Модернизация пневмоочистительной машины ПОМ-4 (стр. 2 из 8)
Рисунок 1.5 - Вентиляторный снегоочиститель "Ветерок" на базе АГМу
Путевой дорожной мастерской в Гулбене Прибалтийской дороги в 1990 г. была создана снегоочистительная машина СОМ-1 [10], изготовленная на базе платформы УП-2 и предназначена для очистки от снега путей, стрелочных переводов. Принципиальная схема СОМ-1 представлена на рисунке 1.6. Проведенные испытания дали неплохие результаты.
Машина состоит из дизель-генераторной установки, расположенной в капоте 2, куда возможен свободный доступ для обслуживания и ремонта, и вентиляционной установки с очень простым устройством для приведения в транспортное и рабочее положение. Направляющий кожух сопл 4 может поворачиваться в плане на угол, кратный 28°, что обеспечивает выброс снега в любую сторону. Производительность машины 3-5 км/ч. Радиальный вентилятор 3 (В-Ц6-28-6,31) совмещен с электродвигателем 5. Один вентилятор – правого, другой – левого вращения. Вентиляторы расположены таким образом, что выходной патрубок направлен под углом 110° к горизонтали. Снег сдувается при движении в одном направлении. Управление вентилятором осуществляется из кабины 1. Для работы с очистителем СОМ-1 можно использовать дрезину или любую другую самоходную единицу.
1 – кабина управления; 2 – капот; 3 – радиальный вентилятор;
4 – направляющий раструб; 5 – электродвигатель
Рисунок 1.6 – Принципиальная схема вентиляторного снегоочистителя СОМ-1
1 – направляющий аппарат; 2 – щит отбойный; 3 – фартук; 4 – ручная стопорная лебедка; 5 – пневмоцилиндр; 6 – вентилятор; 7 – подшипниковая опора рабочего колеса вентилятора; 8 – электродвигатель
Рисунок 1.7 – Схема путевой очистительная машины типа ПОМ с одновентиляторной пневмоустановкой (ППСМ-П)
На Зап.-Сиб. ж.д. с начала 80-х годов широкое применение получили машины типа ПОМ. На машинах первых выпусков устанавливался один вентилятор, направленность снеговоздушного потока не обеспечивалась. На последних моделях одновентиляторных машин для задания фиксированного направления потока предусматривался отбойный щит (рисунок 1.7).
Главным недостатком этих машин является то, что из-за недостаточной мощности воздушной струи, создаваемой одним вентилятором, не обеспечивалась достаточная производительность на уплотненном снеге. Для устранения этого недостатка машины ПОМ стали выпускаться с двумя вентиляторами и двумя направляющими аппаратами (рисунок 1.8).
Рисунок 1.8 – Путевая очистительная машины типа ПОМ с двухвентиляторной пневмоустановкой
Машины оснащаются вентиляторами высокого давления (ВДН-17, ВДН-18, ВМ-18А и т.д.). В качестве привода вентиляторов на машинах используются двигатели постоянного тока (тяговые двигатели локомотивов) мощностью до 400 и более кВт, что значительно упрощает комплектацию машины и схему ее электропитания: от сети при тяге электровозом, от дополнительного тепловоза при тяге тепловозом. К выходному окну улитки вентилятора присоединен насадок – сопло, направляющий подаваемый вентилятором воздух в путь. Насадок установлен таким образом, что поток воздуха направляется под углом 30° к вертикальной плоскости и под таким же углом развернут к оси пути.
Снегоочистители типа ПОМ обладают наиболее мощными воздуходувными установками, но даже их пневмоустановки не справляются с уплотненным настом. Для повышения их эффективности в последние годы для привода каждого вентилятора устанавливают по два двигателя, но и это в полной мере не решает проблему.
Установка двух двигателей в одну линию значительно снижает надежность привода из-за невозможности обеспечить равенства их параметров.
Повышение мощности воздушного потока, формируемого пневмоустановками, нуждается в четком обосновании, возможном только на базе научных исследований. Это позволит исключить необоснованные затраты мощности и, соответственно, необоснованное усложнение и удорожание машин.
Существенным недостатком также является тот факт, что тяговые двигатели развивают скорость 930 об/мин, а номинальной скоростью вращения используемых вентиляторов является 1500 об/мин. Усилиями специалистов СГУПС был спроектирован мультипликатор с передаточным числом u=1,62 для машины ПОМ-4, позволяющий выводить вентилятор на номинальный режим.
2. Техническое предложение
В процессе эксплуатации машины ПОМ-4 последней модернизации выявлены следующие недостатки:
· перегрев двигателя рабочего органа - несмотря на требование производителя двигателей о принудительном охлаждении двигателя ТЛ-2К (а именно такие двигатели ставят на машины ПОМ-4 для привода рабочего органа), используется пассивное охлаждение. В процессе работы двигатель включают на 20-30 минут, затем в паузе производят пассивное охлаждение при выключенном двигателе. Тем не менее электродвигатели, выработавшие свой ресурс еще в электровозе, часто возгораются из-за межвиткового замыкания вследствие перегрева; рекомендация: перед установкой таких двигателей необходим капитальный ремонт - это значительно снизит риск выхода из строя двигателя рабочего органа;
· нагрев мультипликатора;
· частота вращения у различных двигателей ТЛ-2К под нагрузкой разная, в пределах 800…1200 об/мин, что при наличии мультипликатора с постоянным передаточным числом может существенно отличаться от расчетных 1480 об/мин у вентилятора.
Необходима дальнейшая модернизация данной машины. Целью данного проекта является проектирование системы охлаждения для двигателя и мультипликатора и приведение частоты вращения вентилятора в соответствие с действительной частотой вращения двигателя путем применения нескольких вариантов мультипликатора с разными передаточными числами.
3. Расчет мультипликатора
3.1 Исходные данные
Расчетная мощность P= 400 кВт.
Расчетные частоты вращения электродвигателя, n2 = 1230, 1050, 930, 820, об/мин.
Расчетная частота вращения вентилятора n1 = 1480 об/мин.
В качестве примера рассмотрен расчет при n2 = 930 об/мин
3.2 Кинематический расчет мультипликатора
Передаточное число
u= n1/n2=1480/930 = 1,59. (3.1)
Крутящие моменты на валах Т, Н×м:
T= 9550P/n, (3.2)
где Р – расчетная мощность, Р = 400 кВт; n – частота вращения вала, n2 = 930 об/мин.
Тихоходный вал [15]: Т2 = 9550×400/930 = 4108 Н×м.
Быстроходный вал:
T1=9550Ph/n1, (3.3)
где h- КПД зубчатой передачи, h= 0,96 [10].
T1=9550×400×0.96/1480=2478 Н×м.
3.3 Расчет передачи
двигатель мультипликатор вал муфта вентилятор
Выбор материала
Для уменьшения габаритов мультипликатора по высоте приняты зубчатые колеса большой ширины, при этом использование высокотвердых материалов нецелесообразно так как по концам зубьев наблюдается высокая концентрация нагрузки. Основными критериями работоспособности и расчета зубчатых передач является контактная и изгибная прочность. Этим условиям отвечают углеродистые и легированные стали.
Принята для обоих колес сталь 45 улучшенная со следующими характеристиками [15]:
- твердость НВ=235-262;
- предел прочности σв=780 МПа;
- предел текучести sт=540 МПа.
Допускаемые напряжения.
Контактные напряжения
, (3.4)где
- предел длительной выносливости [15]; SH- коэффициент безопасности, SH=1,1 [15]. =2 
+70=2×0,5(235+262)+70=567 МПа. (3.5) 
=567/1,1=515 МПа.Изгибные напряжения
. (3.6)Предел длительной выносливости при нереверсивной работе [15]:
=1,8 =1,8×0,5(235+262)=447 МПа. (3.7)При коэффициенте безопасности
=1,75 [15] допускаемое напряжение изгиба: 
=447/1,75=256 МПа.Межосевое расстояние.
Межосевое расстояние из расчета на контактную выносливость [1]:
aw=(u+1)
, (3.8)где
- коэффициент распределения нагрузки; при 7 степени точности и скорости 
=15 м/с =1,09 [15]; 
- коэффициент ширины колеса; для шевронных колес =0,8 [1]; 
- коэффициент концентрации нагрузки; для симметричного расположения колес (схема 7) =1,23 [15]; 
- коэффициент динамической нагрузки; =1,08 [15].