Опорное кольцо поглощающего аппарата
ABSORBER SUPPORT RING

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к опорному кольцу поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, используемому в составе поглощающего аппарата автосцепок железнодорожных средств рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.
Известно опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала, характеризующееся тем, что оно выполнено из композиционного полимерного антифрикционного материала, 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 мас. %, в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна, (см. патент РФ №2581889, МПК B61G 9/20, 20.04.2016).
Однако известное опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта при своем использовании в изделиях в составе поглощающего аппарата автосцепок железнодорожных средств рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена имеет следующие недостатки:
- в недостаточной степени защищает конструкцию вагонов от воздействия знакопеременных нагрузок на поверхности трения прискорости соударения вагонов 12-14 км/ч,
- не обеспечивает в процессе эксплуатации заданную штатную работоспособность поглощающего аппарата,
- недостаточное разрушающее напряжение при сжатии (160-175 МПа),
2
- недостаточной ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза (45-55 кДж/м),
- 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.
Задачей изобретения является разработка опорного кольца поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона.
Техническим результатом является повышение степени защиты конструкции вагонов от воздействия знакопеременных нагрузок на поверхности трения опорное кольцо - корпус поглощающего аппарата, обеспечение в процессе эксплуатации повышенной работоспособности поглощающего аппарата, обеспечение надежной защиты от действия продольных сил и ускорений вагонов с грузами высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам при скорости соударения вагонов 12-14 км/ч. Кроме того, техническим результатом является сохранение разрушающего напряжение при изгибе, повышение разрушающего напряжения при сжатии, повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза, повышение срок службы в паре трения по стали 40Х, сохранение коэффициента трения в паре трения по стали 40Х с твердостью 32-38 HRC без смазки и стабильности коэффициента трения, а также сохранение износа.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложено опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, характеризующееся тем, что оно выполнено из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, выбранного из группы полиэфиркетон, или полиэфирэфиркетон, или полиэфиркетонкетон, или полиэфирэфиркетонкетон, или полиэфиркетонэфиркетонкетон, 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 мас. %, при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:
углеродное волокно или смесь
углеродного волокна со стекловолокном
9,7-42,4
углеродные нанотрубки
0,02-2,00
пполиариленэфиркетон
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 резаных жгута или нити углеродного волокна и стекловолокна выбрана от 1 мм до 60 мм. При этом опорное кольцо выполнено с наружным диаметром 180-220 мм, с внутренним диаметром 170-210 мм и толщиной 30-70 мм.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенное опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, отличительными являются:
- выполнение опорного кольца из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, выбранного из группы полиэфиркетон, или полиэфирэфиркетон, или полиэфиркетонкетон, или полиэфирэфиркетонкетон, или полиэфиркетонэфиркетонкетон,
- выбор следующего количественного содержания компонентов, мас. %:
углеродное волокно или смесь
углеродного волокна со стекловолокном
9,7-42,4
углеродные нанотрубки
0,02-2,00
полиамид
остальное до 100%,
- использование углеродного волокна композиционного полимерного антифрикционного материала в виде резаного жгута или в виде резаной нити, а также использование стекловолокна в виде резаной нити,
- выбор длины резаного жгута или резаной нити углеродного волокна и резаной нити стекловолокна от 1 мм до 60 мм.
- выполнение опорного кольца с наружным диаметром 180-220 мм, с внутренним диаметром 170-210 мм и толщиной 30-70 мм.
2
-7
-8
Экспериментальные и практические испытания предложенных опорных колец поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро, изготовленных из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, в составе поглощающего аппарата АПЭ-95-УВЗ показали их высокую эффективность. Было установлено, что предложенные опорные кольца поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро, изготовленные из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона обеспечили повышение степени защиты конструкции вагонов от воздействия знакопеременных нагрузок на поверхности трения опорное кольцо - корпус поглощающего аппарата, обеспечили в процессе эксплуатации повышенную на 17-21% работоспособность поглощающего аппарата, обеспечили надежную защиту от действия продольных сил и ускорений вагонов с грузами высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам при скорости соударения вагонов 12-14 км/ч. Кроме того, обеспечено сохранение разрушающего напряжение при изгибе на уровне 177-200 МПа, обеспечено повышение разрушающего напряжения при сжатии до 194-218 МПа, обеспечено повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза до 70-74 кДж/м, обеспечено повышение на 17-21% срока службы в паре трения по стали 40Х, сохранение коэффициента трения в паре трения по стали 40Х с твердостью 32-38 HRC без смазки на уровне 0,11-0,13 и стабильности коэффициента трения на уровне 0,89-0,92, а также сохранение износа на уровне 1×10 - 7×10 мкм/км. при интервале эксплуатационных температур от минус 60°С до плюс 80°С.
В таблице 1 представлены составы предложенного опорного кольца поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона, использованных для изготовления опорных колец, а в таблице 2 показаны их штатные механические 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 втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта проводились на машине трения УМТ2168.
Технология изготовления изделий из предложенного композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиариленэфиркетона с рабочими поверхностями скольжения не требует для своего использования специфического технологического оборудования и включает в себя литье под давлением в литьевой машине изделий заданных геометрических форм.
Предложенное опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро просто в понимании и не требует для своей иллюстрации предоставления чертежа.