Композиция для снижения износа в паре трения колесо - рельс
Владельцы патента RU 2318013:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (RU)
Использование: в области железнодорожного транспорта. Сущность: смазочная композиция содержит в мас.%: гидролизный лигнин 15-25, отработанное дизельное масло 10-25, низкомолекулярный полиэтилен - остальное до 100. Технический результат - упрощение композиции, состоящей из компонентов, являющихся отходами производства, обеспечение защитного действия и экологической безопасности. 1 табл.
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и конкретно касается уменьшения износа в паре трения колесо - рельс на криволинейных участках пути за счет использования смазочной композиции.
Нанесение смазки в зону 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 [1, 2].
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 гребня колеса и боковой поверхности головки рельса.
2. Используемая композиция должна легко наносится в зону 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 [3-5] или дисульфид молибдена [6].
Для улучшения антифрикционных свойств и консистенции смазки в композицию вводят полимерные добавки, в качестве которых может быть использован полиэтилен с молекулярной массой 100000-200000 [7], молекулярной массой 30000-50000 [8].
В качестве жидкого компонента, придающего смазочной композиции необходимую консистенцию, обычно используют минеральное масло [8, 9], или другие продукты переработки нефти [8, 10].
Наиболее близкой к заявляемой смазочной композиции является смазочная композиция для предотвращения износа в паре трения колесо-рельс, содержащая 10-20 мас.% нефтяного кокса, 15-25% отработанного дизельного масла и остальное (до 100%) - низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) [11] (прототип).
Недостатком данной композиции является необходимость использования диспергированного нефтяного кокса с размером частиц менее 0,100 мм. Однако в производственных условиях получение высокодисперсного кокса требует больших затрат и надежной классификации частиц кокса после диспергирования. Попадание частиц кокса крупнее 0,100 мм в смазочную композицию приводит к их механическому воздействию на материал рельса и гребня колеса и даже к увеличению износа.
В данном решении предлагается в качестве антифрикционной компоненты использовать отход переработки древесины на гидролизных предприятиях - гидролизный лигнин. Он представляет собой природный сшитый полимер, который остается после извлечения из древесины целлюлозы и других составляющих. В настоящее время этот отход производства гидролизных и целлюлозно-бумажных предприятий не находит квалифицированного применения.
С использованием этого отхода предлагается смазочная композиция следующего состава:
а) гидролизный лигнин - 15-25% (мас);
б) отработанное дизельное масло - 10-25%;
в) НМПЭ - остальное (до 100%).
Перемешанные в необходимом соотношении компоненты композиции образуют устойчивую дисперсную систему, которая представляет собой консистентную смазку темно-коричневого цвета.
Полученная композиция была испытана в лабораторных условиях с использованием машины трения МИ-1М [12]. 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 1,587 г, неподвижного - 1,603 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.
Как видно из данных таблицы, уменьшение содержания лигнина ниже 15% снижает защитный эффект смазки, а увеличение его содержания выше 25% приводит к образованию густой смазки, которую трудно наносить в зону контакта.
Соотношение между содержанием дизельного масла и НМПЭ определяет консистенцию смазки и зависит от климатических условий применения композиции. Снижение количества дизельного масла ниже 10% делает смазку густой, ее компоненты трудно перемешиваются между собой, а его увеличение выше 25% приводит к образованию жидкой композиции, которая тем не менее обладает высокой вязкостью и плохо наносится в зону трения.
Кроме того, композиция, соответствующая примеру 1 (табл.), 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 450 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, обладает высокой эффективностью и оказывает минимальное экологическое воздействие.
| Таблица | |||||
| Износ опытных роликов | |||||
| №примера | Состав смазочной композиции, % | Износ, г | |||
| Дизельное масло | НМПЭ | Лигнин | Подвижный ролик | Неподвижный ролик | |
| 1 | 15 | 65 | 20 | 0,054 | 0,145 |
| 2 | 15 | 70 | 15 | 0,098 | 0,198 |
| 3 | 15 | 75 | 10 | 0,153 | 0,203 |
| 4 | 20 | 55 | 25 | 0,126 | 0,136 |
| 5 | 25 | 55 | 20 | 0,085 | 0,097 |
| 6 | 28 | 52 | 20 | 0,181 | 0,201 |
| 7 | 10 | 75 | 15 | 0,146 | 0,196 |
| 8 | 15 | 67 | 28 | 0,187 | 0,207 |
| 9 | Без смазки | 1,587 | 1,603 |
Литература
1. Эффективность смазывания рельсов // Железные дороги мира, 1996, №6, с.55-60.
2. Карпущенко Н.И. Смазка - единственный способ предупреждения износа // Путь и путевое хозяйство. 2000. №2. С.15-18.
3. Шаповалов В.В. и др. Заявка 93007533/04, Б.И. №23, 1995.
4. Евдокимов Ю.А. и др. Смазка для рельсов. Пат. 2009187(RU).
5. Саракисянц Н.П. и др. Защитная смазочная композиция. Пат. 2042712 (RU).
6. Шаповалов В.В. и др. Смазка для лубрикации железнодорожных рельсов. Пат. 2065484 (RU).
7. Кононено Ю.К и др. Смазочная композиция для тяжелонагруженных узлов трения. А.С. СССР 1807075.
8. Шибряев С.Б. Рельсовая смазка. Пат. 2048506 (RU).
9. Перекрестова В.В. и др. Пластичная смазка для тяжелонагруженных узлов трения. Пат. 2000316 (RU).
10. Евдокимов Ю.А. и др. Смазка для лубрикации рельсов. Пат. 2067110 (RU).
11. Назаров Н.С. и др. Композиция для уменьшения износа в паре трения колесо-рельс. Пат. 2181754 (RU).
12. Зозуля В.Д. и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев. 1990.
Композиция для снижения износа в паре трения колесо - рельс, содержащая отработанное дизельное масло локомотивов, низкомолекулярный полиэтилен и антифрикционную добавку, отличающаяся тем, что в качестве антифрикционной добавки использован гидролизный лигнин - отход гидролиза древесины при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| отработанное дизельное масло | 10-25 |
| гидролизный лигнин | 15-25 |
| низкомолекулярный полиэтилен | остальное |
