МАШИНА ДЛЯ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОСТРЯКОВ И РЕЛЬСОВ
MACHINE FOR BUTT WELDING OF BLADES AND RAILS

Изобретение относится к области сварочного оборудования, а именно к устройствам для контактной стыковой сварки остряков и рельсов в стационарных условиях.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Рельс. Стальное изделие в виде специального фасонного профиля, состоящее из головки, шейки, подошвы и предназначенное для верхнего строения рельсовых путей железнодорожного магистрального и промышленного транспорта, метрополитенов и трамвайных путей, а также для крановых и подвесных путей.
Обычный рельс. Рельс, поперечное сечение которого состоит из симметричной головки (относительно вертикальной оси), тонкой шейки, симметричной подошвы и предназначенный для железнодорожного магистрального и промышленного транспорта, метрополитена, трамвайного транспорта, путей башенных кранов, передаточных тележек и передвижных устройств.
Остряковый рельс. Специальный рельс для изготовления остряков стрелочных переводов.
Остряк - деталь стрелочного перевода; получают в результате механической обработки и выпрессовки острякового рельса.
(ГОСТ Р 50542-93 ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПУТЕЙ. Термины и определения. Дата введения 1994-07-01).
Известна машина для контактной стыковой сварки рельсов оплавлением, включающая неподвижную и подвижную колонны, соединенные между собой валами, цилиндры осадки, сварочное оборудование, узел гратоснимателя, содержащий подвижные плиты гратоснимателя с гидроцилиндрами привода и ножами, неподвижные кронштейны гратоснимателя с опорными плитами. Машина снабжена расположенными между сварочным оборудованием и плитами гратоснимателя защитными шторками и гидроцилиндром их привода, выполненными с возможностью закрытия ножей гратоснимателя при сварке рельсов и с возможностью свободного пропуска рельсов при их продвижении через машину (патент РФ № 78109 на полезную модель «МАШИНА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ ОПЛАВЛЕНИЕМ», МПК B23K 11/04 , опубл. 2008.11.20).
Известна установка для стыковой сварки рельсов оплавлением, включающая два зажимных устройства клещевого типа, выполненные в виде двух двуплечих рычагов на общей центральной оси с изоляцией друг от друга и с возможностью перемещения по оси относительно друг друга двумя соединяющими их опорно-осаждающими гидроцилиндрами, имеющими биметаллические токоведущие стержни. Каждый из двухплечих рычагов шарнирно прикреплен одним концом к штоку или корпусу зажимного гидроцилиндра. Другой конец каждого из двухплечих рычагов снабжен зажимными и токоведущими губками. Два сварочных трансформатора встроены в полые двуплечие рычаги одного из двух зажимных устройств, соединяются токоведущими перемычками через токоведущую часть стержней гидроцилиндров с токоведущими зажимными губками. Прижимной гидроцилиндр выполнен со встроенным в его шток гидроусилителем (патент США № 5979738 на изобретение «Machine for flash-butt welding of rails», МПК B23K11/04, опубл. 09.11.1999).
Известна машина для контактной стыковой сварки рельсов в стационарных условиях, содержащая станину с закрепленными на ней неподвижным зажимным устройством и опорной стойкой, соединенных между собой двумя изолированными штоками, на которых, как на направляющих, установлен подвижный механизм зажатия, имеющий возможность передвижения от двух гидроцилиндров оплавления-осадки. Внутри каждого зажимного устройства вмонтированы гидропрессы зажатия с окнами для прохода в них рельсов, при этом гидропресс зажатия неподвижного зажимного устройства имеет привод вертикального перемещения внутри неподвижного зажимного устройства с зажатым в нем рельсом, а гидропресс зажатия подвижного зажимного устройства имеет привод горизонтального перемещения внутри подвижного зажимного устройства с зажатым в нем рельсом. Кроме этого внутри гидропресса зажатия неподвижного зажимного устройства установлены два сварочных трансформатора. Подвижное и неподвижное зажимные устройства изолированы друг от друга, а по краям машины установлены приемные подъемные ролики. В окно гидропресса зажатия неподвижного зажимного устройства встроены два симметрично расположенных гратосъемных устройства, одновременно служащие искрозащитными шторками, а в окно гидропресса зажатия подвижного зажимного устройства встроены две симметрично расположенных искрозащитных шторки (заявка РФ № 98102376 на изобретение «МАШИНА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ», МПК B23K 11/04, опубл. 27. 01. 2000).
Недостатком известных машин является отсутствие возможности сваривать на одной машине и рельсы, и остряки. Кроме того, в силу низких динамических характеристик и большого веса, известные машины характеризуются недостаточно высоким качеством сварки.
Известна наиболее близкая к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков машина для стыковой сварки, содержащая раму с установленной на ней стойкой, на которой закреплены гидроцилиндры осадки, неподвижный корпус и перемещающийся по направляющим подвижный корпус; сварочные трансформаторы, установленные в неподвижном корпусе; входные и выходные подъемные ролики для захода в машину и выхода из неё свариваемого изделия; верхние и нижние опоры. В каждом из корпусов установлен внутренний корпус, выполненный с возможностью перемещения от приводов. Внутренний корпус неподвижного корпуса установлен с возможностью горизонтального перемещения, а внутренний корпус подвижного корпуса установлен с возможностью вертикального перемещения. Во внутренних корпусах смонтированы ползуны, связанные со штоками гидроцилиндров зажима рельсов. Нижние электроды закреплены неподвижно. Подвижный и неподвижный корпуса дополнительно содержат плиту, ось и вкладыши для установки электродов и опор. Нижние опоры подвижно установлены на сферические вкладыши. Верхние электроды и верхние опоры подвижно установлены на цилиндрические вкладыши, расположенные на плитах, размещенных в нижней части ползунов и установленных с возможностью свободного поворота на осях (патент РФ № 2325978 на изобретение «МАШИНА ДЛЯ СТЫКОВОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ», МПК B23K 11/04, опубл. 10.06.2008).
Недостатком известной машины для контактной сварки также является отсутствие возможности сваривать рельсы и остряки. Большой вес подвижного корпуса ухудшает динамические характеристики машины при оплавлении стыка, что снижает качество сварки. Внутренние корпуса в подвижном и неподвижном корпусе своим весом, воздействующим на привода горизонтальной и вертикальной корректировки, способствуют износу направляющих и самих приводов.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание машины для контактной стыковой сварки, характеризующейся расширенными функциональными возможностями и улучшенными техническими характеристиками.
Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи, заключаются в обеспечении возможности сварки на одной машине остряков и рельсов; повышении качества сварного соединения; упрощении эксплуатационного обслуживания; улучшении ремонтопригодности сварочного оборудования.
Указанные технические результаты достигаются тем, что машина для стыковой сварки остряков и рельсов содержит раму с установленной на ней стойкой, на которой закреплены: гидроцилиндры осадки, неподвижный корпус и перемещающийся по направляющим подвижный корпус; сварочные трансформаторы, установленные в неподвижном корпусе; входные и выходные подъемные ролики для захода в машину и выхода из неё свариваемого изделия; верхние и нижние опоры. В каждом из корпусов установлен внутренний корпус, выполненный с возможностью перемещения от приводов. Внутренний корпус неподвижного корпуса установлен с возможностью горизонтального перемещения, а внутренний корпус подвижного корпуса установлен с возможностью вертикального перемещения. Во внутренних корпусах смонтированы ползуны, связанные со штоками гидроцилиндров зажима рельсов. Нижние электроды закреплены неподвижно. Входные и выходные подъемные ролики имеют два верхних положения. Крайняя нижняя опора в неподвижном корпусе выполнена быстросъемной и снабжена сменной проставкой.
Предпочтительно, чтобы машина для стыковой сварки дополнительно содержала поддерживающие подпружиненные ролики для захода в машину и выхода из неё свариваемого изделия.
Предпочтительно также, чтобы подвижный и неподвижные корпуса содержали пружинные поддержки, обеспечивающие воздействие на внутренние корпуса с силой, равной весу соответствующего подвижного корпуса.
Предпочтительно, чтобы шток пружинной поддержки неподвижного корпуса содержал ролик, обеспечивающий свободное перемещение внутреннего корпуса в горизонтальном направлении.
Предпочтительно, чтобы подвижный корпус содержал шарнирную поддержку, обеспечивающую разгрузку направляющих подвижного корпуса.
Предпочтительно, чтобы машина для стыковой сварки содержала устройство снятия грата, включающее приводные ножи, установленные на подвижном корпусе, и приводные шторки, установленные на неподвижном корпусе.
Предпочтительно, чтобы внутренний корпус в подвижном корпусе был установлен в двух направляющих втулках.
Предпочтительно, чтобы машина для стыковой сварки содержала датчик контроля положения, установленный между подвижным корпусом и стойкой.
Предпочтительно, чтобы в шарнирах крепления датчика перемещения были установлены пружины, имеющие усилие большее, чем усилие перемещения штока датчика контроля положения.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях выполнения оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- выполнением входного и выходного подъемных роликов, имеющими два верхних положения;
- выполнением крайней нижней опоры в неподвижном корпусе быстросъемной;
- выполнением крайней нижней опоры в неподвижном корпусе снабженной сменной проставкой.
В отдельных случаях выполнения заявляемое изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- наличием поддерживающих подпружиненных роликов для захода в машину и выхода из неё свариваемого изделия;
- наличием пружинных поддержек подвижного и неподвижного корпусов;
- выполнением пружинных поддержек подвижного и неподвижного корпусов, обеспечивающими воздействие на внутренние корпуса с силой, равной весу соответствующего подвижного корпуса;
- наличием шарнирной поддержки, обеспечивающей разгрузку направляющих подвижного корпуса;
- наличием устройства снятия грата, включающего приводные ножи, установленные на подвижном корпусе, и приводные шторки, установленные на неподвижном корпусе;
- выполнением внутреннего корпуса в подвижном корпусе, установленным в двух направляющих втулках;
- наличием датчика контроля положения, установленного между подвижным корпусом и стойкой;
- наличием пружин в шарнирах крепления датчика перемещения, имеющих усилие большее, чем усилие перемещения штока датчика контроля положения;
- наличием в штоке пружинной поддержки неподвижного корпуса ролика, обеспечивающего свободное перемещение внутреннего корпуса в горизонтальном направлении.
Наличие двух верхних положений входного и выходного подъемных роликов, выполнение крайней нижней опоры в неподвижном корпусе быстросъемной, снабженной сменной проставкой, обеспечивает возможность сварки остряков и рельсов на одной машине при минимальных затратах труда и времени на переоснастку машины.
Наличие подпружиненных поддерживающих роликов для захода остряка и рельса в машину и выхода из неё сваренного изделия обеспечивает подачу заготовок на сварку и извлечение готового изделия без необходимости применять дополнительные опорно-подающие устройства.
Выполнение внутреннего корпуса в подвижном корпусе, установленным в двух направляющих втулках, упрощает конструкцию, обеспечивая снижение веса на 25% и уменьшение габаритов, что улучшает технологичность конструкции. Снижение веса подвижного корпуса улучшает динамические характеристики машины при поддержании искрового зазора во время оплавления и увеличивает скорость осадки, что уменьшает время закрытия стыка, улучшая прочностные характеристики стыка.
Наличие пружинных поддержек на подвижном и неподвижном корпусах, которые «берут» на себя вес внутренних корпусов, снижает усилие на приводы и направляющие втулки, уменьшая их износ.
Наличие датчика контроля перемещения подвижного корпуса во время оплавления и осадки, установленного между стойкой и подвижным корпусом, обеспечивает возможность точного регулирования перемещения подвижного корпуса относительно неподвижного корпуса машины во время прохождения сварочного процесса.
Наличие в шарнирах крепления датчика контроля перемещения пружин с усилием большим, чем усилие перемещения штока датчика, ликвидирует зазоры в шарнирах, влияющие на точность определения положения подвижного корпуса.
Наличие пружинной поддержки в нижней части подвижного корпуса обеспечивает разгрузку направляющих от сил трения.
Наличие ролика в штоке пружинной поддержки неподвижного корпуса обеспечивает свободное перемещение внутреннего корпуса в горизонтальном направлении при центровке торцов рельсов.
Изобретение иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлен схемный чертеж машины для стыковой сварки рельсов и остряков, общий вид.
На фиг. 2 представлен схемный чертеж машины для стыковой сварки рельсов и остряков, продольный разрез на фиг. 1 (при сварке остряка и рельса).
На фиг. 3 представлен схемный чертеж машины для стыковой сварки рельсов и остряков, продольный разрез на фиг. 1 (при сварке двух рельсов).
На фиг. 4 представлен схемный чертеж машины для стыковой сварки рельсов и остряков, разрез А-А на фиг. 1
На фиг. 5 представлен схемный чертеж установки датчика контроля перемещения, выноска В на фиг. 1.
На фиг. 6 представлен разрез С-С на фиг. 5.
В предпочтительном варианте исполнения машина для стыковой сварки остряков и рельсов содержит: раму 1 с установленной на ней стойкой 2, на которой закреплены гидроцилиндры осадки 3, неподвижный корпус 4 и подвижный корпус 5, перемещающийся по направляющим 6; сварочные трансформаторы 7, установленные в неподвижном корпусе 4; входные подъемные ролики 8 и выходные подъемные ролики 9; верхние опоры 10 и нижние опоры 11. В неподвижном корпусе 4 установлен внутренний корпус 12, а в подвижном корпусе 5 установлен внутренний корпус 13. Внутренний корпус 12 неподвижного корпуса 4 установлен с возможностью горизонтального перемещения от привода 14, а внутренний корпус 13 подвижного корпуса 5 установлен с возможностью вертикального перемещения от привода 15. Во внутренних корпусах 12, 13 смонтированы ползуны 16, связанные со штоками гидроцилиндров зажима свариваемого изделия 17. Нижние электроды поз.30 (на чертеже не показаны) закреплены неподвижно. Входные 8 и выходные 9 подъемные ролики имеют два верхних положения. Нижние опоры 11 установлены на проставки 18 и 19. Крайняя нижняя опора 11 в неподвижном корпусе 4 выполнена быстросъемной и снабжена сменной проставкой 18. Для захода в машину и выхода из неё свариваемого изделия машина содержит подпружиненные поддерживающие ролики 20. Неподвижный корпус 4 содержит пружинную поддержку 21, а подвижный корпус 5 содержит пружинную поддержку 22. Пружинные поддержки 21, 22 обеспечивают воздействие на внутренние корпуса 12, 13 с силой, равной весу соответствующего подвижного корпуса. Подвижный корпус 5 содержит шарнирную поддержку 23, обеспечивающую разгрузку направляющих 6. Машина для стыковой сварки содержит устройство снятия грата, включающее приводные ножи 24, установленные на подвижном корпусе 5 и приводные шторки 25, установленные на неподвижном корпусе 4. Внутренний корпус 13 в подвижном корпусе 5 установлен в двух направляющих втулках 26. Между подвижным корпусом 5 и стойкой 2 установлен датчик контроля положения 27. Датчик 27 установлен на шарнирах 28, в которых установлены пружины 29, обеспечивающие устранение зазоров между осями и отверстиями в кронштейнах.
Изобретение работает следующим образом.
Транспортировка остряков и рельсов производится по приводным роликам 8, 9. Эти ролики имеют два верхних положения. В начале работы машины ролики 8, 9 подняты, ползуны 16 подняты, подвижный корпус 5 находится в крайнем правом положении. Ножи 24 и шторки 25 гратоснимателя разведены. Производят подачу остряка и затем рельса со стороны подвижного корпуса 5 при помощи поднятых приводных роликов 8, 9 и подпружиненных приводных роликов 20. Опускают ролики 8, 9 и сводят ножи 24 и шторки 25. Гидроцилиндрами 17 опускаются ползуны 16, остряки и рельсы зажимаются в неподвижном 4 и подвижном 5 корпусах. Производят корректировку зажатого в подвижном корпусе 5 остряка в вертикальной плоскости с помощью внутреннего перемещающегося корпуса 13 от электромеханического привода 15. При этом пружинные поддержки 22 подвижного корпуса, имея суммарное усилие равное весу внутреннего корпуса, облегчают работу привода 15, уменьшая износ его деталей, увеличивая время его работоспособности.
Производят корректировку зажатого в неподвижном корпусе 4 рельса с помощью внутреннего корпуса 12, перемещая его в горизонтальном направлении электромеханическим приводом 14 горизонтальной корректировки. При этом пружинные поддержки 21, имея суммарное усилие, равное весу внутреннего корпуса, облегчают работу привода горизонтальной корректировки 14 и снижают нагрузку с направляющих 31 и втулок 32, уменьшая их износ и увеличивая долговечность работы.
Далее производят оплавление и осадку стыка. При оплавлении, за счёт уменьшения массы подвижного корпуса 5, исключения зазоров в креплении датчика контроля положения 27 подвижного корпуса 5 и облегчения перемещения всего подвижного корпуса 5 поддержкой 23, поддерживается оптимальный искровой зазор, что напрямую влияет на качество сварного стыка. Кроме того, применение поддержки 23 уменьшает износ направляющих 6.
Предлагаемое техническое решение позволяют увеличить скорость осадки, тем самым уменьшить время закрытия сварного стыка, что так же влияет на его качество. После осадки движением подвижного корпуса 5 на стык производится снятие грата.
Для сварки рельсов на этой же машине необходимо заменить сменную проставку 19, выкрутив центральный болт (на чертеже не показан). При транспортировке остряка используется крайнее верхнее положение роликов 8, 9.
Процесс сварки рельсов на этой же машине происходит аналогично сварке остряков.
По предлагаемому изобретению разработана конструкторская и технологическая документация для машины МСУ-84 УХЛ4. Изготовлен и испытан опытный образец.
Испытания дали положительный результат.