ПРОКЛАДКА ПОДПЯТНИКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции пятникового узла.
Известна прокладка для подпятника тележки грузового вагона, представляющая собой стальной диск, имеющий центральное сквозное отверстие и сквозные отверстия, расположенные на разном расстоянии от центра диска и заполняемые смазочным материалом (RU 165310, опубл. 10.10.2016).
Недостатком вышеуказанного технического решения является низкая долговечность прокладки подпятника в связи с тем, что отверстия для удержания смазочного материала выполнены сквозными. Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации тележки смазочный материал смещается с верхней поверхности прокладки, контактирующей с пятником, на нижнюю поверхность прокладки, контактирующую с подпятником. Таким образом, в области контакта прокладки с пятником возникает угроза появления сухого трения металл-металл, что приводит к деформации деталей.
Известен износостойкий вкладыш (US 5443015, опубл. 22.08.1995), принятый в качестве наиболее близкого аналога и выполненный в виде стального диска, имеющего центральное сквозное отверстие и углубления для заполнения смазкой в виде концентрических колец на верхней его поверхности. Недостатком прототипа является низкая антифрикционная способность износостойкого вкладыша в связи с тем, что углубления для смазочного материала выполнены в виде кольцевых канавок и лишь со стороны пятника. Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации тележки (в частности ее поворота вокруг своей оси во время прохождения кривых участков пути) большая часть поверхности износостойкого вкладыша (между кольцевыми углублениями) остается без смазочного материала, а соответственно ответные поверхности пятника и подпятника тоже. Это происходит за счет того, что во время поворота тележки углубления со смазочным материалом по сути не меняют своего положения, оставляя остальные поверхности без смазки, что приводит к преждевременному истиранию износостойкого вкладыша, а так же возможному перегреву и деформации пятника. Кроме того, отсутствие аналогичных углублений со смазочным материалом на нижней поверхности износостойкого вкладыша крайне негативно сказывается на поверхности подпятника. Это сухое трение металла о металл может привести к перегреву и деформации деталей.
Техническим результатом заявляемой полезной модели, является максимальное снижение изнашивания контактирующих поверхностей пятникового узла вагона в эксплуатации за счет уменьшения коэффициента трения, путем обеспечения постоянного наличия антифрикционного (смазочного) материала в пятниковом узле и его равномерного распределения между контактирующими поверхностями пятник-прокладка-подпятник, что в конечном итоге приводит к повышению срока службы пятникового узла вагона.
Технический результат достигается тем, что предлагается прокладка подпятника тележки грузового вагона выполненная в виде стального диска, имеющего центральное сквозное отверстие и углубления на верхней поверхности для заполнения антифрикционным материалом, причем нижняя поверхность так же содержит углубления, при этом углубления на каждой стороне прокладки выполнены в виде спирали расходящейся от центрального сквозного отверстия к внешнему краю прокладки, имеют ширину L, шаг витка спирали Т, отстоят от центрального отверстия и не доходят до внешнего края прокладки, а углубления на нижней поверхности прокладки выполнены со смещением относительно углублений на верхней поверхности, при этом ширина углублений прокладки может увеличиваться по мере удаления от центра прокладки.
Полезная модель поясняется чертежами, где изображено:
На фиг. 1 - прокладка подпятника, вид сверху;
На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Прокладка подпятника грузового вагона представляет собой стальной диск 1, по центру которого выполнено центральное сквозное отверстие 2, для размещения в нем шкворня (не показано). С двух сторон диска 1 на нижней поверхности 3 и верхней поверхности 4 выполнены криволинейные углубления 5, спирально расходящиеся в направлении от центрального отверстия 2 в сторону внешнего края диска 1.
Материал стали прокладки может быть разнообразным: от простой углеродистой стали до высоколегированной в зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатируемому пятниковому узлу в вагоне. В связи с этим и возможные свойства материала (как то твердость или предел текучести) весьма разнообразны. Так, например, твердость прокладки может составлять от 90 до 420 НВ.
При этом поверхность 3 (нижняя) предназначена для контакта с подпятником (не показано), а поверхность 4 (верхняя) для контакта с пятником (не показано).
В рабочем положении прокладка устанавливается между подпятником надрессорной балки тележки, и пятником, закрепленным на кузове грузового вагона.
Углубления 5 прокладки предназначены для заполнения антифрикционным материалом, в качестве которого может использоваться твердый (например, железо-графит, фторопласт, бронза или баббит) или пластичный антифрикционный материал (например, ЦИАТИМ 221 изготовленный на основе силиконового масла; ЦИАТИМ- 201, изготовленный на основе очищенного масла нефти; ЛЗ-ЦНИИ, изготовленный на основе маловязкого минерального масла; ВНИИНП-207, изготовленный на основе кремнийорганической жидкости и синтетического углеводородного масла).
На нижней поверхности 3 по внешнему краю диска выполнена фаска 6 (Фиг. 2), для исключения закусывания прокладки о подпятник в процессе эксплуатации и исключения повреждения подпятника острой кромкой прокладки.
В процессе эксплуатации грузовая тележка железнодорожного транспорта проходит не только прямые, но и кривые участки пути, в результате чего детали пятникового узла (пятник, подпятник и прокладка подпятника) поворачиваются друг относительно друга вокруг шкворня и трутся друг об друга. В связи с ограничением радиуса кривых участков поворот в ту или иную сторону составляет не более 7° градусов относительно исходного положения.
Выполнение углублений 5 в виде спирали, расходящейся от центрального отверстия 2 к внешнему краю прокладки позволяет более равномерно распределить антифрикционный материал по трущимся поверхностям, за счет вращения прокладки вызванного спиральной формой углублений вокруг шкворня и периодического прохождения углублений с антифрикционным материалом по сухим местам трущихся поверхностей, что так же приведет к более экономичному расходу антифрикционного материала. Шаг витков спирали Т (фиг. 1) на верхней поверхности 4 выбирается исходя из того, чтобы с обратной стороны прокладки (на нижней поверхности 3) можно было выполнить подобное спиральное углубление 5, не пересекая углубления 5 на верхней поверхности 4.
Ширина L (фиг. 3) углублений 5, на поверхностях 3 и 4 может варьироваться от 2 до 15 мм. При этом ширина L может быть, как постоянной по всей длине, так и меняться по длине от меньшего к большему (не показано).
Ширина L углублений 5 и шаг витков спирали Т на поверхностях прокладки тесно взаимосвязаны между собой. Так для обеспечения заявляемого технического эффекта, необходимо соблюдать баланс между количеством антифрикционного материала и хрупкостью прокладки. Например, если выполнить ширину L углублений 5 равной максимальному размеру 15 мм, то шаг Т должен составлять не менее 20 мм, чтобы обеспечить необходимое расстояние для расположения углублений 5 между шагом Т на другой стороне прокладки и запас для обеспечения прочности прокладки. При минимальной ширине L равной 2 мм и шаг Т достаточно будет сделать не менее 4 мм. Для обеспечения углублений с увеличивающейся шириной L по длине спирали шаг витка Т так же необходимо выполнять с увеличением. В результате, с учетом возможной ширины L углублений 5 от 2 до 15 мм, шаг Т спирали может изменяться от 4 до 24 мм.
Таким образом, значения величин L, подбираются в зависимости от выбранного антифрикционного материала и материала самой прокладки.
+1
Например, при использовании в качестве антифрикционного материала смазку ЦИАТИМ-201, ширину L углублений 5 эффективнее всего сделать равной 8±1 мм, с шагом Т=14±2 градусов. Если ширину L углублений 5 уменьшить до 2±1 мм, то шаг Т необходимо выдержать в размере 4 мм.
При этом витки углублений 5 на верхней поверхности 4 выполнены со смещением относительно витков углублений 5 на нижней поверхности 3 прокладки на величину, необходимую и достаточную для исключения взаимного пересечения углублений 5 на поверхности 3 в проекции на поверхность 4 (фиг. 1).
Вышеуказанное смещение необходимо выдерживать для того чтобы не снизить прочность прокладки, т.к. если углубления 5 будут находиться друг над другом или пересекаться (в проекции), то толщина прокладки (диска) между углублениями будет очень тонкая и легко поддающаяся излому.
Глубина Н (фиг. 3) углублений 5 составляет 1,5±0,5 мм. Это оптимальная глубина, учитывающая степень износа прокладки, рассчитанная в зависимости от толщины прокладки и ширины углублений. Меньшая величина углублений не целесообразна, так как не позволит вообще заложить в углубления антифрикционный материал, что приведет к его нехватке, а большая величина приведет к риску излома прокладки из-за излишнего уменьшения толщины стенок прокладки.
При этом, чем мягче и пластичнее антифрикционный материал, тем дальше углубления 5 должны располагаться от внешнего края прокладки (диска) и края сквозного отверстия 2 под шкворень, т.к. возрастает вероятность просачивания антифрикционного материала во внешний периметр пятникового узла и ухудшения его работы.
В процессе эксплуатации вагона пятник и подпятник вращаются друг относительно друга на шкворне в пределах поворота тележки вагона в кривых участках пути. Из-за больших нагрузок опорной поверхности пятника на ответную поверхность подпятника возникает большая сила трения между ними и, как следствие, большой износ обеих поверхностей. Чтобы этого избежать между пятником и подпятником грузового вагона расположена прокладка подпятника, на поверхностях 3 и 4 которой расположены спиральные углубления 5, заполненные антифрикционным материалом. По мере вращения антифрикционный материал доставляется на место контакта между соответствующей поверхностью прокладки и пятника или подпятника и способствует снижению истирания деталей тележки грузового вагона.
Заявляемая конструкция прокладки подпятника тележки грузового вагона позволяет организовать удержание антифрикционного материала в пятниковом узле, а также обеспечить постепенную дозированную его подачу по всей трущейся поверхности прокладки тележки вагона, тем самым исключая возможность возникновения сухого трения в течение длительного времени и способствуя увеличению износостойкости пятника и подпятника, что в итоге позволяет повысить надежность работы пятникового узла в эксплуатации.