ШПАЛОПОДБОЙКА ШПАЛОПОДБИВОЧНОЙ МАШИНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к железнодорожным путейным машинам для выправки пути и подбивки шпал путем уплотнения балласта, в частности к рабочей части инструмента шпалоподбойки, обеспечивающих подачу и уплотнение балласта под шпалой в зоне рельсовых плетей методом динамического воздействия.
Известно техническое решение, в котором шпалоподбойка, содержащая стержень из стали для ее крепления, и плиты, расположенную в нижней части шпалоподбойки, с жестко закрепленной в выполненной в нижней части плиты вырезе вставки из твердого износостойкого материала, вставка прикреплена к плите верхней частью и задней стенкой, образуя нижнюю кромку лопатки, при этом нижняя часть вставки, между ее боковыми стенками, выполнена дугообразной, изготавливается из карбида вольфрама и методом спекания. (Патент RU 2061816, заявка: №4895173 от 12.09.1989, МПК Е01В 27/12).
Недостаток спекания карбида вольфрама заключается в сложности изготовления вставки, которая должна быть большой. Вставки большего размера имеют тенденцию к растрескиванию и короблению при спекании, а во время пайки, к появлению больших внутренних напряжений, возникающих на границе раздела вставки и лопатки, вследствие пайки к двум поверхностям.
Известно техническое решение шпалоподбокйи, которая содержит стержень для ее крепления, расположенной в верхней части шпалоподбойки, и лопатку в форме плиты, имеет переднюю и заднюю поверхности, боковые стенки, нижнюю и верхнюю стороны, оснащена по передней и задней поверхностям твердосплавными пластинами, при этом пластины расположены на периферии указанных поверхностей или, по меньшей мере, на периферии передней поверхности, остальная часть площади поверхностей защищена износостойким наплавленным материалом, пересечения боковых стенок и нижней стороны лопатки и соответствующие стороны пластин, расположенных в местах пересечения, выполнены дугообразными с уменьшением длины нижней стороны, пластины, размещенные на различных участках периферии, выполнены из материалов с различными ударной вязкостью, трещиностойкостью, удельной работой пластической деформации, либо сочетанием этих параметров. (Патент RU 2211275 заявка: 2002119083 от 15.07.2002, МПК Е01В 27/12).
Недостаток данного технического решения заключается в том, что применение твердосплавных пластин с различной ударной вязкостью, трещиностойкостью, удельной работой пластической деформации на одной лопатке экономически не целесообразно. Получение различных, высоких физико-механических свойств твердых сплавов, требует высокоточного технологического оборудования, качественного сырья и неукоснительного соблюдения технологического процесса изготовления, что не всегда выполняется на предприятиях. Кроме этого, применение различных материалов для изготовления одной лопатки потребует несколько, отличающихся технологических процессов пайки пластин к лопатке. Применение одного технологического процесса, для пластин с различным фазовым составом, снижает качество пайки пластин к лопатке, а применение нескольких отличающихся процессов экономически не целесообразно.
Известно техническое решение шпалоподбойки шпалоподбивочной машины, содержащая стержень с цапфой для ее крепления, расположенной в верхней части шпалоподбойки, и лопатку с пластинами из твердого износостойкого материала, расположенную в нижней части шпалоподбойки, пластины установлены на передней, рабочей, и на задней плоскостях лопатки, нижние ряды пластин установлены на плоскостях лопатки с углом наклона свыше 0° и до 30° по отношению к оси цапфы, а верхние ряды пластин установлены с углом наклона от 0° до 30° по отношению к оси цапфы. (Патент RU №2236494, заявка: 2003111826 от 23.04.2003, МПК Е01В 27/12).
Недостатком данного технического решения является отсутствие защиты передних кромок пластин из твердого износостойкого материала, расположенных в нижней части шпалоподбойки, закрепленных на задней стороне поверхности. Такое расположение пластин приводит к отрыву или сколу пластин при внедрении лопатки в балласт, особенно при работе шпалоподбивочной машины на уплотненном балласте.
Известно техническое решение шпалоподбойки шпалоподбивочной машины, в котором лопатка содержит твердосплавной элемент, закрепленный на нижней части лопатки и огибает ее нижнюю кромку, переднюю и заднюю поверхности, твердосплавной элемент выполнен V-образной формы с углом между передней и задней поверхностями лопатки, составляющим 25-45°, лопатка оснащена дополнительными твердосплавными элементами V-образной формы, закрепленными на верхней части лопатки с двух сторон рядом с ее боковыми сторонами и огибающими ее верхнюю кромку, переднюю и заднюю поверхности с углом между передней и задней поверхностями лопатки, составляющими также 25-45°, твердосплавные элементы V-образной формы выполнены по длине лопатки из отдельных фрагментов, нижние кромки фрагментов нижней кромки лопатки и верхние кромки фрагментов верхней кромки лопатки выполнены радиусной или прямолинейной формы. (Патент RU 2407845 заявка: 2009132735 от 01.07.2009, МПК Е01В 27/12).
Недостатком данного технического решения является то, что исполнение передней плоскости лопаток в виде прямолинейной плоскости приводит к уменьшению объема балласта, подаваемого под шпалу, при каждом движении подбойки и как следствие снижается долговечность призмы, сопротивляемость осадкам шпал и их смещениям в горизонтальной плоскости, дренирующие и электроизоляционные свойства щебеночной призмы.
Известно техническое решение шпалоподбойки, лопатка, которой выполнена с упрочняющими ее нижнюю кромку твердосплавными элементами, в средней части лопатки, нижняя граница которой расположена выше твердосплавных элементов, боковые границы отстоят от боковых кромок лопатки не менее чем на 0,05 ширины лопатки, а верхняя отстоит от верхней кромки лопатки не менее чем на 0,05 высоты лопатки, выполнено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие и/или выемка, расположенная на передней поверхности лопатки, взаимодействующей с балластом при сжиме лопатки, причем выемка вогнута по отношению к этой поверхности. На задней поверхности лопатки, взаимодействующей с балластом при разжиме лопатки, выполнена дополнительная выемка, которая вогнута по отношению к этой поверхности, глубина выемки составляет не менее 0,1 толщины лопатки, выемка выполнена продолговатой в плане, причем продольная сторона выемки ориентирована вдоль ширины лопатки, продолговатая выемка выполнена с двумя сквозными отверстиями, одно из которых расположено справа, а другое - слева от продольной оси шпалоподбойки, в сквозном отверстии установлена сетчатая вставка. (Патент RU 2691546, заявка: 2018124561 от 04.07.2018, МПК Е01В 27/12).
Недостатком данного технического решения является не технологичность изготовления лопатки, наличия мелких конструктивных решений, слабая защита от износа передней и задней поверхностей.
Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения подвижного состав железнодорожного транспорта.
Технический результат, достигаемый в процессе решении поставленной задачи, заключается в снижении износа подбойки оснащенной твердосплавными пластинами, в повышение уплотнения балластного слоя и повышения его несущей способности, дренирующих и электроизоляционных свойства щебеночной призмы.
Технический результат достигается шпалоподбойкой шпалоподбивочной машины, содержащей корпус в виде стержня с цапфой для крепления, расположенной в верхней части шпалоподбойки, и лопатку, выполненную в форме прямоугольной плиты, имеющую переднюю, заднюю плоскость, боковые стенки, верхнюю и нижнюю стороны, расположенную в нижней части шпалоподбойки, с пластинами из твердого износостойкого материала, установленными на передней, рабочей, и на задней плоскостях лопатки, пластины на передней и на задней плоскостях лопатки установлены с углом наклона 0°-30° по отношению к оси цапфы, пластины на передней поверхности выполнены L-образной формы, огибают нижнюю сторону с образованием нижней кромки, и образованием ступени со стороны задней плоскости, по ширине равной толщине пластин, установленных на задней плоскости, нижняя кромка, образованная твердосплавными пластинами передней плоскости, имеет волнообразную форму, состоящую из радиусных и прямолинейных участков, при этом, пластины, имеющие радиусную форму по кромке, со стороны передней плоскости выполнены плоскими, а пластины, имеющие прямолинейную форму по кромке, со стороны передней плоскости выполнены выпуклыми, образуют волнистую переднюю поверхность из твердосплавных пластин с параметрами: шаг волнистости Sw=(50-75) мм, высота волнистости Wz=(8-15) мм, где впадина волнистости выполнена в виде плоскости. Кроме этого, плоские пластины имеют радиусную кромку с высотой сегмента 0,1-10 мм, на часть задней плоскости, прилегающей к нижней стороне, установлены твердосплавные пластины, опирающиеся одной гранью на ступень, образованную твердосплавными пластинами, установленными на передней плоскости, пластины передней и задней плоскостей образуют клин с углом β, равным 35-60°, твердосплавные пластины выполнены из вольфрамо-кобальтового сплава, имеющего сплошной каркас из зерен карбида вольфрама размером от 2,0 мкм до 5,0 мкм и каркас кобальтовой фазы, при содержании кобальта от 8 до 12% (об), часть передней плоскости лопатки до установленных твердосплавных пластин, прилегающая к верхней стороне, упрочнена наплавкой износостойкого материала, в виде параллельных верхней стороне валиков шириной и высотой 3-8 мм, с шагом 8-10 мм, боковые стенки лопатки упрочнены износостойким наплавочным материалом толщиной 3-8 мм, части верхней стороны, прилегающие к боковым стенкам, упрочнены наплавкой износостойкого материала толщиной 3-8 мм, части задней поверхности, прилегающие к боковым стенкам, упрочнены наплавкой износостойкого материала толщиной 3-8 мм.
Из информационного ресурса интернет https.//infopedia.su/8xeaac.html известно, что устойчивость пути под действием поездной нагрузки после его ремонта зависит, главным образом, от качества выполнения двух технологических компонентов: выправки и подбивки пути. Качество подбивки определяется необходимыми степенью и равномерностью уплотнения балласта под шпалами, подачей под них объема балласта, достаточного для закрепления рельсошпальной решетки в выправленном положении. Требуемые значения показателей качества подбивки шпал установлены. Например, при уплотнении слоя балласта толщиной z высокая степень уплотнения балласта обеспечена, если относительная осадка слоя ε≥(0,15÷0,17)z. На современных машинах циклического действия при их проектной производительности и рабочей скорости в лучшем случае достигается ε=(0,11÷0,13)z. Это свидетельствует о нерациональных параметрах рабочих органов и технологиях подбивки шпал.
Измерительных средств для оценки степени уплотнения балласта в процессе и после работы машины нет. Качество подбивки шпал оценивается уже при эксплуатации пути. Косвенным показателем достигаемой степени уплотнения балласта служит число вибровоздействий на уплотняемый материал
B
J=υt,
где υ - частота колебаний рабочего органа, Гц;
B
t - продолжительность вибровоздействий, сек.
При различных конструктивном исполнении подбивочных устройств и типах возбудителей колебаний рабочих органов способ воздействия последних на балласт одинаков - это виброударное обжатие материала. При этом процесс уплотнения балласта можно проиллюстрировать графиками, показанными на рис. 1. На котором показана зависимость эффекта уплотнения от времени и числа вибровоздействий рабочего органа на балласт:
A
1 - рабочие органы циклического действия (S=5 мм; υ=35 Гц; Vобж=120 мм/с);
A
2 - рабочие органы непрерывного действия (S=6 мм, υ=25 Гц; Vобж=100 мм/с)
min
В первые 3-4 сек на машинах циклического действия и 5-6 с на машинах непрерывного действия уплотнение балласта протекает наиболее интенсивно, затем постепенно процесс приобретает затухающий характер. На машинах циклического действия минимальное число вибровоздействий должно быть J=120÷130; на машинах непрерывного действия Jmin=170÷190.
При одинаковом числе вибровоздействий на уплотняемый материал степень его уплотнения различна. Наибольший эффект достигается при определенных значениях параметров виброподбивки и выполнении условия
,
обж
где V - скорость виброобжатия балласта, мм/с;
υ - частота колебаний рабочего органа, Гц;
A
S - амплитуда колебаний рабочего органа, мм.
При указанном соотношении параметров виброподбивки происходит эффективное виброударное воздействие рабочего органа на уплотняемый материал за период колебания.
При К>0,12 характер взаимодействия рабочего органа с балластом существенно изменяется. Происходит вибропрессование материала. Как показали исследования, степень уплотнения балласта при таком воздействии заметно ниже по сравнению с виброударным воздействием.
Защита передней плоскости плиты прилегающей к нижней стороне твердосплавными пластинами в виде волнистой поверхности с параметрами: шаг волнистости Sw=(50-75)мм, высота волнистости Wz=(8-15) мм, впадина волнистости выполнена в виде плоскости и с образованием нижней кромки с волнообразной формы за счет применения плоских пластин, имеющих радиусную форму со стороны нижней кромки и выпуклых пластин имеющие прямолинейную форму со стороны нижней кромки, позволяет повысить износостойкость нижней кромки и передней рабочей поверхности лопатки за счет увеличенной толщины выпуклых участков твердосплавных пластин, имеющих максимальную толщину. В соответствии с ГОСТ 7392-85 для балластировки главных путей железных дорог общего пользования применяется щебеночный балласт фракций 25-60 мм. Щебень из природного камня получают дроблением горных пород, по зерновому составу: количество зерен крупнее верхнего номинального размера (60 мм) от 60 до 70 мм ограничивается 5% по массе, а свыше 70 мм не допускается; зерен мельче нижнего номинального размера (25 мм) не более 5%. в том числе частиц размером менее 0,16 мм -1,5% по массе. Параметры волнистости подбираются исходя из условия, что во впадины входят только зерна мелкой фракция, менее 25 мм, которая скатываясь по желобу, остается в нижней части щебеночной балластной призмы. Подъем щебня, с максимальными размерами, в верхние слой балластной призмы производится за счет наплавочных валиков на передней поверхности расположенных параллельно нижней кромке. Выполнение наплавки на передней поверхности в виде валиков шириной и высотой 3-8  мм, с шагом 8-10 мм, позволяет увеличить объем перемещения частиц щебня, захватываемых лопаткой при ее движении в слое балласта, снизить разрыхление балласта в межшпальном пространстве, за счет снижения более мелкой фракции щебня в верхней части балластной призмы. Перераспределение частиц по высоте балласта позволяет повысить долговечность щебеночной призмы, сопротивляемость осадкам шпал и их смещениям в горизонтальной плоскости, повысить дренирующие и электроизоляционные свойства. Это объясняется тем, что, подбивка щебня лопаткой с передней поверхностью имеющей волнистость в двух направлениях протекает более эффективно. Частицы щебня больших размеров на волнистой поверхности занимают более устойчивое положение, по сравнению с виброподбивкой лопаткой шпалоподбойки, имеющей плоскую поверхностью и, как следствие, в верхней части щебеносной призмы, частиц большего размера становится больше. Наличие волнистой передней поверхности снижает явление вибропрессования, следовательно, возможно увеличение скорости обжатия и увеличение эффективности работы подбивочных машин.
Наплавка на части задней поверхности, прилегающие к боковым стенкам, части верхней стороны, прилегающие к боковым стенкам и боковых стенках плиты, износостойкого материала защищает лопатку от износа, повышая ее износостойкость в процессе внедрения в балласт.
Пластины на передней и на задней плоскостях лопатки установлены с углом наклона 0-30° по отношению к оси цапфы, с образованием между ними клина с углом β, равным (35-65°), пластины на передней плоскости выполнены L-образной формы, огибают нижнюю сторону с образованием нижней кромки волнообразной формы, уменьшают усилия внедрения лопатки в балласт с одной стороны и усилие подбивки балласта с другой. Нижняя кромка волнообразной формы и передний угол β оказывают большое влияние на процесс уплотнения балласта. Уменьшаются деформация зерен балласта, улучшаются условия схода щебня, и как следствие, снижается образование мелкой фракции.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет снизить износ подбойки оснащенной твердосплавными пластинами, повысить уплотнение балластного слоя и его несущую способность, дренирующие и электроизоляционных свойства щебеночной призмы, что в итоге приводит к повышению безопасности движения подвижного состав железнодорожного транспорта.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана зависимость эффекта уплотнения от времени и числа вибровоздействий рабочего органа на балласт:
A
A
1 - рабочие органы циклического действия (S=5 мм; υ=35 Гц; Vобж=120 мм/с); 2 - рабочие органы непрерывного действия (S=6 мм, υ=25 Гц; Vобж=100 мм/с), фиг. 2 общий вид шпалоподбойки ВПР машины, фиг. 3 лопатка вид на боковую стенку, фиг. 4 лопатка вид на нижнюю сторону (нижнюю кромку лопатки), фиг. 5 общий вид лопатки шпалоподбойки.
Устройство лопатки шпалоподбойки. На корпусе 1, представляющий собой стержень с цапфой расположенной в верхней части шпалоподбойки для ее крепления, в рабочий орган ВПР машины, в нижней части закреплена лопатка 2, выполненная в форме (прямоугольной) плиты. Лопатка имеет переднюю, рабочую плоскость 3, работающую в наиболее сложных условиях нагружения, заднюю плоскость 4, боковые стенки 5, верхнюю 6 и нижнюю 7 стороны. Передняя плоскость 3, прилегающая к нижней стороне 7 защищена твердосплавными пластинами 8.1 и 8.2, L-образной формы, огибающими нижнюю сторону 7 с образованием нижней кромки, и образованием ступени со стороны задней плоскости 4. Пластины 8.1 со стороны передней поверхности, выполнены выпуклыми и имеют прямолинейную форму по кромке, а пластины 8.2 со стороны передней поверхности, выполнены плоскими и имеют радиусную форму по кромке с высотой сегмента 0,1-10 мм. Пластины 8.1 и 8.2, образуют волнистую переднюю поверхность из твердосплавных пластин с параметрами: впадина волнистости выполнена в виде плоскости, шаг волнистости Sw=(50-75)мм, высота волнистости Wz=(8-15) мм, с образованием нижней кромки волнообразной формы состоящей из радиусных и прямолинейных участков пластин 8.1 и 8.2. Задняя плоскость 4 прилегающая, к нижней стороне 7 защищена твердосплавными пластинами 9 образующими плоскость и опирающимися одной гранью на ступень твердосплавных пластин 8.1 и 8.2 передней плоскости 3, пластины 8.1, 8.2 и 9 образуют клин с углом β, равным 35°-65°. Передняя плоскость 3, прилегающая к верхней стороне 6 защищена наплавкой износостойкого материала, в виде параллельных верхней стороне 6 валиков 10. Задняя плоскость 4, прилегающей к боковым стенкам 5, верхняя сторона 6 прилегающая к боковым стенкам 5 и боковые стенки 5 защищены наплавкой износостойкого материала 11. Пластины 8.1, 8.2 и 9 выполнены из вольфрамо-кобальтового сплава, имеющего сплошной каркас из зерен карбида вольфрама размером от 2,0 до 5,0 мкм и каркас кобальтовой фазы, при содержании кобальта от 8 до 15 об. %.
Работает шпалоподбойки следующим образом. Подбивочные блоки имеют по 16 вертикальных шпалоподбоек, нижние концы которых при вращении вала работают с амплитудой 12-15 мм в горизонтальной плоскости. При работе машины, подбойки под действием вертикальных гидроцилиндров опускаются в балласт между шпалами на глубину 0,4-0,6 метра и сближаются друг к другу, при этом под шпалой уплотняется балласт. Машина одновременно подбивает балласт под двумя шпалами и переезжает к следующим шпалам.
Заявляемое техническое решение может быть изготовлено на машиностроительных предприятиях РФ.