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