Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода

Изобретение относится к средствам управления положением стрелочного перевода железнодорожного, трамвайного пути, в частности к стрелочной гарнитуре. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода состоит из серьги рабочей или контрольной тяги, серьги, жестко связанной с остряком, оси в виде болта и втулок, запрессованных в отверстия, выполненные в серьгах. Втулки выполнены из материала, содержащего мас.%: графит 0,6-1,5, никель 1,0-3,0, медь 2,5-5,0, дисульфид молибдена 0,8-1,0, железо - остальное, имеют объемную пористость не более 25% и толщину стенки 5,0-6,0 мм и пропитаны смазкой с температурой замерзания основы не выше -60°С. Смазка дополнительно содержит порошок дисульфида молибдена и меди в количестве 1,5-5,0 мас.% каждого. Зернистость порошков находится в пределах 0,1-10 мкм. Ось выполнена из конструкционной углеродистой качественной стали, подвергнутой поверхностному упрочнению, и имеет цилиндрическую и резьбовую части. Цилиндрическая часть оси, контактирующая с втулками, подвергнута поверхностно-пластическому деформированию до твердости поверхностного слоя на 20-80% выше основы и шероховатости R_a не выше 0,8. Резьбовая часть оси выполнена методом накатки и имеет диаметр меньше, чем диаметр цилиндрической части оси. Между резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть. Соединительный шарнир имеет увеличенный срок службы, а также повышенную износостойкость пары трения втулка-ось. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретения относятся к средствам управления положением стрелочного перевода железнодорожного, трамвайного пути, в частности к стрелочной гарнитуре.

Известно (Федотов А.Е., Качмарская O.К. Техническое обслуживание централизованных стрелок. - М.: Транспорт, 1988. - 95 с.) решение, в котором тяги стрелочной гарнитуры, обеспечивающие связь стрелочного электропривода с остряками стрелочного перевода, связаны между собой посредством болтового соединения, состоящего из запрессованных в отверстия тяг втулок и соединяющих тяги оси. Втулки выполнены из конструкционной стали 45, а оси - из стали 35. Втулки и оси упрочняющей термообработке не подвергаются. В процессе эксплуатации втулки и оси периодически смазываются машинным маслом.

Недостатком данного решения является то, что для смазки втулок и осей стрелочная гарнитура должна разбираться. А разборка узлов гарнитуры - операция достаточно трудоемкая и требует так называемого окна в графике движения поездов. Со временем машинное масло вырабатывается, из-за чего происходят интенсивные износ и коррозия материала как осей, так и втулок. Отсутствие смазки превращает шарнирное соединения в «жесткие» узлы, что приводит к увеличению силы перевода электропривода.

Также известно, что в узлах трения широко применяются втулки из антифрикционных спеченных материалов, пропитанных в машинном масле (Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - Л.: Машиностроение, 1990, стр.201-207). Данные материалы обладают высокими износостойкими свойствами и обладают эффектом самосмазывания в процессе работы. Материалы, предназначенные для антифрикционных изделий, изготавливают большей частью на основе железа с добавлением легирующих добавок, таких как медь, графит, никель, молибден, хром и др. При этом смешиванию подвергаются либо все порошки сразу, либо в порошок железа добавляют лигатуру, состоящую из легирующих добавок с небольшим количеством железа. Затем полученная смесь подвергается твердофазному спеканию, и готовые спеченные изделия пропитывают машинным маслом. Для получения необходимых структуры и механических свойств спеченные изделия дополнительно подвергаются термической обработке. Но, как показал анализ технической литературы, подобные материалы обладают невысокими прочностными характеристиками, а содержащееся в них впитанное машинное масло замерзает при температуре -15…-20°C, что неприемлемо для соединительных шарниров гарнитуры стрелочного электропривода, эксплуатируемого с перепадом температур более 100°C (Справочник инженера-путейца. Транспорт. 1972 г., стр.655-666).

Известно техническое решение (RU 86954), в котором соединение шарнирное стрелочных гарнитур, состоящее из втулок и оси, при этом втулки рабочей и контрольной тяги и втулка сережки, запрессованные в отверстия тяг, выполнены из износостойкого материала, полученного методом порошковой металлургии из металлокерамических материалов, и пропитаны смазкой, маслонаполненные, а ось выполнена упрочненной из стали, соединяющей рабочую или контрольную тягу и сережку, причем втулки изготовлены со значениями допусков, соответствующими их диаметрам.

К недостаткам данного технического решения по шарнирному соединению стрелочной гарнитуры следует отнести недостаточную прочность материала втулки, короткий срок службы смазки, при низких температурах смазка замерзает, что приводит к преждевременному разрушению соединения.

Известно техническое решение (RU 2400328), принятое в качестве прототипа, в котором соединение стрелочной гарнитуры, состоящее из запрессованных в отверстия тяг втулок и соединяющих тяги оси, при этом втулки выполнены из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа, ось выполнена из цементируемых сталей 20Х или 18ХГТ, а поверхность трения оси подвергнута операции поверхностного упрочнения способом химико-термической обработки.

Втулки изготавливают методом порошковой металлургии, включающим смешивание, пластифицирование, прессование, твердофазное спекание, пропитку в масле, причем смешивают вместе порошки меди, никеля, железа, в полученную смесь вводят предварительно смешанные вместе порошки графита и дисульфида молибдена и проводят окончательное смешивание при следующих соотношениях компонентов, вес.%: углерод 0,7-0,8; никель 0,1-0,9; медь 2,3-2,6; дисульфид молибдена 1,3-1,6; железо - остальное; после спекания процесс охлаждения в вакууме в диапазоне температур 750-850°C осуществляют со скоростью охлаждения 2,5-3,5°C/мин; в качестве пропитывающего масла используют гидравлическое или осевое масло, имеющее температуру замерзания не выше -60°C.

К недостаткам данного технического решения по шарнирному соединению стрелочной гарнитуры следует отнести недостаточную прочность материала втулки, короткий срок службы смазки.

Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения подвижного состава.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении периодичности обслуживания стрелочной гарнитуры, увеличении срока службы соединительного шарнира стрелочной гарнитуры и повышении износостойкости пары трения: втулка - ось.

Технический результат достигается соединительным шарниром гарнитуры стрелочного электропривода, состоящим из серьги рабочей или контрольной тяги, серьги, жестко связанной с остряком, оси в виде болта и втулок, запрессованных в отверстия, выполненные в серьгах, при этом втулка выполнена из металлокерамического материала, изготовленного методом порошковой металлургии и содержащего графит, никель, медь, дисульфид молибдена, железо, и пропитана смазкой с температурой замерзания основы не выше -60°C, а ось выполнена из стали, подвергнутой поверхностному упрочнению, и имеет цилиндрическую и резьбовую части, отличающимся тем, что втулка выполнены из материала, содержащего мас.%:

графит 0,6-1,5,

никель 1,0-3,0,

медь 2,5-5,0,

дисульфид молибдена 0,8-1,0,

железо - остальное,

имеют объемную пористость не более 25%, толщина стенки втулки составляет 5,0-6,0 мм, смазка дополнительно содержит порошок дисульфида молибдена и меди в количестве 1,5-5,0 мас.%, каждого порошка, при этом зернистость порошков находится в пределах 0,1-10 мкм, ось выполнена из конструкционной углеродистой качественной стали, а цилиндрическая часть оси, контактирующая с втулками, подвергнута поверхностно-пластическому деформированию шариком или роликом до твердости поверхностного слоя на 20-80% выше основы и шероховатости не выше R_a 0,8, резьбовая часть оси выполнена методом накатки и имеет диаметр меньше, чем диаметр цилиндрической части оси, между резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть. Кроме этого, в качестве основы смазки используется масло марки АМГ-10, ось выполнена из стали 35 ГОСТ 105088.

Толщина втулки, запрессованной в серьгу, жестко связанную с остряком, имеет большую толщину по сравнению с толщиной втулки, запрессованной в серьгу рабочей или контрольной тяги, поверхностно-пластическая деформация осуществляется инструментом, деформирующие элементы которого (шарики, ролики или тела иной конфигурации) взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения, диаметр резьбовой части оси меньше диаметра цилиндрической части оси не более чем на 2,0 мм, радиус закругления между фаской и цилиндрическую часть оси не менее 0,5 мм.

В процессе работы стрелочной гарнитуры во время прохождения поезда по стрелочному переводу за счет давления оси на втулку из антифрикционного спеченного пористого материала, пропитанного смазкой, из пор в зону контакта рабочих поверхностей выдавливается смазка. Такой эффект называется самосмазыванием, за счет чего уменьшается коэффициент трения и соответственно интенсивность изнашивания материала втулок и осей. Поскольку в состав смазки входят порошки дисульфида молибдена и меди, происходит натирание контактной поверхности оси данными материалами. После прохождения поезда, т.е. наступления состояния покоя, большая часть масла впитывается обратно в поры антифрикционного спеченного материала втулок, на поверхности остается тонкий слой меди и дисульфида молибдена. Такая поверхность успешно работает в условиях низких температур.

Так как антифрикционный спеченный материал на основе железа имеет очень высокую твердость, и частицы износа втулки будут действовать на ось как абразив, то ось подвергают поверхностно-пластическому деформированию шариком или роликом до твердости поверхностного слоя на 20-80% выше основы и шероховатости не выше R_a 0,8. Такая обработка контактной поверхности оси позволяет убрать поверхностные дефекты с поверхности и тем самым значительно повысить прочность поверхностного слоя. При сборке соединительного шарнира прикладываются значительные осевые усилия. Это обусловлено несоосностью втулки и оси в начальный момент сборки. Для исключения задиров поверхности втулок на оси между резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть не менее 0,5 мм.

С целью повышения прочностных свойств спеченного материала на основе железа предлагается материал легировать добавками при следующих соотношениях компонентов, вес.%: графит 0,6-1.5; никель 1,0-3,0; медь 2,5-5,0; дисульфид молибдена 0,8-1,0; железо - остальное.

Легирование медью и никелем железа способствует повышению механических свойств, таких как твердость, прочность, и улучшению условий спекания. Для снижения коэффициента трения материал легируется графитом и дисульфидом молибдена, которые выступают в роли твердых смазок. Для обеспечения эффекта самосмазывания втулки пропитываются гидравлическим или осевым маслом, имеющим температуру замерзания не выше -60°С.

Экспериментально было обнаружено, что втулки, изготовленные из заявляемого материала, обладают равномерной ферритно-перлитной структурой с разорванной сеткой цементита и сульфидными и графитовыми включениями, твердость по Бринеллю 140-160 НВ и прочность на радиальное сжатие 500-800 МПа. Такие свойства втулок достаточны для восприятия радиальных нагрузок, которые возникают при работе гарнитуры.

Эксплуатационные испытания заявляемых втулок и осей показали, что соединения с поверхностно-упрочненными осями и втулками из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа имеют ресурс в 3-5 раз выше типовых. После 6 месяцев работы следов коррозии на заявляемых втулках и осях не обнаружено. Работоспособность втулок сохраняется и тогда, когда смазка перестает поступать из пор или затруднена, например в зимний период. Благодаря наличию на рабочих поверхностях пленки меди и смазки шарнирное соединение не требует разборки даже в зимний период эксплуатации.

Таким образом, применение втулок из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа и поверхностно-упрочненных осей позволяет сократить затраты на содержание и текущее обслуживание стрелочного перевода, увеличить срок службы соединительного шарнира в несколько раз. Это позволяет изменить технические условия обслуживания стрелочной гарнитуры и уменьшить периодичность обслуживания стрелочного перевода.

1. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода, состоящий из серьги рабочей или контрольной тяги, серьги, жестко связанной с остряком, оси в виде болта и втулок, запрессованных в отверстия, выполненные в серьгах, при этом втулки выполнены из металлокерамического материала изготовленного методом порошковой металлургии и содержащего графит, никель, медь, дисульфид молибдена, железо и пропитаны смазкой с температурой замерзания основы не выше -60°С, а ось выполнена из стали подвергнутой поверхностному упрочнению и имеет цилиндрическую и резьбовую части, отличающийся тем, что втулки выполнены из материала, содержащего мас.%:

графит	0,6-1,5
никель	1,0-3,0
медь	2,5-5,0
дисульфид молибдена	0,8-1,0
железо	остальное,

имеют объемную пористость не более 25%, причем толщина стенки втулки составляет 5,0-6,0 мм, а смазка дополнительно содержит порошок дисульфида молибдена и меди в количестве 1,5-5,0 мас.% каждого порошка, при этом зернистость порошков находится в пределах 0,1-10 мкм, ось выполнена из конструкционной углеродистой качественной стали, при этом цилиндрическая часть оси, контактирующая с втулками, подвергнута поверхностно-пластическому деформированию шариком или роликом до твердости поверхностного слоя на 20-80% выше основы, и шероховатости R_a не выше 0,8, резьбовая часть оси выполнена методом накатки и имеет диаметр меньше, чем диаметр цилиндрической части оси, а между ее резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть.

2. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода по п.1, отличающийся тем, что в качестве основы смазки используется масло марки АМГ-10.

3. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода по п.1, отличающийся тем, что ось выполнена из стали 35 ГОСТ 105088.

4. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода по п.1, отличающийся тем, что толщина втулки, запрессованной в серьгу, жестко связанную с остряком, имеет большую толщину по сравнению с толщиной втулки, запрессованной в серьгу рабочей или контрольной тяги.

5. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода по п.1, отличающийся тем, что поверхностно-пластическая деформация осуществлена инструментом, деформирующие элементы которого в виде шариков, роликов или тел иной конфигурации взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения.

6. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода по п.1, отличающийся тем, что диаметр резьбовой части оси меньше диаметра цилиндрической части оси, не более чем на 2,0 мм.

7. Соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода по п.1, отличающийся тем, что радиус закругления между фаской и цилиндрической частью оси не менее 0,5 мм.