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 конструкционной стали 45, упрочняющей термообработке не подвергаются, 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 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 -60°C, в качестве основы смазки используется масло марки АМГ-10. (Патент RU №103110 по заявке 2010147894 от 24.11.2010 г., МПК Е01В 7/00).
При перепаде температур до 100°C (Справочник инженера путейца. Транспорт. 1972 г, стр. 655-666), в таких условия эксплуатируются стрелочные переводы, необходимо точно знать, с каким натягом запрессовывать втулку в отверстие тяги стрелочной гарнитуры и с какими зазорами должно быть подвижное соединение втулки с осью, что бы при высоких температурах оно не приводило к заклиниванию, а при низких температурах обеспечивало необходимые зазоры при переводе стрелок. Отсутствие геометрических параметров втулки, точности ее изготовления, что не позволяет устанавливать их в отверстия тяг стрелочной гарнитуры с необходимыми посадками.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является втулка с буртом фрикционной муфты стрелочного электропривода, цилиндрической формы входящей в корпус зубчатого колеса муфты, имеющей осевое отверстие диаметром 28 мм, в которое входит вал муфты, изготовленной из антифрикционного пористого металлокерамического самосмазывающегося материала, при этом, длина втулки ровна 25 мм или 42 мм, диаметр бурта втулки равен 40 мм, толщина стенки втулки ровна 3 мм, бурт имеет форму прямоугольной трапеции, угол наклонна поверхности бурта равен 45°, наклонная поверхность бурта сопрягается с наружной поверхностью цилиндра, при этом малое основание трапеции бурта равно 1,0 мм, материал содержит, мас. %: графит 0,6-1,5, никель 1,0-3,0, медь 2,5-5,0, дисульфид молибдена 0,8-1,0, остальное железо, имеет твердость по Бринеллю НВ не менее 900 МПа, объемную пористость не более 25%, пропитана смазкой с температурой замерзания не ниже минус 60°C, смазка дополнительно содержит порошок дисульфида молибдена и порошок меди в количестве 1,5-5,0 мас. % каждого из указанных порошков, при этом зернистость порошков находится в пределах 0,1-10 мкм, а количество смазки после пропитки составляет не менее 1% от массы втулки. Кроме этого в качестве смазки используется масло марки АМГ-10. (Патент на полезную модель RU №1312913 по заявке: 2013112518 от 21.03.2013, МПК H02G 15/08),
Недостаток данной втулки заключается в том, что параметры втулки не позволяют ее применить в соединительном шарнире стрелочной гарнитуры стрелочного электропривода эксплуатируемого при перепаде температур до 100°C, как по геометрическим параметрам и точности изготовления, так и физическим свойствам поверхностных слоев материала.
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 оптимального натяга в соединении в пределах (0,04-0,08) мм и сохранении контактной поверхности отверстия в тяге стрелочной гарнитуры без задирав и заусенцев при запрессовке и выпрессовке втулки в случае ее замены, повышение износостойкости 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: 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°C, 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 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, в качестве смазки используется масло марки АМГ-10.
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 неподвижным с натягов в пределах (0,04-0,08) мм, что с позволяет создавать прочное неподвижное соединение втулки с тягой. Такой натяг позволяет проводить запрессовку и выпрессовку втулки без нарушения поверхности отверстия в тяге. Для наружного диметра втулки с номинальным диаметром свыше 32 до 40 мм оптимальным полем допуска, для получения такого натяга, необходимо выполнение втулки с полем допуска от  до  по 8 квалитету, при выполнение отверстия в тяге с номинальным диаметром отверстия свыше 24 до 28 мм с полем допуска  по 8 квалитету. Соединение втулки с тягой получают запрессовкой. Получаемое прессовое соединение позволяет работать втулке без разрушения в широком температурном диапазоне: от минус 40°C до плюс 60°C. Запрессовка втулки при таких допусках происходит без появления трещин и других дефектов. При выпрессовке, внутренняя поверхность отверстия в тяге остается гладкой без задиров. Выполнение втулок с предлагаемым полем допуска позволяет производить работы при установке втулок, как в новые тяги стрелочной гарнитуры, так и в тяги при выполнении ремонтных работ при установки втулок в тяги с увеличенным диаметром отверстием, полученным в процессе износа. Для этого замеряется диаметр в тяге в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, определяют среднее значение, далее подбирают втулку из имеющихся, ориентируясь на величину среднего натяга 0,040 мм для новых тяг и 0,080 мм, для тяг имеющих увеличенный размер отверстий при замене отработанных втулок.
Повышение износостойкости при трении внутренней поверхности втулки с осью достигается пластическим деформированием контактной поверхности на глубину до 0,4 мм в процессе калибрования отверстия, а так же пределом прочности материала на сжатие не менее 470 МПа. Пластическая деформация позволяет повысить твердость поверхностного слоя и увеличить износостойкость, уменьшить величину пор в поверхностном слое, и тем самым, дольше сохранять эффект самосмазывания при деформации втулки в процессе работы.
В процессе работы стрелочной гарнитуры во время стрелочного перевода 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. Такая поверхность успешно работает в условиях низких температур.
С целью повышения механических свойств спеченного материала на основе железа. не ниже 470 МПа, предлагается материал легировать добавками при следующих соотношениях компонентов, мас. %: меди 2,3-2,5; никеля 0,9-1,1; дисульфида молибдена 1,7-1,8; графит 0,7-0,8.
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 маслом, имеющим температуру замерзания не выше -60°C. В качестве смазки используется масло марки АМГ-10.
На фиг. 1 представлено данное техническое решение.
На фиг. 1 следующие обозначения:
1
D - наружный номинальный диаметр равный 32-40 мм, выполненный с полем допуска от  до  по 8 квалитету,
2
D - внутренний номинальный диаметр равный 24-28 мм, выполненный с полем допуска HI по 11 квалитету,
S - высота втулки 14-27 мм,
t - толщина деформированного слоя при калибровке до 0,4 мм.
Применение втулок имеющих наружный номинальный диаметр равный 32-40 мм, выполненных с полем допуска от  до  по 8 квалитету, а внутренний номинальный диаметр равный 24-28 мм, выполненый с полем допуска  по 11 квалитету, из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа позволяют получать оптимальный натяг в соединении в пределах (0,04-0,08) мм и сохранении контактных поверхностей отверстий в тягах стрелочной гарнитуры без задирав и заусенцев при запрессовке и выпрессовке втулок в случае их замены, повысить износостойкость при трении внутренней поверхности втулки с осью, сократить затраты на содержание и текущее обслуживание стрелочного перевода, увеличить срок службы соединительного шарнира, производить замену втулок, без какой либо доработки тяг стрелочной гарнитуры.