СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОЛЕСНЫХ ПАР И РЕЛЬСОВОГО ПОЛОТНА ОТ ИЗНОСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК B61K3/02 F16N7/30 B05D1/02 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано для повышения износостойкости деталей пары трения сочленения колесо-рельс железнодорожного транспорта.

Из "Уровня техники" известен способ повышения износостойкости поверхности катания колесной пары, основанный на нанесении на поверхность катания покрытия из пластичного медьсодержащего металла. Для предотвращения водородного изнашивания поверхности катания при вращении колесной пары поверхность катания сначала смачивают в жидкой технологической среде на основе воды и глицерина с включением солей пластичных металлов, а затем вводят в соприкосновение с поверхностью катания обрабатывающий инструмент из указанного металла под усилием, величина которого вызывает появление свистящего звука, свидетельствующего о переносе металла инструмента на обрабатываемую поверхность, которую по окончании процесса моют 5%-ным раствором глицерина в воде (патент РФ №2112663, кл. B60B 17/00, опубл. 10.06.1998).

Кроме того, из "Уровня техники" известен способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения, например колесо - рельс, основанный на нанесении противоизносного покрытия в динамике движения. Для восстановления износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют одновременное нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов в виде пленки толщиной 1,0-1,5 мкм на поверхности трения деталей сочленения путем избирательного переноса ионов пластичных металлов на контактируемые поверхности деталей из размещенного в зоне трения объема металлоплакирующего ионизационного раствора, содержащего в виде ионов до 10% массовой доли наносимого состава пластичных металлов, равномерно распределенной в остальной массе жидких компонентов, имеющих поверхностно-активные и восстановительные свойства. При этом раствор в зависимости от возникающего давления в зоне трения деталей сочленения подают по схеме периодического или постоянного впрыска (патент РФ №2283702, кл. B05D 1/04, опубл. 20.09.2006).

Из "Уровня техники" известно устройство для нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения, например колесо - рельс, размещенное на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержащее входной пневмораспределитель, подключенный к пневмомагистрали и к электрической цепи пульта управления транспорта, резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный пневмопроводом с входным пневмораспределителем, рабочий пневмораспределитель, соединенный через дроссель с входным пневмораспределителем и электрическим подключением к блоку контроля прохода запрограммированного отрезка пути и интервала времени включения, регулятор, включающий пневмоцилиндр, содержащий подпружиненный поршень. Также включает кольцевую камеру, соединенную с выходом трубопровода резервуара и входом трубопровода распылителя для обеспечивания подачи по трубопроводу и впрыска распылителем металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения, вспомогательную камеру, соединенную с выходом трубопровода резервуара, и основную камеру, соединенную с входом трубопровода распылителя, размещенный между ними подпружиненный клапан с нижним и верхним штоками, выполненный с возможностью контактирования с нижним штоком флюгер, установленный опорной частью через подпружиненную подвижную втулку в правую опору регулятора, а рабочей частью в его левую опору и который усилием пружины поддерживает постоянный контакт с вертикальной плоскостью рамы тележки, при этом распылитель установлен на раме тележки (патент РФ №2283702, кл. B05D 1/04, опубл. 20.09.2006).

Техническая проблема заключается в том, что известные способы не предотвращают износ, обусловленный механическим износом и выделением водорода в зоне трения, а именно процесса изнашивания металлов в зоне фрикционного контакта, где определяющими факторами являются механизмы водородного охрупчивания в микрослоях фрикционного взаимодействия при диффузии водорода из объема металла в зону фрикционного взаимодействия. Ограничение работы устройства для защиты колесных пар и рельсового полотна от износа в зависимости от температуры окружающей среды, особенно в условиях севера.

Задачей настоящей группы изобретений является устранение вышеуказанных недостатков.

Обобщенный технический результат заключается в повышении эффективности защиты рабочих поверхностей от механического и водородного износа и обеспечении работы устройства при различных температурах окружающей среды (-60 + 50°С).

Технический результат обеспечивается тем, что способ защиты колесных пар и рельсового полотна от износа заключается в том, что для защиты от износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов в виде пленки на поверхности трения деталей сочленения путем избирательного переноса ионов пластичных металлов на контактируемые поверхности деталей из размещенного в зоне трения объема металлоплакирующего ионизационного раствора. При этом раствор в зависимости от возникающего давления в зоне трения деталей сочленения подают по схеме периодического или постоянного впрыска. Устройство управления подачи металлоплакирующего ионизационного раствора подает сигнал для включения или отключения электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе нагретого воздуха, соединенном с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором. При включении электромагнитного клапана нагретый воздух поступает через разветвленный трубопровод в резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором и в форсунки. Металлоплакирующий ионизационный раствор под давлением воздуха подают из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором в трубку, проходящую через трубопровод нагретого воздуха, с разветвлением к каждой форсунке. В корпусах форсунок обеспечивают смешивание нагретого воздуха с металлоплакирующим ионизационным раствором, и подают воздушно-жидкостную среду на боковую внутреннюю грань головки наружного в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₂, и на головку внутреннего в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₁, при этом D₂˃D_1.

Технический результат также обеспечивается тем, что устройство для защиты колесных пар и рельсового полотна от износа включает размещенное на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержащее резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный трубкой с установленными на раме тележки форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения. Оно имеет обогреваемый резервуар для хранения в нем воздуха под давлением около 8 атм, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе нагретого воздуха, имеющем разветвления и соединяющем обогреваемый резервуар своей одной ветвью с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором и двумя остальными ветвями с форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения. Кроме того, устройство имеет трубку, обеспечивающую возможность подачи металлоплакирующего ионизационного раствора из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором в форсунки через калиброванные отверстия, выполненные внутри форсунок, и проходящую через трубопровод нагретого воздуха с разветвлением к каждой форсунке. Форсунки выполнены с возможностью смешивания в их корпусе нагретого воздуха с металлоплакирующим ионизационным раствором и подачи воздушно-жидкостной среды на боковую внутреннюю грань головки наружного в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₂, и на головку внутреннего в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₁, при этом D₂˃D_1.

Сущность настоящей группы изобретений поясняется следующими иллюстрациями:

Фиг. 1 отображает общую схему устройства;

Фиг.2 отображает блок-схему, характеризующую конфигурацию системы управления устройством;

Фиг. 3 отображает гребень колеса колесной пары;

Фиг. 4 отображает положение колесной пары в кривой.

На иллюстрациях отображены следующие элементы:

1 - резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором;

2 - трубка;

3 - обогреваемый резервуар для хранения воздуха;

4 - электромагнитный клапан;

5 - трубопровод нагретого воздуха;

6 - устройство управления подачи металлоплакирующего ионизационного раствора;

7 - блок определения местоположения транспортного средства по отношению к началу и концу кривого участка железнодорожного пути;

8 - датчик температуры;

9 -датчик давления;

10 - переключатель нагревателя;

11 - переключатель компрессора.

Устройство для защиты колесных пар и рельсового полотна от износа включает размещенное на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержащее резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором 1, соединенный трубкой 2 с установленными на раме тележки форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения. Оно имеет обогреваемый резервуар для хранения в нем воздуха 3 под давлением около 8 атм (предпочтительно 8 атм), электромагнитный клапан 4, установленный на трубопроводе нагретого воздуха 5, имеющем разветвления и соединяющем обогреваемый резервуар 3 своей одной ветвью с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором 1 и двумя остальными ветвями с форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения. Кроме того, устройство имеет трубку 2, обеспечивающую возможность подачи металлоплакирующего ионизационного раствора из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором 1 в форсунки через калиброванные отверстия, выполненные внутри форсунок, и проходящую через трубопровод нагретого воздуха 5 с разветвлением к каждой форсунке. Форсунки выполнены с возможностью смешивания в их корпусе нагретого воздуха с металлоплакирующим ионизационным раствором и подачи воздушно-жидкостной среды на боковую внутреннюю грань головки наружного в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₂, и на головку внутреннего в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₁, при этом D₂˃D₁.

Способ защиты колесных пар и рельсового полотна от износа заключается в том, что для защиты от износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов виде пленки толщиной 1,0-1,5 мкм на поверхности трения деталей сочленения путем избирательного переноса ионов пластичных металлов на контактируемые поверхности деталей из размещенного в зоне трения объема металлоплакирующего ионизационного раствора, содержащего в виде ионов до 10% массовой доли наносимого состава пластичных металлов, равномерно распределенной в остальной массе жидких компонентов.

При этом раствор в зависимости от возникающего давления в зоне трения деталей сочленения подают по схеме периодического или постоянного впрыска. Устройство управления 6 подачи металлоплакирующего ионизационного раствора подает сигнал для включения или выключения электромагнитного клапана 4, установленного на трубопроводе нагретого воздуха 5, соединенном с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором.

Клапан 4 включаются и выключаются сервоприводом (на иллюстрации не показано), который управляется устройством управления 6 и блоком 7 определения местоположения транспортного средства по отношению к началу и концу кривого участка железнодорожного пути. Только на этом участке производится экономная смазка рельсов и колес транспортного средства для уменьшения износа трущихся пар. Система подачи смазки данного устройства может управляться автоматически по командам, отправляемым глобальной навигационной системой ГЛОНАСС либо с помощью компьютера, программно-аппаратный комплекс которого содержит запрограммированные отрезки прямолинейного участка рельсового пути. Частота включения и выключения клапана 4 позволяет обеспечить периодических или постоянный впрыск.

Устройство управления 6 получает сигнал от датчика температуры воздуха 8 в обогреваемом резервуаре для хранения воздуха 3. При температуре воздуха в резервуаре 3, равной 35°С, включается обогреватель путем перевода переключателя нагревателя 10 в положение "включено" с использованием сервопривода, а при температуре воздуха, составляющей 75°С, переключатель выключается. Кроме того, устройство управления 6 получает сигнал от датчика давления воздуха 9 в обогреваемом резервуаре для хранения воздуха 3. При давлении воздуха в резервуаре 3 менее 8 атм (7,5-7,8 атм), включается компрессор локомотива путем перевода переключателя компрессора 11 в положение "включено" с использованием сервопривода. Кроме того, устройство может предусматривать датчик уровня металлоплакирующего ионизационного раствора в резервуаре 1.

При включении электромагнитного клапана 4 нагретый воздух поступает через разветвленный трубопровод 5 в резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором 1 и в форсунки. Металлоплакирующий ионизационный раствор под давлением воздуха подают из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором 1 в трубку 2, проходящую через трубопровод нагретого воздуха 5, с разветвлением к каждой форсунке. В корпусах форсунок обеспечивают смешивание нагретого воздуха с металлоплакирующим ионизационным раствором, который поступает через калиброванное отверстие, выполненное внутри форсунки. Нагретый воздух поступает в каждую форсунку через трубопровод 5, ветви которого соединены с корпусами форсунок. Воздушно-жидкостную среду подают на боковую внутреннюю грань головки наружного в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₂, и на головку внутреннего в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₁, при этом D₂˃D_1.

Колесная пара это одно целое поэтому угловая скорость вращения обеих колес всегда одинакова при движении по кривой. Одно колесо (см. фиг. 4) за счет центробежной силы идет плотно прижатым к боковой грани наружнего рельса, при этом диаметр колеса в этом месте максимальный, второе колесо в этот момент времени катится по внутреннему рельсу на минимальном диаметре. Противоизносное покрытие в это время подают в зоны, где происходит контакт колеса с рельсом, а именно: в основание гребня колеса, прижатого к рельсу, и в середину бандажа второго колеса.

Преимущества настоящей группы изобретений заключаются в следующем:

- защищает рабочие поверхности от «водородного износа» - основного фактора обуславливающего износ;

- отсутствие в составе технологической среды смазочных материалов исключает налипание абразива, снижает вероятность пробуксовки в момент строгания с места и на подъемах;

- всесезонность работы системы - температурный режим применения от -60 до + 50°С;

- улучшает процесс торможения, увеличивает срок службы тормозных колодок;

- увеличивает срок службы рабочих поверхностей рельсов, колесных пар локомотива, а также следующих за ним вагонов;

- экологическая безопасность - в составе технологической среды отсутствуют нефтепродукты;

- одной заправки достаточно для обеспечения пробега между ТР-1.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта. Способ защиты колесных пар и рельсового полотна от износа заключается в том, что для защиты от износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов в виде пленки на поверхности трения деталей сочленения. Устройство управления подачи металлоплакирующего ионизационного раствора подает сигнал для включения или отключения электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе нагретого воздуха, соединенном с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором. При включении электромагнитного клапана нагретый воздух поступает через разветвленный трубопровод в резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором и в форсунки. Металлоплакирующий ионизационный раствор под давлением воздуха подают из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором в трубку, проходящую через трубопровод нагретого воздуха, с разветвлением к каждой форсунке. Устройство для защиты колесных пар и рельсового полотна от износа размещено на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержит резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный трубкой с установленными на раме тележки форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения. Оно имеет обогреваемый резервуар для хранения в нем воздуха под давлением около 8 атм, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе нагретого воздуха. В результате повышается эффективность защиты рабочих поверхностей от механического и водородного износа, обеспечивается работа устройства при различных температурах окружающей среды. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ защиты колесных пар и рельсового полотна от износа, заключающийся в том, что для защиты от износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов в виде пленки на поверхности трения деталей сочленения путем избирательного переноса ионов пластичных металлов на контактируемые поверхности деталей из размещенного в зоне трения объема металлоплакирующего ионизационного раствора, при этом раствор в зависимости от возникающего давления в зоне трения деталей сочленения подают по схеме периодического или постоянного впрыска, отличающийся тем, что устройство управления подачи металлоплакирующего ионизационного раствора подает сигнал для включения или отключения электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе нагретого воздуха, соединенном с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором, при включении электромагнитного клапана нагретый воздух поступает через разветвленный трубопровод в резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором и в форсунки, металлоплакирующий ионизационный раствор под давлением воздуха подают из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором в трубку, проходящую через трубопровод нагретого воздуха, с разветвлением к каждой форсунке, в корпусах форсунок обеспечивают смешивание нагретого воздуха с металлоплакирующим ионизационным раствором, и подают воздушно-жидкостную среду на боковую внутреннюю грань головки наружного в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₂, и на головку внутреннего в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₁, при этом D₂˃ D_1.

2. Устройство для защиты колесных пар и рельсового полотна от износа, размещенное на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержащее резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный трубкой с установленными на раме тележки форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения, отличающееся тем, что оно имеет обогреваемый резервуар для хранения в нем воздуха под давлением около 8 атм, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе нагретого воздуха, имеющем разветвления и соединяющем обогреваемый резервуар своей одной ветвью с резервуаром с металлоплакирующим ионизационным раствором и двумя остальными ветвями с форсунками для обеспечения подачи и впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения, кроме того, устройство имеет трубку, обеспечивающую возможность подачи металлоплакирующего ионизационного раствора из резервуара с металлоплакирующим ионизационным раствором в форсунки через калиброванные отверстия, выполненные внутри форсунок, и проходящую через трубопровод нагретого воздуха с разветвлением к каждой форсунке, а форсунки выполнены с возможностью смешивания в их корпусе нагретого воздуха с металлоплакирующим ионизационным раствором и подачи воздушно-жидкостной среды на боковую внутреннюю грань головки наружного в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₂, и на головку внутреннего в соответствующей кривой пути рельса путем распыления в месте, где диаметр конуса бандажа колеса равен D₁, при этом D₂˃ D_1.