ФРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФРИКЦИОННОЙ МУФТЫ СТРЕЛОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к тормозным и фрикционных устройствам, в частности к фрикционным муфтам с металлокерамическими фрикционными элементами, стрелочных электроприводов железнодорожных стрелочных переводов.
Уровень техники известен из патента RU №2220026, МПК B22F 3/16 «Способ изготовления фрикционных изделий», в котором фрикционный элемент для фрикционной муфты стрелочного электропривода выполнен из износостойкого металлокерамического фрикционного самосмазывающегося материала в форме призмы высотой 6,0-9,0 мм с основанием в виде равностороннего треугольника с закругленными углами, содержащего, мас. доли: меди - 1-3%, окись кремния - 2-5,0%, графита - 2-5%, никель - 0,05%, остальное - железо, имеющий пористость 28-30% и твердость по Бринеллю НВ 380 МПа. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что не определены и не оптимизированы износостойкие свойства фрикционного элемента, отвечающие, в полной мере, требованиям, которыми должны удовлетворять фрикционные элементы фрикционных муфт стрелочных электроприводов. Так фрикционные элементы не оптимизированы по геометрическим размерам, форме контактного элемента, по материалу, его структуре и физико-механическим свойствам. Завышенная высота фрикционных элементов и не оптимизированная форма контактной поверхности, влияют на показатель параметра скольжения (pv), что приводит к возникновению вибраций в муфте, при этом резко изменяется коэффициент трения и снижается усилие перевода остряков стрелочного электропривода. Низкие показатели физико-механических свойств по твердости и пористости обуславливают не высокую износостойкость фрикционных элементов, а главное, отсутствует стабильность фрикционных свойств во время фрикции при различных температурах эксплуатации.
Задача предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности работы стрелочного электропривода и безопасности движения подвижного состава, железных дорог.
При решении поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении износостойкости фрикционных элементов и повышение стабильности коэффициента трения при изменении условий нагружения.
3
Технический результат достигается фрикционным элементом для фрикционной муфты стрелочного электропривода, выполненным в форме призмы высотой 4,8 мм с основанием в виде равностороннего треугольника с закругленными углами, образованного тремя дугами радиусом 5 мм, проведенными из вершин равностороннего треугольника со стороной 2,31 мм и высотой 2,0 мм, и касательным к этим дугам, из пропитанного авиационным гидравлическим маслом металлокерамического фрикционного самосмазывающегося материала, имеющего открытую пористость 15-20%, твердость по Бринеллю НВ не менее 600 МПа, плотность 5,45-5,85 г/см, относительную осадку не менее 12%, и масловпитываемость 1-4%, и который содержит медь, барит, окись кремния, графит и железо при следующем содержании компонентов, мас.%:
Медь
10,5-17,5
Барит
2,0-5,2
Окись кремния
2-5,0
Графит
2-5
Железо
Остальное
Кроме этого металлокерамический фрикционный самосмазывающийся материал пропитан авиационным гидравлическим маслом марки АМГ-10 ГОСТ 6794 или ВМГЗ ТУ 38.101479 в вакууме с абсолютным давлением не более 1000 Па (75 мм. рт.ст.), металлокерамический материал имеет крупнозернистую структуру с размером зерна 10-180 мкм, не менее 70% которых находится в пределах 25-75 мкм, состоит из зернистого перлита с включениями до 20% пластинчатого перлита и феррита, имеет межзеренную и внутизеренную пористость, по границам зерен распределены включения графита, окиси кремния, сульфидов, меди и цементита в виде разорванной сетки, причем медь распределена как по границе зерен, так и внутри зерен.
3
Выполнение контактной поверхности в виде равностороннего треугольника с закругленными углами дугами радиусом 5 мм, проведенными из вершин равностороннего треугольника и касательными к дугам, при этом сторона треугольника ровна 2,31 мм, а высота 2,0 мм, и высоте призмы ровна 4,8 мм позволили оптимизировать фрикционный элемент по допустимому удельному давлению [p], определяющего износостойкость фрикционных элементов и по произведению удельного давления на скорость скольжения [pv], характеризующего нагрев контактной поверхности; где p - удельное давление, МПа; v - скорость скольжения, м/с. Значения [p] и [pv] так же зависят от материала фрикционного элемента. Учитывая важность фрикционного узла, обеспечивающего безопасность работы стрелочного электропривода, при разработке фрикционных элементов, допустимые значении указанных параметров принимались из условия не ниже [р]=10МПа, и [pv]=10МПа м/с. Такие параметры материала позволили компенсировать различный нагрев температуры фрикционного элемента по площади контактного элемента при различной скорости скольжения на отдельных контактных участках, что позволило повысить стабильность коэффициента трения. Металлокерамический материал содержит повышенное содержание меди - 14,5-15,5%, и барита - 3,0-3,2%, имеет пониженную открытую пористость 15-20%, повышенную твердость по Бринеллю НВ не менее 600 МПа и плотность 5,45-5,85 г/см, относительную осадку 12%, и масловпитываемость 1-4%, что делает фрикционный элемент более прочным и износостойким. Исполнение элемента более компактным по площади и более жестким по высоте, при наличии в составе материала повышенного содержания меди значительно повысили параметр pv, что позволило добиться устойчивой работы фрикционной муфты, при отсутствии вибраций и высокой стабильности фрикционных свойств при изменении удельного давления на фрикционный элемент.
Механические испытания проводили на специальном стенде с электроприводом СП-6. Фрикционная муфта оснащалась фрикционными элементами, двух вариантов, один по варианту прототипа и второй по предлагаемому варианту. Максимальное усилие для перевода рабочего шибера, и удержания шибера в рабочем положении при замыкании стрелочного привода кН (кгс), развиваемое электроприводом постоянного тока типа МСП-0,25 при номинальном напряжении 160 В было на мене 6 кН (600 кгс), что соответствовало нормативной документации на стрелочный привод типа СП-6. Электродвигатель через соединительную муфту, редуктор, фрикционную муфту и зубчатое зацепления колеса и зубьев шибера передавал усилие на шибер. Шибер упирался в датчик силы. Измеряли, одновременно, силу тока при работе электродвигателя на фрикцию, при выдвинутом шибере, и усилие не датчике, которое создавал шибер в процессе фрикции. При втянутом шибере измеряли только силу тока при работе электродвигателя на фрикцию. Усилия нагружения фрикционной муфты проводили с помощью тарельчатых пружин. Тарельчатые пружины сжимали с помощь нагрузочной гаки. Нагрузку осуществляли ступенчато, после каждого испытания, увеличивая по одному шагу. По условию эксперимента один шаг нагрузочной гаки создавал усилия на шибере на боле 1 кН (100 кгс). С каждым шагом общая нагрузка сжатия фрикционных дисков увеличивалась. Процесс фрикции проводили в течение 10 с, фиксировали усилия на шибере в зависимости от шага нагружения и силы тока на двигателе. Фиксировали минимальные и максимальные значения силы тока, определяли разброс значений тока от среднего значения в процентах. Именно такая характеристика фрикционной муфты контролируется согласно техническим условиям.
На фиг. 1 представлена зависимость усилия на шибере (1) и отклонение в % (2) силы тока на двигателе стрелочного привода для прототипа. Усилия нагружения фрикционной муфты проводили ступенчато по одному шагу с помощью нагрузочной гайки. Один шаг нагрузочной гаки создавал усилия на шибере на боле 1 кН (100 кгс)
На фиг. 2 представлена зависимость усилия на шибере (1) и отклонение в % (2) силы тока на двигателе стрелочного привода для предлагаемого технического решения. Усилия нагружения фрикционной муфты проводили ступенчато по одному шагу с помощью нагрузочной гайки. Один шаг нагрузочной гаки создавал усилия на шибере на боле 1 кН (100 кгс).
Исследования фрикционных свойств фрикционного элемента проводили по стали 65Г ГОСТ 2283-79. Стабильность коэффициента трения оценивали по проценту разброса значений тока при фрикции муфты. Из представленных зависимостей 1 на фиг. 1 и на фиг. 2 видно, что зависимость усилия на шибере от усилия нагружения муфты (чем больше значение шага, тем больше сжатие тарельчатых пружин и сжатие фрикционных дисков муфты), линейна и коэффициент трения постоянен. Однако зависимости 2 на фиг. 1 и на фиг. 2 показывают, что данный коэффициент трения не стабилен. Причем большую нестабильность (близкую к максимально допустимым значениям) имеют фрикционные элементы по варианту прототипа. Проведенные испытания на износостойкость показали, что фрикционные элементы по предлагаемому техническому решению имеют износостойкость в два раза выше по сравнению с прототипом, что и позволило значительно сократить высоту элемента и уйти от негативных явлений вибрации.
Таким образом, заявляемая совокупность признаков фрикционного элемента обеспечивает повышение износостойкости материала и стабильность коэффициента трения.
Подготовлена опытная партия фрикционных элементов для установки в фрикционные муфты, для проведения производственных испытаний на различных железных дорогах РФ.