Факторы износа колес и рельсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Понятие о лубрикации контакта колесо рельс

1.1 Фактические условия взаимодействия колес и рельсовой колеи в кривых

1.2 Основные факторы износов в системе «колесо-рельсы»

2. Используемые методы, технические средства

2.1 Автоматический гребнесмазыватель АГС8

2.2 Путевой гребнесмазыватель

3.1 Смазочные материалы

Список используемой литературы

Введение

Важнейшие приоритеты ОАО «РЖД» - освоение перспективного поездопотока при гарантированной безопасности движения и повышение эффективности работы на основе оптимизации взаимодействия служб пути и подвижного состава. В последнее десятилетие в связи с ухудшением экономического состояния в отрасли сложилась ситуация, когда общая изношенность железнодорожной техники достигла критических значений. Обилие трущихся узлов и прямая связь эффективности их работы с безопасностью подвижного состава делает весьма актуальным решение вопросов по увеличению эксплуатационного ресурса основных элементов механической части локомотивов, вагонов и мотор-вагонного подвижного состава.

Одним из аспектов этой проблемы является взаимодействие колеса и рельса, которое составляет физическую основу движения поездов по железным дорогам. Именно оно во многом определяет безопасность, а также такие важнейшие технико-экономические показатели, как масса поездов, скорость их движения и уровень эксплуатационных расходов.

1. Лубрикация (смазывание контакта гребень колеса - боковая поверхность головки рельса)

Боковой износ рельсов в кривых, а также гребней колес подвижного состава начал увеличиваться во второй половине 80-х годов прошлого века. К сожалению, эти проблемы не потеряли своей актуальности и в настоящее время. Последовательно возрастая с середины 80-х до середины 90-х годов (примерно в 4 -- 5 раз), интенсивность износов в последнее десятилетие стала снижаться. На рисунке покааны объемы обточек колес по причине тонкого гребня и изъятия рельсов из-за бокового износа в приведении к объему тонно-километровой работы. Взято движение, выполняемое на полигоне кривых участков с радиусами 1000 м и менее (их на сети около 26 тыс. км, или 21 % от развернутой длины главных путей).

Для проведения анализа в течение ряда лет показатели, приведенные к тонно-километровой работе, более корректны, чем абсолютные. Они учитывают происходившие за эти годы изменения в условиях эксплуатационной работы, влияющие на изменение абсолютных показателей по обточкам и изъятию рельсов (изменение используемых пар- подвижного состава, грузонапряженности).

Сак следует из рисунка, начиная со второй половины 90-х годов интенсивность износов гребней колес и рельсов стала снижаться и последние годы стабилизировалась. Причем, достигнутые уровни снижения интенсивности износов по всем трем показателям достаточно близки и составили к середине текущего десятилетия: по гребням локомотивных колес -- 1,91, вагонных колес -- 1,81, рельсов --. Близость этих показателей при среднесетевых оценках свидетельствует об их тесной взаимосвязи. Чтобы приблизиться к уровню начала 80-х годов прошлого века, почти двукратное нынешнее снижениe интенсивности износа надо уменьшить еще почти в 2 раза, проблема износов в системе «колесо-рельс» имеет количествен оценку и в показателях затрат. Часть затрат направляется на снижение интенсивности износов--лубрикацию всех видов, включая приобретение технических средств и их эксплуатацию, упрочнение гребней и колес. Она составляет в целом по ОАО «РЖД» около 800 млн. руб. Вторая часть направляется на устранение последствий износов - смену рельсов, остряков из-за бокового износа, обточки бандажей и вагонных колес по причине тонкого гребня, преждевременную смену бандажей до их наработки 600 тыс. км -- и составляет око- 3,7млрд, руб, всего около 4,5 млрд. руб. в год. При этом не учтены затраты по колесам пассажирских вагонов и электросекций, на преждевременную смену колесных пар грузовых вагонов, на отвлечение локомотивов - рельсосмазывателей от эксплуатационной работы, обслуживание нитки графика при их проходе и др.

Из этих 4,5 млрд. руб. на долю локомотивного хозяйства приходится 1,5 млрд. руб. В том числе:

Ш 700 млн. руб. -- на работу передвижных рельсосмазывателей, гребнесмазывателей, упрочнение гребней;

Ш 220 млн. руб. -- на обточки по тонкому гребню;

Ш 570 млн. руб. -- на преждевременную (до 600 тыс. км) смену бандажей.

1.1 Фактические условия взаимодействия колес и рельсовой колеи в кривых

Сформулируем несколько основных положений сегодняшнего уровня условий взаимодействия пути и подвижного состава в аспекте износов колес и рельсов. Установлено, что бокового износа рельсов в прямых участках пути нет. Учитывая совместность процессов износов гребней и рельсов, можно сделать вывод, что в прямых участках гребни колес тоже не изнашиваются.

Сегодня видно, что большая часть бокового износа рельсов, а также износ гребней колес происходит в кривых радиусами менее 1000 м. Номинальная ширина колеи в кривых радиусами 350 м и более --1520 мм, в пределах 350 -- 300 м -- 1530 мм, менее 300 м -- 1535 мм (максимально допустимая -- 1546 мм). Однако средняя фактическая ширина колеи в 2005 -- 2006 гг. по результатам анализа канд. техн. наук Б.Н. Зензинова (ВНИИЖТ) в кривых радиусами 450 -- 1000 м составляет 1530 -- 1533 мм, 350 -- 450 м -- 1535 -- 1537 мм, менее 300 м -- 1540 мм.

Ссылки отдельных авторов на то, что «колею сузили вплоть до 1512 мм» несостоятельны. В прямых такие места в исключительных случаях могут быть, но в прямых нет износов и длина этих участков составляет доли процента от протяженности сети дорог. В кривых, даже если предположить, что кто-то по недомыслию и «зашьет» колею с такой шириной, то после прохода нескольких поездов в кривых малых радиусов она начнет последовательно уширяться. Причем это будет происходить до тех пор, пока ширина колеи не превысит максимально допустимое значение 1546 мм и ее не «перешьют» до номинальных 1520 мм (при радиусах более 350 м), 1530 мм (при радиусах 300 -- 350 м) и 1535 мм (при радиусах менее 300 м). Поэтому ширина колеи постоянно изменяется от номинальной до максимально допустимой величины.

Для сравнения можно привести среднюю ширину колеи на дорогах Финляндии. По данным Б,Н. Зензинова, она составляет в кривых с радиусами 350 -- 650 м 1532 -- 1534 мм. Таким образом, фактические значения ширины колеи в кривых на дорогах России и Финляндии близки, однако интенсивность износов гребней и рельсов у зарубежных коллег значительно ниже.

У путейцев имеются хрестоматийные понятия: оптимальная и минимально допустимая ширина колеи для конкретного подвижного состава в кривой данного радиуса. Оптимальная ширина колеи, обеспечивающая минимальное сопротивление движению поезда, износ рельса и колес, достигается при расположении тележки таким образом, когда наружное колесо первой оси гребнем прижимается к наружному рельсу. В это же время, задняя ось жесткой базы занимает радиальное положение и касается гребнем внутреннего рельса. Минимально допустимая ширина колеи определяется по расчетной схеме заклиненного вписывания, при которой наружные колеса крайних осей жесткой базы гребнями упираются в наружный рельс. Внутренние колеса средних осей в трехосной тележке либо обеих осей в двухосной в это время упираются во внутренний рельс.

В табл. 1 приведены значения оптимальной и минимально допустимой ширины колеи в кривых с радиусами 300, 350, 450 и 650 м для локомотивов:

Ш с трехосными тележками ВЛ60 с жесткой базой 4600 мм (с поперечными разбегами средних осей 15 мм);

Ш с двухосными тележками ВЛ80 с жесткой базой 3000 мм. Также приводятся данные для грузовых вагонов на тележках 18-100 с базой 1850 мм.

Как следует из табл. 1, только для ВЛ60 расчетная оптимальная ширина колеи в кривых радиусами 300 -- 350 м при полной толщине гребня несколько больше фактической 1537 -- 1540 мм. Однако уже при среднесетевой фактической толщине гребней 28 мм эта разница исчезает. Значения минимально допустимой ширины колеи для всех видов подвижного состава не подтверждают мнение отдельных специалистов о принудительном характере вписывания. Не случайно интенсивность износов гребней локомотивов ВЛ60 и ВЛ80 по данным отчетной формы ТО-3 за 2006 г. практически одинакова (0,34 и 0,31 мм на 10000 км пробега) при существенной разнице в длине жесткой базы.

Раньше, когда в обращении были паровозы, а также двухосные вагоны, имевшие более длинную, чем современные тележечные экипажи, жесткую колесную базу, принудительное вписывание в кривых могло возникать при больших значениях ширины колеи. Поэтому при определенных радиусах вводили ее дополнительное уширение. Сегодня с двух- и трехосными тележками у подвижного состава этой проблемы нет.

Фактическая средняя величина зазора между гребнями колес и рельсами в зависимости от радиусов кривых и толщины гребней приведена в табл. 2.

Любопытны исследования проф. Н.И. Карпущенко из Сибирского государственного университета путей сообщения. Он снимал видеокамерой, установленной внутри колеи, характер качения колес по внутренней нити кривой. В результате подтверждено: между боковой гранью внутреннего рельса и гребнями колес нет контакта. Там всегда есть зазор. Нет и бокового износа внутреннего рельса. Поэтому высказывания о том, что главная причина резкого роста износов -- это сужение колеи в кривых (по ПТЭ редакции 1970 г.) не имеют инженерного обоснования.

локомотив колесо рельсы колея

1.2 Основные факторы износов в системе «колесо-рельс»

По оценкам отечественных и зарубежных исследователей, количество факторов, влияющих на интенсивность износов в системе «колесо-рельс», исчисляется десятками. Однако очевидно, что не все они имеют существенное значение.

В общем виде интенсивность износов зависит от сил и коэффициентов трения на контакте гребня колеса и рельса, их.твердостей, а также размера и формы пятен контакта. Рассмотрим основные направления уменьшения влияния этих факторов на износы гребней и рельсов с экспертной оценкой уровня их научного обеспечения на сегодняшний день.

Уменьшение коэффициентов трения. Прежде всего, надо снизить степень шероховатости при обточках колес. Эту задачу надо решать как на уровне пересмотра нормативов, так и фактического исполнения имеющимся станочным парком. Шероховатый слой глубиной несколько десятых миллиметра, остающийся после обточки, быстро изнашивается. Необходимо определить количественную оценку влияния этого фактора на интенсивность износов.

Следующее направление снижения трения -- лубрикация всех видов. Отмеченное двукратное снижение интенсивности износов гребней и рельсов достигнуто, в первую очередь, за счет массового внедрения лубрикации. Причем, львиная доля эффекта обеспечивается смазкой боковой грани головки рельса в кривых передвижными рельсосмазывателями, установленными на локомотивах, дрезинах или пассажирских вагонах.

Свой, хотя и небольшой вклад вносят гребнесмазыватели на локомотивах и стационарные путевые лубрикаторы. Причем, сфера применения последних сегодня сместилась, в основном, на горловины станций для снижения бокового износа остряков и рамных рельсов стрелочных переводов. Необходимы исследования, направленные на оптимизацию использования различных средств лубрикации в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

На основе опыта зарубежных стран во ВНИКТИ разрабатывается технология комбинированной лубрикации, при которой помимо боковой грани головки наружного рельса смазывается поверхность катания внутреннего рельса. Это снижает силы трения внутреннего колеса во время поворота колесной пары при вписывании в кривую.

Повышение твердостей. По оценкам отечественных и зарубежных исследователей, соотношение твердостей колес и рельсов в аспекте уменьшения интенсивностей износов должно быть близким к единице. На российских дорогах это соотношение не выдерживается -- твердость колес ниже твердости рельсов в 1,3 -- 1,4 раза. Отечественные рельсы при нормативе твердости 341 --401 НВ имеют среднюю фактическую твердость около 350 НВ. Опыт эксплуатации рельсов японских производителей, имеющих тот же нормативный коридор твердости, но со средним фактическим значением около 390 НВ на Забайкальской и Дальневосточной дорогах в кривых свидетельствует о снижении интенсивности износов рельсов на 20 -- 30 %.

Для сближения твердостей рельсов и локомотивных колес необходимо ускорить разработку технологии производства бандажей с повышенной твердостью. До замены на бандажи с повышенной твердостью стали (или цельнокатаные колеса) упрочнение гребней локомотивных колес (магнитоплазменное или др.) следует считать правильным, но временным направлением. При этом на сегодня отсутствует достоверная оценка величины эффективности применения этой технологии.

Переход на «твердые» вагонные колеса (около 320 НВ) также должен снизить интенсивность износа их гребней. Однако и здесь сегодня нет достоверной оценки эффективности упрочнения для уменьшения износов.

Снижение сил взаимодействия. В этом направлении заложены основные резервы снижения интенсивности износов в каждом элементе системы «колесо-рельс».

В путевом хозяйстве необходимо сделать следующее. Прежде всего надо устранить короткие неровности положения наружных рельсовых нитей кривых в плане, на которых резко возрастают боковые силы давления гребня на рельс. Это приводит к локальным всплескам боковоro износа на длине 1 -- 2 м, величиной, до двух раз превышающей средний износ по длине рельса, и приводящим к необходимости его замены полностью. Наиболее грубые из них -- в зонах рельсовых стыков, так как мощности стыковых накладок недостаточно, чтобы изогнуть концы рельсов. Кардинальная мера -- укладка бесстыкового пути. Продление срока службы рельсов в кривых радиусами менее 650 м на 30 -- 40 %, а снижение интенсивности износов гребней -- незначительное (несколько процентов), так как протяженность коротких неровностей мала.

Также необходимо оптимизировать поперечную жесткость рель- ой нити. Чем меньше жесткость, тем меньше контактные силы интенсивность износов, но больше упругое уширение колеи под колесами. Применение упругих скреплений типа ЖБР или АРС, обвеивающих меньшую, чем скрепление КБ жесткость, снижает интенсивность износа рельсов (и колес) на 15 -- 20 %. Тем не менее, вопpoc оптимизации поперечной жесткости в кривых остается нерешенным и одним из важнейших.

Наряду с этим, надо оптимизировать соотношение вертикального давления наружных и внутренних колес. Необходимо уменьшить, по сравнению с сегодняшним фактическим уровнем, возвышения наружных рельсов. Это позволит устранить обезгруживание наружных колес грузовых вагонов и локомотивов. Соответственно, появится возможность перераспределить проскальзывание (из-за разной длины и по внутренней и наружной нитям в кривой) с колес наружных, в котором происходит ускоренный износ гребней и рельсов, на колеса внутренние. В этом случае гребни и боковая грань головки рельса не изнашиваются. Предполагается, что общее снижение интенсивностей износов будет около 10 %.

Должное внимание надо уделить оптимизации величины зазоров жду колесами и рельсовой колеей. Уширение колеи в кривых приводит к увеличению этих зазоров (см. табл. 2) и, следовательно, увеличению возможного перекоса колесных пар и тележек в целом (забегание внутренних колес относительно наружных) при больших моментах сопротивления повороту тележки. Это, в свою очередь, увеличивает угол набегания гребня колеса на головку рельса, что определяет рост сил на контакте гребня и головки рельса и увеличение интенсивности их износов.

Поэтому имеющийся сегодня в эксплуатации разброс ширины колеи в кривых от номинального значения 1520 мм (или 1530 и 1535 л при самых малых радиусах -- их около 2,3 % от протяженности главного пути) до максимального -- 1546 мм, нужно уменьшать. Причем, такой разброс присущ пути как на деревянных шпалах с костыльным скреплением, так и на железобетонных с сегодняшними скреплениями КБ, ЖБР, АРС. Для повышения стабильности ширины колеи, а также оптимизации поперечной жесткости в кривых необходима специальная конструкция скрепления на железобетонных шпалах -- его в нашей стране до сих пор нет. В этом случае уширение колеи будет происходить, в основном, за счет бокового износа головки рельса (до 15 мм). По прогнозам экспертов, возможно снижение интенсивности износов на 15 -- 20 %.

В локомотивном, вагонном, пассажирском хозяйствах необходимо уделить особое внимание уменьшению сопротивления повороту тележек при вписывании в кривые за счет сглаживания сил трения в узлах контакта тележек с кузовом экипажа, а также развески колес др. По данным проф. М.Ф. Вериго (ВНИИЖТ) моменты сопротивления повороту тележек локомотивов одной серии, а также грузовых вагонов могут отличаться в несколько раз. Большое сопротивление повороту приводит к максимально возможному перекосу тележки внутри колеи и соответствующим углам набегания гребней на рельсы. Во многих депо можно найти локомотивы одной серии, обращающиеся на одних и тех же плечах, но интенсивность износа гребней которых отличается в 3 -- 5 и более раз. Это очень важный фактор. Однако данных о фактических его значениях нет. нужны исследования с разработкой нормативов на сопротивление повороту тележек и способов их контроля.

Важное значение приобретает уменьшение величины перекоса колесных пар в тележках. Он также приводит к росту углов набегания гребней на рельсы. Разная интенсивность износа двух гребней на одной колесной паре -- индикатор перекошенной колесной пары. Устраняется он повышением требований к ремонтам, модернизацией отдельных узлов. Перекос -- важный, но не основной фактор, так как перекошенных сверх нормативов колесных пар все- таки ограниченное количество.

Куда более важно уменьшить жесткость контакта колеса и рельса со стороны колесной пары. Этого можно достичь при наличии продольных разбегов колесных пар, а также при введении упругой связи буксы с боковиной в продольном направлении. Количественной оценки эффективности также нет.

И еще необходимо оптимизировать величину зазора между колесами и рельсовой колеей. Более толстые гребни уменьшают зазор и углы набегания. Нужно еще раз вернуться к изучению оптимальной толщины гребня после обточки. Практика обточек с 25 до 27 -- 29 мм приводит к созданию увеличенного зазора в колее. Кроме того, для этих 2 -- 4 мм значимы те несколько десятых миллиметра, которые быстро изнашиваются при грубой шероховатости после обточки. Если обтачивать на 33 мм, то этот фактор менее значим.

Оптимизация размеров, формы и мест расположения пятен контакта гребня с рельсом.

В мировой практике, а также и в России принято считать эффективным так называемый двухточечный контакт колеса с рельсом в кривых. Это когда колесо контактирует с рельсом одновременно кругом катания и гребнем, а в месте перехода от круга катания к гребню между колесом и рельсом имеется зазор. Наряду с этим, среди ученых преобладает мнение об эффективности так называемых конформных профилей -- когда конфигурация очертания колеса в идеале полностью повторяет профиль головки рельса по всей линии контакта. Логика в этом есть -- увеличивается площадь, соответственно снижается удельное давление.

В 2004 -- 2005 гг. такая работа выполнялась во ВНИИЖТе по заданию ОАО «РЖД». Сейчас она приостановлена из-за отсутствия программы наблюдений в эксплуатации, обеспечивающей получение корректных результатов.

Технические возможности изменять профили колес и рельсов есть (обточки колес и профильное шлифование головки рельса). Однако для адресной реализации этих мероприятий имеются две проблемы. Первая -- нет достоверных данных, под какие профили наиболее эффективно обтачивать колеса и рельсы. Вторая -- обточенные профили колес и рельсов будут эффективны только в начальный период сразу после обточек и шлифовок. Через некоторое время профили частично износятся и их конфигурация изменится. Поэтому нужно будет или опять обтачивать и шлифовать, что затратно, либо смириться с положением. Отсюда вывод -- оптимизация профилей для снижения износов представляется мало эффективной.

С другой стороны, на размеры пятна контакта гребня с рельсом существенно влияют углы набегания. Чем больше угол набегания, тем меньше пятно контакта, тем больше удельные давления и, соответственно, интенсивность износов. Поэтому здесь необходимы дополнительные исследования.

Есть также сомнения в целесообразности увеличения подуклонки рельса, что не представляется очевидным. В этом случае увеличивается жесткость рельсовой нити в поперечном направлении, а это приводит к интенсивному износу. Кроме того, после достижения износа рельса 2 -- 3 мм конфигурация его головки по линии контакта с колесом будет такой же, как и на других участках.

Сегодня можно с определенностью констатировать следующее. Пока наибольший эффект в снижении интенсивности износов гребней колес и рельсов дает лубрикация. Она уменьшает интенсивность износов, но не устраняет их причин. Причем, предел эффективности лубрикации в снижении износов гребней и рельсов практически достигнут.

Основной резерв дальнейшего снижения износов гребней колес и рельсов находится во внедрении приведенных в данной статье технических и технологических решений, улучшающих условия взаимодействия колес подвижного состава и рельсов в кривых. Часть из них требует дополнительных исследований, но некоторые уже проработаны и нужно это применять в практике эксплуатационной работы причастных хозяйств.

2. Используемые методы, технические средства

2.1 Автоматический гребнесмазыватель АГС8

Автоматический гребнесмазыватель типа АГС 8 предназначен для дозированного нанесения смазочного материала на гребни колесной пары локомотивов серии ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭМ15, ТЭМ18, ТГМ-6, магистральных тепловозов 2ТЭ10У, 2ТЭ10М, 2ТЭ116 в зависимости от пройденного пути с целью снижения интенсивности износа гребней колесных пар и рельсов и уменьшения энергопотребления за счет сокращения сил сопротивления движению.

В состав АГС 8 входят: блок управления, бак для хранения смазочного материала, форсунки, электропневмовентиль.

Применение АГС 8 в ряде локомотивных депо позволяло в 5-10 раз уменьшить интенсивность износа гребней, что повышает в 2-3 раза срок службы колёсных пар. Следует заметить, что для восстановления альбомного профиля колёсной пары в случае подреза гребня необходимо срезать в 2-3 раза больше металла, чем при обточке по прокату.

Положительный опыт эксплуатации автоматических гребнесмазывателей (АГС 8) на отечественных железных дорогах показывает, что их использование позволяет сократить расход энергии до 15 %.

Работа АГС 8 способствует повышению безопасности движения. Это обстоятельство связано с тем, что смазанные гребни колёсных пар облегчают вписывание локомотива в кривые и снижают вероятность всползания гребня на рельс.

2.2 Путевой гребнесмазыватель

Известен автоматический рельсосмазыватель - лубрикатор, содержащий корпус, систему подачи смазки, исполнительный механизм подачи смазки, средство подачи смазки и систему управления подачей смазки, при этом средство подачи смазки расположено внутри корпуса лубрикатора и выполнено в виде гибкого элемента со сквозными отверстиями, подающего смазку в зону трения колесо - рельс и являющегося датчиком контакта реборды железнодорожного колеса с боковой поверхностью головки рельса, при этом лубрикатор шарнирно-подпружиненно связан с буксой колесной пары и контактирует с исполнительным механизмом подачи смазки, а его конструкция снабжена дополнительным скользящим контактом, оборудованным пьезоэлектрическим датчиком и системой фиксации виброакустической эмиссии, образующими систему управления подачей смазки (патент РФ №2082639, “Автоматический лубрикатор”, МПК 6: В 61 К 3/02, опубл. 27.06.1997 г.). Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, что ведет, в свою очередь, к сбоям в работе и недостаточному качеству смазывания места трения.

Известен путевой рельсосмазыватель, выбранный в качестве прототипа, состоящий из масловоздушного резервуара, подключающего и питающего устройств, при этом масловоздушный резервуар заполняют консистентной смазкой и располагают на обочине или междупутье со стороны наружного рельса кривого участка пути и шлангом соединяют с подающим устройством, укрепленным на наружной стороне шейки рельса, питающее устройство также укреплено на шейке рельса, но с внутренней стороны. Воздушное давление в резервуаре создается ручным насосом. Подающее устройство предназначено для порционной смазки, поступающей из резервуара к питающему устройству. Смазка в подающем устройстве находится в камере сжатия, ограниченной плунжером, втулкой и стаканом. Канал в стакане перекрыт шариковым клапаном, поэтому смазка не может проходить к питающему устройству при отсутствии движения поезда.

Недостатком известного устройства является то, что для его работы требуется ручной труд обходчика для закачки воздуха, постоянный контроль за давлением воздуха, а следовательно, ненадежность работы устройства и в результате низкое качество смазывания и повышенный износ головки рельса в криволинейных участках железнодорожного пути.

Задачей, стоящей перед изобретателями, является создание автоматически действующего простого надежного устройства, обеспечивающего необходимую и достаточную подачу смазки на боковую поверхность рельса в криволинейных участках железнодорожного пути.

Предлагается путевой гребнесмазыватель, содержащий масляный резервуар, соединенный первым трубопроводом со смазывающим элементом, новым в котором является то, что смазывающий элемент выполнен гибким и установлен в зоне гребня колесной пары со стороны внутреннего рельса криволинейного участка пути, гребнесмазыватель содержит дополнительную меньшую емкость для смазки, при этом емкость и масляный резервуар соединены вторым трубопроводом, нижний конец которого касается смазки, а верхний установлен с зазором по отношению к верху масляного резервуара, дополнительная меньшая емкость соединена третьим трубопроводом с первым трубопроводом и установлена так, чтобы уровень масла в ней совпадал с уровнем масла в наконечнике гибкого смазывающего элемента.

Опытные испытания предлагаемого путевого гребнесмазывателя в условиях Южно-Уральской железной дороги показали надежность этого устройства, которое автоматически, без дополнительного контроля и использования ручного труда, позволяет обеспечить необходимую и достаточную подачу смазки на боковую поверхность рельса в криволинейных участках железнодорожного пути за счет расположения смазывающего элемента в зоне гребня колесной пары со стороны внутреннего рельса в том месте, где гребень колесной пары не прижимается к рельсу, а взаимодействие гибкого смазывающего элемента в момент движения поезда с гребнем колесной пары наносит смазку на гребень, а с гребня на головку рельса, при этом уровень смазки в смазывающем элементе автоматически за счет установки дополнительной меньшей емкости и с помощью системы трубопроводов поддерживается постоянным.

В процессе поиска не было обнаружено решений, содержащих совокупность признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.

На чертеже изображен путевой гребнесмазыватель, общий вид. Рис 2.

Путевой гребнесмазыватель содержит масляный резервуар 1, соединенный первым трубопроводом 2 со смазывающим элементом 3, при этом смазывающий элемент 3 выполнен гибким и установлен в зоне гребня 4 колесной пары 5 со стороны внутреннего рельса 6 криволинейного участка пути, гребнесмазыватель содержит также дополнительную меньшую емкость 7 для смазки, а емкость 7 соединена с масляным резервуаром 1 вторым трубопроводом 8, нижний 9 конец которого касается смазки, а верхний 10 конец установлен с зазором по отношению к верху масляного резервуара 1, дополнительная меньшая емкость 7 соединена третьим трубопроводом 11 с первым трубопроводом 2 и установлена так, чтобы уровень масла в ней совпадал с уровнем масла в наконечнике гибкого смазывающего элемента 3.

В первом трубопроводе 2 имеется вентиль 12, а в масляном резервуаре - горловина 13.

Путевой гребнесмазыватель работает следующим образом.

Через горловину 13 при закрытом вентиле 12, находящемся на первом трубопроводе 2, в масляный резервуар 1 заливают смазку - любое машинное масло, можно отработанное дизельное, осевое, веретенное, гибкий смазывающий элемент 3 устанавливают в зоне гребня 4 колесной пары 5 со стороны внутреннего рельса 6 криволинейного участка пути на расстоянии, примерно, 40 мм там, где гребень 4 колесной пары 5 не прижимается к рельсу 6. Дополнительную меньшую емкость 7 для смазки устанавливают на обочине рельсового пути рядом с масляным резервуаром 1 так, чтобы уровень масла в ней совпадал с уровнем масла в наконечнике гибкого смазывающего элемента 3, а нижний 9 конец второго трубопровода 8 касался уровня масла в дополнительной меньшей емкости 7. Над маслом в масляном резервуаре 1 имеется воздушная прослойка, так как верхний 10 конец второго трубопровода не достигает верха масляного резервуара 1. Вентиль 12 открывают. По мере расходования смазки, выходящей из гибкого с смазывающего элемента 3 при взаимодействии с гребнем 4 колесной пары 5, при движении поезда уровень смазки в дополнительной меньшей емкости 7 падает, открывая доступ воздуха в пространство над смазкой в масляном резервуаре 1, и необходимая порция смазки автоматически поступает в дополнительную меньшую емкость 7 до перекрытия нижнего конца 9 второго трубопровода 8, обеспечивая заданный уровень смазки.

Использование предлагаемой конструкции путевого гребнесмазывателя позволяет обеспечить хорошее качество смазывания рельсового пути в его криволинейных участках за счет автоматической, без использования ручного труда, подачи смазки при движении поезда в пространство между гребнем колесной пары и головкой рельса там, где гребень колесной пары не прижимается к рельсу, далее происходит автоматическое смазывание боковых поверхностей рельса в следующей наружной кривой участка пути и элементов стрелочного перевода, при этом уровень смазки в смазывающем элементе поддерживается постоянным.

Путевой гребнесмазыватель, содержащий масляный резервуар, соединенный первым трубопроводом со смазывающим элементом, отличающийся тем, что смазывающий элемент выполнен гибким и установлен в зоне гребня колесной пары со стороны внутреннего рельса криволинейного участка пути, гребнесмазыватель содержит дополнительную меньшую емкость для смазки, при этом емкость и масляный резервуар соединены вторым трубопроводом, нижний конец которого касается смазки, а верхний установлен с зазором по отношению к верху масляного резервуара, а дополнительная меньшая емкость соединена третьим трубопроводом с первым трубопроводом и установлена так, чтобы уровень масла в ней совпадал с уровнем масла в наконечнике гибкого смазывающего элемента.

3.1 Смазочные материалы

Качество смазочного материала оказывает решающее влияние на эффективность смазывающих устройств. Оно, в конечном счете, определяет условия трения в контакте, износ и уровень генерируемого шума. Специфика условий эксплуатации подвижного состава, а также конструкции систем лубрикации определяют ряд требований к смазочным материалам, предназначенным для смазывания фрикционного контакта гребня колеса с боковой поверхностью головки рельса. Согласно техническим требованиям ОАО «РЖД» смазочные материалы для лубрикации зоны контакта колес и рельсов должны легко наноситься, не разбрызгиваться, не крошиться, не скалываться и удерживаться на боковой грани головки рельса (на гребне колесной пары локомотива) при:

- скоростях движения передвижного рельсосмазывателя (локомотива) от 3 км/ч до 140 км/ч;

- рабочем давлении в системе до 3 ГПа;

- нормированном расходе смазочного материала;

- температуре атмосферного воздуха от минус 45С до плюс 50С, в том числе в условиях 100% влажности.

А также обладать достаточной вязкостью и адгезией с металлом (способность к переносу), сохранять смазочные свойства после разового нанесения значительное время (ресурс смазочного материала после разового нанесения). Нанесенный на гребень колеса смазочный материал не должен смываться атмосферными осадками, должен быть стабильным по составу и состоянию при хранении и применении.

В контакте колесо - рельс применяют смазочные материалы, агрегатное состояние которых меняется от жидкого до твердого. Состав лубрикационных смазочных материалов очень сложный. Кроме углеводородов, они содержат металлические мыла, специальные полимерные добавки, пластичные смазочные материалы, коллоидные суспензии и другие компоненты. При оценке лубрикационных свойств этих материалов надо определять множество параметров и, кроме того, учитывать влияние окружающей среды, способ нанесения материала, состояние поверхности рельсов и ряд других факторов.

В основе любой технологии лубрикации лежит применение научно-обоснованного типа смазочного материала, обеспечивающего получение на оптимальном уровне заданных выходных параметров трибосистемы.

В настоящее время на сети железных дорог используются различные смазочные материалы и способы их нанесения. Наибольшее распространение получили следующие смазочные материалы, применяемые в системах гребне- и рельсосмазывания: КР-400, Пума-МР, Пума-МГ, Пума-МЛ, СРК, РС-6 «В», РС-6 «Ву», СПЛ, СС-1, РАПС-2. Однако эффективность этих смазочных материалов не значительна, так как их применение не позволяет достигнуть желаемого эффекта снижения трения и износа и не обеспечивает требуемую долговечность гребней бандажей колесных пар и рельсов.

Руководство ОАО «РЖД» многочисленными постановлениями продолжает добиваться увеличения ресурса колесных пар подвижного состава и общей эффективности эксплуатации железнодорожного транспорта. И ставит следующие требования:

- увеличение межремонтного тоннажа верхнего строения пути до 1 млрд.т;

- увеличение ресурса вагонных колес до 1,3 млн. км;

- увеличение ресурса бандажей колесных пар локомотивов не менее чем до 1,0 млн. км;

- снижение удельного расхода топлива и электроэнергии на тягу поездов на 10-15%.

Поэтому весьма важным представляется поиск новых путей оптимизации работы трибосистемы колесо - рельс.

Принципиально новые возможности в данном направлении предопределяются применением наноматериалов и нанофункциональных присадок с аномально высокой дисперсностью (1-100 нм) и развитой удельной поверхностью (до 600 м2/г). Как показывают многочисленные исследования в ультрадисперсных материалах, включающих или состоящих из сверхмалых морфологических элементов - кристаллов, зерен, пор, дисперсных включений, находящихся в термодинамически неравновесном состоянии, могут быть получены повышенные, новые или уникальные свойства, недостижимые традиционными методами.

Характер работ трибосопряжений претерпевает существенные изменения при добавлении нанокомпонентов и нанофункциональных присадок в состав смазочных материалов. Наличие большого количества сверхмалых частиц изменяет свойства смазочной пленки и характер взаимодействия поверхностей трения.

Наличие наночастиц в контакте приводит к заполнению ими микроуглублений и микровпадин рельефа, образованию замкнутых жидких линз, шаржированию и упрочнению поверхностного слоя, что играет особо активную роль в процессе приработки и «залечивания» микродефектов сопрягаемых поверхностей. За счет природной сильнейшей поляризации наномолекул на поверхностях трения образуется самоорганизующаяся пленка достаточной толщины (40 - 80 нм) и оптимальной геометрии, что увеличивает несущую способность сопряжений. Происходит надежное разделение поверхностей трения, практически исчезают адгезионные явления, тем самым компенсируется износ деталей и повышается прецизионность кинематических пар.

В дальнейшем, образованная пленка из наночастиц пропитывается смазочным материалом, который просто невозможно выдавить с поверхности.

Анализ подобных систем показывает, что возможно более активное управление качеством работы таких трибосопряжений. Изменяя концентрацию малых частиц и их состав, используя поверхностно-активные и химически-активные вещества, можно решать весь спектр задач, связанных с минимизацией трения и износа в трибологических системах, в том числе и в контакте гребень колеса - боковая поверхность рельса.

В данный момент в Ростовском государственном университете путей сообщения идет разработка нового перспективного полифазного термопластичного смазочного материала для лубрикации гребней колесных пар с применением наноматериалов и нанофункциональных присадок.

Сравнительные экспериментальные исследования опытных образцов смазочных материалов были проведены на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме качения с проскальзыванием пары трения «ролик-ролик». Нагрузочно-скоростные параметры задавались согласно проведенному физико-математическому моделированию и соответствовали реальной трибосистеме гребень колеса - боковая поверхность рельса.

Результаты лабораторных испытаний были получены при помощи автоматизированной системы регистрации и обработки экспериментальных данных, которая состоит из ПЭВМ типа IBM/PC, многоканальных усилителей вибродатчиков с каналами синхронизации, усилителя сигнала датчиков машины трения 2070 СМТ-1, тензоусилителя, платы цифровой обработки сигналов с 9-ти канальным АЦП, соединительных кабелей, источника питания, пакета специализированного программного обеспечения.

Эффективность применения наноматериалов и нанофункциональных присадок в составе смазочных материалов была подтверждена результатами проведенных исследований, которые показали следующие значения:

- снижение коэффициента трения на 20-30%;

- снижение износа в 1,3 - 3 раза;

- увеличение ресурса смазочного материала после разового нанесения на 20-30 %.

Список используемой литературы

1. Распоряжение ОАО «РЖД» «О порядке допуска горюче-смазочных материалов к применению» от 19 августа 2009 г. № 1735р. Москва.

2. Технические требования ОАО «РЖД» «Смазочные материалы для лубрикации зоны контакта колес и рельсов» от 5 ноября 2009.

3. Журнал. Локомотив июнь 2007 г. г. Москва.

Размещено на Allbest.ru