RU2755089C1 - Noise suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces - Google Patents
Noise suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755089C1 RU2755089C1 RU2021104593A RU2021104593A RU2755089C1 RU 2755089 C1 RU2755089 C1 RU 2755089C1 RU 2021104593 A RU2021104593 A RU 2021104593A RU 2021104593 A RU2021104593 A RU 2021104593A RU 2755089 C1 RU2755089 C1 RU 2755089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additive
- friction
- composition according
- modifying
- lubricating composition
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M169/00—Lubricating compositions characterised by containing as components a mixture of at least two types of ingredient selected from base-materials, thickeners or additives, covered by the preceding groups, each of these compounds being essential
- C10M169/04—Mixtures of base-materials and additives
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к смазочным составам и может быть использовано при обработке узлов трения машин и механизмов, в частности тяжело нагруженных узлов трения, таких как пара «колесо-рельс», для уменьшения шумового эффекта, возникающего, например, при торможении поезда, а также при торможении вагонов рельсовыми тормозами при маневрировании на сортировочных горках.The invention relates to lubricating compositions and can be used in the processing of friction units of machines and mechanisms, in particular heavily loaded friction units, such as a pair of "wheel-rail", to reduce the noise effect that occurs, for example, when braking a train, as well as when braking wagons with rail brakes when maneuvering on marshalling humps.
Уровень техникиState of the art
Во время торможения вагонов рельсовыми тормозами при маневрировании на сортировочных горках, трение между двумя металлическими поверхностями приводит к высокочастотным шумам (визгу), уровень которых может превышать 130 дБА, что оказывает крайне неблагоприятное влияние на работников железной дороги и жителей прилегающих жилых кварталов и может приводить к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении различных видов работ, угнетению центральной нервной системы, изменению скорости дыхания и пульса и др. Проезд железнодорожного состава также обуславливает возрастание уровня шума в среднем на 10-20 дБА над фоновыми значениями шума на прилегающей жилой территории, что вызывает большое количество обращений жителей с жалобами на повышенный шум. Российские поезда в среднем на 7-10 дБА более шумные, чем европейские модели (Постановлении Правительства Москвы от 16 октября 2007 г. №896-ПП «О концепции снижения уровней шума и вибрации в городе Москве»). Превышение шума в жилых домах, расположенных вблизи железных дорог (на расстоянии до 100 м) может составлять от 20 до 30 дБА в дневное время и от 30 до 40 дБА в ночное время.During braking of cars with rail brakes when maneuvering on the hump, friction between two metal surfaces leads to high-frequency noise (squealing), the level of which can exceed 130 dBA, which has an extremely adverse effect on railway workers and residents of adjacent residential areas and can lead to a decrease in attention and an increase in errors when performing various types of work, depression of the central nervous system, a change in the rate of respiration and pulse, etc. The passage of the train also causes an increase in the noise level by an average of 10-20 dBA above the background noise values in the adjacent residential area, which causes a large number of residents' complaints about increased noise. Russian trains are on average 7-10 dBA noisier than European models (Decree of the Moscow Government dated October 16, 2007 No. 896-PP "On the concept of reducing noise and vibration levels in the city of Moscow"). Excess noise in residential buildings located near railways (at a distance of up to 100 m) can range from 20 to 30 dBA in the daytime and from 30 to 40 dBA at night.
Наиболее распространенным способом решения проблемы снижения шума на железной дороге является использование лубрикантов, обеспечивающих не только снижение износа трущихся поверхностей трения между железнодорожными путями и колесами подвижного состава, но и снижение вибраций, вызывающих шумовые эффекты. Из уровня техники известны различные смазочные материалы для лубрикации зоны контакта колес и рельсов, направленные на снижение трения между контактными поверхностями.The most common way to solve the problem of noise reduction on the railway is the use of lubricants, which provide not only a decrease in wear of rubbing friction surfaces between railway tracks and wheels of a rolling stock, but also a decrease in vibrations that cause noise effects. Various lubricants are known from the prior art for lubricating the contact area of wheels and rails in order to reduce friction between the contact surfaces.
Применяемые на железнодорожном транспорте смазки, как правило, представляют собой сложные композиции, состав которых определяется широким набором требований, которым не могут полностью отвечать индивидуальные соединения, обладающие смазывающим эффектом. В смазочные композиции, помимо антифрикционных компонентов, вводят присадки, обладающие противоизносным, противозадирным и плакирующим действием. Смазочный материал может содержать, кроме углеводородов, металлические мыла, специальные полимерные добавки, пластичные смазочные материалы, коллоидные суспензии и другие компоненты. Тенденции последних лет - использование также наноматериалов и нанофункциональных присадок.Lubricants used in railway transport, as a rule, are complex compositions, the composition of which is determined by a wide range of requirements, which cannot be fully met by individual compounds with a lubricating effect. In addition to antifriction components, lubricating compositions are supplemented with additives that have antiwear, extreme pressure and cladding effects. The lubricant may contain, in addition to hydrocarbons, metal soaps, special polymer additives, plastic lubricants, colloidal suspensions and other components. The trends of recent years are also the use of nanomaterials and nano-functional additives.
Из уровня техники известна антифрикционная модифицирующая композиция (патент РФ №2031907), эмульгируемая в смазочных средах для контактирующих поверхностей, включающая перфторполипропиленоксид, соединение этиленгликоля, углеводородное масло и ингибитор коррозии, взятые в определенном соотношении. Композиция может дополнительно содержать ультрадисперсный порошок оксида металла или металла III-VIII группы Периодической системы. Коэффициент трения по стали при использовании в качестве смазочной среды моторного масла M-53/10Г1 с эмульгированной в нем антифрикционной композицией достигает значений 0,13-0,16.An anti-friction modifying composition (RF patent No. 2031907), emulsifiable in lubricating media for contacting surfaces, including perfluoropolypropylene oxide, an ethylene glycol compound, hydrocarbon oil and a corrosion inhibitor, taken in a certain ratio, is known from the prior art. The composition may additionally contain an ultrafine powder of an oxide of a metal or metal of III-VIII groups of the Periodic system. The coefficient of friction on steel when using M-53 / 10G1 engine oil with an antifriction composition emulsified in it as a lubricating medium reaches values of 0.13-0.16.
Известна также смазочная композиция на основе порошка титаната калия (патент РФ №2493104), содержащая антифрикционную добавку и смазочный материал, в качестве которого может выступать базовая пластичная смазка либо базовое минеральное, полусинтетическое или синтетическое масло. При этом в качестве антифрикционной добавки используют порошок титаната калия, состоящий из слоистых частиц чешуйчатой формы субмикронного размера, интеркалированных ионами, по крайней мере, одного переходного металла (например, цинка, меди, или цинка и меди, никеля и хрома или цинка и железа), при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошок титаната калия 0,3-12,0, базовый смазочный материал 88,0-99,7. Смазочная композиция обеспечивает низкий коэффициент трения и высокую износостойкость смазываемого изделия.Also known is a lubricant composition based on potassium titanate powder (RF patent No. 2493104), containing an antifriction additive and a lubricant, which can be a base grease or a base mineral, semi-synthetic or synthetic oil. In this case, potassium titanate powder is used as an antifriction additive, consisting of layered particles of a flaky form of submicron size intercalated with ions of at least one transition metal (for example, zinc, copper, or zinc and copper, nickel and chromium or zinc and iron) , with the following ratio of components, wt%: potassium titanate powder 0.3-12.0, base lubricant 88.0-99.7. The lubricating composition provides a low coefficient of friction and high wear resistance of the lubricated product.
Известна антифрикционная смазка для узлов трения (патент РФ №2524267) на основе литиевого мыла стеариновой кислоты и минерального масла, содержащая дополнительно полиэтиленовый воск и суспензию титаната калия, при этом суспензия включает порошок титаната калия (60,1-70,0 мас.%) и минеральное масло (остальное до 100%). Смазка обеспечивает эффективную защиту от износа тяжелонагруженных открытых пар трения, в том числе и для железнодорожной техники, работающих в условиях высоких контактных нагрузок и обладающего высокой стойкостью к воздействию атмосферных осадков.Known antifriction lubricant for friction units (RF patent No. 2524267) based on lithium soap of stearic acid and mineral oil, additionally containing polyethylene wax and a suspension of potassium titanate, while the suspension includes potassium titanate powder (60.1-70.0 wt.%) and mineral oil (the rest is up to 100%). The grease provides effective protection against wear of heavily loaded open friction pairs, including those for railway equipment operating under high contact loads and having a high resistance to atmospheric precipitation.
Однако вышеуказанные композиции, обладая высокими антифрикционными свойствами, не содержат в своем составе фрикционных добавок, обеспечивающих эффективное торможение вагонов рельсовыми тормозами при маневрировании на сортировочных горках.However, the above compositions, possessing high antifriction properties, do not contain in their composition friction additives that provide effective braking of cars with rail brakes when maneuvering on the humps.
Известна водная смазочная композиция для стыкуемых стальных поверхностей (патент РФ № 2220189), обеспечивающая снижение шума в системах стальные рельсы-колеса при ее нанесении на металлическую поверхность за счет изменения отрицательных показателей трения между рельсом и колесом на положительные показатели. Смазочная композиция включает 60-90 вес.% воды; 5-18 вес.% связующего агента; 3-32 вес.% модификатора трения, 3-32 вес.% твердого смазочного агента и 0,002-2 вес.% смачивающего агента (поверхностно-активного вещества). Предпочтительными твердыми смазочными агентами являются дисульфид молибдена и графит, модификатором трения - порошкообразный минерал. В качестве связующего агента может выступать монтмориллонит натрия, а в качестве смачивающего агента - нонилфеноксиполиол.Known water lubricant composition for abutting steel surfaces (RF patent No. 2220189), providing noise reduction in steel rail-wheel systems when applied to a metal surface by changing the negative indicators of friction between the rail and the wheel to positive indicators. The lubricating composition comprises 60-90 wt% water; 5-18% by weight of a binder; 3-32 wt% friction modifier, 3-32 wt% solid lubricant and 0.002-2 wt% wetting agent (surfactant). Preferred solid lubricants are molybdenum disulfide and graphite, and the friction modifier is a powdered mineral. Montmorillonite sodium can act as a binding agent, and nonylphenoxypolyol as a wetting agent.
Недостатком данной смазки является плохая адгезия к поверхности стали, приводящая к быстрому удалению водной смазочной композиции из зоны контакта рельс-колесо, что особенно сказывается в дождливую погоду. Кроме того, данная водная композиция не может быть использована в зимнее время при отрицательных температурах окружающей среды.The disadvantage of this lubricant is poor adhesion to the steel surface, leading to the rapid removal of the aqueous lubricant composition from the rail-wheel contact zone, which is especially true in rainy weather. In addition, this aqueous composition cannot be used in winter at negative ambient temperatures.
Известен также композитный фрикционный материал DBM-50, производимый компанией Elpa d. o. o. (B. Altenbaher. The Anti-Noise System for Rail Brakes on Hump Yards. World Academy of Science, Engineering and Technology. - 2013.- No 78. - P. 421-424), обеспечивающий снижение износа колес и уменьшение образования шума в диапазоне 6-20 Гц (инфразвук), по данным прямых испытаний на различных сортировочных горках, на 24-33 дБА. Материал, представляющий собой смазочную композицию, включает фрикционные, антифрикционные, противозадирные добавки и связующее на основе сложного гелеобразного полимера, при этом содержание твердых частиц составляет более 40%.Also known is a composite friction material DBM-50, manufactured by Elpa d. o. o. (B. Altenbaher. The Anti-Noise System for Rail Brakes on Hump Yards. World Academy of Science, Engineering and Technology. - 2013.- No 78. - P. 421-424), which reduces wheel wear and reduces noise generation in in the range of 6-20 Hz (infrasound), according to direct tests on various humps, at 24-33 dBA. The material, which is a lubricant composition, includes frictional, antifrictional, extreme pressure additives and a binder based on a complex gel-like polymer, while the solids content is more than 40%.
Однако данный материал является специфичным и имеет сложный многокомпонентный состав, определяющий его высокую стоимость. Кроме того, данная смазочная композиция загустевает при отрицательных температурах и не может эффективно использоваться при температуре ниже минус 10°C.However, this material is specific and has a complex multicomponent composition, which determines its high cost. In addition, this lubricating composition thickens at negative temperatures and cannot be effectively used at temperatures below minus 10 ° C.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является модификатор трения (патент РФ №2238304), предназначенный для смазывания тяжело нагруженных узлов трения различных механизмов, в частности, рабочей (тяговой) поверхности головки рельсов и бандажей колесных пар локомотивов. Модификатор трения содержит 2-30% стекла, 3-25% цемента, 0,5-50% битума, 0-30% графита, 0-75% песка, 1-20% перманганата калия, 0,5-23% глицерина, 0,5-30% противозадирной присадки, например дисульфида молибдена, 0,5-30% антифрикционной присадки, например полиэтилена, 0,5-30% плакирующей присадки, например, порошка меди, 0,002-2% и углеводородный растворитель - остальное. Изобретение способствует расширению рабочего температурного диапазона, ускорению процесса входа фрикционной пары колесо - рельс в установившийся режим трения при подаче модификатора в зону фрикционного контакта, повышению плакирующих и противозадирных свойств смазки, а также подавлению шума, возникающего при трении.Closest to the proposed invention is a friction modifier (RF patent No. 2238304), designed to lubricate heavily loaded friction units of various mechanisms, in particular, the working (traction) surface of the rail head and wheelset tires of locomotives. The friction modifier contains 2-30% glass, 3-25% cement, 0.5-50% bitumen, 0-30% graphite, 0-75% sand, 1-20% potassium permanganate, 0.5-23% glycerin, 0.5-30% of an extreme pressure additive, for example molybdenum disulfide, 0.5-30% of an antifriction additive, for example polyethylene, 0.5-30% of a cladding additive, for example, copper powder, 0.002-2% and a hydrocarbon solvent - the rest. The invention helps to expand the working temperature range, accelerate the process of entering the friction wheel-rail pair into the steady-state friction mode when applying the modifier to the friction contact zone, increasing the cladding and extreme pressure properties of the lubricant, as well as suppressing the noise arising from friction.
Однако применение известного смазочного материала не позволяет достигнуть желаемого эффекта снижения трения и износа, и, как следствие, не обеспечивает снижение уровня высокочастотного шума при торможении вагонов. Состав известной смазочной композиции сложен, а также предполагает использование порошка хрупкого фрикционного материала (молотое стекло), что способствует увеличению уровня шумов при торможении за счет растрескивания частиц стекла. Кроме того, присутствие в составе смазки одновременно сильного окислителя (перманганат калия) и восстановителей (углеводородный растворитель, полимер, графит, битум, дисульфид молибдена) создает опасность возгорания композиции при трении. Дополнительным препятствием для использования данной смазочной композиции является наличие в ее составе плакирующей добавки в виде порошка меди, присутствие которого на поверхности стальных трущихся поверхностей пары рельс-колесо способствует их электрохимической коррозии.However, the use of a known lubricant does not allow achieving the desired effect of reducing friction and wear, and, as a consequence, does not provide a decrease in the level of high-frequency noise when braking cars. The composition of the known lubricant composition is complex, and also involves the use of a powder of a brittle friction material (ground glass), which contributes to an increase in the noise level during braking due to cracking of glass particles. In addition, the presence in the lubricant composition of both a strong oxidizing agent (potassium permanganate) and reducing agents (hydrocarbon solvent, polymer, graphite, bitumen, molybdenum disulfide) creates a risk of ignition of the composition during friction. An additional obstacle to the use of this lubricant composition is the presence in its composition of a cladding additive in the form of copper powder, the presence of which on the surface of steel rubbing surfaces of a rail-wheel pair contributes to their electrochemical corrosion.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка простой в изготовлении и эффективной смазочной композиции (модификатора трения) для контактирующих стальных поверхностей узлов трения, в частности, тяжело нагруженных узлов трения колесо-рельс, обеспечивающей снижение уровня шума, возникающего при трении контактирующих поверхностей друг о друга, более чем на 30 дБА, а также не застывающей при низких температурах (до -40°C).The technical problem to be solved by the invention is the development of an easy-to-manufacture and effective lubricant composition (friction modifier) for contacting steel surfaces of friction units, in particular, heavily loaded wheel-rail friction units, which reduces the noise level arising from friction of contacting surfaces against each other, more than 30 dBA, and also does not solidify at low temperatures (down to -40 ° C).
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является снижение общего уровня шума, создаваемого при контактировании стальных поверхностей узлов трения (в частности, при торможении вагонов на сортировочных горках), при обеспечении возможности использования предлагаемой смазочной композиции при отрицательных температурах до минус 40 градусов по шкале Цельсия. Изобретение также обеспечивает эффективное торможение вагонов на сортировочной горке, снижение износа пар трения рельс-колесо и колесо-тормозная шина вагонного замедлителя.The technical result to be achieved by the claimed invention is to reduce the overall noise level generated when steel surfaces of friction units are in contact (in particular, when braking cars on humps), while ensuring the possibility of using the proposed lubricant composition at negative temperatures up to minus 40 degrees. the Celsius scale. The invention also provides effective braking of cars on the hump, reduction of wear of the friction pairs rail-wheel and wheel-brake tire of the car retarder.
Технический результат достигается за счет создания шумоподавляющей смазочной композиции для контактирующих стальных поверхностей узлов трения, включающей графит, оксид металла или смесь оксидов металлов с твердостью по шкале Мооса больше твердости стали контактирующих поверхностей, плакирующую добавку металла, имеющего твердость по шкале Мооса ниже твердости стали контактирующих поверхностей, модифицирующую антифрикционную добавку материала, состоящую из нано- и субмикроразмерных частиц, имеющих слоистую структуру, и углеводородную основу, при следующем соотношении компонентов, вес.%:The technical result is achieved by creating a noise-suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces of friction units, including graphite, metal oxide or a mixture of metal oxides with a hardness on the Mohs scale greater than the hardness of the steel of the contacting surfaces, cladding metal additives having a hardness on the Mohs scale below the hardness of the steel of the contacting surfaces , a modifying antifriction additive of the material, consisting of nano- and submicrosized particles having a layered structure, and a hydrocarbon base, with the following ratio of components, wt%:
В качестве оксида металла композиция может содержать Fe2O3, Fe3O4 или их смеси; в качестве модифицирующей антифрикционной добавки - порошок аморфного полититаната калия, порошок полититаната калия, модифицированного соединениями цинка, порошок кристаллического тетратитаната калия, порошок слоистого двойного гидроксида, например, Zn0.66Al0.34(OH)2(CO3)0.17(H2O) или их смеси; в качестве плакирующей добавки - алюминий или цинк или их смеси. В качестве основы композиция может содержать нефтяное или иное минеральное, синтетическое или полусинтетическое масло, загущенное парафином, церезином, кальциевым, литиевым или калиевым мылами, их производными или смесями.As a metal oxide, the composition may contain Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, or mixtures thereof; as a modifying antifriction additive - amorphous potassium polytitanate powder, potassium polytitanate powder modified with zinc compounds, crystalline potassium tetratitanate powder, layered double hydroxide powder, for example, Zn 0.66 Al 0.34 (OH) 2 (CO 3 ) 0.17 (H 2 O) or mixtures thereof; as a cladding additive - aluminum or zinc or their mixtures. As a base, the composition may contain petroleum or other mineral, synthetic or semi-synthetic oil thickened with paraffin, ceresin, calcium, lithium or potassium soaps, their derivatives or mixtures.
Дополнительно композиция может содержать адгезионную присадку, например, производные алкилдиаминов, антикоррозионную присадку, например, диалкилдитиофосфат цинка, антиокислительную присадку, например, гидрохинон, а также маслорастворимое поверхностно-активное вещество, например, олеиновую кислоту.Additionally, the composition may contain an adhesive additive, for example, alkyldiamine derivatives, an anticorrosive additive, for example, zinc dialkyldithiophosphate, an antioxidant additive, for example, hydroquinone, and an oil-soluble surfactant, for example, oleic acid.
Слоистые нано- и субмикроразмерные частицы модифицирующей антифрикционной добавки, «налипая» на поверхность крупных (размером в десятки и сотни микрометров) частиц фрикционной добавки, демпфируют возникновение в них упругих напряжений, прежде всего, на начальных стадиях торможения, подавляя тем самым возникновение колебаний в широком частотном диапазоне и создавая тонкий «мягкий» поверхностный слой, который при трении деформируется (расслаивается), вызывая снижение уровня шума. Частицы графита, обладающие хорошим смазывающим свойством, и также имеющие слоистую структуру, совместно с частицами плакирующей добавки, попадая в зону контакта рельс-колесо в заявленных количествах, усиливают эффект шумоподавления, при этом частицы плакирующей добавки также препятствуют низкотемпературному «свариванию» трущихся поверхностей при высоких нагрузках торможения. Таким образом, совместное действие частиц компонентов состава смазочной композиции обеспечивает снижение общего уровня шума, создаваемого при контактировании стальных поверхностей узлов трения.Layered nano- and submicrosized particles of a modifying antifriction additive, “sticking” to the surface of large (tens and hundreds of micrometers) particles of a friction frequency range and creating a thin "soft" surface layer, which deforms (delaminates) during friction, causing a decrease in the noise level. Particles of graphite, which have good lubricating properties, and also have a layered structure, together with particles of a cladding additive, falling into the rail-wheel contact zone in the stated amounts, enhance the effect of noise suppression, while particles of the cladding additive also prevent low-temperature "welding" of rubbing surfaces at high braking loads. Thus, the combined action of the particles of the components of the lubricant composition provides a reduction in the overall level of noise generated when the steel surfaces of the friction units are in contact.
Использование в качестве углеводородной основы базового минерального, синтетического или полусинтетического масла, загущенного парафином, церезином или их воскоподобными производными, различными мылами, загущающими присадками на основе полимеров (полиизобутилена, сополимеров этилена и пропилена, полиметакрилата) или комбинацией этих компонентов, позволяет регулировать вязкость смазочной композиции в широком температурном диапазоне (от -40 до +50°C), а присутствие в композиции адгезионной, антикоррозионной и антиокислительной присадок обеспечивает высокие эксплуатационные свойства. Дополнительное введение смачивающего агента (маслорастворимого поверхностно-активного вещества) обеспечивает возможность получения гомогенной стабилизированной смазочной композиции.The use as a hydrocarbon base of a base mineral, synthetic or semi-synthetic oil thickened with paraffin, ceresin or their wax-like derivatives, various soaps, thickening additives based on polymers (polyisobutylene, copolymers of ethylene and propylene, polymethacrylate) or a combination of these components, allows you to adjust the viscosity of the lubricating composition in a wide temperature range (from -40 to + 50 ° C), and the presence of adhesive, anticorrosive and antioxidant additives in the composition provides high performance properties. The additional introduction of a wetting agent (oil-soluble surfactant) makes it possible to obtain a homogeneous stabilized lubricant composition.
Достижение технического результата при использовании заявляемой композиции обеспечивается использованием всех приведенных в независимом пункте формулы изобретения в заявленном процентном соотношении компонентов состава.Achievement of the technical result when using the claimed composition is ensured by the use of all given in the independent claim in the claimed percentage of the components of the composition.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Изобретение поясняется графиками, где на фиг. 1 представлены графики зависимости коэффициента трения при введении смазочных композиций различного состава (номер кривой на графике соответствует номеру состава композиции в примерах таблицы 1) в узел трения, имитирующий пару трения рельс-колесо, от времени.The invention is illustrated by graphs, where in FIG. 1 shows the graphs of the dependence of the coefficient of friction with the introduction of lubricating compositions of various compositions (the number of the curve on the graph corresponds to the number of the composition of the composition in the examples of Table 1) into the friction unit, simulating a pair of rail-wheel friction, from time to time.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Ниже представлено более детальное описание реализации заявляемого изобретения, которое не ограничивает объем притязаний заявляемого изобретения, а демонстрирует возможность осуществления изобретения с достижением заявляемого технического результата.Below is a more detailed description of the implementation of the claimed invention, which does not limit the scope of the claimed invention, but demonstrates the possibility of implementing the invention with the achievement of the claimed technical result.
Шумоподавляющая смазочная композиция для контактирующих стальных поверхностей узлов трения (модификатор трения) включает порошок фрикционной добавки в виде оксида металла или смеси оксидов металлов с твердостью по шкале Мооса больше твердости стали контактирующих поверхностей (предпочтительно, больше 5), порошок противозадирной антифрикционной добавки - графита; порошок плакирующей добавки - металла, имеющего твердость по шкале Мооса ниже твердости стали контактирующих поверхностей (предпочтительно, ниже 3); порошок модифицирующей антифрикционной добавки материала, состоящей из нано- и субмикроразмерных частиц, имеющих слоистую структуру; а также углеводородную основу, при следующем соотношении компонентов, вес.%:A noise-suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces of friction units (friction modifier) includes a powder of a friction additive in the form of a metal oxide or a mixture of metal oxides with a Mohs hardness greater than the steel hardness of the contacting surfaces (preferably greater than 5), powder of an anti-friction additive - graphite; powder of a cladding additive - a metal having a Mohs hardness below the steel hardness of the contacting surfaces (preferably below 3); powder of modifying antifriction additive of the material, consisting of nano- and submicro-sized particles having a layered structure; as well as a hydrocarbon base, with the following ratio of components, wt%:
В предпочтительном варианте реализации изобретения соотношение компонентов состава может быть следующим:In a preferred embodiment of the invention, the ratio of the components of the composition may be as follows:
Оксид металла может быть выбран из группы, включающей фрикционные добавки, имеющие твердость выше твердости контактирующих поверхностей пары трения рельс-колесо (обычно - сталь с твердостью ~5,0 по шкале Мооса). В предпочтительных вариантах реализации изобретения фрикционная добавка включает Fe2O3, Fe3O4 или их смеси. В других частных вариантах реализации изобретения в качестве фрикционных добавок могут быть использованы порошки любых природных или синтетических оксидных материалов, имеющих твердость выше твердости контактирующих стальных поверхностей, в том числе магнетит и гематит (основные компоненты Fe3O4 и Fe2O3, твердость по шкале Мооса 5,5-6,0), кварцевый песок (основной компонент кварц, твердость по шкале Мооса 6,5-7,0). Смеси фрикционных добавок могут быть взяты в любых соотношениях. При этом, во избежание повышенного износа трущихся поверхностей пары рельс-колесо, размер частиц оксидов металлов (фрикционной добавки) составляет, как правило, не более 200 микрометров.The metal oxide can be selected from the group including friction additives having a hardness higher than the hardness of the contacting surfaces of the rail-wheel friction pair (usually steel with a hardness of ~ 5.0 on the Mohs scale). In preferred embodiments of the invention, the friction additive comprises Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, or mixtures thereof. In other particular embodiments of the invention, powders of any natural or synthetic oxide materials with a hardness higher than the hardness of contacting steel surfaces, including magnetite and hematite (the main components Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 , hardness Mohs scale 5.5-6.0), quartz sand (the main component is quartz, hardness on the Mohs scale 6.5-7.0). Mixtures of friction additives can be taken in any ratio. At the same time, in order to avoid increased wear of the rubbing surfaces of the rail-wheel pair, the particle size of metal oxides (friction additive) is, as a rule, no more than 200 micrometers.
В качестве порошка плакирующего металла композиция содержит, например, порошок алюминия или цинка, имеющих твердость по шкале Мооса (2,9 и 2,5, соответственно) ниже твердости контактирующих стальных поверхностей узлов трения (около 5,0), или их смеси.As a powder of a cladding metal, the composition contains, for example, aluminum or zinc powder having a Mohs scale hardness (2.9 and 2.5, respectively) lower than the hardness of the contacting steel surfaces of friction units (about 5.0), or mixtures thereof.
В качестве материала модифицирующей антифрикционной добавки используют нано- и субмикроразмерные частицы веществ, имеющих слоистую структуру и толщину менее 100 нм, обладающие, вследствие размерного фактора, повышенной адгезионной способностью к частицам оксидов металла, которые выступают в качестве фрикционной добавки и создают при трении наиболее опасные шумовые эффекты. В частности, в этом качестве могут быть использованы аморфные модификации титаната калия, например, полититанат калия, синтезированный в соответствии с патентом РФ №2326051 или его производные, модифицированные соединениями цинка, синтезированные в соответствии с патентом РФ №2493104, кристаллические титанаты калия, имеющие слоистую структуру, например тетратитанат калия, слоистые двойные гидроксиды, например Zn0.66Al0.34(OH)2(CO3)0.17(H2O), или комбинации порошков этих материалов, синтезированные согласно известным методикам (смотри, например, Gorokhovsky A.V., Tsiganov A.R., Nikityuk T.V., Escalante-Garcia J.I., Burmistrov I.N., Goffman V.G. Synthesis and properties of nanocomposites in the system of potassium polytitanate - layered double hydroxide // J. Mater. Res. Technol. - 2020. - V. 9. - No3. - P. 3924-3934), а также талька. Порошок модифицирующей антифрикционной добавки должен состоять из нано- и субмикроразмерных частиц, способных обволакивать частицы фрикционной добавки при перемешивании. Часть нано- и субмикроразмерных частиц модифицирующей антифрикционной добавки может быть агломерирована в агрегаты, размером до 10 мкм, поскольку при фрикционном контакте трущихся поверхностей неизбежно происходит деструкция агрегатов, которая сопровождается обволакиванием частиц фрикционной добавки (оксиды металлов с высокой твердостью) чешуйчатыми нано- и субмикроразмерными частицами, образующимися при распаде агломератов модифицирующей антифрикционной добавки.As a material for a modifying antifriction additive, nano- and submicro-sized particles of substances with a layered structure and a thickness of less than 100 nm are used, which, due to the size factor, have increased adhesion to metal oxide particles, which act as a friction additive and create the most dangerous noise during friction. effects. In particular, amorphous modifications of potassium titanate can be used in this capacity, for example, potassium polytitanate synthesized in accordance with RF patent No. 2326051 or its derivatives modified with zinc compounds synthesized in accordance with RF patent No. 2493104, crystalline potassium titanates having layered structure, for example potassium tetratitanate, layered double hydroxides, for example Zn 0.66 Al 0.34 (OH) 2 (CO 3 ) 0.17 (H 2 O), or combinations of powders of these materials synthesized according to known methods (see, for example, Gorokhovsky AV, Tsiganov AR , Nikityuk TV, Escalante-Garcia JI, Burmistrov IN, Goffman VG Synthesis and properties of nanocomposites in the system of potassium polytitanate - layered double hydroxide // J. Mater. Res. Technol. - 2020. - V. 9. - No3. - P. 3924-3934), as well as talc. The powder of the modifying antifriction additive should consist of nano- and submicro-sized particles capable of enveloping the particles of the friction additive with stirring. Part of the nano- and submicrosized particles of the modifying antifriction additive can be agglomerated into aggregates up to 10 microns in size, since the destruction of the aggregates inevitably occurs during the frictional contact of rubbing surfaces, which is accompanied by enveloping of the particles of the frictional additive (metal oxides with high hardness) with flaky nano- and submicro-sized particles formed during the disintegration of agglomerates of the modifying antifriction additive.
В качестве углеводородной основы композиция может содержать минеральное, синтетическое или полусинтетическое масло, или любую другую известную из уровня техники углеводородную основу (связующее пластичное средство), очевидную для специалиста в данной области техники, включая минеральные, полусинтетические или синтетические масла, загущенные парафином, церезином, кальциевым, литиевым, калиевым или иными мылами, загущающими присадками на основе полимеров, а также их производными или смесями.As a hydrocarbon base, the composition may contain a mineral, synthetic or semi-synthetic oil, or any other hydrocarbon base (plastic binder) known from the prior art, obvious to a person skilled in the art, including mineral, semi-synthetic or synthetic oils thickened with paraffin, ceresin, calcium, lithium, potassium or other soaps, polymer-based thickening additives, as well as their derivatives or mixtures.
Дополнительно, сверх 100%, композиция может содержать функциональные добавки, в частности, адгезионную добавку, например, в форме алкилдиаминов или их производных; антикоррозионную добавку, например, диалкилдитиофосфат цинка; антиокислительную добавку, например, гидрохинон, и смачивающую добавку (маслорастворимое поверхностно-активное вещество), например, олеиновую кислоту. Добавки могут содержаться в количестве, традиционно используемом в смазочных композициях, предпочтительно - до 0,5 % каждая.Additionally, in excess of 100%, the composition may contain functional additives, in particular an adhesive additive, for example, in the form of alkyldiamines or their derivatives; anti-corrosion additive, for example zinc dialkyldithiophosphate; an antioxidant additive such as hydroquinone; and a wetting agent (oil-soluble surfactant) such as oleic acid. The additives may be present in amounts conventionally used in lubricating compositions, preferably up to 0.5% each.
Процесс приготовления шумоподавляющей смазочной композиции для контактирующих стальных поверхностей узлов трения (модификатора трения) происходит следующим образом.The process of preparing a noise-suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces of friction units (friction modifier) is as follows.
Приготавливают смесь предварительно взвешенных в необходимой пропорции сухих порошкообразных компонентов: графита (противозадирная антифрикционная добавка), оксида металла (фрикционная добавка), металла (плакирующая добавка) и модифицирующей антифрикционной добавки.A mixture of dry powdery components previously weighed in the required proportion is prepared: graphite (extreme pressure antifriction additive), metal oxide (frictional additive), metal (cladding additive) and modifying antifriction additive.
Полученную сухую смесь интенсивно перемешивают, например, в барабане валковой мельницы IBMU-100-1 без добавления мелющих тел до получения однородной смеси. В процессе перемешивания нано- и субмикроразмерные частицы модифицирующей антифрикционной добавки, состоящей из слоистых чешуйчатых частиц, покрывают поверхность крупных (размером от 20 до 200 мкм) частиц других порошкообразных компонентов, преимущественно - частиц оксида металла, к которым они имеют повышенную адгезию, и которые выступают в качестве фрикционной добавки, создавая на них модифицированный поверхностный слой.The resulting dry mixture is intensively mixed, for example, in the drum of a roller mill IBMU-100-1 without adding grinding bodies until a homogeneous mixture is obtained. In the process of mixing, nano- and submicrosized particles of a modifying antifriction additive consisting of layered flaky particles cover the surface of large (20 to 200 μm in size) particles of other powder components, mainly metal oxide particles, to which they have increased adhesion, and which act as a friction additive, creating a modified surface layer on them.
Углеводородную основу приготавливают в виде двух частей: 1-я часть, в виде нефтяного или иного минерального, синтетического или полусинтетического масла, в которое, предварительно, могут быть введены смачивающая добавка маслорастворимого поверхностно-активного вещества и антиокислительная добавка, и 2-я часть, в виде нефтяного или иного минерального, синтетического или полусинтетического масла, загущенного парафином, церезином, кальциевым, литиевым или калиевым мылами, загущающими присадками на основе полиизобутилена их производными или смесями, в которое, предварительно, могут быть введены также антикоррозионная и адгезионная добавки (присадки).The hydrocarbon base is prepared in two parts: the 1st part, in the form of a petroleum or other mineral, synthetic or semi-synthetic oil, into which, previously, a wetting additive of an oil-soluble surfactant and an antioxidant additive can be introduced, and the 2nd part, in the form of a petroleum or other mineral, synthetic or semi-synthetic oil thickened with paraffin, ceresin, calcium, lithium or potassium soaps, thickening additives based on polyisobutylene, their derivatives or mixtures, into which anticorrosive and adhesion additives (additives) can also be introduced ...
В гомогенизированную сухую смесь порошков порциями добавляют 1-ю часть углеводородной основы и перемешивают до получения однородной массы, например, с помощью смесителя-гомогенизатора РПГ-1,1.1 part of the hydrocarbon base is added in portions to the homogenized dry mixture of powders and mixed until a homogeneous mass is obtained, for example, using an RPG-1,1 mixer-homogenizer.
Далее полученную массу добавляют во 2-ю часть углеводородной основы, нагретой до 50-60°C, и гомогенизируют полученную смесь до образования однородной дисперсии, например, с помощью пропеллерной мешалки МПП-55-0,25-1500-800а-90а. Полученную после гомогенизации смазочную композицию охлаждают до комнатной температуры и используют по назначению.Next, the resulting mass is added to the second part of the hydrocarbon base, heated to 50-60 ° C, and the resulting mixture is homogenized until a homogeneous dispersion is formed, for example, using an MPP-55-0.25-1500-800a-90a propeller mixer. The lubricant composition obtained after homogenization is cooled to room temperature and used for its intended purpose.
Весовое соотношение частей (долей) углеводородной основы, в виде исходного индустриального масла (часть 1) и загущенного масла (часть 2) определяется требованиями к вязкости конечной смазочной композиции, зависящими от типа оборудования, используемого для нанесения шумоподавляющей смазочной композиции на контактирующие поверхности узлов трения, а также температурой окружающей среды в период использования (временем года). В типовом случае это соотношение составляет примерно 1:1.The weight ratio of parts (fractions) of a hydrocarbon base, in the form of an initial industrial oil (part 1) and a thickened oil (part 2), is determined by the requirements for the viscosity of the final lubricant composition, depending on the type of equipment used to apply a noise-suppressing lubricant composition to the contact surfaces of friction units, as well as the ambient temperature during the period of use (season). Typically, this ratio is about 1: 1.
Полученная смазочная композиция представляет собой однородную вязкую массу темно-серого или серо-коричневого цвета, характеризуемую пенетрацией при 25±5°C по ГОСТ 5346-78 (метод В) - в пределах 360-430, мм-1; температурой каплепадения по ГОСТ 6793-74 - не ниже 53°C, коллоидной стабильностью (% выделенного масла при нагрузке 3Н, по ГОСТ 7142-74) - не более 10; температурой текучести (застывания) по ГОСТ 20287-91 - не выше минус 40°C; содержанием воды по ГОСТ 2477-2014 - не более 0,15 %; и имеет следующие трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75 при (25±5)°C: нагрузка сваривания - не менее 3920 Н; диаметр пятна износа при нагрузке 196 Н за 1 час - не более 1 мм.The resulting lubricating composition is a homogeneous viscous mass of dark gray or gray-brown color, characterized by penetration at 25 ± 5 ° C according to GOST 5346-78 (method B) - in the range of 360-430, mm -1 ; dropping point in accordance with GOST 6793-74 - not lower than 53 ° C, colloidal stability (% of released oil at a load of 3N, in accordance with GOST 7142-74) - not more than 10; pour point (solidification) according to GOST 20287-91 - not higher than minus 40 ° C; water content according to GOST 2477-2014 - no more than 0.15%; and has the following tribological characteristics on a four-ball friction machine in accordance with GOST 9490-75 at (25 ± 5) ° C: welding load - not less than 3920 N; diameter of the wear scar at a load of 196 N for 1 hour - no more than 1 mm.
Смазочная композиция может быть нанесена на контактирующие поверхности узлов трения при помощи средств, известных специалистам в данной области. Например, для подавления шума, возникающего в паре колесо-рельс при движении вагонов в кривых и на стрелочных переводах, а также шума, возникающего в паре колесо-тормозная шина замедлителя, нанесение композиции может осуществляться с помощью стационарного путевого рельсосмазывателя типа СПР-02Ш.The lubricating composition can be applied to the contact surfaces of the friction units using means known to those skilled in the art. For example, to suppress the noise arising in the wheel-rail pair when the cars move in curves and on turnouts, as well as the noise arising in the wheel-brake tire pair of the retarder, the composition can be applied using a stationary track rail lubricator of the SPR-02SH type.
В соответствии с заявляемым изобретением были изготовлены различные смазочные композиции с различным составом входящих в них компонентов.In accordance with the claimed invention, various lubricating compositions with different compositions of their constituents were made.
В таблице 1 представлены примеры составов изготовленных композиций, иллюстрирующие, но не ограничивающие изобретение.Table 1 shows formulation examples of the prepared compositions, illustrating but not limiting the invention.
В составе смазочных композиций в представленных примерах в качестве противозадирной антифрикционной добавки использовали графит марки С (размер частиц от 4 до 30 мкм) (ТУ 1916-109-71-2000). В качестве оксидов металла с высокой твердостью (фрикционная добавка) использовали порошки оксидов металлов: Fe2O3 (ГОСТ 8135-74) и Fe3O4 (ГОСТ 19487-74), а также - молотый кварцевый песок по ГОСТ 22551-77 (фракция < 0,16 мм). В качестве плакирующей добавки использовали порошок алюминия (ГОСТ 6058-73) и порошок цинка (ГОСТ 12601-76) с размером частиц (фракция 95%) в пределах 63-160 мкм. В качестве модифицирующей антифрикционной добавки использовали порошок аморфного полититаната калия (ПТК), синтезированного согласно патенту РФ №2326051, порошок этого же полититаната калия, модифицированного в водном растворе сульфата цинка в соответствии с патентом РФ №2493104, а также порошок карбонатной формы слоистого двойного гидроксида Zn0.66Al0.34(OH)2(CO3)0.17(H2O), синтезированный согласно методике, представленной в работе (Gorokhovsky A.V., Tsiganov A.R., Nikityuk T.V., Escalante-Garcia J.I., Burmistrov I.N., Goffman V.G. Synthesis and properties of nanocomposites in the system of potassium polytitanate - layered double hydroxide // J. Mater. Res. Technol. - 2020. - V. 9. - No3. - P. 3924-3934) и тальк (ГОСТ 19729-74).In the composition of the lubricating compositions in the presented examples, graphite of grade C (particle size from 4 to 30 μm) (TU 1916-109-71-2000) was used as an extreme pressure antifriction additive. Powders of metal oxides were used as metal oxides with high hardness (friction additive): Fe 2 O 3 (GOST 8135-74) and Fe 3 O 4 (GOST 19487-74), as well as ground quartz sand according to GOST 22551-77 ( fraction <0.16 mm). As a cladding additive, we used aluminum powder (GOST 6058-73) and zinc powder (GOST 12601-76) with a particle size (
В качестве углеводородной основы в примерах использовали четыре типа смесей (часть 1 + часть 2).Four types of mixtures (
Основа №1 - смесь (в вес.% от основы) минерального индустриального масла марки И-20А (по ГОСТ 20799-88) (55 вес.%), содержащего смачивающую добавку маслорастворимого ПАВ (олеиновая кислота) (1 вес.% сверх 100% основы), и технического вазелина по ТУ 38.101180-76 (45 вес.%), представляющего собой нефтяное масло, загущенное парафином и церезином, и содержащее антикоррозионную присадку (диалкилдитиофосфат цинка) и адгезионную присадку (ВП-3, продукт реакции между полиэтиленполиаминами и жирными ксилотами).Base No. 1 - a mixture (in wt.% Of the base) of I-20A mineral industrial oil (according to GOST 20799-88) (55 wt.%) Containing a wetting additive of an oil-soluble surfactant (oleic acid) (1 wt.% Over 100 % base), and technical petroleum jelly according to TU 38.101180-76 (45 wt.%), which is a petroleum oil thickened with paraffin and ceresin, and containing an anti-corrosion additive (zinc dialkyldithiophosphate) and an adhesive additive (VP-3, a reaction product between polyethylene polyamines and fatty xylots).
Основа №2 - смесь минерального трансформаторного масла марки Т-1500У (ГОСТ 982-80) (40 вес.%), содержащего антиокислительную добавку (гидрохинон) (1 вес.% сверх 100% основы), и трансформаторного масла той же марки (48 вес.%), загущенного литиевым мылом (12 вес.%).Base No. 2 - a mixture of T-1500U mineral transformer oil (GOST 982-80) (40 wt%), containing an antioxidant additive (hydroquinone) (1 wt% over 100% of the base), and transformer oil of the same brand (48 wt%) thickened with lithium soap (12 wt%).
Основа № 3 - смесь минерального индустриального масла марки И-20А (по ГОСТ 20799-88) (55 вес.%), содержащего смачивающую добавку маслорастворимого ПАВ (олеиновая кислота) (0,5 вес.% сверх 100% основы) и минерального индустриального масла той же марки (30 вес.%), загущенного кальциевым мылом (10 вес.%) и загущающей присадкой на основе полиизобутилена марки КП-20С (ТУ 38.303-02-107-2002) (5%).Base No. 3 - a mixture of I-20A mineral industrial oil (according to GOST 20799-88) (55 wt.%) Containing a wetting additive of an oil-soluble surfactant (oleic acid) (0.5 wt.% Over 100% of the base) and industrial mineral oils of the same brand (30 wt.%) thickened with calcium soap (10 wt.%) and a thickening additive based on polyisobutylene grade KP-20S (TU 38.303-02-107-2002) (5%).
Основа №4 - смесь синтетического силиконового масла по ГОСТ 13032-77 (50 вес.%), содержащего антикоррозионную присадку, и силиконового синтетического масла той же марки (35 вес.%), загущенного литиевым мылом (15 вес.%).Base No. 4 - a mixture of synthetic silicone oil in accordance with GOST 13032-77 (50 wt.%), Containing an anti-corrosion additive, and silicone synthetic oil of the same brand (35 wt.%), Thickened with lithium soap (15 wt.%).
Для сопоставления свойств заявляемой шумоподавляющей смазочной композиции с известными аналогами, параллельно исследовали смазочные композиции, изготовленные согласно известным техническим решениям, в частности: 1) смазочную композицию согласно патенту РФ №2238304, содержащую (вес.%): порошок молотого стекла по ГОСТ 13078-81 (10%), песок по ГОСТ 22551-77 (19%), цемент М500 по ГОСТ 969-91 (6%), битум по ГОСТ 6617-76 (10%), графит по ТУ 1916-109-71-2000 (2%), перманганат калия по ГОСТ 20490-75 (2%), глицерин по ГОСТ 6824-96 (5%), дисульфид молибдена по ГОСТ 16539-79 (2%), порошок полиэтилена по ТУ 2211-06-05796653-98 (2%), порошок меди по ГОСТ 4960-2009 (2%) и углеводородный растворитель (бензин марки А-76 по ГОСТ 2084-77) (40 %); и 2) коммерческую смазочную композицию марки DBM-50 (Elpa d.o.o., Словения).To compare the properties of the claimed noise-suppressing lubricating composition with known analogues, in parallel, we studied lubricating compositions made according to known technical solutions, in particular: 1) a lubricating composition according to RF patent No. 2238304, containing (wt.%): Ground glass powder according to GOST 13078-81 (10%), sand according to GOST 22551-77 (19%), cement M500 according to GOST 969-91 (6%), bitumen according to GOST 6617-76 (10%), graphite according to TU 1916-109-71-2000 ( 2%), potassium permanganate according to GOST 20490-75 (2%), glycerin according to GOST 6824-96 (5%), molybdenum disulfide according to GOST 16539-79 (2%), polyethylene powder according to TU 2211-06-05796653-98 (2%), copper powder in accordance with GOST 4960-2009 (2%) and hydrocarbon solvent (gasoline grade A-76 in accordance with GOST 2084-77) (40%); and 2) a commercial lubricant composition DBM-50 (Elpa d.o.o., Slovenia).
Свойства смазочных композиций, показывающие достижение результата, приведены в таблице 1.The properties of lubricating compositions showing the achievement of the result are shown in Table 1.
Изготовленные образцы смазочных композиций тестировали с использованием следующих методик и оборудования.Manufactured samples of lubricant compositions were tested using the following techniques and equipment.
Уровень шума, возникающего при торможении на сортировочной горке, а также фонового шума, измеряли с использованием шумомера-анализатора спектра ОКТАВА-110А в соответствии с ГОСТ23337-2014 на расстоянии 7 м от тормозной позиции. Температуру текучести (застывания) смазочной композиции определяли по ГОСТ 20287-91.The level of noise arising during braking on the hump, as well as background noise, was measured using an OKTAVA-110A sound level meter-spectrum analyzer in accordance with GOST 2337-2014 at a distance of 7 m from the braking position. The pour point (pour point) of the lubricant composition was determined according to GOST 20287-91.
Для определения минимального содержания фрикционной добавки в заявляемой смазочной композиции, необходимого для эффективного торможения, были также проведены эксперименты по определению значения коэффициента трения при выходе на стационарный режим при работе в режиме трения качения. С этой целью использовали модернизированную машину трения 2070 СМТ-1. Ролики машины трения были изготовлены из стали, по химическому составу близкой к бандажной и рельсовой стали: колесный ролик - из стали 60 Г (ГОСТ 1050-74); нижний (аналог рельса) - из стали 70 Г (ГОСТ 1050-74). Испытания проводили на режимах, соответствующих узлу трения гребень колеса-рельс при удельном контактном давлении 850 МПа. В процессе испытаний при комнатной температуре эти факторы оставались постоянными. В узел трения, имитирующий пару трения гребень колеса-рельс, вводили смазочные композиции различного состава. Непрерывно вели запись момента силы трения, на основании измерений которой рассчитывали величину коэффициента трения (Фиг. 1, таблица 2).To determine the minimum content of the friction additive in the claimed lubricant composition, necessary for effective braking, experiments were also carried out to determine the value of the coefficient of friction when entering a stationary mode when operating in rolling friction mode. For this purpose, a modernized friction machine 2070 SMT-1 was used. The rollers of the friction machine were made of steel with a chemical composition close to that of the shroud and rail steel: the wheel roller was made of 60 G steel (GOST 1050-74); the lower one (analogue of the rail) is made of steel 70 G (GOST 1050-74). The tests were carried out in modes corresponding to the wheel-rail flange friction unit at a specific contact pressure of 850 MPa. During testing at room temperature, these factors remained constant. Lubricating compositions of various compositions were introduced into the friction unit, imitating the wheel-rail flange friction pair. The frictional moment was continuously recorded, based on the measurements of which the value of the friction coefficient was calculated (Fig. 1, table 2).
Приведенные в примерах результаты показывают, что применение предлагаемой смазочной композиции позволяет снизить уровень шума, возникающего при трении под нагрузкой, не менее, чем на 30 дБА (примеры 2, 3, 3.1-3.11, 5, таблица 1), что является выше, чем в случае использования известных аналогов (примеры 7, 8, таблица 1). Температура застывания смазочных композиций заявляемых составов не превышает минус 40°C. При этом, на достижение заявляемого результата не влияет соотношение содержания различных фрикционных добавок в составе композиции, включая различные оксиды железа и молотый кварцевый песок, а также использованный в основе тип базового масла (примеры 2, 3, 3.4-3.6, 3.8, 3.10, 3.11, 5). Не влияет на достижение полученного результата и использование различных видов модифицирующей антифрикционной добавки (примеры 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.7). Любые модифицирующие антифрикционные добавки, удовлетворяющие заявляемым требованиям по размеру частиц (нано- и субмикроразмерные частицы, обладающие, вследствие размерного фактора, повышенной поверхностной энергией, обеспечивающей высокую адгезию к крупным частицам оксидов фрикционной добавки), а также по структуре (слоистая структура и способность к расслаиванию при наличии, одновременно, тангенциальных и радиальных механических нагрузок), обеспечивают достижение технического результата, и могут быть использованы в составе заявляемой композиции. При этом, отсутствие в составе смазочной композиции модифицирующей антифрикционной добавки (пример 4, таблица 1) приводит к резкому увеличению уровня шума при торможении, также как и снижение ее содержания ниже 2 вес.% (пример 1, таблица 1).The results given in the examples show that the use of the proposed lubricating composition allows to reduce the noise level arising from friction under load by at least 30 dBA (examples 2, 3, 3.1-3.11, 5, table 1), which is higher than in the case of using known analogs (examples 7, 8, table 1). The pour point of the lubricating compositions of the claimed compositions does not exceed minus 40 ° C. At the same time, the achievement of the claimed result is not affected by the ratio of the content of various frictional additives in the composition, including various iron oxides and ground quartz sand, as well as the type of base oil used in the basis (examples 2, 3, 3.4-3.6, 3.8, 3.10, 3.11 , 5). Does not affect the achievement of the result obtained and the use of various types of modifying antifriction additives (examples 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.7). Any modifying antifriction additives that meet the declared requirements for particle size (nano- and submicro-sized particles having, due to the size factor, increased surface energy, providing high adhesion to large particles of friction additive oxides), as well as in structure (layered structure and the ability to delaminate in the presence, at the same time, of tangential and radial mechanical loads), ensure the achievement of the technical result, and can be used as part of the claimed composition. At the same time, the absence of a modifying antifriction additive in the lubricating composition (example 4, table 1) leads to a sharp increase in the noise level during braking, as well as a decrease in its content below 2 wt.% (Example 1, table 1).
Полученные результаты также показывают, что в качестве плакирующей добавки, вместо частиц алюминия могут быть использованы частицы другого металла (например, цинка), также имеющего твердость по шкале Мооса ниже твердости поверхности стали, из которой изготовлены рельсы, колеса, а также тормозные шины (пример 3.7).The results obtained also show that instead of aluminum particles, particles of another metal (for example, zinc) can be used as a cladding additive, which also has a Mohs hardness lower than the surface hardness of the steel from which the rails, wheels are made, as well as brake tires (example 3.7).
Проведенные эксперименты также подтверждают, что, при сохранении количественного соотношения компонентов состава, представленных в формуле изобретения, в качестве основы могут быть использованы различные виды минеральных или синтетических масел, загущенных различными традиционными загустителями или их комбинацией (парафин церезин, мыла, загущающие добавки на основе полиизобутилена). При этом, изменение типа базового масла основы и типа загустителя не оказывает существенного влияния на достигнутый эффект шумоподавления (примеры 3.3, 3.4, 3.5, 3.6).The experiments carried out also confirm that, while maintaining the quantitative ratio of the components of the composition presented in the claims, various types of mineral or synthetic oils thickened with various traditional thickeners or their combination (ceresin paraffin, soaps, thickening additives based on polyisobutylene ). At the same time, changing the type of base oil and the type of thickener does not significantly affect the achieved noise reduction effect (examples 3.3, 3.4, 3.5, 3.6).
В то же время, снижение содержания фрикционных добавок (порошки оксидов металлов, имеющих твердость по шкале Мооса выше твердости стали, из которой изготовлены рельсы и колеса подвижного состава) в смазочной композиции ниже 15 % (пример 6), несмотря на существенное снижение уровня шума при торможении, приводит к значительному снижению коэффициента трения в узле трения при торможении, который становится ниже величины 0,15 (таблица 2), являющейся оптимальной и общепринятой для обеспечения эффективного торможения вагонов на сортировочной горке. Это делает нецелесообразным использование составов, содержащих менее 15 вес.% порошков фрикционных добавок, для использования в качестве шумоподавляющих смазочных композиций, используемых для уменьшения шумового эффекта, возникающего при торможении поезда или при его движении на криволинейных участках пути, а также увеличения срока службы узлов трения.At the same time, a decrease in the content of friction additives (powders of metal oxides having a hardness on the Mohs scale higher than the hardness of steel from which the rails and wheels of the rolling stock are made) in the lubricant composition is below 15% (example 6), despite a significant decrease in the noise level at braking, leads to a significant decrease in the coefficient of friction in the friction unit during braking, which becomes below the value of 0.15 (table 2), which is optimal and generally accepted to ensure effective braking of cars on the hump. This makes it impractical to use compositions containing less than 15 wt% of powders of friction additives for use as noise-suppressing lubricating compositions used to reduce the noise effect that occurs when a train is braking or when it moves on curved track sections, as well as to increase the service life of friction units. ...
Таблица 2. Величина коэффициента трения при выходе на стационарный режим торможения при использовании в узле трения смазочных композиций различных составов, соответствующих примерам, приведенным в таблице 1.Table 2. The value of the friction coefficient when reaching the stationary braking mode when using in the friction unit lubricating compositions of various compositions corresponding to the examples given in Table 1.
Эффект шумоподавления при использовании смазочной композиции заявляемого состава возникает благодаря тому, что относительно крупные частицы фрикционной добавки (оксиды металлов, имеющих твердость выше 6 по шкале Мооса), размером от нескольких десятков до 200 мкм, в процессе составления композиции (перемешивания порошков компонентов), а также и непосредственно в процессе трения, покрываются слоем нано- и субмикроразмерных частиц модифицирующей антифрикционной добавки. В результате, при попадании этих частиц между трущимися поверхностями стали, увеличение коэффициента трения (увеличение давления) происходит более медленно, что приводит к снижению амплитуды механических колебаний, возникающих при трении, без существенного изменения времени установления стационарного режима трения (фиг. 1).The effect of noise suppression when using the lubricating composition of the claimed composition arises due to the fact that relatively large particles of a friction additive (metal oxides having a hardness higher than 6 on the Mohs scale), ranging in size from several tens to 200 microns, in the process of composing the composition (mixing the powders of the components), and also directly in the process of friction, are covered with a layer of nano- and submicro-sized particles of a modifying antifriction additive. As a result, when these particles enter between the rubbing steel surfaces, the increase in the friction coefficient (pressure increase) occurs more slowly, which leads to a decrease in the amplitude of mechanical vibrations arising from friction, without a significant change in the time required to establish a stationary friction mode (Fig. 1).
Присутствие в составе заявляемой смазочной композиции графита обеспечивает способность выдерживать высокие удельные нагрузки при торможении и снижение износа пар трения колесо-рельс и колесо-тормозная шина вагонного замедлителя.The presence of graphite in the claimed lubricant composition provides the ability to withstand high specific loads during braking and reduce wear of wheel-rail friction pairs and wheel-brake tire of a car retarder.
На Фиг. 1 представлены графики зависимости коэффициента трения от времени приложения нагрузки при использовании образцов изготовленных смазочных композиций в соответствии с примерами №№2, 5, 6, и известных составов смазочных материалов в соответствии с примерами №№7, 8 (таблица 1).FIG. 1 shows the graphs of the dependence of the coefficient of friction on the time of application of the load when using samples of the manufactured lubricant compositions in accordance with examples No. 2, 5, 6, and known compositions of lubricants in accordance with examples No. 7, 8 (table 1).
Из графиков видно, что на начальной стадии торможения (приложения силы трения), коэффициент трения при использовании смазочных композиций в соответствии с примерами 2, 5, 6 растет медленнее, чем при использовании композиций в соответствии с примерами 7, 8, что указывает на то, что достижение равновесных условий (режим установившегося трения) происходит более плавно, хотя время выхода на режим установившегося трения, то есть время торможения, практически не меняется, что связано со смягчением действия фрикционной добавки (оксида металла). Именно резкое увеличение коэффициента трения на начальной стадии действия тормозов и вызывает шумовые эффекты. Для предлагаемой композиции рост коэффициента трения происходит медленнее, что вызывает снижение интенсивности шума. Наличие ступенек на графиках зависимости указывает на постепенное вовлечение в процесс трения фрикционных частиц различного размера, которых обволакивают слоистые частицы модифицирующего антифрикционного материала (например, полититаната калия).It can be seen from the graphs that at the initial stage of braking (application of friction force), the coefficient of friction when using lubricant compositions in accordance with examples 2, 5, 6 grows more slowly than when using compositions in accordance with examples 7, 8, which indicates that that the achievement of equilibrium conditions (steady-state friction mode) occurs more smoothly, although the time to reach the steady-state friction mode, that is, the braking time, practically does not change, which is associated with the softening of the action of the friction additive (metal oxide). It is the sharp increase in the friction coefficient at the initial stage of the brakes that causes the noise effects. For the proposed composition, the growth of the friction coefficient is slower, which causes a decrease in noise intensity. The presence of steps on the graphs of dependence indicates the gradual involvement of friction particles of various sizes in the process of friction, which are enveloped by layered particles of modifying antifriction material (for example, potassium polytitanate).
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает большее снижение общего уровня шума (не менее, чем на 30 дБА), создаваемого при фрикционном контакте стальных поверхностей узлов трения, включая узлы торможения, используемые на сортировочной горке железнодорожного состава, по сравнению с известными аналогами, а также обеспечивает возможность использования смазочной композиции при отрицательных температурах до -40°C.Thus, the proposed invention provides a greater reduction in the overall noise level (not less than 30 dBA) generated by the frictional contact of steel surfaces of friction units, including braking units used on the hump of a railway train, in comparison with known analogs, and also provides the possibility of using the lubricant composition at temperatures as low as -40 ° C.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104593A RU2755089C1 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Noise suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104593A RU2755089C1 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Noise suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2755089C1 true RU2755089C1 (en) | 2021-09-13 |
Family
ID=77745458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021104593A RU2755089C1 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Noise suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2755089C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217118U1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Device for water-jet wetting of the automatic coupling circuit on the sliding part of the humps during the breaking up of trains |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031907C1 (en) * | 1991-07-30 | 1995-03-27 | Акционерное общество закрытого типа "Амтек" | Antifriction modifying composition emulsified in lubricant media for contacting surfaces |
| RU2220189C2 (en) * | 1998-06-08 | 2003-12-27 | Келсэн Текнолоджиз Корп. | Lubricant for application in railway and heavy loading |
| RU2238304C1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-10-20 | Шаповалов Владимир Владимирович | Friction modifier |
| RU2524267C1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" | Antifriction lubricant |
| EP2331664B1 (en) * | 2008-08-01 | 2020-10-28 | Shell International Research Maatschappij B.V. | Lubricating grease compositions |
-
2021
- 2021-02-24 RU RU2021104593A patent/RU2755089C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031907C1 (en) * | 1991-07-30 | 1995-03-27 | Акционерное общество закрытого типа "Амтек" | Antifriction modifying composition emulsified in lubricant media for contacting surfaces |
| RU2220189C2 (en) * | 1998-06-08 | 2003-12-27 | Келсэн Текнолоджиз Корп. | Lubricant for application in railway and heavy loading |
| RU2238304C1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-10-20 | Шаповалов Владимир Владимирович | Friction modifier |
| EP2331664B1 (en) * | 2008-08-01 | 2020-10-28 | Shell International Research Maatschappij B.V. | Lubricating grease compositions |
| RU2524267C1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" | Antifriction lubricant |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217118U1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Device for water-jet wetting of the automatic coupling circuit on the sliding part of the humps during the breaking up of trains |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6759372B2 (en) | Friction control composition with enhanced retentivity | |
| US7045489B2 (en) | Friction control compositions | |
| CA2576215C (en) | High positive friction control compositions | |
| AU2004234434B2 (en) | Method for reducing wear of steel elements in sliding-rolling contact | |
| CN104031722B (en) | A kind of lubricating oil | |
| CA2448702C (en) | Freeze tolerant friction control compositions | |
| JPH0368694A (en) | Method for reducing friction between railroad car and railroad line by using colloidal dispersion system for forming metal over base | |
| JPWO2019017227A1 (en) | Grease composition, sliding member using the same, and low-frequency noise reduction method | |
| CA1296316C (en) | Solid lubricant composition | |
| RU2333119C1 (en) | Method of reducing wear of rails and locomotive wheel flanges | |
| CN114410365B (en) | Solid lubricating rod for locomotive wheel rail and preparation method thereof | |
| Viana et al. | Sliding Wear of Rail and Wheel Steels: Effect of Hardness Ratio, Normal Load and Lubrication. | |
| RU2755089C1 (en) | Noise suppressing lubricant composition for contacting steel surfaces | |
| CA2321507C (en) | Friction control compositions | |
| US20120122742A1 (en) | Lubricant stick formulations | |
| CN100569417C (en) | A kind of metallic nano-particle surface amendment | |
| RU2278893C2 (en) | Method of "wheel-rail" lubrication | |
| RU2501693C1 (en) | Composite solid greaser for rail wheel flanges | |
| US20220348807A1 (en) | Coated adhesion enhancement compositions | |
| KR101074898B1 (en) | Coating material for train rail | |
| CN108531277B (en) | Engine lubricating oil composite additive and preparation method thereof | |
| Galas | Friction modification within wheel-rail contact | |
| RU2111141C1 (en) | Rail head and wheelset tyre flange wear protection method | |
| Alisin et al. | A new class of lubricants based on stable dispersions of solid nanosized powders | |
| RU2542857C2 (en) | Method of protection of rail head side wear and lubing composition to this end |