Разработка оборудования для вырезки балласта на базе машины ЩОМ-Д

АННОТАЦИЯ

В настоящем дипломном проекте произведен анализ существующих конструкций щебнеочистительного оборудования отечественных путевых машин, выявлены недостатки в существующих конструкциях и сделан выбор наиболее приемлемой схемы модернизации машины.

В конструкторской части даны компоновка и параметры нового выгребного устройства, а также проведены прочностные расчеты наиболее слабых элементов конструкции. Рассмотрены вопросы по организации работ при капитальном ремонте пути.

В проекте предоставлен экономический раздел, в котором дается расчет экономической эффективности от внедрения модернизированной машины.

Выполнен раздел по охране труда.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Назначение и устройство щебнеочистительной машины ЩОМ – Д

1. Анализ ряда технологических и конструктивных решений проблем по модернизации щебнеочистительной машины

1.2.1 Подрезной нож

1.2.2 Устройство для вырезки балласта из – под рельсошпальной решетки

1.2.3 Устройство для выгребания старого балласта

1.2.4 Устройство для вырезки балласта

2 РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Определение основных параметров

2.1.1 Высота и радиус отвала

2.1.2 Силы, действующие на отвал

2.2 Мощность привода

2.2.1 Определение мощности привода гидроцилиндра выноса несущих рам

2.3 Выбор и расчет элементов рабочего оборудования

2.3.1 Расчет сечения отвала

2.3.2 Определение количества болтов крепления ножа отвала

2.3.3 Расчет поперечины, соединяющей отвалы

2.3.4 Расчет на прочность колонн, на которых установлены отвалы

2.3.5 Расчет подшипников скольжения

2.3.6 Расчет шарнира соединяющего два отвала

2.3.7 Расчет на прочность проушин крепления гидроцилиндров

2.4 Расчет ленточного транспортера

2.4.1 Исходные данные

2.4.2 Определение ширины ленты

2.4.3 Определение параметров роликовых опор

2.4.4 Расчет распределенных масс

2.4.5 Выбор коэффициентов и определение местных сил сопротивления

2.4.6 Определение мощности двигателя

3 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПУТЕВЫХ РАБОТ ПО РЕМОНТУ ПУТИ

3.1 Исходные данные

3.2 Технологическая схема производства работ в «окно» при среднем ремонте

3.3 Ежедневная производительность ПМС

3.4 Длина фронта работ в «окно» при среднем ремонте пути и расчет поправочного коэффициента

3.5 Длина рабочих поездов

3.6 График производства работ в «окно» при среднем ремонте пути

3.7 Численность рабочих занятых при проведении работ в «окно»

4 ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАШИНЫ С РАЗРАБАТЫВАЕМЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ДЛЯ ВЫРЕЗКИ БАЛЛАСТА

5 ОХРАНА ТРУДА

5.1 Защита от шума дизель – генераторной установки

5.2 Защита от вибрации кресла машиниста

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Балластная призма, на которую уложена рельсошпальная решетка, может состоять из щебня, гравия, ракушечника и песка. На линиях с большой грузонапряженностью и высокими скоростями движения поездов балластная призма устраивается из щебня и отходов асбестовой промышленности. Толщина балластного слоя под шпалами зависит от конструкции призмы, типа верхнего строения пути, рода балласта основного слоя и может составлять от 0,25 до 0,6м. наибольшее распространение получил балласт из щебня. щебеночная балластная призма обладает высокой несущей и дренирующей способностью, упругостью и прочностью. Но эти качества щебеночный балласт сохраняет до тех пор, пока он чистый.

Периодическое восстановление физико-механических характеристик и геометрических параметров щебеночной балластной призмы производится путем очистки щебня или, в случае несоответствия уложенного в пути балласта требуемым характеристикам,- за счет полной его замены на щебень твердых пород машинами для очистки щебня и замены балласта.

Балластная призма должна обеспечивать вертикальную и горизонтальную устойчивость рельсошпальной решетки при воздействии на нее поездной нагрузки, равномерное распределение давления от шпал на возможно большую площадь основной площадки земляного полотна, иметь возможно большую равноупругость вдоль и поперек пути и обеспечивать наименьшую неравномерность остаточных деформаций при эксплуатации железнодорожного пути. В процессе длительной эксплуатации железнодорожного пути балластная призма постоянно засоряется от динамического воздействия, от атмосферного влияния, а также от попадания в щебень мусора и частиц перевозимых сыпучих грузов. При этом балластная призма теряет свои первоначальные свойства, а остаточные деформации пути увеличиваются, что ведет к повышенному износу элементов верхнего строения пути, подвижного состава и возрастания расходов железнодорожного транспорта.

В процессе эксплуатации железнодорожного транспорта требуется повышение эффективности производства и непрерывного обновления парка машин. На железных дорогах увеличивается мощность пути, совершенствуется технология и организация ремонтно-путевых работ. Своевременный и качественный ремонт пути, снижение затрат времени и эксплуатационных расходов, повышение производительности труда осуществляется на основе максимальной механизации всех путевых работ.

Одна из самых трудоемких работ при ремонте пути – очистка щебеночного балласта.

При каждом капитальном ремонте пути, после подсыпки нового балласта, происходит его повышение на 10…15 см. Кроме того, ежегодно в результате выправки пути при текущем содержании пути становится выше на 2…3 см. Таким образом, на электрифицированных участках расстояние между головкой рельса и контактным проводом уменьшается и в настоящее время является минимально допустимым.

Теперь, когда дороги переходят на полный хозяйственный расчет, нужно увеличить глубину и качество очистки [17].

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В данном разделе рассматривается проектируемая машина и производится анализ существующих устройств модернизации щебнеочистительных машин.

Назначение и устройство щебнеочистительной машины ЩОМ – Д

Машина ЩОМ – Д предназначена для очистки щебеночной балластной призмы на всю ширину и глубину до 25 см, может вырезать песчаный балласт и удалять за пределы пути, выправлять продольный профиль пути с подрезкой балластного слоя и земляного полотна, устраивать отводы при подходах к искусственным сооружениям, поднимать и сдвигать путевую решетку с деревянными шпалами [17].

Таблица 1.1 – Техническая характеристика

Производительность	2800 м3/ч
Рабочая скорость машины	до 55 км/ч
Транспортная скорость машины	1 – 3 км/ч
Скорость ленты	до 12 м/с
Максимальная глубина очистки	0,25 м
Максимальная ширина очистки	5,0 м
Число ходовых тележек	3
Высота от головки рельса до нижнего пояса фермы в месте установки щебнеочистительного устройства	1450 мм
В остальных местах	1250 мм
Высота от головки рельса до оси автосцепки	1060 мм
Длина машины по осям автосцепок	47220 мм

Базой машины является электробалластер ЭЛБ – 1. На машине сохранены все его рабочие органы (за исключением дозатора на ферме №1), поэтому машина ЩОМ – Д может применяться так же, как электробалластер. На ферме размещены узлы щебнеочистительного устройства, управление которыми осуществляют из кабины управления и выносного поста. Обе фермы усилены: увеличена высота стенок в сечениях фермы, где расположено щебнеочистительное устройство; наварены дополнительные полосы на нижний и верхний пояса; связи из уголков заменены листовыми диафрагмами. На фермах, кроме того установлены подъемное устройство, дозатор, рельсо - шпальные щетки и планировщик, который разравнивает очищенный щебень по ширине балластной призмы, а также консольный кран 14 грузоподъемностью 3,5т с пультом управления. Передвижение машины в рабочем и транспортном состояниях осуществляется специально переоборудованным тепловозом ТЭ3, который является также источником электроэнергии для питания постоянным током двигателей привода щебнеочистительной ленты. Двигатели остальных механизмов питаются переменным током от электростанции У – 12 мощностью 100 кВт, установленной в машинном отделении [17].

Анализ ряда технологических и конструктивных решений проблем по модернизации щебнеочистительной машины

1.2.1 Подрезной нож

На всех машинах типа ЩОМ – 4, ЩОМ – 4М и других щебнеочистительных машинах этого типа устанавливается подрезной нож. Подрезной нож служит для вырезки щебня и для направления сетчатой ленты.

1 – лист – основание; 2 – уголковые направляющие ленты; 3 – задний лист; 4 – дуга; 5 – крюк; 6 – проушина; 7 – гнездо; 8 – режущая кромка; 9 - зуб

Рисунок 1 – Подрезной нож

Подрезной нож (рисунок 1) сварен из листа основания 1, к которому приварены уголки 2, служащие направляющими для сетчатой ленты. К передней части листа – основания приварена режущая кромка 8 с зубьями 9. Для увеличения износостойкости концы зубьев и передняя грань режущей кромки наплавлены твердыми сплавами. Передняя и задняя части ножа перекрыты дугами 4. Сзади нож закрыт листом 3.

Для подведения ножа под поднятую рельсошпальную решетку канаты лебедок, установленные на щебнеочистительном устройстве, закрепляются за проушины. После подведения на конические бобышки стоек несущей рамы направляют гнезда 7 подрезного ножа и притягивают его цепями канатов лебедок к стойкам несущей рамы. В этом положении нож удерживается при работе машины. К скобам ножа прикрепляют при помощи крюков 5 прутки – струнки, которые поддерживают оторвавшиеся шпалы и предотвращают попадание их под отвал планировщика. В случае, когда щебнеочистительные машины используют в качестве электробалластера для подъемки пути, вместо ножа устанавливают балластировочные рамы со струнками. Их также, как нож, прикрепляют к коническим выступам несущей рамы.

Анализируя подрезной нож выявляются несколько недостатков несмотря на эффективность его работы. Так как машины типа ЩОМ – 4 являются не самоходными, то во время их работы основные нагрузки приходятся

на подрезной нож, что уменьшает срок его эксплуатации. Из-за возникающих нагрузок на подрезной нож невозможно увеличить глубину вырезки под рельсошпальной решеткой, а следовательно производительность щебнеочистительной машины.

Для решения данной проблемы необходимо уменьшить объем балласта вырезаемого ножом, путем установки дополнительных рабочих органов для вырезки балласта или других технических решений.

1.2.2 Устройство для вырезки балласта из-под рельсошпальной решетки

При ремонте железнодорожного пути по смене балласта, его вырезки с возможной очисткой может быть использовано данное устройство. техническим результатом является возможность вырезания балласта и подбора оптимальной траектории направления частиц вырезаемого балласта и засорителей в транспортирующий орган в зависимости от фракции балласта, засорителей и сил сцепления между ними.

Устройство для выемки балласта (рисунок 2) монтируется на раме путевой машины с обоих ее сторон или с одной стороны и содержит режущий орган 1 и транспортирующий орган 2. Режущий орган 1 состоит из рамы 3, установленный на раме машины с возможностью поворота привода 4 вокруг вертикальной оси, и бесконечной цепи 5 с резцами 6. Рама 3 образована продольной балкой. На одном ее конце установлена звездочка 7, соединенная с приводом 8 движения цепи 5, а на втором конце рамы 3 закреплена направляющая звездочка или направляющий ролик 9. На раме 3 шарнирно при помощи осей 10 закреплены одни концы двух направляющих 11 для цепи 5, расположенных на противоположных продольных сторонах продольной балки.

режущий орган; 2 – транспортирующий орган (ротор); 3 – рама; 4 – привод поворота; 5 – цепь; 6 – резец; 7 – звездочка; 8 – привод цепи; 9 – звездочка; 10 – ось; 11 – направляющие; 12 – кронштейн; 13 – направляющие ролики; 14 – палец

Рисунок 2 – Устройство для выемки балласта с железнодорожного пути

Оси 10 расположены на удаленном от транспортирующего органа 2 конца рамы 3. На вторых концах направляющих 11 жестко закреплены кронштейны 12, несущие свободно вращающиеся ролики 13, при помощи

которых направляющие 11 с кронштейнами 12 могут быть зафиксированы на раме 3, на которой также выполнены отверстия пальцев 14.

При вытаскивании пальцев 14 из отверстий направляющие 11 могут поворачиваться вокруг осей 10. Расположенные напротив друг друга поверхности кронштейнов 12 имеют в плане скосы в продольном направлении кронштейнов (клиновидные поверхности) кронштейнов 12 взаимодействует ролик, соединенный с приводом возвратно-поступательного перемещения по стрелкам. Этот привод, например, может представлять собой винтовую пару и с роликом образует механизм раздвижки кронштейнов 12 в горизонтальной плоскости.

Направляющие 11 для цепи 5 с кронштейнами 12, связанными с указанным механизмом их раздвижки, образуют орган для изменения траектории движения цепи 5. Транспортирующий орган 2 монтируется в зоне разгрузки цепи 5 и может состоять из ковшового ротора.

Устройство работает следующим образом: в транспортном положении режущий орган 2 находится в поднятом положении, при этом располагается вдоль путевой машины. При подходе к зоне вырезки балласта орган 2 опускается на необходимую величину вырезки балласта. Затем путевая машина перемещается с работающим ковшовым ротором, который вырывает траншею длиной, равной длине режущего органа 1. Траншея вырывается за торцами шпал вдоль пути. Ковшовый ротор вращается производя вырезку балласта. Затем в вырытую траншею опускается режущий орган 1 с перемещающимся приводом 8 цепью. При перемещении путевой машины с работающими органами 1 и 2 частицы балласта и засорителей захватываются резцами 6 цепи 5 и перемещаются в зону разгрузки цепи 5 и загрузки рабочего органа 2. При подходе к ковшам ротора цепь 5 с резцами 6 изгибается при помощи органа для изменения траектории ее движения, при этом в зоне изгиба цепи 5 увеличивается линейная скорость перемещения резцов 6. При увеличении скорости резцов 6 частицы балласта и засорителей перемещаются с увеличением скорости и отбрасываются под ковши ротора. Ковши ротора перемещают балласт и засорители к устройству для очистки балласта или перегрузочному устройству, которое направляет вырезанный балласт с засорителями в спецсостав или сбрасывает его сбоку от пути.

Для придания цепи 5 нужной формы в плане необходимо расфиксировать одну направляющую 11, извлекая палец 14 из отверстий рамы 3 и соответствующего кронштейна 12. Вторая направляющая 11 при этом по-прежнему зафиксирована. При возвратно-поступательном движении ролика 15 он воздействует на скос поверхности 15 кронштейна 12, разворачивая при этом одну направляющую 11 вокруг оси 10. Направляющая 11, периодически отклоняясь, меняет траекторию движения цепи 5, раздвигая ее в плане до тех пор, пока цепь 5 не достигнет необходимого натяжения. При этом цепь 5 направляется звездочкой 7, свободно вращающейся на кронштейнах 12 роликами 13, направляющими 11 и звездочкой или роликом 9.

Режущий орган 1 может производить вырезку балласта из-под рельсошпальной решетки и с обочины пути или из междупутья. В последнем случае орган 1 разворачивается вокруг вертикальной оси приводом 4, вторая направляющая 11 расфиксируется от рамы 3 и отклоняется в плане вокруг оси 10 аналогично сказанному выше, изменяя траекторию движения цепи 5 в зоне ее разгрузки, загружая при этом ковшовый ротор с другой стороны. указанная ранее одна направляющая 11 при этом зафиксирована на раме 3 пальцем 14.

Таким образом, орган для изменения траектории движения цепи 5, смонтирован на раме 3 режущего 1 в зоне разгрузки цепи 5, позволяет изменить скорость перемещения частиц балласта и засорителей в зоне разгрузки цепи 5, что обеспечивает более быструю и подвижную загрузку транспортирующего органа 2, исключая скопление балласта сбоку от него. Несмотря на большую производительность, глубина очистки остается небольшой. Основной недостаток данной конструкции, это малый срок службы зубьев цепи и следовательно и самой цепи уменьшается срок эксплуатации.

1.2.3 Устройство для выгребания старого балласта

Устройство относится к путеподъемным, например балластировочным, путевым машинам, снабженным устройством для удаления загрязненного балласта из-под рельсовой плети во время капитального ремонта и реконструкции пути.

1 – электродвигатель; 2 – приводной ремень; 3 – ведущий барабан; 4 – направляющий ролик; 5 – ленточный транспортер; 6 – механизм заглубления; 7 – путеподъемная рама; 8 – несущая рама; 9 – откидной кронштейн; 10 – направляющий барабан

Рисунок 3 – Устройство для выгребания старого балласта

Такого рода устройства, снабжаемые поперечным выносным ленточным транспортером (рисунок 3). С целью защиты транспортера от воздействия балласта, подрезной нож выполнен полым для возможности размещения в нем ведущей и ведомой ветвей транспортера.

К раме 7 путеподъемной балластировочной машины, несущей рамы 8 с механизмом 6 заглубления, прикрепляется при помощи откидных кронштейнов 9 устройство для выгребания старого балласта, заключающее в себе подрезной полый нож и выносной ленточный транспортер 5 с приводной станцией. Внутри полого ножа расположен транспортер 5, ведущая а и ведомая б ветви которого сближены друг с другом при помощи направляющих роликов 4, с целью максимального уменьшения габаритов по высоте (уменьшения толщины ножа). Между ветвями транспортера 5 расположен металлический лист ножа, служащий для поддерживания ведущей ветви а и предохранения ее от соприкосновения с ведомой ветвью транспортера. Под нижней (ведомой) ветвью расположен лист ножа, предохраняющий ветвь транспортера от трения о балласт.

Расположенная со стороны обочины пути приводная станция транспортера состоит из ведущего барабана 3, электромотора 1 и шкивов с приводным ремнем 2.

Электромотор 1 установлен на горизонтальной площадке. Между этойплощадкой и ведущей ветвью а транспортера имеется проход для материала, выносимого транспортером. Ведущий барабан 3 с валом монтируется в подшипниках и закрепляется в боковых вертикальных листах.

Со стороны междупутья (другой стороны ножа) расположен направляющий барабан 10, закрытый кожухом, предохраняющим барабан и направляющий ролик 4 от попадания на них песка. Кожух выполнен в виде челнока для уменьшения сопротивления при движении в балласт.

Сверху в средней части ножа расположен лист с продольным срезом, предназначенный для равномерной загрузки балластом транспортера 5 по всей ширине последнего.

Передний наклонный лист ножа предназначен для подъема балласта и облегчения работы устройства.

При работе балластировочная машина с выгребным устройством останавливается у места начала работ и своим подъемным устройством поднимает рельсовую плеть на максимальную высоту. После этого, с помощью приспособлений под плетью устанавливается выгребное устройство без какого либо предварительного выгребания балласта вручную. Затем балластировочная машина приводится в движение. По мере продвижения машины постепенно заглубляется выгребное устройство и, таким образом, производится постепенное опускание плети. При опущенном на желательную глубину подрезном ноже машина продолжает продвигаться равномерно с минимальной скоростью вперед. Балласт по переднему наклонному листу поднимается под напором на верхний накладной лист и ссыпается на верхнюю ветвь а бесконечной ленты транспортера. Лентой, приводимой в движение от электромотора, балласт выбрасывается на обочину пути. Поскольку механизм двусторонний, то имеется возможность без его перестановки работать в обоих направлениях. При движении в обратном направлении необходимо только перекладывать верхний накладной лист.

1.2.4 Устройство для вырезки балласта

Данное устройство установлено на раме проектируемой машины ЩОМ – Д. Отвалы сконструированы на раме, каждая рама несет по два отвала. Каждый из отвалов имеет возможность поворота относительно вертикальной оси для регулирования заглубления в толщу балластной призмы, благодаря тому, что закреплен на вертикальной поворотной штанге. Задний по ходу машины отвал имеет также возможность регулироваться относительно переднего отвала по глубине резания относительно уровня постели шпал. Вынос несущих рам из транспортного положения в рабочее осуществляется вручную и закрепляется растяжкой к раме в транспортное положение. Также за вторым отвалом располагается транспортер для выноса лишнего балласта на обочину пути. Транспортер шарнирно закреплен за отвал и его вынос из транспортного в рабочее положение осуществляется вместе с отвалом.

2 РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Устройство для вырезки балласта (рисунок 4) смонтировано на базе щебнеочистительной машины ЩОМ – Д. Рабочая скорость машины должна быть не менее 1,5 км/ч, что позволит ее применение в технологическом процессе при ремонте пути без снижения его темпа.

При проектировании ставилась задача минимально изменить конструкцию уже существующей машины, достигнув при этом максимального улучшения технологических параметров ремонта пути.

а – вид спереди; б – вид сбоку; в – вид сверху

Рисунок 4 – Устройство для вырезки балласта

2.1 Определение основных параметров

2.1.1 Высота и радиус отвала

Высоту отвала определяем из условия не пересыпания грунта через отвал. Это условие соблюдается, если объем грунта (асбест), поступающего из балластной призмы на пути полного замещения призмы волочения, равен объему Vпр призмы волочения, который может разместиться перед отвалом [15].

Из этого условия высота отвала Н, м:

(2.1)

где - угол естественного откоса грунта в движении, ; - угол трения грунта об отвал, ; - угол захвата, ; - коэффициент формы поперечного сечения призмы волочения, ; - площадь поперечного сечения стружки вырезаемой отвалом в режиме номинальной тяги, м2.

(2.2)

где - номинальная тяга (тепловоза) машины, (рисунок 5); k – удельное сопротивление копанию расчетного грунта отвалом, ; 1,3 – коэффициент, учитывающий неравномерность площади поперечного сечения стружки, а также уменьшения нагрузки на тяговые колеса вследствие отпора грунта.