ПРОКЛАДКА ПОДПЯТНИКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции пятникового узла соединения рамы грузового вагона с ходовой тележкой.
Из уровня техники известна опорная поверхность пятника грузового вагона, имеющего центральное сквозное отверстие, на котором в радиальном направлении расположены углубления, заполняемые смазочным материалом (RU 208359, опубл. 15.12.2021).
Недостаток заключается в том, что нанесение смазочного материала осуществляется непосредственно на опорную поверхность пятника, контактирующую непосредственно с поверхностью подпятника, что не позволяет обеспечить достаточную степень защиты от изнашивания и долговечность деталей при эксплуатации вагона.
Известна прокладка для подпятника тележки грузового вагона, представляющая собой стальной диск, имеющий центральное сквозное отверстие и сквозные отверстия, расположенные на разном расстоянии от центра диска и заполняемые смазочным материалом (RU 165310, опубл. 10.10.2016).
Недостатком вышеуказанного технического решения является низкая долговечность прокладки подпятника в связи с тем, что отверстия для удержания смазочного материала выполнены сквозными. Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации тележки смазочный материал смещается с верхней поверхности прокладки, контактирующей с пятником, на нижнюю поверхность прокладки, контактирующую с подпятником. Таким образом, в области контакта прокладки с пятником возникает угроза появления сухого трения металл-металл, что приводит к деформации деталей.
Известен износостойкий вкладыш (US 5443015, опубл. 22.08.1995), принятый в качестве наиболее близкого аналога и выполненный в виде стального диска, имеющего центральное сквозное отверстие и углубления для заполнения смазкой в виде концентрических колец на верхней его поверхности.
Недостатком прототипа является низкая антифрикционная способность износостойкого вкладыша в связи с тем, что углубления для смазочного материала выполнены в виде кольцевых канавок и лишь со стороны пятника. Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации тележки (в частности ее поворота вокруг своей оси во время прохождения кривых участков пути) большая часть поверхности износостойкого вкладыша (между кольцевыми углублениями) остается без смазочного материала, а соответственно ответные поверхности пятника и подпятника тоже. Это происходит за счет того, что во время поворота тележки углубления со смазочным материалом по сути не меняют своего положения, оставляя остальные поверхности без смазки, что приводит к преждевременному истиранию износостойкого вкладыша, а так же возможному перегреву и деформации пятника. Кроме того, отсутствие аналогичных углублений со смазочным материалом на нижней поверхности износостойкого вкладыша крайне негативно сказывается на поверхности подпятника. Это сухое трение металла о металл может привести к перегреву и деформации деталей.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является максимальное снижение изнашивания контактирующих поверхностей пятникового узла вагона в эксплуатации за счет уменьшения коэффициента трения, путем обеспечения постоянного наличия антифрикционного (смазочного) материала в пятниковом узле и его равномерного распределения между контактирующими поверхностями пятник-прокладка-подпятник, что в конечном итоге приводит к повышению срока службы пятникового узла вагона.
Технический результат достигается тем, что в прокладке подпятника тележки грузового вагона, выполненной в виде стального диска, имеющего центральное сквозное отверстие и углубления на верхней поверхности для заполнения антифрикционным материалом, согласно усовершенствованиям нижняя поверхность так же содержит углубления, причем все углубления выполнены криволинейными, радиально расходящимися и имеют амплитуду, которая увеличивается от центрального сквозного отверстия к внешнему краю прокладки, при этом углубления не доходят до внешнего края прокладки и до сквозного центрального отверстия. Кроме того углубления имеют форму волнистой или ломанной кривой и на верхней поверхности выполнены со смещением относительно углублений на нижней поверхности, а ширина углубления увеличивается по мере удаления от центра прокладки.
Полезная модель поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - прокладка подпятника, вид сверху (вариант с волнистыми углублениями);
на фиг. 2 - прокладка подпятника, вид сверху (вариант с углублениями в виде ломаных линий);
на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 4 - выносной элемент Б на фиг. 2 (вариант изготовления углубления);
на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 1 и на фиг. 2;
на фиг. 6 - зависимость амплитуды углубления от радиуса.
3
2
1
Прокладка подпятника грузового вагона представляет собой стальной диск 1, по центру которого выполнено центральное сквозное отверстие 2, для размещения в нем шкворня (не показано). С двух сторон диска 1 на нижней поверхности 3 и верхней поверхности 4 выполнены криволинейные углубления 5, радиально расходящиеся в направлении от центрального отверстия 2 в сторону внешнего края диска 1. Каждое углубление 5 по длине представляет собой либо ломанную кривую (Фиг. 2) с плавными скруглениями углов, либо плавную волнистую кривую в виде «змейки» (Фиг. 1). Кривая углублений 5 имеет амплитуду α и длину волны λ (Фиг. 6). В связи с тем, что диаметр диска 1 прокладки подпятника увеличивается по мере приближения к его внешнему краю, амплитуда α волны кривой углублений 5 будет так же пропорционально увеличиваться (α>α>α), это утверждение справедливо и в случае выполнения углублений 5 в виде ломанных. Увеличение длины волны λ по мере приближения к внешнему краю прокладки так же возможно, однако оно практически не оказывает положительной динамики в уменьшении коэффициента трения, т.к. при этом не достигается увеличение количества антифрикционного материала в углублениях.
Материал стали прокладки может быть разнообразным: от простой углеродистой стали до высоколегированной в зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатируемому шкворневому узлу в вагоне. В связи с этим и возможные свойства материала (как то твердость или предел текучести) весьма разнообразны. Так, например, твердость прокладки может составлять от 90 до 420 НВ.
При этом поверхность 3 (нижняя) предназначена для контакта с подпятником (не показано), а поверхность 4 (верхняя) для контакта с пятником (не показано).
В рабочем положении прокладка устанавливается между подпятником на надрессорной балке и пятником, закрепленным на кузове грузового вагона.
Углубления 5 прокладки заполнены антифрикционным материалом, в качестве которого может использоваться твердый (например, железо-графит, фторопласт, бронза или баббит) или пластичный антифрикционный материал (например, ЦИАТИМ 221 изготовленный на основе силиконового масла; ЦИАТИМ-201, изготовленный на основе очищенного масла нефти; ЛЗ-ЦНИИ, изготовленный на основе маловязкого минерального масла; ВНИИНП-207, изготовленный на основе кремнийорганической жидкости и синтетического углеводородного масла).
На нижней поверхности 3 по внешнему краю выполнена фаска 6 (Фиг. 3) для исключения закусывания прокладки о подпятник в процессе эксплуатации и исключения повреждения подпятника острой кромкой прокладки.
В процессе эксплуатации грузовая тележка железнодорожного транспорта проходит не только прямые, но и кривые участки пути, в результате чего детали пятникового узла (пятник, подпятник и прокладка подпятника) поворачиваются друг относительно друга вокруг шкворня и трутся друг об друга. В связи с ограничением радиуса кривых участков поворот в ту или иную сторону составляет не более 7° градусов относительно исходного положения.
Неплохим решением в данном случае было бы применение радиально направленных углублений вместо кольцевых, наподобие тех, что были применены на опорной поверхности пятника в ПМ №208359. Однако данное решение так же не идеально, т.к. поверхности имеют круглую форму, в которой диаметр тем больше, чем дальше расположен от центра. Соответственно, при вращении, наиболее удаленные от центра диска участки углублений 5 будут совершать большее движение трения с ответной частью пятникового узла по сравнению с участками, расположенными ближе к оси поворота пятникового узла. Это может привести к преждевременному израсходованию закладываемого антифрикционного материала в удаленных от центра участках углублений 5.
Наиболее оптимальным в этом случае является решение совмещения концентрических и радиальных углублений. Это возможно осуществить при выполнении углублений 5 криволинейной формы, радиально расходящихся в направлении от центрального отверстия 2 в сторону внешнего края прокладки.
Подобная форма углублений 5 предполагает более равномерное распределение антифрикционного материала по трущимся поверхностям, а так же более экономичный его расход. Количество углублений 5 выбирается в зависимости от твердости используемого антифрикционного материала.
Количество углублений 5, на поверхностях 3 и 4, может варьироваться от восьми до шестнадцати (на фиг. 1, например, изображено по восемь углублений на каждой стороне, а на фиг. 2 - двенадцать углублений на каждой стороне).
При количестве радиальных углублений меньше восьми, заявляемый технический эффект не достигается, т.к. в этом случае количество антифрикционного материала не превысит количество в ближайшем аналоге, а его распределение по всей поверхности прокладки не будет достигнуто.
При количестве углублений 5 более шестнадцати штук - технический эффект не достигается из-за того, что большее количество радиальных углублений 5 уменьшит прочность прокладки, что может привести к ее преждевременному излому. Ширина L (фиг. 5) углублений 5, на поверхностях 3 и 4, может варьироваться от 2 до 15 мм, и может быть как одинаковая для всех, так и разная. При этом, ширина L может меняться и в пределах одного углубления по длине от меньшего к большему (фиг. 4).
Ширина L так же зависит от количества углублений 5 на поверхностях прокладки. Так для обеспечения заявляемого технического эффекта, необходимо соблюдать баланс между количеством антифрикционного материала и хрупкостью прокладки. Например, если выполнить восемь углублений 5, то эффективнее всего делать ширину L равной максимальному размеру 15 мм, а при количестве углублений 5, равном шестнадцати, - целесообразно выполнить ширину L минимального размера равной 2 мм. Так же это может зависеть и от диаметра самой прокладки, т.е. для пятников большего размера диаметр прокладки соответственно тоже будет больше и для шестнадцати углублений 5 потребуется ширина L не 2 мм, а 4 мм или более.
Таким образом, значения величин L, подбираются в зависимости от количества углублений 5, которое, в свою очередь, зависит от выбранного антифрикционного материала.
В зависимости от количества радиальных углублений 5 и ширины L, угол Т между двумя соседними углублениями 5 может варьироваться от 22,5 до 45 градусов.
Угол Т так же, как и ширина L, варьируется для обеспечения заявляемого технического эффекта, т.е. необходимо соблюдать баланс между количеством антифрикционного материала и хрупкостью прокладки. Таким образом, например, при количестве радиальных углублений равном восьми и угле Т между ними равным 45 градусов ширину L, разумнее всего делать равной 15 мм.
Например, при использовании в качестве антифрикционного материала смазку ЦИАТИМ-201, количество углублений 5, эффективнее всего сделать равным двенадцати шириной L=8±1 мм, с углом Т=45±2 градусов. Если количество углублений 5 увеличить до шестнадцати, то ширину L можно принять равной 2±1 мм.
При этом углубления 5 на верхней поверхности 4 выполнены со смещением относительно углублений 5 на нижней поверхности 3 прокладки на величину, необходимую и достаточную для исключения взаимного пересечения углублений 5 на поверхности 3 в проекции на поверхность 4 (фиг. 1 и фиг. 2).
Вышеуказанное смещение необходимо выдерживать для того чтобы не снизить прочность прокладки, т.к. если углубления 5 будут находиться друг над другом или пересекаться (в проекции), то толщина прокладки (диска) между углублениями будет очень тонкая и легко поддающаяся излому.
Глубина Н (фиг. 5) углублений 5 составляет 1,5±0,5 мм. Это оптимальная глубина, учитывающая степень износа прокладки и количество на ней углублений 5, рассчитанная в зависимости от толщины прокладки и ширины углублений. Меньшая величина Н углублений не целесообразна, так как не позволит вообще заложить в углубления антифрикционный материал, что приведет к его недостаточности, а большая величина Н углублений приведет к риску излома прокладки из-за излишнего уменьшения толщины стенок прокладки.
При этом, чем мягче и пластичнее антифрикционный материал, тем дальше углубления 5 должны располагаться от внешнего края прокладки (диска) и края сквозного отверстия 2 под шкворень, т.к. возрастает вероятность просачивания антифрикционного материала во внешний периметр шкворневого узла и ухудшения его работы.
В процессе эксплуатации вагона пятник и подпятник вращаются друг относительно друга на шкворне в пределах поворота тележки вагона в кривых участках пути. Из-за больших нагрузок опорной поверхности пятника на ответную поверхность подпятника возникает большая сила трения между ними и, как следствие, большой износ обеих поверхностей. Чтобы этого избежать между пятником и подпятником грузового вагона расположена прокладка подпятника, на поверхностях 3 и 4 которой расположены радиальные углубления 5, заполненные антифрикционным материалом. По мере вращения антифрикционный материал доставляется на место контакта между соответствующей поверхностью прокладки и пятника или подпятника и способствует снижению истирания деталей тележки грузового вагона.
Заявляемая конструкция прокладки подпятника тележки грузового вагона позволяет организовать удержание антифрикционной смазки в пятниковом узле, а также обеспечить постепенную дозированную подачу смазки по всей трущейся поверхности прокладки тележки вагона, тем самым исключая возможность возникновения сухого трения в течение длительного времени и способствуя увеличению износостойкости пятника и подпятника, что в итоге позволяет повысить надежность работы пятникового узла в эксплуатации.