CC BY
25
УДК 621.89
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-511-514
СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СИСТЕМЫ «КОЛЕСО-РЕЛЬС» ВН. Кротов, Н.Р. Осипова, Н.Н. Зинченко
В статье рассмотрен спектр компонентов, позволяющих повысить теплостойкость смазочных материалов, используемых на железнодорожном транспорте при взаимодействии колес подвижного состава и пути. На основе физических свойств и требованиям, предъявляемым к компонентам смазочного материала, проведен качественный отбор теплостойкого состава смазочного материала (противоизносной и термостойкой присадок, а также связующего) и определен диапазон содержания компонентов в смазочном материале. Разработанный смазочный материал обеспечивает снижение интенсивности изнашивания гребней колес на 28,4%.
Ключевые слова: колесо, рельс, подвижной состав, железнодорожный транспорт, смазочный материал, компонент, отбор, содержание, диапазон.
Одной из основных проблем железнодорожного транспорта является обеспечение надежности всех элементов подвижного состава и пути. Наиболее напряженным узлом трения является пара «колесо-рельс», поскольку взаимодействие этих деталей одновременно происходит как по поверхностям катания, так и между гребнем колеса и боковой поверхностью рельса. Основной причиной обточки колесных пар является износ гребней. В год обтачивается до одного миллиона колесных пар. В настоящее время для снижения износа контакта «гребень колеса -боковая грань рельса» согласно техническим требованиям ОАО «РЖД» на грузовых электровозах широко применяются лубрикаторы, использующие жидкие смазочные материалы. Основной недостаток этих материалов - возможность попадания на поверхность катания, что снижает коэффициент сцепления [1-3]. Для устранения этого недостатка используют твердые и пластичные смазочные материалы РАПС-1, РАПС-2, СС-1, СМ, ЭС. В настоящее время подбор компонентов, составляющих смазочный материал и их соотношение, не обеспечивает необходимой теплостойкости смазочного материала, что особенно важно для летнего сезона в южных регионах страны. Это подтверждается нестабильностью среднего статистического расхода смазочных материалов РАПС-1, РАПС-2, СС-1, СМ, ЭС при проведении эксплуатационных испытаний, результаты которых представлены в работах [4-7]. С цель повышения теплостойкости смазочного материала и повышения износостойкости системы «колесо-рельс» разработана схема отбора компонентов смазочного материала, представленная на рис. 1. Согласно разработанной схеме (рис. 1), на первом этапе необходимо было отобрать компоненты, повышающие теплостойкость смазочного материала. Широкое распространение в смазочных материалах в качестве связующего компонента получили битумы и дегти, которые при нагревании обратимо разжижаются, и в таком состоянии хорошо взаимодействует с другими компонентами, а при охлаждении отвердевает, прочно склеивая компоненты смазочного материала. Но в отличие от битумов дегти и продукты на их основе - канцерогены, поэтому их использование в местах, где возможен их длительный контакт с человеком, запрещено. Битумы представляет собой термопластичную основу, состоящую из циклических и насыщенных углеводородов, асфальтенов и смол, придающих ей водостойкость, водонепроницаемость и гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. Основной недостаток битумов - узкий интервал температур, при которых материалы на их основе обладают прочностью и эластичностью. Так, битумы при понижении температуры до 0... -10°С становятся хрупкими, а при повышении свыше +40°С начинают течь. Для расширения интервала эксплуатационных температур битумы модифицируют, добавляя термостойкие присадки [8-11].
Поэтому при выборе термостойкой основы смазочного материала надо учитывать, что, как материалы пар трения, так и смазочные материалы оказывают значительное влияние на переходные температуры при трении.
Более активные смазочные материалы и более активные металлы обеспечивают большую энергию связи, которая является причиной более высокой критической температуры или более низкой температуры химической модификации. На рис. 3 приведена зависимость величины температуры от количества атомов углерода в молекулах жирных кислот. Температура растет с увеличением длины цепи от пеларгоновой до стеариновой кислоты, что обеспечивает сильную продольную когезию адсорбированных молекул в ориентированном граничном слое. Это определяет большую
511
прочность граничного слоя, а значит и большую температурную стойкость. У стеариновой кислоты критическая температура при трении сталей выше других жирных кислот и составляет около 1400С. Стеариновая кислота (октадекановая кислота) - одноосновная карбоновая кислота алифатического ряда. Широко используется в косметической промышленности: стеарат натрия является одним из основных компонентов мыла, сама стеариновая кислота входит в состав многих косметических средств. Применяется в производстве свечей. Стеараты натрия, кальция, свинца используются как компоненты пластичных смазок. Поэтому в качестве теплостойкой присадки выбрана стеариновая кислота. В качестве противоизносной присадки в смазочном материале могут быть использованы материалы: пористые полимерные, минераловатные, минеральные неволокнистые. Из всего многообразия материалов, пеностекло способно в составе с другими компонентами в смазочном материале при взаимодействии тел трения создавать межмолекулярный каркас силиката натрия на поверхности трения. Образованный слой способен препятствовать увеличению интенсивности изнашивания поверхностей соприкасающихся тел. Пеностекло практически не имеет ограничений по срокам эксплуатации, потому что стекло не взаимодействует ни с воздухом, ни с водой, ни с подавляющим большинством известных веществ. А ячеистая структура пеностекла не допускает изменения формы. Что касается возможных выделений твердых или газообразных компонентов, то непрерывность ячеистой структуры исключает образование твердых микрочастичек, а термическая обработка материала при производстве приводит к завершению любых химических процессов, связанных с газовыделением еще на стадии синтеза при 700-800°С. На основе проведенного комплекса экспериментальных исследований, а также теоретического анализа характеристик существующих смазочных материалов определены основные компоненты для смазочного материала: пеностекло, стеариновая кислота, битум [6, 8-12]. По результатам экспериментальных исследований, выявлены предельные величины возможного содержания компонентов, обеспечивающих теплостойкость смазочного материала, представленные в таблице.
Рис. 1. Рабочая схема исследований
Предельное содержание компонентов
№ п/п Наименование компонента Диапазон варьирования в переменных
натуральных (%) или (г)
тт тах
1 Стеариновая кислота 24 84
2 Пеностекло 5 35
3 Битум 11 71
На основе проведения комплекса экспериментальных исследований отобранных компонентов, а также возможностью получения при смешивании компонентов однородной массы определено предельное содержание компонентов, в результате чего диапазон содержания в смазочном материале стеариновой кислоты должен составлять 24-84%, пеностекла 5-35% и битума 11-71%.
При выборе диапазона варьирования состава смазочного материала оперировали технологическим критерием - возможностью получения при смешивании компонентов однородной массы. Состав теплостойкого смазочного материала можно варьировать в предложенном диапазоне выбранных компонентов в зависимости от климатических условий эксплуатации, рельефа местности, интенсивности движения участка, количества кривых малого радиуса. В результате
проведенных промышленных испытаний (рис. 2) получаем, что расход ПСМ (РАПС-О) обеспечивает эффективность действия в диапазоне температур окружающей среды от -25 до +50 0С. В ходе испытаний было установлено, что смазочный материал новой рецептуры менее температу-розависим по сравнению с аналогами при смазывании пары «колесо - рельс» в исследуемом температурном диапазоне.
Температура окружающей среды, С
Рис. 2. Зависимость удельного расхода смазочных материалов РАПС, СС-1 и разработанного образца от температуры (от -25 до +50°С)
Предлагаемый смазочный материал обеспечивает расход в среднем на 29,5 % меньше используемого нормативного.
В результате проведенных эксплуатационных испытаний в условиях Северо-Кавказской железной дороги определено, что предлагаемый смазочный материал обеспечивает снижение интенсивности изнашивания гребней колес на 28,4% [10].
Выводы. Анализ результатов показывает, что предлагаемый смазочный материал обеспечивает снижение интенсивности изнашивания гребней колес на 28,4%.
С целью повышения теплостойкости смазочного материала в условиях работы системы «колесо-рельс» в южных регионах страны проведен качественный анализ отбора компонентов смазочного материала в результате чего были отобраны следующие компоненты: битум, стеариновая кислота и пеностекло.
Список литературы
1. Кохановский В.А., Майба И.А., Глазунов Д.В., Зориев И.А. Порошковые подшипники с полимерными вставками // Трение и износ. 2019. Т. 40. № 3. С. 291-297.
2. Кохановский В.А., Майба И.А., Глазунов Д.В., Больших И.В. Выбор оболочки греб-несмазочного блока // Вестник машиностроения. 2016. № 2. С. 53-54.
3. Кохановский В.А., Глазунов Д.В. Выбор компонентов смазочного материала для открытых узлов трения подвижного состава // Вестник машиностроения. 2016. № 3. С. 36-38.
4. Глазунов Д.В. Технологические схемы для триботехнических испытаний узлов транспортного машиностроения. Известия МГТУ МАМИ. 2019. № 1 (39). С. 8-16.
5. Петрушин А.Д., Игнатьев О.Л., Глазунов Д.В. Устройство для смазывания открытых узлов трения // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2017. Т. 76. № 6. С. 348-353.
6. Кохановский В.А., Глазунов Д.В. Фторопластсодержащие покрытия при возвратно-качательном движении // Вестник машиностроения. 2019. № 11. С. 69-71.
7. Майба И.А., Глазунов Д.В. Теоретическое обоснование механизма смешанной (полужидкостной) смазки в контакте "Твердый оболочечный смазочный стержень-колесо-рельс" // Инженерный вестник Дона. 2012. № 1 (19). С. 223-232
8. Кохановский В.А., Глазунов Д.В., Зориев И.А. Макрокомпозиционные полимерпо-рошковые подшипники // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2019. № 2. С. 40-45.
9. Кохановский В.А., Глазунов Д.В. Многокритериальная оптимизация состава смазочного материала // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2020. № 1. С. 51-59.
10. Глазунов Д.В., Повышение эффективности смазывания гребней колес тягового подвижного состава и рельсов. Автореферат дис. ... кандидата технических наук / Рост. гос. ун-т путей сообщ. Ростов-на-Дону, 2014.
11. Глазунов Д.В. Способы снижения износа колесных пар подвижного состава // Известия Уральского государственного горного университета. 2019. № 2 (54). С. 107-114.
12. Чеботарев Е.А., Губарев П.В., Глазунов Д.В. Повышение надежности тяговой зубчатой передачи грузовых электровозов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2017. № 8. С. 379-383.
Кротов Владимир Николаевич, канд. техн. наук, доцент, glazunovdm@,yandex. ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Осипова Наталья Робертовна, старший преподаватель, cool.timur7774@yandex.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Зинченко Николай Николаевич, старший преподаватель, kolek.zd@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский юридический институт Министерства внутренних дел Российской Федерации
LUBRICANT FOR THE WHEEL-RAIL SYSTEM V.N. Krotov, N.R. Osipova, N.N. Zinchenko
The article considers a range of components that allow to increase the heat resistance of lubricants used in railway transport when the wheels of rolling stock and track interact. Based on the physical properties and requirements for the components of the lubricant, a qualitative selection of the heat-resistant composition of the lubricant (anti-wear and heat-resistant additives, as well as a binder) was carried out and the range of component content in the lubricant was determined. The developed lubricant reduces the wear rate of the wheel ridges by 28.4%.
Key words: Wheel, rail, rolling stock, railway transport, lubricant, component, selection, content, range.
Krotov Vladimir Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, glazunovdm@yan-dex.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Communications,
Osipova Natalia Robertovna, senior lecturer, cool.timur7774@yandex.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Communications,
Zinchenko Nikolay Nikolaevich, senior lecturer, kolek.zd@mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation
УДК 625.144.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-514-521
РАСЧЕТНО-ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРОПРИВОДА РАБОЧИХ ОРГАНОВ
ЩЕБНЕОЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Н.Г. Гринчар, Д.С. Федасов, М.Ю. Чалова
Рассмотрена подробная методика расчета технических параметров гидропривода ба-рового органа современных путевых щебнеочистительных маши с применением гидропневмоак-кумулятора. Показано, что применение рассматриваемой методики позволяет оценить характер работы гидропривода при запуске рабочего процесса (вырезание щебня из-подрельсошпаль-ной решетки) на различных этапах производственного процесса.
Ключевые слова: щебнеочистительная машина, вырезающее устройство, объемный гидропривод, методика расчета параметров.
В современных щебнеочистительных машинах объемный гидравлический привод находит самое широкое применение, в силу известных его преимуществ - высоких показателей энергоемкости, возможности получения значительных показателей мощности при малых габаритах,
514
