ФРИКЦИОННЫЙ КЛИН ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКОГО ЧУГУНА

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена перспектива использования новых материалов, в частности синтетического чугуна для изготовления фрикционного клина гасителя колебаний ФКГК тележек грузовых вагонов, с учетом конструктивных требований, предъявляемых к ним. Предложен новый метод получения ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме с описанием технологического процесса.

ABSTRACT

The article examines the prospect of using new materials, in particular synthetic cast iron, for the manufacture of a friction wedge for the vibration damper FWVD of freight car bogies, taking into account the design requirements placed on them. A new method for producing FWVD from synthetic cast iron in a one-time sand form is proposed with a description of the technological process.

Ключевые слова: фрикционный клин, гаситель колебаний, синтетический чугун, доля стального лома, твердость, время плавления, механические свойства, массовая доля элементов.

Keywords: friction wedge, vibration damper, synthetic cast iron, share of scrap steel, hardness, melting time, mechanical properties, mass fraction of elements.

Введение

Эффективность работы железнодорожного транспорта в современных условиях играет особую роль при увеличении грузоперевозок в Республике Узбекистан. Основными направлениями ее повышения является уменьшение затрат на обслуживание и ремонт грузовых вагонов.

Отметим, что основной причиной длительных простоев вагонов является неисправности ходовых частей. Межремонтный пробег тележки грузового вагона зависит от работоспособности деталей, входящих в узел тележки грузового вагона, в частности рессорное подвешивание с клиновыми фрикционными гасителями колебаний, которые предназначены для снижения колебаний кузова вагона и уровня динамических сил. Стабильная работа фрикционного клинового гасителя колебаний (ФКГК) влияет на время эксплуатации, так как создаваемая им сила трения для гашения вертикальных и горизонтальных колебаний кузова вагона со временем уменьшается вследствие износа рабочих поверхностей фрикционного клина, что приводит к увеличению динамических сил, действующих на вагон и путь. Фрикционный клин, является быстро изнашиваемой деталью, то есть средний пробег у фрикционных клиньев из серого чугуна до замены составляет около 100 тысяч километров. Годовая потребность в ФКГК, только при деповских ремонтах, составляет более ста тысяч штук. При этом приблизительно 0,3 тысячи тонн чугуна при истирании фрикционного клина расходуется безвозвратно. В свою очередь данный факт ставит перед учеными задачу по разработке новых материалов для ФКГК, включая совершенствование конструкции, оптимизацию химического состава, физико-механических и трибологических свойств, а также прогнозирование работы ФКГК в различных условиях эксплуатации [7].

Использования новых видов материалов, в частности синтетического чугуна для изготовления ФКГК в условиях республики Узбекистан является одним из приоритетных научных направлений с учетом экономической эффективности. Авторов настоящей статьи интересовал вопрос изготовления ФКГК из синтетического чугуна. Для этого рассмотрим свойственные синтетическому чугуну показатели и способы его получения, а также конструктивные требования к ФКГК тележек грузовых вагонов в соответствии ГОСТа 9246 [5].

Целью статьи является изучение эксплуатационных свойств клиньев, полученных из синтетического чугуна, и разработки, а также внедрения нового способа получения синтетического чугуна с заданными свойствами. Проведено изготовление опытной партии фрикционных клиньев из синтетического чугуна, проведение лабораторных и стендовых сравнительных испытаний с серийно изготавливаемыми клиньями из серого чугуна. Для этого рассмотрим следующие аспекты:

• конструктивные требования к ФКГК;
• технологический процесс получения ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме.

Выплавка синтетических чугунов является основным средством подъема чугунолитейного производства на качественно новый этап, так как их можно отнести к конструкционным материалам, существенно отличающимся от применяемых ваграночных чугунов не только прочностными свойствами, но природой и технологией получения.

Конструктивные требования к ФКГК для двухосных трехэлементных тележек грузовых вагонов по ГОСТ 9246 [5]. На вертикальной поверхности клиньев применяются визуальные индикаторы предельного состояния по износу и завышению фрикционного клина, месторасположение которых приводится в конструкторской документации. ФКГК может быть получено методом литья или подобным ему. На сегодняшний день ФКГК изготавливают из:

• стали марок 20Л К20, 25Л К20, 20ГЛ К25, 20ФЛ К30, 30ГСЛ К35 по ГОСТ 977;
• чугуна марок СЧ30, СЧ35 по ГОСТ 1412 и из ВЧ60, ВЧ70 ГОСТ 7293.

Чугун – это сплав железа и углерода, количество последнего должно составлять не менее 2,14 % и может представлять собой цементит или графит. Кроме того, в составе чугуна также содержатся примеси, Si, Mn, S, P и легирующие вещества. Массовая доля элементов в составе чугуна в зависимости от его марки сведены в таблице 1, а в таблице 2 приводятся ориентировочные данные твёрдости в стенках отливки различного сечения [6].

Таблица 1.

Массовая доля элементов в составе чугуна в зависимости от марки чугуна

Таблица 2.

Ориентировочные данные твёрдости в стенках отливки различного сечения

При условии выполнения конструктивных и функциональных требований на ФКГК допускается применение других материалов, где с помощью конструкторской документации устанавливаются: требования к материалу; требования к микроструктуре материалов для отливок из чугуна; требования к допускам массы и формы; формовочным уклонам; удалению прибылей и питателей. Если не мешать проведению контрольных операций по клиньям и не влиять на качество сборки, то можно допустить наличие пригара и окалины в труднодоступных для очистки местах [10; 3]. На всех поверхностях ФКГК не допускаются и не подлежат исправлению:

• сквозные литейные дефекты;
• горячие, холодные трещины;
• не сваренные с основным металлом холодильники и жеребейки.

Фрикционные виброгасители введены в рессорную подвеску для создания сил сопротивления колебательному процессу подрессоренных масс вагонов и уменьшения амплитуды при резонансах. Работу деталей, входящих в основной узел фрикционного гасителя колебаний, является решающей при определении периода межремонтного пробега тележек грузовых вагонов [3; 4].

Во фрикционных гасителях силами трения создается необходимое сопротивление вибрациям и колебаниям обрессоренных частей вагона, возникающих при относительном смещении трущихся поверхностей деталей (клина фрикционного и фрикционной планки). Эти усилия могут быть постоянными или переменными за один цикл. В зависимости от конструктивных характеристик гасителей [11].

Преимуществом колебаний фрикционных виброгасителей является надежность в эксплуатации и простота конструкции. Благодаря этому они широко используются в рессорной подвеске тележек грузовых вагонов, а также в буксовом подвешивании тележек грузовых и пассажирских вагонов. Недостатком таких гасителей является недостаточная стабильность работы, то есть изменение характеристик гасителя. В результате изменяются состояния трущихся между собой поверхностей; невозможность регулировать силы трения в зависимости от режима колебаний грузовых вагонов; большие силы трения покоя, которые предотвращают прогибы рессорного подвешивания на низких скоростях движения.

Клиновые фрикционные гасители получили наиболее широкое распространение в рессорном подвешивании вагонов [1; 2].

Типовая конструкция фрикционного клина узла гашения колебаний трехэлементной тележки грузовых вагонов представляет собой стальную или чугунную отливку коробчатой формы [9]. Три стенки образуют рабочий контур поверхностей, которые обеспечивают работу клина. Общая схема установки ФКГК в сборке в условиях рессорного подвешивания тележки приведены на рис.1.

Рисунок 1. Центральная ступень рессорного подвешивания тележки (а) и конструктивная схема ФКГК (б):

1 – фрикционный клин, 2 – фрикционная планка, 3 – рессорный комплект, 4 – баковая рама, 5 – надрессорная балка

При переходе к современным высокоинтенсивным процессам в корне изменились технологические подходы к получению заданного содержания углерода в чугуне. Если ранее стремились к получению концентрации углерода на выпуске из плавильного агрегата в пределах целевого диапазона для заданной марки чугуна, то концепция современного высокоинтенсивного процесса в большинстве случаев предполагает получение чугуна из унифицированного низкоуглеродистого полупродукта путем науглероживания металла в ковше [8].

Технологический процесс получение ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме

ФКГК из синтетического чугуна получаем методам литья в разовую песчаную форму, при котором расплавленный металл заливается в форму, сделанную из плотно утрамбованного песка. Литье из синтетического чугуна осуществляется в несколько этапов, технологический процесс получение ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Технологический процесс получение ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме

С использованием выше предложенного технологического процесса в производственных условиях ДП «Литейно-механический завод» в городе Ташкенте был получен ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме, который представлен на рис. 3.

Рисунок 3. ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме

Технологические параметры полученного синтетического чугуна с использованием предлагаемого способа, в частности твердость НВ соответствует требования ГОСТ 1412-85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок». Зависимости технологических параметров синтетического чугуна от доли стального лома приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Зависимости твердости НВ синтетического чугуна от доли стального лома

Ведутся научные исследования по выявлению и систематизированию зависимости влияния механических свойств, химического состава и структуры синтетического чугуна фрикционных клиньев на их трибологические и прочностные характеристики и служебные качества.

Заключение

В производственных условиях ДП «Литейно-механический завод» в городе Ташкенте был получен ФКГК из синтетического чугуна в разовой песчаной форме. Технологические параметры полученного синтетического чугуна с использованием предлагаемого способа, в частности твердость НВ соответствует требования ГОСТ 1412-85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок», а ФКГК не уступают по показателям и техническим характеристикам аналогам, серийно выпускаемым в производстве фрикционных клиньев.

Список литературы:

1. Анисимов П.С. Корреляционные зависимости между силами трения фрикционного клинового гасителя колебаний тележки модели 18–100 и динамическими силами. – М.: МИИТ, 2004. – 15 с.
2. Варгунин В.И., Добровольский П.Н., Михайлов Н.В. Эксплуатационная безопасность клинового гасителя колебаний тележки типа ЦНИИ-ХЗ-0 при варьировании массы железнодорожного вагона: учеб. пособие. – Самара, Изд.-во СамГАПС, 2005. – 91 с.
3. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Челноков И.И. Динамика вагона. – М.: Транспорт, 1972. – 304 с.
4. Глушко М.И., Антропов А.Н. Работа пружинно-фрикционного комплекта тележки грузового вагона // Вестник ВНИИЖТ. – 2004. – №5. – С. 41–44.
5. ГОСТ 9246–2013 Межгосударственный стандарт тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм
6. ГОСТ1412-85 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Flake graphite iron for casting. Grades.
7. Туракулов М.Р., Турсунов Н.К., Алимухамедов Ш.П., Тоиров О.Т. Разработка эффективной технологии получения синтетического чугуна в индукционной тигельной печи // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2022. – 6 (99). – URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13923 (дата обращения: 08.02.2024).
8. Турсунов, Н. К., Сёмин, А. Е., & Санокулов, Э. А. (2017). Исследование в лабораторных условиях и индукционной тигельной печи вместимостью 6 тонн режимов рафинирования стали 20 ГЛ с целью повышения ее качества. Тяжелое машиностроение. – 2017. – № 1-2. С. 47–54.
9. Челноков И.И., Вишняков Б.И., Гарбузов В.М., Эстлинг А.А. Гасители колебаний вагонов. – М.: Трансжелдориздат, 1963. – 176 с.
10. Шадур Л.А., Челноков И.И., Никольский Л.Н. Вагоны: учебник для вузов ж.-д. трансп. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1980 – 439 с.
11. Turakulov, M., Tursunov, N., Alimukhamedov, S. Development of technology for manufacturing molding and core mixtures for obtaining synthetic cast iron // E3S Web of Conferences. 365. – 2023. – № 05006. https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85148106167&doi=10.1051%2fe3sconf%2f202336505006&partnerID=40 DOI: 10.1051/e3sconf/202336505006