Путевой моторный гайковерт модернизация

пояснительная Ковальчук новая.docx

АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ5
1 Патент РФ 22265825
2 Патент №2394654 RU Е01В 27127
3 Патент РФ 24455287
НАЗНАЧЕНИЕ КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ МАШИНЫ10
1 Описание принципа действия машины10
2 Описание предлагаемой модернизации14
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МАХОВИКА15
РАСЧЕТ ПЛАНЕТАРНОГО РЕДУКТОРА20
БАЛАНС МОЩНОСТИ МАШИНЫ27
РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ МАШИНЫ30
1 Расчет устойчивости машины против опрокидывания30
2 Расчет устойчивости машины против схода с рельсов при движении в транспортном режиме33
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ РАБОТЕ МАШИНЫ36
Наиболее трудоемкими работами в путевом хозяйстве железных дорог являются укладка и текущее содержание бесстыкового пути. При этих работах приходится завинчивать и отвинчивать большое количество гаек клеммных и закладных болтов (около 8000 на 1 км пути). Причем например при разрядке температурных напряжений такие работы предусмотрено выполнять два раза в год.
Ранее эти работы производились вручную или при помощи механизированного инструмента. Затем промышленностью был освоен выпуск специальных машин непрерывного действия – путевых моторных гайковертов (ПМГ) – на основе принципа предложенного известным изобретателем и рационализатором Д.Д. Матвеенко.
Машина для закрепления и смазки клеммных и закладных болтов непрерывного действия (путевой моторный гайковерт ПМГ) предназначена для
отвинчивания смазки и завинчивания гаек клеммных и закладных болтов при различных видах ремонта пути; раскрепления и закрепления клеммных болтов при разрядке температурных напряжений; раскрепления и закрепления клеммных болтов при укладке и смене рельсовых плетей [4 стр. 9].
В качестве модернизации блока гайковертов путевой машины ПМГ-1 предлагается оснастить каждый гайковерт индивидуальным приводом. Данная модернизация позволит подключать блоки гайковертов в произвольном порядке например при необходимости отвинчиваниязавинчивания только одной нитки рельсового пути при замене рельсов или плетей. При таком типе работы модернизация позволит сократить расход электроэнергии и как следствие нагрузку на дизель-генератор что приведет к снижению расхода топливо-смазочных материалов.
АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Путевой моторный гайковёрт – самоходная путевая машина непрерывного действия для отвёртывания и затяжки болтов рельсовых скреплений. Применяется на железнодорожном транспорте при строительстве ремонте и текущем содержании железнодорожного пути.
Гайковёрт как правило включается в цепочку машин (перед выправочно-подбивочно-рихтовочной машиной) а также используется самостоятельно на участках бесстыкового пути при сезонном обслуживании – для разрядки напряжений в рельсах. На гайковёрте установлено 8 пар гайковёртных блоков из которых каждые две пары отлажены на определённую операцию:
одновременное отвинчивание гаек клеммных болтов;
завинчивание этих болтов после смазки;
отвинчивание закладных болтов и их завинчивание.
Так как модернизация гайковерта предусматривает замену ременных передач и искателей скреплений рассмотрим некоторые конструкции данных узлов:
Изобретение [1] (рисунок 1.1) относится к средствам механизации работ при строительстве содержании и ремонте железнодорожного пути а именно к устройствам для отвертывания и завертывания гаек клеммных и закладных болтов с помощью которых рельсы крепятся к шпалам. Конструкция улавливателя рельсовых скреплений представляет собой жестко закрепленный на рабочем органе устройства для обработки рельсовых скреплений железнодорожного пути искатель выполненный так что малый радиус его внутреннего профиля соответствует наружному диаметру клеммной пружины рельсового скрепления а большой радиус является сопрягающим между радиусами клемм пружины. Для обеспечения наилучшего поиска и зацепления улавливателя на клеммной пружине рельсового скрепления искатель установлен под углом 4-13° к горизонтали. При поиске рельсового скрепления искатель предлагаемой конструкции сориентирован на клеммную пружину скрепления а не на гайку как во всех существующих конструкциях. Техническим результатом является обеспечение надежного зацепления улавливателем рельсовым скреплений – рельсового скрепления типа ЖБР 65 и заправки ключа на всю по высоте головку гайки.
Рисунок 1.1 – Улавливатель рельсовых скреплений:
– искатель; 2 – клеммная пружина; 3 – клемма; 4 – упор; 5 – крестовина; 6 – гайковерт; 7 – раскос; 8 – пластина; 9 – рельс; 10 - гайка
Улавливатель работает следующим образом.
При перемещении машины искатель 1 передней (по ходу) шпиндельной головки каждого блока гайковертов движется поступательно вдоль рельса 9 до момента соприкосновения с клеммной пружиной 2. В момент фиксации искателя 1 радиусами R1 и R2 на клеммной пружине 2 за счет перемещения машины вдоль пути происходит поворот блока гайковертов относительно вертикальной оси на 120°. При фиксации искателя 1 по радиусам клеммной пружины 2 опускается поворотный кронштейн с блоком гайковертов и вращающийся торцовый ключ гайковерта 6 заправляется на гайку 10 которая начинает вращаться вместе с ключом при этом происходит отворачивание ее или заворачивание.
Фиксация искателя на клеммной пружине позволяет торцовому ключу при работе заправляться полностью на всю по высоте головку гайки и обеспечивает надежную и качественную работу гайковертов на новых типах рельсовых скреплений.
2 Патент №2394654 RU Е01В 2712
Изобретение [2] относится к области машиностроения и может быть использовано в передачах с гибкими звеньями. Поликлиноременная передача (рисунок 1.2) включает ведущий шкив 1 один ведомый шкив и натяжное устройство. Натяжное устройство состоит из первого рычага 2 с закрепленным на нем роликом 3 ведущей ветви ремня 4 и второго рычага 5 с закрепленным на нем роликом 6 ведомой ветви ремня 7. Рычаги соединены друг с другом механической связью 10 с возможностью передачи усилий от натяжения ведущей ветви ремня 4 к ведомой 7. Ведомый шкив передачи может быть использован в качестве ролика.
Данное изобретение позволит упростить конструкцию повысить эффективность и надежность работы ременной передачи.
Предлагаемая конструктивная схема натяжного устройства с роликами 3 и 6 охватываемыми ветвями ремня 4 и 7 и закрепленными на качающихся рычагах 2 и 5 соединенных посредством механической связи 10 позволяет поддерживать натяжение ремня в зависимости от нагрузки за счет окружной силы приложенной к ведущему шкиву 1. Условие распределения сил натяжения между ведомой 7 и ведущей 4 ветвями будет определяться длиной плеч рычагов 2 и 5 и углами обхвата роликов 3 и 6 ветвями ремня 4 и 7.
Рисунок 1.2 – Ременная передача:
– ведущий шкив; 2 5 – качающийся рычаг; 3 6 – ролик; 4 7 – ветви ремня; 8 – ось натяжителя; 9 – натяжитель; 10 – регулятор; 11 – винт; 12 13 – опора; 14 - шатун
Изобретение [3] (рисунок 1.3) относится к приводным ремням имеющим специально разработанную поверхность и в частности к приводным ремням имеющим специально разработанную поверхность содержащую область имеющую нетканый материал и наполненный волокном слой сжатия.
В технике известно изготовление приводных ремней из эластомерных материалов имеющих встроенный прочностной слой. Ремни могут иметь многоребристый зубчатый или клиновидный профиль. Ремни проходят по шкивам имеющим сопряженный профиль.
Данное изобретение относится в целом к поликлиновому приводному ремню более точно – к поликлиновому ремню имеющему выступающее волокно на контактирующей со шкивом поверхности и в особенности к ремню имеющему выступающие деформируемые волокна которые выпрямлены или немного изогнуты и которые деформируются с образованием овальной формы поперечного сечения.
Рисунок 1.3 – Поликлиновой ремень
Приводной ремень в виде поликлинового ремня 10 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения показан в целом. Поликлиновой ремень 10 включает в себя по меньшей мере один простирающийся в продольном направлении работающий на растяжение элемент или несущий нагрузку корд 14 расположенный под находящимся над кордом слоем 12 с тыльной стороны ремня и над эластомерной основной частью 18 ремня также известной как находящийся под кордом слой. Работающий на растяжение элемент может по меньшей мере частично находиться в контакте с клейким резиновым элементом 16 или может быть заделан в клейкий резиновый элемент 16 который часто визуально не отличим от окружающей эластомерной основной части ремня за исключением например таких случаев когда один а не другой из элементов представляющих собой клейкий резиновый элемент 16 и находящийся под кордом элемент 18 наполнен волокнами. Основная часть 18 ремня включает в себя выступ 19 и поверхность 20 контакта с блоком или шкивом. Слово «шкив» используемое в данном контексте охватывает обычные шкивы и звездочки используемые вместе с приводным ремнем а также ролики и аналогичные механизмы. Определенная часть ремня по фиг.2 предназначенная для контакта со шкивом выполнена в виде множества выступов 19 которые имеют боковые стороны 20а и 20b обращенные в противоположные стороны. Предназначенная для контакта со шкивом часть 20 составляет одно целое с выступом 19 и основной частью 18 ремня и может быть образована из такого наполненного волокнами материала(ов) какой описан ниже. Клейкий резиновый элемент 16 вокруг корда 14 элемент 12 расположенный над кордом элемент 18 расположенный под кордом иили выступ 19 фактически могут быть выполнены из одного и того же материала или они могут быть выполнены из разных материалов. По меньшей мере часть выступа 19 и контактная часть 20 содержат множество заделанных коротких или прерывистых волокон 22 по меньшей мере часть которых имеет выступающие части 24 которые выступают от контактной части 20.
Достигается увеличение долговечности ремня и снижение шума при работе.
НАЗНАЧЕНИЕ КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ МАШИНЫ
1 Описание принципа действия машины
Путевой моторный гайковерт (ПМГ) (рисунок 2.1) (после модернизации ПМГ-1М) предназначен для отвинчивания смазки и завинчивания гаек клеммных и закладных болтов рельсовых креплений [7 стр. 327]. Экипажная часть включает раму 2 с автосцепками 1 которая опирается на два колесно-моторных блока 5. Блок включает колесную пару осевой редуктор промежуточный редуктор и электродвигатель валы которых соединены через карданные передачи. На одном колесно-моторном блоке устанавливается датчик скоростемера. В передней части рамы (по направлению движения при работе) располагается дизель-электрический агрегат 4 мощностью 200 кВт с топливным баком 3 а в задней части – кабина управления 11 позволяющая перевозить до 5 человек.
Рисунок 2.1 – Путевой моторный гайковерт:
– автосцепки; 2 – рама; 3 – топливный бак; 4 – дизель-электрический агрегат мощно-стью 200 кВт; 5 – колесные пары с колесно-моторными блоками; 6 – тросовые пассивные рельсовые щетки; 7 – поролоновые ролики для смазки скреплений; 8 – блоки гайковертов; 9 – насосные станции; 10 – шкаф с электрооборудованием; 11 – кабина управления; 12 – тормозная система
Рабочее оборудование включает четыре блока 8 каждый из которых в свою очередь имеет четыре гайковерта. При работе блоки опускаются ходовыми роликами на головки рельсов что позволяет выдерживать нижние части гайковертов на строго определенном уровне не зависящем от прогиба рессор колесно-моторных блоков. Кроме того на машине установлены пассивные тросовые щетки 6 для очистки скреплений и два поролоновых ролика 7 связанных с масленкой для смазки скреплений. Конструкция гайковерта предусматривает также дополнительный лубрикатор для подачи смазки на болт с гайкой непосредственно при отворачивании или заворачивании.
Основной рабочий орган – трехшпиндельный гайковерт с трехлучевым редуктором. Схема одного из трех лучей показана на рисунке 2.2. По концам каждого луча расположен ведомый вал-шпиндель имеющий внизу патрон 5 для надевания на гайку скрепления 7. Соосно с каждым шпинделем закреплен искатель 6 выполненный в виде вилки упирающийся в скрепление при движении машины. Шпиндель гайковерта может свободно поворачиваться относительно ведущей шестерни на 270°. Возвращается шпиндель возвратной торсионной пружиной 9 установленной внутри его корпуса. Патрон 5 соединенный со шпинделем 4 штифтом 8 вращается зубчатым колесом 3 через паразитное колесо 2 от ведущей шестерни 1. Шпиндель установлен непосредственно на колесе 3.
Рисунок 2.2 – Зубчатая передача и шпиндель ветви трехлучевого редуктора гайковерта:
2 и 3 – солнечное паразитное и ведомое зубчатые колеса; 4 – шпиндель; 5 – патрон; 6 – искатель; 7 – гайка скрепления; 8 – штифт; 9 – торсионная пружина
Рассмотрим схему работы моторного гайковерта (рисунок 2.3) в автоматическом режиме. Процесс обработки одного скрепления можно разделить на пять позиций. Позиция I соответствует поиску гайки 9 клеммного болта. Водило 2 гайковерта в верхнем положении конечный выключатель КВ выключен. При движении машины (позиция II) искатель 8 нашел гайку и обкатывается вокруг нее вместе с гайковертом упор 3 нажимает на рычаг КВ который включает цилиндр опускающий водило с гайковертом 1 в нижнее положение. Шпиндель 10 заправляется на гайку и начинает с ней работать (откручивать или закручивать). В позиции III шпиндель находится на гайке упор нажимает на рычаг КВ подается 6-8 г смазки на болт рельсового скрепления. В позиции IV упор 3 сходит с рычага КВ который отключается. Гидроцилиндр поднимает водило с гайковертом в верхнее положение. В позиции V водило с гайковертом находятся в верхнем положении. Искатель готов к поиску следующего крепления.
Рисунок 2.3 – Работа моторного гайковерта:
последовательность рабочих позиций (а) и положения искателя (б):
– трехшпиндельный гайковерт; 2 – водило; 3 – упор с конечным выключателем КВ; 4 – стойка водила; 5 – направляющая горизонтальная линейка; 6 – стягивающий комплект пружин; 7 – карданный вал привода шпинделя; 8 – искатель; 9 – гайка скрепления; 10 – шпиндель гайковерта
До следующей гайки остается запас хода не менее 120 мм при эпюре шпал 2000 шпалкм. В процессе обкатки гайковерта вокруг обрабатываемой гайки один из лучей гайковерта прижат пружинами 6 к направляющей линейке 5. Шпиндель вращающийся от карданного вала находится на обрабатываемой гайке 03-12 с что соответствует подъему или опусканию гайки на 3-12 ниток.
Необходимая ориентация гайковертов относительно гаек скреплений обеспечивается за счет контакта и скольжения трехлучевого искателя по боковой поверхности головки рельса с незначительным прижимом комплектами пружин 6.
Вращение шпинделей гайковертов одного блока производится двумя электродвигателями 1 (рисунок 2.4) через клиноременные передачи 5 и 8. Первый ряд гайковертов производит отворачивание и смазку гаек а второй ряд – заворачивание и затяжку поэтому валы электродвигателей вращаются в разные стороны.
В маховики 11 второго ряда гайковертов встроена переключаемая гидромуфта предельного момента. При опускании гайковерта гидромуфта позволяет передавать вращающий момент через карданный вал 12 на трехлучевой редуктор и далее на шпиндели и патроны. После подачи масла под давлением в гидроцилиндр подъема гайковерта одновременно подается давление в гидроцилиндр 10 который через рычажную передачу переключает гидромуфту в режим разгрузки. В результате падает крутящий момент патрона гайковерт свободно поднимается предотвращая возможный сдвиг и повреждение обработанного скрепления. Система позволяет регулировать момент затяжки гайки.
Рисунок 2.4 – Привод вращения шпинделей гайковертов одного блока:
– электродвигатели; 2 и 10 – гидроцилиндры переключения режимов маховика с гидромуфтой; 3 и 8 – ремни клиноременных передач; 4 – шкивы; 5 – маховики; 6 – рама бока; 7 – натяжные шкивы; 9 и 12 – карданные валы; 11 – маховики со встроенными переключаемыми гидромуфтами
Моторный гайковерт имеет четыре блока два из которых настроены на обработку гаек клеммных болтов а два – на обработку гаек закладных болтов. Гайковерты монтируются на общей раме которая при работе опирается через ролик на рельс. Положение рамы регулируется по высоте относительно опорного ролика в пределах 0-60 мм в зависимости от типа болтов (клеммные или закладные) типа рельсов и скреплений. Регулировка производится дополнительным гидроцилиндром управляемым через ручные вентили.
2 Описание предлагаемой модернизации
Также данная модернизация позволит избежать использования ременных передач которые имеют небольшой КПД и невысокую долговечность по сравнению с механическими передачами.
Рисунок 2.4 – Гайковет с индивидуальным приводом
Предлагается использовать следующую схему привода гайковертов (рисунок 2.5): от электродвигателя через планетарный редуктор вращение передается на гидравлическую муфту предельного момента снабженную стандартным маховиком с выключателем. Конструкция трехшпиндельного гайковерта остается без изменений.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МАХОВИКА
Расчет ведется в соответствии с методическими указаниями [7 стр. 344]. В соответствии с характером работы гайковерта процесс отвинчивания и завинчивания гаек является периодическим. Период соответствует циклу обработки одной гайки. В качестве примера рассмотрим процесс отворачивания гайки. Время цикла соответствует повороту трехлучевого редуктора на угол р = 23 (120°) с паузой на скольжение вдоль рельса и составляет
где – расстояние между осями шпал расположенных по эпюре м; при эпюре 1840 шпал на 1 км пути = 054 м;
Vм – рабочая скорость движения машины мс; Vм = 022 мс.
Часть времени цикла расходуется на разгон двух маховиков после снижения скорости в операции отворачивания гайки соответственно на накопление кинетической энергии а часть времени накопленная энергия расходуется на скручивание торсионной пружины в шпинделе до достижения момента начала вращения гайки (расчетный момент Mmax = 400 Нм) после чего момент постепенно падает до минимального значения практически равного нулю. Торсионная пружина выполняет функцию амортизатора позволяя избегать сильных рывков в системе которые приводят к проскальзыванию ремней и их быстрому износу. Условно считаем что угол поворота шпинделя до момента начала вращения гайки 1 = 23 (270° – по конструктивной характеристике рабочего органа). На этом угле вращающий момент линейно нарастает до максимального значения Mmax. Далее на угле вращения шпинделя 2 = 2nв соответствующем вращению гайки на число витков nв = 10-12 с постепенным ослаблением пружинной шайбы под гайкой момент падает до минимального значения Mmin 0 (гайку практически далее можно отворачивать рукой). Работа совершенная на отворачивание гайки
Привод от асинхронного электродвигателя переменного тока имеет жесткую механическую характеристику. Значительное снижение скорости вращения вала может привести к остановке двигателя вследствие срабатывания тепловых реле в системе защиты от перегрузок. Неравномерность вращения ведущего звена характеризуется коэффициентом
где – максимальная и минимальная допустимая угловая скорость вращения вала электродвигателя радс;
– средняя угловая скорость вращения вала электродвигателя радс; ().
После сброса нагрузки: – максимальную угловую скорость вращения ротора можно принять равной синхронной частоте вращения магнитного поля. При значительном повышении нагрузки на двигатель свыше номинальной может возникнуть неустойчивый режим критического скольжения. Если повысить нагрузку еще то далее вращающий момент электродвигателя падает он останавливается. Примем допуская скольжение 01. В номинальном режиме скольжение обычно составляет 002-003.
С учетом передаточного числа iкп поликлиноременной передачи приведенный к валу электродвигателя момент инерции системы
где Jэд Jм – момент инерции ротора электродвигателя и одного маховика кгм4.
Потеря кинетической энергии двух маховиков на преодоление сопротивления отворачиванию двух гаек
После преобразований минимально необходимый момент инерции одного маховика
При расчетах можно пренебречь величиной Jэд и моментами инерции других механизмов устройства. Тогда расчетный момент инерции маховика немного увеличивается что способствует плавному движению механизма в целом.
Отвинчивание и завинчивание гаек – процесс циклический пикообразный. При отвинчивании в начале процесса крутящий момент Mкр = Mкрmax а в конце он падает практически до 0. При таком нагружении целесообразно иметь маховик который при малом нагружении раскручивается и накапливает энергию а при пиковой максимальной нагрузке отдает ее. Такие маховики установлены в приводе каждого ряда гайковертов. Максимальный момент завинчивания гаек клеммных болтов равен 250-400 Нм. Из-за коррозии металла момент увеличивается. Экспериментально установлено что он равен приблизительно 500 Нм. Найдем параметры маховика обеспечивающего начальный сдвиг гайки на угол 90° при максимальном моменте и дальнейшее отвинчивание с меньшим моментом.
Кинетическая энергия маховика E1 в начальный момент отвинчивания при угловой скорости вращения 1
где I – момент инерции маховика кгм2;
– угловая скорость вращения в конце отвинчивания с-1;
– коэффициент запаса учитывающий потери энергии.
Тогда изменение кинетической энергии E = E1 – E2 =
Предполагая что маховик расходует всю энергию т.е. 2 = 0 то получим E = .
Откуда так как = 2n1
где n1 – частота вращения маховика с-1.
Выбираем n1 по скорости вращения гайки n2 т.е. n1 = nг nв – число витков резьбы на которое отвинчивается гайка nв = 8-12 витков; tг – время отвинчивания одной гайки с.
где Lшп – расстояние между шпалами м Lшп = 1000Эшп – эпюра шпал (число шпал на 1 км) Эшп = 1840-2000 шпалкм;
k – коэффициент сдвига шпал и использования гайковерта k = 035;
Vм – поступательная скорость движения машины (Vм 022 мс).
Тогда по равенству (3.8) можно определить момент инерции I а затем размеры маховика. Для однородного диска
где m – масса кг; r – радиус маховика м. Примем массу маховика 150 кг (14715 Н). Тогда радиус маховика
Если гайки отвинчиваются за счет кинетической энергии маховиков то мощность N1 необходимая для каждой пары гайковертов равна мощности разгона маховика кВт
где Mдин – динамический момент Нм необходимый для разгона маховика до скорости 1 с-1 с угловым ускорением Mдин = I(1 - 2)t = I при 2 = 0 Mдин = I1t где t – время разгона с зависящее от времени цикла tц: t = tц – tг = Lшп(I - k)Vм = 1000(I – k)(ЭщпVм); 1 = 2n1
Принимаем электродвигатель 4АМС112М4У2 (N=55 кВт n=712 обмин).
Суммарная мощность необходимая для одновременно работающих гайковертов кВт
где Nj – мощность для работы j-го гайковерта кВт;
k – число работающих пар гайковертовk = 4;
– к.п.д. передачи от двигателя до маховика;
РАСЧЕТ ПЛАНЕТАРНОГО РЕДУКТОРА
Выбираем двигатель 4АМС112М4У2: P = 55 кВт; n = 712 об.мин в исполнении IM2081 с лапами для крепления на суппорте и фланцами для крепления редуктора. Мотор-редуктор будет иметь высоту оси выходного вала над опорной плоскостью лап диаметр фланца электродвигателя
Выберем кинематическую схему планетарного редуктора простую с одной степенью свободы (рис.5.3 [1]). Модуль и сумму чисел зубьев солнечного колеса и сателлита находим исходя из заданного типоразмером редуктора межосевого расстояния равного радиусу расположения осей сателлитов Так как принимаем
Тогда Для большей нагрузочной способности примем число сателлитов
Найдём количество зубьев солнечного колеса
Число зубьев корончатого колеса найдём из условия соосности
Проверим условие соседства при трёх сателлитах
Определим вращающие моменты и силы в зацеплениях и опорах осей и валов.
Рисунок 4.1 – Схема для расчета сил в зацеплениях
Выбор материала колес определение допускаемых напряжений. Чтобы размеры редуктора не превышали размеров мотора выберем для зубчатых колес сталь 20Х улучшенную твердостью НВ 350 в сердцевине и 60 НRС на поверхности.
Определение ширины колес из условия обеспечения контактной и изгибной прочности зубьев. Ширина колес из условия обеспечения контактной прочности
Ширина колес из условия обеспечения изгибной прочности. Расчет ведем по зубьям сателлита так как при изгибе они испытывают реверсивную нагрузку что учтено при выборе
Окончательная ширина зубчатых колес определится после подбора подшипников сателлитов но она должна быть больше или равной 34 мм.
Подбор подшипников и расчет осей сателлитов. Максимальный диаметр наружного кольца подшипника
Для уменьшения потерь и возможности самоустановки выбираем для сателлитов однорядные шариковые радиальные подшипники. Полученному значению D соответствуют подшипники:
9 (d = 45 мм; D = 95 мм; В = 12 мм; С = 29600 Н);
0 (d = 50 мм; D = 90 мм; В = 20 мм; С = 35100 Н);
8 (d = 40 мм; D = 90 мм; В = 23 мм; С = 41000 Н);
6 (d = 30 мм; D = 90 мм; В = 23 мм; С = 47000 Н).
Для получения наибольшей долговечности выбираем (предварительно) подшипник 406. Окончательный выбор подшипника можно будет сделать после проверки оси сателлита на прочность.
Рисунок 4.2 – Cхема для расчета осей сателлитов
Для уменьшения прогибов оси выбираем конструкцию водила с двумя щеками чтобы оси сателлитов имели по две опоры. Напряжение изгиба в опасном сечении оси
где В – ширина подшипника;
– толщина щеки водила (принимаем );
– расстояние от канавки для стопорного кольца до торца сателлита;
– ширина стопорного кольца;
S – зазор между щекой водила и торцом сателлита;
Выбираем для осей сателлитов сталь 20Х с . Допускаемое напряжение изгиба выбираем невысоким для обеспечения достаточной жесткости оси
Долговечность подшипников сателлитов
Здесь по табл. П14 [1] С = 47000 Н; эквивалентная нагрузка действующая на подшипник
Расчетная долговечность значительно превышает заданную. Выбираем окончательно подшипник 406. Ширина сателлита при этом
Проверочный расчет зацепления на прочность при окончательно принятых размерах. Определение КПД. Контактные напряжения на рабочих поверхностях зубьев
Напряжение изгиба у корня зуба
Коэффициент полезного действия мотор-редуктора
КПД зубчатой пары в относительном движении и принимаем равным 098.
БАЛАНС МОЩНОСТИ МАШИНЫ
Расчет ведется в соответствии с методическими указаниями [7 стр. 362]. Суммарная мощность необходимая для одновременно работающих гайковертов кВт
Мощность затрачиваема на передвижение машины в рабочем режиме кВт
где vм – скорость машины мс; vм = 022 мс;
– коэффициент запаса =115;
W – общее сопротивление движению Н.
Для работы вспомогательных агрегатов (компрессора и гидронасосов) необходима мощность N3 = 225 кВт (согласно техническим характеристикам гайковерта).
Суммарная мощность двигателя машины
Общее сопротивление движению
где W1 W2 W3 – сопротивление перемещению машины в кривом участке и на уклоне пути Н;
W4 – сопротивление трения гайковёртов по направляющей планке Н.
Основное сопротивление движению машины
где 1м – основное удельное сопротивление движению машины кН;
G– вес машиныG= 33845 кН.
Основное удельное сопротивление машины
Дополнительное сопротивление движению машины возникающее при движении на подъем
где 2– удельное сопротивление состава движению на подъем численно равное расчетному уклону .
Дополнительное сопротивление движению машины возникающее при движении в кривой
где 3– удельное сопротивление машины движению в кривой .
Сопротивление трению гайковертов
где k – число работающих пар гайковертовk = 4;
Ргв – усилие прижатия гайковёрта к направляющей планке Н; Ргв = 700–900 Н;
f – коэффициент трения гайковёрта о направляющую планку; f = 005.
Тогда общее сопротивление движению
Суммарная необходимая мощность двигателя машины
Мощность силовой установки ПМГ составляет 200 кВт. Следовательно мощности силовой установки достаточно для работы машины.
РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ МАШИНЫ
1 Расчет устойчивости машины против опрокидывания
Расчет ведется в соответствии с методическими указаниями [7 стр. 86].
Произведем оценку устойчивости машины ПМГ против поперечного опрокидывания при движении с максимальной конструкционной скоростьюVм= 278 мс (100 кмч) в кривой радиусомR= 600 м с возвышением наружного рельсаhв= 012 м (120 мм). В расчете учитываются активные и реактивные силы показанные на рисунке 6.1. Эффектом «заваливания» корпуса машины относительно осей при недостатке или избытке возвышения допускается пренебрегать и считать в расчетной модели оси и корпус монолитным жестким диском: боковое смещение центра тяжести корпуса = 0.
Оценку запаса устойчивости против поперечного опрокидывания производим по критерию
Рисунок 6.1 - Схема к расчету запаса поперечной устойчивости машины ПМГ при движении в транспортном режиме:
G– вес машины;Q- центробежная сила инерции действующая на машину при движении в кривой;Pв– суммарная сила бокового ветрового давления;RAиRB– реакции рельсов на силовое воздействие;hв– возвышение наружного рельса в кривой; α – угол наклона плоскости УВГР к горизонту;S– расстояние между осями рельсов (точками вероятного опрокидывания A и B);HGиHв– высоты от УВГР до центра тяжестиСти центра парусностиСпмашины
С учетом допустимых упрощений реакции рельсов кН определим из решения уравнений равновесия относительно точек опрокидывания
где G– вес машины G = 34500 кг = 33845 кН;
Q- центробежная сила инерции действующая на машину при движении в кривой;
Pв– суммарная сила бокового ветрового давления;
RAиRB– реакции рельсов на силовое воздействие;
hв– возвышение наружного рельса в кривой hв = 012 м;
α – угол наклона плоскости УВГР к горизонту;
S– расстояние между осями рельсов (точками вероятного опрокидывания A и B) S = 161 м;
HGиHв – высоты от УВГР до центра тяжести Ст и центра парусности Сп машины.
Угол наклона УВГР к горизонту
Центробежная сила инерции кН
где К – радиус кривой К= 600 м.
Высота HG центра тяжести совпадает с высотой центра масс. HG = 164 м.
Для вычисления высоты Hв составим схему подветренных площадей машины (рисунок 6.2). Результаты заносим в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Результаты вычислений положений центров парусности
Подветренная площадь м2
Высота до центра парусности м
Суммарная площадь 4424
Рисунок 6.2 – Схема к определению подветренной площади машины:
Hві – высота расположения центра парусности і-того элемента; Fві – площадь парусности і-того элемента;
Высоту центра парусности машины Hв определим из уравнения статических моментов подветренных площадей относительно УВГР
где – боковая подветренная площадь
- высота расположения центра парусности i-того элемента м.
Расчетная сила бокового ветрового давления кН
где – расчетное ветровое давление;
По формулам 6.2 и 6.3 определяем реакции рельсов
Отсюда искомый коэффициент запаса устойчивости
Запас поперечной устойчивости машины ПМГ при движении со скоростьюVм= 278 мс (100 кмч) в кривой радиусом R = 600 м с возвышением наружного рельсаhв= 012 м (120 мм) гарантируется.
2 Расчет устойчивости машины против схода с рельсов при движении в транспортном режиме
Произведем оценку устойчивости машины ПМГ против схода с рельсов при движении с максимальной конструкционной скоростьюVм= 278 мс (100 кмч) в кривой радиусомR= 600 м с возвышением наружного рельсаhв= 012 м (120 мм). Условия движения аналогичны приведенному примеру расчета устойчивости машины против поперечного опрокидывания что дает возможность воспользоваться некоторыми полученными в расчете результатами.
Критичной с точки зрения потери устойчивости является одна из колесных пар машины для которой соотношение вертикальных и горизонтальных нагрузок в контакте гребня и поверхности катания рельса минимально (рисунок 6.3).
Рисунок 6.3 - Схема к расчету запаса устойчивости колесной пары против схода с рельсов:
P1д– вертикальная нагрузка на колесо с учетом динамики движения; Pд– статическая вертикальная нагрузка на колесо;Yр1д- передаваемая через буксы на колесную пару горизонтальная нагрузка от корпуса машины и рамы ходовой тележки (рамная сила)
Произведем оценку запаса устойчивости колесной пары против схода с рельсов по зависимости
где f– расчетный коэффициент сцепления боковой поверхности гребня колеса и головки рельсаf= 025;
– угол наклона боковой поверхности гребня к УВГР; для ПМГ = 60°.
При определении вертикальных нагрузок сделаем допущение что статические вертикальные нагрузки передаваемые через колеса на рельсы по модулю равны реакциям рельсовRAиRB деленных на количество колесных пар. ПМГ имеет двухосный экипаж. Тогда
Для упрощения расчета спроектируем силы действующие на машину на направление УВГР. Центробежную силуQи суммарную ветровую нагрузкуPв проектируем без учета угла α так как они на порядок меньше силы веса машиныG. Считаем что эта нагрузка распределяется равномерно между колесными парами и обусловливает рамную силуYр1д.
Учитывая динамику движения обусловленную погрешностями рихтовки пути и боковыми ударами при вхождении экипажа с прямой на кривую примемYр1д= 10 кН.
Расчетная вертикальная нагрузка на колесо (на рисунке 6.3 слева) кН
гдеPср– средняя нагрузка на колесо тележки Pср= G4 = 338454 = 8461 кН;
q– неподрессоренный вес приведенный к одному колесу; для оси с диаметром колес 1050 мм и осевым редуктором пример;
kдин– коэффициент вертикальной динамики; для скорости 100 кмчkдин= 040.
Подставим полученные значения в формулу 6.6
Таким образом запас устойчивости против схода с рельсов машины ПМГ при движении со скоростьюVм= 278 мс (100 кмч) в кривой радиусомR= 600 м с возвышением наружного рельсаhв= 012 м (120 мм) гарантируется.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ РАБОТЕ МАШИНЫ
1 Техника безопасности при проведении работ
1.1. Ответственным лицом при выполнении работ с применением путевых машин должен быть руководитель работ назначаемый начальником хозяйственного подразделения: при ремонтах выполняемых ПМС — начальником ПМС; при работах выполняемых дистанцией пути– начальником дистанции пути.
К эксплуатации должны допускаться машины и механизмы освидетельствованные и испытанные в установленном порядке.
1.2. Ответственность за соблюдение техники безопасности и пожарной безопасности персоналом обслуживающим машину должен нести руководитель данной машины (начальник главный механик инженер-технолог или машинист).
1.3. Путевая машина должна быть снабжена огнетушителями расположенными в легкодоступном месте в полной готовности к применению.
1.4. Обслуживающий персонал должен быть обучен правилам пожарной безопасности и порядку применения первичных средств пожаротушения.
1.5. Не допускаются хранение и перевозка в кабинах машины легковоспламеняющихся веществ.
1.6. Все лица допущенные к обслуживанию путевой машины должны иметь при себе документы на право управления машиной и о сдаче испытаний по технике безопасности в объеме действующих на железнодорожном транспорте правил и инструкций по обеспечению безопасности движения при выполнении путевых работ а также в объеме инструкций по эксплуатации оборудования установленного на машине.
1.7. Обслуживание машин с электрооборудованием необходимо осуществлять в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.
Заземление и зануление электрооборудования установленного на путевых машинах должны удовлетворять требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
На путевых машинах с электрооборудованием должны быть специальные защитные средства: резиновые диэлектрические ковры в соответствии с ГОСТ 4997 — 75 резиновые диэлектрические галоши в соответствии с ГОСТ 13385 — 78 резиновые диэлектрические перчатки в соответствии с техническими условиями.
1.8. Запрещается курить в кабинах машины и в непосредственной близости от нее пользоваться открытым огнем при ее обслуживании и рядом с ней.
1.9. Запрещается приступать к работе при неисправных тормозах ходовых частях звуковой и световой сигнализации.
1.10. Работы по устранению возникших неисправностей и по смазке узлов на путевых машинах должны производиться только после их полной остановки и остановки силового привода.
1.11. Обслуживающий персонал машины должен быть обеспечен спецодеждой. Во время работы одежда должна быть застегнута стянута поясами волосы должны быть убраны под головной убор.
1.12. Перед запуском двигателя и опробованием тормозов необходимо убедиться в отсутствии людей под машиной и на пути к ней.
1.13. Перед пуском рабочих органов и троганием машины с места машинист (помощник машиниста) должен подавать звуковой сигнал.
1.14. Запрещается управлять машинами которые имеют выносной пульт находясь на междупутье.
1.15. Запрещается сходить и садиться на машину во время движения находиться на подножках и рабочих органах.
1.16. Спускаться с машины следует только повернувшись к ней лицом и держась обеими руками за поручни.
1.17. Необходимо следить чтобы в кабинах на ступеньках и поручнях не было масла и грязи.
1.18. При следовании путевых машин своим ходом или в составе поезда рабочие органы должны быть приведены в транспортное положение.
1.19. Не разрешается передавать управление машиной другому лицу не имеющему на это право.
1.20. При работе на двух- и многопутных участках руководитель работ обязан обеспечить своевременное оповещение монтеров пути и бригаду машины о приближении поезда по соседнему пути.
1.21. Запрещается находиться на междупутье при пропуске поездов по соседнему пути.
1.22. Перевозка рабочих на путевых машинах запрещается.
1.23. При выполнении работ с применением щебнеочистительных и балластоочистительных машин а также электробалластера на бесстыковом пути ответственным лицом за обеспечение безопасности работающих должен быть назначен работник по должности не ниже старшего дорожного мастера начальника участка производителя работ.
При выполнении работ с применением электробалластера на звеньевом пути путевого струга землеуборочных машин путеукладочных кранов и рельсоукладчиков хоппер-дозаторов выправочно-подбивочно-рихтовочных машин выправочно-подбивочно-отделочной машины (ВП0-3000) балластоуплотнительной машины (БУМ) путевого моторного гайковерта (ПМГ) плужного снегоочистителя и снегоочистителя таранного типа электроснегоочистителя роторного типа ответственным лицом за обеспечение безопасности работающих должен быть назначен работник по должности не ниже дорожного мастера.
2 Охрана окружающей среды при работе машины
Путевые машины с ДВС загрязняют воздух оксидом углерода оксидами азота и серы углеводородами альдегидами сажей а также свинцом и его соединениями. Топливо и отработавшие газы двигателей путевых машин по-разному влияют на организм человека но наиболее токсичными являются свинец и его соединения.
Оксид азота в соединении с водяными парами образует азотную кислоту которая раздражает легочную ткань что приводит к хроническим заболеваниям. Диоксид азота раздражает слизистую оболочку глаз легких и вызывает необратимые изменения в сердечнососудистой системе. Соединения свинца вызывают в организме нарушения в обмене веществ и кроветворных органах.
Загрязнение окружающей среды токсичными компонентами отработавших газов приводит к большим экономическим потерям. Это связано прежде всего с тем что токсичные вещества вызывают нарушения в росте растений приводят к снижению урожаев и потерям в животноводстве.
Непосредственную опасность для растений представляют диоксид серы оксид азота продукты фотохимических реакций и этилен.
Грунтовые и поверхностные воды в большей степени подвержены опасности загрязнения топливом маслами и смазочными материалами. Пленка из углеводородов на поверхности воды затрудняет процессы окисления отрицательно влияет на живые организмы и изменяет качество воды.
Отработавшие газы способствуют ускорению процессов разрушения изделий из пластмассы и резины оцинкованных поверхностей и черных металлов а также покраски облицовки и конструкции зданий.
Основные направления при разработке путевых машин в целом и щебнеочистительных машин в частности направлены на увеличение их производительности и снижение расхода топливо-смазочных материалов на единицу выполненной работы.
При эксплуатации разработанной путевой машины уменьшить загрязнение почвы помогает регенерация отработанных ранее смазочных материалов и вторичное использование в ремонтном производстве восстановленных узлов и агрегатов.
Практическая деятельность направленная на экономное расходование топлива и смазочных материалов осуществляется путем проведения комплекса организационных и технических мероприятий основными направлениями которых являются:
Рациональная организация обслуживания и правильная организация применения норм расхода топлива и смазочных материалов.
Поддержание дорожно-строительной техники в технически исправном состоянии.
Рациональная организация заправочно-смазочных работ и маслохозяйства.
Сбор отработанных масел и топлива.
Премирование работников ответственных за эксплуатацию дорожно-строительной техники за экономию топлива.
Повторное же использование компонентов и рециклинг многих материалов экономически эффективны поскольку решают не только глобальные вопрос экономии сырья не возобновляемых ресурсов и энергии но и многие другие проблемы.
На концентрацию в воздухе токсичных веществ влияют сорт топлива тип двигателя скорость и равномерность движения состав парка машин и интенсивность движения возможности распределения этих продуктов в атмосфере.
Еще одним фактором воздействия транспорта на окружающую среду и человека является шум.
Поэтому для снижения экологической нагрузки на окружающую среду от путевых машин очень важно поддержание в течение всего срока службы экологических параметров заложенных заводом-изготовителем.
В данном курсовом проекте была рассмотрена машина ПМГ – путевой моторный гайковерт предназначенный для отвинчивания смазки и завинчивания гаек клеммных и закладных болтов при различных видах ремонта пути; раскрепления и закрепления клеммных болтов при разрядке температурных напряжений; раскрепления и закрепления клеммных болтов при укладке и смене рельсовых плетей.
Целью данного курсового проекта является модернизация путевого моторного гайковерта (ПМГ) путем замены клиноременных передач привода гайковертов на поликлиноременные что обеспечить более высокую нагрузочную способность и как следствие позволит существенно уменьшить габариты и массу шкивов передач. Также меньшая масса ремней позволит снизить уровень его колебаний. Также в курсовом проекте предложена модернизация улавливателя рельсовых скреплений для обеспечения надежного зацепления улавливателем рельсовым скреплений типа ЖБР ЖБ К2 Д2 КБ6 и заправки ключа на всю по высоте головку гайки.
Был произведен расчет параметров маховика гайковерта расчет модернизируемой поликлиноременной передачи баланс мощности машины расчет на устойчивость при работе и транспортировании.
Пат. №2226582 RU Е01 В 6928. Улавливатель рельсовых скреплений Фендриков А.И. (RU) – №2624511; заявл. 26.08.2002; опубл. 10.04.2004 бюл. №16 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-внедренческий центр "Путевые машины" Федерального агентства железнодорожного транспорта России (RU).
Пат. №2445528 US. Приводной ремень ЧЕОНГ Тае Хее (US) ДЖАНКЕР Дуэйн А. (US); опубл. 20.03.2012ДЗЕ ГЕЙТС КОРПОРЕЙШН (US).
Теклин В.Г. Расинк Н.Б. Деревенец А.Н. Путевой моторный гайковерт. Учебное пособие для технических школ - М.:Учебно-методический кабинет по образованию на железнодорожном транспорте МПС РФ. 1996. -314с. ил. 214.
Машины и механизмы для путевого хозяйства: Учебник для техникумов
ж.-д. трансп. С. А. Соломонов В. П. Хабаров Л. Я. Малицкий Н. М. Нуждин; Под ред. С. А. Соломонова. – 3-е изд. перераб. и доп. М.: Транспорт 1984. 440 с.
Расчет открытых передач с гибкой связью: учеб.-методическое пособие В.А. Довгяло Ю.А. Шебзухов; М-во образования Респ. Беларусь Белорусский гос. Ун-т трансп. – Гомель: БелГУТ 2013 – 68с.
Путевые машины: Учебник для вузов ж.-д. транс. М.В.Попович В.М. Бугаенко Б.Г.Волковойнов и др. Под ред. М.В.Поповича В.М.Бугаенко. – М.: Желдориздат 2007. – с.
Совершенствование организации и механизации путевых работ. Под ред. К. И. Исаева. М.: Транспорт 1976.
Механизированная очистка железнодорожного пути : учеб. пособие М. В. Попович [н др.]; под ред. М. В. Поповича. - Л.: ЛИИЖТ 1984. -102 с.
Гребенюк П. Т. Путевые машины. Справочник П. Т. Гребенюк А. Н. Долганова А. Н. Скворцова: под ред. П. Т. Гребенюка. - М.: Транспорт 1987. - 272 с.

Деталировка Ковальчук новая.dwg

Не указанные предельные отклонения
размеров отверстий Н14
Неуказанные радиусы скруглений 2 мм.
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.02.10
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.02.25
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.08.05
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.02.03
Сталь 20Х ГОСТ 4543-71
Сталь 45 ГОСТ 1050-88
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.02.29
Сталь 45Л ГОСТ 977-88
Термообработка НВ 240 300;
Угол наклона зубьев В=0.
Коэффициент смещения исходного контура х=0.
Номинальный исходный контур по ГОСТ 13755-81.
Степень точности по ГОСТ 1643-81 8-8.
Материал - сталь 20Х ГОСТ 4543-71.

СП ВО Ковальчук.dwg

КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.00.00 ВО
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.08.00 СБ
Шкаф с электрооборудованием

Титульник ПМиМ Ковальчук.docx

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Кафедра «Детали машин путевые и строительные машины»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине:
«Путевые машины и механизмы»
студент группы ЗМ-61

ВО ПМГ Ковальчук.dwg

КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.00.00 ВО
Технические характеристики:
мощность силовой установки
тип и модель дизель-генератор Volvo Penta АД-200
скорость максимальная
прицепная нагрузка макс. в маневровом режиме
масса конструктивная
Рабочие характеристики гайковерта
крутящий момент при овинчивании гаек
крутящий момент при завинчивании гаек клеммных болтов
крутящий момент при завинчивании гаек закладных болтов
производительность средняя

СП Гайковерт Ковальчук.dwg

КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.08.00 СБ
КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.008.00 СБ
Трехшпиндельный гайковерт
Электродвигатель ГОСТ Р 51689-2000
Подшипник ГОСТ 8338-75
Шпонка 8х10х15 ГОСТ 23360-78
Болт М5-8gx45 (S16) ГОСТ 15589-70
Кольцо A22.65Г ГОСТ 13940-86
Кольцо A45.65Г ГОСТ 13940-86
Set screw ISO 7434 - М6 x 10 - 14H

Гайковерт новый А1.dwg

КП.ПМиМ.ЗМ-61.2017.01.08.00 СБ
В мотор-редуктор залить масло ИСП - 65 до максимального
уровня маслоуказателя.
Мотор-редуктор обкатать в течение 5 часов
Вал быстроходный поз.4 должен свободно вращаться без
Течь масла не допускается.