ПОДБОЙКА ШПАЛОПОДБИВОЧНОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)
RAM OF SLEEPER PACKING MACHINE (VERSIONS)

Изобретение относится к железнодорожной технике и представляет собой подбойку для шпалоподбивочных машин, служащих для уплотнения щебня балластной призмы железнодорожных путей.
Подбойки, работая в абразивной среде при больших вибрационных нагрузках, быстро изнашиваются. Для увеличения срока службы их упрочняют посредством закрепления на них твердосплавных элементов различной формы.
Известна, например, подбойка шпалоподбивочной машины, на нижней части лопатки которой закреплен твердосплавный элемент, имеющий U-образную форму, огибающий его переднюю, нижнюю и задние поверхности (см. п. РФ №2232840 по кл. E01B 27/12, E01B 27/16, заявл. 10.12.2002, опубл. 20.07.2004 «Лопатка подбойки шпалоподбойной машины»). Недостатком подбойки с такой лопатки является низкий ресурс работы из-за большой вероятности отрыва и/или скола твердосплавного элемента при взаимодействии с балластом.
Наиболее близкой по технической сущности, достигаемому результату и выбранной в качестве прототипа для первого варианта заявляемого технического решения является подбойка шпалоподбивочной машины, содержащая стержень с нижним концом в виде лопатки. Лопатка снабжена вставками из твердосплавного материала, зафиксированными как по своим кромкам, так и по своей передней и задней поверхностям. Вставки жестко зафиксированы относительно лопатки (см. п. РФ №2293155 по кл. E01B 27/16, E01B 27/12, заявл. 25.07.2005, опубл. 10.02.2007 «Подбойка шпалоподбивочной машины»).
Недостатком данной подбойки является то, что твердосплавные вставки защищают только те поверхности лопатки, в которых они зафиксированы, т.к. ножки вставок глубоко утоплены в материал лопатки. Т.е. каждая из поверхностей лопатки требует для своей защиты размещения своих твердосплавных элементов, закрепляемых непосредственно на ней. Такими элементами могут являться либо дискретные вставки в виде отдельных зубьев, либо сплошное покрытие пластинами, либо наплавка из твердосплавного материала. Без такой защиты срок службы подбойки недостаточно велик. Учитывая высокую стоимость подбоек и трудоемкость их замены на шпалоподбивочной машине, нередко подбивку балласта проводят подбойками с измененной геометрией, что снижает качество уплотнения балласта.
Задачей настоящего изобретения в соответствии с первым вариантом заявляемой подбойки является увеличение срока службы подбойки и повышение качества уплотнения балласта.
Техническим результатом, получаемым при реализации изобретения в соответствии с первым вариантом заявляемой подбойки является повышение степени использования защитных свойств твердосплавного материала вставок за счет увеличения площади поверхности вставки, которая непосредственно взаимодействует с уплотняемой абразивной средой.
В соответствии с первым вариантом заявляемой подбойки указанная задача решается за счет того, что в известной подбойке шпалоподбивочной машины, содержащей стержень с нижним концом в виде лопатки, снабженной вставками из твердосплавного материала, которые жестко зафиксированы относительно лопатки, согласно изобретению зафиксированные в кромках лопатки вставки установлены так, что боковая поверхность вставок, относительно передней и/или задней поверхности лопатки занимает положение, выбранное из группы, включающей возвышение над поверхностью, расположение заподлицо с поверхностью, погружение в материал лопатки на глубину не более чем 5 мм.
Длина той части вставки, которая утоплена в материал лопатки, может определяться по формуле:
h≥0,05·V/F·n,
где h - длина той части вставки, которая утоплена в материал лопатки,
V - объем тела лопатки,
F - площадь поперечного сечения вставки,
n - количество вставок, погруженных в лопатку.
Форма поперечного сечения вставки может быть выбрана из группы, включающей многоугольник, круг, овал, криволинейный многоугольник.
Форма головка вставки по отношению к вставке может быть выполнена грибовидной формы со скругленной, и/или заостренной, и/или плоской вершиной.
Расстояние между смежными вставками может составлять не менее 0,05 максимального размера поперечного сечения вставки.
Относительно передней поверхности лопатки вставки могут быть ориентированы параллельно, и/или перпендикулярно, и/или наклонно.
Расположенные параллельно передней поверхности лопатки вставки относительно кромки лопатки могут быть ориентированы перпендикулярно и/или наклонно.
Расстояние между наклонно ориентированными по отношению к кромке лопатки смежными вставками может определяться по формуле:
L≤h·cosβ,
где L - расстояние между смежными вставками,
h - длина той части вставки, которая утоплена в материал лопатки,
cosβ - косинус угла β наклона вставки к кромке лопатки.
Вставки могут быть дополнительно установлены на примыкающей к лопатке части стержня на высоту не более половины длины стержня.
В качестве прототипа для второго варианта заявляемой подбойки выбрано то же техническое решение, что и для первого варианта. Ему присущи те же недостатки, которые указаны выше.
При создании изобретения в соответствии со вторым вариантом заявляемой подбойки также ставилась задача - увеличение срока службы подбойки и повышение качества уплотнения балласта.
Техническим результатом, получаемым при реализации изобретения в соответствии со вторым вариантом заявляемой подбойки, также является повышение степени использования защитных свойств твердосплавного материала вставок за счет увеличения площади поверхности вставки, которая непосредственно взаимодействует с уплотняемой абразивной средой.
В соответствии со вторым вариантом изобретения указанная задача решается за счет того, что в известной подбойке шпалоподбивочной машины, содержащей стержень с нижним концом в виде лопатки, снабженной вставками из твердосплавного материала, жестко зафиксированными относительно лопатки, согласно изобретению зафиксированные на передней и задней поверхностях лопатки вставки установлены насквозь через тело лопатки так, что головка вставки расположена со стороны передней поверхности лопатки, а основание вставки - со стороны задней поверхности лопатки, причем головка и/или основание вставки относительно поверхности лопатки занимают положение, выбранное из группы, включающей возвышение над поверхностью, расположение заподлицо с поверхностью, погружение в материал лопатки на глубину не более чем 5 мм.
Форма поперечного сечения вставки может быть выбрана из группы, включающей многоугольник, круг, овал, криволинейный многоугольник.
Форма головка вставки по отношению к ножке вставки может быть выполнена грибовидной формы со скругленной, и/или заостренной, и/или плоской вершиной.
Расстояние между смежными вставками может составлять не менее 0,05 максимального размера поперечного сечения вставки.
Относительно передней поверхности лопатки вставки могут быть ориентированы перпендикулярно и/или наклонно.
Вставки могут представлять собой прямолинейные элементы и/или криволинейные элементы, изогнутые в виде плоской или пространственной кривой.
Вставки могут быть дополнительно установлены на примыкающей к лопатке части стержня на высоту не более половины длины стержня.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемая подбойка неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.
Подбойка может быть изготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, и широко использована при уплотнении балласта рельсового пути, т.е. является промышленно применимой.
Выполнение подбойки с твердосплавными вставками, которые выступают из материала подбойки (располагаются заподлицо с материалом подбойки, слегка утоплены в материал подбойки) не только своей головкой, но и другими своими элементами, например боковой поверхностью и/или основанием, позволяет полнее использовать защитные свойства твердосплавного материала вставок. В подбойке с твердосплавной вставкой, зафиксированной в кромке лопатки, указанная вставка одновременно защищает своей головкой кромку лопатки, а боковыми поверхностями заднюю и/или переднюю поверхность лопатки. В подбойке с твердосплавной вставкой, пропущенной насквозь через саму плоскость лопатки, головка указанной вставки защищает переднюю поверхность лопатки, а основание вставки - заднюю поверхность лопатки. При этом обеспечивается надежная фиксация вставки относительно подбойки за счет глубокого внедрения вставки в материал подбойки, что исключает выпадение вставки из подбойки при контакте с абразивной средой. Кроме того, изменяя глубину погружения твердосплавной вставки в материал подбойки, можно легко регулировать прочность подбойки за счет регулирования степени замещения твердосплавным материалом сравнительно малопрочного материала, образующего тело подбойки. Исследования показали, что желательно не менее чем 5% замещение материала тела лопатки на твердосплавный материал.
Форма головки вставки, форма поперечного сечения вставки, расстояние между смежными вставками, положение вставки относительно передней поверхности лопатки, относительно кромки лопатки и пр. зависит от предполагаемых условий эксплуатации подбойки. Приведенные диапазоны параметров выбраны из условия сохранения стабильной геометрии лопатки в течение всего срока ее эксплуатации, т.е. обеспечения такого износа материала подбойки, что ее твердосплавные вставки выкрашиваются практически одномоментно. Так расстояние между смежными вставками выбрано из условий надежного удержания вставки в материале подбойки (при более близком расстоянии, чем 0,05 максимального размера поперечного сечения вставки, велика вероятность преждевременного выпадения вставки из подбойки). Выполнение подбойки со вставками, которые расположены наклонно по отношению к лопатке, позволяет сократить количество твердосплавных вставок, которые необходимо расположить на лопатке, т.к. в этом случае вставка защищает более обширный участок поверхности лопатки.
Таким образом, заявляемая подбойка, имея повышенную степень использования защитных свойств твердосплавного материала вставок, обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение срока службы подбойки и повышение качества уплотнения балласта.
Техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 - подбойка (вариант выполнения со вставками, зафиксированными в кромках лопатки), вид спереди.
Фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Фиг.3 - фрагмент вида по Б-Б на фиг.1 (для случая расположения вставок с возвышением их боковых поверхностей над поверхностью лопатки).
Фиг.4 - фрагмент вида по Б-Б на фиг.1 (для случая расположения боковых поверхностей вставок заподлицо с поверхностью лопатки).
Фиг.5 - фрагмент вида по Б-Б на фиг.1 (для случая расположения вставок с погружением их боковых поверхностей в материал лопатки).
Фиг.6 Фрагмент разреза по А-А на фиг.1 (для случая расположения вставки наклонно по отношению к передней поверхности лопатки).
Фиг.7 - фрагмент вида спереди на подбойку (для случая расположения вставки параллельно передней поверхности лопатки и наклонно к ее кромке).
Фиг.8 - подбойка (вариант выполнения со вставками, пропущенными насквозь через тело лопатки), вид спереди.
Фиг.9 - разрез по В-В на фиг.8 (для случая расположения вставок перпендикулярно передней поверхности лопатки).
Фиг.10 - разрез по В-В на фиг.8 (для случая расположения вставок наклонно к передней поверхности лопатки).
Фиг.11 - разрез по В-В на фиг.8 (для случая выполнения вставок изогнутой формы).
Подбойка шпалоподбивочной машины содержит стержень 1 с нижним концом в виде лопатки 2, снабженной вставками 3 из твердосплавного материала, жестко зафиксированными относительно лопатки 2. Вставки 3 могут быть установлены так, что боковая поверхность 4 вставок 3, относительно передней и/или задней поверхности лопатки 2 занимает положение, выбранное из группы, включающей возвышение над поверхностью, расположение заподлицо с поверхностью, незначительное (не более 5 мм) погружение в материал лопатки. Вставки 3 могут быть установлены и так, что они пропущены насквозь через тело лопатки 2. При этом головка 5 (передняя часть твердосплавной вставки 3) расположена со стороны передней поверхности лопатки 2, а основание 6 (хвостовая часть твердосплавной вставки 3) - со стороны задней поверхности лопатки 2, причем головка 5 и основание 6 вставки 3 относительно поверхности лопатки 2 занимают положение, выбранное из группы, включающей возвышение над поверхностью, расположение заподлицо с поверхностью, погружение в материал лопатки на глубину не более чем 5 мм. Такое незначительное погружение вставки в материал подбойки уже в начальный период эксплуатации подбойки приводит к тому, что этот тонкий слой материала подбойки, расположенный поверх твердосплавного материала вставки, истирается и обнажает боковую поверхность вставки, которая надежно противостоит воздействию обрабатываемой среды. Более глубокое погружение вставки в материал подбойки приводит к слишком значительному износу лопатки до момента, когда твердосплавные вставки обнажаются и начинают своими боковыми поверхностями защищать лопатку от истирания.
Твердосплавные вставки 3 закрепляют в материале подбойки либо за счет впаивания, либо за счет посадки с натягом. Вставки 3 могут быть выполнены с грибовидной головкой различной формы (заостренной, например пирамидальной, или скругленной, например полусферической, или плоской, например, в виде усеченной пирамиды). Вставки 3 могут быть выполнены и без грибовидной головки, имея вид, например цилиндра, призмы, пирамиды и пр. Вставки 3 могут располагаться относительно передней поверхности лопатки так, что занимают по отношению к этой поверхности параллельное, перпендикулярное или наклонное под углом «α» положение. Относительно кромки лопатки вставки 3 также могут занимать наклонное положение. Угол наклона вставки 3 к кромке лопатки на чертежах обозначен как угол «β». Длина той части вставки, которая утоплена в материал лопатки, обозначена на чертежах «h», а расстояние между смежными вставками - «L».
Работу с помощью подбойки осуществляют следующим образом. Используя механизмы шпалоподбивочной машины, подбойку принудительно заглубляют в балласт и производят ею виброуплотнение балласта. За счет выполнения подбойки с твердосплавными вставками, расположенными заявляемым образом, передняя и/или задняя поверхности лопатки, также как и кромки лопатки, оказываются надежно защищены от абразивного воздействия балласта.
Таким образом, выполнение подбойки так, что из материала подбойки выступает наружу некоторая часть боковой поверхности вставки (при первом варианте выполнения подбойки) или некоторая часть головки и основания вставки (при втором варианте выполнения подбойки), позволяет увеличить площади поверхности вставки, которая непосредственно взаимодействует с уплотняемой абразивной средой, т.е. большая, по сравнению с прототипом, часть твердосплавной вставки становится рабочей. Следовательно, заявляемая подбойка обеспечивает увеличение срока службы подбойки и повышение качества уплотнения балласта за счет повышения степени использования защитных свойств твердосплавного материала вставок.