способ упрочнения изнашиваемых поверхностей рельса и колеса
Классы МПК: | B23P6/00 Восстановление или ремонт изделий B23K13/00 Сварка нагревом токами высокой частоты B23K9/04 для иных целей, чем соединение, например с целью наплавки |
Патентообладатель(и): | Зайченко Юрий Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-09-12 публикация патента:
27.05.1997 |
Использование: восстановление и упрощение деталей подвижного состава и верхнего строения пути. Сущность изобретения: на сопрягающихся поверхностях колеса и рельса нарезают две овальные канавки, расположенные на удалении от касательной центральной части реборды колеса и головки рельса в зависимости от их типоразмеров, при этом канавки заполняют расплавленным металлом методом ИМС, а их размерность составляет c/b = 3,3, где c - ширина канавки; b - глубина канавки. Способ позволяет повысить надежность и долговечность подвижного состава. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей рельса и колеса, включающий упрочнение сопряженных поверхностей, отличающийся тем, что на сопрягающихся поверхностях колеса и рельса нарезают две овальные канавки, расположенные на удалении от касательной центральной части реборды колеса и головки рельса в зависимости от их типоразмеров, при этом канавки заполняют расплавленным металлом методом ИМС, а их размерность должна быть в постоянном отношении c/b 3,3, где с ширина канавки, b глубина канавки.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к индукционно-металлургическим способам восстановления и упрочнения деталей подвижного состава и верхнего строения пути. В настоящее время остро стоит проблема повышения эксплуатационной стойкости рельсов на кривых участках пути, доля которых составляет 25% протяженности пути всех дорог. В особенности это касается кривых малого радиуса на горных участках, которые в изобилии представлены на Северном Кавказе и Восточно-Сибирской железной дороге. Здесь традиционные способы повышения сроков эксплуатации (применение гребней и рельсосмазывателей) не дает желаемого увеличения времени эксплуатации рельсов. Следует отметить, что на кривых малого радиуса основной причиной выхода рельсов из эксплуатации и сплошной их замены является боковой износ рабочей поверхности головки рельса. На прямых участках причиной замены рельсов в основном является контактно-усталостное разрушение. Анализируя характер износа гребня (бандажа цельнокатального колоса), можно сделать вывод, что геометрия изношенного гребня колеса (бандажа) зависит от соотношения прямых участков пути к доли кривых малого радиуса, а также от степени износа рельсов в этих кривых. Решение поставленной задачи, а именно износа рельса за счет трения о гребень бандажа (колеса), возможно только за счет создания принципиально новой технологии упрочнения поверхностей рельса и колеса. Известны методы повышения эксплуатационной стойкости рельсов (Чернышев М. А. Крейнис З.Л. Железнодорожный путь. М. Транспорт, 1985, с.101), где согласно ГОСТу 18267-82 рельсы подвергают объемной закалке с охлаждением в масле после печного нагрева, либо головку рельса нагревают токами высокой частоты с последующей закалкой воздушной смесью. Внедряется технология закалки рельсов в расплавах солей, заключающаяся в том, что рельсы нагревают до температуры 840-870oС в проходной печи (40-60 мин), а затем охлаждаются (8-40 мин) в расплаве солей калиевой селитры и нитрита натрия содержащих 0,6-0,7% воды, до температуры 290-295oC с последующим охлаждением на воздухе. Однако, несмотря на различные методы повышения эксплуатационной стойкости рельсов, наблюдается, что контактная прочность материала рельс и колес не обеспечивает регламентируемые сроки службы этих элементов по износостойкости. В рельсах современных типов все виды повреждений и дефектов, по которым они изымаются из эксплуатации, почти полностью находятся в головке наиболее напряженном элементе рельса. В кривых малого радиуса замена рельсов происходит из-за бокового износа головки рельса, причем развитие контактно-усталостных повреждения происходит даже медленнее, чем на прямых участках. Известен способ восстановления поверхности катания колес (Богданов А.Ф. Чурсин В.Г. Эксплуатация и ремонт колесных пар вагонов. М. Транспорт, 1985, с. 182), заключающийся в том, что верхние слои металла поверхности катания колес подвергают многоступенчатому отжигу путем непрерывно-последовательного нагрева их токами высокой частоты перед обтачиванием. Недостатком способа является то, что он не решает вопросы контактной прочности колес, которые возникают по мере износа колеса рельса. В зоне контакта колесо рельс возникают контактные нагрузки до 3,8 тыс. кг/см2 и глубиной проникновения импульса удара (колесо-рельс) 4 мм - max. Таким образом, в местах постоянного контакта колеса и рельса возникают контактные напряжения превышающие предел текучести рельсовой стали, что постоянно является причиной развития трещин в головке рельса и круге катания колеса. Та же проблема и у сопряжения боковой грани рельса и гребня колеса. За прототип выбрано колесо рельсового транспортного средства (авт.св. N 895729, кл. B 60 B 9/12, 1982), имеющее диск со ступицей, на периферийной поверхности которого выполнены круговые канавки, смонтированные на диске бандажа, поверхность которого покрыта толстослойным покрытием из износостойкого демпфирующего сплава. Недостатком данного колеса, в котором использован способ его упрочнения методом многослойного покрытия, не может быть использован в железнодорожном транспорте, т. к. нагрузки и скорости его намного превышают рельсовые транспортные средства типа трамвая. Следовательно, вышеупомянутый способ не обеспечивает надежность и долговечность изнашиваемых поверхностей рельса и колеса. Цель изобретения состоит в разработке способа упрочнения, позволяющего повысить надежность и долговечность изнашиваемых поверхностей рельса и колеса подвижного состава. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе упрочнения изнашиваемых поверхностей рельса и колеса, включающем упрочнение сопряженных поверхностей, на последних нарезают две овальные канавки, расположенные на определенном удалении от касательной центральной части реборды колеса и головки рельса в зависимости от их типоразмеров, при этом канавки заполняют расплавленным металлом методом ИМС, а их размерность должна быть в соотношении:,
где c ширина канавки:
b глубина канавки. На фиг. 1 показан общий вид пары трения колесо-рельс; на фиг. 2 вид А фиг. 1; на фиг. 3 вид В фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В; на фиг. 5 разрез Г-Г. Предлагаемый способ реализуется следующим образом:
Располагая опытными данными о контактных нагрузках пары трения колесо-рельс, которые составляют 3,8 тыс. кг/см2 и глубиной проникновения импульса удара (колесо-рельс) 4 мм max; мк 10 мкм математически предлагаем размещение разгружающих (удар) зон наплавленного материала с в 3800 кг/см в пределах размерностей высоты гребня и боковой грани яблока рельса. На участках контакта гребня колеса 1 с головкой рельса 2 предварительно формируют макрорельеф поверхности. На боковой части головки рельса (фиг. 1, 2) выполняют посредством фрезерного станка две продольные овальные канавки. Глубина верхней канавки 3 мм, ширина 10 мм, нижняя глубина 2 мм ширина 6 мм. Расположены канавки соответственно верхняя 12 мм, а нижняя 20 мм от касательной центральной части головки рельса (фиг. 4). При этом на сопрягающейся поверхности гребня колеса, а именно на ее реборде формируют также макрорельеф круговых канавок:
верхняя глубиной 3 мм, шириной 10 мм;
нижняя глубиной 2 мм, шириной 6 мм. Располагают канавки на удалении 12 и 20 мм от касательной центральной части колеса (фиг. 5). Кроме того размер канавок должен быть в зависимости:
где c ширина канавки;
b глубина канавки. Затем методом ИМС осуществляют наплавку, а именно канавки заполняют их расплавленным материалом. Пример. За образцы были взяты отрезки рельс P 65 длиной 790 мм и 1900 мм с боковой изношенной поверхностью и цельнокатаного колеса. При этом варьировались размещение канавки, место ее расположения, геометрия, состав шихты и технологические режимы. Канавку расположили на удалении 12 и 20 мм от касательной центральной части головки рельса и реторты колеса. Глубиной 3 мм и шириной 10 мм (верхняя наплавка) и глубиной 2 мм и шириной 6 мм нижняя. Наплавку проводили составом ПГ-С27 62% FeMn 20% никелесодержащий сплав CP 4% флюс плавленый П 1,5 14% Расчетный расход шихты составил 0,35 кг/м (при наплавке в одну канавку 0,120 кг/м). Износостойкость рельса и колеса при стендовых испытаниях повышена в 10 раз. Предлагаемый способ упрочнения изнашиваемых поверхностей рельса и колеса позволяет за счет выполнения на контактных поверхностях головки рельса и гребня бандажа колеса продольных канавок в последующем заполняемых жидким металлом, методом ИМС, повышать надежность и долговечность подвижного состава.
Класс B23P6/00 Восстановление или ремонт изделий
Класс B23K13/00 Сварка нагревом токами высокой частоты
Класс B23K9/04 для иных целей, чем соединение, например с целью наплавки