ОПОРНОЕ КОЛЬЦО ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА АВТОСЦЕПКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И ВАГОНОВ МЕТРО ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО АНТИФРИКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДА
SUPPORT RING OF ABSORBING DEVICE OF RAILWAY AND METRO CAR AUTOMATIC COUPLER MADE OF COMPOSITE POLYMER ANTIFRICTION MATERIAL BASED ON POLYAMIDE

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 полиамида, используемому в составе поглощающего аппарата автосцепок железнодорожных средств рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.
Эксплуатация автосцепки железнодорожного транспорта и ее поглощающего аппарата осуществляется в жестких условиях при взаимодействии контактирующих поверхностей в процессе относительных перемещений при условиях сухого трения. Размещаемые в выемках корпуса амортизатора фрикционного поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта его центрирующие опорные кольца выполнены из латуни и в процессе динамических эксплуатационных малоцикловых нагрузок в условиях сухого трения подвержены значительному преждевременному износу, который приводит к частичному или полному выходу из строя поглощающего аппарата в целом ранее гарантированных сроков.
Практическая эксплуатация корпуса фрикционного поглощающего аппарата АПЭ-95-УВЗ (ООО Уральского конструкторского бюро вагоностроения) автосцепки железнодорожного транспорта с размещаемыми в его выемках центрирующими опорными кольцами из латуни потребовала создания и использования новых полимерных композиционных материалов.
Известно опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта (см. Технические требования ООО «Уральское конструкторское бюро вагоностроения (ООО «УКБВ») на разработку детали «Корпуса аппарата» поглощающего аппарата АПЭ-95-УВЗ из композиционного материала, г. Нижний Тагил, 2013 г., с. 1-3).
Однако известное выполненное из листовой латуни или бронзы 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:
- имеет длительный период приработки при одновременном снижении показателей штатных характеристик энергоемкости защиты конструкции вагонов,
- в недостаточной степени защищает конструкцию вагонов от воздействия знакопеременных нагрузок на поверхности трения,
- не обеспечивает в достаточной степени снижение вероятности заклинивания поглощающего аппарата как в поездке, так и при выполнении маневровых работ,
- не обеспечивает в процессе эксплуатации заданную работоспособность поглощающего аппарата,
- не обеспечивает надежную защиту от действия продольных сил и ускорений вагонов с грузами высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам при скорости соударения вагонов 10-12 км/ч.
Задачей изобретения является разработка опорного кольца поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида.
Техническим результатом является значительное сокращение времени приработки, повышение степени защиты конструкции вагонов от воздействия знакопеременных нагрузок на поверхности трения опорное кольцо - корпус поглощающего аппарата, практическое исключение процесса заклинивания поглощающего аппарата как в поездке, так и при выполнении маневровых работ, обеспечение в процессе эксплуатации заданной 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 10-12 км/ч. Кроме того, техническим результатом при использовании предложенного опорного кольца является обеспечение высокой надежности эксплуатации поглощающего аппарата железнодорожного транспорта и вагонов метро.
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 полиамида, характеризующееся тем, что оно выполнено из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, при этом композиционный полимерный антифрикционный материал дополнительно 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
0,05-0,55
полиамид
остальное до 100%
При этом в качестве полиамида основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют литьевые полиамиды. 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 жгута, или рубленого жгута, или рубленой ленты, а стекловолокно используют в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенное опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, отличительными являются:
- выполнение опорного кольца из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, 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 штук, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с количеством слоев от 2 до 70 штук,
- выбор внешнего диаметра углеродных нанотрубок от 0,1 до 100 нм, а их длины 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 мас. %,
- выбор следующего количественного содержания компонентов, мас. %:
углеродное волокно или смесь
углеродного волокна со стекловолокном
9,7-42,4
углеродные нанотрубки
0,05-0,55
полиамид
остальное до 100%
- использование в качестве полиамида основы композиционного полимерного антифрикционного материала литьевых полиамидов.
- использование в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала углеродного волокна, полученного из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна,
- использование углеродного волокна композиционного полимерного антифрикционного материала в виде жгута, или рубленого жгута, или рубленой ленты, а также использование стекловолокна в виде рубленой нити,
- выбор длины рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна от 1 мм до 48 мм.
2
2
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 полиамида, в составе поглощающего аппарата АПЭ-95-УВЗ показали их высокую эффективность. Было установлено, что практически не ограничен срок штатной эксплуатации предложенного опорного кольца (до штатной эксплуатации подвижного состава), практически отсутствует эксплуатационная приработка пары трения, значительно повышена степень защиты конструкции вагонов от воздействия знакопеременных нагрузок на поверхности трения опорное кольцо - корпус поглощающего аппарата, достигнуто практическое исключение процесса заклинивания поглощающего аппарата вагона как в поездке, так и при выполнении маневровых работ, обеспечена надежная защита от действия продольных сил и ускорений вагонов с грузами высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам при скорости соударения вагонов 10-12 км/ч. При этом материал предложенного опорного кольца обладает высокими эксплуатационными характеристиками: пределом прочности при изгибе 177-200 МПа, пределом прочности при сжатии на уровне 160-175 МПа, ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза на уровне 45-55,8 кДж/м, твердостью по методу вдавливания шарика более 200 Н/мм при плотности не менее 1,15 г/см, коэффициенте трения по стали 45Х с твердостью 32-38 HRC без смазки в пределах 0,11-0,13 и износом 1×10-7×10 мкм/км при интервале эксплуатационных температур от минус 60°C до плюс 80°C.
В таблице 1 представлены составы предложенного опорного кольца поглощающего аппарата автосцепки железнодорожного транспорта и вагонов метро из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, использованных для изготовления опорных колец, а в таблице 2 показаны их штатные 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 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 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.