Скользящая опора для применения в строительстве и ее материал - RU2348663C2
Код документа: RU2348663C2
Описание
Настоящее изобретение относится к скользящей опоре для применения в строительстве, в частности к скользящей опоре для мостов, предназначенной для повышенных нагрузок и/или повышенных сроков службы и применяемой, в частности, для мостов и ходовых балок скоростных дорог или магнитных подвесных дорог, а также к материалу для скользящих опор и его применению в них.
Материалы для скользящих опор, предназначенных для применения в строительстве, и, в частности в мостостроении, нормированы в отношении своих свойств и задаваемых конструктивных параметров европейским стандартом EN 1337, ч. 2, «Скользящие элементы». Согласно уровню техники в качестве материалов для соответствующих скользящих элементов часто применяются термопластичные полимеры, в частности тефлон (политетрафторэтилен). Они удовлетворяют требованиям этого стандарта.
Однако вследствие технического совершенствования в строительстве и, в частности в области возведения мостовых сооружений, существенно возросли также и требования к материалу скользящей опоры в отношении возможного сжатия, сопротивления скольжению в зависимости от температуры окружающей среды, допустимой скорости скольжения, а также допустимого суммарного пути скольжения и износостойкости. Изменение этих параметров или преодоление определенных предельных значений этих параметров позволило бы отыскать другие конструктивные, более простые и более эффективные решения.
Особо высокие требования предъявляются к материалам для скользящих опор мостовых сооружений скоростных дорог, например, отдельных скоростных участков, и магнитных подвесных дорог и пр. В мостовых сооружениях таких скоростных участков дороги вследствие высокой скорости движения поездов по мосту опоры часто подвергаются высоким ударным нагрузкам. Для соответствия поставленным требованиям необходимо поэтому разработать для скользящих опор улучшенные материалы.
Поэтому задачей настоящего изобретения явилось создание скользящей опоры или материала для нее, обладающего улучшенными свойствами по сравнению с применяемыми в настоящее время материалами для скользящих опор. В частности, с помощью материала скользящей опоры необходимо обеспечить комбинацию требуемых свойств для мостовых опор скоростных дорог.
Указанная задача решается благодаря применению материала для скользящей опоры по п.1 или скользящей опоры по п.9 и материала для скользящей опоры по п.16 формулы изобретения. Оптимальные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Поставленная задача решается в применении UHMWPE (полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой), который в испытании на пригодность обладает показателем коэффициента трения по стандарту EN 1337-2:2000, по меньшей мере, поверхностного давления, пути скольжения и/или скорости скольжения, который превышает соответствующий нормативный показатель, проверенный и предписанный Европейским стандартом EN 1337-2:2000, а именно по поверхностному давлению больше чем 30 МПа, по пути скольжения больше чем 10242 м и по скорости скольжения больше чем 2 мм/с. UHMWPE используется как материал с низким коэффициентом трения для скользящих опор, используемых в строительстве, в частности, для направляющих опор моста в соответствии со стандартом EN 1337-1:2000.
В результате широких испытаний различных материалов для опор было установлено, что полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой обладает необходимыми свойствами для изготовления опор, используемых в строительстве, в частности, мостовых скользящих опор, удовлетворяющих приведенным выше требованиям. Благодаря своему очень высокому молекулярному весу, составляющему преимущественно 3-6 млн. г/моль, полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой обладает экстремально высокой, практически неограниченно высокой вязкостью расплава, обладает превосходной текучестью, а также очень высокой прочностью на срез и износостойкостью. Также обнаружилось, что и другие необходимые рабочие параметры, такие как воспринимаемое удельное давление, сопротивление скольжению в зависимости от температуры окружающей среды, допустимая скорость смещения и путь скольжения, существенно превышают значения, обеспечиваемые известными промышленно применяемыми материалами скользящих опор. При этом ссылкой может служить Европейский стандарт EN 1337, ч.2, в действующей редакции, используемый в полном объеме для раскрытия содержания. В частности, было установлено, что могут быть существенно превзойдены требуемые в Европейском стандарте EN 1337, ч.2, и соответственно проверяемые рабочие параметры как в отдельности, так и в комбинации, в частности, также при низких температурах.
В качестве варианта выполнения изобретения предлагается применение UHMWPE (полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой) в качестве материала с низким коэффициентом трения, подвергаемого нагрузкам, превышающим величины, предписанные Европейским стандартом EN 1337-2:2000, а именно по поверхностному давлению эта величина больше чем 60 МПа, по суммарному пути скольжения эта величина больше чем 10242 м и по скорости скольжения эта величина больше чем 2 мм/с.
Соответственно предусмотрено применение полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой согласно зависимым пунктам формулы изобретения в тех областях, в которых требуются соответствующие показатели удельного давления, пути и скорости скольжения и рабочей температуры. Этим обеспечиваются преимущества в отношении конфигурации и применения скользящих опор, например, в отношении износа опор, характера применения (температура) и пр. Ввиду того, что износ возрастает как произведение скорости на давление, то это также сказывается и на сроке службы материала скользящей опоры и, следовательно, самой скользящей опоры.
В еще одном варианте выполнения изобретения описывается применение UHMWPE (полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой), в качестве материала скользящей опоры способного воспринимать поверхностное давление, превышающее до 1,5 раз максимальный нормативный показатель Европейского стандарта EN 1337-2:2000.
В другом варианте выполнения изобретения описывается применение UHMWPE (полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой) в качестве материала скользящей опоры, которая может совершать путь скольжения, превышающий до трех раз максимальный нормативный показатель Европейского стандарта EN 1337-2:2000.
Целесообразно применение UHMWPE (полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой) в качестве материала скользящей опоры, способного поглощать скорость скольжения, превышающую до пяти раз максимальный нормативный показатель Европейского стандарта EN 1337-2:2000.
Предпочтительно дополнительно вводить в материал для скользящей опоры наполнитель для повышения устойчивости формы. Здесь положительно зарекомендовали себя, в частности, стекловолокна, стеклянные и керамические микрогранулы. Также могут аналогичным образом применяться и другие добавки для улучшения свойств, в частности, скользящих свойств. Для этого используют, в частности, сажу, MoS2 или преимущественно масло. Скользящие свойства полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой в качестве материала для скользящей опоры могут быть дополнительно улучшены за счет того, что в материале для скользящей опоры, которая может иметь любую форму, в частности, форму плоского или изогнутого скользящего диска или пластины, могут быть предусмотрены смазочные карманы для размещения в них дополнительных смазочных веществ.
Материал для скользящей опоры может также иметь форму направляющих полос.
Для полного обеспечения определенных заданных свойств также целесообразно смешивать в соответствующих количествах разные виды полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой, имеющие разные показатели молекулярного веса.
В предпочтительном примере выполнения для скользящей опоры моста был использован, согласно изобретению, полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой. При этом материал скользящей опоры имел форму плоского скользящего диска, установленного на несущей пластине, причем скользящий диск был утоплен в несущей пластине на половину своей толщины. Испытания на пригодность, проведенные в соответствии с Европейским стандартом EN 1337, ч.2, показали, что по сравнению с политетрафторэтиленом полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой допускает, по меньшей мере, на 50% более высокое удельное давление и, по меньшей мере, трехкратный путь скольжения при пятикратной скорости скольжения. Дополнительно было установлено, что, несмотря на указанные выше более высокие нагрузки, до конца времени хода были замерены показатели трения согласно Европейскому стандарту EN 1337, ч.2, сохранившиеся и при температуре окружающей среды до -35°С.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, при котором в соответствии с дополнительным аспектом изобретения требуется дополнительная независимая защита, особо оптимальным оказалось комбинирование полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой с консистентной смазкой на основе силиконовой смазки. Такая комбинация является особенно оптимальной в отношении срока службы и, в данном случае, в отношении достигаемого суммарного пути скольжения, а также износостойкости. При этом было найдено, что введение силиконовой смазки под действием давления и/или втирания, происходящее во время приработки такой скользящей опоры, приводит вероятно к выделению мыльных или масляных компонентов, при этом происходит оптимальная модификация поверхностного слоя. Оптимальные скользящие свойства и износостойкость отмечаются также и в том случае, когда под действием нагрузки консистентная смазка удаляется с поверхностей скольжения.
Особо положительно зарекомендовало себя в качестве силиконовой смазки литийомыленное силиконовое масло на основе метилфенилсиликонового масла. Также возможно применение и других силиконовых смазок при условии, что они обладают одним или несколькими требуемыми свойствами. В частности, применяемые силиконовые смазки должны обладать температурой каплепадения >200°С, в частности, 210°С, согласно стандарту DIN ISO 2176, рабочей пенетрацией на 20-35 мм, в частности, 25-30 мм, преимущественно 26,5-29,5 мм, согласно стандарту DIN ISO 2137, давлением течения >200 гПа при 20°С или <1000 гПа при -40°С согласно стандарту DIN 51805, а также масловыделением <1,5%, в частности <1%, при 40°С и продолжительности 18 часов согласно стандарту DIN 51817.
Реферат
Изобретение относится к применению полиэтилена в качестве материала для скользящих опор мостов, к материалу для применения в скользящей опоре. Описано применение полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой в качестве материала для скользящих опор мостов, где указанный полиэтилен, испытанный в виде скользящего диска, по сравнению с политетрафторэтиленом в соответствии с Европейским стандартом EN 1337-2:2000 при, по меньшей мере, на 50% более высоком удельном давлении, трехкратном пути скольжения и/или, по меньшей мере, пятикратной скорости скольжения, обладает показателями коэффициента трения по стандарту EN 1337-2:2000. Описана также скользящая опора моста, в которой в качестве материала скользящей опоры моста используется полиэтилен с указанными выше характеристиками. Описан также материал в виде скользящего диска из полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой для применения в скользящей опоре, описанной выше, поверхностный участок которой модифицирован силиконовой смазкой. Техническим результатом является получение полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой, обладающего экстремально высокой вязкостью расплава, превосходной текучестью, а также очень высокой прочностью на срез и износостойкостью. 3 н. и 11 з.п. ф-лы.
