Пояснительная записка (Капитальный ремонт пути с использованием машины ВПР-02 с блоком стабилизации и машины РПБ-01), страница 9

3.2.4 Стабилизация балластного основания при воздействии на него нагрузки от поездов

Использование комплексов путевых машин на обслуживании пути, включая динамические стабилизаторы пути (ДСП), позволяет снять до 30—50 % поездной нагрузки в период стабилизации и увеличить до 30 % длительность периода нормальной эксплуатации. Обыч­но период стабилизации соответствует 0,5 - 2,0 млн т брутто, а период нормальной эксплуатации - 30 - 60 млн т брут­то пропущенной нагрузки. В этом же источнике приведены ре­зультаты опытов по стабилизации балластного слоя с поездной осевой нагрузкой 250 кН и 300 кН. В первом случае осадка стабили­зации составляла 11 мм, а во втором 13 мм. Иначе говоря, увеличе­ние нагрузки примерно в 1,2 раза приводит к увеличению осадки ста­билизации в том же соотношении. Это подтверждает модель процес­са стабилизации балластного слоя, изложенную в п. 3.1.2 и п. 3.2.3.

На изменение качества пути при эксплуатации влияют следую­щие факторы: высокое первоначальное качество пути после его тех­нического обслуживания, зависящее от применяемых технологий и методов, качества путевых машин и материалов верхнего строения пути; достигнутая в период стабилизации осадка. На уровень накоп­ления неровностей влияют момент инерции рельсов, расположение шпал по эпюре; минимальные радиусы кривых, изменения вдоль пути вертикальной жесткости, спектр поездных нагрузок и др.

Исследованиями, проведенными в Техническом университете г. Граца (Австрия), установлено, что площадь контакта подошвы шпалы и балласта для деревянных шпал колеблется в пределах 4 - 10 %, а для железобетонных шпал - в пределах 1 - 9 %. В стабилизирован­ном состоянии после работы ДСП этот показатель увеличивается до 40 %, что позволяет лучше передавать нагрузки на балластный слой. Улучшению передачи нагрузок способствует оптимальный грануло­метрический состав балласта.

4 КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА МАШИНЫ НА ОСНОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА РАБОТУ

4.1 Габаритные размеры и вес машины

Размеры и вес машины принимаем для ВПР-02.

4.2 Определение производительности машины

Цикл подбивки и выправки пути состоит из затрат времени на опускание и заглубление подбоек ( ), сжатия подбоек ( ), раскрытия и подъем подбивочных блоков ( ), захват рельсошпальной решетки ( ) и передвижение машины ( ) к очередной подбиваемой шпале.

Тогда

(4.1)

Время технологических операций:

Определяется минимально необходимым количеством вибровоздействий.

Определим цикл подбивки и выправки пути для заданной машины, при установленной производительности,

Время цикла определим по формуле:

(4.2)

где - число одновременно подбиваемых шпал для ВПР-02, ( ).

Тогда

Следовательно зная время цикла подбивки и выправки пути для заданной машины можем найти составляющие параметров вибрирования.

Минимально допустимое время воздействия на балласт:

(4.3)

где - угловая частота колебаний подбоек, ( , );

- минимально необходимое количество воздействий на балласт, ( );

Тогда время воздействия на балласт будет равно

Следовательно принимаю для своей машины

Время на раскрытие и подъем подбивочных блоков ( ) принимаю в соответствии с рекомендуемыми значениями,т.е. ( ), захват рельсошпальной решетки ( ) и передвижение машины к очередной подбиваемой шпале ( ).

Скорость обжатия принимаю в соответствии с рекомендуемыми значениями:

4.3 Определение потребной мощности

Мощность шпалоподбивочной машины складывается из мощности, расходуемой при виброуплотнении балласта, затрачиваемой на привод подбивочных блоков, холостого хода ( ) и из мощности затрачиваемой на привод вспомогательного оборудования (компрессоров, генераторов и т.д.) и передвижения машины.

Следовательно:

(4.4)

где - мощность, затрачиваемая на вибрирование, кВт;

- число подбивочных блоков на машине для ВПР-02, ( );

- КПД передачи от двигателя к подбойкам, ( );

- мощность затрачиваемая на обжатие щебня, кВт;

- мощность затрачиваемая на холостой ход, кВт;

- КПД привода механизма обжатия шпал, ( );

- сумма мощностей дополнительных механизмов, кВт;

- КПД передачи от двигателя к задействованным механизмам, ( );

- КПД привода дополнительных механизмов, ( ).

Составляющие затрат мощности определяются из выражений:

(4.5)

(4.6)

где - скорость обжатия щебня, ( = 0,12 м/с);

- количество пар подбоек в блоке, ( = 4);

- время отрыва подбойки от щебня, сек.;

- время контакта подбойки со щебнем, сек.;

- период колебаний, сек.

где - частота колебаний подбоек, ( );

- усилие обжатия, Н.

(4.7)

где - давление при виброуплотнении, ( МПа);

- площадь подбойки, м², ( )

Находим усилие обжатия и период колебаний:

Тогда

Мощность, расходуемая при холостом режиме работы для упрощения расчета принимается, с учетом коэффициента запаса, 40-45%, от .

Тогда

Мощность затрачиваемая на привод дополнительных механизмов принимаю в соответствии с существующими на машине ВПР-02:

- мощность затрачиваемая на работу двух компрессорных установок, ( );

- мощность затрачиваемая на два генератора обеспечивающих работу системы электрооборудования автоматики и системы освещения и сигнализации, ( ).

Тогда общая потребная рабочая мощность составит:

Таким образом, подводя итог выполненному выше расчету, можно отметить следующее: полученная максимальная мощность при оптимальных параметрах виброуплотнения не превышает максимальную мощность существующего двигателя установленного на машине ВПР-02.

4.4 Усилие подъема и сдвига рельсошпальной решетки

Усилие подъема и сдвига рельсошпальной решетки определяется по следующим формулам:

(4.8)

(4.9)

где - модуль упругости рельсовой стали, ( );

- соответствующие моменты инерции поперечного сечения рельса по осям x и y , ( );

- величины подъема и сдвига путевой решетки, ( );

- погонное сопротивление подъему путевой решетки, Н/см;

(4.10)

- погонный вес путевой решетки, ( );

- погонное сопротивление балласта подъему в начальный момент на высоту до 25см, ( );

- коэффициент, зависящий от объема дозировки и типа верхнего строения пути, ( );

- коэффициент жесткости, ;

- расстояние между точками защемления пути, ( );

Находим погонное сопротивление подъему путевой решетки по формуле (4.10):

Находим усилие подъема и сдвига рельсошпальной решетки по следующим формулам (4.8) и (4.9):

После произведенного выше расчета можно отметить: максимальное усилие подъема пути, которое можно реализовать на существующих машинах, равно 250 кН, а максимальное усилие сдвига 170 кН, следовательно, усилие подъема находится в зоне допуска, а усилие сдвига превышает реально существующее значение на 20%. Но это объясняется тем, что реальная величина на которую может произвести сдвижку машина составляет 7,5см.

Определим параметры гидроцилиндров, учитывая то, что рабочее давление в гидросистеме составляет, ( ).

Диаметр гидроцилиндра можно выразить из формулы:

(4.11)

где - усилие сдвига или подъемки, Н;

- давление в гидросистеме, ( );

- КПД гидроцилиндра, ( ).

Тогда, диаметр гидроцилиндра подъема РШР:

, (4.12)

Гидроцилиндр сдвига РШР:

Принимаем:

- гидроцилиндр подъема, ( );

- гидроцилиндр сдвига, ( ).

4.5 Тяговый расчет машины ВПР-02-ДСП-С

Тяговый расчет выполняется для определения по заданным параметрам машины и технологического процесса необходимого тягового усилия. В процессе передвижения машины ВПР-02-ДСП-С возникают сопротивления, которые преодолеваются силой тяги.

Общее сопротивление передвижению определяется по формуле:

(4.13)

где - сопротивление передвижению машины как самоходной единицы;

(4.14)

где - вес машины, ( );

- удельное сопротивление движению, Н/кН, принимается в зависимости от количества осей, рода подшипников и веса приходящегося на них:

(4.15)

где - скорость движение машины, ( );

- нагрузка от одной оси на рельс, кН:

- тяговые тележки

- бегунковые тележки

- платформа

Найдем среднее значение нагрузки приходящейся на одну ось:

Следовательно удельное сопротивление движению: