Гидросистема управления рабочими органами шпалоподбивочного устройства Советский патент 1992 года по МПК E01B27/16 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для уплотнения балласта под шпалами, и предназначено для использования в агрегате путевых машин при ремонте и строительстве полотна железнодорожного пути.

Известно устройство, содержащее установленные на раме путевой машины с возможностью подъема и опускания, блоки с рабочими инструментами, связанные с гидроцилиндрами сжатия, подключенными к гидронасосу, между гидронасосом и гидроцилиндрами сжатия установлен электрогидравлический усилитель мощности, к входу которого подключены инфранизкочастот- ные генераторы сигналов, связанные между собой программы задатчиком параметров колебаний,

Недостатком устройства является сложность конструкции системы обеспечения колебаний рабочих инструментов за счет большого числа конструктивных элементов, входящих в нее.

Известна также шпалоподбивочная машина, содержащая установленный на раме с возможностью опускания и подъема блок с рабочими подбивочными инструментами, связанными с гидроцилиндрами сжатия, подключенными к гидравлическому возбудителю колебаний. Гидравлический возбудитель колебаний включает гидронасос, гидромотор, импульсный датчик в виде ротационного насоса, четыре управляемых обратных клапана, регулятор числа оборотов гидромотора, состоящий из дросселя и клапана, а также два клапана, ограничивающие давление жидкости.

J

О 00

Недостатком шпалоподбивочной машины является сложность гидросистемы возбуждения колебаний рабочих подбивочных инструментов за счет большого числа конструктивных элементов, входящих в нее.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является гидросистема управления рабочими органами шпалоподбивочного устройства, содержащая цилиндры сжатия со штоками для соединения с исполнительными рабочими органами, рабочие полости ко- торых соединены с вибрационным гидроприводом, включающим в себя насос, гидропневмоаккумулятор, предохранитель- ный клапан, а также клапан с двухступенчатым подпружиненным плунжером и двухпозиционный трехлинейный распределитель с подпружиненным золотником.

В выбранном прототипе изменение энергии силовых импульсов, определяемой давлением настройки, при постоянном расходе находится в полной взаимосвязи с частотой их следования, которая при стабильном давлении и расходе остается постоянной и не изменяется.

Зависимость управления основными параметрами устройства ведет к невозможности выбора оптимального соотношения между энергией силовых импульсов успол- нительных рабочих органов и частотой их повторяемости в зависимости от состояния уплотняемого балласта под шпалой. При использовании гидронасоса постоянной производительности регулировка частоты колебаний исполнительных рабочих органов в широком выбираемом диапазоне частот исключена. Перечисленные недостатки прототипа показывают невозможность достижения желаемого эффекта уплотнения.

Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения и расширение диапазона регулирования.

Это достигается тем, что вибрационный гидропривод снабжен гидроцилиндром двойного действия, корпус которого шар- нирно связан со вторым исполнительным рабочим органом, а шток жестко прикреплен к корпусу гидроцилиндра поджима, и гидрораспределителем, состоящим из ос- новного гидрораспределителя, включающего в себя две пары оппозитно расположенных друг к другу в полости корпуса одно- и двухступенчатых плунжеров, между передними выступающими частями которых расположены шариковые запорные элементы, выполненные с возможностью периодического взаимодействия с двумя установочными седлами, причем два одноступенчатых плунжера упруго поджать

к шариковым запорным элементам, находящимся в силовом контакте с герметизирующими установочными седлами, а два других, одноступенчатых плунжера образуют в корпусе основного гидрораспределителя по две рабочих полости, промежуточную и заднюю, задние рабочие полости связаны между собой и с задними рабочими полостями под торцами подпружиненных одноступенчатых плунжеров, причем все задние рабочие полости плунжеров сообщены с напорной гидромагистралью, шариковые запорные элементы расположены в центральных расточках корпуса основного гидрораспределителя, одна из которых связана с напорной гидромагистралью, а другая соединена со сливом, передние рабочие полости, образованные над установочными седлами разноименных плунжеров, связаны каналами между собой и имеют раздельную гидравлическую связь с рабочими полостями гидроцилиндра двойного действия и управляющего дополнительного гидрораспределителя,содержащего подпружиненный управляемый шариковый клапан, шарик которого упруго прижат к установочному герметизирующему седлу и к толкателю, который, в свою очередь, упруго прижат к эксцентрику, насаженному на вал приводного двигателя с регулируемой частотой вращения, причем надклапанная полость управляемого шарикового клапана соединена гидролиниями с промежуточными полостями двухступенчатых плунжеров основного гидрораспределителя и посредством регулируемого дросселя связана с напорной гидромагистралью, а подклапанная полость сообщена со сливом.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не существует гидросистемы управления рабочими органами шпалоподбивочного устройства со сходными свойствами, полученными в результате новой совокупности известных признаков. Отдельные конструктивные признаки заявляемой гидросистемы управления известны. Однако совокупность известных признаков, таких, как использование шариковых управляемых клапанов, входящих в состав основного и вспомогательного каскадов гидрораспределителя, взаимодействующих с одно- и двухступенчатыми плунжерами, образующими соответствующие рабочие полости в телах корпусов каскадов гидрораспределителя, соединенных системой каналов с напорной и сливной магистралями, с рабочими полостями исполнительного вибрационного гидроцилиндра, общая конструктивная и схемная компоновка гидросистемы управления рабочими органами шпалоподбивоч- ного устройства, позволяет получить новое свойство. Этим свойством является возможность независимого управления основными параметрами устройства: энергией силовых импульсов и частотой их следования. Выбор оптимального соотношения между ними определяет эффективность уплотнения балласта. А использование управляющего дополнительного гидрораспределителя, генерирующего перепады давления в зависимости от регулируемой частоты вращения вала приводного двигателя, позволяет работать в широком выбираемом диапазоне частот в зависимости от состояния уплотняемого балласта под шпалой.

На чертеже изображена полуконструктивно гидросистема управления рабочими органами шпалоподбивочных устройств.

На раме базовой машины размещены гидроцилиндр поджима 1, шток 2 которого шарнирно связан с исполнительным рабочим органом 3, вибрационный гидроцилиндр двойного действия 4, шток 5 которого жестко связан с корпусом гидроцилиндра поджима 1, а корпус имеет шарнирную связь со вторым исполнительным рабочим органом. Поршень 6 делит гидроцилиндр поджима 1 на поршневую 7 и штоковую 8 полости, каждая из которых попеременно периодически может быть связана через золотник 9 с напорной 10 и сливной 11 гидро- магистралями внешней системы, смонтированной на базовой машине, Поршень 12 делит вибрационный гидроцилиндр двойного действия 4 на две полости 13, 14, соединенные соответственно гидролиниями 15,16 с корпусом основного гидрораспределителя 17. Насос 18, работающий от двигателя 19, напорной гидромагистралью 20 также связан с корпусом основного гидрораспределителя 17. Напорная гидромагистраль 20 соединена с предохранительным клапаном 21 и гидропневмоак- кумулятором 22. В полостях основного гидрораспределителя 17 размещены оппо- зитно друг к другу две пары одноступенчатых 23, 24 и двухступенчатых плунжеров 25, 26, между передними выступающими частями которых расположены шариковые запор- ные элементы 2-7, 28, выполненные с возможностью периодического взаимодействия с двумя установочными седлами, Одноступенчатые плунжеры 23, 24 упруго поджаты регулируемыми посредством винтов 29, 30 пружинами 31, 32 к шариковым запорным элементами 27, 28, находящимися в контакте с герметизирующими установочными седлами. Диаметры плунжеров 23, 24, 25 и 26 выполнены таким образом, чтобы соблюдались условия: . . Двухступенчатые плунжеры 25, 26 образуют в

корпусе основного гидрораспределителя 17 по две рабочие полости: промежуточные 33, 34 и задние 35, 36. Задние рабочие полости 35, 36 связаны между собою и с задними рабочими полостями 37, 38 под торцами

подпружиненных одноступенчатых плунжеров 23, 24 и сообщены гидролиниями 39, 40, 41 и 42 с напорной гидромагистралью 20. Шариковые запорные элементы 27, 28 расположены з центральных расточках 43, 44

корпуса основного гидрораспределителя 17, Расточка 43 связана с напорной гидромагистралью 20, а расточка 44 со сливом 45. Передние рабочие полости 46, 47 разноименных плунжеров 24, 25, ограниченные

справа установочными седлами шариковых запорных элементов 27, 28, связаны гидролинией 48 между собою и через гидролинию 15 с рабочей полостью 13 вибрационного гидроцилиндра двойного действия 4. А передние рабочие полости 49, 50 разноименных плунжеров 23, 26, ограниченные слева установочными седлами шариковых запорных элементов 27, 28, связаны гидролинией

51между собою и через гидролинию 16 с рабочей полостью 14 вибрационного гидроцилиндра двойного действия 4. Управляющий дополнительный гидрораспределитель

52содержит шариковый клапан 53, упруго прижатый к герметизирующему установочному седлу пружиной 54 и к толкателю 55, который в свою очередь упруго прижат к эксцентрику 56, насаженному на вал приводного двигателя 57 с регулируемой частотой вращения. Надклапанная полость 58

соединена гидролиниями 59, 60 с промежуточными полостями 33, 34 двуступенчатых плунжеров 25,26 основного гидрораспределителя и гидролинией 61 через регулируемый дроссель 62 - с напорной

гидромагистралью 20. Подклапанная полость 63 соединено со сливом 45 через гидролинию 64.

Работает гидросистема управления ра- бочими органами шпалоподбивочных устройств следующим образом. При подаче в поршневую 7 или штоковую 8 полости гидроцилиндра поджима 1 рабочей жидкости от внешней гидросистемы, смонтированной на базовой машине, поршень 6 со штоком 2 будет перемещать оба исполнительных рабочих органа. Таким образом, гидроцилиндр поджима 1 выполняет функцию предварительной настройки рабочих подби- вочных инструментов на требуемый размер,

а также осуществляет постоянный статический поджим шпалоподбивочных инструментов в процессе уплотнения балласта. Динамическая составляющая сил уплотнения, развиваемая шпалоподбивочным устройством в режиме уплотнения балласта под шпалой, осуществляется вибрационным гидроцилиндром двойного действия 4. При работе двигателя 19 насос нагнетает рабочую жидкость в напорную гидромагистраль 20, откуда жидкость поступает в задние рабочие полости 35, 36 двухступенчатых плунжеров 25, 26, задние рабочие полости 37, 38 под торцами подпружиненных одноступенчатых плунжеров 23, 24, через регулируемый дроссель 62 рабочая жидкость поступает в промежуточные полости 33, 34 двухступенчатых плунжеров 25, 26 и в над- клапанную полость 58 управляющего дополнительного 52 гидрораспределителя. Кроме того, рабочая жидкость из напорной гидромагистрали 20 поступает в центральную расточку 43 корпуса основного гидрораспределителя 17, откуда через передние рабочие полости 49, 50 плунжеров 23, 26 и связывающую их гидролинию 51 попадает в рабочую полость 14 вибрационного гидроцилиндра 4 через гидролинию 16. 8 результате, поршень 12 вибрационного гидроцилиндра двойного действия 4 вместе с гидроцилиндром поджима 1 переместится влево, а корпус вибрационного гидроцилиндра двойного действия 4 переместится вправо. При этом исполнительные рабочие органы 3 сближаются. Рабочая жидкость из рабочей полости 13 через гидролинию 15, центральную расточку 44 вытеснится на слив 45. Диаметры плунжеров 23,24,25 и 26 подобраны таким образом, чтобы в данный момент времени усилие, создаваемое давлением рабочей жидкости на поршнях двух- ступенчатых плунжеров 25, 26, уравновешивалось усилием, создаваемым давлением рабочей жидкости на торцах одноступенчатых плунжеров 23, 24, а шариковые запорные элементы 27, 28 были герметично прижаты к установочным седлам только под воздействием пружин 31, 32 в положении, показанном на рисунке. При включении приводного двигателя 57 управляющего дополнительного гидрораспределителя 52, подвижный толкатель 55 отжимает шариковый клапан 53 от герметизирующего установочного седла. В результате этого, гидролиния 60, соединяющая промежуточные полости 33, 34 двухступенчатых плунжеров 25, 26, оказывается связанной со сливом 45. Вследствие падения давления в промежуточных полостях 33, 34, усилие, создаваемое на поршнях двухступенчатых плунжеров 25, 26, оказывается превышающим усилие, создаваемое давлением рабочей жидкости на торцах одноступенчатых плунжеров 23,24, и усилие пружин

31, 32. В результате двухступенчатые плунжеры 25,26 отжимают шариковые запорные элементы 27, 28 к противоположным герметизирующим установочным седлам. Рабочая полость 14 вибрационного

гидроцилиндра двойного действия 4 через гидролинию 16 и центральную расточку 44 оказывается соединенной со сливом 45, а рабочая полость 13 через гидролинию 15, передние рабочие полости 46,47 плунжеров

24, 25, связывающую их гидролинию 48 и центральную расточку 43 оказывается соединенной с напорной гидромагистралью 20. В результате поршень 12 вибрационного гидроцилиндра 4 вместе с гидроцилиндром

поджима 1 переместится вправо, а корпус вибрационного гидроцилиндра двойного действия 4 переместится влево. При этом исполнительные рабочие органы 3 раздвинутся, производя при этом полезную работу

по уплотнению балласта под шпалой. По окончании рабочего хода подпружиненный шариковый клапан 53 управляющего дополнительного гидрораспределителя 52 закрывается. Промежуточные полости 33, 34

двухступенчатых плунжеров 25, 26 оказываются отсеченными от слива 45, в них создается давление, которое и возвращает шариковые запорные элементы 27, 28, плунжеры 23, 24, 25 и 26 в исходное положение,

показанное на рисунке. Далее рабочий цикл повторяется в автоматическом режиме. Частота колебаний исполнительных рабочих органов 3 зависит от частоты следования перепадов давления в промежуточных полостях 33, 34 двухступенчатых плунжеров 25, 26, периодически связываемых со сливом посредством управляющего дополнительного гидрораспределителя 52, генерирующего перепады давления соответственно

частоте вращения вала приводного двигателя 57. Осуществляя регулировку частоты вращения вала приводного двигателя 57 можно в широких пределах изменять частоту колебаний рабочих подбивочных инструментов. А при помощи регулируемых пружин 31, 32 совместно с предохранительным клапаном 21 можно настраивать гидросистему на рабочее давление в напорной гидромагистрали 20, определяющее энергию силовых импульсов рабочих подбивочных инструментов.

Предложенная гидросистема имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

-независимость управления основными параметрами устройства: энергией силовых импульсов рабочих подбивочных инструментов и частотой их следования, выбор оптимального соотношения между ними определяет эффективность уплотнения балласта под шпалой;

-возможность работать в широком выбираемом диапазоне частот колебаний рабочих подбивочных инструментов при использовании насоса постоянной производительности.

Кроме того, имеется возможность дистанционного управления основными параметрами устройства, простой и надежный способ генерирования перепадов давления достигается при помощи управляющего дополнительного гидрораспределителя. Формула изобретения Гидросистема управления рабочими органами шпалоподбивочного устройства, содержащая гидроцилиндр поджима со штоком для соединения с одним рабочим органом, вибрационный гидропривод, включающий в себя насос, гидропневмоак- кумулятор, предохранительный клапан и гидрораспределитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем расширения диапазона регулиро- вания вибрационного гидропривода, последний снабжен связанным с вторым рабочим органом гидроцилиндром двойного действия, шток которого прикреплен к корпусу гидроцилиндра поджима, и дополнительнымгидрораспределителем, состоящим из подпружиненного шарикового клапана, шарик которого упруго поджат к установочному герметизирующему седлу и к толкателю, взаимодействующему с эксцентриком, насаженным на вал приводного двигателя с регулируемой частотой вращения, надклапанная полость шарикового клапана через регулируемый дроссель

соединена с напорной магистралью, а под- клапанная полость - со сливной, причем гидрораспределитель состоит из двух пар оппозитно расположенных в полостях корпуса одно- и двухступенчатых плунжеров,

взаимодействующих с шариковыми запорными элементами, расположенными в центральныхрасточкахкорпусагидрораспределителя, одна из которых соединена с напорной магистралью, а другая со сливной, и установленными с возможностью периодического взаимодействия с двумя установочными седлами центральных расточек, одноступенчатые плунжеры упруго поджаты к шариковым запорным злементам, а каждым двухступенчатым плунжером ограничены в корпусе промежуточная и задняя рабочие полости, при этом задние рабочие полости соединены между собой и с задними рабочими полостями под торцами

одноступенчатых плунжеров, задние рабочие полости всех плунжеров сообщены с напорной магистралью, а передние рабочие полости разноименных плунжеров соединены каналами между собой и с соответствующими полостями гидроцилиндра двойного действия, причем надклапанная полость шарикового клапана дополнительного гидрораспределителя соединена с промежуточными рабочими полостями

гидрораспределителя, а полости гидроцилиндра поджима через двухпозиционный четырехлинейный распределитель соединены с напорной или сливной магистралями.

с:

йИ &&

их с л -jL KVv

// / :s b 33

i

../-г

, $ T - - - - -v - - v --/ у /

c i , i.-,j - -tT,

TI- .-JS1 | 1- - i Ъ /.

,-, т Г7

3, , i V ЈjI

„Г u i i

- 1 л К .i.

s JT / --- -ry

1 -A, , v

// / :s b 33

../-гГ

УП /i/

/ у /

v:

v:

i.-,j - -tT,

TI- i Ъ /.

Л //

Г,1-

:Ss;-v Г) Hi г . /

-- --i Т . /- -/fiA.

: JI / /

r x - -R,

J , -V

- - -ЧР

I

- н„.

I-}

j

r

Ґ

1

(

Использование: управление рабочими органами устройств для уплотнения балласта под шпалами железнодорожного пути. Сущность изобретения: гидросистема содержит двигатель 19, насос 18, гидропнев- моаккумулятор 22, предохранительный клапан 21, гидроцилиндр 1 поджима, шток которого связан с рабочим органом 3, а корпус соединен с вибрационным гидроприводом, включающим в себя гидроцилиндр 4 двойного действия, связанный со вторым рабочим органом, а шток 5 его жестко прикреплен к корпусу гидроцилиндра 1 поджима, и гидрораспределитель 17 и дополнительный гидрораспределитель 52. Гидрораспределитель 17 включает две пары оппозитно расположенных в его корпусе одноступенчатых 23, 24 и двухступенчатых плунжеров 25, 26, между которыми расположены шариковые запорные элементы 27, 28. Перепады давления генерируются при помощи управляющего дополнительного гидрораспределителя 52, представляющего, собой шариковый клапан, управляемый от приводного двигателя 57 с регулируемой частотой вращения. 1 ил. (Л С