Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка стенда для вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки

ДипломнаяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Для расширения сферы применения машин и более точной постановки решетки в требуемое положение на некоторых машинах путеподъемные устройства должны перемещаться вдоль фермы машины. Расположение ПРУ в пролете машины зависит от вида путевых работ. Так, путеподъемные устройства балластировочных и щебнеочистительных машин устанавливают в местах, где необходимо наибольшее вывешивание решетки… Читать ещё >

Разработка стенда для вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Сибирский государственный университет путей сообщения

Дипломный проект

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

Тема: Разработка стенда для вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки

Пояснительная записка

ДП.21.00.00.00 ПЗ

1 Анализ конструкций оборудования для вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки

2 Разработка стенда

2.1 Геометрическая компоновка рабочего оборудования на раме

2.2 Расчет усилий вывешивания и сдвига бесстыкового пути

2.3 Конструирование элементов стенда

3 Порядок проведения работ

4 Экономический расчет

5 Охрана труда Заключение Список использованных источников Приложение, А Распечатка усилий в опасных сечениях стержней Приложение Б Напряжения в узлах стержней Приложение В Перемещение в узлах стержней

Для механизации балластировочных, щебнеочистительных и выправочно-подбивочных работ используют специализированные машины непрерывного и циклического действия. Одними из основных операций при выполнении указанных путевых работ, является подъемка и выправка пути, производимые с помощью специальных рабочих органов — подъемно-рихтующих устройств (ПРУ).

ПРУ позволяет производить вывешивание путевой решетки на высоту Hвыв в продольном профиле, сдвиг на величину Sсдв в плане и перекос hвоз по уровню (возвышение небазового рельса над базовым в кривых участках пути).

Технологический процесс подъемки и выправки путевой решетки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 — Технологический процесс подъемки и выправки путевой решетки На балластировочных машинах (ЭЛБ-3МК, ЭЛБ-3ТС, МПП-5) подъемно-рихтовочное устройство производит вывешивание путевой решетки, для обеспечения подачи и разравнивания балласта под шпалами с помощью других рабочих органов.

На щебнеочистительных машинах (ЩОМ-4М, СЧ-600, СЧУ-800РУ) с помощью подъемно-рихтовочного устройства производится вывешивание решетки, для размещения под ней элементов щебнеочистительного оборудования. Кроме того, осуществляется постановка решетки в положение, обеспечивающее возможность пропуска других машин по реконструируемому пути.

На выправочно-подбивочных машинах (ВПО-3000, ВПО-З-3000, ВПР-1200, ВПР-02, ВПРС-500, ПМ-600, ВПМА-01) с помощью контрольно-измерительной системы происходит измерение положения путевой решетки и последующее формирование команд управления подъемно-рихтующим устройством, которое переместит и установит путевую решетку в требуемое (проектное) положение. Решетка в выправленном положении закрепляется посредством подачи балласта под шпалы и его уплотнения с помощью других рабочих органов машины.

Машины с путеподъемными и выправочными устройствами используют в комплекте с другими машинами или как самостоятельные средства. При работе в комплекте балластировочные и щебнеочистительные машины находятся в голове цепочки машин, а выправочно-подбивочные выполняют заключительные работы. К последним предъявляют более жесткие требования. Это связано с тем, что работы этих машин на заключительном этапе предшествуют открытию перегона для движения поездов.

Производительность машин, используемых при комплексной механизации путевых работ, определяется производительностью головной машины. В свою очередь для машин, у которых операции по перемещению решетки совмещены по времени с выполнением других операций, производительность определяется наиболее энергоемким процессом. Путеподъемные и выправочные устройства не должны снижать производительность машины. При современных технологиях она должна быть не ниже 2,5…3 км/ч для машин непрерывного и 0,3…0,5 км/ч для машин циклического действия. В случае выполнения работ только по смещению решетки производительность существенно повышается и составляет 5…10 км/ч и 1,5…2 км/ч соответственно для машин непрерывного и циклического действия.

На балластировочных и щебнеочистительных машинах путеподъемные устройства обеспечивают условия для эффективного выполнения основных операций (подведение балласта под решетку, его очистка). Здесь не требуются высокие скорости изменения положения решетки и высокая точность ее постановки в требуемое положение.

Рабочие скорости вывешивания и сдвига решетки составляют 0,005…0,01 м/с. С большей скоростью работают выправочные устройства, особенно на машинах циклического действия. Опыт эксплуатации машин непрерывного действия показывает, что скорости должны быть повышены до 0,015…0,03 м/с.

Важными параметрами для балластировочных машин являются величины вывешивания и сдвига решетки. Для современных условий производства работ они должны составлять 0,3…0,45 м. Увеличение вывешивания и сдвига дает возможность более эффективно использовать машины. Например, при производстве балластировочных работ, подъемку пути на требуемую высоту можно осуществить за один проход.

На выправочно-подбивочных машинах различают суммарные величины вывешивания и сдвига решетки и величины вывешивания и сдвига при выправке пути. Для более эффективного использования машин по выправке пути и расширения сфер их применения величины вывешивания решетки должны составлять 100…150 мм. Существенное сглаживание неровностей пути достигается уже при вывешивании решетки на 30…50 мм. Поэтому вывешивание и сдвиг решетки при выправке пути должны быть не менее 50 мм.

Наиболее жесткие требования к выправочным устройствам предъявляют по точности постановки решетки в требуемое положение и продолжительности отработки команд. Точность постановки решетки по уровню должна быть ±2 мм. Время отработки команд — 1,5…3 с.

Применение в балластировочных машинах автоматических систем с целью более точной постановки решетки в требуемое положение дает заметный эффект, если применяются устройства для закрепления решетки в смещенном положении.

Точность постановки решетки в требуемое положение во многом зависит от конструкции рельсовых захватов. Они должны обеспечивать надежный захват и удержание решетки на всех участках пути. Зона захвата рельса при этом должна быть минимальной длины.

1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫВЕШИВАНИЯ И СДВИГА РЕЛЬСОШПАЛЬНОЙ РЕШЕТКИ

По ряду важных технических показателей машины с путеподъемными и выправочными устройствами не полностью соответствуют производственно-техническим требованиям эксплуатационников. Основными причинами этого являются несовершенство конструкций устройств и недостаточно полная изученность процессов выправки пути. Такие показатели машин, как производительность и точность постановки решетки в требуемое положение, можно повысить за счет изменения компоновки узлов и привода механизмов выправочного устройства, совершенствования рельсового захвата и его подвески.

Для расширения сферы применения машин и более точной постановки решетки в требуемое положение на некоторых машинах путеподъемные устройства должны перемещаться вдоль фермы машины. Расположение ПРУ в пролете машины зависит от вида путевых работ. Так, путеподъемные устройства балластировочных и щебнеочистительных машин устанавливают в местах, где необходимо наибольшее вывешивание решетки, обеспечивающее работу других устройств (например, щебнеочистительного), или где требуемое вывешивание достигается наименьшей силой. Устройства выправки на выправочно-подбивочных и рихтовочных машинах располагают ближе к задней тележке с целью фиксации решетки в требуемом положении.

Также, от расположения ПРУ зависит точность постановки решетки при входе машины в кривую и при выходе из нее.

На балластировочных машинах, вследствие большой загрузки балластом передней части решетки, напряжения в рельсах выше, чем в той части, которая находится за захватом. Поэтому путеподъемное устройство целесообразно располагать не по центру свободного пролета, а со смещением к задней тележке. Соотношение расстояний между передней тележкой и захватом l1 и между захватом и задней тележкой l2 рекомендуется принимать l1: l2 = 1: 0,83.

Рисунок 2 — Схема расположения ПРУ в пролетах машин, а — двухпролетный балластер; б — выправочно-подбивочно-рихтовочная машина Путеподъемные устройства работают с опиранием на ферму машины или на балластную призму (рисунок 3).

Рисунок 3 — Виды опор ПРУ, а — ПРУ с опорой на ферму машины; б — ПРУ с опорой на балластную призму На машинах применяют маятниковые (рисунок 4) и консольные подвески (рисунок 5) рельсовых захватов с электромеханическим и гидравлическим приводами.

При электромеханическом приводе в многочисленных соединениях элементов устройства появляются износовые зазоры. Кроме того, для предотвращения заклинивания подвески захватов при переносе решетки предусмотрены технологические зазоры между контактными роликами механизма сдвига и вертикальной тягой. В электромагнитных рельсовых захватах имеется зазор между ребордой опорно-рихтующего ролика и головкой рельса.

Высокая инерционность системы и наличие многочисленных зазоров снижают точность постановки решетки в требуемое положение и вызывают необходимость снижения рабочей скорости машины.

С целью повышения быстродействия системы на выправочно-подбивочных машинах непрерывного действия используют реверс-редукторы с электромагнитными муфтами. В электромагнитных захватах применяют специальные рихтующие ролики. Применение гидропривода повысило эффективность работы выправочных и путеподъемных устройств.

Рисунок 4 — Кинематическая схема ПРУ ВПО-3000

1, 10 — параллелограммная подвеска; 2 — указатель; 3, 8, 14 — червячный редуктор подъема и сдвига; 4, 7, 13 — реверс-редуктор; 5, 6, 12, 16 — электродвигатель; 9, 25 — ходовой ролик; 11 — каретка; 15 — ходовой винт; 17 — червячный редуктор рихтующих роликов; 18 — двуплечий рычаг; 19, 28, 29 — направляющая; 20 — рихтующий ролик; 21, 23 — электромагнит; 22 — опорный ролик; 24 — поперечная балка; 26 — упорный каток; 27 — квадрат; ЭМП, ЭМЛ, ЭМТ — электромагнитные муфты реверса и тормозов Используемые на машинах маятниковые и консольные подвески рельсовых захватов имеют и другие недостатки. Так, при маятниковой подвеске (по типу ВПО-3000) изображенной на рисунке 4, механизм сдвига решетки расположен по высоте на значительном расстоянии от рельсового захвата. Это увеличивает время выбора зазоров и мощность на сдвиг и вывешивание решетки. Более удачной является подвеска на машине ВПО-3−3000, кинематическая схема которой приведена на рисунке 6. Консольная подвеска захватов по типу ВПР-1200 работает эффективно лишь при малых величинах вывешивания и сдвига решетки (30…50 мм).

Важным узлом в путеподъемных и выправочных устройствах является рельсовый захват. На машинах применяют в основном электромагнитные (рисунок 7) и роликовые (рисунок 8) захваты. От надежности захвата и удержания решетки в процессе работы существенно зависит производительность и точность постановки решетки в требуемое положение. При сбросе захватом решетки требуется дополнительное время на перезарядку рабочих органов и устранение перекосов решетки. В результате снижаются производительность и точность постановки решетки.

Рисунок 5 — Кинематическая схема ПРУ ВПР-02

1 — гидроцилиндр подъема пути; 2 — вертикальная направляющая; 3 — кронштейн; 4 — гидроцилиндр привода захватов; 5 — балансир; 6 — захватные ролики; 7 — рихтующий гидроцилиндр Рисунок 6 — Кинематическая схема ПРУ ВПО-3−3000

1 — гидроцилиндр подъема пути; 2 — реактивный кронштейн; 3 — гидроцилиндр сдвига пути; 4 — электромагнитные роликовые захваты; 5 — рихтующие ролики; 6 — траверса; 7 — центральная балка; 8 — шарнирный узел крепления центральной балки и реактивного кронштейна Сброс решетки электромагнитным захватом происходит по нескольким причинам. На пути с асбестовым балластом происходит налипание металлических включений к магниту. Электромагнитное поле рассеивается, подъемная сила захвата уменьшается. Необходима очистка пространства в зоне рельса от балласта.

Рисунок 7 — Электромагнитный рельсовый захват

1 — электромагнитная катушка; 2 — опорный ролик; 3 — корпус электромагнита Рисунок 8 — Роликовый рельсовый захват

1 — гидроцилиндр привода захвата; 2 — рихтующий ролик; 3 — захватный ролик Одной из причин сброса решетки является также неравномерность нагрузок на катушки по длине захвата. При изгибе решетки наибольший ее прогиб смещается в сторону более длинного свободного пролета и практически может находиться вне рельсового захвата. В результате задние катушки нагружаются больше, чем передние и это способствует отрыву от рельса всего магнита. Отрыву захвата способствует также неравномерность зазоров по его длине между нижней пластиной магнита и головкой рельса. По концам захвата они больше, чем в середине. Выравнивание нагрузок на катушки и равномерность зазоров можно обеспечить использованием секционных рельсовых захватов небольшой длины. При односекционном захвате эти недостатки можно устранить применением одноконсольного захвата. Консоль у захвата должна быть только с задней стороны.

Отрыв захвата от рельса происходит также вследствие неудачной конструкции подвески корпуса захвата к поперечной балке. Усилие на перемещение захвата вдоль рельса передается в верхней части его корпуса. При увеличении сопротивления перемещению захвата (особенно на стыках) создается дополнительный момент, разворачивающий магнит в вертикальной плоскости относительно переднего ролика. Это способствует отрыву захвата от рельса. Указанный недостаток можно устранить присоединением подвески к нижней части его корпуса. При такой конструкции существенно уменьшается момент, разворачивающий магнит. С этой же целью можно использовать захват с несимметричным расположением катушек относительно его подвески. Повышает надежность работы электромагнитного захвата также использование дублирующих рельсозахватных роликов.

Роликовые захваты используются в основном на машинах циклического действия. Они приводятся в действие при остановке машины во время рабочего цикла. В настоящее время делается попытка использования этих захватов на машинах непрерывного действия. Однако разработанные конструкции имеют ряд недостатков. В частности, не отработана конструкция, надежно удерживающая решетку в вывешенном состоянии при проходе рельсовых стыков. Не предусмотрены устройства для регулировки зазоров между роликами и рельсами в случае использования машин на путях с различным типом рельсов или при износе роликов. Как и в электромагнитных захватах, наиболее нагруженными являются ролики со стороны меньшего свободного пролета. В конструкции захвата должны быть предусмотрены устройства, выравнивающие нагрузки по его длине на захватных и рихтующих роликах. Нагрузки на один захватный ролик находятся в пределах 25…30 кН, на рихтующий ролик — 10…15 кН.

Надежность работы роликов зависит от их конструкции и взаимного расположения. Для свободного прохода захватами кривых участков пути и наибольшего вывешивания решетки с меньшим усилием необходимо захватывать рельс на небольшой длине. Однако сближение роликов может привести к тому, что оба комплекта захватных роликов будут находиться на рельсовой накладке. Надежность захвата и удержания решетки при этом резко снижается.

Конструкции захватов должны обеспечивать возможность прохода машиной кривых участков пути и участков с изменением ширины колеи, без заклинивания роликов. Особенно это важно в устройствах с электромеханическим приводом.

Следует отметить, что усовершенствование захватов делается с учетом типа машины и условий производства работ. Так, многосекционные захваты целесообразно применять на машинах с большими свободными пролетами (балластировочные и щебнеочистительные машины). На машинах с малой базой захваты должны быть небольшой длины и иметь дублирующие элементы.

2 РАЗРАБОТКА СТЕНДА

2.1 Геометрическая компоновка рабочего оборудования на раме

Основу стенда составляет удлиненная рама грузовой платформы (рисунок 9), состоящая из двух боковых балок и двух хребтовых изготовленных из двутавра № 60 с переменным по высоте сечением.

Рисунок 9 — Грузовая платформа Длина рамы стандартной платформы была увеличена на 10 250 мм и составляет 23 650 мм, для того чтобы обеспечить базу стенда Lм=19 950 мм.

ПРУ взято с выправочно-подбивочной машины ВПР-02 и смонтировано с опорой на раму стенда Кинематическая схема ПРУ представлена на рисунке 5.

Как уже говорилось в аналитическом обзоре, расположение подъемно-рихтовочного устройства в пролете путевых машин зависит от типа машины и ее назначения. У щебнеочистительных и балластировочных машин ПРУ расположено в середине пролета, а у выправочно-подбивочных машин ПРУ находится ближе к задней тележке. Схема компоновки подъемно-рихтовочного устройства на раме стенда изображена на рисунке 10.

Рисунок 10 — Общая схема компоновки лабораторного стенда Проектируемый мной в дипломном проекте лабораторный стенд будет иметь переднюю стационарную тележку и заднюю перемещаемою вдоль рамы стенда.

Задняя тележка фиксируется в одном из трех возможных положений, для этого на раме стенда дополнительно находятся еще две шкворневых балки. При максимальной базе платформы Lм = 19 950 мм, ось ПРУ находится в середине пролета как у щебнеочистительных и балластировочных машин. При минимальной базе платформы Lм =14 570 мм, ось ПРУ расположена на расстоянии 4595 мм, что равнозначно расположению ПРУ у машины ВПР-02.

2.2 Расчет усилий вывешивания и сдвига бесстыкового пути

2.2.1 Расчет усилий вывешивания

2.2.1.1 Расчетный случай № 1

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 18,1 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ар: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки bp: 9,05 м; величины вывешивания путевой решетки Hвыв, м: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25.

Расчетная схема изображена на рисунке 11.

Рисунок 11 — Расчетная схема № 1 к определению усилия вывешивания РШР Суммарное усилие вывешивания Рсум, Н [10]:

(1)

где Р — основное усилие вывешивания путевой решетки Р, Н [10]; Рдоп — дополнительное усилие вывешивания путевой решетки Рдоп, Н.

(2)

где q — погонное сопротивление подъему путевой решетки q, Н/м [10]; Е — модуль упругости рельсовой стали, Н/м2 [10]; Ix — момент инерции поперечных сечений двух рельсов относительно главных горизонтальных осей, Iх = м4.

(3)

где qпр — погонный вес путевой решетки, qпр = 6500 Н/м [10]; qб — погонное сопротивление балласта подъему, qб = 9500 Н/м [10]; к — коэффициент, зависящий от типа верхнего строения пути, к = 196 Н/м.

Н/м.

Н.

(4)

где кд — поправочный коэффициент, кд = 1,2 [10]; дополнительные изгибающие моменты Мда и Мдб ,.

(5)

(6)

где Рпр — продольное усилие растяжения двух рельсовых нитей, Н [10]; - угол поворота рельсов, рад.

(7)

.

(8)

где М1 — реактивный изгибающий момент, [10]; R1 — реактивное усилие, Н.

(9)

(10)

.

.

.

.

Реактивное усилие R2, Н [10]:

(11)

Н.

Расчет усилий вывешивания рельсошпальной решетки по формулам (1) — (11) при различных величинах Hвыв сведен в таблицу 1.

Таблица 1 — Усилия вывешивания РШР при величине L=18,1 м

Величина вывешивания решетки Hвыв, м

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

Погонное сопротивление подъему q, Н/м

15 990,2

15 980,4

15 970,6

15 960,8

Основное усилие подъема решетки Р, Н

168 376,8

191 953,7

215 530,5

239 107,4

262 684,2

Реактивное усилие R1 , Н

— 60 522,9

— 48 645,8

— 36 768,7

— 24 891,5

— 13 014,4

Реактивное усилие R2 , Н

— 60 522,9

— 48 645,8

— 36 768,7

— 24 891,5

13 014,4

Граничный реактивный момент M1 , Н м

— 55 593,2

1983,1

51 627,2

105 237,3

158 847,5

Угол поворота рельсов ?в, рад

Продольное усилие растяжения Рпр, Н

Дополнительный изгибающий моментМда, Н м

4316,4

18 442,8

42 379,2

76 125,6

Дополнительный изгибающий момент Мдб, Н м

4316,4

18 442,8

42 379,2

76 125,6

Дополнительное усилие подъема Рдоп, Н

1144,7

4890,9

11 238,7

31 738,9

Суммарное усилие вывешивания Рсум, Н

169 521,5

196 844,6

226 769,2

259 295,4

294 423,1

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 1, видно, что при базе платформы 19 950 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину меньше 200 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания — 250 кН.

2.2.1.2 Расчетный случай № 2

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 15,41 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ар: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки bp: 6,36 м; величины вывешивания путевой решетки Hвыв, м: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2, 0,25.

Расчетная схема изображена на рисунке 12. Расчет усилий вывешивания рельсошпальной решетки сведен в таблицу 2.

Расчет усилий вывешивания Рсум произведен по формулам (1) — (11) и сведен в таблицу 2.

Рисунок 12 — Расчетная схема № 2 к определению усилия вывешивания РШР Рисунок-12. Расчётная схема № 3.для определения усилий вывешивания Таблица 2 — Усилия вывешивания РШР при величине L=15,41 м

Величина вывешивания решетки Hвыв, м

0,01

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

Погонное сопротивление подъему q, Н/м

15 998,1

15 990,2

15 980,4

15 970,6

15 960,8

Основное усилие подъема решетки Р, Н

135 554,8

169 155,5

211 156,4

253 157,3

295 158,2

Реактивное усилие R1 , Н

— 49 391,5

— 31 019,8

— 187 385,3

14 909,7

37 874,5

60 839,2

Реактивное усилие R2 , Н

— 135 580

— 170 542,3

— 217 081,6

266 772,7

319 615,5

375 609,9

Граничный реактивный момент M1 , Н м

— 36 238,3

33 407,9

— 20 202,2

207 523,6

294 581,4

381 639,3

Угол поворота рельсов ?в, рад

— 0,019

— 0,028

— 0,673

— 0,048

— 0,059

— 0,069

Продольное усилие растяжения Рпр, Н

Дополнительный изгибающий момент Мда, Н м

1446,9

25 838,2

1 058 199,9

165 722,5

277 911,2

418 240,9

Дополнительный изгибающий момент Мдб, Н м

— 883,2

— 10 808,3

— 712 259,4

— 44 301,8

— 65 681,8

— 90 133,9

Дополнительное усилие подъема Рдоп, Н

25,2

1386,8

5925,3

13 615,4

24 457,3

38 450,9

Суммарное усилие вывешивания Рсум, Н

170 542,3

217 081,6

266 772,7

319 615,5

375 609,9

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 2, видно, что при базе платформы 17 260 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину меньше 150 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания — 250 кН.

2.2.1.3 Расчетный случай № 3

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 12,72 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ар: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки bp: 3,67 м; величины вывешивания путевой решетки Hвыв, м: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2, 0,25.

Расчетная схема изображена на рисунке 13. Расчет усилий вывешивания рельсошпальной решетки Рсум произведен по формулам (1) — (11) и сведен в таблицу 3.

Рисунок 13 — Расчетная схема № 3 к определению усилия вывешивания РШР

Таблица 3 — Усилия вывешивания РШР при величине L=12,72 м

Величина вывешивания решетки Hвыв, м

0,01

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

Погонное сопротивление подъему q, Н/м

15 990,2

15 980,4

15 970,6

15 960,8

Основное усилие подъема решетки Р, Н

247 019,8

370 109,5

493 199,2

616 288,9

739 378,6

Реактивное усилие R1 , Н

— 73 520,2

— 60 547,1

— 44 330,8

— 28 114,5

— 11 898,2

4318,1

Реактивное усилие R2 , Н

18 573,1

104 171,6

211 169,6

318 167,6

425 165,7

532 163,8

Граничный реактивный момент M1 , Н м

— 109 026,4

— 55 666,3

11 033,8

77 733,9

144 433,9

211 134,1

Угол поворота рельсов ?в, рад

0,003

— 0,004

— 0,008

— 0,012

— 0,016

Продольное усилие растяжения Рпр, Н

Дополнительный изгибающий момент Мда, Н м

— 231,8

4298,7

25 168,2

63 042,3

117 920,7

189 802,8

Дополнительный изгибающий момент Мдб, Н м

172,5

4323,6

15 715,5

33 999,8

59 176,6

91 246,3

Дополнительное усилие подъема Рдоп, Н

25,661

1983,7

8475,8

19 476,3

34 985,2

55 002,5

Суммарное усилие вывешивания Рсум, Н

148 573,7

249 003,5

378 585,3

512 675,5

651 274,1

794 381,1

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 3, видно, что при базе платформы 14 570 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину около 50 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания — 250 кН.

2.2.2 Расчет усилий сдвига

2.2.2.1 Расчетный случай № 1

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 18,1 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ар: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки bp: 9,05 м; величины сдвига путевой решетки Sсдв, м: 0,01; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15.

Расчетная схема изображена на рисунке 14.

Рисунок 14 — Расчетная схема № 1 к определению усилия сдвига РШР Суммарное расчетное усилие сдвига путевой решетки Qсум, Н [10]:

(12)

где Q — расчетное усилие на сдвиг путевой решетки, Н [10]; Qдоп — дополнительное усилие сдвига путевой решетки в плане, Н.

(13)

где — опытный коэффициент учитывающий повышение поперечной жесткости путевой решетки, обусловленное скреплениями рельсов со шпалами, для железобетонных шпал и рельсов Р65, [10]; Е — модуль упругости рельсовой стали, [10]; - момент инерции поперечного сечения двух рельсов относительно вертикальной оси,

м4.

(14)

где кд — поправочный коэффициент, [10]; , — дополнительные изгибающие моменты, .

(15)

(16)

где — дополнительное продольное усилие растяжения, Н [10]; - угол поворота поперечного сечения рельса в горизонтальной плоскости, рад.

(17)

где F — площадь поперечного сечения одного рельса Р65, м2.

.

(18)

где — граничный реактивный момент, [10]; - граничное реактивное усилие, Н.

(19)

(20)

.

.

.

.

.

.

Н.

Расчет усилий сдвига путевой решетки по формулам (12) — (20) при других величинах Sсдв сведен в таблицу 4.

Таблица 4 — Усилия сдвига РШР при величине L=18,1 м

Величина сдвига решетки Sсдв, м

0,03

0,06

0,09

0,12

0,15

Расчетное усилие сдвига Q, H

8880,9

17 761,9

26 642,9

35 523,9

44 404,9

Продольное усилие растяжения Рпр, Н

20 567,7

82 270,7

329 082,8

514 191,9

Граничное реактивное усилие R1 , Н

4440,5

8880,9

13 321,5

17 761,9

22 202,5

Граничный реактивный момент M1 , Н м

20 093,2

40 186,4

6 027 964,568

80 372,8

100 466,1

Угол поворота рельсов ?г, рад

Дополнительный изгибающий момент Мда, Н м

4936,2

16 659,8

39 489,9

77 128,8

Дополнительный изгибающий момент Мдб, Н м

4936,2

16 659,8

39 489,9

77 128,8

Дополнительное усилие сдвига Qдоп, Н

163,6

1309,1

4418,1

10 472,5

20 454,1

Суммарное усилие сдвига Qсум, Н

9044,6

45 996,4

64 858,9

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 4, видно, что при базе платформы 19 950 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести сдвиг решетки на величину 150 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания — 170 кН.

2.2.2.2 Расчетный случай № 2

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 15,41 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ПРУ ар: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки bp: 6,36 м; величины сдвига путевой решетки Sсдв, м: 0,01; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15.

Рисунок 15 — Расчетная схема № 2 к определению усилия сдвига РШР Расчетная схема изображена на рисунке 15. Расчет усилий сдвига рельсошпальной решетки по формулам (11) — (19) при других величинах Sсдв и сведен в таблицу 5.

Таблица 5 — Усилия сдвига РШР при величине L=15,41 м

Величина сдвига решетки Sсдв, м

0,01

0,03

0,06

0,09

0,12

0,15

Расчетное усилие сдвига Q, H

5263,6

15 790,9

31 581,8

47 372,8

63 163,7

78 954,6

Продольное усилие растяжения Рпр, Н

3152,7

28 375,1

113 500,3

255 375,8

454 001,4

709 377,1

Граничное реактивное усилие R1 , Н

1949,7

5849,1

9008,4

17 547,3

1949,7

1949,7

Граничный реактивный момент M1 , Н м

8114,2

24 342,5

40 570,8

73 027,5

32 672,5

39 370,3

Угол поворота рельсов ?г, рад

— 0,003

— 0,008

— 0,001

— 0,025

0,092

0,118

Дополнительный изгибающиймомент Мда, Н м

109,5

2957,5

4167,1

79 846,8

— 323 285,4

— 648 927,5

Дополнительный изгибающий момент Мдб, Н м

— 23,29

— 628,9

6274,4

— 16 977,3

319 959,6

Дополнительное усилие сдвига Qдоп, Н

10,1

273,5

1736,4

7384,1

17 503,2

34 185,9

Суммарное усилие сдвига Qсум, Н

5273,8

16 064,4

33 318,2

54 756,9

80 666,9

113 140,5

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 3, видно, что при базе платформы 17 260 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести вывешивание решетки на величину 150 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания — 170 кН.

2.2.2.3 Расчетный случай № 3

Исходные данные: длина защемленного рельса в пролете стенда L: 12,72 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой передней тележки ПРУ ар: 9,05 м; расстояние от оси ПРУ до ближайшей точки защемления рельса колесной парой задней тележки bp: 3,67 м; величины сдвига путевой решетки Sсдв, м: 0,01; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15.

Рисунок 16 — Расчетная схема № 4 к определению усилия сдвига РШР Расчет усилий сдвига путевой решетки по формулам (11) — (19) при других величинах Sсдв сведен в таблицу 6.

Таблица 6 — Усилия сдвига РШР при величине L=12,72 м

Величина сдвига решетки Sсдв, м

0,01

0,03

0,06

0,09

0,12

0,15

Расчетное усилие сдвига Q, H

15 406,8

46 220,4

92 440,9

138 661,3

184 881,7

231 102,1

Продольное усилие растяжения Рпр, Н

4627,3

41 645,5

166 582,1

374 809,6

666 328,2

1 041 137,9

Граничное реактивное усилие R1 , Н

3107,5

9322,6

18 645,2

27 967,8

37 290,4

Граничный реактивный момент M1 , Н м

11 606,9

34 820,9

69 641,8

104 462,8

139 283,8

174 104,7

Угол поворота рельсов ?г, рад

— 0,009

— 0,028

— 0,057

— 0,085

— 0,114

— 0,142

Дополнительный изгибающиймомент Мда, Н м

443,1

11 962,2

95 662,7

322 666,9

764 194,3

Дополнительный изгибающий момент Мдб, Н м

— 114,6

— 3094,9

— 24 745,5

— 83 437,1

— 197 514,8

— 385 113,9

Дополнительное усилие сдвига Qдоп, Н

21,3

574,2

4593,4

15 502,7

36 747,1

71 771,7

Суммарное усилие сдвига Qсум, Н

15 428,1

46 794,6

97 034,3

154 163,9

221 628,8

302 873,9

Вывод: из расчетов, приведенных в таблице 6, видно, что при базе платформы 14 570 мм, подъемно-рихтовочное устройство сможет произвести сдвиг решетки на величину между 90 и 120 мм при максимальном усилии на штоках гидроцилиндров вывешивания — 170 кН.

2.3 Конструирование элементов стенда

2.3.1 Прочностной расчет боковых и хребтовых балок рамы стенда

Исходные данные: материал: сталь 09Г2; тип сечения: двутавр № 60; усилие вывешивания решетки Рвыв: 150 кН; усилие сдвига Qсдв: 170 кН.

Цель расчета: проверка несущей способности боковых и хребтовых балок.

Рисунок 17 — Расчетная схема для базы стенда 19 950 мм Рисунок 18 — Расчетная схема для базы стенда 17 260 мм Рисунок 19 — Расчетная схема для базы стенда 14 570 мм

h — высота сечения, м; h1 — расстояние между полками, м; b — ширина сечения, м; tст — толщина стенки, м; tп — толщина полки, м; 1, 2, 3 — рассматриваемые в расчете точки Рисунок 20 — Сечение рамы

Металлоконструкция стенда была спроектирована и рассчитана в программе APM WinMachine. Результаты расчетов приведены в Приложениях, А и Б.

На металлоконструкцию действуют реакции от усилий вывешивания и сдвига рельсошпальной решетки, а также вес конструкции.

Вес металлоконструкции стенда Gп, Н:

(21)

где mмк — масса металлоконструкции, mмк = 10 600 кг; g — ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2.

Н.

Расчет на прочность металлоконструкции стенда произведен по методу допускаемых напряжений.

Из Приложений, А и Б были выбраны наиболее нагруженные стержни, их расчет приведен ниже. Расчетные схемы приведены на рисунках 17 — 19.

2.3.1.1 Проверка прочности сечения стержня Rod57

Таблица 7 — Исходные данные для стержня Rod57

Продольное усилие

N, Н

Поперечное усилие

Qу, Н

Поперечное усилие

Qx, Н

Момент кручения

Т, Н м

Изгибающий момент Му, Н м

Изгибающий момент Мх, Н м

— 105 192,73

— 9142,98

— 24 310,09

— 951,838

16 813,796

99 509,169

Рисунок 21 — Геометрические характеристики сечения стержня Rod57

Условие прочности [5]:

(22)

где — эквивалентные напряжения, МПа [5]; - допускаемые напряжения, МПа.

(23)

где — суммарные нормальные напряжения, МПа [5]; - суммарные касательные напряжения, МПа.

(24)

где — предел текучести стали, =305 МПа [3]; n0 — коэффициент запаса прочности стали, n0=1,4.

МПа.

(25)

где, А — площадь сечения, м2; Iх — момент инерции относительно главной центральной оси х-х, м [5]; у — расстояние от главной центральной оси х-х до рассматриваемой точки, м [5]; Iу — момент инерции относительно главной центральной оси у-у, м4; х — расстояние от главной центральной оси у-у до рассматриваемой точки, м.

(26)

где b — ширина сечения, b=0,19 м [5]; tп — толщина полки, tп = 0,0178 м [5]; h1 — расстояние между полками, h1=0,264 м [5]; tст — толщина стенки, tcт=0,012 м.

м2.

(27)

где h — высота сечения, h=0,3 м.

м4.

(28)

м4.

(29)

где — касательные напряжения от действия поперечной силы Qy, МПа [5];

— касательные напряжения от действия поперечной силы Qх, МПа [5]; - касательные напряжения от действия момента кручения Мкр, МПа.

(30)

где — статический момент отсеченной части, м3 [5]; bx — ширина рассеченной части, м.

(31)

где Аотс — площадь отсеченной части сечения для рассматриваемой точки, м2 [5]; ус — расстояние от оси х-х до центра тяжести отсеченной части, м [5]; .

Схемы для определения статического момента приведены на рисунках 21 и 22.

Рисунок 22 — Схема к определению статического момента для точки 2

Рисунок 23 — Схема к определению статического момента для точки 3

(32)

где h — высота рассматриваемого сечения, м [5]; у — расстояние от главной центральной оси х-х до рассматриваемой точки, м.

Касательные напряжения, так как величина действующего момента кручения Мкр в рассматриваемых стержнях имеет весьма малое значение.

2.3.1.2 Расчет эквивалентных напряжения для точки 1

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,15 м, x = 0,095 м:

МПа.

Статический момент по формуле (31) Sотс=0 при Аотс = 0.

Касательные напряжения по формуле (32) при tст=0,012 м, h=0,3 м, y=0,15 м:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29) МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.1.3 Расчет эквивалентных напряжения для точки 2

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,132 м, х=0,006 м:

МПа.

Площадь отсеченной части:

м2.

Статический момент по формуле (31) при ус=0,1411м:

м3.

Касательные напряжения по формуле (30) при м,

МПа.

Касательные напряжения по формуле (32) при tст=0,012 м, h=0,3 м, y=0,15 м:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.1.4 Расчет эквивалентных напряжения для точки 3

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0 м, х=0,006 м:

МПа.

Площади отсеченных частей:

м2; м2.

Статический момент по формуле (31) при ус 1=0,1411 м; ус 2=0,066 м:

м3.

Касательные напряжения по формуле (32) при м:

МПа.

Касательные напряжения по формуле (33) при tст=0,012 м, h=0,3 м, y=0:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

В результате расчетов, выяснилось, что самая нагруженная точка 1.

Проверка выполнения условия прочности (22):

.

Условие прочности соблюдается.

2.3.1.5 Расчет эквивалентных сечений

Опасные сечения, сходные по геометрическим параметрам с сечением стержня Rod57 рассчитаны по формулам (22) — (32).

Расчетные схемы для соответствующих значений базы платформы изображены на рисунках (17) — (19). Максимальные усилия в стержнях взяты из Приложения, А и приведены в таблице 8. Результат расчетов сведен в таблицу 9.

Таблица 8 — Максимальные нагрузки в стержнях

База платформы, мм

№стержня

Продольная силаN, Н

Поперечная силаQy, Н

Поперечная силаQх, Н

Момент кручения Т, Н

Изгибающий моментМу, Н м

Изгибающий моментМх, Н м

Rod 255

— 165 042,34

145 698,02

43 840,19

— 170,081

15 908,952

104 908,623

Rod 256

165 601,65

— 122 180,82

42 870,2

— 54,389

15 790,903

17 669,732

Rod 60

106 781,8

3998,43

— 21 633,22

— 350,903

16 476,509

— 2350,193

Rod 7

— 20 948,75

10 451,56

9440,72

— 117,110

13 000,354

— 36 412,762

Rod 19

4337,22

35 802,81

10 555,23

— 116,439

14 248,421

— 87 636,728

Rod 42

— 4077,96

16 541,56

10 554,4

— 115,248

14 247,396

— 60 584,774

Rod 31

20 865,7

— 11 253,67

9424,35

— 106,613

12 373,128

— 29 522,795

Rod 8

— 27 803,68

23 481,7

12 457,97

— 104,609

— 16 968,97

— 59 521,467

Rod 20

9653,56

34 670,43

13 612,46

— 113,933

18 418,393

— 81 600,983

Rod 43

— 9180,53

15 523,11

13 611,44

— 115,655

18 417,137

— 55 092,658

Rod 32

27 594,71

— 5211,29

12 439,18

— 114,529

16 516,358

— 20 730,946

Rod 153

— 32 552,78

39 017,92

14 042,31

— 107,930

16 850,350

— 68 720,585

Rod 151

26 433,39

35 250,03

22 106,31

— 122,770

21 796,373

— 76 632,068

Rod 149

— 25 997,98

25 128,07

22 096,52

— 121,130

21 790,087

— 55 007,484

Rod 147

32 351,75

— 1518,03

14 030,34

— 113,574

9085,604

— 10 073,357

Таблица 9 — Результаты расчетов

№ стержня

Рассматриваемая точка сечения

Суммарные нормальные напряжения

Касательные напряжения

Касательные напряжения

Суммарные касательные напряжения

Эквивалентные напряжения

Rod 255

191,7

1,91

1,91

191,8

110,8

37,5

2,14

39,6

39,6

21,2

45,7

3,83

49,5

88,4

Условие прочности выполняется: 191,7 МПа < 217,9 МПа

Rod 256

106,6

1,87

1,87

106,7

36,4

31,4

2,09

33,5

68,5

21,3

38,3

3,74

42,1

75,9

Условие прочности выполняется: 106,6 МПа < 217,9 МПа

Rod 60

88,9

0,944

0,944

88,9

17,6

0,771

1,056

1,83

17,8

15,6

0,94

1,89

2,83

16,3

Условие прочности выполняется: 88,9 МПа < 217,9 МПа

Rod 7

94,5

0,412

0,412

94,6

36,8

2,69

0,461

3,15

37,2

5,72

3,28

0,824

4,1

9,11

Условие прочности выполняется: 94,5 МПа < 217,9 МПа

Rod 19

151,2

0,488

0,488

151,2

79,4

9,2

0,515

9,73

81,2

4,84

10,3

0,975

11,3

20,1

Условие прочности выполняется: 151,2 МПа < 217,9 МПа

Rod 42

124,9

0,461

0,461

124,9

56,3

4,3

0,515

4,77

56,9

4,85

6,27

0,975

7,24

13,5

Условие прочности выполняется: 124,9 МПа < 217,9 МПа

Rod 31

87,7

0,436

0,436

87,7

28,1

1,94

0,488

2,42

28,4

6,04

2,36

0,872

3,23

8,24

Условие прочности выполняется: 87,7 МПа < 217,9 МПа

Rod8

137,9

0,61

0,61

137,9

50,6

4,61

0,678

5,29

51,4

8,61

5,62

1,21

6,83

14,6

Условие прочности выполняется: 137,9 МПа < 217,9 МПа

Rod20

167,9

0,664

0,664

0,664

167,9

70,5

8,01

0,743

8,75

72,1

6,99

9,76

1,33

11,1

20,4

Условие прочности выполняется: 167,9 МПа < 217,9 МПа

Rod43

150,8

0,664

0,664

150,8

55,4

4,72

0,743

5,47

56,2

6,99

5,76

1,33

7,09

14,1

Условие прочности выполняется: 150,8 МПа < 217,9 МПа

Rod32

104,9

0,61

0,61

104,9

23,4

0,343

0,677

1,02

23,5

8,46

0,418

1,21

1,63

8,91

Условие прочности выполняется: 104,9 МПа < 217,9 МПа

Rod153

160,7

0,869

0,869

160,7

63,3

8,9

0,972

9,87

65,6

10,9

1,74

12,6

23,9

Условие прочности выполняется: 160,7 МПа < 217,9 МПа

Rod151

189,6

1,073

1,073

189,6

77,2

9,68

1,2

10,9

79,5

10,9

11,8

2,15

13,9

26,5

Условие прочности выполняется: 189,6 МПа < 217,9 МПа

Rod149

175,4

1,07

1,07

175,4

64,7

7,32

1,2

8,52

66,4

10,9

8,92

2,15

11,7

22,1

Условие прочности выполняется: 121,2 МПа < 217,9 МПа

Rod147

121,2

0,869

0,869

121,2

28,6

1,95

0,972

2,92

9,99

2,38

1,74

4,11

12,3

Вывод: расчеты показывают, что прочность боковых и хребтовых балок рамы в рассматриваемых сечениях достаточна.

2.3.1.6 Проверка прочности сечения стержня Rod211

Таблица 10 — Максимальные усилия в стержне Rod211

Продольное усилие

N, Н

Поперечное усилие

Qу, Н

Поперечное усилие

Qx, Н

Момент кручения

Т, Н м

Изгибающий момент Му, Н м

Изгибающий момент Мх, Н м

145 325,8

— 74 261,9

— 27 000,75

31,4

15 506,135

303 142,386

Рисунок 24 — Геометрические характеристики сечения стержня Rod211

Рисунок 25 — Схема к определению статического момента для точки 2

Рисунок 26 — Схема к определению статического момента для точки 3

Площадь сечения по формуле (26):

м2.

Момент инерции относительно главной центральной оси х-х по формуле (27):

м4.

Момент инерции относительно главной центральной оси у-у по формуле (28):

м4.

2.3.1.7 Расчет эквивалентных напряжения для точки 1

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,3 м, x=0,095 м:

МПа.

Статический момент по формуле (31) Sотс=0 при Аотс = 0.

Касательные напряжения по формуле (32) при tст=0,012 м, h=0,6 м, y=0,3 м:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29) МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.1.8 Расчет эквивалентных напряжения для точки 2

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,282 м, х = 0,006 м:

МПа.

Площадь отсеченной части:

м2.

Статический момент по формуле (31) при ус=0,291м:

м3.

Касательные напряжения по формуле (30) при м:

МПа.

Касательные напряжения по формуле (32) при tст=0,012 м, h=0,6 м, y=0,282 м:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.1.9 Расчет эквивалентных напряжения для точки 3

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0 м, х=0,006 м:

МПа.

Площади отсеченных частей:

м2; м2.

Статический момент по формуле (31) при ус 1=0,291 м; ус 2=0,141 м:

м3.

Касательные напряжения по формуле (30) при м:

МПа.

Касательные напряжения по формуле (32) при tст=0,012 м, h=0,6 м, y=0:

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

В результате расчетов, выяснилось, что самая нагруженная точка 1.

Проверка выполнения условия прочности (22):

.

Условие прочности соблюдается, т.к. в металлоконструкции машин допускается превышение допускаемых напряжений на 5%. В данном случае превышение напряжений составляет 2,6 МПа, что составляет 1,19%.

2.3.1.10 Проверка прочности эквивалентных сечений

Максимальные усилия в рассматриваемых стержнях взяты из Приложения, А и сведены в таблице 11

Таблица 11 — Максимальные усилия в стержнях

База платформы, мм

стержня

Продольная сила

N, Н

Поперечная сила

Qy, Н

Поперечная сила

Qх, Н

Момент кручения Т, Н

Изгибающий момент Му, Н м

Изгибающий момент Мх, Н м

Rod 209

262 671,56

— 43 378,06

— 38 010,15

31,687

25 246,176

— 235 392,396

Rod 207

— 263 328,77

— 33 375,21

— 38 011,61

32,330

25 247,478

— 152 626,651

Rod 205

— 144 492,37

— 5294,56

— 27 002,8

34,074

12 844,988

— 34 289,368

Опасные сечения, сходные по геометрическим параметрам с сечением стержня Rod211 рассчитаны по формулам (21) — (31). Максимальные усилия в стержнях приведены в таблице 11. Результат расчетов сведен в таблицу 12.

Таблица 12 — Результат расчетов

№ стержня

Рассматриваемая точка сечения

Суммарные нормальные напряжения

Касательные напряжения

Касательные напряжения

Суммарные касательные напряжения

Эквивалентные напряжения

Rod 209

210,6

3,31

3,31

210,6

97,3

4,69

3,51

8,19

98,3

26,7

6,96

6,62

13,6

35,6

Условие прочности выполняется: 210,6 МПа < 217,9 МПа

Rod 207

195,9

3,31

3,31

195,9

83,5

3,61

3,51

7,12

84,4

26,8

5,36

6,62

11,9

33,9

Условие прочности выполняется: 195,9 МПа < 217,9 МПа

Rod 205

93,4

2,34

2,34

93,4

25,9

0,572

2,49

3,064

26,4

13,5

0,849

4,71

5,56

17,9

Условие прочности выполняется: 93,4 МПа < 217,9 МПа

Вывод: расчеты показывают что прочность боковых и хребтовых балок рамы в рассматриваемых сечениях достаточна.

2.3.2 Прочностной расчет поперечных балок рамы стенда

Исходные данные: материал: сталь 09Г2; тип сечения: квадратная труба 150×8; усилие вывешивания решетки Рвыв: 150 кН; усилие сдвига Qсдв: 170 кН.

h — высота сечения, м; t — толщина стенки, м; 1, 2 — рассматриваемые в расчете точки.

Рисунок 27 — Сечение поперечной балки

2.3.2.1 Проверка прочности сечения стержня Rod177

Таблица 13 — Исходные данные для стержня Rod177

Продольное усилие

N, Н

Поперечное усилие

Qу, Н

Поперечное усилие

Qx, Н

Момент кручения

Т, Н м

Изгибающий момент Му, Н м

Изгибающий момент Мх, Н м

826,28

— 112 090,98

— 103 401,97

2496,069

19 179,242

24 469,752

Рисунок 28 — Геометрические характеристики сечения

Площадь сечения А, м2:

(33)

где h — высота сечения, h=0,15 м; t — толщина стенки, t=0,008 м.

м2.

Моменты инерции относительно главных центральных осей Iх и Iу м4:

(34)

м4.

2.3.2.2 Расчет эквивалентных напряжения для точки 1

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0,075 м, x = 0,075 м:

МПа.

Касательные напряжения, МПа:

(35)

где b — расстояние между стенками, b=0,142 м; y — расстояние от горизонтальной оси х-х до рассматриваемой точки, y=0,075 м.

МПа.

Касательные напряжения рассчитаны по формуле (30) при bx=2t=0,016 м:

.

Касательные напряжения, МПа:

(36)

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

2.3.2.3 Расчет эквивалентных напряжения для точки 2

Суммарные нормальные напряжения по формуле (25) при y=0 м, х=0,075 м:

МПа.

Рисунок 29 — Схема к определению статического момента Площади отсеченных частей:

м2.

м2.

Статический момент по формуле (31) при ус1=0,071 м, ус2=0,034м:

м3.

м3.

м3.

Касательные напряжения по формуле (30) при м:

МПа.

Касательные напряжения по формуле (35) при b=0,142 м, y=0:

.

Касательные напряжения по формуле (36):

МПа.

Суммарные касательные напряжения по формуле (29):

МПа.

Эквивалентные напряжения по формуле (23):

МПа.

В результате расчетов, выяснилось, что самая нагруженная точка 1.

Проверка выполнения условия прочности (22):

226,4 МПа > 217,9 МПа.

Условие прочности соблюдается, т.к. в металлоконструкции машин допускается превышение допускаемых напряжений на 5%. В данном случае напряжения превышают на 8,5 МПа, что составляет 3,9%.

2.3.2.4 Проверка прочности эквивалентных сечений

Таблица 14 — Максимальные нагрузки в стержнях

стержня

Продольная сила

N, Н

Поперечная сила

Qy, Н

Поперечная сила

Qх, Н

Момент кручения Т, Н

Изгибающий момент Му, Н м

Изгибающий момент Мх, Н м

Rod 176

35 713,19

— 22 335,33

— 12 042,44

— 221,439

6840,504

24 568,793

Rod 175

— 32 973,87

15 231,19

— 12 112,64

587,806

6822,876

— 16 998,083

Rod 139

3547,89

— 12 559,52

23 660,26

— 998 344,29

13 197,838

14 201,142

Rod 140

238,56

— 57 257,1

82 663,57

— 5509,96

15 318,196

14 154,841

Rod 138

— 2757,7

6184,6

23 786,9

— 1668,535

13 240,038

— 7039,849

Опасные сечения, сходные по геометрическим параметрам с сечением стержня Rod177 рассчитаны по формулам (22) — (32). Максимальные усилия в стержнях взяты из приложения, А и приведены в таблице 14. Результат расчетов сведен в таблицу 15.

Таблица 15 — Результаты расчетов

№ стержня

Рассматриваемая точка сечения

Суммарные нормальные напряжения

Касательные напряжения

Касательные напряжения

Касательные напряжения

Суммарные касательные напряжения

Эквивалентные напряжения

Rod 176

161,6

4,19

0,617

4,802

161,9

41,4

11,1

0,617

11,7

46,01

Условие прочности выполняется: 161,6 МПа < 217,9 МПа

Rod 175

123,9

4,21

1,64

5,85

124,3

40,7

7,56

1,64

9,19

43,7

Условие прочности выполняется: 123,9 МПа < 217,9 МПа

Rod 139

134,9

8,22

2,78

11,01

136,3

65,4

6,23

2,78

9,01

67,2

Условие прочности выполняется: 134,9 МПа < 217,9 МПа

Rod 140

144,4

28,7

15,4

44,1

163,3

75,1

28,4

15,4

43,8

106,7

Условие прочности выполняется: 99,9 МПа < 217,9 МПа

Rod 138

99,9

8,27

4,65

12,9

102,4

65,4

3,069

4,65

7,72

66,8

Вывод: расчеты показывают что прочность боковых и хребтовых балок рамы в рассматриваемых сечениях достаточна.

2.3.3 Проверка жесткости боковых и хребтовых балок рамы стенда

Исходные данные: номера стержней в месте максимального прогиба и их узлов, а также величина максимального перемещения в пролете взяты из Приложения В и приведены в таблице 16.

Таблица 16 — Исходные данные

№ стержня

№ узла

Расстояние L, мм

Перемещение f, мм

Rod57

Rod 255

24,2

Rod 256

18,6

Rod 60

3,71

Rod 57

27,5

Rod 255

17,5

Rod 256

12,9

Rod 60

0,727

Rod 57

16,5

Rod 255

9,95

Rod 256

6,34

Rod 60

1,98

Цель расчета: проверка жесткости рамы стенда.

Условие расчета: в APM WinMachine установлено, что на раму стенда воздействуют самые неблагоприятные нагрузки при вывешивании путевой решетки на 20 мм и сдвиг на 150 мм. Усилие вывешивание 150 кН, усилие сдвига 170 кН.

Рисунок 30 — Расчетная схема Проверка жесткости заключается в сравнении допустимого прогиба с относительным расчетным прогибом.

Условие жесткости:

(37)

где f — максимальный прогиб, м; L — расстояние между заделками балки, м; - относительный прогиб; - допускаемый прогиб, 0,005.

Результаты расчетов приведены в таблице 17.

Таблица 17 — Результаты расчетов

№ стержня

Расстояние

L, мм

Перемещение

f, мм

Rod57

0,0022

0,0022 < 0,002

Rod 255

24,2

0,0014

0,0014 < 0,002

Rod 256

18,6

0,0011

0,0011 < 0,002

Rod 60

3,71

0,0002

0,0002 < 0,002

Rod 57

27,5

0,0019

0,0019 < 0,002

Rod 255

17,5

0,0012

0,0012 < 0,002

Rod 256

12,9

0,0009

0,0009 < 0,002

Rod 60

0,727

0,5

0,5 < 0,002

Rod 57

16,5

0,0014

0,0014 < 0,002

Rod 255

9,95

0,0008

0,0008 < 0,002

Rod 256

6,34

0,0005

0,0005 < 0,002

Rod 60

1,98

0,0002

0,0002 < 0,002

Вывод: из таблицы 17 видно, что относительный прогиб меньше допускаемого, следовательно, жесткость балок рамы достаточна.

3 Порядок проведения работ на стенде

1. Провести инструктаж по технике безопасности со студентами под их личную роспись.

2. Перед началом работы, учитель обязан осмотреть и проверить техническое состояние узлов и деталей стенда и убедиться в их исправности.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой