НИЗКОУРОВНЕВЫЙ ТОКАРНЫЙ СТАНОК ПОДВИЖНОГО БАЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ
LOW LEVEL MOBILE LATHE FOR WHEELSET RECOVERY

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автоматическим или полуавтоматическим токарным станкам для обработки колес без снятия с рельсовых транспортных средств.
Известен низкоуровневый токарный станок подвижного базирования для восстановления колесной пары, содержащий первое средство токарно - механической обработки ТМО, состоящее из верхнего суппорта - монтажного столика продольного перемещения, несущего резцедержатель с резцом, закрепленным с возможностью взаимодействия с одним обрабатываемым колесом колесной пары, при этом верхний суппорт установлен посредством кареток шарико-винтовой передачи ШВП на продольных направляющих, закрепленных на нижнем суппорте, который подвижно установлен на поперечных направляющих,  закрепленных на опорной балке станка с возможностью перемещения посредством кареток ШВП всего первого средства ТМО вдоль оси Х балки; блок числового программного управления ЧПУ, включающий в себя центральный контроллер управления, со связанными с ним: блоком параметров исходного профиля; средой программирования; блоком удаленного доступа и сервисной диагностики с возможностью выхода в глобальную сеть Internet для получения и передачи данных, и операторской панелью выбора типа профиля, соединенной с центральным контроллером управления, при этом первое средство ТМО связано с блоком управления сервоприводами верхнего суппорта продольного перемещения вдоль оси Y прямой подачи и  нижнего суппорта  поперечного перемещения вдоль оси X – боковой подачи, причем сервоприводы обоих суппортов  выполнены с возможностью управления блоком ЧПУ, который связан с блоком записи и электронного преобразования исходного профиля поверхности катания, при этом сервопривод продольного перемещения верхнего суппорта вдоль оси Y прямой подачи и сервопривод поперечного перемещения нижнего суппорта  вдоль оси X – боковой подачи соединены с вращающимися винтами ШВП, а опорная балка имеет средство крепления к рельсам, при этом станок оборудован механизмом  подъема и средством вращения колесной пары (патент RU2709910, МПК B23B 5/32 (2006.01), Опубликовано: 23.12.2019 Бюл.№36).
Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.
К недостаткам конструкции следует отнести длительное время на обточку колесной пары вследствие смещения точки контакта резца с колесом после каждого прохода резца, так как меняется угол приложения резца и уменьшается диаметр колеса и необходимость демонтажа рычажных тяг подвижного состава при обточке колес.
Технический результат от использования изобретения - сокращение общего времени на обточку колесной пары путем ориентации направления резания на центр вращения колеса без демонтажа рычажных тяг подвижного состава.
Этот результат достигается за счет сохранения точки контакта после каждого прохода резца и направления резания на центр вращения колеса и отсутствия необходимости демонтажа рычажных тяг подвижного состава и повышение стойкости инструмента за счет консольного расположения резцов.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Низкоуровневый токарный станок подвижного базирования для восстановления колесной пары содержит первое средство токарно - механической обработки ТМО, состоящее из верхнего суппорта - монтажного столика продольного перемещения, несущего резцедержатель с резцом, закрепленным с возможностью взаимодействия с одним обрабатываемым колесом колесной пары, при этом верхний суппорт установлен посредством кареток шарико-винтовой передачи ШВП на продольных направляющих, закрепленных на нижнем суппорте, который подвижно установлен на поперечных направляющих,  закрепленных на опорной балке станка с возможностью перемещения посредством кареток ШВП всего первого средства ТМО вдоль оси Х балки; блок числового программного управления ЧПУ, включающий в себя центральный контроллер управления, со связанными с ним: блоком параметров исходного профиля; средой программирования; блоком удаленного доступа и сервисной диагностики с возможностью выхода в глобальную сеть Internet для получения и передачи данных, и операторской панелью выбора типа профиля, соединенной с центральным контроллером управления, при этом первое средство ТМО связано с блоком управления сервоприводами верхнего суппорта продольного перемещения вдоль оси Y прямой подачи и нижнего суппорта поперечного перемещения вдоль оси X – боковой подачи, причем сервоприводы обоих суппортов  выполнены с возможностью управления блоком ЧПУ, который связан с блоком записи и электронного преобразования исходного профиля поверхности катания, при этом сервопривод продольного перемещения верхнего суппорта вдоль оси Y прямой подачи и сервопривод поперечного перемещения нижнего суппорта  вдоль оси X – боковой подачи соединены с вращающимися винтами ШВП, а опорная балка имеет средство крепления к рельсам, при этом станок оборудован механизмом  подъема и средством вращения колесной пары. Станок снабжен вторым дополнительным средством ТМО, представляющим собой зеркально отраженную конструкцию первого средства ТМО относительно вертикальной плоскости поперечного сечения оси колесной пары. Второе дополнительное средство ТМО состоит из верхнего суппорта -монтажного столика продольного перемещения, несущего резцедержатель с резцом для обработки другого колеса колесной пары. Верхний суппорт установлен посредством кареток ШВП на продольных направляющих, закрепленных на нижнем суппорте, который подвижно установлен на поперечных направляющих, закрепленных на опорной балке станка с возможностью перемещения посредством кареток ШВП всего второго дополнительного средства ТМО вдоль оси Х балки. Опорная балка состоит из ложемента, несущего на обоих концах зеркально отраженные средства ТМО с монтажными столиками и разъёмно соединённого посредством двух разнесённых С-образных кронштейнов с траверсой, на концах которой и опорной балки выполнены нивелирующие консольные захваты. Нижняя поверхность сопряжения последних с рельсами расположена в одной плоскости и снабжена горизонтальными и вертикальными винтовыми нивелирами с возможностью обеспечения пониженного уровня расположения резцов относительно колесной пары с возможностью ориентации их продольных осей при перемещении по оси Y в направлении на центры С вращения обрабатываемых колёс. Указанные резцы разнесены на расстояния не менее 10см за наружные стороны от края каждого монтажного столика и съемно закреплены в консольном расположении на них вдоль оси ложемента. Центральная часть ложемента размещена на поворотном вилочном кронштейне опорной стойки, которая, установлена в технологической смотровой канаве на четырехколесной тележке на двух продольных дорожках,
одна из которых – плоская полоса сопряжена с цилиндрической рабочей поверхностью колес одного борта. Другая полоса имеет в сечении форму треугольника, продольным ребро которой полоса сопряжена с соответствующего профиля рабочей поверхностью колес другого борта. Указанная опорная стойка выполнена телескопической со встроенным гидроцилиндром. ЧПУ соединено проводной связью со средством контроля, выполненным в виде двух роликовых тахометров, установленных на каждом колесе с возможностью фиксации оборотов и крутильных колебаний колесной пары при обеспечении подпружиненного контакта с поверхностью катания колес посредством регулируемых кронштейнов смонтированных с двух концов поперечной распорки, прикрепленной к прилежащим рельсам. На концах опорной плиты с возможностью регулировки в отношении ее продольной оси установлены на регулируемых кронштейнах ограничительные ролики, сопряженные с наружной поверхностью торца бандажа колес пары с возможностью выбора зазоров в  подшипниках обоих буксовых узлов во время точения. ЧПУ выполнено с возможностью независимого управления каждым средством ТМО посредством единого контроллера. Механизм подъема выполнен в виде двух домкратов, установленных под обеими буксовыми опорами колесной пары. Станок может быть снабжен средством корректировки его положения, выполненным в виде профильной трубы, закрепленной на станке с установочными винтами для точной выверки и контроля расчетного расстояния от станка до колесной пары.
Устройство иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлена объединённая блок - схема управления низкоуровневым токарным станком подвижного базирования; на фиг.2 общий вид станка в технологической смотровой канаве, частичный поперечный разрез; на фиг.3 – ложемент со средствам ТМО, вид спереди; на фиг.4 – опорная балка с ограничительными роликами, вид сверху; на фиг.5 - низкоуровневый токарный станок, вид сбоку; на фиг.6 – крепление правой части олорной балки к рельсу, вид на монтажную площадку с каретками, опорная балка с ложементом, вид слева; на фиг.7 – крепление левой части опорной балки к рельсу; на фиг.8 – первое (левое) средство ТМО, продольный разрез; на фиг.9 – узел крепления ограничительного ролика и тахометра на правом колесе, изометрия; на фиг.10 – размещение тахометров на рельсовых путях; на фиг.11 – установка опорной балки и траверсы на опорной стойке; на фиг.12 – левый суппорт с сервоприводом; на фиг.13 – траверса и опорная балка с нивелирующими консольными захватами.
Низкоуровневый токарный станок подвижного базирования для восстановления колесной пары содержит первое средство 1 токарно -  механической обработки ТМО (фиг.1), состоящее из верхнего суппорта - монтажного столика 2 продольного перемещения, несущего резцедержатель 3 с резцом 4, закрепленным с возможностью взаимодействия с одним колесом 5 обрабатываемой колесной пары (фиг.2).
Верхний суппорт 2 установлен посредством кареток 6 шарико-винтовой передачи ШВП  на продольных направляющих 7, закрепленных на нижнем суппорте 8, который подвижно установлен на поперечных направляющих 9,  закрепленных на опорной балке 10 станка с возможностью перемещения посредством кареток 6 ШВП  всего средства 1 ТМО вдоль оси Х балки.
Блок числового программного управления ЧПУ 11, включает в себя центральный контроллер управления 12, со связанными с ним: блоком параметров исходного профиля 13, средой программирования 14, блоком удаленного доступа и сервисной диагностики 15 с возможностью выхода в глобальную сеть Internet 16 для получения и передачи данных.
Операторская панель выбора типа профиля 17, соединена с центральным контроллером управления 12.
Первое средство 1 ТМО, связано с блоком управления сервоприводом 18 верхнего суппорта 2 продольного перемещения вдоль оси Y прямой подачи и сервоприводом 19 нижнего суппорта 8 поперечного перемещения вдоль оси X – боковой подачи.  Сервоприводы 19 и 20 обоих суппортов 2 и 7 выполнены с возможностью управления блоком ЧПУ 11, который связан с блоком записи и электронного преобразования исходного профиля поверхности катания 21.
Сервопривод продольного перемещения 19 верхнего суппорта вдоль оси Y прямой подачи и сервопривод 20 поперечного перемещения нижнего суппорта 7 вдоль оси X – боковой подачи соединены с вращающимися винтами ШВП 22 и 23 и гайками 24 привода перемещения кареток 6 ШВП.
Опорная балка 10 имеет средство крепления к рельсам 25.
Станок оборудован механизмом подъема 26 и средством вращения 27 колесной пары, которым может быть тяговый электродвигатель.
Станок снабжен вторым дополнительным средством 28 ТМО, представляющим собой зеркально отраженную конструкцию первого средства 1 ТМО относительно вертикальной плоскости поперечного сечения оси 29 колёсной пары.
Второе дополнительное средство 28 ТМО состоит из верхнего суппорта -  монтажного столика 30 продольного перемещения, несущего резцедержатель 31 с резцом 32 для обработки другого колеса 33 колесной пары.
Верхний суппорт 30 установлен посредством кареток 34 ШВП на продольных направляющих 35, закрепленных на нижнем суппорте 36, который подвижно установлен на поперечных направляющих 37, закрепленных на опорной балке 10 станка с возможностью перемещения посредством кареток 34 ШВП всего средства 28 ТМО вдоль оси Х балки.
Сервоприводы 19 и 20 обоих суппортов 30 и 36 выполнены с возможностью управления блоком ЧПУ 11, который связан с блоком записи и электронного преобразования исходного профиля поверхности катания 21.
Сервопривод продольного перемещения 19 верхнего суппорта 30 вдоль оси Y прямой подачи и сервопривод 20 поперечного перемещения нижнего суппорта 36 вдоль оси X – боковой подачи соединены с вращающимися винтами 22 и 23 и гайками 24 ШВП перемещения кареток 34 ШВП.
Опорная балка 10 состоит из ложемента 38, несущего на обоих концах зеркально отраженные средства 1 и 28 ТМО с монтажными столиками 2 и 30 и разъёмно соединённого посредством двух разнесённых С-образных кронштейнов 39 с траверсой 40, на концах которой и опорной балки 10 выполнены нивелирующие консольные захваты 41.
Нижняя поверхность N сопряжения последних с рельсами 25 расположена в одной плоскости и снабжена горизонтальными 42 и вертикальными 43 винтовыми нивелирами с возможностью обеспечения пониженного уровня расположения резцов 4 и 32 относительно колесной пары с возможностью ориентации их продольных осей и их стабильного перемещения по оси Y в направлении на центры вращения С обрабатываемых колёс 5 и 33.
Указанные резцы 4 и 32 разнесены на расстояния не менее 10см за наружные стороны от края каждого монтажного столика 2 и 30 и съемно закреплены в консольном расположении на них вдоль оси ложемента 38.
Центральная часть ложемента 38 размещена на поворотном вилочном кронштейне 44 опорной стойки 45, которая, установлена в технологической смотровой канаве 46 на четырехколесной тележке 47 на двух продольных дорожках, одна из которых – плоская полоса 48 сопряжена с цилиндрической рабочей поверхностью колес 49 одного борта, а другая полоса 50 имеет в сечении форму треугольника, продольным ребром которой полоса 50 сопряжена с соответствующего профиля рабочей поверхностью колес 51 другого борта тележки 47.
Указанная опорная стойка 45 выполнена телескопической со встроенным гидроцилиндром 52.
ЧПУ 11 соединено проводной связью со средством контроля, выполненным в виде двух роликовых тахометров 53, установленных на каждом колесе 5 и 33 с возможностью фиксации оборотов и крутильных колебаний колесной пары при обеспечении подпружиненного контакта с поверхностью катания колес 5 и 33 посредством, регулируемых кронштейнов 54 смонтированных с двух концов поперечной распорки 55, прикрепленной к прилежащим рельсам 25,
На концах опорной балки 10 с возможностью регулировки в отношении ее продольной оси установлены на регулируемых кронштейнах 56 ограничительные ролики 57, сопряженные с наружной поверхностью торца бандажа колес 5 и 33 пары с возможностью выбора зазоров в  подшипниках обоих буксовых узлов 58 во время точения.
ЧПУ 11 выполнено с возможностью независимого управления каждым средством 1 и 28 ТМО единым контроллером (не показано).
При этом ЧПУ 11 снабжено блоком считывания записи 59 и средством удаленного контроля и управления 60.
Механизм подъема 26 выполнен в виде двух домкратов, установленных под обеими буксовыми опорами 58 колесной пары.
Станок может быть снабжен средством корректировки его положения, выполненным в виде профильной трубы (не показано), закрепленной на станке с установочными винтами для точной выверки и контроля расчетного расстояния от станка до колесной пары.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения.
Т.е, совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом патент, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведённые в формуле изобретения позволяют получить новый технический результат, т.е. являются существенными.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе RU2709910,  ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.
Т.е, заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат: сокращение общего времени на обточку колесной пары путем ориентации направления резания на центр вращения колеса без демонтажа   рычажных   тяг   подвижного   состава.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путём творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е, имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
В начале работ по обточке оператор производит измерения геометрических параметров колесных пар, полученные в блоке записи исходного профиля 21.
Данные измерения далее загружаются в центральный контроллер управления 12.
Оператор на панели выбирает тот тип профиля колеса 13, который необходимо получить по окончании обточки.
Далее оператор вывешивает обтачиваемую колесную пару при помощи гидравлического подъёмного механизма (домкратов) 26 и приводит во вращение колесную пару приводом 27.
Центральный контроллер управления 12 в автоматическом режиме производит анализ и сравнение измеренного реального профиля с выбранным оператором на операторской панели 17 и производит расчет толщины припусков снимаемого металла в различных зонах профиля 13 поверхности колес 5 и 33.
Тем самым реализуется система адаптивной обработки профиля 13 колес 5 и 33 в зависимости от реального профиля, что дает эффект экономии времени на один проход и значительно экономит общее время на обточку.
Сборка станка осуществляется следующим образом:
- собирается опорная стойка 45 станка;
- на тележке 47 установлены плоские колесами 49 с одной стороны и колеса 51 с профильной опорной поверхностью с другой стороны тележки, на которые устанавливается телескопическая стойка 45 со встроенным гидроцилиндром 52. На стойку 45 опирается поворотный ложемент 38 с возможностью перемещения станка вдоль всей смотровой канавы 46, подъезжая к нужной колесной паре без необходимости маневрирования подвижным составом;
- на ложемент 38 опорной балки 10 устанавливают по концам зеркально отраженные средства ТМО 1 и 28;
- для колес 49 и 51 тележки 47 в технологической канаве 46 укрепляют продольные дорожки, одна из которых плоская 48, а вторая 50 является направляющей и имеет профиль, соответствующий сопряженному профилю колес 51 тележки, что дает возможность прямолинейно перемещать станок вдоль смотровой канавы 46 без смещений;
- опорную балку 10 станка с предварительно установленными суппортами с приводами закрепляют на ложементе 38 и поворачивают на опорной стойке 45  вдоль оси тележки 47 для того, чтобы ее можно было перемещать по смотровой канаве 46 под колесными парами.
Затем установленный станок перемещают к обрабатываемой колесной паре, которая предварительно поднята на домкратах 26, причём каждый домкрат26  устанавливают на буксовой опоре 58.
Станок размещают с выбранной стороны колесной пары и закрепляют нивелирующими консольными захватами 41 на концах траверсы 40 и опорной балки 10 на рельсах 25 сопрягая с нижними поверхностями N консолей опорной балки 10 и траверсы 40 с рельсами 25.
Нижняя поверхность N сопряжения последних с рельсами 25 расположена в одной плоскости и снабжена горизонтальными 42 и вертикальными 43 винтовыми нивелирами с возможностью обеспечения пониженного уровня расположения резцов 4 и 32 относительно колесной пары с возможностью ориентации их продольных осей и их стабильного перемещения по оси Y в направлении на центры вращения С обрабатываемых колёс 5 и 33.
Для выбора зазоров в подшипниках колесной пары с противоположной стороны закрепляют на рельсах 25 роликовые ограничители 57.
Устанавливают тахометры 53, ролики которых упирают в дорожку катания колес 5 и 33, что позволяет фиксировать обороты и крутильные колебания колесной пары для обеспечения качества обработки независимо от их изменения процессе обработки.
Тахометры 53 служит для считывания количества оборотов за определенное время и последующего математического расчета диаметра колеса 5 и 33 по кругу катания. Это позволяет фиксировать обороты и крутильные колебания колесной пары для обеспечения качества обработки независимо от их изменения процессе обработки, и обеспечить необходимую разность между диаметрами по кругу катания левого 5 и правого 33 колес колесной пары после обточки.
Работа станка осуществляется следующим образом:
После перемещения станка к нужной колесной паре для проведения последующий обточки станок приподнимается на гидравлических домкратах 26 выше уровня головки рельса 25, обращается средствами ТМО 2 и 28 на колесо и опускается на рельс 25.
Далее станок пододвигается на нужное расстояние к колесной паре.
Для точной выверки и контроля необходимо расстояния от станка к колесной паре может использоваться специальный шаблон в виде профильной трубы и закрепленных на ней двух болтов (не показано). Данная профильная труба устанавливается на станок и пододвигается к колесу вместе с станком, оператор отодвигает или пододвигает станок контролируя нужный зазор между шаблоном и колесом.
После выверки станок крепится четырьмя Г-образными рельсовыми зажимами 42 и 43 к нижней части головки рельса 25.
Для обеспечения перпендикулярности установки станка используется два установочных штифта 61, они должны быть уперты в рельс 25 при монтаже станка, тем самым обеспечивая перпендикулярность установки станка относительно рельса 25.
Система управления ЧПУ 11 передает управляющие и диагностические сигналы на средство вращения 27 колесной пары и начинается профилирование одного или двух одновременно колес 5 и 33.
В процессе обточки система управления в автоматическом режиме управляет процессом обточки, происходит анализ нагрузки на ось X и ось Y и в случае превышения заданного значения, станок изменит скорость подачи самостоятельно, процесс идет в непрерывном режиме мониторинга технического состояния оборудования, а также осуществляется обмен данным с операторской панелью 17 и мобильными устройствами вывода информации 59, 60.
Посредством валов 22 и 23 сервоприводов 19 и 20 ходовые гайки 24 на винтах ШВП приводят в линейное перемещение монтажные столики 2 и 30 на соответствующих каретках 6 и 34.
Благодаря консольному расположению резцов 4 и 32, отсутствует необходимость в демонтаже рычажных тяг подвижного состава, что сокращает общее время на обточку одной колесной пары.
За счет этого расположения резцов 4 и 32 также сохраняется перемещение по оси Y в направлении к центру обрабатываемых колес (то есть к центру оси вращения). Это позволяет соблюдать обязательные правила токарной обработка – обточка в ось вращения и тем самым точение осуществляется не направлении перемещения по оси Y параллельно рельсу, как у аналогов когда с каждым проходом (смещением по Y) в системе ЧПУ 1 задают не реальную глубину резания, а вынуждены ее вычислять, накладывая проекции.
Кроме того, у аналогов с каждым проходом точка контакта резца и колеса изменяется, так как меняется угол и уменьшается диаметр колеса. В изобретении эта точка контакта резца 4 и 32 и колеса 5 и 33 сохраняется, так как смещение по оси Y осуществляется в центр вращения колеса и не зависит от уменьшающегося между проходами диаметра. Это благоприятно сказывается на режимах резания и на стойкость инструмента.
Использование изобретения позволяет повысить качество и эффективность профилирования поверхности катания за счет сокращения общего времени на обточку колесной пары путем ориентации направления резания на центр вращения колеса без демонтажа рычажных тяг подвижного состава. Это достигается за счет сохранения точки контакта после каждого прохода резца, направления резания на центр вращения колеса и отсутствия необходимости демонтажа рычажных тяг подвижного состава, а также повысить стойкость инструмента за счет консольного расположения резцов.