книги из ГПНТБ / Цуркан И.Г. Смазочные и защитные материалы учебник

ного слоя, а при большем диаметральном зазоре (до 2 мм) условия для приработки улучшаются за счет создания более концентрированной площади прилегания в средней части подшипника и сплошности мас­ ляного слоя.

Наличие зазоров (пустот) между баббитом и корпусом подшипника нередко приводит к аварийному нагреву в период приработки. На рис. 18 представлены кинетические кривые температуры нагрева подшипников при работе на стенде с натурным буксовым узлом вагона. У расточенного после заливки баббитом подшипника в течение короткого времени работы резко возрастает температура (кривая 1); повторный опыт на этом же подшипнике после его остывания представ­ лен кривой 2 и на вновь расточенном — кривой 3. Во втором и третьем опытах устанавливается равновесный температурный режим. Это означает, что при крат­ ковременной работе подшипника в первом опыте при температуре, достигающей 200 ° С, происходит изменение его микро- и макрогеометрин вследствие пласти­ ческой деформации баббитового слоя и ликвидации зазоров (пустот) между кор­ пусом и баббитом.

Таким образом, предварительное обжатие баббитового слоя при температу­ ре около 200° С усилием 12— 15 Т сразу после заливки подшипников баббитом может улучшить их последующую работу, главным образом в период приработки. Это имеет большое значение, так как особенностью вагонных подшипников является многократное повторение у них процесса приработки (с различной степенью интенсивности) в эксплуатации, что связано с относительно малой жесткостью конструкции, частыми сменами нагрузок (изменением величины изгиба оси и прогиба шейки оси) и направления движения, свободой перемеще­ ния подшипника в осевом направлении, периодически возникающими перекоса­ ми колесной оси и т. д.

Смазка подшипника осуществляется устройством (польстером), состоящим из металлического пружинного каркаса, и подушкой с фи­ тилями. В качестве маслоподающего материала могут применяться также валики. Масло из нижней части буксы по капиллярам пряжи поступает к поверхности шейки оси. В отличие от большинства под­ шипников, применяемых в других отраслях промышленности, они не подвергаются предварительной обкатке (приработке) на легких режимах работы, а. зачастую сразу после установки работают при максимальных нагрузках и скоростях.

Постоянное прижатие польстера к поверхности шейки оси создает дополнительное трение и, следовательно, генерирование тепла. Ра­ бота трения польстера играет существенную роль в тепловом балансе буксового узла. При работе на установившихся режимах температуры

50

ружной скорости, вязкости масла, профиля рабочей поверхности польстерной подушки, упругих свойств капиллярного материала и т. д.

Для смазывания буксовых подшипников скольжения применяются осевые масла трех сортов: летнее Л, зимнее 3 и северное С. Эти масла готовятся в основном из нефтей бакинских месторождений. Они пред­ ставляют собой смеси легкой дистиллятной масляной фракции— со­ ляра с мазутом, не подвергаемым какой-либо очистке. В зависимости от получаемого сорта осевого масла берутся различные соотношения этих компонентов.

В последнее время для получения осевых масел начинают привле­ каться нефти других месторождений, однако они идут на изготовле­ ние в основном летнего масла в небольших количествах. Основные показатели качества и нормы на них, предусмотренные ГОСТ 610—. 72, приведены в табл. 4.

Летнее осевое масло используется в период с апреля по октябрь. В остальное время подшипники скольжения работают на зимнем мас­ ле. Северное масло применяется, в особо холодное время на дорогах се­ вера, Урала и Сибири.

Процесс перезаправки букс с летнего масла на зимнее (с 20 сентяб­ ря по 20 октября) и наоборот (с 1 апреля по 1 мая) используется для ревизии буксовых узлов. При этом польстеры и другие подбивочные материалы вынимают в специальную посуду и доставляют в подби- вочно-пропиточный цех для ремонта и регенерации (восстановления

воды, грязи, остатков осевого масла и заправляют исправными и чис­ тыми подбивочными материалами, предварительно пропитанными се­ зонным осевым маслом. В буксу заливают свежее масло. Устраняют неисправности буксовых крышек, валиков и т. д.

Ко времени перезаправки букс обычно имеет место сильное обвод­ нение и загрязнение масел и' подбивочных материалов, что является результатом недостаточного уплотнения букс пылевой шайбой и крыш­

51

пирическая формула для подсчета температуры шейки оси, которая близка к температуре масла под подшипником:

рожних вагонов, температуры наружного воздуха. Например, для летнего масла при температуре около 20° С для груженых вагонов К = 7,4, для порожних К = 7,1.

Зная температуру масла под подшипником, можно определить его рабочую вязкость и по ней вычислить толщину масляного слоя в мес­ те максимального давления и коэффициент трения:

где V — вязкость масла в рабочем слое, сспц Р — нагрузка на подшипник, Т; п — частота вращения, об!мин.

Приведенные эмпирические формулы достаточно точно совпадают с экспериментальными данными. Значение коэффициента трения скольжения подшипника по шейке дает возможность подсчитать* долю сопротивления шп0ДШ в кГ на каждую тонну веса поезда, оказываемо­ го движению поезда трением в буксовых подшипниках от общего ос­ новного удельного сопротивления:

где dm и DK— диаметры шейки оси и колеса соответственно; Р — нагрузка на буксу, Т.

Используя зависимость (30), а также экспериментально найденные для эксплуатационных условий величины установившихся темпера­ тур (а следовательно, и вязкостей) при разных нагрузках и скоростях движения вагона, можно определить зависимость толщины масляного слоя h от скорости движения. На рис. 19 в качестве примера приведена такая зависимость для груженого и порожнего вагонов при температуре наружного воздуха -(-20° С. С увеличением скорости толщина слоя мас­ ла уменьшается. Это также является отличительной чертой вагонных подшипников скольжения и объясняется тем, что с увеличением ско-

52

Пример расчета. Полувагон, загруженный до полной грузоподъемности, движется со скоростью 80 км/ч. Температура наружного воздуха 20° С. В буксы залито осевое летнее масло (ѵ5о = 50 ccm; ѵш — 9 ccm). Подшипники пол­ ностью приработаны. Определить, каковы рабочая температура подшипников, минимальная толщина слоя масла под ними и сопротивление, оказываемое тре­ нием в буксах движению поезда весом 3200 т (в составе находится 40 четырех­ осных вагонов, оборудованных подшипниками скольжения).

Пользуясь формулой (29), определим температуру на поверхности трения подшипников:

tm = 7 ,4 /8 0 — 5,8 + 20 = 84° С.

Чтобы узнать вязкость масла при этой температуре, необходимо определить значения коэффициентов в уравнении Вальтера (20). Это можно сделать, поль­ зуясь величинами вязкости при температурах 50 и 100° С, приведенными в условии примера:

lg lg (50 + 0,8) = А — В lg (273 + 50);

lg lg (9 + 0,8) = А — В lg (273 -f 100).

Вычислив логарифмы, будем иметь:

А— 2,5090 = 0,232;

А— 2,572 В = 0,004.

Решая совместно эти два уравнения, получим: А = 9,622, В = 3,745. Тогда для

53'

Потенцируя, получим

Vsi = 14,8 — 0,8 = 14 ccm.

Для определения толщины слоя смазки и коэффициента трения воспользуем­ ся формулами (30) и (31). Однако сначала надо определить скорость вращения л шейки оси при движении вагона со скоростью ѵ = 80 км/ч. Примем диаметр D Kко­ леса равным 1 м. Тогда

Если учесть динамическую нагрузку (например, на стыках) как 40-процент­ ное превышение нагрузки над номинальной, то минимальная толщина слоя мас­ ла при этом будет составлять:

величину шподш на массу поезда и получим 3,2 Т.

В связи с тем что подшипники скольжения вагонов в приработан­ ном состоянии имеют одинаковый с шейкой оси диаметр, зазор Д, необходимый для гидродинамического действия масла, образуется у.них в процессе работы за счет деформации баббитового слоя, а воз­ можно, частично корпуса подшипника. Это приводит к тому, что под­ шипник все время как бы дышит, меняя зазор и приспосабливая его к изменяющимся внешним условиям (нагрузка, динамические воз­ действия, скорость, температура). При этом величина зазора каждый раз становится такой, при которой обеспечивается максимальная гру­ зоподъемность подшипника.

По теории гидродинамического смазывания, максимальная грузо­ подъемность подшипника с таким отношением длины к диаметру, какое принято для вагонных подшипников (1,5), обеспечивается при отно-

54

снтельном эксцентриситете %= 0,4. Из этого следует [см. ‘формулу (11)], что переменный зазор А будет связан с минимальной толщиной слоя масла следующим соотношением:

А = —-— = 1,67/і.

( 1 - Х )

В рассмотренном выше примере толщина слоя масла при равно­ мерном движении груженого вагона со скоростью 80 км/ч только от воздействия динамики изменялась в пределах от 2,4 до 2,8 мк. В со­ ответствии с этим и зазор А будет меняться от 4,0 до 4,7 мк. С учетом же остановок, различий в скоростях, нагрузках зазор подшипника скольжения букс вагонов может меняться в пределах порядка 0,02 мм.

Из экспериментальной зависимости (31) видно, что на толщину масляного слоя наибольшее влияние оказывает вязкость масла. Ис­ пытания, проведенные на стенде и на экспериментальном кольце Все­ союзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС), показали, что повышение вязкости масла с 40 до 70 сст уменьшает количество случаев выхода из строя подшип­ ников по аварийному перегреву в период приработки. В то же время применение масел повышенной вязкости приводит к некоторому росту установившихся температур у приработанных подшипников, а сле­ довательно, к большему понижению вязкости масла в рабочем слое под подшипником. Таким образом, повышение исходной вязкости масла рационально до определенного предела не только с точки зре­ ния энергетических затрат, но и по надежности работы подшипника.

Для вагонных подшипников оптимальное значение исходной вяз­ кости (см. табл. 4) было найдено экспериментальным путем в резуль­ тате последовательных поездок на вагонах с маслами разной вязкости с определением установившихся температур подшипников при данной скорости, нагрузке и температуре наружного воздуха около 20° С.

Важную роль в обеспечении нормальной работы подшипников иг­ рает способность польстерной щетки и других подбивочных материа­ лов подавать достаточное количество масла к шейке оси. Испытания показали, что если шейка оси в процессе работы нагревается до высо­ ких температур, происходит интенсивное окисление и осмоление масла на поверхности польстера, примыкающей к шейке. В результате этого забиваются капилляры щетки и ухудшается ее маслоподающая спо­ собность. Чем выше температура шейки оси и продолжительнее ее дей­ ствие, тем значительнее ухудшается подача масла. Для масел с более высокой вязкостью ухудшение подачи происходит в большей степени. Однако это начинает проявляться при вязкости выше 70 сст и при

польстерной щетки в результате длительного перегрева подшипника. Такие щетки необходимо заменять на пунктах технического осмотра исправными.

До 1 января 1974 г. в СССР действовал ГОСТ 610—48 на осевые масла. Вязкость летнего и зимнего масел по этому ГОСТу была мень­

55

шей, чем сейчас, ß результате повышения нагрузок на ось и скоро­ стей движения старый ГОСТ перестал удовлетворять требованиям эксплуатации.

В апреле, когда температура наружного воздуха на некоторых дорогах повышалась до 20—30°С (на солнце), многие буксы продолжали работать на зимнем осевом масле, вязкость которого в этих условиях могла стать недостаточной для образования надежного гидродинами­ ческого слоя под подшипником. В этот период повышалось количество отцепок вагонов по грешно букс. Особенно большой рост числа отце­ пок наблюдался в июле и августе, что было связано с недостаточной вязкостью летнего осевого масла при температурах воздуха на солнце 40—50° С. Поскольку повышение вязкости могло бы привести к ухуд­ шению текучести масел при низких температурах, что недопустимо, в ГОСТ 610—72 введен регламент на вязкость летнего и зимнего масел при низких температурах.

Получение летнего масла с необходимыми свойствами обеспечи­ вается правильной дозировкой мазута и соляровой фракции. Для получения зимнего масла с более пологой вязкостно-температурной

кривой в ГОСТ 610—72 предусмотрено использование, кроме мазута

исоляра, добавки дизельного топлива. '

Всвязи с введением в ГОСТ 610—72 показателя динамической вяз­ кости летнего масла при температуре минус 10° С отпала необходи­ мость регламента по температуре застывания, поскольку при хорошей текучести масла при указанной температуре оно будет застывать при заведомо более низкой температуре, чем предусматривалось в ГОСТ

610—48 (минус 15° С).

Нормы расхода осевых масел и подбивочных материалов приведены в табл. 5.

Для сокращения расхода осевых масел и подбивочных материалов предусматривается их регенерация после извлечения из букс в периоды перезаправки.

Рекомендуется следующий порядок регенерации.

Извлеченные из букс вагонов польстеры или подбивочные мате­ риалы вместе с остатками масла доставляются на маслорегенерацион-

56

Перезаправку вагонной буксы на антиаварийную смазку осущест вляют таким образом. После осмотра греющейся буксы и осевой шейки, а также установления возможности дальнейшего безопасного движе­ ния вагона подбивка в буксе расправляется, а избыток жидкой, смазки удаляется. Из польстерной буксы польстер вынимается и заменяется подбивочными концами 1 (рис. 20). После этого на подбивку с одной стороны шейки, противоположной направлению движения поезда, по всей ее длине закладывается антиаварийная смазка 2- в количестве 200—300 г для букс четырехосного вагона.

Использование антиаварийной смазки в случаях, когда в этом нет необходимости, недопустимо, так как она приводит к чрезмерному за­ гущению осевого масла и загрязнению подбивки, что может ухудшить подачу масла к шейке оси.

2. Смазка для автотормозных приборов

Характерными для автотормозных приборов являются пары тре­ ния, прижатые друг к другу с удельным усилием порядка нескольких единиц кГІсм2 и перемещающиеся периодически по возвратно-посту­ пательной схеме с относительно малыми скоростями. Продолжитель­ ность работы узла (без смены смазки) составляет 1—2 года. За этот период совершается несколько тысяч циклов перемещений, а для пас­ сажирских вагонов — несколько десятков тысяч.

Смазка, находящаяся между поверхностями трения, выполняет антифрикционные функции и, кроме того, герметизирует сочленение поверхностей, предупреждая утечку воздуха под давлением в несколь­ ко атмосфер. Чтобы выполнять эти функции, смазка должна длительно хорошо удерживаться на поверхностях трения, что обусловливается ее адгезионными свойствами (липкостью) и способностью противо­ стоять действию влаги. Наконец, поскольку в тормозных приборах имеются детали из резины, смазка должна обладать еще свойствами наименьшего воздействия на резину, не вызывая изменения ее экс­ плуатационных свойств и размеров.

Применявшаяся до недавнего времени во всех автотормозных при­ борах смазка ЖТКЗ-65 не вполне удовлетворяла требованиям экс­ плуатации. При длительном ее применении наблюдалось существенное ухудшение морозостойкости резиновых уплотнительных деталей, нахо­ дившихся в контакте с этой смазкой.

До недавнего времени требования к смазке для автотормозных при­ боров с точки зрения взаимодействия их с. масло-морозостойкими резиновыми уплотнительными деталями сводились к регламентации изменения веса и размеров этих деталей при контакте со смазкой. Работами ЦНИИ МПС установлено, что контакт резины на основе нитрильных каучуков со смазкой может резко ухудшить морозо­ стойкость резины.

Известно, что каучуковое вещество — основа резины — при ох­ лаждении переходит в твердое стеклообразное состояние. Стекло­ вание каучуков можно задержать при его набухании в некото-

58 '

рых органических жидкостях (эфирах), понижающих температуру замерзания каучука. Такие жидкости называются пластификаторами. К ним относятся дибутилфталат и дибутилсебацинат, входящие в состав применяемых для тормозной техники масломорозостойких нитрильных резин.

При контакте со смазкой пластификаторы частично вымываются (экстрагируются) из резины смазкой и переходят в ее состав. В ре­ зультате этого процесса морозостойкость резины падает, а вес и раз­ меры резиновых деталей могут уменьшаться, поскольку пластифика­ торы обусловливают набухание каучука. Экстрагирование сопровож­ дается замещением этих пластификаторов компонентами смазки (в ча­ стности, ароматическими углеводородами), также вызывающими набу­ хание каучукового вещества резины, но не улучшающими морозостой­ кость резины.

При таком замещении в ряде случаев не наблюдается существен­ ного изменения веса или размеров деталей, но морозостойкость их ухудшается.

Сказанное в полной мере относится к смазкам, изготовляемым на нефтяных маслах. Так, набухание (увеличение веса) резины Н-26-16в для манжет тормозных приборов при 70° С в течение 24 ч в смазке ЖТК.3-65 может составлять сотые доли процента.

Однако морозостойкость резины падает при этом в три раза, а температура хрупкости резины уменьшается с минус 56 до минус 44° С.

Эффективным способом предупреждения экстрагирования пласти­ фикаторов из резин при контакте со смазкой является введение плас­ тификаторов (одноименных с содержащимися в резине) в смазку. В этом случае переход пластификаторов из резины в смазку сопро­ вождается проникновением в резину тех же пластификаторов из смаз­ ки, т. е. устанавливается динамическое равновесие процесса обмена пластификаторами между смазкой и резиной, благодаря чему морозо­ стойкость резины сохраняется.

Пластификаторы, являющиеся эфирами, способны вызывать суще­ ственное набухание каучукового вещества. Поэтому, если вводить пластификатор в смазку, изготавливаемую на нефтяном масле, можно вызвать чрезмерное набухание резины, так как этому будут способст­ вовать не только ароматические углеводороды самого нефтяного масла, но и пластификатор.

Чтобы избежать этого, вместо нефтяного масла для изготовления смазки используются синтетические масла, инертные по отношению к каучуковому веществу. К таким маслам принадлежат кремнийорганические жидкости.

Как указывалось выше, кремнийорганические жидкости обладают ‘ значительно более пологой вязкостно-температурной характеристи­ кой, что дает возможность изготавливать из них смазки с очень широ­ ким температурным диапазоном работоспособности. В этом случае можно взять жидкость с высокой вязкостью при положительных тем­ пературах, которая одновременно имела бы хорошую текучесть при отрицательных температурах.

59