СИСТЕМА МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
FRICTION SURFACE MODIFICATION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системам модифицирования поверхностей трения с нанесением на поверхности трения фрикционных и антифрикционных узлов различных механизмов полифазных твердопластичных смазочных фрикционных и антифрикционных веществ в виде смазочных стержней и вставок.
В настоящее время в промышленно-развитых странах большие объемы финансовых средств тратятся на устранения негативного влияния узлов трения на эффективность эксплуатации механических систем. Данная проблема актуальна во всех машиностроительных отраслях, в том числе на железнодорожном и других видах транспорта.
Так, например, до 20% тяговой энергии железнодорожного подвижного состава расходуется на преодоление так называемого «паразитного трения» гребней (реборд) колес о боковую поверхность головки рельса. В России на некоторых железных дорогах до 15% подвижного состава простаивает из-за необходимости периодической переточки колес по причине образования на них «тонкого» гребня. От надежности работы вышеназванных узлов трения зависит безопасность эксплуатации железнодорожного подвижного состава.
Наиболее успешно настоящее изобретение применимо для смазки поверхностей трения деталей, которые эксплуатируются в условиях широкого диапазона температур и влажности, в условиях загазованности и при наличии в рабочей среде таких деталей абразива. Например, на транспорте такими поверхностями трения являются боковая поверхность головки рельса, периодически контактирующая с этой поверхностью гребня (реборды) колеса вагона железнодорожного подвижного состава, или поверхности трения деталей, образующих сцепку вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава, или поверхности опор скольжения тележек железнодорожного подвижного состава.
В настоящее время наибольших успехов в решении проблемы снижения износа рельсов и гребней колес железнодорожного подвижного состава добились специалисты США и России. Существуют различные пути решения этой проблемы, однако мы считаем, что наиболее перспективным является повышение износостойкости деталей открытых узлов трения железнодорожного подвижного состава путем применения специальных систем модифицирования поверхностей трения для нанесения твердых полифазных смазок на поверхность трения, обеспечивающих гарантированное нанесение веществ на смазываемые поверхности непосредственно в ходе работы [1, 2].
Например, известна система для нанесения смазывающего вещества на поверхность трения [3], содержащая заполненный смазывающим веществом корпус, на одном конце которого смонтирован полый смазывающий стержень, выполненный из гибкого эластичного материала и в котором выполнено множество сквозных продольных каналов для прохода смазывающего вещества к обрабатываемой поверхности трения. При этом другой конец корпуса связан с источником сжатого воздуха, предназначенного для перемещения смазывающего стержня и смазывающего вещества по продольным каналам последнего.
Вышеописанная система смазки обеспечивает постоянную подачу жидкого смазывающего вещества на смазываемую поверхность, при этом сохраняя постоянство расхода смазывающего вещества, и создает возможность гибко управлять расходом смазывающего вещества путем изменения величины давления от источника сжатого воздуха, которое контролируется оператором или отдельным устройством управления. Она имеет высокую эффективность эксплуатации при обслуживании закрытых узлов трения, например широко известных в машиностроении тяжелонагруженных подшипников скольжения.
Однако практика эксплуатации таких систем для нанесения смазочного вещества показала, что они абсолютно не применимы в том случае, если необходимо нанести на смазываемую поверхность полифазные смазывающие вещества, т.е. вещества, которые в процессе нанесения имеют твердопластичное состояние, а в процессе эксплуатации переходят в твердосухое состояние, при этом в результате нанесения принимая форму тонкой фрикционной или антифрикционной пленки. Другими словами, конструкция устройства не позволяет пройти полифазным твердопластичным смазывающим веществам по продольным каналам до смазываемой поверхности из-за того, что полифазное твердопластичное смазывающее вещество по истечении некоторого времени эксплуатации и под воздействием тепла трения переходит во вторую свою твердую фазу.
Кроме того, способ не имеет какой-либо обратной связи от смазываемой поверхности к органу подачи смазки и продолжает бесконтрольный процесс нанесения смазывающего вещества на смазываемую поверхность даже при наличии на последней достаточного количества смазочного вещества. Это приводит к неоправданному расходу смазочных веществ, к нанесению смазочных веществ на поверхность трения даже в том случае, когда в этом нет никакой необходимости.
Известна система смазки поверхности трения, осуществляющая нанесение смазки на смазываемую поверхность, путем прижатия кромки смазывающего стаканообразного элемента к указанной смазываемой поверхности трения с помощью пружины, один конец которой контактирует с дном указанного стаканообразного элемента, а второй конец контактирует со стенкой корпуса, в котором она установлена [4].
Известен также ротапринтно-контактный способ модифицирования тяговых поверхностей колеса и рельса [5], который осуществляется системой модифицирования поверхностей трения, состоящей из корпуса, привода подачи смазочного стержня и смазочного стержня в виде брикета модификатора трения. По мере износа оболочки брикета модификатора трения, совершающего поступательное перемещение в сторону модифицируемой поверхности трения, происходит нанесение смазочного материала на модифицируемую поверхность. Система настроена таким образом, что происходит дозирование нанесения смазочного материала путем изменения коэффициента трения, а соответственно и износа, при взаимодействии оболочки смазочного стержня со смазываемой поверхностью в случае наличия или отсутствия смазочного материала на этой смазываемой поверхности. Соответственно меняется интенсивность изнашивания оболочки брикета модификатора трения, т.е. при наличии смазочного материала на смазываемой поверхности величина коэффициента трения падает и интенсивность износа оболочки смазочного стержня стремится к нулю, соответственно и объем подаваемого смазочного материала стремится к нулю, а в случае отсутствия смазочного материала на смазываемой поверхности происходит увеличение коэффициента трения и увеличение интенсивности износа оболочки смазочного стержня, соответственно увеличивается объем подаваемого смазочного материала.
Недостатком данного способа является тот факт, что смазочный материал, когда находится в нерабочем состоянии, не защищен герметичной оболочкой и контактирует с внешними факторами окружающей среды, а по истечении определенного времени происходит его высыхание, окисление и т.д., т.е. изменяются его состояние, состав и свойства.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа организации системы, обеспечивающей стабильность состава и состояния модификаторов трения, применяемых для повышения величины и стабильности коэффициента сцепления колеса с рельсом, а также для снижения сил трения гребня колеса о боковую поверхность головки рельса.
Поставленная задача осуществляется тем, что в известной системе модифицирования поверхностей трения, содержащей корпус, привод подачи смазочного стержня, смазочный стержень, согласно изобретению последний выполнен в виде пористого тела, герметичные поры (капсулы) которого заполнены смазочным материалом (фрикционным или антифрикционным модификатором). Материал пористого тела может быть различного состава в зависимости от того, какой смазочный материал заключен в его матрице. Материал матрицы пористого тела для модифицирования поверхности трения антифрикционным модификатором может быть исполнен из вспененного полиэтилена, капрона, поливинилхлорида и др. Материал матрицы пористого тела для модифицирования поверхности трения фрикционным модификатором может быть исполнен из пеностекла, пенобетона, содержащего портландцемент, газопенобетона и др.
Процесс модифицирования осуществляется путем прижатия смазочного стрежня к смазываемой поверхности, приводящего данный стержень к нормированному износу и соответственно к подаче расчетного количества модификатора. Интенсивность подачи смазочного материала регулируется путем варьирования усилия прижатия смазочного стержня к смазываемой поверхности и средней величины размера единичной капсулы пористого тела. Обеспечение стабильности состава и состояния модификатора трения происходит за счет того, что смазочные стержни модификатора трения представляют собой герметичную пористую основу, герметичные поры (капсулы) которой заполнены фрикционным или антифрикционным модификатором, который таким образом оказывается изолированным от факторов внешней среды.
Заявленное изобретение поясняется графически. Изображены модифицируемая поверхность 1, модификатор трения в виде смазочного стержня 2, герметичные поры (капсулы) 3 со смазочным материалом. При относительном движении модифицируемой поверхности 1 происходит разрушение стенок герметичных капсул 3, контакт антифрикционного или фрикционного смазочного материала, заключенного в них, с модифицируемой поверхностью 1 и нанесение этих смазочных материалов на модифицируемую поверхность 1.
Литература
1. Reiff Richard P., Clayton Paul. Wheel/rail lubrication update. Press-releaze of Association of American Railroad (AAR), 1998.
2. Оптимизация технологических режимов нанесения смазочных материалов на головку рельса с использованием АРС. Технические и технологические решения при нанесении смазочных материалов на головку рельса при низких температурах. Отчет ВНИИЖТ, рег. №01910014653, авторы Гочуа Б.В., Колесов Ю.В., Козлов В.В., Васильев А.С., 1991, 103 с.
3. А.с. СССР №486183, М. кл. F16 N7/12, 1975, Б.И. №36.
4. Патент РФ №2197677 В.В.Шаповалов. F16 N11/00, В61К 3/02.
5. Патент РФ №2293677 В.В.Шаповалов. В61К 3/02, С10 N50/02.