Шток подбойки

Полезная модель относится к устройствам для строительства и ремонта железнодорожного пути, в частности, к конструкции стержня подбоек подбивочных блоков шпалободбивочных машин.
Подбойка шпалоподбивочной машины представляет собой стержень, нижний конец которого выполнен в виде лопатки, сдвигающей балласт под шпалы при горизонтальном перемещении лопатки подбойки поперек межшпального пространства. Основным видом усилия, которые воспринимает стержень подбойки при ее эксплуатации, является изгибающее усилие, возникающее как от сжима-разжима подбойки при ее горизонтальном перемещении поперек межшпального пространства, так и от вибрации. Большая часть этого усилия воспринимается теми участками поперечного сечения стержня, которые непосредственно примыкают к лопатке и далее всего отстоят от лопатки, считая по направлению толщины лопатки.
Известны различные варианты инструментов для шпалоподбивочных машин, выполняющих подбивку и уплотнение балласта железнодорожного пути методом горизонтального виброобжатия балласта. При таком уплотнении вибрирующий инструмент заглубляют в балласт и за счет его горизонтального перемещения поперек межшпального пространства обеспечивают подачу балласта под шпалы. В результате этого под шпалами заполняются пустоты и создаются участки с несколько повышенной плотностью балласта, а в межшпальном пространстве балласт разрыхляется. Это приводит к тому, что под воздействием поездной нагрузки балласт из-под шпал начинает перемещаться в межшпальное пространство, что вызывает нарушение геометрии выправленного пути.
В стандарте ГОСТ Р 52277-2004 «Подбойки машин для выправки, подбивки и рихтовки железнодорожного пути. Технические условия» применяют следующие термины с соответствующими определениями:
конус: Составная часть подбойки, служащая для установки и закрепления подбойки в рычагах подбивочного блока, может быть выполнена в виде конуса или цилиндра.
стержень подбойки: Составная часть подбойки, обеспечивающая связь лопатки и конуса, служащая для обеспечения заглубления лопатки ниже подошвы шпал.
Далее термином «шток» обозначен стержень подбойки (составная часть подбойки, обеспечивающая связь лопатки и конуса, служащая для обеспечения заглубления лопатки ниже подошвы шпал).
Известны конструкции подбоек, которые при различных формах сечений штока имеют практически прямолинейную, в продольном направлении форму. Эта тенденция идет от первых зарубежных образцов подбоек. Однако надо учитывать тот факт, что сечение шпал на дорогах США, Европейских стран имеет в основе прямоугольную форму. Поэтому прямой стержень подбойки при сближении со шпалой сохраняет зазор, близкий к равномерному, поэтому контакт подбойки со шпалой не грозит.
Сечение железобетонных отечественных шпал (ГОСТ 10629-88) имеет форму трапеции, расширяющейся книзу. Использование подбоек с прямолинейным штоком при сжимающих движениях подбоек ведет к появлению при сближении со шпалой зазора, резко сужающегося к нижней части штока вплоть до контакта штока подбойки со шпалой, чаще всего с подошвой шпалы. Поэтому случаются частые повреждения шпал, в том числе подошвы железобетонных шпал в результате контакта со штоком подбойки. 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. Известны различные конструкции штока (см. например, патент №99493, Ru, оп. 20.11.2010 г., патент №149089, Ru, оп. 20.12.2014 г., патент, №180233, Ru, оп. 06.06.2018 г.).
Известен шток подбойки (см. патент №180233, оп. 06.06.2018 г.), профиль поверхности которого в продольном сечении имеет изогнутую форму, сформирован двумя криволинейными участками, и, расположенным между ними, прямолинейным участком. Один криволинейный участок расположен в верхней части штока, второй криволинейный участок расположен в нижней части штока. Известно, что с целью исключения преждевременного износа штока подбойки, при работе подбойки балласт должен обтекать шток. Было замечено, что при эксплуатации известной подбойки этого зачастую, не происходит. При треугольном поперечном сечении известного штока напряжения по краям сечения штока при его изгибе неодинаково. Чтобы уменьшить эти напряжения шток должен иметь достаточно большую площадь поперечного сечения. Однако, это приведет к увеличению массы штока, и увеличит нагрузку на подбивочный блок в целом.
Известен патент Японии JP Н09-71901 А, Е01В 27/16, оп. 18.03.1997 г. В известной подбойке шток имеет профиль поверхности в продольном разрезе, следующий устойчивой кривой, образованной из прямых и криволинейных отрезков, причем верхняя сторона профиля поверхности штока в продольном разрезе, содержит отрезок, начинающийся от лопатки, и далее прямой отрезок, размещенный с углом наклона к горизонтали и последовательно соединенный с выпуклым криволинейным отрезком, противоположная, нижняя, сторона профиля, содержит вогнутый криволинейный отрезок, начинающийся от лопатки, и далее, прямой отрезок, последовательно соединенный с вогнутым криволинейным отрезком, поперечное сечение штока увеличивается от лопатки подбойки к конусу подбойки, имеет замкнутую, вертикально вытянутую форму, образованную прямыми и криволинейными отрезками.
Известная подбойка по патенту Японии JP Н09-71901 А, Е01В 27/16, оп. 18.03.1997 г является, по мнению заявителя, наиболее близким к заявляемому устройству аналогом, поскольку шток этой подбойки содержит наибольшее количество сходных с заявленным штоком признаков и имеет то же назначение. Заявленный шток и известный шток содержат следующую совокупность сходных признаков:
шток подбойки, профиль поверхности которого в продольном разрезе следует устойчивой кривой, образованной из прямых и криволинейных отрезков, при этом поперечное сечение штока увеличивается от лопатки подбойки к конусу подбойки, имеет замкнутую, вертикально вытянутую форму, образованную прямыми и криволинейными отрезками, одна сторона профиля поверхности штока в продольном разрезе, начинается от лопатки подбойки, содержит отрезок, последовательно соединенный с отрезком прямой с углом наклона к горизонтали, с другим концом которого сопряжена, образующая поверхность гребня кривая, которая состоит из выпуклой дуги окружности и вогнутой дуги окружности, противоположная, нижняя, сторона профиля, содержит вогнутый криволинейный отрезок, начинающийся от лопатки, и далее, прямой отрезок, с которым сопряжена кривая из сопряженных вогнутой дуги окружности и выпуклой дуги окружности.
В основе полезной модели лежат задачи, требующие дальнейшего совершенствования формы штока. Необходимо создать шток, который позволит исключить повреждения шпал, обеспечить равномерность уплотнения балласта.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении сопротивляемости штока излому, увеличении надежности подбойки, повышении ресурса подбойки, снижении повреждения шпал, повышении равномерности уплотнения балласта, повышении качества выполняемой работы.
1
1
1
1
Это достигается тем, что шток подбойки, профиль поверхности которого в продольном разрезе следует устойчивой кривой, образованной из прямых и криволинейных отрезков, при этом поперечное сечение штока увеличивается от лопатки подбойки к конусу подбойки, имеет замкнутую, вертикально вытянутую форму, образованную прямыми и криволинейными отрезками, одна сторона профиля поверхности штока в продольном разрезе, начинается от лопатки подбойки, содержит отрезок, последовательно соединенный с отрезком прямой с углом наклона к горизонтали, с другим концом которого сопряжена, образующая поверхность гребня кривая, противоположная, нижняя, сторона профиля, содержит вогнутый криволинейный отрезок, начинающийся от лопатки, и далее, прямой отрезок, с которым сопряжена кривая из сопряженных вогнутой дуги окружности и выпуклой дуги окружности, согласно полезной модели, отрезок верхней стороны профиля штока, который начинается от лопатки, выполнен прямым, и размещен с углом наклона к горизонтали, форма поперечного сечения штока по линии aa ограничена сверху параболической кривой, а снизу - боковыми сторонами и верхним основанием равнобедренной трапеции, форма поперечного сечения штока по линии bb ограничена сверху усеченной параболической кривой, а снизу - боковыми сторонами и верхним основанием равнобедренной трапеции, форма поперечного сечения штока по линии cc ограничена сверху и снизу горизонтальными отрезками, которые соединены выгнутыми кривыми, сформированными из дуг окружностей, причем число дуг окружностей равно n, где n целое число, большее 4, у каждой из n дуг окружностей имеются начальная и конечная точки, а дуги окружности в начальных и конечных точках всегда переходят друг в друга тангенциально, форма поперечного сечения штока по линии dd ограничена сверху и снизу горизонтальными отрезками, которые соединены выгнутыми кривыми, сформированными из дуг окружностей, причем число дуг окружностей равно n, где n целое число, большее 4, у каждой из n дуг окружностей имеются начальная и конечная точки, а дуги окружности в начальных и конечных точках всегда переходят друг в друга тангенциально.
Целесообразно, чтобы угол наклона к горизонтали отрезка прямой, с другим концом которого сопряжена образующая поверхность гребня кривая верхней стороны профиля штока, был равным 7-12°.
Отличительными признаками заявленного устройства являются следующие признаки:
- отрезок верхней стороны профиля штока, который начинается от лопатки, выполнен прямым и размещен с углом наклона к горизонтали
1
1
1
1
- форма поперечного сечения штока по линии aa ограничена сверху параболической кривой, а снизу - боковыми сторонами и верхним основанием равнобедренной трапеции, форма поперечного сечения штока по линии bb ограничена сверху усеченной параболической кривой, а снизу - боковыми сторонами и верхним основанием равнобедренной трапеции, форма поперечного сечения штока по линии сс ограничена сверху и снизу горизонтальными отрезками, которые соединены выгнутыми кривыми, сформированными из дуг окружностей, причем число дуг окружностей равно n, где n целое число, большее 4, у каждой из n дуг окружностей имеются начальная и конечная точки, а дуги окружности в начальных и конечных точках всегда переходят друг в друга тангенциально, форма поперечного сечения штока по линии dd ограничена сверху и снизу горизонтальными отрезками, которые соединены выгнутыми кривыми, сформированными из дуг окружностей, причем число дуг окружностей равно n, где n целое число, большее 4, у каждой из n дуг окружностей имеются начальная и конечная точки, а дуги окружности в начальных и конечных точках всегда переходят друг в друга тангенциально.
В сочетании с известными признаками, эти отличительные признаки позволяют повысить сопротивляемость штока излому, увеличить надежность подбойки, повысить ресурс подбойки, снизить повреждения шпал, повысить равномерность уплотнения балласта, повысить качества выполняемой работы.
В известном уровне техники нет сведений о возможности получения такого 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.
Заявляемый шток являются результатом всесторонних исследовательских и конструкторских работ, проведенных заявителем для его получения.
Заявитель, опытным путем, определил, что если
- отрезок верхней стороны профиля штока, который начинается от лопатки, выполнен прямым и размещен с углом наклона к горизонтали,
1
1
1
1
- форма поперечного сечения штока по линии aa ограничена сверху параболической кривой, а снизу - боковыми сторонами и верхним основанием равнобедренной трапеции, форма поперечного сечения штока по линии bb ограничена сверху усеченной параболической кривой, а снизу - боковыми сторонами и верхним основанием равнобедренной трапеции, форма поперечного сечения штока по линии cc ограничена сверху и снизу горизонтальными отрезками, которые соединены выгнутыми кривыми, сформированными из дуг окружностей, причем число дуг окружностей равно n, где n целое число, большее 4, у каждой из n дуг окружностей имеются начальная и конечная точки, а дуги окружности в начальных и конечных точках всегда переходят друг в друга тангенциально, форма поперечного сечения штока по линии ddограничена сверху и снизу горизонтальными отрезками, которые соединены выгнутыми кривыми, сформированными из дуг окружностей, причем число дуг окружностей равно n, где n целое число, большее 4, у каждой из n дуг окружностей имеются начальная и конечная точки, а дуги окружности в начальных и конечных точках всегда переходят друг в друга тангенциально,
- целесообразно, чтобы угол наклона к горизонтали отрезка прямой, последовательно соединенной с образующей поверхность гребня кривой верхней стороны профиля штока, был равным 7-12°,
то между формами элементов, образующих профиль поверхности штока, формами элементов поперечного сечения штока образована такая взаимосвязь, при которой каждый элемент работает не в отрыве от остальных. Это обеспечивает взаимное повышение сопротивляемости штока излому при эксплуатации подбойки а, следовательно, повышается ресурс работы подбойки. При работе подбойки с заявляемым штоком происходит повышение сопротивляемости штока излому, увеличение надежности подбойки, повышение ресурса подбойки, снижение повреждения шпал, повышение равномерности уплотнения балласта, повышение качества выполняемой работы. Выполнение поперечных сечений штока заявляемой формы позволяет упростить технологию изготовление штока.
1
1
1
1
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: Фиг. 1 - общий вид подбойки с заявляемым штоком в изометрии; Фиг. 2 - схематично показан продольный разрез штока Фиг. 3 - схематично показано поперечное сечение штока в соответствующих точках аа, bb, сс, dd.
1
1
1
1
Подбойка 1, содержащая заявляемый шток, представлена на фиг. 1. Подбойка 1 содержит лопатку 2, шток 3, конус 4. Схематичный продольный разрез штока с указанием параметров, представлен на фиг. 2. Схематическое поперечное сечение штока в соответствующих точках аа, bb, cc, dd на фиг. 3 дает возможность визуально оценить изменение формы и площади поперечного сечения штока по всей его длине от лопатки до конуса.
Во время работы подбивочный блок машины с рычагами и закрепленными в них подбойками заглубляется в подшпальный балласт на заданную глубину. Происходит контактирование лопатки со щебнем подшпального балласта с образованием подошвы. При этом было определено, что заявляемый шток позволил повысить сопротивляемость штока излому, увеличить надежность подбойки, повысить ресурс подбойки, снизить повреждения шпал, повысить равномерность уплотнения балласта, повысить качества выполняемой работы.
Подбойка с заявляемым штоком изготавливается на предприятии заявителя, но может быть изготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, так как для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование. Подбойка с заявляемым штоком может быть широко использована для уплотнения балласта железнодорожного пути.
Достигнут результат, который длительное время не удавалось получить. Произошло повышение сопротивляемости штока излому, и, как следствие - увеличение надежности подбойки, повышение ресурса подбойки, снижение повреждения шпал, повышение равномерности уплотнения балласта, повышение качества выполняемой работы. Заявляемый шток позволяет исключить контакт штока со шпалой, что исключает повреждение шпал при работе подбойки с заявляемым штоком. При этом достигнут и неожиданный результат: повысилась технологичность изготовления штока.