Подбойка

Полезная модель относится к железнодорожной технике, а именно, к устройству подбоек шпалоподбивочных машин, предназначенных для уплотнения балласта железнодорожного пути. Подбойка (рабочий орган шпалоподбивочной машины), применяется для подбивки балласта железнодорожного пути, уплотнения щебня под шпалами при укладке и ремонте железнодорожных путей.
Из уровня техники известно (см. «Какие подбойки лучше.» С.А. Беляев, http://scbist.com/xx1/42987-08-1999-kakie-podboiki-luchshe.html) что ресурс подбоек зависит от процессов активного абразивного изнашивания в результате взаимодействия подбойки с балластом земляного полотна, а также от интенсивных динамических нагрузок, вибрации и т.д. Обычные подбойки изнашиваются за два - три «окна», и выправочно-подбивочно-рихтовочная машина (ВПМ) простаивает, в то время, когда все ее остальные узлы работоспособны. Сам процесс замены подбоек в ВПМ отличается значительной трудоемкостью и требует специальных съемных приспособлений.
Различие в ресурсе подбоек зависит от ее конструкции. Проблемой в области производства и применения подбоек является поиск решений, позволяющих увеличить износостойкость подбойки, а, следовательно, и срок ее службы. Износостойкость подбойки зависит как от конструкции штока, так и от конструкции ее лопатки. Для увеличения прочности и износостойкости лопатки ее упрочняют в основном с помощью закрепления на ней износостойкого материала, чаще всего в виде пластин. Таких решений множество.
Известны лопатки подбойки, содержащие твердосплавные элементы, которые закреплены на нижней части лопатки и огибает ее переднюю, нижнюю и заднюю поверхности (см. п. №2232840, Ru, оп. 20.07.2004 г., п. №2236494, Ru, оп. 20.09.2004 г., п. №2278917, Ru, оп. 27.06.2008 г., п. №2407845, Ru, оп. 27.12.2010 г., и т.д.). Однако такие подбойки не позволяют иметь ресурс до 550 км подбитого пути.
Известна конструкция лопатки подбойки (см. п. №180538, Ru, оп. 15.06.2017 г). Лопатка подбойки состоит из тела лопатки, облицованного упрочняющими элементами и твердосплавных пластин, расположенных на конце лопатки. Твердосплавные пластины имеют V-образную форму. Одна сторона, твердосплавных пластин имеет скос, выполненный под углом α. Под твердосплавными пластинами расположен слой припоя, с помощью которого пластины крепятся к телу лопатки. Однако, такая подбойка не позволяет иметь ресурс до 550 км подбитого пути. В подбойке известной конструкции из строя выходит наконечник, позволяя иметь ресурс только до 350 км подбитого пути.
Известна лопатка шпалоподбойки (см. п. №2240397, Ru, оп. 20.11.2004 г.) со вставками из твердого износостойкого материала, расположенными в нижней части шпалоподбойки. Вставки лопатки включают в себя нижнюю и боковые стороны, и переднюю и заднюю противоположные главные поверхности. Нижняя сторона вставок выполнена с выступом. Известная лопатка позволяет повысить ресурс лопатки, но имеет достаточно сложную конструкцию. Слабым звеном в конструкции остается участок передних нижних пластин, подверженных разрушению от ударных нагрузок при работе подбойки. Кроме того такая подбойка не позволяет иметь ресурс до 550 км подбитого пути.
Эта подбойка выбрана в качестве ближайшего аналога.
Задачи, решаемые полезной моделью, состоят в следующем. При большем сроке эксплуатации подбойки изнашиваются ее незащищенные участки - из-за случайных ударов по шпалам образуются сколы и трещины. Когда подбойки изнашиваются, то ВПМ простаивает в случае замены подбойки, в то время как все остальные ее узлы были работоспособны. Увеличение ресурса подбоек до 550 км подбитого пути приводит к уменьшению простаивания ВПР.
Техническим результатом, получаемым при реализации данной полезной модели, является повышение надежности защиты лопатки подбойки от абразивного износа, что приведет к повышению ресурса подбойки, а также к улучшение качества подбитого балласта. Повышение ресурса подбойки позволит увеличить интервалы между ремонтами путей. Дополнительным техническим результатом является улучшение технологичности конструкции лопатки за счет улучшения технологичности конструкции наконечника. Еще одним техническим результатом является сокращение простоев ВПМ из-за замены вышедших из строя подбоек. Сокращение простоев ВПМ, в итоге, приведет к повышению производительности ВПМ.
Данный технический результат заявляемого устройства достигается за счет того, что в подбойке, содержащей шток, лопатку с элементами из износостойкого материала, расположенную в нижней части подбойки, причем элемент содержит прямолинейный вертикальный участок, примыкающий к передней поверхности лопатки, наклонный участок, примыкающий к задней поверхности лопатки, нижний участок, примыкающий к нижней поверхности лопатки и выполненный в виде выступа, который в поперечном сечении имеет форму прямоугольной трапеции, в выступе выполнена продольная выемка, которая в поперечном сечении имеет форму прямоугольной трапеции, угол наклона стороны которой составляет 10-20 градусов к прямой стороне трапеции, выемка охватывает нижнюю поверхность лопатки так, что прямая сторона выемки примыкает к прямолинейному вертикальному участку, наклонная сторона выемки примыкает к наклонному участку, меньшее основание трапеции имеет закругления в углах с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-3 мм (R1), наклонный участок ограничен сверху плоскостью, которая перпендикулярна прямолинейному вертикальному участку и имеет закругления в углах, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-1,5 мм (R2), высота выемки и длина прямолинейного вертикального участка имеют соотношение (1-2):(4-6) мм, выступ, в нижней части, дополнительно, снабжен поверхностью сложно-профильной формы, состоящей из сегмента цилиндрической поверхности, который примыкает к нижнему основанию выступа, имеет радиус, изменяющийся в диапазоне 5-10 мм (R3), и высоту в диапазоне 13-30 мм, и трехгранной поверхности, которая одной гранью примыкает к радиусу сегмента цилиндрической поверхности, другой - к нижнему основанию выступа, а третьей стороной - к наклонному участку элемента, при этом сам элемент выполнен монолитным.
Целесообразно, чтобы в качестве износостойкого материала элементов использовался карбид вольфрама с содержанием кобальта 8-25%.
Целесообразно, чтобы элементы, образующие наконечник, были расположены на расстоянии 0,01-0.2 мм по отношению друг к другу и соединены между собой припоем.
Целесообразно, чтобы материал припоя содержал серебро не более 60%.
Отличием заявляемого устройства является:
- выполнение в выступе продольной выемки, которая в поперечном сечении имеет форму прямоугольной трапеции, угол наклона стороны которой составляет 10-20 градусов к прямой стороне трапеции, выемка охватывает нижнюю поверхность лопатки так, что прямая сторона выемки примыкает к прямолинейному вертикальному участку, наклонная сторона выемки примыкает к наклонному участку;
- наличие у меньшего основания прямоугольной трапеции закруглений в углах с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-3 мм (R1);
- ограничение наклонного участка сверху плоскостью, которая перпендикулярна прямолинейному вертикальному участку так, что высота выемки и длина прямолинейного вертикального участка имеют соотношение (1-2):(4-6)мм;
- наличие закруглений в верхних углах наклонного участка, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-1,5 мм (R2);
- наличие примыкающей к нижней части выступа поверхности сложно-профильной формы, состоящей из сегмента цилиндрической поверхности, который примыкает к нижнему основанию выступа и имеет радиус, изменяющийся в диапазоне 5-10 мм (R3), и высоту в диапазоне 13-30 мм, и трехгранной поверхности, которая одной гранью примыкает к радиусу сегмента цилиндрической поверхности, а другой - к нижнему основанию выступа, а третьей стороной - к наклонному участку элемента,
- выполнение элемента монолитным.
Благодаря наличию выемки заявляемой формы и размеров наконечник надежно закрепляется на нижней поверхности лопатки.
Наличие закруглений в углах выемки, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-3 мм (R1), позволяет не только легче извлекать готовый наконечник из формы после его изготовлении, то есть повышает технологичность наконечника, но и снижает напряжения, возникающие в этих углах при эксплуатации лопатки. А это позволяет увеличить срок эксплуатации наконечника, а соответственно и лопатки.
Ограничение наклонного участка сверху плоскостью, которая перпендикулярна прямолинейному вертикальному участку так, что высота выемки и длина прямолинейного вертикального участка имеют соотношение (1-2):(4-6) мм, позволяет выбрать оптимальные размеры наклонного и прямолинейного участков элемента таким образом, что наконечник надежно и плотно примыкает к поверхности лопатки.
Наличие закруглений в верхних углах наклонного участка, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-1,5 мм (R2), также способствует тому, что наконечник легче извлекать из формы после его изготовлении. Технологичность наконечника повышается.
Наличие поверхности сложно-профильной формы, ее форма и размеры способствует облегчению погружения лопатки в балласт.
Заявляемая конструкция элемента позволяет не только значительно повысить стабильность физико-механических свойств элементов, составляющих наконечник, но и прогнозировать рабочий ресурс подбойки. Форма наконечника, состоящего из заявляемых элементов, изготовленных из карбида вольфрама с содержанием кобальта 8-25%, которые расположены на расстоянии 0,01-0.2 мм по отношению друг к другу и соединены между собой припоем, причем материал припоя содержит серебро не более 60%, позволяет надежно защитить материал лопатки за счет его прикрытия от воздействия балласта.
В сочетании с известными признаками, вышеупомянутые отличительные признаки позволяют заявляемому устройству не только повысить надежность защиты лопатки подбойки от абразивного износа, но и повысить ресурс подбойки, а также улучшить качество подбитого балласта.
По мнению заявителя в известном уровне техники нет сведений о возможности получения технического результата за счет вышеуказанных отличительных признаков. В таком случае, упомянутые признаки можно назвать новым средством для получения вышеуказанного технического результата, поскольку с помощью таких признаков этот результат еще не получали.
Кроме того, дополнительным эффектом заявляемого устройства является следующее. Улучшилась технологичность конструкции лопатки за счет улучшения технологичности конструкции наконечника. Повышение ресурса подбойки позволило увеличить интервалы между ремонтами путей. Следовательно, сократились простои ВПМ из-за замены вышедших из строя подбоек. Сокращение простоев ВПМ, в итоге, приведет к повышению производительности ВПМ. А это в масштабах железной дороги России экономически выгодно.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - общий вид подбойки;
Фиг. 2 - разрез с указанием параметров.
Фиг. 3 - вид А,
Фиг. 4 - наконечник
Заявляемая подбойка состоит из штока 1, лопатки 2, наконечника 3. На штоке 1 размещена лопатка 2, с установленными на ней элементами 4, образующими наконечник 3. Каждый элемент 4 включает наклонный участок 5, примыкающий к задней поверхности 6 лопатки 2, прямолинейный вертикальный участок 7, примыкающий к передней поверхности 8 лопатки 2, и выступ 9, примыкающий к нижней поверхности 10 лопатки 2. В выступе 9 элемента 4 выполнена выемка 11. К выступу 9 снизу примыкает поверхность 12 сложно-профильной формы.
Работает подбойка подбивочного блока ВПМ следующим образом. Рабочими перемещениями с наложением вибрации подбойка внедряется в балласт под шпалами, уплотняя балласт. При погружении лопатки подбойки в балласт ее поверхность испытывает исключительно высокие переменные по времени и неравномерные по площади нагрузки. При совершении рабочих перемещений инструмента (вибрация, ход вниз, сжим балласта под шпалой, разжим, ход вверх) материал плиты лопатки, будучи частично защищен наконечником, меньше подвержен взаимодействию с частицами балласта, следовательно, меньше его абразивный износ и больше ресурс лопатки.
Для экспериментальной проверки заявляемой конструкции были изготовлены опытные образцы подбойки. Экспериментально заявителем было определено, что наличие в выступе продольной выемки, имеющей, в поперечном сечении, вид прямоугольной трапеции, ее высота, угол наклона боковой стороны, а также наличие закруглений в углах меньшего основания прямоугольной трапеции с радиусом, изменяющимся в диапазоне 0,2-3 мм (R1), позволяют надежно закрепить наконечник на теле лопатки. Форма заявляемого наконечника, форма и размеры составляющих наконечник элементов позволяют хорошо разрыхлить балласт перед внедрением в него лопатки подбойки. Облегчается погружение лопатки в балласт. Соответственно, уменьшается абразивный износ лопатки. Экспериментально было также определено, что срок службы лопатки, а соответственно, и заявляемой подбойки увеличился. Стабильная геометрия лопатки сохранялась, а это повышает качество уплотнения балласта. Приведенные выше геометрические параметры являются оптимальными. Они получены и отработаны по результатам экспериментов, которые подтвердили высокую надежность, прочность и длительный срок службы заявляемой конструкции. В результате эксплуатации опытных экземпляров было также определено, что отличительные признаки в сочетании с известными признаками, позволили снизить величину сдвигающего усилия в месте соединения наконечника и лопатки, и уменьшить изнашивание незащищенных участков лопатки из-за случайных ударов по шпалам, в результате которых образуются сколы и трещины. Стойкость подбойки с заявляемым наконечником при эксплуатации подбойки повысилась. Это привело к повышению качества выполняемой работы и увеличению ресурса подбойки до 550 км. Было также определено, что при взаимодействии наконечника подбойки с балластом, сопротивление трению, износостойкость, трещиностойкость и другие физико-механические характеристики превышают соответствующие показатели других применяемых подбоек.
Заявителем разработано третье поколение подбоек. Все подбойки имеют несколько вариантов исполнения в зависимости от посадочного места, способа крепления и от расположения подбойки в ВПМ. Для первого поколения подбоек ресурс подбоек, разработанных заявителем, составлял от 70 до 90 км подбитого пути. Для второго поколения подбоек управляемый ресурс подбоек, по требованию заказчиков, составлял от 150 до 350 км подбитого пути. Заявитель длительное время работал над созданием подбоек с ресурсом до 550 км подбитого пути. Результатом такой работы и явилось создание заявляемой подбойки с ресурсом до 550 км. Достигнут результат, который длительное время не удавалось получить.