Триботехнический способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения износостойкости деталей пары трения сочленения, например, колесо-рельс железнодорожного транспорта. В способе, основанном на нанесении противоизносного покрытия в динамике движения, для восстановления износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют одновременное нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов в виде пленки толщиной 1,0-1,5 мкм на поверхности трения деталей сочленения путем избирательного переноса ионов пластичных металлов на контактируемые поверхности деталей из размещенного в зоне трения объема металлоплакирующего ионизационного раствора, содержащего в виде ионов до 10% массовой доли наносимого состава пластичных металлов, равномерно распределенной в остальной массе жидких компонентов, имеющих поверхностно-активные и восстановительные свойства. При этом раствор в зависимости от возникающего давления в зоне трения деталей сочленения подают по схеме периодического или постоянного впрыска. Устройство для осуществления способа размещено на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержит входной пневмораспределитель, подключенный к пневмомагистрали и к электрической цепи пульта управления транспорта, резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный пневнопроводом с входным пневмораспределителем, рабочий пневмораспределитель, соединенный через дроссель с входным пневмораспределителем и электрическим подключением к блоку контроля прохода запрограммированного отрезка пути и интервала времени включения, регулятор, включающий пневмоцилиндр, содержащий подпружиненный поршень, кольцевую камеру, соединенную с выходом трубопровода резервуара и входом трубопровода распылителя для обеспечивания подачи по трубопроводу и впрыска распылителем металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения, вспомогательную камеру, соединенную с выходом трубопровода резервуара, и основную камеру, соединенную с входом трубопровода распылителя, размещенный между ними подпружиненный клапан с нижним и верхним штоками, выполненный с возможностью контактирования с нижним штоком флюгер, установленный опорной частью через подпружиненную подвижную втулку в правую опору регулятора, а рабочей частью в его левую опору, и который усилием пружины поддерживает постоянный контакт с вертикальной плоскостью рамы тележки, при этом распылитель установлен на раме тележки. Группа изобретений обеспечивает повышение износостойкости деталей более чем в 20 раз. Снижение затрат на ремонт колесных пар и рельсового пути в 15-20 раз, снижение продолжительности простоя транспорта в ремонте на 30% и повышение объема перевозок на 25%. Годовой экономический эффект от внедрения изобретения при эксплуатации парка локомотивов в количестве 50 машин составляет 3,60 млн. руб., без учета повышения ресурса рельсового пути, сокращения простоя машин в ремонте, амортизации технологического оборудования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения долговечности и надежности работы транспортной техники и технологического оборудования, в частности, с целью повышения износостойкости деталей пары трения сочленения колесо-рельс железнодорожного транспорта.
Известен способ повышения износостойкости нанесением покрытия из пластичных металлов на наружную поверхность золотника плунжерной пары, установленного в центрах токарного станка, путем фрикционного латунирования цилиндрическим прутком из медного сплава (латунь), закрепленного в специальном приспособлении, установленного на суппорте станка, при продольной подаче 0,1-0,2 мм/об; удельном давлении 50-70 МПа, скорости скольжения 0,1-0,2 м/с и частоты вращения прутка 200-250 об/мин (Румянцев Г.И. Фрикционное латунирование деталей топливной аппаратуры. // Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. М., Машиностроение, 1977 г. с.155-159). Такой способ нанесения покрытий из пластичных металлов на поверхности трения деталей имеет низкую производительность и высокую трудоемкость, что приводит к необходимости значительных финансовых затрат, а повышенная величина удельного давления прутка может приводить к деформации деталей, понижающей эксплуатационные свойства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ повышения износостойкости поверхности катания колесной пары путем фрикционно-механического нанесения из пластичного медьсодержащего металла противоизносного покрытия на поверхности катания колесной пары на колесотокарном станке, а пруток из наносимого металла закрепляют в резцедержателе станка и с усилием прижимают к предварительно смоченной жидкой технологической средой обрабатываемой поверхности катания колесной пары, вращаемой станком (Патент РФ №2112663, 6 В 60 В 17/00, С 23 С 26/00, опубл. 10.06.98 г. Бюл. №16 "Способ повышения износостойкости поверхности катания колесной пары").
Основным недостатком, понижающим технический уровень и экономическую эффективность, известных способов являются:
- только на стадии станочного выполнения технологической операции нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхность катания колеса используется свойство избирательного переноса при трении (эффект безызносного трения);
- не реализуют в условиях эксплуатации транспорта процесс самоорганизации и самовосстановления противоизносного покрытия в зоне трения сочленения колесо-рельс;
- отсутствие покрытия из пластичных металлов на поверхности трения контрдетали снижают до минимума достигаемые показатели противоизносной и антифрикционной стойкости пары трения;
- необходимость наличия станочного оборудования, продолжительного простоя транспорта в ремонте и выполнения трудоемких разборочно-сборочных работ узлов и агрегатов;
- низкий уровень механизации и высокая трудоемкость процесса нанесения покрытия из пластичных металлов при высокой стоимости и финансовых затрат на внедрение.
В целом известные способы нанесения покрытий из пластичных металлов на поверхности трения деталей имеют ограниченный диапазон использования, обеспечивают минимальные показатели износостойкости при высоких финансовых и трудовых затратах.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является достижение максимальной износостойкости, повышение производительности и качества наносимого покрытия из пластичных металлов на поверхности трения колеса и рельсы железнодорожного транспорта.
Указанный технический результат достигается тем, что при движении транспорта взамен сопутствующему трению фактора износа деталей сочленения колесо-рельс, на протяжении всего эксплуатационного цикла осуществляют одновременное и автоматическое нанесение самоорганизующегося и самовосстанавливающегося покрытия из пластичных металлов в виде пленки толщиной 1,0-1,5 мкм на фактической площади контакта поверхностей колеса и рельсы путем создания триботехнических условий избирательного переноса при трении атомов (ионов) пластичных металлов в процессе взаимного трения деталей сочленения колесо-рельс в среде металлоплакирующего ионизационного раствора, содержащий в виде атомов (ионов) до 10% массовой доли наносимого состава пластичных металлов, равномерно распределенной в остальной массе жидких компонентов с поверхностно-активными и восстановительными свойствами, который подают в зависимости от возникающего давления в зоне трения сочленения колесо-рельс по схеме периодического или постоянного впрыска, осуществляемый размещенным на раме транспорта автоматом, содержащий входной пневмораспределитель, подключенный к пневмомагистрали и к электрической цепи пульта управления транспорта; резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный пневмопроводом с входным пневмораспределителем; рабочий пневмораспределитель, соединенный пневмопроводом через дроссель с входным пневмораспределителем и электрическим подключением к блоку контроля пройденного отрезка пути и интервала времени включения; регулятор, включающий: пневмоцилиндр, содержащий подпружиненный пружиной поршень с кольцевой камерой и имеющий расположенные в одной плоскости выход трубопровода резервуара и вход трубопровода распылителя и соединенный пневмопроводом с рабочим пневмораспределителем; вспомогательную камеру с выходом трубопровода резервуара и основную камеру с входом трубопровода распределителя; подпружиненный пружиной клапан с нижним и верхним штоками; флюгер, установленный опорной частью через подпружиненную пружиной подвижную втулку в правую опору, а рабочей частью в левую опору, которой усилием пружины поддерживает постоянный контакт с вертикальной плоскостью рамы тележки; распылитель, соединенный трубопроводом с регулятором и установленный на раме тележки с возможностью впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения колеса и рельсы.
ОПИСАНИЕ СПОСОБА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Сущность способа поясняется чертежом, где показан общий вид схемы автомата для триботехнического способа нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения колесо-рельс.
Триботехническим способом наносят противоизносные и антифрикционные покрытия на поверхности трения деталей сочленения из сплава меди, например, бронзы типа БрОФ7-0,2 или латуни типа ЛО70-1, которые получают восстановлением требуемых пластичных металлов из их солей в смеси глицерина и формальдегида соотношения 10:1 металлоплакирующего ионизационного раствора, содержащий до 10% массовой доли требуемого состава сплава меди, который при подаче в зону контакта путем избирательного переноса при трении ионов пластичных металлов в динамике движения транспорта при естественном процессе трения между поверхностями контакта сочленения колесо-рельс обеспечивает автоматическое нанесение противоизносного и антифрикционного покрытия из пластичных металлов в виде пленки толщиной 1,0-1,5 мкм, которое происходит на фактической площади контакта поверхностей колеса и рельсы взамен неизбежного износа в условиях традиционного трения колеса и рельсы.
Автомат для осуществления триботехнического способа, содержит: входной пневмораспределитель 1, подключенный к пневмомагистрали 2 и электрической цепи пульта управления (на чертеже не показано) транспорта; резервуар 3 с металлоплакирующим ионизационным раствором 4, соединенный пневмопроводом 5 с входным пневмораспределителем 1; рабочий пневмораспределитель 6, соединенный пневмопроводом 7 через дроссель 8 с входным пневмораспределителем 1 и подключен к электрической цепи блока контроля прохода запрограммированного отрезка пути и интервала времени включения (на чертеже не показано); регулятор 9, содержащий пневмоцилиндр 10, включающий пружину 11, поршень 12 с кольцевой камерой 13 и расположенные в одной плоскости выход трубопровода 14 резервуара 3 и вход трубопровода 15 распылителя 16 и соединенный пневмопроводом 17 с рабочим пневмораспределителем 6; промежуточную камеру 18 с выходом трубопровода 19 резервуара 3 и основную камеру 20 с входом трубопровода 21 распылителя 16; подпружиненный пружиной 22 клапан 23 с верхним штоком 24 и с нижним штоком 25; флюгер 26, установленный опорной частью 27 через подпружиненную пружиной 28 подвижную втулку 29 в правую опору 30, а рабочей частью 31 в левую опору 32, с которой пружина 33 обеспечивает постоянный контакт вертикальной плоскости 34 рамы тележки 35, на которой установлен распылитель 16 с возможностью впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора 4 в зону трения колеса 36 и рельсы 37.
Автомат для осуществления триботехнического способа нанесения покрытий из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения работает следующим образом: при трогании транспорта электрический сигнал пульта управления о вращении колесной пары включает входной пневмораспределитель 1, который подает сжатый воздух от пневмомагистрали 2 по пневмопроводу 7 через дроссель 8 к рабочему пневмораспределителю 6 и по пневмопроводу 5 в резервуар 3 с металлоплакирующим ионизационным раствором 4, который под давлением сжатого воздуха поступает по трубопроводу 14 к пневмоцилиндру 10 по трубопроводу 19 в промежуточную камеру 18 и после прохода транспортом запрограммированного отрезка прямолинейного участка рельсовой пути, с примерно равной величиной давления в зонах трения сочленений колесо 36 и рельсы 37 транспорта, блок контроля включает пневмораспределитель 6, который по пневмопроводу 17 подает сжатый воздух в пневмоцилиндр 10, перемещая поршень 12 с кольцевой камерой 13, которая соединяет выход трубопровода 14 резервуара 3 и вход трубопровода 15, обеспечивая подачу по трубопроводу 21 и впрыск распылителем 16 металлоплакирующего ионизационного раствора 4 в зону трения колеса 36 и рельсы 37, по истечении времени включения которого блок контроля отключает рабочий пневмоцилиндр 6, стравливая в атмосферу сжатый воздух из пневмопровода 17 и пневмоцилиндра 10, а пружина 11 возвращает поршень 12 с кольцевой камерой 13 в исходное положение, завершая цикл схемы периодического впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора 4 в зону трения колеса 36 и рельсы 37, при сохранении условий прямолинейного движения после каждого прохода транспортом запрограммированного отрезка рельсовой пути автомат повторяет циклы схемы периодического впрыска до перехода транспорта на движение по криволинейному участку рельсовой пути, стрелочным переводам и др., когда поперечные составляющие действующих на транспорт сил перераспределяют нагрузку, повышая давление в зоне трения колеса 36 и рельсы 37 в одной из сторон транспорта и смещая раму транспорта относительно рамы тележки, в результате флюгер 26, перемещаясь в подвижной втулке 29 и в левой опоре 32 регулятора 9, своей рабочей частью 31 перемещает нижний шток 25 и открывает клапан 23, сжимая пружину 22, а верхним штоком 24 блокирует в исходном положении поршень 12, отключая схему периодического впрыска, и автомат подает металлоплакирующий ионизационный раствор 4, при этом автомат начинает работать по схеме постоянного впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора 4 из резервуара 3 по трубопроводу 19 через промежуточную камеру 18, открытый клапан 23, основную камеру 20 и по трубопроводу 21, распылителем 16 в зону трения колеса 36 и рельсы 37, продолжительность цикла соответствует интервалу времени движения транспорта по криволинейному участку по окончании которого восстанавливается равномерное давление в зонах трения сочленения колесо-рельс и принимает исходное положение рама транспорта, а пружина 33 выводит рабочую часть 31 флюгера 26 из контакта с нижним штоком 25, в результате пружина 22 закрывает клапан 23 и освобождает поршень 12 от блокировки верхнего штока 24, чем отменяется схема постоянного впрыска и возобновляется схема периодического впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора 4 в зону трения колеса 36 и рельсы 37, при остановке транспорта отключением электрического сигнала вращения колесной пары пульт управления транспорта выключает входной пневмораспределитель 1 в результате сжатый воздух из резервуара 3, трубопровода 5, пневмоцилиндра 10, трубопроводов 7 и 17 стравливается в атмосферу и автомат выключается, прекращая обе схемы впрыска металлоплакирующего ионизационного раствора 4 в зоны трения сочленений колесо 36 и рельсы 37 транспорта.
Предлагаемый триботехнический способ и автомат для его осуществления повышает износостойкость поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта и рельсовой пути более 20 раз при снижении затрат на ремонт колесных пар и рельсовой пути в 15-20 раз; снижение продолжительности простоя подвижного состава железнодорожного транспорта на 30% и повышение производительности по объему перевозок на 25%; возможность одновременного нанесения покрытия из пластичных металлов на площади фактического контакта поверхностей колеса и рельсы в динамике работы транспорта; перевод энергетической (разрушительной) составляющей трения в сочленении колесо-рельс на выполнение процесса нанесения в динамике самоорганизующегося и самовосстанавливающегося покрытия из пластичных металлов на поверхности трения колеса и рельсы; повышение прирабатываемости и противозадирных свойств и снижения коэффициента трения рабочих поверхностей сочленения колесо рельс; полная автоматизация процесса нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения колеса и рельсы; экологическая безопасность и безотходность триботехнического способа нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения сочленения колесо-рельс.
Годовой экономический эффект от применения предлагаемого изобретения при эксплуатации транспорта в условиях локомотивного депо с парком 50 машин составляет более 3,60 млн. руб., без учета экономии от повышения ресурса рельсовой пути, сокращения времени простоя транспорта в ремонте, амортизации технологического оборудования и др.
1. Способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения, например колесо - рельс, основанный на нанесении противоизносного покрытия в динамике движения, отличающийся тем, что для восстановления износа деталей сочленения при взаимном трении осуществляют одновременное нанесение противоизносного покрытия из пластичных металлов в виде пленки толщиной 1,0-1,5 мкм на поверхности трения деталей сочленения путем избирательного переноса ионов пластичных металлов на контактируемые поверхности деталей из размещенного в зоне трения объема металлоплакирующего ионизационного раствора, содержащего в виде ионов до 10% массовой доли наносимого состава пластичных металлов, равномерно распределенной в остальной массе жидких компонентов, имеющих поверхностно-активные и восстановительные свойства, при этом раствор в зависимости от возникающего давления в зоне трения деталей сочленения подают по схеме периодического или постоянного впрыска.
2. Устройство для нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности трения деталей сочленения, например колесо - рельс, размещенное на рамах транспорта и тележки колесной пары и содержащее входной пневмораспределитель, подключенный к пневмомагистрали и к электрической цепи пульта управления транспорта, резервуар с металлоплакирующим ионизационным раствором, соединенный пневмопроводом с входным пневмораспределителем, рабочий пневмораспределитель, соединенный через дроссель с входным пневмораспределителем и электрическим подключением к блоку контроля прохода запрограммированного отрезка пути и интервала времени включения, регулятор, включающий пневмоцилиндр, содержащий подпружиненный поршень, кольцевую камеру, соединенную с выходом трубопровода резервуара и входом трубопровода распылителя для обеспечивания подачи по трубопроводу и впрыска распылителем металлоплакирующего ионизационного раствора в зону трения деталей сочленения, вспомогательную камеру, соединенную с выходом трубопровода резервуара, и основную камеру, соединенную с входом трубопровода распылителя, размещенный между ними подпружиненный клапан с нижним и верхним штоками, выполненный с возможностью контактирования с нижним штоком флюгер, установленный опорной частью через подпружиненную подвижную втулку в правую опору регулятора, а рабочей частью в его левую опору и который усилием пружины поддерживает постоянный контакт с вертикальной плоскостью рамы тележки, при этом распылитель установлен на раме тележки.
