Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Сибирский государственный университет путей сообщения

МАШИНА ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ ПУТИ. МАШИНА ЭЛБ

Курсовой проект по дисциплине

Устройство и основы расчета путевых машин

Руководитель: Разработал: студент :

________ ___________

(подпись) (подпись)

_______________ ___________________

(дата проверки) (дата сдачи на проверку)

Краткая рецензия

______________________________

__________________________________

(запись о допуске к защите) (оценка, подпись преподавателей)

2010

Содержание

1. Назначение, работа и устройство машины, общий вид

2. Определение основных параметров машины и рабочего оборудования

2.1 Геометрические параметры

2.2 Кинематические параметры

2.3 Внешние сопротивления

3. Тяговый расчет машины

3.1. Выбор локомотива

4. Расчет механизма подъема

Список литературы

1. Назначение, работа и устройство машины, общий вид

Электробалластер ЭЛБ-4С–машина непрерывного действия, предназначенная для постановки на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, предусмотренных действующей системой ведения путевого хозяйства.

Электробалластер выполняет дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути, срезку балласта у торцов шпал, планировку откосов и междупутных зон призмы, подъемку путевой решетки на формируемый балластный слой. Производит грубую выправку и рихтовку пути, оправку обочин земляного полотна. Общий вид электробалластера приведен на рисунке 1.

Таблица 1- Техническая характеристика ЭЛБ - 4С

Параметры	ЭЛБ - 4С
Колея, мм	1520
Нагрузки от оси колесной пары на рельсы, мс - в рабочем положении - в транспортном положении	25 19
Минимальное усилие электромагнитного подъемника, мс	41
Вес поднимаемых стрелочных переводов, т	20
Ход механизма подъема, мм	490
Высота подъема путевой решетки, мм	410
Величина сдвига путевой решетки, мм	300
Перекос пути в обе стороны, мм	250
Понижение пути от воздействия стабилизатора, мм	7
Скорость движения, км/ч - при дозировке балласта - при подъемки пути - при рихтовке пути - при транспортировке	20 15 6 70
Мощности силовых установок - основной АД 100, кВт - вспомогательные АД 30, кВт	100 30
Управление рабочими органами	дистанционное
Обслуживающий персонал, чел	4
Транспортирование - Отдельным локомотивом или в составе грузового поезда перед двумя хвостовыми вагонами.
Масса, т	145

1,9 — основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2, 6, 11 — кабины: управления механизмами направляющей секции, центральная и хозяйственно-бытовая; 3, 10 — насосные станции; 4, 8 — фермы направляющей и рабочей секций; 5, 24 — межферменные связи и сферический шарнир соединения секций; 7 — нижний пост управления; 12 — автосцепки; 13, 26, 32 — ходовые тележки: задняя, средняя сочлененная и передняя; 14 — шпальные щетки; 15, 20, 22, 29 — тележки рихтовочной КИС; 16 — рабочий орган динамической стабилизации пути; 17 — устройство для пробивки балласта в шпальных ящиках; 18 — ПРУ с электромагнитно-роликовыми захватами; 19 -балластерные рамы; 21, 28, 30 — пассивные и активные рельсовые щетки; 23 — прижимное устройство; 25 — трос-хорда рихтовочной КИС; 27 — уплотнители балласта откосно-плечевой и междупутной зон призмы; 31 — дозатор.

Рисунок 1- Общий вид электробалластерa ЭЛБ - 4С

2 Определение основных параметров машины и рабочего оборудования

2.1 Геометрические параметры дозатора

Расчет и выбор параметров дозатора производим с целью обеспечения возможности формирование балластной призмы в соответствии с заданным типом верхнего строения пути. К геометрически параметрам относят: параметры, определяющие расположение частей и элементов дозатора относительно рельсо-шпальной решетки или поверхности балластной призмы; размеры частей дозатора; параметры, определяющие взаимное расположение частей и элементов дозатора.

Параметрами расположения частей дозатора являются: высота расположения нижней кромки щита и корня крыла относительно уровня головки рельса во время работы h_Г и транспортировки h_Т; высота расположения режущей кромки основной части крала относительно поверхности откоса призмы h_ОО; угол поворота крыла к оси пути б; угол наклона основной части крыла в вертикальной плоскости в. Основные параметры частей дозатора: Длина L_щ и высота H_щ; длина и высота корня крыла (L_0, H₀); длина и высота подкрылка (L_п, H_п); параметры, определяющие расположение опорных узлов дозатора на ферме (b₀, h_н, l_к0, b_к и др.)

Исходные данные для расчета геометрических параметров дозатора:

Высота дозировки h_д, мм 10;

Рабочий угол 35⁰;

Тип в.с.п. особо тяжёлый;

Участок 2х путный, прямой;

Рельсы Р50;

Шпалы ж/б;

Рисунок 2 – Поперечное сечение балластной призмы

Высота щита (Нщ) по прототипу может быть от 900 до 1020 мм. Принимаем высоту щита равной 950 мм.

Длина щита (Lщ) определенна в соответствии с высотой режущей кромки щита над уровнем головки рельса, от контуров габарита подвижного состава, от верхнего строения пути и принята равной 2516мм.

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].

;

;

;

;

;

.

.

Усилие от щита передается на ферму машины через кронштейн с опорными элементами в виде роликов.

Расстояние между роликами по ширине (по прототипу) b₀ = 1625 мм.

Принимаем b₀ = b_ф. [1]

Расстояние между роликами по высоте h₀

(6)

где d_p – диаметр опорного ролика, м (d_р = 0,14 м);

h_g – наибольшая величина опускания режущей кромки щита ниже уровня головки рельса, м (h_g = 0,204 м). [2]

h_ор=∆h+0,5d_p, (7)

где ∆h – минимальное допустимое расстояние от головки рельса до поверхности роликов в транспортном положении машины, м (∆h=0,3 м).[2]

h_ор = 0,3+0,5·0,14 = 0,37 м.

Расстояние до роликов от фермы

h_н=h_ф–h_op. (8)

h_н = 1,225 – 0,236 = 0,989м.

Расстояние относительно петлевого шарнира щита

(9)

Высота относительно нижней кромки крыла

(10)

где - высота крыла в месте крепления шарнира, м ( = 1 м).

Полуширина габарита подвижного состава, в который вписывается машина

B₀ = 1,460 м.

Расстояние между опорными кронштейнами щита и распорками

(11)

где b_к = 2,650 м. [2]

Длина подкрылка принята из прототипа и равна:

.

2.2 Кинематические параметры

Рисунок 3 – Схема к определению скорости подъёма дозатора

К кинематическим параметрам дозатора относятся: скорость подъема дозатора v_п; угловые скорости наклона щ_н и прикрытия щ_пр крыла. Минимальная скорость v_п определяют по условиям работы на отводе возвышения с уклоном I =[i]_доп. За время перемещения машины по участку длиной L_отв со скоростью v_м дозатор поднимают на величину:

(12)

где = 0,70· h_p

= 0,70·0,15 = 0,11 м.

Скорость подъема дозатора

(13)

где t_п – время подъема дозатора,

(14)

где v_p – рабочая скорость, м/с.

Время наклона дозатора

(15)

где l_н – длина участка, м (l_н =10... 25 м).[1]

2.3 Внешние сопротивления

Для определения сил, действующих на дозатор, составлена расчетная схема, которая приведена ниже.

Рисунок 4 – Расчетная схема к определению сил действующих на дозатор

С учетом геометрической компоновки частей дозатора, их размеров и расположения относительно поверхности призмы рассчитываем силы сопротивления балласта резанию F_p и волочению F_в для корня крыла (F_рк, F_вк), основной части крыла (F_ро, F_во), подкрылка (F_рп, F_вп) и щита (F_рщ, F_вщ), а также силы трения вдоль крыла F_тк и силы трения нижних кромок крыльев о балласт F_нк.

Сила сопротивления балласта резанию для корня крыла

(16)

где k – коэффициент сопротивления балласта резанию, кН/см²

(k = 70 кПа).[2]

h_рк – глубина резания щебня корнем крыла, м:

h_рк=0,7·h_р. (17)

h_рк = 0,7·0,15=0,11 м.

l_к – длина режущей части корня крыла, м.

(18)

.

Сила сопротивления балласта волочению для корня крыла

(19)

где с – плотность балласта, кг/см³ (с = 2100 кг/м³); [2]

f_б – коэффициент внутреннего трения балласта (для щебня f_б = 0,8). [2]

Силы сопротивления подкрылка F_рп, F_вп:

(20)

где h_рп – глубина резания подкрылком, м (h_рк = h_рп);

l_п – длина режущей части подкрылка, м

(21)

Силы сопротивления щита F_рщ, F_вщ:

(22)

где h_рщ – глубина резания щитом, м (h_рк = h_рщ);

l_щ – длина режущей части шита, м.

(23)

Сила на вырезание балласта основной частью крыла:

(24)

где k – коэффициент сопротивления балласта резанию с учетом прижатия режущей кромки крыла к обрабатываемой поверхности (k₀ = 1,3k=91 кПа).[1]

h_po – глубина резанию балласта основной частью крыла, м (h_ро = h_рщ).

l_o – длина режущей кромки основной части крыла, м (l_o = 2044мм).

Сила на перемещение призмы волочения

(25)

H_о – средняя высота откосной части крыла, м (H_ср = 0,71м).

Силы трения

где Q_пр – сила прижатия крыльев к обратной поверхности(20…25кН)

Суммарное сопротивление действующее на дозатор:

(26)

3 Тяговый расчет машины

3.1 Выбор локомотива

При расчёте используем результаты определения сил, действующих на дозатор (пункт 2.3).

Требуемая сила тяги локомотива:

F_л>К_тW_c (27)

где К_т –коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления от микроуклонов, микрокривых, стыков рельсов и др.(К_т =1,15)

Масса машины ЭЛБ – 4С составляет 145 т (G=1422 кН).

Количество осей 8 штук, n=8.

Тогда нагрузка приходящаяся на одну ось составляет:

Q=G\n (28)

Q=1422\8=178 кН

Для построения графика избыточной силы тяги воспользуемся формулой [2]

F_изб=F_л-(W_пм+W_мi+W_лм+W_лi) (29)

где W_пм – основное сопротивление машины как повозки, Н

W_мi – сопротивление от уклона, Н.

Основное сопротивление:

(30)

где G^бо – вертикальная нагрузка, действующая на машину, от ее веса и сил взаимодействия рабочих органов, кН (G^бо = 1422кН); [3]

щ₀ – основное удельное сопротивление, зависящее от типа подшипников колесных пар, нагрузки на ось, скорости движения наличия привода передвижения, Н/кН [3]

(31)

W_i - сопротивление перемещению машины от уклона, кН

(32)

где G_м – вес передвигающейся машины, кН

щ_i – удельное сопротивление от уклона, Н/кН: (щ_у = i). [2]

По данным тяговых характеристик принимаем тепловоз ТЭ1[3].

Масса тепловоза ТЭ1 составляет 121 т (G=1187 кН) [3]

Количество осей 6 штук, n=6. Q=198, формула (28).

Основное сопротивление:

(33)

где G^бо – вертикальная нагрузка, действующая на машину, кН (G^бо = 1187кН); [3]

щ₀ – основное удельное сопротивление, зависящее от типа подшипников колесных пар, нагрузки на ось, скорости движения наличия привода передвижения, Н/кН [3]

(34)

W_i - сопротивление перемещению тепловоза от уклона, кН

(35)

где G_м – вес передвигающейся машины, кН

щ_i – удельное сопротивление от уклона, Н/кН: (щ_у = i). [2]

F_изб=248,7-(1,57+11,3+1,71+9,5)=224,6 кН

Для построения графика избыточной силы тяги необходимо произвести расчет по заданным точкам:

Скорость движения, км/ч	Сила тяги локомотива, кН
0	357	333
5	323	299
6,5	308	284
10	165	141
12	145	121
15	135	111

4 Расчет механизма подъема

Разработка механизма 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.

Для расчета усилия в распорке все силы резания балласта от призмы волочения, действующие на части крыла при работе, проектируем на горизонтальную плоскость.

Рисунок 6 – Схема компоновки опорных узлов дозатора

Сила на подъем дозатора двумя механизмами

(36)

где - суммарные силы трения крыла и щита о балласт, кН;

F_тр – суммарное сопротивление перемещению щита дозатора по опорным роликам, кН

(37)

(38)

Определяем вес G, kH: щита, корня крыла, основной части крыла, основной части подкрылка.

Вес щита:

Вес корень крыла:

Вес основной части крыла:

Вес основной части подкрылка:

Определяем силу на подъем дозатора двумя механизмами F_п, кН

Отсюда усилие 1ого крыла : F_п = 19533/2 = 9776 кН

Мощность привода в начальный момент поворота крыла

(39)

Рисунок 7 – Расчетная схема к определению сил действующих на дозатор

где К_н – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление от сил трения в шарнирах крыла (К_н = 1,2). [1]

з – КПД гидропередачи, 0,95

Диаметр гидроцилиндра

(40)

где р_ном – номинальное давление в гидроприводе, МПа (р_ном = 16 МПа);

з_цгм – КПД гидроцилиндра (з_цгм = 0,95).

Ход поршня гидроцилиндра

(41)

Принимаем гидроцилиндр для строительных и дорожных машин ГЦО4 – 40 x 20x400

Расход жидкости гидроцилиндра

(42)

Внутренний диметр трубопровода

(43)

Принимаем d_вн = 3 мм.

Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Задорин Г.П. Дозирующие и профилирующие устройства путевых машин. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Новосибирск, 2000. 38

2. Соломонов С.А. Путевые машины. Москва, 2000. 756

3. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287

4. Мокин Н.В. Объемный гидропривод. Методические указания по выполнению курсовой работы. Новосибирск,1999. 39

5. СТО СГУПС 1.01СДМ.01-2007. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2007.