Прокладка для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида Российский патент 2022 года по МПК B61F5/16 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к прокладке для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, используемой в составе тележки железнодорожных средств рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.

Известен подпятник надрессорной балки, содержащий износостойкий узел в виде неметаллической прокладки-вкладыша, выполненного из графитонаполненного полиамида и установленного на опорную поверхность подпятника, (см. патент РФ на полезную модель №190806, B61F 5/16, 12.07.2019).

Однако известная прокладка подпятника надрессорной балки при своем использовании имеет следующие недостатки:

- недостаточное разрушающее напряжение при растяжении (176 МПа),

- недостаточное разрушающее напряжение при сжатии (180 МПа),

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

- недостаточным сроком службы из-за высокого суммарного износа в паре трения по стали 40Х,

- недостаточной стабильностью коэффициента трения (0,66-0,72) при трении по материалу контр-тела из стали 40Х,

- повышенной интенсивностью линейного изнашивания при трении по материалу контр-тела из стали 40Х (5×10^-6 мкм/км),

- недостаточным модулем упругости при изгибе (3,5-4,15 ГПа)

Задачей изобретения является разработка прокладки для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида.

Техническим результатом является повышение разрушающего напряжения при растяжении, повышение разрушающего напряжения при сжатии, повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза, увеличение срока безремонтной эксплуатации, сохранение коэффициента трения при трении по материалу контр-тела из стали 40Х, снижение интенсивности линейного изнашивания при трении по материалу контр-тела из стали 40Х, а также повышение модуля упругости при изгибе.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложена прокладка для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, характеризующаяся тем, что выполнена в виде круглой пластины с центральным отверстием для установки шкворня в надрессорную балку из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, выбранного из группы поликапроамид (полиамид 6), полигексамителенадинамид (полиамид 66), полигексаметиленсебацинамид (полиамид 610), полигексаметилендодекандиамид (полиамид 612), полиундеканамид (полиамид 11) и полидодекаамид (полиамид 12), содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, при этом композиционный полимерный антифрикционный материал содержит 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 с количеством слоев от 2 до 70, при этом внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 2,58 до 11,5 масс. %, при следующем количественном содержании компонентов, масс. %:

углеродное волокно или смесь

углеродного волокна со стекловолокном 9,7-42,4, углеродные нанотрубки 0,02-2,00, полиамид 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 резаного жгута или в виде резаной нити, а стекловолокно используют в виде резаной нити, при этом длина резанных жгута или нити углеродного волокна и стекловолокна выбрана от 1 мм до 60 мм. При этом прокладка для подпятникового места выполнена с наружным диаметром от 300 до 400 мм, с диаметром отверстия от 95 до 97 мм и толщиной от 5 до 7 мм.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенную прокладку для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, отличительными являются:

- выполнение прокладки для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, выбранного из группы поликапроамид (полиамид 6), полигексамителенадинамид (полиамид 66), полигексаметиленсебацинамид (полиамид 610), полигексаметилендодекандиамид (полиамид 612), полиундеканамид (полиамид 11) и полидодекаамид (полиамид 12), содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном,

- дополнительное содержание в композиционном полимерном антифрикционном материале хаотично расположенных углеродных нанотрубок в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с количеством слоев от 2 до 70, при этом внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм,

- выбор содержания стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала от 2,58 до 11,5 масс. %,

- выбор количественного содержания компонентов композиционного полимерного антифрикционного материала, масс. %:

углеродное волокно или смесь

углеродного волокна со стекловолокном 9,7-42,4, углеродные нанотрубки 0,02-2,00, полиамид остальное до 100%,

- использование в качестве полиамида основы композиционного полимерного антифрикционного материала литьевых полиамидов.

- использование в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя при изготовлении прокладки для подпятникового места надрессорной балки из композиционного полимерного антифрикционного материала углеродного волокна, полученного из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна,

- использование углеродного волокна композиционного полимерного антифрикционного материала в виде резаного жгута или в виде резаной нити,

- использование стекловолокна композиционного полимерного антифрикционного материала в виде резаной нити,

- использование резаных жгута или нити углеродного волокна и резанной нити стекловолокна длиной от 1 мм до 60 мм.

- выполнение прокладки с наружным диаметром от 300 до 400 мм, с диаметром отверстия от 95 до 97 мм и толщиной от 5 до 7 мм.

Экспериментальные и практические испытания предложенной прокладки для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро, изготовленных из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида показали ее высокую эффективность. Было установлено, что предложенная прокладка для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида обладает практически неограниченным сроком штатной безремонтной эксплуатации подвижного состава, практическим отсутствием эксплуатационной приработки пары трения при интервале эксплуатационных температур от минус 60°С до плюс 80°С. При этом достигнуто повышение разрушающего напряжения при растяжении до 180-210 МПа, достигнуто повышение разрушающего напряжения при сжатии до 194-218 МПа, достигнуто повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза до 70-74 кДж/м², обеспечено сохранение коэффициента трения при трении по материалу контр-тела из стали 40Х на уровне 0,09-013, достигнуто снижение интенсивности линейного изнашивания при трении по материалу контр-тела из стали 40Х с твердостью 32-38 HRC без смазки до 1×10^-7-7×10^-8 мкм/км, а также достигнуто повышение модуля упругости при изгибе до 4,85-5,08 ГПа.

В таблице 1 представлены составы предложенных прокладок для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро, изготовленных из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, а в таблице 2 показаны их штатные прочностные характеристики и характеристики трения.

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 прокладок для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро, изготовленных из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида проводились на машине трения УМТ 2168.

Технология изготовления изделий из предложенного композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида с рабочими поверхностями скольжения не требует для своего использования специфического технологического оборудования.

Предложенная прокладка для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро, изготовленная из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида проста в понимании и не требует для своей иллюстрации предоставления чертежа.

Сокращения:

- масс. %. - массовые проценты,

- УВ(ВГВ) - углеродное волокно из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна,

- УВ(ПАН) - углеродное волокно из полиакрилонитрильного волокна,

- СВ - стекловолокно,

- УНТ - углеродные нанотрубки,

- полиамид 6 - поликапроамид,

- полиамид 66 - полигексамителенадинамид,

- полиамид 610 - полигексаметиленсебацинамид,

- полиамид 612 - полигексаметилендодекандиамид,

- полиамид 11 - полиундеканамид,

- полиамид 12 - полидодекаамид.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к прокладкам для подпятникового места надрессорной балки. Прокладку выполняют из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида в виде круглой пластины с центральным отверстием для шкворня. Полиамид выбирают из группы поликапроамид, полигексамителенадинамид, полигексаметиленсебацинамид, полигексаметилендодекандиамид, полиундеканамид и полидодекаамид. В качестве волокнистого наполнителя материал содержит углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном. Композиционный материал также содержит 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 с количеством слоев от 2 до 70. Внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм. Содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 2,58 до 11,5 масс. %. Количественное содержание компонентов, масс. %: углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном: 9,7-42,4, углеродные нанотрубки: 0,02-2,00, полиамид: остальное до 100%. Повышается разрушающее напряжение при растяжении и сжатии прокладки. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Прокладка для подпятникового места надрессорной балки тележки грузового и пассажирского вагона и вагона метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, характеризующаяся тем, что выполнена в виде круглой пластины с центральным отверстием для установки шкворня в надрессорную балку из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, выбранного из группы поликапроамид, полигексамителенадинамид, полигексаметиленсебацинамид, полигексаметилендодекандиамид, полиундеканамид и полидодекаамид, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, при этом композиционный полимерный антифрикционный материал содержит 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 с количеством слоев от 2 до 70, при этом внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 2,58 до 11,5 масс. %, при следующем количественном содержании компонентов, масс. %:

углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном 9,7-42,4 углеродные нанотрубки 0,02-2,00 полиамид остальное до 100%

2. Прокладка для подпятникового места 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. Прокладка для подпятникового места по п. 1, характеризующаяся тем, что углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде резаного жгута или в виде резаной нити, а стекловолокно используют в виде резаной нити, при этом длина резаных жгута или нити углеродного волокна и стекловолокна выбрана от 1 до 60 мм.

4. Прокладка для подпятникового места по п. 1, характеризующаяся тем, что выполнена с наружным диаметром от 300 до 400 мм, с диаметром отверстия от 95 до 97 мм и толщиной от 5 до 7 мм.