Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ БОКОВОГО ИЗНОСА ГОЛОВКИ РЕЛЬСА И СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, к способу и средству обеспечения защиты от бокового износа железнодорожных рельсов и элементов стрелочных переводов. Особенно для защиты рельсов, уложенных в сложных эксплуатационных условиях при сочетании затяжных подъемов и спусков с кривыми малого радиуса, высокой грузонапряженности, тяжеловесного движения и т.п. Изобретение предназначено для увеличения срока службы рельсов и элементов стрелочных переводов за счет увеличения износостойкости боковых поверхностей головок рельсов, рамных рельсов и остряков и может найти применение на магистральных железнодорожных линиях, в том числе высокоскоростных, в тоннелях, метрополитенах и на железнодорожных путях промышленных предприятий.

Известны смазочные композиции, содержащие следующие добавки:

- графит - в качестве твердосмазочного материала (Малая советская энциклопедия. М., Госнаучиздат. "Большая советская энциклопедия”, 1959, т.3, с.114) или в качестве присадки к смазочным маслам или к пластичным смазкам, например к смазке на основе нефтяного масла (Авторское свидетельство СССР №1583437 C10M 125/02, 1990);

- медный порошок (Пластичная смазка. Авторское свидетельство СССР №658165, C10M 125/04, 1976);

- смесь порошков алюминия, сурьмы и магния (Металлоплакирующий смазочный материал для узлов трения. Авторское свидетельство СССР №1011678, C10M 125/04, 1981);

- порошок меди, бронзовой пудры, олеиновой кислоты с жировым солидолом (Способ повышения износостойкости боковой грани рельса и гребня колесной пары. RU №2130399, C1 B61K 3/00, 1999);

- серпентинит (Ингредиент смазочных материалов. RU №2131451, C1 C10M 125/26, 26.04.1996);

- графит и дисульфид молибдена (Рельсовая смазка. RU №2271382, C1 C10M 169/02, 28.06.2004).

Следует отметить не только труднодоступность вышеприведенных аналогов, но и их трудоемкость изготовления и повышенные требования к чистоте порошков.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ защиты от износа головки рельса и гребней бандажей колесных пар путем нанесения на них смазки, которая включает в себя серпентинит в качестве твердосмазочного материала (Патент №2111141, C1 B61K 3/00, 14.02.1994). Он взят за прототип. Данная смазка предполагает значительный расход дорогостоящего серпентинита. Также основными недостатками подобных смазок являются недостаточные противоизносные свойства, а при особо низких температурах затруднительна их подача в зону контакта рельс-колесо.

Кроме того, при использовании известных смазок требуется проводить смазывание рельсов в кривых малого радиуса постоянно либо передвижными рельсосмазывателями, либо стационарными лубрикаторами при прохождении колес подвижного состава.

Несмотря на проводимую современную лубрикацию, она недостаточно эффективна, поскольку в сложных эксплуатационных условиях (на участках пути, где имеются затяжные подъемы более 10‰, кривые с радиусами менее 400 м, запесочивание пути) смена рельсов Р65 производится после наработки тоннажа 70-100 млн тонн брутто, в то время как рельсы Р65 должны служить при нормативной наработке тоннажа не менее 700 млн тонн брутто, а в ближайшей перспективе - более 1000 млн тонн брутто.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа защиты от бокового износа головки рельса с разработкой смазочной композиции с усовершенствованным составом, содержащим одновременно слоистые и металлоплакирующие ингредиенты, легирующие, в процессе трения, трущиеся поверхности, обеспечивающие снижение износа рельсов и продление срока их службы. При этом, после периода периодической смазки рельсов, должен обеспечиваться продолжительный период эксплуатации пути без нанесения смазочной композиции.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что предлагается способ защиты от бокового износа головки рельса, при котором на боковую поверхность головки рельса на криволинейных участках пути и зонах стрелочных переводов наносят смазочную композицию на основе органического связующего, включающую в себя твердосмазочный материал в виде диспергированного порошка серпентинита и комбинацию слоистых и металлоплакирующих компонентов в виде порошков графита, дисульфида молибдена и порошков мягких металлов и/или сплавов - алюминия, олова, цинка, меди, бронзы.

При проведении смазочных работ периодическое смазывание боковой поверхности рельсов проводят в течение 1-3 месяцев, далее прерывают еженедельное периодическое смазывание на срок от 1 до 3 месяцев.

Для реализации способа используют смазочную композицию для уменьшения бокового износа головки рельса на основе органического связующего, включающую в себя твердосмазочный материал в виде диспергированного порошка серпентинита, при этом в смазочную композицию дополнительно вводят комбинацию порошков графита, дисульфида молибдена, мягких металлов и/или сплавов, при следующем содержании компонентов, мас.%:

серпентинит - 5-20;

графит - 2-10;

дисульфид молибдена - 2-10;

порошки мягких металлов и/или сплавов - 2-10;

органическое связующее - остальное.

В качестве порошков мягких металлов и/или сплавов используют порошки алюминия, олова, цинка, меди, бронзы.

Органическое связующее является основой смазочной композиции, в которой равномерно распределены другие компоненты и которая позволяет произвести нанесение смазки на трущиеся поверхности. В качестве органического связующего может быть использована любая смазка, применяемая для снижения бокового износа рельсов, например эпоксидная смола, рельсовая смазка ЖР, ПУМА-МЛ и т.д.

Физико-механические свойства используемых в смазочной композиции слоистых твердых компонентов обусловлены следующим.

Серпентинит является твердосмазочным материалом, который значительно усиливает антифрикционные и противозадирные свойства, в смазочной композиции его содержание составляет 5-20%.

Графит представляет собой модификацию углерода со слоистой структурой и обладает очень хорошими смазывающими свойствами на воздухе, в смазочной композиции его содержание составляет 2-10%.

Дисульфид молибдена усиливает противозадирные свойства и очень стоек к радиации, в смазочной композиции его содержание составляет 2-10%.

Введение в состав пластичной композиции порошков мягких металлов (алюминий, медь, олово, цинк) и/или сплавов (бронза) способствует улучшению триботехнических свойств из-за металлоплакирования трущихся поверхностей и реализации «эффекта безызносности». Применение металлоплакирующих компонентов смазки позволяет увеличить период между смазочными работами. Цинк и олово обладают хорошими способностями удерживать смазку. В смазочной композиции содержание порошков мягких металлов и/или сплавов составляет 2-10%.

После нанесения смазочной композиции согласно изобретению на боковую поверхность головки рельса в места контакта рельс-колесо, при прохождении подвижного состава по рельсам за счет энергии трения образуются защитные, высокопрочные, антифрикционные, противозадирные, противоизносные твердосмазочные покрытия, реализующие в сопряжениях «эффект безызносности». Данные защитные покрытия прекращают водородное охрупчивание поверхности рельса в зонах интенсивного трения и защищают поверхностный и подповерхностный слои металла от химического разрушения, а также обеспечивают самосмазывание сопряжений в режиме сухого трения, при этом высокая эффективность по уменьшению бокового износа рельсов достигается благодаря особому сочетанию в своем составе одновременно слоистых и металлоплакирующих ингредиентов, легирующих в процессе трения поверхность контакта рельса с колесом.

Лабораторные износные испытания показали практически трехкратную эффективность самосмазывающей композиции по уменьшению износа образца модели рельса. Лабораторные испытания были проведены по схеме «неподвижный цилиндр - вращающийся ролик» при среднем давлении в месте контакта 50 МПа, скорости вращения 1 м/с, диаметре цилиндра 13 мм, диаметре ролика 40 мм. Цилиндр был выполнен из рельсовой стали (полый с охлаждением внутри водой), ролик - из колесной стали. Измерение глубины и ширины лунки на цилиндре проводили с точностью до 0,05 мм, ролик взвешивался с точностью до 0,0005 г. Относительный износ цилиндра рассчитывался по формуле h/s, где h - глубина износа; s - путь трения. Полученное среднее значение относительного суммарного износа после пяти испытаний для образца без покрытия составило 3,6·10^-7, а для образца с покрытием смазочной композицией согласно изобретению - 1,3·10^-7. Наиболее заметное влияние смазочной композицией на трибосопряжение наблюдается в течение первых 7 минут работы, что подтверждает перегиб на полученном при испытаниях графике зависимости износа от времени.

При эксплуатационных испытаниях на горно-перевальном участке железнодорожного пути, имеющего следующие характеристики: радиус кривой 410 м, подъем 8‰, грузонапряженность 120 млн т брутто в год, проводили нанесение смазочной композиции, согласно изобретению с периодичностью 3 раза в неделю в течение 1,5 месяцев, далее 5 месяцев не проводили нанесения смазочной композиции, и вновь продолжили ее нанесение в течение 2 месяцев. Боковой износ головки рельса измеряли в круговой кривой по разнице среднего значения ширины головки рельса до начала испытаний и в процессе испытаний. После наработки тоннажа 90 млн т брутто применение смазочной композиции согласно изобретению в круговой кривой позволило снизить интенсивность бокового износа рельсов до четырех раз по сравнению с контрольным участком.

В процессе испытаний было подтверждено, что образующиеся поверхностные слои обеспечивают продолжительный период работы с уменьшенной интенсивностью износа, в период которого не требуется постоянного нанесения смазочной композиции, при этом продлевается срок службы рельсов.

В зависимости от условий эксплуатации предлагается в первые три месяца производить по 2-4 нанесения на поверхность головки рельса смазочной композиции еженедельно, далее перерыв в 1-3 месяцев (без нанесения смазочной композиции) и вновь повторение по 2-4 нанесения еженедельно в течение 2-3 месяцев, с последующими перерывами и повторными смазками, при контроле бокового износа.

Данный способ и смазочную композицию согласно изобретению можно применить и для продления срока службы остряков и рамных рельсов стрелочных переводов.

В зависимости от плана и профиля пути и сложности условий эксплуатации можно варьировать процентным содержанием компонентов в приведенных граничных значениях массовой доли и графиком проведения смазывания, для оптимизации стоимости затрат, при обеспечении снижения бокового износа головки рельса.