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.
.
Рисунок 5 – Тяговая характеристика тепловоза ТЭ2
По формуле (2.1):
Радиус отвала r, м:
(2.3)
где - угол резания отвала, .
2.1.2 Силы, действующие на отвал
На каждый отвал действуют силы сопротивления резанию балласта Wп1, перемещению призмы волочения Wп2, вверх Wп3 и вдоль Wп4 отвала (рисунок 6) [18].
Рисунок 6 – Схема к определению сопротивлений
Суммарное сопротивление Wп, Н:
Wп = Wп1+Wп2+Wп3+Wп4. (2.4)
Сопротивление резанию балласта Wп1, Н:
, (2.5)
где - коэффициент удельного сопротивления резанию балласта, ; - толщина срезаемого слоя, по заданию; - длина одного отвала.
, (2.6)
где - ширина захвата отвалов, (принята конструктивно); - угол захвата, т.е. угол установки отвала в горизонтальной плоскости, .
По формуле (2.5):
Сопротивление перемещению призмы волочения Wп2, Н:
, (2.7)
где - плотность грунта, ; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; f – коэффициент внутреннего трения асбеста, f = 0,7; vп – объем призмы перемещаемой отвалом, м3.
, (2.8)
где - угол естественного откоса, .
По формуле (2.7):
Сопротивление перемещению призмы волочения вверх от отвала Wп3, Н:
, (2.9)
где f1 – коэффициент трения асбеста об сталь, f1 = 0,5.
Сопротивление перемещению призмы волочения вдоль от отвала Wп4, Н:
, (2.10)
где - угол наклона отвала к горизонту, .
По формуле (2.4):
Wп = 68256+3571+1785,5+2065 = 75677,5 Н.
Проекция на ось пути всех сопротивлений, действующих на один отвал , Н:
, (2.11)
где - угол между осью пути и отвалом, .
Усилие необходимое для прижатия отвала F0, Н:
, (2.12)
2.2 Мощность привода
Для определения мощности привода механизмов, имеющих в качестве силового звена гидроцилиндр, необходимо найти усилие, действующее на гидроцилиндр, и скорость перемещения штока гидроцилиндра.
2.2.1 Определение мощности привода гидроцилиндра выноса несущих рам
Определение усилия проведем в случае, когда отвал заглублен в призму в вертикальной плоскости на 0,09 м.
Усилие определяем по расчетной схеме (рисунок 7).
Рисунок 7 – Расчетная схема к определению усилия в гидроцилиндре подъема
Усилие в гидроцилиндре подъема несущих рам Fгц, Н [19]:
, (2.13)
где G0 – масса отвала с креплением, G0=10000 H (определено предварительно); GНР – масса несущей рамы, GНР = 12000 Н; F0 – усилие прижатия одного отвала, F0 = 26756,05 Н.
Внутренний диаметр цилиндра Dц, м:
, (2.14)
где - гидромеханический КПД цилиндра, ; - рабочее давление, .
Для определения хода гидроцилиндра рассмотрим расчетную схему (рисунок 8).
Ход гидроцилиндра выноса несущих рам Хгц, мм:
, (2.15)
где - длины гидроцилиндра в крайних положениях, определенных графическим способом, мм;
- масштаб расчетной схемы, .
По диаметру и ходу поршня выбираем гидроцилиндр [13]: ГЦО – 4 – 60 – 30 – 700,
где ГЦО – гидроцилиндр;
4 – исполнение по типу крепления (на проушине);
60 – диаметр поршня, мм;
30 – диаметр штока, мм;
700 – ход штока, мм.
Рисунок 8 – Расчетная схема к определению хода гидроцилиндра выноса несущих рам
Вывод: гидроцилиндры оставляем штатные; расчет рамы и шарниров можно не делать, т.к. они спроектированы со значительным запасом.
Скорость установки отвала не связана с рабочей скоростью машины, поэтому скорость принимаем равной для удобства регулирования положения отвала.
Расход жидкости при подаче в поршневую полость Q, м3/с:
, (2.16)
где Ап – рабочая площадь поршня, м2:
, (2.17)
По формуле (2.16):
Мощность, необходимая для привода цилиндра P, Вт:
, (2.18)
Выбор диаметра трубопроводов определяется ограничением скорости рабочей жидкости. В напорном трубопроводе скорость движения. Диаметр трубопровода dтр, м:
, (2.19)
Принимаем диаметр трубопроводов по ГОСТ 8734 – 75: dтр = 9 мм.
2.3 Выбор и расчет элементов рабочего оборудования
Цель расчета – определить опасные сечения и проверить их на прочность, либо подобрать сечение.
2.3.1 Расчет сечения отвала
Рисунок 9 – Расчетная схема к расчету отвала
Момент сопротивления W, см3 [15]:
, (2.20)
, (2.21)
где - допускаемые напряжения при изгибе, Ст35 - = 290МПа; М – изгибающий момент, .
, (2.22)
, (2.23)
По формулам (2.20) и (2.21):
,
Момент сопротивлений балки Wx1, Wy2, :
, (2.24)
, (2.25)
где толщина стенки по ширине и ширина балки, (рисунок 10); высота балки и толщина стенки по высоте, .
Рисунок 10 – Балка
Из формул (2.24) и (2.25) следует:
; (2.26)
; (2.27)
;
Рисунок 11 – Расчетная схема сечения отвала
2.3.2 Определение количества болтов крепления ножа отвала
Суммарное усилие действующее на болты , Н (рисунок 12):
, (2.28)
где усилие необходимое для прижатия отвала, Н; суммарное сопротивление, действующее на отвал, Н.
По суммарному усилию, действующему на отвал, принимаем диаметр болта .
Количество болтов из условия среза , шт.:
, (2.29)
где допускаемое напряжение при срезе, (Ст35) .
Принимаем .
2.3.3 Расчет поперечины, соединяющей отвалы
Рисунок 13 – Схема к расчету поперечины соединяющей отвалы
Определим поперечные размеры стержня, соединяющего отвалы.
Сжимающая сила на стержне поперечины :
, (2.30)
Требуемая площадь поперечного сечения стержня поперечины :
, (2.31)
где допускаемое напряжение при сжатии, (Ст35) .
Принимаем круглое сечение стержня поперечины (рисунок 14).
Рисунок 14 – Поперечное сечение поперечины
Диаметр стержня dст, м:
, (2.32)
2.3.4 Расчет на прочность колонн, на которых установлены отвалы
Момент сопротивления W, см3:
; (2.33)
, (2.34)
где допускаемое напряжение при изгибе, (Ст35 – нормализация, нагрузка переменная) ; изгибающий момент, .
Рисунок 15 – Схема к расчету колонны
, (2.35)
По формуле (2.34):
Из формулы (2.33) диаметр колонны :
, (2.36)
2.3.5 Расчет подшипников скольжения
Подшипники скольжения рассчитываются на удельную нагрузку [14]:
, (2.37)
где реакция опоры, ; диаметр подшипника, ; длина подшипника, м; допустимое давление, для бронзы .
Из формулы (2.37) следует:
, (2.38)
Принимаем длину подшипника из расчета на устойчивость опоры:
, (2.39)
2.3.6 Расчет шарнира соединяющего два отвала
Расчет пальца на срез (рисунок 16):
Диаметр пальца :
, (2.40)
где усилие среза, Н.
, (2.41)
где допускаемое напряжение на срез, для Ст45 ;
число плоскостей среза, :
Рисунок 16 – Шарнирное соединение
Расчет пальца на смятие:
Наименьшая толщина соединяемых частей :
, (2.42)
где допускаемое напряжение материала пальца на смятие, для Ст45 – нормализация :
2.3.7 Расчет на прочность проушин крепления гидроцилиндров
Расчет производится из условия того, что гидроцилиндр, работая поршневой полостью, развивает максимальное усилие (рисунок 17).
Проушина крепления гидроцилиндра опускания отвалов крепится к раме механизма опускания отвалов.
, (2.43)
Рисунок 17 – Расчетная схема проушин
где М – изгибающий момент, .
, (2.44)
где максимальное усилие, развиваемое гидроцилиндром, ; длина проушины, .
допускаемое напряжение на изгиб, для Ст3 – нагрузка переменная :
, (2.45)
где 12 – для двух проушин; В – ширина проушины, В = 1,5 см (принято конструктивно); Н – высота проушины, см.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
