СМАЗОЧНЫЙ СТЕРЖЕНЬ
LUBRICATING ROD

Изобретение относится к смазочным материалам и может быть использовано для смазывания тяжелонагруженных узлов трения различных механизмов, которые смазываются ротапринтным контактным способом, в частности при лубрикации фрикционного контакта «гребень железнодорожного колеса - боковая грань головки рельса».
Из уровня техники известен смазочный стержень МЭ-22 ТУ32ЦТ 558-74, представляющий собой спрессованную смазку дисульфидмолибдена. Недостатком стержня является постоянство расхода смазки вне зависимости от состояния смазываемой поверхности и, как следствие, повышенный расход смазочного материала.
Известен смазочный стержень (авт. св. СССР N 1323444, кл. B61K 3/00, опубл. 1987), содержащий выполненную из одних компонентов смазки оболочку, заполненную другими компонентами смазки, оболочка выполнена из плакирующих металлов. Недостатками смазочного стержня являются затрудненное истирание оболочки смазочного стержня при малых усилиях прижатия стержня, что делает невозможным его использование в бесприводных системах гребнесмазывания типа ГРС 20.05 (ТУ 3183-002-01116006-2005).
Из уровня техники известен смазочный стержень, принятый в качестве ближайшего аналога (патент РФ 2197677, 27.01.2003), состоящий из оболочки, заполненной смазочным материалом и выполненной из материала, способного изнашиваться при трении по несмазанной поверхности и минимально изнашиваться при трении по смазанной поверхности. При этом материалом может быть полиэтилен, капрон, поливинилхлорид, политетрофторэтален или целлюлоза.
Недостатком данного смазочного стержня является неравномерный износ кромок стаканообразного элемента и зависимость расходования твердой смазки от температуры окружающей среды. При отрицательных температурах расходование смазки недостаточное для эффективного смазывания, а летом при высоких температурах среды расходование смазки избыточное, что обусловлено термопластичными свойствами оболочки смазочного стержня.
Техническим результатом изобретения является совершенствование механизма рациональной подачи смазки в зону трения «колесо-рельс» за счет выполнения оболочки смазочного стержня с расчетной толщиной стенок из слоистого материала, истирание которого слабо зависит от температуры окружающей среды, а также за счет повышения ресурсных характеристик смазочного материала, наполняющего оболочку стержня, путем оптимизации его состава. Это позволит оптимизировать расход смазочного стержня и обеспечить минимальные потери на трение в контакте «колесо-рельс» с уменьшением интенсивности изнашивания гребней колесных пар железнодорожного подвижного состава и боковых поверхностей рельсов железнодорожного пути.
Указанный технический результат достигается тем, что смазочный стержень, состоящий из оболочки, заполненной смазочным материалом, согласно изобретению содержит оболочку, выполненную из слоистого материала, например древесного пластика, или графита, или пропитанной жидким стеклом бумаги (ткани), или полиэтилена, подвергнутого искусственной деструкции, которая способна равномерно, послойно и нормировано истираться вне зависимости от температуры окружающей среды, содержит смазочный материал, состоящий из смазочной композиции с присадками, отличающийся тем, что дополнительно содержит пеностекло, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум
5-80
Графит
5-80
Полиэтилен
5-10
Дисульфид молибдена
5-10
Пеностекло
5-10
Изобретение поясняется чертежом. Смазочный стержень состоит из цилиндрической оболочки 1, выполненной по одному из вариантов из древесного пластика, и сердцевины 2, выполненной по одному из вариантов из смазочной композиции с добавкой пеностекла (чертеж). Нанесение смазочного стержня на гребень колеса производится посредством фрикционного натирания с последующим переносом на боковую грань головки рельса.
Расчетная толщина цилиндрической оболочки определена из условия минимальной толщины при сохранении геометрической формы смазочного стержня. Скорость изнашивания оболочки определяет скорость изнашивания стержня в целом.
Отличие смазочного стержня от прототипа заключается в слоистой структуре оболочки, минимизации толщины оболочки за счет использования в качестве оболочки пропитанной силикатным клеем бумаги (ткани) и более высоких показателях триботехнических свойств смазочного материала сердцевины.
Оболочку смазочного стержня по одному из вариантов формируют путем пропитки жидким стеклом (например, жидкое стекло по ГОСТ 13078-81) бумаги или пористой ткани с последующим приданием цилиндрической формы на формообразующей оправке. Введение в состав оболочки стержня силикатного материала позволяет при истирании оболочки о поверхность трения формировать на ней силикатные износостойкие граничные слои с улучшенными трибохарактеристиками.
Оболочку смазочного стержня по вариантам с другими заявляемыми материалами формируют путем использования готовых цилиндрических изделий расчетной длины и толщины стенки, например в виде втулок графита, или древесного пластика, или кусков полиэтиленовой трубы, подвергнутой деструкции. Смазочный стержень получают, заполняя предварительно разогретым смазочным материалом полость оболочки, до полного наполнения, с последующим охлаждением до комнатной температуры.
В случае, когда состав смазочной композиции имеет предельные значения графита (80%) и минимальные значения битума (5%), заявляемый смазочный стержень получают следующим образом. Предварительно перемешанные до равномерного распределения компонентов порошки графита, полиэтилена, дисульфида молибдена и пеностекла засыпают в специальную форму и заливают разогретым до жидкого стояния битумом. Полученная после остывания смазочная композиция под давлением подается внутрь оболочки смазочного стержня до полного его заполнения.
Заявляемый смазочный материал сердцевины стержня готовят, добавляя в разогретый битум (например, битум ГОСТ 6617-76), графит (например, графит С - 1 ТУ 13-08-48-63-9), антифрикционную присадку (например, полиэтилен ТУ 2211-06-05796653-98), противозадирную присадку (например, дисульфид молибдена ГОСТ 16539-79), модифицирующую присадку (например, пеностекло марки «Неопорм» ТУ 5914-001-431893 50-2004 или его зарубежных аналогов «FOAMGLAS» в виде порошка).
Полученную смазочную композицию перемешивают в течение 20-25 минут до равномерного распределения компонентов и приобретения смазкой равномерной окраски.
Введение в состав смазочного материала графита позволяет обеспечить необходимые антифрикционные свойства.
Введение в состав смазочного материала полиэтилена позволяет обеспечить стабильную вязкостно-температурную характеристику.
Введение в состав смазочного материала дисульфида молибдена позволяет усилить противозадирные свойства.
Введение в состав смазочного материала порошка пеностекла позволяет модифицировать контактные поверхности с образованием граничных слоев силикатов железа с улучшенными трибохарактеристиками.
Для оценки эффективности заявляемого решения испытания проводились в режиме гребнерельсосмазывания (ГРС) и в режиме гребнесмазывания (ГС).
Нормативные значения расхода смазочных стержней, обеспечивающие эффективное смазывание в эксплуатации контакта «колесо-рельс», принимались в соответствии с ТУ 0254-001-01116006-2006 на смазочные стержни РАПС (прототип заявляемого решения):
- в режиме ГРС - 30…80 граммов на 1 км смазываемого участка пути (соответствующий ресурс стержня при массе 150 граммов - 2…5 км);
- в режиме ГС - 0,04…0,05 граммов на 1 км пробега локомотива для систем ГРС бесприводного типа (соответствующий ресурс стержня при массе 70 граммов -1400…1750 км).
Испытания проводились по следующей схеме. Вначале исследовался механизм процесса истирания оболочки с установлением расхода смазочного стержня в зависимости от температуры среды и сопоставлением с нормативными значениями расхода для двух режимом лубрикации ГРС и ГС с определением ресурса смазочного стержня. Затем проверялись триботехнические свойства смазочного материала, составляющего сердцевину стержня, в сравнении с прототипом.
Процесс истирания оболочки заявляемого стержня исследовался на специальном стенде, выполненном на базе токарного станка. Специальный диск диаметром 500 мм, моделирующий колесо локомотива, устанавливался в патроне станка. При постоянной скорости вращения 600 об/мин, соответствующей скорости движения локомотива 56 км/ч, к торцевой поверхности диска прижимался смазочный стержень диаметром 20 мм и длиной 400 мм, весом 150 граммов. Стержень располагался вертикально и прижимался к поверхности диска под действием собственного веса (режим ГС) и нормированного веса 2 кг (режим ГРС). После чего производилось истирание смазочного стержня о вращающийся диск. При испытаниях в режиме ГРС натираемый на диск смазочный материал счищался специальным скребком, постоянно поджатым к торцевой поверхности диска, что позволяло моделировать процесс нанесения смазочного материала на боковую грань головки рельса в кривом участке пути. В ходе испытаний производились замеры длины смазочного стержня по истечении контрольного времени испытаний при помощи штангенциркуля и определялся износ стержня в зависимости от условно пройденного пути при различной температуре, а также ресурс стержня.
При оценке стойкости к истиранию смазочного слоя, формируемого стержнем контактных поверхностей колеса и рельса, использовалась установка для испытания материалов на трение и износ - 2070 СМТ-1. Данный показатель характеризует способность смазочного материала, составляющего сердцевину смазочного стержня, обеспечивать условия смазанного контакта в реальных условиях эксплуатации при движении в кривом участке пути, при отсутствии подпитки смазочного материала после его разового нанесения.
При испытаниях использовались образцы - цилиндрические ролики. Радиус верхнего и нижнего ролика - 20 мм, ширина- 4 мм. Материал верхнего ролика - сталь 60Г, нижнего ролика - сталь 70Г.
Испытания проводятся в условиях, моделирующих взаимодействие гребня колеса с головкой рельса в режиме трения качения с продольным проскальзыванием. Для проведения испытаний из стержня вырезается образец длиной 3 см. Затем взятый из сердцевины образца смазочный материал разово наносился натиранием на вращающийся верхний роликовый цилиндрический образец, моделирующий гребень колеса. При проведении испытаний задаются следующие нагрузочные и скоростные параметры:
- скорость качения нижнего образца - 600 об/мин;
- продольное проскальзывание - 10%;
- нормальная нагрузка - 2000 Н.
В процессе испытания проводилась запись момента силы трения, определялся коэффициент трения и регистрировалось число оборотов роликовых образцов. Момент полного истирания смазочного слоя в каждом эксперименте фиксировался по наступлению таких значений коэффициента трения, которые соответствуют сухому контактированию образцов (0,26…0,33), что сопровождается появлением первых продуктов износа. Стойкость смазочного материала к истиранию определялась по числу (циклов) оборотов роликовых образцов, зарегистрированных счетчиком числа оборотов от начала эксперимента до наступления момента полного истирания смазочного слоя (потери смазочного действия) с последующим пересчетом в условно пройденные км пути. Расчетное значение стойкости к истиранию определяется как среднеарифметическое значение результатов трех и более экспериментов. В итоговую таблицу заносились данные стойкости к истиранию, пересчитанные на пробег локомотива.
Результаты опытов представлены в табл.1 и табл.2. В результате испытаний установлено, что заявляемый смазочный стержень имеет лучшие характеристики, чем прототип, при работе в режиме ГС и ГРС.
Таблица 1
Испытания в режиме гребнесмазывания (ГС)
№ п/п
Смазочный стержень
Состав смазочного стержня
Результаты испытаний
Износ (расход) смазочного стержня гр/км
Стойкость смазочного материала к истиранию, км
Материал оболочки
Состав сердцевины, мас.%
Температура среды, °С
битум (5-80)
графит (5-80)
полиэтилен (5-10)
дисульфид молибдена (5-10)
пеностекло (5-10)
40°С
-5°С
40°С
-5°С
Нормативное значение расхода смазочного стержня в режиме ГС, гр/км пути
0,04…0,05
-
-
1
прототип
полиэтилен ПНД
80
15
5
-
-
0,1
0,02
5
8
2
1 заявляемый вариант
Древесный пластик
80
5
5
5
5
0,055
0,05
6
8
5
80
5
5
5
0,06
0,06
7
9
25
60
5
5
5
0,06
0,06
8
10
40
30
10
10
10
0,05
0,05
8
12
2
1 заявляемый вариант
Подвергнутый деструкции полиэтилен ПВД
80
5
5
5
5
0,07
0,04
6
8
5
80
5
5
5
0,05
0,03
7
9
25
60
5
5
5
0,05
0,04
8
10
40
30
10
10
10
0,05
0,04
8
12
Таблица 2
Испытания в режиме гребнесмазывания (ГРС)
№ п/п
Смазочный стержень
Состав смазочного стержня
Результаты испытаний
Износ (расход) смазочного стержня гр/км
Стойкость смазочного материала к истиранию, км
Материал оболочки
Состав сердцевины, мас.%
Температура среды, °С
Битум (5-80)
графит (5-80)
Полиэтилен (5-10)
дисульфид молибдена (5-10)
пеностекло (5-10)
40°С
-5°С
40°С
-5°С
Нормативное значение расхода смазочного стержня в режиме ГС, гр/км пути
30…80
-
-
1
прототип
полиэтилен ПНД
80
15
5
100
20
5
8
2
1 заявляемый вариант
Древесный пластик
80
5
5
5
5
50
40
6
8
5
80
5
5
5
30
25
7
9
25
60
5
5
5
35
30
8
10
40
30
10
10
10
40
40
8
12
2
1 заявляемый вариант
Подвергнутый деструкции полиэтилен ПВД
80
5
5
5
5
80
50
6
8
5
80
5
5
5
70
45
7
9
25
60
5
5
5
65
50
8
10
40
30
10
10
10
70
60
8
12