ШПАЛОПОДБИВОЧНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2002 года по МПК E01B27/16 

Изобретение относится к устройствам для строительства и ремонта железнодорожного пути, в частности к устройствам для уплотнения его балласта, и предназначено для использования в путевых машинах циклического и непрерывно-циклического действия.

Известен шпалоподбивочный агрегат, описанный в книге под редакцией Сырейщикова Ю. П. "Новые путевые машины", М., Транспорт", 1984г. с.65-73. Он содержит раму, смонтированный на ней вибропривод, рычаги с установленными на них подбойками и двухпозиционные гидроцилиндры, соединяющие рычаги с виброприводом, полости которых гидрокоммуникациями, включающими гибкие рукава, соединены с источником рабочей жидкости и с гидрораспределителями.

Известен шпалоподбивочный агрегат по патенту Российской Федерации 2047680, кл. 6 Е 01 В 27/16 (опубликован 10.11.95г.), отличающийся тем, что два смежных рычага закреплены на оси вибропривода, а двухпозиционные гидроцилиндры соединяют рычаги с рамой агрегата.

Известен также шпалолодбивочный агрегат по патенту Российской Федерации 2084578, кл. 6 Е 01 В 27/16 (опубликован 20.07.97г.), отличающийся наличием трехпозиционных гидроцилиндров вместо двухпозиционных.

Недостатками перечисленных шпалоподбивочных агрегатов является уменьшение амплитуды колебаний подбоек в процессе уплотнения по отношению к ее величине в исходном положении из-за податливости гидросистемы управления гидроцилиндрами, приводящее к уменьшению подвижности балласта и ухудшению качества его уплотнения, и удлинение рабочего цикла из-за малой скорости возврата подбоек в исходное положение ввиду значительного гидравлического сопротивления элементов упомянутой гидросистемы.

Принципиальное значение имеет то, что при рабочем ходе подбоек, т.е. при уплотнении балласта, они приближаются к шпале, совершая одновременно колебательные движения, причем движение их к шпале осуществляется подачей рабочей жидкости в соответствующие полости гидроцилиндров, и скорость зависит от сопротивления балласта, давления источника рабочей жидкости и гидравлического сопротивления гидрокоммуникаций, а колебания передаются от вибропривода через жидкость, находящуюся в цилиндрах, давление которой на поршни и стенки цилиндров меняется при колебаниях элементов, связанных с виброприводом благодаря, главным образом, инерции жидкости в гидрокоммуникациях и, в меньшей степени, - гидравлическому сопротивлению последних. Здесь существенно, что увеличение длины коммуникаций и уменьшение площади их поперечного сечения увеличивает влияние инерции находящейся в них жидкости и способность гидросистемы передавать колебания от вибропривода, т.е. ее жесткость, но вместе с этим растет и гидравлическое сопротивление коммуникаций, уменьшающее скорость движения подбоек, а наличие в составе гидрокоммуникаций гибких рукавов, обладающих значительной объемной податливостью, заметно ослабляет упомянутое увеличение жесткости гидросистемы.

Следует отметить, что от продолжительности процесса уплотнения зависит его качество, и она не должна быть слишком малой, а от времени возврата подбоек в исходное положение качество уплотнения не зависит и это время целесообразно по возможности уменьшать. Очевидно также, что при возврате подбоек в исходное положение необходимость в их колебаниях отсутствует.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения уровня потери амплитуды колебаний подбоек в процессе уплотнения балласта и сокращения времени их возврата в исходное положение.

Для достижения этого технического результата каждый гидроцилиндр снабжается минимум одним регулирующим устройством, содержащим канал и шунтирующий его обратный клапан, сообщающиеся с одной из полостей гидроцилиндра.

Регулирующее устройство может также содержать нормально закрытый гидроуправляемый клапан.

Для придания конструкции компактности канал может быть выполнен винтовым, образованным канавкой в гильзе или корпусе гидроцилиндра, либо во втулке или корпусе обратного клапана.

Нормально закрытый гидроуправляемый клапан может быть выполнен в виде подпружиненного золотника, торцевые полости которого являются управляющими.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить качество уплотнения балласта путем снижения уровня потери амплитуды колебаний подбоек в процессе уплотнения и увеличить производительность шпалоподбивочного агрегата путем сокращения времени возврата подбоек в исходное положение.

Принцип действия вариантов заявляемого шпалоподбивочного агрегата и возможные конструктивные схемы отдельных его элементов иллюстрируются фиг.1-4.

По одному из вариантов шпалоподбивочный агрегат с двухпозиционными гидроцилиндрами (см. фиг.1) содержит раму 1, установленную на путевой машине с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, смонтированные на ней вибропривод 2 и рычаги 3 с установленными на них односторонними подбойками 4, двухпозиционные гидроцилиндры 5 с силовыми поршнями 6, которые, в частности, могут быть дифференциальными, соединяющие вибропривод 2 с рычагами 3, регулирующие устройства 7, установленные на гидроцилиндрах и содержащие каналы 8, длина которых многократно превышает их поперечный размер, а площадь поперечного сечения существенно меньше площади силового поршня 6, и шунтирующие их обратные клапаны 9.

Полости гидроцилиндров (полости А - через регулирующие устройства) гидрокоммуникациями, которые могут включать гибкие рукава, соединяются с гидрораспределителями и источником высокого давления (на схеме не показаны).

Обратные клапаны 9 и гидрокоммуникации должны иметь минимальное гидравлическое сопротивление, которое можно обеспечить без нарушения конструктивной целесообразности.

В рабочем режиме путевой машины штоковые полости А гидроцилиндров 5 постоянно сообщаются через регулирующие устройства 7 с источником высокого давления Рп рабочей жидкости.

Шпалоподбивочный агрегат перемещается путевой машиной и соответствующими приводами по строящемуся или ремонтируемому участку пути и последовательно останавливается для осуществления рабочего цикла в положениях, когда подбойки оказываются над шпальными ящиками.

В исходном положении цикла поршневые полости Б через гидрораспределитель сообщаются с открытым в атмосферу резервуаром или источником низкого давления Рн (реализуется Рг=Ра или Рг=Рн<<Рп). Поршни 6 давлением рабочей жидкости в полости А прижимаются к внутренней торцевой стенке цилиндра, а подбойки занимают вертикальное положение.

Далее при действующем виброприводе 2 шпалоподбивочный агрегат опускается соответствующим приводом до внедрения подбоек в балласт на требуемую глубину.

При надлежащем выборе площадей поршней и давления Рп поршни 6 при внедрении в балласт не отходят от стенки цилиндров 5 и совершают колебательные движения с той же амплитудой, что и цилиндр.

После внедрения подбоек в балласт шпалоподбивочный агрегат выполняет свой рабочий цикл, состоящий из двух этапов:
1) рабочий ход - сжим, когда подбойки, совершая колебательные движения, одновременно движутся в направлении находящейся между ними шпалы, уплотняя балласт под ней;
2) нерабочий ход - возврат в исходное положение.

Для выполнения первого этапа гидрораспределитель сообщает полости Б с источником жидкости под давлением Рп (реализуется Рг=Рп), рабочая жидкость, воздействуя на большую площадь дифференциальных поршней 6, начинает перемещать их относительно цилиндров 5, вытесняя жидкость из полостей А через каналы 8 (поскольку клапаны 9 закроются потоком жидкости).

С момента отхода поршней от торцевых стенок цилиндров передача колебательных движений от цилиндров поршням осуществляется через жидкость и значит между полостями А и Б должен быть переменный по времени перепад давления, достаточный для ускорения поршней с рычагами и внедренными в балласт подбойками.

Можно показать, что упомянутый перепад давления может быть создан при соответствующем выборе площади поперечого сечения и длины каналов 8 инерцией и гидравлическим сопротивлением жидкости в них: уменьшение амплитуды колебаний поршней 6 по отношению к амплитуде колебаний цилиндров 5 может составлять не более 4-5% при отставании по фазе менее 1^o. При этом обеспечивается и необходимое для качественного уплотнения балласта время сжима.

Упомянутое практическое отсутствие затухания амплитуды колебаний и отставания по фазе означает практически равномерное перемещение поршней 6 относительно цилиндров 5 и, следовательно, стабилизацию расхода через канал 8.

Таким образом, практически равномерно перемещаясь относительно цилиндров 5 и совершая колебательные движения вместе с ними, поршни 6 поворачивают рычаги 3 с подбойками 4, уплотняющими балласт под шпалой, находящейся между ними.

На втором этапе полости Б сообщаются гидрораспределителем с открытым в атмосферу резервуаром или с источником низкого давления (реализуется Рг=Ра или Рг=Рн<<Рп). Клапаны 9 открываются, и поршни 5 вместе с рычагами 3 и подбойками 4 возвращаются в исходное положение с максимальной скоростью.

По другому варианту шпалоподбивочный агрегат с трехпозиционными гидроцилиндрами (см. фиг. 2) содержит раму 1, установленную на путевой машине с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, смонтированные на ней вибропривод 2 и рычаги 3 с установленными на них двусторонними подбойками 10, трехпозиционные гидроцилиндры 11 с силовыми поршнями 12, которые, в частности, могут быть дифференциальными, дополнительными поршнями 13 и упорами 14, соединяющие вибропривод 2 с рычагами 3, регулирующие устройства 7 и 15, установленные на гидроцилиндрах.

Регулирующие устройства 7 включены в гидролинии полостей В и идентичны устройствам, показанным на фиг.1. Они содержат каналы 8 и обратные клапаны 9.

Регулирующие устройства 15 включены в гидролинии полостей А и кроме каналов 8 и обратных клапанов 9 содержат нормально закрытые гидроуправляемые клапаны 16. Две управляющие полости каждого клапана 16 соединены соответственно со входом регулятора расхода 7 и полостью Б гидроцилиндра.

Регулирующие устройства и полости гидроцилиндров гидрокоммуникациями, которые могут включать и гибкие рукава, соединяются с гидрораспределителями и источником высокого давления Рп (на схеме не показаны).

Обратные клапаны 9, гидроуправляемые клапаны 16 и гидрокоммуникации должны иметь минимальное гидравлическое сопротивление, которое может быть обеспечено без нарушения конструктивной целесообразности.

В рабочем режиме путевой машины штоковые полости А гидроцилиндров 11 постоянно сообщаются через регулирующие устройства 15 с источником высокого давления Рп.

Шпалоподбивочный агрегат перемещается по зоне работ аналогично описанному выше шпалоподбивочному агрегату с двухпозиционными гидроцилиндрами.

В исходном положении полости Б гидроцилиндров 11 сообщаются гидрораспределителем с открытым резервуаром или с источником низкого давления Рн, а полости В через регулирующие устройства 7 - с источником высокого давления Рп (реализуется Pr₁=Pa; Рг₂=Рп или Рг₁=Рн<<Рп=Рг₂). (Из схемы фиг.2 видно, что при этом клапаны 16 открыты, поскольку Pг₂>>Pг₁). Дополнительные поршни 13 давлением жидкости в полостях В прижимаются к упорам 14, силовые поршни 12 давлением в полостях А - к дополнительным поршням 13, а подбойки 4 находятся в вертикальном положении.

Далее при действующем вибролриводе 2 шпалоподбивочный агрегат опускается соответствующим приводом до внедрения подбоек в балласт на требуемую глубину.

При надлежащем выборе площадей поршней 12 и 13 и давлений Рп и Рн поршни 13 не отходят от упоров 14, а поршни 12 - от поршней 13, и цилиндры 11 совершают колебательные движения с той же амплитудой, что и поршни 12.

После внедрения подбоек в балласт шпалоподбивочный агрегат выполняет свой рабочий цикл, состоящий из четырех этапов:
1) первый рабочий ход - сжим I, когда подбойки одновременно с колебательными движениями сходятся, движутся в направлении находящейся между ними шпалы, уплотняя балласт под ней;
2) возврат в исходное положение;
3) второй рабочий ход - сжим II, когда подбойки одновременно с колебательными движениями расходятся, движутся в направлении шпал, находящихся от них с внешних сторон;
4) возврат в исходное положение.

На первом этапе полости Б сообщаются гидрораспределителем с источником высокого давления Рп (реализуется Рг₁=Рг₂=Рп), разность сил давления жидкости на внутренние торцы полостей В и А (площадь последнего меньше площади первого на величину площади штока дифференциального силового поршня 12) заставляет цилиндры 11 двигаться относительно поршней 12, рабочая жидкость вытесняется из полостей А через каналы 8, поскольку клапаны 9 закрываются потоком жидкости, а нормально закрытые клапаны 16 закроются при равных давлениях Рп в управляющих полостях. Необходимые для передачи колебательных движений поршней 12 цилиндрам 13 и рычагам 3 с подбойками 4 периодические изменения давления в полостях А создаются при надлежащем выборе гидравлических диаметров и длин каналов 8 инерцией и гидросопротивлением жидкости в них. Гидравлическое сопротивление каналов 8 обеспечивает и необходимое для качественного уплотнения балласта время сжима.

Для осуществления второго и третьего этапов рабочего цикла входы регулирующих устройств 7 сообщаются гидрораспределителями с источником низкого давления Рн (реализуется Рг₂=Рн<<Рп), а полости Б - с ним же или с открытым резервуаром (реализуется Pг₁=Pн<<Pп или Pг₁=Pa).

Под действием давления в полостях А цилиндры 11 начинают двигаться относительно поршней 12 к своим исходным положениям; поскольку клапаны 9 регулирующих устройств 15 при этом открываются потоком жидкости, а клапаны 9 регулирующих устройств 7 остаются закрытыми, цилиндры движутся относительно поршней 12 с максимальными скоростями, а поршни 13 остаются относительно цилиндров 11 практически неподвижными. Это продолжается до взаимного касания поршней 12 и 13, то есть до прихода цилиндров вместе с рычагами и подбойками в исходное положение.

После этого второй этап автоматически переходит в третий: начинается вытеснение жидкости из полотей В через каналы 8 устройств 7, цилиндры 11 начинают двигаться относительно поршней 12 со скоростью, определяемой гидравлическим сопротивлением упомянутых каналов, а колебательные движения поршней 12 и 13 передаются цилиндрам переменным давлением в полостях В, обеспечиваемым инерцией и гидросопротивлением жидкости в каналах 8 устройств 7.

После завершения третьего этапа входы регулирующих устройств 7 сообщаются гидрораспределителем с источником высокого давления Рп, полости Б остаются соединенными с источником низкого давления Рн или соединяются гидрораспределителем с открытым в атмосферу резервуаром (реализуется Рг₂=Рп; Рг₁= Рн<<Рп или Рг₂=Рп, Рг₁=Ра), клапаны 15 открываются разностью давлений Рг₂ и Pг₁, клапаны 9 открываются потоком жидкости, цилиндры 11 под действием разности сил давлений на их внутренние торцы с максимальной скоростью возвращаются в исходное положение.

Одна из возможных конструктивных схем регулирующего устройства, содержащего канал и обратный клапан, показана на фиг.3.

Устройство содержит корпус 17, втулку 18 с винтовой канавкой 19 на наружной поверхности, затвор 20, пружину 21, подводящие каналы 22 и 23.

При потоке рабочей жидкости от канала 22 к каналу 23 возникающий на винтовой канавке 19 перепад давления создает на затворе 20 силу, усиливающую его прижим к кромке втулки 18, и клапан закрыт; при обратном направлении потока перепад давления на канавке 19 создает силу, противодействующую усилию пружины 21, и при превышении этой силой величины усилия пружины клапан открывается.

Пример конструктивной схемы нормально закрытого гидроуправляемого клапана показан на фиг.4.

Клапан содержит корпус 24, золотник 25, пружину 26, подводящие каналы 27 и 28, управляющие полости 29 и 30. Клапан открывается, сообщая между собой каналы 27 и 28, когда усилие от разности давлений в полостях 29 и 30 превышает усилие пружины 26.

Шпалоподбивочный агрегат относится к устройствам для строительства и ремонта железнодорожного пути, в частности к устройствам для уплотнения его балласта, и предназначено для использования в путевых машинах циклического и непрерывно-циклического действия. Шпалоподбивочный агрегат содержит раму, смонтированный на ней вибропривод, рычаги с установленными на них подбойками и гидроцилиндры, входящие в кинематическую цепь, соединяющую вибропривод с рычагами. На каждом гидроцилиндре установлено минимум одно регулирующее устройство, содержащее канал и шунтирующий его обратный клапан, сообщающиеся с одной из полостей гидроцилиндра. Регулирующее устройство может также содержать гидроуправляемый клапан, гидравлически соединенный с каналом и обратным клапаном параллельно. Техническим результатом является снижение уровня потери амплитуды колебаний подбоек в процессе уплотнения балласта, что обеспечивает повышение его подвижности и качества уплотнения, и сокращение времени возврата подбоек в исходное положение, что уменьшает продолжительность рабочего цикла и увеличивает производительность. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шпалоподбивочный агрегат, содержащий раму, смонтированный на ней вибропривод, рычаги с установленными на них подбойками и гидроцилиндры, входящие в кинематическую цепь, соединяющую вибропривод с рычагами, отличающийся тем, что каждый гидроцилиндр содержит минимум одно регулирующее устройство, включающее канал и шунтирующий его обратный клапан, сообщающиеся с одной из полостей гидроцилиндра. 2. Шпалоподбивочный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что канал образован винтовой канавкой в гильзе или корпусе гидроцилиндра. 3. Шпалоподбивочный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что канал образован винтовой канавкой во втулке или корпусе обратного клапана. 4. Шпалоподбивочный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что регулирующее устройство содержит нормально закрытый гидроуправляемый клапан, гидравлически соединенный с каналом и обратным клапаном параллельно. 5. Шпалоподбивочный агрегат по п. 4, отличающийся тем, что нормально закрытый гидроуправляемый клапан содержит корпус и подпружиненный золотник, торцевые полости которого являются управляющими.