втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта

Формула изобретения

1. Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, отличающаяся тем, что композиционный полимерный антифрикционный материал дополнительно содержит хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, в качестве основы композиционный полимерный антифрикционный материал дополнительно содержит смесь полиамида с 20-40 мас.% полиэтиленкапроамида, при этом в качестве полиамида основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют полиамид 6, или Капролон В или Эрталон, содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 3,48 до 10,5 мас.% при следующем количественном содержании компонентов, мас.%:

углеродное волокно или смесь
углеродного волокна со стекловолокном	9,7-42,4
углеродные нанотрубки	0,05-0,55
полиамид	остальное до 100%

2. Втулка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна.

3. Втулка по п.1, отличающаяся тем, что углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде жгута или рубленого жгута, или рубленой ленты, а стекловолокно используют в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм.

4. Втулка по п.1, отличающаяся тем, что предпочтительно выполнена с наружным диаметром 30-50 мм, с внутренним диаметром 20-40 мм и длиной 12-150 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству втулок рычажной тормозной системы рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.

Известна втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, (см. патент РФ № 2441787, МПК В61Н 13/34, F16С 33/04, 10.02.2012 г.).

Однако известная втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта при своем использовании имеет следующие недостатки:

- недостаточный срок службы из-за высокого суммарного износа в паре трения,

- недостаточная стабильность коэффициента трения (0,66-0,72) при трении по материалу контр-тела стали 40Х,

- повышенную интенсивность линейного изнашивания внутреннего рабочего слоя скольжения при трении по стальной паре из стали 40Х (5×10^-5 мкм/км),

- недостаточным разрушающим напряжением при растяжении (160 МПа).

Задачей изобретения является разработка втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта.

Техническим результатом является повышение срока службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта за счет значительного снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, повышение стабильности коэффициента трения при трении по материалу контр-тела стали 40Х, повышение разрушающего напряжения при растяжении, сохранение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза при одновременном сохранении заданного предела прочности при сжатии, а также низкого коэффициента трения при повышении его стабильности.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложена втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, при этом композиционный полимерный антифрикционный материал дополнительно содержит хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина от 1 до 70 мкм, в качестве основы композиционный полимерный антифрикционный материал дополнительно содержит смесь полиамида с 20-40 мас.% полиэтиленкапроамида, при этом в качестве полиамида основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют полиамид 6, или Капролон В или Эрталон, содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 3,48 до 10,5 мас.%, при следующем количественном содержании компонентов, мас.%:

углеродное волокно или смесь

углеродного волокна со стекловолокном	9,7-42,4,
углеродные нанотрубки	0,05-0,55,
полиамид	остальное до 100%.

При этом в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна. При этом углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде жгута, или рубленого жгута или рубленной ленты, а стекловолокно используют в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм. При этом втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта предпочтительно выполнена с наружным диаметром 30-50 мм, с внутренним диаметром 20-40 мм и длиной 12-150 мм.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенную втулку рычажной тормозной системы рельсового транспорта, отличительными являются:

- дополнительное содержание в композиционном полимерном антифрикционном материале хаотично расположенных углеродных нанотрубки в виде однослойных, многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей,

- выбор внешнего диаметра углеродных нанотрубок от 0,1 до 100 нм, длины от 1 до 70 мкм,

- в качестве основы композиционный полимерный антифрикционный материал дополнительно содержит смесь полиамида с 20-40 мас.% полиэтиленкапроамида, при этом в качестве полиамида основы композиционного полимерного антифрикционного материала используют полиамид 6, или Капролон В или Эрталон,

- выбор содержания стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала от 3,48 до 10,5 мас.%,

- выбор следующего количественного содержания компонентов композиционного полимерного антифрикционного материала втулки, мас.%:

углеродное волокно или смесь
углеродного волокна со стекловолокном	9,7-42,4,
углеродные нанотрубки	0,05-0,55,
полиамид	остальное до 100%,

- содержание в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала углеродного волокна, полученного из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна,

- использование углеродного волокна композиционного полимерного антифрикционного материала в виде жгута, или рубленого жгута или рубленной ленты, а стекловолокна в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм,

- предпочтительное выполнение втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта с наружным диаметром 30-50 мм, с внутренним диаметром 20-40 мм и длиной 12-150 мм.

Экспериментальные испытания в рычажной тормозной системе рельсового транспорта пар трения с использованием предложенной втулки и контр-тела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC, а затем и натурные ходовые испытания штатного комплекта втулок рычажной тормозной системы, показали их высокую эффективность. Было установлено, что повышен срок службы втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта на 16-18%, при этом износ рабочего слоя скольжения предложенной втулки при трении по полированной стальной паре из стали 40Х составил 1×10^-7-7×10^-8 мкм/км., сохранена ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза на уровне 45-55,8 кДж/м². сохранен предел прочности при сжатии на уровне 160-180 МПа и одновременном повышении разрушающего напряжения при растяжении до 174-201 МПа. Одновременно установлено, что предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта имеют коэффициент трения при трении по полированной поверхности контр-тела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC в пределах 0,11-0,16, при этом достигнуто повышение стабильности коэффициента трения до 0,89-0,92.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы в паре трения работоспособны с начала натурных ходовых испытаний и не требует своей замены до настоящего времени.

В таблице 1 представлены экспериментальные составы композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, использованного для изготовления предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта, а в таблице 2 показаны штатные характеристики втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта.

Исследования ударной вязкости проводилось на маятниковом копре по методу Шарпи на образцах типа 2 без надреза по ГОСТ 4647-80. Исследование характеристик трения (характеристики трибологии) предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта проводились на машине трения УМТ 2168.

Технология изготовления предложенных втулок рычажной тормозной системы рельсового транспорта различного назначения в форме сплошной втулки или разрезной втулки в виде сегментов с рабочими поверхностями скольжения не требует для своего изготовления использования специфического технологического оборудования и включает в себя литье под давлением в литьевой машине изделий заданных геометрических форм из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта просты в понимании и не требуют для своей иллюстрации предоставления чертежей.

Предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта имеют по сравнению с втулкой - прототипом увеличенный эксплуатационный ресурс за счет значительного снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, обладают ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза на уровне 45-55,8 кДж/м², пределом прочности при сжатии на уровне 160-180 МПа и одновременно повышенным разрушающим напряжением при растяжении до 174-201 МПа. Кроме того, предложенные втулки рычажной тормозной системы рельсового транспорта характеризуются повышенной стабильностью коэффициента трения при трении по материалу контр-тела стали 40Х при одновременном сохранении низкого коэффициента трения и предела прочности при сжатии.