3.1 Производственно-технологические требования к рабочемуоборудованию
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 иустройство машины ЭЛБ-3ТС
Электробалластер ЭЛБ-3ТСпредназначен для подъемки железнодорожного пути с рельсами всех типов надеревянных и железобетонных шпалах, сдвижки пути одновременно с подъемкой,подборки щебня с обочин пути, перемещение его к концам шпал и формирования плечи откосов балластной призмы.
Электробалластер ЭЛБ-3ТСприменяется для строительстве как двухпутных, так и однопутных участков новыхлиний, при сооружении вторых путей, а также при капитальном ремонте действующихлиний.
Устройство электробалластераЭЛБ-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 пультуправления; 12 – механизм подъема и сдвига пути с электромагнитами; 13 –балластерная рама; 14 – рабочая ферма; 15- компрессор; 17 – задняя двухоснаятележка; 18 — хозяйственная будка
Рисунок 1 –Электробалластер ЭЛБ-3ТС
Электробалластер ЭЛБ-3ТСсостоит из двух ферм: рабочей 14 и направляющей 8. Фермы соединенымеждуферменным шарниром 9, опираются на тележки 1, 7, 17. На рабочей фермерасположены 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; нанаправляющей ферме – дозатор 4, пульт управления 5, рельсовые щетки 3 и 6,будка 2 с установленной в ней электростанцией.
Краткая техническаяхарактеристика электробалластера ЭЛБ-3ТС приведена в таблице 1.
Таблица 1– Техническаяхарактеристика 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 приведеныэтапы работы электробалластера ЭЛБ-3ТС.
/>
1 – ВСП после проходаосновных машин; 2 – ВСП после выгрузки балласта в путь; 3 — дозировка балластав путь; 4 – подъемка и частичная сдвижка пути
Рисунок 2 – Этапы работымашины электробалластера ЭЛБ-3ТС
Первый этап показываетсостояние 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 дозировкивыгруженного ранее в путь балласта. Четвертый этап показывает состояние ВСПпосле прохода пути электробалластера ЭЛБ-3ТС. На четвертом этапе произведенаподъемка пути и частичная сдвижка в проектное положение.
2 Электрическая схемамеханизма прикрытия крыла машины ЭЛБ-3ТС
Если выключатель QS1 включен, то для пуска двигателядостаточно нажать кнопку SB2.При этом получает питание катушка контактора KMВ, замыкаются главные контакты в силовой цепи, и статордвигателя присоединяется к сети. Одновременно в цепи управления закрываетсязамыкающий вспомогательный контакт КМВ, блокирующий кнопку SB2, после чего эту кнопку не нужнобольше удерживать в нажатом состоянии, так как цепь катушки контактора КМВостается замкнутой. Кнопка за счет действия пружины возвращается в исходноеположение.
В схеме предусмотреназащита двигателя плавкими предохранителями от коротких замыканий и тепловымиреле КК от перегрузок.
Для реверсированиянеобходимо нажать кнопку SB1, азатем SB3, что приведет к отключению КМВ ивключению КМН, а дальше по тому же принципу что и при пуске вперед с помощьюразмыкающих вспомогательных контактов КМВ и КМН, что так же исключаетвозможность одновременного включения контакторов КМВ и КМН.
3 Определение основныхпараметров машины и рабочего оборудования
3.1Производственно-технологические требования к рабочему оборудованию
— дозатор долженобеспечивать работу с любым видом балласта;
— дозатор долженповторять форму балластной призмы;
— механизмы дозаторадолжны быть подвижными, чтобы обеспечить требуемый угол наклона;
— приводы механизмовдозатора должны обеспечивать скорость прикрытия, наклона и подъема крыльев изусловия безопасного производства работ.
3.2 Геометрическиепараметры дозатора
Расчет и выбор параметровдозатора производят с целью обеспечения возможности формирования балластнойпризмы в соответствии с заданным типом верхнего строения пути. К геометрическимпараметрам относят: параметры, определяющие расположение частей и элементовдозатора относительно рельсошпальной решетки или поверхности балластной призмы;размеры частей; параметры, определяющие взаимное расположение частей иэлементов дозатора.
Требуемая толщина слоябалласта />, м [1]:
/>, (1)
где />– толщина слоя балласта позаданию, />=0,35 м;
/> – высота подъема РШР, м.
Для определения высотыподъема /> построены схемы: а – схемадля определения объема дозировки; б – схема для определения объемов шпалы иподъемки.
а)
/>
б)
/>
а — схема для определенияобъема дозировки; б – схема для определения объемов шпалы и подъемки
Рисунок 3 – Схемы дляопределения высоты подъема РШР
По заданию даны условия,при которых необходимо разработать дозатор электробалластера ЭЛБ-3ТС:
а) шпалы деревянные: />;
/>;
/>.
б) рельсы Р50: />(в расчете учитываем высотуподкладки
/>).
в) плечо /> />.
Для определения /> рассматривается равенствообъема балласта подъемки /> иразности объема балласта, задозированного над РШР />,и объема шпалы /> [1]:
/>, (2)
где /> - объем балласта подъемаРШР;
/> - объем балласта, задозированногонад РШР;
/> - объем шпалы.
/>;
/>.
/>.
Требуемая толщина слоябалласта />, м:
/>.
Размеры щита дозатораопределяют вписыванием его в подферменное пространство с учетом нижнегоочертания габарита подвижного состава.
Длина щита дозатора />, м [1]:
/>, (3)
/>.
Наибольшая высота щита />, м [1]:
/>, (4)
где /> - расстояние от нижнегоуровня головки рельса до нижнего пояса фермы, м (/> попрототипу); /> - расстояние от уровняголовки рельса до самой нижней части дозатора, м (/> изусловия безопасности).
/>.
/>
Рисунок 4 – Схема дляопределения высоты щита
На рисунке 5 представленаконструктивная схема дозатора машины электробаллаастер ЭЛБ-3ТС. По этой схемепроектируется щит, корень крыла, крыло и подкрылок.
Боковое крыло проектируютс учетом поперечного профиля пути и размеров балластной призмы и щита.
Высота корня крылапринята по прототипу: />. Длина корнякрыла определяется по конструкционной схеме. />,т.е. длина корня крыла соответствует длине между точками 1 и 2 в горизонтальнойплоскости, где /> - в натуральнуювеличину.
/>.
Длина основной частикрыла />, м [1]:
/>, (5)
где x,y,z – координатыточек 1 и 2, мм [1].
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
/>.
Определение положенияшарниров механизма прикрытия крыла [1]:
/>мм;
/>мм;
/>мм.
По прототипу принимаем />=625 мм; />.
3.3 Кинематическиепараметры дозатора
Условия расчета: на крылодействуют нагрузки от сил сопротивления балласта резанию, производитсяприкрытие крыла от /> до /> с целью обхода препятствияили уменьшения объема захватываемого балласта.
/>
Рисунок 6 – Схема дляопределения скорости прикрытия крыла
Скорость прикрытия крылаопределяется из условия безопасного производства работ: крыло должно бытьприкрыто от /> до /> на расстоянии 25м [1]:
/> или />,(6)
где /> - рабочая скорость машины;
/> - ход ползуна (/>=1,1м);
/>=25м – из условия безопасногопроизводства работ.
/>.
Предварительные расчетыпоказали, что при такой скорости необходим двигатель большой мощностью. Поэтомунеобходимо уменьшить скорость прикрытия крыла. Принимаем скорость прикрытиякрыла />=0,06 м/с.
3.4 Силы, действующиена дозатор машины ЭЛБ-3ТС
Дозатор режет балласт иперемещает его вдоль и поперек пути. При этом могут быть два случая. Первый –машина перемещается на прямом участке, два крыла раскрыты симметрично нарабочий угол. Второй случай – машина перемещается на кривом участке путирасчетного 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 нарисунке 7.
/>
Рисунок 7 – Схема дляопределения сил, действующих на дозатор
Сила сопротивлениябалласта резанию для корня крыла />, Н [1]:
/>, (7)
где к – коэффициентсопротивления балласта резанию, кПа (для гравия />)[2];
/> – глубина резания щебня корнемкрыла, м (/>=0,15м);
/> – длина режущей части корня крыла, м(/>=0,9м).
/>.
Сила сопротивлениябалласта волочению для корня крыла />, Н[1]:
/>, (8)
где /> – плотность балласта, />( для гравия />) [2];
/> - высота корня крыла, м (/>) [2];
/> - ускорение свободного падения, />(/>);
/> - коэффициент внутреннего трениябалласта (/>) [2].
/>.
Сила сопротивлениябалласта резанию подкрылка />, Н [1]:
/>, (9)
где /> – глубина резания щебняподкрылком, м (/>=0,15м);
/> – длина режущей части подкрылка, м (/>=0,75м).
/>.
Сила сопротивлениябалласта волочению для подкрылка />, Н [1]:
/>, (10)
где /> - высота подкрылка, м (/>) [2];
/>.
Сила сопротивлениябалласта резанию щита />, Н [1]:
/>, (11)
где /> – глубина резания щебня щитом,м (/>=0,15м);
/> – длина режущей части щита, м (/>=2,2м).
/>.
Сила сопротивлениябалласта волочению для щита />, Н [1]:
/>, (12)
где /> - высота щита, м (/>) [2];
/>.
Сила сопротивлениябалласта резанию для основной части крыла />,Н [1]:
/>, (13)
где /> – глубина резания щебняосновной частью крыла, м (/>=0,15м);
/> – длина режущей части основной частикрыла, м (/>=2,044м).
/> - коэффициент сопротивления балластарезанию с учетом прижатия режущей кромки крыла к обрабатываемой поверхности,кПа (/>)[1].
/>.
Сила на перемещениепризмы волочения основной части крыла />,Н [1]:
/>, (14)
где />, />, /> />,
/> — средняя высота откосной частикрыла, м.
Подставляя /> в формулу (14), получим[1]:
/> (15)
/>;
/>;
/>;
/>.
Сила трения балласта вдолькрыла />, Н [1]:
/>, (16)
где /> — коэффициент трениябалласта о сталь (/>= 0,35) [2].
/>.
3.5 Конструированиечастей дозатора машины ЭЛБ-3ТС
При разработкеметаллоконструкций частей дозатора и узлов их соединений рассматриваютхарактерные случаи нагружения дозатора при реализации полной силы тягилокомотива.
Первый случай – машинаперемещается под уклон, оба крыла раскрыты на рабочий угол. Второй случай –машина перемещается на прямом горизонтальном участке, одно крыло раскрыто нанаибольший рабочий угол, второе полностью прикрыто; третий случай – машина напрямом горизонтальном участке, одно крыло раскрыто на минимальный рабочий угол,второе полностью прикрыто.
Первые два случаярассматриваются при расчете крыла на прочность. При расчете крыла на прочностьв первом приближении принимают расчетную схему: крыло как балка на двух опорахс одной консолью; по длине балки действуют равномерно распределенные нагрузки[1]:
/>; />,(17)
где />, /> — силы, рассчитанные дляконкретного случая, кН;
/> — длина крыла без учета длиныподкрылка.
Суммарные силы резания иволочения, действующие на крыло дозатора:
/>;
/>.
/>.
Распределенные нагрузкиот сил резания и волочения, действующие по длине крыла:
/>;
/>.
/>
Рисунок 8 – Схема дляопределения изгибающего момента, действующего на крыло
Реакции опор в шарнирах Си Е:
/>: />;
/>.
/>: />;
/>.
Для определения опасногосечения строится эпюра изгибающего момента:
1 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />;
/>; />.
2 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />.
/>
Рисунок 9 – Схема дляопределения крутящего момента, действующего на крыло
Для определения опасногосечения строится эпюра крутящего момента:
1 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />.
2 участок (0/>)
/>; />;
/>; />.
/>.
3 участок (0/>)
/>; />;
/>; />.
/>.
Для определения размеровсечения в наиболее опасном сечении находим приведенный момент от изгибающего икрутящего моментов [10]:
/>. (18)
Наиболее опасное сечение Б-Б:
/>.
/>
Рисунок 10 – Схеманаиболее опасного сечения
Момент сопротивленияопасного сечения [10]:
/>.
/>.
Напряжение в наиболееопасном сечении [10]:
/> />.
/> — условие выполняется.
При расчете щита напрочность рассматривают первый и третий случаи нагружения дозатора. Для первогослучая принимают следующую расчетную схему: щит как двухконсольная балка, надлине которой действуют равномерно распределенные нагрузки [1]:
/>; />,(19)
Распределенные нагрузкиот сил резания и волочения, действующие по щит:
/>;
/>.
Расстояние от консоли доролика принято по прототипу: />.
/>
Рисунок 11 – Схема дляопределения изгибающего и крутящего моментов, действующих на щит
На щит со стороны крыладействует сила />, Н:
/>.
Реакции опор в шарнирах Аи В:
/>: />;
/>
/>: />;
/>.
Для определения опасногосечения строится эпюра изгибающего момента:
1 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />.
2 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />.
3 участок (0/>)
/>;
/>; /> ;
/>; />
Для третьего случаянагружения принимают расчетную схему: щит как двухконсольная балка, на длинекоторой действуют равномерно распределенная нагрузка, сила на консоли отопирания крыла, происходит скручивание щита.
/>Рисунок 12 – Схемадействия крутящего момента на щит
Для определения опасногосечения строится эпюра крутящего момента:
1 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />
Для определения размеровсечения в наиболее опасном сечении находим приведенный момент от изгибающего икрутящего моментов [10]:
/>.
Наиболее опасное сечение N-N:
/>.
/>Рисунок 13 – Схеманаиболее опасного сечения
Момент сопротивленияопасного сечения [10]:
/>.
/>.
Напряжение в наиболееопасном сечении [10]:
/> />.
/> — условие выполняется.
4 Проектированиемеханизма прикрытия крыла дозатора
4.1 Определениемощности привода
Разработка механизмовсводится 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 приведенана рисунке 14.
/>
Рисунок 14 – Схема красчету механизма прикрытия крыла
Для расчета силы /> все силы резания балластаи от призмы волочения, действующие на части крыла при работе, проектируют нагоризонтальную плоскость и приводят к двум силам />и/>. Составляют уравнениесуммы моментов этих сил относительно шарнира, соединяющего щит и крыло, иопределяют составляющую усилия />,действующую в узле Е перпендикулярно плоскости крыла.
/>: />,
где />; />.
/>.
Сила /> является проекцией /> тяги в горизонтальнойплоскости [1]:
/>, (20)
где /> - угол междугоризонтальной проекцией оси тяги и вектором силы />,град.
/>.
По известной /> определяют силу /> [1]:
/>, (21)
где /> - угол наклона тяги кгоризонтальной плоскости, град.
/>.
По известной /> рассчитывают /> в выходном звене механизма[1]:
/>, (22)
где /> и /> - составляющие силы /> в плоскости тяги, кН; /> — коэффициент трения вползуне (/>=0,5) [6].
/>;
/>.
/>.
Мощность приводамеханизма прикрытия крыла [1]:
/>, (23)
где />-КПД механизма, /> [6]; /> - скорость прикрытиякрыла.
/>.
Принят электродвигательтрехфазный асинхронный короткозамкнутый 4А132S4У3 с параметрами: />; />.
4.2 Расчет передачивинт-гайка
Передача винт – гайкаслужит для преобразования вращательного движения в поступательное. Основнымкритерием резьбы винтовых механизмов является износостойкость.
Из условияизносостойкости определяем диаметр винта [9]:
/>, (24)
где />=0,5 – трапецеидальная ипрямоугольная резьба; />=2,0 — коэффициентвысоты гайки; [/>]=4..6 МПа –незакаленная сталь – чугун.
/>.
Принимаем стандартныйдиаметр />.
Выбрана резьба 48х5 [7]: />; />; />; />; />.
/>;
Принимаем />.
Проверяем выбраннуюрезьбу по напряжениям [9]:
/>; (25)
/>.
4.3 Расчет ползуна инаправляющей механизма прикрытия крыла
Для определения диаметранаправляющей механизма прикрытия крыла необходимо построить эпюру изгибающегомомента, действующего на направляющую. Для этого определим реакции в опорах А иВ.
На направляющую действуютмомент и сила от составляющих силы />:
/>,
где /> - эксцентриситет от /> до шарнира (принят />=0,1м).
Для определения реакций вопорах А и В составим уравнение момента.
/>: />;
/>.
/>: />;
/>.
/>
Рисунок 15 – Схема дляопределения сечения направляющей механизма прикрытия крыла
1 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />.
2 участок (0/>)
/>;
/>; />;
/>; />.
Момент сопротивленияопасного сечения [10]:
/>, (26)
где />.
/>.
Напряжение в опасномсечении [10]:
/> />.
/> — условие выполняется.
Принимается направляющаякруглого полого сечения: />; />.
Втулка, применяемая вползуне, выбирается из условий:
/>, (27)
/>, (28)
что означает: удельнаянагрузка на единицу расчетной поверхности вкладыша не должна превышатьдопускаемой величины.
/>.
Принимается втулка свнутренним диаметром />, наружнымдиаметром /> и длиной /> [8].
/>.
Принята втулка А 100/115х 140 ГОСТ 1978 [8].
5 Исследовательскаячасть проекта
По заданию необходимоисследовать изменение наклона подрезного ножа на боковом крыле:
/>,
где /> — изменение нагрузки,действующей на крыло;
/> — угол резания, град (/>;/>;/>).
/>;
/>;
/>.
/>Рисунок 16 – Графикизменения нагрузки резания, действующей на основную часть крыла
6 Меры безопасностипри работе машины
1. К работе на машине допускаютсялица, прошедшие медицинский осмотр, как лица, связанные с движением поездов, воздействиемшума и вибрации.
2. Обслуживающий персоналмашины должен быть обеспечен спецодеждой. Во время работы одежда должна бытьзастегнута, стянута поясом, а волосы должны быть убраны под головной убор.
3. Запрещается приступатьк работе при наличии следующих неисправностей:
— при подъеме путевойрешетки электромагнитный подъемник сбрасывает ее;
— при нормальномнапряжении электромагнитный подъемник сбрасывает путь;
-при движенииэлектромагниты сбрасывают поднятую путевую решетку;
-при включении механизмаповорота крыла дозатора крыло не поворачивается;
— при наличиинеисправности в электрической, гидравлической и пневматической систем;
— неисправность тормознойсистемы;
— неисправность звуковойи световой сигналов;
— неисправность ходовыхчастей и автосцепок.
4. Для обеспечениянормальной работы деталей и их сопряжений, а также для своевременного выявленияи устранения возникающих дефектов необходимо проводить техническое обслуживание,состоящее из ежемесячных и периодических уходов за механизмами машины.
5. Проверку основныхрабочих органов производят машинист и его помощник.
6. Машину необходимосодержать в чистоте, следить, чтобы в кабинах, на ступеньках и поручнях не быломасла и грязи.
7. Машина должна быть снабженаогнетушителями, расположенными в легкодоступном месте, полностью готовыми кприменению.
8. Не допускается хранениеи перевозка в кабинах машины легковоспламеняющихся веществ.
9. Перед выездом машинына перегон необходимо убедиться, что все рабочие органы приведены втранспортное положение и надежно закреплены.
10. Перед началом работы,в перерывах, во время работы и по окончании смены должен обязательновыполняться весь объем контрольно-осмотровых работ.
11. При работе на машинезапрещается находиться на расстоянии ближе 1 м от работающих органов машины.
12. Всем членам обслуживающеймашину бригады запрещается находиться на междупутье во время работы машины ипропуске поездов по соседнему пути. После оповещения приближения поезда пососеднему пути все указанные лица, за исключением находящихся в кабинах машины,должны сойти на обочину пути в место, указанное руководителем работ.
13. Запрещается сходить смашины и садиться на нее во время движения.
14. Запрещается работамашины в темное время суток при неисправных фарах освещения рабочих органов ипути в зоне их работы.
15. Машина должна бытьснабжена аптечкой с набором медикаментов и перевязочных средств для оказанияпервой медицинской помощи.
Список использованныхисточников
1. адорин Г. П.Дозирующие и профилирующие устройства путевых машин: Методические указания ккурсовому и дипломному проектированию. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2000. – 38с.
2. Путевые машины:Учебник для вузов ж.-д. транспорта/ Под редакцией С. А. Соломонова. – 2-еиздание, переработанное и дополненное – М.: Транспорт, 1985. – 375 с.
3. Машины и механизмы дляпутевого 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. 151с.
5. Соломонов С. А.Балластировочные, щебнеочистительные машины и хоппер – дозаторы. М.: Транспорт,1991. 336 с.
6. Курсовое проектированиедеталей 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. Деталимашин: Учебник для студентов высших технических учебных заведений. – 5-еиздание, 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 СГУПС1.01СДМ.01-2007. Система управления качеством. Курсовой и дипломный проекты.Требования к оформлению. Новосибирск, 2007. 60 с.