УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМАЗЫВАНИЯ РЕЛЬСОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОДНОГО ПУТИ

Предлагаемое устройство относится к вспомогательному оборудованию, используемому на железнодорожном транспорте, и предназначено для работы в качестве исполнительного в составе оборудования для нанесения смазки на боковую поверхность головки рельса в криволинейных участках пути, на гребни колес локомотивов, а также может быть использовано в автоматизированных системах смазки трущихся деталей машин и механизмов,
Известно, что безопасность движения зависит от степени износа рельсов железнодорожного пути, что, в первую очередь, относится к его криволинейным участкам, где износ наиболее интенсивен. При его превышении сверх допустимого происходит набегание колеса на головку рельса с последующими непредсказуемыми последствиями.
Известны многочисленные устройства для смазывания рельсов, уменьшающие износ и их преждевременную замену, что значительно снижает стоимость эксплуатации и содержания пути (рельсы на криволинейных участках применяются из специальных износостойких сталей). Многообразие конструкций обусловлено стремлением упростить устройство, повысив его надежность, снизить расход смазки, что влияет не только на экологию, но и на физико-механические свойства балласта железнодорожного полотна (присутствие масел в балласте приводит к его просадке), т.е. в конечном итоге также на безопасность движения. Важнейшим компонентом подобных устройств являются исполнительные органы, непосредственно подающие смазку в зону контакта «колесо-рельс».
Известны, например, устройства подобно описанному в авт.св. СССР №1735102, МПК В 61 К 3/00, в котором на боковой грани головки рельса выполнен паз с размещенным в нем губчатым материалом, удерживающим смазку. По мнению автора этого устройства при прохождении колес подвижного состава по участку рельса со смазочным материалом реборды колес будут смазываться и их износ уменьшится (также как и головки рельса).
Очевидное достоинство известного устройства усматривается в практическом отсутствии загрязнения окружающей среды, однако его техническое воплощение сомнительно, поскольку требует применения специального рельса.
Близкие к описанному по принципу решения поставленной задачи устройства по авт.св. СССР №№1323444 и 1555168, МПК В 61 К 3/00, также смазывают реборду (гребень) колеса, не требуя при этом переделки самого рельса, однако автономность их работы ограничена, они нуждаются в повышенном внимании и механически уязвимы.
Следует упомянуть и известное устройство подачи смазки на рельс, широко применяемого на сети железных дорог РФ рельсосмазывателя PC-05-01, описанного в руководстве по эксплуатации 2722.00.000.01 РЭ. Устройство достаточно простое и эффективное. Однако по принципу действия оно непосредственно взаимодействует с колесами подвижного состава, что отрицательно сказывается на его механической устойчивости. К другим недостатком устройства следует отнести направление подачи смазки - снизу вверх. Это приводит к тому, что смазка не достигает зоны интенсивного контакта колеса с рельсом и выдавливается гребнями колес на балласт железнодорожного пути, снижая его физико-механические свойства и загрязняя окружающую среду. К факторам, ограничивающим его применение, следует отнести и невозможность монтажа (ввиду конструктивных особенностей) на стрелочных переводах для смазывания остряков, в середине железнодорожной кривой, а так же неудобство самого монтажа - требуется сверлить рельс.
Подобная конструкция устройства подачи смазки на рельс в зону взаимодействия с колесами подвижного состава используется и в другом известном устройстве, применяемом на территории РФ - рельсосмазывателе путевом универсальном проекта 1479.00.000. Чертежи и описание работы устройства приведены в его техническом описании 1479.00.000ТО.
Из числа других известных, можно отметить устройство по авт.св. СССР №1075964, В 61 К 3/00. Для нанесения смазки на рельс в устройстве используется эжектор, названный так его автором. Достоинство предложенного технического решения усматривается в том, что эжектор не подвержен непосредственному механическому воздействию подвижного состава и осуществляет выбросы смазки на рельс дистанционно, с бокового направления. Однако, его конструкция сложна, изобилует сложными геометрическими формами, содержит множество резиновых уплотнений. В устройстве не раскрыт распылитель (форсунка) - последняя и немаловажная часть на пути смазки к рельсу, как правило, подверженная засорению.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенному техническому решению является известное устройство для смазывания рельсов «Стационарный путевой рельсосмазыватель СПР-02» проекта РДНК.663324.002.00.000 (патент РФ №52375, МПК В 61 К 3/00, приоритет 2005 г., на полезную модель «Устройство для смазывания рельсов железнодорожного пути»).
Известное устройство (рельсосмазыватель) включает форсунку РДНК. 663324.002.03.500, содержащую корпус, переднюю и заднюю крышки, распылитель с отверстиями для выброса смазки. Внутри корпуса размещены: плунжерная система, содержащая гильзу дозатора, плунжер и запорную втулку, и возвратная пружина плунжера. Распылитель закрепляется в корпусе посредством муфты и двух винтов. Через отверстие Rc 1/4" корпуса в форсунку из гидравлически соединенного с ней маслосодержащего резервуара постоянно под давлением подается смазка. Давление смазки создается давлением сжатого газа на поршень, разделяющий резервуар на две полости: газовую и
масляную - заправленную смазкой. Источником давления служит газовый баллон, заправленный сжатым азотом.
Попадая внутрь корпуса, смазка через два отверстия в гильзе дозатора заполняет дозирующую полость, ограниченную запорной втулкой и плунжером. В зоне дозирующей полости плунжер с двух сторон имеет продольные проточки в виде фасок. В отверстие Rc 1/8" задней крышки форсунки, своим выходным портом ввернут 3/2-ходовой электропневматический клапан, в исходном состоянии нормально закрытый. На входной порт клапана из газовой полости резервуара постоянно подается газ (азот) под давлением. Клапан электрически связан с электронным блоком управления. Форсунка устанавливается рядом с рельсом против точки нанесения смазки.
При прохождении железнодорожного состава электронный блок управления подает команды (кратковременные электрические импульсы) на катушку (соленоид) электропневматического клапана управления форсункой. На время действия команды клапан открывается и давлением газа плунжер перемещается в направлении распылителя. В процессе перемещения плунжера, когда его продольные фаски выходят за пределы запорной втулки, смазка - через образовавшиеся зазоры между плунжером и запорной втулкой - выдавливается из дозирующей полости в промежуточную, образованную запорной втулкой, муфтой и распылителем. При дальнейшем перемещении плунжера, смазка из промежуточной полости, через отверстия распылителя выбрасывается на рельс. В конце хода плунжер упирается в запорную втулку. При прекращении команды клапан закрывается, отработавший сжатый газ из форсунки (через клапан) выбрасывается в атмосферу, и плунжер под воздействием возвратной пружины возвращается в исходное положение. В конце обратного хода плунжер перекрывает отверстие в запорной втулке, запирая дозирующую полость.
Основное достоинство указанной форсунки состоит в том, что смазка наносится дистанционно с бокового направления - точно в зону контакта «колесо-рельс». Другое достоинство заключается в том, что форсунка
непосредственно не взаимодействует с подвижным составом и не подвержена прямому механическому воздействию. Однако, несмотря на неоспоримые достоинства указанной форсунки по сравнению с другими известными (включая метод подачи смазки на рельс), ей присущи и серьезные недостатки, а именно:
- отверстия распылителя подвержены засорению из-за неудачно выбранной формы его внутренней поверхности - вогнутой полусферы (из физики известно, что такая поверхность является устойчивой), в которой постоянно скапливаются посторонние механические частицы;
- форсунке присуще подтекание смазки через отверстия распылителя, из-за наличия остатков в промежуточной полости между запорной втулкой и распылителем, которая не запирается плунжером;
- форсунка содержит большое количество деталей, в том числе высокоточных и имеющих сложную геометрическую форму - всего 18 наименований;
- форсунка содержит большое количество резиновых уплотнений (всего 7 наименований), которые в процессе эксплуатации подвержены воздействию смазки, сил трения и, вследствие этого, быстро разрушаются;
- направление выброса смазки ограничено сектором менее 180°.
Форсунка имеет и другие недостатки, снижающие ее КПД и не позволяющие эффективно использовать энергию сжатого газа. Два из семи резиновых уплотнений создают противодействие движению плунжера за счет необходимости преодоления силы трения - следовательно, для возвратного движения плунжера требуется более мощная пружина, которая, в свою очередь, также оказывает противодействие движению плунжера при выбросе смазки на рельс. Более того, для преодоления силы трения и усилия сжатия пружины требуется большая площадь плунжера со стороны воздействия давления газа. Вследствие этого, с одной стороны - при установленном ходе плунжера полость, заполняемая газом, имеет значительный объем, а отработавший газ затем бесполезно выбрасывается в атмосферу; с другой - для большой площади плунжера используется резиновое уплотнение большого диаметра, которое
имеет большую площадь соприкосновения с сопрягаемой поверхностью и, соответственно, большую силу трения.
Перед заявленным устройством была поставлена задача, с одной стороны - более чем на порядок уменьшить расход газа и тем самым увеличить автономность работы рельсосмазывателя, с другой - и вовсе отказаться от использования сжатого газа для приведения в действие форсунки (газовая магистраль наиболее подвержена утечкам, а локализация места утечки - дело весьма трудоемкое). При этом уровень электрической энергии, потребляемой форсункой, должен быть сохранен или уменьшен. Необходимо предусмотреть и автоматическую очистку отверстий для выброса смазки при работе форсунки, тем самым, обеспечив длительную безотказную работу (повысив ее надежность), а также обеспечить надежное запирание форсунки, исключающее подтекание смазки через отверстия для выброса смазки в периоды между выбросами.
Поставленная задача решается тем, что предложено устройство для смазывания рельсов железнодорожного пути, включающее гидравлически связанную с маслосодержащей емкостью форсунку, в корпусе которой размещен плунжер с воздействующей на него возвратной пружиной, соосная с плунжером запорная втулка, образующая с ним внутри корпуса дозирующую полость, и распылитель с, по меньшей мере, одним отверстием для выброса смазки в зону взаимодействия колеса подвижного состава с рельсом.
Новым в предложенном техническом решении является то, что отверстие распылителя выполнено непосредственно в корпусе радиально плунжеру, а запорная втулка смонтирована подвижно, и величина ее перемещения равна диаметру отверстия в корпусе для подачи смазки в дозирующую полость.
Форсунка характеризуется также тем, что для выброса смазки корпус содержит ряд отверстий, расположенных в диаметральной плунжеру плоскости (перпендикулярной направлению перемещения плунжера).
Технический результат заявленного устройства заключается в сокращении затрат на расходные материалы (сжатый газ) и на обслуживание
рельсомазывателя. Использование заявленного устройства, содержащего предлагаемую форсунку, позволяет увеличить время его автономной работы от одного полностью заправленного газового баллона с половины года до пяти и более лет за счет экономии газа при тех же показателях износа рельсов и гребней колес.
Форсунка менее подвержена засорению, так как, во-первых, отверстия для выброса смазки на рельс снабжены механизмом очистки; во-вторых - смазка поступает в отверстия для выброса смазки с поверхности, имеющей плоскую форму.
Форсунка имеет высокий ресурс, так как в ней отсутствуют резиновые уплотнения, быстро разрушающиеся от воздействия смазки и сил трения; затраты энергии на управление форсункой минимизированы, так как не требуется мощная возвратная пружина и большая площадь поверхности плунжера, подвергаемая воздействию сжатого газа.
Форсунка с рядом радиальных отверстий, расположенных в диаметральной плунжеру плоскости, обеспечивает выброс смазки на рельс одновременно в несколько точек, способствуя наилучшему захвату смазки гребнями колес подвижного состава, а значит и более эффективному ее использованию.
На фиг.1 показано устройство форсунки с соленоидным управлением; на фиг.2 и 3 - фазы работы форсунки с соленоидным управлением при выбросе смазки.
Форсунка (фиг.1) заявленного устройства состоит из корпуса 1 с отверстием 2 для подачи смазки в дозирующую полость 3 и, по меньшей мере, одним отверстием 4 для выброса смазки, плунжера 5, жестко связанного с якорем 6 посредством резьбового соединения, запорной втулки 7, упорного кольца 8, гайки 9, возвратной пружины 10, воздействующей на якорь 6 и плунжер 5, гильзы 11 с запрессованным (завальцованным) в ней сердечником 12, крышки 13, масляного штуцера 14 и катушки 15 (соленоида), закрепленной на гильзе 14 посредством шайбы 16 и гайки 17. Для предотвращения образования разрежения и сжатия воздуха внутри форсунки, препятствующих ее
нормальной работе, якорь 6 имеет две продольные проточки 18, выполненные в виде канавок (или пазов, фасок) на его противоположных сторонах. С этой же целью (для сообщения воздушных полостей форсунки с атмосферой) в крышке 13 выполнено отверстие 19, а в сердечнике 12 отверстие 20. Корпус 1 содержит одно резьбовое отверстие (на чертеже не показано), закрытое пробкой и служащее для периодической очистки дозирующей полости 3 форсунки от накапливающихся в ней посторонних механических частиц. Это отверстие выполнено радиально плунжеру 5 в одной плоскости с отверстиями 4 и его диаметр равен диаметру отверстия 2 для подачи смазки в дозирующую полость 3.
В качестве пружины 10, гильзы 14, якоря 6, сердечника 12, катушки 15, шайбы 16 и гайки 17 могут быть использованы покупные детали от промышленного электропневматического клапана.
В исходном состоянии (фиг.1) смазка под давлением проникает сквозь отверстие в штуцере 14 и отверстие 2 в корпусе 1 внутрь форсунки, заполняя дозирующую полость 3, ограниченную корпусом 1, запорной втулкой 7 и плунжером 5. При поступлении команды (кратковременного электрического импульса) на катушку 15, за счет возникающего магнитного поля, подвижный якорь 6, а следовательно и плунжер 5, начинают перемещаться в направлении неподвижного сердечника 12, сжимая при этом пружину 10. Применение «втягиваемого» якоря обусловлено необходимостью нарастания силы воздействия магнитного поля на якорь в процессе выброса смазки. Под воздействием плунжера 5 смазка в дозирующей полости уплотняется и начинает перемещать запорную втулку 7 в направлении кольца 8 до упора в него. Перемещаясь, запорная втулка 7 открывает отверстия 4, и одновременно в момент соприкосновения запорной втулки 7 с упорным кольцом 8 плунжер 5 перекрывает отверстие 2, через которое смазка поступает в дозирующую полость 3 (фиг.2). Для правильной работы форсунки диаметр отверстия 2 для подачи смазки должен быть равен ходу запорной втулки 7. При дальнейшем перемещении плунжера 5 (фиг.3), смазка выбрасывается через отверстия 4 на рельс (на чертеже не показан) и плунжер 5 упирается в запорную втулку 7. При
прекращении команды управления якорь 6 с плунжером 5, а также запорная втулка 7 под воздействием пружины 10 возвращаются в исходное положение (фиг.1). При этом запорная втулка 7 перекрывает отверстия 4 для выхода смазки, одновременно удаляя с них посторонние частицы, и дозирующая полость 3 форсунки вновь заполняется смазкой. Объем дозирующей полости определяется геометрическими размерами и ходом плунжера, а также геометрическими размерами корпуса и запорной втулки. Ход плунжера и размеры могут быть заданы, исходя из требуемого объема выброса смазки, и зависят от параметров катушки (соленоида).
При управлении от электропневматического клапана вместо крышки 13 (фиг.1) на резьбу корпуса 1 своим выходным портом наворачивается 3/2-ходовой электропневматический клапан, а вместо якоря 6 на плунжер 5 надевается плоская шайба и наворачивается гайка. При этом возвратная пружина 10 должна упираться в шайбу. Гильза 11 с сердечником 12, шайба 16, гайка 17 и катушка 15 демонтируются, а в гайку 9 устанавливается заглушка в виде плоской пластины круглой формы. При подаче команды на катушку (соленоид) электропневматического клапана он открывается. Давление газа воздействует на плунжер 5 и начинает перемещать его в направлении запорной втулки 7. Далее работа форсунки аналогична варианту с непосредственным управлением от катушки (соленоида). При прекращении команды, клапан закрывается, отработавший сжатый газ через клапан выбрасывается в атмосферу и плунжер 5 под воздействием возвратной пружины 10 возвращается в исходное положение. Требуемый объем выбрасываемой смазки также определяется объемом дозирующей полости и ходом плунжера.
То обстоятельство, что при максимальной унификации узлов и отдельных деталей форсунка может использоваться для работы как от электропневматического клапана, так и от катушки (являющегося частью того же клапана) значительно расширяет область ее применения.