CZ305025B6 - Způsob zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí kolejových vozidel, při kterém se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí a toto dvojkolí se následně sestaví. Hřídel dvojkolí se ve svém válcovitém i kuželovitém koncovém úseku napřed v alespoň jednom kroku podélně osoustruží nebo přebrousí a vzniklý přechod se vyhladí a/nebo zaoblí, načež se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí metodou implantace iontů v plazmatu tak, že se na rotující hřídel dvojkolí prostřednictvím studeného plazmatu vzniklého ionizací reakčního plynu, použitého jako nosný plyn za atmosférického tlaku, nanese jemně rozptýlený prášek s obsahem sulfidů snižující součinitel tření. Zařízením k provádění tohoto způsobu je soustruh. Podélně osoustružený nebo přebroušený hřídel dvojkolí je dále začleněn do zařízení pro implantaci iontů v plazmatu, přičemž plazmový výboj je na rotující hřídel nasměrován pod úhlem 90.degree..

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí, zejména u dvojkolí kolejových vozidel, při kterém se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí a toto dvojkolí se následně sestaví. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

U dvojkolí kolejových vozidel se převažující většina spojení mezi hřídelem dvojkolí a kolem provádí jako podélný lisovaný lícovaný spoj. Při údržbě dvojkolí je nezbytné několikeré uvolnění a opětné spojení lisovaných spojů. Při lisování přitom často dochází ke vzniku poškození v podobě podélných rýh, studených svarů a povrchových vad, které mohou vést až k tomu, že se hřídel dvojkolí stane nepoužitelným. Aby bylo umožněno další použití hřídelů dvojkolí, musí pak být osazení pro uložení kol, poškozená při lisování, opakovaně opracována. Dodatečné opracování osazení pro uložení kol je však příčinou zvýšení výrobních nákladů a zmenšuje se jím průměr hřídele. Několikerým opracováním osazení pro uložení kola se dosáhne přípustné mezní hodnoty průměru a hřídel dvojkolí se stává předčasně neupotřebitelným.

Pokud jde o stav techniky, je v patentovém spisu DD-PS 1 52 972 uvedeno, že u podélných lisovaných lícovaných spojů byla k zabránění postupné tvorby rzi vznikající korozí četné oceli s částečným úspěchem použita pasta s obsahem sulfidu molybdeničitého. Práškový sulfid molybdeničitý se používá také k zabránění tvorby rzi vznikající korozí černé oceli u příčných lisovaných lícovaných spojů, ovšem s nepatrným úspěchem. Podle vlastního patentu mají být lícované plochy spojení hřídele s nábojem opatřeny nekovovými organickými vrstvami z chemické sloučeniny základního materiálu. Do těchto vrstev mohou také být přidávány prostředky na ochranu proti korozi s dočasným účinkem. Tím má být zamezeno tvorbě rzi vznikající korozí černé oceli a dosaženo zvýšení hodnoty součinitele přilnavosti mezi lícovanými plochami.

Dále je již delší dobu znám způsob, při kterém jsou hřídele opatřovány molybdenovými povlaky pokovováním nástřikem. Výhoda lepší kluznosti je zde ovšem vykoupena vyššími výrobními náklady a zeslabením hřídele.

V praxi se ukazuje, že nastříknuté kovové povlaky často nemají dostatečnou přilnavost a v důsledku provozních namáhání mívají sklon k odlupování. Kromě toho dochází v nábojích k torbě rzi vznikající korozí černé oceli.

V patentovém spisu DE-OS 23 46 144 je kotouč z lehkého kovu spojen s ocelovou obručí spojen prostřednictvím kuželového uložení za použití dvousložkového lepidla. Podle patentového spisu DE-OS 23 61 891 je použito pouzdro, které je měkčí než hřídel, a do náboje kola je uloženo vsazením zatepla. Tato sestávaje pak uložena na hřídeli, a to opět nasazením zatepla.

V patentovém spisu DE-OS 23 54 206 je představeno lepené spojení nasazením zatepla. Podle patentového spisu DE-OS 23 62 434 mají bezobručová kola speciální tvarování, takže přiváděné teplo vznikající bržděním špalíkovou brzdou, kdy teploty přesahují i 300 °C, nezpůsobuje při lisovaném uložení nebo uložení nasazením za tepla žádné změny vzdálenosti okolků, popřípadě uvolnění kotoučů kol.

V patentovém spisu DE-OS 23 63 403 přečnívá při běžném zalisování náboj přes uložení hřídele, takže je v tomto místě možno umístit elastickou hmotu chránící spojení proti vnikáním vlhkosti.

. i .

V patentovém spisu EP 223 759 AI je vysvětlen způsob vytváření povrchů pro opakovaně použitelná podélná lícovaná spojení.

Hřídele zkalitelných ocelí mají kalené plochy probíhající rovnoběžně v axiálním směru, tj. ve směru působení lisovací síly, zejména plochy vytvořené povrchovým kalením laserem a tvořené pevnou fází s martenzitickou strukturou.

Kalenými plochami má být sníženo tření v axiálním směru, aby se usnadnil postup lisování, zatímco tření v radiálním směru má být zvýšeno mírným průnikem kalených ploch do povrchu náboje.

V patentovém spisu DE-OS 26 35 608 se konečně upouští od klasického lisovaného uložení dvojkolí a přechází se k upevnění šrouby, a to i u ostatních konstrukčních součástí hřídele.

U těchto řešení však ve značném rozsahu zůstávají zachovány nevýhody korodování, tj. značných poškození povrchů v důsledku působení silného suchého tření u lisovaných uložení. Mazání má při vysokých tlacích, které při lisování působí, pouze omezenou účinnost, protože tenká vrstvička maziva se protrhává.

Nekovové organické vrstvy nejsou určeny pro snižování tření při opakovaném spojování a uvolňování podélných lisovaných lícovaných spojení.

I při použití kalených ploch nadále dochází k tření oceli o ocel, popřípadě o ocelolitinu, i když částečnému, aniž by přitom bylo možné umístění kluzné vrstvy a aniž by se účinně předcházelo tvorbě rzi vznikající korozí černé oceli.

U kuželovitých uložení s použitím dvousložkových lepidel existuje nebezpečí uvolnění spojení, zejména při vysokých množstvích přiváděného tepla.

Použití přídavného pouzdra znamená zvýšené výrobní náklady, přičemž není odstraněn sklon ke korodování.

U lepených spojení nasazováním zatepla existuje nebezpečí vzniku extrémních sil při uvolňování spojení stahováním na lisu s následným korodováním.

Známý je způsob optimalizace mazaných kluzných ploch a/nebo ploch namáhaných opotřebením jakož i ploch, na které působí statické nebo dynamické tlaky, či pevných ploch, které jsou při pohybu za provozu odděleny mezivrstvami tvořenými pevnými, kapalnými nebo plynnými látkami, přičemž chemicko-fyzikální strukturu mřížkovitých profilových ploch je možno měnit implantací libovolných iontů (DE 30 22 826 AI). Ostřelováním substrátu různými kovovými ionty jsou vytvářeny slitiny kovů nebo intermetalické sloučeniny. Příklad použití tohoto způsobu je zaměřen na odděleně se pohybující pevné plochy. Jsou to takzvaná kluzná ložiska, přičemž kluzný pohyb se uskutečňuje na kapalinovém polštáři. Relativní rychlosti obou částí těchto ložisek jsou o několik řádů vyšší než v případě spojení hřídele a náboje dvojkolí. Přítlačný tlak je u této aplikace z důvodu zcela jiných fyzikálních poměrů naopak o několik řádů nižší než v případě spojení hřídele a náboje. Navíc je cílem tohoto řešení přizpůsobení chování kluzných ložisek při jejich záběhu v oblasti takzvaného smíšeného tření. Výsledky nejsou srovnatelné s výsledky dosahovanými u dvojkolí.

Z patentového spisu DE 38 13 803 AI je znám vrstvený materiál nebo vrstvený obrobek a způsob jeho výroby, při kterém se na povrch pevné nosné vrstvy nanáší funkční vrstva, zejména kluzná vrstva. Tato vrstva se nanáší prostřednictvím známého způsobu nástřiku kovu roztaveného v proudu plazmatu unášeném vzduchem. Přitom je třeba mít na paměti, že při nástřiku kovu roztaveného v proudu plazmatu se, na rozdíl od metody plazmové implantace, v plazmovém plameni taví drát nebo prášek, který následně tuhne na povrchu obrobku. Nástřikové vrstvy mají tloušťku

-2CZ 305025 B6 v rozmezí několika stovek mikrometrů a při použitém způsobu nástřiku nevstupují do chemické vazby se základním materiálem.

Z patentového spisu DE 199 35 053 C2 je pak konečně znám způsob vytváření tenké vrstvičky z vysoce jemných částic, při kterém se ve vakuové komoře nanáší na povrch jednoduchá vrstva substrátu. Tento způsob však definitivně není funkční za atmosférických podmínek. K implantaci částic do povrchu zde nedochází. Rovněž u tohoto způsobu se nastavování mikrotopografie povrchu neuskutečňuje mechanickým opracováním.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vyvinutí způsobu, který bez nepříznivého ovlivnění pracoviště ekologicky s příznivou energetickou náročností a nenákladně chrání uložení kol před poškozením při lisování. Tento způsob má být možno začlenit do stávající technologie údržby a má vystačit beze změn konstrukčního provedení soukolí (přesahů) a postupu spojování podle UIC 813. Dále má tento způsob poskytovat vysokou bezpečnost proti únavovým lomům, jakož i vysokou schopnost přenášení sil a momentů, srovnatelnou s výrobními postupy a metodami spojování používanými v současné době. Úkolem vynálezu rovněž je vytvořit zařízení k provádění tohoto způsobu.

Uvedený úkol splňuje způsob zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí kolejových vozidel, při kterém se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí a toto dvojkolí se následně sestaví, podle vynálezu, jehož podstatou je, že hřídel dvojkolí se ve svém válcovitém i kuželovitém koncovém úseku napřed v alespoň jednom kroku podélně osoustruží nebo přebrousí a vzniklý přechod se vyhladí a/nebo zaoblí, načež se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí metodou implantace iontů v plazmatu tak, že se na rotující hřídel dvojkolí prostřednictvím studeného plazmatu vzniklého ionizací reakčního plynu použitého jako nosný plyn za atmosférického tlaku, nanese jemně rozptýlený prášek s obsahem sulfidů snižující součinitel tření.

Spojování dvojkolí se přitom provádí podélným lisováním.

Prášek nanášený na povrch hřídele dvojkolí metodou implantace iontů v plazmatu, zejména prášek s obsahem sulfidů, se nanáší jako kluzná vrstva o tloušťce v rozmezí v řádu jednotek mikrometrů, přednostně pak od 50 nm do > 2 pm.

Podélným soustružením povrchu hřídele dvojkolí se dosahuje maximální povrchové drsnosti R_a = 1,2 μιη.

Povrchovou úpravu v plazmatu je přitom při procesu údržby možno provádět opakovaně. Pevné mazivo se nanáší na rotující hřídel dvojkolí při iychlosti posuvu 5 až 50 mm/min, přednostně pak 10 mm/min.

Překvapivě se ukázalo, že dva opačné směry posuvu při třískovém opracování ve válcovitém a v kuželovitém koncovém úseku hřídele dvojkolí vedou k výrazně lepšímu potlačení tvorby rýh po lisování.

Válcovitý koncový úsek osazení pro uložení kola se v prvním kroku při optimalizovaném posuvu podélně soustruží nebo brousí směrem zvenčí dovnitř.

Kuželovitý koncový úsek osazení pro uložení kola se naproti tomu podélně soustruží nebo brousí směrem zevnitř ven. Vzniklá přechodová oblast se vyhladí a/nebo zaoblí.

Uvedený úkol dále splňuje zařízení k provádění tohoto způsobu zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí kolejových vozidel, přičemž hřídel dvojkolí je otočně uložen v přípravku, podle vynálezu, jehož podstatou je, že je jím soustruh, a podélně osoustružený nebo přebroušený

-3 CZ 305025 B6 hřídel dvojkolí je dále začleněn do zařízení pro implantaci iontů v plazmatu, přičemž plazmový výboj je na rotující hřídel nasměrován pod úhlem 90°.

Plazmový výboj je uspořádán ve vzdálenosti 20 až 80 mm, přednostně 30 mm, od hřídele dvojkolí a je opatřen posuvem vůči povrchu hřídele dvojkolí, takže proud plazmy může obsáhnout větší plochu.

Zařízení k vytváření plazmového výboje je přitom přednostně připevněno na suportu soustruhu nebo obdobného stroje.

Při úpravě v plazmatu se částice pevného maziva implantují do povrchu a zajišťují mazání látkou v pevné fázi právě tam, kde se při lisování strhává tenká vrstvička maziva použitého jako pomocný prostředek. Reakční plyn použitý jako nosný plyn difunduje, případně v podobě inhibitorů, do povrchu osazení pro uložení kola a prostřednictvím zvýšení tvrdosti tak navíc způsobuje nárůst odporu materiálu proti vzniku rýh v důsledku lisování.

Implantace částic pevného maziva a difundování reakčního plynu do povrchu se uskutečňuje v řádu nanometrů/mikrometrů. Nedochází tak ke snížení meze únavy dvojkolí.

Na implantaci iontů v plazmatu poté navazuje spojení dvojkolí metodou podélného lisování za přednostního použití pasty s obsahem sulfidu molybdeničitého, jakožto pomocného prostředku při lisování.

Při procesu lisování se díky předúpravě dosahuje hodnoty součinitele adhezního tření působícího proti uvolnění v podélném směru Vn činící max. 0,15 a hodnoty součinitele adhezního tření působícího proti skluzu v_ri činící max. 0,12.

Zařízení pro implantaci iontů může být, vzhledem ke krátkým technologickým časům (v rozsahu minut), jakož i vzhledem k nepatrným prostorovým a energetickým nárokům, začleněno do procesu údržby i do výrobního procesu. Implantování iontů v plazmatu je možno v případě potřeby kdykoli opakovat, například je-li v rámci procesu údržby nutno provést přizpůsobení průměru osazení pro uložení kola.

Způsob je tedy možno uplatnit stejnou měrou při nové výrobě i při údržbě.

K příznivé charakteristice zařízení pro implantaci iontů v plazmatu podle vynálezu z hlediska vlivu na pracovní i životní prostředí přispívá použití netoxických plynů, velmi nízká hlučnost a také to, že se jeho provoz obejde bez nákladných elektroinstalačních ochranných opatření i bez speciálních zařízení k jištění průmyslové rozvodné elektrické sítě o napětí 230/400 V.

Objasnění výkresů

Vynález bude následně blíže vysvětlen na základě jednoho příkladu provedení, znázorněného na výkresech, na nichž obr. 1 znázorňuje v podélném řezu zařízení k plazmovému nanášení kluzné vrstvy na hřídel dvojkolí a obr. 2 znázorňuje vznik adhezních rýh.

Příklady uskutečnění vynálezu

Osazení hřídele dvojkolí pro uložení kol byla upravena implantováním iontů v plazmatu, přičemž zařízení pro implantaci iontů v plazmatu bylo připevněno na suportu soustruhu. Přesahy lisova-4CZ 305025 B6 ného uložení byly voleny tak, aby jedno osazení pro uložení kola bylo provedeno se spodní mezní hodnotou a jedno osazení pro uložení kola s horní mezní hodnotou přípustných přesahů pro lisované uložení podle UIC 813.

Mezi anodou i a katodou 2 plazmového výboje se přitom působením vysokého napětí o vysokém kmitočtu nosný plyn směšuje s částicemi 3 pevného maziva a převádí se do stavu ionizovaného studeného plazmatu. Plazma 5 vzniklé ionizací reakčního plynu se usměrní na osazení 6 pro uložení kol na rotujícím hřídeli 7 dvojkolí. Přímočaiým dopředným pohybem plazmového výboje se takto upraví celý povrch osazení 6 pro uložení kola.

Po implantaci iontů v plazmovém výboji byla za provozních podmínek na lisu na železniční dvojkolí nalisována kola a po 48 hodinách bez přidání a rozprostření mazacího oleje lisováním opět stažena. Celkově byla uložení kol takto osmkrát spojena a uvolněna, aniž by se vyskytly rýhy v důsledku lisování.

Za účelem prokázání meze únavy bylo dvojkolí podrobeno na odvalovací zkušební stolici 10 milionům valivých cyklů při radiální síle působící na kola o velikosti 170 kN a příčné síle o velikosti 60 kN. Během zkoušky se nevyskytly žádné trhliny a nedošlo k trvalému posunutí kola.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (10)

1. Způsob zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí kolejových vozidel, při kterém se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí a toto dvojkolí se následně sestaví, vyznačující se tím, že

- hřídel dvojkolí se ve svém válcovitém i kuželovitém koncovém úseku napřed v alespoň jednom kroku podélně osoustruží nebo přebrousí a

- vzniklý přechod se vyhladí a/nebo zaoblí, načež

- se provede úprava povrchu hřídele dvojkolí metodou implantace iontů v plazmatu tak, že se na rotující hřídel dvojkolí prostřednictvím studeného plazmatu vzniklého ionizací reakčního plynu, použitého jako nosný plyn za atmosférického tlaku, nanese jemně rozptýlený prášek s obsahem sulfidů snižující součinitel tření.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sestavování dvojkolí se provádí podélným lisováním.

3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že úprava v plazmatu se provádí opakovaně při procesu údržby hřídele dvojkolí.

4. Způsob podle nároků laž3, vyznačující se tím, že částice pevného maziva ionizované proudem plazmatu se na povrch rotujícího hřídele dvojkolí nanášejí při posuvu 5 až 50 mm/min, přednostně pak 10 mm/min.

5. Způsob podle nároků laž4, vyznačující se tím, že v prvním kroku se při pomalém posuvu 5 až 50 mm/min podélně soustruží nebo brousí válcovitý úsek osazení pro uložení kola směrem zvenčí dovnitř.

6. Způsob podle nároků laž5, vyznačující se tím, že ve druhém kroku se při pomalém posuvu podélně soustruží nebo brousí kuželovitý koncový úsek osazení pro uložení kola směrem zevnitř ven.

-5 CZ 305025 B6

7. Způsob podle nároků laž6, vyznačující se tím, že přechod mezi válcovitým úsekem osazení pro uložení kola a kuželovitým koncovým úsekem se podle potřeby zaobluje.

8. Zařízení k provádění způsobu zabránění poškození lisovaného uložení u dvojkolí kolejových 5 vozidel, přičemž hřídel dvojkolí je otočně uložen v přípravku, vyznačující se tím, že je jím soustruh a podélně osoustružený nebo přebroušený hřídel dvojkolí dále začleněn do zařízení pro implantaci iontů v plazmatu, přičemž plazmový výboj je na rotující hřídel nasměrován pod úhlem 90°.

10 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že zařízení pro implantaci iontů v plazmatu je uspořádáno ve vzdálenosti 20 až 80 mm, přednostně 30 mm, od hřídele dvojkolí.

10. Zařízení podle nároků 8a 9, vyznačující se tím, že je opatřeno posuvem rotujícího hřídele dvojkolí vůči plazmovému výboji.

11. Zařízení podle nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že zařízení pro plazmový výboj je připevněno na suportu použitého soustruhu.