СТАНОК РЕЛЬСОСВЕРЛИЛЬНЫЙ
RAIL BORING MACHINE

Область техники
Изобретение относится к путевому механизированному инструменту и предназначено для сверления и одновременного упрочнения отверстий под стыковые болты и рельсовые соединители, а также снятия фасок с двух сторон в рельсах типа Р50, Р65 и Р75 при текущем содержании и ремонтах железнодорожного пути.
Уровень техники
Известен станок рельсосверлильный РСМ1М [1], включающий пристыкованные друг к другу двигатель, рельсовый зажим с винто-гаечным прижимом-ползуном, блок вращения и гаечно-винтового перемещения шпинделя с предохранительной муфтой, устройствами включения, выключения и реверсирования перемещения шпинделя с рабочим инструментом. Все части этого станка, за исключением прижима, расположены по одну сторону от оси рельса, что обуславливает весьма большой момент силы веса, затрудняет установку станка на место производства работ и центрирование шпинделя с рабочим инструментом (сверлом, фаскосъемником) по оси будущего отверстия в шейке рельса. Наличие элемента зажима, пропускаемого под подошву рельса, и использование прижима-ползуна, выполненного с возможностью взаимодействия только с гранью подошвы рельса, также усложняет и замедляет установку станка на рельс и их скрепление, не обеспечивает требуемого центрирования и надежности скрепления. Устройства включения, выключения, реверсирования подачи шпинделя и предохранительная муфта размещены на разных валах блока вращения и подачи шпинделя, что усложняет конструкцию и снижает ее надежность. Предохранительная муфта установлена в кинематической цепи подачи шпинделя, что не обеспечивает предохранение элементов станка от недопустимого повышения момента сил сопротивления вращению рабочего инструмента, предохраняя элементы лишь от недопустимого повышения осевой силы на рабочем инструменте. Кроме того, у станка РСМ1М отсутствует возможность управления величиной перемещения шпинделя и реверсирования его в любом положении.
Известен также станок рельсосверлильный СТРЗ [2] (и другие станки серии СТР [1], стр.70-83), принятый за прототип, включающий в себя пристыкованные друг к другу двигатель, рельсовый зажим с парой внутренних, со стороны шпинделя, упоров со съемным шаблоном на каждом упоре, поворотным винтовым прижимом с парой съемных шаблонов, причем все шаблоны выполнены с возможностью контакта с головкой и подошвой рельса, а также с узлом линейки и с рукоятями, блок вращения и перемещения шпинделя с предохранительной муфтой и устройством реверсивного перемещения шпинделя. Поворотный винтовой прижим размещен с внешней, противоположной шпинделю, стороны зажима и выполнен с возможностью контакта с шейкой рельса. Блок вращения - зубчатый, блок перемещения и устройство реверсирования - кулачково-пружинное. У прототипа несколько улучшены условия размещения станка на рельсе за счет двух пар шаблонов и их скрепления. Однако остальные, указанные выше недостатки, не устранены и существенно ухудшают условия его эксплуатации и работы, снижают эффективность использования.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности использования станка рельсосверлильного за счет упрощения, облегчения и ускорения его установки на рельс в месте производства работ, центрирования его по оси образуемого отверстия, скрепления станка с рельсом, а также регулирования перемещения шпинделя с рабочим инструментом и его реверсирования с предохранением элементов от повреждения при недопустимом повышении момента сил сопротивления вращению рабочего инструмента.
Эффект достигается за счет того, что в станке рельсосверлильном, включающем пристыкованные друг к другу двигатель, рельсовый зажим с парой внутренних (со стороны шпинделя) упоров со съемным шаблоном на каждом упоре и с парой внешних (со стороны противоположной шпинделю) съемных шаблонов, выполненных с возможностью контакта с головкой и подошвой рельса, а также с поворотным винтовым прижимом, с узлом линейки и с рукоятями, блок вращения и гаечно-винтового перемещения шпинделя с предохранительной муфтой, устройствами ручного включения, выключения и реверсирования перемещения шпинделя и автоматической его остановки в конце перемещения и коробку скоростей, двигатель пристыкован к одной, а остальные части станка - к другой, противоположной стороне зажима, вал двигателя соединен со входным валом коробки скоростей длинномерным с двумя соединительными муфтами валом, пропущенным между элементами зажима, снабженного дополнительной парой внешних упоров со съемным внешним шаблоном на каждом упоре, расположенных ближе к центру зажима по сравнению с парой внутренних упоров, причем все упоры сделаны цельносварными, а внутренняя пара шаблонов выполнена с возможностью контакта только с подошвой рельса; поворотный винтовой прижим сделан двухплечим, размешен между внутренними упорами по всему зазору между ними, подпружинен относительно зажима и выполнен с возможностью взаимодействия с ребром головки рельса, а его винт ввернут в гайку на зажиме и сделан с возможностью контакта торца с площадкой на прижиме; при этом предохранительная муфта, устройства включения, выключения и реверсирования перемещения шпинделя выполнены в виде единого узла со свободно установленным на оси блока вращения и перемещения шпинделя первым колесом, зубья которого введены в зацепление с зубьями выходной шестерни коробки скоростей и с зубьями колеса, скрепленного с гайкой шпинделя, изготовленным с храповыми зубьями на одном из торцов своего венца, выполненными с возможностью взаимодействия с храповыми зубьями на первом торце полумуфты, на втором торце которой также выполнены храповые зубья, сделанные с возможностью взаимодействия с храповыми зубьями на торце второго колеса, свободно насаженного на ось и связанного с управляющей рукоятью, зубья которого введены в зацепление с зубьями колеса, скользящей шпонкой соединенного со шпинделем, при этом полумуфта выполнена с возможностью взаимодействия своей внутренней контактной поверхностью с контактным выступом на торце концентричной полумуфты фрикционной втулки, подпружиненной относительно второго колеса; кроме того, это второе колесо снабжено внутренней конусной поверхностью, выполненной с возможностью контакта с внешней конусной поверхностью элемента, скрепленного с корпусом блока, а устройство автоматической остановки шпинделя в конце перемещения сделано в виде выступа - шпонки на торце шпиндельной гайки, выполненного с возможностью взаимодействия с торцом витка резьбы на шпинделе.
Предложение, по мнению авторов, соответствует критерию «новизна» и не известно из уровня техники. Новым в станке являются:
1. элементы:
- пара внешних упоров зажима;
- длинномерный вал и соединительная муфта;
2. выполнения элементов:
- все упоры цельносварные;
- поворотный винтовой прижим двухплечий, по ширине соответствующий зазору между внутренними упорами;
- предохранительная муфта, устройство включения, выключения и реверсирования перемещения двигателя составляют единый узел;
- первое зубчатое колесо на оси блока вращения и перемещения шпинделя изготовлено с храповыми зубьями на одном из торцов своего венца;
- полумуфта с храповыми зубьями на обоих своих торцах и с внутренней контактной поверхностью;
- фрикционная втулка с контактным выступом на торце;
- второе зубчатое колесо на оси блока вращения и перемещения шпинделя изготовлено с храповыми зубьями на одном из своих торцов и с внутренней конусной поверхностью;
- устройство автоматической остановки шпинделя в конце перемещения сделано в виде выступа-шпонки;
3. соединения элементов:
- вал двигателя соединен со входным валом коробки скоростей длинномерным валом с двумя соединительными муфтами:
- поворотный винтовой прижим подпружинен относительно зажима;
- винт прижима ввернут в гайку;
- первое и второе зубчатое колесо, а также полумуфта свободно насажены на ось блока вращения и перемещения шпинделя;
- второе зубчатое колесо блока связано с управляющей рукоятью;
- фрикционная втулка подпружинена относительно второго колеса;
- первое колесо скреплено со шпиндельной гайкой;
- второе колесо скользящей шпонкой соединено со шпинделем;
- зубья первого колеса введены в зацепление с зубьями колеса, скрепленного со шпиндельной гайкой, и с зубьями выходной шестерни коробки скоростей;
- зубья второго колеса введены в зацепление с зубьями колеса на шпинделе;
- элемент с внешней конусной поверхностью скреплен с корпусом блока;
- пара внешних съемных шаблонов соединена с парой внешних упоров зажима;
4. относительное расположение элементов:
- двигатель пристыкован к одной, а остальные части станка - к другой, противоположной стороне зажима;
- длинномерный вал пропущен между элементами зажима;
- пара внешних упоров расположена ближе к центру зажима по сравнению с парой внутренних упоров;
- поворотный прижим размещен между внутренними упорами;
- гайка винта прижима размещена на зажиме;
- фрикционная втулка размещена концентрично полумуфте;
- выступ-шпонка размещен на торце шпиндельной гайки;
5. характер взаимодействия элементов:
- внутренняя пара шаблонов выполнена с возможностью контакта только с подошвой рельса;
- прижим выполнен с возможностью взаимодействия с ребром головки рельса;
- винт прижима сделан с возможностью контакта торца с площадкой на прижиме;
- храповые зубья на торце венца первого зубчатого колеса выполнены с возможностью взаимодействия с храповыми зубьями на первом торце полумуфты;
- храповые зубья на втором торце полумуфты выполнены с возможностью взаимодействия с храповыми зубьями на торце второго зубчатого колеса;
- второе зубчатое колесо выполнено с возможностью взаимодействия своей внутренней конусной поверхностью с внешней конусной поверхностью элемента, скрепленного с корпусом блока;
- полумуфта выполнена с возможностью взаимодействия своей внутренней контактной поверхностью с контактным выступом на торце фрикционной втулки;
- выступ-шпонка на торце шпиндельной гайки выполнен с возможностью взаимодействия с торцом витка резьбы на шпинделе.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как, по мнению авторов, для специалистов оно не следует явным образом из уровня техники и не может быть разработано с использованием известных методов, методик, способов и приемов проектирования и конструирования механизмов и машин.
Перечень рисунков
Фиг.1 - структурная схема станка;
Фиг.2 - конструктивная схема станка, вид сбоку;
Фиг.3 - внешний вид станка сбоку;
Фиг.4 - внешний вид станка сзади;
Фиг.5 - зажим;
Фиг.6 - схема установки шаблонов на станке для рельсов Р50;
Фиг.7 - схема установки шаблонов на станке для рельсов Р65, Р75.
Осуществление изобретения
-1
-1
Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как оно может использоваться в путевом хозяйстве магистральных, промышленных и городских путей. Выполнен проект рельсосверлильного станка и изготовлен его опытный образец, имеющий массу около 50 кг, габаритные размеры не более 0,75×0,448×0,402 м, с приводом от двигателя мощностью 1700 Вт, номинальной частотой вращения шпинделя 4,0 с на первой и 6,5 с на второй скорости. Испытания опытного образца станка показали его работоспособность при времени сверления отверстия диаметром 36 мм не более 100 с (на первой скорости), времени сверления и упрочнения отверстия не более 60 с (на второй скорости), времени снятия фасок с двух сторон отверстия специнструментом не более 30 с (при размере фаски (от 1,5 до 3,0 мм)×45°).
Конструкция станка рельсосверлильного иллюстрируется прилагаемыми схемами.
Согласно предложению по фиг.1…5 станок рельсосверлильный включает в себя пристыкованные друг к другу двигатель 1, в частности электрический, рельсовый зажим с парой внутренних со стороны шпинделя 2, упоров 3 со съемным шаблоном 4 на каждом упоре и с парой внешних, со стороны, противоположной шпинделю, съемных же шаблонов 5, выполненных с возможностью контакта с головкой и подошвой рельса. Этот контакт с рельсами Р50 осуществляют одной торцевой поверхностью съемных шаблонов, а с рельсами Р65 и Р75 - другой, противоположной им торцевой поверхностью (фиг.6, 7). Съемные шаблоны соединяют с элементами зажима разъемными скреплениями, например, с помощью болтов, шайб и гаек. Зажим снабжен поворотным винтовым прижимом 6, узлом 7 линейки для установки станка на рельс при сверлении болтовых отверстий без предварительной разметки и рукоятями для подъема и переноски станка. Станок снабжен блоком 8 вращения и гаечно-винтового перемещения шпинделя с предохранительной муфтой, устройствами ручного включения, выключения и реверсирования перемещения шпинделя и автоматической его остановки в конце перемещения, а также коробкой скоростей 9, например, зубчатой двухскоростной с рукоятью 10 переключения скоростей. Двигатель станка пристыкован к одной (по фиг.1, 2, 3 - левой), а остальные части станка - к другой, противоположной (по фиг.1, 2, 3 - правой) стороне зажима, к его упорам. При этом двигатель и остальные механизмы станка при его установке на рельс располагаются симметрично относительно оси рельса с соответствующим расположением центра масс, минимизирующим момент сил веса и облегчающим нагрузку на руки оператора и весь процесс установки станка на рельс. Вал двигателя соединен с входным валом коробки скоростей длинномерным с двумя соединительными муфтами валом 11, пропущенным между элементами зажима. Последний снабжен дополнительной парой внешних упоров 12 со съемными внешними шаблонами 5 на каждом упоре. Внешние упоры с шаблонами расположены ближе (в среднем в 1,5±0,1 раза) к центру зажима по сравнению с парой внутренних упоров с шаблонами. Все упоры сделаны цельносварными (фиг.5) с высокой жесткостью по всем направлениям. Внутренняя пара шаблонов 3 выполнена с возможностью контакта только с подошвой рельса. Этим обеспечивается необходимый зазор между головкой рельса и шаблонами, необходимый для простой и легкой установки станка на рельс удобным опусканием станка сверху вниз. Поворотный винтовой прижим 6 сделан двухплечим, размещен между внутренними упорами по всему зазору между ними, подпружинен относительно зажима и выполнен с возможностью взаимодействия с ребром головки рельса, а его винт с ручкой ввернут в гайку на зажиме и сделан с возможностью контакта торца с площадкой на прижиме. Такое выполнение прижима, когда при его повороте он уходит под головку рельса и жестко «запирает» на нем станок, ликвидируя оставшиеся зазоры, обеспечивает надежное центрирование инструмента по оси образуемого отверстия и отсутствие его вредных перекосов. Предохранительная муфта 9, устройство включения и реверсирования перемещения шпинделя выполнены в виде единого узла со свободно установленным на оси 13 блока вращения и перемещения шпинделя первым колесом 14, зубья которого введены в зацепление с зубьями выходной шестерни 15 коробки скоростей и с зубьями колеса 16, укрепленного с гайкой 11 шпинделя. Колесо 14 выполнено с храповыми зубьями на одном из торцов (по фиг.1, 2 - левом) своего венца с возможностью взаимодействия с храповыми зубьями на первом торце (по фиг.1, 2 - правом) полумуфты 18. На втором ее торце (левом) также имеются храповые зубья, выполненные с возможностью взаимодействия с храповыми зубьями на торце (правом) второго колеса 7, также свободно насаженного на ось. Это колесо одним из известных конструктивных приемов связано с управляющей рукоятью 20 (см. место А фиг.2). Зубья этого колеса введены в зацепление с зубьями колеса 27, скользящей шпонкой соединенного со шпинделем. Вышеуказанная полумуфта 18 выполнена с возможностью взаимодействия своей внутренней контактной поверхности 22 с контактным выступом 23 на торце (правом) фрикционной втулки 24. Эта втулка 24 установлена концентрично полумуфте 18 и подпружинена относительно второго колеса, вводя в зацепление храповые зубья на торце этого колеса с храповыми зубьями на втором (по фиг.1, 2 - левом) торце полумуфты 18, прижимая их друг к другу с расчетной силой. Полумуфта 18, втулка 24, пружина и колесо 19 образуют предохранительную муфту. Второе колесо 19, кроме того, снабжено внутренней конусной поверхностью 25, выполненной с возможностью контакта с внешней конусной поверхностью 26 элемента, скрепленного с корпусом блока. Колесо 14 и предохранительная муфта составляют муфту сцепления в кинематической цепи перемещения шпинделя. Соотношение количества зубьев колес 14, 16 и 19, 21 неодинаково и рассчитано по известным зависимостям для получения требуемой подачи шпинделя при принятом шаге его резьбы, которая выполнена трапецеидальной. Управляющая рукоять 20 конструктивно имеет возможность установки в трех положениях (см. место А фиг.2): в первом крайнем (по фиг.1, 2 - правом) положении, когда храповые зубья на торце полумуфты сцеплены с храповыми зубьями на торце колеса 14 - это положение «рабочей подачи»; в промежуточном (среднем) положении, когда указанные храповые зубья выведены из зацепления - это нейтральное положение (два этих положения фиксируются специальным устройством известной конструкции); во втором крайнем (по фиг.1, 2 - левом) положении, когда указанные храповые зубья выведены из зацепления, а поверхность 24 колеса 19 введена в силовой контакт с поверхностью 25 элемента на корпусе - это положение «ускоренного ручного возврата шпинделя». Такое выполнение блока дает возможность легкого управления работой станка, реализации всех режимов его работы с помощью одной рукояти 20. Предохранительная муфта 9, размещенная на оси 13, входит в состав кинематических цепей и вращения шпинделя, и его перемещения, что предохраняет элементы станка от повреждения как при недопустимо большой осевой силе, так и при недопустимо большом моменте сил сопротивления вращению шпинделя. Устройство автоматической остановки шпинделя в конце перемещения сделано в виде выступа-шпонки 27 на торце шпиндельной гайки и выполнено с возможностью взаимодействия с торцом 28 витка резьбы на шпинделе.
-1
Работа предложенного станка рельсосверлильного осуществляется следующим образом. Вначале регулируют положение фрикционной втулки 24, с помощью пружины вводя в зацепление храповые колеса на втором торце (по фиг.1, 2 - левом) полумуфты 18 и торце второго колеса 19, с требуемой силой, прижимая их друг к другу. Затем соответственно типу обрабатываемого рельса на упоры 3 и 12 зажима (фиг.1…8) требуемым образом устанавливают шаблоны 4 и 5, в частности, так, чтобы обозначение типа рельса на торце шаблона было обращено к шейке рельса (см. фиг.6, 7). Далее устанавливают линейку 7 так, чтобы обозначение данного типа рельса было обращено вверх. Затем подбирают сверло. После этого устанавливают станок на рельс сверху, удерживая его за рукояти на зажиме так, чтобы головка рельса прошла между двумя парами шаблонов 4 и 5. Далее сдвигают станок в сторону шпинделя (по фиг.1, 2 - направо) так, чтобы внешние шаблоны 5 плотно вошли между нижней поверхностью головки рельса и верхней поверхностью подошвы рельса, а внутренние шаблоны 4 нижней поверхностью оперлись на верхнюю поверхность подошвы рельса. Для сверления первого отверстия в рельсе его торец должен находиться в одной плоскости с внешней плоскостью шаблонов 4 и 5. После этого вращением рукояти винта прижима 6 (с силой порядка 300…400 Н) закрепляют станок с помощью последнего за рельс (жестко «запирают» станок на рельсе), ликвидируя оставшиеся зазоры. Затем устанавливают сверло в отверстие на торце (по фиг.1, 2 - справа) шпинделя 2 и закрепляют сверло в нем. Рукоятью 9 коробки скоростей 10 включают нужную скорость вращения шпинделя. Далее переводят управляющую рукоять 20 в нейтральное положение, когда храповые зубья на полумуфте 18 выведены из зацепления с храповыми зубьями на торце первого колеса 14, включают двигатель 7 в кратковременную работу. При этом вращение от первого колеса 14 передают на колесо 16 и шпиндельную гайку 17. Так как сверло еще не прижато к шейке рельса, то шпиндель за счет сил сцепления в резьбе начинает вращаться вместе с гайкой (с одной и той же угловой скоростью). Перемещения шпинделя не будет. Колесо 21, колесо 19 и полумуфта 18, храповые зубья на втором (по фиг.1, 2 - левом) торце которой пружиной предохранительной муфты введены в зацепление с храповыми зубьями на торце второго 19, вращаются вхолостую (колесо 19 и полумуфта 18 вращаются на оси 13, на которую они насажены свободно). В течение этой кратковременной работы проверяют, нормально ли вращается гайка со шпинделем (свободно, в нужном направлении), выполняя, при необходимости, корректирующие действия. Далее переводят управляющую рукоять 20 в положение «рабочей подачи», когда храповые зубья на полумуфте 18 введены в зацепление с храповыми зубьями как на колесе 14, так и на колесе 19. При этом начинают вращать как колесо 16 с гайкой, так и колесо 21 со шпинделем. Вращение осуществляют в одном направлении, но с разными угловыми скоростями. Вследствие этого вращающийся шпиндель со сверлом с требуемой подачей перемещают в направлении шейки рельса (по фиг.1, 2 - справа налево), вводят сверло в контакт с последней и осуществляют сверление отверстия. При перегрузке по осевой силе или моменту сил сопротивления вращению шпинделя шпиндель, колеса 21, 19 останавливаются и срабатывает предохранительная муфта: храповые зубья на колесе 19 и соответствующем торце полумуфты 18 смещаются по своим боковым граням, и колесо 19, сжимая пружину фрикционной втулки 24, отходит (по фиг.1, 2 - влево) от полумуфты, отъединяясь от нее (соответствующая пара храповых зубьев станет «прощелкивать»). Гайка же шпинделя продолжает вращаться, вследствие чего невращающийся шпиндель со сверлом ускоренно отводится назад на некоторую величину от поверхности сверления. После устранения причины перегрузки элементы станка возвращаются в положение, при котором осуществляется «рабочая подача», и работу продолжают вплоть до полного образования отверстия и перемещения шпинделя в крайнее (по фиг.1, 2 - левое) положение. При этом торец 28 витка резьбы шпинделя упирается в выступ-шпонку 27 на гайке и шпиндель перестает перемещаться поступательно, вращаясь вместе с гайкой. За счет разного соотношения чисел зубьев колес 21, 19 и 14, 16 колесо 19 начинает вращаться с угловой скоростью, отличающейся от угловой скорости колеса 14, с которым оно связано полумуфтой 18. Из-за этого начинает срабатывать предохранительная муфта, храповые зубья колеса 19 и полумуфты 18 начнут выходить из зацепления, «прощелкивать». Колесо 19 при этом перемещается в сторону нейтрального положения (по фиг.1, 2 - справа налево), смещая управляющую рукоять 20, и зафиксируется в нейтральном положении, а пружина фрикционной втулки 24 «отщелкнет» полумуфту 18 из зацепления с колесом 14. В результате этого гайка со шпинделем будет вращаться вместе, свободно. Далее, перемещая (по фиг.1, 2 - справа налево) управляющую рукоять 20 с некоторой силой и фиксируя ее в третьем положении « ускоренного ручного возврата шпинделя», надвигают колесо 19 своей внутренней конической поверхностью 25 на внешнюю коническую поверхность 26 элемента на корпусе блока (элемент неподвижен). Колесо 19 за счет сил сцепления останавливают, останавливая колесо 21 и сам шпиндель. Гайку же продолжают вращать, осуществляя ускоренное обратное перемещение не вращающегося шпинделя назад. При этом управляющую рукоять 20 удерживают в указанном положении до конца обратного перемещения. Указанную операцию ускоренного обратного перемещения шпинделя при необходимости могут осуществлять в любом промежуточном положении шпинделя. После этого двигатель выключают из действия. Упрочнение болтовых отверстий осуществляют на большей скорости вращения (в частности 6, 5 с). При необходимости далее снимают сверло и устанавливают в шпиндель фаскосъемник. Включают на коробке скоростей большую скорость вращения и приводят двигатель в работу. Управляющую рукоять 20 приводят в положение рабочей подачи и снимают фаски с двух сторон отверстия. После окончания операции, определяя это визуально или по звуку, переводят управляющую рукоять 20 в положение «ускоренного ручного возврата шпинделя», отводят шпиндель в исходное положение и выключают из работы двигатель. При необходимости выполнения указанных операций на том же рельсе в следующем месте, ослабляют прижим 6, сдвигают станок на нужное место, используя разметку на линейке 7, приводят прижим в рабочее положение и повторяют рабочие операции. После окончания работы манипуляции со станком и его элементами осуществляют в порядке, обратном описанному выше.
Источники информации
1. Путевой механизированный инструмент: Справочник / В.М.Бугаенко, Р.Д.Сухих, И.М.Пиковский и др. Под ред. В.М.Бугаенко, Р.Д.Сухих. - М.: Транспорт, 2000. - С.83-87.
2. Станок рельсосверлильный: Патент РФ 2171328, МПК Е01В 31/06, В23В 45/08 /Р.Д.Сухих, А.В.Пронченко, И.М.Пиковский и др. (РФ). - Опубл. 27.07.01, Бюл.21.