Система смазки открытых поверхностей трения Российский патент 2004 года по МПК B61K3/02 

Настоящее изобретение относится к системам смазки открытых поверхностей трения тяжелонагруженных узлов транспортных механизмов и машин.

Для железнодорожного транспорта снижение износа гребней бандажей и боковых поверхностей головок рельсов в кривых участках пути является чрезвычайно важной проблемой. Кроме наличия повышенного износа контактирующих поверхностей эта проблема представляет собой реальную угрозу безопасности движения за счет схватывания контактирующих поверхностей и повышения вероятности вкатывания колеса на наружный рельс кривой почти на 30%.

По данным американских исследователей [1] “вредное” трение вызывает дополнительный расход топливно-энергетических ресурсов на ведение поезда почти на 20%.

Мировой опыт применения лубрикации боковых граней головок рельсов и контактирующей поверхности гребней бандажей, озвученный на международной конференции в Лондоне еще в октябре 1957 г. [2], подтверждает, что такая лубрикация обеспечивает снижение износа гребней бандажей колес в три раза, а в отдельных случаях - даже в шесть раз. При этом за счет неизбежного автоматического ротапринтного смазывания боковой грани головки рельса снижается и ее износ в два раза, а при нанесении смазки более часто - и более.

Разработанные в 60-е годы и нашедшие широкое применение на практике брикетированные композиционные смазки [3] работоспособны при температуре до 400°С (возникает на поверхности бандажа при торможении чугунными колодками).

В настоящее время наибольших успехов в решении проблемы снижения износа боковых граней головок рельсов и гребней колес железнодорожного подвижного состава добились специалисты США и России. Существуют различные пути решения этой проблемы - от напыления жидкой смазки или нанесения слоя консистентной смазки - до напыления нескольких жидких полимеров, которые, соединяясь на боковой грани головки рельса, образуют твердую фазу, не воспринимающую налипание песка и имеющую повышенную несущую способность. По нашему мнению наиболее перспективной является система смазки с расплавом легкоплавкой металлической составляющей с низким коэффициентом трения, что обеспечивает надежную защиту контактирующих поверхностей от износа и низкий коэффициент трения.

Теоретические исследования смазочного слоя с плавлением направляющей или добавленной в смазку легкоплавкой металлической компоненты [4] показывают перспективность применения подобного технического решения.

Существуют различные пути решения данной проблемы. Например, известна система для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения [5], содержащая заполненный смазывающим веществом корпус, на одном конце которого смонтирован полый смазывающий стержень, выполненный из гибкого эластичного материала с множеством сквозных продольных каналов для прохода смазывающего вещества к обрабатываемой поверхности трения. При этом другой конец корпуса связан с источником сжатого воздуха, предназначенным для перемещения к поверхности трения 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, она создает возможность управлять расходом смазывающего вещества путем изменения величины давления 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 она практически неприменима в условиях эксплуатации железнодорожного транспорта с открытыми узлами трения (например, контакт гребня бандажа колеса с боковой гранью головки рельса), когда рабочие поверхности покрываются железнодорожной пылью (измолотый песок и металлические продукты износа чугунных тормозных колодок).

Кроме того, данное устройство из-за отсутствия обратной связи не в состоянии дозировать оптимальное количество смазки, что ведет не только к неоправданному ее перерасходу, но и попаданию смазки на поверхность качения бандажа, а значит - к повышенному боксованию локомотива, т. е. к повышенному износу рельсов и колес и даже разрывам поездов.

По нашему мнению в основу изобретения должна быть положена система смазки гребня бандажа колеса, а от него автоматически ротапринтно и боковой грани головки рельса, которая за счет своей конструкции обеспечит:

- локальное дозированное нанесение смазки (боковая грань гребня колеса), предотвращая ее попадание на рабочую поверхность колеса и рельса;

- надежную работу системы смазки при наличии осадков, грязи и железнодорожной пыли в условиях низких (мороз) и высоких (нагрев поверхности бандажа чугунной тормозной колодкой при торможении) температур;

- автоматическое поддержание заданной толщины смазочного слоя и покрытие сопряженных поверхностей трения металлической компонентной с низким коэффициентом трения;

- высокую адгезию легкоплавкой металлической компоненты к поверхности гребня бандажа и боковой грани головки рельса;

- защиту рабочего слоя фторопластовой пленкой, снижающей поверхностные напряжения;

- предотвращение задиров поверхностей трения;

- снижение коэффициента трения в точке контакта гребня бандажа и боковой грани головки рельса на порядок и более;

- снижение вероятности вползания колеса на головку рельса в кривом участке пути на 20…30% в зависимости от скорости движения;

- использование "вредного" фрикционного нагрева для расплава металлической компоненты, с целью нанесения ее тонкой пленкой на поверхности трения, а также для снижения вязкости смазывающего вещества в кольцевом зазоре плавающий поршень - корпус смазывающего элемента;

- формирование на гребне бандажа и боковой грани головки рельса композиционной антифрикционной пленки, не принимающей на себя железнодорожную пыль.

Поставленные задачи решаются системой смазки открытых поверхностей трения, содержащей установленный в направляющей с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности трения композиционный смазывающий элемент, прижатый к одной из поверхностей трения, и устройство для прижатия указанного элемента к поверхности трения, который согласно изобретению содержит теплостойкий изнашиваемый композиционный корпус, выполненный по форме направляющей в виде прямоугольника или цилиндра, внутренняя полость которого заполнена смазывающим веществом и закрыта со стороны смазываемой поверхности плавающим антифрикционным поршнем, несущим в себе легкоплавкую металлическую компоненту, плавящуюся в результате нагрева от трения о гребень бандажа с целью нанесения тонкой металлической пленки с низким коэффициентом трения на защищаемую поверхность трения, а также передающую через тело поршня тепло смазочному веществу для снижения его вязкости с целью автоматической оптимизации заданной толщины смазочного слоя на гребне колеса и предотвращения попадания его на рабочую поверхность колеса.

Кроме того, для предотвращения вытекания смазочного вещества при высокой температуре окружающей среды предусмотрен кольцевой зазор между корпусом композиционного смазывающего элемента и плавающим антифрикционным поршнем, а для повышения адгезии легкоплавкой металлической составляющей к поверхности трения в канале ее тела расположен флюс. Плавающий антифрикционный поршень выполнен из фторопласта, обладающего низким коэффициентом трения, теплостойкостью, высокой износостойкостью и способностью формировать пленку, снижающую поверхностные напряжения на металлической пленке с низким коэффициентом трения, устройство для прижатия композиционного смазывающего элемента со стороны поверхности трения с целью предотвращения заедания имеет направляющую. Для обеспечения безопасности движения, снижения расстройств элементов и повышения срока службы система смазки открытых поверхностей трения монтируется на подрессорной раме тележки.

Изобретение поясняется графически (фиг.1,2).

На фиг.1 изображена секция композиционного смазывающего элемента для нанесения смазывающего вещества на открытую поверхность трения согласно изобретению.

На фиг.2 приведена система подачи композиционных смазывающих элементов к поверхности трения.

Композиционный смазывающий элемент для нанесения смазывающего вещества на открытую поверхность трения боковой грани гребня колеса железнодорожного подвижного состава содержит в себе композиционный теплостойкий изнашиваемый корпус 1, внутренняя полость которого заполнена смазывающим веществом 2 и закрыта со стороны смазываемой поверхности плавающим антифрикционным поршнем 3, несущим в себе легкоплавкую металлическую компоненту 4 с флюсом 5. Между плавающим поршнем 3 и корпусом смазывающего элемента имеется кольцевой зазор 6 для предотвращения вытекания смазывающего вещества 2 при высокой температуре окружающей среды и обеспечения автоматической оптимизации заданной толщины смазочного слоя на гребне колеса 7.

Система подачи к поверхности трения композиционных смазывающих элементов (фиг.2) содержит в себе корпус внешней направляющей 8, зафиксированный на раме тележки 9, внутреннюю направляющую 10 для смазывающих элементов, направляющую 11, препятствующую перекосу и заеданию устройства для прижатия смазывающего элемента к гребню колеса, рабочую пружину 12, фиксатор запирающего устройства 13, пружину запирающего устройства 14, корпус запирающего устройства 15 с z-образным пазом и пробку 16 рабочей пружины.

Вышеописанное устройство работает следующим образом. После установки комплекта из 2 - 3 секций смазывающих элементов 1 в корпус внутренней направляющей 10, а затем в корпус внешней направляющей 8 направляющая 11 под действием рабочей пружины 12 устройства для прижатия смазывающего элемента после фиксации запирающего устройства 15 будет прижимать первую секцию смазывающего элемента к поверхности гребня колеса 7. При вращении колеса в результате нагрева от трения оплавляется легкоплавкая металлическая компонента 4 с флюсом 5 и вместе со смазывающим веществом 2, проходящим по зазору 6, смазывает поверхность гребня 7, оптимизируя совместно с плавающим антифрикционным поршнем 3 толщину композиционного смазочного слоя на гребне колеса, который автоматически ротапринтным способом частично переносится на боковую грань головки рельса.

Таким образом, поставленная задача достигается тем, что расход смазочного вещества с легкоплавкой металлической компонентной происходит от момента нарушения сплошности смазочного слоя и до окончания его формирования на поверхности боковой грани гребня бандажа колеса в результате антифрикционных свойств плавающего поршня. Это обеспечивает автоматическую оптимизацию заданной (нажатием рабочей пружины 12) толщины композиционного смазочного слоя при минимальном расходе смазывающего вещества и поддержании сплошности защитной пленки с низким коэффициентом трения.

Источники информации

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

2. Ф.Бирман. Смазка рельсов и колес. Международная конференция по смазке и износу машин // Под редакцией Петрусевича А.И. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1962, с.492 - 498.

3. Воронков Б.Д. Подшипники сухого трения. - 2 изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленинград. отделение, 1979, с.45 - 50.

4. Ахвердиев К.С., Котельницкая Л.И., Воронин Н.С. Об одном решении задачи о гидродинамической смазке жидкостью, образующейся при плавлении направляющей, при наличии принудительной смазки// Вестник ДГТУ, т.1, № 4(10), 2001.

5. А.с. № 486183, СССР, М. кл. F 16 7/12, 1975, БИ № 36.

Система предназначена для лубрикации поверхностей трения гребней колес и боковой грани головки рельса. Система содержит установленный в направляющей с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности трения композиционный смазывающий элемент, выполненный по форме направляющей в виде прямоугольника или цилиндра, прижатый к поверхности трения, содержащий теплостойкий композиционный изнашиваемый корпус, внутренняя полость которого заполнена смазывающим веществом и закрыта со стороны смазываемой поверхности антифрикционным плавающим поршнем, несущим в себе легкоплавкую металлическую компоненту с флюсом. Система подачи содержит в себе корпус внешней направляющей, зафиксированный на раме тележки, внутреннюю направляющую для смазывающих элементов, направляющую, препятствующую перекосу и заеданию устройства для прижатия смазывающего элемента к гребню колеса, его рабочую пружину, фиксатор запирающего устройства, пружину запирающего устройства, корпус запирающего устройства с z-образным пазом и пробку рабочей пружины. Технический результат - повышение надежности работы системы смазки. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система смазки открытых поверхностей трения, содержащая установленный в направляющей с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону смазываемой поверхности трения композиционный смазывающий элемент, контактирующий с одной из поверхностей трения, и устройство для прижатия указанного элемента к поверхности трения, отличающаяся тем, что композиционный смазывающий элемент содержит теплостойкий изнашиваемый композиционный корпус, внутренняя полость которого заполнена смазывающим веществом и закрыта со стороны смазываемой поверхности плавающим антифрикционным поршнем, несущим в себе легкоплавкую металлическую компоненту.2. Система смазки открытых поверхностей трения по п.1, отличающаяся тем, что изнашиваемый композиционный теплостойкий корпус композиционного смазывающего элемента выполнен по форме направляющей в виде прямоугольника или цилиндра.3. Система смазки открытых поверхностей трения по п.1, отличающаяся тем, что для предотвращения вытекания смазывающего вещества из корпуса композиционного смазывающего элемента при высокой температуре окружающей среды предусмотрен кольцевой зазор между плавающим поршнем и корпусом смазывающего элемента, по которому смазывающее вещество поступает к поверхности трения.4. Система смазки открытых поверхностей трения по п.1, отличающаяся тем, что для повышения адгезии металлической пленки с поверхностью трения в канале металлической компоненты расположен флюс.5. Система смазки открытых поверхностей трения по п.1, отличающаяся тем, что плавающий антифрикционный поршень выполнен из фторопласта, обладающего теплостойкостью, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и способностью формировать пленку, снижающую поверхностные напряжения на металлической пленке с низким коэффициентом трения.6. Система смазки открытых поверхностей трения по п.1, отличающаяся тем, что, с целью исключения перекоса и заедания устройства для прижатия композиционного смазывающего элемента к гребню колеса, на конце со стороны поверхности трения установлена направляющая.7. Система смазки открытых поверхностей трения по п.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения безопасности движения, снижения расстройств элементов и повышения срока службы, она монтируется на подрессоренной раме тележки.