СОЕДИНЕНИЕ СТРЕЛОЧНОЙ ГАРНИТУРЫ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВТУЛКИ СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК B22F3/26 E01B7/00 C22C33/02 

Изобретения 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 осей. 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” болтовые соединения в жесткие узлы, что приводит к увеличению силы перевода электропривода, уменьшению расстояния между отведенным остряком и рамным рельсом до критической величины, к увеличению зазора между переведенным остряком и рамным рельсом.

Также известно, что в узлах трения стали широко применяются втулки из антифрикционных спеченных материалов, пропитанных в машинном масле [Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - Л.: Машиностроение, 1990. - 319 с.]. Такие материалы должны обладать высокими износостойкими свойствами и самосмазываться в процессе работы. С этой целью материалы, предназначенные для антифрикционных изделий, изготавливают большей частью на основе железа с добавлением легирующих добавок, таких как медь, графит, и относительно дорогостоящих, как 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 пропитываются машинным маслом. 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. Для получения необходимых структуры и механических свойств спеченные изделия дополнительно подвергаются термической обработке, что приводит к дополнительным энергозатратам.

Техническим результатом заявляемых изобретений является увеличение срока службы соединений стрелочной гарнитуры и повышение износостойкости пары трения - втулок и осей.

Технический результат достигается путем применения в соединениях втулок, выполненных из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа, и осей, выполненных из цементуемых сталей 20Х или 18ХГТ, поверхность трения которых подвергнута операции поверхностного упрочнения. В качестве операции поверхностного упрочнения применяется поверхностная химико-термическая обработка. Втулки соединения изготавливают способом, включающим смешивание, пластифицирование, прессование, твердофазное спекание, пропитку в масле. При этом сначала смешивают вместе порошки меди, никеля, железа, затем 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, а в качестве пропитывающего масла используют гидравлическое или осевое масло, имеющее температуру замерзания не выше -60°С.

Благодаря тому что в процессе работы стрелочной гарнитуры, т.е. во время прохождения поезда по стрелочному переводу, за счет трения втулок из антифрикционного спеченного материала с осью, из пор втулок в зону контакта рабочих поверхностей втулок и оси выдавливается масло. Такой эффект называется самосмазыванием, за счет чего уменьшается коэффициент трения и, соответственно, интенсивность изнашивания материала втулок и осей. После прохождения поезда, т.е. наступления состояния покоя, большая часть масла впитывается обратно в поры антифрикционного спеченного материала втулок.

Так как антифрикционный спеченный материал на основе железа имеет очень высокую твердость и частицы износа втулки будут действовать на ось как абразив, то ось изготавливают из цементуемых сталей 20Х или 18ХГТ, которые имеют еще к тому же высокий порог хладноломкости. Для дополнительного увеличения твердости и износостойкости осей рабочую поверхность осей подвергают операции поверхностного упрочнения. При этом в качестве операции поверхностного упрочнения применяется поверхностная химико-термическая обработка, например цементация.

С целью удешевления антифрикционного спеченного материала на основе железа предлагается материал легировать небольшим количеством дорогостоящих легирующих добавок 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, а для получения высоких прочности, твердости и износостойкости предлагается использовать следующую технологию.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что прессованию и последующему твердофазному спеканию в среде инертного газа при температуре 1200-1220°С в течение 2 ч подвергается порошковая смесь с заявляемым составом. Для получения равномерного распределения структурных составляющих смешивают вместе порошки меди, никеля, железа в течение 100-120 мин, в полученную смесь вводят предварительно смешанные вместе в течение 10-15 мин порошки графита и дисульфида молибдена, проводят окончательное смешивание в течение 15-20 мин; во избежание образования игольчатой структуры и непрерывной цементитной сетки, а также увеличения прочности материала процесс охлаждения после спекания в диапазоне температур 750-850°С осуществляют со скоростью охлаждения 2,5-3,5°С/мин.

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 по заявляемому способу, обладают равномерной феррито-перлитной структурой с разорванной сеткой цементита и сульфидными и графитовыми включениями. Заявляемый материал имеет твердость Бринелля не менее 1100 МПа и прочность на радиальное сжатие 500-800 МПа. Сердцевина осей имеет твердость по Бринеллю в пределах 220-270 МПа, а поверхностный цементированный слой толщиной 0,5-0,8 мм имеет твердость 35-37 HRC.

Эксплуатационные испытания заявляемых втулок и осей показали, что соединения с поверхностно-упрочненными осями и втулками из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа имеют ресурс в 3-5 раз выше типовых. После 6 месяцев работы следов коррозии на заявляемых втулках и осях не обнаружено благодаря наличию на рабочих поверхностях пленки масла.

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 болтовых соединений в несколько раз. При этом снижаются энергозатраты за счет уменьшения усилий перевода, связанного с низким коэффициентом трения между втулкой и осью. Также можно отметить, что порошковая маслонаполненная втулка примерно в два раза дешевле стальной втулки.

Изобретение относится к средствам управления положением стрелочного перевода железнодорожного, трамвайного пути, в частности, к стрелочной гарнитуре. Шарнирное соединение содержит втулки, выполненные из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа, и оси, выполненные из цементуемой стали 20Х или 18ХГТ, поверхность трения которых подвергнута операции поверхностного упрочнения путем химико-термической обработки. Для изготовления втулки смешивают порошки меди, никеля, железа, в полученную смесь вводят предварительно смешанные порошки графита и дисульфида молибдена и проводят окончательное смешивание при следующих соотношениях компонентов, мас.%: углерод 0,7-0,8; никель 0,1-0,9; медь 2,3-2,6; дисульфид молибдена 1,3-1,6; железо - остальное. Полученную смесь прессуют, спекают и охлаждают в вакууме в диапазоне температур 750-850°С со скоростью охлаждения 2,5-3,5°С/мин. После чего заготовку пропитывают гидравлическим или осевым маслом, имеющим температуру замерзания не выше -60°С. Изобретение позволяет повысить износостойкость пары трения втулка-ось и увеличить срок службы соединения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Соединение стрелочной гарнитуры, содержащее тяги, запрессованные в отверстия тяг втулки и соединяющую тяги ось, отличающееся тем, что втулки выполнены из пропитанного маслом антифрикционного спеченного материала на основе железа, ось выполнена из цементуемой стали 20Х или 18ХГТ, причем поверхность трения оси подвергнута поверхностному упрочнению.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что поверхностное упрочнение осуществлено химико-термической обработкой.

3. Способ изготовления втулки соединения стрелочной гарнитуры из антифрикционного спеченного материала на основе железа, включающий приготовление порошковой смеси, прессование, спекание и пропитку в масле, отличающийся тем, что при приготовлении порошковой смеси проводят смешивание порошков меди, никеля и железа в течение 100-120 мин, в полученную смесь вводят предварительно смешанные в течение 10-15 мин порошки графита и дисульфида молибдена и проводят окончательное смешивание в течение 15-20 мин при следующем соотношении компонентов порошковой смеси, мас.%:
графит 0,7-0,8 никель 0,1-0,9 медь 2,3-2,6 дисульфид молибдена 1,3-1,6 железо остальное,

при этом после спекания проводят охлаждение в вакууме в диапазоне температур 750-850°С со скоростью охлаждения 2,5-3,5°С/мин, а в качестве пропитывающего масла используют гидравлическое или осевое масло с температурой замерзания не выше - 60°С.