ЩЕБНЕОЧИСТИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к машинам для ремонта железнодорожного пути и преимущественно предназначено для вырезки и очистки балласта из - под рельсошпальной решетки.
Известны устройства, предназначенные для выемки грунта, позволяющие с высокой степенью точности и с высокой производительностью выполнять указанные работы, в том числе по углублению и очистке водоемов, формировать сложные поверхности в ландшафтном строительстве, производить выемку грунта со сложным профилем (см. www.topcon. gsi.ru/art. «Геодезические приборы и технологии фирмы Topcon - Х63 3D ГНСС система контроля; патент US 764068, патент US 7925439). Данные системы, основанные на использовании технологии ГЛОНАСС/GPS позиционирования, позволяют постоянно определять и контролировать положение рабочего органа устройства в плане и по высоте с точностью 2-3 см. Однако данные системы контроля не могут быть эффективно использованы в случае, когда рабочий орган представляет собой линейно протяженную поперек обрабатываемой поверхности под рельсошпальной решеткой рельсового пути баровую цепь щебнеочистительной машины.
Известна путевая машина с лазерной базовой системой и способ для восстановления положения рельсового пути (см. патент РФ №2151231, МПК Е01В 35/08). Путевая машина согласно прототипу имеет раму, опирающуюся на ходовые механизмы и состоит из первой и второй рамных частей, причем с передней - исходя из рабочего направления - первой рамной частью связан измеритель продольного уклона для регистрации продольного уклона рельсового пути. Устройство включает также лазерную базовую систему, состоящую из лазерного передатчика с регулировочным устройством для относительной перестановки базовой плоскости и лазерных приемников. Лазерная система предназначена для регулировки высоты рабочих агрегатов, размещенных на второй рамной части. Кроме того, машина включает устройство для измерения перемещений и устройство управления, которое служит для передачи - со смещением по времени и в зависимости от условий движения - значения продольного угла наклона, зарегистрированного соответствующим измерителем в регулировочное устройство лазерного передатчика для установки базовой плоскости в зависимости от зарегистрированного продольного уклона. Сущность данного технического решения заключается в том, что с помощью передней первой рамной части машины регистрируют продольный уклон рельсового пути, а для регулировки уровня рабочих агрегатов, расположенных на второй рамной части машины используют образованную лазерным лучом базовую плоскость. Текущее значение продольного уклона регистрируется, запоминается и со смещением во времени используется для соответствующего уклона базовой плоскости, как только вторая рамная часть достигнет области зарегистрированного уклона рельсового пути, в результате чего лазерные приемники, предусмотренные для регистрации базовой плоскости, удерживаются постоянно в горизонтальном положении независимо от положения машинной рамы. Отклонение, принятое за нулевую точки расположения лазерного приемника от базовой плоскости, корректируется с помощью соответствующего привода, выполняющего регулировку по высоте. Рабочие органы машины автоматически следуют за перемещениями по высоте лазерных приемников до тех пор, пока эти перемещения не будут сведены к нулю.
Существенным недостатком данного технического решения является то, что положение рабочих органов (баровой цепи) определяется относительным методом с использованием продольных уклонов лазерной плоскости и базовой лазерной плоскости, позволяющей определять взаимное положение элементов конструкции машины и соответственно относительную глубину вырезки балласта. При этом, для создания базовой лазерной плоскости необходимо создавать сеть опорных точек и при работе на каждой из этих точек создавать опорную плоскость.
Задачей полезной модели является повышение точности и производительности вырезки балласта (щебня) рельсового пути, за счет определения абсолютных значений высотных отметок рабочего органа ЩОМ и их сравнения с проектными высотными отметками в каждый текущий момент времени при движении машины.
Техническим результатом полезной модели является, обеспечение выемки щебня рельсового пути с заглублением рабочего органа (баровой цепи) в соответствии с проектными высотными отметками (с проектным положением рельсового пути в текущей точке пути), за счет создания измерительной системы, позволяющей по разности измеренных и проектных отметок регулировать положение баровой цепи ЩОМ.
Указанный технический результат достигается за счет того, что щебнеочистительная машина, включающая раму, опирающуюся на ходовые механизмы, установленный на раме с возможностью регулировки по высоте рабочий блок в виде баровой цепи, установленной между первой и второй направляющими, блок управления, связанный с измерителями продольного и поперечного углов наклона машины и устройством управления приводом рабочего блока, согласно полезной модели, снабжена спутниковой системой позиционирования, информационный выход которой связан с указанным блоком управления, и связанным с указанным блоком управления вторым измерителем продольного угла наклона машины, указанные первый и второй измерители продольного угла наклона установлены на соответствующих направляющих баровой цепи, при этом оси чувствительности указанных измерителей продольного угла наклона ориентированы вдоль продольных осей указанных направляющих, а спутниковая антенна указанной спутниковой системы позиционирования установлена в верхней части одной из указанных направляющих баровой цепи.
Сущность данной полезной модели, заключается в том, что работа системы управления вырезкой (очисткой) балласта организована на принципе сравнения текущих высотных отметок (координат) рабочей нижней грани баровой цепи с проектными высотными отметками вырезки балласта в текущей точке пути.
На фиг.1 представлен общий вид щебнеочистительной машины, согласно полезной модели; на фиг.2 приведена схема, иллюстрирующая принцип работы машины; на фиг.3 показана структурная схема основных блоков машины, согласно полезной модели.
Щебнеочистительная машина 1, согласно полезной модели, содержит раму 2, опирающуюся на ходовые механизмы 3. На раме 2 закреплены направляющие 4 и 5, связанные с баровой цепью 6. На указанных направляющих 4, 5 установлены, соответственно, первый и второй измерители продольного угла наклона - датчики 7, 8, при этом они установлены так, что их оси чувствительности направлены вдоль продольных осей указанных направляющих. Измеритель поперечного угла наклона - датчик 9, установлен на раме 2, на которой жестко установлена рабочая кабина 10 указанной щебнеочистительной машины 1. В верхней части направляющей 4, преимущественно вблизи ее оси вращения, установлена спутниковая антенна 11 спутниковой системы позиционирования. В указанной рабочей кабине 10 расположены устройство управления приводом 12 направляющих 4, 5 баровой цепи 6, блок управления (персональный компьютер (ПК) 13 и связанный со спутниковой антенной 11 спутниковый приемник 14. Датчики 7, 8, 9 и выход спутникового приемника 14 связаны с соответствующими входами персонального компьютера 13, выходы которого связаны с устройством управления приводом 12 направляющих 4, 5. Направляющие 4, 5 закреплены штанге 15, соединяющей их оси вращения.
4
1
Направляющие 4, 5 имеют известную длину L, а баровая цепь 6 - известную длину В (фиг.2). Оси вращения указанных направляющих 4, 5 расположены друг от друга на фиксированном расстоянии d. Высота Н расположения верхней точки одной из направляющих, например направляющей 4, относительно очищаемого рельсового пути и соответственно относительно точки p крепления указанной направляющей 4 к баровой цепи 6 принимается в начале движения машины за исходную (постоянную) величину.
Машина работает следующим образом.
i
i
i
4
5
Во время очистки баровую цепь 6 щебнеочистительной машины 1 заводят в толщу щебня балласта под рельсошпальную решетку и с помощью привода 12 приводят в движение. Последняя вырезает щебень и подает его на транспортер (на чертеже не показан) и далее в систему очистки, где он обрабатывается на грохотах, просеивается и очищенный возвращается в балласт. Для обеспечения заглубления баровой цепи 6 до проектных отметок в машине установлена спутниковая система позиционирования, которая работает следующим образом. В портативный компьютер 13 экспортируются проектные данные высотных отметок уровня вырезки (очистки) балласта и соответствующая линейная координата (пикетаж). Спутниковая антенна 11 ГНСС принимает сигнал от космических аппаратов (спутников) и по каналу связи передает в спутниковый приемник 14 для определения собственных координат. Кроме того, в приемник 14 по каналу связи (радиомодем, GPRS и т.д.) поступает корректирующий сигнал с базовой станции (не показано), установленной на исходном репере с известной высотной отметкой в системе высот проектных данных. Приемник 14 выполняет расчет пространственных координат X, Y, H положения антенны 11 спутниковой системы позиционирования в заданном интервале времени с заданной частотой 1-20 Гц. В ходе движения ЩОМ по очищаемому рельсовому пути датчики 9 7, 8 измеряют поперечный уклон β и продольные углы α и α (фиг.2, фиг.3).
Данные с приемника 14 и датчиков 7, 8, 9 синхронно поступают в ПК 13, где в соответствии с заложенной в нем программой ЭВМ производятся следующие определения:
i
i
i
i
i
i
1. По текущим координатам X, Y, H поступающим со спутникового приемника 14, определяется текущее расстояние от исходной точки до текущей точки путем интегрирования единичных отрезков n пройденного пути. При этом в текущие координаты X, Y, H вводятся поправки за редуцирование фазового центра антенны 11 на ось пути, с учетом угла наклона β в поперечной плоскости, измеряемого датчиком 9.
4
5
5
4
4
5
2. По известной высоте H расположения направляющей 4 вычисляется высотная отметка Н верхней точки (оси вращения) направляющей 5 в соответствии с выражением: H=Н+d·sinβ, где Н - высотная отметка направляющей 4, Н высотная отметка направляющей 5, d - расстояние между осями вращения направляющих 4, 5, β - поперечный угол наклона машины.
1
2
3. Вычисляются текущие высотные отметки точек p, p нижней рабочей грани баровой цепи 6 в соответствии с выражениями:
p1
4i
4
H=H-L·sin(α)
p2
5i
5
H=H-L·sin(α), где
4i
5i
H, H - соответственно текущие высотные отметки фактического положения баровой цепи 6;
L - длина направляющих 4, 5;
4
5
α, α - соответственно продольные углы наклона направляющих 4, 5.
1
2
4. По фактическим высотным отметкам точек p, p вычисляется текущий поперечный наклон баровой цепи 6:
, где
γ - угол поперечного наклона баровой цепи 6,
В - длина баровой цепи 6,
ρ=206265 (угл. сек.) или 3438 (угл. мин.).
ср
ср
5. Определяется текущее высотное положение Н средней точки p баровой цепи 6:
ср
6. Полученные величины Н и γ сравниваются с заданными с проектными данными, заранее экспортированными в ПК 13.
i
i
В результате сравнения формируются необходимые для корректировки высотного положения балки баровой цепи 6 значения ΔH и Δγ.
i
i
Указанные значения ΔH и Δγ отображаются на мониторе ПК 13 графически и в цифровом виде с указанием знака и направления необходимого перемещения направляющих 4, 5↓↑. Управляющий сигнал в виде цифровой информации о необходимых величинах сдвига поступает на устройство управления приводом 12 ЩОМ. Указанный управляющий сигнал может быть также сформирован путем сравнения высотных отметок направляющих 4, 5 без вычисления высотного положения средней точки баровой цепи 6. Таким образом, в устройстве, согласно полезной модели, на каждый момент времени с заданным интервалом выполняется сравнение текущего значения высотной отметки направляющих 4, 5 баровой цепи 6 с проектной высотной отметкой в текущей i-ой точке пути. Вычисляемая таким образом разность значений является величиной, на которую необходимо поднять или заглубить балку баровой цепи 6 в ручном или автоматизированном режиме. Значения указанных отклонений по первой и второй направляющим 4, 5 равные нулю свидетельствует о проектном положении балки баровой цепи 6 в вертикальной плоскости (по высотным отметкам) и поперечному уклону.
В целом, система, согласно полезной модели, за счет использования абсолютных значений высотных отметок положения баровой цепи путем выполнения процедуры сравнения с заданными высотными отметками может быть эффективно использовано при вырезке балласта и планировке земляного полотна железнодорожного пути под балласт с обеспечением высокой точности проектного задания.