Поиск - новости науки и техники

Не бояться поворотов! Разработка ученых повысит безопасность на железных дорогах.

В старину знали толк в смазке и не зря говорили: не подмажешь – не поедешь. С тех пор как человек изобрел колесо и обнаружил, что о него трется тележная ось, во весь рост встала проблема смазки. Понимали ее значение и строители египетских пирамид – они поливали настил, чтобы каменные блоки лучше скользили. Сегодня ни одна машина, ни один механизм не могут работать без этих специальных сложных составов. От их качества, эффективности зависит и скорость износа железнодорожного полотна от Калининграда до Владивостока. Стараясь продлить его ресурс, ученые разрабатывают все новые виды смазки. Уникальный материал создали в Институте машиноведения им. А.А.Благонравова РАН.

– Чтобы колесо не съезжало с рельса, на нем делают специальные гребни (упоры), – рассказывает заведующий лабораторией кандидат технических наук Валерий Алисин. – Но возникает трение, и при отсутствии смазки изнашиваются и колеса, и рельсы. На крутых, опасных поворотах возросшая сила трения может стать причиной катастрофы – тогда состав сходит с рельсов. Чем больше вес и скорость поезда, тем больше ее вероятность. (Возможно, так и случилось с высокоскоростным поездом в Испании). Чтобы уменьшить трение, рельсы упрочняют, шлифуют, но самый надежный способ продлить им жизнь – использовать эффективную смазку. Наша страна ежегодно выпускает около 50 000 тонн смазочных материалов различного назначения, еще 20 000 тонн закупает за рубежом. И значительную их часть потребляет ОАО “РЖД”.
Как повысить прочность смазочной пленки? Над этой задачей бьются ученые во всем мире. Чтобы сделать ее более долговечной и прочной, уже лет 50 в составы добавляют порошки “самосмазывающихся” материалов, например графит, дисульфид молибдена, или мягкие металлы – свинец, медь, олово. Вроде бы задача решена, но опять проблемы. Добавки чрезвычайно трудно распределить равномерно. К тому же они не полностью растворяются, а выпадают в осадок, образуя комочки, которые забивают каналы механизмов. Весь труд идет насмарку:  смазка теряет свои полезные качества, ее КПД чрезвычайно низок – в таком виде она никому не нужна. Стремясь избежать дефектов, порошковые наполнители стали тщательно измельчать. Однако в промышленных объемах получить крупицы порошков мельче 10 микрон экономически трудно.
Мы пошли другим путем – начали применять нанопорошки. Они есть, ничего и придумывать не пришлось. Попробовали – и опять тот же эффект: наночастицы дружно сцепились друг с другом, образуя целые агрегаты – их даже можно разглядеть и пощупать (наш глаз способен различить только 2 мкм). Пытаясь их расщепить, стали добавлять так называемые катионные поверхностно-активные вещества. И это не помогло: хотя частицы разъединились, но нам нужно большего – чтобы они равномерно “расселились” по всему раствору. Только тогда смазка будет отвечать самым высоким требованиям. И все же нам удалось этого добиться, применив волновые технологии, впервые разработанные в нашем институте. При совпадении внешних частот колебаний с собственной частотой сосуда с жидкостью возникает резонанс и в сосуде образуется режим кавитации. При схлопывании газовых пузырьков возникают ударные волны – отсюда и эффект гомогенизации. В итоге удалось расщепить частицы, добиться, чтобы они ровным слоем расположились в растворе. Эффективность нашей смазки при самых больших нагрузках увеличится в два – четыре раза. Во столько же раз повысится износостойкость рельсов, а значит, и снизятся затраты на эксплуатационное обслуживание железнодорожного полотна. Это даст огромную экономию, исчисляемую миллиардами рублей.
– Казалось бы, железнодорожники должны носить вас на руках? А на самом деле?
– А на самом деле они отнеслись к нашей разработке без всякого энтузиазма. Два года прошло, как мы предложили РЖД нашу смазку, но так и не добились самого главного – испытания новинки на полигоне не проведены. Объективности ради замечу, что средства для этого нужны немалые – 5 миллионов рублей. Учтем и то, что наше предложение не единственное, выбор железнодорожникам сделать и так не просто, а тут еще деньги надо платить. И ОАО “РЖД” нашло простой выход: предложило нам самим провести испытания. Естественно, у института таких средств нет, да и не наше это дело, я считаю. Задача разработчиков – провести НИР, создать опытный образец. А испытывать новинку должны другие организации.
– Ваша смазка, наверное, намного дороже обычной?
– Нет, порошки содержат природные слоистые алюмосиликаты – дешевые, недефицитные материалы (стоимость одного килограмма меньше 10 рублей). Наше детище всего на 10-15% дороже традиционных материалов. Благодаря огромной эффективности новинки затраты окупились бы чрезвычайно быстро.
– А технология производства смазки? Намного она сложнее обычной?
– Никаких особых изменений в процессе изготовлении делать не надо. Потребуются лишь другие смесители, но это не проблема.
– За рубежом есть нечто подобное?
– В мире таких материалов нет, говорю это со всей ответственностью. И главная причина – там практически не известны волновые технологии. Это наш приоритет. За рубежом лучшие образцы подобных материалов основаны на традиционных способах измельчения порошков.
– Ваша новинка сулит железнодорожникам огромную экономию, расходы быстро бы окупились, а она не внедряется. В чем причина?
– Возможно, в нежелании что-либо менять. Поезда ездят, рельсы выдерживают нагрузки – значит, все путем, рассуждают железнодорожники. Так стоит ли затевать перестройку?
– В таком случае, не проще ли продать ваш метод за рубеж, а затем покупать там готовую смазку или производить ее самим по лицензии?
– Надеюсь, до этого дело все-таки не дойдет. Благодаря поддержке отдела инноваций РАН мы начали сотрудничать с малой фирмой, взявшейся за коммерциализацию нашей разработки. Молодые люди, между прочим, мои бывшие аспиранты, рьяно занялись “пробиванием” новинки: за два-три месяца я получил семь предложений подготовить статьи для ведущих специализированных журналов США, Китая, Республики Корея, Канады и… России. Фирма работает в контакте с Инновационным центром нашего института и уже ведет переговоры о заключении контрактов – посмотрим, что получится в итоге. Но главное, считаю, провести масштабную проверку нашей смазки, чтобы все потенциальные заказчики убедились в ее достоинствах.
– Может ли ваша технология помочь создавать другие материалы?
– Да. Применив нанопорошки и волновой принцип, можно делать смазки и технологические жидкости практически для всех отраслей машиностроения и металлообработки. Ведь именно там их потребляют в огромных количествах, особенно при обработке наиболее твердых и жаропрочных сплавов. Дело не ограничивается одной смазкой: наш метод позволяет получать наполнители для резины и пластиков. Так что перспективы огромные.

Юрий Дризе
Фото Николая Степаненкова

Нет комментариев