Дипломная работа на тему "Разработка оборудования для дозировки балласта"
Сибирский государственный университет путей сообщения
Дипломный проект
по специальности "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование"
Тема: Разработка оборудования для дозировки балл аста
Пояснительная записка
ДП 07.00.00.00 ПЗ
(обозначение документа)
2010
Содержание
Введение
1. Анализ конструкций оборудования для дозировки балл аста
2. Расчет рабочего оборудования
2.1 Компоновка рабочего оборудования
2.2 Геометрические параметры дозатора
Заказать написание дипломной - rosdiplomnaya.com
Актуальный банк готовых успешно сданных дипломных работ предлагает вам скачать любые проекты по требуемой вам теме. Мастерское выполнение дипломных работ по индивидуальному заказу в Екатеринбурге и в других городах РФ.
2.3 Кинематические параметры дозатора
2.4 Расчет сил действующих на дозатор
2.5 Тяговый расчет машины
2.6 Конструирование частей дозатора
2.7 Проектирование механизмов дозатора
3. Организация путевых работ
3.1 Выбор технологической схемы выполнения работ и типов машин
3.2 Разработка схем формирования рабочих поездов на станции и во время работ в "окно"
3.3 Определение основных параметров технологического процесса
3.4Разработка графика производства работ в "окно"
4. Экономический расчет
4.1 Расчет капитальных затрат на модернизацию
5. Охрана труда
Заключение
Список используемых источников
введение
Производится дозировка балласта по уровню. Возникает проблема дозировки балласта в кривых участках пути, то есть уровень дозировки не должен быть не равномерен по ширине поперечного профиля верхнего строения пути.
Электробалластеры являются универсальными многооперационными высокопроизводительными машинами непрерывного действия, предназначенными для постановки пути на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, предусмотренных действующей системой ведения путевого хозяйства. Электробалластеры выполняют дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути, срезку балласта у торцов шпал, планировку откосов и междупутных зон призмы, подъемку путевой решетки на формируемый балластный слой. Производят грубую выправку и рихтовку пути, оправку обочин земляного полотна, работы на щебеночных базах для формирования штабелей балластных материалов, подъемку пролетных строений малых мостов при ремонте. Нашли применения двухсекционные электробалластеры пролетного типа ЭЛБ-3М, ЭЛБ-3ТС ( для транспортного строительства ), ЭЛБ-3МК и ЭЛБ-4. Базы для размещения оборудования у всех электробалластеров принципиально одинакова.
1. Анализ конструкций оборудования для дозировки балласта
Дозатор предназначен для дозировки балласта, грубой оправки балластной призмы, срезки обочин земляного полотна, а так же для перераспределения балласта в продольном и поперечном направлениях по отношению к оси пути, срезки лишнего балласта и других работ. Электробалластер ЭЛБ-1 оборудован двумя дозаторами двустороннего действия, по одному на фермах № 1 и №2. Дозатор (рисунок 1) состоит из щита 14, двух крыльев 12, корневыми частями шарнирно соединенных со щитом, и подкрылков 10. Для управления дозатором имеются механизмы наклона крыла 8, подъема и опускания щита дозатора 4, поворота крыла 5 с редуктором 3, а также аппаратура управления электродвигателями и контроля положения дозатора. Щит дозатора представляет собой коробку, сваренную из листовой стали толщиной 6—8 мм, снабженную внутри ребрами жесткости и направляющими для перемещения щита по двум опорным стойкам 15, которые прикреплены к ферме машины. Он соединен валом 6 и карданным шарниром 7 с винтами типовых редукторов механизмов подъема и опускания дозатора.
Крыло дозатора состоит из корня крыла 13, собственно крыла 12, секторного ножа 11, подкрылка 10 и параллелограммной тяги 9. Наклон крыла осуществляет механизм наклона 8. Для наклона крыла винт перемещают вверх. При этом часть крыла, связанная с винтом, также поднимается, поворачивая крыло вокруг шарнира 2 и создавая нужный наклон крыла. При любых наклонах крыла в вертикальной плоскости подкрылок 10 остается параллельным своему первоначальному положению. Это достигается благодаря тому, что точки крепления подкрылка — шарнир 1 и шарнир параллелограммной тяги 9 на подкрылке — образуют с шарниром 2 и вторым шарниром тяги 9 на корне крыла параллелограмм. Одна сторона параллелограмма, связанная с корнем крыла, сохраняет постоянное направление, поэтому другая сторона, связанная с подкрылком, всегда ей
параллельна. Нижняя грань подкрылка в исходном положении горизонтальна, поэтому и при любом наклоне крыла она горизонтальна.
Рисунок 1- Дозатор
Рисунок 2- Дозатор в транспортном положении
Крыло поворачивают механизмом 1 (рисунок 2 ) поворота, винт которого соединяется шарнирно с рейкой 3, сцепленной с шестерней 4. Последняя посажена на вал поворота крыла и связана с ним скользящей шпонкой. В зави-симости от направления вращения электродвигателя винт перемещается влево или вправо. Перемещение винта и связанной с ним рейки 3 вызывает поворот шестерни 4, а следовательно, и вала механизма поворота. Поворот вала передается на крыло карданным валом 5 и валом петлевого шарнира 6, с которым крыло связано срезными штифтами и сегментными упорами. Такое соединение крыла с валом петлевого шарнира предохраняет самотормозящийся механизм поворота крыла от поломок при обрыве стяжек крыла или в других случаях перегрузки. Дозатором управляют с поста 2. Дозатор поднимают и опускают два механизма 4 (см. рисунок 2). При этом щит дозатора перемещается по опорным стойкам 15. Ход щитов дозаторов: фермы № 1 выше головки рельса 300 мм, ниже головки рельса 100 мм; фермы № 2 выше головки рельса 250 мм, ниже головки рельса 100 мм.
Электробалластер ЭЛБ-3м
Эта машина предназначена для выполнения балластировочных работ на пути с тяжелым типом верхнего строения (рельсы Р65, Р75 и железобетонные шпалы). По сравнению с ЭЛБ-1 в конструкцию электробалластера ЭЛБ-3М (рисунок 3) внесены изменения: увеличено расстояние между тележками 7 и 15 с 28 до 30,2 м, грузоподъемность электромагнитного подъемника доведена до 440 кН (вместо 300 кН); ход механизма подъема теперь составляет 450 мм, что на 50 мм больше; усилена конструкция дозатора, улучшена его маневренность благодаря увеличению скорости его подъема и опускания, а также установке механизма для прикрытия крыла во время дозировки; рельсовые и шпальные щетки снабжены электроприводом; в связи с увеличением нагрузки на тележку 15 вместо двухосной применена четырехосная тележка; для улучшения условий работы бригады машины увеличена кабина центрального поста 3 и установлен пост 2 управления дозатором 16.
Электробалластер ЭЛБ-3М состоит также из двух шарнирно сочлененных ферм9 (ферма №1) и 17 (ферма №2), на которых смонтированы все рабочие органы. Ферма № 2 опирается на двухосную тележку 18 и четырехосную тележку 15, аферма № 1 - на двухосную тележку 7 и междуферменный шарнир 14.
На ферме № 1 расположены кронштейн междуферменного шарнира 14,
Электромагнитный подъемник 13, балластерные рамы 12, механизмы сдвига пути 11 и подъема пути 4. У электромагнитного подъемника имеются р ельсовые захваты 10, предназначенные для страховочного удержания поднятой путевой решетки при зарядке струнок и подъемке мостов. Перед тележкой № 1 установлены шпальные и рельсовые щетки 8. В хозяйственной будке 6 размещается бригада во время транспортирования машины и хранится инструмент для обслуживания механизмов электробалластера и ухода за ними. На центральном посту управления 3 находятся приборы и аппараты для управления электромагнитным подъемником и балластерными рамами. На ферме № 2 расположены кронштейн междуферменного шарнира 14, дозатор двустороннего действия 16, машинное отделение 1 и пост 2 управления дозатором. Вдоль обеих ферм установлены перила 5.
Рисунок 3-Электробалластер
Дозатор предназначен для дозировки балласта, выгруженного на путь перед машиной, а также для оправки балластной призмы и нарезки в междупутье траншеи, облегчающей проход по нему вибрационных уплотнительных плит. При выгрузке балласта на путь из хопперов-дозаторов, как правило, нет необходимости в дополнительной дозировке. Дозатор ВПО-3000 выполнен по типу дозатора электробалластера ЭЛБ-1, изменена лишь конструкция поворотного устройства крыльев, а основная часть крыла снабжена съемным плужком, необходимым для нарезки траншеи в междупутье.
Планировщики откосов
Они предназначены для подбора с обочины земляного полотна балласта, обрушенного основными уплотнительными плитами и обратной укладки его на откос, придания последнему проектного очертания, а также для засыпки в междупутья траншеи, образовавшейся при проходе уплотнительной плиты. Планировщик откосов состоит из крыльев, механизмов их наклона и подъема, а также телескопических распорок раскрытия крыльев.
Крыло планировщика откосов (рисунок 4) состоит из корня 5, планировочного крыла 5, секторного ножа 6, подкрылка 7, закрылка 8 и распорной тяги 4.
Планировочное крыло аналогично крылу дозатора, но имеет вырез для планировки откоса балластной призмы. Механизм наклона крыла планировщика откосов 2 предназначен для регулирования величины заглубления и положения крыла в процессе работы машины. Он установлен на корне крыла и по конструкции аналогичен механизму наклона крыла дозатора электробалластера ЭЛБ-1. Крайние положения крыла ограничены конечными выключателями.
Механизм подъема крыла планировщика 1 предназначен для опускания и подъема крыла при приведении его в рабочее и транспортное положения, а также при изменении режима его работы.
Он состоит из типового червячного редуктора, соединенного с электродвигателем привода. Втулка 9 закреплена свободно на ходовом винте редуктора и от поворота защищена направляющими, скользящими по продольному пазу колонны.
Подъем и опускание крыла осуществляются вращением ходового винта редуктора через втулку 9, которая контрится при фиксированном п о-ложении крыла планировщика.
Механизм поворота крыла планировщика откосов предназначен для изменения угла его открытия при переходе на другой режим работы машины и для приведения крыла в рабочее и транспортное положения.
Рисунок 4- Крыло планировщика откосов
Дозатор, выполнен по типу дозатора электробалластера ЭЛБ-3МК, но с некоторыми конструктивными изменениями.
2. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Компоновка рабочего оборудования на машине
Расположение дозатора определяется, в первую очередь, технологией производства работ. Оно не должно препятствовать установке других исполнительных органов и выполнению ими рабочих операций. Необходимо также учитывать требования быстрого приведения дозатора из транспортного положения в рабочее и наоборот.
К параметрам, определяющим компоновку дозатора, относят: расстояние от ходового оборудования машины до основной подвески и опорных узлов рабочего оборудования . Схема компоновки дозатора электробалластера ЭЛБ-3МК показана на рисунке 6.
Рисунок 6 – Схема компоновки дозатора на электробалластере
В зависимости от основного назначения машины дозаторы и планировщики призмы устанавливаются в различных местах по её длине. При балластированных работах дозированию балласта предшествует выполнению подъемных работ. Поэтому дозаторы устанавливают перед устройствами для вывешивания решетки. С целью уменьшения изгибающих моментов в ферме подвеску рабочего органа и опорные узлы дозатора размещают ближе к ходовым тележкам. Это также облегчает вписывание дозатора в габарит подвижного состава на кривых участках пути. Предварительно расстояния приняты конструктивно и по прототипу .
2.2 Геометрические параметры дозатора
Расчет и выбор параметров дозатора производят с целью обеспечения возможности формирования балластной призмы в соответствии с заданным типом верхнего строения пути. Конструктивная схема дозатора представлена на рисунке 4. 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 [2]:
, (1)
где – исходная толщина слоя балласта под шпалой, м;
– высота подъемки РШР, м.
Верхнее строение пути включает:
а) Шпалы железобетонные : длина шпалы Lшп =2,7 м;
ширина шпалы bшп=0,262м;
высота шпалы Ншп=0,15м.
б) Рельсы Р75: hр=h+5=0,192+0,005=0,195м (включает толщину подкладки) .
в) Плечо балластной призмы lпл=0,45м.
Для определения высоты рассматривается разность объемов балласта, задозированного в шпальных ящиках на длине , и балласта, находящегося под шпалами:
, где (2)
- объем шпалы; - объем задозированный под РШР;
- объем подъемки РШР.
,
.
.
Размеры щита дозатора определяют вписыванием его в подферменное пространство с учетом нижнего очертания габарита подвижного состава.
Длина щита дозатора , м [2]:
, (3)
.
Наибольшая высота щита , м [2]:
, (4)
где - расстояние от нижнего уровня головки рельса до нижнего пояса фермы, м ( [2 ]);
- расстояние от уровня головки рельса до самой нижней части дозатора, м ( из условия безопасности).
.
Боковое крыло проектируют с учетом поперечного профиля пути и размеров балластной призмы и щита.
Высота корня крыла ,м [2]:
.
Длина корня крыла ,м [2]:
, (5)
где x, y,z – координаты точек 1 и 2, м.
Координаты характерных точек крыла устанавливают по размерам элементов балластной призмы.
.
, (6)
где - длина балластной призмы поверху, м ( );
- угол наклона крыла дозатора к оси пути ().
Принят .
.
, (7)
(8)
.
.
.
Высота основной части крыла у его корня ,м [2]:
, (9)
.
Высота основной части крыла у козырька ,м [2]:
, (10)
.
Средняя высота откосной части крыла , м [2]:
.
Длина основной части крыла ,м [2]:
,
,
.
,
.
,
где - расстояние от уровня головки рельса до поверхности земляного полотна в точке 3, м ().
.
Высота подкрылка , м [2]:
.
Длина подкрылка принята из прототипа и равна [3]:
.
2.3 Кинематические параметры дозатора
К кинематическим параметрам дозатора относятся: скорость подъема дозатора; угловые скорости наклона и прикрытия крыла.
Кинематическая схема для определения скорости прикрытия крыла приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Кинематическая схема механизма наклона крыла
Угловую скорость наклона крыла определяют из условия безопасного производства работ. При проходе участка со скоростью крыло из рабочего положения () поднимают в положение с углом [2].
,
, (11)
. (12)
, (13)
.
2.4 Расчет ил, действующие на дозатор
Дозатор режет балласт и перемещает его вдоль и поперек пути. Для определения сил, действующих на части дозатора, составлена расчетная схема, которая приведена на рисунке 6. С учетом геометрической компоновки частей дозатора, их размеров и расположения относительно поверхности призмы рассчитывают силы сопротивления балласта резанию и волочению соответствующих элементов.
Глубина резания щитом , корнем крыла , его основной частью и подкрылком принимают из условия производства работ в начале сооружения отвода возвышения [2].
Рисунок 6- Силы действующие на дозатор
м,
Сила сопротивления балласта резанию для корня крыла , кН [2]:
, (14)
где к – коэффициент сопротивления балласта резанию, кПа (для щебня [3] );
– глубина резания щебня корнем крыла, м;
– длина режущей части корня крыла, м.
.
Сила сопротивления балласта волочению для корня крыла , кН [2]:
, (15)
где – плотность балласта, ( для щебня [3] );
- ускорение свободного падения, (),
- коэффициент внутреннего трения балласта ( [3] ).
.
Сила сопротивления балласта резанию щита , кН [2]:
, (16)
.
Сила сопротивления балласта волочению щита , кН [2]:
, (17)
.
Сила сопротивления балласта резанию подкрылка , кН [2]:
, (18)
.
Сила сопротивления балласта волочению подкрылка , кН [2]:
, (19)
.
Сила сопротивления балласта резанию для основной части крыла , кН [2]:
, (20)
где - коэффициент сопротивления балласта резанию с учетом прижатия режущей кромки крыла к обрабатываемой поверхности, кПа ( [2].
.
.
Сила на перемещение призмы волочения основной части крыла , кН [2]:
, (21)
где , (22)
, (23)
(24)
Н0- средняя высота откосной части крыла, м.
, (25)
Подставляя значение Fвво в формулу для определения (21), получим:
,
,
.
Сила трения балласта о поверхность крыла , кН [2]:
, (26)
.
Суммарная приведенная сила резанию крыла без подкрылка , кН [2]:
кН.
Суммарная приведенная сила волочению балласта крылом без подкрылка кН
.
2.5 Тяговый расчет машины
Цель расчета: определить тягу локомотива при дозировке пути и подобрать локомотив
Исходные данные: уклон – 0,015; радиус кривой – 250м.; остальные данные взяты в пояснительной записке
Рисунок 1 – Расчетная схема для определения действующих на машину сопротивлений
Суммарное сопротивление перемещению машины:
,
где к – коэффициент на неучтенные сопротивления;
- сопротивление перемещению при дозировке;
- сопротивление перемещению машины как повозки:
,
где - вес машины; - удельное сопротивление перемещению машины;
.
.
- сопротивление при движении на уклоне:
,
где - удельное сопротивление движению на подъеме:
.
- сопротивление при движении по кривой:
,
где - удельное сопротивление при движении по кривой:
.
.
- сопротивление при трогании с места:
,
где - удельное сопротивление при трогании с места:
,
где - нагрузка на колесную пару:
.
.
Предварительно принимаем тяговую силу и принимаем локомотив при условии:
.
Принят тепловоз ТЭ10 со следующими характеристиками:
Конструкционная скорость , км/ч ……………100;
Расчетная масса, т………………………………..129;
Тип электродвигателя……………………………ЭД107.
На рисунке 2 приведена тяговая характеристика тепловоза ТЭ10 для соответствующей силы тяги.
Рисунок 2 - Тяговая характеристика тепловоза ТЭ10
На рисунке 2 - касательная сила тяги тепловоза. По известной определяют избыточную силу тяги :
.
.
По графику определена скорость тепловоза при дозировке пути:
7,5км/ч = 2,08 м/с.
Данная скорость удовлетворяет, т. к. по прототипу скорость при дозировке 1,39 – 4,17 м/с.
Суммарное сопротивление перемещению машины:
2.6 Конструирование частей дозатора
При разработки металлоконструкции частей дозатора и узлов их соединений рассматриваются 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 следующую расчетную схему: крыло как балка на двух опорах с одной консолью; по длине балки действуют равномерно распределенные нагрузки qр. кр и qв. кр.
Рисунок 7- Схема сил действующих на крыло
Суммарная приведенная сила резанию и волочению крыла и , кН:
\
кН,
кН.
Определяем равномерно распределенные нагрузки qр. кр и qв. кр, Н/м [2]:
; (28)
, (29)
где и - суммарная приведенная сила резанию и волочению крыла, кН.
Н/м;
Н/м.
Определим реакции в опорах С и Е:
Мс=0: отсюда
МЕ=0:
Нам необходимо определить наиболее опасное сечение крыла, для этого составим эпюру изгибающего момента.
Рассмотрим участки:
1 участок
:
,
,
2 участок
:
,
Определение момента кручения крыла
Вследствие смещения нагрузок qр. кр и qв. кр относительно опор в вертикальной плоскости крыло по длине будет скручиваться моментом М. кр.
Рисунок 8- Схема для определения крутящего момента действующего на крыло
Для определения наиболее опасного сечения крыла, рассмотрим эпюру крутящего момента.
Рассмотрим участки:
1 участок
:
,
2 участок
:
,
3 участок
:
,
Так как на крыло действуют изгибающий момент Мизг и момент кручения Мкр, то для определения наиболее опасного сечения приведем эти моменты к одному Мпр [6].
, (30)
Выполним подбор сечения крыла, для этого рассмотрим наиболее опасное сечение.
Рисунок 9 – Схема крыла в опасном сечении
Определим момент сопротивления Wz опасного сечения, см3 [6]:
(31)
где h –высота сечения; b – ширина сечения.
Представим сечение в виде двух прямоугольников, тогда
получим
Определим напряжение в сечении [6]:
(32)
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 Lщ действуют равномерно распределенные нагрузки qрщ и qвщ.
Рисунок 10 - Схема сил действующих на щит
Расстояние от консоли до ролика принято по прототипу lкщ=0,52м.
Определяем реакцию Rc|, действующую со стороны крыла:
Определяем равномерно распределенные нагрузки qрщ и qвщ, Н/м [2]:
; (33)
, (34)
где и - сила резания и волочения действующие на крыло, кН.
Н/м;
Н/м.
Определим реакции в опорах А и В:
МВ=0:
МА=0:
Нам необходимо определить наиболее опасное сечение щита, для этого составим эпюру изгибающего момента.
Рассмотрим участки:
1 участок
:
,
,
2 участок
:
,