Скользун тележки железнодорожного вагона
RAILWAY CAR BOGIE SIDE BEARING

Изобретение относится к грузовому транспорту, в частности к конструктивным элементам тележек грузовых вагонов, а именно к устройствам опорных скользунов тележек железнодорожных вагонов.
Известен опорный скользун тележки вагона (ГОСТ 34387-2018, СКОЛЬЗУНЫ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ, Общие технические условия, дата введения 01.12.2018), предназначенный для ограничения угловых перемещений между кузовом вагона и тележкой относительно продольной оси пути и содержащий корпус, колпак, регулировочные пластины, винтовые пружины между корпусом и колпаком. Недостатком такого технического решения является высокий износ контактирующей поверхности колпака скользуна и необходимость его частой замены.
Известен опорный скользун тележки вагона (RU 2370388 ИЗ, опубл. 20.10.2009), содержащий основание с цилиндрической стенкой, идущей вверх от основания, и секцию дна, колпак в форме стакана с опорной верхней секцией и цилиндрической стенкой, которая заходит в стенку основания, и винтовые пружины, установленные внутри основания между секцией дна и колпаком, причем опорная верхняя секция содержит круговую секцию выреза и круговую вставку внутри секции выреза, выполненную из неметаллической эластомерной композиции и предназначенную для снижения износа места контакта стакана с брусом вагона. Данный скользун выбран в качестве прототипа.
Однако в известном техническом решении за счет кругового выреза значительно уменьшается толщина практически всей опорной секции колпака, что может привести к быстрой поломке колпака скользуна, а съемная вставка из эластомерного материала является не закрепленным элементом конструкции и может быть утрачена в процессе эксплуатации вагона, что приведет к быстрому износу опорной верхней секции колпака и его выбраковке.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является уменьшение изнашивания стакана скользуна в эксплуатации за счет снижения коэффициента трения, путем обеспечения постоянного наличия антифрикционного материала и его равномерного распределения между контактирующими поверхностями скользуна и вагона, а также повышение прочности опорной части стакана, что в конечном итоге приводит к повышению срока службы скользуна.
Технический результат достигается за счет того, что в конструкции скользуна тележки железнодорожного вагона, содержащего корпус, состоящий из цилиндрической части и основания, износостойкую пластину, установленную внутрь корпуса, подвижный стакан с торцевой опорной частью и цилиндрической частью, которая телескопически установлена в цилиндрическую часть корпуса с возможностью возвратно-поступательного движения, а также, по меньшей мере, один упругий элемент, размещенный между стаканом и износостойкой пластиной, при этом на внешней поверхности торцевой опорной части стакана выполнено углубление, согласно изобретению углубление выполнено кольцеобразным на расстоянии от 0,4R до 0,5R от центра торцевой опорной части, шириной от 0,15R до 0,3R, где R-радиус опорной части стакана, и соединено с радиальными углублениями, направленными от кольца в сторону края опорной части, причем углубления заполнены антифрикционным смазочным материалом, а их глубина составляет не более 6,5 мм.
Также с кольцевым углублением могут быть соединены от 3 до 6 радиальных углублений, а радиальные углубления не выходят за окружность, составляющую от 0,8R до 0,95R.
Кроме того, антифрикционный смазочный материал имеет отвержденную консистенцию и обеспечивает коэффициент трения величиной в диапазоне от 0,05 до 0,15, при этом при помощи термической обработки он скреплен в углублениях с материалом стакана.
Все углы между двумя любыми соседними радиальными углублениями могут быть равны.
Углы между соседними радиальными углублениями могут составлять от 20° до 160°.
На фиг. 1 - представлен вид скользуна в изометрии в разрезе;
На фиг. 2 - представлен вид сверху на опорную поверхность скользуна;
На фиг. 3, 4 - представлены варианты выполнений радиальных углублений.
Как представлено на Фиг. 1, скользун тележки железнодорожного вагона содержит корпус, состоящий из цилиндрической части 1 и основания 2, предназначенного для закрепления корпуса на надрессорной балке тележки вагона (не показана), износостойкую пластину 3, установленную внутри основания 2 корпуса, а также подвижный стакан 4 с опорной торцевой частью 5 и цилиндрической частью 6. Цилиндрическая часть 6 стакана 4 телескопически установлена в цилиндрическую часть 1 корпуса, таким образом, что стакан 4 имеет возможность совершать возвратно-поступательные движения в цилиндрической части 1 корпуса под действием на опорную торцевую часть 5 стакана нагрузки от ответной части железнодорожного вагона (на фигурах не показан). Внутри цилиндрической части стакана 4, между ним и износостойкой пластиной 3 размещен, по меньшей мере, один упругий элемент 7.
На Фиг. 1 изображен один из наиболее распространенных в настоящее время вариантов выполнения боковых скользунов грузовых вагонов, где в качестве упругого элемента 7 использованы две коаксиальные пружины с противоположной навивкой и разными диаметрами прута. Но в качестве упругого элемента 7 в настоящем решении могут быть использованы любые другие известные упругодеформируемые материалы, например, одинарные пружины, или эластомерные вкладки, или комбинация пружин и эластомерных вкладок, которые на фигурах не представлены.
Пластина 3 обычно изготавливается из износостойкого материала и предназначена для передачи нагрузки от стакана 4 скользуна на надрессорную балку тележки и для защиты от износа поверхности надрессорной балки.
На внешней поверхности опорной части 5 стакана 4 скользуна выполнено кольцеобразное углубление 8, расположенное на расстоянии 0,4-0,5R от центра 10 опорной части 5, при этом ширина кольцеобразного углубления 8 составляет от 0,15-0,3R, где R-радиус опорной части стакана 5. Выбор величин радиуса и ширины кольцеобразного углубления был осуществлен из расчета оптимальных параметров несущей способности опорной части 5 стакана и технологическими возможностями изготовления данной детали. Кольцеобразное углубление 8 соединено с радиальными углублениями 9, направленными от кольцеобразного углубления 8 в сторону внешнего края опорной части 5. Углубления предназначены для заполнения твердым антифрикционным смазочным материалом.
Глубина кольцевого и радиальных углублений составляет не более 6,5 мм. Такая глубина позволяет создать запас антифрикционного материала в углублениях на весь период эксплуатации скользуна, истирание опорной части 5 которого не может превышать 6 мм согласно нормативной документации. На опорной части 5 может быть выполнено от 3 до 6 радиальных углублений, количество которых выбирается в зависимости от планируемого к использованию антифрикционного материала. Радиальные углубления 9 могут быть расположены как через равные угловые расстояния между собой, так и неравные.
Выполнение углублений в форме кольца 8, соединенного с радиальными углублениями 9, представленных размеров обеспечивают достаточный запас антифрикционного смазочного материала на весь период эксплуатации скользуна и лучшее его распределение по опорной торцевой части 5.
Смазочный материал в жидком виде наносится на поверхность опорной части 5 стакана и им же заполняются кольцевое 8 и радиальные 9 углубления, после чего производится нагрев стакана и отверждение антифрикционного материала при температуре около 200°С, таким образом при помощи термической обработки антифрикционный смазочный материал скрепляется в углублениях с материалом стакана. При этом, в зависимости от характеристик используемого антифрикционного материала, углубления могут им заполняться как на всю глубину, так и не на всю (например, если материал наносится на стенки углублений при помощи распыляющих устройств). Отвержденный (спеченный) антифрикционный материал обеспечивает между соприкасающимися поверхностями скользуна и вагона коэффициент трения величиной от 0,05 до 0,15 в течение всей эксплуатации скользуна. Так как по мере истирания опорной поверхности стакана до максимально допустимой степени ее истирания (6 мм) в пару износа (скользун - вагон) будет постоянно поступать антифрикционный материал из углублений, выполненных в опорной части стакана, износ опорной поверхности 5 скользуна будет происходить медленнее, что приведет к увеличению срока службы скользуна.
Из расчета необходимого на период всей эксплуатации минимума антифрикционного материала, находящегося в радиальных углублениях 9, была выбрана минимальная величина длины радиальных углублений 9, а максимальная длина радиальных ответвлений выбрана из расчета обеспечения достаточной прочности опорной торцевой части 5 стакана, т.к. дальнейшее увеличение длины радиальных углублений приведет к ослаблению опорной части 5 стакана и всего скользуна в целом. Основываясь на этом, была определена длина радиальных углублений 9, которые не должны заходить за окружность, составляющую 0,8-0,95R радиуса опорной части стакана, то есть длина радиальных углублений 9 равна расстоянию от кольцевого углубления 8 до окружности радиусом 0,8-0,95R.
На Фиг. 2-4 можно увидеть различные варианты выполнения радиальных углублений 9, которые отличаются количеством радиальных углублений и/или углами между парой соседних радиальных углублений 9.
Как видно на Фиг. 2 изображены четыре радиальных углубления 9, расположенные крестообразно, а угол между всеми соседними радиальными углублениями 9 составляет 90°, то есть радиальные углубления делят опорную часть стакана на равные части. На Фиг. 3 изображены три радиальных углубления, у которых все углы между соседними радиальными углублениями равны. А именно, угол между радиусом радиального углубления 9.1 и радиусом радиального углубления 9.2 равен углу между радиусами радиальных углублений 9.2 и 9.3 и равен углу между радиусами радиальных углублений 9.3 и 9.1 и составляет 120°. То есть в этом случае радиальные углубления так же делят опорную часть стакана на равные части.
На Фиг. 4 изображен вариант исполнения стакана с четырьмя радиальными углублениями, расположенными на разных углах между собой, то есть угол между радиальным углублением 9.1 и радиальным углублением 9.2 не равен углу между радиальными углублениями 9.2 и 9.3, однако равен углу между радиальными углублениями 9.3 и 9.4 (попарное равенство). При этом углы между радиальными углублениями могут составлять от 20° до 120°.
Нужно заметить, что исполнение радиальных углублений, представленное на Фиг. 2-4 не единственно возможное, так, например, радиальные углубления можно располагать между собой не симметрично на абсолютно различных углах в пределах заявленных ранее 20°-120° (на Фигурах не представлено).
Помимо углублений 8 и 9 на опорной части 5 стакана выполнены маркеры истирания 11 в виде канавок глубиной, равной предельно допустимому износу опорной части 5 скользуна, на фигуре 2 изображены четыре таких маркера 11, но их может быть любое другое допустимое количество. При достижении предельного износа опорной части 5, равного глубине канавок маркеров истирания 11, производят замену опорного стакана 3.
Работа изобретения осуществляется следующим образом.
При прохождении вагоном кривого участка пути, тележка поворачивается под кузовом вагона вокруг вертикальной оси, в результате чего между опорной частью 5 стакана 4 скользуна и ответной опорой на раме вагона возникает сила трения, которая истирает опорную часть 5 стакана. Однако антифрикционный материал, находящийся в кольцевом углублении 8 и радиальных углублениях 9 поступает между трущихся поверхностей и равномерно распределяется между ними в период всей эксплуатации скользуна вагона, повышая тем самым износостойкость стакана 4, что позитивно сказывается на долговечности конструкции скользуна и ответной опоры вагона в целом. Равномерное распределение и необходимый на весь период эксплуатации запас антифрикционного материала создается за счет оптимальных размеров углублений 8 и 9, отраженных в формуле изобретения и описании. Определить достижение степени максимально допустимого износа стакана 4 визуально помогают маркеры истирания 11, глубина которых составляет не более 6 мм, то есть менее глубины углублений с антифрикционным материалом. При достижении предельного износа опорной поверхности стакана 4, равного глубине маркеров истирания 11, производят замену опорного стакана 4.
Нанесения антифрикционного материала в кольцевое углубление на опорной поверхности стакана скользуна позволяет снизить коэффициент трения между опорными поверхностями вагона, при этом, не истончая опорную часть стакана скользуна, не уменьшая тем самым ее прочность, что в конечном итоге приводит к уменьшению изнашивания стакана скользуна и повышению его долговечности. Кроме того, выполнение выреза кольцеобразным с радиальными углублениями позволяет создать запас антифрикционного материала на весь период эксплуатации скользуна без значительного снижения прочности опорной части стакана, тем самым значительно снизив износ контактирующих поверхностей.