УПЛОТНИТЕЛЬНО-ПОДБИВОЧНЫЙ АГРЕГАТ
SEALING-TAMPING UNIT

Изобретение относится к устройствам для строительства, содержания и ремонта рельсовых путей, в частности к конструкциям агрегатов для уплотнения балласта рельсовых путей.
Наиболее распространенным способом обработки балласта рельсового пути является горизонтальное виброобжатие балласта с помощью таких виброинструментов, как подбойки. При этом способе вибрирующие подбойки внедряют в межшпальное пространство рельсового пути и за счет горизонтального перемещения лопатки подбойки поперек межшпального пространства подают необходимый объем балласта под шпалы.
В качестве устройства, осуществляющего горизонтальное виброобжатие балласта, можно указать уплотнительно-подбивочный агрегат, включающий раму, в вертикальных направляющих которой установлена подвижная по высоте несущая конструкция агрегата с приводом ее вертикального перемещения. На несущей конструкции агрегата жестко закреплен эксцентриковый вал, соединенный с гидромотором, и шарнирно закреплены двуплечие рычаги. Одно плечо каждого рычага соединено с эксцентриковым валом посредством шарнирно закрепленного на рычаге соединительного элемента, выполненного в виде силового цилиндра сжима-разжима. При этом другое плечо каждого рычага несет боек для уплотнения балласта, выполненный в виде подбойки с двумя рабочими поверхностями, обращенными в противоположные стороны вдоль машины (см. патент РФ №2194108, кл. Е01В 27/16, заявл. 31.05.2000, опубл. 10.12.2002, «Шпалоподбивочная машина»).
Недостатком указанного устройства является разрыхление балласта в межшпальном пространстве, возникающее при горизонтальном виброобжатии балласта.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа является уплотнительно-подбивочный агрегат, имеющий трамбовочное средство и виброинструменты в виде стержней с уплотнительными лопатками. Агрегат содержит раму, в которой установлена подвижная по высоте от привода несущая конструкция агрегата - корпус агрегата. На несущей конструкции жестко закреплен эксцентриковый вал и шарнирно закреплены двуплечие рычаги, одно плечо каждого из которых соединено с эксцентриковым валом посредством тяги, а другое несет боек для уплотнения балласта, который представляет собой стержень с нижним концом в виде уплотнительной лопатки с закрепленной над ней трамбующей плитой (см. п.м. РФ №77290, кл. Е01В 27/16, заявл. 07.06.2008, опубл. 20.10.2008, «Уплотнительно-подбивочный агрегат).
Данный агрегат наряду с горизонтальным обжатием балласта, которое осуществляет вибрирующая уплотняющая лопатка, обеспечивает вертикальное обжатие, которое создает трамбующая плита, действующая как вибрирующий штамп. Качество уплотнения балласта зависит от типа используемого трамбующего средства. Если в качестве трамбующего средства используют жестко закрепленную на стержне трамбующую плиту (см. Гуленко Н.Н., Фомин В.В. Механизация и автоматизация путевых работ за рубежом. М.: Транспорт, 1975, с.57), препятствующую заглублению инструмента в балласт, то это приводит к уплотнению балласта в малых объемах (не превышающих размеры лопатки с трамбующей плитой) и не позволяет обеспечить достаточную интенсивность воздействия на балласт. Если в качестве трамбующего средства используют установленную с возможностью перемещения относительно уплотнительной лопатки трамбующую плиту на петлеобразной упругой подвеске из резиновой полосы (см. патент РФ на изобретение №2289647, кл. Е01В 27/16, заявл. 09.06.05, опубл. 20.12.06, «Уплотнительно-подбивочный инструмент для балласта рельсового пути»), то это позволяет активно воздействовать на обрабатываемый балласт на требуемой глубине. Однако упругая подвеска, выполняемая из резиновой полосы, быстро разрушается при эксплуатации инструмента, т.к. испытывает интенсивное абразивное воздействие, а при забивании камнями балласта петлеобразной части подвески подвержена разрыву. При этом упругая подвеска из резиновой полосы из-за незначительного собственного веса практически не оказывает влияния на вертикальное обжатие балласта. К вертикальному воздействию на балласт собственного веса трамбующей плиты от подвески добавляется только незначительное вертикальное усилие, обусловленное упругими свойствами подвески, которые уменьшаются по мере износа резиновой полосы. Это, снижая долговечность агрегата для уплотнения балласта с таким трамбующим средством, также приводит к недостаточно интенсивному воздействию на балласт, т.е. отрицательно влияет на качество уплотнения балласта.
Задачей настоящего изобретения является улучшение качества уплотнения балласта.
Техническим результатом, получаемым при реализации изобретения, является повышение интенсивности воздействия на балласт.
Указанная задача решается за счет того, что в известном уплотнительно-подбивочном агрегате, имеющем трамбующее средство и виброинструменты в виде стержней с уплотнительными лопатками, который включает раму с установленной на ней подвижной по высоте от привода несущей конструкции агрегата, согласно изобретению трамбующее средство выполнено в виде, по меньшей мере, одной металлической цепи, которая закреплена либо одним верхним концом, либо двумя концами, образуя петлю, на стержне, и/или на несущей конструкции агрегата, и/или на раме агрегата, и/или на промежуточном элементе, соединяющем стержень с несущей конструкцией агрегата непосредственно или посредством дополнительных элементов.
Нижний конец цепи или нижняя часть петли, образованной цепью, может быть снабжена пригрузом, в качестве которого может быть использована пластина, объемное тело или выпуклый вверх полый элемент, вершина которого образует центральную часть пригруза, а периферийные участки - боковые его части.
Нижний конец цепи или нижняя часть петли, образованной цепью, может быть выполнена в виде звена цепи, масса и/или геометрические размеры которого увеличены по сравнению с прочими звеньями цепи.
На каждой из цепей может быть закреплен отдельный пригруз, или на нескольких цепях может быть закреплен общий пригруз.
Цепь может быть закреплена так, что нижнее ее звено расположено своей плоскостью перпендикулярно плоскости лопатки.
Звенья цепи и/или пригруз могут быть выполнены из закаленного металла, или выполнены с покрытием из твердосплавного материала, или снабжены сменным покрытием из резины.
Цепь или петля, образованная цепью, могут быть закреплены на стержне так, что нижний конец цепи или петли расположен либо ниже нижней кромки лопатки, либо выше верхней кромки лопатки, либо так, что нижние концы цепей или петель расположены относительно лопатки на различной высоте.
Нижняя поверхность пригруза, по меньшей мере, частично может быть снабжена выступами.
Поверхность уплотнительной лопатки, по меньшей мере, частично может быть снабжена выступами, а сама лопатка - ребрами.
Стержень может быть выполнен, по меньшей мере, из двух ветвей, а цепь или петля, образованная цепью, закреплена так, что располагается между ветвями стержня.
Нижние концы цепей, закрепленных на отдельном стержне и/или на промежуточном элементе, соединяющем стержень с несущей конструкцией агрегата, могут быть соединены воедино посредством соединительного элемента.
Нижние концы цепей, закрепленных на раме агрегата и/или на несущей конструкции агрегата, могут быть соединены воедино посредством соединительной сети.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемый агрегат неизвестен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.
Агрегат может быть изготовлен на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, и широко использован при производстве путевых работ или при уплотнении любых сыпучих сред, т.е. является промышленно применимым.
Выполнение уплотнительно-подбивочного агрегата так, что функцию трамбующего средства в нем выполняет одна или несколько массивных металлических цепей, закрепленных на стержне и/или на любой другой части агрегата над уплотнительной лопаткой стержня, позволяет интенсифицировать вертикальное обжатие балласта. В отличие от прототипа, в котором на балласт воздействуют массой, непосредственно соприкасающейся с балластом трамбующей плиты, в заявляемом техническом решении на балласт воздействуют массой цепи, которая одновременно является и подвеской, и трамбующим элементом. Причем по мере принудительного заглубления стержня в балласт масса той части цепи, которая ударяет по балласту, увеличивается, т.к. место закрепления цепи приближается к уровню верха балласта. Очевидно, что металлическая цепь более устойчива к абразивному износу, чем подвеска из резиновой полосы, тем более, что звенья цепи могут иметь твердосплавное покрытие, или быть выполнены из закаленного металла, или иметь сменное резиновое покрытие. При внедрении виброинструментов агрегата в балласт существует опасность удара о шпалу их наиболее выступающих частей. Из-за того что выполняющая функцию трамбующего средства цепь состоит из нескольких звеньев (по крайней мере, двух звеньев), она имеет возможность при соприкосновении со шпалой отодвинуться в сторону и избежать за счет этого разрушения. Следует отметить также, что из-за возможности звеньев цепи перемещаться относительно друг друга (соединение соседних звеньев цепи имеет люфт, равный длине звена) отсутствует инерционная динамическая нагрузка на место закрепления верхнего конца (концов) цепи, приводя к его меньшему износу.
Следовательно, заявляемый агрегат за счет повышения интенсивности воздействия на балласт позволяет обеспечить улучшение качества уплотнения балласта.
Увеличить интенсивность воздействия на балласт позволяет закрепление на нижнем соприкасающемся с балластом конце цепи или нижней части петли, образованной цепью, пригруза. Форма пригруза может быть различной. Это может быть пластина, объемное тело (трехмерное геометрическое тело), например шар и пр. Пригруз может быть выполнен в виде выпуклого вверх или вниз полого элемента, вершина которого образует центральную часть пригруза, а периферийные участки - боковые его части. Нижняя поверхность пригруза, соприкасающаяся с балластом, может быть выполнена с различными по величине и форме выступами, разрыхляющими балласт при соприкосновении с ним. В качестве пригруза может быть использовано нижнее массивное звено, укрепленное на цепи из менее массивных звеньев. Изменяя массу и форму пригруза, можно изменять степень воздействия на балласт.
Длина отрезка цепи или длина петли, образованной цепью, также может быть различной. Длина может быть такой, что нижний конец цепи будет свисать ниже нижней кромки лопатки, и тогда трамбующее воздействие цепи на балласт будет начинаться раньше, заканчиваться позднее воздействия на балласт уплотнительной лопатки инструмента. Длина может быть такой, что нижний конец цепи будет располагаться над верхней кромкой лопатки, и тогда на балласт будет воздействовать сначала уплотнительная лопатка, а затем к ее воздействию присоединится трамбующее действие цепи. На стержне инструмента может быть закреплено сразу несколько имеющих различную длину цепей так, что нижние концы, одних из них будут соприкасаться с балластом раньше, а другие несколько позднее.
За счет поверхностной проработки балласта выступами пригруза, пригрузом специальной формы, неодновременности воздействия на балласт различных по длине цепей инструмента балласт с поверхности легче приобретает псевдоожиженное состояние и легче подвергается уплотнению, что снижает затраты на уплотнение и повышает качество уплотнения. Улучшенной проработке балласта способствуют и выступы на поверхности лопатки.
Закрепление цепи на стержне так, что его нижнее звено расположено своей плоскостью перпендикулярно плоскости лопатки, позволяет уменьшить вероятность заклинивания зерен балласта в этом нижнем звене, более других звеньев соприкасающихся с балластом. Это происходит потому, что воздействии на балласт инструментом движение зерен балласта, в основном, имеет направление, перпендикулярное плоскости лопатки.
Выполнение стержня в виде раздвоенного элемента, т.е. состоящим из, по меньшей мере, двух ветвей позволяет разместить цепи между этими ветвями и избежать за счет этого нежелательного значительного отклонения траектории перемещения цепи от оси стержня (ветви цепи служат ограничителями отклонения цепи).
Объединение нижних концов цепей или нижних концов цепных петель позволяет увеличить интенсивность удара цепей о балласт.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 - виброинструмент уплотнительно-подбивочного агрегата (вариант выполнения, в котором трамбующее средство выполнено в виде двух цепей, закрепленных на стержне за верхний конец симметрично по бокам стержня).
Фиг.2 - вид по А-А на фиг.1.
Фиг.3 - виброинструмент уплотнительно-подбивочного агрегата (вариант выполнения, в котором трамбующее средство выполнено в виде четырех цепей, каждая из которых образует петлю, концы цепей, образующие верхнюю часть петли закреплены на стержне симметрично по его бокам).
Фиг.4 - вид по Б-Б на фиг.3
Фиг.5 - виброинструмент уплотнительно-подбивочного агрегата (вариант выполнения, в котором трамбующее средство выполнено в виде двух цепей, закрепленных на рычаге уплотнительно-подбивочного агрегата, цепи закреплены за верхний конец симметрично по бокам стержня, причем цепи снабжены общим пригрузом).
Фиг.6 - виброинструмент уплотнительно-подбивочного агрегата (вариант выполнения, в котором трамбующее средство выполнено в виде двух цепей, закрепленных на стержне за верхний конец симметрично по бокам стержня, причем каждая из цепей снабжена своим отдельным пригрузом).
Фиг.7 - виброинструмент уплотнительно-подбивочного агрегата (вариант выполнения, в котором трамбующее средство выполнено в виде двух цепей, закрепленных на стержне за верхний конец симметрично по бокам стержня, причем цепи снабжены общим пригрузом в виде выпуклого вверх полого элемента, вершина которого образует центральную часть пригруза, а периферийные участки - боковые его части).
Фиг.8 - виброинструмент уплотнительно-подбивочного агрегата (вариант выполнения, в котором трамбующее средство выполнено в виде двух цепей, закрепленных на рычаге уплотнительно-подбивочного агрегата, цепи закреплены за верхний конец между ветвями раздвоенного стержня, причем цепи снабжены общим пригрузом с покрытием из резины).
Фиг.9 - общий вид уплотнительно-подбивочного агрегата.
Уплотнительно-подбивочный агрегат для балласта рельсового пути содержит виброинструменты в виде стержней 1, нижний конец каждого из которых выполнен в виде уплотнительной лопатки 2, и трамбующее средство, выполненное из фрагмента обладающей высокой абразивной устойчивостью стальной цепи 3, состоящего из нескольких звеньев (по меньшей мере, двух звеньев). Цепь 3 закрепляют на стержне 1, и/или на промежуточном элементе 4, соединяющем стержень 1 с несущей конструкцией 5 агрегата непосредственно или посредством дополнительных элементов, и/или на несущей конструкции 5 агрегата, и/или на раме 6 агрегата. В качестве промежуточного элемента 4, соединяющего стержень 1 с несущей конструкцией агрегата, может выступать рычаг шпалоподбивочной машины, на нижнем конце которого закрепляют верхний конец стержня 1, в то время как верхний конец рычага соединен с эксцентриковым валом посредством тяги или силового цилиндра. В качестве несущей конструкции 5 агрегата может выступать корпус агрегата, в котором установлен возбудитель вибрации, взаимодействующий с рычагом, несущим верхний конец стержня 1, либо любой другой элемент машины для обработки балласта, подвижный по высоте от привода, который несет виброинструменты.
Цепь 3 закрепляют либо за верхний конец так, что нижний конец цепи свободно провисает вниз под действием собственного веса, либо закрепляют оба конца цепи 3 так, что цепь 3 образует петлю, нижний конец которой также провисает вниз под действием собственного веса. Нижний конец цепей 3 или петель, образованных цепями 3, может быть снабжен пригрузом 7. Пригруз 7 может быть общим для всех цепей 3 виброинстумента или отдельным для каждой из цепей 3 (или для каждой из петель, образованных цепями 3).
Пригруз 7 может быть выполнен как в виде плоского или объемного элемента, так и в виде выпуклого вверх или вниз полого элемента, вершина которого образует центральную часть пригруза 7, а периферийные участки - боковые части пригруза 7. Нижняя рабочая поверхность пригруза 7 и/или его боковые поверхности могут быть снабжены выступам 8, выполненными в виде штырей, зубьев и пр. Поверхность лопатки 2 также может быть снабжена выступами 8 в виде штырей, зубьев и пр. Лопатка может быть снабжена ребрами (на чертеже не показано). Поперечное сечение штырей, зубьев и прочих выступающих над поверхностью пригруза 7 и уплотнительной лопатки 2 частей инструмента может быть круглым, овальным, в виде прямоугольника, многоугольника, в виде звезды и пр. Форма штырей и зубьев также может быть различной. Штыри и зубья могут быть выполнены прямыми без утолщений и/или заострений, а могут иметь заостренный наконечник, наконечник грибовидной формы и прочие виды более сложной формы, подбираемые в соответствии с назначением инструмента. Звенья цепи 3 и/или пригруз 7 могут иметь высокопрочное покрытие, защищающее их от абразивного износа. Могут они иметь и сменное покрытие 9 из резины, которое является более дешевым вариантом защиты от износа. Стержень 1 может быть выполнен, по меньшей мере, из двух ветвей 10, а цепь 3 или петля, образованная цепью 3, закреплена так, что располагается между ветвями 10 стержня 1. Это позволяет избежать излишнего отклонения цепи от оси стержня 1.
Уплотнительно-подбивочный агрегат работает следующим образом.
Заявляемый агрегат, установленный в машине для уплотнения балласта, размещают так, что виброинструменты агрегата располагаются в межшпальном пространстве рельсового пути и производят принудительное опускание несущей конструкции 5 агрегата с виброинструментами. При этом стержни 1 виброинструментов, заглубляясь в балласт, передают на него колебания в горизонтальной и вертикальной плоскостях и вертикальное силовое воздействие. Причем в зависимости от того, какой длины цепи 3 (или петли из цепей 3) закреплены на деталях агрегата (т.е. располагаются они над лопаткой 2 или провисают ниже нижней грани лопатки 2) на балласт может начать воздействие либо лопатка 2 (колебания имеют в основном горизонтальную направленность), либо цепь 3 своими нижними звеньями или пригрузом 7 и его выступами 8 (колебания и силовое воздействие имеют в основном вертикальную направленность), либо одновременно лопатка 2 и цепи 3. При этом лопатка 2 внедряется в слой балласта, а цепи 3 остаются на поверхности балласта. Из-за того что стержень 1 инструмента взаимодействует с вибромеханизмом, лопатка 2 и цепи 3 передают балласту виброколебания, приводя его в псевдоожиженное состояние, и обеспечивают виброперемещение балласта под шпалы и в межшпальную зону балластной призмы. После достижения требуемой степени уплотнения балласта стержень 1 инструмента извлекают из балласта, сохраняя, в зависимости от необходимости, более длительное воздействие на балласт либо лопатки 2, либо цепей 3.
Из сказанного очевидно, что за счет повышения интенсивности воздействия на балласт обеспечивается улучшение качества уплотнения балласта. При этом обеспечивается и повышение долговечности агрегата.