Реферат: 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
/>).
--PAGE_BREAK--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);
/> – длина режущей части корня крыла, м (/>=0,9м).
/>.
Сила сопротивления балласта волочению для корня крыла />, Н[1]:
продолжение--PAGE_BREAK--
/>, (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:
/>;
/>.
/>.
продолжение--PAGE_BREAK--
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/>)
/>; />;
/>; />.
/>.
продолжение--PAGE_BREAK--
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/>)
/>;
/>; />;
/>; />
продолжение--PAGE_BREAK--
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]:
/>.
Наиболее опасное сечение N-N:
/>.
/>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.
продолжение--PAGE_BREAK--
/>.
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 />:
/>,
продолжение--PAGE_BREAK--
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;
продолжение--PAGE_BREAK--
/>— 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.