Конструктивная разработка крана-манипулятора для путевой машины

Перечень чертежей:

1. Чертеж общего вида выправочно-подбивочно-рихтовочной машины (на формате А1) с указанием габаритных размеров:

• Мощность силовой установки - 176 кВт;
• Ширина колеи - 1520 мм;
• Вписываемость в габарит I-T ГОСТ 9238-83;
• Обслуживающий персонал - 2 человека;
• Максимальная скорость движения - 40 км/час;
• На болты М24 нанести гель-герметик Permabond MM115 Threadlocker (синий);
• Минимальный радиус проходимых криволинейных участков:

в транспортном положении - 60 м;

в рабочем положении - 90

2. Сборочный чертеж крана-манипулятора для замены шпал в рельсошпальной решетке (А1) приведен в двух проекциях с указанием позиций, размеров, посадок, материалов деталей, с техническими характеристиками:

• Грузоподъемность на максимальном вылете - 300 кг;
• Максимальный вылет стрелы - 2 м;
• Высота подъема - 1 м;
• Скорость выдвижения секций - 0.5 м/с;
• Режим работы – средний;
• Материал конструкции - Сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89

Технические требования:

• Выставлены размеры для справок;
• Монтаж крана-манипулятора произвести по РД;
• Покрытие - Эмаль ПФ 115-V-У1;
• Неуказанные предельные отклонения размеров h14; H14; ±IT14/2

3. Рабочий чертеж крана-манипулятора (А1) с разрезами:

• Труба ПК-п - 160х160х8 - КП290 - ГОСТ Р 54157-2010*;
• Лист 12 ГОСТ 19903-74* Сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89;
• Труба ПК-п - 140х140х8 - КП290 - ГОСТ Р 54157-2010*

4. Секция гуська опорная (А1) с указанием сварных швов:
   • В сварных швах не допускается трещины, непровары, не заделанные кратеры, несимметричность расположения шва;
   • Швы зачистить от брызг
5. Секция гуська выдвижная – рабочий чертеж (А2)
6. Секция хобота опорная (А2)

Дополнительные материалы: приведена расчетно-пояснительная записка на 32 страницах.

Раскрыта область применения крана-манипулятора.

Выправочно - подбивочно - рихтовочная машина — путевая машина для выправки железнодорожного пути в продольном и поперечном профиле и в плане, а также для уплотнения балласта. Приведена сравнительная характеристика параметров машин: ВПРС-10, ПРМ-5, ВПРС-П.

Кран-манипулятор разрабатывается для замены шпал в рельсошпальной решетке. Кран-манипулятор – это машина для подъема груза, состоящая из крано-манипуляторной установки, установленной на ходовом устройстве или стационарно. Приведена классификация рабочего оборудования манипуляторов по типу подвески и по типу складывания.

Приведен расчет на прочность элементов металлоконструкции крана-манипулятора.

В качестве профиля телескопических секций выбрана профильная труба согласно ГОСТ Р 54157-2010. Материал трубы -  Сталь 09Г2С. Выполнен расчет телескопируемой секции гуська:

Аналогично произведен расчет телескопируемой секции хобота, опорной секции гуська и опорной секции хобота.

Полученные телескопические секции имеют преимущество по сравнению с другими сортаментами стрел в качестве облегченного веса конструкции.

Представлена расчетная схема сварного нахлесточного шва ГОСТ 14771-76 У2-ИП. Найдено напряжение, возникающее от растягивающей (сжимающей) силы и момента в сварном шве, соединяющем лист с профильной трубой, равное 9,52 МПа, что меньше допускаемого напряжения 120 МПа.

Приведено описание технологии сварки. Для сварки стали 09Г2С принят высококачественный электрод Э50А.

Выполнен расчет болтового соединения накладок к профильной трубе на срез и смятие, где определено допускаемое напряжение на срез – 132МПа, диаметр болта – 8,1 мм и минимальный диаметр болта – 2,4 мм. Для накладки приняты болты М8.

Произведен расчет болтового соединения крана-манипулятора к раме ВПР. Допускаемое напряжение на срез составит 200 МПа, диаметр болта – 16,9 мм, минимальный диаметр болта - 2,8 мм. Приняты болты М24 (10 шт.).

Произведен расчет устойчивости крана-манипулятора

Для 4 расчетных случаев определены:

1. Коэффициент грузовой устойчивости при учёте действующих нагрузок рабочего состояния (без передвижения крана) равен 1,98, при минимальном значении этого коэффициента, равном 1,15.
2. Коэффициент устойчивости с учётом воздействия составляющей касательной силы инерции и центробежной силы при торможении/пуске механизма вращения - 2,45 (минимальное значение - 1,5).
3. Коэффициент устойчивости без учёта воздействия сил инерции и ветра составит 5,68 при нормативном значении, равном 1,4.
4. Коэффициент устойчивости при передвижении крана с грузом при отсутствии других движений крана - 1,68 при нормативном значении 1,15.

Приведен расчет на сопротивление усталости.

Режим нагружения: проектируемый кран-манипулятор предполагается эксплуатировать в летнее время года, время эксплуатации - 100 дней. Принят двухсменный режим эксплуатации, в час - 12 циклов подъема и опускания шпал. Для освобождения шпалы от щебня необходимо выполнить порядка 10 колебаний. Тогда количество циклов нагружений составит 2*10⁶.

Приведена диаграмма зависимости грузоподъемности от числа циклов работы крана и выполнен расчет стреловой системы крана-манипулятора на сопротивление усталости:

Условие долговечности выполняется.

Произведен расчет опорной балки гуська крана-манипулятора на сопротивление усталости (расчетная зона - на стыке труб):

Условие ограниченной долговечности выполнено, действующие напряжения меньше расчетного сопротивления.

Для увеличения срока службы рабочих элементов захватного устройства предложено применение специального износостойкого материала - высокопрочная сталь Magstrong H400. Представлены таблицы химического состава и механических свойств стали MAGSTRONG H400

В проекте разработана металлическая конструкция крана манипулятора и рассчитаны ее основные элементы. Для унификации были использованы профильные трубы в качестве телескопических элементов, а также произведен их проверочный расчет, расчет сварных швов и самих балок.

Спецификация – 6 лист

В программе: Компас 3Dv, AutoCAD