Результат интеллектуальной деятельности: Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству втулок рычажной тормозной системы рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.

Известна втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе литьевой термопластичной матрицы, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, многослойных или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей (см. патент РФ №2499921, МПК F16C 33/04, 27.11.2013 г.).

Однако известная втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта при своем использовании имеет следующие недостатки:

- недостаточный срок службы из-за суммарного износа в паре трения,

- повышенную интенсивность линейного изнашивания внутреннего рабочего слоя скольжения при трении по стальной паре из стали 40Х (1×10^-7-7×10^-8 мкм/км),

- недостаточный комплекс эксплуатационных механических свойств, сочетающих ударную вязкость, предел прочности при сжатии и разрушающее напряжение при растяжении.

Задачей изобретения является разработка втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта.

Техническим результатом является повышение срока службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта за счет значительного снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, снижение коэффициента трения, сохранение уровня стабильности коэффициента трения при трении по материалу контртела стали 40Х, сохранение на заданном уровне разрушающего напряжения при растяжении, сохранение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза при одновременном сохранении заданного предела прочности при сжатии.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложена втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, характеризующаяся тем, что выполнена из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе литьевого термопластичного полифениленсульфида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с количеством слоев от 2 до 70, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,5 до 100 нм, а их длина от 0,5 до 77 мкм, при этом в качестве литьевого термопластичного полифениленсульфида основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют полифениленсульфид Fortron или Tecatron, при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:

При этом в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна. При этом углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде жгута, или рубленого жгута, или рубленой ленты, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна выбрана от 1 до 48 мм. При этом втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта предпочтительно выполнена с наружным диаметром 30-50 мм, с внутренним диаметром 20-40 мм и длиной 12-150 мм.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенную втулку рычажной тормозной системы рельсового транспорта, отличительными являются:

- выполнение втулки рычажной тормозной системы из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе литьевого термопластичного полифениленсульфида,

- использование в композиционном полимерном антифрикционном материале хаотично расположенных углеродных нанотрубок в виде вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с внешним диаметром углеродных нанотрубок от 0,5 до 100 нм и их длиной от 0,5 до 77 мкм,

- использование в качестве литьевого термопластичного полифениленсульфида основы композиционного полимерного антифрикционного материала полифениленсульфидов Fortron или Tecatron,

- выбор следующего количественного содержания компонентов композиционного полимерного антифрикционного материала втулки, мас. %:

Экспериментальные испытания в рычажной тормозной системе рельсового транспорта пар трения с использованием предложенной втулки и контртела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC, а затем и натурные ходовые испытания штатного комплекта втулок рычажной тормозной системы показали их высокую эффективность. Было установлено, что повышен срок службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта на 14-17%, при этом износ рабочего слоя скольжения предложенной втулки при трении по полированной стальной паре из стали 40Х составил 6×10^-8-9×10^-9 мкм/км. Достигнуто повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза до уровня 52,3-63,0 кДж/м², сохранен предел прочности при сжатии на уровне 165-184 МПа при одновременном сохранении разрушающего напряжения при растяжении на уровне 178-212 МПа. Одновременно установлено, что предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта имеют коэффициент трения при трении по полированной поверхности контртела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC в пределах 0,09-0,14 при сохранении стабильности коэффициента трения на уровне 0,88-0,94.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы в паре трения работоспособны с начала натурных ходовых испытаний и не требуют своей замены до настоящего времени.

В таблице 1 представлены экспериментальные составы композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полифениленсульфида, использованного для изготовления предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта, а в таблице 2 показаны штатные характеристики втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта.

Исследования ударной вязкости проводилось на маятниковом копре по методу Шарпи на образцах типа 2 без надреза по ГОСТ 4647-80. Исследование характеристик трения (характеристики трибологии) предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта проводились на машине трения УМТ 2168.

Технология изготовления предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта различного назначения в форме сплошной втулки или разрезной втулки в виде сегментов с рабочими поверхностями скольжения не требует для своего изготовления использования специфического технологического оборудования и включает в себя литье под давлением в литьевой машине изделий заданных геометрических форм из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полифениленсульфида.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта просты в понимании и не требуют для своей иллюстрации предоставления чертежей.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта имеют по сравнению с втулкой-прототипом увеличенный эксплуатационный ресурс за счет значительного снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, обладают ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза на уровне 52,3-63,0 кДж/м², пределом прочности при сжатии на уровне 165-184 МПа при одновременном сохранении разрушающего напряжения при растяжении на уровне 178-212 МПа. Кроме того, предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта характеризуются снижением коэффициента трения до уровня 0,09-0,14 при сохранении высокой стабильности коэффициента трения при трении по материалу контртела стали 40Х и снижением линейного износа.