Электрошпалоподбойка

Классификация по МПК: E01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2337201
Дата публикации: 
Понедельник, Октябрь 27, 2008
Начало действия патента: 
Вторник, Июль 10, 2007

Изобретение относится к ручным электрифицированным машинам вибрационного действия для уплотнения балласта и подбивки шпал рельсовых путей. В электрошпалоподбойке вал электродвигателя выполнен двухконсольным, ступенчатым, с симметричным относительно середины ротора уменьшением диаметра ступенек и размещен в трубе, скрепленной с валом и с ротором и опирающейся на пару подшипников в корпусе. Пространство между трубой и валом заполнено эластомером. При этом подшипники в корпусе и дебалансы на консолях вала установлены по разные стороны от ротора на одинаковых расстояниях от его середины. Дебалансы смещены друг относительно друга в плоскости вращения на 180°. Кроме того, подбивочное полотно установлено на корпусе так, что его продольная ось проходит через середину ротора. Технический результат заключается в снижении массы и увеличении долговечности электрошпалоподбойки, улучшении условий труда и повышении эффективности действия. 1 ил.


Изобретение относится к механизированным путевым инструментам, в частности к ручным электрифицированным машинам вибрационного действия для уплотнения балласта и подбивки шпал рельсовых путей при их ремонте и текущем содержании.

Известна электрошпалоподбойка, содержащая электродвигатель с закрепленным на его валу дебалансом, подбивочное полотно, скрепленное с корпусом электродвигателя, рамку с рукоятками, через амортизаторы связанную с корпусом, бесконсольный вал электродвигателя, опирающийся на три подшипника, причем два из них размещены симметрично относительно центра масс дебаланса, ступенчатый вал электродвигателя с несимметричным выполнением уменьшающихся по диаметру ступенек и ось подбивочного полотна, расположенную в плоскости вращения центра масс дебаланса (а.с. №1703759, Е01В 27/14. Бюл. №1, 07.01.92).

Такое выполнение электрошпалоподбойки обладает рядом недостатков: нестабильностью электромагнитного зазора между ротором и статором электродвигателя из-за больших знакопеременных динамических нагрузок на ротор при жесткой связи дебаланса с валом электродвигателя; пониженной долговечностью подшипников и большими вибрациями рукоятей из-за этого же; повышенной массой устройства из-за больших размеров единственного дебаланса и наличия дополнительного элемента корпуса, в котором он расположен; неудобством использования электрошпалоподбойки из-за большого расстояния от рукоятей до оси подбивочного полотна и большого момента сил, действующего на руки оператора; не самое лучшее для сдвига частиц балласта под шпалы вертикальное направление вибраций, снижающее эффективность уплотнения.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является электрошпалоподбойка, содержащая электродвигатель с закрепленными на его валу двумя дебалансами, подбивочное полотно, скрепленное с корпусом электродвигателя, и рамку с рукоятями, через амортизаторы связанную с этим корпусом, основной и дополнительный дебалансы, установленные на одноконсольном валу электродвигателя симметрично относительно одного из двух опорных подшипников, причем продольная ось подбивочного полотна расположена в средней диаметральной плоскости этого подшипника, а вал электродвигателя ступенчатый, с несимметричным выполнением уменьшающихся по диаметру ступенек (а.с. №1051151, Е01В 27/14. Бюл. №40, 30.10.83).

При таком выполнении устройства его масса может быть несколько снижена из-за меньших размеров и суммарной массы пары дебалансов. Однако остальные указанные выше недостатки присущи и этой электрошпалоподбойке.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в снижении ее массы, увеличении долговечности, улучшении условий труда и повышении эффективности действия за счет улучшения компоновки электрошпалоподбойки, уменьшения динамических нагрузок на ее детали и узлы, уменьшения изгибающего момента, действующего на руки оператора, и изменения направления вибрации подбивочного полотна.

Технический результат достигается благодаря тому, что в электрошпалоподбойке, содержащей электродвигатель с закрепленными на его валу двумя дебалансами, подбивочное полотно, скрепленное с корпусом электродвигателя, и рамку с рукоятями, через амортизаторы связанную с этим корпусом, вал электродвигателя выполнен двухконсольным, ступенчатым, с симметричным относительно середины ротора уменьшением диаметра ступенек и размещен в трубе, скрепленной с валом и с ротором и опирающейся на пару подшипников в корпусе, причем пространство между трубой и валом заполнено эластомером, при этом подшипники в корпусе и дебалансы на консолях вала установлены по разные стороны от ротора на одинаковых расстояниях от его середины и дебалансы смещены друг относительно друга в плоскости вращения на 180°, кроме того, подбивочное полотно установлено на корпусе так, что его продольная ось проходит через середину ротора.

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

новый конструктивный элемент:

труба, позволяющая реализовать «смягчение» воздействия вибрационной динамической силы на узлы и детали электрошпалоподбойки;

новые связи между конструктивными элементами:

труба скреплена с валом и с ротором электродвигателя и опирается на пару подшипников в корпусе, что дает возможность образовать единое вращающееся кинематическое звено "ротор электродвигателя в сборе" и реализовать кинематическую пару "ротор электродвигателя в сборе - статор (стойка, корпус)";

новые взаимные расположения конструктивных элементов:

вал электродвигателя выполнен размещенным в трубе, что дает возможность реализовать конструкцию, гасящую колебания ротора относительно статора;

новая среда, выполняющая функцию конструктивного элемента:

эластомер, заполняющий пространство между трубой и валом и поглощающий электроэнергию колебаний;

новая форма выполнения конструктивных элементов:

вал электродвигателя выполнен двухконсольным, ступенчатым, с симметричным относительно середины ротора выполнением уменьшающихся по диаметру ступенек, что дает возможность реализовать симметричную компоновку устройства и рассматривать вал как тело равного сопротивления изгибу;

подшипники в корпусе и дебалансы на консолях вала установлены по разные стороны от ротора на одинаковых расстояниях от его середины, что реализует симметричную компоновку, минимизирует изгибные деформации и стабилизирует наименьший зазор между статором и ротором;

дебалансы на консолях вала смещены друг относительно друга в плоскости вращения на 180°, что обеспечивает эффективное для воздействия на уплотняемый балласт "направление" вибраций;

подбивочное полотно установлено на корпусе так, что его продольная ось проходит через середину ротора, при этом центр масс дебалансов оказывается расположенным на оси полотна; такое выполнение также является симметричным, полностью «использующим» силы, которые вынуждают колебания, и уменьшающий момент сил, воздействующий на руки оператора.

Перечисленные новые признаки устройства в своей совокупности обусловливают сверхсуммарный эффект и обеспечивают достижение поставленной цели, так как по сравнению с прототипом:

улучшают компоновку и снижают массу устройства благодаря уменьшению суммарной массы дебалансов и массы корпуса в части, в которой расположены дебалансы прототипа;

уменьшают динамические нагрузки на детали (подшипники, вал, корпус и др.), что повышает их долговечность и уменьшает размеры и массу, требуемые по условиям прочности;

улучшают условия работы с электрошпалоподбойкой, так как уменьшают нагрузку на руки оператора вследствие приближения к ним линии действия рабочей силы;

оптимизируют направление вибраций - направление силового воздействия подбивочного полотна на балласт.

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

Заявляемая электрошпалоподбойка иллюстрируется чертежом, где представлена конструктивная схема устройства (вид сбоку) с разрезом и обрывами.

Электрошпалоподбойка включает в себя электродвигатель, на валу 1 которого закреплены два дебаланса 2 и 3, показанные упрощенно. Подбивочное полотно 4 скреплено с корпусом 5 электродвигателя. С торцом корпуса 5 через амортизаторы связана рамка 6 с рукоятями. Двухконсольный ступенчатый вал 7 электродвигателя размещен в трубе 7. Труба 7 скреплена с валом 1 (в частности, напрессована на него) в его средней части, имеющей наибольший диаметр, и с ротором 8 (в частности, запрессовано в него). Труба 7 опирается на пару подшипников 9 и 10 в корпусе 5. Пространство между трубой 7 и валом 1 заполнено эластомером 11 - высокомолекулярным соединением, обладающим высокоэластичными свойствами (в частности, резиной, синтетическим каучуком или дуовитом). Подшипники 9 и 10 в корпусе 5 установлены по разные стороны от ротора 8 на одинаковом расстоянии l от его середины О-О. Точно так же дебалансы 2 и 3 установлены на консолях вала 1 по разные стороны от ротора 8 на одинаковом расстоянии L от его середины О-О и смещены друг относительно друга в плоскости вращения на 180°. Подбивочное полотно 4 установлено на корпусе 5 так, что продольная ось полотна 4 проходит через середину О-О ротора 8. В устройстве по сравнению с прототипом отсутствует дополнительная часть корпуса для размещения дебалансов, что снижает его массу. Такое выполнение устройства обеспечивает симметричность его компоновки, одинаковость нагружения большинства деталей и узлов, уменьшение динамической вибрационной нагрузки на подшипники 9, 10, вал 1 электродвигателя и ротор 8, повышение их долговечности, минимизацию и стабилизацию электромагнитного зазора между ротором 8 и статором, минимизацию потерь энергии, снижение изгибающей нагрузки на рукояти электрошпалоподбойки и руки оператора и улучшение силового воздействия на балласт.

Предлагаемая электрошпалоподбойка работает следующим образом. Подбивочное полотно 4 опирают о балласт в месте производства работ и, придерживая электрошпалоподбойку за рукояти на рамке 6, включают электродвигатель. В результате этого приводят во вращение ротор 8, скрепленную с ним трубу 7 и скрепленный с трубой вал 7 с двумя дебалансами 2 и 3. При этом обуславливают работу устройства как вибратора направленного действия, центр масс корпуса 5 которого с подбивочным полотном 4 вибрирует и смещается пропорционально смещению центра масс дебалансов 2 и 3. Это смещение происходит относительно продольной оси вала 1 перпендикулярно к ней. Вибрационное воздействие передают на балласт, уплотняя его. При этом эластомер 11 за счет своих упругих диссипативных свойств "смягчает" динамическое вибрационное воздействие на подшипники 9, 10, трубу 7 и ротор 8, обуславливая указанные выше положительные эффекты. При симметричном относительно середины ротора 8 расположении дебалансов 2, 3, подшипников 9, 10 и подбивочного полотна 4 и относительном сдвиге дебалансов 2 и 3 в плоскости их вращения на 180° реализуют суммарную силу и ее момент с плечом 2L, вынуждающие колебания с лучшим использованием их энергии и рациональным направлением колебаний наконечника подбивочного полотна 4, обуславливующим смещение частиц балласта из междушпального пространства под шпалы. Последнее обстоятельство обусловлено действием на шпалоподбойку момента пары центробежных сил инерции смещенных на 180° друг относительно друга дебалансов 2, 3. Это изменение компоновки электрошпалоподбойки обуславливает уменьшение динамических нагрузок на ее детали и узлы, снижение ее массы, увеличение долговечности, уменьшение изгибающего момента, действующего на руки оператора, улучшение условий труда и повышение эффективности действия.

Предлагаемая электрошпалоподбойка спроектирована в Петербургском государственном университете путей сообщения. Она имеет массу 15-17 кг, что на 15% меньше, чем у прототипа, номинальную мощность электродвигателя 550 Вт, частоту колебаний полотна 2400-2520 оборотов в минуту, вынуждающую колебания силу до 3700 кН, что на 10% больше, чем у прототипа, и эффективное направление колебаний наконечника подбивочного полотна с "поперечной" составляющей. Заявляемое устройство отвечает критерию "промышленная применимость".