Устройство для нанесения смазочного покрытия

Устройство для нанесения смазочного покрытия

Реферат

Изобретение относится к устройствам для нанесения смазочного покрытия и может найти применение в тех областях техники, где одним из основных условий работы устройств, совершающих вращательное или возвратно-поступательное движение, является нанесение смазочного покрытия в зону поверхностей трения. Кроме того, изобретение может быть использовано для нанесения пленкобразующих покрытий на различные поверхности.

Так, по определению «смазка - это состав, употребляемый для смазывания в целях уменьшения трения, защиты от коррозии, герметизации и т.д.» (С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова Толковый словарь русского языка., М., 2001 г., стр.734).

Преимущественные области применения изобретения - рельсовый транспорт и путевое хозяйство, грузоподъемные механизмы, в том числе тяжелонагруженные мостовые краны, машиностроение.

Интенсивность износа трущихся деталей в зоне контакта обусловлена разнообразными факторами: конструкция узла трения, рабочий режим (нагрузка, скорость, температура), внешняя среда (температура воздуха, влажность, запыленность и т.д.).

Для обеспечения режима трения, исключающего непосредственный контакт взаимодействующих поверхностей и их взаимное изнашивание с учетом приведенных факторов, применяются различные смазочные материалы и, соответственно, системы смазок.

Для железнодорожного транспорта из-за наличия упомянутых факторов, влияющих на износ рельсов и гребней колес, применяют твердую, жидкую и пластичную смазку (или лубриканты).

Известны напольные (или путевые) лубрикаторы с применением пластичных смазочных материалов (Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса. Международная ассоциация тяжеловесного движения 2880 Форест-Хилл-корт, Виргиния-Бич, штат Виргиния, 23454, США, Издание на русском языке, М., 2002 г., стр.324). Такие лубрикаторы содержат, как правило, привод, насос и другие средства, обеспечивающие подачу смазочного материала к рельсам железнодорожного пути.

Таким образом, подача пластичной смазки предусматривает качественное обслуживание, исключающее неисправности средств подачи. Но в действительности наиболее часто происходит неправильная установка путевых лубрикаторов, подтекание или обрывы шлангов подачи смазочного материала, что отрицательно влияет на результат смазывания.

Следует сказать, что основным недостатком применения путевых лубрикаторов является попадание смазки в зону катания колесных пар, что ведет к их буксованию.

Кроме того, путевые лубрикаторы эффективно смазывают участок вблизи их установки, поэтому при большой протяженности и сложности участков пути требуется установка большого количества таких устройств.

Известны передвижные лубрикаторы, к ним относятся локомотивные гребнесмазыватели (лубрикаторы), также использующие пластичную смазку (см. в вышеприведенном источнике информации, стр.324). Материал пластичной смазки подается через сопла к гребню колеса.

Наличие дополнительных связей со средством подачи пластичного смазочного материала приводит к снижению надежности его работы.

Известны передвижные лубрикаторы в виде стержней из твердой смазки.

Например, гребнесмазыватель системы ГРС, состоящий из стержня твердой смазки, находящегося в полимерной оболочке (Сборник докладов научно-практической конференции «Современные проблемы взаимодействия подвижного состава и пути. Колесо-рельс 2003» 20-21 ноября 2003 г., г.Щербинка, Россия, стр.130).

Использование одной твердой смазки имеет свои ограничения, связанные с нагрузками на поверхность трения. Так, на участках железнодорожного пути, где нагрузка велика, целесообразно использовать стержни из твердой смазки, но на тех участках, где необходима совестная работа твердой и пластичной смазки (последняя наносится путевым лубрикатором), возникают следующие проблемы. Во-первых, указанные виды смазок должны быть совместимы, во-вторых, работа путевых лубрикаторов на участках, где необходимо применение двух видов смазки, должна быть всегда эффективной. Невыполнение указанных условий приводят к тому, что возникает режим работы поверхностей пар трения, близкий к критическому, значительно повышающий износ рельсов и колес подвижного состава.

Кроме того, ограничения применения твердой смазки связаны с тем, что она обладает низкой адгезией.

Известен лубрикатор, представляющий собой систему смазки поверхностей трения (RU 2197677). Система включает прижимаемый к смазываемой поверхности трения, аккумулирующий твердую смазку элемент, выполненный в виде стаканообразного элемента; внутренняя полость стаканообразного элемента заполнена твердым смазочным веществом и открыта в сторону смазываемой поверхности трения, стенки указанного стаканообразного элемента выполнены из материала, способного изнашиваться при трении о смазываемую поверхность. При интенсивном износе торца стаканообразного элемента высвобождается необходимый объем твердого смазочного вещества и происходит его нанесение на смазываемую поверхность.

Отрицательно влияет на условия работы поверхностей трения возможность попадания частиц грязи в зону контакта смазывающего вещества с поверхностью трения.

Кроме того, при исчерпании ресурса смазывающего материала прижимающее средство окажется в зоне поверхности контакта, что является недопустимым для работы поверхностей трения.

Из описания к патенту RU 2245795 известно устройство, содержащее маркер - тело из упругодеформируемого пористого материала, верхний конец маркера погружен в металлоплакирующий раствор, а другой конец, представляющий собой рабочую часть, контактирует с поверхностью катания колеса подвижного состава. Маркер помещен в резервуар с раствором, при этом капиллярным всасыванием металлоплакирующий раствор смачивает поверхность катания колеса.

Данное устройство имеет ограниченные условия применения, связанные с тем, что металлоплакирование предусматривает наличие положительных температур окружающей среды.

Велика вероятность выпадения маркера из резервуара, кроме того, рабочая часть маркера не истирается, поэтому грязь может попасть в зону контакта, в результате чего капиллярные каналы маркера забиваются частицами грязи. Данные факторы отрицательно сказываются на качестве наносимого покрытия, следовательно, и на работе поверхности трения.

Известен элемент в виде диска из твердого смазочного материала (RU 2178750), предназначенный для смазывания гребней колес подвижного состава; в диске выполнены радиальные каналы, внутренняя полость диска заполнена вспомогательным жидким материалом. При вращении колесной пары диск также совершает вращательное движение, при этом за счет центробежных сил происходит подача вспомогательного жидкого материала в зону трения диска о гребень колеса через каналы диска, совмещаемые с каналами во втулке, размещенной в корпусе диска.

В патенте RU 2090416, выбранном в качестве прототипа, описан смазывающий стержень, предназначенный для смазки гребней колес и боковых поверхностей рельсов, с продольными отверстиями - сквозными каналами, сообщающимися со средством подачи дополнительного смазывающего материала к смазываемой поверхности. При работе устройства (смазочной системы) происходит износ смазывающего стержня, элементы износа смазывающего стержня смешиваются с подаваемым дополнительным смазывающим материалом. Для прекращения вытекания смазывающего материала возможно отключение средства подачи данного материала.

Вышеуказанные устройства позволяют использовать два вида смазки, однако одно из них (RU 2178750) является сложным в изготовлении, а другое (RU 2090416) представляет собой сложный технологический узел, к которому необходимо предъявлять повышенные требования надежности, т.к. в нем предусмотрена постоянная внешняя подача дополнительной смазки. Кроме того, в указанных устройствах возможно применять только один дополнительный (к смазывающему стержню) вид смазки.

Смазочный стержень имеет также ограниченные условия работы, т.к. при его использовании лишь в вертикальном положении дополнительный смазывающий материал с помощью сил гравитации поступает в твердое тело стержня.

Еще одним недостатком данного устройства являются возможные утечки смазки из зазора между стержнем и поверхностью трения в результате действия вибрации в условиях эксплуатации. Режим вибрации способствует попаданию смазки на поверхность катания колес, приводящей к буксованию колес подвижного состава.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается:

- в расширении арсенала средств, предназначенных для нанесения смазочных покрытий за счет комбинирования видов смазки;

- в оптимизации процесса нанесения смазочных покрытий при различных режимах трения за счет комбинирования видов смазки;

- в обеспечении исходных свойств дополнительных веществ за счет исключения действия факторов внешней среды, в том числе окисления и загрязнения;

- в обеспечении простоты эксплуатации за счет исключения дополнительных связей со средством подачи дополнительных веществ;

- повышении надежности за счет упрощения конструкции.

Поставленная задача решается тем, что устройство для нанесения смазочного покрытия, состоящее из элемента из твердой смазки, который содержит жидкую или пластичную смазку; рабочая часть наружной поверхности элемента из твердой смазки предназначена для контакта с поверхностью трения; в теле элемента из твердой смазки выполнен минимум один глухой с одной стороны капиллярный канал, выходящий с другой стороны на рабочую часть наружной поверхности элемента из твердой смазки, при этом капиллярный канал заполнен жидкой или пластичной смазкой.

Предпочтительно элемент из твердой смазки выполнять в виде стержня.

Один или несколько капиллярных каналов, выполненных в элементе из твердой смазки, способны вмещать жидкую или пластичную смазку, характеризующиеся вязкостью. Причем поперечное сечение капиллярных каналов может быть любым, в том числе кольцевым, или круглым.

Известно, что по определению: вязкость - это способность жидкости к течению, а в техническом приложении: вязкость - мера внутреннего трения, противодействующего порождаемому внешними силами сдвигу соседних слоев жидкости. Выполнение капиллярных каналов глухими с одной стороны, а с другой стороны выходящими на рабочую часть поверхности тела предполагает предварительное заполнение капиллярных каналов жидкой или пластичной смазкой. Исходя из свойств капилляра, жидкая или пластичная смазка самопроизвольно не вытекает из канала в виде капилляра.

Жидкая или пластичная смазка, заполняющая один или несколько капиллярных каналов, изолирована от неблагоприятного воздействия внешней среды, вызывающего, например, окисление или загрязнение, и сохраняет свои первоначальные свойства как в период его хранения, так и в период эксплуатации. Воздействие внешней среды исключается за счет того, что часть рабочей поверхности элемента из твердой смазки всегда контактирует с поверхностью, на которую наносят покрытие, а также постоянный износ (истирание) рабочей поверхности предотвращает образование зазора между указанными соприкасающимися поверхностями. Причем различный режим нагрузок, например, вибрационный, не влияет на образование зазора. С противоположной стороны капилляры выполнены глухими, т.е. не контактирующими с внешней средой.

Наличие нескольких капиллярных каналов в теле элемента из твердой смазки позволяет выбирать различные типы смазок с различными физико-химическими и механическими свойствами для нанесения покрытий широкого перечня. Комбинирование типов смазок (твердой и жидкой, твердой и пластичной) дает возможность подбирать их таким образом, чтобы сочетание физико-химических свойств каждого вещества привело к синергическому эффекту.

Процесс нанесения покрытий происходит благодаря износу части рабочей поверхности элемента из твердой смазки при контакте с поверхностью, на которую наносят покрытие. При этом материал жидкой или пластичной смазки высвобождается из капиллярных каналов, выходящих на часть рабочей поверхности, и в результате смешивания частиц твердой смазки и частиц жидкой фазы образуется смазочное покрытие. Таким образом, наносимое покрытие состоит из частиц жидкой фазы, смешанных с частицами твердой смазки.

По мере износа смазочного покрытия часть рабочей поверхности элемента из твердой смазки снова истирается, смешиваясь с частицами жидкой фазы, и процесс нанесения покрытия повторяется. Причем наносимое смазочное покрытие имеет практически постоянную толщину за счет того, что «добавляется» новый слой покрытия на тот участок, где произошел его износ.

При возможном отсутствии контакта изнашиваемых поверхностей, например поверхностей гребня колеса тяжелонагруженных мостовых кранов и рельса, предварительно нанесенный смазочный слой не изнашивается, а устройство не расходует свой ресурс, т.к. за счет наличия жидкой фазы в смазочном слое происходит скольжение элемента из твердой смазки относительно нанесенного слоя.

Известно техническое решение RU 2225307, а именно: система смазки открытых поверхностей трения с помощью композиционного смазывающего элемента, в котором смазывающее вещество, обладающее вязкостью, подается к поверхности трения через кольцевой зазор, образованный корпусом и антифрикционным поршнем (из твердого материала), закрывающим корпус со стороны смазываемой поверхности трения и несущим в себе легкоплавкую металлическую компоненту, при этом корпус выполнен из изнашиваемого материала.

Смазочное вещество из кольцевого зазора к поверхности трения поступает лишь в случае снижения его вязкости в результате передачи тепла от поршня к смазочному веществу. Таким образом, возможность высвобождения смазочного вещества из кольцевого зазора определяется условием уменьшения его вязкости.

На работу заявляемого устройства не влияют условия передачи тепла для уменьшения вязкости смазывающего вещества, и процесс его высвобождения из кольцевого зазора в виде кольцевого капиллярного канала происходит вследствие истирания элемента из твердой смазки.

Свойство смазочного покрытия, наносимого с помощью известной системы (RU 2225307), определяется плавлением твердой составляющей композиционного смазывающего элемента, которое становится возможным при определенных нагрузках на смазываемую поверхность, поэтому применение устройства целесообразно в режиме пиковых нагрузок, при которых образуется смазочный слой, и проблематично в условиях низких температур окружающей среды.

Заявляемое изобретение, как уже указывалось, позволяет наносить требуемый слой смазки при любых режимах нагрузок, а влияние иных факторов, влияющих на условия работы поверхностей трения, в том числе и температуры окружающей среды, учитывается возможностью подбора различных типов смазочных материалов.

Таким образом, условия работы заявляемого и известного технического решения, при которых смазывающее вещество, находящееся в кольцевом зазоре, образует жидкую фазу, различны. Следовательно, можно признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию изобретательский уровень.

Известно, что при трении поверхностей в смазочном слое возникают напряжения сдвига, и отдельные слои общего смазочного слоя скользят один относительно другого (Справочник SKF по техническому обслуживанию подшипников качения, изд. SKF 1995, публикация 4100 R, Reg, 70 3000 1995, стр.205).

Известно также, что при контакте поверхностей трения колесо - рельс при незначительных нагрузках срабатывают жидкие смазки в силу того, что напряжение сдвига, возникающее между слоями смазки, невелико, и наоборот, в режиме пиковых нагрузок целесообразно использовать свойства твердой смазки в силу больших значений усилий сдвига, а при промежуточных нагрузках - пластичные смазки.

Заявляемое устройство позволяет одновременно наносить твердую и жидкую или твердую и пластичную смазки. Кроме того, в заявляемом устройстве могут одновременно использоваться каналы с жидкой смазкой и каналы с пластичной смазкой.

Принимая во внимание модель трения между отдельными слоями смазочного материала, изложенную в Справочнике SKF, можно сказать, что условия работы поверхностей трения колесо - рельс «выбирают» подходящий тип смазки.

Так, при незначительных нагрузках основными активными слоями являются слои жидкой смазки; при возрастающих нагрузках в зоне трения вступают в работу слои пластичной смазки, а в режиме пиковых нагрузок - слои твердой смазки.

Таким образом, устройство позволят наносить покрытие с заданными свойствами, учитывающими различные факторы, влияющие на работу поверхностей трения колесо-рельс за счет послойного распределения различных типов смазок. При этом смазочный слой обладает хорошей адгезией за счет наличия в смазочном слое жидкой фазы, а также смазочный слой разделяет поверхности трения на протяжении всего периода эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта, что благоприятно сказывается на расходе смазочного материала и оптимизирует весь процесс лубрикации.

Что касается элемента из твердой смазки, то его форму целесообразно выбрать в виде стержня, т.к. в теле стержня технологично выполнять прямолинейные капиллярные каналы и заполнять их жидкой и/или пластичной смазкой.

Преимуществом данного изобретения является тот факт, что с помощью заявляемого устройства возможно наносить покрытие, перемещая либо само устройство относительно объекта, на поверхность которого наносят смазочное покрытие, либо, наоборот, перемещать объект относительно устройства. Причем в обоих вариантах устройство работает в любом приемлемом геометрическом положении. Данное преимущество свидетельствует о расширении арсенала средств подобного назначения.

Оптимальный вариант заявляемого устройства иллюстрирует чертеж. Устройство для нанесения смазочного покрытия, изображенное на чертеже, содержит элемент из твердой смазки в виде стержня 1, предназначенного для установки на подвижном составе железнодорожного транспорта с помощью соответствующего средства, содержащего упругую связь.

В теле стержня 1 выполнено несколько прямолинейных капиллярных каналов 2, заполненных жидкой смазкой 3, и несколько капиллярных каналов 4, заполненных пластичной смазкой 5; рабочая часть 6 поверхности стержня 1 предназначена для контакта с поверхностью трения - гребнем колеса (на чертеже не показано).

В качестве твердой смазки используют, например, графит или дисульфид молибдена; в качестве жидкой смазки 3 - трансмиссионные масла (вязкость 11,0-13,99 мм²/с при 100°С), а в качестве пластичной смазки 5 - например, графитную смазку (вязкость 100 Па·с при 0°С).

Диаметр капиллярных каналов 2 составляет 1-3 мм, что соответствует свойствам капиллярности для жидкой смазки 3 и пластичной смазки 4.

Устройство работает следующим образом.

Стержень 1 из твердой смазки с помощью упругой связи подводят к гребню колеса, при этом рабочая часть 6 поверхности стрежня 1 контактирует с поверхностью гребня колеса. При вращении колеса рабочая часть твердой смазки стержня 1 из графита истирается, при этом смазка 2 и 4 высвобождается из соответствующих капиллярных каналов 3 и 5, и частицы графита смешиваются с частицами жидкой смазки.

Смазочный слой состоит из всех типов смазочных материалов, и при различных режимах нагрузки срабатывают различные слои смазочного покрытия.

Заявляемое устройство для нанесения смазочного покрытия изготавливают следующим образом.

В форму в виде трубы устанавливают стержни, имеющие диаметр, соответствующий выбранному диаметру капиллярных каналов. Предварительно расплавленную твердую смазку заливают в форму, после затвердения указанной смазки форму со стержнями удаляют, а образованные капиллярные каналы под напором заполняют жидкой и/или пластичной смазкой.

К настоящему описанию приложен Акт испытаний заявляемого устройства применительно к мостовым кранам. Результаты испытаний свидетельствуют о значительном увеличении срока службы колес, что подтверждает преимущества заявляемого изобретения.

1. Устройство для нанесения смазочного покрытия, состоящее из элемента из твердой смазки, который содержит жидкую и/или пластичную смазку; рабочая часть наружной поверхности элемента из твердой смазки предназначена для контакта с поверхностью трения; в теле элемента из твердой смазки выполнен минимум один глухой с одной стороны капиллярный канал, выходящий с другой стороны на рабочую часть наружной поверхности элемента из твердой смазки, при этом капиллярный канал заполнен жидкой или пластичной смазкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент из твердой смазки выполнен в виде стержня.