СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ОТКРЫТЫЙ УЗЕЛ ТРЕНИЯ

Взаимодействие колеса и рельса является физической основой движения поездов по железным дорогам. Именно оно во многом определяет безопасность, а также такие важнейшие технико-экономические показатели, как масса поездов, скорость их движения и уровень эксплуатационных расходов. При этом требования к показателям взаимодействия колес и рельсов в разных зонах контактирования противоречивы. С одной стороны, сцепление колес с рельсами должно быть таким, чтобы обеспечивалось малое сопротивление движению поезда. С другой - для реализации требуемой силы тяги необходим высокий и стабильный уровень сцепления локомотивных колес с той же поверхностью. Помимо этого, для предотвращения вкатывания колеса на головку рельса, снижения износа гребня колеса и боковой поверхности головки рельса, а также сопротивления движению поезда в кривых требуется максимально возможно снизить трение между гребнем колеса и боковой поверхностью головки рельса. Применяемые материалы должны обладать высокой прочностью, чтобы воспринимать вертикальные и боковые статические нагрузки и динамические воздействия, вызванные вертикальными и горизонтальными ускорениями элементов подвижного состава. При этом интенсивность изнашивания элементов и скорость развития усталостных дефектов должны быть такими, чтобы обеспечивалась экономически целесообразная эксплуатация подвижного состава и пути.

Известна конструкция «бортовой гребнесмазыватель» НПП «Фромир» (Ростов-на-Дону) АГС-8, работающие на консистентной смазке. Системами АГС-8 оборудовано более 7000 единиц подвижного состава ОАО «РЖД», промышленного транспорта и метрополитена. АГС-8 при помощи специальных дозирующих форсунок наносят смазку только во время движения локомотива на гребни набегающих колесных пар в количестве трех граммов на километр. В результате на гребнях (при движении по прямой) образуется антифрикционная пленка толщиной порядка 20 микрон. Вследствие взаимодействия гребней с рельсом смазка переносится на боковую поверхность рельса и на последующие гребни. Расчетная толщина смазки на рельсе 0,1-0,3 микрона. В качестве смазочного материала в АГС-8 применяют консистентные и жидкие смазки. Управление АГС-8 осуществляется специальными электронными блоками, оснащенными датчиками пути. В качестве датчика пути для АГС-8 могут использоваться сигналы, генерируемые датчиками оборотов колеса (типа Л 178), входящими в системы КПД, САУТ, КЛУБ и др. АГС-8 устанавливаются на любом типе подвижного состава.

Автоматический гребнесмазыватель типа АТС-8 предназначен для дозированного нанесения смазочного материала на гребни колесной пары локомотивов серии ТЭМ2, ТЭМ15, ТЭМ18, в зависимости от пройденного пути с целью снижения интенсивности износа гребней колесных пар и рельсов и уменьшения энергопотребления за счет сокращения сил сопротивления движению. В состав АТС-8 входят: блок управления, бак для хранения смазочного материала, форсунки, электропневмовентиль.

Недостатком этой конструкции является то, что к ветровой нагрузке добавляются центробежные силы, которые сбрасывают с гребней колес смазку и она попадает в балласт или замасливает элементы подвижного состава. Требует постоянного контроля за качеством ремонта и выполнения требований эксплуатации. При отсутствии контроля за исправностью оборудования может стать причиной лавинного боксования.

Аналогом является система «автоматический лубрикатор», описанная в патенте США №3944025 [3], которая содержит корпус лубрикатора, связанный с буксой колесной пары, и систему подачи смазочного материала.

Недостатком этой системы является низкая надежность узлов лубрикатора, ввиду того, что он располагается на неподрессоренной массе подвижного состава и испытывает высокие разрушающие динамические нагрузки.

В качестве прототипа выбрана конструкция «контактный гребнесмазыватель» [1], у которого смазывающий элемент (графитовый стержень, полиэтиленовая трубка с наполнителем) [2] непосредственно контактирует с поверхностью гребней и прижимается к ней при помощи привода подачи смазочных стержней (фиг.1).

F_ск>F_тр, Q_рас>0

F_ск<F_тр, Q_рас=0

При отсутствии смазочного материала на смазываемой поверхности скатывающее усилие меньше силы трения F_тр, что обеспечивает подачу смазочного материала на смазываемую поверхность, т.е. F_тр>F_ск. При наличии смазочного материала на смазываемой поверхности коэффициент трения смазочного материала по смазочному материалу ниже уровня, обеспечивающего F_тр>F_ск, т.е. F_ск>F_тр, и смазочный материал не прижимается к смазываемой поверхности, т.к. при F_ск>F_тр сила нормального давления смазочного материала на смазываемую поверхность равна 0 (т.е. N=0) и соответственно нет подачи смазочного материала на смазываемую поверхность (фиг.2).

F_ск>F_тр, Q_рас>0

F_ск<F_тр, Q_рас=0

F_тр1=f₁Psinβ

F_ск=Pcosβ

F_ск>F_тр1→Pcosβ>f₁Psinβ

F_пр=F_ск-F_тр1=P(cosβ-f₁sinβ)

F_тр2=f₂P(cosβ-f₁sinβ)sinβ

F_тр2={[f₂P(cosβ-f₁sinβ)sinβ]cosβ-f₁[f₂P(cosβ-f₁sinβ)sinβ]sinβ}f₂sinβ

Недостатком этой конструкции является увеличенный расход смазочных стержней, обусловленный отсутствием систем регулирования расхода смазочного материала в зависимости от его наличия на смазываемой поверхности.

Для решения данной задачи разработана конструкция (фиг.3). К раме тележки с помощью болтового соединения крепится кронштейн 5, к которому приварена кассета 3. Для обеспечения безопасности движения поездов кассета соединена с рамой тележки с помощью страховочного троса 4.

Технический результат достигается тем, что смазочный материал в виде смазочных стержней 2 подается к смазываемой поверхности 1 (поверхности гребня колеса) под углом β, обеспечивающим его самопроизвольное прижатие к смазываемой поверхности, с усилием F, достаточным для обеспечения процесса изнашивания внешней оболочки и нанесения его на поверхность трения (гребень колеса).

,

где f₁ - коэффициент трения смазочного стержня по направляющей, подающей смазочный материал (смазочный стержень) к смазываемой поверхности;

P - вес смазочного стержня.

При этом соотношение площадей сечения стержня S₁, контактирующего со смазываемой поверхностью, к площади смазываемой поверхности S₂ выбирается из соотношения 0 < S₁/S₂ ≤ 1. Это в полной мере обеспечивает нанесение смазочного материала на поверхность трения (гребень колеса 1).

Литература:

1. Патент РФ №2197677 «Система смазки поверхностей трения», опубл. 27.01.2003 г., МПК⁷ F16N 11/00, B61K 3/02.

2. Заявка на изобретение №2008115041/1 1 «Система модифицирования поверхностей трения».

3. 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, peг. №01910014653, авторы Гочуа Б.В., Колосов Ю.В., Козлов В.В., Васильев А.С., 1991, 103 с.