УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАВИНЧИВАНИЯ И ОТВИНЧИВАНИЯ ГАЕК ПРОМЕЖУТОЧНОГО РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ Российский патент 2003 года по МПК E01B29/28 B25B21/00 

Изобретение относится к области механизации путевого хозяйства железнодорожного транспорта и может быть использовано при укладке рельсовых плетей или при осуществлении работ по их температурной разрядке.

Известны устройства для завинчивания и отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления железнодорожного пути, например, по авт. св. СССР 958569 [1], авт. св. СССР 1059044 [2], патент России 2040624 [3], содержащие перемещаемый по рельсам пути экипаж, на раме которого смонтированы гайковерты с зондирующими органами для определения месторасположения гаек скреплений.

Известные устройства позволяют завинчивать и отвинчивать гайки промежуточного рельсового скрепления при последовательном перемещении экипажа от шпалы к шпале с остановкой над каждой шпалой. Темп работы таких устройств недостаточен, в частности, из-за последовательных затрат времени на переезд экипажа с гайковертами от шпалы к шпале и на непосредственный процесс завинчивания-отвинчивания гаек скреплений.

Известно устройство для завинчивания и отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления железнодорожного пути, например, патент СССР 656539 [4] , содержащее установленную на две одноосные ходовые тележки раму со смонтированными на ней рельсовыми тележками с гайковертами и зондирующими для определения месторасположения гаек органами. Рельсовые тележки смонтированы с возможностью их перемещения вдоль рамы силовыми гидроцилиндрами.

Обработка гаек рельсового скрепления осуществляется при последовательном перемещении экипажа (установленной на ходовые тележки рамы с силовой установкой и механизмом перемещения ходовых тележек) с остановкой над каждой шпалой или группой шпал в случае установки нескольких рельсовых тележек, и, таким образом, время обработки гаек скреплений шпалы включает в себя время завинчивания-отвинчивания и время перемещения от шпалы к шпале, что снижает эффективность его работы. Возможность перемещения рельсовых тележек вдоль рамы экипажа, а следовательно, и вдоль пути позволяет ориентировать гайковерты, перемещая в процессе ориентировки несравненно более легкие, чем экипаж, тележки. Использование же механизмов для перемещения экипажа и перемещения рельсовых тележек усложняет конструкцию и также снижает эффективность работы устройства.

Известно устройство для завинчивания и отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления железнодорожного пути (патент России 2154710 [5] - прототип), содержащее раму, установленную на две ходовые тележки, гайковерты с зондирующими для определения месторасположения гаек органами. Гайковерты с зондирующими органами смонтированы на ходовых тележках, каждая ходовая тележка оборудована зажимами для взаимодействия с рельсами и связана с рамой дифференциально подключенным гидроцилиндром перемещения, при этом сумма рабочих площадей штоков гидроцилиндров обеих тележек равна рабочей площади поршня каждого из гидроцилиндров, а диаметр штока гидроцилиндра первой по ходу движения тележки выполнен меньшего размера, чем диаметр штока другой тележки.

Во время процесса завинчивания-отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления гайковертами одной тележки вторая тележка переезжает и настраивается на эавинчивание-отвинчивание гаек крепежных элементов следующей шпалы. Переезд каждой тележки осуществляется через шпалу и через два промежутка между шпалами для всеобщего охвата всех шпал пути обеими тележками устройства, при этом тележки то сближаются между собой, то удаляются друг от друга.

Указанная совокупность размерных параметров гидроцилиндров со схемой их подключения обеспечивает перемещение каждой тележки с одинаковой переменной скоростью относительно пути, причем эта скорость превышает скорость срабатывания каждого гидроцилиндра, складываясь из скорости тележки относительно рамы и рамы относительно заторможенной тележки.

Кроме того, гидроцилиндр, перемещающий раму, срабатывает раньше, выбрав при этом весь свой ход, и, таким образом, подход к шпалам каждой тележки осуществляется при предварительно остановленной раме и работе одного гидроцилиндра с последующей остановкой тележки над шпалой с не до конца выбранным ходом штока гидроцилиндра.

Однако предусмотренная такой схемой передвижения устройства и его частей остановка массивной его части - рамы, с последующим резким его разгоном, связана с высокими энергозатратами и динамическими нагрузками на механизмы и металлоконструкцию. Поскольку при установке торцевых ключей на гайки скреплений требуется их самоцентровка друг относительно друга, которая невозможна без заранее заданного люфта торцевых ключей относительно тележек, то при резких остановках рамы торцевые ключи получают толчки и могут колебаться в пределах люфта наподобие маятника. При подходе торцевых ключей к гайкам скреплений даже с уменьшенной скоростью такие маятниковые колебания могут быть не погашены и, таким образом, не обеспечена или затруднена их самоцентровка и установка.

Кроме того, неодновременные остановки тележек относительно рамы при каждом цикле их сближения или удаления друг от друга также характеризуется динамическими нагрузками, к тому же, массивные ходовые колеса на тележках обладают не только инерцией поступательного движения, но и маховым моментом.

Указанная запланированная последовательность остановок частей устройства может быть не соблюдена при нарушении равенства количества подачи в напорных линиях гидросистемы, связанной с неравномерным износом насосов или их секций, что часто наблюдается в практике. Разница между объемами полостей гидроцилиндров при минимальных пределах эпюрного шага между шпалами может быть перекрыта разницей в подаче гидрожидкости, и тогда пониженная скорость тележки при подходе к гайке скрепления может быть не обеспечена. К тому же, запланированное дифференциальное подключение гидроцилиндров к гидросистеме и связанное с ним равенство суммы рабочих площадей штоков обоих гидроцилиндров и рабочей площади поршня каждого из гидроцилиндров, то есть диаметры поршней (D) и штоков (d₁, d₂) связаны соотношением D²=d₁ ²+d₂ ² или , приводит к тому, что при подстановке конкретных значений в эти соотношения в большинстве случаев, за редким исключением, получаются иррациональные числа. Это технологически трудновыполнимо, поскольку связано с подбором резиновых уплотнений, имеющих стандартные размеры. Кроме того, при указанном соотношении размеров гидроцилиндров имеет место неравенство суммарных усилий на штоках гидроцилиндров при их движении в ту или другую сторону, поскольку в одном случае действие атмосферного давления совпадает с направлением движения штоков, а в другом направлено в обратную сторону. При больших диаметрах штоков и малом рабочем давлении в гидросистеме это имеет существенное значение.

При шаговом перемещении устройства величина шага в каждом цикле равна сумме двух смежных эпюрных шагов между шпалами.

Использование времени цикла для срабатывания гидроцилиндров с учетом их фактически размерных параметров в соотношении с фактическими значениями эпюрного шага оказывается не всегда рациональным.

Например, при эпюрном шаге между шпалами 500-600 мм, а в местах стыка рельсов 400-420 мм разность между максимальной и минимальной суммой двух шагов составляет 300 мм. На это расстояние плюс приблизительно 50 мм пути замедления, то есть в сумме 350 мм, должен быть предусмотрен запас замедленного хода каждой из тележек, в то время как максимальный ход гидроцилиндра составит 600 мм. Однако для обеспечения условий нормального зондирования месторасположения гаек скрепления достаточен путь приблизительно 50 мм. Таким образом, только в местах стыка между рельсами замедленный ход в 50 мм является оптимальным, а в остальных случаях холостой замедленный ход 300 мм требует либо увеличения времени цикла, что непроизводительно, либо значительного увеличения скоростей частей устройства на предыдущем участке цикла, что неблагоприятно сказывается на нагрузочном режиме и общей динамике процесса и является препятствием для повышения скорости и производительности. Кроме того, зондирующие месторасположение гаек органы не должны срабатывать при перешагивании через шпалу, однако эта задача не решена в известном устройстве [5].

Задача состоит в том, чтобы в устройстве для завинчивания или отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления железнодорожного пути было обеспечено равномерное безостановочное движение самой массивной части устройства - его рамы, а также обеспечена одновременность движений в разные стороны тележек с гайковертами, их остановок и реверса. Это резко снизит нагрузочный режим и общую динамику процесса и позволит повысить скоростной режим и производительность.

При этом зондирующие органы и их элементы в комбинации с оптимальным управлением приводом перемещения тележек и оптимальным порядком срабатывания всех приводов должны обеспечить как указанную равномерность и безостановочность движения устройства, причем с более высокой скоростью, так и плавность срабатывания исполнительных частей, т.е. аналогичный прототипу характер взаимодействия зондирующих органов с гайками скреплений в момент определения их месторасположения. Это условие является особенно важным и необходимым при работе устройства на завинчивание ослабленных и поэтому неустойчивых в своих гнездах сборок скреплений. Кроме того, должна быть решена задача пропуска шпалы зондирующими органами без срабатывания при перешагивании через нее.

Задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем раму, ходовые колеса, две продольно подвижные относительно рамы тележки и смонтированные на них гайковерты с вертикально подвижными торцевыми ключами и зондирующими месторасположение гаек органами, каждая тележка оборудована рельсовыми зажимами и связана с рамой приводом перемещения, включающим гидроцилиндр, связанный с зондирующими органами, при этом ходовые колеса расположены на раме, а привод перемещения тележек снабжен механической передачей, связанной с гидроцилиндром, установленной вдоль рамы и имеющей два симметрично подвижных в противоположных направлениях звена. При этом одно из звеньев механической передачи соединено с одной из тележек, а второе, соответственно, со второй.

Механическая передача привода перемещения тележек выполнена, например, в виде бесконечно замкнутой цепной передачи, а симметрично подвижные звенья - в виде противоположных ветвей ее цепи.

Причем гидроцилиндр выполнен с двухсторонним штоком, соединен с рамой и одной из тележек, а зондирующие органы снабжены дополнительными для предварительного определения месторасположения шпал элементами, которые закреплены на тележках и выполнены в виде подпружиненных рычагов, кинематически связанных с храповыми механизмами, имеющими соединенные друг с другом зубчатое колесо и кулачок с выступами, на пути действия которых установлен датчик, при этом число зубьев колеса вдвое превышает число выступов кулачка, а зондирующие органы установлены на тележках с возможностью вертикального перемещения вместе с вертикально подвижными торцевыми ключами гайковертов.

Тележки, связанные между собой симметрично подвижными в противоположных направлениях звеньями механической передачи, преобразуются в инерционно сбалансированную систему, в которой при всех движениях и скоростях основные инерционные силы противоположно направлены и по абсолютной величине равны и поэтому замкнуты внутри системы и погашены. При сообщении системе постоянной скорости , а звеньям механической передачи - цикличных возвратно-поступательных относительно системы скоростей , что характеризует работу штока гидроцилиндра, связанного с механической передачей, получим попеременную остановку относительно пути и неподвижность в течение времени цикла каждой из тележек. Это как раз и позволяет на неподвижной тележке осуществлять процесс отвинчивания или завинчивания гаек скреплений при непрерывном и равномерном движении относительно пути системы - устройства в целом. Перестановка ходовых колес с тележек на раму дополнительно снижает инерцию масс тележек и, соответственно, уменьшает значения внутренних инерционных сил и нагрузок. При этом получается, что сообщать системе извне скорость нет необходимости, а достаточно попеременно на неподвижных относительно пути тележках в нужные моменты времени замыкать и размыкать рельсовые зажимы. Таким образом, отдельного привода для безостановочного движения системы - устройства в целом - не требуется, поскольку эту задачу выполняет привод перемещения тележек, а команды на замыкание, размыкание рельсовых зажимов и привод гайковертов, как и в известном устройстве (прототипе), выдают зондирующие органы. В такой системе полностью исключаются инерционные нагрузки, связанные с остановкой рамы и неодновременностью остановок относительно рамы тележек, и, таким образом, исключаются инерционные маятниковые колебания по этой причине торцевых ключей гайковертов, что благоприятствует их самоустановке на гайки скреплений.

Выполнение гидроцилиндра с двусторонним штоком позволяет исключить необходимость в дифференциальном подключении к гидросистеме и связанном с этим технологически трудновыполнимом соотношении диаметров поршня и штока.

Снабжение зондирующих органов дополнительными элементами для предварительного определения месторасположения шпал позволяет, во-первых, понизить скорость хода тележек вдвое при подходе зондирующих органов к гайкам скреплений. Во-вторых, за счет предварительного зондирования месторасположения шпалы при каждом эпюрном шаге максимально укоротить путь подхода с пониженной скоростью к гайкам скреплений. В-третьих, при предварительном зондировании месторасположения шпалы исключить влияние снижения скорости тележек на равномерность хода рамы за счет первоочередного размыкания рельсовых зажимов неподвижной относительно пути тележки, позволяя тем самым раме двигаться по инерции с прежней скоростью в течение краткого промежутка времени, за который скорость второй тележки относительно пути сначала, при остановке гидроцилиндра, вдвое снизится, а затем, при реверсе, упадет до нуля, и тогда сработают ее рельсовые зажимы на замыкание.

Расположение зондирующих органов на тележке с возможностью вертикального перемещения позволит им перемещаться вверх вместе с торцевыми ключами и пропускать шпалы при перешагивании через них, а опускаться вниз только по команде датчика дополнительных зондирующих элементов при подходе к нужной шпале. Конструкция же самих дополнительных элементов позволяет, не пропуская ни одной из шпал, вступать во взаимодействие с датчиком только через одну из них, за счет соотношения между числом зубьев храпового колеса и выступов кулачка.

На фиг. 1 схематически показан общий вид устройства сбоку; на фиг.2 - гидросхема подключения гидроцилиндра привода перемещения тележек; на фиг.3-5 - варианты механической передачи привода перемещения тележек; на фиг.6 - конструкция дополнительного элемента зондирующих органов.

Устройство содержит раму 1, ходовые колеса 2, две продольно подвижные относительно рамы тележки 3 и 4. На каждой тележке смонтированы гайковерты 5 с вертикально подвижными торцевыми ключами 6 их шпинделей, зондирующие органы 7 и рельсовые зажимы 8. Каждый рельсовый зажим представляет собой (не показано) шарнирно смонтированную на тележке пару рычагов, соединенных между собой силовым гидроцилиндром. Нижние концы рычагов выполнены с нажимными губками для взаимодействия с боковыми гранями головки рельса 9. Каждая тележка связана с рамой 1 приводом перемещения, выполненным в виде гидроцилиндра 10 и связанной с ним механической передачи, в виде цепной передачи 11, установленной вдоль рамы 1. Одна из ветвей цепной передачи 11 соединена с тележкой 3, а другая - с тележкой 4. Механическая передача может быть также выполнена (фиг.3-5) в виде реечной передачи с двумя симметрично подвижными рейками на тележках и связывающим их центральным зубчатым колесом на раме или в виде рычажной передачи с двумя симметрично подвижными шатунами на тележках и связывающим их центральным двуплечим рычагом на раме или в виде зубчато-рычажной передачи и т.д. Гидроцилиндр 10 выполнен с двусторонним штоком и соединен гильзой с рамой 1, а шток - с любой из тележек 3 или 4 (на фиг.1 - с тележкой 4). Гидроцилиндр 10 управляется четырехлинейным трехпозиционным распределителем 12 обычного типа (в котором, по сравнению с прототипом, позиция дифференциального подключения заменена позицией обратного хода 13) и связанными с ним дополнительными элементами 14 в составе зондирующих органов 7 для предварительного определения месторасположения шпал 15.

Двусторонний шток гидроцилиндра 10 имеет одинаковые диаметры с обеих сторон, поэтому заполняемые объемы гидроцилиндра с каждой стороны одинаковы, и, соответственно, скорость хода штока в обе стороны постоянна.

Дополнительные элементы 14 установлены на обеих тележках 3 и 4 и выполнены в виде подпружиненного рычага 16, кинематически связанного с храповым механизмом, имеющим соединенные друг с другом зубчатое колесо 17 и кулачок 18 с выступами 19, на пути действия которых установлен датчик 20. Храповый механизм включает подпружиненные собачки 21 и 22, через одну из которых (21) осуществлена кинематически связь с подпружиненным рычагом 16. Зондирующие органы 7 установлены на тележках 3 и 4 с возможностью вертикального перемещения вместе с торцевыми ключами 6 гайковертов 5.

Устройство работает следующим образом.

Во время процесса эавинчивания-отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления гайковертами одной тележки вторая тележка переезжает и настраивается на завинчивание-отвинчивание гаек крепежных элементов следующей шпалы. Переезд каждой тележки осуществляется через шпалу и два промежутка между шпалами для всеобщего охвата всех шпал пути обеими тележками устройства. При этом тележки со скоростью то сближаются между собой, то удаляются друг от друга при непрерывном перемещении рамы 1 устройства на ходовых колесах 2 по рельсам 9 с постоянной скоростью .

На фиг. 1 в положении А показано устройство с наиболее близко расположенными между собой тележками в их генеральном перемещении вдоль пути по стрелке. В положении Б показано устройство с наиболее удаленными друг от друга тележками.

В положении А тележка 4, подходя со скоростью к шпале 15, в первую очередь взаимодействует впереди расположенным зондирующим элементом 14 со шпалой 15. Датчик зондирующего элемента 14 подает одновременно четыре команды: на размыкание рельсовых зажимов 8; подъем торцевых ключей 6 с зондирующими органами 7 гайковертов 5 тележки 3; на предварительное опускание торцевых ключей 6 с зондирующими органами 7 гайковертов 5 тележки 4 и на переключение распределителя 12 в положение "заперто". Шток гидроцилиндра 10 прекращает рабочий ход, и тележки 3 и 4 останавливаются относительно рамы 1, продолжая вместе с ней двигаться со скоростью относительно пути, благоприятной для контакта гаек скрепления с зондирующими органами 7. Остановка хода тележек не сказывается на скорости рамы 1, так как рельсовые зажимы 8, связывающие раму 1 с рельсами 9 пути через тележку 3, разомкнуты, и рама 1 продолжает инерционный ход. Для обеспечения минимального пути подхода зондирующих органов 7 к гайкам скреплений команды от дополнительного элемента 14 могут подаваться в нужный момент времени, определяемый месторасположением элемента 14 относительно зондирующих органов 7. Зондирующие органы 7 гайковертов 5 тележки 4 встречаются с гайкой скрепления на шпале 15 и выдают команду на реверс гидроцилиндра 10 посредством переключения распределителя 12 на обратный ход.

Шток гидроцилиндра 10 делает обратный ход со скоростью относительно рамы 1, и тележка 4 относительно пути останавливается, поскольку ее скорость по абсолютной величине становится равной скорости рамы 1, но противоположно направленной. В этот момент выдаются одновременно команды на замыкание рельсовых зажимов 8 и окончательный вертикальный ход торцевых ключей 6 гайковертов 5 тележки 4. Тележка 4 закрепляется на рельсах 9 пути, гидроцилиндр 10 и цепная передача 11 перемещают теперь принудительно раму 1 со скоростью , а тележку 3 со скоростью относительно пути. Торцевые ключи 6 гайковертов 5 тележки 4 окончательно опускаются и устанавливаются на гайки скреплений, производится завинчивание или отвинчивание гаек крепежных элементов шпалы.

Подход тележки 3 к очередной шпале 15 осуществляется в полном соответствии с описанным подходом тележки 4.

В положении Б подходит к шпалам 15, останавливается и закрепляется на рельсах 9 пути тележка 3, торцевые ключи ее гайковертов опускаются и устанавливаются на гайки скреплений, производится завинчивание или отвинчивание гаек скреплений очередной шпалы, а тележка 4 размыкает свои рельсовые зажимы, снимает с гаек скреплений торцевые ключи гайковертов, поднимает их и совершает шаговый ход со скоростью .

Далее цикл повторяется.

Дополнительный элемент 14 зондирующих органов 7 работает следующим образом.

При подходе подпружиненного рычага 16 к шпале 15 и контакте с ней рычаг 16 поворачивается и через собачку 21 поворачивает храповое зубчатое колесо 17, а вместе с ним кулачок 18, выступы 19 которого встречаются при повороте с датчиком 20 и взаимодействуют с ним. Поскольку число выступов 19 вдвое меньше числа зубьев колеса 17, то число таких взаимодействий с датчиком 20 будет в два раза меньше числа встреч подпружиненного рычага 16 со шпалой 15, что и обеспечит пропускание шпал через одну без срабатывания датчика 20. После того как рычаг 16 минует шпалу и возвратится под действием пружины в исходное положение, храповое зубчатое колесо 17 останется на месте, удерживаемое собачкой 22. Таким образом обеспечивается цикличный поворот в одну сторону кулачка 18 (вместе с храповым зубчатым колесом 17) и взаимодействие его с датчиком 20 на каждой второй шпале.

Изобретение относится к области механизации путевого хозяйства железнодорожного транспорта и может быть использовано при укладке рельсовых плетей или при осуществлении работ по их температурной разрядке. Устройство содержит раму, ходовые колеса, две продольно подвижные относительно рамы тележки и смонтированные на них гайковерты с вертикально подвижными торцевыми ключами и с зондирующими месторасположение гаек органами. Каждая тележка оборудована рельсовыми зажимами и связана с рамой приводом перемещения, включающим гидроцилиндр, связанный с зондирующими органами. При этом ходовые колеса расположены на раме, а привод перемещения тележек снабжен механической передачей, связанной с гидроцилиндром, установленной вдоль рамы и имеющей два симметрично подвижных в противоположных направлениях звена, соединенных каждое со своей тележкой. Техническим результатом является обеспечение равномерного безостановочного движения самой массивной части - рамы устройства, а также обеспечение одновременности движения в разные стороны тележек с гайковертами, их остановок и реверса. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для завинчивания и отвинчивания гаек промежуточного рельсового скрепления железнодорожного пути, содержащее раму, ходовые колеса, две продольно подвижные относительно рамы тележки и смонтированные на них гайковерты с вертикально подвижными торцевыми ключами и с зондирующими месторасположение гаек органами, при этом каждая тележка оборудована рельсовыми зажимами и связана с рамой приводом перемещения, включающим гидроцилиндр, связанный с зондирующими органами, отличающееся тем, что ходовые колеса расположены на раме, а привод перемещения тележек снабжен механической передачей, связанной с гидроцилиндром, установленной вдоль рамы и имеющей два симметрично подвижных в противоположных направлениях звена, при этом одно из них соединено с одной из тележек, а второе - соответственно со второй. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механическая передача привода перемещения тележек выполнена, например, в виде бесконечно замкнутой цепной передачи, а симметрично подвижные звенья - в виде противоположных ветвей ее цепи. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидроцилиндр выполнен с двусторонним штоком, соединен с рамой и одной из тележек, а зондирующие органы снабжены дополнительными элементами для предварительного определения месторасположения шпал. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительные элементы зондирующих органов закреплены на тележках и выполнены в виде подпружиненных рычагов, кинематически связанных с храповыми механизмами, имеющими соединенные друг с другом зубчатое колесо и кулачок с выступами, на пути действия которых установлен датчик, при этом число зубьев колеса вдвое превышает число выступов кулачка, а зондирующие органы установлены на тележках с возможностью вертикального перемещения вместе с вертикально подвижными торцевыми ключами гайковертов.