Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ”

Кафедра “Подъемно-транспортные, путевые и строительные машины”

дисциплина “Технические основы создания машин”

Курсовая работа

“ Разработка технического предложения легкой щебнеочистительной машины для подъездных путей промышленного транспорта ”

Выполнила студентка

очно-заочного факультета

группы ПТМ-502

Жуковень Е.А.

Санкт – Петербург

2008

Содержание

Введение

1. Комплексная механизация капитального ремонта пути на предприятиях железнодорожного транспорта

2. Определение потребностей проектирования легкой ЩОМ

3. Определение целей проектирования

4. Определение признаков объекта проектирования

5. Поиск вариантов технического решения

6. Выбор оптимального решения

7. Анализ принятого решения

8. Описание работы ЩОМ

Список использованной литературы

Задание

Исходные данные:

Машина массой не более 40 тонн.

Глубина вырезки щебня – 250 мм ниже подошвы шпалы.

Теоретическая производительность – 250 м³/час.

Качество очистки – не менее 80 %.

Введение

В настоящее время научно-технический прогресс связан с перевооружением производства на основе наукоемких технологий. На железнодорожном транспорте прогресс связан в частности с созданием и применением новых путевых машин, особенно это относится к ЩОМ.

Отечественные ЩОМ предназначены для выполнения больших объёмов работ на магистральных железнодорожных путях.

На железнодорожных путях промышленного транспорта применение этих машин оказывается нерационально, а иногда и невозможно. На промышленном транспорте используются комплекты легких путевых машин. В нашей стране легких ЩОМ пока не производится. В курсовой работе ставится задача разработки технического предложения легкой ЩОМ, способной работать в комплекте с другими легкими путевыми машинами.

1. Комплексная механизация капитального ремонта пути на предприятиях железнодорожного транспорта

Капитальный ремонт пути выполняется в три этапа:

1. Подготовительный.

2. Основной.

3. Отделочный.

Подготовительные работы связаны с подготовкой участка пути для выполнения основных работ. Основные работы выполняются комплексом машин по двум технологическим процессам.

Первый предполагает последовательность работы:

а) очистка балласта;

б) разборка пути;

в) планировка оставшегося балласта;

г) укладка новой рельсошпальной решетки;

д) досыпка балласта;

е) балластировка;

ж) подбивка, выправка и рихтовка.

Второй технологический процесс отличается тем, что вначале выполняется работа по разборке пути, а вслед за ней очистка балласта. Все остальные работы выполняются те же.

Для выполнения основных работ на железнодорожных путях промышленного транспорта имеются все легкие путевые машины, кроме ЩОМ. Отделочные работы выполняются после основных и заключаются в установлении средств связи, установки настилов и т.д.

2. Определение потребностей проектирования легкой ЩОМ

Потребность в проектировании новых ЩОМ диктуется следующими обстоятельствами:

- в нашей стране пока нет ни серийных, ни опытных образцов, ни законченных проектных разработок легких ЩОМ;

- от применения легких ЩОМ нельзя отказаться потому, что очистка щебня остается неотъемлемой операцией ремонта пути, а существующие отечественные машины оказываются тяжелыми и особо тяжелыми. Применение их на железнодорожных путях промышленного транспорта неэффективно или зачастую невозможно;

- в зарубежной практике имеются легкие ЩОМ, однако их приобретение связано с весьма существенными затратами, а наша страна обладает научно-техническим потенциалом для создания новой техники;

- применение легких ЩОМ обеспечит экономический эффект за счет сокращения расхода дорогостоящего щебеночного материала;

- потребность в создании легких ЩОМ диктуется еще и тем, что имеющиеся отечественные ЩОМ обладают существенными недостатками: они не могут вырезать и очищать щебень на требуемую глубину, их рабочий (центробежный) орган для очитки обладает низкой надежностью.

Все перечисленное подтверждает необходимость выполнения проектной разработки.

2. Определение целей проектирования

Исходя из потребностей проектирования ЩОМ для промышленного транспорта и факторов непосредственного и косвенного её окружения, можно сформулировать следующие цели проектирования.

1. Исходя из научно-технической ситуации необходимо:

- создание легкой ЩОМ, работающей в комплекте с другими легкими машинами (0,25¹);

- повышение надежности машины по сравнению с существующими отечественными ЩОМ (0,15);

- повышение технологичности ЩОМ (0,05);

- повышение глубины вырезки по сравнению с существующими ЩОМ (0,2); - создание машины, вписывающейся в комплект легких путевых машин (0,15).

2. Исходя из экономической ситуации необходимо, чтобы:

- машина была конкурентоспособной и имела спрос на внутреннем и внешнем рынке (0,05);

- затраты на проектирование, подготовку производства и изготовление окупались в нормативный срок (0,05).

3. Исходя из факторов непосредственного окружения необходимо:

- создание машины для работы в районах с умеренным климатом (0,05).

4. Исходя из социальных требований, должно быть обеспечено:

- повышение эргономических и эстетических показателей ЩОМ (0,05).

¹ В скобках указан относительный вес цели в долях единицы.

4. Определение признаков объекта проектирования

Исходя из целей проектирования, основными признаками ЩОМ являются:

1. Масса машины – не выше 40 т.

2. Теоретическая производительность – 250 м³/ч.

3. Минимальный радиус кривых в пути, при которых должна еще обеспечиваться работа машины – 50 м.

4. Глубина вырезки балласта – не ниже 0,25 м.

5. Наработка на отказ – не ниже 4 часов.

6. Вероятность безотказной работы – не ниже 0,8.

7. Срок окупаемости капиталовложений – не более 5 лет.

8. Уровень шума и вибрации в кабине оператора – не выше нормативного.

9. Качество очистки – не менее 80 %.

5. Поиск вариантов технического решения на основе морфологического анализа

Известные в настоящее время приемы и методы поиска технических решений по степени формализации делят на 3 группы: 1 – неформализованные эвристические² приемы и методы, состоящие из набора эвристик; 2 – частично формализованные эвристические методы – эвроритмы, часть операций, которые написаны в виде алгоритмов; 3 – полностью формализованные приемы и методы-алгоритмы.

Наиболее распространенным методом из второй группы можно назвать метод, построенный на морфологическом анализе. Сущность его состоит в расчленении общей функции проектируемого объекта на частные и в отыскании возможных способов их выполнения. То или иное сочетание способов выполнения всех частных функций и составляет вариант технического решения.

Поиск вариантов технического решения ЩОМ для промышленного транспорта в курсовой работе выполняется на основе морфологического анализа.

Общая функция ЩОМ Y – удаление загрязнителей из железнодорожного балластного слоя.

Частные функции:

y₁ – вырезка загрязненного балласта,

y₂ – перемещение загрязненного балласта к месту очистки,

y₃ – очистка балласта,

y₄ – укладка очищенного балласта в путь,

y₅ – перемещение загрязнителей,

y₆ – перемещение машины.

² Эвристика – приемы исследования и обучения, согласно которым обнаружение истины происходит с помощью наводящих вопросов.

В качестве средств реализации частных функций выбраны:

по y₁

u₁₁ – нож статического действия,

u₁₂ –подрезной вибронож,

u₁₃ – выгребное цепное устройство,

u₁₄ – ковш,

u₁₅ – фреза,

u₁₆ – шнек.

по y₂

u₂₁ – ленточный транспортер,

u₂₂ – скребковый транспортер,

u₂₃ – винтовой транспортер,

u₂₄ – многоковшовый цепной рабочий орган,

u₂₅ – роторный многоковшовый рабочий орган.

по y₃

u₃₁ – центробежный грохот,

u₃₂ – барабанный грохот,

u₃₃ – виброгрохот.

по y₄

u₄₁ –наклонный лоток,

u₄₂ –ленточный транспортер,

u₄₃ – скребковый транспортер,

u₄₄ – метатель.

по y₅

u₅₁ –наклонный лоток,

u₅₂ –ленточный транспортер,

u₅₃ – скребковый транспортер,

u₅₄ – метатель.

по y₆

u₆₁ – на гусеничном ходу,

u₆₂ – на пневмоходу.

Вариант 1.

1. Гусеничный трактор.

2. Нож статического действия.

3. Ленточный транспортер.

4. Барабанный грохот.

5. Наклонный лоток для загрязнителей.

6. наклонный лоток для очищенного щебня.

6. Выбор оптимального решения

Для сравнения вариантов ЩОМ используются в качестве критериев ранее установленные признаки объекта проектирования. Вместе с их весами по важности (_j), где индекс _j означает номер критерия, они представлены в таблице:

Таблица «Относительные веса критериев»

№ п/п

Критерии

Вес _j

1.

Масса машины

0,2

2.

Производительность

0,1

3.

Минимальный радиус кривых

0,1

4.

Глубина вырезки

0,2

5.

Наработка на отказ (вероятность безотказной работы)

0,15

6.

Срок окупаемости

0,15

7.

Уровень шума и вибрации в кабине оператора

0,1

Матрица решений включает номера рассматриваемых вариантов, критерии для сравнения (k_j) с их весами по важности (_j) и оценки вариантов (Q_ij), где индес i означает номер варианта.

механизация транспорт железнодорожный щебнеочистительный

Таблица «Матрица решений»

№ п/п

k₁

₁

k₂

₂

k₃

₃

k₄

₄

k₅

₅

k₆

₆

k₇

₇

 Q_ij _j

Место

1

3

3*0,2

5

5*0,1

3

3*0,1

5

5*0,2

5

5*0,15

5

5*0,15

5

5*0,1

4,4

1

2

2

2*0,2

4

4*0,1

1

1*0,1

4

4*0,2

3

3*0,15

4

4*0,15

3

3*0,1

3,05

2

3

4

4*0,2

2

2*0,1

4

4*0,1

2

2*0,2

1

1*0,15

2

2*0,15

1

1*0,1

2,35

4

4

5

5*0,2

1

1*0,1

5

5*0,1

1

1*0,1

2

2*0,15

1

1*0,15

2

2*0,1

2,35

4

5

1

1*0,2

3

3*0,1

2

2*0,1

3

3*0,1

4

4*0,15

3

3*0,15

4

4*0,1

2,45

3

7. Анализ принятого решения

Применительно к ЩОМ в курсовой работе определяются: теоретическая производительность, энергоемкость, металлоемкость, вероятность безотказной работы.

Теоретическая производительность ЩОМ определяется в зависимости от производительности головной машины комплекта, в состав которого она входит. Таким образом, величина теоретической производительности может считаться исходной и все остальные характеристики целесообразно связать с ней.

Далее приведены зависимости, позволяющие определить энергоемкость исходя из теоретической производительности.

Энергоемкость ЩОМ определяется расходом мощности, кВт, на выполнение всех её частных функций.

1. Вырезка загрязненного балласта:

   • ножом статического действия

N₁=kП / 3,6 * 10⁶ = (4 * 10⁵ * 250)/(3,6 * 10⁶) =

27,77 кВт,

где k - удельное сопротивление резанию, Н/м²;

П – теоретическая производительность, м³/ч.

Учитывая приближенный характер вычислений, можно принять k = 4 * 10⁵ Н/м²

2. Перемещение загрязненного балласта к месту очистки.

N₂ = k_тПH/3,6 * 10⁶ = (1,5 * 250 * 1,8 * 10⁴ * 2)/3,6*10⁶

= 3,75 кВт,

где Н – высота подъема балласта, Н=2 м;

k_т – коэффициент, учитывающий вредные сопротивления при движении грузонесущего рабочего органа

(k_т =1,5).

3. Очистка балласта от загрязнителей:

   • барабанным грохотом

N₃ = k_рL_бП/3,6 * 10⁶ = (1,5*1,5*250*1,8*10⁴)/(3,6*10⁶) =

= 2,81 кВт,

где k_р – коэффициент потерь мощности за счет преодоления сил трения в опорных роликах (k_р = 1,5);

L_б –длина барабана, L_б =1,5 м.

4. Укладка очищенного балласта в путь.

При укладке очищенного балласта в путь по лотку расхода мощности нет, т.к. материал движется самотеком, т.е.

N₄ = 0.

5. Перемещение загрязнителей.

Использование лотка не вызывает расхода мощности, т.е.

N₅ = 0.

6. Перемещение машины.

N₁ = (W1 + W2)П/F*3,6*10⁶ = (2,5*10⁴ +3*10⁴)*250/(1* 3,6 * 10⁶) = 3,81кВт,

где W₁ – основное сопротивление, Н, перемещению, определяемое выражением W₁ = G = 25*10⁴*0,1 = 2,5*10⁴ Н ( - удельное сопротивление перемещению, G – вес машины,

G = 25*10⁴Н);

W₂ – сопротивление на подъеме (W₂ = G*0,12 = 25*10⁴*0,12 = 3*10⁴ Н). Ориентировочно можно принять для перемещения на гусеничном ходу  = 0,1;

F – площадь поперечного сечения балластной призмы,

F = 1м².

Балланс мощности:

N = (1/0,7)*(27,77+3,75+2,81+0+0+3,81) = 54,4 кВт,

где  - к.п.д. трансмиссии, ориентировочно принимаемый равным 0,7.

Удельная энергоемкость, кВт _* ч/м³

кВт _* ч/м³

Удельная металлоемкость, кг/м³/ч,

кг/м³/ч,

где G – масса машины, которую находят ориентировочно по известным аналогам.

Вероятность безотказной работы машины в течение четырехчасового «окна» определяется на основе структурной схемы надежности. Так как отказ любого из средств реализации частных функций вызывает потерю работоспособности всей машины, структурная схема ее надежности строится из последовательно соединенных элементов. Вероятность безотказной работы машины равна:

,

где - вероятность безотказной работы i – го средства реализации частных функций.

8. Описание работы ЩОМ

В данной курсовой работе разрабатывается техническое предложение легкой щебнеочистительной машины, способной работать в комплекте с другими легкими путевыми машинами. Перемещение машины осуществляется на гусеничном ходу. Вырезка загрязненного балласта производится с помощью ножа статического действия. Далее по ленточному транспортеру, приводящемуся в движение с помощью электродвигателя, загрязненный балласт перемещается к месту очистки. Очистка балласта производится барабанным грохотом, который также приводится в движение с помощью электродвигателя. В лоток, расположенный под грохотом, ссыпаются загрязнители. Очищенный щебень с помощью наклонного лотка укладывается в путь.

Список использованной литературы

1. Быков В.П. Методика проектирования объектов новой техники: учеб. пособие. – М.: Высш. Шк., 1990. – 168 с.

2. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. – Л.: Машиностроение/ Ленинградское отделение, 1989. – 255 с.

3. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

4. Быков В.П. Разработка технического предложения: Метод. Указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технические основы создания машин»