МАШИНА ДЛЯ ЗАВИНЧИВАНИЯ И ОТВИНЧИВАНИЯ КРЕПЁЖНЫХ БОЛТОВ ШПАЛ Российский патент 2020 года по МПК E01B29/28 B25B23/14 

[01] Заявленное изобретение касается машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал, содержащей машинную раму, перемещающуюся по рельсовому пути, ручной захват для перемещения машины и двигатель для воздействия на головку болта с помощью момента вращения, а также устройство для ограничения момента вращения. Также касается заявленное изобретение способа эксплуатации машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

[02] Из патента DE 10 2010 023 798 А1 известна машина для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал, включает в себя сервовинтоверт для приложения ограниченного момента вращения. При этом соединяется процессор, выполненный с накопителем данных, с измерителем угла поворота, а также с датчиком момента вращения, чтобы задавать необходимый момент вращения, с которым должно затягиваться болтовое соединение.

[03] При таком выполнении сервовинтоверта вал, измеряющий момент вращения, интегрируется непосредственно в шпиндель болта. Это обстоятельство обусловливает проведение затратной операции, в результате чего конструкция машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал оказывается дорогой. К тому же сервовинтоверт оказывается подверженным механическим повреждениям.

[04] В публикации WO 2006/058552 А1 описывается механическая машина для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал, у которой можно регулировать ограничение момента вращения с помощью фрикционной муфты с электромагнитным включением. На основании износа и инерционности массы механических компонентов возникают неточности, которые невозможно не учитывать.

[05] Машина для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал с альтернативной приводной системой известна из патента DE 44 14 886 А1, Дополнительно к механическому приводу предусматривается гидравлический привод, чтобы завинченное предварительно болтовое соединение затягивать с предварительно заданным моментом. При этом гидравлическое давление используется в качестве ссылочной величины для момента затягивания. Появляющиеся неточности в этом случае обусловливаются существующей зависимостью от температуры и вязкости шпал.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[06] Задачей заявленного изобретения является создание улучшенного варианта машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал указанного выше типа по сравнению с существующим уровнем техники. Принимается во внимание, в частности, достижение упрощенной конструкции и высокой точности. К тому же, должен быть разработан соответствующий способ.

[07] В соответствии с заявленным изобретением эта задача решается с помощью машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал согласно независимому пункту 1 формулы изобретения и способа согласно независимому пункту 12 формулы изобретения. Независимые пункты формулы изобретения описывают варианты выполнения изобретения.

[08] Конкретно установлено измерительное устройство для определения реактивного момента двигателя отосительно машинной рамы, при этом двигатель для ограничения момента вращения управляется в зависимости от реактивных моментов. В качестве ссылочной величины используется реактивный момент, который воздействует от двигателя на машинную раму и устанавливается с помощью простого измерительного устройства с высокой точностью. Тем самым, реализуется, с одной стороны, простая и надежная конструкция и, с другой стороны, точное ограничение числа оборотов.

[09] В предпочтительном варианте конструктивного выполнения заявленного изобретения включает в себя измерительное устройство датчик усилия для измерения воздействующего на двигатель усилия. В данном случае не измеряется непосредственно реактивный момент, но усилие, которое оказывает машинная рама на двигатель. Это усилие предотвращает при этом перемещение двигателя относительно машинной рамы. Между усилием и реактивным моментом существует пропорциональное соотношение, которое четко определяется благодаря геометрии выполненного навешивания двигателя.

[10] Используется преимущественно в качестве двигателя гидравлический двигатель или электродвигатель, в результате чего при небольших конструктивных размерах получается полезный высокий момент вращения. Кроме того, гидравлический двигатель благодаря своей надежной конструкции, не требующей больших затрат на обслуживание, подходит наилучшим образом к жестким условиям эксплуатации на строительных площадках рельсового пути. Электродвигатель является, кроме того, очень простым в управлении и позволяет осуществлять эксплуатацию машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал с помощью аккумулятора как электродвигателя или гибридного двигателя. Эти преимущества комбинируются в соответствии с заявленным изобретением с очень точным ограничением момента вращения.

[11] Простая предпочтительная конструкция машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал характеризуется тем, что предусматривается регулирующее устройство, в которое направляется заданная величина, пропорциональная реактивному моменту, и что регулирующее устройство предназначено для управления двигателем в зависимости от заданной величины.

[12] Далее проявляется преимущество в том, что головка болта плотно соединяется с валом двигателя. Между этими обоими компонентами не предусматривается никаких устройств для передачи усилий, как сцепления или приводы, благодаря чему обеспечивается непосредственная передача момента вращения от двигателя к головке болта без каких-либо потерь. Отсутствие пружинящих или упругих устройств для передачи усилий обеспечивает то, что момент вращения, передаваемый с помощью головки болта на болт, передается с высокой точностью от реактивного момента двигателя.

[13] В предпочтительном варианте конструктивного выполнения устанавливают двигатель на машинной раме с возможностью поворота вокруг заданной оси. С помощью такой заданной оси можно просто определять результирующий реактивный момент.

[14] При этом получается преимущество, когда двигатель устанавливают с возможностью поворота вокруг оси вала двигателя. Таким образом, устанавливают двигатель и головку болта с возможностью поворота вокруг этой оси. Двигатель фиксируется против вращения, при этом замеряется опорный момент или опорное усилие для замера реактивного момента. Нет необходимости в том, чтобы учитывать эффект рычага а замеренный реактивный момент соответствует точно моменту вращения, прилагаемому к головке болта с обратным знаком.

[15] Предпочтительно двигатель устанавливается на машинной раме с помощью подшипника качения. Тем самым исключаются потери на трение, которые должны были бы учитываться при определении ограничиваемого момента вращения.

[16] Простая конструкция предусматривает, что двигатель опирается на машинной раме с помощью упора против момента вращения и что выполнено измерительное устройство для определения опорного усилия, прилагаемого с помощью упора против момента вращения. В упоре против момента вращения действует общее опорное усилие, которое блокирует вращательное движение двигателя относительно машинной рамы. Таим образом, достаточно одного единственного сенсора, чтобы определить реактивный момент.

[17] Компактная конструкция машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал оказывается выгодной, когда измерительное устройство интегрируется в упоре против момента вращения. В результате воздействуют в упоре против момента вращения, выполненном в форме стержня, концы которого имеют шарнирные опоры, сжимающие и растягивающие усилия, которые также могут точно замеряться с помощью простого датчика усилия.

[18] В альтернативном варианте выполнения изобретения предусматривается, что двигатель крепится на приемном приспособлении машиной рамы и что измерительное устройство интегрировано, в частности, в приемное приспособление. При закреплении двигателя с возможностью перемещения опирается он, по крайней мере, в месте крепления, при этом измерительное устройство измеряет усилие, воздействующее в месте крепления. Может оказаться также предпочтительным - предусмотреть фиксированное крепление двигателя и с помощью измерительного устройства в месте его крепления или в нескольких местах его крепления осуществлять измерения усилий, чтобы тем самым определять реактивный момент двигателя.

[19] В способе в соответствии с заявленным изобретением на головку болта воздействует момент вращения с помощью двигателя, при этом с помощью измерительного устройства определяется реактивный момент двигателя по отношению к машинной раме и причем двигатель управляется для ограничения момента вращения в зависимости от реактивного момента. Воздействующий на головку болта момент вращения устанавливается просто таким образом, что определенный как параметр реактивный момент используется для действительно прилагаемого момента вращения.

[20] При этом оказывается предпочтительным, когда для измерения реактивного момента с помощью датчика усилия измеряется заданная величина усилия, воздействующего на двигатель, когда заданная величина подается в блок управления и когда двигатель управляется в зависимости от заданной величины. Используется одна единственная заданная величина, чтобы на ее основании определить реактивный момент. Таким образом, регулирование выполняется с помощью простых компонентов и не требуется никаких сложных расчетов.

[21] В другом простом варианте выполнения способа предварительно задается для регулирования граничная величина. Для регулирования задается не момент вращения, но, например, максимальное значение для усилия, замеренное с помощью измерительного устройства, при этом между усилием и моментом вращения существует известное соотношение.

[22] Далее предпочтительным оказывается то, что для регулирования гидравлического вентиля ограничения давления задается ограничительная величина, когда гидравлический двигатель увеличивает обороты до достижения ограничительной величины, когда при остановке гидравлического двигателя замеренный реактивный момент сравнивается с заданным моментом и когда в зависимости от этого сравнения блок регулирования задает соответствующую ограничительную величину. Гидравлический двигатель включается при этом повторно в зависимости от реактивного момента. Во время процесса завинчивания крепежного болта шпалы определяется действительно прилагаемый момент вращения на основании реактивного момента. Если он отклоняется от заданной величины на основании температурных изменений или изменений вязкости шпал, то в результате регулирования согласуется соответственно ограничительная величина для последующего этапа завинчивания. Таким образом, может не учитываться при остановке гидравлического двигателя начальное замедление, оказывающее помехи в регулирующем контуре.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[23] Заявленное изобретение поясняется ниже более подробно на примерах его выполнения со ссылкой на приложенные чертежи. На чертежах схематически изображено:

[24] на Фиг. 1 показана схематически машина для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал на рельсовом пути

[25] На Фиг. 2 показана в аксонометрии деталь А машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал

[26] На Фиг. 3 показана деталь А машины для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал в проекции сверху

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ ВЫПОЛНЕНИЯ

[27] Показанная на Фиг. 1 машина 1 для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал имеет машинную раму 5, перемещающуюся по рельсам 3 рельсового пути 4 с помощью роликов 2. На этой раме крепится гидравлический агрегат 6 для получения гидравлического давления, подаваемого в двигатель 7. С машинной рамой 5 соединены ручные захваты 8 для перемещения машины 1 для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал. Для затягивания и отвинчивания крепежного болта 9 шпал редусматривается головка болта 11, приводимая во вращение приводным валом 10.

[28] Гидравлический агрегат 6 включает в себя двигатель внутреннего сгорания 12 и гидравлический насос 13 и имеет кожух 14 в качестве экрана для обслуживающего персонала, чтобы ограничивать шумовую нагрузку. Двигатель 7, выполненный как гидравлический двигатель, соединен с помощью непоказанных гидравлических трубопроводов с гидравлическим агрегатом 6.

[29] В районе ручных захватов 8 расположен блок регулирования 15 с обслуживающими элементами и индикатором для определения прикладываемого момента вращения 16. Блок регулирования 15 соединен с двигателем 7 или же вентилями включения двигателя 7 через непоказанные трубопроводы. При этом предусматриваются соединительные трубопроводы к гидравлическому агрегату 12 и измерительному устройству 17. Это устройство в этом варианте конструктивного выполнения интегрировано в опору 18 против момента вращения.

[30] Со ссылкой на Фиг. 2 и 3 описывается эксплуатация измерительного устройства 17 более подробно. Двигатель 7 расположен с возможностью вращения с помощью подшипника качения 19 по отношению к машинной раме 5 вокруг оси вала 20. Как только головка 11 болта приводится с помощью двигателя 7 во вращение с моментом вращения 16, воздействует реактивный момент 21 на машинную раму 5. Конкретно речь идет соответственно о крутящем моменте, который воздействует на двух концах передаточного элемента между двигателем 7 и головкой болта 11.

[31] Определяется реактивный момент 21 с помощью измерительного устройства 17, которое включает в себя, например, датчик усилия, который выполнен конструктивно как компонент опоры 18 против момента вращения, выполненной в форме стержня. Благодаря опиранию двигателя 7 на опору 18 против момента вращения воздействует в опоре 18 против момента вращения сила 22 в продольном направлении. Опорная сила 22 умноженная на длину рычага 23 соответствует реактивному моменту 21. Благодаря такой зависимости ограничивается момент вращения 21 простым образом и точно.

[32] Конкретно осуществляется включение двигателя 7, выполненного как гидравлический двигатель таким образом, что блок управления 15 подает вентилю ограничения давления, ограничивающему давление, ограничивающую величину. Тем самым, ограничивается гидравлическое давление до величины, которое согласно спецификации двигателя создает момент вращения 16. Как только во время процесса завинчивания достигается максимальное давление и гидравлический двигатель останавливается, используется при этом установленный реактивный момент 21, чтобы соответствовать ограничивающей величине. Если оказывается, что возникший от установленного реактивного момента 21 момент вращения 16 маленьким, то к вентилю ограничения давления подается для последующего процесса завинчивания более высокая ограничивающая величина.

[33] В объеме заявленного изобретения возможны другие формы его выполнения. Например, вместо гидравлического двигателя предусматриваться электродвигатель с соответствующим электрическим питанием. Вместо гидравлического агрегата 6 может устанавливаться генераторный блок на машинной раме 5. Хорошая управляемость электродвигателем позволяет осуществлять простое управление двигателем, причем величина, измеренная с помощью измерительного устройства 17, подается в блок управления 15 и постоянно сравнивается с ограничивающей величиной. При этом ограничивающая величина корреспондирует с заданным моментом вращения 16, с которым завинчивается крепежный болт 9 шпалы.

[34] Ограничивающая величина устанавливается плавно или по заранее заданной шкале, машина 1 для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпалы при работе соответствовала заданным требованиям. При этом оказывается целесообразным, постоянно сравнивать заданную величину с пороговой величиной, которая является ниже, чем заранее заданная ограничивающая величина. При достижении этого пороговой величины уменьшает блок управления 15 число оборотов двигателя 7, чтобы отфильтровать при появлении максимального момента вращения 16 динамические эффекты.

[35] В не показанном другом варианте выполнения соединен двигатель 7 жестко или подвижно с приемным устройством, причем измерительное устройство 17 интегрировано в приемное устройство. При этом можно предусмотреть, чтобы приемное устройство опиралось с возможностью перемещения относительно машинной рамы 5 и чтобы измерялись опорные силы или опорные моменты, воздействующие на приемное устройство. Известную геометрию приемного устройства может определять, тем самым, без труда реактивный момент 21 двигателя 7.

[36] Опора двигателя 7 по отношению к машинной раме 5 может быть реализована самыми разнообразными способами. В случае заявленного изобретения решающим при этом является то, что с помощью измерительного устройства 17 измеряется заданная величина или замеряется несколько заданных величин, с помощью которой или с помощью которых можно определять через геометрию расположения опор реактивный момент 21 двигателя 7.

Группа изобретений относится к области механизации путевого хозяйства, в частности к машинам для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал, а также к способам их эксплуатации. Машина содержит машинную раму, ручной захват для перемещения по рельсовому пути, двигатель и устройство ограничения момента вращения двигателя. С двигателем соединен вал для вращения болта. Измеритель реактивного момента двигателя расположен напротив машинной рамы. Измеритель определяет реактивный момент двигателя по отношению к машинной раме. Двигатель отключают в зависимости от реактивного момента опоры двигателя. Повышается точность измерения момента, приложенного к болту рельсового скрепления. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов (9) шпал, имеющая машинную раму (5), перемещающуюся по рельсовому пути (3), ручной захват (8) для перемещения машины и двигатель (7) для воздействия на головку (11) болта с помощью момента вращения (16), а также устройство для ограничения момента вращения, отличающаяся тем, что измерительное устройство (17) для определения реактивного момента (21) двигателя (7) расположено напротив машинной рамы (5) и что двигатель (7) включается для ограничения момента вращения (16) в зависимости от реактивного момента (21).

2. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по п. 1, отличающаяся тем, что измерительное устройство (15) включает в себя датчик усилия для измерения усилия, воздействующего на двигатель (7).

3. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что двигатель (7) является гидравлическим двигателем или электромотором.

4. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что установлен блок управления (15), в который подается заданная величина, пропорциональная реактивному моменту (21) и что блок управления (15) установлен для управления мотором (7) в зависимости от заданной величины.

5. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что головка (1) болта жестко захватывается приводным валом (10) двигателя (7).

6. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что двигатель (7) установлен на машинной раме (5) с возможность вращения вокруг заданной оси.

7. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по п. 6, отличающаяся тем, что двигатель (7) установлен с возможностью вращения вокруг оси вала (20) двигателя (7).

8. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что двигатель (7) установлен на машинной раме (5) с помощью подшипника качения (19).

9. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по любому из пп. 6-8, отличающаяся тем, что двигатель (7) опирается на машинной раме (5) с помощью упора (18) против момента вращения и что измерительное устройство (17) выполнено для измерения опорной силы (22), вызываемой упором (18) против момента вращения.

10. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по п. 9, отличающаяся тем, что измерительное (17) интегрировано в упоре (18) против момента вращения.

11. Машина (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что двигатель (7) закреплен на приемном устройстве машинной рамы (5) и что измерительное устройство (7) интегрировано, в частности, в приемном устройстве.

12. Способ эксплуатации машины (1) для завинчивания и отвинчивания крепежных болтов шпал по одному из пп. 1-11, при этом на головку (11) болта оказывается усилие с помощью момента вращения (16), создаваемого двигателем (7), отличающийся тем, что с помощью измерительного устройства (17) определяют реактивный момент (21) двигателя (7) по отношению к машинной раме (5) и что включают двигатель (7) для ограничения момента (16) в зависимости от реактивного момента (21).

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что для определения реактивного момента (21) с помощью датчика усилия замеряют заданную величину усилия, воздействующего на двигатель (7), что заданную величину подают в блок управления (15) и что блок управления (15) управляет двигателем (7) в зависимости от заданной величины.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что в блок управления (15) подают предварительно регулируемую ограничивающую величину и что деактивируют двигатель (7), как только заданная величина достигнет граничной величины.

15. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что блок управления (15) задает предварительно ограничивающую величину гидравлическому вентилю ограничения давления, что гидравлический двигатель работает до достижения ограничивающей величины, что определенный при остановке гидравлического двигателя реактивный момент сравнивают с заданным моментом и что в зависимости от этого сравнения блок управления (15) задает соответствующую ограничивающую величину.