ЛОПАТКА ПОДБОЙКИ

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, E01B 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 с углом наклона боковых поверхностей клиновой части к плоскости лопатки 5÷35°. На поверхностях клина укреплены твердосплавные пластины, укрепленные также на выступающих из упомянутого паза твердосплавных элементах (см. п. РФ №2226581 по кл. E01B 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. Кроме того, выполнение лопатки с такой острой нижней клиновой частью не позволяет уплотнить балласт в межшпальном пространстве, т.к. частицы балласта при вибрации подбойки отскакивают в направлении от межшпального пространства. Это снижает эффективность уплотнения балласта.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности уплотнения балласта и увеличение ресурса работы подбойки.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении данного изобретения, является возможность уплотнения балласта в межшпальном пространстве и повышение сопротивляемости лопатки разрушению.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной лопатке подбойки включающей плиту и твердосплавные вставки, которые закреплены на плите и содержат головную часть, поперечное сечение которой имеет выпуклую форму, хвостовую часть, контактирующую с нижней частью плиты, и расположенную между головной и хвостовой частями промежуточную часть, согласно изобретению, промежуточная часть, по меньшей мере, одной из твердосплавных вставок образована поверхностями вогнутой формы, плавно сопрягающими головную и хвостовую части вставки с увеличением ширины поперечного сечения вставки от ее головной части к хвостовой.

Место перегиба между выпуклой головной и вогнутой промежуточной частями вставки может быть расположено от вершины головной части на расстоянии не менее 0,25 ширины поперечного сечения вставки в месте перегиба.

Вершина головной части может быть выполнена плоской, причем ширина плоского участка составляет не менее 0,05 от ширины поперечного сечения вставки в месте перегиба.

На профиле поперечного сечения промежуточной и/или головной частей вставки может быть выполнен, по меньшей мере, один прямолинейный участок шириной не менее 0,05 от максимальной ширины поперечного сечения вставки, причем чередующиеся криволинейные и прямолинейные участки могут быть расположены с шагом не менее 2 мм.

Головная часть вставки может быть выполнена закругленной по радиусу, величина которого не превышает 0,25 от толщины плиты лопатки по ее нижней кромке.

Высота промежуточной части вставки может составлять не менее 0,2 толщины платы лопатки по нижней кромке.

Хвостовая часть вставки может быть выполнена с боковыми элементами, охватывающими нижнюю часть передней и задней поверхности плиты лопатки, причем эти боковые элементы в поперечном сечении имеют либо плоский или выпуклый профиль, либо, по меньшей мере, на части своей длины имеют вогнутый профиль, являющийся продолжением вогнутого профиля промежуточной части.

Боковые элементы вставки могут быть расположены с возвышением относительно задней и/или передней поверхностями плиты лопатки так, что сумма величины возвышения бокового элемента над передней поверхностью плиты и величины возвышения бокового элемента над задней поверхностью плиты составляет не менее 1 мм.

Вдоль ширины плиты лопатки вставки могут образовывать ряд, в котором вставки, расположенные у торцов плиты, выступают за габарит плиты не менее чем на 1 мм с каждого торца.

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.

Твердосплавная вставка, промежуточная часть которой образована поверхностями вогнутой формы, плавно сопрягающими головную и хвостовую части вставки с увеличением ширины поперечного сечения вставки от ее головной части к хвостовой части, позволяет при работе подбойки направить поток частиц балласта быстро расходящимся пучком как в подшпальное пространство, так и в сторону межшпального пространства. Это существенно улучшает эффективность уплотнения балласта, т.к. снижает разрыхление балласта в межшпальном пространстве, которое возникает при подбивке шпал подбойками, имеющими слишком острую нижнюю часть лопатки. Обычно балластом из межшпального пространства заполняют пустоты под шпалами, что под воздействием поездной нагрузки приводит к перемещению балласта из-под шпал в разрыхленное межшпальное пространство и вызывает нарушение геометрии выправленного пути. При использовании заявляемой лопатки в слой обрабатываемого балласта погружается сначала более узкая в поперечном сечении головная часть твердосплавной вставки. Габариты головной части вставки подбираются так, что ее поперечное сечение удовлетворяет как условиям прочности вставки, так и условиям минимального сопротивления внедрению головной части вставки в балласт. Погруженная в балласт головная часть вставки оказывает на него червячное воздействие, достаточное для того, чтобы стронуть частицы балласта с места, разупрочняя слежавшийся слой балласта. Это облегчает внедрение в балласт более широкой промежуточной части вставки и самой плиты лопатки, которые, погружаясь в балласт, оказывают на частицы балласта как статическое прессующее воздействие, осаживающее частицы вниз, так и динамическое воздействие, приводящее к направлению частиц балласта, отскакивающих от вогнутых поверхностей промежуточной части вставки как в подшпальное, так и в межшпальное пространство.

Кроме того, придание промежуточной части вставки плавной вогнутой формы и выполнение вставки в виде единого элемента, защищающего нижнюю кромку плиты лопатки, в отличие от лопатки-прототипа, позволяет уменьшить внутренние напряжения в местах перехода нижней головной части вставки в промежуточную ее часть и увеличить прочностные свойства вставки за счет увеличения рабочих сечений твердосплавного материала. Это снижает вероятность образования механических дефектов (сколов, выкрашивания и т.п.), положительно влияет на повышение ресурса лопатки и подбойки в целом. Дополнительные преимущества придает вставке выполнение ее с боковыми элементами вогнутого, выпуклого или плоского профиля, охватывающими нижнюю часть передней и задней поверхности плиты лопатки, а также выполнение лопатки с выступом в направлении вдоль ширины плиты вставок за габарит плиты лопатки у ее торцов. Боковые элементы и выступы вставок у торцов плиты лопатки выполняют функцию обтекателей, отводя частицы балласта от поверхности плиты, защищая поверхности лопатки.

Таким образом, заявляемая лопатка подбойки обеспечивает возможность уплотнения балласта в межшпальном пространстве и имеет повышенную сопротивляемость разрушению, что повышает эффективность уплотнения балласта и увеличивает ресурс работы подбойки.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1 - Разрез нижней части плиты лопатки (вариант выполнения твердосплавной вставки без боковых элементов).

Фиг. 2 - Разрез нижней части плиты лопатки (вариант выполнения твердосплавной вставки с боковыми элементами, поперечное сечение которых имеет выпуклый профиль).

Фиг. 3 - Разрез нижней частя плиты лопатки (вариант выполнения твердосплавной вставки с боковыми элементами, поперечное сечение которых имеет плоский профиль).

Фиг. 4 - Разрез нижней части плиты лопатки (вариант выполнения твердосплавной вставки с боковыми элементами, поперечное сечение которых имеет вогнутый профиль).

Фиг. 5 - Фрагмент твердосплавной вставки, вершина головной части которой выполнена плоской, а профиль промежуточной части выполнен с плоскими участками.

Фиг. 6 - Фрагмент нижней части плиты лопатки, вид спереди.

Лопатка подбойки включает плиту 1 и твердосплавные вставки 2, которые закреплены на плите 1 и содержат головную часть 3, хвостовую часть 4 и промежуточную часть 5. Поперечное сечение головной части 3 имеет выпуклую форму. Хвостовая часть 4 контактирует с нижней частью плиты 1 и представляет собой укрепленный (пайкой или посадкой с натягом) в продольном вертикальном пазу нижней части плиты 1 лопатки выступ. Этот выступ выполнен в виде сплошной или прерывистой стенки, расположенной вдоль длины твердосплавной вставки 2. Промежуточная часть 3 расположена между головной 3 и хвостовой 4 частями вставки 2. Промежуточная часть 3 твердосплавных вставок 2 образована поверхностями вогнутой формы, плавно сопрягающими головную 3 и хвостовую 4 части вставки 2 с увеличением ширины поперечного сечения вставки 2 от ее головной 3 части к хвостовой 4 части. Место 6 перегиба между выпуклой головной частью 3 и вогнутой промежуточной частью 5 вставки может быть расположено от вершины 7 головной части 3 на расстоянии Н₁, которое составляет не менее 0,25 ширины L₁ поперечного сечения вставки 2 в месте 6 перегиба. Вершина 7 головной части 3 может быть выполнена плоской, причем ширина L₂ плоского участка составляет не менее 0,05 от ширины L₁ поперечного сечения в месте 6 перегиба. На профиле поперечного сечения промежуточной части 5 и/или головной части 3 вставки 2 может быть выполнен, по меньшей мере, один прямолинейный участок 8 шириной L₃ не менее 0,05 от максимальной ширины L₄ поперечного сечения вставки 2. Чередующиеся криволинейные и прямолинейные участки могут быть расположены с шагом не менее 2 мм. Головная часть 3 вставки 2 может быть выполнена закругленной по радиусу, величина которого не превышает 0,25 от толщины L₅ плиты 1 лопатки по ее нижней кромке. Высота Н₂ промежуточной части 5 вставки 2 составляет не менее 0,2 толщины L₅ плиты 1 лопатки по нижней кромке. Хвостовая часть 4 вставки 2 может быть выполнена с боковыми элементами 9, охватывающими нижнюю часть передней и задней поверхности плиты 1 лопатки. Боковые элементы 9 в поперечном сечении могут иметь либо вогнутый профиль, являющийся продолжением вогнутого профиля промежуточной части 5, либо плоский или выпуклый профиль. Боковые элементы 9 вставки 2, охватывая переднюю и заднюю поверхности плиты 1 лопатки, могут быть частично заглублены в тело плиты 1 относительно этих поверхностей или облегать эти поверхности снаружи. При этом сумма величины возвышения L₆ бокового элемента 9 над передней поверхностью плиты 1 и величины возвышения L₆ бокового элемента над задней поверхностью плиты составляет не менее 1 мм. Величины этих возвышений могут быть равны или возвышение, например, над передней поверхностью плиты 1 может быть больше, а над задней поверхностью меньше. При выполнении твердосплавной вставки 2 с боковыми элементами 9 обеспечивается настолько надежная защита нижней кромки плиты 1 лопатки, что поверхности лопатки, расположенные выше этих боковых элементов 9, могут быть защищены простой наплавкой из твердого сплава. При выполнении твердосплавной вставки 2 без боковых элементов 9 рабочие поверхности лопатки следует упрочнять твердосплавными пластинами. Вдоль ширины плиты 1 лопатки твердосплавные вставки 2 могут быть закреплены так, что у торцов плиты 1 вставки 2 выступают за габарит плиты не менее чем на величину L₇=1 мм.

При эксплуатации подбойки с заявляемой лопаткой частицы балласта, переведенные вибрацией подбойки в псевдоожиженное состояние, под действием собственного веса и усилий, передаваемых на балласт лопаткой подбойки, заполняют пустоты как под шпалами, так и в межшпальном пространстве. При этом значительная часть этих частиц, отражаясь от вогнутых поверхностей промежуточной части 5 твердосплавной вставки, направляется в сторону межшпального пространства, интенсивно уплотняя его. Кроме того, выполнение твердосплавной вставки в виде единого элемента (по сравнению с прототипом, где использованы соединенные между собой пайкой отдельные элементы) снижает вероятность сколов и выкрашивания вставки.

Таким образом, заявляемая конструктивная форма выполнения лопатки подбойки позволяет обеспечить возможность уплотнения балласта в межшпальном пространстве и имеет улучшенную сопротивляемость разрушению, что повышает эффективность уплотнения балласта и увеличивает ресурс работы подбойки.