ОСЬ ПОДВИЖНОГО СОЕДИНЕНИЯ СТРЕЛОЧНОЙ ГАРНИТУРЫ СТРЕЛОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Полезная модель относится к элементам устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к осям для подвижных соединений тяг стрелочной гарнитуры стрелочного перевода.
Известно (Федотов А.Е., Качмарская O.K. Техническое обслуживание централизованных стрелок. - М.: Транспорт, 1988. - 95 с.) решение, в котором тяги стрелочной гарнитуры, связаны между собой посредством осевого соединения, состоящего из запрессованных в отверстия тяг втулок и соединяющих тяги оси. Оси выполнены из конструкционной стали 35, втулки выполнены из конструкционной стали 40 или 45, упрочняющей термообработке не подвергаются. В процессе эксплуатации оси периодически смазываются машинным маслом.
Недостатком данного решения является то, что для оси из конструкционной стали требуется периодической смазка, для выполнения данной операции стрелочная гарнитура должна разбираться, а это дополнительные затраты времени и ресурсов. С выработкой машинного масла происходит интенсивный износ и коррозия осей.
Известно техническое решение, в котором ось выполнена в виде болта, выполнена из конструкционной углеродистой качественной стали, подвергнутой поверхностному упрочнению и имеет цилиндрическую и резьбовую части, 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 не выше 0,8, резьбовая часть оси выполнена методом накатки и имеет диаметр меньше, чем диаметр цилиндрической части оси, а между резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления не менее 0,5 мм при выходе на цилиндрическую часть, 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 (Патент RU №2450893 кл. B22F 5/00, Е01В 7/00, С22С 33/02, 2010).
К недостаткам данного технического решения по шарнирному соединению стрелочной гарнитуры следует отнести отсутствие оптимальных геометрических и прочностных характеристик рабочей поверхности оси, а также точности изготовления оси, что не позволяет получить на практике снижение затрат на техническое обслуживание стрелочного перевода.
Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа, в котором ось подвижного соединения стрелочной гарнитуры стрелочного электропривода, характеризуется тем, что служит для передачи усилий в виде сосредоточенной силы не менее 7,0 кН, устанавливается в самосмазывающуюся металлокерамическую втулку, выполнена в виде болта из углеродистой стали с содержанием углерода (0,35-0,40) масс.%, имеет головку, рабочую цилиндрическую и резьбовую части, имеет антикоррозионное цинковое покрытие, головка имеет лыски под ключ, рабочая цилиндрическая часть имеет номинальный диаметр 26 мм с полем допуска  по 11 квалитету, резьбовая часть имеет накатную резьбу М24 с полем допуска 6g по 6 квалитету и отверстие под шплинт, шероховатость цилиндрической и резьбовой поверхности не более Ra 3,2, между резьбовой и цилиндрической частью оси имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть оси не менее 0,5 мм. Кроме этого, отверстие под шплинт имеет диаметр 5 мм и выполнено на удалении (12-13) мм от торца резьбовой части оси, длина рабочей цилиндрической части равна 62 мм, а длина резьбовой части равна 38 мм (Патент RU №184722 кл. B61L 5/06, Е01В 7/00, 2018).
К недостаткам данного технического решения по шарнирному соединению стрелочной гарнитуры следует отнести отсутствие оптимальных геометрических характеристик в части прочности, и триботехнических характеристик оси, точности изготовления оси, отслаивающее вследствие знакопеременных нагрузок цинковое покрытие, что не позволяет получить на практике снижение затрат на техническое обслуживание стрелочного перевода.
Задача заявляемого технического решения является повышение безопасности движения подвижного состава.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в увеличение прочности и срока службы деталей пары трения соединительного шарнира стрелочной гарнитуры и снижение затрат на обслуживание шарнирного соединения.
Технический результат достигается осью подвижного соединения стрелочной гарнитуры стрелочного электропривода, характеризующейся тем, что служит для передачи усилий в виде сосредоточенной силы не менее 7,0 кН, устанавливается в самосмазывающуюся металлокерамическую втулку, выполнена в виде болта из конструкционной углеродистой стали с содержанием углерода (0,32-0,40) масс.%, имеет головку с лысками под ключ, рабочую цилиндрическую часть длиной 62 мм номинальным диаметром 26 мм с полем допуска d11 по 11 квалитету и шероховатостью поверхности не более Ra 3,2, резьбовую часть длиной 38 мм с накатанной резьбой М24 с полем допуска 6g по 6 квалитету и шероховатостью поверхности не более Ra 3,2 и с отверстием под шплинт диаметром 5 мм, выполненное на удалении (12-13) мм от торца резьбовой части оси, имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть оси не менее 0,5 мм, при этом между цилиндрической частью и головкой диаметром не менее 40 мм имеется галтель радиусом 1 мм, длина цилиндрической части выполнена с допуском на длину (-0,5) мм, с торца резьбовой части имеется фаска шириной 4 мм под углом 45°, ось имеет термодиффузионное покрытие, а цилиндрическая часть имеет регулярную шероховатость поверхности, направленную по окружности.
Увеличение прочности и срока службы деталей пары трения соединительного шарнира стрелочной гарнитуры, а к ним относятся также металлокерамические втулки пропитанные смазкой с низкой температурой замерзания, (минус 60°С), достигается подбором одного из элемента пары трения, в частности оси, износостойкость которой подбирают меньше чем втулки.
Как правило, соединительный шарнир стрелочной гарнитуры имеет три втулки и одну ось. И трудозатраты на замену одной оси на порядок меньше, чем трудозатраты замены трех втулок. Сложность монтажа втулок объясняется тем, что при замене втулок необходимо снимать полностью тяги и все работы проводить в мастерских, имеющих специальное прессовое оборудование, в то время замена осей производится на путях, без снятия тяг. На основании этого следует, что износостойкость оси, как элемента пары трения, должна быть не более износостойкости втулки.
Ось изготавливается из конструкционной углеродистой качественной стали 35 с шероховатостью поверхности не более Ra 3,2. Такая шероховатость позволяет удерживаться смазке на поверхности оси. Но авторами обнаружено, что при механической обработке высота и периодичность расположения микронеровностей получаются неравномерными. Имеются участки с низкой шероховатостью, где меньше удерживается смазки. И имеются наоборот, локальные участки с высокой шероховатостью (в пределах базовой длины при измерении шероховатости), где высокие микронеровности действуют на втулку при трении как абразив. Эти факторы обуславливают неравномерный износ как осей, так и втулок, что может приводить к неравномерному зазору в пределах пары трения и подклиниванию оси во втулке. Нанесение термодиффузионного цинкового покрытия, имеющего высокую адгезию к обрабатываемой поверхности, сглаживает микронеровности, а создание регулярной шероховатости по окружности высокоскоростной токарной обработкой высокоточным инструментом позволяет получить равномерную поверхность с регулярным волнообразным рельефом на цилиндрической части, с шероховатостью, направленной по окружности и амплитудой в пределах допуска на размер, способную удерживать смазку равномерным слоем по всей поверхности.
При сборке соединительного шарнира ось испытывает значительные осевые усилия, т.к. при закручивании гайки прикладывается высокий момент затяжки. Вследствие чего происходят случаи отрыва головки от цилиндрической части, т.к. в месте перехода цилиндрической части в головку возникает высокая концентрация напряжений. Также при движении поезда по стрелочному переводу возникают вибрации, детали подвижного соединения стрелочной гарнитуры испытывают знакопеременные нагрузки, в частности ось испытывает вдоль длины циклическую нагрузку растяжение-сжатие. Во избежание отрыва головки от цилиндрической части оси и снижения концентрации напряжения в данном месте выполняется галтель радиусом 1 мм.
При установке оси в шарнир головка оси опирается на торец втулки. Во избежание выдавливания из отверстия втулки, диаметр которой 32-36 мм, и разрушения ее с торца при затягивании гайки диаметр головки выполнен размером не менее 40 мм. Таким образом, головка оси упирается в шарнир или тягу и исключается силовое воздействие на торец втулки.
Вследствие погрешностей изготовления тяг, шарниров и отверстий в них имеется несоосность отверстий. Для облегчения установки оси в несоосные отверстия и во избежание излома торцов втулок на торце резьбовой части выполнена фаска размером 4 мм под углом 45°. Также увеличенная фаска 4 мм облегчает процесс сборку соединения, т.к. при закручивании гайка в такой фаске самоцентрируется.
Шарнир, в который устанавливается ось, имеет определенную толщину. Размер цилиндрической части 62 мм по квалитету 14 имеет допуск (-0,74) мм. Если длина цилиндрической части оси выполнена с наибольшим допуском, то длина ее будет 61,26 мм, и при затягивании гайки в оси возникают значительные растягивающие напряжения, что может привести к излому оси. Предельный допуск на длину цилиндрической части 62 мм назначен до (-0,5) мм, что не позволяет превысить растягивающим напряжениям предел прочности стали, и при этом обеспечивается надежность затяжки соединения.
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 втулки и оси. Наличие термодиффузионного цинкового покрытия, которое имеет высокую адгезию за счет образования промежуточного диффузионного слоя, исключает возникновение и развития коррозии, что позволяет значительно продлить срок службы оси, а также сделать шарнире соединения более надежной.
На фиг. 1 представлено данное техническое решение.
На фиг. 1 следующие обозначения:
D - наружный номинальный диаметр головки оси, равный 40 мм;
1
l - длина рабочей цилиндрической части оси, равная 62 мм с допуском (-0,5) мм;
R - радиус закругления при выходе на головку с цилиндрической части оси, равный 1 мм;
f - ширина фаски на торце резьбовой части, равная 4 мм.
Таким образом, применение оси, изготовленной по предлагаемому техническому решению, позволяет сократить затраты на содержание и текущее обслуживание стрелочного перевода, увеличить прочность и срок службы деталей пары трения соединительного шарнира стрелочной гарнитуры и снижение затрат на обслуживание шарнирного соединения.