RU210983U1

RU210983U1 - FREIGHT CAR TROLLEY SLIDER CAP

Info

Publication number: RU210983U1
Application number: RU2022103029U
Authority: RU
Inventors: Денис Александрович Габец; Максим Викторович Дьяченко; Денис Васильевич Гавриков
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Компания "Центр Промышленных Инноваций"
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2022-05-16

Abstract

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкции боковых опор надрессорной балки тележки грузового вагона. Предлагается колпак скользуна тележки грузового вагона, который выполнен в виде литого чугунного корпуса, имеющего во взаимно перпендикулярных плоскостях П-образное сечение и состоящего из верхней стенки, поперечных и продольных бортов. Верхняя стенка с наружной стороны разделена канавкой на две рабочие площадки, а внутренняя сторона содержит три поперечных дополнительных площадки. Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении прочности и износостойкости, а также ремонтопригодности колпака скользуна тележки грузового вагона и, как следствие, увеличении его надежности работы и ресурса.

The utility model relates to the field of railway transport and can be used in the design of side supports of the bolster of a freight car bogie. SUBSTANCE: proposed is a cap of a side bearing of a freight car bogie, which is made in the form of a cast iron body having a U-shaped section in mutually perpendicular planes and consisting of an upper wall, transverse and longitudinal sides. The upper wall on the outer side is divided by a groove into two working platforms, and the inner side contains three transverse additional platforms. The technical result, which the proposed utility model is aimed at, is to increase the strength and wear resistance, as well as the maintainability of the bearing cap of the freight car bogie and, as a result, increase its reliability and service life.

Description

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкции боковых опор надрессорной балки тележки грузового вагона.The utility model relates to the field of railway transport and can be used in the design of side supports of the bolster of a freight car bogie.

Известен колпак скользуна тележки грузового вагона, который содержит основание с поперечными бортами по его периметру, при этом колпак скользуна выполнен в виде цельной детали из конструкционной стали 30Х толщиной 8±0,5 мм с термообработкой, обеспечивающей твердость в диапазоне 340…400 НВ (патент RU164931, B61F 5/00, опубл. 27.09.2016).Known cap side bearing bogie freight car, which contains a base with transverse sides around its perimeter, while the side cap is made in the form of a single piece of structural steel 30X thickness 8±0.5 mm with heat treatment, providing a hardness in the range of 340...400 HB (patent RU164931, B61F 5/00, published on September 27, 2016).

Недостатком данного колпака является сложность его изготовления, связанная с тем, что колпак выполняется из листа с последующей его гибкой и сваркой.The disadvantage of this cap is the complexity of its manufacture, due to the fact that the cap is made of a sheet with its subsequent flexible and welding.

Известен колпак скользуна тележки грузового вагона в виде литого корпуса, имеющего во взаимно перпендикулярных плоскостях П-образное сечение и состоящего из верхней стенки, поперечных и продольных бортов. Описанный колпак выполнен из чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, кальций, алюминий и железо. Кроме того, он дополнительно содержит серу, фосфор, медь, молибден, цирконий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:Known cap side bearing bogie freight car in the form of a cast body, having a U-shaped section in mutually perpendicular planes and consisting of a top wall, transverse and longitudinal sides. The described cap is made of cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, calcium, aluminum and iron. In addition, it additionally contains sulfur, phosphorus, copper, molybdenum, zirconium and barium in the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 2,4-2,92.4-2.9 кремнийsilicon 1,2-1,51.2-1.5 марганецmanganese 0,7-1,10.7-1.1 сераsulfur 0,05-0,10.05-0.1 фосфорphosphorus 0,05-0,10.05-0.1 хромchromium 0,05-0,30.05-0.3 никельnickel 0,5-0,80.5-0.8 медьcopper 0,05-0,30.05-0.3 молибденmolybdenum 0,6-0,90.6-0.9 цирконийzirconium 0,0005-0,10.0005-0.1 барийbarium 0,0005-0,10.0005-0.1 кальцийcalcium 0,0005-0,10.0005-0.1 алюминийaluminum 0,0005-0,10.0005-0.1 железо и примесиiron and impurities остальноеrest

(по патенту RU156056, B61F 5/14, опубл. 27.10.2015).(according to patent RU156056, B61F 5/14, publ. 27.10.2015).

Недостатком данного колпака является то, что его прочность обеспечивается только за счет применения чугуна описанного состава. Однако его физико-механических свойств недостаточно для обеспечения прочности при ударно-фрикционных нагрузках, что может привести появлению трещин и изломов.The disadvantage of this cap is that its strength is ensured only through the use of cast iron of the described composition. However, its physical and mechanical properties are not enough to ensure strength under shock-friction loads, which can lead to the appearance of cracks and fractures.

В качестве прототипа к предложенной полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату выбран колпак скользуна тележки грузового вагона, который выполнен в виде литого чугунного корпуса, имеющего во взаимно перпендикулярных плоскостях П-образное сечение, и состоит из верхней стенки увеличенной толщины и дополнительного ребра, поперечных и продольных бортов. Колпак содержит дополнительное ребро жесткости в сопрягаемых поверхностях. По варианту исполнения колпак изготавливается из чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель и дополнительно содержит серу, фосфор, медь, молибден, цирконий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:As a prototype for the proposed utility model, according to the technical essence and the achieved technical result, the cap of the side bearing of the freight car bogie is selected, which is made in the form of a cast iron body having a U-shaped section in mutually perpendicular planes, and consists of an upper wall of increased thickness and an additional rib, transverse and longitudinal sides. The cap contains an additional stiffening rib in the mating surfaces. According to an embodiment, the cap is made of cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel and additionally contains sulfur, phosphorus, copper, molybdenum, zirconium and barium in the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 2,4-2,92.4-2.9 кремнийsilicon 1,2-1,51.2-1.5 марганецmanganese 0,7-1,10.7-1.1 сераsulfur 0,05-0,10.05-0.1 фосфорphosphorus 0,05-0,10.05-0.1 хромchromium 0,05-0,30.05-0.3 никельnickel 0,5-0,80.5-0.8 медьcopper 0,05-0,30.05-0.3 молибденmolybdenum 0,6-0,90.6-0.9 цирконийzirconium 0,0005-0,10.0005-0.1 барийbarium 0,0005-0,10.0005-0.1 кальцийcalcium 0,0005-0,10.0005-0.1 алюминийaluminum 0,0005-0,10.0005-0.1 железоiron остальноеrest

(по патенту RU186803, B61F 5/14, опубл. 04.02.2019).(according to patent RU186803, B61F 5/14, publ. 04.02.2019).

Прототип дополнительно к аналогу содержит ребра жесткости, которые несколько повышают прочность колпака. Однако в ходе длительной эксплуатации этого оказывается недостаточно и при ударно-фрикционных нагрузках на колпаке появляются трещины и изломы.The prototype, in addition to the analogue, contains stiffeners, which somewhat increase the strength of the cap. However, during long-term operation, this is not enough, and cracks and fractures appear on the cap under shock-friction loads.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении прочности и износостойкости, а также ремонтопригодности колпака скользуна тележки грузового вагона и, как следствие, увеличении его надежности работы и ресурса.The technical result, which the proposed utility model is aimed at, is to increase the strength and wear resistance, as well as the maintainability of the cap of the bearing of the freight car bogie and, as a result, increase its reliability and service life.

Указанный технический результат достигается тем, что колпак скользуна тележки грузового вагона выполнен в виде литого чугунного корпуса, имеющего во взаимно перпендикулярных плоскостях П-образное сечение и состоящего из верхней стенки, поперечных и продольных бортов, отличающийся тем, что верхняя стенка с наружной стороны разделена канавкой на две рабочие площадки, а внутренняя сторона содержит три поперечных дополнительных площадки.The specified technical result is achieved by the fact that the cap of the side bearing of the freight car bogie is made in the form of a cast iron body having a U-shaped section in mutually perpendicular planes and consisting of an upper wall, transverse and longitudinal sides, characterized in that the upper wall is separated from the outer side by a groove into two working platforms, and the inner side contains three transverse additional platforms.

Предпочтительным материалом для изготовления колпака является комплексно-модифицированный чугун повышенной износостойкости, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, сера, фосфор, медь, молибден, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%: The preferred material for the manufacture of the cap is complex-modified cast iron with increased wear resistance, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, iron, sulfur, phosphorus, copper, molybdenum, vanadium in the following ratio, wt.%:

углерод carbon 2,3-2,8 2.3-2.8 кремний silicon 1,3-1,5 1.3-1.5 марганецmanganese 0,6-1,0 0.6-1.0 сераsulfur 0,05-0,1 0.05-0.1 фосфорphosphorus 0,05-0,2 0.05-0.2 хромchromium 0,05-0,3 0.05-0.3 никельnickel 0,4-0,70.4-0.7 медьcopper 0,05-0,30.05-0.3 молибденmolybdenum 0,4-0,60.4-0.6 ванадийvanadium 0,2-0,40.2-0.4 железоiron остальноеrest

Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежамиThe proposed utility model is illustrated by the following drawings

фиг. 1 – колпак скользуна, аксонометрия;fig. 1 – slip cap, axonometry;

фиг. 2 – колпак скользуна, вид спереди;fig. 2 – slip cap, front view;

фиг. 3 – колпак скользуна, вид сверху;fig. 3 – slip cap, top view;

фиг. 4 – колпак скользуна, вид снизу.fig. 4 – bearing cap, bottom view.

Колпак скользуна тележки грузового вагона (фиг. 1) содержит литой чугунный корпус 1, имеющий во взаимно перпендикулярных плоскостях П-образное сечение и состоящий из верхней стенки 2 увеличенной толщины, поперечных бортов 3 и продольных бортов 4. Верхняя стенка 2 с наружной стороны разделена канавкой 5, имеющей глубину 2+1 мм и ширину 14 мм, на две рабочие площадки 6, а внутренняя сторона содержит три поперечных дополнительных площадки 7.The cap of the side bearing of the freight car bogie (Fig. 1) contains a cast iron body 1, having a U-shaped section in mutually perpendicular planes and consisting of an upper wall 2 of increased thickness, transverse sides 3 and longitudinal sides 4. The upper wall 2 is separated from the outside by a groove 5, having a depth of 2 + 1 mm and a width of 14 mm, into two working platforms 6, and the inner side contains three transverse additional platforms 7.

Применение полезной моделиApplication of utility model

Колпак скользуна является частью скользуна зазорного типа и устанавливается на опору в надрессорной балке тележки. Он предназначен для удерживания кузова вагона при действии боковых сил. Также скользуны предназначены для гашения боковых колебаний кузова вагона, ограничения виляния тележки, повышения устойчивости движения вагона, улучшения работы подпятникового узла и уменьшения его износа. Колпак скользуна является промежуточной деталью между надрессорной балкой и верхней опорой кузова вагона.The bearing cap is part of the clearance-type bearing and is mounted on a support in the bogie bolster. It is designed to hold the car body under the action of lateral forces. Also, side bearings are designed to dampen lateral vibrations of the car body, limit the wobbling of the bogie, increase the stability of the movement of the car, improve the operation of the thrust bearing unit and reduce its wear. The bearing cap is an intermediate part between the bolster and the upper support of the car body.

Колпак скользуна работает следующим образом. The slider cap works as follows.

При прохождении вагоном криволинейного участка пути кузов наклоняется, зазор между скользунами тележки и скользунами кузова с одной стороны выбирается, затем вагон опирается на скользун и между упомянутыми скользунами (тележки и кузова) возникают силы трения. Эти силы трения создают момент в горизонтальной плоскости, препятствующий отклонению кузова от равновесного положения и уменьшению амплитуд извилистого движения вагона.When the car passes a curved section of the track, the body tilts, the gap between the bogie side bearings and the body side bearings is selected on one side, then the car rests on the side bearing and friction forces arise between the said side bearings (bogie and body). These friction forces create a moment in the horizontal plane, which prevents the body from deviating from the equilibrium position and reducing the amplitude of the tortuous movement of the car.

Наличие на внутренней поверхности верхней стенки трех дополнительных площадок (ребер) обеспечивает более равномерный износ со стороны регулировочных прокладок, в отличие от конструкции прототипа, где наблюдалась сосредоточенная местная выработка, препятствующая равномерному распределению сил трения между скользуном и колпаком скользуна. Колпак скользуна имеет высокую прочность при ударно-фрикционных нагрузках, то есть способен к длительному несению нагрузок и при этом снижает износ скользуна вагона или иной опоры вагона по сравнению с чугуном ВЧ-120. Также наличие визуального индикатора предельного износа в виде канавки на наружной стороне верхней стенки позволяет оценить состояние колпака без проведения дополнительных замеров, что экономит время при проведении ремонтов вагонов.The presence of three additional platforms (ribs) on the inner surface of the upper wall provides more uniform wear on the side of the adjusting shims, in contrast to the design of the prototype, where there was a concentrated local development, preventing a uniform distribution of friction forces between the bearing and the bearing cap. The side bearing cap has high strength under shock-friction loads, that is, it is capable of bearing loads for a long time and at the same time reduces the wear of the car side bearing or other support of the car compared to VCh-120 cast iron. Also, the presence of a visual indicator of wear limit in the form of a groove on the outer side of the upper wall allows you to assess the condition of the cap without additional measurements, which saves time when carrying out car repairs.

Также важным отличием от прототипа и аналога является то, что литой корпус колпака выполнен из комплексного-модифицированного чугуна повышенной износостойкости способного работать в условиях ударно-фрикционного износа.Also an important difference from the prototype and analog is that the cast body of the cap is made of complex-modified cast iron with increased wear resistance capable of operating under conditions of shock-friction wear.

Для целей настоящей заявки под чугуном марки СЧКМ-45 понимается чугун со следующими характеристиками: чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, сера, фосфор, медь, молибден, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 2,3-2,8, кремний - 1,3-1,5, марганец - 0,6-1,0, сера - 0,05-0,1, фосфор - 0,05-0,2, хром - 0,05-0,3, никель - 0,4-0,7, медь - 0,05-0,3, молибден - 0,4-0,6, ванадий - 0,2-0,4, железо - остальное.For the purposes of this application, cast iron grade SChKM-45 means cast iron with the following characteristics: cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, iron, sulfur, phosphorus, copper, molybdenum, vanadium in the following ratio of components, wt.%: carbon - 2.3-2.8, silicon - 1.3-1.5, manganese - 0.6-1.0, sulfur - 0.05-0.1, phosphorus - 0.05-0.2, chromium - 0.05-0.3, nickel - 0.4-0.7, copper - 0.05-0.3, molybdenum - 0.4-0.6, vanadium - 0.2-0.4, iron - the rest.

Снижение содержания углерода в чугуне позволяет уменьшить количество твердой карбидной фазы типа (Cr, Fe)7С3.Reducing the carbon content in cast iron makes it possible to reduce the amount of the hard carbide phase of the (Cr, Fe)7C3 type.

Введение углерода в количестве менее 2,3% не обеспечивает получение в структуре чугуна структурно-свободного углерода в виде графита шаровидной формы, что резко снижает прочностные характеристики чугуна. Увеличение содержания углерода свыше 2,8% способствует выделению повышенного количества твердой карбидной фазы, что также значительно понизит прочностные характеристики чугуна.The introduction of carbon in an amount of less than 2.3% does not provide structure-free carbon in the structure of cast iron in the form of spheroidal graphite, which sharply reduces the strength characteristics of cast iron. An increase in the carbon content above 2.8% contributes to the release of an increased amount of a solid carbide phase, which will also significantly reduce the strength characteristics of cast iron.

Сера в пределах 0,05-0,1 мас.% способствует увеличению прочности и упругости чугуна.Sulfur in the range of 0.05-0.1 wt.% increases the strength and elasticity of cast iron.

Фосфор в пределах 0,05-0,1 мас.% увеличивает сопротивление износу вследствие образования износостойкой фосфидной эвтектики.Phosphorus in the range of 0.05-0.1 wt.% increases wear resistance due to the formation of wear-resistant phosphide eutectic.

Хром менее 0,05% не влияет сколько-нибудь заметно на свойства чугуна, а более 0,3% вводить нецелесообразно, так как в структуре чугуна начинают выделятся карбиды хрома, растет их количество и увеличиваются размеры включений, что отрицательно сказывается на обрабатываемости и пластичности чугуна.Chromium less than 0.05% does not noticeably affect the properties of cast iron, and it is not advisable to introduce more than 0.3%, since chromium carbides begin to precipitate in the cast iron structure, their number increases and the size of inclusions increases, which negatively affects machinability and ductility cast iron.

Никель в пределах 0,4-0,7 мас.% легирует металлическую матрицу сплава, что повышает его прочностные свойства. При этом никель повышает окалиностойкость сплава. Присадка никеля более 0,7 мас.% увеличивает графитизирующие свойства, что снижает его окалиностойкость, а при содержании менее 0,4 мас.% не оказывает существенного влияния на свойства чугуна.Nickel in the range of 0.4-0.7 wt.% alloys the metal matrix of the alloy, which increases its strength properties. In this case, nickel increases the scale resistance of the alloy. Nickel additive more than 0.7 wt.% increases the graphitizing properties, which reduces its scale resistance, and at a content of less than 0.4 wt.% does not significantly affect the properties of cast iron.

Медь в пределах 0,05-0,3 мас.% способствует аустенизации и повышает жидкотекучесть чугуна, выравнивает твердость чугуна и одновременно немного ее повышает.Copper in the range of 0.05-0.3 wt.% promotes austenization and increases the fluidity of cast iron, evens out the hardness of cast iron and at the same time slightly increases it.

Дополнительное введение молибдена в количестве 0,4-0,7 мас.% способствует измельчению и микролегированию металлической основы, упрочняет её, повышает плотность, твердость, термическую стойкость, удароустойчивость чугуна, что обеспечивает как повышение износостойкости в условиях сухого трения, так и стабильности поверхностной твердости и предела выносливости при консольном изгибе.The additional introduction of molybdenum in an amount of 0.4-0.7 wt.% promotes grinding and microalloying of the metal base, strengthens it, increases the density, hardness, thermal resistance, impact resistance of cast iron, which provides both an increase in wear resistance under dry friction conditions and surface stability. hardness and endurance limit at cantilever bending.

Ванадий в составе чугуна приводит к инверсии микроструктуры, Благоприятное влияние ванадия на микроструктуру и свойства износостойкого чугуна начинает проявляться при содержании ванадия больше 0,34. При увеличении содержания ванадия в чугуне в количествах больше 4,853 дальнейшего улучшения микроструктуры и повышения свойств чугуна не наблюдается.Vanadium in the composition of cast iron leads to an inversion of the microstructure. The beneficial effect of vanadium on the microstructure and properties of wear-resistant cast iron begins to appear at a vanadium content of more than 0.34. With an increase in the content of vanadium in cast iron in quantities greater than 4.853, no further improvement in the microstructure and improvement in the properties of cast iron is observed.

Кроме того, данные раскислители обеспечивают, вследствие значительного снижения содержания кислорода в сплаве стали, гарантированное образование нитридов алюминия, измельчающих зерно сплава стали и повышающих механические свойства и ударную вязкость.In addition, these deoxidizers provide, due to a significant reduction in the oxygen content in the steel alloy, the guaranteed formation of aluminum nitrides, which refine the grain of the steel alloy and increase mechanical properties and toughness.

Большое значение в процессе структорообразования чугуна и формирования требуемого уровня механических свойств отливок имеет суммарное содержание графитизирующих элементов углерода и кремния, серы и фосфора, соотношение содержания марганца и серы.Of great importance in the process of structure formation of cast iron and the formation of the required level of mechanical properties of castings is the total content of graphitizing elements carbon and silicon, sulfur and phosphorus, the ratio of manganese and sulfur.

Исследования показали, что наилучшие результаты обеспечивает соблюдение суммарного содержания углерода и кремния менее 5,0% [(С+Si) ≤ 5,0%]. Превышение данной величины приводит к существенному снижению степени эвтектичности чугуна и способствует подавлению механизма графитизирующего модифицирования.Studies have shown that the best results are obtained by keeping the total content of carbon and silicon less than 5.0% [(C + Si) ≤ 5.0%]. Exceeding this value leads to a significant decrease in the degree of cast iron eutecticity and helps to suppress the mechanism of graphitizing modification.

Суммарное содержание остаточных примесей серы и фосфора менее 0,3% [(S+P) ≤ 0,3%] не ухудшает литейные свойства чугуна, уменьшает образование газовых раковин, снижает склонность металла к зональной и дендритной ликвации. При превышении данного значения снижается деформационная способность металла и механические свойства, включая предел прочности при растяжении.The total content of residual impurities of sulfur and phosphorus less than 0.3% [(S + P) ≤ 0.3%] does not impair the casting properties of cast iron, reduces the formation of gas pockets, and reduces the tendency of the metal to zonal and dendritic segregation. If this value is exceeded, the deformation ability of the metal and mechanical properties, including the tensile strength, decrease.

Соблюдение соотношения содержания марганца к сере более 6,5 (Mn/S > 6,5%) повышает качество литого металла, его технологичность. При этом избыточная часть серы в чугуне связывается в сульфид марганца и выводится в шлак. Колпак, выполненный (отлитый) из описанного чугуна имеет, по сравнению с изделиями из известных чугунов и сталей, более высокий уровень физико-механических, технологических и служебных характеристик металла отливки, что обеспечивается комплексным легированием материала, сбалансированным химическим и фазовым составом, нормированным соотношением вводимых микролегирующих и модифицирующих добавок.Maintaining a ratio of manganese to sulfur content of more than 6.5 (Mn/S > 6.5%) improves the quality of the cast metal and its manufacturability. In this case, the excess part of sulfur in cast iron binds to manganese sulfide and is removed to slag. A cap made (cast) from the described cast iron has, in comparison with products made from known cast irons and steels, a higher level of physical, mechanical, technological and service characteristics of the casting metal, which is ensured by complex alloying of the material, a balanced chemical and phase composition, a normalized ratio of the input microalloying and modifying additives.

Проведенные исследования показывают, что колпак из описанного чугуна имеет твердость в пределах 265-330 HB. При этом твердость рабочих площадок должна быть не мене 320НВ.The conducted studies show that the cap made of the described cast iron has a hardness in the range of 265-330 HB. At the same time, the hardness of the working platforms must be at least 320HB.

Таким образом, представленные в полезной модели решения повышают прочность и износостойкость, а также ремонтопригодность колпака скользуна тележки грузового вагона и, как следствие, увеличивают его надежность работы и ресурс и тем самым обеспечивают достижение технического результата.Thus, the solutions presented in the utility model increase the strength and wear resistance, as well as the maintainability of the freight car bogie side bearing cap and, as a result, increase its operational reliability and service life, and thereby ensure the achievement of the technical result.

Claims

1. The cap of the side bearing of a freight car bogie, made in the form of a cast iron body, having a U-shaped section in mutually perpendicular planes and consisting of an upper wall, transverse and longitudinal sides, characterized in that the upper wall is divided from the outside by a groove into two working platforms , and the inner side contains three transverse additional platforms.

2. The cap according to claim. 1, characterized in that it is made of complex-modified cast iron with increased wear resistance, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, iron, sulfur, phosphorus, copper, molybdenum, vanadium, in the following ratio, wt .%:

carbon 2.3-2.8 silicon 1.3-1.5 manganese 0.6-1.0 sulfur 0.05-0.1 phosphorus 0.05-0.2 chromium 0.05-0.3 nickel 0.4-0.7 copper 0.05-0.3 molybdenum 0.4-0.6 vanadium 0.2-0.4 iron rest