УДК 621.81 ББК 34. 44 Е 70

Рецензенты :

УДК 621.81 ББК 34. 44

©В.К. Еремеев, В.Н. Железняк, 2012

©Иркутский государственный университет путей сообщения, 2012

2

2Задачи конструирования машин и механизмов в курсовом проек-

6Расчёт сил трения в машинах и конструирование направляющих

7Конструирование и расчёт опорных узлов с подшипниками ка-

3

1.Введение

Ктехнологическому оборудованию относятся орудия производства, в которых во время выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки и средства воздействия на них.

Ремонтная индустрия железнодорожного транспорта – это сложная постоянно развивающаяся отрасль с большим количеством предприятий. Номенклатура производства изделий вагоноремонтными заводами и депо насчитывает несколько тысяч наименований. Для изготовления этих изделий необходимы сотни видов различного технологического оборудования: станочного, транспортирующего и ориентирующего изделия в пространстве, сборочноразборочного, подготовительного, сварочного, контрольно измерительного, складирующего и т. д. К технологическому оборудованию вагоноремонтного производства относятся также различные сборочные и сборочно-сварочные приспособления, кантователи, манипуляторы, оборудование для клёпки и сварки, для перемещения изделий и узлов в процессе сборки и технологическая оснастка для выполнения указанных задач. Кроме того, ремонт подвижного состава (отцепочный и безотцепочный) выполняется на пунктах технического обслуживания, где требуется специфическое технологическое оборудование по контролю подвижного состава, механизации быстрой замены изношенных деталей и узлов, а также подготовки составов к погрузке и дальнейшему следованию с минимальными затратами времени на данные работы.

По способам проектирования и изготовления технологическое оборудование условно подразделяют на стандартное и нестандартное. Стандартное оборудование, как правило, изготавливается машиностроительными заводами серийно и поставляется по заявкам вагоноремонтных предприятий в готовом виде с конкретными выходными данными по выполняемым операциям, степени механизации и автоматизации. Нестандартное оборудование в большинстве случаев проектируют и изготавливают сами вагоноремонтные предприятия или специализированные организации отрасти вагоностроения.

Вдействующих депо по составу единиц оборудования количество нестандартного составляет порядка 20-40%. Установка новой позиции высоко производительного оборудования, которое заменяет 2-3 позиции действующего, одновременно требует дополнение 1-3 позиции нестандартного оборудования для подачи в новую позицию изделий, для перемещения изделий на возможно новую линию последующей обработки, или создания промежуточного технологического склада. Любая реорганизация участка обработки или сборки влечёт за собой, как правило, изменение путей перемещения деталей и сборочных единиц, а это в конкретных условиях заставляет создавать механизмы для данного перемещения. Если производится реконструкция действующего цеха с увеличением объёма выпускаемой продукции на конкретно существующих площадях, то приходится в большинстве случаев перерабатывать конструктивно и вспомогательное нестандартное оборудование, количество которого может быть и больше и меньше ранее установленного.

4

Структурные изменения, произошедшие в отрасли вагоностроения и ремонта вагонов в последние годы, привели к частичному изменению целевой направленности предприятий, входящих в данную систему. Производство на них всё чаще приобретает характер много номенклатурного, т.е. расширяется типаж выпускаемого оборудования и виды ремонта. В этих условиях эффективное использование производственных площадей невозможно без оснащения производства гибким быстро переналаживаемым технологическим оборудованием, как основным, так и вспомогательным (нестандартным). Это означает несколько иной подход к его созданию. Оборудование должно быть по возможности многофункциональным и встраиваться в различные технологические линии.

В перспективе деповский ремонт будет заключаться в замене изношенных деталей и узлов подвижного состава на новые, а восстановление изношенных выполняться на специализированных заводах. Но и при этом идеальном варианте потребуется другое технологическое оборудование, как на вагоностроительных, так и на вагоноремонтных предприятиях.

При составлении книги авторы ставили задачу помочь студентам практически реализовать свои творческие способности при разработке предлагаемых ими оригинальных технологических машин вагоноремонтного производства, проявлять смелость и инициативу в выборе и постановке задачи для конкретных производственных условиях, найти в объеме книги проверенные исполнения конструкций различных узлов и методов расчёта, а также минимально необходимый справочный материал.

Книга может быть полезна и при выполнении конструкторской части дипломных проектов. Начинающие инженеры найдут в ней необходимые сведения и практические примеры решения наиболее характерных задач при конструировании технологического оборудования вагоноремонтного хозяйства.

2. Задачи конструирования машин и механизмов в курсовом проекте

Курсовой проект является важной самостоятельной законченной инженерной работой студента, охватывающей вопросы предложения реальной конструкции машины, необходимой для выполнения работ по ремонту и обслуживанию вагонов и механизации технологических процессов в вагонном хозяйстве с необходимыми расчётами на прочность, жёсткость, износостойкость, долговечность и другие виды работоспособности машин и составляющих деталей.

Проектирование машин и их деталей является особым видом инженерного искусства. Для правильного проектирования недостаточно знания одной лишь теории. Необходимо: знакомство с существующими конструкциями и умение в них критически разбираться; знание методов изготовления деталей; знание условий работы проектируемой машины; умение конкретно воплощать свои идеи в виде конструктивного чертежа. Умственное представление всего проек-

5

тируемого должно предшествовать чертежу так же, как мысль должна предшествовать слову. Ясно, что для проектирования машин и их деталей необходим практический навык, полученный студентом при изучении предшествующих дисциплин и прохождении производственных практик.

Проектирование машины состоит прежде всего из конструктивной разработки общего расположения машины и выбора формы отдельных ее деталей, а также из тесно связанных между собой расчета машины и ее частей и выполнения чертежей: установочного для машины; сборочных для ее частей; рабочих для ее деталей.

Рационально спроектированная и правильно построенная машин должна быть прочной, долговечной, возможно дешевой и экономичной в работе, а также безопасной для обслуживающих ее лиц. Этим основным требованиям должна удовлетворять не только машина в целом, но и каждая ее деталь. При конструировании машин экономические соображения должны всегда стоять на одном из первых мест. Правильный выбор конструктивного решения основной идеи машины зачастую определяет её эффективность и стоимость. Следует иметь ввиду, что решение любой технической задачи возможно несколькими способами, а иногда и десятками способов. При уже выбранном решении стоимость машины определяется стоимостью материала, изготовления и обработки отдельных ее деталей, а также массой машины, то есть экономией машиностроительных материалов. Габариты и масса машины в значительной степени определяются ее кинематической схемой и компоновкой ее узлов и деталей. Компоновка узлов и деталей машин должна быть такой, чтобы возможно полнее использовать рабочее пространство рам, станин и корпусов. Уменьшение габаритов машин приводит не только к экономии машиностроительных мат е- риалов и тем самым к снижению их стоимости, но и позволяет устанавливать на одних и тех же производственных площадях большее количество машин, что приводит к увеличению количества продукции, снимаемой с квадратной единицы полезной производственной площади.

Для уменьшения массы машин во всех случаях, где это возможно, необходимо применять гнутые, штампованные, пустотелые облегченные тонкостенные профили проката. По этим соображениям, иногда бывает рационально заменить литые детали сварными, а кованые штампосварными.

Для снижения стоимости машин большое значение имеет также замена дорогостоящих материалов (например, цветные металлы и легированные стали) более дешевыми, когда это не вызывает ухудшения качества машин. Всегда, когда это возможно и экономически целесообразно, для изготовления деталей машин следует взамен черных и цветных металлов применять пластмассы. Вместе с тем снижение стоимости машин может быть достигнуто, если основные детали, от которых зависят размеры отдельных частей и всей машины, изготавливать из более прочного, хотя и более дорогого материала. Например, в коробках передач применение высокопрочных сталей для изготовления зубчатых колес, приводящее к уменьшению размеров последних, позволяет умень-

6

шить размеры и массу такой дорогостоящей детали как корпус редуктора, что в свою очередь позволяет уменьшить размеры и массу рамы машины или привода и тем самым снизить их стоимость.

Одним из наиболее эффективных средств экономии машиностроительных материалов является использование точных методов расчета деталей машин, позволяющих брать для последних минимальные запасы прочности. Однако не всегда наиболее дешевая машина является наилучшей. В большинстве случаев наиболее выгодной машиной будет та, у которой сумма всех эксплуатационных расходов, включая амортизацию, ремонт, смазку и т. п., наименьшая. Не рекомендуется возлагать на один и тот же механизм слишком много функций. При этом конструкция данного механизма усложняется, а чем сложнее механизм, тем он дороже и менее долговечен. Поэтому при проектировании машин следует применять принцип разделения функций между отдельными механизмами машины. При проектировании деталей машин следует по возможности пользоваться простыми геометрическими формами и их комбинациями, легко получаемыми при обработке деталей на станках. Огромное значение для удешевления машины при повышения ее качества имеет применение стандартных деталей и узлов и стандартных размеров. Поэтому при проектировании машин и их деталей не только необходимо применение существующих ГОСТов, но и рекомендуется пользоваться ведомственными нормалями отечественных проектных организаций и заводов. Широкое внедрение в проектируемую машину стандартных деталей позволяет не только сократить время на изготовление машины, но и облегчить сам процесс проектирования. Блочность машины, то есть разбивка ее на ряд отдельных легко собираемых блоков (узлов), облегчает и ускоряет сборку машины (блоки легко разбирают и сменяют). Экономичность машины в работе зависит главным образом от соответствия конструкции машины тем законам, на которых основано ее действие; материала и тщательности выполнения деталей машины; правильности монтажа машины; внимательного ухода за машиной, от чего зависят эксплуатационные расходы во время работы машины, а также ее долговечность. Уменьшение вредных сопротивлений в машине и как следствие этого увеличение ее коэффициента полезного действия и повышение срока службы отдельных деталей и узлов машины – одно из важнейших требований, предъявляемых к машине при ее проектировании.

Увеличение коэффициента полезного действия машины достигается: рациональным выбором ее кинематической схемы; назначением наиболее совершенных типов передач; рациональным выбором материала, формы и обработки трущихся деталей; рациональным выбором смазки трущихся поверхностей деталей машины.

Разработка схемы машины и конструктивной формы отдельных деталей ее составляет первую стадию проектирования. Следующий этап проектирования – расчет машины и ее деталей и создание чертежей. Никогда не следует задерживать начало вычерчивания до полного окончания расчета. Эта первая ошибка начинающих конструкторов почти всегда влечет за собой бесполезную трату

7

времени и труда на неизбежные в этом случае переделки расчета и неожиданные недоразумения при вычерчивании.

Расчеты деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость производятся в основном по формулам сопротивления материалов. Напряжение в деталях машин нигде не должно превосходить допускаемого для них при данных условиях работы, а деформация деталей машин во всех случаях должна быть упругой. На размеры деталей машин влияет не только расчет их на прочность, но и другие, чисто практические обстоятельства: возможность и простота изготовления деталей машин; возможность последующей их обработки; возможность сборки машины и монтажа ее на месте; возможность ремонта машины; безопасность обслуживающих лиц; условия доставки машины и ее частей на место установки. Учесть заранее все эти обстоятельства крайне трудно. Поэтому после установления схемы машины на эскизе следует приступать к выполнению чертежей, как только расчет даст достаточно данных для него, то есть сейчас же проверять все полученные расчетом размеры на чертеже, не откладывая начало вычерчивания до окончания расчета.

При проектировании машин и их деталей необходимо пользоваться ГОСТами и ведомственными нормалями заводов РАО РЖД и проектных организаций. При расчете деталей машин диаметры и длины необходимо округлять, принимая ближайшее к ним значение из ряда нормальных диаметров и длин по ГОСТ 6636-81. Округление номинальных размеров имеет очень большое экономическое значение, так как приводит к сокращению режущего и измерительного инструмента, применяемого при изготовлении деталей машин и контроле производства.

Расчеты деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость необходимо производить везде, где это возможно, по максимально допускаемым напряжениям и деформациям. Не следует применять резких изменений сечения. Во избежание появления в этих местах концентрации напряжений, часто являющейся причиной поломок, все переходы рекомендуется сопрягать плавными закруглениями не слишком малого радиуса.

Выполнение проекта неизбежно связано с использованием необходимой технической литературы, справочников и прикладных компьютерных программ по проектированию машин. Умение студента свободно использовать указанные материалы во многом определяет квалификацию будущего инженера.

3. Тематика конструкторских задач курсового проекта

Номенклатура машин для ремонта вагонов и механизации технологических операций сама по себе огромна. Прямое перечисление этих машин займёт несколько страниц и не имеет смысла. Отечественными машиностроительными предприятиями серийно выпускается большое разнообразие данных машин. Рекомендуется студентам просмотреть сайты «www.irtrans.ru»,

8

«www.enerpred.com», «www.vaqonnik.net.ru» дабы не представлять на защиту разработанные и освоенные производством конструкции. Представляемая на защиту конструкция машины должна быть авторской и непосредственно свя-

занной с темой дипломного проекта. Тема выбирается студентом самостоятельно и согласовывается с руководителем проекта. Под термином авторская конструкция следует понимать собственные разработки по совершенствованию технологического процесса ремонта вагонов и восстановления деталей и непосредственно связанные с ними конструкторские разработки машин и приспособлений для выполнения требуемых операций. Расширение возможностей действующего оборудования с дополнением новых функций обработки изделий также является авторской разработкой конструкции. Рекомендуется студентам до защиты проекта получить отзыв предприятия, где предусматривается внедрение предложенной конструкции, в котором отражена целесообразность предлагаемого решения и мнение специалистов о его работоспособности в конкретных условиях.

Ниже приводится очень краткий список возможных тем конструкторских задач для курсового проектирования:

1.Трансбордер колёсных пар и вагонов.

2.Накопитель колёсных пар последовательного действия.

3.Подъёмно-поворотное устройство для колёсных пар.

4.Установка для очистки оси после расформирования.

5.Установка для сухой чистки колёсной пары.

6.Моечная машина колёсных пар (водой высокого давления)

7.Вращатель колёсной пары с выталкивателем (и отсекателем).

8.Таль-автомат для транспортировки осей.

9.Кран-балка автомат для транспортировки колёс.

10.Склад колёс.

11.Склад осей (многярусный).

12.Манипулятор для подачи колёс рольганга на планшайбу токарно - карусельного станка.

13.Установка для грубого измерения колёс (диаметра по кругу катания и диаметра отверстия ступицы)

14.Рольганг или транспортёр колёс.

15.Рольганг или транспортёр осей .

16..Рольганг корпусов букс.

17.Устройство для смазки подступичных частей оси перед формированием колёсной пары.

18.Устройство для смазки отверстия ступицы колеса перед формированием колёсной пары.

19.Установка для предварительного формирования колёсных пар (троек)

20.Накопитель колёс перед формированием с кантователем колёс.

21.Транспортёр боковых рам.

22.Лифт (подъёмник) осей.

23.Транспортёр надрессорных балок

24.Лифт (подъёмник) корпусов букс.

9

25.Лифт (подъёмник) блоков подшипников с гравитационным лотком.

26.Накопитель корпусов букс.

27. Станочное приспособление для механической обработки корпусов букс или автосцепок (фрезерное).

28.Установка для очистки посадочной поверхности корпуса буксы.

29.Многоместный кантователь корпусов букс при наплавке.

30.Кантователь боковых рам при наплавке.

31.Установка для очистки подпятника надрессорной балки перед наплавкой.

32.Установка для очистки наклонных поверхностей надрессорной балки перед наплавкой.

33.Кантователь надрессорных балок при наплавке.

34.Установка для автоматической наплавки подпятника надрессорной балки.

35.Установка для автоматической наплавки наклонных поверхностей надрессорной балки.

36.Устройство для сортировки и контроля сепараторов буксовых подшипников (латунных и полиамидных).

37.Установка для разборки блоков подшипников.

38.Установка для сборки блоков подшипников.

39.Установка для сборки тележек.

40. Различное оборудование для безотцепочного ремонта вагонов.

41.Поворотный круг тележки грузового вагона.

42.Транспортёр подачи мелких деталей в моечную машину или на участок сборки.

43.Устройство для зарядки поглощающего аппарата.

44.Устройство для демонтажа и монтажа поглощающего аппарата на вагоне.

45.Конвейер горизонтальный или наклонный (вертикальный) для перемещения или складирования: а) колёсных пар; б) автосцепок; в) букс.

46.Тельферное устройство для захвата и перемещения автосцепок.

47.Кран консольный для захвата и перемещения деталей вагонов по участку ремонта.

48.Механизированная передаточная троллейная или кабельная тележка для перемещения деталей вагонов по участку ремонта.

49.Устройство для подъёма вагонов на сетевых ПТО.

50.Устройство для правки кузовов вагонов.

51.Модернизация действующих вагоноремонтных машин.

52.Модернизация серийных универсальных металлообрабатывающих станков с целью повышения производительности при обработке деталей вагонов.

53.Установка обмывки тормозной аппаратуры.

54.Стенд сквозного ремонта тормозной аппаратуры.

55.Машина для перемещения сварщика при ремонте кузова вагона.

56.Стенд сборочный с пневматическим, гидравлическим, винтовым или электромеханическим прижимом для сварки металлоконструкций вагонов.

57.Стенд для сборки и сварки шкворневой рамы вагона.

58.Универсальный двухстоечный кантователь с подъёмными центрами.

59.Универсальный кольцевой кантователь.

60.Универсальный двухстоечный кантователь с крепёжной рамой.

61.Универсальный одностоечный кантователь с поворотом деталей вагонов в двух плоскостях

10