RU2816615C1 - Опорная часть моста с полимерными слоями скольжения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области строительства и может быть применено при строительстве и реконструкции мостов и других искусственных сооружений в качестве промежуточного звена, передающего эксплуатационные нагрузки от пролётных строений к опорам. Опорная часть моста может включать закрепленный к пролетному строению моста верхний балансир или верхний балансир с силовыми планками и закрепленный к неподвижной опоре нижний балансир или нижний балансир с присоединенными силовыми планками, или размещенный между верхним балансиром и нижним балансиром шаровой сегмент, жестко соединенный с верхним балансиром или контактирующий с ним с возможностью проскальзывания через полимерный слой скольжения, или размещенные между верхним балансиром и опорным основанием шаровой сегмент и плиту подвижную. Верхний балансир, и/или нижний балансир, и/или опорное основание, и/или шаровой сегмент, и/или плита подвижная образуют друг с другом не менее одной пары скольжения, а в качестве материала полимерного слоя скольжения использован композиционный полимерный материал на основе политетрафторэтилена, армированный модифицированными углеродными волокнами с нанесенным нанопокрытием из фторполимера. Технический результат - обеспечение температурного диапазона эксплуатации опорной части моста в интервале от -70°С до +50°С, позволяющего воспринимать давление на полимерный слой скольжения не менее fk=196 МПа, обеспечивая при этом суммарный путь скольжения не менее 50 км и срок надежной эксплуатации опорной части моста не менее 50 лет. 17 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к области строительства, а именно, к механическим устройствам, применяемым в мостостроении. Устройство может быть применено при строительстве и реконструкции мостов, других искусственных сооружений в качестве промежуточного звена, передающего эксплуатационные нагрузки от пролётных строений к опорам.

Уровень техники

Конструкции опорных частей мостов и, в том числе, сдвиговых упоров, рассматриваемые в данной заявке, описаны в нормативных документах:

• ГОСТ Р 59620-2022 «Дороги автомобильные общего пользования. Части опорные комбинированные сферические (шаровые сегментные) для мостовых сооружений. Общие технические условия»;

• Европейские стандарты серии EN 1337 «Structural bearings» (Опоры строительных конструкций), части 1-11;

«Технические требования к опорным частям с шаровым сегментом» утверждены распоряжением ОАО «РЖД» от «12» декабря 2013 г. № 2755р.

Классическим полимерным материалом для применения в качестве полимерных слоёв скольжения опорных частей, в паре с полированной металлической поверхностью, является политетрафторэтилен, используемый в виде плоских и/или изогнутых дисков, плоских и/или изогнутых прямоугольных пластин, в том числе узких, которые могут содержать углубления для смазки или не содержать таковые. Как правило, тонкие полимерные слои скольжения закрепляют в углублениях металлических деталей опорных частей, поэтому полимерный материал работает в условиях, близких к состоянию стесненного сжатия. Толщина слоёв скольжения варьируется от 4 мм до 10 мм. Политетрафторэтилен, в частности, широко применяемый ФТОРОПЛАСТ-4 по ГОСТ 10007-80, обладая рядом уникальных свойств: низкий коэффициент трения, стойкость к окислению и инертность по отношению к химически агрессивным средам, водостойкость, термостойкость в интервале рабочих температур от -269°С до +260°С, негорючесть, длительный срок эксплуатации с отсутствием старения, подтверждённый многолетним опытом, имеет свойство хладотекучести, что ограничивает его использование при значительных нагрузках в течении долгого времени.

Одно из решений по улучшению эксплуатационных характеристик опорных частей за счёт применения усовершенствованного полимерного слоя скольжения предлагается патентом «Скользящая опора для применения в строительстве и её материал» (патент РФ №2348663, кл. МПК C08L 23/00, Е01D 19/04, дата публ.10.03.2009), предусматривающим применение UHMWPE (полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой). Недостатком данной разработки является относительно высокая жёсткость полимерного материала скольжения, что требует применения более толстых слоёв скольжения, что не экономично. Кроме того, данный материал имеет высокую гигроскопичность и подверженность окислению, что ускоряет процесс старения, при этом заявленный температурный диапазон использования данного материала не ниже -35°С.

Известна конструкционная опора и способ её изготовления» (патент РФ №2764270, кл. МПК E01B 1/36, E01D 19/04, дата публ. 17.01.2022), предусматривающее применение полимерного материала скольжения из термообрабатываемого фторполимера с индексом текучести расплава по массе (MFR) менее 5,0 г/10 мин. Недостатком данной разработки является высокая стоимость и технологическая сложность изготовления полимерных слоёв скольжения, а также более высокий, относительно традиционно применяемого политетрафторэтилена, коэффициент трения.

В обоих приведённых выше документах указана возможность применения армирующих волокон в качестве наполнителя для придания некоторых, более высоких, эксплуатационных свойств, полимерному материалу скольжения. Однако решения с наполнением волокнами не получили широкого распространения из-за наблюдаемого при знакопеременных циклических нагрузках разрыва связей между волокнистым наполнителем и полимером, что обусловлено недостаточной адгезией между поверхностью волокна и матрицей, приводящее к преждевременному разрушению материала. Так, например, в 2019 г. ООО «АльфаТех» провело испытания на трение и износ при давлении 45 МПа со смазкой Циатим-221F, в соответствии с требованиями EAD 050013-00-0301 «Spherical and cylindrical bearing with special sliding material made of filled PTFE with solid lubricant and reinforcing fibres», образцов радиационно-модифицированного фторкомпозита Арфлон AR 204, содержащего 20 % об. углеродных волокон, рекомендованного для подшипников скольжения с давлением до 25 МПа и имеющего при этом давлении линейную скорость изнашивания 0,1 мкм/км (при монотонном движении образца в виде цилиндра по металлическому диску без смазки и теплоотвода из зоны контакта при V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45). После прохождения дистанции 4.8 м при знакопеременном режиме движения, наблюдали разрушение выступающих в зазор фрагментов образцов фторкомпозита. Анализ их поверхностей разрушения на электронном микроскопе КН-7700 показал расслоение композита по волокнам наполнителя.

Наиболее близким по конструктивному исполнению является опорная часть моста (патент РФ №2547531, кл.МПК E01D 19/04, дата публ.10.04.2015),), включающая нижний балансир со сферической вогнутой рабочей поверхностью, на которой размещен листовой полимерный антифрикционный материал и контактирующий с ним верхний балансир с опорной шаровой поверхностью, которая в зоне контакта с листовым полимерным антифрикционным материалом, выполнена с полированной поверхностью и с покрытием слоем хрома толщиной не менее 0,1 мм. Недостатком данной конструкции является технологическая сложность изготовления каналов для смазки, а также необходимость обслуживания опорной части в процессе эксплуатации.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание опорной части моста, обладающей улучшенными свойствами, допускающими, в частности, эксплуатацию в диапазоне температур от -70°С до +50°С при допустимых давлениях на полимерный материал слоя скольжения, как минимум до fk=196 МПа, обеспечивающей суммарный путь скольжения не менее 50 км и срок эксплуатации не менее 50 лет, за счёт применения полимерного слоя скольжения из материала, обеспечивающего комбинацию требуемых свойств.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик опорных частей моста.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что опорная часть моста, включающая закрепленный к пролетному строению моста верхний балансир или верхний балансир с силовыми планками, и закрепленный к неподвижной опоре нижний балансир или нижний балансир с присоединенными силовыми планками, или размещенный между верхним балансиром и нижним балансиром шаровой сегмент, жестко соединенный с верхним балансиром или контактирующий с ним с возможностью проскальзывания через полимерный слой скольжения, или размещенные между верхним балансиром и опорным основанием шаровой сегмент и плиту подвижную; при этом верхний балансир и/или нижний балансир и/или опорное основание и/или шаровой сегмент и/или плита подвижная образуют друг с другом не менее одной пары скольжения, а в качестве материала полимерного слоя скольжения использован композиционный полимерный материал на основе политетрафторэтилена, армированный модифицированными углеродными волокнами с нанесенным нанопокрытием из фторполимера.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлено сечение всесторонне-подвижной опорной части моста, включающей верхний балансир и нижний балансир.

На Фиг.2 представлено сечение неподвижной опорной части моста, включающей верхний балансир, шаровой сегмент и нижний балансир.

На Фиг.3 представлено сечение всесторонне-подвижной опорной части моста, включающей верхний балансир, шаровой сегмент и нижний балансир.

На Фиг.4 представлено сечение неподвижной опорной части моста, включающей верхний балансир с кольцевой силовой планкой, шаровой сегмент и нижний балансир.

На Фиг.5 представлено поперечное сечение линейно-подвижной опорной части моста, включающей верхний балансир с прямолинейными силовыми планками, шаровой сегмент и нижний балансир.

На Фиг.6 представлено поперечное сечение линейно-подвижного сдвигового упора, включающего верхний балансир с прямолинейными силовыми планками и нижний балансир.

На Фиг.7 представлено поперечное сечение неподвижного сдвигового упора, включающего верхний балансир с продольными и поперечными прямолинейными силовыми планками и нижний балансир.

На Фиг.8 представлено продольное сечение неподвижного сдвигового упора, включающего верхний балансир с продольными и поперечными прямолинейными силовыми планками и нижний балансир.

На Фиг.9 представлен горизонтальный разрез неподвижного сдвигового упора, сечения которого представлены на Фиг.7 и Фиг.8, включающего верхний балансир с продольными и поперечными прямолинейными силовыми планками и нижний балансир.

На Фиг.10 представлен фрагмент возможного варианта исполнения конструкции неподвижного сдвигового упора с качающейся балансирной планкой, выполняющей роль переходного элемента для размещения планки из АПМ.

На Фиг.11 представлено сечение всесторонне-подвижной опорной части моста, включающей верхний балансир, шаровой сегмент, плиту подвижную и опорное основание.

На Фиг.12 представлено сечение неподвижной опорной части моста, включающей верхний балансир, шаровой сегмент, плиту подвижную и опорное основание с продольными и поперечными прямолинейными силовыми планками или кольцевой силовой планкой.

На Фиг.13 представлено поперечное сечение линейно-подвижной опорной части моста, включающей верхний балансир, шаровой сегмент, плиту подвижную и опорное основание с прямолинейными продольными силовыми планками.

На Фиг.14 представлен вид сверху диска полимерного слоя скольжения со сферическими углублениями для смазки.

На Фиг.15 представлен разрез диска полимерного слоя скольжения со сферическими углублениями для смазки.

На Фиг.16 представлен вид сверху диска полимерного слоя скольжения с концентрическими углублениями для смазки.

На Фиг.17 представлен разрез диска полимерного слоя скольжения с концентрическими углублениями для смазки.

Осуществление изобретения.

Рассматриваемые в данной заявке конструкции опорных частей, в том числе сдвиговых упоров, содержат, по меньшей мере, такие элементы как верхний балансир, закрепляемый к пролетному строению моста и нижний балансир или опорное основание, закрепляемые к неподвижной опоре моста, а также как минимум одну пару скольжения, состоящую из металлического слоя скольжения с полированной поверхностью и полимерного слоя скольжения.

Верхний балансир может быть жестко соединен с шаровым сегментом или контактировать с ним с возможностью проскальзывания через пару скольжения, состоящую из плоского полимерного слоя скольжения, размещенного в углублении на верхней плоскости сегмента, и металлического слоя скольжения на нижней плоскости верхнего балансира, при этом шаровой сегмент контактирует своей сферической металлической поверхностью с полимерным слоем скольжения, размещённым в сферическом углублении нижнего балансира или плиты подвижной.

Вертикальная нагрузка от пролетного строения моста воспринимается верхним балансиром и передаётся опоре моста через нижний балансир или опорное основание, в вариантах исполнения, через размещенные между ними шаровой сегмент и/или плиту подвижную.

Верхний балансир или опорное основание могут содержать силовые планки прямолинейные продольные и/или поперечные или цилиндрические силовые планки. Горизонтальная нагрузка может передаваться на силовые планки от нижнего балансира или плиты подвижной через контакт двух металлических поверхностей с возможностью проскальзывания с высоким коэффициентом трения или через пару скольжения с возможностью проскальзывания с низким коэффициентом трения. Пара скольжения состоит из полимерного слоя скольжения, закрепленного в углублении на боковой поверхности нижнего балансира или плиты подвижной и полированной металлической поверхности на ответной вертикальной поверхности силовых планок.

Плита подвижная контактирует с опорным основанием с возможностью проскальзывания с низким коэффициентом трения через пару скольжения, состоящую из полимерного слоя скольжения, размещенного в углублении на нижней поверхности плиты подвижной и полированной металлической поверхностью на верхней плоскости опорного основания.

Во всех парах скольжения полимерный материал контактирует с полированной металлической поверхностью, которая может быть образована отдельным металлическим слоем скольжения с полированной контактной поверхностью или получена другими доступными способами, например хромированием с последующей полировкой или полировкой нержавеющей стали.

Один из вариантов конструкции опорной части моста с полимерным слоем скольжения, обеспечивающей горизонтальные перемещения и восприятие вертикальной нагрузки, включает верхний балансир 1 (Фиг.1) с прикрепленным на его нижней поверхности металлическим слоем скольжения 3, прикрепляемый к пролётному строению моста (на рисунке не показанному), передающие вертикальную нагрузку от пролётного строения моста на плоский полимерный слой скольжения 4, который выполнен в форме диска или прямоугольника, закреплённого в углублении, распложённом на верхней плоскости нижнего балансира 2, который, в свою очередь, передаёт вертикальную нагрузку на неподвижную опору моста (на рисунке не показанную). Металлический слой скольжения 3, контактирующий полированной поверхностью с плоским полимерным слоем скольжения 4, образуют пару скольжения «А», обеспечивающую возможность горизонтальных перемещений верхнего балансира с низким коэффициентом трения.

На Фиг. 2 представлен вариант реализации изобретения в конструкции неподвижной опорной части моста с полимерным слоем скольжения, обеспечивающей восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также возможность угловых перемещений за счет наличия верхнего балансира 1, жёстко соединенного с ним шарового сегмента 5, передающего вертикальную нагрузку сферической металлической поверхностью вогнутому полимерному слою скольжения 6, закреплённому в углублении на вогнутой верхней поверхности нижнего балансира 2. Передача горизонтальных нагрузок от шарового сегмента 5 нижнему балансиру 2 осуществляется за счёт обеспечения под воздействием вертикальной нагрузки плотного контакта шаровой поверхности сегмента и вогнутого полимерного слоя скольжения 6. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5, контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения.

На Фиг. 3 представлен вариант реализации изобретения в конструкции всесторонне-подвижной опорной части моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей восприятие вертикальных нагрузок, возможность горизонтальных и угловых перемещений за счет наличия верхнего балансира 1, на нижней плоскости которого закреплен металлический слой скольжения 3, передающий вертикальную нагрузку на плоский полимерный слоя скольжения 4, закрепленный в углублении на верхней поверхности шарового сегмента 5, плотно контактирующего сферической металлической поверхностью с вогнутым полимерным слоем скольжения 6, закрепленным в углублении на вогнутой верхней поверхности нижнего балансира 2. Металлический слой скольжения 3, контактируя полированной поверхностью с плоским полимерным слоем скольжения 4, образуют пару скольжения «А», обеспечивающую возможность горизонтальных перемещений верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5, контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения.

На Фиг. 4 представлен вариант реализации изобретения в конструкции неподвижной опорной части моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок, возможность угловых перемещений за счет наличия верхнего балансира 1, включающего кольцевую силовую планку 7. На внутренней горизонтальной плоскости верхнего балансира 1 закреплен металлический слой скольжения 3, передающий вертикальную нагрузку на плоский полимерный слой скольжения 4, закрепленный в углублении на верхней поверхности шарового сегмента 5, плотно контактирующего сферической металлической поверхностью с вогнутым полимерным слоем скольжения 6, закрепленным в углублении на вогнутой поверхности нижнего балансира 2. Горизонтальные нагрузки передаются через контакт внутренней боковой поверхности кольцевой силовой планки 7 с тороидальной боковой поверхностью нижнего балансира 2. Металлический слой скольжения 3, контактируя полированной поверхностью с плоским полимерным слоем скольжения 4, образуют пару скольжения «А», обеспечивающую возможность горизонтальных смещений, относительно верхнего балансира 1, шарового сегмента 5 при его угловых перемещениях с низким коэффициентом трения. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5, контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения.

На Фиг. 5 представлен вариант реализации изобретения в конструкции линейно-подвижной опорной части моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей возможность восприятия вертикальных и поперечных горизонтальных нагрузок, а также возможность продольных горизонтальных и угловых перемещений за счёт наличия верхнего балансира 1, включающего прямолинейные продольные силовые планки 7. На внутренней поверхности верхнего балансира 1 и силовой планки 7 закреплен металлический слой скольжения 3, передающий вертикальную нагрузку на плоский полимерный слой скольжения 4, закрепленный в углублении на верхней поверхности шарового сегмента 5, плотно контактирующего сферической металлической поверхностью с вогнутым слоем скольжения 6, закрепленным в углублении на вогнутой поверхности нижнего балансира 2. Горизонтальная нагрузка передаётся прямолинейной продольной силовой планкой 7 через металлический слой скольжения 3 на планку полимерного слоя скольжения 8, закрепленную на боковой поверхности нижнего балансира 2. Металлический слой скольжения 3 контактируя полированной поверхностью с плоским полимерным слоем скольжения 4 образуют пару скольжения «А», обеспечивающую возможность продольных горизонтальных перемещений верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5 контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения. Металлический слой скольжения 3 силовой планки 7, полированной поверхностью, контактируя с планкой полимерного слоя скольжения 8, образуют пару скольжения «В», обеспечивающую возможность продольных горизонтальных перемещений верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения при действии горизонтальной нагрузки.

На Фиг. 6 представлен вариант реализации изобретения в конструкции линейно-подвижного сдвигового упора моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей возможность восприятия поперечных горизонтальных нагрузок, вертикальных и продольных линейных перемещений за счёт верхнего балансира 1, включающего прямолинейные продольные силовые планки 7, передающие поперечную горизонтальную нагрузку на нижний балансир 2 через металлический слой скольжения 3 контактирующий с планкой полимерного слоя скольжения 8, закрепленной в углублении на боковой поверхности нижнего балансира 2. Металлический слой скольжения 3, контактируя полированной поверхностью с планкой полимерного слоя скольжения 8 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «В», обеспечивающую возможность продольных горизонтальных и вертикальных перемещений верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения при действии горизонтальной нагрузки.

На Фиг. 7, 8, 9 представлен вариант реализации изобретения в конструкции неподвижного сдвигового упора моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей возможность вертикальных перемещений, восприятия продольных и поперечных горизонтальных нагрузок за счёт верхнего балансира 1, включающего поперечные прямолинейные силовые планки 7 (Фиг.7) и продольные прямолинейные силовые планки 9 (Фиг.8), передающие продольную и поперечную горизонтальные нагрузки на нижний балансир 2 через металлический слой скольжения 3, контактирующий с поперечными планками полимерного слоя скольжения 8 (Фиг.7) или продольными планками полимерного слоя скольжения 10 (Фиг.8), закрепленными в углублениях на боковых поверхностях нижнего балансира 2. Металлический слой скольжения 3, контактирующий полированной поверхностью с планкой полимерного слоя скольжения 8 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «В», обеспечивающую возможность вертикальных перемещений верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения при действии горизонтальной нагрузки. Металлический слой скольжения 3, контактирующий полированной поверхностью с планкой полимерного слоя скольжения 10 нижнего балансира 2, образуют пару скольжения «Г», обеспечивающую возможность вертикальных перемещений верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения при действии горизонтальной нагрузки.

На Фиг. 10 представлена качающаяся балансирная планка 11, которая может быть использована в качестве переходного элемента в конструкциях, показанных на Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7-9. В боковом углублении качающейся балансирной планки 11 размещают планку полимерного слоя скольжения 8 или планку полимерного слоя скольжения 10. Противоположная сторона качающееся балансирной планки 11 имеет цилиндрическую поверхность. Переходный элемент в виде качающейся балансирной планки 11 обеспечивает компенсацию неравномерности распределения напряжений на планку из полимерного слоя скольжения 8 или на планку полимерного слоя скольжения 10, возникающую в связи с угловыми перемещениями верхнего балансира 1, включающего продольные силовые планки 7 и/или поперечные силовые планки 9.

На Фиг. 11 представлен вариант реализации изобретения в конструкции всесторонне-подвижной опорной части моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей восприятие вертикальных нагрузок, возможность горизонтальных и угловых перемещений за счет наличия верхнего балансира 1 и жёстко соединенного с ним шарового сегмента 5, передающего вертикальную нагрузку сферической металлической поверхностью вогнутому полимерному слою скольжения 6, закрепленному в углублении на вогнутой верхней поверхности плиты подвижной 12, на нижней поверхности которой в углублении размещён плоский полимерный слоя скольжения 13, передающий вертикальную нагрузку на опорное основание 15 через металлический слой скольжения 14, закрепленный на верхней поверхности опорного основания 15. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5, контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 плиты подвижной 12, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения. Металлический слой скольжения 14, контактируя полированной поверхностью с плоским полимерным слоем скольжения 13, образуют пару скольжения «Д», обеспечивающую возможность горизонтальных перемещений с низким коэффициентом трения плиты подвижной 12, шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1.

На Фиг. 12 представлен вариант реализации изобретения в конструкции неподвижной опорной части моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок, возможность угловых перемещений за счет наличия верхнего балансира 1 и жёстко соединенного с ним шарового сегмента 5, передающего вертикальную нагрузку своей сферической металлической поверхностью вогнутому полимерному слою скольжения 6, закрепленному в углублении на вогнутой верхней поверхности плиты подвижной 12, на нижней поверхности которой, в углублении, размещён плоский полимерный слой скольжения 13, передающий вертикальную нагрузку на опорное основание 15 через металлический слой скольжения 14, закрепленный на внутренней поверхности опорного основания 15, включающего силовые планки 16, которые могут быть выполнены в виде четырех прямолинейных планок для плиты подвижной 12, выполненной в форме прямоугольника или одной кольцевой планки для плиты подвижной 12, выполненной в форме цилиндра. Передача горизонтальных нагрузок от шарового сегмента 5 плите подвижной 12 осуществляется за счёт обеспечения плотного контакта шаровой поверхности сегмента и вогнутого полимерного слоя скольжения 6 плиты подвижной 12 под воздействием вертикальной нагрузки. Передача горизонтальных нагрузок от плиты подвижной 12 на силовые планки 16 опорного основания 15, осуществляется через контакт двух металлических поверхностей. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5, контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 плиты подвижной 12, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения. Металлический слой скольжения 14 полированной поверхностью контактируя с плоским полимерным слоем скольжения 13 образуют пару скольжения «Д», обеспечивающую возможность горизонтальных перемещений с низким коэффициентом трения плиты подвижной 12, шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 в заданных пределах, не превышающих 1-2 мм для неподвижных опорных частей данного типа.

На Фиг. 13 представлен вариант реализации изобретения в конструкции линейно-подвижной опорной части моста с полимерными слоями скольжения, обеспечивающей возможность восприятия вертикальных и поперечных горизонтальных нагрузок, а также возможность продольных горизонтальных перемещений и угловых перемещений за счёт наличия верхнего балансира 1 и жёстко соединенного с ним шарового сегмента 5, передающего вертикальную нагрузку сферической металлической поверхностью вогнутому полимерному слою скольжения 6, закрепленному в углублении на вогнутой верхней поверхности плиты подвижной 12, на нижней поверхности которой, в углублении, размещён плоский полимерный слой скольжения 13, передающий вертикальную нагрузку на опорное основание 15 через металлический слой скольжения 14, закрепленный на внутренней поверхности опорного основания 15, включающего прямолинейные продольные силовые планки 16, ограничивающие поперечные перемещения плиты подвижной 12. Передача горизонтальных нагрузок от шарового сегмента 5 плите подвижной 12 осуществляется за счёт обеспечения плотного контакта шаровой поверхности сегмента и вогнутого полимерного слоя скольжения 6 под воздействием вертикальной нагрузки. Передача горизонтальных нагрузок от плиты подвижной 12 на силовые планки 16 опорного основания 15, осуществляется через контакт металлического слоя скольжения 14 и планку полимерного слоя скольжения 17, закрепленную в углублении на боковой поверхности плиты подвижной 12. Полированная поверхность сферической части шарового сегмента 5, контактируя с вогнутым полимерным слоем скольжения 6 плиты подвижной 12, образуют пару скольжения «Б», обеспечивающую возможность угловых перемещений шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения. Металлический слой скольжения 14 полированной поверхностью, контактируя с плоским полимерным слоем скольжения 13, образуют пару скольжения «Д», обеспечивающую возможность продольных горизонтальных перемещений с низким коэффициентом трения плиты подвижной 12, шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1. Металлический слой скольжения 14 полированной поверхностью, контактируя с планкой полимерного слоя скольжения 17, образуют пару скольжения «Е», обеспечивающую возможность продольных горизонтальных перемещений плиты подвижной 12, шарового сегмента 5 и верхнего балансира 1 с низким коэффициентом трения при действии горизонтальной нагрузки.

На Фиг.14, Фиг.15, Фиг.16, Фиг.17 представлены варианты исполнения полимерного слоя скольжения со сферическими (Фиг.14, Фиг.15) или концентрическими (Фиг.16, Фиг.17) углублениями для смазки. В вариантах исполнения возможно применение полимерного слоя скольжения без углублений для смазки. Полимерные слои скольжения 4, 6, 8, 10, 13, 17 выполнены из композиционного полимерного материала на основе политетрафторэтилена, армированного модифицированными углеродными волокнами с нанесённым нанопокрытием из фторполимера.

Приведенные на фигурах 1-13 конструкции опорных частей мостов используют также и в «перевернутом исполнении» (размещением всех частей с поворотом на 180° вокруг горизонтальной оси), термин определен ГОСТ Р 59620-2022.

Согласно возможному варианту осуществления изобретения, полимерные слои скольжения 4, 6, 8, 10, 13, 17 изготавливают расчётных размеров, при необходимости, с одновременным формированием углублений для смазки, не требующих дополнительной механической обработки перед монтажом слоя в состав изделия. Согласно возможному варианту осуществления изобретения полимерные слои скольжения изготавливают с размерами, превышающими расчётные размеры для конкретной детали с его последующей механической обработкой.

В рамках регионального гранта РФФИ и Пермского края № 20-48-596012 «Разработка комплекса испытаний, инжиниринг и аттестация новых антифрикционных и уплотнительных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками на основе фторопласта и графита», ИМСС УрО РАН, в сотрудничестве с ООО «АльфаТех», проведены испытания материала «Суперфлувис» марки SF-1 Гродненского механического завода (Республика Беларусь). Материал «Суперфлувис» марки SF-1 имеет следующие характеристики: плотность 1970-2040 кг/м³, прочность при свободном сжатии 120-125 МПа, прочность при стесненном сжатии более 250 МПа, нагрузка при 10%-ой деформации свободного сжатия 35-36 МПа, прочность при свободном растяжении 28-33 МПа, модуль упругости при свободном сжатии 750-1000 МПа, модуль упругости при стесненном сжатии 5000 МПа.

Образцы полимерных слоев скольжения для испытаний на трение и износ изготавливали по следующей технологии: готовую смесь порошка политетрафторэтилена ПН-90, наполненного на 20 % об. измельчёнными углеродными волокнами с нанопокрытием из фторполимера, сушили 4 часа при температуре 150^оС, затем из охлажденной просушенной смеси прессовали образцы при давлении 70 МПа, проводили спекание по ступенчатому температурному режиму с максимальной температурой 360°С. Образцы изготавливали с углублениями для смазки.

Испытания на трение и износ материала «Суперфлувис», используемого в качестве слоев скольжения 4, 6, 8, 10, 13, 17 образующих пары скольжения А, Б, В, Г, Д, Е, проведены в соответствии с методикой EAD 050013-00-0301 «Spherical and cylindrical bearing with special sliding material made of filled PTFE with solid lubricant and reinforcing fibres» в расширенном температурном диапазоне от -70°С до +50°С Результаты испытаний подтверждают возможность использования данного материала в приведенных выше парах скольжения в температурном диапазоне эксплуатации опорной части моста в интервале -70°С до +50°С.

Испытания материала «Суперфлувис», предлагаемого в качестве полимерных слоев скольжения 4, 6, 8, 10, 13, 17 проводились при давлении на образец 65 МПа со смазкой Циатим-221F. Максимальное изменение зазора между сдвигаемыми стальными деталями, аналогами металлического слоя скольжения 3 и нижнего балансира 2, шарового сегмента 5 и нижнего балансира 2, шарового сегмента 5 и плиты подвижной 12, металлического слоя скольжения 14 и плиты подвижной 12, контактирующими со слоем полимера, аналогами полимерных слоев скольжения 4, 6, 8, 10, 13, 17 на дистанции 10 км составило 0,018 мм/км, что не превышает допустимого значения 0,026 мм/км, регламентированного п. 5.9, п. 11.7 «Технических требований к опорным частям с шаровым сегментом» ОАО «РЖД». Данный результат можно экстраполировать согласно указанного п. 5.9 на дистанцию скольжения 50 км, изменение зазора составит 0,9 мм, что не превышает допустимого значения 1,3 мм. При испытаниях по ASTM D621, характеризующих хладотекучесть, максимальная деформация при сжатии при 14 МПа за 24 часа при комнатной температуре составила 4,2 %, необратимая деформация 1,1 %, для ненаполненного политетрафторэтилена данные показатели составляют 16 % и 12 %, соответственно. Таким образом, использование данного материала в парах скольжения, приведенных выше конструкций, подтверждает повышение износостойкости и срока эксплуатации опорной части моста, способной обеспечить суммарный путь скольжения не менее 50 км и срок надежной эксплуатации опорной части моста не менее 50 лет.

Согласно Таблицы D.3, Приложения D, европейского нормативного документа EAD 050013-00-0301 «Spherical and cylindrical bearing with special sliding material made of filled PTFE with solid lubricant and reinforcing fibres», давление на образец при испытаниях на трение и износ определяется формулой P=0,33*fk, где fk расчетное давление на материал, применяемое при расчёте несущей способности полимерного слоя скольжения опорных частей. В нашем случае, материал, испытанный при 65 МПа, соответствует расчётному давлению fk=196 МПа в соответствии с методикой расчёта EAD, что превышает давление 60 МПа при котором проводились испытания на трение и износ образцов из материалов «UHMWPE» и «Термообрабатываемого фторполимера с индексом текучести расплава по массе (MFR) менее 5,0 г/10 мин», описанных в разделе «Уровень техники». Таким образом, подтверждено повышение несущей способности опорной части моста, способной воспринимать давление на материал полимерного слоя скольжения не менее fk=196 МПа.

В процессе испытаний образцов со смазкой при комнатной температуре получен коэффициент трения 0,013 данного материала в паре с металлической полированной поверхностью при давлении 65 МПа, что удовлетворяет требованиям нормативных документов.

Совокупность полученных при испытаниях характеристик материала, используемого в конструкциях с описанными выше парами скольжения, обеспечивает выполнение заявленного технического результата «Улучшение эксплуатационных характеристик опорных частей моста».

Claims (1)

1. Опорная часть моста, включающая закрепленный к пролетному строению моста верхний балансир или верхний балансир с силовыми планками и закрепленный к неподвижной опоре нижний балансир или нижний балансир с присоединенными силовыми планками, или размещенный между верхним балансиром и нижним балансиром шаровой сегмент, жестко соединенный с верхним балансиром или контактирующий с ним с возможностью проскальзывания через полимерный слой скольжения, или размещенные между верхним балансиром и опорным основанием шаровой сегмент и плиту подвижную; при этом верхний балансир, и/или нижний балансир, и/или опорное основание, и/или шаровой сегмент, и/или плита подвижная образуют друг с другом не менее одной пары скольжения, а в качестве материала полимерного слоя скольжения использован композиционный полимерный материал на основе политетрафторэтилена, армированный модифицированными углеродными волокнами с нанесенным нанопокрытием из фторполимера.