RU2501693C1 - Composite solid greaser for rail wheel flanges - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to lubricant compositions to be used in operation of rail-mounted vehicles, particularly, to lubing wheel flange-wail pair friction surfaces. Greaser for rail wheel flanges comprises shell filled with composition composed of grease Litol-24 and additives. greaser shell consists of MG-1-grade graphite and filled with lubing composition containing zinc powder with particle size of 0.3-0.5 mcm, graphite powder, autoscoring additive, sulfur-containing lubricant-coolant emulsion and paraffin as a binder at the following ratio of components, wt %: Litol-24 - 42.3±1.5; zinc powder - 33.3±1.5; graphite powder - 3.0±1.0; lubricant-coolant emulsion - 1.6±1>0, paraffin making the rest.

EFFECT: decreased wear and friction factor.

Description

Изобретение относится к эксплуатации железнодорожного транспорта и кранового хозяйства, в частности к твердосмазочным композиционным материалам, и может быть использовано для смазки поверхности трения пары «гребень колеса - рельс».The invention relates to the operation of railway transport and crane facilities, in particular to solid lubricant composite materials, and can be used to lubricate the friction surface of a pair of "wheel flange - rail".

Одной из современных тенденций в разработке твердосмазочных материалов для реборд рельсовых колес является создание таких композиций, которые при подаче в зону трения колесной пары обеспечивают формирование пленки, снижающей износ трущихся поверхностей. Для этих целей известна смазочная стержень-композиция (RU 2370390, публ. 20.10.2009 г.). Композиция представляет собой оболочку состава, в масс.%: серпентинит Mg₆{SiO₁₀}OH₈ - 1,0-2,0, модифицированная сажа - углерод технический печной электропроводный - 0,1-0,2, политетрафторэтилен в виде порошка фторопласта марки Ф-4 - 0,2-0,4, эпоксидный клей марки ЭДП - остальное, наполненную композицией состава, масс.%: серпентинит Mg₆{SiO₁₀}OH₈ - 1,0-2,0, термолизный углерод - 0,1-0,2, консистентная смазка марки Литол-24 - остальное. Используемые в известной смазочной композиции серпентинит Mg₆{SiO₁₀}OH₈ и углеродосодержащие добавки, присутствующие в одинаковом процентном соотношении, как в материале оболочки стержня, так и в материале наполнителя, обеспечивают оптимальный массоперенос гидратов, входящих в серпентинит Mg₆{SiO₁₀}OH₈ металлов Fe, Mg, Al, и их эффективное взаимодействие с поверхностью трения в местах высоких удельных нагрузок, результатом чего является формирование сервовидной пленки. Остальные компоненты композиции обеспечивают ей при этом адгезионные, антифрикционные, механические, противоизносные и противозадирные свойства.One of the current trends in the development of solid lubricants for flanges of rail wheels is the creation of compositions that, when fed into the friction zone of a pair of wheels, provide a film that reduces wear on friction surfaces. For these purposes, a lubricating rod composition is known (RU 2370390, publ. 10/20/2009). The composition is a shell composition, in wt.%: Serpentinite Mg ₆ {SiO ₁₀ } OH ₈ - 1.0-2.0, modified carbon black - technical furnace electric conductive carbon - 0.1-0.2, polytetrafluoroethylene in the form of fluoroplastic powder grade F-4 - 0.2-0.4, epoxy adhesive brand EDP - the rest is filled with a composition, wt.%: serpentinite Mg ₆ {SiO ₁₀ } OH ₈ - 1.0-2.0, thermolysis carbon - 0 , 1-0,2, Litol-24 grease - the rest. The serpentinite Mg ₆ {SiO ₁₀ } OH ₈ used in the known lubricant composition and carbon-containing additives present in the same percentage ratio both in the core material of the rod and in the filler material provide optimal mass transfer of hydrates included in the serpentinite Mg ₆ {SiO ₁₀ } OH ₈ metals Fe, Mg, Al, and their effective interaction with the friction surface in places of high specific loads, resulting in the formation of a servo-like film. The remaining components of the composition provide it with adhesive, anti-friction, mechanical, anti-wear and extreme pressure properties.

Использование эпоксидной смолы в оболочке известной композиции придает ей прочность, однако независимо от наличия в составе оболочки присадок - серпентинита, модифицированной сажи и политетрафторэтилена в виде порошка фторопласта марки Ф-4, сообщает ей хрупкость. Возможно, это приемлемо при эксплуатации крановых колес, которые перемещаются только в прямом направлении и работают в основном в положительном температурном диапазоне в условиях запыленности помещений. Для железнодорожного транспорта применение хрупкой оболочки недопустимо. Железнодорожные пути промышленных предприятий имеют большое количество «кривых» (т.е. поворотов с минимально допустимыми радиусами). Кроме того, состояние путей на промышленных предприятиях, особенно в карьерах и на временных путях, сильно отличается от состояния постоянных путей. Что в свою очередь увеличивает нагрузку на место контакта колеса и рельса в процессе движения от постоянно перемещения колесной пары как по горизонтали, так и по вертикали. Кроме того, колеса железнодорожного транспорта в течение года работают в диапазоне температур от глубокого минуса до высоких положительных температур в условиях не только запыленности, но и часто под воздействием агрессивных сред. В этих условиях хрупкая оболочка композиционного стержня будет подвергаться разрушению. Задача настоящего изобретения заключается в создании твердосмазочного композиционного стержня для гребня реборд рельсовых колес, эксплуатирующихся в широком температурном диапазоне в условиях запыленности и вероятности воздействия агрессивных сред.The use of epoxy resin in the shell of the known composition gives it strength, but regardless of the presence of additives in the shell - serpentinite, modified carbon black and polytetrafluoroethylene in the form of F-4 fluoroplastic powder, it is fragile. Perhaps this is acceptable when operating crane wheels, which move only in the forward direction and work mainly in the positive temperature range in dusty environments. For railway transport, the use of a fragile shell is unacceptable. Railways of industrial enterprises have a large number of "curves" (ie, turns with the minimum allowable radii). In addition, the condition of tracks in industrial enterprises, especially in quarries and on temporary tracks, is very different from the state of permanent tracks. That, in turn, increases the load on the place of contact of the wheel and the rail during movement from constantly moving the wheelset both horizontally and vertically. In addition, the wheels of the railway transport during the year operate in the temperature range from deep minus to high positive temperatures in conditions not only of dust, but also often under the influence of aggressive environments. Under these conditions, the brittle shell of the composite rod will undergo destruction. The objective of the present invention is to provide a solid lubricant composite rod for the flange flange of rail wheels operating in a wide temperature range under dust conditions and the likelihood of exposure to aggressive environments.

Для решения поставленной задачи твердосмазочный композиционный стержень для гребней рельсовых колес содержит оболочку, заполненную композицией, состоящей из консистентной смазки Литол-24 и добавок, при этом оболочка стержня выполнена из графита марки МГ-1, заполнена смазочной композицией, содержащей цинковый порошок с размером частиц 0,3-0,5 мкм, графитовый порошок, присадку противозадирную, серосодержащую СОЭ, парафин - в качестве связующего, при следующем соотношении компонентов, масс.%:To solve this problem, the solid lubricant composite rod for rail wheel flanges contains a shell filled with a composition consisting of Litol-24 grease and additives, while the core shell is made of graphite grade MG-1, filled with a lubricating composition containing zinc powder with a particle size of 0 , 3-0.5 microns, graphite powder, anti-seize additive, sulfur-containing ESR, paraffin - as a binder, in the following ratio of components, wt.%:

литол-24litol-24 42,3±1,542.3 ± 1.5 цинковый порошокzinc powder 33,3±1,533.3 ± 1.5 графитовый порошокgraphite powder 3,0±1,03.0 ± 1.0 присадка СОЭESR additive 1,6±1,01.6 ± 1.0 парафинparaffin остальноеrest

Помещенная в графитовую оболочку смазочная композиция представляет собой консистентную смазку марки Литол-24 с введенными в нее тонкодисперсными добавками - цинковым и графитовым порошками, присадкой СОЭ и парафином - в качестве связующего. Присутствующий в составе смазочной композиции тонко измельченный цинковый порошок обладает способностью внедряться в микротрещины гребня колеса и, вступая в реакцию с противозадирной серосодержащей присадкой СОЭ, формирует на гребне защитное металлосодержащее покрытие. Графитовый порошок улучшает смазочные и антифрикционные свойства композиции Литол-24. Парафин формирует необходимую консистенцию смазки, позволяя не затвердевать и сохранять необходимую пластичность смазки при низких температурах, а при повышенных температурах - сохранять необходимую вязкость, предотвращая смазку от «вытекания». Использование графита марки МГ-1 с уменьшенной зольностью и дисперсностью позволяет сохранять конструктивную прочность оболочки. Кроме того, графитовая оболочка заявленного твердосмазочного композиционного стержня образует в контакте «колесо-рельс» смазочный слой адсорбированных молекул, которые действуют аналогично молекулам присадки, и совместно с находящейся внутри смазочной композицией ускоряет приработку поверхностей трения. Улучшается также качество поверхностей после обработки. Материал быстро покрывает обнажающиеся в процессе приработки участки трения, образуя слой твердого смазочного материала. Это предотвращает непосредственный контакт металлов, наступающий обычно в первые минуты работы пары трения (при трогании локомотива с места или торможении), когда и происходит наибольшее повреждение поверхностей бандажей колесных пар и рельсов. При попадании частиц смазочной композиции на поверхность гребня бандажа и в углубления микрорельефа, путем механического вытеснения загрязнений, они распределяются по поверхности, заполняя микронеровности структуры поверхностного слоя бандажа, что способствует прочному сцеплению защитного слоя с материалом бандажа. Использование описанной смазочной композиции приводит к формированию на поверхности узлов трения тонкой (от десятков ангстрем до 1-2 мкм), практически не окисляющейся защитной металлосодержащей пленки. В этом тонком поверхностном слое реализуется пластическая деформация, что приводит к значительному уменьшению глубины деформированного зерна металла основы и, в конечном итоге, существенному уменьшению износа пары трения и снижению коэффициента трения. В результате трения, благодаря цинку, стальная поверхность становится оцинкованной. Образовавшийся слой осуществляет защиту стали от коррозии, предохраняет поверхность от возникновения задиров.The lubricant composition placed in the graphite shell is a Litol-24 grease with finely dispersed additives — zinc and graphite powders, ESR additive and paraffin — as a binder. The finely ground zinc powder present in the lubricant composition has the ability to penetrate into the microcracks of the wheel flange and, reacting with an anti-seize sulfur-containing additive ESR, forms a protective metal-containing coating on the flange. Graphite powder improves the lubricating and antifriction properties of the Litol-24 composition. Paraffin forms the necessary consistency of the lubricant, allowing not to solidify and maintain the necessary plasticity of the lubricant at low temperatures, and at elevated temperatures - to maintain the necessary viscosity, preventing the lubricant from "leakage". The use of graphite grade MG-1 with reduced ash and dispersion allows you to maintain the structural strength of the shell. In addition, the graphite shell of the inventive solid lubricant composite rod forms a lubricant layer of adsorbed molecules in the wheel-rail contact, which act similarly to additive molecules, and together with the lubricant composition inside, accelerates the running-in of friction surfaces. The quality of the surfaces after processing is also improved. The material quickly covers friction sections that are exposed during running-in, forming a layer of solid lubricant. This prevents direct contact of metals, usually occurring in the first minutes of the friction pair (when the locomotive is moving off or braking), when the surfaces of the tires of the wheelsets and rails are most damaged. When particles of the lubricant composition get on the surface of the ridge crest and in the microrelief depressions by mechanical displacement of contaminants, they are distributed over the surface, filling in the microroughnesses in the structure of the surface layer of the bandage, which contributes to the strong adhesion of the protective layer to the bandage material. The use of the described lubricating composition leads to the formation on the surface of friction nodes of a thin (from tens of angstroms to 1-2 microns), practically non-oxidizing, protective metal-containing film. In this thin surface layer, plastic deformation is realized, which leads to a significant decrease in the depth of the deformed grain of the base metal and, ultimately, a significant decrease in the wear of the friction pair and a decrease in the friction coefficient. As a result of friction, thanks to zinc, the steel surface becomes galvanized. The resulting layer protects the steel from corrosion, protects the surface from scoring.

Заявляемый твердосмазочный композиционный стержень относится к твердым смазочным материалам, который может обеспечить режим трения, исключающий непосредственный контакт поверхностей и их взаимное внедрение. Содержание специальных добавок обеспечивает высокий уровень смазочной способности при высоких удельных нагрузках, предотвращающих микросхватывание металла при локальном и кратковременном подъеме температуры до 1000°C. При температуре до +75°C материал находится и удерживается на вертикальных поверхностях в стеклообразном состоянии, обладает достаточно высокой антифрикционной способностью. Легко наносится и разносится в широком диапазоне температур окружающей среды по поверхности трения, в том числе в условиях повышенной и пониженной влажности, при этом не смывается атмосферными осадками. На смазочный материал после его нанесения на поверхность трения не налипает песок, материал не оказывает вредного воздействия на обслуживающий персонал, окружающую среду и является пожаробезопасным. Экологически безвреден, работает только там, где выделяется энергия, то есть только на поверхностях трения. С маслами и другими носителями в реакции не вступает. Создает защитный слой, компенсирующий износ поверхностей трения «колесо-рельс» в условиях их реальной эксплуатации. Защитный слой по своим физико-механическим свойствам более стоек к износу и коррозии, чем металлы, на которых он образуется, и имеет более низкий коэффициент трения. В силу перечисленных достоинств заявляемый стержень можно использовать для реборд рельсовых колес искривленных, перемещающихся как по горизонтали, так и по вертикали, в диапазоне температур от глубокого минуса до высоких положительных температур в условиях запыленности и вероятности воздействия агрессивных сред. Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении коэффициента трения и износа колесных пар, защите стали от коррозии, ускорении приработки поверхностей трения при сохранении конструктивной прочности оболочки стержня.The inventive solid lubricant composite rod refers to solid lubricants, which can provide a friction regime that excludes direct contact of surfaces and their mutual introduction. The content of special additives provides a high level of lubricity at high specific loads, which prevent micro-seizure of metal at local and short-term temperature rise up to 1000 ° C. At temperatures up to + 75 ° C, the material is and is kept on vertical surfaces in a glassy state, has a sufficiently high antifriction ability. It is easy to apply and spread over a wide range of ambient temperatures along the friction surface, including in conditions of high and low humidity, while not being washed off by atmospheric precipitation. Sand does not adhere to the lubricant after it has been applied to the friction surface, the material does not adversely affect maintenance personnel, the environment and is fireproof. It is ecologically harmless, it works only where energy is released, that is, only on friction surfaces. It does not react with oils and other carriers. It creates a protective layer that compensates for the wear of friction surfaces "wheel-rail" in the conditions of their actual operation. The protective layer in its physical and mechanical properties is more resistant to wear and corrosion than the metals on which it is formed, and has a lower coefficient of friction. Due to the advantages listed above, the inventive rod can be used for curved rail wheels flanges moving both horizontally and vertically, in the temperature range from deep minus to high positive temperatures under dust conditions and the probability of exposure to aggressive environments. A new technical result achieved by the claimed invention is to reduce the coefficient of friction and wear of wheel pairs, protect steel from corrosion, accelerate the running-in of friction surfaces while maintaining the structural strength of the shell of the rod.

Пример. Твердосмазочный стержень имеет диаметр - ⌀ 19 мм, длину 125 мм или 250 мм и массу - 60±5 или 120±5 грамм. Представляет собой трубку из графита марки МГ-1 (ТУ 48-4802-86-97), которая наполнена пластичным материалом, содержащим смазку Литол-24 (ГОСТ 21150-87) - 43 масс.%, цинковый порошок с размером частиц 0,3-0,5 мкм (ТУ 1721-002-12288779-2006) - 33 масс.%, графитовый порошок (ТУ 48-20-54-84) - 3 масс.%, присадку противозадирную, серусодержащую СОЭ, (ТУ 0257-001-12697213-2001) - 1 масс.%, парафин марки Т-1 (ГОСТ 23683-89) - 20%.Example. The solid lubricating rod has a diameter of ⌀ 19 mm, a length of 125 mm or 250 mm and a mass of 60 ± 5 or 120 ± 5 grams. It is a tube made of graphite grade MG-1 (TU 48-4802-86-97), which is filled with a plastic material containing Litol-24 grease (GOST 21150-87) - 43 wt.%, Zinc powder with a particle size of 0.3 -0.5 microns (TU 1721-002-12288779-2006) - 33 wt.%, Graphite powder (TU 48-20-54-84) - 3 wt.%, Anti-seize additive, sulfur-containing ESR, (TU 0257-001 -12697213-2001) - 1 wt.%, Brand T-1 paraffin (GOST 23683-89) - 20%.

Принцип действия заявленного композиционного стержня заключается в формировании на поверхностях трения послойного покрытия. Каждый слой характеризуется циклом, состоящим из нескольких этапов, при этом каждый цикл полностью завершается за один полный оборот колесной пары. Вначале посредством стержня наносят находящуюся в его оболочке смазочную композицию на поверхность гребня колеса. В месте контакта стержня с поверхностью колеса происходит процесс трения, выделяемое от этого тепло расплавляет парафин и приводит к попаданию триботехнического состава композиции на поверхность гребня бандажа колесной пары электровоза. Частицы триботехнического состава попадают в зону трения. Вращающееся колесо переносит на поверхности катания частицы композиции к месту взаимодействия поверхностей колеса и рельса, где происходит создание металлосодержащего покрытия и начинается процесс «залечивания» выщербин гребня бандажа колесной пары.The principle of operation of the claimed composite rod is to form a layered coating on the friction surfaces. Each layer is characterized by a cycle consisting of several stages, while each cycle is completely completed in one complete revolution of the wheelset. First, a lubricant composition located in its shell is applied to the surface of the wheel flange by means of a rod. At the point of contact of the rod with the surface of the wheel, a friction process occurs, the heat released from this melts the paraffin and leads to the tribotechnical composition falling onto the surface of the crest of the bandage of the wheelset of the electric locomotive. Particles of tribological composition fall into the friction zone. A rotating wheel transfers particles of the composition onto the rolling surface to the place of interaction of the surfaces of the wheel and the rail, where a metal-containing coating is created and the process of “healing” of the crests of the wheel pair band crest begins.

При проведении стендовых испытаний на машине трения УМТ-1 в паре «вал-втулка» без и с применением смазочной композиции при нагрузке 500 Н коэффициент трения уменьшился с 0,24 до 0,02. Под действием испытуемого графитового стержня с наполнителем - смазочной композицией на рабочей поверхности гребня бандажа колесной пары электровоза ПЭ2^M приписки ОАО «Ураласбест» образуется металлосодержащее покрытие толщиной 0,1-0,2 мм. Диффузия триботехнического состава в структуру металла происходит до 5 мкм, упрочняя и «залечивая» поверхностные дефекты после обточки. Ресурс бандажей колесных пар после обработки увеличился с 3,8 до 7,2 мес. То есть в 1,9 раза. Средняя интенсивность износа гребней колесных пар электровозов ПЭ2^M снизилась уже через два месяца с 2,30 до 1,15 мм/мес. Композиция внедряется также и в металл рельсов. В результате этого, по расчетным данным, боковой износ рельсов снижается до 40%. Долговечность бандажей до и после обработки гребней колесных пар изучалась на электровозе ПЭ2^M №31. Ресурс до обточки по минимальной толщине гребня после обработки бандажей смазочной композицией других электровозов может отличаться на ± (15-20%) и составлять, соответственно, 6-8,6 месяцев. При этом увеличение ресурса бандажей колесных пар после обработки гребней электровозов композицией - 1,57-2,26 раз.When conducting bench tests on a UMT-1 friction machine in a “shaft-sleeve” pair without and using a lubricating composition at a load of 500 N, the friction coefficient decreased from 0.24 to 0.02. Under the action of the test graphite rod with a filler — a lubricating composition, a metal-containing coating 0.1-0.2 mm thick is formed on the working surface of the tire ridge of the wheel pair of the PE2 ^M electric locomotive of OJSC Uralasbest. Diffusion of the tribological composition into the metal structure occurs up to 5 μm, hardening and "healing" surface defects after turning. The resource of wheel pair bandages after processing increased from 3.8 to 7.2 months. That is 1.9 times. The average wear rate of the crests of the wheel pairs of PE2 ^M electric locomotives decreased already after two months from 2.30 to 1.15 mm / month. The composition is also embedded in metal rails. As a result of this, according to estimates, the lateral wear of the rails is reduced to 40%. The durability of the bandages before and after processing the ridges of the wheelsets was studied on an electric locomotive PE2 ^M No. 31. The resource before turning over the minimum thickness of the ridge after processing the bandages with the lubricant composition of other electric locomotives can differ by ± (15-20%) and, accordingly, be 6-8.6 months. At the same time, the increase in the resource of bandage of wheel sets after processing the crests of electric locomotives with the composition is 1.57-2.26 times.

Claims (1)

Твердосмазочный композиционный стержень для гребней рельсовых колес, содержащий оболочку, заполненную композицией, состоящей из консистентной смазки Литол-24 и добавок, отличающийся тем, что оболочка стержня выполнена из графита марки МГ-1, заполнена смазочной композицией, содержащей цинковый порошок с размером частиц 0,3-0,5 мкм, графитовый порошок, присадку противозадирную, серосодержащую СОЭ, парафин - в качестве связующего, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Литол-24 42,3±1,5; цинковый порошок 33,3±1,5; графитовый порошок 3,0±1,0; присадка СОЭ 1,6±1,0; парафин остальное. A solid lubricant composite rod for rail wheel flanges containing a shell filled with a composition consisting of Litol-24 grease and additives, characterized in that the shaft shell is made of graphite grade MG-1, filled with a lubricating composition containing zinc powder with a particle size of 0, 3-0.5 microns, graphite powder, anti-seize additive, sulfur-containing ESR, paraffin - as a binder, in the following ratio of components, wt.%: Litol-24 42.3 ± 1.5; zinc powder 33.3 ± 1.5; graphite powder 3.0 ± 1.0; ESR additive 1.6 ± 1.0; paraffin rest.