Снижение износа высоконагруженных узлов транспортных средств

   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.

1. Быков Б.В. Конструкция и техническое обслуживание грузовых вагонов. Москва: Желдориздат «Трансинфо»; 2006. 125 с.

2. Павлицкий Б.И. Повышение надежности опорно-поворотных устройств на основе принципа построения адаптивных систем. Дисс. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону; 2018. 138 с.

3. Демьянов А.А. Демьянов А.А., Павлицкий Б.И. Шкворневая система. Патент РФ, № 2513093. 2014. 5 с. URL: https://www.freepatent.ru/patents/2513093 (дата обращения: 02. 10. 2023).

4. Demyanov A., Demyanov A., Pavlitskiy B., Sherbakov I., Shapshal A., Shapsha S. Reliability improvement of heavy machineries friction units. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019;403:012015. doi: 10.1088/1755-1315/403/1/012015

5. Федяева Е.А., Ольшевский А.А. Моделирование износа пятникового узла грузового вагона. Вестник Брянского государственного технического университета. 2009;(3(23)):83–86.

6. Мотовилов К.В. (ред.), Лукашук В.С., Криворудченко В.Ф. Петров А.А. Технология производства и ремонта вагонов. Москва: Маршрут; 2003. 382 с.

7. Shashkeev K.A., Popkov O.V., Yurkov G.Y., Kondrashov S.V., Ashmarin A.A., Biryukova M.I. Composite tribological materials based on molybdenum disulfide nanoparticles and polytetrafluoroethylene microgranules. Russian Journal of Applied Chemistry. 2016;89(4):644–649. doi: 10.1134/S1070427216040194

8. Xiaoming Chen, Liuyang Zhang, Cheol Park, Catharine C. Fay, Xianqiao Wang, Changhong Ke. Mechanical strength of boron nitride nanotube-polymer interfaces. Applied Physics Letters. 2015;107(25):253105. doi: 10.1063/1.4936755

9. Kucernak A.R.J., Venkata N. Naranammalpuram Sundaram. Nickel phosphide: the effect of phosphorus content on hydrogen evolution activity and corrosion resistance in acidic medium. Journal of Materials Chemistry A. 2014;2:17435–17445. doi: 10.1039/c4ta03468f

10. Kumaravelu P., Arulvel S., Kandasamy J. Coatings and surface modification techniques for additive manufacturing in innovations in additive manufacturing surface. In: Khan M.A., Jappes J.T.W. (eds) Innovations in Additive Manufacturing. Springer Tracts in Additive Manufacturing. Springer, Cham. 2022. P. 221–238. doi: 10.1007/978-3-030-89401-6_10

11. Ren Ping, Zhang Shangzhou, Qiu Jianxun, Yang Xiaoyang, Wang Weiwei, Li Yang et al. Self-lubricating behavior of VN coating catalyzed by solute Ag atom under dry friction and oil lubrication. Surface and Coatings technology. 2020;409:126845. doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.126845

12. Ji Lianggang, Chen Zhaoqiang, Guo Runxin, Xu Chonghai, Guo Niansheng. Preparation of nano-coating powder CaF2Al(OH)₃ and its application in Al2O₃/Ti(C,N) self-lubricating ceramic tool materials. Ceramics International. 2020;46(10.B):15949–15957. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.03.144

13. Pinate S., Leisner P., Zanella C. Wear resistance and self-lubrication of electrodeposited Ni-SiC:MoS₂ mixed particles composite coatings. Surface and Coatings technology. 2021;421:127400. doi: 10.1016/J.SURFCOAT.2021.127400

14. Щербаков И.Н., Трофимов Г.Е., Дерлугян П.Д., Логинов В.Т., Геркен Н.В. Способ получения композиционного антифрикционного покрытия. Патент РФ № 2556155. 2015. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2556155C2_20150710.pdf (дата обращения: 02. 10. 2023)

15. Щербаков И.Н. Особенности получения и свойства композиционного многослойного твердого смазочного покрытия. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2016;(2):97–101. doi: 10.17213/0321-2653-2016-2-97-101

16. Щербаков И.Н., Иванов В.В., Дерлугян П.Д., Логинов В.Т. Получение и свойства композиционного твердого смазочного покрытия. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2015;(4):89–92. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24993693&ysclid=lpwauo0ykl109551608