Дипломная работа: Модернизация путевой рельсосварочной машины

РОСЖЕЛДОР

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дипломный проект

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

Тема: Модернизация путевой рельсосварочной машины

Содержание

Введение

1 Аналитический обзор

1.1 Перспективы развития парка путевых рельсосварочных машин..

1.2 Модификация путевых рельсосварочных машин ПРСМ

1.2.1 Машина ПРСМ-4

1.2.2 Машина ПРСМ-3

2 Модернизация грузоподъемного устройства

3 Проектирование механизма перемещения кран-балки

4 Определение стоимости модернизации машины ПРСМ

5 Охрана труда и техника безопасности

Заключение

Список использованных источников

рельсосварочная машина грузоподъемное устройство

Введение

В настоящее время повышение эффективности эксплуатации бесстыкового пути является одним из важных факторов, лежащих в основе нормального функционирования сети железных дорог Российской Федерации. Проектируются и создаются передвижные рельсосварочные самоходные машины нового поколения такие как ПРСМ-4, ПРСМ-5, ПРСМ-6 оснащенные современным сварочным оборудованием.

В парке ПРСМ на сети дорог все еще продолжают эксплуатироваться машины ПРСМ-3 созданные более 30 лет назад. С 2000 года на машины ПРСМ-3 начали устанавливать сварочное оборудование нового поколения, что повысило качество сварных стыков. Но при эксплуатации машин ПРСМ-3 с новым сварочным оборудованием возникли некоторые трудности, что потребовало проведения модернизации рабочего оборудования данной машины, а именно установки кран-балки.

Установка кран-балки позволит уменьшить износ металлоконструкции грузоподъемного устройства, уменьшить время, затрачиваемое на установку сварочной головки с одной рельсовой нити на другую и исключить применение физического труда при этом. Установка кран-балки на машины ПРСМ-3 является перспективным, а исследования, направленные на ее разработку, актуальными.

Цель дипломного проекта – провести модернизацию рабочего оборудования рельсосварочной машины ПРСМ.

1. Аналитический обзор

В таблице 1.1 приведены технические характеристики контактной рельсосварочной головки К-355 .

Таблица 1.1 – Технические характеристики рельсосварочной головки К-355

Рельсосварочные головки типа К-900 с системой управления на базе микропроцессора имеют возможность сваривать рельсы методом пульсирующего оплавления, однако невысокая начальная скорость осадки (до 25 мм/с) из-за отсутствия гидроаккумуляторов часто служит причиной образования неметаллических включений (окислов) в металле сварного шва рельсов из электростали.

Рельсосварочные головки типа К-922 являются машинами нового поколения. Пульсирующее оплавление является основным методом сварки рельсов на данных машинах. Эти головки предназначены для сварки рельсовых плетей с растяжением, подтяжкой и по «классической» технологии с выгибом петли. Машина К-922 в настоящее время в основном используется при строительстве новых путей для сварки плетей в междупутье, где головка имеет явное техническое и экономическое преимущество перед другими машинам.

В таблице 1.2 приведены технические характеристики контактной рельсосварочной головки К-922.

Таблица 1.2 – Технические характеристики рельсосварочной головки К-922

Еще одной причиной возникновения дефектов в области сварных стыков рельсов является применение упрочнения их головок воздушно-водяной смесью. Данная технология является ненадежной по причине частого засорения форсунок закалочных устройств и попадания на охлаждаемый металл струй воды, что приводит к образованию в металле головки сварного стыка рельсов неблагоприятных закалочных структур со свойствами, отличающимися от свойств основного металла рельса. Такая структурная неоднородность по поверхности катания сварного рельса бесстыкового пути приводит к выкрашиванию этих областей металла.

В настоящее время применяют индукционные установки типа ИТТ5-250/2,4П для термообработки сварных стыков рельсов в пути в комплексе с машинами ПРСМ-4.

1.2 Модификации путевых рельсосварочных машин ПРСМ

Путевые рельсосварочные самоходные машины предназначены для сварки электроконтактным способом стыков рельсов тяжелого типа при строительстве и ремонте железных дорог.

Сварка рельсов может производиться как лежащих в пути, непосредственно по которому передвигаются машины, так и рельсов, уложенных вдоль этого пути – внутри или снаружи колеи.

Рельсовые плети длиной 800 м, на места капитального ремонта пути, доставляются с рельсосварочных предприятий (РСП) специальными рельсовозными составами РС-800, которые вмещают 12 плетей или 4,8 км пути. В 2008 году введен в эксплуатацию рельсовозный состав вместимостью 12 км пути. Использование такого состава позволяет более интенсивно вести укладку плетей и сократить время на капитальный ремонт пути.

Нижний предел температуры, при котором могут выполняться сварочные работы, определяется технологическим процессом на сварку рельсов, установленным потребителем, но ниже -20⁰С.

Машины обеспечивают выезд самоходом к месту сварочных работ и передвижение в процессе сварки от стыка к стыку с прицепным составом массой до 90 тонн.

Парк ПРСМ на сети дорог составляет 80 единиц. Из них ПРСМ-3 — 25 шт., ПРСМ-4 — 47 шт., ПРСМ-5 — 5 шт., ПРСМ-6 — 5 шт.

В 2006 году введена в эксплуатацию машина ПРСМ-6, которая оснащена индукционной установкой для дифференцированной термообработки сварного стыка с целью повышения его механических свойств и эксплуатационных характеристик, а также прессом для испытаний контрольных образцов.

На сегодняшний день основную часть работ по сварке рельсовых плетей выполняют машинами ПРСМ-3 и ПРСМ-4.

1.2.1 Машина ПРСМ-4

Путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ-4 предназначена для сварки электроконтактным способом стыков рельсов тяжелого типа при строительстве и ремонте железных дорог.

Сварка рельсов может производиться как лежащих в пути, непосредственно по которому передвигаются машины, так и рельсов, уложенных вдоль этого пути – внутри или снаружи колеи на расстоянии до 2600 мм от оси пути.

1- рама; 2- сварочное оборудование; 3- устройство для перемещения сварочного оборудования; 4- капот подъемный; 5- система охлаждения сварочной машины; 6- капот передний; 7- гидравлическое оборудование; 8- кабина; 9- капот задний; 10- силовая установка; 11- песочница; 12- блок колесно-моторный; 13- рессорное подвешивание; 14- передача рычажная тормоза; 15- тормоз ручной; 16- электрооборудование; 17- компрессор; 18- пневмотормозное оборудование; 19- устройство для подтягивания рельсов

Рисунок 1.3 - Общий вид путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-4

В таблице 1.3 приведены технические характеристики путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-4.

Таблица 1.3 – Техническая характеристика машины ПРСМ-4

1.2.2 Машина ПРСМ-3

Путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ-3 предназначена для сварки электроконтактным способом рельсов, лежащих в железнодорожном пути в плети любой длины.

Машина может сваривать рельсы, уложенные внутри колеи, снаружи ее на расстоянии до 650 мм от рельса и непосредственно на колее, по которой передвигается.

В таблице 1.4 приведены технические характеристики путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-3.

Таблица 1.4 – Техническая характеристика машины ПРСМ-3

Каховский завод электросварочного оборудования делал попытки по модернизации машин ПРСМ-3.

 На модернизированную машину ПРСМ-3 были установлены:

·  дизель-электростанция мощностью не менее 350 кВт вместо старой маломощной;

·  современная рельсосварочная машина К 922-1 с усилием осадки 120 тонн, что позволяет производить сварку вставок рельсов без деформации вставки в форму «петли»;

·  подъемник сварочного комплекса КСМ 005 вместо качающейся рамы;

·  пост охлаждения сварочного комплекса КСМ 005 вместо поста охлаждения ПРСМ-3;

·  дополнительный дизель-генератор и мотор-насос для аварийных ситуаций;

·  капот над подъемником со сварочной машиной;

·  новая система безопасности движения;

·  система обнаружения и тушения пожара.

 Модернизированная машина ПРСМ-3 способна выполнять качественные работы по строительству скоростных железнодорожных путей.

В таблице 1.5 приведены технические характеристики модернизированной путевой рельсосварочной самоходной машины ПРСМ-3.

Таблица1.5 – Техническая характеристика модернизированной машины ПРСМ-3

Так как данная модернизация по своей стоимости сопоставима с покупкой новой машины, она не получила широкого распространения, а ограничилась лишь экспериментальной моделью.

2. Модернизация грузоподъемного устройства

2.1 Разработка принципиальной схемы портала

Путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ-3 проектировалась для одновременной работы с двумя сварочными головками типа К-355. На практике работы ведутся только с одной сварочной головкой по ряду причин:

- нехватка мощности питания трансформаторов сварочных головок, в результате получается низкое качество сварных стыков;

- при оснащении машин ПРСМ-3 сварочными головками нового поколения К-922, которые имеют большие габаритные размеры по сравнению с К-355, то размеры платформы не дают возможности разместить две сварочные головки.

Негативными последствиями работы с одной сварочной головкой являются:

- повышается износ металлоконструкции и шарнирных соединений устройства для перемещения сварочной машины (портала), вследствие наклонов и прекосов;

- сложность и неудобство проведения работ по перестановки сварочной головки с одной рельсовой нити на другой;

- необходимость применения физического труда.

При выполнении сварочных работ для перестановки сварочной головкой с одной рельсовой нити на другую приходиться выполнять следующие операции:

 I) Подъем сварочной головки после окончания сварки левой рельсовой нити;

II) Производится перекос портала и опускание сварочной головки в колею;

III) Портал наклоняется относительно оси пути (в данном случае влево), производят кантование сварочной головки вручную после чего ее поднимают;

IV)Портал выравнивается, сварочную головку выставляют над правой рельсовой нитью опускают ее и производят сварку.

Рисунок 2.1 – Схема перестановки сварочной головки с одной рельсовой нити на другую.

Проведя анализ устройства для перемещения сварочной оборудования установленного на машинах ПРСМ-3 на сегодняшний день, предложено установить поперечную балку с тельфером, которая позволит не наклоняя и не перекашивая портал перемешать сварочную головку с одной рельсовой нити на другую. Для того чтобы привести сварочную головку в рабочее положение необходимо обеспечить продольное перемещение поперечной балки, для этого поперечная балка подвешивается на ездовые балки. Так же требуется обеспечить подъем сварочной головки на высоту 1300 мм от головки рельса для установки ее на платформу машины.

1- тельфер перемещения сварочной головки; 2- портал; 3- поперечная балка

Рисунок 2.2 – Схема установки поперечной балки

Для установки сварочной головки с одной рельсовой нити на другую обеспечивается поперечное перемещение тельфере 1 по поперечной балки на расстояние 1600 мм.

При подготовки машины ПРСМ-3 к работе портал переводят сначала из транспортного положения в нейтральное, а затем в рабочее.

1- транспортное положение; 2- нейтральное положение; 3- рабочее положение

Рисунок 2.3 – Схема подготовки портала к выполнению работ

В нейтральном положение производиться строповка и подъем сварочной головки для дальнейшей подготовки к работе. Для выполнения данной операции обеспечивается продольное перемещение поперечной балки на расстояние 2000 мм при помощи двух гидроцилиндров, которые перемещают каретку с подвешенной на ней балкой.

1- передвижная каретка; 2- гидроцилиндры перемещения каретки; 3- опорные ролики гидроцилиндров; 4- поперечная балка с тельфером

Рисунок 2.4 – Схема механизма перемещения поперечной балки

Так как гидроцилиндры перемещения каретки имеют ход штока 1120 мм, то для исключения их перекоса устанавливаются опорные ролики 3.

2.2 Расчет металлоконструкции портала

Цель расчета: проверить несущую способность металлоконструкции грузоподъемного устройства машины ПРСМ-3.

Условия расчета:

- на металлоконструкцию действуют нормальные и максимальные нагрузки рабочего состояния [1];

- группа режима работы портала 5К [1].

2.2.1 Выбор расчетных сочетаний нагрузок

В соответствии с [1], следует рассмотреть как минимум два сочетания расчетных нагрузок.

При первом сочетании (а) предусматривают следующую работу механизма: машина неподвижна, проводится подъем (резкий – для второго расчетного состояния) груза с земли.

 При этом грузовая тележка должна находиться в наиболее опасных, с позиции нагружения, положениях (на консоли и в пролете).

При втором сочетании (b): тельфер с грузом в движении, происходит разгон (резкий – для второго состояния) или торможение.

При сочетании «а» действуют следующие виды нагрузок:

- вес портала;

- вес тельфера с поперечной балкой;

- вес груза (включая грузозахватное приспособление) с учетом динамического коэффициента;

- горизонтальная нагрузка из-за превышения уровня одного из рельсов;

- нагрузка от максимальной силы ветра на груз и тельфер.

При сочетании «b»:

- вес портала с учетом коэффициента толчков;

- вес тельфера с поперечной балкой;

- вес груза (включая грузозахватное приспособление) с учетом коэффициента толчков;

- горизонтальные нагрузки из-за уклона оси пути и из-за превышения уровня одного рельса в кривых;

- нагрузки от максимальной силы ветра на груз и тельфер.

2.2.2 Определение действующих нагрузок

 В практике краностроения применяют два метода расчета металлических конструкций (МК): метод допускаемых напряжений и метод предельных состояний.

Метод предельных состояний позволяет более эффективно использовать материал конструкции. На сегодняшний день он разработан для кранов, передвигающихся по рельсовому пути (мостовые, козловые, башенные, железнодорожные и т.д.), что позволяет применить его для расчета портала.

Согласно методу предельных состояний, определение несущей способности кранов ведется по расчетным нагрузкам, получаемым умножением величины действующей нагрузки на соответствующий коэффициент перегрузки n_i, учитывающий ее возможное превышение.

2.2.2.1 Нагрузки сочетания «а»

Равномерно распределенная нагрузка от соответствующего веса элементов портала , Н/м [1]:

,                                      (2.1)

где n₁ – коэффициент перегрузки элементов МК, n₁ = 1,1 [1]; m_i – масса i-ого элемента, кг; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с; l_i – расчетная длина элемента, м.

Распределенный вес ездовой балки пролетной рамы , Н/м:

Н/м.

Распределенный вес стоек , Н/м:

 = 551 Н/м.

Распределенный вес поперечной балки пролетной рамы , Н/м:

= 1860 Н/м.

Вес элементов оборудования , Н [1]:

,                       (2.2)

где M_i – масса i-го элемента оборудования, кг; n₃ - коэффициент перегрузки элементов подвижного оборудования, n₃ = 1,1 [1].

Вес тельфера , Н [1]:

5400 Н.

Вес передвижной поперечной кран- балки , Н:

650 Н.

Вес груза при расчете по максимальным нагрузкам рабочего состояния, кН [1]:

 , (2.3)

где n₄ – коэффициент перегрузки, определяемой в зависимости от группы режима работы машины, n₄ = 1,25 для группы 4К [1]; ψ_М – динамический коэффициент нагрузки на МК для подъема груза с жесткого основания с подхватом согласно [1] определяется:

 ,                           (2.4)

где у_ст – статический вертикальный прогиб конструкции от веса груза в месте его приложения, для портала согласно, м [1]:

,                   (2.5)

где ; J – момент инерции ездовой балки пролетной рамы , J_x = 9,5 ∙ 10^-5 м⁴; J₁ – момент инерции портальной стойки ,J₁ = 3,5 ∙ 10^-5 м⁴; h – высота портала ,h = 2,7 м; L – длина пролета, L = 5,5 м; l – длина консоли , l = 1,5 м; G – вес груза ,G = 5 ∙ 10^-4 Н; ξ – поправочный коэффициент , ξ = 1,5 [1]; λ_ст – перемещение точки

подвеса груза вследствие статического удлинения грузовых канатов от веса груза, м:

 ,                         (2.6)

где l_к – длина каната, l_к ≈ 2,3 м, n – количество канатов, на которых подвешен груз, n = 2; Е_к – модуль упругости каната , Е_к = 1 ∙ 10² Н [1]; А_к – площадь каната , А_к = 8 ∙ 10^-5 м²; m_М – приведенная к точке приложения нагрузки масса конструкции, кг [1]:

  (2.7)

где а = 0,25…0,33; q_р – распределенная масса рассматриваемой части пролетного строения, q_р= 54,2 кг/м; m_Т – масса тельфера, m_Т = 500 кг; m_г – масса груза, m_г = 5000 кг; m_КБ – масса передвижной балки , m_КБ = 60 кг; Q_Н – номинальный вес груза, принимаем исходя из реализации подъемной способности тельфера (грузоподъемность 5 т), что возможно при подъеме сварочного агрегата вследствие его зацепления на пути; υ – скорость подъема груза (υ = 8 м/мин = 0,133 м/с); с_М – приведенный к точке подвеса груза коэффициент жесткости конструкции:

  .                                     (2.8)

Приведенная масса конструкции , кг:

 кг.

Перемещение точки подвеса груза , м:

 = 7,1 ∙ 10^-3 м.

Коэффициент жесткости с_м:

 = 17,7 ∙ 10⁶.

Статический прогибм:

  = 5,13 ∙ 10^-3 м.

Динамический коэффициент :

 .

Вес груза, кН:

Q_г = 1,25 ∙ 1,35 ∙ 50 ∙ 10³ = 84,4 кН.

Горизонтальная перекосная нагрузка из-за превышения уровня одного из рельсов в кривых участках пути , кН:

 F_пр = n₁Q_H sin γ,                    (2.9)

где γ – угол наклона плоскости пути к горизонту из-за превышения уровня одного из рельсов, γ ≈ 6⁰ – соответствует превышению в 150 мм.

F_пр = 1,1 ∙ 50 ∙ 10³ ∙ sin 6⁰ = 5,5 кН.

Ветровая нагрузка на груз и тельфер , Па:

                        (2.10)

где  – статическая составляющая ветровой нагрузки, Па; - динамическая составляющая ветровой нагрузки, Па.

 = p_ВΣA_M,                                    (2.11)

где p_В – распределенное давление ветра в данной зоне высоты, Па; ΣA_M – наветренная площадь груза и тельфера, ΣA_M = 3м² – по фактическим обмерам.

Распределенное давление ветра р_В , Па:

 р_В = q_Вkcn₇,                            (2.12)

где q_В – динамическое давление (скоростной напор) ветра на высоте до 10 м над поверхностью земли , q_b = 125 Па; k – поправочный коэффициент для фактической высоты, k = 1 [1]; с – аэродинамический коэффициент , с = 1,2 [1]; n₇ - коэффициент перегрузки , n₇ = 1[1].

Распределенное давление ветра р_В , Па:

р_В = 125 ∙ 1 ∙ 1,2 ∙ 1 = 150 Па.

Статическое давление ветра , Па:

= 150 ∙ 3 = 450 Па.

Динамическое давление ветра , Па:

 = 3m_nξ_b,             (2.13)

где m_n – коэффициент пульсации скорости ветра, m_n = 0,12 [1]; ξ_В – коэффициент динамичности; τ - периода собственных колебаний портала, с:

 .                            (2.14)

Период собственных колебаний портала τ, с:

= 0,11 с.

При τ =0,11 коэффициент динамичности ξ_В = 1,75.

Динамическое давление ветра , Па:

= 3 ∙ 0,124 ∙ 1,75 ∙ 450 = 290 Па.

Суммарная ветровая нагрузка на груз и тельфер , Па:

= 450 + 290 = 740 Па.

2.2.2.2 Нагрузки сочетания «b»

Вес груза для сочетания «b» примем в зависимости от паспортного веса сварочной головки Q_н.

 Вес сварочной головки Q_н , кН:

 Q_н = m_a ∙ g, (2.15)

где т_a – масса сварочной головки, кг.

Q_н = 3500 ∙ 9,81 = 34,34 кН.

Расчетом по формуле (2.3) при Q_н =34,34 кН получено =47,21 кН.

В горизонтальной плоскости, кроме ветровой и перекосной нагрузки, учитываемых для сочетания «а» следует учесть нагрузки от уклона пути F_y в продольном профиле и нагрузки, возникающие при разгоне тельфера F_р и инерционные нагрузки от раскачивания груза F_и.        

Нагрузка от уклона пути F_y, кН[1]:

 F_y = n₃ (m_a + m_T+т_КБ) ∙ tg φ ∙ g,              (2.16)

где φ – угол уклона пути , φ = 10⁰.

F_y = 1,1 (3500 + 500+60) ∙ 0,176 ∙ 9,81 = 7,71 кН.

Инерционная нагрузка от раскачивания груза F_и, кН[2]:

,                       (2.17)

где n₅ – коэффициент перегрузки , n₅ = 1,2; a_max – максимальное ускорение при разгоне или торможении тельфера , a_max = 0,67 м/с² [2].

 = 1,2 (3500 + 500+60) ∙ 0,67 = 3,26 кН.

Нагрузки при разгоне тельфера F_p, кН[2]:

 F_p = Q_a ∙ tg (n₆ α), (2.18)

где n₆ – коэффициент возможного превышения принятого угла раскачивания, n₆ = 1,1; α – угол отклонения грузового каната от вертикали, α = 6⁰ [1].

F_p = 34,34 ∙ 10³ ∙ tg (1,1 ∙ 6⁰) = 3,97 кН.

Расчетом по формуле (2.9) при Q_н =34,34 кН получено =3,95 кН.

2.2.3 Определение усилий в элементах металлоконструкции портала

2.2.3.1 Сочетание нагрузок «a»

Нагрузки, связанные с весом груза и тельфера, передаются на МК в местах контакта ходовых колес тельфера с поперечной кран-балкой. Для расчета положение тельфера принято наиболее неблагоприятным с позиции нагружения портала – портал наклонен, тельфер находится в крайнем положении (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Расчетные схемы для сочетаний нагрузок «а»

Сосредоточенные силы:

= 45,48 кН;

кН.

2.2.3.2 Сочетание нагрузок «b».

Сосредоточенные силы:

= 27,18 кН;

 =10,2 кН.

 кН;

Расчет усилий в металлоконструкции портала выполнен в программе APM Structure3D (приложение А).

2.3 Проверочный расчет тельфера

Цель расчета: определить диаметр ходовых колес тельфера и рассчитать цилиндрическую зубчатую передачу привода колес.

Условия расчета:

- тельфер перемещается по полке двутавра №20;

- момент вращения на ведомом валу Т=355 Н^. м;

- частота вращения ведомого вала n=20 об/мин ;

- передаточное число u=2.

2.3.1 Выбор ходовых колес

 Максимальная статическая нагрузка на ходовые колеса F_max, кН [7]:

  (2.19)

где k_н – коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса, k_н=1,1[7]; m_T – масса тельфера; g – ускорение свободного падения; n_к – число ходовых колес, n_к=4.

Принят диаметр ходовых колес тельфера D=160 мм.

Выбранное колесо проверяют по напряжениям смятия в зависимости от типа контакта колеса с поверхностью катания, который обусловлен конструкцией колеса и типом поверхности. В качестве поверхности катания колеса выбрана полка двутавра.

Напряжения смятия при линейном контакте s, МПа [7]:

  (2.20)

где K_r – коэффициент, учитывающий влияние тангенциальной нагрузки (силы трения) на напряжение в контакте, зависит от условий работы, K_r= 1,1 [7]; K_Д – коэффициент динамичности,  u - номинальная скорость передвижения; a_ж – коэффициент, зависящий от жесткости пути; K_Н - коэффициент неравномерности нагрузки по ширине колеса, K_Н =1,5 [7]; b – рабочая ширина полки двутавра, м.

  (2.21)

здесь B₀ – ширина полки двутавра; r – радиус фасок полки двутавра; D - диаметр ходового колеса, м; F_max – максимальная статическая нагрузка на колесо, Н; [s_N] – допускаемое напряжение при приведенном числе оборотов N за срок службы:

  (2.22)

[s₀] – допускаемое напряжение;

  (2.23)

где N_C – полное число оборотов колеса за срок службы.

 (2.24)

где u_С – усредненная скорость передвижения колеса, м/с:

  (2.25)

где β – коэффициент, зависящий от отношения времени неустановившегося движения t_Н (суммарное время разгона и торможения) к полному времени передвижения t, β=0,7 [7]; Т – машинное время работы колеса, Т=3200ч; u - коэффициент приведенного числа оборотов принимают в зависимости от отношения минимальной нагрузки на колесо F_min к максимальной F_max, u=0,16 [7].

Усредненная скорость передвижения колеса u_С, м/с [7]:

Полное число оборотов колеса за срок службы N_С, об [7]:

Приведенное число оборотов за срок службы N, об [7]:

Допускаемое напряжение при приведенном числе оборотов N за срок службы [s_N], МПа [7]:

Рабочая ширина полки двутавра b, м [7]:

Коэффициент динамичности K_Д [7]:

Напряжения смятия при линейном контакте s, МПа [7]:

.

Условие выполняется, принимаем диаметр ходовых колес тельфера D=160мм.

2.3.2 Выбор подшипников качения

Динамическая грузоподъемность подшипников С, кН [6]:

  (2.26)

где L – расчетный ресурс, млн. об [6]:

  (2.27)

где n – частота вращения, об/мин; L_h – ресурс подшипника, ч; P - приведенная нагрузка, Н; p – показатель степени, p=3 [6].

Приведенная эквивалентная нагрузка Р, кН [6]:

  (2.28)

где F_r – радиальная нагрузка, F_r=14800Н; F_а – осевая нагрузка, F_а=3077Н; V - коэффициент вращения ,V=1,2 [6]; K_б – коэффициент безопасности, учитывающий динамическую нагрузку, K_б=1,1 [6]; K_Т – температурный коэффициент, K_б=1,0 [6]; X,Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузки.

Предварительно принят шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный №1210 ГОСТ 5720 с параметрами  С=22,9 кН; С₀=10,8 кН .

Из отношения  определен коэффициент осевого нагружения e [6]:

e=0,52.

Определено отношение , где V - кинематический коэффициент, V=1 [6].

Так как 0,21<0,52, следовательно, приведенная эквивалентная нагрузка P, кН [6]:

Ресурс выбранного подшипника L_h, ч [6]:

 , (2.29)

 где а- коэффициент долговечности , а=1.

Расчетный ресурс L, млн.об [6]:

Динамическая грузоподъемность подшипника С, кН:

Окончательно принят шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный №1209 ГОСТ 5720 с параметрами  С=21,7 кН; С₀=9,65.

2.3.3 Определение сопротивлений передвижению

Статическое сопротивление передвижению  состоит из сопротивления от трения в ходовых частях , уклона пути  и от ветровой нагрузки  [7]:

 ,                                 (2.30)

Сопротивление от трения в ходовых частях , Н [7]:

 ,                                (2.31)

где  - коэффициент трения качения колеса по полке двутавра, =0,0003 [7];  - коэффициент трения в подшипниках колес, f=0,015 [7];  - коэффициент, учитывающий трение реборд колеса о полку двутавра , =1,2 [7];  - диаметр цапфы колеса, d=0,045 м.

.

Сопротивление от уклона пути , Н [7]:

                                           (2.32)

где i – уклон пути, i=0,004 [7].

.

Сопротивление от ветровой нагрузки F_в , H [7]:

 (2.33)

где F_к – сопротивление от ветровой нагрузки на металлоконструкцию, Н [7]:

 (2.34)

где p – распределенная нагрузка на единицу площади металлоконструкции или груза, Па [7]:

 (2.35)

где q – динамическое давление ветра, q=125 Па [7]; k – коэффициент, учитывающий изменение динамического давления в зависимости от высоты расположения элементов над поверхностью земли, k=1,0 [7]; с – коэффициент аэродинамической силы, для машины с=1,5; для груза с=1,2 [7]; n – коэффициент перегрузки, n=1,0 [7]; А_к – наветренная площадь металлоконструкции , А_к=0,58м²; F_Г - сопротивление от ветровой нагрузки на груз, Н [7]:

  (2.36)

где А_Г – наветренная площадь груза, А_Г=5,8м² [7].

Распределенная нагрузка на единицу площади металлоконструкции p_K, Па:

Распределенная нагрузка на единицу площади металлоконструкции p_Г, Па:

Сопротивление от ветровой нагрузки на металлоконструкцию F_К ,Н:

Сопротивление от ветровой нагрузки на металлоконструкцию F_Г ,Н:

Сопротивление от ветровой нагрузки F_В, Н:

Статическое сопротивление передвижению F_пер, Н:

2.3.4 Расчет цилиндрической зубчатой передачи

Привод колес тельфера выполнен в виде цилиндрической зубчатой передачи (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 – Кинематическая схема зубчатой передачи

Расчёт параметров зубчатой передачи произведен на ЭВМ в программе APM Trans.

2.3.4.1 Алгоритм расчета основных параметров зубчатой передачи

 Межосевое расстояние [7]:

 ,    (2.37)

где  - численный коэффициент;  - передаточное отношение;  - крутящий момент на валу колеса,  [7]:

 ,                                      (2.38)

где  – коэффициент нагрузки ;  - допускаемое контактное напряжение, ;  - коэффициент ширины венца;  - численный коэффициент [7]:

 ,                                (2.39)

где  - коэффициент, учитывает неравномерность распределения нагрузки между зубьями,  [7];  - коэффициент, учитывает неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, симметричное расположение колёс относительно опор,  [7];  - динамический коэффициент.

Ширина колеса [7]:

 .                                                       (2.40)

Ширина шестерни  [7]:

 .                                                        (2.41)

Окружная сила  [7]:

 .                                        (2.42)

 Модуль  [7]:

 ,                                (2.43)

где  – коэффициент нагрузки по изгибу.

Определение числа зубьев шестерни и колеса :

Суммарное число зубьев [7]:

 ,                          (2.44)

где  - угол наклона зуба,  [7].

Полученное значение округляется до ближайшего целого числа.

                                             (2.45)

где  - число зубьев шестерни;  - число зубьев колеса.

Делительные диаметры [7]:

  . (2.46)

Диаметры вершин [7]:

 .            (2.47)

 Диаметры впадин [7]:

 .                                      (2.48)

Рабочее контактное напряжение  [7]:

 .                    (2.49)

Перегрузка недолжна превышать 3%, а недогрузка не более 10%.

 Радиальная сила  [7]:

 . (2.50)

 Осевая сила  [7]:

 .                                   (2.51)

 Рабочее изгибное напряжение  [7]:

 ,                      (2.52)

где  - коэффициент наклона зуба,  [7];  - коэффициент, учитывающий форму зуба; - коэффициент, нагрузки:

 ,                                         (2.53)

где  - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба;  - коэффициент, учитывающий динамику.

Результаты расчёта цилиндрической зубчатой передачи в программе APM Trans сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Результаты расчета цилиндрической зубчатой передачи

3. Проектирование механизма перемещения кран-балки

Цель расчета: подобрать гидроцилиндры перемещения кран-балки, выполнить расчет роликов поддерживающих гидроцилиндры и проушин крепления гидроцилиндров.

Условия расчета:

- кран-балка должна перемещаться на расстояние 2000 мм от своего крайнего положения.

3.1 Выбор гидроцилиндров перемещения кран-балки

3.1.1 Определение сопротивлений передвижению кран-балки

По формуле (2.31) сопротивление от трения в ходовых частях , Н:

По формуле (2.32) сопротивление от уклона пути , Н:

 .

По формуле (2.35) распределенная нагрузка на единицу площади металлоконструкции p_K, Па:

По формуле (2.35) распределенная нагрузка на единицу площади металлоконструкции p_Г, Па:

По формуле (2.34) сопротивление от ветровой нагрузки на металлоконструкцию F_К ,Н:

По формуле (2.36) сопротивление от ветровой нагрузки на металлоконструкцию F_Г ,Н:

По формуле (2.33) сопротивление от ветровой нагрузки F_В, Н:

По формуле (2.30) статическое сопротивление передвижению F_пер, Н:

Диаметр гидроцилиндра D, м [8]:

  (3.1)

где F_шт – сила на штоке гидроцилиндра, Н; р_ном – номинальное давление в гидросистеме, р_ном=16 МПа; h_цгм – КПД гидроцилиндра гидромеханический, h_цгм=0,97.

Диаметр гидроцилиндра D, м:

Так как расчетный диаметр гидроцилиндра получился слишком мал, ввиду незначительных сил сопротивлений на перемещение кран- балки, то выбираем гидроцилиндр исходя из условия, что необходимо перемещать поперечную кран-балку на расстояние 2000 мм от ее крайнего положения.

Приняты 4 гидроцилиндра ГЦ01- 90x50x1120.

3.2 Проектирование поддерживающих роликов гидроцилиндров

Гидроцилиндры механизма перемещения поперечной кран-балки подвешиваются под ездовой балкой, так как два соединенных между собой гидроцилиндра имеют длину 2240 мм, то для исключения провисания гидроцилиндры подвешиваются на поддерживающие ролики.

3.2.1 Выбор поддерживающих роликов

По формуле (2.19) максимальная статическая нагрузка на ходовые колеса F_max, кН:

Принят диаметр поддерживающих роликов D=100 мм.

По формуле (2.25) усредненная скорость передвижения ролика u_С, м/с:

По формуле (2.24) полное число оборотов колеса за срок службы N_С , об:

По формуле (2.23) приведенное число оборотов за срок службы N, об:

По формуле (2.22) допускаемое напряжение при приведенном числе оборотов N за срок службы [s_N], МПа:

По формуле (2.21) рабочая ширина полки двутавра b, м:

Коэффициент динамичности K_Д :

По формуле (2.20) напряжения смятия при линейном контакте s, МПа:

.

Условие выполняется, принимаем диаметр ходовых колес тельфера D=100мм.

3.2.2 Выбор подшипников качения поддерживающих роликов

Предварительно принят шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный №1205 ГОСТ 5720 с параметрами  С=12,1 кН; С₀=4,0 кН.

Из отношения  определен коэффициент осевого нагружения e.

e=0,37.

Определено отношение , где V - кинематический коэффициент, V=1.

По формуле (2.28) приведенная эквивалентная нагрузка P, кН:

По формуле (2.29) ресурс выбранного подшипника L_h, ч:

По формуле (2.27) расчетный ресурс L, млн.об:

По формуле (2.26) динамическая грузоподъемность подшипника С, кН

Окончательно принят шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный №1204 ГОСТ 5720 с параметрами  С=9,95 кН; С₀=3,18.

Для нижнего ролика принят шарикоподшипник радиальный однорядный №204 ГОСТ 8338 с параметрами  С=12,7 кН; С₀=6,2.

4 Определение стоимости модернизации машины ПРСМ

Основным обобщающим показателем, определяющим эффек­тивность внедрения новой техники и технологий, является эко­номический эффект, в котором находят отражение все показате­ли, характеризующие новую разработку.

Годовой экономиче­ский эффект определяется по формуле:

 Э_Г=Р_Г - З_Г , (4.1)

где Р_Г — результаты от внедрения новой (модернизированной) техники за расчетный год, тыс. р.; З_Г — затраты на эксплуатацию техники за расчетный год, тыс. р.

Результаты от внедрения техники, как базовой, так и новой, определяются по зависимости:

 Р_Г = В_Г Ц_ЕД , (4.2)

где В_Г — годовой объем работ, выполненных с помощью базовой или новой (модернизированной) техники, ед./год; Ц_ЕД — цена единицы продукции, р./ед.

Годовой объем работ, выполненных с помощью базовой или новой (модернизированной) техники, определяется по формуле:

 В_Г = в_Э к Т_Г, (4.3)

где в_Э — эксплуатационная часовая производительность техники, ед./маш.-ч;

 к — коэффициент, учитывающий непредвиденные внутрисменные простои по организационным причинам, к = 0,75; Т_Г — годовой фонд времени работы техники, маш.-ч/год.

 ед./год.

Цена единицы продукции определяется по формуле:

 Ц_ЕД = С_ЕД (1 + Н_Р)(1 + П_Н) , (4.4)

где С_ЕД — себестоимость единицы продукции, р./ед.; Н_Р — норма накладных расходов, Н_Р =30 %; П_Н — норма плановых накоплений по согласованию с заказчиком, П_Н =35 %.

Себестоимость единицы продукции, вырабатываемой с по­мощью базовой или новой (модернизированной) техники, опре­деляется по формуле:

 С_ЕД = С_М-Ч / в_Э ,  (4.5)

где С_М-Ч — себестоимость одного машино-часа работы машины, р./маш.-ч.

 С_М-Ч = З_ПЛ + З_РЕМ + З_Р.М. + З_ЭЛ + З_Н.Р + З_АМ , (4.6)

где З_ПЛ — затраты на заработную плату экипажа машин, р./ч; З_РЕМ — затраты на заработную плату ремонтных рабочих, р./ч; З_Р.М. — затраты на техническое обслуживание и ремонт машины, р./ч; З_ЭЛ — затраты на ГСМ, р./ч; З_Н.Р — накладные расходы в со­ставе себестоимости, р./ч; З_АМ – затраты на амортизацию.

 З_ПЛ = Ст_Ч К_Р К_ПР К_НАЧ , (4.7)

здесь Ст_Ч — тарифная часовая ставка рабочего определенного разряда, р./ч; К_Р – районный коэффициент; К_ПР – коэффициент премирования, К_ПР=1,25… 1,75; К_НАЧ – коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату, К_НАЧ = 1,356.

 р./ч.

 З_РЕМ = Ст_Ч К_Р К_ПР К_НАЧ Р_УД , (4.8)

где Р_УД – удельная трудоемкость ТО и Р, Р_УД = 0,4р./маш.-ч.

 р./ч.

 З_Р,М, = З_РЕМ К_ПЕР-РМ , (4.9)

где К_ПЕР-РМ — коэффициент перехода от заработной платы ре­монтников к стоимости ремонтных материалов, К_ПЕР-РМ = 2.

 р./ч.

 З_ГСМ = W_ГСМ Ц_ГСМ , (4.10)

где W_ГСМ — расход дизельного топлива, W_ГСМ = 51 л/ч; Ц_ГСМ — стоимость дизельного топлива, Ц_ГСМ = 16,4 руб./литр.

 р./ч.

 З_НР = З_ПЛ Н_НР , (4.11)

где Н_НР — норматив накладных расходов, Н_НР =0,27…0,3.

  р./ч.

 З_АМ = , (4.12)

где Н_А — норма амортизации; Ц — стоимость машины.

 Н_А =  100% (4.13)

где Т_СЛ — срок службы установки, Т_СЛ = 20 лет.

Н_А =  100% = 5%

 Ц = Ц_Б ± ΔК, (4.14)

где Ц_Б — стоимость новой машины, Ц_Б = 15 млн.р.

Затраты на разработку и эксплуатацию техники рассчитываются по формуле:

 З_Г = И + Е_Н К , (4.15)

где И— годовые текущие затраты, р.; Е_Н — нормативный коэф­фициент эффективности капиталовложений, Е_Н =0,12…0,15; К или ΔК — капитальные затраты, связанные с созданием новой тех­ники или ее модернизацией, р.

 И = С_М-Ч Т_Г , (4.16)

Капитальные затраты К или ΔК определяются по калькуляции затрат на модернизацию новой техники по сле­дующим статьям затрат: материалы, покупные комплектующие изделия, основная заработная плата производственных рабочих, дополнительная заработная плата производственных рабочих, накладные расходы, прибыль.

Затраты на материалы и комплектующие изделия определя­ются исходя из действующих цен и массы различных элементов машины. Основная заработная плата производственных рабочих рассчитывается исходя из массы различных элементов, трудоем­кости их изготовления и сборки (таблица 4.1) и часовой тарифной ставки среднего разряда рабочих.

Таблица 4.1 – Данные о трудоемкости и стоимости изготовления установки

Дополнительная заработная плата составляет в среднем 10—15 % от основной заработной платы, накладные расходы принимаются равными 27-30 % от основной заработной платы.

Величина прибыли в составе капитальных затрат на изготов­ление или модернизацию новой техники рассчитывается исходя из норматива рентабельности (35 %) к себестоимости за вычетом материальных затрат.

Результаты расчета капитальных затрат заносятся в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 – Калькуляция затрат на модернизацию установки