Электробалластер ЭЛБ-4С–машина непрерывного действия, предназначенная для постановки на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, предусмотренных действующей системой ведения путевого хозяйства.

Электробалластер выполняет дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути, срезку балласта у торцов шпал, планировку откосов и междупутных зон призмы, подъемку путевой решетки на формируемый балластный слой. Производит грубую выправку и рихтовку пути, оправку обочин земляного полотна. Общий вид электробалластера приведен на рисунке 1.

Таблица 1- Техническая характеристика ЭЛБ - 4С

Параметры	ЭЛБ - 4С
Колея, мм	1520
Нагрузки от оси колесной пары на рельсы, мс - в рабочем положении - в транспортном положении	25 19
Минимальное усилие электромагнитного подъемника, мс	41
Вес поднимаемых стрелочных переводов, т	20
Ход механизма подъема, мм	490
Высота подъема путевой решетки, мм	410
Величина сдвига путевой решетки, мм	300
Перекос пути в обе стороны, мм	250
Понижение пути от воздействия стабилизатора, мм	7
Скорость движения, км/ч - при дозировке балласта - при подъемки пути - при рихтовке пути - при транспортировке	20 15 6 70
Мощности силовых установок - основной АД 100, кВт - вспомогательные АД 30, кВт	100 30
Управление рабочими органами	дистанционное
Обслуживающий персонал, чел	4
Транспортирование - Отдельным локомотивом или в составе грузового поезда перед двумя хвостовыми вагонами.
Масса, т	145

1,9 — основной и дополнительный дизель-электрические агрегаты переменного тока; 2, 6, 11 — кабины: управления механизмами направляющей секции, центральная и хозяйственно-бытовая; 3, 10 — насосные станции; 4, 8 — фермы направляющей и рабочей секций; 5, 24 — межферменные связи и сферический шарнир соединения секций; 7 — нижний пост управления; 12 — автосцепки; 13, 26, 32 — ходовые тележки: задняя, средняя сочлененная и передняя; 14 — шпальные щетки; 15, 20, 22, 29 — тележки рихтовочной КИС; 16 — рабочий орган динамической стабилизации пути; 17 — устройство для пробивки балласта в шпальных ящиках; 18 — ПРУ с электромагнитно-роликовыми захватами; 19 -балластерные рамы; 21, 28, 30 — пассивные и активные рельсовые щетки; 23 — прижимное устройство; 25 — трос-хорда рихтовочной КИС; 27 — уплотнители балласта откосно-плечевой и междупутной зон призмы; 31 — дозатор.

Рисунок 1- Общий вид электробалластерa ЭЛБ - 4С

2 Определение основных параметров машины и рабочего оборудования

2.1 Геометрические параметры дозатора

Расчет и выбор параметров дозатора производим с целью обеспечения возможности формирование балластной призмы в соответствии с заданным типом верхнего строения пути. К геометрически параметрам относят: параметры, определяющие расположение частей и элементов дозатора относительно рельсо-шпальной решетки или поверхности балластной призмы; размеры частей дозатора; параметры, определяющие взаимное расположение частей и элементов дозатора.

Параметрами расположения частей дозатора являются: высота расположения нижней кромки щита и корня крыла относительно уровня головки рельса во время работы hГ и транспортировки hТ; высота расположения режущей кромки основной части крала относительно поверхности откоса призмы hОО; угол поворота крыла к оси пути б; угол наклона основной части крыла в вертикальной плоскости в. Основные параметры частей дозатора: Длина Lщ и высота Hщ; длина и высота корня крыла (L0, H0); длина и высота подкрылка (Lп, Hп); параметры, определяющие расположение опорных узлов дозатора на ферме (b0, hн, lк0, bк и др.)

Исходные данные для расчета геометрических параметров дозатора:

Высота дозировки hд, мм 10;

Рабочий угол 350;

Тип в.с.п. особо тяжёлый;

Участок 2х путный, прямой;

Рельсы Р50;

Шпалы ж/б;

Рисунок 2 – Поперечное сечение балластной призмы

Высота щита (Нщ) по прототипу может быть от 900 до 1020 мм. Принимаем высоту щита равной 950 мм.

Длина щита (Lщ) определенна в соответствии с высотой режущей кромки щита над уровнем головки рельса, от контуров габарита подвижного состава, от верхнего строения пути и принята равной 2516мм.

Боковое крыло проектируют с учетом поперечного профиля пути и размеров балластной призмы и щита.

Высота корня крыла принята по прототипу: . Длина корня крыла определяется по конструкционной схеме. , т.е. длина корня крыла соответствует длине между точками 1 и 2 в горизонтальной плоскости, где - в натуральную величину.

Длина основной части крыла ,м [1]:

, (5)

где x,y,z – координаты точек 1 и 2, мм [1].

;

Усилие от щита передается на ферму машины через кронштейн с опорными элементами в виде роликов.

Расстояние между роликами по ширине (по прототипу) b0 = 1625 мм.

Принимаем b0 = bф. [1]

Расстояние между роликами по высоте h0

(6)

где dp – диаметр опорного ролика, м (dр = 0,14 м);

hg – наибольшая величина опускания режущей кромки щита ниже уровня головки рельса, м (hg = 0,204 м). [2]

hор=∆h+0,5dp, (7)

где ∆h – минимальное допустимое расстояние от головки рельса до поверхности роликов в транспортном положении машины, м (∆h=0,3 м).[2]

hор = 0,3+0,5·0,14 = 0,37 м.

Расстояние до роликов от фермы

hн=hф–hop. (8)

hн = 1,225 – 0,236 = 0,989м.

Расстояние относительно петлевого шарнира щита

(9)

Высота относительно нижней кромки крыла

(10)

где - высота крыла в месте крепления шарнира, м ( = 1 м).

Полуширина габарита подвижного состава, в который вписывается машина

B0 = 1,460 м.

Расстояние между опорными кронштейнами щита и распорками

(11)

где bк = 2,650 м. [2]

Длина подкрылка принята из прототипа и равна:

2.2 Кинематические параметры

Рисунок 3 – Схема к определению скорости подъёма дозатора

К кинематическим параметрам дозатора относятся: скорость подъема дозатора vп; угловые скорости наклона щн и прикрытия щпр крыла. Минимальная скорость vп определяют по условиям работы на отводе возвышения с уклоном I =[i]доп. За время перемещения машины по участку длиной Lотв со скоростью vм дозатор поднимают на величину:

(12)

где = 0,70· hp

= 0,70·0,15 = 0,11 м.

Скорость подъема дозатора

(13)

где tп – время подъема дозатора,

(14)

где vp – рабочая скорость, м/с.

Время наклона дозатора

(15)

где lн – длина участка, м (lн =10... 25 м).[1]

2.3 Внешние сопротивления

Для определения сил, действующих на дозатор, составлена расчетная схема, которая приведена ниже.

Рисунок 4 – Расчетная схема к определению сил действующих на дозатор

С учетом геометрической компоновки частей дозатора, их размеров и расположения относительно поверхности призмы рассчитываем силы сопротивления балласта резанию Fp и волочению Fв для корня крыла (Fрк, Fвк), основной части крыла (Fро, Fво), подкрылка (Fрп, Fвп) и щита (Fрщ, Fвщ), а также силы трения вдоль крыла Fтк и силы трения нижних кромок крыльев о балласт Fнк.

Сила сопротивления балласта резанию для корня крыла

(16)

где k – коэффициент сопротивления балласта резанию, кН/см2

(k = 70 кПа).[2]

hрк – глубина резания щебня корнем крыла, м:

hрк=0,7·hр. (17)

hрк = 0,7·0,15=0,11 м.

lк – длина режущей части корня крыла, м.

(18)

Сила сопротивления балласта волочению для корня крыла

(19)

где с – плотность балласта, кг/см3 (с = 2100 кг/м3); [2]

fб – коэффициент внутреннего трения балласта (для щебня fб = 0,8). [2]

Силы сопротивления подкрылка Fрп, Fвп:

(20)

где hрп – глубина резания подкрылком, м (hрк = hрп);

lп – длина режущей части подкрылка, м

(21)

Силы сопротивления щита Fрщ, Fвщ:

(22)

где hрщ – глубина резания щитом, м (hрк = hрщ);

lщ – длина режущей части шита, м.

(23)

Сила на вырезание балласта основной частью крыла:

(24)

где k – коэффициент сопротивления балласта резанию с учетом прижатия режущей кромки крыла к обрабатываемой поверхности (k0 = 1,3k=91 кПа).[1]

hpo – глубина резанию балласта основной частью крыла, м (hро = hрщ).

lo – длина режущей кромки основной части крыла, м (lo = 2044мм).

Сила на перемещение призмы волочения

(25)

Hо – средняя высота откосной части крыла, м (Hср = 0,71м).

Силы трения

где Qпр – сила прижатия крыльев к обратной поверхности(20…25кН)

Суммарное сопротивление действующее на дозатор:

(26)

3 Тяговый расчет машины

3.1 Выбор локомотива

При расчёте используем результаты определения сил, действующих на дозатор (пункт 2.3).

Требуемая сила тяги локомотива:

Fл>КтWc (27)

где Кт –коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления от микроуклонов, микрокривых, стыков рельсов и др.(Кт =1,15)

Масса машины ЭЛБ – 4С составляет 145 т (G=1422 кН).

Количество осей 8 штук, n=8.

Тогда нагрузка приходящаяся на одну ось составляет:

Q=G\n (28)

Q=1422\8=178 кН

Для построения графика избыточной силы тяги воспользуемся формулой [2]

Fизб=Fл-(Wпм+Wмi+Wлм+Wлi) (29)

где Wпм – основное сопротивление машины как повозки, Н

Wмi – сопротивление от уклона, Н.

Основное сопротивление:

(30)

где Gбо – вертикальная нагрузка, действующая на машину, от ее веса и сил взаимодействия рабочих органов, кН (Gбо = 1422кН); [3]

щ0 – основное удельное сопротивление, зависящее от типа подшипников колесных пар, нагрузки на ось, скорости движения наличия привода передвижения, Н/кН [3]

(31)

Wi - сопротивление перемещению машины от уклона, кН

(32)

где Gм – вес передвигающейся машины, кН

щi – удельное сопротивление от уклона, Н/кН: (щу = i). [2]

По данным тяговых характеристик принимаем тепловоз ТЭ1[3].

Масса тепловоза ТЭ1 составляет 121 т (G=1187 кН) [3]

Количество осей 6 штук, n=6. Q=198, формула (28).

Основное сопротивление:

(33)

где Gбо – вертикальная нагрузка, действующая на машину, кН (Gбо = 1187кН); [3]

(34)

Wi - сопротивление перемещению тепловоза от уклона, кН

(35)

где Gм – вес передвигающейся машины, кН

щi – удельное сопротивление от уклона, Н/кН: (щу = i). [2]

Fизб=248,7-(1,57+11,3+1,71+9,5)=224,6 кН

Для построения графика избыточной силы тяги необходимо произвести расчет по заданным точкам:

Скорость движения, км/ч	Сила тяги локомотива, кН
Скорость движения, км/ч
0	357	333
5	323	299
6,5	308	284
10	165	141
12	145	121
15	135	111

4 Расчет механизма подъема

Разработка механизма сводится к определению сил и затрат мощности при выполнении рабочих операций, подбору элементов привода механизмов, расчету отдельных узлов и деталей.

Условия расчета такие же, что и при определении кинематических параметров и сил, действующих на дозатор.

Для расчета усилия в распорке все силы резания балласта от призмы волочения, действующие на части крыла при работе, проектируем на горизонтальную плоскость.

Рисунок 6 – Схема компоновки опорных узлов дозатора

Сила на подъем дозатора двумя механизмами

(36)

где - суммарные силы трения крыла и щита о балласт, кН;

Fтр – суммарное сопротивление перемещению щита дозатора по опорным роликам, кН

(37)

(38)

Определяем вес G, kH: щита, корня крыла, основной части крыла, основной части подкрылка.

Вес щита:

Вес корень крыла:

Вес основной части крыла:

Вес основной части подкрылка:

Определяем силу на подъем дозатора двумя механизмами Fп, кН

Отсюда усилие 1ого крыла : Fп = 19533/2 = 9776 кН

Мощность привода в начальный момент поворота крыла

(39)

Рисунок 7 – Расчетная схема к определению сил действующих на дозатор

где Кн – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление от сил трения в шарнирах крыла (Кн = 1,2). [1]

з – КПД гидропередачи, 0,95

Диаметр гидроцилиндра

(40)

где рном – номинальное давление в гидроприводе, МПа (рном = 16 МПа);

зцгм – КПД гидроцилиндра (зцгм = 0,95).

Ход поршня гидроцилиндра

(41)

Принимаем гидроцилиндр для строительных и дорожных машин ГЦО4 – 40 x 20x400

Расход жидкости гидроцилиндра

(42)

Внутренний диметр трубопровода

(43)

Принимаем dвн = 3 мм.

Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Задорин Г.П. Дозирующие и профилирующие устройства путевых машин. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Новосибирск, 2000. 38

2. Соломонов С.А. Путевые машины. Москва, 2000. 756

3. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287

4. Мокин Н.В. Объемный гидропривод. Методические указания по выполнению курсовой работы. Новосибирск,1999. 39

5. СТО СГУПС 1.01СДМ.01-2007. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2007.