ВТУЛКА ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТРЕЛОЧНОЙ ГАРНИТУРЫ

Полезная модель относится к элементам устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к втулкам для подвижных соединений тяг стрелочной гарнитуры стрелочного перевода.
Известно решение, в котором элементы стрелочной гарнитуры, в частности втулки, обеспечивающие передачу усилий стрелочного электропривода на остряки стрелочного перевода, выполнены из нетермообработанной конструкционной углеродистой стали 45, в процессе эксплуатации периодически смазываются машинным маслом. (Федотов А.Е., Качмарская O.K. Техническое обслуживание централизованных стрелок. - М.: Транспорт, 1988. - 95 с.).
Недостатком данного решения является то, что для втулок из конструкционной стали требуется периодическая 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 втулок.
Известно, что в узлах трения широко применяются втулки из антифрикционных спеченных материалов, пропитанных машинным маслом. (Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - Л.: Машиностроение, 1990, стр. 201-207.). Спеченные порошковые материалы обладают высокими износостойкими свойствами и эффектом самосмазывания в процессе работы. Материалы, предназначенные для антифрикционных изделий, изготавливают большей частью из порошков на основе железа с добавлением легирующих добавок, таких как медь, графит, никель, молибден, хром и др. Для получения необходимых структуры и механических свойств, спеченные изделия дополнительно подвергаются термической и механической обработке.
Известно техническое решение, соединительный шарнир гарнитуры стрелочного электропривода, в котором втулки выполнены из металлокерамического материала, изготовленного методом порошковой металлургии из материала, на основе железа содержащего графит, никель, медь, дисульфид молибдена в мас. %: графит 0,6-1,5, никель 1,0-3,0, медь 2,5-5,0, дисульфид молибдена 0,8-1,0, железо - остальное. Материал имеет объемную пористость не более 25%, пропитан смазкой с температурой замерзания основы не ниже минус 60°С, в качестве основы смазки используется масло марки АМГ-10. (Патент RU №103110 кл. МПК Е01В 7/00, 2010).
При перепаде температур до 100°С (Справочник инженера путейца. Транспорт. 1972 г, стр. 655-666), в таких условиях эксплуатируются стрелочные переводы, необходимо точно знать, какие зазоры должны быть в подвижном соединении втулки-ось, что бы при сборке соединения не происходило разрушения втулки и оси, а при высоких температурах соединение не приводило к заклиниванию оси во втулке, а при низких температурах обеспечивало необходимые зазоры при переводе стрелок. Отсутствие соединительных геометрических параметров втулки, точности ее изготовления, не позволяет устанавливать их в отверстия тяг стрелочной гарнитуры с необходимой точностью и надежностью.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является втулка для подвижных соединений стрелочной гарнитуры, характеризующейся тем, что служит для передачи усилий в виде сосредоточенной силы не менее 7,0 кН, имеет внутреннюю и наружную контактные поверхности, выполнена из спеченного порошкового антифрикционного металлокерамического материала на основе железа, содержащего следующие компоненты смеси: графит, никель, медь, дисульфид молибдена, имеет открытую объемную пористость не более 25%, твердость по Бринеллю не менее НВ 90, пропитан смазкой с температурой замерзания не ниже минус 60°С, с количеством смазки после пропитки не менее 1% от массы втулки, при этом материал имеет предел прочности на сжатие не менее 470 МПа, контактные поверхности калиброваны с пластическим деформирована на глубину до 0,4 мм, наружная поверхность дополнительно обработана шлифованием до шероховатости не более Ra 1,6, наружный номинальный диаметр равен 32-40 мм, выполнен с полем допуска от  до  по 8 квалитету, а внутренний номинальный диаметр равен 24-28 мм, выполнен с полем допуска  по 11 квалитету. Кроме этого, высота втулки равна 14-27 мм, с одной торцовой поверхности выполнена фаска 1,0 мм под углом 30±1°, шероховатость внутренней поверхности после калибрования не более Ra 3,2, материал на основе железа, содержит следующее соотношение компонентов смеси, мас. %: меди 2,3-2,5; никеля 0,9-1,1; дисульфида молибдена 1,7-1,8; графит 0,7-0,8, в качестве смазки используется масло марки АМГ-10 (Патент RU №184324 кл. МПК Е01В 7/00, B22F 3/10, B22F 5/10, С22С 33/02, 2018).
Недостаток данной втулки заключается в том, что, что при установке оси происходит разрушение кромок внутреннего отверстия, в силу погрешности изготовления после запрессовки втулка может выступать из отверстия тяги, шарнира, а процесс калибровки уменьшает количество открытых пор, закупоривая масло в порах, тем самым ухудшая процесс самосмазывания. При этом наличие большого объема открытой пористости придает поверхности более высокую шероховатость и при трении возникает абразивный эффект, ось более интенсивно начинает изнашиваться.
Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения подвижного состава, снижение эксплуатационных затрат при обслуживании стрелочных переводов.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в обеспечении при запрессовке втулки в отверстие тяги стрелочной гарнитуры точности и надежности расположения втулки в отверстии тяги, прочности втулки при установке оси, повышении износостойкости втулки при трении внутренней поверхности втулки с осью.
Технический результат достигается втулкой для подвижных соединений стрелочной гарнитуры, характеризующейся тем, что служит для передачи усилий в виде сосредоточенной силы не менее 7,0 кН, имеет внутреннюю и наружную контактные поверхности, выполнена из спеченного порошкового антифрикционного металлокерамического материала на основе железа, содержащего следующие компоненты смеси соотношении компонентов смеси, мас. %: меди 2,3-2,5; никеля 0,9-1,1; дисульфида молибдена 1,7-1,8; графит 0,7-0,8, пропитанного смазкой с количеством после пропитки не менее 1% от массы втулки, твердость по Бринеллю не менее НВ 90, предел прочности на сжатие не менее 470 МПа, наружный номинальный диаметр равен 32-40 мм, выполнен с полем допуска от u8 до x8 по 8 квалитету, внутренний номинальный диаметр равен 24-28 мм, выполнен с полем допуска Н11 по 11 квалитету, высота втулки равна 14-27 мм, при этом высота втулки выполнена с полем допуска h14 по 14 квалитету, между торцевой и внутренней поверхностями выполнены фаски 1,0 мм под углом 45°, внутренняя поверхность обработана растачиванием, имеет регулярный рельеф с шероховатостью поверхности не более Ra 3,2, направленную по окружности.
Кроме того материал втулки имеет открытую объемную пористость 10-19%, пропитывающая смазка имеет температуру замерзания не выше минус 60°С, в качестве смазки используется масло марки ВМГЗ-60.
Авторами предлагаемого технического решения экспериментально установлено, что соединение втулки, выполненной из порошкового металлокерамического материала обладающего высокой твердостью и прочностью, и тяги стрелочной гарнитуры должно быть выполнено с достаточной геометрической точностью, чтобы увеличить прочность втулки и надежность соединения втулка-ось. Соединение втулки с тягой получают запрессовкой. Для того, чтобы втулка не выступала из отверстия тяги, т.е. торец втулки был на одном уровне с поверхностью тяги и менее, длина втулки изготавливается с отрицательным допуском до (-0,5) мм. За счет этого исключается давление головки оси и гайки на торец втулки, тем самым исключается разрушение ее торца.
При сборке соединения втулка-ось прикладываются значительные осевые усилия для установки оси, вплоть до ударных, а также из-за наличия несоосности отверстий в тяге и шарнире. Для исключения разрушения кромки между торцевой и внутренней поверхностями втулки при установке оси во втулку между торцевой и внутренней поверхность выполнена фаска 1 мм под углом 45°.
Повышение износостойкости при трении внутренней поверхности втулки с осью достигается путем создания регулярной шероховатости по окружности высокоскоростной операцией расточки высокоточным инструментом, что позволяет получить равномерную поверхность с регулярным рельефом на цилиндрической части. Так как расточка производится с небольшой глубиной резания, то в процессе механической обработки открытая пористость не заглаживается, объем открытой пористости 10-19%, получаемой при спекании материала, сохраняется и распределение ее по поверхности равномерное. Тем самым дольше сохраняется эффект самосмазывания и происходит равномерное смазывание поверхности трения.
В процессе работы стрелочной гарнитуры во время стрелочного перевода за счет давления оси на втулку из антифрикционного спеченного пористого материала, пропитанного маслом из пор в зону контакта рабочих поверхностей выдавливается смазка. Такой эффект называется самосмазыванием, за счет чего уменьшается коэффициент трения и соответственно интенсивность изнашивания материала втулок и осей. Такая поверхность успешно работает в условиях низких температур. Для обеспечения эффекта самосмазывания втулки пропитываются маслом для гидравлических узлов, работающих на открытом воздухе, и имеющим температуру замерзания не выше минус 60°С. В качестве смазки используется масло марки ВМГЗ-60.
На фиг. 1 представлено данное техническое решение.
На фиг. 1 следующие обозначения:
S - высота втулки 14-27 мм с полем допуска h14 по 14 квалитету,
f - фаска 1 мм под углом 45°.
Применение втулок, имеющих длину равный 14-27 мм, выполненный с полем допуска h14 по 14 квалитету, между торцевой и внутренней поверхностями фаски 1,0 мм под углом 45°, внутреннюю поверхность с регулярной шероховатостью поверхности не более Ra 3,2, направленную по окружности, обработанную растачиванием, из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа позволяют устанавливать с высокой точностью втулку в отверстие тяг, исключая ее разрушение при затягивании гайки, исключить процесс разрушения втулок при установке осей, повысить износостойкость при трении внутренней поверхности втулки с осью, сократить затраты на содержание и текущее обслуживание стрелочного перевода, увеличить срок службы соединительного шарнира.