ES2827201T3 - Dispositivo de maniobra ferroviaria sin engrase - Google Patents

Abstract

Pieza de sistema ferroviario que comprende una superficie de rozamiento (4) contra una segunda superficie, comprendiendo esta pieza al menos una estructura de acero (1, 2), estando recubierta la superficie externa (4) de esta estructura de acero con al menos una capa de polímeros termoplásticos lubricantes (3), caracterizada por que, sin estar realizada la estructura de acero (1) en acero amorfo, la pieza comprende una capa de acero amorfo (2) dispuesta entre, por una parte, la estructura de acero (1) y, por otra, la capa de polímeros termoplásticos lubricantes (3).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de maniobra ferroviaria sin engrase

La presente invención se refiere al campo ferroviario de los aparatos de vía y, más específicamente, al campo de las superficies de rozamiento acero sobre acero de estos aparatos, y especialmente al campo de las superficies de rozamiento que conservan de manera duradera sus propiedades lubricantes.

Actualmente, en los sistemas ferroviarios tales como los dispositivos de maniobra, cambios de vía o corazones de punta móvil, los dispositivos que incluyen un deslizamiento o un desplazamiento entre dos piezas de acero mediante un rozamiento de una contra otra presentan un problema de rápido desgaste y de gripado en correspondencia con las superficies de rozamiento.

Para subsanas estos problemas, es corriente operar un engrase de las superficies destinadas a soportar el rozamiento de las diferentes piezas de acero entre sí. No obstante, tal engrase presenta ciertos límites, entre los que destaca el tener una durabilidad restringida. La grasa depositada sobre las superficies en contacto se ve eliminada rápidamente con el uso del aparato portador de estas superficies. Más allá de su mera eliminación, la grasa presenta asimismo el inconveniente de reaccionar o de fijar el polvo y partículas de su entorno de funcionamiento. Las propiedades lubricantes de la grasa se hallan entonces alteradas en detrimento de de la escasa resistencia en el deslizamiento de las superficies una contra otra.

Una solución, alternativa al engrase, adoptada corrientemente para limitar los esfuerzos sobre estas superficies de rozamiento, es la colocación de rodillos de desplazamiento de las piezas portadoras de las superficies. Esta solución se traduce en una separación de las superficies en contacto, merced a los rodillos que desplazan las piezas, una respecto a otra. Más allá del considerable coste para el equipamiento de las superficies de rozamiento con tal mecanismo, esta solución presenta asimismo el inconveniente de conllevar una notable modificación del estado geométrico de algunos de los elementos que portan las superficies de rozamiento.

La presente invención tiene por finalidad paliar estos inconvenientes, proponiendo una superficie adaptada para permitir, de manera duradera, un rozamiento acero sobre acero que funciona con tensiones de resistencia a los movimientos que presentan pequeños valores.

A tal efecto, la invención concierne a una pieza de sistema ferroviario según la reivindicación 1, que comprende una superficie de rozamiento contra una segunda superficie, comprendiendo esta pieza al menos una estructura de acero, caracterizada por que la superficie externa de esta estructura de acero está recubierta con al menos una capa de polímeros termoplásticos lubricantes.

La invención tiene asimismo por objeto una articulación según la reivindicación 6.

Asimismo, la invención concierne a un procedimiento de tratamiento de una superficie de una estructura de acero en vistas a una reducción de la resistencia al rozamiento y a la obtención de una pieza según la invención, caracterizado por que el procedimiento de tratamiento comprende al menos las etapas descritas en la reivindicación 7.

La invención se comprenderá mejor merced a la descripción subsiguiente, la cual se refiere a al menos una forma preferida de realización, dada a título de ejemplo no limitativo y explicada con referencia a los dibujos esquemáticos que se acompañan, en los cuales:

la figura 1 es la representación esquemática de un ejemplo de realización del espesor de una pieza portadora de una superficie de rozamiento según la invención, y

la figura 2 es una representación esquemática de un diagrama de la resistencia al rozamiento soportada por la superficie de rozamiento con el paso del tiempo.

La invención concierne a un recubrimiento superficial dúplex que permite facilitar principalmente el rozamiento acero sobre acero en ciclo de movimiento de traslación de tipo secuencial, e incluso aleatorio, entre dos antagonistas, fijo uno y móvil el otro, en condiciones de carga y con todo tipo de tiempo y en condiciones atmosféricas adversas. La invención se refiere a una pieza que comprende una superficie 4 en correspondencia con la cual se opera un rozamiento. Así, esta superficie de rozamiento 4 interacciona con la superficie de una segunda pieza. Esta interacción entre dos piezas se puede efectuar, por ejemplo, en el ámbito de una articulación entre dos elementos en el seno de un dispositivo o entre dos elementos respectivamente pertenecientes a diferentes dispositivos. La primera pieza comprende entonces al menos una estructura de acero 1, caracterizada por que la superficie externa de esta estructura de acero 1 está recubierta con al menos una capa de polímeros termoplásticos lubricantes 3.

Dentro del ámbito de la invención, la capa de polímeros puede estar portada por la superficie externa de una sola de las piezas destinadas a configurar la articulación, o por cada una de las piezas de la articulación. Además, la invención puede aplicarse lo mismo a superficies de articulaciones planas que a superficies circulares o curvadas.

La capa de polímeros 3 tiene por objeto, dentro del ámbito de la invención, cumplir un cometido de lubricante, permitiendo disminuir de manera significativa la resistencia debida al rozamiento de las superficies 4 de cada una de las piezas en un desplazamiento de una sobre otra. La capa de termoplástico 3 permite reducir el coeficiente de rozamiento, obteniendo un valor del orden de 0,2, preferiblemente del orden de 0,15 e idóneamente de 0,09.

De acuerdo con una forma de realización particular y no limitativa de la invención, al menos uno de los polímeros termoplásticos utilizados es un termoplástico semicristalino termoestable. De acuerdo con un ejemplo particular, el termoplástico utilizado es una polieteretercetona, también denominada PEEK (PolyEther Ether Ketone).

Las propiedades de lubricación de la capa de polímeros termoplásticos 3 pueden verse alteradas cuando una articulación funciona en condiciones que presentan variaciones de temperatura, intemperies diversas y/o en el seno de un entorno que favorece las degradaciones, tal como, por ejemplo, debido a la presencia de polvo.

De acuerdo con una forma preferida de realización que no es limitativa de la invención, se mejora la durabilidad de la superficie de rozamiento 4 y, especialmente, la resistencia de la superficie de rozamiento 4 a la corrosión mediante integración de una capa de acero amorfo 2 dispuesta entre, por una parte, la estructura de acero 1 y, por otra, la capa de polímeros termoplásticos lubricantes 3.

De acuerdo con una forma de realización particular, la capa de acero 2 presenta una composición que integra al menos el 70 %, preferiblemente al menos el 80 % e idóneamente al menos el 90 % de fase amorfa.

Asimismo, consiste una particularidad de la invención en mejorar la durabilidad de las propiedades lubricantes de la capa de polímeros 3 restringiendo el desgaste de la capa de polímeros 3 merced a una imbricación de la capa de polímeros 3 y de la superficie externa de acero que permite la combinación de las propiedades de cada una de estas capas, ya esté realizada esta superficie directamente mediante la estructura de acero 1 de la pieza o mediante una capa intermedia de acero amorfo 2.

Esta imbricación se efectúa merced a la formación de un relieve en la superficie externa de acero. Entonces, las cavidades de este relieve quedan, al menos en parte, colmadas por la capa de polímeros lubricantes 3. La capa de polímeros 3 que recubre este relieve uniformiza entonces la superficie de rozamiento de la pieza.

Así, la capa de polímeros 3 realiza una capa externa configurada por un primer espesor 6, en profundidad, que llena al menos parcialmente las cavidades del relieve de la superficie de la estructura de acero 1 y/o de la capa intermedia de acero amorfo 2, y por un segundo espesor 7, en la superficie, que configura la superficie de contacto donde se opera el rozamiento de la pieza.

Así, la realización de una superficie de rozamiento según la invención hace intervenir varias etapas de un procedimiento de tratamiento que permite la formación de una capa de polímeros termoplásticos lubricantes 3. Estas diferentes etapas corresponden al menos a:

- una etapa de alisado de la superficie que va a tratarse,

- una etapa de limpieza de la superficie alisada,

- una etapa de impregnación de un polímero termoplástico líquido sobre la superficie alisada-limpiada, - una etapa de polimerización por calentamiento del termoplástico depositado.

De acuerdo con un ejemplo de realización no limitativo de la invención, el polímero termoplástico se impregna sobre la superficie de rozamiento mediante una proyección que pone en aplicación una pistola de aire comprimido.

De acuerdo con un ejemplo de realización, después de la polimerización, la capa termoplástica 3 presenta un espesor superior a 10 pm, preferiblemente superior a 15 pm e idóneamente superior a 20 pm. La capa termoplástica 3 presenta entonces una microdureza Koenig superior a 100, preferiblemente superior a 110 e idóneamente superior a 120, o una dureza Shore superior a 65D, preferiblemente superior a 75D e idóneamente superior a 85D.

De acuerdo con una forma preferida de realización, la capa termoplástica 3 así depositada presenta una resistencia a una adherencia superior a 80 MPa, preferiblemente superior a 90 MPa e idóneamente superior a 100 MPa. Igualmente, la capa termoplástica 3 faculta una resistencia a compresiones superiores a 100 MPa, preferiblemente superiores a 110 MPa e idóneamente superiores a 118 MPa. La capa de termoplástico 3 permite reducir el coeficiente de rozamiento, obteniendo un valor del orden de 0,2, preferiblemente del orden de 0,15 e idóneamente de 0,09.

De acuerdo con el procedimiento de tratamiento de una superficie de la invención, con anterioridad a esta colocación de una capa de termoplástico polimerizado (3), el procedimiento comprende diferentes etapas que permiten una mejora de la corrosibilidad de la superficie de rozamiento con la formación de una capa de acero amorfo 2 sobre la cual se dispone la capa de termoplástico polimerizado 3. Estas diferentes etapas corresponden, adicionalmente, a: - une etapa de alisado de la superficie acero,

- una etapa de desengrase de la superficie acero,

- una etapa de proyección térmica de al menos un substrato comprendido en una lista que integra especialmente Cromo (Cr), Silicio (Si), Manganeso (Mn), Boro (B) y Hierro (Fe).

Como consecuencia de estas diferentes etapas previas, se configura una capa de acero amorfo 2 en correspondencia con la superficie de rozamiento. La resistencia de la superficie de rozamiento a la corrosión es entonces proporcional al porcentaje de acero amorfo configurado en la superficie.

De acuerdo con un ejemplo de realización, la capa 2 configurada presenta un espesor superior a 100 pm, preferiblemente superior a 200 pm e idóneamente superior a 250 pm. La capa de acero amorfo 2 presenta entonces una porosidad inferior al 2 %, preferiblemente inferior al 1,5 % e idóneamente inferior al 1 %. Esta capa de acero 2, merced a la proyección térmica de un substrato, presenta asimismo como característica la de tener un porcentaje de óxido inferior al 8 %, preferiblemente inferior al 6 % e idóneamente inferior al 4 %.

De acuerdo con una forma preferida de realización, la capa de acero amorfo 2 así configurada presenta una resistencia a una adherencia superior a 35 MPa, preferiblemente superior a 40 MPa e idóneamente superior a 45 MPa. Igualmente, la capa de acero amorfo 2 permite una resistencia de la superficie de rozamiento a cizalladuras superiores a 90 M Pa, preferiblemente superiores a 110 MPa e idóneamente superiores a 130 MPa.

De acuerdo con una forma de realización preferida pero no limitativa del procedimiento de realización de una superficie de la invención, el procedimiento comprende varias etapas que permiten asociar de manera más íntima la capa de termoplástico polimerizado 3 y la superficie superior de acero portadora de esta capa termoplástica 3. Así, la realización de esta asociación íntima hace intervenir:

- una etapa de abrasión de la superficie por proyección de corindón hasta obtención de un estado de superficie con el relieve determinado,

- una etapa de limpieza de la superficie acero sometida a abrasión.

Estas etapas de abrasión se operan con anterioridad a una etapa de deposición de la capa de termoplástico polimerizado 3 y a una etapa de formación de una capa de acero amorfo 2 por proyección térmica de un substrato. De acuerdo con un ejemplo de realización, la abrasión de la superficie se efectúa mediante un corindón de tipo Cristalba F40-F60 o cualquier otro tipo que garantice la ausencia de óxido de hierro. Este corindón permite obtener una rugosidad cuyo Ra es inferior a 8 pm, preferiblemente inferior a 6 pm y comprendido idóneamente entre 4,5 pm y 6 pm. Después de la abrasión, la superficie presenta una microdureza Vickers superior a 900 HV 0,3, preferiblemente superior a 1000 HV 0,3 e idóneamente superior a 1150HV 0,3.

La realización de un relieve en la superficie externa de acero configura un conjunto de varias cavidades 5 repartidas en correspondencia con la superficie de acero. En la deposición de la capa de polímeros termoplásticos, y especialmente en la etapa de impregnación del polímero líquido, este polímero llena y colma especialmente las diferentes cavidades del relieve de la superficie de acero.

Así, la superficie de rozamiento presenta, en su espesor, bajo la capa de polímeros termoplásticos 3 propiamente dicha, una porción de espesor 6 en la que están imbricados la superficie de acero y el polímero termoplástico. Esta porción de espesor 6 particular de la superficie de rozamiento participa especialmente en el mejoramiento de la durabilidad de la superficie de rozamiento y de la resistencia de esta superficie al desgaste. En efecto, al poner en práctica la superficie de rozamiento, la capa configurada por el solo espesor 7 del termoplástico polimerizado 3 presenta una dureza y una resistencia al desgaste insuficientes para garantizar una durabilidad lo suficientemente grande. No obstante, después de un espacio de tiempo t1 en cuyo transcurso la superficie de rozamiento soporta un desgaste progresivo, esta capa externa de solo polímero termoplástico 7 desaparece. La superficie que soporta el rozamiento queda realizada entonces por la superficie externa del espesor 6 donde están imbricados acero y polímero termoplástico 3. La superficie externa en la que se opera el rozamiento queda configurada entonces por una alternancia de superficie de acero y de superficie de polímero termoplástico 3. Así, esta alternancia permite una combinación de la dureza del acero, eventualmente del acero amorfo, con las propiedades lubricantes del polímero termoplástico 3. Así, la superficie de rozamiento permite una asociación combinada entre la dureza y la lubricación, que permite mantener de manera duradera a lo largo del tiempo t2 las propiedades lubricantes del polímero termoplástico 3. Así, la asociación de la capa de polímero termoplástico 3 con la capa de acero amorfo 2 permite reducir el coeficiente de rozamiento, obteniendo un valor del orden de 0,2, preferiblemente del orden de 0,15 e idóneamente de 0,09. Así, la superficie de rozamiento de la invención permite asegurar una durabilidad de la baja resistencia soportada por la superficie de rozamiento.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Pieza de sistema ferroviario que comprende una superficie de rozamiento (4) contra una segunda superficie, comprendiendo esta pieza al menos una estructura de acero (1, 2), estando recubierta la superficie externa (4) de esta estructura de acero con al menos una capa de polímeros termoplásticos lubricantes (3), caracterizada por que, sin estar realizada la estructura de acero (1) en acero amorfo, la pieza comprende una capa de acero amorfo (2) dispuesta entre, por una parte, la estructura de acero (1) y, por otra, la capa de polímeros termoplásticos lubricantes (3).

2. Pieza según la reivindicación 1, caracterizada por que la composición de la capa de acero (2) comprende al menos el 70 % de fase amorfa.

3. Pieza según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que la superficie sobre la cual va dispuesta la capa de polímeros termoplásticos (3) realiza un relieve (5) al menos colmado en parte por la capa de polímeros termoplásticos (3).

4. Pieza según la reivindicación 3, caracterizada por que la capa externa de polímeros (3) está configurada por un primer espesor (6) que llena los relieves (5) de la superficie externa y un segundo espesor (7) que realiza la superficie de rozamiento (4) de la pieza.

5. Pieza según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que al menos un polímero termoplástico es un termoplástico semicristalino termoestable.

6. Articulación para un sistema ferroviario en configuración de un ensamble deslizante caracterizado por comprender al menos una pieza portadora de una superficie de rozamiento (4) según una de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Procedimiento de tratamiento de una superficie de una estructura de acero (1, 2) en vistas a una reducción de la resistencia al rozamiento y a la obtención de una pieza según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el procedimiento de tratamiento comprende al menos:

- une etapa de alisado de la superficie acero,

- una etapa de desengrase de la superficie acero,

- una etapa de proyección térmica de al menos un substrato comprendido en una lista que integra especialmente Cromo (Cr), Silicio (Si), Manganeso (Mn), Boro (B) y Hierro (Fe),

completadas en lo sucesivo con:

- una etapa de alisado de la superficie que va a tratarse,

- una etapa de limpieza de la superficie alisada,

- una etapa de impregnación de un polímero termoplástico líquido (3) sobre la superficie alisada-limpiada, - una etapa de polimerización por calentamiento.

8. Procedimiento de tratamiento de una superficie acero según la reivindicación 7, caracterizado por que el procedimiento comprende, al menos,

- una etapa de abrasión de la superficie por proyección de corindón hasta obtención de un estado de superficie con el relieve determinado,

- una etapa de limpieza de la superficie acero sometida a abrasión.