Результат интеллектуальной деятельности: ЛОПАТКА ПОДБОЙКИ ШПАЛОПОДБИВОЧНОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к железнодорожной технике и представляет собой лопатку подбойки для шпалоподбивочных машин, служащих для уплотнения щебня балластной призмы железнодорожных путей.

Лопатки подбойки, работая в абразивной среде при больших вибрационных нагрузках, быстро изнашиваются. Для увеличения срока службы лопаток их упрочняют посредством закрепления на лопатке твердосплавных элементов различной формы.

Известна, например, лопатка шпалоподбойной машины, на нижней части которой закреплен твердосплавный элемент, имеющий U-образную форму, огибающий его переднюю, нижнюю и задние поверхности (см. п. РФ №2232840 по кл. Е01В 27/12, Е01В 27/16 заявл. 10.12.2002, опубл. 20.07.2004 «Лопатка подбойки шпалоподбойной машины»). Недостатком 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 является лопатка подбойки шпалоподбивочной машины, нижняя часть которой снабжена закрепленными в продольном вертикальном пазу центральными твердосплавными элементами с закругленными по радиусу нижними концами. Нижняя часть лопатки с находящимся в ней пазом имеет форму клина, на поверхностях которого укреплены твердосплавные пластины, укрепленные также на выступающих из упомянутого паза твердосплавных элементах (см. п. РФ №2226581 по кл. Е01В 27/12, Е01В 27/16, заявл. 22.05.2003, опубл. 10.04.2004 «Лопатка подбойки»). Закрепление центральных твердосплавных элементов в пазу лопатки снижает вероятность их отрыва при взаимодействии с балластом. Но для твердосплавных пластин, закрепленных поверх этих элементов на клиновидной части лопатки, велика вероятность отрыва под действием динамических нагрузок и деформаций, т.к. они держатся только за счет пайки. После отрыва твердосплавных пластин обнажаются тонкие стенки клиновидной части лопатки, удерживающие центральный твердосплавный элемент. При взаимодействии с балластом они быстро разрушаются, а элемент выпадает. Это снижает ресурс работы подбойки шпалоподбивочной машины.

Задачей настоящего изобретения является повышение ресурса работы подбойки шпалоподбивочной машины.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности за счет улучшения сопротивляемости разрушению.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной лопатке подбойки шпалоподбивочной машины, снабженной твердосплавными элементами, закрепленными в пазу нижней части лопатки, согласно изобретению, по меньшей мере, один из твердосплавных элементов выполнен с поперечным сечением в виде вилки, имеющей не менее чем три зуба, причем средний или средние зубья вилки утоплены в пазу или пазах лопатки, а боковые зубья охватывают переднюю и заднюю поверхности лопатки так, что частично заглублены в тело лопатки относительно этих поверхностей.

Лопатка может быть дополнительно снабжена твердосплавными элементами с поперечным сечением в виде вилки, закрепленными в пазах боковых и/или верхних кромок лопатки.

Боковые зубья твердосплавного элемента лопатки могут возвышаться над задней и/или передней поверхностями лопатки не менее чем на 1/20 глубины своего заглубления в тело лопатки.

По меньшей мере, один из зубьев твердосплавного элемента может быть выполнен так, что разница между его высотой и высотой прочих зубьев составляет не менее 0,5 мм.

Высота зубьев твердосплавного элемента может не превышать 0,65 общей высоты твердосплавного элемента.

Концы зубьев твердосплавного элемента могут быть скруглены или выполнены с треугольным или трапециевидным заострением, а впадины между зубьями твердосплавного элемента могут иметь скругленную форму, или форму в виде треугольника, трапеции, прямоугольника.

Одна вершина зуба или одна из впадин между зубьями твердосплавного элемента может быть установлена беззазорно в упор к соответствующей ей поверхности лопатки, при этом зазор между остальными поверхностями твердосплавного элемента и предназначенными для контакта с ними поверхностями лопатки может составлять не менее 0,05 мм. Средний или средние зубья твердосплавного элемента могут представлять собой сплошную или прерывистую стенку, расположенную вдоль длины твердосплавного элемента, или ряд отдельных выступов.

Твердосплавный элемент может быть дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной поперечной стенкой, соединяющей между собой зубья твердосплавного элемента.

Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемая лопатка подбойки неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.

Лопатка 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 железнодорожного пути, т.е. является промышленно применимой.

Выполнение лопатки подбойки в заявляемом виде имеет такие преимущества. Упрочняющий твердосплавный элемент с поперечным сечением в виде вилки представляет собой единую деталь. Нагрузки, возникающие от взаимодействия с балластом, в этой детали перераспределяются по всему сечению детали. В отличие от прототипа, где нагрузки воспринимаются отдельно закрепленным в пазу лопатки центральным элементом и отдельно припаянными поверх нижней части лопатки пластинами. Это позволяет выполнить поперечное сечение вилкообразного твердосплавного элемента минимальным без потери прочности и, следовательно, позволяет понизить сопротивление погружению лопатки подбойки в уплотняемый балласт или увеличить прочность и ресурс твердосплавного элемента и лопатки. Вилкообразное сечение позволяет осуществить также взаимную анкеровку тела лопатки и всего твердосплавного элемента, включая как его средний зуб, так и его боковые зубья, которые образуют единое целое со всем твердосплавным элементом, снижая деформацию в зане пайки. В отличие от прототипа, где анкеровку имеет только центральный элемент, а боковые пластины такой анкеровки не имеют, а удерживаются на лопатке посредством паяного соединения, которое, испытывая деформацию, весьма подвержено разрушению. Кроме того, закрепление вилкообразного элемента так, что он частично утоплен в тело лопатки, что позволяет следующее. Внедрение боковых зубьев твердосплавного элемента в материал лопатки увеличивает прочность соединения тела лопатки и твердосплавного элемента. Возвышение боковых зубьев элемента над поверхностью тела лопатки позволяет установить на лопатке твердосплавный элемент с необходимым для данного вида уплотняемого балласта размером поперечного сечения и, в то же время, минимально уменьшить поперечное сечение самого тела лопатки для сохранения его прочностных характеристик. При этом возвышение боковых зубьев над поверхностью тела лопатки позволяет также опереть на него, как на уступ, дополнительное упрочнение лопатки, если его выполняют. Таким упрочнением может служить, например, наплавка или дополнительные твердосплавные пластины, которые припаивают выше вилкообразного твердосплавного элемента.

Вилкообразные твердосплавные элементы могут располагаться не только по нижней кромке лопатки, но и по ее боковым кромкам, и по ее верхним кромкам для их упрочнения.

Конкретный выбор соотношения размеров средних и боковых зубьев относительно друга, выступов и углублений зубьев относительно тела лопатки, а также форма выполнения среднего зуба (или зубьев, если вилкообразный элемент выполняют не с тремя зубьями, а например, с четырьмя и т.д. зубьями) зависит от предполагаемых условий эксплуатации лопатки подбойки (вида абразивного воздействия обрабатываемого грунта, степени его уплотнения; разновидности машины, для которой предназначена лопатка подбойки и пр.). Исходя из этих же условий, выбирают и форму сечения паза, в котором закрепляют средний зуб вилкообразного элемента. Дополнительное снабжение твердосплавного элемента поперечной стенкой, объединяющей все зубья элемента в единое целое, позволяет увеличить устойчивость элемента к разрушению. Такая стенка может быть выполнена только у торца (или торцов) элемента и/или в средней части элемента.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг.1 Общий вид лопатки подбойки.

Фиг.2 Разрез по А-А.

Фиг.3 Общий вид твердосплавного элемента, снабженного поперечной стенкой.

Лопатка подбойки представляет собой укрепленную на нижнем конце штока (на чертеже не обозначен) плиту 1 с пазом 2 для крепления твердосплавных элементов 3. Твердосплавные элементы 3 выполнены с поперечным сечением в виде вилки, причем средний зуб 4 вилки утоплен в пазу 2 плиты 1, а боковые зубья 5 охватывают переднюю 6 и заднюю 7 поверхности плиты 1. Твердосплавный элемент 3 может быть снабжен поперечной стенкой 8. Боковые зубья 5 частично заглублены в тело плиты 1 относительно этих поверхностей 6, 7. Лопатка может быть дополнительно снабжена твердосплавными элементами 3 с поперечным сечением в виде вилки, закрепленными в пазах боковых и/или верхних кромок плиты 1 лопатки. Боковые зубья 5 твердосплавного элемента 3 возвышаются над задней 7 и/или передней 6 поверхностями плиты 1 так, что отношение величины a₁ (возвышение бокового зуба над поверхностью лопатки) составляет не менее 1/20 от величины а₂ (глубина заглубления зуба в тело лопатки). Предпочтительно выполнение зубьев твердосплавного элемента разновысотными, т.е. так, что, например, боковой зуб, охватывающий переднюю поверхность лопатки, выполняется наиболее высоким. Боковой зуб, охватывающий заднюю поверхность лопатки, имеет наименьшую высоту, а средний зуб выполнен с промежуточным значением высоты. Это позволяет максимально защитить переднюю поверхность лопатки и одновременно обеспечить хорошую глубину анкеровки всего твердосплавного элемента относительно тела лопатки. Предпочтительно также выполнение зубьев твердосплавного элемента с высотой h, которая не превышает 0,65 общей высоты Н твердосплавного элемента. Это позволяет обеспечить баланс прочностных и защитных свойств как всего твердосплавного элемента, так и отдельных его элементов. Зазор δ между вершиной зуба твердосплавного элемента и дном паза лопатки, в котором утоплен зуб, составляет не менее 0,05 мм. Это обеспечивает получение качественного без наличия пустот и дефектов паяного соединения между телом лопатки и твердосплавным элементом. Но при этом одна вершина зуба или одна из впадин между зубьями твердосплавного элемента должна быть установлена беззазорно в упор к соответствующей ей поверхности лопатки для обеспечения качественной передачи нагрузки с твердосплавного элемента на тело лопатки. Форма выполнения кончика зуба твердосплавного элемента и форма впадин между зубьями выбирается в зависимости от конкретных условий использования лопатки.

Таким образом, заявляемая конструктивная форма выполнения лопатки подбойки позволяет повысить надежность за счет улучшения сопротивляемости разрушению и тем самым обеспечить повышение ресурса работы подбойки шпалоподбивочной машины.