Композиция для уменьшения износа в паре трения колесо - рельс

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и конкретно касается уменьшения износа в паре трения колесо - рельс на кривых участках пути за счет использования смазочной композиции. Композиция содержит, мас.%: нефтяной кокс 10-20, отработанное дизельное масло 15-25, низкомолекулярный полиэтилен - остальное до 100. Технический результат - снижение износа рельсов и колес подвижного состава. 1 табл.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и конкретно касается уменьшения износа в паре трения колесо - рельс на кривых участках пути за счет использования смазочной композиции.

Нанесение смазки в паре трения колесо - рельс позволяет существенно снизить интенсивность износа рельсов в кривых и колес подвижного состава, а также дает экономию расхода топлива или электроэнергии на движение поезда [Железные дороги мира, 1996, N 6, с. 55].

В качестве смазок, как правило, используют композиции из нескольких компонентов, при этом смазочные композиции должны удовлетворять ряду требований: 1. Они должны эффективно уменьшать трение и износ при контакте реборды колеса и боковой поверхности головки рельса.

2. Используемая композиция должна легко наносится в место контакта и удерживаться на боковой поверхности рельса.

3. Компоненты смазочной композиции должны быть доступными и недорогими материалами.

4. Компоненты и получаемая композиция не должны оказывать влияния на окружающую среду и быть нетоксичными для человека.

Однако применяемые на железнодорожном транспорте смазки не могут в полной мере отвечать всем требованиям, поэтому постоянно проводятся исследования по совершенствованию смазочных композиций.

Наиболее часто в качестве основного антифрикционного материала в композициях используют графит [Шаповалов В. З. и др. Заявка 93007533/04, БИ N 23,1995] , [Патент 2009187 (RU)], [Патент 2042712 (RU)], дисульфид молибдена [Патент 2065484 (RU)].

Для улучшения антифрикционных свойств и консистенции смазки в композицию вводят полимерные добавки, в качестве которых может быть использован полиэтилен с молекулярной массой 100000-200000 [А.С. СССР 1807075], молекулярной массой 30000-50000 [Патент 2048506 (RU)].

В качестве жидкого компонента, придающего смазочной композиции необходимую консистенцию, обычно используют минеральное масло [А.С. СССР 1807075], [Патент 2000316 (RU)], [Патент 2048506 (RU)] или другие продукты переработки нефти [Патент 2067110 (RU)], [Патент 2065484 (RU)].

Наиболее близкой к заявляемой смазочной композиции является смазочная композиция, содержащая низкомолекулярный полиэтилен (5-25%), порошкообразный наполнитель, в качестве которого использован графит (3-30%) и дополнительно углеводородный конденсат стадии сепарации при производстве полиэтилена высокого давления (до 100%) [Скрипец В.И. и др. А.С. СССР 1810384] (прототип).

Прототип обладает следующими недостатками: 1. Использование дорогого порошкообразного наполнителя - графита. При этом используемый природный графит не должен содержать минеральных примесей, а получение синтетического графита требует применения высоких температур и давлений [Веселовский B.C. Угольные и графитовые конструкционные материалы. М. 1996].

2. Используемый углеводородный конденсат стадии сепарации может содержать остаточный инициатор полимеризации (например, перекисное соединение), который может вызвать коррозионные процессы на металле.

3. Непостоянство состава углеводородного конденсата, поскольку он может содержать значительные количества компрессорного масла и масла, используемого для растворения инициатора.

4. Смазка плохо наносится в места трения, т.к. обладает высокой вязкостью и плохо удерживается на рельсе.

Цель предлагаемого изобретения - разработка композиции для уменьшения износа в паре трения колесо - рельс с использованием дешевых компонентов или отходов производства, которая обладает высокой эффективностью и легко наносится на рельс.

Поставленная цель достигается использованием в качестве основы для композиции низкомолекулярного полиэтилена (НМПЭ) - отхода производства полиэтилена высокого давления. НМПЭ представляет собой маслообразный продукт белого цвета со средней молекулярной массой (ТУ 6-05-1837) 1500 ед; температурой плавления (ГОСТ 18995.4) в интервале 70-95^oС, температурой вспышки в открытом тигле (ГОСТ 4333) 257^oС, зольностью (ГОСТ 15973) <0,1 мас.%, кислотным числам (ГОСТ 5734) <1 мг КОН на грамм продукта.

В качестве порошкообразного материала вместо графита предлагается использовать диспергированный нефтяной кокс с размером частиц меньше 0,100 мм. Нефтяной кокс в отличие от графита представляет собой сложную дисперсную систему, в которой отдельные кристаллики графитоподобной структуры образуют пористую массу с пористостью до 50%. При размельчении нефтяного кокса и добавлении к нему гидрофобных молекул углеводородов у него проявляются антифрикционные свойства, особенно при действии высоких нагрузок. Наиболее подходящим является нефтяной кокс замедленного коксования, обладающий минимальным содержанием примесей. Для диспергирования целесообразно применять коксовую мелочь с размером частиц <6 мм, не находящую во многих случаях сбыта.

Для улучшения смешиваемости нефтяного кокса с НМПЭ и придания композиции необходимой консистенции в нее добавляется отработанное дизельное масло (например, отработанное дизельное масло локомотивов), из которого предварительно путем отстаивания удаляются механические примеси.

Полученная композиция характеризуется следующим составом, мас.%: Нефтяной кокс - 10-12 Отработанное дизельное масло - 15-25 Низкомолекулярный полиэтилен - Остальное до 100% Композиция представляет собой однородную консистентную смазку черного цвета. Соотношение между отдельными компонентами определяется условиями применения композиции (главным образом температурой).

Заявляемая композиция обладает следующими достоинствами: 1. Компоненты композиции дешевые, легко доступные продукты или отходы производства.

2. Композиция легко наносится на рельс, не стекает с боковой поверхности головки рельса, обладает высоким защитным эффектом.

3. При движении подвижного состава смазка разносится колесами, обеспечивая равномерное распределение по боковой поверхности головки рельса.

4. Предлагаемая композиция экологически безопасна и практически безвредна для человека. Входящие в ее состав углеводороды способны подвергаться биоразложению.

5. Вязкость композиции регулируется содержанием отработанного дизельного масла.

6. Компоненты композиции легко перемешиваются с образованием устойчивой при хранении консистенции.

Полученная композиция была испытана в лабораторных условиях с использованием машины трения МИ-1М [Зозуля В.Д. и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев. 1990]. Испытание на трение качения с проскальзыванием моделирует, в определенной степени, взаимодействие колес подвижного состава и рельса. Величина износа образцов определялась методом гравиметрии - путем взвешивания на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. При отсутствии смазки за 6 часов работы машины износ подвижного ролика составил 1,682 г, неподвижного - 1,686 г. Смазка на образцы наносилась вручную одинаковыми порциями через каждые 10 мин. При тех же условиях работы машины для получения значимых результатов при использовании смазочной композиции испытания проводились 18 часов. В таблице представлен износ образцов для композиций различного состава.

Из таблицы видно, что уменьшение содержания нефтекокса ниже 10%, а отработанного масла ниже 15% снижает эффект предотвращения износа. Увеличение содержания нефтекокса выше 20%, а отработанного масла выше 25% не дает увеличения эффекта смазывания.

Кроме того, композиция, соответствующая примеру 1, была испытана в реальных условиях путем нанесения на рельс вручную с помощью кисти. Композиция наносилась на одном стометровом пикете криволинейного участка железнодорожного пути радиусом 300 м. Расход смазки составлял 250 г/км. Осмотр рельса после прохождения 5000 колес показал высокий защитный эффект композиции (отсутствие задиров, гладкая поверхность боковой грани).

Таким образом, предлагается композиция для предотвращения износа в паре трения колесо - рельс, которая состоит из дешевых доступных компонентов, легко наносится на рельс, оказывает минимальное экологическое воздействие и обладает высокой эффективностью.

Формула изобретения

Композиция для уменьшения износа в паре трения колесо - рельс, содержащая низкомолекулярный полиэтилен, порошкообразный наполнитель и углеводородный компонент, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразного наполнителя использован нефтяной кокс, а в качестве углеводородного компонента - отработанное дизельное масло при следующем соотношении компонентов, мас. %: Нефтяной кокс - 10-20
Отработанное дизельное масло - 15-25
Низкомолекулярный полиэтилен - Остальное до 100

РИСУНКИ

Рисунок 1