СОЕДИНЕНИЕ СТРЕЛОЧНОЙ ГАРНИТУРЫ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВТУЛКИ СОЕДИНЕНИЯ
JOINT OF SWITCHSET AND METHOD OF JOINT SLEEVE PRODUCTION

Изобретения относятся к средствам управления положением стрелочного перевода железнодорожного, трамвайного пути, в частности, к стрелочной гарнитуре.
Известно [Федотов А.Е., Качмарская O.K. 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 осей. 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 происходит интенсивные износ и коррозия материала как осей, так и втулок. Отсутствие смазки “превращает” болтовые соединения в жесткие узлы, что приводит к увеличению силы перевода электропривода, уменьшению расстояния между отведенным остряком и рамным рельсом до критической величины, к увеличению зазора между переведенным остряком и рамным рельсом.
Также известно, что в узлах трения стали широко применяются втулки из антифрикционных спеченных материалов, пропитанных в машинном масле [Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - Л.: Машиностроение, 1990. - 319 с.]. Такие материалы должны обладать высокими износостойкими свойствами и самосмазываться в процессе работы. С этой целью материалы, предназначенные для антифрикционных изделий, изготавливают большей частью на основе железа с добавлением легирующих добавок, таких как медь, графит, и относительно дорогостоящих, как 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 пропитываются машинным маслом. Но, как показал анализ технической литературы, подобные материалы обладают невысокими прочностными характеристиками, а содержащееся в них впитанное машинное масло замерзает при температуре -15…-20°С. Для получения необходимых структуры и механических свойств спеченные изделия дополнительно подвергаются термической обработке, что приводит к дополнительным энергозатратам.
Техническим результатом заявляемых изобретений является увеличение срока службы соединений стрелочной гарнитуры и повышение износостойкости пары трения - втулок и осей.
Технический результат достигается путем применения в соединениях втулок, выполненных из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа, и осей, выполненных из цементуемых сталей 20Х или 18ХГТ, поверхность трения которых подвергнута операции поверхностного упрочнения. В качестве операции поверхностного упрочнения применяется поверхностная химико-термическая обработка. Втулки соединения изготавливают способом, включающим смешивание, пластифицирование, прессование, твердофазное спекание, пропитку в масле. При этом сначала смешивают вместе порошки меди, никеля, железа, затем 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°С осуществляют со скоростью охлаждения 2,5-3,5°С/мин, а в качестве пропитывающего масла используют гидравлическое или осевое масло, имеющее температуру замерзания не выше -60°С.
Благодаря тому что в процессе работы стрелочной гарнитуры, т.е. во время прохождения поезда по стрелочному переводу, за счет трения втулок из антифрикционного спеченного материала с осью, из пор втулок в зону контакта рабочих поверхностей втулок и оси выдавливается масло. Такой эффект называется самосмазыванием, за счет чего уменьшается коэффициент трения и, соответственно, интенсивность изнашивания материала втулок и осей. После прохождения поезда, т.е. наступления состояния покоя, большая часть масла впитывается обратно в поры антифрикционного спеченного материала втулок.
Так как антифрикционный спеченный материал на основе железа имеет очень высокую твердость и частицы износа втулки будут действовать на ось как абразив, то ось изготавливают из цементуемых сталей 20Х или 18ХГТ, которые имеют еще к тому же высокий порог хладноломкости. Для дополнительного увеличения твердости и износостойкости осей рабочую поверхность осей подвергают операции поверхностного упрочнения. При этом в качестве операции поверхностного упрочнения применяется поверхностная химико-термическая обработка, например цементация.
С целью удешевления антифрикционного спеченного материала на основе железа предлагается материал легировать небольшим количеством дорогостоящих легирующих добавок 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, а для получения высоких прочности, твердости и износостойкости предлагается использовать следующую технологию.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что прессованию и последующему твердофазному спеканию в среде инертного газа при температуре 1200-1220°С в течение 2 ч подвергается порошковая смесь с заявляемым составом. Для получения равномерного распределения структурных составляющих смешивают вместе порошки меди, никеля, железа в течение 100-120 мин, в полученную смесь вводят предварительно смешанные вместе в течение 10-15 мин порошки графита и дисульфида молибдена, проводят окончательное смешивание в течение 15-20 мин; во избежание образования игольчатой структуры и непрерывной цементитной сетки, а также увеличения прочности материала процесс охлаждения после спекания в диапазоне температур 750-850°С осуществляют со скоростью охлаждения 2,5-3,5°С/мин.
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 по заявляемому способу, обладают равномерной феррито-перлитной структурой с разорванной сеткой цементита и сульфидными и графитовыми включениями. Заявляемый материал имеет твердость Бринелля не менее 1100 МПа и прочность на радиальное сжатие 500-800 МПа. Сердцевина осей имеет твердость по Бринеллю в пределах 220-270 МПа, а поверхностный цементированный слой толщиной 0,5-0,8 мм имеет твердость 35-37 HRC.
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 благодаря наличию на рабочих поверхностях пленки масла.
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 болтовых соединений в несколько раз. При этом снижаются энергозатраты за счет уменьшения усилий перевода, связанного с низким коэффициентом трения между втулкой и осью. Также можно отметить, что порошковая маслонаполненная втулка примерно в два раза дешевле стальной втулки.