НАКОНЕЧНИК ЛОПАТКИ ПОДБОЙКИ

Полезная модель относится к железнодорожной технике и представляет собой наконечник лопатки подбойки для шпалоподбивочной машины, служащей для уплотнения щебня под шпалами при укладке и ремонте железнодорожных путей.
Известен наконечник лопатки подбойки, выполненный из износостойкого материала, имеющий в поперечном сечении копгрибовидную форму и снабженный хвостовиком для установки в продольных пазах плиты лопатки подбойки (см. описание к патенту РФ на полезную модель №137555 с приоритетом от 25.04.2013 г., по классу Е01В 27/16, фиг. 5 и фиг. 6). Наконечник обеспечивает достаточно высокую долговечность вершин лопатки, но на нем отсутствуют элементы защищающие переднюю и заднюю поверхности лопатки, что ограничивает его функциональные возможности, а наличие участка достаточно резкого изменения площади поперечного сечения при переходе от хвостовика к головке повышает вероятность поломки наконечника при работе именно в этом месте.
Известен наконечник лопатки подбойки, выполненный из износостойкого материала и имеющий в поперечном сечении сложную форму, содержащую С-образный участок головки, включающий не менее двух сонаправлено выпуклых кривых, одна из которых является внутренней и лежит на теле лопатки, а вторая является наружной и имеет возможность контакта с уплотняемым материалом, причем с двух сторон к С-образному участку головки примыкают четырехугольные участки хвостовиков (см. описание к патенту РФ на полезную модель №176441 с приоритетом от 07.06.2017 г., по классу Е01В 27/16, фиг. 6-8). Наконечник обеспечивает достаточно высокую долговечность вершины лопатки, а его хвостовики защищают участки передней и задней поверхностей лопатки подбойки. Однако, в случае изготовления наконечника с массивной головкой, с относительно большим поперечным сечением, у наконечника также будет присутствовать участок достаточно резкого изменения площади поперечного сечения при переходе от хвостовика к головке, что повышает вероятность поломки наконечника при работе именно в этом месте.
Известен, взятый за прототип, наконечник лопатки подбойки, содержащий головку и хвостовик, причем выполнен в поперечном сечении стреловидной формы, причем головка в поперечном сечении может быть представлена как сочетание фигур, одна из которых, образующая вершину головки, является треугольником, а другие могут иметь форму трапеции (см. описание к патенту РФ на полезную модель №163734 с приоритетом от 20.11.2014 г., по классу Е01В 27/16, фиг. 3). Наконечник имеет центральный хвостовик и развитые боковые элементы головки, способные обеспечить защиту передней и задней поверхностей лопатки, однако вследствие большого угла в месте перехода от боковых элементов головки к поверхностям лопатки, долговечность наконечника может существенно снизиться.
Целью разработки является повышение эксплуатационных качеств подбойки за счет оптимизации конструкции ее наконечника.
Для этого предлагается наконечник лопатки подбойки, содержащий головку и два боковых хвостовика несимметрично расположенные относительно центрального хвостовика, причем в поперечном сечении лопатки, величина угла α между наружной поверхностью его бокового хвостовика и поверхностью лопатки (или поверхностью износостойкой пластины установленной на ней), не превышает 30°, а величина суммы длин оснований боковых и центрального хвостовиков, лежащих на основании головки, лежит в диапазоне от 0,5 до 1 длины основания головки.
Выполнение наконечника с двумя боковыми хвостовиками обеспечивает защиту участков передней и задней поверхности лопатки, а также позволяет уменьшить величину площади поверхности лопатки, на которой необходимо разместить износостойкие пластины.
Выполнение боковых хвостовиков несимметричными относительно центрального хвостовика позволяет оптимизировать распределение материала по поперечному сечению наконечника. Например, толщина и/или длина бокового хвостовика наконечника прилегающего к передней поверхности лопатки может быть больше толщины хвостовика прилегающего к ее задней поверхности.
Наличие у наконечника центрального и двух боковых хвостовиков позволяет обеспечить в поперечном сечении более плавный переход от хвостовиков к головке, что положительно влияет на его долговечность.
Благодаря небольшой величине угла α (не более 30°) между наружной поверхностью бокового хвостовика и поверхностью лопатки повышается долговечность наконечника и лопатки в целом.
Для оптимизации распределения нагрузки на материал тела лопатки и сохранения в поперечном сечении плавного перехода от хвостовиков к головке, величина суммы длин оснований боковых и центрального хвостовиков, лежащих на основании головки, лежит в диапазоне от 0,5 до 1 длины основания головки.
Возможно также такое конструктивное выполнение наконечника лопатки подбойки, когда в поперечном сечении, наружная сторона бокового хвостовика, взаимодействующая при работе с балластным материалом, не сонаправлена с боковой стороной головки, так что величина угла β между ними лежит в диапазоне 160-200°.
Боковой хвостовик может иметь в поперечном сечении форму четырехугольника, в частности, прямоугольника, параллелограмма или трапеции. Как минимум, одна из сторон четырехугольного поперечного сечения бокового хвостовика может быть выполнена в виде дуги. Стороны четырехугольного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Боковой хвостовик может иметь в поперечном сечении форму треугольника, в частности, треугольника со скругленной вершиной. Как минимум, одна из сторон треугольного поперечного сечения бокового хвостовика может быть выполнена в виде дуги. Стороны треугольного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Боковой хвостовик может иметь сложное поперечное сечение, представляющее собой сочетание фигур, как минимум одна из которых является четырехугольником. Это позволит, в некоторых случаях, обеспечить более плавный переход от бокового хвостовика наконечника к поверхностям лопатки. Стороны фигур сложного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Торцевые поверхности боковых хвостовиков могут примыкать к соответствующим поверхностям буртика тела лопатки или износостойкой пластины непосредственно или через слой припоя.
Центральный хвостовик, в зависимости от профиля паза в теле лопатки, может иметь в поперечном сечении различную форму, например, четырехугольника, в частности, параллелограмма, прямоугольника, или трапеции. Как минимум, одна из боковых сторон четырехугольного поперечного сечения центрального хвостовика может быть выполнена в виде выпуклой или вогнутой дуги. Стороны четырехугольного поперечного сечения центрального хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Центральный хвостовик может иметь в поперечном сечении форму треугольника, в частности, треугольника со скругленной вершиной. Как минимум, одна из боковых сторон треугольного поперечного сечения центрального хвостовика может быть выполнена в виде выпуклой или вогнутой дуги. В случае выполнения центрального хвостовика треугольного поперечного сечения с двумя боковыми сторонами в виде выпуклых дуг, он может иметь оживальную форму. Стороны треугольного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Центральный хвостовик может иметь сложное поперечное сечение, представляющее собой сочетание фигур, как минимум одна из которых является четырехугольником. Стороны фигур сложного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
В поперечном сечении наконечника, боковые и центральный хвостовики могут иметь различную длину и ширину.
В поперечном сечении наконечника, стороны хвостовиков и основание головки могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
В поперечном сечении, головка наконечника может представлять собой, в частности, треугольник со скругленной вершиной. Как минимум, одна из боковых сторон треугольного поперечного сечения головки может быть выполнена в виде выпуклой или вогнутой дуги. В случае выполнения головки треугольного поперечного сечения с двумя боковыми сторонами в виде выпуклых дуг, он может иметь оживальную форму со скругленной вершиной.
В поперечном сечении, головка наконечника может иметь сложную форму, представляющую собой сочетание фигур, треугольника со скругленной вершиной и, как минимум, одного четырехугольника, выполненного, в частности, в виде прямоугольника или трапеции.
Также, в поперечном сечении, головка наконечника может иметь сложную форму, представляющую собой сочетание оживальной формы со скругленной вершиной, и, как минимум, одного четырехугольника, выполненного, в частности, в виде прямоугольника или трапеции.
Предложенное техническое решение позволяет добиться повышения эксплуатационных качеств подбойки за счет оптимизации конструкции ее наконечника, а также дает возможность выпускать наконечники лопатки подбойки нескольких исполнений для использования на разных балластных материалах.
Все возможные варианты конструктивного выполнения наконечника лопатки подбойки и его элементов представлены в описании, и не могут вызвать затруднений в понимании у среднего специалиста в данной области техники. Некоторые варианты конструктивного выполнения наконечника лопатки подбойки представлены на иллюстрациях ниже.
на фиг. 1 - общий вид подбойки;
на фиг. 2 - сечение А - А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2 (поперечное сечение наконечника лопатки у которого боковые хвостовики выполнен в виде четырехугольников разной длины и ширины, а центральный хвостовик - в виде трапеции со скругленными углами, а головка выполнена в виде треугольника ВГД со скругленной вершиной);
на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2 (поперечное сечение наконечника лопатки у которого боковой хвостовик выполнен в виде четырехугольников с дугообразной внутренней стороной, а центральный хвостовик - в виде треугольника с дугообразными боковыми сторонами и скругленной вершиной, причем внутренние стороны боковых хвостовиков и боковые стороны центрального хвостовика сопряжены по дугообразным линиям перехода, а головка выполнена в виде треугольника ВГД со скругленной вершиной);
1
1
1
2
2
1
на фиг. 5 - вид Б на фиг. 2 (поперечное сечение наконечника лопатки у которого один боковой хвостовик выполнен в виде треугольника со скругленной вершиной, другой - в виде четырехугольника, а центральный - оживальной формы со скругленной вершиной, причем внутренние стороны боковых хвостовиков и боковые стороны центрального хвостовика сопряжены по дугообразным линиям перехода, а головка выполнена сложной формы в виде сочетания треугольника ВГД со скругленной вершиной и трапеции ГГДД);
на фиг. 6 - вид Б на фиг. 2 (поперечное сечение наконечника лопатки у которого один боковой хвостовик выполнен сложной формы в виде сочетания четырехугольника и прямоугольника, а второй - в виде четырехугольника с дугообразными боковыми сторонами, а центральный - в виде прямоугольника со скругленными углами, причем внутренние стороны боковых хвостовиков и боковые стороны центрального хвостовика сопряжены с основанием головки дугообразными линиями перехода, а головка выполнена в виде треугольника ВГД со скругленной вершиной);
1
2
2
1
на фиг. 7 - вид Б на фиг. 2 (поперечное сечение наконечника лопатки у которого один боковой хвостовик выполнен сложной формы в виде сочетания двух четырехугольников, а второй - в виде сочетания четырехугольника и треугольника со скругленной вершиной, а центральный - сложной формы в виде сочетания трапеции с треугольником со скругленной вершиной, причем внутренние стороны боковых хвостовиков и боковые стороны центрального хвостовика хвостовика сопряжены с основанием головки по дугообразным линиям перехода, а головка выполнена сложной формы в виде сочетания трапеции ГГДД и элемента оживальной формы ВГД со скругленной вершиной);
1
2
3
Выполненный из износостойкого материала наконечник 1 лопатки 2 подбойки содержит головку 3 с двумя боковыми хвостовиками 4 несимметрично расположенными относительно центрального хвостовика 5, причем в поперечном сечении лопатки, величина угла α между наружной поверхностью бокового хвостовика 4 и поверхностью лопатки 2, или поверхностью износостойкой пластины 6 установленной на ней, не превышает 30°, а величина суммы длин L и L оснований боковых 4 и L центрального 5 хвостовиков, лежащих на основании ГД головки 3, лежит в диапазоне от 0,5 до 1 длины основания головки 3 (см. фиг. 3 и фиг. 4). Наружной поверхностью лопатки 2, фактически, является наружная поверхность установленных на ней износостойких пластин 6.
Выполнение наконечника 1 с двумя боковыми хвостовиками 4 обеспечивает защиту участков передней и задней поверхности лопатки 2, а также позволяет уменьшить величину площади поверхности лопатки 2 на которой необходимо разместить износостойкие пластины 6.
Выполнение боковых хвостовиков 4 несимметричными относительно центрального хвостовика 5 позволяет оптимизировать распределение материала по поперечному сечению наконечника 1. Например, толщина и/или длина бокового хвостовика 4 наконечника 1 прилегающего к передней поверхности лопатки 2 может быть больше толщины хвостовика 4 прилегающего к ее задней поверхности (см. фиг. 3).
Наличие у наконечника 1 центрального 5 и двух боковых 4 хвостовиков позволяет обеспечить в поперечном сечении более плавный переход от хвостовиков к головке 3, что положительно влияет на его долговечность.
Благодаря небольшой величине угла α (не более 30°) между наружной поверхностью бокового хвостовика 4 и поверхностью лопатки 2 повышается долговечность наконечника 1 и лопатки 2 в целом (см. фиг. 6 и фиг. 7).
1
2
3
4
Для оптимизации распределения нагрузки на материал тела лопатки 2 и сохранения в поперечном сечении плавного перехода от хвостовиков 4 и 5 к головке 3, в поперечном сечении, величина суммы длин оснований L, L и L хвостовиков, лежащих на основании головки, лежит в диапазоне от 0,5 до 1 длины L основания головки 3, а стороны хвостовиков и основание головки 3 могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания (см. фиг. 3 и фиг. 4). То есть:
4
1
2
3
4
L≥L+L+L≥0,5L
1
2
где: L и L - длины оснований боковых хвостовиков;
3
L - длина основания центрального хвостовика;
4
L - длина основания головки
Возможно также такое конструктивное выполнение наконечника 1 лопатки 2 подбойки, когда в поперечном сечении, наружная сторона бокового хвостовика 4, взаимодействующая при работе с балластным материалом, не сонаправлена с боковой стороной головки 3, так что величина угла β между ними лежит в диапазоне 160° - 200°.
Боковой хвостовик 4 может иметь в поперечном сечении форму четырехугольника (см. фиг. 3), в частности, прямоугольника, параллелограмма или трапеции. Как минимум, одна из сторон четырехугольного поперечного сечения бокового хвостовика 4 может быть выполнена в виде дуги (см. фиг. 4). Стороны четырехугольного поперечного сечения бокового хвостовика 4 могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Боковой хвостовик 4 может иметь в поперечном сечении форму треугольника, в частности, треугольника со скругленной вершиной (см. фиг. 5). Как минимум, одна из сторон треугольного поперечного сечения бокового хвостовика 4 может быть выполнена в виде дуги. Стороны треугольного поперечного сечения бокового хвостовика 4 могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Боковой хвостовик 4 может иметь сложное поперечное сечение, представляющее собой сочетание фигур, как минимум одна из которых является четырехугольником (см. фиг. 6 и фиг. 7). Это позволит, в некоторых случаях, обеспечить более плавный переход от бокового хвостовика 4 наконечника к поверхностям лопатки 2. Стороны фигур сложного поперечного сечения бокового хвостовика 4 могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Торцевые поверхности боковых хвостовиков 4 могут примыкать к соответствующим поверхностям буртика тела лопатки 2 или износостойкой пластины 6 непосредственно или через слой припоя.
Центральный хвостовик 5, в зависимости от профиля паза в теле лопатки 2, может иметь в поперечном сечении различную форму, например, четырехугольника, в частности, параллелограмма, прямоугольника (см. фиг. 6), или трапеции (см. фиг. 3). Как минимум, одна из боковых сторон четырехугольного поперечного сечения центрального хвостовика 5 может быть выполнена в виде выпуклой или вогнутой дуги. Стороны четырехугольного поперечного сечения центрального хвостовика 5 могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Центральный хвостовик 5 может иметь в поперечном сечении форму треугольника, в частности, треугольника со скругленной вершиной. Как минимум, одна из боковых сторон треугольного поперечного сечения центрального хвостовика может быть выполнена в виде выпуклой или вогнутой дуги (см фиг. 4). В случае выполнения центрального хвостовика треугольного поперечного сечения с двумя боковыми сторонами в виде выпуклых дуг, он может иметь оживальную форму (см. фиг. 5). Стороны треугольного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
Центральный хвостовик может иметь сложное поперечное сечение, представляющее собой сочетание фигур, как минимум одна из которых является четырехугольником (см. фиг. 7). Стороны фигур сложного поперечного сечения бокового хвостовика могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
В поперечном сечении наконечника 1, боковые 4 и центральный 5 хвостовики могут иметь различную длину и ширину.
В поперечном сечении наконечника 1, стороны хвостовиков и основание головки 3 могут сопрягаться по линиям перехода, выполненным, в частности, в виде отрезков прямых, дуг или их сочетания.
В поперечном сечении, головка 3 наконечника 1 может представлять собой, в частности, треугольник со скругленной вершиной (см. фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 6). Как минимум, одна из боковых сторон треугольного поперечного сечения головки 3 может быть выполнена в виде выпуклой или вогнутой дуги. В случае выполнения головки треугольного поперечного сечения с двумя боковыми сторонами в виде выпуклых дуг, он может иметь оживальную форму со скругленной вершиной.
В поперечном сечении, головка наконечника может иметь сложную форму, представляющую собой сочетание фигур, треугольника со скругленной вершиной и, как минимум, одного четырехугольника, выполненного, в частности, в виде прямоугольника или трапеции (см. фиг. 5).
Также, в поперечном сечении, головка наконечника может иметь сложную форму, представляющую собой сочетание оживальной формы со скругленной вершиной, и, как минимум, одного четырехугольника, выполненного, в частности, в виде прямоугольника или трапеции (см. фиг. 7).
В случае выполнения в поперечном сечении наконечника 1 участков сопряжения между его частями, выполненных в виде дугообразных линий перехода, величина их радиусов может лежать в диапазоне 0.1-10 мм.
Величина радиуса дуг, которые могут являться частью поперечных сечений хвостовиков и головки, составляет не менее 5 мм.
Величина радиуса скругления головки и хвостовиков может лежать в диапазоне 0.1-20 мм.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет добиться повышения эксплуатационных качеств подбойки за счет оптимизации конструкции ее наконечника, а также выпускать наконечники лопатки подбойки нескольких исполнений для использования на разных балластных материалах.