ЛОПАТКА ПОДБОЙКИ

Предлагаемая полезная модель относится к железнодорожным путейным машинам для выправки пути и подбивки шпал путем уплотнения балласта, в частности к рабочей части инструмента (подбойки), устанавливаемого в рабочие органы выправочно-подбивочно-рихтовочной (ВПМ) машины, обеспечивающих подачу и уплотнение балласта под шпалой в зоне рельсовых плетей.
Шпалы опираются на балласт, который обычно состоит из гравия, щебня и т.п. Балласт обычно смещается со временем при движении. Лопатка подбойки подвергаются сильному износу в результате многократного контакта с балластом и краями поперечин, особенно с той стороны лопатки, которая прижимается к балласту. Лопатка подбойки работает в исключительно тяжелых условиях - абразивной высокопрочной среде и требует повышенной прочности и износостойкости.
В современных подбойках для упрочнения лопаток используют:
- наплавку сталей с высокой износостойкостью (см. патент Ru, №2138377, оп. 27.09.1999 г.). Углубления на рабочих поверхностях деталей армируют гранулированным сплавом карбидов вольфрама. На поверхность деталей наносят порошковую шихту, содержащую 80% кобальтового сплава и 20% боросодержащего флюса;
- оснащение лопатки упрочняющими элементами, выступающими над ее поверхностью (см. патент Ru, №67100, оп. 10.10.2007). В качестве упрочняющих элементов использованы твердосплавные элементы в форме брусков, валков и/или штырей, которые припаяны или запрессованы в материал подбойки. При эксплуатации инструмента частицы балласта проникают между твердосплавными вставками и контактируют с металлом лопатки, вызывая абразивный износ материала инструмента;
- установку на лопатке выступающих над ее поверхностью зубьев из твердосплавного материала. Зубья жестко зафиксированы относительно лопатки (см. патент РФ на полезную модель №27927, опубл. 27.02.03). Снабжение лопатки зубьями из твердосплавного материала значительно удлиняет срок службы подбойки, однако не позволяет в должной степени снизить абразивный износ материала лопатки на участках, не защищенных твердосплавными зубьями;
- использование вставок из твердосплавного материала различной формы (см. патент Ru, №161739, оп. 10.05.2016 г.). Твердосплавная вставка содержит головку и ножку. Головка вставки предназначена для защиты тела лопатки от абразивного износа и, выступает над поверхностью лопатки. Верхняя часть головки представляет собой рыхлитель, а нижняя
- ограждающий щиток. Рыхлитель, ограждающий щиток и ножка могут иметь разнообразную форму. Такое выполнение твердосплавной вставки позволяет более надежно защитить материал лопатки от абразивного воздействия частиц балласта. Однако, использование известных из патента №161739 твердосплавных вставок приводит к излишнему разрыхлению балласта в межшпальном пространстве, так как при погружении в балласт инструмент оказывает малое осаживающее воздействие на частицы балласта в межшпальном пространстве;
- выполнение в лопатке продольного вертикального паза, для крепления в нем пластин нижнего ряда с закругленными по радиусу нижними концами, на поверхностях лопатки укреплены рабочие пластины (см. патент Ru, №2226581, оп. 10.04.2004 г), публикация USA №20060169166, дата публикации 03.08.2006.
Известен трамбовочный инструмент (см. публикация USA №20060169166, оп. 03.08.2006, фиг. 9, 10, 11), содержащий хвостовик и лезвие, наконечник в форме раскрытого парашюта, сделанный из износостойкого материала, вставлен в нижний конец лезвия. Эта форма обеспечивает дополнительную защиту, если износостойкий материал на стороне лезвия и корпусе лезвия изнашивается, часть наконечника парашюта, вставленная в лезвие, будет контактировать с балластом, чтобы обеспечить дополнительную жизнь лезвия. Этот патент выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Лопатка подбойки подвергается сильному износу в результате многократного контакта с балластом и краями шпал, особенно со стороной лопатки, которая прижимается к балласту. Следовательно, необходимо увеличивать срок службы лопатки подбойки, чтобы увеличивать интервал времени, через который эти подбойки должны быть заменены или отремонтированы.
Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение абразивного износа лопатки подбойки, повышение сопротивляемости лопатки подбойки разрушению и, соответственно, повышение срока службы подбойки, а также повышение качества подбиваемого пути. Еще одним техническим результатом является повышение безопасности движения подвижного состава железнодорожного транспорта. Еще одним техническим результатом является снижение простоев ВПМ.
1
2
3,
Указанный технический результат достигается тем, что в лопатке подбойки, выполненной в форме плиты, закрепленной на штоке, содержащей переднюю и заднюю поверхности, боковые стенки, нижнюю и верхнюю стороны, продольную выемку в теле лопатки с нижней стороны лопатки, вставку из износостойкого материала, установленную в продольную выемку, и рабочие пластины, установленные на переднюю и заднюю поверхности лопатки, согласно полезной модели, продольная выемка в теле лопатки выполнена с непрерывным уменьшением поперечного сечения вдоль всей высоты выемки от нижней стороны лопатки, профиль поперечного сечения выемки характеризуется продолжительными боковыми выпуклыми скруглениями, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 90-180 мм (R1), а трапеция, образованная хордами выпуклых скруглений и основаниями выемки - равнобедренная; вставка состоит из головки, ограждающего щитка и ножки, причем головка в поперечном сечении имеет форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого расположены под углом α, который составляет 110-150 градусов, ограждающий щиток в поперечное сечении имеет форму равнобедренной трапеции, которая большим основанием, примыкает к основанию головки, а меньшим - к ножке, имеет вогнутые боковые стороны; ножка в поперечном сечении имеет форму равнобедренной трапеции, которая большим основанием, примыкает к основанию ограждающего щитка; боковые стороны ограждающего щитка и ножки сопряжены между собой таким образом, что их общие боковые стороны вогнуты с радиусом, изменяющимся в диапазоне 90-180 мм (R2), а высота ножки превышает высоту ограждающего щитка в 5-6,5 раз; рабочие пластины выполнены из износостойкого материала, представляют собой при виде сверху фигуру, одна сторона которой, содержит продолжительный выпуклый, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 90-180 мм (R3), участок, который присоединен к противоположной стороне фигуры с двух сторон; форма противоположной стороны фигуры характеризуется наличием одного прямолинейного участка, соединенного с продолжительным прямолинейным участком под углом α, который составляет 110-140 градусов, при этом, другой конец продолжительного прямолинейного участка соединен с другим прямолинейным участком под углом α который составляет 80-100 градусов.
Целесообразно установку и закрепление рабочих пластин на передней и задней поверхности лопатки производить с зазором между ними в пределах 1-4 мм.
Целесообразно, рабочие пластины жестко зафиксировать с помощью пайки.
Заявитель предлагает в лопатке различные изменения и усовершенствования, которые способствовали бы уменьшению абразивного износа лопатки подбойки, повышению сопротивляемости лопатки подбойки разрушению, повышению срока службы подбойки, повышению качества подбиваемого пути, повышению безопасности движения подвижного состава железнодорожного транспорта, снижению простоев ВПМ. Отличием заявляемого устройства от известного является:
- продольная выемка в теле лопатки выполнена с непрерывным уменьшением поперечного сечения вдоль всей высоты выемки от нижней стороны лопатки, профиль поперечного сечения выемки характеризуется продолжительными боковыми выпуклыми скруглениями, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 90-180 мм (R1), а трапеция, образованная хордами выпуклых скруглений и основаниями выемки - равнобедренная;
1
- вставка состоит из головки, ограждающего щитка и ножки, причем головка в поперечном сечении имеет форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого расположены под углом α, который составляет 110-150 градусов, ограждающий щиток в поперечном сечении имеет форму равнобедренной трапеции, которая большим основанием, примыкает к основанию головки, а меньшим - к ножке, имеет вогнутые боковые стороны;
- ножка в поперечном сечении имеет форму равнобедренной трапеции с вогнутыми боковыми сторонами, которая большим основанием, примыкает к основанию ограждающего щитка;
- боковые стороны ограждающего щитка и ножки сопряжены между собой таким образом, что их общие боковые стороны вогнуты с радиусом, изменяющимся в диапазоне 90-180 мм (R2), а высота ножки превышает высоту ограждающего щитка в 5-6,5 раз;
2
3
- рабочие пластины выполнены из износостойкого материала, представляют собой при виде сверху фигуру, одна сторона которой, содержит продолжительный выпуклый, с радиусом, изменяющимся в диапазоне 90-180 мм (R3), участок, который присоединен к противоположной стороне фигуры с двух сторон; форма противоположной стороны фигуры характеризуется наличием одного прямолинейного участка, соединенного с продолжительным прямолинейным участком под углом α, который составляет 110-140 градусов, при этом, другой конец продолжительного прямолинейного участка соединен с другим прямолинейным участком под углом α, который составляет 80-100 градусов.
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.
В сочетании с известными признаками, эти отличительные признаки способствуют уменьшению абразивного износа лопатки подбойки, повышению сопротивляемости лопатки подбойки разрушению, повышению срока службы подбойки, повышению качества подбиваемого пути, повышению безопасности движения подвижного состава железнодорожного транспорта, снижению простоев ВПМ.
Опытным путем было установлено, что в сочетании с известными признаками отличительные признаки позволяют эффективно разрыхлить балласт перед внедрением в него лопатки подбойки и, тем самым, облегчить погружение лопатки в балласт уменьшить ее абразивный износ, повысить сопротивляемость лопатки подбойки разрушению.
Заявляемая форма рабочих пластин сформирована в несколько этапов, включающих этап начального выбора геометрии рабочих пластин и этапа многорежимной оптимизации. Так удалось создать рабочие пластины обладающие преимуществами по сравнению с известными. Опытным путем было установлено, что предлагаемое форма рабочих пластин, их установка и закрепление на передней и задней поверхности лопатки подбойки с зазором между ними в пределах 1-4 мм, жесткая фиксация с помощью пайки рабочих пластин, снижает вероятность их скола. Также было замечено, что рабочие пластины лопатки и защитный щиток продолжают служить защитой лопатки подбойки от дальнейшего разрушения даже в случае разрушения головки вставки. И, наконец, размещение рабочих пластин заявляемой формы в пазах плиты лопатки подбойки позволяет повысить ее долговечность, поскольку достаточно большое количество износостойкого материала находится в теле плиты лопатки и, даже при интенсивной работе, не позволяет произойти износу плиты лопатки. Срок службы подбойки повышается.
Экспериментально, было определено, что, заявляемые формы и параметры продольной выемки и вставок из износостойкого материала, установленных в продольную выемку на нижней стороне лопатки подбойки, форма и параметры рабочих пластин из износостойкого материала, установленных в пазы на передней и задней поверхностях лопатки подбойки позволяет лопатке подбойки поглощать удар и передачу его на подбойку. Срок службы подбойки повышается.
Было установлено также, что в течение всего периода эксплуатации сохраняется стабильная геометрия лопатки подбойки. Это позволило повысить качество уплотнения балласта, соответственно, повысить качество подбиваемого пути. Соответственно, безопасность движения подвижного состав железнодорожного транспорта повышается и снижаются простои ВПМ.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 -общий вид лопатки,
Фиг. 2 - разрез продольной выемки,
Фиг. 3 - разрез вставки и рабочих пластин,
Фиг. 4 - вставка,
Фиг. 5 - рабочая пластина вид спереди,
Фиг. 6 - наконечник лопатки в изометрии.
Заявляемая лопатка подбойки состоит из лопатки 1, выемки 2 продольной, вставки 3, пластин 4 рабочих. Вставка 3 продольная состоит из головки 5, щитка 6 ограждающего, ножки 7.
Работу с помощью подбойки осуществляют следующим образом. Используя механизмы шпалоподбивочной машины, подбойку принудительно заглубляют в балласт и производят ею виброуплотнение балласта. 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) лопатка подбойки подвержена взаимодействию с частицами балласта. За счет выполнения подбойки с предлагаемой формой выемки 2, вставки 3, содержащей головку 5, щиток 6 ограждающий, ножку 7, рабочих пластин 4, лопатка 1 подбойки поглощает удар и передачу его на подбойку.
Лопатка и подбойка могут быть изготовлены на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли.
Для экспериментальной проверки заявляемой лопатки подбойки были изготовлены опытные образцы подбойки. Были выполнены сравнительные исследования предлагаемой лопатки подбойки с известными подбойками заявителя. В результате экспериментов и опытной эксплуатации опытных образцов подбойки было определено, что отличительные признаки в сочетании с известными признаками, позволили уменьшить абразивный износ лопатки подбойки, повысить сопротивляемость лопатки подбойки разрушению, повысить срок службы подбойки, повысить качество подбиваемого пути, и, соответственно, повысить безопасность движения подвижного состав железнодорожного транспорта и снизить простои ВПМ. Кроме того, изготовление из твердого сплава износостойких вставок заявляемой лопатки, позволяет использовать простые пресс-формы и, соответственно, вставки лопатки будут иметь невысокую цену. Заявляемые формы и параметры поперечного сечения вставок позволяют также использовать и простую технологию изготовления продольной выемки в плите лопатки подбойки.