Машина и способ для стабилизации рельсового пути

Группа изобретений относится к области обслуживания балластного основания железнодорожного пути, в частности к машинам для стабилизации пути и способам их использования. Машина содержит раму с рельсовыми ходовыми механизмами и стабилизационный агрегат с возможностью перестановки по высоте. Агрегат содержит генератор вибраций с вращающимися массами дисбалансов и подъемный привод. Основная и вспомогательная массы дисбалансов при одинаковой скорости вращения создают различные центробежные силы в зависимости от направления вращения. Массы соединены таким образом, что при вращении в одном направлении они имеют первую фазу смещения, а в другую сторону – вторую фазу смещения. При стабилизации пути опускают стабилизационный агрегат на рельсовый путь и приводят его в действие с изменяемым направлением вращения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

[01] Настоящее изобретение касается машины для стабилизации рельсового пути, которая содержит машинную раму, опирающуюся на рельсовые ходовые механизмы, и стабилизационный агрегат, выполненный с возможностью перестановки по высоте и перемещающийся с помощью агрегатных роликов по рельсам рельсового пути, который включает в себя генератор вибраций с вращающимися массами дисбалансов для получения ударной силы, воздействующей динамически в плоскости рельсового пути в перпендикулярном направлении относительного продольного направления рельсового пути, а также подъемный привод для создания воздействующей на рельсовый путь нагрузки. Изобретение касается также способа эксплуатации такой машины.

Уровень техники

[02] К признанным в настоящее время мерам по ремонту железнодорожного полотна относится уплотнение щебеночной постели с помощью динамических стабилизаторов рельсового пути после проведения подбивочных работ. С помощью такого метода повышается не только сопротивление железнодорожной решетки в поперечном направлении, но также достигается и высокое качество щебеночной постели на продолжительный период времени.

[03] На действие уплотнения влияют при этом многие параметры, среди которых такие как частота уплотнения, амплитуда вибрации, вертикальная нагрузка и динамическая ударная сила. Частота ограничивается состоянием материала щебня в диапазоне, примерно, 32-38 Hz. В этом диапазоне показывает щебеночная постель оптимальное состояние.

[04] Машины для стабилизации рельсового пути уже давно известны из уровня техники. В случае так называемого динамического стабилизатора рельсового пути опускаются расположенные между двумя рельсовыми ходовыми механизмами стабилизационные агрегаты благодаря перестановке по высоте на стабилизируемый рельсовый путь и нагружаются вертикальной нагрузкой. Через агрегатные ролики и прилегающие к внешним кромкам головки рельса захватывающие ролики передаются при непрерывном движении поперечные вибрации стабилизационных агрегатов на рельсовый путь.

[05] Подобная машина известна, например, из публикации WO 2008/009314 А1. При этом включает в себя стабилизационный агрегат переставляемые массы дисбалансов, чтобы быстро уменьшить ударную силу до определенной величины или свести ее до нуля (например, в случае жестких конструкций, как мосты или туннели) и сразу же после достижения стабилизируемого участка рельсового пути поднять ее до первоначального значения.

[06] Поскольку частота может варьироваться только внутри ограниченного диапазона, то переходят к тому, чтобы варьировать ударную силу путем изменения положения эксцентриковых масс. Недостаток в данном случае заключается в конструкции подвижных элементов, которая в своем применении является очень громоздкой и комплексной. Это обусловливает также соответствующие финансовые затраты на обслуживание и ремонт.

Краткое описание изобретения

[07] В основе изобретения лежит задача - улучшить машину указанного типа путем более простой и надежной конструкции стабилизационного агрегата и добиться значительного улучшения экономичности в его работе с учетом затрат на ремонтные работы по сравнению с известным уровнем техники. При этом должен быть также предложен выполняемый с помощью машины способ уплотнения щебеночной постели железнодорожного полотна.

[08] В соответствии с заявленным изобретением эти задачи решаются с помощью машины согласно пункту 1 формулы и способа согласно пункту 11 формулы. Зависимые пункты формулы описывают предпочтительные варианты выполнения изобретения.

[09] В заявленном изобретении предусматривается, что основная масса дисбаланса и вспомогательная масса дисбаланса при равномерной скорости вращения вызывают в зависимости от направления вращения различные центробежные силы, при этом обе массы дисбалансов спарены таким образом, что при вращении в одном направлении массы дисбалансов имеют относительно друг друга первое смещение фаз и что при вращении в противоположном направлении массы дисбалансов имеют относительно друг друга второе смещение фаз, отклоняющееся от первого смещения фаз. В зависимости от расположения масс дисбалансов изменяется измененное смещение фаз как по направлению вращения, так и по силе удара.

[10] Один вал вращения имеет, по меньшей мере, одну массу дисбаланса также и, по меньшей мере, одну вспомогательную массу дисбаланса, при этом основная масса дисбаланса жестко соединена с валом. Такое шпоночное соединение с валом выполнено конструктивно в форме целостной компактной конструкции.

[11] Вспомогательная масса дисбаланса расположена таким образом, что она может свободно вращаться в определенном угловом диапазоне. Этот определенный угловой диапазон устанавливается в зависимости от направления вращения привода и вызывает тем самым два возможных различных по значению смещения фаз между основной массой дисбаланса и соответствующей вспомогательной массой дисбаланса, при этом окончательные удары в соответствующем направлении вращения определяют положение основной массы дисбаланса относительно вспомогательной массы дисбаланса. В дальнейших конструктивных исполнениях обозначаются основная масса дисбаланса и относящаяся к ней вспомогательная масса дисбаланса вокруг этой же оси вращения как пара масс дисбалансов.

[12] При этом включает в себя стабилизационный агрегат в качестве основных компонентов в своем наиболее простом конструктивном исполнении вал вращения и пару масс дисбалансов, состоящую из основной массы дисбаланса и вспомогательной массы дисбаланса.

[13] При этом оказывается предпочтительным, если захват вспомогательных масс дисбалансов выполняется как жесткое соединение с основными массами дисбалансов, тем самым с помощью, так называемых пассивных захватов. При этом оказывается конструктивно возможным выполнять эти захваты конструктивно как самостоятельные конструктивные элементы, но может также с помощью соответствующей конструктивной формы основных масс дисбалансов осуществляться интеграция функций захвата в одном конструктивном исполнении. Благодаря такому специальному конструктивному исполнению или же геометрическому расположению захватов получается заранее определенный угловой диапазон, в котором возможно свободное вращение вспомогательных масс дисбалансов между конечными ударами.

[14] В другом наиболее предпочтительном варианте конструктивного исполнения включает в себя стабилизационный агрегат два вала вращения, вращающихся в противоположном направлении и спаренных друг с другом с помощью зубчатых колес, и по паре масс дисбалансов, расположенной на каждом валу. В данном случае возникает в зависимости от ориентации и положения фаз пары масс дисбалансов относительно друг друга и тем самым отдельных центробежных сил и их различных направлений действия сложение или вычитание дополнительных векторов сил в корпусе машины. При этом обычно предусматривается, что все компоненты центробежных сил вычитаются в вертикальном направлении, тем самым происходит подъем, в то время как компоненты центробежных сил в горизонтальном направлении складываются, тем самым в горизонтальном направлении достигается результирующая максимально возможная общая сила удара. В результате получаются, по меньшей мере, две различные по своему значению силы удара, чтобы иметь возможность целенаправленно изменять воздействующую на рельсовый путь силу удара.

[15] При этом оказывается предпочтительным, если соответствующая масса дисбаланса располагается на стабилизационном агрегате с осью вращения, направленной вдоль продольного направления рельсового пути. Это направление особенно пригодно для применения в стабилизационном агрегате, так как результирующая ударная сила воздействует на стабилизируемый рельсовый путь перпендикулярно к продольному направлению рельсового пути. Таким образом, передается оптимальное количество энергии на рельсовый путь.

[16] Также может оказаться предпочтительным, когда один вал вращения имеет две пары масс дисбалансов, при этом пара масс дисбалансов включает в себя по одной основной массе дисбаланса, а также одну вспомогательную массу дисбаланса вокруг одной и той же оси вращения. В зависимости от требований к общей ударной силе, или же к ее значению могут на одном валу вращения располагаться серийно несколько пар масс дисбалансов.

[17] Работа двух стабилизационных агрегатов на машине может или спариваться с помощью общего привода или возможна работа каждого стабилизационного агрегата независимо друг от друга с помощью самостоятельных приводов.

[18] Если в одном предпочтительном варианте выполнения изобретения используются на машине два приводимых независимо друг от друга стабилизационных агрегата, то можно управлять до восьми ударными силами, имеющими различные значения, математически получается 3²-1=8.

[19] В другом варианте выполнения изобретения предусматривается, что в случае приводимых независимо друг от друга стабилизационных агрегатов включаются соответствующие приводы с помощью общего устройства управления.

[20] В результате этого отдельные приводы согласуются оптимально друг с другом в своей работе и точно управляются. Благодаря синхронизации фаз не спаренных стабилизационных агрегатов может обеспечиваться работа при вибрации в одном направлении или в разных направлениях. Прежде всего, для управления указанными восьмью различными ударными усилиями представляет это особенное преимущество.

[21] В простом конструктивном исполнении приводятся спарено, по меньшей мере, два стабилизационных агрегата на одной машине, например, через коленчатый вал. В таком случае позволяет общий привод получить очень компактную конструкцию всей установки.

[22] Для привода вращающегося вала предусматривается, что приводы выполняются конструктивно как гидравлические исполнительные органы. В результате этого могут приводы встраиваться в уже существующую, гидравлическую систему.

[23] В другом варианте выполнения изобретения может оказаться предпочтительным, если соответствующие приводы будут выполнены конструктивно как электрические исполнительные органы. Именно для новых концепций машин, в которых предусматриваются современный и эффективный общий привод с питанием от аккумулятора или магистрального электропровода, такое изобретение является целесообразным.

[24] В заявленном способе эксплуатации машины предусматривается, что опускают, по меньшей мере, один стабилизационный агрегат на рельсовый путь с помощью подъемного привода и нагружают нагрузкой и что приводят пару масс дисбалансов с помощью вращающегося вала с переключаемым направлением вращения. Тем самым, обеспечивается с учетом местных особенностей стабилизация рельсового пути с изменяющейся силой удара.

[25] В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения регулируется форсирование мощности привода стабилизационного агрегата через, так называемый, мягкий запуск. При этом устанавливают заранее определенный повышающийся пробег в установленной системе управления, который позволяет выполнить целенаправленное форсирование в течение определенного периода времени, чтобы предотвратить столкновения на конечных этапах ударов масс дисбалансов.

[26] Другой вариант выполнения способа позволяет выполнить переменное регулирование силы удара в диапазоне между выбираемыми ступенями силы удара благодаря изменению числа оборотов соответствующего привода. Это обусловливает при эксплуатации машины большую гибкость и точность при стабилизации рельсового пути.

Краткое описание чертежей

[27] Заявленное изобретение поясняется ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах схематически изображено.

На Фиг. 1 изображен вид сбоку на машину для стабилизации рельсового пути

На Фиг. 2 изображены независимые стабилизационные агрегаты с собственным приводом.

На Фиг. 3 изображены спаренные агрегаты с общим приводом

На Фиг. 4 изображен детально стабилизационный агрегат в разрезе

На Фиг. 5 изображены зависимые от направления вращения перестановки дисбалансов с помощью захватов

На Фиг. 6 изображена перестановка дисбалансов путем регулирования числа оборотов в промежуточном диапазоне.

Описание вариантов выполнения изобретения

[28] На Фиг. 1 изображена в упрощенном варианте машина 1 для стабилизации рельсового пути 3, расположенного на щебне 2, которая включает в себя машинную раму 6, опирающуюся с помощью рельсовых ходовых механизмов 4 на рельсы 5. Между расположенными на концах рельсовыми ходовыми механизмами 4 расположены друг за другом два стабилизационных агрегата 7 в продольном направлении 8 рельсового пути. Они соединены с машинной рамой 6 и выполнены с возможностью перестановки по высоте с помощью подъемного привода 9.

[29] Измерительная система 27 для регистрации геометрии рельсового пути установлена на машинной раме 6. Устройство управления 26 предназначено для обработки данных, получаемых от измерительной системы 27, а также для определения установочных параметров для работы и управления стабилизационными агрегатами 7 подъемными приводами 9 и приводом 13.

[30] Конструктивное исполнение, изображенное на Фиг. 1, образует независимые, не спаренные стабилизационные агрегаты 7 с собственными приводами 13. На последующих фигурах (Фиг. 2 и Фиг. 3) изображены возможные варианты конструктивного исполнения со спаренными, так и с не спаренными стабилизационными агрегатами 7.

[31] На Фиг. 2 изображены независимые стабилизационные агрегаты с собственным приводом. С помощью агрегатных роликов 10 может каждый стабилизационный агрегат 7 плотно зацепляться с рельсовым путем 3, чтобы передавать ему вибрации с необходимой частотой. Агрегатные ролики 10 включают в себя для каждого рельса 5 два ребордных ролика, которые перекатываются по внутренней кромке рельса 5, и захватывающий ролик, который во время работы прижимается снаружи с помощью захватывающего механизма 11 к рельсу 5. С помощью подъемного привода 9 рельсовый путь 3 нагружается вертикальной статической нагрузкой.

[32] Приводы 13 стабилизационного агрегата 7 подсоединены к общему источнику питания 25. В случае электрических приводов 13 таковым является, например, блок мотор-генератор с питанием от электрического накопителя. Также и магистральный электропровод может использоваться для питания электрических приводов 13, если машина 1 имеет токосниматель и соответствующий преобразователь. Если применяются гидравлические приводы 13, то источник питания 25 интегрируется в гидравлическую систему машины 1.

[33] Альтернативный вариант конструктивного исполнения показан на Фиг. 3 со спаренными стабилизационными агрегатами и общим приводом. Основная конструкция стабилизационных агрегатов 7 является идентичной конструктивному исполнению, показанному на Фиг. 2, разница в данном случае заключается в спаривании установки в продольном направлении 8 рельсового пути и в выполнении приводов 13. С помощью соединительного вала 15 соединяются стабилизационные агрегаты 7 вместе, готовыми к работе. Привод 13 и соединительный вал 14 выполнены конструктивно просто.

[34] На Фиг. 4 показан детально один из стабилизационных агрегатов 7 в разрезе. Внутри корпуса 16 установлен возбудитель вибраций 21, который имеет массы дисбалансов, расположенные на двух осях вращения 21 соответственно с использованием вала вращения 18. При этом образуют основная масса дисбаланса 19 и вспомогательная масса дисбаланса 20 пару масс дисбалансов. Каждый вал вращения 18 располагается по обеим сторонам корпуса 16 с возможностью вращения в подшипниках 22.

[35] Спаривание масс дисбалансов 19, 20 осуществляется с помощью, так называемых, захватов 24, которые в данном случае выполнены как самостоятельные элементы. Они расположены непосредственно на основной массе дисбаланса 19 и на вспомогательной массе дисбаланса 20 одинаково закрытыми.

[36] Вращающиеся в противоположных направлениях валы вращения 18 соединены между собой механически с помощью зубчатых колес 23, при этом передача усилия на вал вращения 18 выполняется жестко с помощью шпоночного соединения.

[37] С помощью подшипников скольжения расположены на валу вращения 18 вспомогательные массы дисбалансов 20, выполненные конструктивно с возможностью свободного вращения, основные массы дисбалансов 19 жестко соединены с валом вращения 18 с помощью шпоночного соединения.

[38] Изображенная на Фиг. 4 конструкция показывает по две расположенные коаксиально на валах вращения 18 пары масс дисбалансов, то есть по паре основных масс дисбалансов 19 соответственно с двумя вспомогательными массами дисбалансов 20. В качестве простого решения технической задачи возможна конструкция только с одним валом вращения 18 и только с одной расположенной на нем парой масс дисбалансов.

[39] На Фиг. 5 показано схематически регулирование дисбалансов в зависимости от направления вращения с помощью захвата 24. При этом показывают изображения А, В, С, D, Е, F, G, Н угловые положения 0°, 90°, 180° и 270° соответственно для обоих направлений вращения, при этом каждое изображение составляется из верхнего и нижнего вала вращения 18. Указанное направление вращения относится всегда к верхнему валу вращения 18, нижний вал вращения 18 вращается благодаря механическому сцеплению в противоположном направлении.

[40] Изображения от А до D показывают работу с вращением направо (направление вращения по часовой стрелке), в то время как изображения от Е до Н показывают работу с вращением налево (направление вращения против часовой стрелки).

[41] Конструкция на изображении А (угловое положение 0°) включает в себя верхний вал вращения 18, вращающийся направо, с расположенной на нем парой масс дисбалансов. Основная масса дисбалансов 19 с относящимися к ней захватами 24 (заштрихованы тонко) создает центробежную силу F1 отточки вращения в вертикальном направлении, вспомогательная масса дисбалансов 20 с относящимися к ней захватами 24 (заштрихованы полностью) создает аналогично центробежную силу F3, направленную от точки вращения в вертикальном направлении. Суммарное значение обеих сил F1 и F3 создает общую центробежную силу F_ges1. На нижнем валу вращения 18 (вращение налево) воздействует общая центробежная сила F_ges1 как суммарное значение сил F2 и F4 с таким же значением в противоположном направлении вращения, действие сил прекращается, тем самым уменьшая воздействие на общий стабилизационный агрегат 7, в вертикальном направлении не действует никакая сила.

[42] В изображении В (угловое положение 90°) воздействует общая центробежная сила F_ges1 отточки вращения в горизонтальном направлении. Такое же положение с силами создается на нижнем валу вращения 18 (вращение налево), в данном случае воздействует общая центробежная сила F_ges1 как суммарное значение сил F2 и F4 с одинаковым значением в том же направлении, силы складываются и получается максимально возможная ударная сила 2*F_ges1 на рельсовый путь 3 в горизонтальном направлении.

[43] Аналогично изображениям А и В ведут себя результирующие силы на изображениях С (угловое положение 180°) и D (угловое положение 270°), в данном случае происходит аналогично прекращение (С) воздействия общих центробежных сил F_gesl и удвоение (D) этих сил.

[44] Конструкция на изображении Е (угловое положение 0°) показывает затем вал вращения 18 с вращением налево с расположенной на нем парой масс дисбалансов. Путем изменения направления вращения получают другое угловое положение обоих масс дисбалансов 19, 20 относительно друг друга. Основная масса дисбаланса 19 с относящимися к ней захватами 24 (тонкая штриховка) вызывает центробежную силу F1 от точки вращения в вертикальном направлении наверх, вспомогательная масса дисбаланса 20 с относящимися к ним захватами 24 (полная штриховка) создает центробежную силу F3 отточки вращения в вертикальном направлении вниз. Суммарное значение обеих центробежных сил F1 и F3 получается как общая суммарная центробежная сила F_ges2. На нижнем валу вращения 18 (направление вращения налево) воздействует общая центробежная сила F_ges2 как суммарное значение с обшей величиной в противоположном направлении, действие сил прекращается тем самым при уменьшении воздействия на общий стабилизационный агрегат 7, тем самым не действует никакой силы в вертикальном направлении.

[45] В изображении F (угловое положение 90°) воздействует общая центробежная сила F_ges2 отточки вращения в горизонтальном направлении. Такая же ситуация существует на нижнем валу вращения 18 (вращение налево), в данном случае воздействует общая центробежная сила F_ges2 как суммарное значение сил F2 и F4 с одинаковым значением в том же направлении, усилия складываются и получается минимально возможная ударная сила 2*F_ges2, воздействующая на рельсовый путь 3 в горизонтальном направлении.

[46] Аналогично изображениям Е и F ведут себя результирующие силы в изображениях G (угловое положение 180°) и Н (угловое положение 270°), в данном случае аналогично речь идет о прекращении воздействия (G) и удвоения воздействия (Н) общих центробежных сил F_ges2.

[47] На Фиг. 6 показано на примере диаграммы, как может регулироваться ударная сила путем незначительного регулирования числа оборотов. Если на машине 1 используются два приводимых независимо друг от друга стабилизационных агрегата, то могут регулироваться до восьми различных ударных сил по своему значению, так что получается 3²-1=8.

[48] В диапазоне между ступенями ударной силы можно выполнять компенсацию путем изменения числа оборотов соответствующего привода 13 в пределах очень узкого диапазона частоты. При полном прохождении всех промежуточных зон (обозначенные толстые линии) ступеней ударной силы S1 - S7 возникает так называемая воронка управления частотой (пунктирные линии). На ординате обозначено ударное усилие F в %, а на абсциссе частота f в Hz.

1. Машина (1) для стабилизации рельсового пути (3), которая содержит машинную раму (6), опирающуюся на рельсовые ходовые механизмы (4), и по меньшей мере один стабилизационный агрегат (7), который выполнен с возможностью перестановки по высоте и перемещающийся с помощью агрегатных роликов (10) по рельсам (5) рельсового пути (3), который включает в себя генератор вибраций (17) с вращающимися массами дисбалансов (19, 20) для создания динамического, воздействующего в плоскости рельсового пути перпендикулярно направлению (8) рельсового пути ударной силы, а также подъемный привод (9) для создания воздействующей на рельсовый путь (3) нагрузки, отличающаяся тем, что

основная масса дисбаланса (19) и вспомогательная масса дисбаланса (20) при одинаковой скорости вращения создают в зависимости от направления вращения различные центробежные силы, при этом обе массы дисбалансов (19, 20) таким образом соединены друг с другом, что при вращении в одном направлении вращения массы дисбалансов имеют первую фазу смещения относительно друг друга и что при вращении в противоположном направления вращения массы дисбалансов имеют вторую фазу смещения относительно друг друга, отличающуюся от первой фазы смещения.

2. Машина (1) по п. 1, отличающаяся тем, что

каждые две массы дисбалансов (19, 20), зависимые от направления вращения, соединены механически друг с другом жестко с помощью конструктивных элементов, таких как захваты (24), тем самым образуют пару масс дисбалансов и в результате этого устанавливают в зависимости от направления вращения одно из двух заданных смещений фаз.

3. Машина (1) по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что

по меньшей мере два вращающихся в противоположных направлениях вала вращения (18) соединены друг с другом с помощью зубчатых колес (23).

4. Машина (1) по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что

соответствующая масса дисбаланса (19, 20) расположена с валом вращения (21) на стабилизационном агрегате (7) в продольном направлении рельсового пути.

5. Машина (1) по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что

вал вращения (18) имеет по меньшей мере две пары масс дисбалансов, при этом пара масс дисбалансов включает в себя каждая одну основную массу дисбаланса (19), а также одну вспомогательную массу дисбаланса (20) вокруг той же самой оси вращения (21).

6. Машина (1) по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что

при использовании по меньшей мере двух стабилизационных агрегатов (7) используется собственный привод (13).

7. Машина (1) по п. 6, отличающаяся тем, что

соответствующие приводы (13) управляются с помощью общего устройства управления (26).

8. Машина (1) по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что

при использовании по меньшей мере двух стабилизационных агрегатов (7) в общей конструкции отдельных стабилизационных агрегатов (7) имеется один общий привод (13).

9. Машина (1) по одному из пп. 6 или 8, отличающаяся тем, что

соответствующий привод (13) выполнен конструктивно как гидравлический исполнительный орган.

10. Машина по одному из пп. 6-8, отличающаяся тем, что

соответствующий привод (13) выполнен конструктивно как электрический исполнительный орган.

11. Способ эксплуатации машины (1) по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что

опускают соответствующий стабилизационный агрегат (7) с помощью подъемного привода (9) на рельсовый путь (3), нагружают нагрузкой и приводят соответствующий вал вращения (18) с помощью предназначенного для него привода (13) с изменяемым направлением скорости вращения.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что

регулируют форсирование приводной мощности привода (13) стабилизационного агрегата (7) с помощью так называемого мягкого запуска, при этом устанавливают заранее определенный повышающийся пробег в установленной системе управления, который позволяет достигнуть целенаправленного форсирования в пределах определенного промежутка времени.

13. Способ по одному из пп. 11 или 12, отличающийся тем, что

достигают переменного регулирования ударной силы в диапазоне между возможными ступенями ударной силы путем изменения числа оборотов соответствующего привода (13).