Надрессорная балка с износостойкой защитой подпятника

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тележки грузового вагона, в частности надрессорной балки, а именно подпятникового места.
Известна конструкция надрессорной балки с износостойкой защитой подпятника [Патент РФ 103520 опубликован 20.04.2011], которая содержит износостойкий элемент, установленный на опорную поверхность подпятника надрессорной балки. При этом износостойкая защита включает кольцо, наружный диаметр которого совпадает с диаметром подпятника. Кольцо приварено кольцевым швом к бурту подпятника. Износостойкий узел выполнен в виде неметаллического плоского вкладыша, диаметр которого равен внутреннему диаметру кольца, установленного на опорную поверхность подпятника. Кольцо выполнено с одним поперечным разрезом с фаской в нижней части наружной поверхности и установлено в подпятник таким образом, чтобы его разрез находился под углом а к центральному поперечному сечению надрессорной балки.
Недостатком данной конструкции является сложность изготовления и установки разрезного кольца, а также невозможность его быстрой замены при ремонте надрессорной балки. Вместе с этим, возникают сложности при сварке кольца между буртом из-за различной степени свариваемости износостойкого материала кольца и металла надрессорной балки, что приводит к появлению трещин при нагружении конструкции.
Кроме того, известна конструкция пятникового узла опоры кузова на тележку грузового вагона [Патент 2466892 опубликован 20.11.2012], где пятниковый узел опоры кузова на тележку грузового вагона, содержит пяту, закрепленную на кузове вагона, и подпятник, выполненный в виде углубления цилиндрической формы в надрессорной балке тележки. Между пятой и боковой стенкой подпятника установлено износостойкое кольцо с возможностью угловых поворотов между пятой и подпятником и покрытое смазочным материалом с высокой адгезией. Вместе с этим, между дном подпятника и опорным торцом пяты установлены две прокладки в виде дисков из твердого смазочного материала, а между ними размещен перфорированный диск из износостойкого материала.
Недостатком данных конструкции является возможность углового поворота износостойкого кольца относительно подпятника надрессорной балки, при котором возможен износ бурта надрессорной балки износостойким кольцом с потерей смазочных свойств его покрытия при длительной эксплуатации вагона.
Также известна конструкция пятникового узла опоры кузова на тележку грузового вагона [Патент РФ 2465161 опубликован 27.10.2012], где пятниковый узел опоры кузова на тележку грузового вагона содержит пяту, закрепленную на кузове вагона, подпятник, выполненный в виде углубления цилиндрической формы в надрессорной балке тележки, перфорированный по всей поверхности диск, установленный между пятой и подпятником. Диск выполнен из материала более твердого, чем материал пяты и подпятника, и покрыт с обеих сторон консистентным или сыпучим смазочным материалом. Между пятой и боковой стенкой подпятника установлено износостойкое кольцо с выемкой на внутренней поверхности и возможностью угловых поворотов между пятой и подпятником. На внутреннем бурте подпятника установлено уплотняющее кольцо из упругого эластичного материала, контактирующее с внутренней конусной поверхностью пяты.
Данная конструкция также не исключает возможность углового поворота износостойкого кольца относительно подпятника надрессорной балки, который приведет к износу бурта надрессорной балки износостойким кольцом.
Известна конструкция надрессорной балки [Патент РФ 33076 опубликован 10.10.2003], выполненная в виде бруса замкнутого коробчатого сечения, состоящего из опорных поверхностей, расположенных по краям нижнего пояса, соединенного стенками с верхним поясом. В средней части надрессорной балки выполнен подпятник с установленной чашей из износостойкого материала. По краям буртов чаши выполнены вырезы, заплавляемые материалом, сходным по характеристикам с материалом надрессорной балки. В местах соединения днища и бурта чаши выполнены отверстия, оси которых не совпадают с осями вырезов по краям буртов чаши. Вырезы по краям буртов и отверстия на стыке бурта и днища равномерно распределены по всему диаметру чаши, с равным смещением относительно друг друга.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Недостатком данной конструкции является то, что в процессе эксплуатации от действия сил трения, возникающих при повороте пятника вагона относительно опорной поверхности чаши подпятника надрессорной балки возможен срез наплавленных выступов и выпадение чаши из подпятника при соударениях вагонов на сортировочных горках и при разгрузке на вагоноопрокидывателях.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции надрессорной балки с износостойкой защитой подпятникового места, обладающей повышенной износостойкостью опорной и упорной поверхностей подпятникового места надрессорной балки в сочетании с надежным закреплением износостойкого вкладыша и износостойкого кольца в подпятниковом месте надрессорной балки, тем самым повышение эксплуатационной надежности подпятникового узла и уменьшение трудозатрат на установку износостойких элементов и их демонтажа при ремонте.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается за счет того, что в подпятниковое место надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона устанавливаются износостойкие вкладыш и кольцо, имеющее в верхней части по краям буртов вырезы, при этом в местах вырезов износостойкого кольца, на внутреннем бурте подпятникового места надрессорной балки, наплавкой выполняются ограничители из материала, сходного по характеристикам с материалом надрессорной балки, тем самым, износостойкое кольцо закреплено от выпадения и проворачивания. Износостойкий вкладыш выполнен толщиной от 6 мм до 10,5 мм из неметаллического износостойкого материала. Износостойкое кольцо выполнено толщиной от 7 мм до 9 мм из схожего материала, что и износостойкий вкладыш, при этом износостойкое кольцо имеет не менее трех пазов, равномерно распределенных по окружности подпятникового места.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что надрессорная балка с износостойкой защитой подпятника содержит нижний и верхний пояса, соединенные боковыми стенками, имеет подпятниковое место, в котором установлены на опорную поверхность износостойкий вкладыш толщиной от 6 мм до 10,5 мм, из неметаллического износостойкого материала, и износостойкое кольцо толщиной от 7 мм до 9 мм, в верхней части которого выполнено не менее трех пазов, равномерно распределенных по окружности подпятникового места, вместе с этим, износостойкое кольцо закреплено от выпадения и проворачивания ограничителями, выполненными наплавкой в пазах на внутреннем бурте подпятникового места надрессорной балки.
Возможно изготовление износостойкого кольца из среднеуглеродистой стали марки 30ХГСА, с твердостью 320-412 НВ.
Высота износостойкого кольца составляет от 40,5 до 44,5 мм.
Возможно изготовление износостойкого вкладыша из износостойкого композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
Длина каждого паза, выполненного в верхней части износостойкого кольца, составляет от 50 до 65 мм.
Износостойкий вкладыш возможно выполнить в виде диска.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами:
Фиг. 1 - Надрессорная балка с износостойкой защитой подпятника;
Фиг. 2 - Подпятниковый узел надрессорной балки.
Надрессорная балка 1, содержащая нижний пояс 2 и верхний пояс 3, соединенные боковыми стенками 4, имеет подпятниковое место 5. Подпятниковое место 5 включает плоский износостойкий вкладыш 6 толщиной от 6 до 10,5 мм, из неметаллического износостойкого материала (износостойкого композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полиуретан и др.), и износостойкое кольцо 7 толщиной от 7 до 9 мм. Износостойкий вкладыш 6 установлен на опорную поверхность 8 подпятникового места 5. Износостойкое кольцо 7 в верхней части имеет не менее трех пазов, равномерно распределенных по окружности подпятникового места, длина каждого паза выполнена в интервале от 50 до 65 мм. Износостойкое кольцо 7 закреплено от выпадения и проворачивания ограничителями 9, выполненными наплавкой на внутреннем бурте 10 подпятникового места 5 надрессорной балки 1.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в создании конструкции надрессорной балки, в которой на опорную поверхность в подпятниковое место установлены износостойкий вкладыш толщиной от 6 мм до 10,5 мм, из неметаллического износостойкого материала, и износостойкое кольцо толщиной от 7 мм до 9 мм в верхней части которого выполнено не менее трех пазов, равномерно распределенных по окружности подпятникового места, длина каждого паза выполнена в интервале от 50 м до 65 мм, а износостойкое кольцо закреплено от выпадения и проворачивания ограничителями, выполненными наплавкой в пазах на внутреннем бурте подпятникового места надрессорной балки, обеспечивающей повышение эксплуатационной надежности подпятникового узла и уменьшающей трудозатраты при установке износостойких элементов, а также их демонтажа при ремонте, выраженные в повышении износостойкости опорной и упорной поверхностей подпятникового места надрессорной балки в сочетании с надежным закреплением износостойкого вкладыша и износостойкого кольца в подпятниковом месте надрессорной балки.
Минимальная величина толщин износостойких вкладыша (6-10,5 мм) и кольца (7-9 мм) определяется требованиями к ресурсу на истирание с обеспечением прочностных характеристик указанных деталей для грузовых тележек с осевой нагрузкой 25 тонн на ось, полученных на основании анализа статистических данных по результатам подконтрольной эксплуатации полувагонов модели 12-196-01 постройки 2008, проводимой на Западно-Сибирской железной дороге и прогноза интенсивности износа вкладыша и кольца подпятникового узла при достижении эксплуатационного пробега 500 тыс. км.
Для изготовления литейным способом современных надрессорных балок используется сталь марки 20ГЛ. Одним из факторов износостойкости стали является предел прочности материала, а также возможность закалки, в том числе и поверхностной. Предел прочности стали марки 20ГЛ составляет 500 МПа. Для сравнения с предлагаемой в полезной модели конструкцией примем, что износостойкое кольцо выполнено из стали марки 30ХГСА, предел прочности которой составляет 1080 МПа, а износостойкий вкладыш выполнен из износостойкого композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Таким образом, эксплуатационный ресурс подпятникового места надрессорной балки возможно повысить по износостойкому кольцу в 2,16 раза, а по износостойкому вкладышу износ исключить полностью. При этом необходимо добавит, что сталь марки 30ХГСА возможно подвергнуть закалке, в том числе и поверхностной и тем самым еще больше повысить эксплуатационный ресурс подпятникового места надрессорной балки за счет износостойкого кольца. Возможно применить для износостойкого кольца другие стали, обладающих еще большими пределом текучести и закалочными свойствами. Вместе с этим, закрепление износостойкого кольца от выпадения и проворачивания ограничителями обеспечивает надежную фиксацию износостойкого кольца и соответственно износостойкого вкладыша. Ограничители, выполненные наплавкой на внутреннем бурте подпятникового места, позволяют исключить воздействие на износостойкие элементы процессов сварки или механической обработки (крепление посредством резьбовых или заклепочных соединений), которые могут изменить характеристики износостойкого кольца, а износостойкий вкладыш привести в негодность, то есть сохраняются свойства, заложенные первоначально в износостойкие детали. При этом наплавка ограничителей и их удаление являются процессами минимальными по трудозатратам, по сравнению с приваркой износостойких деталей или их фиксация посредством резьбовых или заклепочных соединения, из чего следует уменьшение трудозатрат на изготовление надрессорной балки и ее ремонт.
Изготовление износостойкого кольца из среднеуглеродистой стали марки 30ХГСА, имеющей твердость 320-412 НВ позволяет снизить трудозатраты на изготовление детали, так как сталь марки 30ХГСА считается универсальной в вагоностроении и часто применяется в узлах вагонов и тележек, работающих на износ.
Изготовление износостойкого вкладыша из износостойкого композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена позволяет исключить износ опорной площадки подпятникового места.
Длина каждого паза в износостойком кольце, составляющая от 50 мм до 65 мм, выбрана исходя из параметров фрезы, посредством которой пазы выполняются.
Высота износостойкого кольца, составляющая от 40,5 мм до 44,5 мм, обеспечивает защиту верхней части бурта подпятникового места, а также защиту ограничителей, исключающих выпадение и проворачивание износостойкого кольца от воздействия на них пятника кузова вагона.
Износостойкий вкладыш целесообразно выполнять в виде диска, так как его технологично изготавливать и износостойкое кольцо удерживает износостойкий вкладыш по всей окружности образующей диска.
В настоящее время, на заявляемую конструкцию износостойкой защиты подпятника надрессорной балки разработана конструкторская документация.