БАНДАЖ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ Российский патент 1999 года по МПК B60B17/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к бандажу колесной пары подвижного состава - локомотивов, электровозов, тепловозов и вагонов.

Известен бандаж колесной пары, содержащий термически или механически обработанную поверхность контакта с рельсом, которая упрочнена методом воздействия токов высокой частоты /Журнал "Локомотив", N1, 1996, с.33/.

Однако из-за малой глубины упрочнения и перегрева поверхности наружная поверхность быстро растрескивается и выходит из строя.

Известен также бандаж колесной пары, содержащий термически обработанную или механически обработанную поверхность контакта с рельсом, которая упрочнена методом плазменного упрочнения /Журнал "Локомотив", N 6, 1996 г., с. 31-32/.

Однако из-за перегрева поверхности контакта бандажа происходит накопление напряжений, которые ведут к разрыву бандажа или выходу колесной пары из строя.

Многолетний опыт работы по упрочнению поверхности контакта бандажа с рельсом /Вестник ВНИИЖТ, N 3, 1995 г., с. 10-17/показывает, что повышение твердости бандажа на один процент повышает ресурс его также на один процент.

Известен также бандаж колесной пары, имеющей гребень и упрочняющий слой /Патент США N 2030243, B 60 B 17/00, 1936/.

Данный бандаж также имеет повышенный износ.

В отношении износа как термически обработанного, так и механически обработанного ситуация следующая. При выпуске нового бандажа допуск на термообработку достаточно широкий и при выпуске бандажа по нижнему пределу происходит быстрое уплотнение поверхности проката колеса и выдавливание слоя материала на гребень, что ведет к повышенному износу гребня.

При проточке колеса, вызванной износом гребня выше допустимого предела, понижается его твердость на 10-15 единиц/процент/, от первоначального, что также ведет к быстрому износу гребня и снятию с эксплуатации колеса в целом.

Задачей изобретения является прежде всего повышение ресурса бандажа при первой переточке колеса, т.е. достижение твердости близкой или превышающей на некоторую величину твердость, заданную чертежом.

Задачей изобретения также является исключение использования специальных смазок, которые вводятся на железных дорогах с целью снижения износа гребень бандажа-рельс, вызываемое прихватами /сваривание/, частиц колеса с частицами рельса.

Задачей изобретения также является повышение твердости термически обработанного колеса в случае изготовления его по нижнему пределу твердости, т. е. исправление брака завода и доведение твердости гребня до оптимального по условиям чертежа.

Также все существующие виды восстановления гребня бандажа /наплавка, плазменное упрочнение/ ведут к накоплению по кругу бандажа напряжений вследствие невозможности обеспечения равномерного по кругу нагрева и потому целью изобретения является исключение перегрева гребня бандажа при достижении заданной твердости.

Поставленные задачи достигают тем, что на гребень бандажа колесной пары наносят дополнительно слой материала, обеспечивающего твердость чертежа или выше /на 10-15% для новых термически обработанных поверхностей/ или механически обработанных поверхностей, имеющих пониженную твердость по сравнению с твердостью нижнего предела. Другими словами гребень бандажа снабжается слоем материала с управляемой твердостью в пределах от 10 до 70 H_RC единиц в зависимости от состояния поверхности, на которую наносят дополнительный слой.

Для решения поставленных задач предлагается выполнить бандаж колесной пары, имеющий гребень и упрочняющий слой, таким образом, что бандаж имеет поверхность с твердостью 330 единиц по Бринелю или механически обработанную до ремонтнодопустимых размеров с твердостью 210-280 единиц по Бринелю. При этом упрочняющий слой материала нанесен на указанный гребень бандажа с твердостью от 10 до 70 единиц по Роквеллу.

Упрочняющий слой выполнен из порошкового материала на основе металла или керамического порошкового материала-оксида алюминия, а на него нанесен дополнительный слой материала из смеси, в состав которой входит медь.

Толщина упрочняющего слоя 150 - 200 мкм, а толщина дополнительного слоя 50 - 70 мкм.

Нижняя граница твердости обусловлена тем, что на слой твердого материала дополнительно установлен слой мягкого материала, например меди, что обеспечивает создание условий твердой смазки на поверхности упрочненного гребня порошком металла с твердостью верхнего предела или обеспечивает условия создания твердой смазки на поверхности гребня обработанного термически колеса заводского изготовления.

Для упрочняющего слоя используют материалы или из металлического порошка или смеси металлического и керамического порошков, что позволяет получить высокие твердости при обеспечении низких коэффициентов трения /практически верхний предел по чертежу/. При этом более высокие значения толщины покрытия нежелательны, вследствие релаксации напряжений и самопроизвольного вскрытия упрочняющего слоя. Более низкие значения толщин покрытия не обеспечивают по условиям эксплуатации требуемых величин износа. Кроме низкого коэффициента трения, исключается прямой контакт металла гребня-металл рельса/заменен керамикой или ее смеси/, и покрытие обладает высокой коррозионностойкостью. Отображение шероховатости подложки и низкие величины толщин слоев не требуют дополнительной обработки, а введение слоя бронзы на поверхности благоприятно с точки зрения исключения контакта стальных поверхностей гребень-рельс между собой.

Бандаж имеет поверхность с твердостью 330 единиц по Бринеллю или обработанную механически до ремонтно допустимых размеров с твердостью 210-280 единиц по Бринеллю. Упрочняющий слой материала нанесен на указанный гребень бандажа с твердостью 10-70 единиц по Роквеллу. Упрочняющий слой может быть выполнен из порошкового материала на основе металла или из керамического порошкового материала - оксида алюминия. На упрочняющий слой также может быть нанесен дополнительный слой материала из смеси, в состав которой входит медь. Толщина упрочняющего слоя 150-200 мкм, а толщина дополнительного слоя 50-70 мкм. Изобретение направлено на повышение стойкости гребня к износу. 5 з.п.ф-лы.

1. Бандаж колесной пары, имеющий гребень и упрочняющий слой материала, отличающийся тем, что бандаж имеет поверхность с твердостью 330 единиц по Бринеллю или обработанную механически до ремонтно допустимых размеров с твердостью 210-280 единиц по Бринеллю, а упрочняющий слой материала нанесен на указанный гребень бандажа с твердостью 10-70 единиц по Роквеллу. 2. Бандаж по п. 1, отличающийся тем, что упрочняющий слой выполнен из порошкового материала. 3. Бандаж по п. 2, отличающийся тем, что упрочняющий слой выполнен из порошкового материала на основе металла. 4. Бандаж по п. 2, отличающийся тем, что упрочняющий слой выполнен из керамического порошкового материала - оксида алюминия. 5. Бандаж по пп.3 и 4, отличающийся тем, что на упрочняющий слой нанесен дополнительный слой материала из смеси, в состав которой входит медь. 6. Бандаж по пп. 1-5, отличающийся тем, что толщина упрочняющего слоя составляет 150-200 мкм, а толщина дополнительного слоя - 50-70 мкм.