РОСЖЕЛДОР
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
Дипломный проект
поспециальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины иоборудование»
Тема:Модернизация пневмоочистительной машины ПОМ-4
2008
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор
2. Техническое предложение
3. Расчет мультипликатора
3.1 Исходные данные
3.2 Кинематический расчет мультипликатора
3.3 Расчет передачи
3.4 Расчет валов
3.5 Выбор посадок
3.6 Конструирование валов
3.7 Конструирование колес
3.8 Конструирование элементов корпуса
3.9 Уплотнения
3.10 Смазка
3.11 Порядок сборки мультипликатора
3.12 Проектирование муфты
4. Проектирование оборудования охлаждения
4.1 Выбор оборудования охлаждения
4.2 Проектирование рамы вентиляторов охлаждения
5. Расчет экономической эффективности модернизации ПОМ-4
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Введение
Нажелезной дороге в ее современном виде организация работ поставлена на высокийуровень, но есть сферы (такие как стихийные явления, аварийные ситуации и т.д.)спрогнозировать которые очень сложно, но предусмотреть возможности наибыстрейшегоразрешения необходимо.
В нашейклиматической зоне одной из актуальнейших проблем железной дороги всегдаявлялись снегопады, приводящие к задержке, а иногда и к полной остановкедвижения поездов. Целью этого проекта является улучшение положения как раз вэтом направлении. Кроме того целью проекта является уменьшение финансовыхзатрат на уборку снега.
1. Аналитический обзор
В практике зимней очистки железных иавтомобильных дорог нашли широкое применение технические средства, основанныена механическом взаимодействии рабочих органов со снегом и льдом. Это машины срабочими органами плужного (ножевого), роторного и щеточного типов.
В лабораториях различных странисследуются такие нетрадиционные методы, как использование водяных струй(непрерывных и ударных), ультразвука, транспортно-очистительных средств навоздушной подушке, источников света высокой интенсивности и др. [1…4].
В настоящее время на уровеньпрактического и достаточно широкого применения вышел метод выдувания снега спути.
За последние двадцать лет созданобольшое количество различных машин данного класса, существенно облегчающихработу служб по уборке снега на станциях.
В 1986 году ВНИИЖТом на базе ПМГ былсоздан снегоочиститель МОС-1, представленный на рисунке 1.1. Эта машина сфевраля 1986 года успешно эксплуатируется на Московско-Рижской дистанции путиМосковской дороги.
Она представляет собой самоходныйдвухосный экипаж, на раме которого расположены силовая установка 5, состоящаяиз дизель-генератора АД-200 ТСП и кабины управления 6. На передней консоли рамысмонтированы рабочие органы, состоящие из двух вентиляторов высокого давления3, подающих на путь холодный воздух по трубопроводам через воздухопроводящиесопла 1, и камера сгорания 4 с форсункой и системой подачи топлива и воздуха.Камера сгорания с расходом горючего 120-150 кг/ч, генерирует две мощные струигорячих газов. Этими струями снег и лед удаляется и труднодоступных местстрелочных переводов. Горячие газы поступают по трубопроводам через газоподводящиесопла 2, размещенные позади воздухоподводящих. Для вписывания машины втранспортном положении в габарит подвижного состава каждый трубопровод выполнениз двух частей. Одна часть присоединена к вентилятору или к камере сгорания, адругая к соплам с возможностью поворота относительно оси. Для облегченияподъема патрубков с соплами на оси закреплены противовесы. Приводится машина втранспортное или рабочее положения электромеханическим приводом с цепнойпередачей.
При очистке пути в шпальных ящикахобразуется талая вода. Для ее удаления под кабиной управления установлен третийвентилятор 7 с воздухоподводящими соплами 8. Мощность каждого вентилятора,установленного на машине – 45 кВт.
/>
1, 8 – воздухоподводящие сопла; 2 –газоподводящее сопло; 3, 7 — вентиляторы; 4 – камера сгорания; 5 – силоваяустановка; 6 – кабина управления
Рисунок 1.1 – Машина для очистки стрелочныхпереводов от снега МОС-1
Приводится машина в движение двумятяговыми двигателями ДК-116А постоянного тока, образующими два колесно-моторныхблока. Рабочими органами управляют с пульта.
Машина работает следующим образом: приподходе к стрелочному переводу подвижные патрубки из транспортного положенияприводятся в рабочее. Включаются вентиляторы и при необходимости – камерасгорания. Струи холодного воздуха сдувают со стрелочного перевода основнуюмассу снега. В желобах может остаться увлажненный снег. Он удаляется струямигорячих газов. Продолжительность очистки одного перевода 1-2 мин. Если высотаснежного покрова 20 см над головкой рельса и более и плотность снега доходит до0,2 г/см3, продолжительность очистки удваивается. Скорость движениямашины в зависимости от толщины и плотности снега составляет от 0,5 до 2 м/мин.Особенно эффективна машина во время снегопадов и метелей [5].
Опытные дорожные ремонтно-механическиемастерские службы пути Южно-Уральской дороги изготовили опытный образец снегоочистителя«Ветерок» ВС-1 [6]. Испытания показали высокую эффективность его вработе. Снегоочиститель представлен на рисунке 1.2.
/>
1 – привод вентилятора; 2 – вентилятор;3 – плужный отражатель; 4 – сопло-диффузор; 5 – четырехосная платформа
Рисунок 1.2 – Вентиляторныйснегоочиститель «Ветерок»
На четырехосной платформе 5устанавливается вентилятор 2 (ВДН-17-1000 или ВДН-18-1000). К улиткевентилятора, выход которой направлен вертикально вниз, постоянно закрепленсопло-диффузор 4. Его выходное отверстие направлено под углом 45° к пути и развернуто вплане относительно продольной оси колеи на 25°. Сопло-диффузор соединен общим кожухом сотражателем плужным 3, рабочая плоскость которого установлена под углом 65° относительно продольной осипути, что позволяет выбрасывать снег на обочину при помощи воздуха подаваемогос рабочего органа на высокой скорости и под высоким давлением. Приводвентилятора 1 смонтирован под капотом через упругую втулочно-пальцевую муфту отэлектродвигателя П 112 (180 кВт, 440 В, 1500 об/мин, с независимым возбуждениемотрегулированным на 220-340 В) [3].
На Апатитской дистанции Октябрьскойдороги в 1988 г. был изготовлен вентиляторный снегоочиститель «Тайфун-Д»[7], представленный на рисунке 1.3. В качестве привода вентилятора 1 (ДН-17Н)был принят автономный дизель 3 (1Д-12), всё это было установлено в четырехосномкрытом вагоне. Привод от дизеля был осуществлен с помощью муфты сцепления отдрезины ДГКу, карданный вал 2 был укорочен. Для очистки плотного иобледенелого снега на перегонах и станционных путях в голове «Тайфуна-Д»был установлен рыхлитель 5. Управление вентилятором осуществлялось из кабины 4.При небольшой собственной массе 28 т снегоочиститель передвигался любымлокомотивом или дрезиной ДГКу. «Тайфун-Д» с направленнымсоплом 6 применялся для очистки переводов от рыхлого снега, съездов и вставокмежду стрелочными переводами, закрестовинных кривых.
/>
1 – вентилятор; 2 – укороченныйкарданный вал; 3 – дизель; 4 – кабина управления; 5 – рыхлитель; 6 – сопло.
Рисунок 1.3 – Снегоочиститель «Тайфун-Д»
Дзержинской дистанцией пути Горьковскойдороги в 1988 г. был изготовлен вентиляторный снегоочиститель для очисткистрелочных переводов и станционных путей от снега, а летом – от засорителей[8]. Он смонтирован на двухосной платформе УП-2 (рисунок 1.4) и оснащен двумявентиляторами 1 (ВДН-11.1) с электродвигателями 2 (4АМ200), питаемыми током отдизель-генератора 6 (АД-200-Тсп). Также на платформе размещены: пультуправления 4, электрический щит переключения питания 5 (от дизель-генератора,электровоза или ПМГ). Воздух поступает через сопла 3. Размещение оборудованияна платформе представлено на рисунке 7. Передвигает машину дрезина ДГКу,а обслуживает один механик. Рабочая скорость снегоочистителя 3-4 км/ч, времяочистки одного стрелочного перевода 1-2 мин., производительность до 17 м3/минпри толщине наста 0,3 м и ширине 2,7 м [5].
/>
1 – вентиляторы; 2 – электродвигатели; 3– сопла; 4 – пульт управления; 5 – электрический щит; 6 дизель-генератор
Рисунок 1.4 – Размещение оборудования навентиляторном снегоочистителе
На Карагандинском металлургическомкомбинате в 1989 г. был изготовлен вентиляторный снегоочиститель «Ветерок»на базе дрезины АГМу [9], представленный на рисунке 1.5. Наплатформе смонтирована дизель-генераторная установка ДГ-200 (дизель УД12,генератор мощностью 200 кВт). Электростанция питает и вентиляторы, и приводмашины. Снегоочиститель в транспортном положении развивает скорость до 40 км/ч– в этом случае включается электродвигатель мощностью 75-100 кВт, рабочая жескорость до 5 км/ч – для привода взят электродвигатель МТВ-211 мощностью 14кВт. Муфта переключается пневмоцилиндром, заимствованным с машины ШПМ-02.Рабочий орган состоит из восьми вентиляторов СВМ-6М (шахтные вентиляторы).Вентиляторы спарены по два в четыре ряда. Рама, на которой смонтированывентиляторы, и рама платформы связаны между собой шарнирно, поэтому при работес помощью пневмоцилиндра можно менять угол атаки воздушного потока от 20° до 45°. При максимальном угле атакиочищают слежавшийся снег на стрелочных переводах. Если же снег рыхлый, то уголатаки уменьшают до 20-30°.Производительность машины до 305 м3/мин [6].
/>
Рисунок 1.5 — Вентиляторныйснегоочиститель «Ветерок» на базе АГМу
Путевой дорожной мастерской в ГулбенеПрибалтийской дороги в 1990 г. была создана снегоочистительная машина СОМ-1[10], изготовленная на базе платформы УП-2 и предназначена для очистки от снегапутей, стрелочных переводов. Принципиальная схема СОМ-1 представлена на рисунке1.6. Проведенные испытания дали неплохие результаты.
Машина состоит из дизель-генераторнойустановки, расположенной в капоте 2, куда возможен свободный доступ дляобслуживания и ремонта, и вентиляционной установки с очень простым устройствомдля приведения в транспортное и рабочее положение. Направляющий кожух сопл 4может поворачиваться в плане на угол, кратный 28°, что обеспечивает выброс снега в любую сторону.Производительность машины 3-5 км/ч. Радиальный вентилятор 3 (В-Ц6-28-6,31)совмещен с электродвигателем 5. Один вентилятор – правого, другой – левоговращения. Вентиляторы расположены таким образом, что выходной патрубокнаправлен под углом 110°к горизонтали. Снег сдувается при движении в одном направлении. Управлениевентилятором осуществляется из кабины 1. Для работы с очистителем СОМ-1 можноиспользовать дрезину или любую другую самоходную единицу.
/>
1 – кабина управления; 2 – капот; 3 –радиальный вентилятор;
4 – направляющий раструб; 5 –электродвигатель
Рисунок 1.6 – Принципиальная схемавентиляторного снегоочистителя СОМ-1
/>
1– направляющий аппарат; 2 – щит отбойный; 3 – фартук; 4 – ручная стопорнаялебедка; 5 – пневмоцилиндр; 6 – вентилятор; 7 – подшипниковая опора рабочегоколеса вентилятора; 8 – электродвигатель
Рисунок1.7 – Схема путевой очистительная машины типа ПОМ с одновентиляторной пневмоустановкой(ППСМ-П)
НаЗап.-Сиб. ж.д. с начала 80-х годов широкое применение получили машины типа ПОМ.На машинах первых выпусков устанавливался один вентилятор, направленностьснеговоздушного потока не обеспечивалась. На последних моделяходновентиляторных машин для задания фиксированного направления потока предусматривалсяотбойный щит (рисунок 1.7).
Главным недостаткомэтих машин является то, что из-за недостаточной мощности воздушной струи,создаваемой одним вентилятором, не обеспечивалась достаточнаяпроизводительность на уплотненном снеге. Для устранения этого недостатка машиныПОМ стали выпускаться с двумя вентиляторами и двумя направляющими аппаратами(рисунок 1.8).
/>
Рисунок 1.8 – Путевая очистительная машины типа ПОМ с двухвентиляторнойпневмоустановкой
Машины оснащаютсявентиляторами высокого давления (ВДН-17, ВДН-18, ВМ-18А и т.д.). В качествепривода вентиляторов на машинах используются двигатели постоянного тока(тяговые двигатели локомотивов) мощностью до 400 и более кВт, что значительноупрощает комплектацию машины и схему ее электропитания: от сети при тяге электровозом,от дополнительного тепловоза при тяге тепловозом. К выходному окну улиткивентилятора присоединен насадок – сопло, направляющий подаваемый вентиляторомвоздух в путь. Насадок установлен таким образом, что поток воздуха направляетсяпод углом 30° к вертикальнойплоскости и под таким же углом развернут к оси пути.
Снегоочистители типа ПОМобладают наиболее мощными воздуходувными установками, но даже ихпневмоустановки не справляются с уплотненным настом. Для повышения ихэффективности в последние годы для привода каждого вентилятора устанавливают подва двигателя, но и это в полной мере не решает проблему.
Установка двух двигателейв одну линию значительно снижает надежность привода из-за невозможностиобеспечить равенства их параметров.
Повышение мощностивоздушного потока, формируемого пневмоустановками, нуждается в четкомобосновании, возможном только на базе научных исследований. Это позволитисключить необоснованные затраты мощности и, соответственно, необоснованноеусложнение и удорожание машин.
Существенным недостаткомтакже является тот факт, что тяговые двигатели развивают скорость 930 об/мин, аноминальной скоростью вращения используемых вентиляторов является 1500 об/мин.Усилиями специалистов СГУПС был спроектирован мультипликатор с передаточнымчислом u=1,62 для машины ПОМ-4, позволяющий выводить вентилятор наноминальный режим.
2. Техническое предложение
Впроцессе эксплуатации машины ПОМ-4 последней модернизации выявлены следующиенедостатки:
· перегрев двигателя рабочего органа — несмотря на требование производителя двигателей о принудительном охлаждениидвигателя ТЛ-2К (а именно такие двигатели ставят на машины ПОМ-4 для приводарабочего органа), используется пассивное охлаждение. В процессе работы двигательвключают на 20-30 минут, затем в паузе производят пассивное охлаждение привыключенном двигателе. Тем не менее электродвигатели, выработавшие свой ресурсеще в электровозе, часто возгораются из-за межвиткового замыкания вследствиеперегрева; рекомендация: перед установкой таких двигателей необходимкапитальный ремонт — это значительно снизит риск выхода из строя двигателярабочего органа;
· нагрев мультипликатора;
· частота вращения у различныхдвигателей ТЛ-2К под нагрузкой разная, в пределах 800…1200 об/мин, что при наличии мультипликатора спостоянным передаточным числом может существенно отличаться от расчетных 1480об/мин у вентилятора.
Необходимадальнейшая модернизация данной машины. Целью данного проекта являетсяпроектирование системы охлаждения для двигателя и мультипликатора и приведениечастоты вращения вентилятора в соответствие с действительной частотой вращениядвигателя путем применения нескольких вариантов мультипликатора с разнымипередаточными числами.
3. Расчет мультипликатора3.1 Исходные данные
Расчетная мощность P = 400 кВт.
Расчетные частотывращения электродвигателя, n2 = 1230, 1050, 930, 820, об/мин.
Расчетная частотавращения вентилятора n1= 1480 об/мин.
В качестве примерарассмотрен расчет при n2 = 930 об/мин3.2 Кинематический расчет мультипликатораПередаточное число
u = n1/n2=1480/930 = 1,59. (3.1)
Крутящиемоменты на валах Т, Н×м:
T = 9550P/n, (3.2)
где Р –расчетная мощность, Р = 400 кВт; n – частота вращения вала, n2 = 930об/мин.
Тихоходныйвал [15]: Т2 = 9550×400/930 =4108 Н×м.
Быстроходныйвал:
T1=9550Ph/n1, (3.3)
где h — КПД зубчатой передачи, h =0,96 [10].
T1=9550×400×0.96/1480=2478 Н×м.
3.3 Расчет передачидвигатель мультипликатор вал муфта вентиляторВыбор материала
Для уменьшения габаритов мультипликатора по высоте приняты зубчатыеколеса большой ширины, при этом использование высокотвердых материалов нецелесообразнотак как по концам зубьев наблюдается высокая концентрация нагрузки. Основнымикритериями работоспособности и расчета зубчатых передач является контактная иизгибная прочность. Этим условиям отвечают углеродистые и легированные стали.
Принятадля обоих колес сталь 45 улучшенная со следующими характеристиками [15]:
- твердостьНВ=235-262;
- предел прочности σв=780МПа;
- предел текучести sт=540 МПа.Допускаемые напряжения.Контактные напряжения
/>, (3.4)
где /> - предел длительной выносливости [15]; SH — коэффициент безопасности, SH=1,1 [15].
/>=2/>+70=2×0,5(235+262)+70=567 МПа. (3.5)
/>=567/1,1=515 МПа.Изгибные напряжения
/>. (3.6)
Пределдлительной выносливости при нереверсивной работе [15]:
/>=1,8/>=1,8×0,5(235+262)=447 МПа. (3.7)
При коэффициентебезопасности />=1,75 [15] допускаемое напряжение изгиба:
/>=447/1,75=256 МПа.Межосевое расстояние.
Межосевоерасстояние из расчета на контактную выносливость [1]:
aw=(u+1)/>, (3.8)
где /> - коэффициент распределения нагрузки;при 7 степени точности и скорости />=15 м/с />=1,09 [15];
/> - коэффициент ширины колеса; дляшевронных колес />=0,8 [1];
/> — коэффициент концентрации нагрузки;для симметричного расположения колес (схема 7) />=1,23[15];
/> - коэффициент динамической нагрузки; />=1,08 [15].
По исходным данныммежосевое расстояние aw, другие геометрические параметры, силы в зацеплении, проверки поконтактным и изгибным напряжениям рассчитаны в программе DМ-21 в системе BASIC.Распечатки компьютерных данных приведены в приложении А.Геометрические параметры. Модуль зацепления
m=(0,01…0,2)aw. (3.9)Ширина колес
b=/> aw. (3.10)
Суммарное число зубьевпри угле наклона колес с раздвоенной ступенью b=35°:
zS=2 awcosb/m, (3.11)Число зубьев шестерни
z1=zS/(u+1). (3.12)Число зубьев колес
z2= zS-z1, (3.13)Уточненный угол наклона
b=arcos(m zS/2aw), (3.14)Делительные диаметры
d=mz/cosb. (3.15)Диаметры вершин
da=m(z/ cosb+2). (3.16)Диаметры впадин
df= m(z/ cosb-2,5). (3.17)Окружная скорость колес.
u=pd1n1/60000. (3.18)Рабочее контактное напряжение.
/>. (3.19)Силы в зацеплении.Окружная сила,действующая на полушеврон:
Ft=T2/d2. (3.20)Радиальная сила:
Fr=Fttga/cosb, (3.21)
где a — угол профиля; a=20° [15].Осевая сила:
Fa=Fttgb. (3.22)
Проверка по изгибным напряжениям.Эквивалентные числазубьев
zn=z/cos3b. (3.23)
Коэффициент формы зуба Yf из таблицы 4.13 [15].Коэффициент наклона зубьев
Yb=1-b/140. (3.24)Рабочие изгибныенапряжения:
/>=YFYbFtKFaKFbKFn/mb. (3.25)Таблица параметров.
Основныегеометрические и силовые параметры всех четырех вариантов зацепления сведены втаблицу 3.1.
Таблица3.1 — Основныегеометрические и силовые параметрыПараметры МП-250-1,2 МП-250-1,4 МП-250-1,6 МП-250-1,8 Частота вращения двигателя, об./мин
n2=1230
n2=1050
n2=930
n2=820 Передаточные числа 1,20 1,41 1,59 1,80 Крутящий момент на тихоходном валу, Н·м 3106 3638 4108 4659 Крутящий момент на быстроходном валу, Н·м 2478 2478 2478 2478 Межосевое расстояние, мм 250 250 250 250 Модуль зацепления, мм 4 4 4 4 Число зубьев шестерни 46 43 39 36 Число зубьев колеса 56 59 63 66 Угол наклона β 35º 18’ 8" Ширина венца шестерни, мм 200 200 200 200 Ширина венца колеса, мм 200 200 200 200 Окружная скорость, м/с 17,5 16,3 14,8 13,7 Окружное усилие, кН 22,6 25,2 26,6 28,8 Радиальное усилие, кН 10,1 11,2 11,9 12,8 Осевое усилие, кН
Примечания.
1. Посравнению с компьютерными распечатками увеличена ширина венцов полушевронов с70 до 100 мм. Это привело к уменьшению рабочих напряжений. Недогрузка по контактнымнапряжениям составляет 19 %, по изгибным напряжениям — 76 %.
2. Водновременном зацеплении находятся 4-5 пар зубьев, что свидетельствует овысокой плавности работы зацепления.
Вывод. Контактная иизгибная прочность достаточна, так как напряжения ниже допускаемых.3.4 Расчет валов
Исходные данные.
Момент на быстроходномвалу Т1 = 2478 Н·м.
Момент на тихоходном валупринят максимальный из четырех значений при u=1,8 Т2 = 4659 Н·м.Расчет тихоходного вала.Диаметропасного сечения из расчета на кручение [15]:
/>, (3.26)
где /> - допускаемое касательное напряжение; />=15 МПа [15].
/>=114,5 мм.
Принято d=115 мм. Диаметры шеек под подшипникиd1=95 мм. Выходной конец — конический с наибольшим диаметром d2=90 мм и конусностью 1:10 (рисунок 3.1).Эскизнаякомпоновка для определения расстояний между линиями действия всех сил и реакцийопор.
Они зависят от некоторыхконструктивных элементов.
Суммарная длина ступицколес lстS=2(b+20)=2(100+20)=240 мм.Толщина стенки корпусамультипликатора [15]
d=1,2/>9,91мм. (3.27)
Принято d=12 мм.
Расстояние от торцовколес до внутренних стенок D=10 мм, расстояние от стенки корпуса до торцов подшипников D2=7 мм. Приняты роликоподшипники 2219 с В=32 мм безбуртов на наружных кольцах. Компоновка выполнена в компьютерном варианте.Расстояния от середин венцов колес до середин подшипников l1=87 мм. Расстояние между серединами колес l2=140 мм. Расстояние от середины подшипника до серединыконсоли с полумуфтой l3=140 мм. Вследствие несоосностисоединяемых валов на их консольные участки действует дополнительная сила Fм. Сила от несоосности муфты [9]
FМ=0,5Fсм=0,5×2T2/Dо, (3.28)
где Dо — диаметр отверстий под пальцы МУВП, Dо=280 мм [10].
FМ=4659×103/280=14640Н=14,6 кН.
/>Рисунок 3.1 – Расчетные схемы тихоходноговалаСосредоточенные моменты от осевой силы
m2=Fad2/2=9,4×308,822=1451 Н×м.
Расчетные схемы внаправлениях Х и Z представлены нарисунке 3.1.Реакцииопор в направлении Z (вертикальном).
Sm1=О; R2z×(2l1+l2)+m2-Fr(l1+l2)-m2 — Frl1=0, откуда
R2z=/> кН. (3.30)
Так как схема симметрична(рисунок 3.1), R1z= R2z=5,9 кН.Изгибающиемоменты в направлении Z.
M3= R1zl1=5,9×87=513 Н×м (3.31)
/>=M3+m2=513+1451=1964 Н×м.
Аналогично M4=513 Н×м, />=1964 Н×м. Эпюра момента Мz представлена на рисунке 3.1.
Реакции опор внаправлении Х (горизонтальном).
Расчетнаясхема на рисунке 3.1.
SМ1=0; -FMl3+R2x(2l1+l2)-Ft(l1+l2)-Ftl1=0,
/>кН. (3.32)
S Х=0; -2Ft+R2x R1x -FM=0.
R1x=2Ft+FM-R2x=2×13,3+14,6-19,8=21,4 кН. (3.33)Изгибающиемоменты в направлении Х:
M3=R1Xl1=21,4×87=1862 Н×м. (3.34)
M4=R1X(l1+l2)-Ftl2=21,4(87+140)-13,3×140=2996 Н×м.
M2=-FMl3=-14,6×140=-2044 Н×м.
Эпюра моментов Мхна рисунке 3.1.Диаметропасного сечения.Опасное сечение — Б. Суммарный изгибающиймомент:
/>Н×м.
/> Н×м.
Приведенные моменты
/>Н×м. (3.35)
/> Н×м.
Эпюракрутящих моментов на рисунке 3.1.
Диаметр вала под колесом:
/>, (3.36)
где /> - допускаемое напряжение на изгиб признакопеременной нагрузке; принято />=50 МПа [6].
/> мм.
Принято d1=115 мм из соображений повышенной прочности и высокойжесткости ответственной детали.
Диаметры шеек подшипниковd1=95 мм, наибольший диаметр выходного конца 90 мм приконусности 1:10.Подборподшипников качения.
Тихоходный вал принятплавающим на роликоподшипниках без буртов на наружных кольцах.
Радиальные нагрузки наподшипники
/> кН. (3.37)
/> кН.
Частота вращения вала n2=930 об/мин.
Диаметры шеек d2=95 мм.Расчет проведен для опоры1. Приведенная нагрузка
/>, (3.38)
где kd — коэффициент нагрузки; принято kd =1,3 [15].
P=22,2×1,3=28,86 кН.
Сп=22,86×(60×930×5000/106)3/10=149,37кН. (3.39)
Принят подшипник 2219 соследующими характеристиками: d´D´B=95´170´34; С=165 кН [10].
Фактический ресурс
Lh=106(C/P)3.33/60n=106(195/28,86)3,33/60×930=5954 ч. (3.40)
Ресурсподшипников приемлем.Подборшпонок.
Под обоими колесамипринята общая призматическая шпонка b´h´l=25´14´210. Рабочее напряжение смятия на боковых поверхностях шпонкии ступицы
/>, (3.41)
где /> - расчетная длина шпонки; t2 — глубина паза ступицы, t2 =5,4 мм [15].
/>=/>=210-25=185 мм. (3.42)
/>/>МПа.
Допускаемое напряжение смятия [15]:
/>, (3.43)
где /> - предел текучести; для стали 45 />=590 МПа [10].
/> МПа.
Прочность достаточна.
На коническом выходномконце средний диаметр
/>мм. Принята шпонка 25´14´110. Глубины пазов t1=9 мм, t2=5,4 мм [15].Рабочее напряжение смятия:
/> МПа.
Прочность достаточна.Расчетпрессового соединения.
Исходные данные.
Момент на одномполушевроне Т=4659/2=2330 Н×м.
Осевая сила Fa=9,4 кН.
Номинальный диаметр d=115 мм.
Диаметр ступицы d2=180 мм.
Рабочая длина ступицы lст=90 мм.
Коэффициент трения f=0,08 [7].Расчетный натяг
/>, (3.44)
где К — коэффициент запаса по сцеплению,принят К=2,5 [7]; E1=E2 — модуль упругости стали, Е=2,15×105 МПа; С1 и С2 — коэффициенты, получаемые из решениязадачи Лямэ.
/>, (3.45)
где /> - коэффициенты Пуассона, для стали m=0,3; d1 — внутренний диаметр вала, d1=0.
/>. (3.46)
/>; />.
Величина расчетного натяга
/> мкм.
Поправка на шабровку принапрессовке
/>, (3.47)
где /> и /> - максимальные вычетымикронеровностей, принято />=6,3мкм, />=10 мкм.
/> мкм.
Технологический натяг.
NT=48+20=68 мм.
Принята посадка Æ=115 H7/t6=Æ=115/> c натягами Nmin=69 мкм и Nmax=126 мкм.Расчет вероятностныхнатягов. Средний натяг
Nm=0,5(Nmin+Nmax)=0,5(69+126)=97,5 мкм. (3.48)
SA=(Es-Ei)/6=TD/6=35/6=5,83 мкм. (3.49)
SB=(es-ei)/6=Td/6=(126-104)/6=3,67 мкм.Среднее квадратическоеотклонение табличного натяга
SN=/> мкм. (3.50)Минимальный вероятностныйнатяг
Npmin=Nm-UpSN, (3.51)
где Up — квантиль нормального распределения.
При надежности P=0,999 Up=3,09 [6] и Npmin=97,5-3,09×6,89=76 мкм.
При надежности P=0,99 Up=2,33 [6] и Npmin=81 мкм.
Посадка принята верно.Уточненныйрасчет.
Расчетными принятысечения А, Б и В. Крутящий момент Т=2330 Н×м.
Изгибающий момент М=3582Н×м.
Осевая сила Fa=9,4 кН.
Концентратор напряжения — шпоночная канавка.
Коэффициенты запаса понормальным и касательным напряжениям
/>; />, (3.52)
где /> и /> - пределы выносливости, для стали 45 />=250 МПа, />=150 МПа [15]; /> и /> - эффективные коэффициентыконцентрации напряжений, />=1,46,/>=1,54 [15];/> и /> - масштабные коэффициенты, />=0,7, />=0,59 [15];/> и /> - коэффициенты, />=0,05, />=0 [15]; /> - амплитудное напряжение цикла; длясимметричного цикла />=/>.
Момент сопротивления:
/> (3.53)
/> МПа;
/> - среднее напряжение цикла:
/> МПа. (3.54)
/> - амплитудное напряжение цикла; принереверсивной работе:
/>. (3.55)Полярныймомент сопротивления:
/> мм3. (3.56)
/> МПа.
/>
/>
Общий коэффициент запаса:
/>. (3.57)
Рекомендуемый коэффициентзапаса [S]=2,5…3,5 [15]. Прочность достаточна.
СечениеБ — слева от серединывенца.
Крутящий момент Т=4956 Н×м.
Изгибающий момент М=3040Н×м.
Осевая сила Fa=0 кН.Амплитудные напряженияцикла:
/> МПа.
/> МПа.
Среднее напряжение цикла />=0,94 МПа.
/>
/>
/>
Прочность достаточна.
Крутящий момент Т=4108 Н×м. Напряжения цикла
/>.
Полярный момент инерциипри среднем диаметре d2ср=83,5 мм:
/> мм2.
/> МПа.
/>
Прочностьдостаточна. Расчет быстроходного вала. Вал фиксированный. Диаметр опасногосечения:
/>мм.
Принято d=95 мм. Диаметры шеек под подшипники d1=80 мм. Выходной конец — конический с наибольшим диаметром d2=71 мм.Силаот несоосности муфты:
Fм=0,5×2×Т1/Do=0,5×2×2478×103/280=8850 Н.
Сосредоточенные моменты m1=Fa d1 /2=9,4×191,18/2=8995 Н×м.
Расчетные схемы внаправлениях осей Х и Zпредставлены на рисунке 3.2. Реакции опор в направлении Z(рисунок 3.1): R1z= R2z=Fr=5,9кН.Изгибающиемоменты в направлении моментов Мz (эпюра нарисунке 3.2).
M3= R1zl1=5,9×87=513 Н×м.
/>=M3+m1=513+899=1412 Н×м.
M4= 513 Н×м;
/>=1412 Н×м.Реакцииопор в направлении Х (схема на рисунке 3.2).
/> кН.
R1х=2×13,3+8,85-17,24=18,21 кН.
Изгибающиемоменты в направлении Х (эпюра на рисунке 3.2)
M3=18,21×87=1584 Н×м.
M4=18,21(87+140)-13,3×140=2272 Н×м.
Mr=8,85×140=1239 Н×м.Диаметропасного сечения. Опасное сечение Б. Суммарный изгибающий момент слева и справаот сечения
/> Н×м.
/>
Рисунок 3.2 – Расчетныесхемы быстроходного вала
/> Н×м.
Приведенные моменты:
/> Н·м.
/> Н·м.
Эпюра крутящих моментовна рисунке 3.2.
Диаметр вала из расчетана сложное сопротивление:
/> мм.
Оставлено ранее принятое />=95 мм, />1=80 мм и />2=71 мм.Подборподшипников качения
Принятыроликоподшипники с тремя буртами на кольцах, расчетная схема на рисунке 5.4, е.Радиальные нагрузки:
/> кН.
/> кН.
Расчет проведен по опоре2. Приведенная нагрузка:
Р1=19,14·1,3=24,88 кН.
Динамическаягрузоподъемность:
С=24,88·(60·1480·5·103/106)1/3,33=154,9кН.
Принимаем подшипники42516 со следующими характеристиками d´D´B=80´140´33 с динамической грузоподъемностью С=147кН. Фактический ресурс:
/> (3.58)
Результат приемлем.Подборшпонок. Под колесами принята шпонка 25´14´220[15]. Глубина пазов t1=9 мм, t2=5,4мм. Рабочая длина шпонки lp=180 мм, рабочеенапряжение смятия
/>=(2·2478·103)/(95·180·5,4)=53,67МПа.
Прочность достаточна.
На коническом выходномконце средний диаметр d1ср=(71+60)/2=65,5 мм. Принята шпонка20´12´90. Глубины пазов t1=7,5; t2=4,9 [15]. Рабочее напряжение смятия
/>=(2·2478·103)/(65,5·70·4,9)=221МПа.
Прочность достаточна.Расчетпрессового соединения
Исходные данные.
Момент на одномполушевроне T=2478/2=1239 Н×м.
Осевая сила Fa=0 кН.
Номинальный диаметр d=95 мм,
диаметр ступицы d2=150 мм,
рабочая длина l=180·2=90 мм,
коэффициент трения f=0,08.
Расчетный натяг
/> мм.
C1=952/952-0,3=0,7; C2=((1502+952)/(1502-952))+0,3=2,64.
Технологический натяг
NT=29+1,2(6,3+10)=49 мкм.
Принята посадка Æ95 Н7/t6=Æ95/> [10] с натягами Nmin=56 мкм и Nmax=113 мкм.
Вероятностные натяги Npmin=65 мкм при P=0,999 и Npmin=68 мкм при P=0,99.Посадка выбрана верно.Уточненныйрасчет. Расчетные сечения 4', 4 и 5 на рисунке 3.1.
Сечение 4' — посередине венца колеса со стороныпролета.
Крутящий момент T=1239 Н×м.
Изгибающий момент M=2675 Н×м.
Осевая сила Fa=0 кН.
Момент сопротивления:
/> мм3.
Амплитудное напряжение:
/> МПа.
Среднее напряжение цикла:
/> МПа.
Полярный моментсопротивления:
/> мм3.
Напряжения цикла:
/> МПа.
Запас прочности понормальным напряжениям:
/>.
Запас прочности покасательным напряжениям:
/>.
Общий коэффициент запаса:
/>.
Прочность достаточна.
Сечение 4 — справа от середины венца, со стороныподшипника. Крутящий момент T=2478Н×м, изгибающий момент M=2329 Н×м, осевая сила Fa=9,4 кН, диаметр d=95 мм, W=75414 мм3. Амплитудное напряжение: sa=2329×103/75414=30,88 МПа. Среднее напряжение цикла />=1,37МПа. Коэффициент запаса по нормальным напряжениям:
/>.
Напряжение цикла:
/> МПа.
Запас по касательнымнапряжениям:
/>.
Полный коэффициентзапаса:
/>.
Прочность достаточна.
В сечении 5 — шпоночная канавка. Средний диаметрконического участка d1cр=65,5 мм. Полярный момент сопротивления
/> мм3.
Напряжения цикла:
/> МПа.
Коэффициент запаса:
/>.
Прочность достаточна.
3.5 Выбор посадок
Подшипниковые посадки выбраны из [15]. Принят нормальный класс точности — по ГОСТ 520-71. Посадканаружного кольца в корпусе принята в системе вала: для быстроходного вала Æ140 Н7/l0, для тихоходного вала Æ170 Н7/l0. Это обеспечивает небольшой зазор,позволяющий кольцу при работе проворачиваться относительно своего посадочногоместа и более равномерный износ беговых дорожек. Это также упрощает сборкумультипликатора, так как посадку с зазором легче осуществлять в разъемахкорпусов.
Посадка внутреннегокольца подшипника на вал принята по системе отверстия. Так как поле допуска надиаметр отверстия внутреннего кольца подшипника расположено в «минус»от номинального размера, то переходная посадка вала обеспечиваетгарантированный натяг, предотвращающий проворачивание внутреннего кольца иослабление натяга в соединении. Приняты сопряжения: для внутреннего кольцабыстроходного вала Æ80 L0/n6,тихоходного вала — Æ95 L0/n6.
Крышку подшипников ставятс зазором: Æ140 Н7/d11 и Æ170 Н7/d11 — для глухих крышек (без отверстия) и Æ140 Н7/h8 и Æ170 Н7/h8 — для сквозных крышек для повышения долговечности манжетныхуплотнений.
Шпоночные посадки принятыпо [10]. Для нормального соединения предельные отклонения пазоввалов приняты N9, пазов ступиц — Js9. Предельные отклонения шпонок по ширине b — h9, по высоте h — h9, по длине — h14.3.6 Конструирование валов
Валы спроектированыступенчатые цилиндрические с коническими выходными концами и резьбовымиучастками для закрепления полумуфт по ГОСТ 12081-72 [3]. Для конических хвостовиков приняты высокие призматическиешпонки по ГОСТ 10748-79. Под гайки подготовлены шайбы стопорные с носком поГОСТ 13465-77 [3].
На подступичной частиосновную нагрузку (восприятие крутящего момента Т и осевой силы Fa) несет посадка с гарантированнымнатягом H7/t6(шпонка поставлена как страховочный элемент) с минимальным вероятностнымнатягом Npmin=65 мкм при вероятности P=0,999.Это должно обеспечить надежность прессового соединения. Для снижения концентрации напряжений у краев колес переход отподступичного участка к шейке подшипника выполнен коническим, таким образом,что часть ступицы колеса имеет участок, не сопрягаемый с валом, что существенноснижает концентрацию напряжения за счет повышения податливости крайних участковотверстий в колесах. Для облегчения прессовой посадки конический переходнойучасток продлен за скругление шпонки на 4-5 мм. Между ступицей колеса и подшипником поставлена фасонная распорная втулка,которая является упором для подшипника. Внутреннее кольцо роликоподшипникафиксируется от осевых перемещений на валу плоским прижимным упорнымэксцентрическим кольцом по ГОСТ 13942-86. Между подшипником и пружинным кольцомпоставлено компенсаторное кольцо калибровочной толщины. Натяг в соединенияхколес с валами, подшипников с валами и упорные пружинные кольца надежнофиксируют детали на валах.
3.7 Конструкция колес
Каждое колесо составленоиз двух полушевронов с противоположным направлением косых зубьев. При небольшойразности диаметров валов и колес принята цилиндрическая конструкция содносторонней ступицей. Колеса собираются ступицами друг к другу длявозможности снятия полушевронов съемником либо под прессом.
Дляработы мультипликатора весьма важным является правильная сборка полушевронов навалу, когда зубья на торцах колес расположены по образующей цилиндра(параллельной осям валов). Для этого после изготовления полушевронов ихнеобходимо расположить плоскими торцми друг к другу, совместив зубья по торцам,скрепить оба полушеврона, и шпоночный глаз долбить в отверстиях обоихполушевронов заодно.
Для снижения концентрациинагрузки по краям полушевронов предусмотрены фаски на зубьях m=4 мм.3.8 Конструирование элементов корпуса
Принята толщина стенкикорпуса d=12 мм, корпус сварной. Материалкорпуса сталь 20. Принята вертикальная конструкция мультипликатора с двумяразъемами по валам. Корпусные конструкции: крышка, средний корпус и нижнийкорпус. Диаметры стяжных болтов
/> мм. (3.57)
Приняты болты М20.Толщина фланцев болтов h2=1,2; dc=1,2×20=25 мм.
Диаметр фундаментальныхболтов
dф=1,25; /> мм.
Приняты болты М30.
Толщина ребер жестокости h3=8 мм.
Диаметр винтов, крепящихподшипники М10, количество винтов z=6, толщина фланцев h4=10 мм, толщина стенки h5=7 мм [3].
Основной материалзаготовок — листовойпрокат. Для подшипниковых узлов приняты бруски, к которым привариваются фланцыи стенки корпуса. В брусках сверлятся и растачиваются отверстия под подшипники,затем они разрезаются и привариваются к другим корпусным деталям.
Перед сборкой элементовкорпуса фланцы механически обрабатывают (фрезеруют и шлифуют). Чистоваярасточка отверстий под подшипники выполняется после скрепления болтамиэлементов корпусов. Предварительно отверстия под болты центрируют двумяцилиндрическими штифтами, либо калибровочными чистыми болтами.
В корпусемультипликатора предусмотрены захваты для транспортирования всегомультипликатора либо его корпусов с собранными деталями. Нижняя часть корпусавыполнена расширенной (тангенциальной) для увеличения объемов заливаемого масладо 32 л и повышения устойчивости мультипликатора.3.9 Уплотнения
Уплотняющие устройствапредназначены для предотвращения утечки масла из внутренней полости мультипликатораи попадания грязевых частиц внутрь корпуса. Приняты манжетные уплотнения,которые используют при окружной скорости J
Для быстроходного валапринята манжета 1.1-80´105-1 по ГОСТ 8752-79, длятихоходного вала — 1.1-95´130-1. Поверхность вала под уплотнением должна бытьзакаленной до твердости HRС 40, параметр шероховатости Ra=0,32 мкм. Допуск вала под уплотнениедолжен соответствовать h11. Параметр шероховатости отверстия Ra=2,5 мкм. Для извлечения манжет вкрошках предусмотрены по 2 отверстия [1].
Запрессовать манжету впосадочное отверстие следует с помощью специальной оправы равномерным нажатиемпо всей торцовой поверхности [3].3.10 Смазка
Принята картерная смазка.При скорости J=22 мм2/с[4]. Минимальная вязкость обосновывается также низкими рабочимитемпературами в зимнее время работы ПСМ-П. По аналогии с локомотивами(электровоз ВЛ10) принята осерненная смазка З (зимняя). Глубина погружениятихоходного колеса — на0,25 r2=0,25×0,5×308,8»40 мм. Объеммасла 32 л.
В подшипниках качениянебольшие силы трения скольжения возникают между роликами и сепараторами,роликами и упорами колец. При высокой окружной скорости колес масло будетразбрызгиваться, попадать на стенки корпуса и в подшипники. Внутри корпусатакже образуется масляный туман.3.11 Порядок сборки мультипликатора
1. Поставить шпонки на подступичныечасти и хвостовики валов.
2. Впрессовать вал в один полушеврон сконтролем длины запрессовки.
3. Напрессовать второй полушеврон досоприкасания с первым.
4. Установить дистанционные втулки собоих сторон колес.
5. Нагреть в масле и надеть на шейки валовроликоподшипники: на тихоходном валу внутренне кольцо, на быстроходном валу — внутренне кольцо с роликовойобоймой. Собрать остальные детали.
6. Запрессовать манжету в сквознуюкрышку подшипника.
7. Установить крышку подшипника на валу.
8. Впрессовать валы в полумуфты: быстроходныйвал — в пальцевую полумуфту, тихоходныйвал — в ступочную полумуфту.
9. Закрепить и застопорить полумуфтыгайками и шайбами с лапками.
10.Собрать нижние корпуса: установитьтихоходный вал в сборе в нижний корпус. Покрыть плоскости разъема пастой«Герметик». Установить средний корпус, двумя цилиндрическими штифтамиотцентрировать отверстия под болты и посадочные места подшипников, стянуть корпусаболтами с пружинными шайбами, провернуть вал.
11.Привинтить крышки подшипников,поставив под них набор регулировочных прокладок. Застопорить головки винтовпроволокой попарно, для чего предварительно просверлить отверстия в головках.
12.Собрать крышку со средним корпусом:установить быстроходный вал в сборе, покрыть плоскости разъема пастой«Герметик», установить крышку корпуса, два цилиндрических штифта,стянуть крышку и средний корпус болтами с пружинными шайбами, провернуть вал.
13.Установить крышку люка с прокладкой изакрепить винтами.
14.Ввинтить контрольные пробки и пробкумаслосливного отверстия с прокладками.3.12 Проектирование муфтыИсходные данные.
Для снижения динамическихнагрузок, устранения возможности резонансных разрушений и компенсированиянесоосности принята муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП). Допускаемыесмещения: осевое Dа=3 мм [4], радиальное Dz=0,3…0,6мм [2], угловое Dα=1° [2].Упругий элемент кольца тангенциального сечения или гофрированные резиновыевтулки. Для обоих валов приняты одинаковые муфты, так как диаметры сопряженныхс мультипликатором диаметры валов тягового электродвигателя и вентилятораприблизительно одинаковы. Расчетный момент Т2=4107 Н×м.Основные размеры.
Муфта спроектированаспециальной, так как выходной конец тягового электродвигателя не соответствуетразмерам стандартной муфты. Многие размеры приняты из ГОСТ 2229-55 для муфтМУВП.
D=400 мм — диаметр муфт;
Dо=300 мм — диаметр расположения осей пальцев;
dст=220 мм — диаметр ступицы;
l1=57 мм — толщина фланца пальцевой полумуфты;
l2=90 мм — толщина фланца втулочной полумуфты;
lст1=140 мм — длина пальцевой полумуфты;
lст2=170 мм — длина втулочной полумуфты;
Δ=5 мм — зазор между полумуфтами;
dп=38 мм — диаметр пальца;
М30 — резьба хвостовика пальца;
dв=70 мм — диаметр резиновой втулки;
dо=72 мм — диаметр отверстия под втулки;
lв=72 мм — длина втулки;
z=10 — число пальцев.
Число пальцев определеноиз условия
Zdo£ 2,8Dо, откуда
Z=2,8 Dо/dп=2,8×300/72=11,7. (3.58)Расчет на смятие.
Упругие элементыспециальной муфты проверяют на смятие в предположении равномерногораспределения нагрузки между пальцами. Рабочее напряжение смятия
/> Мпа. (3.59)
Прочность достаточна, таккак допускаемое напряжение
[sсм]=2МПа [4].Расчет на изгиб.
Пальцы муфты изготавливаютиз стали 45 и рассчитывают на изгиб [4]:
/> МПа (3.60)
В формуле (3.3) d1 — толщина кольца на пальце; d1=10мм.
Допускаемое напряжениематериала пальцев
[sи]=0,4sТ, (3.61)
где sТ — предел текучести; sТ=280 МПа.
[sи]=0,4×280=112МПа.
Прочность пальцевдостаточна.
4. Проектирование оборудованияохлаждения
4.1 Выбор оборудованияохлаждения
Обоснование примененияпринудительного охлаждения.
Совершенно очевиднанеобходимость применения принудительного охлаждения для двигателя ТЛ-2К.Требования по эксплуатации двигателя и технические характеристики [20]: "…принапряжении на выводах 1500 В и количестве воздуха, прогоняемого для охлаждениямашины, 95 м3/мин тяговые электродвигатели ТЛ-2К1 имеют следующиеосновные данные для длительной работы: мощность 560 кВт, ток 400 А, частотавращения якоря 820 об/мин, КПД 93,6%, максимальная частота вращения якоря 1690об/мин, вес электродвигателя без шестерен 5000 кгс".
/>
Рисунок 4.1 – Основныеразмеры и схема охлаждения двигателя ТЛ-2К
В стесненном рабочемпространстве машины ПОМ-4 для охлаждения двигателя ТЛ-2К выбран радиальныйвентилятор 2D08 немецкой фирмы «ELEKTROR»(компания «ELEKTROR»основанная в 1923г — один из ведущих немецких производителей промышленныхрадиальных вентиляторов),который полностью обеспечит принудительное воздушное охлаждение двигателярабочего органа.
Таблица 4.1 – Основныетехнические характеристики вентилятора 2D08Обозначение 2D 08 Цена без опоры, руб. 85655
Производительность м3/мин 95 Напряжение, В 380 Δ Частота, Гц 50 Сила тока, А 10 Потребляемая мощность, кВт 5 Частота вращения рабочего колеса, об/мин 2910 Емкость конденсатора, мкФ/В 52 Масса, кг -
Вентиляторы этой серииизготавливаются на основе алюминия, что выгодно выделяет их из числа прочихвентиляторов по таким характеристикам как масса и стойкость к коррозии. Лопастикрыльчатки выполнены из стойкой к коррозии нержавеющей стали, кроме того,двигатели этих вентиляторов не нуждаются в дополнительном охлаждении – ониохлаждаются воздухом, проходящим через них. Для крепления на фланцахпредусмотрены отверстия.
/>Рисунок 4.1 – Вентилятор 2D08
Для охлаждениямультипликатора выбран вентилятор 2D05 с характеристиками приведенными в таблице 4.2.
Таблица 4.2 — Основные технические характеристикивентилятора 2D05Обозначение 2D 05 Цена без опоры, руб. 26714
Производительность, м3/мин 21 Напряжение, В 220/380 Частота, Гц 50 Сила тока, А 1,91/1,1 Потребляемая мощность, кВт 0,35 Частота вращения рабочего колеса, об/мин 2770 Емкость конденсатора, мкФ/В 8,4 Масса, кг - />Рисунок 4.2 – Вентилятор 2D05В качестве воздуховода между вентилятором 2D08 и двигателем ТЛ-2К спроектирован коллектор, объединяющийдва потока воздуха и направляющий воздух непосредственно во входное отверстиедвигателя рабочего органа. Воздух, произведя теплообмен, покидает двигатель извыходного отверстия с другой стороны.
Для подвода воздуха отвентилятора 2D05 к нижней части мультипликатора снаходящимися на ней теплообменными ребрами используется воздуховод.
Расчет и выборвоздуховода [21].
Скорость выхода воздухаиз вентилятора 2D05 Vв, м/с:
/>(4.1)
где L – расход воздуха за минуту, L = 10,5м3/мин (половина общей производительности вентилятора на каждыйвоздуховод); А – площадь сечения выходного отверстия вентилятора, А = 86х86 мм.
/>.
Принят воздуховодкруглого сечения с внутренним диаметром 100 мм, толщиной 0,55 мм и погонноймассой 1,36 кг на один метр.
Проектированиеколлектора.
Коллектор проектируется спеременным сечением, сварной из двух деталей, изготавливаемых из стальноголиста толщиной 5 мм. Материал — сталь 3. Предусмотрены фланцы для крепления краме вентиляторов охлаждения и двигателю рабочего органа. Таким образом,коллектор является не только воздуховодом от радиального вентилятора 2D08 кдвигателю рабочего органа, но и элементом крепежа, усиливающим раму вентиляторовохлаждения.4.2 Проектирование рамы вентиляторов охлаждения
Опорная рама охлаждающихвентиляторов сварена из равнополочного уголка с шириной полки 80 мм и толщиной8 мм и стальной плиты толщиной 10 мм. К раме двигателя крепится шестнадцатьюболтами за подпятники, приваренные к уголкам-стойкам. В плите вырезаются дваквадратных отверстия размерами 155х155 мм для вентилятора охлаждения двигателяи два отверстия 86х86 мм для вентилятора охлаждения мультипликатора. Все четыреотверстия сверху обрамлены квадратными присоединительными платиками шириной 20мм и толщиной 5 мм, а снизу два квадратных платика для отверстий подвоздуховоды охлаждения мультипликатора и один прямоугольный для присоединенияколлектора. Все платики привариваются угловыми швами с катетом 5 мм к стальнойплите и обрабатываются по классу шероховатости до Ra 10. Рама укреплена укосинами.
5. Расчет экономической эффективности модернизации Пом-4
Основным обобщающимпоказателем, определяющим эффективность модернизированной техники, являетсяэкономический эффект, в котором находят отражение все показатели,характеризующие модернизацию.
Годовой экономическийэффект от применения модернизированной ПОМ-4 рассчитывается как абсолютнаявеличина между затратами машины до модернизации и после модернизации:
/>, (5.1)
где /> - годовые затраты на эксплуатациюмашины до модернизации, руб; /> - годовые затраты на эксплуатациюмодернизированной машины, руб.
Годовая выручка отиспользования машины />, руб [16]:
/>, (5.2)
где /> - годовая производительностьустройства, />;
Часовая выработка машинысоставляет 1600 м3/час. До модернизации машина не могла выполнятьработу целый день в связи с перегревом двигателя, к тому же работа по уборкеснега требуется не каждый день, поэтому объем работы за рассматриваемый периодвремени составляет: 787,2×1600=1259520 м3. После модернизациимашины двигатели не перегреваются и она может выполнять работы в соответствии сустановленным графиком работ. Объем работ машины после модернизации – 1574,4×1600=2519040м3.
Цена единицы продукции/>, />. /> =10 />
/> тыс. руб.
/> тыс. руб.
Количество машино-часовработы устройства (/>), />.
/>, (5.3)
где Д – количестворабочих дней машины в году (машина работает 6 месяцев в году); /> - время смены, ч, />=8 ч; /> - количество смен, />=2;/> - коэффициент, учитывающийвремя простоя,/>=0,8 [16].
Машина работает 6 месяцевв году – с октября по март включительно. Расчет производится за октябрь,ноябрь, декабрь 2007 года и январь, февраль, март 2008 года. Количествокалендарных дней – 183. Количество праздничных и выходных дней – 60. Количестворабочих дней машины в году Д:
Д = 365/2 – åП, (5.4)
где åП – количество выходных и праздничныхдней в период работы машины (åП=60 дней).
Д = 183 – 60=123 дня.
Работы выполняется в двесмены, то есть 16 часов в день. Количество рабочих часов за полгода работысоставляет: 16×123=1968 часов.
Количество машино-часовработы устройства />, />:
/> />.
/>/>.
Эксплуатационныезатраты по использованию устройства складываются из затрат на заработную платумашиниста тепловоза, двух ремонтников, затрат на материалы, на замену вышедшихиз строя деталей, электроэнергию и т.п.
Заработная платамашиниста />, тыс. руб.:
/>, (5.5)
где /> - оклад машиниста, />=15000);/> - районный коэффициент (/>=20 %);
/> - коэффициент, учитывающийначисления на заработную плату (/>=26,2%);/> - коэффициент премирования(/>=25 %).
/>тыс. руб.
В обоих рассматриваемыхвариантах затраты на заработную плату машиниста одинаковы. Заработная платарассчитывает за период работы машины.
Затраты на ремонт />:
/>, (5.6)
где /> - заработная платаремонтнику, тыс. руб.; /> - затраты наремонтные материалы, тыс. руб.
Заработная платаремонтнику />:
/>, (5.7)
где /> - оклад ремонтника, руб.(/>=10,0 тыс. руб.); /> - затраты времени навыполнение ремонта за рассматриваемый период, руб.
Ремонтные работывыполняются силами двух ремонтников. За рассматриваемый период каждый изремонтников работает в общей сложности 15 дней:
/> тыс. руб.
Затраты на материалы составляют 50 тыс. руб. завесь рассматриваемый период (6 месяцев), при этом в базовом вариантедобавляются расходы на замену электродвигателя стоимостью 2500 тыс. руб. Затратына ремонт составляют:
/>=50+2500=2550 тыс. руб.
/>=50 тыс. руб.
Годовая суммаамортизационных отчислений составляет />,тыс. руб.:
/>, (5.8)
где /> - норма амортизации, % (/>=15%); К – стоимостьустройства, руб.
/>тыс. руб.
/>тыс. руб.
Расходы электроэнергии наработу электродвигателей />, /> [16]:
/>, (5.9)
где /> - суммарная мощностьэлектродвигателей, кВт, />=800кВт,
/>=811 кВт; /> - стоимость единицыэлектроэнергии, />, />=0,98 />; К – время работы машины.
/>тыс. руб.
/> тыс. руб.
Дляобоих вариантов расход электроэнергии на работу электродвигателей одинаков.
Итоговая величинаэксплуатационных расходов составляет:
Э0=158,8+2550+1500+617,16=4825,96тыс. руб.
Э1=158,8+50+1537,5+1251,3=2817,6тыс. руб.
Выполненные расчетысводим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 — Расчет эффективности модернизацииПОМ-4Наименование показателя До модернизации После модернизации
Производительность ПОМ-4, м3/час 1600,00
Объем работ, м3 12595200,00 2519040,00
Количество машино-часов работы ПОМ-4, /> 787,20 1574,40 Годовая выручка от использования ПОМ-4, тыс. руб. 12595,20 25190,40 Капитальные затраты, тыс. руб. 10 000,00 250,00 Эксплуатационные расходы, в т.ч. 4825,96 2817,60 — заработная плата машиниста, тыс. руб. 158,80 158,80 — затраты на ремонт, тыс. руб. 2550,00 50,00 — амортизация, тыс. руб. 1500,00 1537,50 — электроэнергия, тыс. руб. 617,16 1251,30 4. ИТОГО затрат, тыс. руб. 14825,96 3067,6
Годовая экономия затратот внедрения модернизации на ПОМ-4 составляет: Эг=14825,96-3067,6=11758,36 тыс. руб.
Показатель экономическойэффективности />:
/>. (5.10)
/>. (5.11)
где /> - нормативный показательэкономической эффективности (/>=0,15).
/>.
/>.
Срок окупаемости />, лет:
/>/>.(5.12)
/>года.
Условие выполнено,следовательно, внедрение модернизации для ПОМ-4 с экономической точки зрениявыгодно.
Заключение
В заключении можноотметить, что достигнуты все цели, поставленные в проекте. При том, что часоваяпроизводительность по уборке снега не изменялась мы видим, чтопроизводительность за год увеличится практически вдвое, теперь не нужно будетпосле непродолжительной работы останавливать машину для охлаждения двигателярабочего органа, машина может беспрепятственно работать много часов подряд, незадерживая движения поездов, кроме того существенно уменьшатся затраты наэксплуатацию машины ПОМ-4, что связано прежде всего с тем, что перестанутгореть двигатели ТЛ-2К. Так же можно отметить, что проектированиеуниверсального мультипликатора с несколькими расчитанными передачами позволитсущественно уменьшить диапазон частот вращения рабочего органа, что приведет кувеличению мощности воздушного потока в случае, когда двигатель не способеннабать расчетную частоту вращения, и не будет заставлять рабочий органвращаться намного быстрее наминальной частоты если скорость вращения двигателянамного быстрее расчетной частоты вращения, что может привести к поломкевследствие значительного увеличения нагрузки
Список использованныхисточников
1 Белоусов И. А. Вентиляторныйснегоочиститель // Путь и путевое хозяйство. — 1988. — №6. — С. 6.
2 Бурдаков Ю.И., Зарницин Э.Г., Кеммер А.С. Проектированиеустановок пневмотранспорта. Ч1, Ч2. — Барнаул, 1982. — 43 с.
3 Войтковский К.Ф. Механические свойства снега. -М., 1977. — 126 с.
4 Гирин С. А. Снегоочиститель «Тайфун-Д».//Путь и путевое хозяйство. — 1988. — № 11. — С. 16.
5 Глотов В.А., Якимович А.Н. Моделированиерабочего прцесса аэродинамического снегоочистителя для станций // Сб. докл.регион. научно-практ. конф. «Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу».- СГУПС, Новосибирск,2002. — С56-61.
6 Детали машин. Под ред. О. А. Ряковского. — М., 2002. — 554 с.
7 Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. — М., 2000. — 447 с.
8 Ермилов А. Льдоуборочная машина: ультразвуковой вариант // Изобретательи рационализатор. — М., 1985. — С.14-15.
9 Иванов М. Н. Детали машин. — М., 1991. — 383 с.
10 Курмаз Л. В., Скобейда А. Т. Детали машин, проектирование. — Минск, 2001. — 290 с.
11 Куценко Г. П. Вентиляторныйснегоочиститель на АГМу.// Путь и путевое хозяйство. — 1989. — №11. — С. 30.
12 Моут Т.В., Саундерс Р.Л. Отделение льда от поверхности с помощьюисточников света высокой интенсивности // Путь ипутевое хозяйство. — 1989. — №11. — С. 206-209.
13 Нещадин В. П., Карпов Н. А., Копчугов В. А. Машина сдувает снег с пути.// Путь и путевое хозяйство. — 1988. — №3. — С. 19.
14 Поляков В.В., Скворцов Л.С. Насосы и вентиляторы. — М., 1990. — 336 с.
15 Проектирование механических передач / С. А. Чернавский и др. — М., 1984. — 560 с.
16 Ринджер Т.Р. Исследования, касающиеся удаления льда и снега странспортных средств // Борьба со снегом и гололедом на транспорте. Материалы2-го международного симпозиума. — М., 1986. — С. 25-29.
17 Роберт Р.Блекберн, Эндрю Д. Ст. Джон Физические альтернативыиспользования химикатов против обледенения проезжей части дорог. — М., 1986. — С.114-129.
18 Свинтицкий Л. И. Вентиляторныйснегоочиститель.// Путь и путевое хозяйство. — 1990. — №2. — С. 24.
19 Ясюченя В. В. Вентиляторныйснегоочиститель «Ветерок».// Путь и путевое хозяйство. -1988. — №12. — С. 6.
20 Чиракадзе Г. И., Кикнадзе О. А. «ЭлектровозВЛ 11. Руководство по эксплуатации». М., Транспорт, 1983 г., 464 с.
21 «Справочник по теплоснабжениюи вентиляции». Щекин Р. В. и др. Книга 2-я, Киев, «Будiвельник»,1976 г., стр. 352.
Приложение А
Результаты расчетов ЭВМ
Для передаточного числа u= 1,2
/>
/>
/>
Для передаточного числа u= 1,4
/>
/>
/>
Для передаточного числа u= 1,6
/>
/>
Для передаточного числа u= 1,8
/>
/>