СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ШАРНИР ГАРНИТУРЫ СТРЕЛОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Полезная модель 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 оси. 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 шарнирное соединения в «жесткие» узлы, что приводит к увеличению силы перевода электропривода.
Также известно, что в узлах трения широко применяться втулки из антифрикционных спеченных материалов, пропитанных в машинном масле (Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - Л.: Машиностроение, 1990, стр.201-207.). Данные материалы обладают высокими износостойкими свойствами и обладают эффектом самосмазывания в процессе работы. Материалы, предназначенные для антифрикционных изделий, изготавливают большей частью на основе железа с добавлением легирующих добавок, таких как медь, графит, 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 пропитывают машинным маслом. Для получения необходимых структуры и механических свойств, спеченные изделия дополнительно подвергаются термической обработке. 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., что не приемлемо для соединительных шарниров гарнитуры стрелочного электропривода эксплуатируемого с перепадом температур более 100°С (Справочник инженера путейца. Транспорт. 1972 г, стр.655-666).
Известно техническое решение (RU 86954) в котором соединение шарнирное стрелочных гарнитур, состоящее из втулок и оси, при этом втулки рабочей и контрольной тяги и втулка сережки, запрессованные в отверстия тяг, выполнены из износостойкого материала, полученного методом порошковой металлургии из металлокерамических материалов и пропитаны смазкой, маслонаполненные, а ось выполнена упрочненной из стали, соединяющей рабочую или контрольную тягу и сережку, при чем втулки изготовлены со значениями допусков, соответствующими их диаметрам.
К недостаткам данного технического решения по шарнирному соединению стрелочной гарнитуры следует отнести не достаточную прочность материала втулки, короткий срок службы смазки, при низких температурах смазка замерзает, что приводит к преждевременному разрушению соединения.
Известно техническое решение (RU 2400328), принятое в качестве прототипа, в котором соединение стрелочной гарнитуры, состоящее из запрессованных в отверстия тяг втулок и соединяющих тяги оси, при этом втулки выполнены из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа, ось выполнена из цементируемых сталей 20Х или 18ХГТ, а поверхность трения оси подвергнута операции поверхностного упрочнения, способом химико-термической обработки.
Втулки изготавливают методом порошковой металлургии включающем смешивание, пластифицирование, прессование, твердофазное спекание, пропитку в масле, при чем смешивают вместе порошки меди, никеля, железа, 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; в качестве пропитывающего масла используют гидравлическое или осевое масло, имеющего температуру замерзания не выше -60°С. К
К недостаткам данного технического решения по шарнирному соединению стрелочной гарнитуры следует отнести не достаточную прочность материала втулки, короткий срок службы смазки.
Задача заявляемого технического решения является повышение безопасности движения подвижного состава.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении периодичности обслуживания стрелочной гарнитуры, увеличение срока службы соединительного шарнира стрелочной гарнитуры и повышение износостойкости пары трения: втулка - ось.
Технический результат достигается соединительным шарниром гарнитуры стрелочного электропривода, состоящим из серьги рабочей или контрольной тяги, серьги жестко связанной с остряком, оси в виде болта и втулок, запрессованных в отверстия, выполненные в серьгах, при этом втулка выполнена из металлокерамического материала изготовленного методом порошковой металлургии и содержащего графит, никель, медь, дисульфид молибдена, железо и пропитана смазкой с температурой замерзания основы не выше -60°С, ось выполнена из стали подвергнутой поверхностному упрочнению и имеет цилиндрическую и резьбовую части, отличающийся тем, что втулка выполнены из материала содержащего мас.%:
графит 0,6-1,5,
никель 1,0-3,0,
медь 2,5-5,0,
дисульфид молибдена 0,8-1,0,
a
железо остальное, имеют объемную пористость не более 25%, толщина стенки втулки составляет 5,0-6,0 мм, смазка дополнительно содержит порошок дисульфида молибдена и меди в количестве 1,5-5,0 масс %, каждого порошка, при этом зернистость порошков находится в пределах 0,1-10 мкм, ось выполнена из конструкционной углеродистой качественной стали, а цилиндрическая часть оси, контактирующая с втулками подвергнута поверхностно-пластическому деформированию шариком или роликом до твердости поверхностного слоя на 20-80% выше основы, и шероховатости не выше R 0,8, резьбовая часть оси выполнена методом накатки и имеет диаметр меньше чем диаметр цилиндрической части оси, между резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть. Кроме этого в качестве основы смазки используется масло марки АМГ-10, ось выполнена из стали 35 ГОСТ 105088.
толщина втулки, запрессованная в серьгу, жестко связанную с остряком, имеет большую толщину по сравнению с толщиной втулки запрессованной в серьгу рабочей или контрольной тяги, поверхностно-пластическая деформация осуществляется инструментом, деформирующие элементы которого (шарики, ролики или тела иной конфигурации) взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения, диаметр резьбовой части оси меньше диаметра цилиндрической части оси, не более чем на 2,0 мм, радиус закругления между фаской и цилиндрическую часть оси не менее 0,5 мм.
В процессе работы стрелочной гарнитуры во время прохождения поезда по стрелочному переводу, за счет давления оси на втулку из антифрикционного спеченного пористого материала, пропитанного смазкой 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. Поскольку в состав смазки входят порошки дисульфида молибдена и меди, происходит натирание контактной поверхности оси данными материалами. После прохождения поезда, т.е. наступления состояния покоя, большая часть масла впитывается обратно в поры антифрикционного спеченного материала втулок, на поверхности остается тонкий слой меди и дисульфида молибдена. Такая поверхность успешно работает в условиях низких температур.
a
Так как антифрикционный спеченный материал на основе железа имеет очень высокую твердость, и частицы износа втулки будут действовать на ось как абразив, то ось подвергнают поверхностно-пластическому деформированию шариком или роликом до твердости поверхностного слоя на 20-80% выше основы, и шероховатости не выше R 0,8. Такая обработка контактной поверхности оси позволяет убрать поверхностные дефекты с поверхности и тем самым значительно повысить прочность поверхностного слоя. При сборке соединительного шарнира прикладываются значительные осевые усилия. Это обусловлено не соосностью втулки и оси в начальный момент сборки Для исключения задиров поверхности втулок на оси между резьбовой и цилиндрической частью имеется фаска с радиусом закругления при выходе на цилиндрическую часть не менее 0,5 мм
С целью повышения прочностных свойств спеченного материала на основе железа, предлагается материал легировать добавками при следующих соотношениях компонентов, вес., %: графит 0,6-1,5; никель 1,0-3,0; медь 2,5-5,0; дисульфид молибдена 0,8-1,0; железо - остальное.
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 обладают равномерной феррито-перлитной структурой с разорванной сеткой цементита и сульфидными и графитовыми включениями, твердость по Бринеллю 140-160 НВ и прочность на радиальное сжатие 500-800 МПа. Такие свойства втулок достаточны для восприятия радиальных нагрузок, которые возникают при работе гарнитуры.
Эксплуатационные испытания заявляемых втулок и осей показали, что соединения с поверхностно-упрочненными осями и втулками из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа имеет ресурс в 3-5 раз выше типовых. После 6 месяцев работы следов коррозии на заявляемых втулках и осях не обнаружено. Работоспособность втулок сохраняется и тогда, когда смазка перестает поступать из пор или затруднена, например, в зимний период. Благодаря наличию на рабочих поверхностях пленки меди и смазки шарнирное соединение не требует разборки даже в зимний период эксплуатации.
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 соединительного шарнира в несколько раз. Это позволяет изменить технические условия обслуживания стрелочной гарнитуры и уменьшить периодичность обслуживания стрелочного перевода.