Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦЕНТРОВЫХ ОТВЕРСТИЙ ОСЕЙ

Изобретение относится к переносным металлорежущим приспособлениям и касается устройств для восстановления, в частности калибрования, отверстий в осях железнодорожных колесных пар при их ремонте и формировании в условиях депо, текущего отцепочного ремонта и вагоноколесных мастерских.

В практике ремонта колесных пар восстановление центровых отверстий осей часто производят вручную с помощью штатного слесарного инструмента (коловорота, дрели), «заправленного» режущим инструментом осевого направления, например, зенковкой, «на весу», без должного базирования. Примером может служить приспособление, содержащее специальную втулку, надеваемую на ось колесной пары и фиксируемую барашком. Через центр втулки проходит подвижный зенкер, который вставляется в центровое отверстие оси. Хвостовик зенкера закрепляется в патроне пневмодрели (Информационная карта №63199 ДОП от 20.12.2008, «Приспособление для восстановления отверстий для центровки осей колесных пар РУ1Ш». Московский центр научно-технической информации и библиотек, Москва, опубл. 2009 г.).

Такая технология подвержена влиянию субъективных факторов, имеет повышенные риски усугубить нарушения размеров и формы отверстий и малопроизводительна.

Известно устройство восстановления центрового отверстия на базе люнета, агрегатированного с токарным станком (Инструкция по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар: ЦВ-3429 / Министерство путей сообщений СССР, М.: Транспорт, 1977). Люнет содержит корпус, прихват, горизонтальную пиноль, нижнюю опору, ограничитель и сопряжен с токарным станком, например, модели 1М63. На пиноли установлена скоба с башмаками, снабженная противоположно ограничителю боковыми опорами.

При этом люнет выполняет функцию средства базирования для восстановления центрового отверстия. Функцию механизма подачи осуществляет продольный суппорт, развернутый под углом 30° и активизируемый человеком. Режущий инструмент выполнен в виде расточного резца, закрепленного в данном суппорте. Приводом вращения восстанавливаемой оси служит привод вращения трехкулачкового патрона (со стороны передней бабки).

Недостатки данного устройства состоят в следующем. Операцию восстановления отверстия оси осуществляют путем выполнения большего количества технологических переходов на сложном и громоздком оборудовании с привлечением подъемно-транспортных устройств, причем составные части этого оборудования требуют предварительной подготовки и настройки. Таким образом, использование установки - аналога приводит к значительным затратам рабочего времени и усилий, неоправданным капитальным вложениям. Все это свидетельствует о низкой технологичности. Кроме этого, конструкция данного устройства не обладает универсальностью в применении, так как не обеспечивает восстановление центрового отверстия в оси без демонтажа буксовых узлов, что свидетельствует о его ограниченных функциональных возможностях.

Известно устройство для сверления кольцевых отверстий, содержащее корпус, привод вращения, шпиндель, закрепленное на шпинделе сверло и средство крепления устройства на объекте в виде ходового винта с разжимным наконечником (свидетельство на полезную модель RU №3406, МПК B23B 45/14, опубл. 16.01.1997).

Однако такое устройство не позволяет с достаточной степенью точности производить восстановление центровых отверстий осей в колесных парах с буксовыми узлами и без них.

Известно также устройство для калибрования центрового отверстия осей, преимущественно колесных пар (патент на полезную модель RU №33054, МПК B23B 45/14, опубл. 10.10.2003), принятое за прототип. Сущность данного устройства заключается в том, что средство его крепления на оси выполнено в виде кулачкового патрона, установленного с возможностью вращения на оси, режущий инструмент установлен в пиноли, последняя закреплена с возможностью продольного перемещения в корпусе патрона. С обрабатываемой осью взаимодействуют шпильки посредством установленных на них пары подшипников. Каждая шпилька одним концом закреплена в кулачке патрона, а другим взаимодействует с резьбовой стяжкой, состоящей из резьбовой муфты с правой и левой резьбой и установленных в ней пары других шпилек с соответствующим направлением резьбы. Шпилька в указанной паре, установленная на противоположном конце стяжки, закреплена в кулачке патрона. Последний выполняет здесь функцию средства крепления всего устройства на оси.

Однако конструкция устройства-прототипа не может обеспечить, также как и устройство-аналог, восстановление или калибрование центрового отверстия в оси без демонтажа буксовых узлов, что свидетельствует о его ограниченных функциональных возможностях. Кроме этого, анализ процесса калибрования, реализуемого данным устройством, показывает его низкую технологичность. Например, для центровки режущего инструмента с помощью шпилек и резьбовых стяжек производится регулировка длин трех-четырех стяжек, которую можно выполнить путем, очевидно, перебора последних, однако такой алгоритм несет существенную неопределенность. Средство контроля достижения определенного уровня соосности в устройстве-прототипе отсутствует, что ограничивает возможность достижения повышенной точности калибрования. Повышение точности может происходить за счет угловых и линейных деформаций корпуса с патроном и, в конечном счете, соответствующих изменений положения режущего инструмента, что требует приложения больших распорных усилий в стяжках, увеличения сечений их элементов. Кроме того, устройство имеет достаточно сложную кинематическую схему и большое количество подшипников (более десяти). Все это приводит к выводу, что ожидаемого повышения точности в данном устройстве не произойдет.

Технологические центровые отверстия оси колесной пары используются для центровки колесных пар при обточке колес по поверхности катания, а также подступичных частей осей в свободном состоянии под заданный размер. Основные размеры отверстий, их конфигурация и чистота обработки внутренних поверхностей должны отвечать требованиям нормативно-технической документации. Например, согласно Приложению №8 к вышеупомянутой Инструкции ЦВ/3429, допустимое радиальное биение шейки оси колесной пары не должно превышать 0,3 мм. В противном случае центровка нарушается, возникают недопустимые биения, размеры и формы обтачиваемых деталей выходят за пределы допусков. Причины, вызывающие нарушения размерных параметров и качества поверхности центровых отверстий в условиях депо и ВКМ, многочисленны, они известны. Так, например, при механическом воздействии центрами шеечнокатных или колесотокарных станков происходит повреждение центрового отверстия, что приводит к искажению формы центрового отверстия, и, как следствие, радиальное биение шейки оси может превышать допустимые пределы. При производстве промежуточной ревизии обточка на колеснотокарном станке колесной пары с поврежденным центровым отверстием может привести к эксцентричности круга катания относительно шейки или подступичной части оси, превышающей 1 мм. Важно, что неустранение их последствий может привести к вынужденной выбраковке из производственного цикла колесных пар и осей.

Особенно привлекает внимание вопрос ультразвукового прозвучивания осей свободных и в сборе с колесными парами путем постановки конических пьезоэлектрических преобразователей в центровые отверстия. В настоящее время действует штатная многоэтапная технология, например по РД 07.09-97. Она трудоемка, требует больших затрат времени на проведение контроля. Весь объем ультразвукового контроля осей, предписанный РД 07.09-97, может быть выполнен с помощью конических преобразователей при одной постановке их в центровые отверстия, что резко повышает производительность контроля без ухудшения качества. Однако такая перспективная технология наталкивается на имеющие место повреждаемость внутренних поверхностей центровых отверстий в эксплуатации и при ремонте подвижного состава железных дорог и, как следствие, потерю акустического контакта и сведение указанного преимущества к нулю.

Таким образом, актуальна задача восстановления, в частности калибрования, поврежденных центровых отверстий осей колесных пар железнодорожного подвижного состава.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении технологичности устройства.

Указанный результат достигается тем, что устройство для восстановления центрового отверстия осей, преимущественно колесных пар подвижного состава, содержит корпус, на котором смонтированы кулачковый патрон, приводы вращения и подачи шпинделя. Шпиндель установлен подвижно внутри кулачкового патрона, на его конце закреплен режущий инструмент.

Кулачковый патрон имеет возможность фиксации непосредственно на цилиндрической поверхности опорного узла колесной пары, а именно на поверхности шейки оси колесной пары или на посадочной для крепительной крышки поверхности в корпусе буксового узла колесной пары.

Корпус выполнен в виде планшайбы, снабженной с одной стороны центрирующей втулкой, на внешнюю поверхность которой посажен своим отверстием кулачковый патрон, а с другой - закрепленными на ней перпендикулярно направляющими скалками, свободные концы которых объединены полкой таким же образом.

Шпиндель устройства выполнен составным и включает рабочую часть и промежуточную часть, сочлененные между собой муфтой.

Привод вращения выполнен в виде двигателя с червячным редуктором, корпус которого закреплен на подвижной платформе с возможностью перемещения последней по направляющим скалкам между планшайбой и упомянутой полкой, причем зубчатое колесо редуктора напрессовано на промежуточную часть шпинделя.

Привод подачи выполнен в виде ходового винта с рукояткой, сопряженного с гайкой, закрепленной в центре полки, при этом наконечник ходового винта выполнен сфероподобным и помещен в торцевое отверстие промежуточной части шпинделя, закрытое крышкой.

Кулачковый патрон выполнен самоцентрирующим, его губки оборудованы вставками из меди с возможностью взаимодействия их рабочих граней с поверхностью шейки оси или посадочной для крепительной крышки поверхностью в корпусе буксового узла.

Все подшипниковые узлы устройства выполнены на подшипниках качения шарнирного типа.

Предложенное устройство выгодно отличается от аналогов и прототипа в следующем:

- расширены функциональные возможности устройства и тем самым повышена его универсальность;

- достигнуто надежное его закрепление и качественное базирование режущего инструмента, обеспечена механизация процесса восстановления и упрощен технологический цикл;

- формирование центрового отверстия с достаточной круглостью и чистотой поверхности создает перспективу внедрения более эффективной, новой технологии ультразвукового контроля всех типов осей колесных пар, особенно в условиях промежуточной ревизии, текущего отцепочного ремонта и ВКМ на базе использования конических пьезоэлектрических преобразователей.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого устройства для случая восстановления центрового отверстия в оси колесной пары с «голыми» шейками (буксовый узел и внутренние кольца роликоподшипников сняты); фиг. 2 - то же, но для оси в сборе с буксовыми узлами при снятых крепительных крышках.

Устройство для восстановления центрового отверстия оси колесной пары выполнено с возможностью фиксации на опорном узле колесной пары в виде шейки оси 1 (фиг. 1) или корпуса буксы 2 (фиг. 2).

Устройство содержит корпус 3 с закрепленным на нем трехкулачковым патроном 4. В корпусе 3 размещен с возможностью продольного перемещения шпиндель 5 с режущим инструментом 6, например зенковкой, а также смонтированы приводы вращения 7 и продольной подачи 8.

Корпус 3 выполнен в виде планшайбы 9, снабженной с одной стороны центрирующей втулкой 10, а с другой - направляющими скалками 11, которые прикреплены к планшайбе 9 перпендикулярно в точках, расположенных на ее поверхности по периферии симметрично, свободные концы скалок 11 объединены таким же образом полкой 12.

Трехкулачковый патрон 4 своим отверстием 13 напрессован на центрирующую втулку 10 и дополнительно соединен с планшайбой 9 винтами (не обозначены). Известно, что только трехкулачковые патроны среди всех используемых обладают способностью к самоцентрированию. Возможные осевые биения при этом можно устранить с высокой точностью (до 5…10 мкм) предварительной расточкой и шлифованием как внутренних, так и наружных граней кулачков. Такой выбор типа и технологическая подготовка патрона позволяют использовать трехкулачковый патрон изначально не только как средство крепления устройства в целом, но и как средство его базирования на опорном узле колесной пары - шейке оси 1 или буксы 2. Кроме этого, губки патрона 4 оборудованы вставками 14 из меди с возможностью взаимодействия их рабочих граней с поверхностями 15 и 16 соответственно шейки оси 1 и расточки для крепительной крышки в корпусе буксы 2.

Шпиндель 5 имеет составную структуру: рабочую часть 17 и промежуточную часть 18, сочлененные между собой муфтой 19. Данная муфта, обеспечивая передачу и продольных усилий, и крутящих моментов, компенсирует угловую и продольную несоосность, вызванную нежесткостью конструкции и дефектами ее сборки. Анализ предложенной конструкции устройства показал, что угловая несоосность составляет единицы градусов. Конструктивные решения муфты 19 многочисленны, они типовые и потому в описании не приведены.

На рабочую часть 17 шпинделя 5, размещенную в центральном отверстии 20 планшайбы 9, вплотную к галтелям напрессованы внутренние кольца подшипников 21, внешние кольца которых посажены во втулку 22 и застопорены кольцами (не обозначены). Втулка 22 установлена на скользящей посадке в отверстии 20 с одновременным сочленением планшайбы 9 и втулки 22 шпоночным соединением, состоящим из направляющей шпонки 23 и соответствующей канавки 24. Протяженность шпоночной канавки 24 ограничена уступом (слева на фиг. 1, 2) с целью предотвращения выпадения шпинделя 5 из втулки 22 в конце рабочего хода режущего инструмента 6.

Привод вращения 7 выполнен на базе червячного редуктора 25, червяк 26 которого соединен с электродвигателем (условно не показан). Зубчатое колесо 27 червячного редуктора напрессовано на промежуточную часть 18 шпинделя 5. Корпус редуктора 25, размещенный между планшайбой 9 и полкой 12, закреплен на подвижной платформе 28, через которую пропущены на скользящей посадке направляющие скалки 11.

Привод подачи 8 содержит ходовой винт 29 с рукояткой (не обозначена) и сфероподобным наконечником 30, сопряженный с гайкой 31, закрепленной в центре полки 12. Для сочленения ходового винта с промежуточной частью 18 шпинделя на торце последней выполнено отверстие 32 с крышкой 33, в которое с возможностью скользящего контакта со стенками помещен наконечник 30. Этим достигается устранение угловой несоосности ходового винта 29 и шпинделя 5, а также возможность передачи продольных усилий от ходового винта на шпиндель, но без передачи крутящего момента.

Все подшипниковые узлы в приводах 7 и 8 выполнены на подшипниках качения шарнирного типа. Это позволяет обеспечить длительную работоспособность предлагаемого устройства при малых скоростях вращения шпинделя и значительных крутящих моментах на преодоление сил резания при восстановлении центрового отверстия.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 3 устройства устанавливают на опорный узел - шейку оси 1 (фиг. 1) или в корпус буксы 2 (фиг. 2). Посредством поворота штатного торцевого ключа с последующим перемещением всех кулачков патрона 4 закрепляют устройство на поверхности шейки оси 1 или внутренней расточки в корпусе буксового узла и тем самым центрируют положение режущего инструмента 6.

В этом исходном положении ходовой винт 29, шпиндель 5 с режущим инструментом 6 и платформа 28 с редуктором 25 отведены в правое по фиг. 1, 2 положение. При этом направляющая шпонка 23 находится в правой оконечности канавки 24 втулки 22. Электродвигатель (условно не показан) привода вращения 7 отключен.

Нажатием пусковой кнопки (на чертеже не показана) приводят во вращение электродвигатель, червяк 26, зубчатое колесо 27, шпиндель 5 и режущий инструмент 6 в виде зенковки. Удерживая пусковую кнопку в нажатом состоянии, поворачивают рукоятку ходового винта 29, который, совершая продольные движения справа налево, перемещает в том же направлении промежуточную часть 18 шпинделя 5, редуктор 25 с платформой 28 по направляющим скалкам 11, а с ними вместе - рабочую часть 17 шпинделя 5.

В результате зенковка, вращаясь, входит в центровое отверстие оси 1 и обрабатывает его поверхность, обеспечивая круглость, сооосность с шейкой оси и качество поверхности с чистотой Ra в пределах 2,5…15.

Затем, вращая ходовой винт 29 в другом направлении, отводят шпиндель 5 и платформу 28 с редуктором 25 в исходное положение. Далее, отпуская пусковую кнопку, выключают электродвигатель.

Приведенная технология может быть полностью автоматизирована известными схемотехническими решениями, где участие человека будет сведено только лишь к запуску такой системы.

В предлагаемом устройстве процессы восстановление центровых отверстий оси колесных пар со снятыми буксами (на «голой» шейке) или без их демонтажа не требуют различной оснастки, они реализуются одной и той же компоновкой.

Кроме того, восстановленные центровые поверхности до чистоты поверхности 10 мкм позволят осуществить ультразвуковой контроль коническими пьезоэлектрическими преобразователями всех типов осей как свободных, так и в сборе с колесной парой на ВКМ и в депо, особенно при промежуточной ревизии ремонта вагонов. Это будет эффективно при ремонте колесных пар с осями типа РУ1-Ш, а также с кассетными подшипниками, т.к. существенно уменьшатся затраты времени и необходимые финансовые ресурсы.