УСТРОЙСТВО АКТИВАЦИИ ТРЕНИЯ И АКТИВАТОР ПОВЫШЕННОГО ТРЕНИЯ
FRICTION ACTIVATION DEVICE AND INCREASED FRICTION ACTIVATOR

Изобретение относится к рельсовому транспорту и касается технических устройств, реализующих методы предупреждения буксования.
В эксплуатационных условиях в связи с различным состоянием контактных поверхностей колес и рельсов вследствие изменения влажности, температуры, состава поверхностных загрязнений, наличия смазки, воды, снега и льда в зоне их фрикционного контакта наблюдается разброс значений коэффициента сцепления в пределах 0,1-0,6 [1].
На железных дорогах России абсолютное распространение получила система повышения коэффициента сцепления путем ввода песка в контакт колеса с рельсом. Из-за низкой стоимости и экологической безопасности песок является основным материалом, применяемым для повышения трения в контакте колеса и рельса. Но при этом он сильно засоряет балласт, имеет отрицательную фрикционную характеристику.
Одним из современных способов регулирования трения и сцепления в системе колесо-рельс является модификация их контактных поверхностей с использованием специальных материалов, активизирующих процесс сцепления за счет изменения характеристик трения (повышение и стабилизация коэффициента трения) и устройств обеспечивающих подачу этих материалов в зону контакта колеса с рельсом.
Известен способ повышения сцепления колес локомотива с рельсами, состоящий в том, что под крайние колесные пары каждой тележки независимо от фрикционного состояния рельсов подают кварцевый песок 400-1500 г/мин [2], а также способ повышения сцепления колеса локомотива, состоящий в том, что преимущественно под первую по ходу движения колесную пару в зависимости от относительной влажности воздуха подают кварцевый песок [3].
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются следующие признаки: подача в зону контакта колеса с рельсом активирующего сцепление вещества.
Получению требуемого технического результата препятствуют ограниченные возможности устройства подачи, не позволяющие использовать в качестве активатора трения отличное от песка вещество.
Известно устройство для стабилизации процесса сцепления колес локомотивов с рельсами [4]. Изобретение касается обеспечения предотвращения проскальзывания колеса между локомотивными колесами и рельсами.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются следующие признаки: использование в качестве средства предотвращения проскальзывания колеса между локомотивными колесами и рельсами твердого элемента в виде брикета.
Получению требуемого технического результата препятствуют ограниченные возможности устройства приводного механизма, который не позволяет управлять процессом прижатия твердого элемента к поверхности катания колеса.
Известно изобретение «Модификатор трения и система управления приводом его подачи» [5]. Изобретение относится к системам модифицирования поверхностей трения. Ротапринтно-контактный способ модифицирования тяговых поверхностей колеса и рельса заключается в том, что брикет модификатора трения установлен в корпусе с возможностью совершения поступательного перемещения в сторону модифицируемой поверхности трения. Брикет модификатора трения прижимают по сигналу, поступающему от подсистемы прогнозирования начала срыва сцепления (боксования), работающей на основе анализа корреляционной связи между активным и реактивным моментами в силовом приводе локомотива, а также анализа амплитудно-фазово-частотной характеристики (АФЧХ) фрикционного контакта и частот собственных колебаний.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются следующие признаки: использование в качестве средства предотвращения проскальзывания колеса между локомотивными колесами и рельсами твердого активатора трения. Управление процессом прижатия активатора трения.
Получению требуемого технического результата препятствуют ограниченные возможности устройства приводного механизма, который не обеспечивает возможность управления процессом отжатия брикета активатора трения к поверхности катания колеса. В процессе работы обеспечивается постоянное скольжение брикета активатора трения с колесом, что снижает ресурс его выработки. Физико механические свойства брикета активатора трения не позволяют обеспечить требуемый ресурс его работы в условиях полигонного движения локомотивов с плечами оборотов значительной протяженности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности технических средств предотвращения боксования колес локомотивов на основе применения устройства активации трения, обеспечивающего нанесение твердого активатора повышенного трения на поверхность колеса локомотива.
Эффективность использования заявляемого устройства активации трения колесных пар локомотивов заключается, в управляемой подачи твердого активатора повышенного трения, с возможностью его прижатия к поверхности катания колеса с регулируемым усилием и полного отжатия от поверхности катания колеса. При этом устройство активации трения выполнено в виде механизма подачи с пневматическим управляемым приводом подачи активатора повышенного трения. Активатор повышенного трения выполнен в виде составного пористого элемента, каркас которого изготовлен из литейного алюминиевого сплава, полости которого заполнены активирующим трение веществом, представляющим собой композицию на основе полиэфирной смолы, наполненной специальной добавкой в виде порошка оксида алюминия. Составной характер элемента активатора повышенного трения обеспечивает необходимый ресурс его выработки, за счет стойкости к износу каркаса элемента, а необходимый уровень трения в зоне поверхности катания колеса с рельсом достигается за счет нанесения на поверхность катания колеса композиции веществ активирующих трение, а также вследствие свойств элемента активатора повышенного трения способствующих очистке поверхности катания колеса от загрязнений. При этом, принятое соотношение площади контактирования каркаса элемента активатора повышенного трения с поверхностью колеса обеспечивает максимальные значения ресурса выработки элемента активатора повышенного трения при необходимых значениях коэффициента трения в контакте колеса с рельсом.
Технический результат, получаемый при реализации данного изобретения, выражается в обеспечении максимального ресурса выработки элемента активатора повышенного трения при реализации управляемого процесса его нанесения на поверхность катания колесных пар локомотивов и обеспечении необходимых коэффициентов трения в зоне контакта колеса с рельсом.
Для достижения вышеуказанного технического результата, устройство активации трения выполняется в виде управляемого пневматического привода подачи твердого активатора трения на поверхность колеса локомотива с возможностью его прижатия и отжатия от поверхности катания колеса, работа привода синхронизирована с работой электронных систем безопасности и управления локомотивом. При этом активатор повышенного трения выполнен в виде составного пористого элемента, каркас которого выполнен из литейного алюминиевого сплава, полости которого заполнены активирующим трение веществом, представляющим собой композицию на основе полиэфирной смолы, наполненной специальной добавкой в виде порошка оксида алюминия. При этом композиция, которой заполняются полости элемента активатора трения представляет собой полиэфирную смолу, наполненную порошком оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Оксид алюминия 50-70
Полиэфирная смола до 100.
От наиболее близкого аналога предлагаемое изобретение отличается устройством активации трения, обеспечивающим возможность прижатия и отжатия элемента активатора трения от поверхности катания колеса, работа которого синхронизирована с работой электронных систем безопасности и управления локомотивом. При этом активатор трения выполнен в виде составного пористого элемента, каркас которого выполнен из литейного алюминиевого сплава, а полости которого заполнены активирующим трение веществом. При этом полости элемента активатора повышенного трения равномерно распределены по поверхности торца элемента активатора повышенного трения, направленного в сторону поверхности катания колеса, а соотношение площади приходящейся на полости элемента активатора повышенного трения ко всей площади торца элемента активатора повышенного трения находится в диапазоне от 30 до 50%.
Заявленное изобретение поясняется графически
На фигуре 1 представлено устройство активации трения, которое представляет собой сборную конструкцию, состоящую из корпуса прямоугольного сечения (поз. 1) соединенный при помощи болтового крепления к нему кронштейном (поз. 2). Внутри корпуса расположен фланец крепления элемента активатора повышенного трения (поз. 4), закрепленного на конце направляющего штока пневматического цилиндра (поз. 3), обеспечивающего прижатие и отжатие элемента активатора повышенного трения к поверхности катания колеса локомотива.
Элемент активатора повышенного трения представлен на фигуре 2. Представляет собой составной элемент с литым корпусом специальной формы (поз. 1), из литейного алюминиевого сплава, выполненный с полостями, заполненными активирующим трение веществом (поз. 2), представляющим собой композицию на основе полиэфирной смолы наполненной специальной добавкой в виде порошка оксида алюминия.
Для оценки эффективности заявляемого устройства активации трения проводились испытания по следующей методике. На фигуре 3 представлен специальная стендовая установка (поз. 1), где моделировались условия нанесения элемента активатора трения на поверхность катания локомотивного колеса (поз. 2) при температуре +25°С. Испытуемые образцы - натуральные элементы активатора трения (поз. 3), каркас которых был изготовлен из литейного алюминиевого сплава, а поры залиты активирующей трение композицией. Варьировалось значение соотношение поверхности каркаса и полостей элемента активатора трения к общему торцу элемента активатора повышенного трения.
Испытания проводились на режимах, соответствующих реальным при скольжении активатора по рельсу с нормативным прижатием к поверхности катания колеса в 100Н с постоянной скорости вращения колеса 400 об/мин. В процессе испытаний при комнатной температуре эти факторы оставались постоянными. В ходе испытаний фиксировался линейного износ элемента активатора трения (характеристика стойкости к истиранию) и момента трения. Определялся средние коэффициент трения (характеристика фрикционных свойств). Разброс данных получен по результатам трехкратного повторения опытов. Время каждого испытания 30 мин.
Результаты испытаний представлены в табл. 1.
В результате испытаний установлено, что варианты №2 и №3 заявляемого элемента активатора трения имеет лучшие сочетания характеристик значений коэффициента трения и износа элемента активатора трения.
Список источников:
1. Исаев И.П. Случайные факторы и коэффициенты сцепления. - М.: Транспорт, 1970, 184 с.
2. Каменев Н.Н. Эффективное использование песка для тяги поездов. М.: "Транспорт", 1968.
3. Авторское свидетельство СССР №592645, кл. В61С 15/10, 1976.
4. Патент США US 2664679.
5. Патент РФ №2293677 МПК B61K 3/02, 28.03.2005. МОДИФИКАТОР ТРЕНИЯ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ЕГО ПОДАЧИ.