Сибирский государственный университет путей сообщения

Дипломный проект

по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»

Тема: Разработка стенда для вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки

Пояснительная записка

ДП.21.00.00.00 ПЗ

2010

Содержание

Введение

1 Анализ конструкций оборудования для вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки

2 Разработка стенда

2.1 Геометрическая компоновка рабочего оборудования на раме

2.2 Расчет усилий вывешивания и сдвига бесстыкового пути

2.3 Конструирование элементов стенда

3 Порядок проведения работ

4 Экономический расчет

5 Охрана труда

Заключение

Список использованных источников

Приложение А Распечатка усилий в опасных сечениях стержней

Приложение Б Напряжения в узлах стержней

Приложение В Перемещение в узлах стержней

ВВЕДЕНИЕ

Для механизации балластировочных, щебнеочистительных и выправочно-подбивочных работ используют специализированные машины непрерывного и циклического действия. Одними из основных операций при выполнении указанных путевых работ, является подъемка и выправка пути, производимые с помощью специальных рабочих органов - подъемно-рихтующих устройств (ПРУ).

ПРУ позволяет производить вывешивание путевой решетки на высоту H_выв в продольном профиле, сдвиг на величину S_сдв в плане и перекос h_воз по уровню (возвышение небазового рельса над базовым в кривых участках пути) [4].

Технологический процесс подъемки и выправки путевой решетки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Технологический процесс подъемки и выправки путевой решетки

На балластировочных машинах (ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-3ТС, МПП-5) подъемно-рихтовочное устройство производит вывешивание путевой решетки, для обеспечения подачи и разравнивания балласта под шпалами с помощью других рабочих органов.

На щебнеочистительных машинах (ЩОМ-4М, СЧ-600, СЧУ-800РУ) с помощью подъемно-рихтовочного устройства производится вывешивание решетки, для размещения под ней элементов щебнеочистительного оборудования. Кроме того, осуществляется постановка решетки в положение, обеспечивающее возможность пропуска других машин по реконструируемому пути.

На выправочно-подбивочных машинах (ВПО-3000, ВПО-З-3000, ВПР-1200, ВПР-02, ВПРС-500, ПМ-600, ВПМА-01) с помощью контрольно-измерительной системы происходит измерение положения путевой решетки и последующее формирование команд управления подъемно-рихтующим устройством, которое переместит и установит путевую решетку в требуемое (проектное) положение. Решетка в выправленном положении закрепляется посредством подачи балласта под шпалы и его уплотнения с помощью других рабочих органов машины.

Машины с путеподъемными и выправочными устройствами используют в комплекте с другими машинами или как самостоятельные средства. При работе в комплекте балластировочные и щебнеочистительные машины находятся в голове цепочки машин, а выправочно-подбивочные выполняют заключительные работы. К последним предъявляют более жесткие требования. Это связано с тем, что работы этих машин на заключительном этапе предшествуют открытию перегона для движения поездов [13].

Производительность машин, используемых при комплексной механизации путевых работ, определяется производительностью головной машины. В свою очередь для машин, у которых операции по перемещению решетки совмещены по времени с выполнением других операций, производительность определяется наиболее энергоемким процессом. Путеподъемные и выправочные устройства не должны снижать производительность машины. При современных технологиях она должна быть не ниже 2,5...3 км/ч для машин непрерывного и 0,3...0,5 км/ч для машин циклического действия. В случае выполнения работ только по смещению решетки производительность существенно повышается и составляет 5...10 км/ч и 1,5...2 км/ч соответственно для машин непрерывного и циклического действия.

На балластировочных и щебнеочистительных машинах путеподъемные устройства обеспечивают условия для эффективного выполнения основных операций (подведение балласта под решетку, его очистка). Здесь не требуются высокие скорости изменения положения решетки и высокая точность ее постановки в требуемое положение [4].

Рабочие скорости вывешивания и сдвига решетки составляют 0,005...0,01 м/с. С большей скоростью работают выправочные устройства, особенно на машинах циклического действия. Опыт эксплуатации машин непрерывного действия показывает, что скорости должны быть повышены до 0,015...0,03 м/с.

Важными параметрами для балластировочных машин являются величины вывешивания и сдвига решетки. Для современных условий производства работ они должны составлять 0,3....0,45 м. Увеличение вывешивания и сдвига дает возможность более эффективно использовать машины. Например, при производстве балластировочных работ, подъемку пути на требуемую высоту можно осуществить за один проход.

На выправочно-подбивочных машинах различают суммарные величины вывешивания и сдвига решетки и величины вывешивания и сдвига при выправке пути. Для более эффективного использования машин по выправке пути и расширения сфер их применения величины вывешивания решетки должны составлять 100...150 мм. Существенное сглаживание неровностей пути достигается уже при вывешивании решетки на 30...50 мм. Поэтому вывешивание и сдвиг решетки при выправке пути должны быть не менее 50 мм.

Наиболее жесткие требования к выправочным устройствам предъявляют по точности постановки решетки в требуемое положение и продолжительности отработки команд. Точность постановки решетки по уровню должна быть ±2 мм. Время отработки команд - 1,5...3 с.

Применение в балластировочных машинах автоматических систем с целью более точной постановки решетки в требуемое положение дает заметный эффект, если применяются устройства для закрепления решетки в смещенном положении.

Точность постановки решетки в требуемое положение во многом зависит от конструкции рельсовых захватов. Они должны обеспечивать надежный захват и удержание решетки на всех участках пути. Зона захвата рельса при этом должна быть минимальной длины.

1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫВЕШИВАНИЯ И СДВИГА РЕЛЬСОШПАЛЬНОЙ РЕШЕТКИ

По ряду важных технических показателей машины с путеподъемными и выправочными устройствами не полностью соответствуют производственно-техническим требованиям эксплуатационников. Основными причинами этого являются несовершенство конструкций устройств и недостаточно полная изученность процессов выправки пути. Такие показатели машин, как производительность и точность постановки решетки в требуемое положение, можно повысить за счет изменения компоновки узлов и привода механизмов выправочного устройства, совершенствования рельсового захвата и его подвески [4].

Для расширения сферы применения машин и более точной постановки решетки в требуемое положение на некоторых машинах путеподъемные устройства должны перемещаться вдоль фермы машины. Расположение ПРУ в пролете машины зависит от вида путевых работ. Так, путеподъемные устройства балластировочных и щебнеочистительных машин устанавливают в местах, где необходимо наибольшее вывешивание решетки, обеспечивающее работу других устройств (например, щебнеочистительного), или где требуемое вывешивание достигается наименьшей силой. Устройства выправки на выправочно-подбивочных и рихтовочных машинах располагают ближе к задней тележке с целью фиксации решетки в требуемом положении.

Также, от расположения ПРУ зависит точность постановки решетки при входе машины в кривую и при выходе из нее.

На балластировочных машинах, вследствие большой загрузки балластом передней части решетки, напряжения в рельсах выше, чем в той части, которая находится за захватом. Поэтому путеподъемное устройство целесообразно располагать не по центру свободного пролета, а со смещением к задней тележке. Соотношение расстояний между передней тележкой и захватом l₁ и между захватом и задней тележкой l₂ рекомендуется принимать l₁ : l₂ = 1 : 0,83.

Рисунок 2 – Схема расположения ПРУ в пролетах машин

а – двухпролетный балластер; б – выправочно-подбивочно-рихтовочная машина

Путеподъемные устройства работают с опиранием на ферму машины или на балластную призму (рисунок 3).

Рисунок 3 – Виды опор ПРУ

а - ПРУ с опорой на ферму машины; б – ПРУ с опорой на балластную призму

На машинах применяют маятниковые (рисунок 4) и консольные подвески (рисунок 5) рельсовых захватов с электромеханическим и гидравлическим приводами.

При электромеханическом приводе в многочисленных соединениях элементов устройства появляются износовые зазоры. Кроме того, для предотвращения заклинивания подвески захватов при переносе решетки предусмотрены технологические зазоры между контактными роликами механизма сдвига и вертикальной тягой. В электромагнитных рельсовых захватах имеется зазор между ребордой опорно-рихтующего ролика и головкой рельса.

Высокая инерционность системы и наличие многочисленных зазоров снижают точность постановки решетки в требуемое положение и вызывают необходимость снижения рабочей скорости машины.

С целью повышения быстродействия системы на выправочно-подбивочных машинах непрерывного действия используют реверс-редукторы с электромагнитными муфтами. В электромагнитных захватах применяют специальные рихтующие ролики. Применение гидропривода повысило эффективность работы выправочных и путеподъемных устройств.

Рисунок 4 – Кинематическая схема ПРУ ВПО-3000

1, 10 – параллелограммная подвеска; 2 – указатель; 3, 8, 14 – червячный редуктор подъема и сдвига; 4, 7, 13 – реверс-редуктор; 5, 6, 12, 16 – электродвигатель; 9, 25 – ходовой ролик; 11 – каретка; 15 – ходовой винт; 17 – червячный редуктор рихтующих роликов; 18 – двуплечий рычаг; 19, 28, 29 – направляющая; 20 – рихтующий ролик; 21, 23 – электромагнит; 22 – опорный ролик; 24 – поперечная балка; 26 – упорный каток; 27 – квадрат; ЭМП, ЭМЛ, ЭМТ – электромагнитные муфты реверса и тормозов

Используемые на машинах маятниковые и консольные подвески рельсовых захватов имеют и другие недостатки. Так, при маятниковой подвеске (по типу ВПО-3000) изображенной на рисунке 4, механизм сдвига решетки расположен по высоте на значительном расстоянии от рельсового захвата. Это увеличивает время выбора зазоров и мощность на сдвиг и вывешивание решетки. Более удачной является подвеска на машине ВПО-3-3000, кинематическая схема которой приведена на рисунке 6. Консольная подвеска захватов по типу ВПР-1200 работает эффективно лишь при малых величинах вывешивания и сдвига решетки (30...50 мм).

Важным узлом в путеподъемных и выправочных устройствах является рельсовый захват. На машинах применяют в основном электромагнитные (рисунок 7) и роликовые (рисунок 8) захваты. От надежности захвата и удержания решетки в процессе работы существенно зависит производительность и точность постановки решетки в требуемое положение. При сбросе захватом решетки требуется дополнительное время на перезарядку рабочих органов и устранение перекосов решетки. В результате снижаются производительность и точность постановки решетки.

Рисунок 5 – Кинематическая схема ПРУ ВПР-02

1 – гидроцилиндр подъема пути; 2 – вертикальная направляющая; 3 – кронштейн; 4 – гидроцилиндр привода захватов; 5 – балансир; 6 – захватные ролики; 7 – рихтующий гидроцилиндр

Рисунок 6 – Кинематическая схема ПРУ ВПО-3-3000

1 – гидроцилиндр подъема пути; 2 – реактивный кронштейн; 3 – гидроцилиндр сдвига пути; 4 – электромагнитные роликовые захваты; 5 – рихтующие ролики; 6 – траверса; 7 – центральная балка; 8 - шарнирный узел крепления центральной балки и реактивного кронштейна

Сброс решетки электромагнитным захватом происходит по нескольким причинам. На пути с асбестовым балластом происходит налипание металлических включений к магниту. Электромагнитное поле рассеивается, подъемная сила захвата уменьшается. Необходима очистка пространства в зоне рельса от балласта.

Рисунок 7 – Электромагнитный рельсовый захват

1 – электромагнитная катушка; 2 – опорный ролик; 3 – корпус электромагнита

Рисунок 8 – Роликовый рельсовый захват

1 – гидроцилиндр привода захвата; 2 – рихтующий ролик; 3 – захватный ролик

Одной из причин сброса решетки является также неравномерность нагрузок на катушки по длине захвата. При изгибе решетки наибольший ее прогиб смещается в сторону более длинного свободного пролета и практически может находиться вне рельсового захвата. В результате задние катушки нагружаются больше, чем передние и это способствует отрыву от рельса всего магнита. Отрыву захвата способствует также неравномерность зазоров по его длине между нижней пластиной магнита и головкой рельса. По концам захвата они больше, чем в середине. Выравнивание нагрузок на катушки и равномерность зазоров можно обеспечить использованием секционных рельсовых захватов небольшой длины. При односекционном захвате эти недостатки можно устранить применением одноконсольного захвата. Консоль у захвата должна быть только с задней стороны.

Отрыв захвата от рельса происходит также вследствие неудачной конструкции подвески корпуса захвата к поперечной балке. Усилие на перемещение захвата вдоль рельса передается в верхней части его корпуса. При увеличении сопротивления перемещению захвата (особенно на стыках) создается дополнительный момент, разворачивающий магнит в вертикальной плоскости относительно переднего ролика. Это способствует отрыву захвата от рельса. Указанный недостаток можно устранить присоединением подвески к нижней части его корпуса. При такой конструкции существенно уменьшается момент, разворачивающий магнит. С этой же целью можно использовать захват с несимметричным расположением катушек относительно его подвески. Повышает надежность работы электромагнитного захвата также использование дублирующих рельсозахватных роликов.

Роликовые захваты используются в основном на машинах циклического действия. Они приводятся в действие при остановке машины во время рабочего цикла. В настоящее время делается попытка использования этих захватов на машинах непрерывного действия. Однако разработанные конструкции имеют ряд недостатков. В частности, не отработана конструкция, надежно удерживающая решетку в вывешенном состоянии при проходе рельсовых стыков. Не предусмотрены устройства для регулировки зазоров между роликами и рельсами в случае использования машин на путях с различным типом рельсов или при износе роликов. Как и в электромагнитных захватах, наиболее нагруженными являются ролики со стороны меньшего свободного пролета. В конструкции захвата должны быть предусмотрены устройства, выравнивающие нагрузки по его длине на захватных и рихтующих роликах. Нагрузки на один захватный ролик находятся в пределах 25...30 кН, на рихтующий ролик - 10...15 кН [10].

Надежность работы роликов зависит от их конструкции и взаимного расположения. Для свободного прохода захватами кривых участков пути и наибольшего вывешивания решетки с меньшим усилием необходимо захватывать рельс на небольшой длине. Однако сближение роликов может привести к тому, что оба комплекта захватных роликов будут находиться на рельсовой накладке. Надежность захвата и удержания решетки при этом резко снижается.

Конструкции захватов должны обеспечивать возможность прохода машиной кривых участков пути и участков с изменением ширины колеи, без заклинивания роликов. Особенно это важно в устройствах с электромеханическим приводом [4].

Следует отметить, что усовершенствование захватов делается с учетом типа машины и условий производства работ. Так, многосекционные захваты целесообразно применять на машинах с большими свободными пролетами (балластировочные и щебнеочистительные машины). На машинах с малой базой захваты должны быть небольшой длины и иметь дублирующие элементы.

2 РАЗРАБОТКА СТЕНДА

2.1 Геометрическая компоновка рабочего оборудования на раме

Основу стенда составляет удлиненная рама грузовой платформы (рисунок 9), состоящая из двух боковых балок и двух хребтовых изготовленных из двутавра № 60 с переменным по высоте сечением.

Рисунок 9 – Грузовая платформа

Длина рамы стандартной платформы была увеличена на 10250 мм и составляет 23650 мм, для того чтобы обеспечить базу стенда L_м=19950 мм.

ПРУ взято с выправочно-подбивочной машины ВПР-02 и смонтировано с опорой на раму стенда Кинематическая схема ПРУ представлена на рисунке 5.

Как уже говорилось в аналитическом обзоре, расположение подъемно-рихтовочного устройства в пролете путевых машин зависит от типа машины и ее назначения. У щебнеочистительных и балластировочных машин ПРУ расположено в середине пролета, а у выправочно-подбивочных машин ПРУ находится ближе к задней тележке. Схема компоновки подъемно-рихтовочного устройства на раме стенда изображена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Общая схема компоновки лабораторного стенда

Проектируемый мной в дипломном проекте лабораторный стенд будет иметь переднюю стационарную тележку и заднюю перемещаемою вдоль рамы стенда.

Задняя тележка фиксируется в одном из трех возможных положений, для этого на раме стенда дополнительно находятся еще две шкворневых балки. При максимальной базе платформы L_м = 19950 мм, ось ПРУ находится в середине пролета как у щебнеочистительных и балластировочных машин. При минимальной базе платформы L_м =14570 мм, ось ПРУ расположена на расстоянии 4595 мм, что равнозначно расположению ПРУ у машины ВПР-02.

2.2 Расчет усилий вывешивания и сдвига бесстыкового пути

2.2.1 Расчет усилий вывешивания

2.2.1.1 Расчетный случай №1

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 18,1м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки а_р : 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки b_p: 9,05 м; величины вывешивания путевой решетки H_выв , м: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25.

Расчетная схема изображена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Расчетная схема №1 к определению усилия вывешивания РШР

Суммарное усилие вывешивания Р_сум , Н [10]:

, (1)

где Р - основное усилие вывешивания путевой решетки Р, Н [10]; Р_доп - дополнительное усилие вывешивания путевой решетки Р_доп , Н [10].

, (2)

где q - погонное сопротивление подъему путевой решетки q, Н/м [10]; Е – модуль упругости рельсовой стали, Н/м² [10]; I_x – момент инерции поперечных сечений двух рельсов относительно главных горизонтальных осей, I_х = м⁴ [10].

, (3)

где q_пр – погонный вес путевой решетки, q_пр = 6500 Н/м [10]; q_б – погонное сопротивление балласта подъему, q_б = 9500 Н/м [10]; к – коэффициент, зависящий от типа верхнего строения пути, к = 196 Н/м [10].

Н/м.

Н.

, (4)

где к_д – поправочный коэффициент, к_д = 1,2 [10]; дополнительные изгибающие моменты М_да и М_дб , [10].

, (5)

, (6)

где Р_пр - продольное усилие растяжения двух рельсовых нитей, Н [10]; - угол поворота рельсов, рад [10].

, (7)

.

, (8)

где М₁ - реактивный изгибающий момент , [10]; R₁ - реактивное усилие, Н [10].

, (9)

, (10)

.

.

.

.

Реактивное усилие R₂, Н [10]:

, (11)

Н.

Расчет усилий вывешивания рельсошпальной решетки по формулам (1) – (11) при различных величинах H_выв сведен в таблицу 1.

Таблица 1 – Усилия вывешивания РШР при величине L=18,1 м

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 1, видно, что при базе платформы 19950 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину меньше 200 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания – 250 кН.

2.2.1.2 Расчетный случай №2

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 15,41 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки а_р: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки b_p: 6,36 м; величины вывешивания путевой решетки H_выв , м: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2, 0,25.

Расчетная схема изображена на рисунке 12. Расчет усилий вывешивания рельсошпальной решетки сведен в таблицу 2.

Расчет усилий вывешивания Р_сум произведен по формулам (1) – (11) и сведен в таблицу 2.

Рисунок 12 – Расчетная схема №2 к определению усилия вывешивания РШР

Рисунок-12. Расчётная схема №3.для определения усилий вывешивания

Таблица 2 – Усилия вывешивания РШР при величине L=15,41 м

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 2, видно, что при базе платформы 17260 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину меньше 150 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания – 250 кН.

2.2.1.3 Расчетный случай №3

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 12,72 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки а_р: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки b_p: 3,67 м; величины вывешивания путевой решетки H_выв , м: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2, 0,25.

Расчетная схема изображена на рисунке 13. Расчет усилий вывешивания рельсошпальной решетки Р_сум произведен по формулам (1) – (11) и сведен в таблицу 3.

Рисунок 13 – Расчетная схема №3 к определению усилия вывешивания РШР

Таблица 3 – Усилия вывешивания РШР при величине L=12,72 м

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 3, видно, что при базе платформы 14570 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину около 50 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания – 250 кН.

2.2.2 Расчет усилий сдвига

2.2.2.1 Расчетный случай №1

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 18,1 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки а_р: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки b_p: 9,05 м; величины сдвига путевой решетки S_сдв , м: 0,01; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15.

Расчетная схема изображена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Расчетная схема №1 к определению усилия сдвига РШР

Суммарное расчетное усилие сдвига путевой решетки Q_сум , Н [10]:

, (12)

где Q - расчетное усилие на сдвиг путевой решетки, Н [10]; Q_доп - дополнительное усилие сдвига путевой решетки в плане , Н [10].

, (13)

где - опытный коэффициент учитывающий повышение поперечной жесткости путевой решетки, обусловленное скреплениями рельсов со шпалами, для железобетонных шпал и рельсов Р65, [10]; Е - модуль упругости рельсовой стали, [10]; - момент инерции поперечного сечения двух рельсов относительно вертикальной оси,

м⁴ [10].

, (14)

где к_д - поправочный коэффициент, [10]; ,- дополнительные изгибающие моменты, .

, (15)

, (16)

где - дополнительное продольное усилие растяжения, Н [10]; - угол поворота поперечного сечения рельса в горизонтальной плоскости, рад [10].

, (17)

где F - площадь поперечного сечения одного рельса Р65, м² [10].

.

, (18)

где - граничный реактивный момент, [10]; - граничное реактивное усилие, Н [10].

, (19)

, (20)

.

.

.

.

.

.

Н.

Расчет усилий сдвига путевой решетки по формулам (12) – (20) при других величинах S_сдв сведен в таблицу 4.

Таблица 4 – Усилия сдвига РШР при величине L=18,1 м

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 4, видно, что при базе платформы 19950 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести сдвиг решетки на величину 150 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания – 170 кН.

2.2.2.2 Расчетный случай №2

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 15,41 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ПРУ а_р: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки b_p: 6,36 м; величины сдвига путевой решетки S_сдв , м: 0,01; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15.

Рисунок 15 – Расчетная схема №2 к определению усилия сдвига РШР

Расчетная схема изображена на рисунке 15. Расчет усилий сдвига рельсошпальной решетки по формулам (11) – (19) при других величинах S_сдв и сведен в таблицу 5.

Таблица 5 – Усилия сдвига РШР при величине L=15,41 м

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 3, видно, что при базе платформы 17260 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину 150 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания – 170 кН.

2.2.2.3 Расчетный случай №3

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 12,72 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ПРУ а_р: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки b_p: 3,67 м; величины сдвига путевой решетки S_сдв , м: 0,01; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15.

Рисунок 16 – Расчетная схема №4 к определению усилия сдвига РШР

Расчет усилий сдвига путевой решетки по формулам (11) – (19) при других величинах S_сдв сведен в таблицу 6.

Таблица 6 – Усилия сдвига РШР при величине L=12,72 м

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 6, видно, что при базе платформы 14570 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести сдвиг решетки на величину между 90 и 120 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания – 170 кН.

2.3 Конструирование элементов стенда

2.3.1 Прочностной расчет боковых и хребтовых балок рамы стенда

Исходные данные: материал: сталь 09Г2; тип сечения: двутавр №60; усилие вывешивания решетки Р_выв: 150 кН; усилие сдвига Q_сдв: 170 кН.

Цель расчета: проверка несущей способности боковых и хребтовых балок.

Рисунок 17 – Расчетная схема для базы стенда 19950 мм

Рисунок 18 – Расчетная схема для базы стенда 17260 мм

Рисунок 19 – Расчетная схема для базы стенда 14570 мм

h – высота сечения, м; h₁ – расстояние между полками, м; b – ширина сечения, м; t_ст – толщина стенки, м; t_п – толщина полки, м; 1, 2, 3 – рассматриваемые в расчете точки

Рисунок 20 – Сечение рамы

Металлоконструкция стенда была спроектирована и рассчитана в программе APM WinMachine. Результаты расчетов приведены в Приложениях А и Б.

На металлоконструкцию действуют реакции от усилий вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки, а также вес конструкции.

Вес металлоконструкции стенда G_п, Н:

, (21)

где m_мк – масса металлоконструкции, m_мк = 10600 кг; g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с².

Н.

Расчет на прочность металлоконструкции стенда произведен по методу допускаемых напряжений.

Из Приложений А и Б были выбраны наиболее нагруженные стержни, их расчет приведен ниже. Расчетные схемы приведены на рисунках 17 – 19.

2.3.1.1 Проверка прочности сечения стержня Rod57

Таблица 7 – Исходные данные для стержня Rod57

Рисунок 21 – Геометрические характеристики сечения стержня Rod57

Условие прочности [5]:

, (22)

где - эквивалентные напряжения, МПа [5]; - допускаемые напряжения, МПа [5].

, (23)

где - суммарные нормальные напряжения, МПа [5]; - суммарные касательные напряжения, МПа [5].

, (24)

где - предел текучести стали, =305 МПа [3]; n₀ – коэффициент запаса прочности стали, n₀=1,4 [3].

МПа.

, (25)

где А - площадь сечения, м² [5] ; I_х - момент инерции относительно главной центральной оси х-х, м [5]; у – расстояние от главной центральной оси х-х до рассматриваемой точки, м [5]; I_у - момент инерции относительно главной центральной оси у-у, м⁴ [5] ; х – расстояние от главной центральной оси у-у до рассматриваемой точки, м [5].

, (26)

где b – ширина сечения, b=0,19 м [5]; t_п – толщина полки, t_п = 0,0178 м [5]; h₁ – расстояние между полками, h₁=0,264 м [5]; t_ст – толщина стенки, t_cт=0,012 м [5].

м².

, (27)

где h – высота сечения, h=0,3 м.

м⁴.

, (28)

м⁴.

, (29)

где - касательные напряжения от действия поперечной силы Q_y, МПа [5];

- касательные напряжения от действия поперечной силы Q_х, МПа [5]; - касательные напряжения от действия момента кручения М_кр, МПа [5].

, (30)

где - статический момент отсеченной части, м³ [5]; b_x – ширина рассеченной части, м [5].

, (31)

где А_отс – площадь отсеченной части сечения для рассматриваемой точки, м² [5]; у_с – расстояние от оси х-х до центра тяжести отсеченной части, м [5];.

Схемы для определения статического момента приведены на рисунках 21 и 22.

Рисунок 22 - Схема к определению статического момента для точки 2

Рисунок 23 - Схема к определению статического момента для точки 3

, (32)

где h – высота рассматриваемого сечения, м [5]; у – расстояние от главной центральной оси х-х до рассматриваемой точки, м [5].

Касательные напряжения , так как величина действующего момента кручения М_кр в рассматриваемых стержнях имеет весьма малое значение.

2.3.1.2 Расчет эквивалентных напряжения для точки 1

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,15 м, x = 0,095 м:

МПа.

Статический момент по формуле (31) S_отс=0 при А_отс = 0.

Касательные напряжения по формуле (32) при t_ст=0,012 м, h=0,3 м, y=0,15 м:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29) МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.1.3 Расчет эквивалентных напряжения для точки 2

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,132 м, х=0,006 м:

МПа.

Площадь отсеченной части:

м².

Статический момент по формуле (31) при у_с=0,1411м:

м³.

Касательные напряжения по формуле (30) при м,

МПа.

Касательные напряжения по формуле (32) при t_ст=0,012 м, h=0,3 м, y=0,15 м:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.1.4 Расчет эквивалентных напряжения для точки 3

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0 м, х=0,006 м:

МПа.

Площади отсеченных частей:

м²; м².

Статический момент по формуле (31) при у_{с 1}=0,1411 м; у_{с 2}=0,066 м:

м³.

Касательные напряжения по формуле (32) при м:

МПа.

Касательные напряжения по формуле (33) при t_ст=0,012 м, h=0,3 м, y=0:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

В результате расчетов, выяснилось, что самая нагруженная точка 1.

Проверка выполнения условия прочности (22):

.

Условие прочности соблюдается.

2.3.1.5 Расчет эквивалентных сечений

Опасные сечения, сходные по геометрическим параметрам с сечением стержня Rod57 рассчитаны по формулам (22) – (32).

Расчетные схемы для соответствующих значений базы платформы изображены на рисунках (17) – (19). Максимальные усилия в стержнях взяты из Приложения А и приведены в таблице 8. Результат расчетов сведен в таблицу 9.

Таблица 8 – Максимальные нагрузки в стержнях

Таблица 9 – Результаты расчетов