СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ, ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
LUBRICATING ELECTRODUCING COMPOSITION  FOR MOBILE ELECTRICAL CONNECTIONS

Изобретение относится к области электротехники, в частности к многофункциональным электропроводящим смазкам, применяемым при монтаже и эксплуатации разборных подвижных электрических соединений, работающих на открытом воздухе, преимущественно соединений, одно из которых изготовлено методом порошковой металлургии, и имеет пористость, и может быть использовано для уменьшения переходного сопротивления в контактных электрических соединениях рельсовых стыков.
Известна электропроводящая смазка «Суперконт», преимущественно для сильноточных контактных соединений, содержащая органическое связующее, минеральное масло, присадку и металлический порошок, при этом в качестве органического связующего она содержит высокомолекулярное органическое мыло, в качестве присадки-пластификатор и в качестве металлического порошка порошок меди при следующем содержании компонентов, мас.%:
высокомолекулярное органическое мыло
11,0-30,0,
минеральное масло
4,0-15,0
Пластификатор
0,5-5,0
Порошок меди
50,0-80,0
в качестве пластификатора она содержит дибутилфталат.
(Патент RU 2046412, заявка: 93025907 от 14.05.1993, МПК H01B 1/20).
Недостатком смазки является сложность производства как в промышленных, так и в полевых условиях, связанная с особенностями технологии. Смазка не является антикоррозийной, при температуре контактов выше 50°C смазка стекает с вертикальной поверхности.
В отечественной промышленности широко используется пластичная многоцелевая антифрикционная смазка марки Литол-24 (ГОСТ 21150-87), рекомендованная для всех типов подшипников качения и скольжения, шарниров, зубчатых и иных передач, индустриальных механизмов, электромашин. Смазка содержит следующие компоненты, мас.%: литиевое мыло - 13, антиокислительная присадка - 0,7, вязкостная присадка - 4, минеральное масло - до 100. Данная смазка часто используется в различных технических решениях либо как вязкостная добавка, либо как пластичная основа. В каждом конкретном случае решаются задачи, определяемые дополнительными компонентами смазочной композиции.
Известна смазочная композиция, включающая базовое масло и присадки: А-22 (антиокислительная, противоизносная, антикоррозионная и антифрикционная), ПМС-200А (противопенная) и Литол-24 (консистентная смазка, используемая в качестве вязкостной добавки), отличающаяся тем, что в качестве базового масла используется рапсовое растительное масло с добавлением стеариновой кислоты и присадок А-22, ПМС-200А и Литол-24 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
стеариновой кислоты
5-10
присадка - А-22
5-7
вязкостная добавка Литол-24
3-4
противопенная присадка - ПМС-200А
0,002-0,005
растительное рапсовое масло
до 100
(Заявка: 2003110042 от 08.04.2003, МПК C10M 169/04).
Известна пластичная смазка для подшипников качения, содержащая пластичную основу - смазку Литол-24 и присадку в виде порошка наноалмаза детонационного синтеза, очищенного до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
наноалмаз детанационного синтеза
0,01-0,05
смазка Литол-24
остальное
(Патент RU 2457239, заявка: 2009138589/04, 19.10.2009, С10М 125/02).
Известен смазочный стержень РАПС, состоящий из оболочки, заполненной смазкой, согласно изобретению содержит в качестве оболочки, имеющей форму любой конфигурации, выполненной из термопластичного или(и) термореактивного или(и) слоистого материала, например полиэтилен высокого или низкого давления или графит, эбонит, текстолит, способный интенсивно изнашиваться с различной интенсивностью в зависимости от введенных в материал присадок и усилия прижатия его к смазываемой поверхности при трении по несмазанной поверхности и минимально изнашиваться при трении по смазанной поверхности, а в качестве смазки содержит смазочный материал, состоящий из термопластичного вещества, например из битумно-полимерной смеси с функциональными присадками, обеспечивающими сохранение морозостойкости при температуре до -50°C, а теплостойкость при температуре до +120°C, и дополнительно может содержать термостойкую пластичную смазку, например Литол-24, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
битум
30-60
полиэтилен (полипропилен)
0-10
графит
10-15
термостойкая пластичная - смазка Литол-24
остальное
(Заявка: 2006119733 от 05.06.2006, МПК C10M 169/04).
Известна пластичная смазка, включающая основу, в качестве которой используют Литол-24, и высокодисперсный порошок металлического наполнителя, отличающаяся тем, что в качестве металлического наполнителя используют квазикристаллический порошок Al-Cu-Fe с дисперсностью частиц не более 1 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: квазикристаллический порошок - 4-6, пластичная смазка Литол-24 - остальное
(Патент RU №2414504, заявка: 2009147366 от 22.12.2009 г. С10М 125/04).
Указанные известные решения не могут быть использованы в контактных подвижных электрических соединениях рельсовых стыков, так как одни обладают высоким электрически сопротивлением, другие - низкой температурной стойкость, третьи - отсутствием защитных свойств от коррозии и окисления.
Наиболее близким к предлагаемому решению является электропроводящая смазка, включающая наполнитель из меди и связующий материал, причем в наполнитель дополнительно вводят порошок графита, а медь вводят в виде пыли, при этом в качестве связующего материала используют литол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
порошок графита
35-45
медная пыль
5-25
Литол-24
35-45
(Патент RU №2331129, заявка: 2007108816 от 09.03.2007, МПК Н01В 1/22).
Наличие в составе смазки такого ингредиента, как графит, увеличивает переходное контактное сопротивление.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение переходного электрического сопротивления в контактах рельсовых стыков и повышение безопасности движения подвижного состава.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении эксплуатационных затрат при использовании предлагаемой смазочной композиции в разборных электрических соединениях рельсовых стыков, один из элементов электрического соединения которого изготовлен методом порошковой металлургии, обеспечение нормируемого уровня электрического сопротивления рельсового соединения, при прохождении тяговых токов свыше 1000А, самовосстановления начального уровня нормируемого электрического сопротивления за счет частичного восстановления окисленных контактных элементов и контактной зоны на шейке рельса.
Технический результат достигается смазочной композицией электропроводящей, для подвижных электрических соединений, содержащей основу из многофункциональной смазки на литиевой основе Литол-24 и порошки меди и графита, отличающийся тем, что она дополнительно содержит антиокислительные и антикоррозионные присадки при следующих соотношениях компоненентов, мас.%:
порошок меди стабилизированный
- 25-60
графит смазочный
0,05-1,0
антиокислительная присадка
0,05-1,5
антикоррозионные присадки
0,05-1,0
многофункциональная смазка на литиевой основе Литол-24
остальное
Кроме этого, порошок меди имеет зернистость менее 100 мкм, при этом, не менее 65% с размером зерна менее 45-50 мкм, в качестве графита смазочного используют графит ГС-1, в качестве антиокислительной присадки используют Агидол - 2, в качестве антиокислительной присадки используют Ионол технический, в качестве антикоррозионной присадки используют АКОР-1.
Литол-24, как и все литиевые смазки, водостоек даже в кипящей воде, высокая температура плавления, небольшая испаряемость дисперсионной среды - все это позволяет применять смазку при температурах нагрева контактной зоны 110…130°C. Термоупрочение для литола так же, как и для других литиевых смазок, не характерно. Литол-24 достаточно морозостоек, он сохраняет работоспособность при -40°C, а в мощных механизмах и при более низких температурах, вплоть до -55°C. Смазка обладает отличной механической стабильностью, противозадирная характеристика смазки удовлетворительная. Смазка имеет хорошие консервационные свойства и достаточно хорошо защищает металлические изделия от коррозии. Недостаток Литола-24 заключается в том, что он не токопроводен, а также при использовани в грубых, не защищенных от грязи и воды узлах трения, он теряет все свои положительные качества, он вбирает в себя все продукты износа и из смазки превращается в абразив. К таким тяжелым условиям относится условия эксплуатации электрического соединение контактов соединителей рельсовых пружинных с шейками рельсов. Соединение контактов подвижно, контактный элемент выполнен методом порошковой металлургии и имеет пористость до 10%. Рельсовый стык должен выдерживать пропускание тягового тока 1000А в течение 1 мин и работать без замены не менее 5 лет.
В настоящее время области применения порошков меди значительно расширились и уже не ограничиваются только порошковой металлургией. Порошок меди, благодаря высокой электро- и теплопроводности, активно используется практически в любой области техники и спектр применения непрерывно расширяется. Одной из основных проблем, возникающих при разработке смазочных композиций с использованием в качестве наполнителя порошка меди, является его высокая поверхностная энергия, приводящая к агломерации частиц порошков и его неравномерное распределение.
Полученные таким образом смазочные композиции являются неоднородным материалом с ухудшенными характеристиками по электропроводности. Стабилизированный порошок меди, который предлагается использовать в данном техническом решении, не склонен к агломерации частиц, обладает высокой износостойкостью при больших удельных нагрузках, и имеет относительно невысокий коэффициент трения. Смазочная композиция, содержащая стабилизированные порошки меди, обладает повышенной теплопроводностью, что позволяет отводить тепло из зоны трения, распределяя его по всему образцу. За счет защиты порошка от окисления свойства смазочной композиции значительно улучшаются. Применение в составе стабилизированого порошка меди позволяет регулировать вязкость смазки, причем содержание порошка меди в меньшем количестве, указанного предела, приводит к повышенной текучести, при превышении заявленного предела ведет к запустеванию смазки.
Антиокислительные присадки вводят в основу (основой, в данном случае, является порошок меди) с целью снижения скорости процесса окисления. Реакция окисления основы носит цепной характер, при котором начинающееся окисление активизируется дальнейшим его окислением. При этом металлические частицы меди выступают в роли катализатора. Антиокислительные присадки уменьшают процесс окисления и не дают проявиться каталитическому эффекту, способствуют стойкости композиции к потере ее свойств и соответственно к ее старению. После отработки антиокислительных присадок увеличивается коррозионная активность, появляется склонность к образованию отложений, начинается рост вязкости смазочной композиции. Антикоррозионные присадки к смазочной композиции необходимы еще и потому, что подвижный электрический контакт рельсового стыка состоит из различных материалов. Один из контактов такого соединения выполнен из сплавов цветных металлов. Такие сплавы, при прохождении электрического тока, образуют на металлической поверхности шейки рельса пленки, которые снижают электрическое сопротивление контактов. Наличие в смазочной композиции антиокислительных присадок предотвращает окисление этих пленок.
Графит марки ГС применяется для изготовления консистентных смазок для высоконагруженных открытых узлов трения и электропроводящей резины. Наличие графита смазочного марки ГС1 или ГС4 в количестве 0,05-1,0 мас. %, улучшает фрикционные свойства смазочной композиции, не увеличивая электрического сопротивления.
Совокупность ингредиентов в смазочной композиции - порошка меди стабилизированного 25-60 мас.%, графита смазочного - 0,05-1,0 мас.%, антиокислительной присадки 0,05-1,5 мас.% антикоррозионной присадки 0,05-1,00 мас.%) на основе многофункциональной смазки Литол-24 в заявленных соотношениях позволяет достичь указанный технический результат.
Приготовление смазочной композиции проводилось следующим образом. Механический смеситель прогревался в течение 30 мин до температуры 80°C.
Готовилась партия сырьевых компонентов (литол-24, порошок медный стабилизированный ПМС1, графитовый порошок ГС-1, антиокислительная присадка Агидол - 2, антикоррозионная присадка АКОР-1, согласно сертификатам поставщиков или изготовителей. На весах проводилась навеска компонентов, мас.%: Литол- 24-60; порошок ГТМС-1 -45; порошок ГС-1 0,3; антиокислительная присадка Агидол -2- 0,7; антикоррозионная присадка АКОР-1-1,0). Партия смазки готовилась массой не менее 4 кг. Загружались компоненты смазки в емкость смесителя: сначала «Литол24», затем порошок ГТМС-1, порошок ГС1, антиокислительная присадка Агидол -2, антикоррозионная присадка АКОР-1. Загрузка порошков производилась постепенно, при перемешивании до их полного погружения в пластичную смазку. Проводилось перемешивание компонентов смеси в течение 120 мин. Смазочная композиция была от розового до красно-коричневого цвета, консистенция смазки кремообразная, без комочков. Аналогично готовилась смазочная композиция по способу прототипа.
Исследования смазки проводили на лабораторном стенде. Измерялось переходное сопротивление рельсового стыка с установленным в него соединителем СРСП-МС (соединитель рельсовый стыковой пружинный с контактными элементами из порошкового сплава на основе порошков меди и порошков твердого сплава).
Измеряемая электрическая цепь состояла из двух кусков рельса, соединенных СРСП-МС. Подача электрического тока на рельсы осуществлялось посредством резьбового соединения через шпильки, приваренные к головке рельса, по две шпильки на каждый рельс. Контактное давление обеспечивалось штатной пружиной СРСП-МС, деформированной до величины, соответствующей установке в рельсовый стык. Метод измерения - четырехпроводная схема амперметра-вольтметра. Оборудование - микроомметр Ф4104-М 1.
общ
Общее сопротивление цепи R:
общ
пл
п
с
R=2R+2R+R,
пл
где R - сопротивление электродов-площадок;
п
R - переходное соединение в контакте «эдектрод-площадка-СРСП-МС»;
с
R - сопротивление СРСП-ИС на участке между точками контакта.
с
п
общ
c
общ
По результатам предварительных исследований R=40 мкОм; сопротивлением электродов-площадок можно пренебречь, таким образом, переходное сопротивление в контакте рассчитывалось по формуле R=(R-R)/2=R/2-100.
Величина пропускаемого тока 1000А, время пропускания тока 1,0 мин.
Регистрация температуры производилась через 30 с.
Результаты измерений приведены в таблице.
В соответствии с полученными данными предлагаемый состав смазочной композиции обладает способностью к снижению переходного сопротивления в контактной паре «сталь - композиционный порошковый материал на основе меди» значительно эффективнее, чем состав по прототипу.
В настоящее время проводятся испытания данной смазочной композиции на отдельных участках РЖД в различных климатических условиях.