СИСТЕМА СМАЗКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F16N11/00 B61K3/02 

Настоящее изобретение относится к системам лубрикации, представляющим собой устройства, осуществляющие нанесение на поверхности трения фрикционных узлов различных механизмов полифазных твердопластичных смазочных веществ в виде смазочных стержней и вставок.

Наиболее успешно настоящее изобретение применимо для смазки поверхностей трения деталей, которые эксплуатируются в условиях широкого диапазона температур и влажности, в условиях загазованности и при наличии в рабочей среде таких деталей абразива. Например, на транспорте такими поверхностями трения являются боковая поверхность головки рельса и периодически контактирующая с этой поверхностью поверхность гребня (реборды) колеса вагона железнодорожного подвижного состава или поверхности трения деталей, образующих сцепку вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава, или поверхности опор скольжения тележек железнодорожного подвижного состава.

В настоящее время в промышленно развитых странах большие объемы финансовых средств тратятся на устранение негативного влияния узлов трения на эффективность эксплуатации механических систем. Данная проблема актуальна во всех машиностроительных отраслях, в том числе и на железнодорожном и на других видах транспорта.

Так, например до 20% тяговой энергии железнодорожного подвижного состава расходуется на преодоление так называемого "паразитного трения" гребней (реборд) колес о боковую поверхность головки рельса. В России на некоторых железных дорогах до 15% подвижного состава простаивает из-за необходимости периодической переточки колес по причине образования на них "тонкого" гребня. От надежности работы вышеназванных узлов трения зависит безопасность эксплуатации железнодорожного подвижного состава.

В настоящее время наибольших успехов в решении проблемы снижения износа рельсов и гребней колес железнодорожного подвижного состава добились специалисты США и России. Существуют различные пути решения этой проблемы, однако авторы считают, что наиболее перспективным является повышение износостойкости деталей открытых узлов трения железнодорожного подвижного состава путем применения специальных систем лубрикации для нанесения твердых полифазных смазок на поверхность трения, обеспечивающих гарантированное нанесение смазочных веществ на смазываемые поверхности непосредственно в ходе работы [1, 2].

Например, известна система для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения [3], содержащая заполненный смазывающим веществом корпус, на одном конце которого смонтирован полый смазывающий стержень, выполненный из гибкого эластичного материала и в котором выполнено множество сквозных продольных каналов для прохода смазывающего вещества к обрабатываемой поверхности трения. При этом другой конец корпуса связан с источником сжатого воздуха, предназначенным для перемещения смазывающего стержня и смазывающего вещества по продольным каналам последнего.

Вышеописанная система смазки обеспечивает постоянную подачу жидкого смазывающего вещества на смазываемую поверхность, при этом сохраняя постоянство расхода смазывающего вещества, и создает возможность гибко управлять расходом смазывающего вещества путем изменения величины давления от источника сжатого воздуха, которое контролируется оператором или отдельным устройством управления. Она имеет высокую эффективность эксплуатации при обслуживании закрытых узлов трения, например широко известных в машиностроении тяжелонагруженных подшипников скольжения.

Однако практика эксплуатации таких систем для нанесения смазочного вещества показала, что они абсолютно неприменимы в том случае, если необходимо нанести на смазываемую поверхность полифазные смазывающие вещества, т.е. вещества, которые в процессе нанесения имеют твердопластичное состояние, а в процессе эксплуатации переходят в твердосухое состояния, при этом в результате нанесения принимая форму тонкой антифрикционной пленки. Другими словами, конструкция устройства не позволяет пройти полифазным твердопластичным смазывающим веществам по продольным каналам до смазываемой поверхности из-за того, что полифазное твердопластичное смазывающее вещество по истечению некоторого времени эксплуатации и под воздействием тепла трения переходит во вторую свою твердую фазу.

Кроме того, устройство не имеет какой-либо обратной связи от смазываемой поверхности к органу подачи смазки и продолжает бесконтрольный процесс нанесения смазывающего вещества на смазываемую поверхность даже при наличии на последней достаточного количества смазочного вещества. Это приводит к неоправданному расходу смазочных веществ, к нанесению смазочных веществ на поверхность трения даже в том случае, когда в этом нет никакой необходимости.

В основу настоящего изобретения положена задача создания системы для нанесения смазочного вещества на смазываемую поверхность, которая за счет своей конструкции обеспечивала бы качественное нанесение твердопластичных полифазных смазывающих веществ в виде смазочных стержней и вставок на смазываемую поверхность, обеспечивая при этом автоматический саморегулируемый оптимальный расход смазывающего вещества.

Поставленная задача решается системой смазки поверхностей трения, содержащей установленный в корпусе с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности трения аккумулирующий твердую смазку элемент, прижатый к ответной поверхности с возможностью нормированного износа и расходования твердой смазки, и средство для прижатия кромки указанного элемента к указанной смазываемой поверхности трения, в которой согласно изобретению указанный аккумулирующий элемент выполнен в виде стаканообразного элемента, внутренняя полость которого заполнена смазочным веществом и открыта в сторону указанной смазываемой поверхности трения, при этом стенки указанного стаканообразного элемента выполнены из материала, способного изнашиваться при трении кромки указанного стаканообразного элемента о смазываемую поверхность с возможностью интенсивного износа торца стаканообразного элемента и одновременного высвобождения необходимого объема смазки и нанесения его на смазываемую поверхность при взаимодействии с несмазанной поверхностью и с возможностью минимального износа торца стаканообразного элемента при взаимодействии со смазанной поверхностью и ограничения объема смазки, поступающей на смазываемую поверхность.

Возможно множество вариантов выполнения в системе для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения средств (приводов) для прижатия кромки указанного стаканообразного элемента к указанной смазываемой поверхности трения. Например, он может быть выполнен в виде пружины, один конец которой контактирует с упомянутым дном указанного стаканообразного элемента, при этом ее второй конец контактирует со стенкой упомянутого корпуса, или возможен и другой вариант, при котором средство для прижатия кромки указанного стаканообразного элемента содержит груз расчетной массы, один конец которого контактирует с упомянутым дном указанного стаканообразного элемента. Также возможен вариант, при котором средство для прижатия кромки указанного стаканообразного содержит установленный в корпусе поршень, выполненный из эластичного материала и имеющий внутреннюю, закрытую полость, заполненную жидкостью или газом, и источник сжатого воздуха, сообщенный по воздуху с корпусом и указанным поршнем.

В каждом конкретном случае подбирают различные материалы для изготовления стаканообразного элемента. Опыт работы показал, что его можно выполнить из полиэтилена, или капрона, или поливинилхлорида, или политетрофторэтилена, или целлюлозы. Разумно, чтобы боковая стенка стаканообразного элемента и корпус имели бы трубообразную форму (смазочного стержня, вставки) и были бы выполнены из материалов, позволяющих их продольньм осям принимать форму кривой линии. Это позволяет осуществить смазку труднодоступных поверхностей трения.

За счет того, что полость стаканообразного элемента открыта в сторону смазываемой поверхности трения, размещенное в этой полости смазывающее вещество имеет свободный доступ к смазываемой поверхности, что обеспечивает качественное и беспрепятственное нанесение твердопластичных полифазных смазывающих веществ на смазываемую поверхность. При этом при контакте кромок стаканообразного элемента о несмазанную поверхность трения происходит износ стаканообразного элемента с одновременным уменьшением объема его внутренней полости. В результате этого происходит выдавливание смазывающего вещества на несмазанную смазываемую поверхность. В том случае, если смазываемая поверхность уже покрыта слоем связывающего вещества, то происходит скольжение кромок стаканообразного элемента по смазываемой поверхности с по существу "нулевым" или минимальным износом, в результате чего процесс подачи дополнительного объема смазочного вещества на смазываемую поверхность не осуществляется. За счет этого обеспечивается процесс автоматического саморегулируемого нанесения смазки при оптимальном расходе смазывающего вещества.

На фиг.1 изображена система для нанесение смазывающего вещества на опорные поверхности скольжения железнодорожных вагонов.

На фиг. 2 показан другой вариант выполнения устройства для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения, например, такую как поверхность гребня колеса железнодорожного подвижного состава, которая периодически контактирует с боковой поверхностью головки рельса.

Изображенное устройство предназначено для нанесения смазывающего вещества и содержит корпус 1, в котором установлен с возможность совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности 2 трения стаканообразный элемент 3. Внутренняя полость этого элемента заполнена смазочным веществом 4 и эта полость открыта в сторону указанной смазываемой поверхности 2 трения. Кроме указанных элементов устройство содержит средство 5 для прижатия кромки 6 стаканообразного элемента 3 к смазываемой поверхности 2, рабочий орган которого связан с дном 7 указанного стаканообразного элемента 3. Стенка 8 стаканообразного элемента 3 выполнена из материала, способного изнашиваться при трении кромки 6 стаканообразного элемента 3 о смазываемую поверхность 2 трения, в данном варианте стенки 8 выполнены из капрона. В данном варианте выполнения устройства для нанесения смазочного вещества на смазываемую поверхность средство 5 для прижатия кромки 6 указанного стаканообразного элемента 3 к указанной смазываемой поверхности 2 трения представляет собой пружину 9, один конец 10 которой контактирует с упомянутым дном 7 указанного стаканообразного элемента 3, при этом ее второй конец 11 контактирует со стенкой 12 упомянутого корпуса 1. Для удержания пружины 9 использована установленная в стенке 12 корпуса 1 фиксирующая шпилька 13.

Понятно, что вышеописанный вариант выполнения устройства для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения не является единственным и никоим образом не ограничивает объем истребуемой патентной защиты для данного изобретения.

Согласно другому варианту выполнения, показанному на фиг. 2, устройство для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения, гребень колеса или боковую поверхность головки рельса содержит корпус 1, который представляет собой изогнутый трубообразный элемент и в котором установлен с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности 2 трения стаканообразный элемент 3. Стаканообразный элемент 3 также выполнен изогнутым, при этом продольные оси трубообразного корпуса 1 и стаканообразного элемента 3 совпадают и повторяют форму кривой линии. Кроме того, стаканообразный элемент 3 выполнен разборным, его дно 7 можно отделить от стенки 8 и оно представляет собой установленный в трубообразном корпусе 1 поршень, выполненный из эластичного материала и имеющий внутреннюю закрытую полость 14, заполненную газом или жидкостью, в данном конкретном варианте выполнения гелием. Внутренняя полость стаканообразного элемента 3 заполнена смазочным веществом 4 и эта полость открыта в сторону указанной смазываемой боковой поверхности 2 головки 15 рельса. С противоположной стороны на корпус 1 установлен штуцер 16, на головку 17 которого одет шланг 18, посредством которого к дну 7 (поршню) стаканообразного элемента 3 подводится под давлением текучая среда, в данном случае воздух, от источника (привод не показан) сжатого воздуха. По существу средство для прижатия кромки 6 указанного стаканообразного элемента 3 к указанной смазываемой поверхности 2 образовано источником сжатого воздуха, шлангом 18, штуцером 19 и дном 7 (поршнем) стаканообразного элемента 3. Стенка указанного стаканообразного элемента 3 выполнена из материала, способного изнашиваться при трении кромки 6 указанного стаканообразного элемента 3 об указанную смазываемую поверхность 2 трения, в данном случае стенка 8 выполнена из полиэтилена. Для специалиста ясно, что эта стенка 8 может быть выполнена и из другого материала, например поливинилхлорида, поддающегося износу в результате трения кромки 6 стаканообразного элемента 3 о смазываемую боковую поверхность 2 головки 15 рельса.

Вышеописанное устройство работает следующим образом. После установки стаканообразного элемента 3 в корпусе 1 пружина 9 воздействует на дно 7 стаканообразного элемента 3 таким образом, что кромка 6 стаканообразного элемента 3 упирается в смазываемую поверхность 2. В том случае, если на смазываемой поверхности уже существует слой смазочного вещества, то кромка 6 стаканообразного элемента 3 скользит по смазываемой поверхности 2, и износа стенки 8 по существу не происходит, и как следствие этого дополнительного нанесения смазочного вещества 4 на смазываемую поверхность 2 также не происходит. Однако в том случае, если на смазываемой поверхности 2 смазка отсутствует, то происходит интенсивный износ стенки 8 стаканообразного элемента 3 за счет сухого трения кромки 6 стаканообразного элемента 3, результатом чего является выдавливание смазывающего вещества на смазываемую поверхность 2 и его равномерное нанесение в виде смазочной пленки.

Таким образом, поставленная задача достигается тем, что постепенный расход твердопластичного смазочного материала реализуется от момента нарушения смазочного слоя и до окончания его формирования на поверхности трения, в результате чего обеспечивается процесс автоматического саморегулируемого нанесения смазки при оптимальном расходе смазывающего вещества.

Источники информации
1. Reiff Richard P., Clayton Paul. Wheel/rail lubrication update. Press-release of Association of American Railroads (AAR), 1998.

2. Оптимизация технологических режимов нанесения смазочных материалов на головку рельса с использованием АРС. Технические и технологические решения при нанесении смазочных материалов на головку рельса при низких температурах. Отчет ВНИИЖТ, peг. 01910014653, авторы Гочуа Б.В., Колесов Ю.В, Козлов В.В., Васильев А.С., 1991, 103 с.

3. Авт. св. СССР 486183, М.кл. F 16 N 7/12, 1975, БИ 36.

Система предназначена для смазки поверхностей трения. Система содержит установленный в корпусе с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности трения аккумулирующий твердую смазку элемент, прижатый к ответной поверхности с возможностью нормированного износа и расходования твердой смазки, и средство для прижатия кромки указанного элемента к указанной смазываемой поверхности трения, при этом аккумулирующий элемент выполнен в виде стаканообразного элемента, внутренняя полость которого заполнена смазочным веществом и открыта в сторону указанной смазываемой поверхности трения, при этом стенки указанного стаканообразного элемента выполнены из материала, способного изнашиваться при трении кромки указанного стаканообразного элемента о смазываемую поверхность с возможностью интенсивного износа торца стаканообразного элемента и одновременного высвобождения необходимого объема смазки и нанесения его на смазываемую поверхность при взаимодействии с несмазанной поверхностью. Технический результат - повышение надежности. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система смазки поверхностей трения, содержащая установленный в корпусе с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности трения аккумулирующий твердую смазку элемент, прижатый к ответной поверхности с возможностью нормированного износа и расходования твердой смазки, и средство для прижатия кромки указанного элемента к указанной смазываемой поверхности трения, отличающаяся тем, что указанный аккумулирующий элемент выполнен в виде стаканообразного элемента, внутренняя полость которого заполнена смазочным веществом и открыта в сторону указанной смазываемой поверхности трения, при этом стенки указанного стаканообразного элемента выполнены из материала, способного изнашиваться при трении кромки указанного стаканообразного элемента о смазываемую поверхность с возможностью интенсивного износа торца стаканообразного элемента и одновременного высвобождения необходимого объема смазки и нанесения его на смазываемую поверхность при взаимодействии с несмазанной поверхностью и с возможностью минимального износа торца стаканообразного элемента при взаимодействии со смазанной поверхностью и ограничения объема смазки, поступающей на смазываемую поверхность, например, упомянутые стенки стаканообразного элемента могут быть выполнены из полиэтилена, или капрона, или поливинилхлорида, или политетрофторэтилена, или целлюлозы. 2. Система смазки поверхности трения по п. 1, отличающаяся тем, что средство для прижатия кромки указанного стаканообразного элемента к указанной смазываемой поверхности трения представляет собой пружину, один конец которой контактирует с упомянутым дном указанного стаканообразного элемента, при этом ее второй конец контактирует со стенкой упомянутого корпуса. 3. Система смазки поверхности трения по п. 1, отличающаяся тем, что средство для прижатия кромки указанного стаканообразного элемента к указанной смазываемой поверхности трения содержит установленный в корпусе поршень, выполненный из эластичного материала и имеющий внутреннюю закрытую полость, заполненную жидкостью или газом, и источник сжатого воздуха, сообщенный по воздуху с корпусом и поршнем. 4. Система смазки поверхности трения по п. 1, отличающаяся тем, что средство для прижатия кромки указанного стаканообразного элемента к указанной смазываемой поверхности трения представляет груз расчетной массы, один конец которого контактирует с упомянутым дном указанного стаканообразного элемента. 5. Система смазки поверхности трения по п. 1, отличающаяся тем, что боковая стенка стаканообразного элемента и корпус имеют трубообразную форму и выполнены из материалов, позволяющих их продольным осям принимать форму кривой линии.