CC BY
24
УДК 625.141.3
МОДЕРНИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ НАРЕЗКИ КЮВЕТОВ СЗП-600
А.А. Шубин, А.Е. Смоловик, Г.Ю. Дедов
Рассмотрены основные варианты модернизации машины для ремонта земляного полотна СЗП-600. Произведены расчеты, подтверждающие работоспособность всех предложенных конструкций. Предложены усовершенствованные конструкции отдельных узлов машины, а именно механизма поворота стрелы, механизма поворота ротора, конструкции поворотного конвейера.
Ключевые слова: железнодорожный путь, путевые машины, машины для ремонта земляного полотна, модернизация, совершенствование конструкций, повышение конкурентоспособности.
Поддержание железнодорожного пути в рабочем состоянии является важнейшей задачей для обеспечения безаварийной работы и нормативных скоростей движения железнодорожного транспорта. Одним из главных параметров, обеспечивающих решение этой задачи, является отвод внешних и грунтовых вод от земляного полотна. Это реализуется с помощью гидротехнических сооружений и кюветов. Для нарезки и очистки кюветов на сети российских железных дорог используются различные кюве-тоочистительные машины КОМ-300, МКТ-1П, МКВЧ-01Р,СЗП-600.Основным рабочим органом этих машин является ротор, установленный на поворотной стреле. В настоящее время на сети железных дорог эксплуатируется большое количество машин этого типа. По данным источника [1] в 2010 году насчитывалась 91 машина для ремонта и нарезки кюветов, из всего парка более 30 % составляют машины СЗП-600.
Конструкции кюветоочистительных машин и их функциональные возможности постоянно совершенствуется. В настоящее время разработана и успешно эксплуатируется для очистки и нарезки кюветов машина СЗП-750, в конструкцию которой с учетом опыта эксплуатации машин СЗП-600внесены изменения.
Срок службы кюветоочистительных машин составляет не менее 30 лет, поэтому актуальной является задача модернизации эксплуатируемых на сети дорог машин с целью повышения их функциональных возможностей.
Анализ опыта эксплуатации кюветоочистительных машин СЗП-600 позволяет сформулировать следующие направления модернизации отдельных ее узлов:
- совершенствование механизма поворота стрелы,
- совершенствование конструкции механизма поворота ротора,
- совершенствование конструкции поворотного конвейера.
315
Поворот портала со стрелой на машине СЗП-600, осуществляется с помощью двух гидроцилиндров и соединенного с ними каната, который огибает опорно-поворотное устройство (ОПУ) портала и с помощью болтов прикреплен к нему. Недостаточная жесткость каната, приводит к колебаниям стрелы при повороте портала, а также недостаточной жесткости системы при работе ротора, что увеличивает динамические нагрузки на узлы машины [2]. В машинах СЗП-750 и МКВЧ-01Р поворот портала осуществляется с помощью двух гидроцилиндров, соединенных с ОПУ. Данная схема может быть реализована на машине СЗП-600 при ее модернизации, с незначительными конструктивными доработками, заключающимися в использовании двух кронштейнов, привариваемых к опорно-поворотному устройству (рис.1) с соответствующим переносом узлов крепления гидроцилиндров к раме машины. Момент, необходимый для поворота портала, с учетом того, что в начале поворота один гидроцилиндр будет совершать толкающее усилие, а второй - тянущее, составляет 172,3 кН- м. После прохождения вторым гидроцилиндром «мертвой точки» они оба будут совершать толкающее усилие.
1 2 3
Рис. 1. Предлагаемая схема механизма поворота (пунктирной линией показано положение механизма в начальный момент поворота): 1 -опорно-поворотноеустройство; 2 - кронштейн;
3 - гидроцилиндр
Предлагаемое изменение в конструкции может быть реализовано силами предприятий, эксплуатирующих данные машины. Для этого к ОПУ необходимо приварить два кронштейна для присоединения штока гидроцилиндра, а также перенести место крепления гидроцилиндра к раме.
При использовании установленных на машине гидроцилиндров НУ 110/70/2500 для определения места крепления кронштейнов к ОПУ и их размеров была составлена расчетная схема с учетом того, что для приведения ротора в рабочее положение необходим поворот стрелы на 50°относительно продольной оси машины, при этом шток гидроцилиндра не должен касаться ОПУ (рис.2).
Рис.2. Расчетная схема для определения плеча действия силы в зависимости от угла установки кронштейна: Ьк - расстояние от центра опорно-поворотного устройства до места крепления штока гидроцилиндра; Ьгц - длина гидроцилиндра
Были произведены расчеты для нескольких вариантов размеров кронштейнов и мест их установки. Оптимальным, с точки зрения величины усилий необходимых для поворота ОПУ и обеспечения условия поворота на заданный угол, можно считать кронштейн размером 160 мм, установленный на угле 40°. В соответствии с расчетной схемой кронштейн крепления гидроцилиндра к раме необходимо перенести на 2410 мм ближе к ОПУ и сместить на 80 мм от продольной оси. Результаты расчетов показали, что применение гидроцилиндра с ходом штока 2500 мм не совсем целесообразно в связи с тем, что в начале поворота для создания момента необходимо на штоке реализовать значительное усилие.
С использованием расчетной схемы (рис.2) были рассмотрены варианты замены существующего гидроцилиндра на гидроцилиндры с меньшим ходом штока, выбранных с помощью источника [3]. Расчеты показали, что целесообразно использовать гидроцилиндры ЦГ 125,60x900,11 мм с диаметром поршня 125 мм, ходом поршня 900 мм и рабочим давлением 16 МПа и кронштейн величиной 50 мм при угле установки 20°. В этом случае узел крепления к раме машины находится на расстоянии 3200 мм от центра ОПУ и смещен на 80 мм в сторону.
Еще одним механизмом, в котором используются канаты, является механизм поворота ротора относительно стрелы. Он содержит два гидроцилиндра (рис.3), установленных на верхней полке металлоконструкции стрелы. Каждый гидроцилиндр связан с ускоряющим полиспастом, содержащим блок, установленный в направляющих. Канат полиспастов прикреплен через коуши к стреле и к нему через коуши прикреплен ротор[4]. Поворот ротора относительно стрелы осуществляется при встречном движении гидроцилиндров. В этом случае необходимо использовать канат длиной 14 м, что, как было сказано ранее, не обеспечивает требуемой жесткости системы и увеличивает динамические нагрузки на узлы стрелы и портала во время работы.
]_ 2 3_ 4 А
^-1 —□ 4
; 1- -=0*^=
-ш -М 1
Рис. 3. Используемый механизм поворота ротора: 1 - блок подвижный; 2 - канат; 3 - опора с направляющей;
4 -гидроцилиндр поворота ротора; 5 - коуш
Предлагается разместить гидроцилиндры поворота ротора на специальных платформах, прикрепляемых к боковой поверхности стрелы (рис.4), переместив весь механизм ближе к ротору. Это позволит при использовании тех же гидроцилиндров и блоков уменьшить длину каната на 5,5 м (или на 40 %).
Рис. 4. Предлагаемый механизм поворота ротора: 1 - опора с направляющей; 2 - блок подвижный; 3 - канат;
4 - коуш; 5 - гидроцилиндр поворота ротора; 6 - специальная
платформа
В существующей машине несущей рамой поворотного конвейера является его каркас коробчатого сечения [5], на котором установлены ро-ликоопоры, а на концах два барабана: приводной и оборотный. Длина поворотного конвейера составляет 8,2 м.Увеличение длины конвейера позволит не только производить разгрузку вырезанного материала в подвижной состав, но и увеличить дальность выгрузки от оси железнодорожного пути.
318
Предлагается установить на машину СЗП-600 конвейер аналогичный СЗП-750, длиной 10,5 м (рис.5),в котором рама конвейера состоит из двух параллельных швеллеров, соединенных между собой поясами.
Это позволяет облегчить конструкцию и одновременно увеличить длину рамы. При увеличении длины, на консольной части рамы увеличивается изгибающий момент, который предлагается компенсировать с помощью дополнительной фермы, прикрепленной к раме сверху и состоящий из труб. Ферма позволяет повысить жесткость рамы и равномерно распределить нагрузку от гидроцилиндра, обеспечивающего изменение угла наклона конвейера. Узлы крепления конвейера аналогичны существующим на машине СЗП-600.
Рис. 5. Предлагаемая конструкция рамы поворотного конвейера:
1 -ферма; 2 - пояс; 3 -швеллер
Проведенные с использованием программного обеспечения SolidWorks и методики [6, 7] прочностные расчеты показали, что при использовании швеллеров 18П и дополнительной фермы, выполненной из труб 35х3 сталь 3, напряжения и перемещения в раме не превышают допустимые. Реализация новой конструкции рамы позволяет не только увеличить ее длину на 2,3 м, но и снизить массу на 367 кг(рис.5).
Большой срок службы СЗП-600 (до 30 лет) предопределяет необходимость модернизации и совершенствование ее конструкции в процессе эксплуатации, с целью повышения ее функциональных возможностей и конкурентоспособности. В данной работе предложены некоторые пути совершенствования конструкции отдельных узлов кюветоочистительной машины СЗП-600, заключающиеся в следующем:
- заменить канат гидроцилиндрами, установленными под углом к продольной оси, в механизме поворота стрелы ротора,
319
- уменьшить длину каната механизма поворота ротора за счет изменения места его установки,
- изменить конструкцию рамы поворотного конвейера, что позволит увеличить ее длину и уменьшить массу конвейера.
Список литературы
1. Газета «Гудок» [Электронный ресурс] URL: http: //www. gudok.ru/ newspaper/?ID=700356 (дата обращения: 16.02.2018).
2. Дедов Г.Ю., Шубин А.А. Модернизация механизма поворота стрелы кюветоочистительной машины СЗП-600. Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы региональной научно-технической конференции, 18-20 апреля 2017 г. Т. 3. Калуга: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. C.57-59.
3. Гидрокомплект [Электронный ресурс] URL: http://gik43.ru/ product_74390.html (дата обращения: 21.02.2018).
4. Путевые машины: учебник / М.В. Попович [и др.]. Электрон. текстовые данные. М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009. 820 с.
5. Путевые машины: учебник для вузов ж.-д. транс./ С. А. Соломонов, М.В. Попович, В.М. Бугаенко и др. Под ред. С.А. Соломонова. М.: Желдориздат, 2000. 756 с.
6. Анцев В.Ю., Толоконников А.С., Калабин П.Ю. Оптимизация металлических конструкций грузоподъемных машин мостового типа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. Вып. 4. С. 18-22.
7. Анцев В.Ю., Толоконников А.С., Калабин П.Ю. Повышение технологичности металлоконструкций пролетных балок мостовых кранов // Тяжелое машиностроение. 2013. № 8. С. 10-14.
Шубин Александр Анатольевич, канд. техн. наук, зав. кафедрой, shubin55@,mail. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет),
Смоловик Андрей Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, smolovik. andrey@sogaz. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет),
Дедов Григорий Юрьевич, студент, dedov.gr@yandex. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)
320
IMPROVING THE DESIGN OF VIBRATION DAMPING ELEMENT STAMPER A.A. Shubin, А.Е. Smolovik, G.Y. Dedov
Examined the main shortcomings of machine for repair of the subgrade SZP 600. Designs on improvement of separate units of the machine, namely the mechanism of rotation of an arrow, the mechanism of rotation of the rotor, a design of the rotary conveyor are offered. The calculations confirming the performance of the proposed designs.
Key words: railway track, track machines, machines for repair of the subgrade, modernization, improving the design, improving the competitiveness.
Shubin Alexandr Anatolievich, candidate of technical sciences, head of department, shubin55@,mail. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of the Moscow State Technical University. N.E. Bauman (National Research University),
Smolovik Andrey Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, smolovik. andrey@sogaz. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of the Moscow State Technical University. N.E. Bauman (National Research University),
Dedov Grigory Yuryevich, student, dedov. gr@yandex. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of the Moscow State Technical University. N.E. Bauman (National Research University)
