ФРИКЦИОННЫЙ КЛИН

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности, к конструкции гасителя колебаний тележки грузового вагона.
При движении грузового железнодорожного вагона по рельсовому пути, элементы тележки подвержены статическим, ударным и динамическим нагрузкам, которые гасятся  фрикционным клином тележки, обеспечивающим силы трения в рессорном подвешивании за счет прижатия упругими элементами рессорного подвешивания его вертикальной поверхности непосредственно или через промежуточные детали к боковой раме, а наклонной поверхности – непосредственно или через промежуточную деталь (накладку) к надрессорной балке. Наибольшая нагрузка приходится на рабочие поверхности фрикционного клина – наклонную и вертикальную. При изготовлении клиньев используются материалы, соотношение компонентов которых обеспечивает их надежную работу в тяжелых условиях,  в том числе накладки из разных материалов, устанавливаемые на наклонных поверхностях фрикционных клиньев, позволяющие равномерно распределять нагрузки, возникающие при эксплуатации, и обеспечивать защиту наклонной поверхности надрессорной балки от износа.
Из уровня техники известны следующие решения.
Так из описания к патенту Китая № 201794981 (опубликован 13.04.2011 г.) известна конструкция клина, который содержит корпус с вертикальной и горизонтальной стенкой, сквозное отверстие и износостойкую накладку.
За наиболее близкий аналог к патентуемому решению принята конструкция фрикционного клина тележки грузового вагона, содержащая корпус с наклонной стенкой, горизонтальные и вертикальную стенки, сопряженные с наклонной стенкой, имеющей паз и углубления для установки накладки с выступами (см. патент РФ № 2523513, опубликован 20.07.2014 г.).
Недостатками наиболее близкого аналога является недостаточная точность фиксации накладки с корпусом клина, неравномерное распределение нагрузок по поверхности накладки и её скорый износ. Неточная фиксация накладки в процессе эксплуатации приводит к тому, что действующие нагрузки неравномерно распределяются по ее поверхности, что приводит к износу накладки и снижению надежности работы фрикционного клина как сборочной единицы. Кроме того, неточность фиксации может привести к выпадению накладки с поверхности клина, что может спровоцировать увеличение динамических сил в тележке и, как следствие, аварийную ситуацию.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение указанных недостатков, расширение арсенала технических средств, увеличение межремонтного пробега в эксплуатации, расширение эксплуатационных характеристик и функциональных возможностей фрикционного клина за счёт установки накладки с сохранением стабильной работы фрикционного клина.
Техническим результатом патентуемого решения является повышение надежности работы фрикционного клина.
Технический результат достигается за счет использования фрикционного клина, который содержит наклонную стенку, выполненную с углублением и сквозным отверстием в нем, при этом в углублении установлена накладка, закрепленная посредством установленного в отверстии крепёжного элемента с продольной прорезью.
Благодаря выполнению наклонной стенки фрикционного клина с углублением и сквозным отверстием, в которые установлена накладка с крепёжным элементом с продольной прорезью, обеспечивается надежное закрепление накладки на фрикционном клине. При установке накладки, крепёжный элемент благодаря продольной прорези сужается, превращаясь в конус, легко входит в сквозное отверстие фрикционного клина меньшего диаметра и, расширяясь, надежно фиксирует накладку на наклонной стенке фрикционного клина.
В частности, фрикционный клин изготовлен из серого чугуна, преимущественно марки СЧ35ЖДТ, и подвергнут объёмной закалке с отпуском, что дополнительно способствует повышению надежности работы фрикционного клина в целом.
В частности, укрепление бобышкой сквозного отверстия с внутренней стороны наклонной стенки придаёт прочность установке накладке и надежной её фиксации с помощью крепежного элемента в сквозном отверстии, что также повышает надежность работы фрикционного клина.
Далее решение поясняется ссылкой на фигуры, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 – фрикционный клин без накладки.
На фиг. 2 – фрикционный клин с накладкой и крепёжным элементом.
На фиг. 3 – крепёжный элемент с продольной прорезью.
Согласно фигурам фрикционный клин содержит опорную площадку 1, внутреннее ребро 2, кольцевой буртик 3, горизонтальные стенки 4, 5, и вертикальную стенку 6, сопряженные с наклонной стенкой 7, имеющей углубление 8 и сквозное отверстие 9. В углубление 8 и сквозное отверстие 9 фрикционного клина установлена накладка 10, закрепленная с ним посредством крепёжного элемента 11 с продольной прорезью 12. Сквозное отверстие 9 с внутренней стороны наклонной стенки укреплено бобышкой 13 -  воронкообразным выступом, который обрамляет сквозное отверстие 9 по кругу. Крепёжный элемент 11 с продольной (вертикальной) прорезью 12 представляет собой цилиндрический стержень, который на одном конце выполнен со шляпкой, контактирующей с накладкой, а другой конец которого выполнен с продольной прорезью 12, которая делит стержень на две равные части.
Накладка может быть изготовлена из полимерного композиционного материала или оксафена, или углепластика и т.п.
В рабочем положении фрикционный клин расположен между наклонной поверхностью надрессорной балки тележки вагона с одной стороны и «планкой» (контактной) боковой рамы тележки вагона с другой стороны, к которым фрикционный клин поджимается пружиной под действием массы кузова вагона. Известно, что фрикционный узел «клин - планка» работает в условиях сухого трения. Работоспособность этого узла и характер износа зависят от материала трущихся поверхностей. Ранее, при эксплуатации определенных моделей тележек происходили системные отказы, зачастую из-за нарушения работы фрикционного узла гашения колебаний по вине, использованных в них фрикционных клиньев из высокопрочного чугуна с полиуретановыми накладками, что в свою очередь, ставило под вопрос заявленный производителем межремонтный пробег. Потребность в увеличении и, самое главное, в обеспечении межремонтного пробега в эксплуатации тележки грузового вагона не менее 500 тыс.км привело к изготовлению клиньев из более дешевого, технологичного серого чугуна марки СЧ35ЖДТ с термической обработкой (закалка и отпуск), с химическим составом, указанным в таблице 1, и установленной на наклонную поверхность накладкой. Наличие накладки, фиксируемой посредством крепежного элемента с вертикальной прорезью, позволяет надежно закрепить накладку на фрикционном клине и исключить возможность ее выпадения, также равномерно распределить нагрузки, действующие на фрикционный клин, что повышает надежность его работы в эксплуатации. Накладка может быть изготовлена из полимерного композиционного материала или оксафена, или углепластика и т.д.
При этом после термической обработки фрикционного клина (закалка и отпуск) на вертикальной стенке фрикционного клина повышается твердость и, как следствие, износостойкость.
Таблица 1
Таким образом, использование серого чугуна марки СЧ35ЖДТ с объемной закалкой с отпуском, и установленной на наклонную поверхность накладки из полимерного композиционного материала с крепежным элементом с продольной прорезью, позволяет обеспечить необходимую работоспособность за счет применения конструктивных особенностей и применяемых материалов, что в итоге позволит повысить надежность работы фрикционного клина и обеспечить заданный межремонтный срок в эксплуатации.
Внутреннее ребро фрикционного клина выполнено с двумя отверстиями, поверхность между которыми позволяет закрепить индивидуальную маркировочную пломбу.
Устройство работает следующим образом.
Накладка 10 с помощью крепёжного элемента 11 с вертикальной прорезью 12 не требует в изготовлении высокой точности, надежно фиксируется в углублении 8 и сквозном отверстии 9 наклонной стенки 7 фрикционного клина, что позволяет распределять нагрузки по всей поверхности накладки 10, а также надежно зафиксировать ее от случайного выпадения. При установке крепёжный элемент 11, превращаясь в конус за счет вертикальной прорези и упругих свойств полимерного материала крепежного элемента, входит в сквозное отверстие 9 фрикционного клина меньшего диаметра, деформируется (распрямляется) и стопорит накладку 10. Для более точной фиксации сквозное отверстие 9 обрамлено бобышкой 13. Таким образом, повышается надежность работы всего фрикционного клина при эксплуатации.
Использование фрикционного клина заявленной конструкции позволяет увеличить надежность работы тележек грузовых вагонов в течение пробега не менее 500 тыс. км, обеспечивая безопасность движения, что подтверждается пробеговыми испытаниями и протоколами АО «ВНИИЖТ».
Использование фрикционного клина с накладкой, закрепленной с ним посредством крепёжного элемента с вертикальной прорезью, позволяет обеспечить высокую надежность работы фрикционного клина, уменьшить стоимость конечного продукта, обеспечить заданный межремонтный пробег в эксплуатации, а также повысить прочность и износостойкость элементов конструкции за счёт применения конструктивных особенностей и применяемых материалов.