СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГРЕБНЕЙ ОБОДЬЕВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС И ОБОД ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОЛЕСА Российский патент 1997 года по МПК B23P6/00 

Изобретение относится к области ремонтно-восстановительных работ и может быть использовано для восстановления изношенных гребней железнодорожных колес.

Известен способ восстановления профиля колеса железнодорожного состава [1] заключающийся в том, что изношенную наружную поверхность гребня колеса восстанавливают ковкой или прокаткой (пластической деформацией перемещения) материала профиля колеса до тех пор, пока наиболее приближенно не восстановится первоначальный профиль. Затем осуществляют чистовую механическую обработку до готового профиля.

Однако данный способ, заключающийся в восстановлении первоначального профиля, не позволяет увеличить поперечный зазор между гребнем и головкой рельса и снизить их износ. Это ведет к снижению срока службы колеса и рельса, особенно на кривых участках пути.

Проблема состоит в следующем. Вследствие существующей неточности сборки узлов ходовых частей колесные пары получают изначальные перекосы, которые увеличиваются в процессе эксплуатации, что приводит к взаимодействию колеса с рельсом через гребни ободьев колес. В результате гребни колес изнашиваются рельсами. Стало типичным явление, когда колеса и рельсы практически перестали изнашиваться по поверхности катания. Причем наиболее сильно это явление износа на кривых участках пути, составляющих около 30% протяженности линий. Так как колесо, катящееся по наружному рельсу, проходит больший путь по отношению к колесу, катящемуся по внутреннему рельсу, происходит изменение направления движения экипажа. Благодаря тому, что колесная пара при входе в кривую может сдвигаться, происходит автоматический выбор требуемых для вписания в кривую диаметров поверхностей катания. Чем меньше радиус кривой пути, тем больше должны быть перемещение колесной пары относительно рельсов в поперечном направлении и разница диаметров поверхностей катания колес. Часто ширина колеи в кривой не позволяет колесной паре перемещаться в необходимых пределах в поперечном направлении, поэтому гребень наружного колеса набегает на наружный рельс, изнашивая металл как гребня, так и головки рельса. Ускоренно изнашиваются также боковые поверхности рельсов в кривых пути, несмотря на то, что их твердость в 1,5 раза выше твердости поверхностей катания гребня колеса. Процесс интенсивного износа идет до тех пор, пока за счет работы трения не будут созданы необходимые условия для перемещения и поворота колесной пары, т.е. не будут изношены гребни колес и боковые поверхности рельсов на требуемую величину. Это снижает срок службы колес и рельсов. Таким образом, в результате недостаточного поперечного зазора между гребнем и головкой рельса колесная пара не может свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, что приводит к износу и снижению срока службы колес и рельсов.

Известен также способ восстановления гребней ободьев вагонных колес, принятый за прототип по совокупности существенных признаков [2] заключающийся в том, что на изношенную наружную поверхность гребня вращаемого колеса наплавляют восстановительный металл последовательным наложением кольцевых валиков от основания гребня к его вершине. Затем колесо охлаждают и подвергают механической обработке. Причем изношенную поверхность гребня восстанавливают также до первоначального профиля.

Этот способ также не позволяет увеличить поперечный зазор между гребнем и г6оловкой рельса. В результате колесная пара не может свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, что приводит к увеличению износа колес и рельсов, особенно на кривых участках пути, и снижению их срока службы. Кроме того, для наплавки применяют износостойкие дорогостоящие наплавочные материалы, т.к. наплавляют изношенную поверхность, т.е. поверхность контакта с головкой рельса.

Известен обод железнодорожного колеса [3] содержащий гребень, внутреннюю и наружную боковую поверхности, поверхность катания. Причем расстояние между осью гребня и кругом катания колеса обеспечивает контакт рельса с ободом колеса по поверхности катания при сохранении небольшого зазора между гребнем и головкой рельса на прямых участках пути при идеальном их состоянии и в отсутствие перегрузок и перекосов. При эксплуатации такого колеса в естественных условиях с перегрузками и перекосами, описанными выше, особенно на кривых участках пути, идет интенсивный износ гребня колеса и головки рельса из-за малого первоначального поперечного зазора между ними, не обеспечивающего разбег колесной пары в колее и необходимую разницу диаметров поверхностей катания колес. Процесс износа идет до тех пор, пока за счет работы трения не будет создан необходимый поперечный зазор между гребнем и головкой рельса, позволяющий колесной паре при необходимости свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, а на кривых участках пути свободно вписаться в поворот, т.е. когда траектория движения колес совпадает с кривой пути.

Известен обод железнодорожного колеса, принятый за прототип по совокупности существенных признаков [2] содержащий гребень, внутреннюю и наружную боковую поверхности, поверхность катания. Причем поверхность катания выполнена вогнутой, т.е. близко к изношенной. Однако расстояние между осью гребня и кругом катания колеса выдержано, как и в предыдущем аналоге, в соответствии со стандартом, что также не обеспечивает необходимого первоначального зазора между гребнем и головкой рельса в естественных эксплуатационных условиях перегрузок и перекосов, особенно на кривых участках пути. Это, в свою очередь, не обеспечивает необходимую разницу в диаметрах поверхностей катания колес, что не позволяет колесной паре свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, поэтому происходит интенсивный износ гребня колеса и головки рельса, что снижает срок их службы.

Задачей изобретения является увеличение срока службы железнодорожных колес путем уменьшения износа гребней колес и головки рельсов железнодорожных путей, что повышает срок их службы в условиях перегрузок и перекосов особенно при эксплуатации на кривых участках пути.

Описываемый способ восстановления гребней железнодорожных колес заключается в том, что гребень обода вращаемого колеса направляют восстановительный металл последовательным наложением кольцевых валиков, колесо охлаждают и подвергают механической обработке.

В отличие от прототипа наплавляют гребень по внутренней боковой поверхности обода, противоположной изношенной поверхности. Это позволяет сместить ось гребня относительно круга катания колеса в сторону внутренней боковой поверхности обода и увеличить поперечный зазор между гребнем и головкой рельса, обеспечив разбег колесной пары в колее и разницу диаметров поверхностей катания колес в кривых участках пути. В результате колесная пара свободно перемещается в поперечном направлении и поворачивается вокруг своей вертикальной оси в любых условиях перекосов и перегрузок. Это позволяет колесной паре свободно вписаться в поворот на кривых участках пути, не наезжая гребнем на головку рельса, что уменьшает их износ и увеличивает срок службы.

Кроме того, направку тыльной стороны гребня производят менее качественными и более дешевыми наплавочными материалами по сравнению с прототипом, т. к. тыльная поверхность гребня не подвергается действию интенсивных нагрузок при эксплуатации. В итоге вся совокупность заявляемых признаков способа решает поставленную задачу.

Предлагаемый обод железнодорожного колеса содержит гребень, наружную и внутреннюю боковую поверхности, поверхность катания. В отличие от прототипа ось гребня смещена относительно круга катания колеса в сторону внутренней боковой поверхности обода. Это позволяет увеличить поперечный зазор между гребнем и головкой рельса при сохранении наружного базового размера колесной пары (расстояние между наружными боковыми поверхностями колес). Увеличение этого зазора обеспечивает разбег колесной пары в колее и увеличивает разницу диаметров поверхностей катания колес в кривых участках пути, что позволяет колесной паре свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси в естественных эксплуатационных условиях перекосов и перегрузок, а на кривых участках пути, где смещение максимально, свободно вписаться в поворот, не наезжая гребнем на головку рельса. Это уменьшает износ гребней колес и рельсов, повышая срок их службы.

В результате вся совокупность заявляемых признаков устройства решает поставленную задачу.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлен профиль обода железнодорожного колеса, радиальное сечение.

Обод железнодорожного колеса содержит гребень 1, внутреннюю 2 и наружную 3 боковые поверхности, поверхность катания 4.

Изобретение реализуется следующим образом. Осуществляют предварительный двусторонний нагрев гребня до 200 250^oC с помощью внешнего нагревательного источника. Затем на вращающийся обод колеса с изношенным гребнем 5 наплавляют восстановительный металл 6 по внутренней боковой поверхности 2, противоположной изношенной поверхности, известным способом, например последовательным наложением кольцевых валиков. Таким образом восстанавливают исходную толщину гребня. В результате первоначальная ось гребня Y смещается в положение Y₁ (новая ось гребня) на величину A относительно круга катания колеса в сторону внутренней боковой поверхности 2. В итоге смещение A обеспечивает зазор Δ между гребнем 1 и головкой рельса 7. D_min исходный зазор между головкой рельса 7 и первоначальным (неизношенным) профилем гребня.

Режим наплавки: напряжение электрической дуги 30 40 В, сила тока - 330 370 А. Используют наплавочную проволоку марки Св 08ХМ. Затем колесо охлаждают до температуры примерно 130^oC и обрабатывают проточкой поверхность наплавки. При необходимости применяют упрочняющую наплавку в зоне перехода от поверхности катания к гребню, т.е. по радиусу.

Использование: для восстановления изношенных гребней ободьев железнодорожных колес. Сущность изобретения: на гребень обода вращаемого колеса наплавляют восстановительный металл последовательным наложением кольцевых валиков, затем колесо охлаждают и подвергают механической обработке. Наплавку гребня осуществляют по внутренней боковой поверхности обода, противоположной изношенной поверхности обода. Обод, восстановленный описанным способом, содержит гребень, внутреннюю и наружную боковые поверхности и поверхность катания. Ось симметрии гребня обода смещена относительно поверхности катания в сторону внутренней боковой поверхности обода. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ восстановления гребней ободьев железнодорожных колес, заключающийся в том, что на гребень обода вращаемого колеса наплавляют восстановительный металл последовательным наложением кольцевых валиков, затем колесо охлаждают и подвергают механической обработке, отличающийся тем, что наплавляют гребень по внутренней боковой поверхности обода, противоположной изношенной поверхности обода. 2. Обод железнодорожного колеса, содержащий гребень, внутреннюю и наружную боковые поверхности, а также поверхность катания, отличающийся тем, что ось симметрии гребня обода смещена относительно поверхности катания колеса в сторону внутренней боковой поверхности обода.