Установка для вращения колесной пары электровоза без демонтажа

Полезная модель относится к области вспомогательного железнодорожного оборудования, в частности к устройствам для вращения железнодорожных колесных пар для проведения операций мойки, очистки, дефектоскопирования, наплавки, термической обработки.
В соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (далее ПТЭ) каждая колесная пара должна удовлетворять требованиям безопасности движения. Колесные пары должны подвергаться осмотру под тяговым подвижным составом (далее ТПС), обыкновенному и полному освидетельствованию в соответствии с порядком, установленным Инструкцией по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм №ЦТ-329 (с изменениями и дополнениями, утвержденными указанием МПС России от 23.08.2000 г. №К-2273у) и другими действующими указаниями ОАО «РЖД». При осмотре колесных пар необходимо проверять: на бандажах и ободьях цельнокатаных колес - отсутствие трещин, ползунов (выбоин), плен, раздавленностей, вмятин, отколов, раковин, выщербин, ослабления бандажей на ободе центра (остукиванием молотком), сдвига бандажа (по контрольным меткам на бандаже и ободе центра), предельного проката (предельной высоты гребня) или износа, вертикального подреза гребня, ослабления бандажного кольца, опасной формы гребня и остроконечного наката, являющегося признаком возможности опасной формы гребня. С учетом выявленных дефектов для колесных пар ТПС устанавливаются виды ремонта, которые в настоящее время в основном выполняются с демонтажем колесной пары из под электровоза в связи с невозможностью свободного вращения колесной пары при нагрузке от осей на рельсы 20-25 тс, с небольшими скоростями для таких видов обработки, как мойка, очистка, дефектоскопия, наплавка, упрочнение, что увеличивает стоимость ремонтных работ, время простоя электровоза на ремонте и привлечения дополнительного оборудования (для демонтажа колесной пары, транспортировки и т.д.). Так как колесная пара относится к телам вращения, то уже есть готовые технические решения в области машиностроения для вращения различных конструкций, имеющих грузоподьемность от 1 до 50 т, в частности сварочные вращатели (ГОСТ-28944, дата введения 01.01.1992 г., ГОСТ-28920, дата введения 07.01.1996 г.), в которых представлены основные технические характеристики и требования к вращателям. Однако данные ГОСТы предназначены для нормирования технических характеристик вращателей, используемых для изготовления тел вращения. В нашем случае колесную пару при нагрузке от осей на рельсы 20-25 тс как тело вращения необходимо вращать в составе уже готового изделия (электровоза). На железнодорожном транспорте известен универсальный колесотокарный станок А-41 (подрельсовый) для обточки колесных пар без выкатки из под электровозов, тепловозов и мотор-вагонов в условиях локомотивного депо. Производитель Ивано-Франковские дорожно-механические мастерские (Украина). Декларационый патент №1157, выданный Государственным департаментом интеллектуальной собственности Украины (www.sdip.gov.ua). При обточке бандажа без демонтажа из под электровоза на станке А-41 колесная пара приводится во вращение (число оборотов 100-1450 об/мин) от соединенного с ней через зубчатую передачу тягового двигателя электровоза. Двигатель получает питание от специального мотор-генератора или статического преобразователя постоянного тока. Чтобы колесная пара могла вращаться, тяговый двигатель вместе с ней приподнимается домкратом на 5-10 мм над уровнем головки рельса. Во многих локомотивных депо для обточки бандажей без выкатки колесных пар используют изготовляемые Краматорским станкостроительным производственным объединением станки КЖ-20, КЖ-20М, КЖ-20МХ, КЖ-20Б и КЖ-20ТФ-1. При обточке на этих станках колесная пара вращается (число оборотов 12,5-2000 об/мин) от опорно-приводных роликов, а резание осуществляется профильными фрезами, имеющими собственный привод. Известны станки типа 106 и 106NC фирмы "Хегеншейдет" КГ-Эркеленц ФРГ для обточки колесных пар без выкатки, для восстановления профиля бандажа. Станки сконструированы на базе двухстоечной станины. Для передачи необходимого крутящего момента колесной паре каждая сторона станины снабжена системой привода с роликами трения. Осью вращения колесной пары служат, зажимаемые устройствами для проведения обработки, буксы. Станок устанавливается в специально вырытом котловане, на который накатывается транспортное средство. Известен станок для фрезерования бандажей колесных пар железнодорожного подвижного состава в условиях ремонта без выкатки (SU №307849, МПК В23В 5/04, 01.01.1971 г.), содержащий входные, выходные и перекрывающие рельсы, станину и механизм базирования, включающий домкраты, две пары роликов, взаимодействующих с ребордами, и С-образную самоустанавливающуюся раму, на которой размещены центровые бабки с выдвижными центрами и суппорты с режущим инструментом. Недостатками известного станка являются низкие жесткость и надежность работы из-за неопределенности перераспределения усилий между гидравлической подвеской и центрами. Низкая жесткость приводит к увеличенным вибрациям. Известен станок для обточки железнодорожных колесных пар под кузовом вагона (патент SU №1471936, МПК В23В 5/00, 07.04.1989 г.), содержащий входные, выходные и перекрывающие рельсы, станину и механизм базирования, включающий две пары роликов с приводами перемещений и устройством согласования перемещений, а также вертикальные опорно-прижимные устройства, взаимодействующие с наружными поверхностями буксовых коробок. Недостатками известного станка являются вибрации в технологической системе вследствие люфта в подшипниках и низкая точность обработки из-за погрешности базирования по поверхности бандажей колесной пары и дополнительного смещения при закреплении по необработанным поверхностям буксовых коробок. Приведенным выше техническим решениям присущи общие недостатки: высокая металлоемкость изготовления, большой объем фундаментных работ (необходим котлован), вращение колесной пары производиться как от тягового электродвигателя, так и приводными фрикционными роликами в диапазоне скорости вращения 12,5-2000 об/мин, что не позволяет на таких скоростях выполнять операцию дефектоскопии, наплавки, мойки колеса, т.к. для последних необходимо частота вращения 0,5-20 об/мин.
Известно техническое решение в области наплавки бандажей электровозов без выкатки. "Установка для наплавки гребней" (Курасов А.Д. Повышение долговечности бандажей колесных пар подвижного состава. - М. Транспорт, 1981. - С. 1356, рис. 58), включающая сварочную головку, источник питания, аппаратуру управления, редуктор вращения колесной пары, кассету для электродной проволоки, бункер для флюса, шланг подачи флюса. Недостатком этого технического решения является необходимость демонтажа колесных пар из под думпкаров. Известен способ восстановления колесных пар думпкаров и установка для его осуществления (RU, №2062190 С1, 20.06.96). Устройство, в котором реализован этот способ, содержит средства подъема думпкаров, вращения колес и сварочную аппаратуру для наплавки колесных пар. Недостатком является и то, что известная установка предназначена для наплавки колес только думпкаров, т.к., чтобы иметь возможность наплавки колесных пар тягового подвижного состава, необходимо дополнительно поддомкрачивать колесно-моторный блок. Известен способ восстановления колесных пар (RU №2124974 С1, МПК В23Р 6/00, от 20.01 1999 г.). Технический результат достигается тем, что известная установка для восстановления колесных пар железнодорожного подвижного состава, содержащая механизм вывешивания колесной пары, расположенные на боковых железнодорожных путях по отношению к основному железнодорожному пути для подачи подвижного состава тележки с электроприводом, на каждой из которых смонтировано оборудование для наплавки колесных пар, включающее сварочный автомат с устройством для подачи проволоки и флюса в зону наплавки, кассету для сварочной проволоки, бункер с флюсом, пульт управления, источник сварочного тока и привод вращения колесной пары, по изобретению снабжена колесно-фрезерным станком, установленным на основном железнодорожном пути непосредственно за наплавочным оборудованием, а механизм вывешивания колесной пары выполнен в виде дистанционно управляемого самоходного электрического домкрата, смонтированного на подвижной платформе, установленной посредством пружин и направляющих стержней на тележке с приводом передвижения, размещенной на дополнительном железнодорожном пути, уложенном внутри основного железнодорожного пути для подачи подвижного состава. Существенные недостатки технического решения заключаются в следующем:
- требуется прокладка дополнительных путей для передвижения оборудования (3 нитки пути);
- вращение колесной пары осуществляется через ось со снятием буксовой крышки.
Известно техническое решение RU №32069, МПК B61K 9/12, 10.09.2003 г., наиболее близкое по совокупности существенных признаков к заявляемому и принятое за прототип, Установка для дефектоскопии вагонных колесных пар, содержащая участок железнодорожной колеи, в разрыв каждого рельса которой встроен роликовый вращатель колесной пары, и взаимодействующие с элементами колесной пары установочно-подвижные дефектоскопические головки, отличающаяся тем, что головки смонтированы на портале, установленном над вращателем поперек колеи. Вращатель выполнен в виде двух последовательных роликов, один из которых смонтирован с возможностью свободного, а второй - принудительного вращения, а между роликами расположен толкатель в виде принудительно-поворотного эксцентрика, воздействующего на круг катания соответствующего колеса пары. Вращатель устанавливается в бетонированный приямок так, чтобы головки рельсов подводящих путей и рельсов вращателя совпадали по уровню и колее. После диагностики колесная пара выталкивается с вращателя при помощи пневматического устройства для дальнейшего обслуживания. Максимальная масса дефектоскопируемой колесной пары, 1250 кг. Частота вращения колесной пары, 4-6 об/мин.
Существенные недостатки указанного устройства, принятого за прототип, заключаются в следующем:
1) максимальная масса, на которую рассчитан привод вращения и ролики 1250 кг;
2) низкая жесткость конструкции рамы и роликов с увеличением массы вращаемого изделия (25 т) может привести к деформации роликов и приводного вала;
3) необходимость демонтажа колесных пар из под электровоза;
4) принцип толкателя в виде принудительно-поворотного эксцентрика, воздействующего на круг катания соответствующего колеса пары с отдельным электроприводом, невозможен при использовании под электровозом, т.к. придется толкать не свободную колесную пару, а весь электровоз.
Существенные недостатки по п. 1, 2 в прототипе можно решить, использовав более мощные роликовые вращатели для сварки, рассчитанные на грузоподьемность 20-25 т типа М61051, М61081, которые выпускаются серийно компанией ООО «Грузоподьем» (Россия) www.грузоподъем.рф. Недостатком данных роликовых систем является то, что ведущая и ведомая секции с роликами не связаны в единый контур, поставляются раздельно и должны располагаться на одной высоте и на одной горизонтальной оси, парные ролики должны быть строго параллельны друг другу, расстояние между центрами должно быть одинаковым. Ведущие секции с роликами оснащена отдельными электроприводами, которые выступают за габариты рельсового пути и будут помехой при движении электровоза. Основание каждой секции роликовых опор должно полностью лежать на прочном и основательном фундаменте. Кроме того, в данных конструкциях роликовых вращателей не предусмотрен механизма выталкивания изделия.
В предложенном устройстве решается цель вращения колесной пары электровоза при нагрузке от осей на рельсы 20-25 тс без ее демонтажа с частотой вращения 0,5-20 об/мин для таких технологических операций, как дефектоскопия наплавка, мойка, термообработка.
Технический результат, получаемый за счет поставленной цели, достигается путем того, что установка для вращения железнодорожной колесной пары, содержащая участок железнодорожной колеи, в разрыв каждого рельса которой встроен роликовый вращатель в виде двух последовательных роликов, один из которых смонтирован с возможностью свободного, а второй - принудительного вращения, а между роликами расположен толкатель в виде принудительно-поворотного эксцентрика, воздействующего на круг катания соответствующего колеса, отличается тем, что вращатель выполнен в едином исполнении, в виде двух последовательных роликов, смонтированных на опорных подшипниках, разнесенных шире рельсовой колеи, один - с возможностью свободного, а второй - принудительного вращения, а между роликами расположен узел толкания, воздействующий принудительно с использованием домкратов на круг катания соответствующего колеса пары для облегчения перемещения в горизонтальной плоскости колесной пары. Для предохранения роликовых подшипников от прохождения тока используют токоотводящие устройства. С целью увеличения сцепления колеса в роликах делаются углубления, повторяющие профиль колеса. Принудительное вращение приводного ролика осуществляется при помощи электропривода с возможностью регулирования скорости вращения.
На (Фиг. 1) показан общий вид вращателя. Вращатель для вращения колесной пары электровоза без демонтажа конструктивно объединен в единый контур:
1 - роликовые вращатели (2 шт);
2 - подшипниковые узлы (4 шт);
4 - электропривод;
5 - защитный кожух;
6, 11 - металлическое основание;
7 - опора для рельса;
8 - проточка на роликах;
9 - соединительный вал толкательного механизма;
10 - толкатель (узел выталкивания).
Сущность работы вращателя заключается в следующем. Вращатель устанавливается в бетонированный приямок так, чтобы головки рельсов (Фиг. 1, поз 2) подводящих путей и ролики вращателя (Фиг. 1, поз 1) совпадали по уровню и коли. Электровоз своим ходом на малой скорости накатывается на ролики вращателя и фиксируется в межроликовой впадине, образующейся от роликов. Колесная пара электровоза по поверхности катания и гребню бандажа плотно прижата к роликам вращателя обеспечивая максимальное сцепление, т.к в последних выполнен паз, повторяющий профиль колеса (Фиг. 1, поз 8). Штатный тяговый двигатель электровоза отключается и включается электропривод вращения приводного ролика вращателя (Фиг. 1, поз 4), на котором задается требуемое вращение для таких технологических операций, как дефектоскопия, наплавка, мойка, термообработка в диапазоне часто вращения колеса 0,5-20 об/мин (используется электропривод с возможностью регулирования скорости вращения). После выполнения технологической операции происходит перекатывание электровоза. Включаются домкраты, расположенные с двух сторон толкательных узлов вращателя (Фиг. 1, поз. 10), которые приподнимают колесную пару из межроликовой выемки вверх на уровень головки рельса. Включается штатный тяговый двигатель вращения колесной пары электровоза и она скатывается с толкателя на рельсовый путь. Далее включаются домкраты и толкатели возвращаются в исходное нижнее положение. Электровоз прокатывается своим ходом дальше, и новая колесная пара вкатывается на вращатель. В дальнейшем весь цикл повторяется.
Технический результат, получаемый за счет поставленной цели, достигается путем того, что устройство монтируется непосредственно в основной путь (поперек пути), не мешая движению в бетонированный приямок так, чтобы головки рельсов подводящих путей и роликов вращателя совпадали по уровню и колее. Вместо раздельных четырех роликов используются два цельных ролика, помещенные в подшипниковые узлы, разнесенные шире рельсовой колеи, что создает высокий запас жесткости конструкции при статической нагрузке. Вследствие этого нет необходимости в основательном фундаменте, как в случаях, описанных в аналогах. Проточка в роликах, повторяющая профиль колеса, обеспечивает плотное сцепление полосы катания и гребня бандажа с поверхностью роликов. Электропривод создает крутящийся момент на оси вращения приводного ролика не менее 4600 Н*м. Узел толкания не требует дополнительных сложных электроприводов, а работает от штатного домкрата грузоподъемностью не ниже 16 т.
Для выполнения на предлагаемом вращателе операций наплавки, упрочнения, термообработки с целью предохранения роликовых подшипников вращателя и колесной пары от прохождения тока используются токоотводящие устройства (согласно требованию Инструкции по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм №ЦТ-329 с изменениями и дополнениями, утвержденными указанием МПС России от 23.08.2000 г. №К-2273у).
Полученный технический результат имеет экономическое преимущество, т.к. для его изготовления используются старогодные колесные оси и подшипники букс колесных пар, предназначенные для отправки в металлом, которые были выбракованы из эксплуатации при высоких скоростях движения, но вполне еще пригодны выполнять свои функции при таких невысоких частотах вращения колесной пары и отсутствии значительных динамических нагрузок. Сравнительный экономический расчет стоимости изготовления и фундаментных работ аналогичных по грузоподъемности вращателей и предлагаемого приведен в табл. 1. Из таблицы 1 видно, что предлагаемое техническое решение превосходит существующие на сегодняшний день решения по техническим характеристикам, имеет низкие показатели: металлоемкости, стоимости изготовления и фундаментных работ при монтаже.
Вращатель был изготовлен и смонтирован в локомотивном депо Иркутск - Сортировочный на позиции упрочнения колесных пар электровозов (Фиг. 2). Вращатель обеспечивает плавное без рывков и равномерное вращение колеса под электровозом в процессе операции упрочнения с частотой вращения - 20 об/мин. При проведении ультразвуковой дефектоскопии бандажа электровоза без демонтажа вращатель обеспечивает плавное вращение колесной пары с частотой вращения 2-8 об/мин.