Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для пути и стрелочных переводов

t_к=0,165×Т – время контакта подбойки со щебнем, сек.;

Т = (2π / ω ) – период колебаний, сек.

где: ω – частота  колебаний подбоек = 35 Гц,

Р_обж – усилие обжатия, Н.

 

Р_обж = ρ×F,                                              (3.7)

 

где ρ – давление при  виброуплотнении, МПа

принимаем ρ = 0,4 / 1,2   МПа;

F – площадь подбойки, м², F = 0,018 м².

 

Находим усилие обжатия  и период колебаний:

 

Р_обж = 1 × 10⁶ × 0,018 = 18 кН

 

Т = (2 × 3,14) ÷ 35 = 0,180 с

 

Тогда:

 

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

 

Тогда:

N_х.х. = 0.4×N_вибр. = 0,4 × 71 = 28.4 кВт

 

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

N_компр.=2*4.5=9 кВт (мощность затрачиваемая на работу двух компрессорных установок);

N_{генерат.}=2*3.5=7 кВт (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 на 36% превышает максимальную мощность существующего двигателя (ЯМЗ-238Б) установленного на машине ВПРС-02.Следовательно, необходимо на разрабатываемую машину установить более мощную силовую установку.

 

3.4. Усилие подъема  и сдвига рельсошпальной решетки

 

Особенностью силовых  схем подъема и сдвига рельсошпальной решетки машинами ВПР и ВПРС является несимметричное расположение механизмов подъема и сдвига внутренней базы машины в свободном пролете между ходовыми тележками. Путевая решетка оказывается защемленной между внутренними колесными парами ходовых тележек машин. Усилия поъема и сдвига через колесные пары ходовых тележек передаются на рельсы выправляемого пути. Для машины ВПР ось механизма подъема и сдвига пути расположены на расстоянии L_пс=3460 мм от оси ближайшей колесной пары задней ходовой тележки. Для машины ВПРС расстояние от оси ближайшей колесной пары до линии действия подъемного усилия в среднем L_п=2275 мм, а до линии действия сдвигающего усилия L_с=4150 мм.

Расчетные зависимости  усилий подъема и сдвига пути получены при следующих допущениях:

 

1. Усилие подъема равно сумме двух, а усилие сдвига сумме трех составляющих: усилие изгиба рельсов, вес поднятой путевой решетки, усилие сцепления шпал с балластом и усилие сдвига балласта торцами шпал.
2. Условие защемления путевой решетки колесами машины является промежуточным между жесткой заделкой и шарниром.
3. Изгиб рельсов происходит под действием сосредоточенного усилия и равномерно распределенной нагрузки от силы тяжести путевой решетки и сопротивлений сдвигу.

 

Усилие подъема и  сдвига рельсошпальной решетки определяется по следующим формулам:

                                

                             (3.8)

 

 (3.9)

 

где:

Е – модуль упругости  рельсовой стали, Н/см Е=20.6×10⁶ Н/см² ;

J_x, J_y – соответствующие моменты инерции поперечного сечения рельса J_x=2*3548=7096 см⁴; J_y=2*569=1138 см⁴;

h, f-величина подъема и сдвига путевой решетки h=f=100 мм=10см;

Р₁ – равномерно распределенная нагрузка обвеса рельсов, шпал и скреплений, Р₁=106.4 Н/см;

L₁ – длина полуволны поднятой путевой решетки от точки приложения силы Р_n до точки не имеющей подъемки, L₁=L_п; см:

 

    (3.10)

 

L_n – расстояние от точки приложения силы Р_n до оси ближайшей колесной пары, см,   L_n=2275 мм; L₁=L_п; 

L_с – расстояние от точки приложения силы Р_с до оси ближайшей колесной пары, L_с=4150мм; при L₂=L_c;

μ– коэффициент сцепления  шпал с щебеночным балластом, для  ж/б шпал,  μ=1,2;

G – вес сдвигаемой путевой решетки, Н;

 

                                (3.11)

G₁-вес вывешенной путевой решетки, Н;

    (3.12)

 

К_с– коэффициент сопротивления балласта сдвигу, Н/см²,    К_с=9,5 Н/см²;

n_шп – число сдвигаемых шпал;

   (3.13)

 

t – среднее расстояние между осями шпал, t=530 мм;

L₂ – длина полуволны сдвигаемой путевой решетки от точки приложения силы Р_с до точки, не имеющей сдвижки, L₂=L_c; см;

 

   (3.14)

 

В_шп – ширина шпалы, В_шп=300 мм=30см;  

Z₀ – заглубление шпалы в балласт, см, Z₀=20см;

L – зона выклинивания балласта при сдвиге, см, L =20см;

Р₂ – равномерно распределенная нагрузка от сопротивления балласта сдвигу пути , Н/см;

 

   (3.15)

 

Усилия подъема и  сдвига могут существенно увеличиваться  в зависимости от состояния щебеночного  балласта. При слежавшемся щебеночном балласте может происходить схватывание  шпал с балластом и балласт  при подъеме путевой решетки остается в шпальных ящиках.

 

Находим составляющие формул (3.8) и (3.9):

 

 

Найдем усилия подъема  и сдвига путевой решетки:

 

 

 

Усилие подъема РШР  с рельсами Р65 и железобетонными  шпалами примерно в 2.5 раза больше, чем с рельсами Р43 и деревянными шпалами. Численные значения усилий подъема для машины ВПРС-02 примерно в 2.5 раза больше, чем для ВПР-02. Усилие подъема стрелочных переводов в 2.5-3 раза превышает таковое для РШР при соответствующих типах рельсов. Максимальное усилие подъема пути, которое можно реализовать на существующих машинах, равно 250 кН, а максимальное усилие сдвига-170 кН.

Из приведенного выше расчета ясно видно, что полученные значения усилия сдвига и усилия подъема значительно превышают реально возможные, которые можно реализовать на проектируемой машине.

Поэтому воспользуемся  расчетом усилий подъема и сдвига стыкового пути применяемого для электробалластера ЭЛБ-3МК. Полученные результаты сравним и проанализируем.

 

Усилие подъема и сдвига рельсошпальной решетки определяется по следующим формулам:

                                         

                                     (3.16)

 

                                               

                                     (3.17)

где Е – модуль упругости  рельсовой стали, Н/см Е=20.6×10⁶ Н/см²;

      J_x, J_y – соответствующие моменты инерции поперечного сечения рельса по осям x и y : J_x=2*3548=7096 см⁴; J_y=2*569=1138 см⁴;

      h_под, f_сдвиг-величины подъема и сдвига путевой решетки h=f=100 мм=10см;

      q-погонное сопротивление подъему путевой решетки, Н/см;

 

                                                        

                                                   (3.18)

 

      q_пр-погонный вес путевой решетки, Н/см, 65Н/см;

      q_б-погонное сопротивление балласта подъему в начальный момент на высоту до 25 см, Н/см, 95Н/см;

       k-коэффициент, зависящий от объема дозировки и типа верхнего строения пути (k=1.96 Н/см);

       k_жест-коэффициент жесткости, 3.9;

       L-расстояние между точками защемления пути, см, L=9500мм=950см;

 

Находим погонное сопротивление  подъему путевой решетки по формуле (3.18):

Находим усилие подъема  и сдвига рельсошпальной решетки  по следующим формулам (3.16) и (3.17):

 

 

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 7.5 см.

 

Определим параметры  гидроцилиндров, учитывая то, что рабочее  давление в гидросистеме составляет Р_н=14 МПа.

 

Диаметр гидроцилиндра можно выразить из формулы:

   (3.19)

 

где:

Р – усилие сдвига или  подъемки, Н;

Р_н – давление в гидросистеме, Р_н=14×10⁶ Па;

η – КПД гидроцилиндра = 0,95.

 

Тогда: диаметр гидроцилиндра подъема РШР:

 

           (3.20)

 

 

Гидроцилиндр сдвига РШР:

 

Принимаем:

- гидроцилиндр подъема  γ=140 мм; d_ш = 90 мм;

- гидроцилиндр сдвига  γ=140 мм; d_ш = 90 мм.

 

 

3.5 Тяговый расчет машины ВПРС

 

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

 

Общее сопротивление  передвижению определяется по формуле:

 

                                       

,Н                                           (3.21)

где:

W_п – сопротивление передвижению машины как самоходной единицы;

 

                                                           

                                                      (3.22)

где:

G_м – вес машины ,Н, G_м = 53800*9.8=527.24 кН;

W₀ – удельное сопротивление движению, Н/кН, принимается в зависимости от количества осей , рода подшипников и веса приходящегося на них:

                                                     

                                         (3.23)

где:

v -  скорость движение машины = 80 км/ч;

q₀ – нагрузка от одной оси на рельс, кН:

- тяговые тележки 12450*2*9.8=244.02кН,

- бегунковые тележки  11650*2*9.8=228.34кН,

- платформа 5600*9.8=54.88кН.

 

Найдем среднее значение нагрузки приходящейся на одну ось:

 

      

                                  

Следовательно удельное сопротивление движению:

Тогда сопротивление  передвижению машины как самоходной единицы:

 

W_к – сопротивление перемещению ВПРС в кривых участках пути, кН:

 

                                                 

                                                 (3.24)

 

где:  R – минимальный радиус кривой = 600 м.

Тогда:

 

W_i  - сопротивление при движении под уклон, кН:

                                                         

                                                    (3.25)

где: – регламентированный уклон , %о , =12%о = 0,012.

 

Тогда сопротивление при движении под уклон:

W_тр-сопротивление при трогании с места, кН:

                                                       

                                               (3.26)

где -удельное сопротивление при трогании с места, Н/кН:

                                                       

                                                (3.27)

Следовательно удельное сопротивление при трогании с  места:

Поэтому сопротивление  при трогании с места:

Тогда общее сопротивление передвижению будет равно:

 

 

Для самоходных машин  неоходимое условие движения – общее  сопротивление движению W должно быть меньше силы тяги по сцеплению F_сц, т.е.