костылезабивщик электропневматический

Формула изобретения

Костылезабивщик электропневматический, включающий корпус с гильзой, электродвигателем и кривошипно-ползунным механизмом, ползун-поршень которого через объем воздуха связан с торцом бойка, выполненного с возможностью взаимодействия с торцом подвижного, подпружиненного относительно корпуса забойника костыля, отличающийся тем, что кривошипно-ползунный механизм выполнен дезаксиальным, с осью вращения кривошипа, скрепленного с валом электродвигателя, совпадающей с продольной осью корпуса, при этом шатун кривошипно-ползунного механизма соединен с кривошипом и ползуном-поршнем сферическими шарнирами, кроме того, торец бойка со стороны забойника выполнен выпуклым, а торец забойника - вогнутым, причем радиус вогнутости торца забойника на участке центрального телесного угла 55-60° на 2-3% больше радиуса выпуклости торца бойка, а на остальном участке этот радиус выполнен увеличивающимся к периферии забойника еще на 2-3%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механизированным путевым инструментам для забивки костылей при скреплении железнодорожных рельсов с деревянными шпалами.

Известен костылезабивщик электропневматический ЭКВК-4М, включающий корпус с гильзой и электродвигателем, с валом которого через двухступенчатую цилиндрическую зубчатую передачу связан кривошип кривошипно-ползунного механизма, ползун-поршень которого через объем воздуха взаимодействует с торцом бойка, и подвижный подпружиненный относительно корпуса забойник костыля. Высокочастотный электродвигатель установлен поперек корпуса. Кривошип установлен на валу так, что плоскость его вращения параллельна продольной оси корпуса. Взаимодействующие торцы бойка и забойника выполнены плоскими (Путевые механизмы и инструменты / Под ред. Н.А.Карпова. - М.: Транспорт, 1984. - С.265...267).

Это устройство обладает рядом недостатков, среди которых большая масса из-за наличия двухступенчатой цилиндрической зубчатой передачи и недостаточная энергия удара по костылю из-за больших потерь в передаче и в плоском контакте бойка и забойника при значительных контактных давлениях и деформации.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является костылезабивщик электропневматический ЭПК3, включающий корпус с гильзой и электродвигателем, с валом которого через одноступенчатую коническую зубчатую передачу связан кривошип кривошипно-ползунного механизма, ползун-поршень которого через объем воздуха взаимодействует с торцом бойка, и подвижный подпружиненный относительно корпуса забойник костыля (Путевой механизированный инструмент: Справочник / В.М.Бугаенко, Р.Д.Сухих, И.М.Пиковский и др.; Под ред. В.М.Бугаенко, Р.Д.Сухих. - М.: Транспорт, 2000. - С.193...197).

Костылезабивщик ЭПК3 отличается от костылезабивщика ЭКВК-4М тем, что электродвигатель выполнен невысокочастотным и установлен по продольной оси костылезабивщика. Костылезабивщик ЭПК3 не требует преобразователя частоты и имеет меньшие потери энергии в зубчатом зацеплении. В остальном костылезабивщик ЭПК3 схож с костылезабивщиком ЭКВК-4М. Однако масса костылезабивщика ЭПК3 велика; велики и потери энергии при соударении плоских бойка и забойника.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в снижении массы устройства путем улучшения его компоновки и в уменьшении потерь энергии путем улучшения условий ударного контактного взаимодействия деталей устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в костылезабивщике электропневматическом, включающем корпус с гильзой и электродвигателем, с валом которого связан кривошип кривошипно-ползунного механизма, ползун-поршень которого через объем воздуха связан с торцом бойка, выполненного с возможностью взаимодействия с торцом подвижного подпружиненного относительно корпуса забойника костыля, кривошипно-ползунный механизм выполнен дезаксиальным, с осью вращения кривошипа, совпадающей с продольной осью корпуса, при этом шатун кривошипно-ползунного механизма соединен с кривошипом и ползуном-поршнем сферическими шарнирами; кроме того, торец бойка со стороны забойника выполнен выпуклым, а торец забойника - вогнутым, причем радиус вогнутости торца забойника на участке центрального телесного угла 55-60° на 2-3% больше радиуса выпуклости торца бойка, а на остальном участке этот радиус выполнен увеличивающимся к периферии забойника еще на 2-3%.

Новыми по сравнению с прототипом в заявляемом устройстве являются следующие признаки:

- новая связь между элементами:

кривошип кривошипно-ползунного механизма скреплен непосредственно с валом электродвигателя без одноступенчатой конической зубчатой передачи между ними, что облегчает устройство;

- новые взаимные расположения элементов:

кривошипно-ползунный механизм выполнен дезаксиальным, причем центр шарнирного соединения шатуна с ползуном-поршнем смещен на величину эксцентриситета относительно оси вращения кривошипа, что обусловливает возможность возвратно-поступательного перемещения ползуна-поршня при выполнении оси вращения кривошипа, параллельной линии (траектории) перемещения центра шарнирного соединения шатуна с ползуном-поршнем;

ось вращения кривошипа выполнена совпадающей с продольной осью корпуса и с осью вращения вала электродвигателя, что обусловливает более компактную компоновку устройства;

- новая форма выполнения связи между элементами:

шатун кривошипно-ползунного механизма соединен с кривошипом и с ползуном-поршнем сферическими шарнирами, что обусловливает возможность работы кривошипно-ползунного механизма предложенной компоновки;

- новая геометрическая форма выполнения конструктивных элементов:

торец бойка со стороны забойника и соответствующий торец забойника выполнены неплоскими, у бойка - выпуклым, а у забойника - вогнутым, что уменьшает контактные напряжения при ударном взаимодействии бойка и забойника;

- новые параметры конструктивных элементов:

радиус вогнутости торца забойника на участке центрального телесного угла 55-60° на 2-3% больше радиуса выпуклости торца бойка, а на остальном участке этот радиус выполнен увеличивающимся к периферии забойника еще на 2-3%, что минимизирует контактные давления, пластические деформации и потери энергии при ударе.

Перечисленные новые признаки в предложенном сочетании дают сверхсуммарный эффект, обусловливая достижение поставленной цели. Эти признаки характеризуют новизну устройства и по сравнению с прототипом обеспечивают:

- улучшение компоновки и снижение массы за счет расположения всех основных элементов устройства по его оси и исключения зубчатой передачи;

- минимизацию потерь энергии при соударении и максимально полное ее использование для забивки костылей;

- улучшение условий труда и повышение производительности работы по забивке костылей при сооружении, ремонте и текущем содержании железнодорожного пути.

Заявляемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень", так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня развития техники и не может быть разработано с использованием общеизвестных методов, методик, способов и приемов конструирования машин и механизмов.

Заявляемый костылезабивщик электропневматический иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - конструктивная схема устройства в продольном разрезе; на фиг.3 - конструктивная схема устройства (внешний вид); на фиг.4 - место ударного контактного взаимодействия бойка и забойника.

Согласно фиг.1, 2, 3 предлагаемый костылезабивщик электропневматический включает в себя корпус с гильзой 1 и электродвигателем 2, с валом 3 которого связан кривошип кривошипно-ползунного механизма. Ползун-поршень 4 последнего через объем воздуха взаимодействует с торцом бойка 5. Боек выполнен с возможностью взаимодействия с торцом подвижного, подпружиненного относительно корпуса забойника 6 костыля. Электродвигатель расположен продольно так, что ось вала электродвигателя совпадает с осью корпуса. Дезаксиальный (с эксцентриситетом - дезаксиалом е) кривошипно-ползунный механизм выполнен с осью вращения кривошипа 7, скрепленного с валом 3 электродвигателя 2, совпадающей с продольной осью корпуса с гильзой 1. Шатун 8 кривошипно-ползунного механизма соединен с кривошипом 7 и с ползуном-поршнем 4 сферическими шарнирами 9 и 10. Такое пространственное выполнение кривошипно-ползунного механизма с одинаково ориентированными кинематическими парами "стойка (статор) - кривошип" и "ползун-поршень - корпус с гильзой" позволяет преобразовать вращение вала электродвигателя с кривошипом в возвратно-поступательное перемещение ползуна-поршня (при предложенной компактной компоновке устройства) без дополнительной (как у прототипа) ортогональной передачи, соответственно уменьшая поперечный размер и массу устройства. Торец бойка 5 со стороны забойника и соответствующий торец забойника 6 выполнены неплоскими (фиг.4), у бойка - выпуклым, а у забойника - вогнутым. При этом радиус r_2min вогнутости торца забойника на участке центрального телесного угла 2а₀ , равного 55-60°, на 2-3% больше радиуса r₁ выпуклости торца бойка, а на остальном участке этот радиус r_2i выполнен увеличивающимся к периферии забойника еще на 2-3%, причем r_2max˜(1,02-1,03)r₁. Согласно расчетам и экспериментальным данным, предложенное соотношение размеров и форма соударяющихся тел обеспечивают наименьшие контактные давления, деформации и потери энергии при соударении и наибольший коэффициент восстановления скорости после удара, в результате чего энергия удара при экспериментах достигала значения 33 Дж. При значениях центрального телесного угла 2а₀, меньших 55° или больших 60°, энергия удара при экспериментах уменьшалась до 20 Дж. Такое же уменьшение энергии удара наблюдалось при плоском контакте бойка и забойника, а также в тех случаях, когда значения радиуса r_2min вогнутости торца забойника на участке центрального телесного угла 2а₀ превышали значение радиуса r₁ выпуклости торца бойка на величину, меньшую 2% или большую 3%.

Предлагаемый костылезабивщик электропневматический работает следующим образом. При включенном в действие электродвигателе 2 (фиг.1, 2, 3) вращение его вала 3 с "поперечным" кривошипом 7 через шатун 8, сферическими шарнирами 9 и 10, соединенного с кривошипом 7 и ползуном-поршнем 4, преобразуется в возвратно-поступательное перемещение последнего в корпусе с гильзой 1. Величина хода ползуна-поршня при этом зависит от эксцентриситета е и длины, шатуна. Через объем сжимаемого воздуха между соответствующими торцами ползуна-поршня и бойка с силой воздействуют на последний, посылая его в сторону забойника 6 (фиг.4) и ударяя в его рабочий торец рабочим торцом бойка. Смещающимся забойником воздействуют на головку костыля, забивая его в шпалу. Далее и в остальном работа предложенного устройства происходит так же, как и работа прототипа. При этом соударение неплоских выпукло-вогнутых рабочих торцов бойка и забойника осуществляют с наименьшими контактными напряжениями, деформациями и потерями энергии, с наибольшим коэффициентом восстановления скорости бойка после удара. Это, а также компактная компоновка устройства и его кривошипно-ползунного механизма обусловливают достижение технического результата.

Предлагаемый костылезабивщик электропневматический спроектирован в Петербургском государственном университете путей сообщения. Он имеет габаритные размеры 910×385×230 мм, весит примерно 20 кг, что на 20% меньше, чем у прототипа. При номинальной мощности электродвигателя 750 Вт и частоте ударов 16,7 ¹/c он имеет энергию удара 33 Дж, что в 1,6 раза больше, чем у прототипа. Время забивки костыля составляет 3,5 с, производительность 255 костылей в час, что в 1,5 раза лучше по сравнению с прототипом. Заявляемое устройство отвечает критерию "промышленная применимость".