Разработка оборудования для уплотнения балластной призмы (стр. 3 из 14)

.

Из двух значений l и l’ назначаем минимально необходимую длину клина, при которой обеспечивается требуемое число вибровоздействий и достаточная величина подачи балласта под шпалы.

Принимается l_кл = 1,35 м.

2.1.1.2 Режим виброобжатия балласта

К параметрам, характеризующим режим виброобжатия балласта, относятся: амплитуда S_a и частота колебаний f , скорость обжатия балласта V_обж .

Для обеспечения наивысшего эффекта уплотнения значение S_a , f, V_обж должны находиться между собой в определённом соотношении [1].

Рекомендуемые значения амплитуды S_a, частоты колебаний fскорость обжатия V_обж находятся в пределах: S_a = 6 … 8 мм, f= 25 ... 40 Гц, V_обж = 70 …120 мм/с .

Предварительно принимается: S_a= 6 мм, f = 30 Гц.

V_обж = V_м·tgα,

V_обж = 0,277·tg 8˚ = 0,039 м/с = 39 мм/с .

Должно выполняться условие:

; (2.7)

- условие выполняется.

Окончательно принимается: S_a= 6 мм, f = 30Гц, V_обж=39мм/с.

2.1.2 Корпус плиты

Основная цель компоновки корпуса плиты – это определение его возможных размеров, с учётом которых разрабатывается возбудитель колебаний.

Определению подлежат: высота корпуса H_К, длина L_К и ширина B_К (рисунок 2.1).

Высота корпуса H_К переменна по его длине и определяется габаритными размерами вибровозбудителя, необходимостью расположения шарнирных соединений рессорных комплектов с плитой.

В первом приближении принимается:

,

,(2.8)

где L_К – длина корпуса, м (конструктивно принято L_k=1,6 м); γ – угол наклона нижней стенки плиты к горизонтальной плоскости, град (γ=2˚).

.

Ширина корпуса B_К определяется исходя из необходимости обеспечения безопасности производства работ при подбивке шпал со стороны междупутья.

Максимально возможная ширина корпуса ровна:

, (2.9)

где B_М – максимально допустимый вылет исполнительных органов в сторону междупутья, м (B_М=2,050 м); L_шп – длина шпалы, м (L_шп=2,75); в_К – вылет клина относительно корпуса плиты, м (в_k= - 0,085 м); δ – заход клина под торцы шпал, м (δ= - 0,17 м).

.

Конструктивно принято B_к = 0,35 м.

В процессе разработки возбудителя колебаний размеры корректируются.

При транспортировке машины плита не должна выходить за приделы габаритов подвижного состава.

Эскизная компоновка корпуса виброплиты показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Эскизная компоновка корпуса виброплиты

2.1.3 Разработка возбудителя колебаний

Для дебалансного возбудителя рассчитывается требуемая вынуждающая сила F_В и, соответственно, конструкция дебалансов, обеспечивающих колебания виброплиты, с заданной амплитудой.

При вращении дебалансов с угловой частотой ω и амплитудой S_a суммарная вынуждающая сила составит:

, (2.10)

где m_n – приведенная масса колеблющихся элементов, кг; ω_o – частота свободных колебаний плиты с учётом жёсткости балласта, с^-1; h – коэффициент демпфирования, с^-1.

Находим m_n:

m_n= a_n·m, (2.11)

где m –масса корпуса плиты с вибровозбудтелем, кг (m = 400 кг); a_п – коэффициент приведения (a_п=1,15 [1]).

m_n= 1,15·400=460 кг.

Находим ω_o:

,(2.12)

где C_р – приведенный коэффициент жёсткости рессорной подвески (принят C_р = 1·10⁶ Н/м); C_б – приведенный коэффициент жёсткости балласта, Н/м.

C_б = C_уд ·Z ·a · l , (2.13)

где Z – заглубление под шпалу, м (Z=0,1 м); a – толщина клина, м (a=0,1 м); l – длина клина, м (l=1,35 м); C_уд – удельный коэффициент жёсткости балласта, Н/м⁴ , принимается по графику, при:

(C_уд= 3·10⁷ Н/м⁴ [1]).

C_б = 3·10⁷ ·0,1·0,1·1,35 = 40,5 ·10⁴ Н/м .

Тогда:

.

Далее находится h:

, (2.14)

где b_б ,b_р – соответственно коэффициент сопротивлений балласта и рессор, Н·с/м (принят b_р = 5·10³ Н·с/м [1]).

b_б = b_уд·Z ·a · l, (2.15)

где b_уд – удельный коэффициент вязкостных сопротивлений, Н·с/м⁴, принимается по графику [1], при :

b_уд = 12 · 10⁴ Н·с/м⁴.

b_б = 12·10⁴·0,1·0,1·1,35 = 1,62·10³ Н·с/м .

Тогда:

.

В итоге по формуле (2.10) получили:

.

Принята F_В = 90 кН.

По найденной F_В и принятой компоновке вибровозбудителя найдём вынуждающую силу одного дебаланса F_В’:

F_В’ = F_В / n,(2.16)

где n – принятое число дебалансов (n=4).

F_В’ = 90 / 4 = 22,5 кН .

Предварительно назначается расчётная длина вала дебаланса (рисунок 2.4) равная l_в = 0,22.

Рисунок 2.4 – Схема дебаланса

Для нахождения диаметра вала строится эпюра изгибающего момента. Для этого находятся реакции в точках опоры (рисунок 2.5)

Рисунок 2.5 –Эпюра изгибающего момента

Максимальный изгибающий момент равен:

M_max= R₁ · 0,11 =11,25 · 0,11 =1,24 кН · м .

Прочность вала:

,(2.17)

где W – момент сопротивления при изгибе, м³ ; (для круглого сечения

); [σ] – допускаемое напряжение, МПа .

,(2.18)

где σ_Flim – предел длительной выносливости, МПа; S_F – коэффициент безопасности (для Ст 45 - S_F = 1,75 , [2] стр. 90).

Для стали 45 :

σ_Flim =1,8 НВ,(2.19)

где НВ – твёрдость стали (для стали 45 HB = 248,5 , источник [2] стр.426).

Допускаемое напряжение равно:

[σ] = (1,8·248,5)/1,75 =255,6 МПа.

Находится диаметр вала по формуле:

;(2.20)

.

Принят d = 40 мм ([2] стр. 296)

2.1.3.1 Компоновка дебалансов

Неуравновешенные части дебалансов в сечении имеют форму кругового сектора. Значение r₀ (расстояние от оси вращения до центра тяжести дебаланса) зависит от угла сектора φ₀ внешнего R_в и внутреннего r_в радиусов дебаланса (рисунок 2.6).

Угол φ₀ по рекомендациям [1] назначается 120˚. Радиус R_в предварительно определяется выражением:

R_в = 0,5· В_К – δ_Д – b_К, (2.21)

где δ_Д – зазор между дебалансом и стенкой корпуса, м (δ_Д = 0,045 м); b_К – толщина корпуса виброплиты, м (b_К = 0,01 м).

R_в = 0,5·0,35 – 0,02 – 0,01 = 0,12 м.

Рисунок 2.6 – Схема компоновки дебалансов

Расстояние от оси вращения до центра тяжести дебаланса:

.(2.22)

Внутренний радиус дебаланса:

,(2.23)

где δ_ст – ширина ступицы, м (принимается конструктивно δ_ст=0,02 м)

.

Тогда

.

При требуемых силе F_в’ , частоте ω и установленном r₀ определяется масса неуравновешенной части дебаланса:

;(2.24)

.

Площадь дебаланса, м² :

;(2.25)

.

Длина дебаланса, м:

,(2.26)

где ρ – плотность металла, кг/м³ (ρ =7800 кг/м³).

.

2.2 Мощность, необходимая при виброобжатии балласта

Затраты мощности при виброподбивке шпал представлены в виде:

Р_в = Р_б + P_вс, (2.27)

где Р_б – средняя мощность, необходимая для преодоления сопротивлений колебаниям виброплиты от балласта и рессорной подвески, Вт; P_вс – мощность, необходимая для преодоления внутренних сопротивлений вибровозбудителя, Вт.