СМАЗКА ДЛЯ ЛУБРИКАЦИИ ЗОНЫ КОНТАКТА КОЛЕС И РЕЛЬСОВ
LUBRICANT FOR LUBRICATING WHEEL AND RAIL CONTACT AREA

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности, к смесям основ и добавок, и может быть использовано для лубрикации зоны контакта колес и рельсов и повышения усталостной прочности и износостойкости тяжело нагруженных узлов трения.
Известна смазка для лубрикации рельсов, состоящая из полужидкой смазки Трансол-200, жидкого стекла и графита (патент РФ №2067110 по кл. C10M 169/04 от 27.09.1996 г.)
Недостатком при использовании данной смазки для лубрикации зоны контакта колес и рельсов является недостаточная ее эффективность, обусловленная относительно низкой сохранностью смазочных свойств, недостаточной усталостной прочностью и потерей необходимых трибологических свойств смазки в жестких условиях работы.
Известна смазочная композиция для тяжело нагруженных узлов трения, (патент РФ №2258080 по кл. C01M 125/04), содержащая мыльную пластичную смазку и порошкообразный наполнитель, включающий смесь наноразмерных порошков железа, никеля и цинка дисперсностью 10-30 нм при следующем соотношении компонентов (мас.%):
порошок железа - 30-70
порошок никеля - 20-40
порошок цинка - 10-30
наполнитель - 0,5-1,5
пластичная смазка - 98,5-99,5
Наличие наноразмерных порошков в данной композиции позволяет повысить износостойкость композиции и предел контактной прочности. Однако использование данной композиции не обеспечивает требуемой устойчивости смазочных слоев, эффективно разделяющих поверхности трения. Причина этого заключается в том, что диспергированные в мыльной среде нанопорошки после отстоя смазки выпадают в осадок, вызывая ухудшение свойств смазочного слоя.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности лубрикации зоны контакта колес и рельсов.
Поставленная задача решается за счет того, что в смазке для лубрикации зоны контакта колес и рельсов, содержащей пластичную основу и модифицированный порошкообразный наполнитель, в качестве пластичной основы используют углеводородное масло, а порошкообразный модифицированный наполнитель содержит смесь наноразмерных частиц, обработанных поверхностно-активными веществами при следующем соотношении компонентов, (мас.%):
модифицированный порошкообразный наполнитель
- 5-10
поверхностно активное вещество
- 3-8
углеводородное масло
- остальное
Технология изготовления смазки включает волновую технологию диспергирования минерального нанонаполнителя в масляной фазе в присутствии концентрата поверхностно-активного вещества с одновременной модификацией частиц наполнителя в процессе смешения с последующим разбавлением концентрата нефтяным маслом.
В качестве наноразмерных частиц используются агрегаты алюмосиликатного порошка, например природные или синтетические смектитовые глины, а в качестве поверхностно-активных веществ используются модификаторы анионного и катионного типа, например, соли жирных карбоновых кислот, четвертичные аммониевые соединения и пр.
Использование модифицированного наполнителя, содержащего смесь наноразмерных алюмосиликатных частиц, модифицированных поверхностно-активными веществами, приводит к образованию устойчивых дисперсий, содержащих наноразмерные частицы в углеводородном масле, причем действие силы тяжести, приводящие к седиментации модифицированных наночастиц, полностью компенсируется силами гидродинамического сопротивления среды, действующими на частицу.
Для оценки эффективности предлагаемой смазки проводились триботехнические испытания по модельной схеме «роликовая аналогия» с проскальзыванием 20% на машине для испытания материалов на трение и износ ИИ 5018. В качестве образцов для испытаний использовались ролики из материла сталь 45 диаметром 50 мм и шириной 10 мм. Микротвердость и механические характеристики поверхностного слоя определялись по диаграмме вдавливания алмазной пирамиды Виккерса на кинетическом микротвердомере CSM. Износ определялся весовым методом на лабораторных весах ВЛР-200 с точностью измерения - 0,5 мг.
Продолжительность испытаний определялась временем, достаточным для определения износа образцов (t=20÷25 мин.). Режим испытаний соответствовал испытанию смазок для колес и рельсов в зоне контакта. Методика испытаний состояла в нанесении смазки на один нижний ролик и обкатки его несмазанным роликом в течении 20 минут под нагрузкой 2000 Н при числе оборотов 382 об/мин, что соответствует линейной скорости 1 м/с и измерении потери веса за время эксперимента.
B таблице 1 представлены результаты испытаний на износ образцов при граничной смазке, а в таблице 2 представлены результаты испытаний на кинетическую микротвердость образцов после трения при граничной смазке.
Таблица 1.
№ образца
G<sub>1</sub> (гр.)
G<sub>1</sub> (гр.)
G<sub>c</sub> (гр.)
t (мин.)
Среднее G<sub>c</sub> (гр.)
1
0,00330
0,00820
0,01150
20
0,00595
2
0,00065
0,00370
0,00435
20
3
0,00085
0,00115
0,00200
20
Где: G<sub>1</sub> - износ нижнего образца; G<sub>2</sub> - износ верхнего образца;
G<sub>c</sub> - износ пары образцов; t - время испытания.
Таблица 2.
№ образца
Состояние поверхности образца
HV, (кг/мм<sup>2</sup>)
W<sub>пл</sub>, (мк/Дж)
1
Исходное состояние до трения
339
1,08
2
Трение со смазкой
339
1,09
Где: HV, (кг/мм<sup>2</sup>) - микротвердость по Виккерсу;
W<sub>пл</sub>, (мк/Дж) - коэффициент необратимой потери энергии, оцениваемой площадью петли гистерезиса на диаграмме вдавливания при разгружении индентора
Полученный смазочный материал дает возможность при его использовании существенно повысить эффективность лубрикации зоны контакта колес и рельсов по критериям износостойкости и минимального трения поверхностей трения.
Кроме того использование алюмосиликатного порошка снижает стоимость затрат за счет его относительно низкой стоимости.