Алексей Александрович Демьянов, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
344003
пл. Гагарина, 1
Ростов-на-Дону
ScopusID:
AuthorID:
Aleksey A. Demyanov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department
Transport Systems and Logistics Department
344003
1, Gagarin Sq.
Rostov-on-Don
ScopusID:
AuthorID:
Игорь Николаевич Щербаков, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
344003
пл. Гагарина, 1
Ростов-на-Дону
ScopusID:
AuthorID:
ResearcherID:
Igor N. Shcherbakov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department
Transport Systems and Logistics Department
Rostov-on-Don
ScopusID:
AuthorID:
ResearcherID:
Введение. Опорно-поворотный узел обеспечивает связь между поворотной и неповоротной частью машин и механизмов кранов, экскаваторов, автоприцепов, железнодорожных подвижных составов. Применительно к подвижному составу он соединяет грузонесущую часть вагона с тележкой и является одним из наиболее ответственных и быстроизнашивающихся узлов трения. Его техническое состояние влияет на интенсивность и форму износа самих поверхностей, величину сопротивления повороту тележки при движении вагона на криволинейных участках пути, амплитуду боковой раскачки вагона, интенсивность износа гребней колес и, как следствие, на безопасность эксплуатации подвижного состава в целом. До сих пор для данного узла применяется периодическая консистентная смазка, которая даже при небольшом пробеге успевает выдавиться из зон контакта и тем самым создать условия для преобладания сухого трения. До настоящего времени различные предложения по решению этой проблемы не нашли применения в серийном производстве по ряду причин, и поэтому поиск путей снижения износа в опорно-поворотном узле вагонов до сих пор является актуальным. В данном исследовании предлагается решение этой проблемы, не требующее конструктивных изменений самого опорно-поворотного узла.
Целью данной работы является разработка технологичного антифрикционного покрытия с хорошей адгезией, которое будет нанесено на поверхность сменного диска, устанавливаемого между трущимися поверхностями шкворневого узла во время плановых ремонтов ходовой части вагона.
Такой подход позволит снизить силу трения и интенсивность износа в узле при наступлении смазочного голодания из-за выдавливания консистентной смазки.
Материалы и методы. Антифрикционные характеристики разработанного покрытия определялась на машине трения, обеспечивающей нагрузки на исследуемый образец до 5 000 Н и скорости скольжения от 0,13 м/с. Образцы исследовались методом сканирующей электронной микроскопии (микроскоп FEI Quanta 200). СЭМ-изображения получены в режиме регистрации обратно-рассеянных электронов (BSE) с помощью полупроводникового детектора. Для анализа элементного состава образца использовался рентгеновский энерго-дисперсионный спектрометр (EDAX Element EDS System).
Результаты исследования. Разработано трехслойное функциональное фосфорсодержащее композиционное покрытие поверхностей узла, позволяющее существенно снизить в нем коэффициент трения и, как следствие, интенсивность износа шкворневого узла из-за сухого трения. Определены оптимальные условия получения слоев композиционного покрытия. Изучено влияние толщины каждого слоя и условий его нанесения на функциональные характеристики.
Обсуждение и заключение. Предложенное решение отличается технологичностью и при соответствующей адаптации может быть использовано для снижения интенсивности износа в любом открытом опорно-поворотном узле без кардинального изменения его конструкции. Методы получения слоев покрытия доступны и технологичны для серийного применения.
Introduction. The pivot assembly provides connection between the rotating and non-rotating parts of machines and mechanisms such as cranes, excavators, trailers, railway rolling stocks. In relation to rolling stock, it connects the load-carrying part of the car with the bogie and is one of the most critical and wear-out friction units. Its technical condition affects the intensity and form of wear of the surfaces themselves, the amount of resistance to rotation of the bogie when the car moves in curved sections of the track, the amplitude of the lateral rocking of the car, the intensity of wear of the wheel flanges and, as a consequence, the safety of operation of the rolling stock as a whole. Until now, periodic grease is used for this unit, which, even with a short mileage, manages to be squeezed out of the contact zones and, thereby, creates conditions for the predominance of dry friction. Until now, various proposals to solve this problem have not found application in mass production for a number of reasons, and therefore the search for ways to reduce wear in the pivot assembly of cars is still relevant. This study proposes a solution to this problem that does not require structural changes to the pivot assembly itself.
The aim of this work was to develop a technologically advanced anti-friction coating with good adhesion, which will be applied to the surface of a replaceable disk installed between the rubbing surfaces of the pivot assembly during scheduled repairs of the car chassis.
This approach will reduce the friction force and wear rate in the unit when lubrication shortage occurs due to squeezing out of the grease.
Materials and Methods. Antifriction characteristics of the developed coating was observed on a friction machine providing specific loads on the test sample up to 5000 N and a sliding speed from 0.13 m/s. The samples were examined by scanning electron microscopy (FEI Quanta 200 microscope). SEM images were acquired in a back-scattered electron (BSE) mode using a semiconductor detector. To analyze the elemental composition of beam samples, an energy dispersive spectrometer (EDAX Element EDS system) was used.
Results. A three-layer functional phosphorus-containing composite coating of the surfaces of the unit was developed, which made it possible to significantly reduce the coefficient of friction and, as a consequence, the intensity of wear of the pivot unit surface during dry friction. The optimal conditions for obtaining composite coating layers were determined. The influence of the thickness of each layer and the conditions for its production on its functional characteristics was studied.
Discussion and Conclusion. The proposed solution is manufacturable and, with appropriate adaptation, can be used to reduce wear in any open pivot assembly without radically changing its design. The methods for producing coating layers are accessible and technologically advanced for serial use.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.