专利名称：便携式铁路螺栓作业机的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种对铁路道轨固定螺栓进行维护作业机械，尤其是一种以轻型移动发电机组为电源的便携式作业机械。
二背景技术：
铁路道轨固定螺栓定期保养作业是铁路安全运行之必要，随着我国铁路里程数的不断增加以及列车的提速趋势，此项作业机械化、标准化的需求已显现出来。大型作业机械往往体积庞大、结构复杂、机动性能较差且造价较高，推广使用明显受到诸方面因素的制约。
三
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，如何使铁路道轨固定螺栓作业机械的便携化、操作电动化、作业标准化、节能化等有机结合，形成一种适用面广、性能可靠、操作简便、节省能源的铁路作业机械。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是如下第一，本实用新型所述的便携式铁路螺栓作业机构成中除包括有数码发电机组、背负式机架、电动扳手外，还包括有电动扳手扭力自动控制装置，该装置是由位移传感器、智能计数器、显示电路、开关电路构成，位移传感器的探头设置于电动扳手冲击总成壳体上，位移传感器的受感知部件则设置于电动扳手冲击块上，或直接以电动扳手冲击块为受感知部件，位移传感探头的信号输出端与智能计数器计数信号输入端相连接，开关电路连接于智能计数器的信号输出端。位移传感器采用霍尔传感器或接近传感器，霍尔传感器或接近传感器安装在冲击总成壳体上。位移传感器还可采用光电传感器，该光电传感器探头安装在冲击总成壳体上，而挡光圈则固定在冲击块上。位移传感器还可采用磁敏传感器，该磁敏传感器的探头安装在冲击总成壳体上，并在冲击块上设置永久磁铁。位移传感器在冲击总成壳体上的具体安装位置不受限制，只要能捕捉到冲击块冲击过程中每次上下运动的信息即可。
上述技术方案有效地解决了操作电动化与作业标准化问题，即采用了单片机自动控制技术，将电动扳手冲击作业过程中的扭力指标转换成便于控制和调节的冲击次数指标。根据大量实验证明，电动扳手的规格型号一旦确定，电动扳手所产生扭力的大小与电动扳手冲击的次数成相关性，因为，冲击块的质量和电动扳手的冲击弹簧的弹力在一定时间段内可近似为一个常数，当电动扳手扭力弹簧及冲击块质量长期使用后，参数产生偏离时，可以采用对电动扳手的冲击次数加以修正来保证作业精度质量。通过设置于冲击块与冲击总成壳体之间的位移传感器，记录冲击块上下移动的次数即冲击次数，并送至单片机，当累积冲击次数达到了预置的与扭力大小相对应的计数时，单片机会发出指令，关断数码变频器输出开关，停止电动扳手继续作业。同时，关闭油门开关，使发动机回到怠速运行，并使智能计数器自动复位，为重新作业准备。
第二，本实用新型所述的便携式铁路螺栓自控作业机中还增设有发动机油门自动控制装置，该油门自动控制装置包括有行程可调电磁阀及发动机油门调节机构，该行程可调电磁阀的动铁芯置于线圈内腔中，动铁芯和线圈之间设置有一个铜套，动铁芯的一端通过一个可调节螺钉与发动机油门调节机构中连接油针的钢丝相连接，在线圈内腔中，对应于动铁芯的另一端，还设置一个可调节磁体，该磁体又由永久磁钢和软性磁垫相对接构成，永久磁钢固定于调节螺钉，软性磁垫则依附在永久磁钢的另一面上。加软质磁垫的作用是缓冲吸合冲击力。永久磁钢的作用是吸力，电流降低及保持吸合不需要通电，仅靠磁钢就能稳定吸合。调节螺丝是用来调节动铁芯的行程，也就是控制最大油门开启度，从而控制发动机最大功率输出。
上述技术方案是为适应铁路螺栓作业的特点和节省能源，它给出了一种行程可调电磁阀，并用此阀对传统油门调节机构进行调节，使发动机可以根据需要自动转换状态，即正常工作状态(满负荷状态)与停止工作状态(怠速状态)。
第三，本实用新型所述的便携式铁路螺栓自控作业机选用超小型发电机组为电动扳手提供动力源，并将该超小型发电机组固定在一个背负机架上，既可以背负作业，也可落地操作。在该背负机架上设置有电动扳手挂架，还在背负机架上安装照明光源及辅助照明，供夜间流动作业及巡视维护，并可配备照明作业头盔以及外接电动工具插座。
本实用新型的优点是，可靠性高，实用性强，操作简单，节省能源，特别适合流动作业，可以大幅度提高工作效率，提高维修速度和质量，还可大幅度降低劳动强度，该产品的推广应用将使我国的铁路养护人员由人工作业向现代化作业迈出新的步伐，使养护工作长期困扰的两大难题之一“螺栓作业”得以迈出突破性的一步，它不仅能获取巨大的经济效益，而且能顺应铁路改革发展的步伐，带来很大的社会效益。
四
附图1是本实用新型小型数码发电机组、背负机架及照明装置示意图。
附图2是本实用新型电动扳手结构示意图。
附图3是霍尔传感器在电动扳手中的一种安装位置示意图。
附图4是附图3中S形冲击行程滑道示意图。
附图5是附图3中电动扳手冲击块与从动轴之间离合齿结构示意图。
附图6是霍尔传感器在电动扳手中的另一种安装位置示意图。
附图7是光电传感器在电动扳手中的一种安装位置示意图。
附图8是光电传感器在电动扳手中的另一种安装位置示意图。
附图9是磁敏传感器在电动扳手中的一种安装位置示意图。
附图10是本实用新型发动机状态可调节油门控制装置的结构示意图。
附图11是本实用新型智能计数器的电原理图。
附图12是本实用新型数码发电机组中数码变频器电原理图。
附图13是本实用新型实施例螺栓作业操作过程自动控制电路原理图。
附图14是本实用新型作业操作及自动控制过程示意图。
以上附图中，1是火花塞高压帽，2是化油器空气滤清罩壳，3是化油器空气滤清器螺丝，4是阻风门，5是起动器手柄，6是油箱盖，7是油箱，8是减震垫，9是起动注油器，10是保险丝座，11是帽灯输出电源插头，12是油门调节指示灯，13是停机开关，14是限压保护插座，15是油门调节，16是熔断器盒，17是发电机及电子控制器，18是数码控制器，19是背带，20是背具架，21是辅助照明灯，22是帽灯输出电源插头，23是安全帽灯，24是位移取样传感器，25是冲击块，26是弹簧，27是主传动轴，28是冲击行程滑道，29是冲击行程传导钢球，30是从动扭力输出轴，31是冲击总成壳体，32是把手，33是作业操作开关，34是螺母套筒，35是轴销，36是减速箱体，37是传感器信号引出线，38是霍尔传感器或接近传感器，39是冲击块，40是弹簧，41是主传动轴，42是冲击行程滑道，43是冲击行程传导钢球，44是离合齿，45是从动扭力输出轴，46是传感器信号引出线，47是霍尔传感器或接近传感器，48是传感器信号引出线，49是光电传感器，50是挡光圈，51是冲击块，52是弹簧，53是主传动轴，54是冲击行程滑道，55是冲击行程传导钢球，56是离合齿，57是从动扭力输出轴，58是挡光板，59是光电传感器，60是光电传感器信号引出线，61是磁敏传感器信号引出线，62是磁敏传感器，63是永久磁铁，64是减震圈，65是弹簧，66是冲击块，67是主传动轴，68是冲击行程滑道，69是冲击行程传导钢球，70是离合齿，71是从动扭力输出轴，72是行程调节螺丝，73是紧固螺母，74是电磁阀壳体端盖，75是永久磁钢，76是软性磁垫，77是电磁阀线圈，78是动铁芯，79是电磁铁导磁壳体，80线圈引出线，81钢丝调节螺丝，82是钢丝调节紧固螺母，83是底座，84是钢丝固定夹头，85是钢丝软管定位座，86是油门调节钢丝，87是钢丝软管，88是钢丝软管调节紧固螺母，89是化油器盖，90是化油器回位弹簧，91是油门调节阀柱，92是油针，93是铜套。
五、具体实施例本实施例给出了一种便携式铁路螺栓作业机，其组成包括有，数码发电机组、背负式机架、电动扳手、电动扳手扭力自动控制装置、发动机油门自动控制装置以及辅助照明装置。(参见附图1)数码发电机为轻型可移动发电机组，该发电机组中的发动机油门自动控制装置由行程可调电磁阀及发动机油门调节机构组成(参见附图10)，电动扳手扭力自动控制装置由位移传感器、智能计数器、显示电路、开关电路组成(参见附图2、3、11、12)。上述的智能计数器为现有技术，本实施例中的智能计数器选用电子报2001年7月8日第27期第十二版上的实用智能计数器，(参见附图11)。其中，K1、K2、K3分别为位选、置数、清零按键，K4为运行/预置转换开关，K5为自动清零和手动清零转换开关，89C2051的P3.5为输出脚，用光耦隔离后控制继电器输出开关信号，关闭数码变频器输出开关，以控制电动扳手停机、关小发动机油门、使发动机回到初始怠速运行状态，并且使计数器计数自动复位，为重新作业准备。本实施例中所选用的位移传感器为霍尔元件，它固定于冲击总成壳体靠近冲击块上止点处(参见附图2、3)。
本实施例采用的是标准电动冲击扳手，通过霍尔位移传感器，将冲击块上下位移的次数，即冲击次数转换成数字脉冲并送至智能计数器，具体的实现过程是，电动机的输出轴通过减速机构输出连接主传动轴，在主动轴的外圈有一质量较重的冲击头，在主传动轴的下半部，沿轴向圆上设置了一个呈S状的钢球滑槽(参见附图4)，此沟槽的的深度接近钢球的半径，当主轴旋转一周时，沟槽完成两个起伏，在沟槽里装有两颗钢球，钢球露在沟槽外的一半将套在主传动轴外的冲击头托起，，在冲击头和主轴之间有两个压簧将冲击头压到滑槽的底部，在冲击头下部有两个突出的齿与从动轴上方的两个齿相配合，在主动轴旋转时，如果从动轴上不带有负载，这样，由于弹簧的力将冲击头始终压在从动轴两个齿的下端，从而从动轴与主动轴以同一个速度旋转，当从动轴的扭力达到与弹簧相等或超过弹簧的压力时，主动轴旋转时，带动冲击传导钢球沿着S型滑道滑动将冲击头向上提起，当主动轴转动一个角度时，滑道到达轴向的峰点时，冲击头也将达到了上止点，在弹簧的作用下，冲击头随着S型滑道快速下降到谷点时，冲击头也到达下止点，形成了上下一次的冲击，经过两齿合的作用，带动从动轴实现了冲击旋转的功能。当电动扳手的型号确定后，其中的弹簧的压力，冲击头及传动轴的质量为一个常数，在螺栓作业中，扭力低于弹簧压力时，电动扳手是不产生冲击力，当螺栓紧到一定扭力时，即扭力刚等于或刚大于弹簧压力时，冲击头即实现了第一次冲击，这个第一次冲击点与扭力也是一个常数，在第一次冲击后，螺栓的扭力已经大于弹簧压力，即会产生一连串的冲击次数，当每冲击旋转一次，即在螺栓的扭力基础上增加一定规律的扭矩，也就是具有一条有规律的扭力大小与冲击次数之间对应关系的曲线(方程)，这样，只要记录下冲击头的往复次数，即可等同于一定的扭力。反之，按一定的规律曲线设定的扭力，来检测冲击次数，也等同于扭力的设定。可以达到扭力大小限定在一定公差范围之内。由于弹簧的疲劳程度及冲击头的阻力等诸多因素会造成预置数与实际扭力的偏差，可以设定一个修正电路，来及时调整设定的精度。在本实施例中，置数、计数、控制开关均由所选定智能计数器完成。如果使用的是工频发电机，则还可以通过设置计时器来控制冲击时间的长短，从而推定电动扳手扭力的大小。当然，计时的起点是电动扳手出现首次冲击的时刻。
在本实施例中，为节省能源及提高设备使用寿命，根据是否正在进行作业的状态，发电机组可呈现低功率输出状态(怠速状态)或高功率输出状态，而这两种高低功率输出状态的转换、维持均是通过发动机油门自动控制装置来实现的，该装置中的行程可调电磁阀的动铁芯置于线圈内腔中，动铁芯和线圈之间设置有一个铜套，动铁芯的一端通过一个可调节螺钉与发动机油门调节机构中连接油针的钢丝相连接(或风门调节机构)，在线圈内腔中，对应于动铁芯的另一端，还设置一个可调节磁体，该磁体又由永久磁钢和软性磁垫相对接构成，永久磁钢固定于调节螺钉，软性磁垫则依附在永久磁钢的另一面上。加软质磁垫的作用是缓冲吸合冲击力。永久磁钢的作用则是在吸合指令脉冲电流结束后仍保持吸合状态，因为即使吸合指令脉冲电流已消失，但由于动铁芯已经与调节螺丝上的永久磁铁吸合，线圈失去吸合电流时，仅靠永久磁铁就能维持稳定吸合，以克服回位弹簧，从而使发动机保持高功率输出，电流降低及保持吸合不需要通电，仅靠磁钢就能稳定吸合。调节螺丝是调节动铁芯的行程，也就是控制最大油门开启度，从而控制发动机最大功率输出。可调电磁阀的油门控制过程为当发出扳手开始工作指令，即按动电动扳手上的控制按钮开关，首先给电磁阀线圈通入吸合电流，产生磁场，使动铁芯向电磁铁内快速吸入，带动油门钢丝及化油器阀柱及油针向上提起，加大油门，使发动机转速迅速提高，输出电压上升到额定电压的上限，为加载做准备，同时，由于调节螺杆的限位作用，控制了油门的最大开度，由于行程调节螺杆的顶部固定有软性磁垫及永久磁铁，(根据吸合力的要求，动铁芯上也可设置一永磁体)，动铁芯与永久磁铁处于相吸引的极性，因而使电磁铁在输入较小电流时就可以克服化油器内回位弹簧的拉力，把油门保持开启状态。并在线圈失电后，由于永久磁铁的作用油门仍然保持吸合状态。油门自动控制装置使得油门的控制按负载的实际情况采取高低二态的控制方法，在无负载时，为了节约燃料和提高设备的使用寿命，发动机处于怠速运转，工作时，发动机处于高功率输出，供电动扳手工作。油门控制执行机构由电磁阀、油门调节钢丝和软管及化油器组成，油针油阀柱、钢丝动铁芯为连动结构，控制动铁芯的位移就控制了油针及阀柱的位移，也就控制了油门的大小，发动机就改变了输出功率。当工作信号发出，先接通电磁阀线圈，所产生吸合磁场与调节螺杆上永久磁钢迭加，克服回位弹簧的压力，使动铁芯与限位行程调节螺杆相结合。动铁芯带动化油器阀柱和油针，打开油门，发动机输出高功率，电动扳手工作。当吸合后线圈的电流关闭，由于永久磁铁的作用，动铁芯还是维持吸合状况，发动机高输出功率不变，当工作完毕时，线圈中通入反方向电流，产生与永久磁钢反方向磁场与回位弹簧迭加，使动铁芯回到原始状态，油门关小，发动机处于怠速低功率输出，节省燃料。
以下结合附图13、14，介绍本实施例的完整工作过程首先，启动发电机组，发动机处于怠速状态运行，发动机低功率输出，控制电路执行机构获工作电源；连接电动扳手电源插头与发电机输出插座；在智能计数器上根据作业技术要求和扭力/冲击指数预置作业基数并显示预置数；手动选择旋松、拧紧作业工作方式，即选择旋松还是拧紧作业程序，将面板上三位开关打至选择位，这样就分别打开了数码变频器的正转或反转开关的通路，同时操作面板上的LED显示出将要操作的作业状态—拧紧、旋松、停止；将电动扳手螺栓套筒与作业螺栓对位；接通电动扳手把手上的作业操作开关，即附图13中的操作开关K。
如果此时正转、停止、反转开关状态处于正转状态(拟进行拧紧螺栓作业)，BG3导通，固态继电器SSR1、SSR2导通，行程可调电磁阀DF通电吸合，开大发动机油门，发动机迅速高速运转，达到满功率输出，发电机输出电压随即升高，此外，BG3导通后，经短暂延时，使稳压管SCR导通，干簧管J1得电，数码变频电路7200MA(参见附图12)初端的正转/停止开关接通，发电机将已升高的电压加载于电动扳手电机上，此时，电动扳手电机正转，电动扳手拧紧到一定程度，冲击头会不断产生冲击，此时，电动扳手扭力自动控制装置中的位移传感器获取的传感信号送至智能计数器，位移传感器产生的扭力脉冲信号触发BG5，计数开始计数，当冲击次数达到智能计数器中预置的计数时，智能计数器输出信号使BG6导通，BG6的导通一方面使BG4也导通，C5放电，SCR关闭，J1关闭，7200MA初端的正转/停止开关关闭，发电机停止向电动扳手供电，扳手停止转动，BG6的导通另一方面使干簧管J3得电，使计数器计数复位，BG6的导通还使二极管D10导通，SSR3、SSR4导通，电磁阀DF线圈反向得电，关小发动机油门，使发动机重新回到怠速状态。
如果此时正转、停止、反转开关状态处于反转状态(拟进行旋松螺栓作业)，BG2导通，整形模块555-1导通，单稳单脉冲输出模块J210导通输出脉冲使SSR1、SSR2导通，行程可调电磁阀DF通电吸合，开大发动机油门，发动机迅速高速运转，达到满功率输出，发电机输出电压随即升高，在BG2导通时，BG1延时导通，BG1导通后，干簧管J2得电，数码变频电路7200MA(参见附图12)初端的反转/停止开关接通，发电机将已升高的电压加载于电动扳手电机上，此时，电动扳手电机反转，旋松螺栓。旋松作业结束，松开电动扳手把手上的操作开关，一方面使BG1关闭，J2关闭，7200MA初端的反转/停止开关关闭，发电机停止向电动扳手供电，扳手停止反向转动，另一方面，断开操作开关，555-2导通，经J210输出停止脉冲，使二极管D9导通，SSR3、SSR4导通，电磁阀DF线圈反向得电，关小发动机油门，使发动机重新回到怠速状态。
权利要求1.一种便携式铁路螺栓作业机，其构成包括有，数码发电机组、背负式机架、电动扳手，其特征在于其构成中还包括有电动扳手扭力自动控制装置，该装置是由位移传感器、智能计数器、显示电路、开关电路构成，位移传感器的探头设置于电动扳手冲击总成壳体上，位移传感器的受感知部件则设置于电动扳手冲击块上，或直接以电动扳手冲击块为受感知部件，位移传感探头的信号输出端与智能计数器计数信号输入端相连接，开关电路连接于智能计数器的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的便携式铁路螺栓作业机，其特征在于位移传感器采用霍尔传感器或接近传感器，霍尔传感器或接近传感器安装在冲击总成壳体上，冲击块为受感知部件。
3.根据权利要求1所述的便携式铁路螺栓作业机，其特征在于位移传感器采用光电传感器，该光电传感器探头安装在冲击总成壳体上，而挡光圈则固定在冲击块上。
4.根据权利要求1所述的便携式铁路螺栓作业机，其特征在于位移传感器还可采用磁敏传感器，该磁敏传感器的探头安装在冲击总成壳体上，并在冲击块上设置永久磁铁。
5.根据权利要求1所述的便携式铁路螺栓作业机，其特征在于数码发电机组中增设有发动机油门自动控制装置，该油门自动控制装置包括有行程可调电磁阀及发动机油门调节机构，该行程可调电磁阀的动铁芯置于线圈内腔中，动铁芯和线圈之间设置有一个铜套，动铁芯的一端通过一个可调节螺钉与发动机油门调节机构中连接油针的钢丝相连接，在线圈内腔中，对应于动铁芯的另一端，还设置一个可调节磁体，该磁体又由永久磁钢和软性磁垫相对接构成，永久磁钢固定于调节螺钉，软性磁垫则依附在永久磁钢的另一面上。
专利摘要本实用新型涉及一种便携式铁路道轨螺栓作业机械，该机械主要特点是增加了电动扳手扭力自动控制装置，该装置是由设置于电动扳手冲击总成壳体和冲击块之间的位移传感器、智能计数器、开关电路构成，位移传感器将冲击块冲击次数信号不断地送到智能计数器中计数，当累积计数与预置计数相同时，智能计数器则发出停止冲击的开关信号，此时电动扳手多次冲击所产生的扭力正好达到预置计数所对应的标准扭力，从而提升了铁路螺栓作业的标准化程度。另外，本实用新型还增设了发动机油门自动控制装置，该装置可使发动机自动处于低功率输出状态和作业时的高功率输出状态，该装置中的行程可调节电磁阀还可对高、低功率输出值进行调节，从而有效地节省了能源。
文档编号E01B29/28GK2633934SQ03222658
公开日2004年8月18日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12日
发明者戴珊珊 申请人:戴珊珊