Щебнеочистительная машина

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к машинам для ремонта железнодорожного пути, преимущественно, предназначенным для вырезки и очистки балластного слоя рельсошпальной решетки.
Известны путевая машина с лазерной базовой системой и способ восстановления положения рельсового пути (патент РФ №2151231, Е01В 35/08). Данная путевая машина 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, известная машина включает устройство для измерения перемещений и устройство управления, которые служат для передачи значения продольного угла наклона, зарегистрированного соответствующим измерителем, в регулировочное устройство лазерного передатчика для установки базовой плоскости в зависимости от зарегистрированного продольного уклона. Существенным недостатком данного технического решения является то, что положение рабочих органов (баровой цепи) определяется относительным методом с использованием значений продольных уклонов лазерной плоскости и базовой лазерной плоскости, позволяющей определять взаимное положение элементов конструкции машины и соответственно относительную глубину вырезки балласта. Кроме того, для создания базовой лазерной плоскости необходимо создавать сеть опорных точек и при работе на каждой из этих точек создавать опорную плоскость.
Известна 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 угла, поперечного угла наклона машины и устройством управления приводом рабочего блока, (патент РФ №126011, Е01В 27/10). Щебнеочистительная машина снабжена также спутниковой системой позиционирования, информационный выход которой связан с блоком управления, и связанным с указанным блоком управления вторым измерителем продольного угла наклона. Указанные первый и второй измерители продольного угла наклона установлены на соответствующих направляющих баровой цепи. Оси чувствительности указанных измерителей расположены вдоль продольных осей соответствующих направляющих. Спутниковая антенна спутниковой системы позиционирования установлена в верхней части одной из направляющих баровой цепи.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, а так же влияние динамических деформаций ЩОМ при движении под нагрузкой на результаты измерений продольных и поперечных углов, что обусловлено деформациями левой и правой направляющих, а так же деформацией рамы машины. Указанные процессы существенно влияют на точность измерений углов, вычисления превышений и, в конечном итоге, снижают точность получаемых значений глубины и поперечного уклона вырезки балласта. Степень деформации зависит от нагрузки на баровую цепь (глубина вырезки, плотность балласта).
Известна также щебнеочистительная машина (ЩОМ) включающая раму, опирающуюся на ходовые механизмы, установленный на раме с возможностью регулировки по высоте рабочий блок в виде баровой цепи, установленной между первой (правой) и второй (левой) направляющими (конвейерами), блок управления, связанный с измерителями положения направляющих (конвейеров) и со спутниковой системой позиционирования, включающей антенну и приемник (патент РФ №148820, Е01В 27/00, прототип). В качестве измерителей положения направляющих известная ЩОМ включает две гидростатические системы нивелирования, каждая из которых содержит соединенные между собой шлангом, заполненные жидкостью первый и второй гидростатические сосуды. При этом первые из указанных сосудов размещены на соответствующей направляющей щебнеочистительной машины, а другие - установлены на ее раме и снабжены датчиками уровня жидкости, связанными с блоком управления конвейеров и со спутниковой системой позиционирования, включающей антенну и спутниковый приемник.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и низкая точность, обусловленная измерением уровня жидкости в средней части направляющих (конвейеров).
Задачей полезной модели является упрощение конструктивного решения щебнеочистительной машины и повышение точности определения необходимой глубины вырезки балласта.
Техническим результатом полезной модели является определение абсолютных значений высотных отметок рабочего органа ЩОМ путем непосредственного измерения высотных отметок баровой цепи с использованием спутникового двух антенного приемника позиционирования ГНСС, сравнение полученных данных с проектными высотными отметками в каждый текущий момент времени при движении машины. По разности измеренных и проектных отметок регулируется положение баровой цепи ЩОМ и обеспечивается выемка щебня рельсового пути с заглублением рабочего органа (баровой цепи) в соответствии проектными высотными отметками с высокой степенью точности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что щебнеочистительная машина, включающая раму, опирающуюся на ходовые механизмы, установленный на раму рабочий блок в виде баровой цепи, установленной между плугами конвейеров, спутниковую систему позиционирования, блок управления, связанный с блоком управления привода указанных плугов щебнеочистительной машины, согласно полезной модели, включает первую и вторую спутниковые антенны, каждая из которых установлена на штангах, снабженных жестко закрепленными к раме пружинно-возвратными механизмами, в верхних частях указанных штанг установлена соответствующая антенна, а противоположные концы указанных штанг гибкими тросами связаны с соответствующими плугами конвейеров щебнеочистительной машины, при этом указанные спутниковые антенны связаны с соответствующими входами спутникового приемника указанной спутниковой системы позиционирования, выход указанного спутникового приемника связан с входом блока управления, выход которого связан с устройством управления приводами указанных плугов щебнеочистительной машины.
Заявленный технический результат достигается также тем, что указанные пружинно - возвратные механизмы включают надетый на указанные штанги и жестко закрепляемый к раме щебнеочистительной машины корпус, внутри которого размещена охватывающая указанную штангу цилиндрическая пружина сжатия, верхний конец которой закреплен на указанной штанге, а нижний - упирается в нижний торец указанного корпуса.
Сущность данной полезной модели заключается в сравнении текущих и проектных координат, включая высотные отметки нижней части баровой цепи с использованием мультисистемного приемника позиционирования ГНСС, антенны которого установлены с возможностью перемещения по вертикали на штангах, снабженных жестко связанными с рамой щебнеочистительной машины пружинно-возвратными механизмами. Пружинно - возвратные механизмы обеспечивают натяжение тросов, соединяющих штанги с плугами щебнеочистительной машины, независимо от направления перемещения штанги и соответственно жестко связанной с ней антенны -вверх или вниз. Это обуславливает высокоточное определение высотных отметок плугов щебнеочистительной машины при высоте спутниковой антенны до шести метров относительно предназначенной для вырезки загрязненного балласта баровой цепи (рабочего органа щебнеочистительной машины).
На фиг. 1 представлен общий вид щебнеочистительной машины, согласно полезной модели; фиг. 2 иллюстрирует принцип работы машины; на фиг. 3 приведена структурная схема, включающая основные блоки устройства согласно полезной модели.
Щебнеочистительная машина 1, согласно полезной модели, содержит раму 2, опирающуюся на ходовые механизмы 3. На раме 2 закреплены конвейеры 4 и 5 с плугами 6 и 7, между которыми закреплена баровая цепь 8. Над плугами 6, 7 расположены первая и вторая спутниковые антенны 9, 10, соответственно, установленные на штангах 11, 12. Штанги 11, 12 в, преимущественно, средней части снабжены пружинно-возвратными механизмами 13, 14. Пружинно-возвратные механизмы 13, 14 включают надетые на соответствующие штанги 11, 12 и жестко закрепляемые к раме 2 щебнеочистительной машины корпуса 15, 16. Внутри указанных корпусов 15, 16 размещены охватывающие соответствующие штанги 11, 12 цилиндрические пружины сжатия 17, 18, верхние концы которых закреплены на соответствующей штанге 11, 12, а противоположные - упираются в нижний торец соответствующего корпуса 15, 16.
Каждый из указанных пружинно-возвратных механизмов 13, 14 жестко закреплен, например, с помощью магнитов или струбцин (не показано) на раме 2. Штанги 11 и 12 в своей нижней части связаны гибкими тросами 19, 20 с соответствующими плугами 6, 7 щебнеочистительной машины. Гибкие тросы 19, 20 на концах имеют специальные зажимы для крепления к плугам 6, 7 и штангам 11, 12.
Антенны 9 и 10 связаны с соответствующими входами расположенного в рабочей кабине 21 щебнеочистительной машины 1 спутникового приемника 22, вход - выход которого связан с модемом 23, через который осуществляется связь со спутниковыми референц-сетями или временными базовыми станциями (не показано).
Выход спутникового приемника 22 связан с блоком 24 управления, преимущественно персональным компьютером (ПК), который снабжен специальной программой для ЭВМ, осуществляющей все необходимые вычисления, и формирует соответствующий управляющий сигнал, поступающий на устройство управления 25 приводом конвейеров 4 и 5 с плугами 6 и 7.
В качестве спутникового приемника 22 ГНСС может быть использован, например, спутниковый геодезический приемник типа LeicaIcon 80.
Длина цилиндрических пружин сжатия 17, 18 должна соответствовать возможному диапазону перемещения по высоте спутниковых антенн 9, 10, значение которого должно обеспечивать заданный (известный) диапазон вырезки балласта, и, как правило, составляет 0, 5 - 1 м.
Щебнеочистительная машина, согласно полезной модели, работает следующим образом.
В блок управления 24 (портативный компьютер) до начала работ экспортируются проектные данные соответствующей структуры и форматов, включающие проектные значения глубину вырезки и координаты X,Y,Н местоположения баровой цепи 8.
В процессе работы спутниковые антенны 9 и 10 принимают сигналы с навигационных спутников ГНСС и по каналам связи передают данные в спутниковый приемник 22, на вход-выход которого связан с модемом 23, принимающим дифференцированные поправки от базовых спутниковых станций референц-сети или других систем дифференциальной коррекции с известными высотными отметками.
Для вычисления текущих координат X,Y,H местоположения баровой цепи 8 спутниковый приемник 22 обрабатывает данные с антенн 9, 10 и модема 23.
6
7
В ходе движения ЩОМ 1 по очищаемому рельсовому пути при изменении глубины щебня изменяется высотное положение плугов 6 и 7, жестко связанных тросами 19, 20 с установленными, соответственно, на штангах 11 и 12 антеннами 9 и 10. При этом указанные первая и вторая антенны 9, 10 синхронно с изменением высотного положения плугов 6 и 7 и, соответственно, баровой цепи 8 перемещаются в вертикальной плоскости по высоте на величины ΔН и ΔН (фиг. 2). При подъеме плугов 6 и 7 вверх пружины 17, 18 пружинно-возвратных механизмов 15, 16 сжимаются, и, наоборот, при заглублении плугов 6 и 7 пружины 17, 18 растягиваются, обеспечивая, таким образом, натяжение тросов 19, 20 в независимости от перемещения плугов 6 и 7 вверх или вниз. Это обеспечивает соответствие величины перемещения антенн 9 и 10 на ту же величину, на которую переместятся по высоте плуги 6, 7 в независимости от вертикальных перемещений положения рамы 2 в диапазоне длин пружин 13, 14, что обеспечивает определение глубины вырезки с более высокой точностью.
9
10
Для пересчета высотных отметок с антенн 9, 10 на низ баровой цепи 8 предварительно до начала работ измеряют высоты d и d антенн 9, 10 до низа баровой цепи 8, значения которых экспортируются в блок 24 управления (фиг. 3).
При перемещении ЩОМ 1 по рельсовому пути текущие координаты с антенн 9 и 10 одновременно с дифференциальными поправками от референц-сети, поступающими через модем 23, поступают в приемник 22, с которого текущие координаты местоположения (баровой цепи) поступают в блок 24 управления. В блоке 24 управления вычисляются необходимые значения глубины вырезки для каждого из плугов 6 и 7 конвейеров 4 и 5 в соответствии с выражениями:
6
9
9
ΔН=(Нсгр(л)-0.36)-(Н-d),
7
10
10
ΔН=(Нсгр(п)-0.36)-(Н-d), где
6
7
ΔН - глубина вырезки по плугу 6, ΔН - глубина вырезки по плугу 7;
9
10
Н, Н - высотные отметки антенн 9, 10, соответственно;
9
10
d и d - высота антенн 9, 10, соответственно, относительно низа баровой цепи 8;
Нсгр(п), Нсгр(л) - высотные отметки существующей головки рельса соответственно правой и левой рельсовой нитки;
0.36 - высота головки рельса относительно низа рельсо-шпальной решетки.
пр.6
пр.7
Значения проектной глубины вырезки соответственно для левого и правого плугов 6 и 7 (конвейеров 4 и 5), ΔН и ΔН указывается в проекте на выполнение работ.
Отклонение от проектных значений вычисляется по формуле
6
6 пр.
6
δ=ΔН-ΔН
7
7 пр.
7
δ=ΔН-ΔН
Поперечный уклон вырезки рассчитывается по формуле
, где
- угол поперечного наклона баровой цепи 8,
Б - длина баровой цепи 8
,
9
10
6
7
Разность значений глубины вырезки соответствует превышению Δh между антеннами 9, 10 и соответственно плугами 6 и 7, что и требуется в реализации данного технического решения Δh=Н-Н или Δh=ΔН-ΔН.
Вычисленные данные с блока 24 поступают в блок 25 для управления глубиной вырезки балласта плугами 6, 7 по левому и правому конвейерам 4, 5.
Таким образом, жесткая связь антенн 9 и 10 с соответствующими плугами 6 и 7 и соответственно с баровой цепью 8, находящейся на глубине, например на 70-90 см ниже головки рельса, обеспечивает возможность контролировать перемещение баровой цепи 8 в вертикальной плоскости по высоте и поперечному уклону.
Так как спутниковые антенны 9 и 10 для обеспечения приема данных с навигационных спутников находятся над рамой 2 щебнеочистительной машины 1, а плуги 6 и 7 и, соответственно, баровая цепь 8 находятся ниже спутниковых антенн на 6 м, можно констатировать, что техническое решение, согласно полезной модели, позволило решить задачу контроля глубины вырезки и очистки балласта на железных дорогах с использованием ГНСС.
Использование в устройстве, согласно полезной модели, для изменения положения спутниковых антенн 9, 10 по высоте соответственно перемещению по высоте рабочих органов щебнеочистительной машины 1, плугов 6, 7, пружинно-возвратных механизмов 13, 14, связанных гибкими тросами 19, 20 с плугами 6, 7, обеспечивает перемещение антенн 9, 10 по высоте в независимости от положения рамы 2. Это, в свою очередь, обеспечивает высокую точность измерений необходимой глубины вырезки балласта из-под рельсошпальной решетки, независимо от возможных деформаций рамы и конвейеров.