Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта Российский патент 2020 года по МПК F16C33/04 F16C33/12 B61H13/34 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству втулок рычажной тормозной системы рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.

Известна втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала, включающего полимерную основу и содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, (см. патент РФ №2499921, МПК F16C 33/11, 27.11.2013 г.).

Однако известная втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта при своем использовании имеет следующие недостатки:

- недостаточный срок службы из-за высокого суммарного износа в паре трения,

- повышенную интенсивность линейного изнашивания внутреннего рабочего слоя скольжения при трении по стальной паре из стали 40Х (1×10^-7-7×10^-8 мкм/км),

- недостаточной ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза (45-55,8 кДж/м²),

- недостаточным разрушающим напряжением при растяжении (174-201 МПа).

Задачей изобретения является разработка втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта.

Техническим результатом является повышение срока службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта за счет снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, сохранение заданного коэффициента трения и стабильности коэффициента трения при трении по материалу контр-тела стали 40Х, повышение разрушающего напряжения при растяжении и при сжатии, повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложена втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала, включающего полимерную основу и содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, при этом в качестве полимерной основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют термопласт, выбранный из группы полиэфиркетонкетон, или сополимер полиэфиркетона и полифениленсульфида (PEK+PPS), или полиэтилентерефталат, или используют термоэластопласт, выбранный из группы сополимер полиамида 6 и полиэфира (РА6+РЕ) или сополимер полиамида 12 и полиэфира (РА12+РЕ), при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:

углеродное волокно 8,0-44,0 углеродные нанотрубки 0,02-2,0 термопласт или термоэластопласт остальное до 100%

При этом в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна. При этом углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде рубленой нити, или жгута или рубленого жгута, при этом длина рубленой нити и рубленого жгута углеродного волокна выбрана от 1 мм до 48 мм. При этом втулка предпочтительно выполнена с наружным диаметром 30-70 мм, с внутренним диаметром 20-60 мм и длиной 10-150 мм.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенную втулку рычажной тормозной системы рельсового транспорта, отличительными являются:

- использование в качестве полимерной основы композиционного полимерного антифрикционного материала термопласта, выбранного из группы полиэфиркетонкетон, или сополимер полиэфиркетона и полифениленсульфида (PEK+PPS), или полиэтилентерефталат, или использование термоэластопласта, выбранного из группы сополимер полиамида 6 и полиэфира (РА6+РЕ) или сополимер полиамида 12 и полиэфира (РА12+РЕ),

- выбор следующего количественного содержания компонентов композиционного полимерного антифрикционного материала втулки, мас. %:

углеродное волокно 8,0-44,0 углеродные нанотрубки 0,02-2,0 термопласт или термоэластопласт остальное до 100%,

- предпочтительное выполнение втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта с наружным диаметром 30-70 мм, с внутренним диаметром 20-60 мм и длиной 10-150 мм.

Экспериментальные испытания в рычажной тормозной системе рельсового транспорта пар трения с использованием предложенной втулки и контр-тела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC, а затем и натурные ходовые испытания штатного комплекта втулок рычажной тормозной системы, показали их высокую эффективность. Было установлено, что повышен срок службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта по сравнению с прототипом на 12-18%, при этом износ рабочего слоя скольжения предложенной втулки при трении по полированной стальной паре из стали 40Х составил 4×10^-8-9×10^-9 мкм/км. Достигнуто повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза до уровня 63,9-65,0 кДж/м², сохранен предел прочности при сжатии на уровне 185-192 МПа при одновременном сохранении разрушающего напряжения при растяжении на уровне 213-220 МПа. Одновременно установлено, что предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта имеют коэффициент трения при трении по полированной поверхности контр-тела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC в пределах 0,09-0,12 при сохранении стабильности коэффициента трения на уровне 0,88-0,94.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы в паре трения работоспособны с начала натурных ходовых испытаний и не требует своей замены до настоящего времени.

В таблице 1 представлены экспериментальные составы композиционного полимерного антифрикционного материала, использованного для изготовления предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта, а в таблице 2 показаны штатные характеристики втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы в паре трения работоспособны с начала натурных ходовых испытаний и не требует своей замены до настоящего времени.

Исследования ударной вязкости проводилось на маятниковом копре по методу Шарпи на образцах типа 2 без надреза по ГОСТ 4647-80. Исследование характеристик трения (характеристики трибологии) предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта проводились на машине трения УМТ 2168.

Технология изготовления предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта различного назначения в форме сплошной втулки или разрезной втулки в виде сегментов с рабочими поверхностями скольжения не требует для своего изготовления использования специфического технологического оборудования и включает в себя литье под давлением в литьевой машине изделий заданных геометрических форм из композиционного полимерного антифрикционного материала.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта просты в понимании и не требуют для своей иллюстрации предоставления чертежей.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству втулок рычажной тормозной системы рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки. Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта выполнена из композиционного полимерного антифрикционного материала, включающего полимерную основу и содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм. В качестве полимерной основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют термопласт, выбранный из группы полиэфиркетонкетон, или сополимер полиэфиркетона и полифениленсульфида (PEK+PPS), или полиэтилентерефталат, или используют термоэластопласт, выбранный из группы сополимер полиамида 6 и полиэфира (РА6+РЕ) или сополимер полиамида 12 и полиэфира (РА12+РЕ), при следующем количественном содержании компонентов, мас. %: углеродное волокно 8,0-44,0; углеродные нанотрубки 0,02-2,0; термопласт или термоэластопласт остальное до 100%. Технический результат: повышение срока службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта за счет снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, сохранение заданного коэффициента трения и стабильности коэффициента трения при трении по материалу контр-тела стали 40Х, повышение разрушающего напряжения при растяжении и при сжатии, повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала, включающего полимерную основу и содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, отличающаяся тем, что в качестве полимерной основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют термопласт, выбранный из группы полиэфиркетонкетон, или сополимер полиэфиркетона и полифениленсульфида (PEK+PPS), или полиэтилентерефталат, или используют термоэластопласт, выбранный из группы сополимер полиамида 6 и полиэфира (РА6+РЕ) или сополимер полиамида 12 и полиэфира (РА12+РЕ), при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:

углеродное волокно 8,0-44,0 углеродные нанотрубки 0,02-2,0 термопласт или термоэластопласт остальное до 100%

2. Втулка по п. 1, характеризующаяся тем, что в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна.

3. Втулка по п. 1, характеризующаяся тем, что углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде рубленой нити, или жгута или рубленого жгута, при этом длина рубленой нити и рубленого жгута углеродного волокна выбрана от 1 мм до 48 мм.

4. Втулка по п. 1, характеризующаяся тем, что предпочтительно выполнена с наружным диаметром 30-70 мм, с внутренним диаметром 20-60 мм и длиной 10-150 мм.