ПОДБОЙКА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к железнодорожной технике и представляет собой подбойку для шпалоподбивочных машин, служащих для уплотнения щебня под шпалами при укладке и ремонте железнодорожных путей.
Известна конструкция подбойки (см., например, описание к патенту РФ на изобретение №2265101 по классам E01B 27/12, E01B 27/16 с приоритетом от 08.06.2004 г.). Подбойка содержит укрепленную на нижнем конце штока плиту, причем шток в поперечном сечении имеет форму ромба, одна из диагоналей которого перпендикулярна, а другая параллельна плите и боковые стороны которого сопряжены по линиям перехода.
К недостаткам известной конструкции можно отнести неоптимальную форму поперечного сечения штока подбойки, что приводит к повышенному износу его фронтальной части при работе.
Известна конструкция лопатки подбойки (см., например, описание к патенту РФ на полезную модель №137555 по классу E01B 27/16 с приоритетом от 25.04.2013 г.). Лопатка подбойки содержит укрепленную на нижнем конце штока плиту треугольного поперечного сечения, с установленными в его острых углах наконечниками из износостойкого материала, причем плита имеет в поперечном сечении форму треугольника с тупым углом α, величина которого лежит в пределах 110-160°, а для установки износостойких наконечников в его острых углах выполнены пазы.
К недостаткам этой конструкции можно отнести неоптимальную форму поперечного сечения лопатки подбойки, что при большом значении угла α может привести к снижению прочностных характеристик лопатки, а при малых - к чрезмерному увеличению металлоемкости.
Известна конструкция лопатки подбойки (см., например, описание к патенту РФ на изобретение №2226579 по классам E01B 27/00, E01B 27/12 с приоритетом от 25.11.2002 г.). Лопатка подбойки содержит плиту с выемкой на рабочей поверхности и закрепленные в выемке с упором в верхний уступ рабочие пластины нижнего ряда, причем пластины нижнего ряда выполнены в поперечном сечении трапецеидальными, расширяющимися книзу, с наклонной тыльной поверхностью и закругленной передней кромкой.
К недостаткам этой конструкции можно отнести неоптимальное расположение на лопатке фронтальных рабочих пластин нижнего ряда, что может привести к их смещению и скалыванию при заглублении подбойки, а также к интенсивному износу пластин тыльной стороны лопатки из-за зазора между ними и фронтальными рабочими пластинами нижнего ряда.
Известна конструкция подбойки (см. патент США на изобретение №5261763 по классу E01B 27/00 с приоритетом от 23.12.1991 г.). Износостойкие пластины нижнего ряда лопатки подбойки выполнены с крюкообразным выступом для надежной фиксации пластины на конце лопатки подбойки.
К недостаткам конструкции пластин нижнего ряда лопатки подбойки можно отнести их неоптимальное поперечное сечение, а также то, что при работе, нагрузка возникающая при заглублении подбойки будет передаваться только на одну упорную поверхность выступа пластины.
Целью разработки является улучшение конструкции подбойки за счет оптимизации таких ее конструктивных элементов как шток, лопатка и износостойкие пластины, что приведет к повышению таких характеристик подбойки и ее элементов, как долговечность и технологичность, а также уменьшит сопротивление заглублению и извлечению подбойки.
Поскольку передняя поверхность штока при работе наиболее подвержена износу, предлагается сделать фронтальную часть штока более металлоемкой, чем тыльная часть. Для этого предлагается конструкция подбойки, содержащая укрепленную на нижнем конце штока лопатку, причем шток в поперечном сечении имеет сложную форму, которая может быть представлена в виде сочетания сегмента круга и трапеции, а большее основание трапеции является одновременно хордой сегмента круга. Возможно такое выполнение подбойки, когда в поперечном сечении штока, сегмент круга выполнен в виде полукруга с хордой равной диаметру круга, а также когда в поперечном сечении штока, дуга сегмента круга и боковые стороны трапеции, а также верхнее основание трапеции и ее боковые стороны, сопряжены по линиям перехода, которые представляют собой часть окружности или прямые. Также возможно такое выполнение подбойки, когда шток в поперечном сечении имеет сложную форму, которая может быть представлена в виде сочетания сегмента круга и треугольника, а основание треугольника является одновременно хордой сегмента круга. Возможно и такое выполнение подбойки, когда в поперечном сечении штока, сегмент круга выполнен в виде полукруга с хордой равной диаметру круга, а также когда в поперечном сечении штока, дуга сегмента круга и боковые стороны треугольника сопряжены по линиям перехода представляющим собой часть окружности или прямые.
Для повышения долговечности, износостойкие пластины могут быть установлены не только на поверхности лопатки подбойки, но и в теле лопатки, а также внедрены в тыльную поверхность штока в зоне его прикрепления к лопатке подбойки. За счет такой установки, износостойкие пластины получают торцевую упорную поверхность, что повышает их устойчивость к сдвигу, и, как следствие, повышается долговечность подбойки.
Предлагается лопатка подбойки с выемкой на рабочей поверхности и закрепленными в выемке с упором в верхний уступ рабочими пластинами наконечника лопатки, причем лопатка выполнена в поперечном сечении в форме трапеции с закрепленными на ее сторонах износостойкими пластинами, а пластина наконечника лопатки выполнена с дополнительным выступом, расположенным в зоне ее скругленного переднего конца. Таким образом, у пластины наконечника лопатки образуются две упорные поверхности. Также, выступ пластины наконечника лопатки повышает сопротивление сдвигу пластины при заглублении лопатки, а также позволяет защитить пластину на тыльной стороне лопатки от преждевременного износа и повысить конструктивную прочность. Выполнение лопатки подбойки в поперечном сечении в форме трапеции позволяет оптимально распределить металл по поперечному сечению, а за счет острых углов - уменьшить сопротивление заглублению и извлечению подбойки. Возможно также такое выполнение лопатки подбойки, когда в верхнем остром угле трапециевидного поперечного сечения лопатки для снижения скорости износа лопатки при ее извлечении из балласта выполнен участок усиления. На участке усиления может быть выполнен продольный паз с установленным в нем наконечником из износостойкого материала или произведена наплавка износостойкого материала. Также на участке усиления могут быть установлены парные износостойкие элементы или износостойкие пластины с различной формой поперечного сечения, например, прямоугольной, трапециевидной, треугольной или в виде сегмента круга.
Предлагается пластина наконечника лопатки подбойки выполненная из износостойкого материала, и имеющая в поперечном сечении сложную форму, представляющую из себя сочетание трапеции и сектора круга, причем большее основание трапеции лежит на радиусе сектора круга и не превышает его по величине, а центральный угол α сектора круга лежит в пределах 150°≤α≤210°. При сочетании этих форм в поперечном сечении, у пластины наконечника лопатки образуется выступ. Этот выступ повышает сопротивление сдвигу пластины при заглублении лопатки, а также позволяет защитить пластину на тыльной стороне лопатки от износа и повысить конструктивную прочность. Возможно также такое выполнение пластины наконечника лопатки подбойки, когда в поперечном сечении, боковая сторона трапеции и радиус сектора круга сопряжены по линии перехода представляющей собой часть окружности.
Для достижения этой же цели предлагается сделать поперечное сечение пластины наконечника лопатки подбойки в виде сочетания трапеции и сегмента круга, причем большее основание трапеции лежит на хорде сегмента круга и меньше ее по величине. Возможно также такое выполнение пластины наконечника лопатки подбойки, когда в поперечном сечении, хорда сегмента круга является диаметром круга, причем большее основание трапеции лежит на диаметре круга и меньше его по величине.
Также возможно сделать поперечное сечение пластины наконечника лопатки подбойки в виде сочетания трапеции и полуэллипса, причем большее основание трапеции лежит на оси полуэллипса и меньше его по величине. В данном варианте, описанный полуэллипс представляет собой часть эллипса, полученную в результате его разделения по малой или большой осям на две равные по величине и форме части. А осью полуэллипса считаем отрезок прямой равный по величине размеру оси исходного эллипса по которой проходило его разделение.
Поперечное сечение пластины наконечника лопатки подбойки может быть выполнено в виде сочетания трапеции, тупоугольного треугольника и сегмента круга, причем основание трапеции и хорда сегмента круга являются сторонами связывающего их тупоугольного треугольника.
Также, поперечное сечение пластины наконечника лопатки подбойки может быть выполнено в виде сочетания трапеции, прямоугольного треугольника и круга с отсеченным сегментом, причем основание трапеции является стороной, а хорда, по которой круг усечен, является гипотенузой связывающего их прямоугольного треугольника.
Для устранения концентраторов напряжений в поперечном сечении пластины в зонах перехода от одной фигуры к другой, линии образующие эти фигуры могут быть соединены по линии перехода, представляющей собой часть окружности.
Таким образом, все описанные варианты пластины наконечника лопатки подбойки позволяют получить в поперечном сечении выступ. Этот выступ повышает сопротивление сдвигу пластины при заглублении лопатки, а также позволяет защитить пластину на тыльной стороне лопатки от износа и повысить конструктивную прочность.
За счет вышеописанной оптимизации таких конструктивных элементов подбойки как шток, лопатка и износостойкие пластины, привело к повышению таких характеристик подбойки и ее элементов, как долговечность и технологичность, а также уменьшению сопротивления заглублению и извлечению подбойки.
на фиг. 1 - общий вид подбойки;
на фиг. 2 - вид Б на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид В на фиг. 1;
на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 3 (вариант поперечного сечения штока подбойки как сочетание сегмента круга и трапеции);\
на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 3 (вариант поперечного сечения штока как сочетание сегмента круга и треугольника);
на фиг. 7 - вид Д на фиг. 4 (наплавка износостойкого материала на участке усиления лопатки (износостойкие пластины на боковых поверхностях внедрены в тело лопатки));
на фиг. 8 - вид Д на фиг. 4 (установленный в паз участка усиления лопатки износостойкий наконечник грибовидной формы поперечного сечения);
на фиг. 9 - вид Д на фиг. 4 (установленная на участке усиления лопатки износостойкая пластина трапециевидного поперечного сечения (износостойкие пластины на боковых поверхностях внедрены в тело лопатки));
на фиг. 10 - вид Д на фиг. 4 (установленная на участке усиления лопатки износостойкая пластина прямоугольного поперечного сечения (износостойкие пластины на боковых поверхностях внедрены в тело лопатки));
на фиг. 11 - вид Д на фиг. 4 (установленная на участке усиления лопатки износостойкая пластина треугольного поперечного сечения (износостойкие пластины на боковых поверхностях внедрены в тело лопатки));
на фиг. 12 - вид Д на фиг. 4 (установленная на участке усиления лопатки износостойкая пластина с поперечным сечением выполненным в виде сегмента круга (износостойкие пластины на боковых поверхностях внедрены в тело лопатки));
на фиг. 13 - фиг. 16 - вид Д на фиг. 4 (установленные на участке усиления лопатки парные износостойкие элементы);
на фиг. 17 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции и сектора круга (α=150°));
на фиг. 18 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции и сектора круга (α=210°));
на фиг. 19 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции и сегмента круга);
на фиг.20 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции и полукруга);
на фиг. 21 - фиг. 22 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции и полуэллипса)
на фиг. 23 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции, тупоугольного треугольника и сегмента круга);
на фиг. 24 - вид пластины наконечника лопатки подбойки в диметрии (поперечное сечение в виде сочетания трапеции, прямоугольного треугольника и круга с отсеченным сегментом)
Подбойка содержит укрепленную на нижнем конце штока 1 лопатку 2. Шток 1 в поперечном сечении имеет сложную форму, которая может быть представлена в виде сочетания сегмента круга и трапеции, а большее основание трапеции является одновременно хордой сегмента круга (см. фиг. 5). Возможно такое выполнение подбойки, когда в поперечном сечении штока, сегмент круга выполнен в виде полукруга с хордой равной диаметру круга, а также когда в поперечном сечении штока, дуга сегмента круга и боковые стороны трапеции, а также верхнее основание трапеции и ее боковые стороны, сопряжены по линиям перехода, которые представляют собой часть окружности или прямые. Также возможно такое выполнение подбойки, когда шток в поперечном сечении имеет сложную форму, которая может быть представлена в виде сочетания сегмента круга и треугольника, а основание треугольника является одновременно хордой сегмента круга. Возможно и такое выполнение подбойки, когда в поперечном сечении штока, сегмент круга выполнен в виде полукруга с хордой равной диаметру круга, а также когда в поперечном сечении штока, дуга сегмента круга и боковые стороны треугольника сопряжены по линиям перехода представляющим собой часть окружности или прямые (см. фиг. 6). Поскольку передняя поверхность штока при работе наиболее подвержена износу, фронтальная часть штока сделана более металлоемкой, чем тыльная часть.
Для повышения долговечности, износостойкие пластины 4 устанавливаются не только на поверхности лопатки 2 подбойки, но и в теле лопатки, а также внедряются в тыльную поверхность штока 1 в зоне его прикрепления к лопатке 2 подбойки. За счет такой установки, износостойкие пластины 4 получают торцевую упорную поверхность, что повышает их устойчивость к сдвигу, и, как следствие, повышается долговечность подбойки.
Лопатка 2 подбойки выполнена с выемкой на рабочей поверхности и закрепленными в выемке с упором в верхний уступ рабочими пластинами 3 наконечника лопатки. В поперечном сечении, лопатка 2 выполнена в форме трапеции с закрепленными на ее сторонах износостойкими пластинами 4, а пластина 3 наконечника лопатки выполнена с дополнительным выступом 5, расположенным в зоне ее скругленного переднего конца. Таким образом, у пластины наконечника лопатки образуются две упорные поверхности. Также, выступ 5 пластины наконечника лопатки повышает сопротивление сдвигу пластины при заглублении лопатки, а также позволяет защитить пластину 4 на тыльной стороне лопатки от преждевременного износа и повысить конструктивную прочность. Выполнение лопатки 2 подбойки в поперечном сечении в форме трапеции позволяет оптимально распределить металл по поперечному сечению, а за счет острых углов - уменьшить сопротивление заглублению и извлечению подбойки. Для снижения скорости износа лопатки 2 при ее извлечении из балласта, в верхнем остром угле трапециевидного поперечного сечения лопатки выполняется участок усиления 6. На участке усиления 6 может быть выполнен продольный паз с установленным в нем наконечником 7 из износостойкого материала (см. фиг. 8) или произведена наплавка износостойкого материала 8 (см. фиг. 7). Также на участке усиления могут быть установлены парные износостойкие элементы 10 (см. фиг. 13 - фиг. 16) или износостойкие пластины с различной формой поперечного сечения, например, трапециевидной (см. фиг. 9), прямоугольной (см. фиг. 10), треугольной (см. фиг. 11) или в виде сегмента круга (см. фиг. 12).
Пластина 3 наконечника лопатки подбойки, выполненная из износостойкого материала, имеет в поперечном сечении сложную форму, представляющую из себя сочетание трапеции и сектора круга, причем большее основание трапеции лежит на радиусе сектора круга и не превышает его по величине, а центральный угол α сектора круга лежит в пределах 150°≤α≤210° (см. фиг. 17 - фиг. 18). Оптимальный диапазон величин угла α был определен опытным путем. При сочетании этих форм в поперечном сечении, у пластины 3 наконечника лопатки образуется выступ 5. Этот выступ 5 повышает сопротивление сдвигу пластины 3 при заглублении лопатки, а также позволяет защитить пластину 4 на тыльной стороне лопатки от износа и повысить конструктивную прочность. Возможно также такое выполнение пластины 3 наконечника лопатки подбойки, когда в поперечном сечении, боковая сторона трапеции и радиус сектора круга сопряжены по линии перехода представляющей собой часть окружности.
Для достижения этой же цели, поперечное сечение пластины 3 наконечника лопатки подбойки выполняется в виде сочетания трапеции и сегмента круга, причем большее основание трапеции лежит на хорде сегмента круга и меньше ее по величине (см. фиг. 19). Возможно также такое выполнение пластины 3 наконечника лопатки подбойки, когда в поперечном сечении, хорда сегмента круга является диаметром круга, причем большее основание трапеции лежит на диаметре круга и меньше его по величине (см. фиг. 20). Также возможно сделать поперечное сечение пластины 3 наконечника лопатки подбойки в виде сочетания трапеции и полуэллипса, причем большее основание трапеции лежит на оси полуэллипса и меньше его по величине (см. фиг. 20 - фиг. 21).
Поперечное сечение пластины наконечника лопатки подбойки может быть сделано в виде сочетания трапеции, тупоугольного треугольника и сегмента круга, причем основание трапеции и хорда сегмента круга являются сторонами связывающего их тупоугольного треугольника ABC (см. фиг. 23). Угол β является тупым углом указанного треугольника.
Также, поперечное сечение пластины наконечника лопатки подбойки можно сделать в виде сочетания трапеции, прямоугольного треугольника и круга с отсеченным сегментом, причем основание трапеции является стороной, а хорда, по которой круг усечен, является гипотенузой связывающего их прямоугольного треугольника DEF (см. фиг. 24).
Для устранения концентраторов напряжений в поперечном сечении пластины в зонах перехода от одной фигуры к другой, линии образующие эти фигуры могут быть соединены по линии перехода 11 (см. фиг. 23 и фиг. 24), представляющей собой часть окружности.
Таким образом, все описанные варианты пластины 3 наконечника лопатки подбойки позволяют получить в поперечном сечении выступ 5. Этот выступ 5 повышает сопротивление сдвигу пластины при заглублении лопатки, а также позволяет защитить пластину 4 на тыльной стороне лопатки от износа и повысить конструктивную прочность. Также необходимо отметить, что пластины 3 наконечника лопатки подбойки предложенных форм поперечного сечения являются, с точки зрения их производства, - высокотехнологичными.
Подбойка шпалоподбивочной машины работает следующим образом.
После установки шпалоподбивочной машины в положение подбивки балласта под шпалами (не показано) при заглублении подбойки в балласт усилия сопротивления последнего воздействуют на нижнюю часть лопатки и, соответственно, на пластину 3 наконечника лопатки подбойки. Благодаря тому, что она закреплена в выемке лопатки с упором в верхний уступ, а также с упором выступом 5 в износостойкую пластину 4 тыльной стороны, повышается сопротивление сдвигу пластины 3 при заглублении лопатки. Также, это конструктивное выполнение пластины 3 наконечника лопатки позволяет защитить пластину 4 на тыльной стороне лопатки от износа и повысить конструктивную прочность, а благодаря оптимизации поперечного сечения лопатки 2, уменьшается сопротивление заглублению, повышается эффективность работы машины и ресурс работы подбоек.
При сжиме лопаток и уплотнении балласта под шпалами, а также при подъеме лопаток из балласта, после окончания рабочего цикла машины, одновременно с износом нижней части лопатки происходит износ и верхней ее части. Выполнение в верхнем остром угле трапециевидного поперечного сечения лопатки участка усиления 6 повышает ресурс работы подбоек. А поскольку передняя поверхность штока при работе наиболее подвержена износу, фронтальная часть штока сделана более металлоемкой, чем тыльная часть.
Таким образом, описанные выше варианты конструктивного выполнения подбоек и их элементов позволяют существенно повысить их долговечность, а также уменьшить сопротивление заглублению и извлечению подбоек за счет оптимизации форм как штока и лопатки подбойки, так и ее износостойких пластин наконечника.