Залізнична вісь колісної пари

Корисна модель відноситься до металургійної та машинобудівної галузей господарства, а саме при виробництві вісей колісних пар залізничного транспорту. Існує проблема вилучення вісей колісних пар із експлуатації за рахунок виникнення тріщин. Найбільш вірогідним місцем формування тріщин під час експлуатації є перетин металу в місці переходу від попередпідматочини до підматочини. Обумовлено це найбільш високим рівнем діючих напружень, який в свою чергу зв'язаний з циліндричною формою наведеного елемента (попередпідматочина) вісі та схемою розподілу напружень при навантаженні. Відома залізнична вісь, яка описана за ГОСТ 30272-96, складається з середньої частини, попередпідматочини, підматочини та шийки, при чому попередпідматочина виготовлена у вигляді циліндра. Недолік наведеної вісі - це існування градієнта напружень по довжині попередпідматочини, який обумовлено конструктивними особливостями та схемою навантаження вісі. Найбільш близьким аналогом до технічного рішення, що заявляється є залізнична вісь для рухомого складу, зовнішній діаметр якої зростає від середньої до підматочинної частини, отвір уздовж вісі має циліндричну форму в середній та підматочинній частинах, а отвори у попередпідматочині та шийці виконані у вигляді посічених конусів, які спрягаються більшим діаметром 2 ¸ 2,5см з циліндричним отвором, а меншим з отворами в шийках [А.С. №191621, Кл. 20d. 8/03, Бюл. №4, 1967]. Недоліком є те, що при формі зовнішньої поверхні попередпідматочини у вигляді циліндра зменшення діаметра отвору від підматочини до шийки супроводжується зниженням загальної площини по перетину попередпідматочини в напрямку підматочини. Враховуючи, що максимальний момент вигину досягається в місці переходу від попередпідматочини до підматочини, виникаючі максимальні значення напружень в наведених місцях приводять до прискорення зародження та зростання тріщин як осередків руйнування металу вісі. Технічна задача, яка розв'язується корисною моделлю, полягає в визначенні розмірів та форми попередпідматочини вісі. Враховуючи, що довжина попередпідматочини обумовлена конструктивними особливостями вузла навантаження та шириною залізничної колії, досягти зниження діючих напружень в найбільш навантаженому перетині вісі можна за рахунок зміни форми попередпідматочини. Суть корисної моделі полягає в тому, що залізнична вісь колісної пари складається з шийки, попередпідматочини, підматочини та середньої частини. Новим є те, що зовнішня поверхня попередпідматочини виготовлена у вигляді зрізаного конуса з максимальним діаметром у місці переходу до підматочини на 1-2% меншим діаметра підматочини. Графічна частина дає пояснення суті моделі, де безперервними лініями зображена вісь типу РУ1Ш. Переривчастими лініями зображені зміни щодо форми вісі за корисною моделлю. Опис корисної моделі в статичному стані. Залізнична вісь колісної пари складається з шийки 1, яка переходить у попередпідматочину 2, що в свою чергу переходе у підматочину 3 та середню частину 4. Оцінку ефективності зниження діючих напружень в перетині вісі проводимо на вісі типу РУ1Ш для місця переходу від попередпідматочини до підматочини. Приймаємо, що в процесі експлуатації, навантаження на шийку складає (D1 ) за кресленням дорівнює 165мм, а довжина 76мм (Фіг.). Діаметр значення P , діаметр попередпідматочини (s ) підматочини 194мм. Рівень напружень 1 в місці переходу від попередпідматочини до підматочини для вісі типу РУ1Ш дорівнює: P pD12 s1 = F1 = F1 F 4 . Збільшення діаметра D1 за корисною моделлю до значень на 1, де 1 - площа перетину æs ¢ ö ç 1÷ (D ) 2% менше від діаметра підматочини 2 супроводжується зниженням діючих напружень è ø в указаному місці 2ö ¢ æ ç s ¢ = P F = pD2 ÷ 1 2 ç F2 4 ÷ ø . Оцінка рівня діючих напружень показала, що заміна циліндричної форми вісі è попередпідматочини на зрізаний конус супроводжується їх зниженням приблизно на 25%. Так для розміру s1¢ F1 D2¢ = = = 0,74 s1 F2 D22 В 2 = 192мм (на 1% менше підматочини) рівень діючих напружень складає: . Зниження D2 діаметра менше як на 1% від діаметра підматочини може привести до ускладнень процесу формування D2 колісної пари. Збільшення різниці від діаметра підматочини більш як на 2% буде супроводжуватися зниженням ефективності заходів по корисної моделі. Опис корисної моделі у роботі. Окрім зниження приблизно на 25% статичних односпрямованих напружень в æs ¢ s ö ç 1 1÷ ø , в процесі використання колісної пари як місцях переходу від попередпідматочини до підматочини вісі è опорного елемента рухомого складу, поверхневі прошарки металувісі знаходяться під дією знакозмінних s¢ s напружень згину з амплітудою навантаження, яка пропорційна рівням 1 (прототип) та 1 (корисна модель). Враховуючи циклічний характер зміни поверхневих напружень обов'язково розвиваються процеси втомлення металу. На підставі того, що межа міцності при втомі вуглецевих сталей, з яких виготовляють залізничні вісі, складає значення приблизно 70-75% від межі плинності при статичному навантаженні. Можна вважати, що зниження результуючого напруження, яке є амплітудою циклічного навантаження, на приблизно 25% суттєво підвищує термін використання вісі. На підставі цього можна вважати, що досягається надійність роботи рухомого складу в тому числі при збільшенні навантаження на вісь.