СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЛЬСОВ И РЕБОРД КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2002 года по МПК B61K3/00 

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть применено для снижения износа рельсов и реборд ходовых колес на участках их контакта.

Известен способ снижения износа рельсовых путей и колес транспортных средств путем обеспечения смазки реборды и рельса в процессе их контактирования.

Для осуществления этого способа в головке рельса выполняют продольный паз, в котором размещают губчатый материал, удерживающий смазку [1].

Однако такое изменение конструкции рельса также обладает рядом недостатков:
1. Выполнение паза может осуществляться либо в процессе изготовления рельса, либо в период эксплуатации. И в первом, и во втором случаях требуются значительные дополнительные средства. При этом ослабляется сечение рельса и уменьшается его несущая способность.

2. Так как твердая смазка не обладает способностью удерживаться в губчатом эластичном материале, то удерживаемая смазка должна быть жидкой или консистентной, что увеличивает пожарную опасность.

3. Жидкая или консистентная смазка под давлением колеса может распространяться за счет капиллярного эффекта не только на криволинейный участок поверхности головки рельса, контактирующий с ребордой колеса, но и на всю поверхность головки рельса, где не допускается уменьшение трения скольжения.

4. Источник смазки, выполненный в виде губчатого эластичного тела, не защищен от механических повреждений в процессе эксплуатации рельса.

5. Губчатое эластичное тело подвержено влиянию атмосферных осадков и изменениям температуры окружающей среды, что отрицательно сказывается на процессе смазки рельса и реборды колеса в месте их контакта и приводит к снижению их износостойкости.

Известен также способ повышения износостойкости рельсов и реборд колес железнодорожных транспортных средств, заключающийся в том, что создают в головке рельса аккумулятор смазки и смазывают реборду колеса и рельс в процессе их контактирования [2].

Однако создание аккумуляторов смазки в головке рельса обладает рядом недостатков:
1. Формирование вдоль рельса на криволинейном участке его головки чередующихся впадин и выступов технологически осуществить достаточно сложно. Для этого потребуется дополнительное энергоемкое оборудование.

2. Вероятность проникновения абразивных частиц на поверхность головки рельса и бандажа колеса как в процессе формирования впадин и выступов, так и в процессе нанесения твердой смазки и прикатывания, снижает их износостойкость.

Задачей изобретения является повышение износостойкости рельсов и реборд колес железнодорожных транспортных средств при их эксплуатации.

Задача изобретения решена за счет того, что в известном способе повышения износостойкости реборд колес и рельсов железнодорожных транспортных средств путем создания в зоне контакта реборды колеса с поверхностью головки рельса микрорельефа в виде регулярно чередующихся выступов и впадин, заполняемых твердой смазкой, твердую смазку наносят предварительно (до формирования микрорельефа) на поверхность реборды колеса, контактирующую с поверхностью головки рельса, а затем формируют на этой же поверхности микрорельеф, причем поверхности выступов и впадин, а также участки их сопряжения выполнены с дополнительными углублениями, аккумулирующими смазку.

Микрорельеф может быть сформирован, например, пластическим деформированием, причем с параметрами, удовлетворяющими следующим соотношениям:
H≤R_max,
где H - расстояние между выступом и впадиной сформированного микрорельефа; R_max - максимальная высота микронеровностей исходной поверхности.

По предлагаемому способу формируют дополнительные углубления на поверхностях выступов и впадин, а также на участках их сопряжения с параметрами

где r - радиус дополнительного углубления поверхности микрорельефа; R - радиус впадин и выступов микрорельефа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг.1 изображен исходный микрорельеф поверхности реборды колеса;
фиг. 2 показан предлагаемый микрорельеф с углублениями, прикатанной и внедренной твердой смазкой;
фиг.3 показан участок поверхности реборды колеса, на котором формируется микрорельеф, контактирующий с головкой рельса.

Для осуществления заявляемого способа на участке реборды колеса, контактирующей с головкой рельса, наносят твердую смазку, затем формируют микрорельеф в виде регулярно чередующихся выступов и впадин, причем поверхности выступов и впадин, а также участки их сопряжения выполняют с дополнительными углублениями, аккумулирующими смазку. Углубления могут быть сформированы инструментом в виде сферического индентора или химическим (электрохимическим) травлением.

Радиусы r углублений должны быть не более половины и не менее одной четверти от радиусов R выступов и впадин, для того чтобы при контактном взаимодействии поверхности реборды колеса и рельса исключить возможность разрушения выступов из-за недостаточной их несущей способности.

После нанесения твердой смазки на исходную поверхность реборды колеса, а точнее на ее участок, контактирующий с головкой рельса, формируют предлагаемый микрорельеф в виде регулярно чередующихся выступов и впадин с углублениями.

При этом шаг S и высота Н впадин и выступов выбираются из условия, чтобы при выдавливании смазки из аккумулирующих впадин и других микронеровностей смазкой покрывалась вся рабочая поверхность на контактирующих криволинейных участках головки рельса и реборды колеса.

Для того чтобы твердая смазка сохранялась на протяжении длительного периода эксплуатации, ее смешивают с жидкостью, обладающей достаточной смачиваемостью. Частицы твердой смазки проникают в этом случае вместе с жидкостью в углубления, в приповерхностный слой материала и длительное время удерживаются на поверхности реборды.

В процессе контактного взаимодействия поверхности рельса и реборды колеса твердая смазка будет поступать в качестве третьего тела между сопрягаемыми поверхностями и предохранять их от разрушения и износа, что многократно повышает износостойкость в процессе эксплуатации. Кроме того, формирование микрорельефа пластическим деформированием обеспечивает появление остаточных напряжений сжатия в приповерхностном слое.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР, 1735102, В 61 К 3/02.

2. Патент РФ на изобретение, 2128266, Е 01 В 31/02, B 61 K 3/00.

Способ заключается в том, что предварительно на исходную поверхность реборды колеса на участке ее возможного контакта с поверхностью головки рельса наносят твердую смазку, а затем формируют на этом участке регулярно чередующиеся выступы и впадины. Далее поверхности выступов и впадин, а также участки их сопряжения выполняют с дополнительными углублениями, аккумулирующими смазку. В результате повышается износостойкость рельсов и реборд железнодорожных транспортных средств. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ повышения износостойкости реборд колес и рельсов железнодорожных транспортных средств, заключающийся в том, что на одной из контактирующих поверхностей реборды колеса и головки рельса создают аккумуляторы смазки в виде регулярно чередующихся выступов и впадин, отличающийся тем, что предварительно на исходную поверхность реборды колеса на участке ее возможного контакта с поверхностью головки рельса наносят твердую смазку, а затем формируют на этом участке регулярно чередующиеся выступы и впадины, причем поверхности выступов и впадин, а также участки их сопряжения выполняют с дополнительными углублениями, аккумулирующими смазку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между выступом и впадиной формируемого микрорельефа должно удовлетворять следующему соотношению:
H≤R_max,
где Н - расстояние между выступом и впадиной сформированного микрорельефа;
R_max - максимальная высота микронеровностей микрорельефа исходной поверхности. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что углубления, сформированные на поверхности выступов, впадин и участках их сопряжения, удовлетворяют следующему соотношению:

где r - радиус дополнительных углублений поверхности выступов, впадин и участков их сопряжения;
R - радиус впадин и выступов сформированного микрорельефа.