Устройство для тормозной колодки железнодорожного транспорта. Колодки жд


Тормозная колодка железнодорожного подвижного состава

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств. Тормозная колодка содержит металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, одну или несколько абразивных фрикционных вставок и опорный слой, размещенный между полимерным композиционным фрикционным элементом и металлическим каркасом. Опорный слой также размещен между полимерным композиционным фрикционным элементом и абразивной фрикционной вставкой (вставками) или между полимерным композиционным фрикционным элементом и частью поверхности абразивной фрикционной вставки (вставок). Достигается улучшение эксплуатационных характеристик железнодорожной колодки за счет увеличения прочности соединения вставки (вставок) и полимерного композиционного фрикционного элемента путем их дополнительной фиксации, а также снижение возможности выгорания полимерного композиционного фрикционного элемента в зоне вставки (вставок) путем обеспечения теплоизоляции элемента от вставки. 3 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д.

Аналогом заявляемого изобретения является железнодорожная тормозная колодка, включающая металлический проволочный каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент и абразивную (чугунную) фрикционную вставку (см. патент РФ №20143, МПК7 F16D 65/04, 2001). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, абразивная (чугунная) фрикционная вставка» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является низкая прочность соединения полимерного элемента с каркасом и чугунной вставкой, в результате чего вследствие неоднородности теплофизических и механических свойств по телу колодки из-за наличия вставки (теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, твердость и т.д.) возможно разрушение полимерного элемента в зоне вставки. Кроме того, из-за интенсивных нагревов колодки при эксплуатации и искрообразования в результате контактов чугунной вставки и металлического колеса при торможениях возможно выгорание полимерного элемента в зоне вставки и разрушение колодки.

Прототипом заявляемого изобретения является железнодорожная тормозная колодка, включающая металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, одну или несколько абразивных (чугунных) фрикционных вставок и опорный слой, размещенный между полимерным элементом и металлическим каркасом (см. патент US №6241056, МПК7 F16D 65/04, 2001). Существенные признаки прототипа «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, одна или несколько абразивных (чугунных) фрикционных вставок, опорный слой, размещенный между полимерным элементом и металлическим каркасом» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа также является низкая прочность соединения полимерного элемента с абразивными фрикционными вставками, в результате чего возможны трещинообразование и выкрашивание полимерного элемента в зонах его контакта со вставкой (вставками), что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках колодки. Кроме того, из-за интенсивных нагревов колодки при эксплуатации и искрообразовании при контактах чугунной вставки и металлического колеса при торможениях, возможно выгорание полимерного элемента в зонах вставок и разрушение колодки.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик железнодорожной колодки за счет увеличения прочности соединения вставки (вставок) и полимерного фрикционного элемента путем их дополнительной фиксации, а также снижение возможности выгорания полимерного элемента в зоне вставки (вставок) путем обеспечения теплоизоляции элемента от вставки.

Для достижения указанного технического результата в железнодорожной тормозной колодке, включающей металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, одну или несколько абразивных фрикционных вставок и опорный слой, размещенный между полимерным элементом и металлическим каркасом, опорный слой размещен также между полимерным элементом и абразивной вставкой (абразивными вставками) или частью поверхности абразивной вставки (частью поверхностей абразивных вставок).

Существенные признаки заявляемого изобретения «опорный слой размещен также между полимерным элементом и абразивной вставкой (вставками) или частью поверхности абразивной вставки (частью поверхностей абразивных вставок)» являются отличительными от признаков прототипа.

На фиг.1 представлено сечение колодки с одной абразивной вставкой, размещенной в центральной части колодки. На фиг.2 представлен вариант колодки с двумя вставками, на фиг.3 - вариант с тремя вставками.

Тормозная колодка железнодорожного подвижного состава включает металлический каркас 1, выполненный штамповкой из металла (или каркас другого типа), полимерный композиционный элемент 2, выполненный из полимерного композита на основе полимерного связующего с различными наполнителями, включая волокнистые и дисперсные наполнители, и абразивную вставку 3 (или несколько вставок), например из чугуна. Абразивные вставки (или одна вставка) фиксируются на металлическом каркасе и могут быть размещены в центральной части колодки и ее периферийных частей. Например, в случае трех вставок одна из них размещается в центральной части, а две - в периферийных частях. Единственная вставка размещается, как правило, в центральной части колодки. Также колодка содержат опорный слой 4 для усиления прочности соединения полимерного элемента с каркасом, а также абразивных вставок с фрикционным элементом. При этом опорный слой может охватывать как всю поверхность вставки, так и ее часть, как правило примыкающую к металлическому каркасу часть вставки. Опорный слой выполнен из полимерного композита на основе полимерного связующего с различными наполнителями. Как правило, содержание полимерной матрицы в композите опорного слоя больше, чем в композите, из которого изготовлен полимерный фрикционный элемент, что обуславливает лучшую адгезию опорного слоя к металлу и его меньшую теплопроводность, то есть лучшие теплозащитные свойства. Однако эти характеристики опорного слоя могут быть достигнуты и за счет других приемов.

Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами, например формованием. При этом фиксация вставок на металлическом каркасе может осуществляться сваркой.

Конкретным примером заявляемого изобретения является железнодорожная тормозная колодка с одной вставкой в центральной части колодки. Вставка выполнена из фосфористого чугуна, опорный слой размещен на части вставки, составляющей 30-50% ее поверхности со стороны металлического каркаса.

Размещение опорного слоя, обладающего достаточно высокими адгезионными и теплозащитными свойствами между абразивной вставкой и полимерным фрикционным элементом, усиливает прочность соединения вставки с полимерным элементом и снижает возможность выгорания полимерного элемента в процессе эксплуатации. В результате повышаются эксплуатационные характеристики колодки.

Тормозная колодка железнодорожного подвижного состава, содержащая металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, одну или несколько абразивных фрикционных вставок и опорный слой, размещенный между полимерным композиционным фрикционным элементом и металлическим каркасом, отличающаяся тем, что опорный слой также размещен между полимерным композиционным фрикционным элементом и абразивной фрикционной вставкой или абразивными фрикционными вставками, или между полимерным композиционным фрикционным элементом и частью поверхности абразивной фрикционной вставки или частью поверхностей абразивных фрикционных вставок.

www.findpatent.ru

Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, например тормозным колодкам вагонов, электропоездов и другого рельсового транспорта. Тормозная колодка содержит композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и плоскую боковую поверхность. На части плоской боковой поверхности, соответствующей не истираемой в процессе эксплуатации части колодки в зоне металлического каркаса, выполнены две выемки. Достигается возможность визуального определения минимально разрешенной толщины колодки в течение всего периода эксплуатации колодки, а также недопущение эксплуатации колодки за пределом разрешенной толщины и обеспечение своевременного вывода колодки из эксплуатации, кроме того, достигается возможность определения своевременного снятия колодки при ее износе с «перекосом». 2 ил.

 

Изобретение относится к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, например тормозным колодкам вагонов, электропоездов и другого рельсового транспорта.

Аналогом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент и металлический каркас, при этом минимальная толщина колодки, разрешенная для эксплуатации, составляет 14 мм для стального штампованного каркаса и 10 мм для сетчато-проволочного каркаса (см. патент RU 2386561, МПК В61Н 1/00, 2010 г.). Существенные признаки аналога «композиционный фрикционный элемент, металлический каркас» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является крайняя сложность определения достижения колодкой разрешенной для эксплуатации толщины в процессе эксплуатации, поскольку необходимы замеры каждой колодки состава с использованием специальных инструментов, что в процессе реальной эксплуатации затруднительно. В результате колодки фактически выводятся из эксплуатации при толщинах более 14 мм (см. аналог, строки 10÷30 стр. 6 описания), то есть преждевременно, что увеличивает эксплуатационные затраты из-за увеличения расхода колодок.

Прототипом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент и металлический каркас, при этом колодка снабжена боковой нерабочей поверхностью, на которую нанесена маркировка в виде линии, обозначающей минимально допустимую толщину колодки в эксплуатации (см. ТУ 2571-123-05766936-2007 «Колодки тормозные полуметаллические с сетчато-проволочным каркасом и чугунными вставками для железнодорожных вагонов», п. 1.11.2., лист 5). Существенные признаки прототипа «композиционный фрикционный элемент и металлический каркас, боковая поверхность колодки» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является утрата возможности визуального определения маркировочной линии в процессе эксплуатации колодки из-за загрязнения боковой поверхности, деструкции красителя маркировки под действием внешних условий и из-за перегревов колодки при трибоконтактах с колесом и т.п. Следствием этого является или преждевременный вывод колодки из эксплуатации, или ее эксплуатация за пределом разрешенной толщины.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности визуального определения минимально разрешенной толщины колодки в течение всего периода реальной эксплуатации колодки, что не допускает эксплуатацию колодки за пределом разрешенной толщины и обеспечивает своевременный (а не преждевременный) вывод колодки из эксплуатации как при штатном износе колодки, так и при ее износе с «перекосом».

Для достижения указанного технического результата тормозная колодка железнодорожного транспортного средства включает композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и плоскую боковую поверхность, при этом на части плоской боковой поверхности, соответствующей не истираемой в процессе эксплуатации части колодки в зоне металлического каркаса, выполнены две выемки.

Существенные признаки заявляемого изобретения «на части плоской боковой поверхности, соответствующей не истираемой в процессе эксплуатации части колодки в зоне металлического каркаса, выполнены две выемки», являются отличительными от признаков прототипа.

На фиг. 1 представлена тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, вариант с сетчато-проволочным каркасом. На фиг. 2 представлен конкретный пример заявляемой колодки.

Колодка железнодорожного транспортного средства включает композиционный фрикционный элемент 1 и металлический каркас 2. Колодка имеет неплоскую боковую поверхность (не показана) и плоскую боковую поверхность 3. На плоской боковой поверхности выполнены две выемки 4 в разных частях плоской боковой поверхности колодки. При этом выемки размещены в зоне металлического каркаса только на той части боковой поверхности колодки, которая не истирается в процессе нормальной эксплуатации (определяет разрешенную для эксплуатации остаточную толщину колодки). На боковой поверхности, соответствующей рабочей толщине колодки, истираемой в процессе допустимой эксплуатации, выемки не выполняются. Размер и конфигурация выемок могут быть различны, например прямые выемки на всю толщину неистираемой части колодки.

Конкретным примером заявляемого изделия является колодка железнодорожная тормозная дет. 25610 из композита ТИИР-300. Колодка имеет две выемки (в левой и правой частей колодки). Глубина выемок 3÷6 мм.

Изготавливаться заявляемая колодка может известными способами, при этом выемки могут выполняться после формования колодки ее механической обработкой.

Выполнение колодки с выемками на плоской боковой поверхности (эта поверхность визуально доступна при эксплуатации колодки) позволяет визуально оценить степень износа колодки и обеспечивает возможность своевременного снятия колодки (не преждевременного и не за пределом разрешенной толщины). Наличие двух выемок в левой и правой частях колодки позволяет определить возможность своевременного снятия колодки при ее неравномерном износе (с «перекосом», когда износ одной из сторон колодки больше износа другой).

Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, включающая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и плоскую боковую поверхность, отличающаяся тем, что в зоне металлического каркаса на части плоской боковой поверхности, соответствующей не истираемой в процессе эксплуатации части колодки, выполнены две выемки.

www.findpatent.ru

Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств. Тормозная колодка содержит металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части, композиционный фрикционный элемент и одну твердую вставку. Твердая вставка расположена в центральной части колодки и приварена к металлическому каркасу. Твердая вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна. Отношение площади рабочей поверхности твердой вставки к общей площади рабочей поверхности колодки составляет от 4 до 20%. Достигается обеспечение очищающего и полирующего воздействия твердой вставки на колесо без ухудшения работы тормозной колодки по прямому назначению. 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к тормозным устройствам, а именно к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств.

Известны тормозные чугунные колодки, в том числе с металлическим каркасом, выпускаемые из серого и фосфористого чугуна по ГОСТ 1205-73 «Колодки чугунные тормозные для вагонов и тендеров железных дорог. Конструкция и основные размеры».

Указанные колодки оказывают положительное воздействие на поверхность качения колеса, однако они имеют низкий и нестабильный коэффициент трения при изменении скорости, вызывают значительный износ поверхности колес и при эксплуатации обеспечивают низкую эффективность торможения, а следовательно, требуют больших усилий натяжения рычажной передачи при торможении, не обеспечивают бесшумного и плавного торможения поезда, имеют большой вес (16 кг), высокий износ, высокую стоимость.

Известное техническое решение используется по тому же назначению, что и заявляемое, и имеет общий с ним существенный признак «тормозная колодка».

Известна чугунная тормозная колодка по патенту РФ №2040361 (B22D 19/02, 1995 г.). Колодка состоит из металлического каркаса (спинки), расположенного на нерабочей поверхности, и тела колодки, на рабочей поверхности которого расположены чередующиеся по длине колодки участки серого, белого и половинчатого чугунов. Концы колодки выполнены из серого чугуна, а участки белого чугуна расположены внутри участков из половинчатого чугуна.

Известные колодки имеют достаточно высокую износостойкость, но недостаточно снижают повреждения поверхности катания колес, кроме того, они имеют небольшой срок службы.

Известное техническое решение используется по тому же назначению, что и заявляемое, и имеет общие с ним существенные признаки «тормозная колодка», «металлический каркас» и «вставки (участки)».

Известна тормозная колодка для железнодорожного подвижного состава по патенту РФ №2025352 (В61Н 1/00, 1994 г.). Колодка выполнена в виде дугообразной отливки в форме бруса прямоугольного сечения. В теле бруса со стороны рабочей поверхности закреплены вставки. Вставки выполнены из материала с более высокой абразивностью, чем материал бруса.

Указанная колодка обеспечивает более высокую эффективность торможения, однако конструкция колодки сложная, что снижает ее надежность при эксплуатации.

Известна тормозная железнодорожная колодка по авторскому свидетельству СССР №1643266 (В61Н 1/00, 1991 г.), содержащая дугообразную отливку в виде бруса с прямоугольным поперечным сечением и закрепленные в ней цилиндрические вставки из материала, более абразивного, чем материал бруса с определенным отношением площади трущейся (рабочей) поверхности вставок к площади трущейся (рабочей) поверхности колодки.

Однако эти колодки также имеют сложную конструкцию и низкую надежность.

Известна тормозная композиционная колодка, содержащая фрикционный элемент и металлический (стальной) каркас. (Б.А.Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов, Москва, Химия, 1982 г., стр.9-14, 70, 71).

Металлический каркас состоит из одной детали - основной полосы, а иногда из двух деталей: основной полосы и приваренной к ней по внутренней стороне усиленной пластины. Основная полоса каркаса имеет внешний криволинейный контур по периметру готовой колодки, а в центре П-образный или полукруглый контур, образующий центральную бобышку. Центральная бобышка каркаса снабжена отверстиями под чеку. На основной пластине каркаса расположены также две боковые бобышки, служащие направляющими для чеки. Центральная бобышка служит для крепления тормозной колодки в тормозном башмаке посредством чеки, а направляющие (боковые бобышки) упрощают монтаж чеки.

Усилительная пластина применяется для придания дополнительной жесткости каркасу и повышения надежности крепления каркаса с фрикционным элементом.

Усилительная пластина снабжена отверстиями для приваривания к основной полосе, а также для затекания фрикционной смеси при формовании для повышения крепления с фрикционным элементом.

На основной полосе также могут вырубаться отверстия и/или полуотверстия с отгибанием невырубленной части отверстий внутрь колодки с получением шипов для затекания в отверстия фрикционной массы при формовании и улучшении крепления с фрикционным элементом.

Тормозные композиционные колодки в сечении рабочего слоя колодки могут иметь поперечный открытый внутренний паз, расположенный в центральной ее части, а также поперечные скосы по обеим концам по длине колодки.

Тормозные композиционные колодки, по сравнению с чугунными, получили значительно более широкое применение, так как они имеют более высокий коэффициент трения, меньшее усилие нажатия и износостойкость, в несколько раз более высокий срок службы, меньший вес, стоимость, а также обеспечивают бесшумное и плавное торможение поезда.

Однако при эксплуатации тормозных композиционных колодок могут возникать отдельные дефекты, в том числе термические трещины на поверхности качения колес, износ поверхности качения колес, снижение тормозной эффективности колодок при попадании воды в зону трения (дождь, снег), а также при наличии угольной или торфяной пыли и листьев на поверхности рельса.

Существенные признаки тормозной композиционной колодки «фрикционный элемент», металлический каркас в виде «изогнутой основной полосы с П-образной или полукруглой бобышкой, снабженной отверстиями по чеку и боковые бобышки (направляющие для чеки)», а также «усилительная пластина, приваренная к внутренней стороне основной полосы» являются общими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Наиболее близким аналогом заявляемой колодки является «Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства» по заявке №2005133046/22(037001) от 26.10.2005 (Решение о выдаче патента на полезную модель от 16.01.2006).

Рассматриваемая тормозная колодка содержит металлический стальной каркас, композиционный фрикционный элемент и твердую вставку из чугуна. Металлический каркас состоит из одной детали - основной полосы и имеет П-образный выступ, образующий центральную бобышку. По обеим сторонам П-образного выступа, за ним с внутренней стороны основной полосы к ней приварена по ширине колодки твердая вставка из чугуна, представляющая в продольном сечении колодки трапецеидальную форму.

Колодка по наиболее близкому аналогу обеспечивает сохранение поверхности качения колеса, а следовательно, повышенный срок службы колеса при сохранении повышенного срока службы колодок, а также обеспечивает стабильность и эффективность торможения при обычных и тяжелых условиях эксплуатации.

Колодка по наиболее близкому аналогу имеет отдельные недостатки. В качестве материала для изготовления твердой вставки используется серый или фосфористый чугун, из которых изготавливаются тормозные чугунные колодки, которые обеспечивают недостаточное очищающее действие на колесо и не обеспечивают необходимого полирующего воздействия на колесо по устранению термических трещин и ползунов.

Это объясняется тем, что серый и фосфористый чугуны имеют недостаточную пластичность, прочность на растяжение, на изгиб. В отливах серого чугуна графит всегда имеет пластинчатую форму. Пластинчатая форма графита уменьшает предел прочности чугуна («Металловедение и технология металлов». Учебник для ВУЗов. Солнцев Ю.П., Веселов В.А., Демянцевич В.П. и др. Москва, Металлургия, 1988, стр.132-140).

Кроме того, не определено отношение площади рабочей поверхности твердой вставки к общей площади рабочей поверхности колодки.

Существенные признаки наиболее близкого аналога «металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части», «композиционный фрикционный элемент» и «твердая вставка, расположенная в центральной части колодки и приваренная к металлическому каркасу» являются общими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая тормозная колодка, является обеспечение очищающего и полирующего воздействия твердой вставки на колесо без ухудшения работы тормозной колодки по прямому назначению.

Поставленную задачу решает тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части, композиционный фрикционный элемент и твердую вставку из высокопрочного или ковкого чугуна, расположенную в центральной части колодки и приваренную к металлическому каркасу, а отношение площади рабочей поверхности вставки к общей площади рабочей поверхности колодки выбрано в пределах от 4 до 20%.

Твердая вставка, расположенная внутри композиционного фрикционного элемента, предназначена для удаления каких либо посторонних веществ с поверхности колеса, заглаживания незначительных дефектов на поверхности колеса (термических трещин и ползунов) и улучшения состояния поверхности качения колеса.

Для выполнения своего назначения твердая вставка, находящаяся внутри композиционного фрикционного элемента, должна иметь более высокие механические свойства, чем серый и фосфористый чугуны. Кроме того, желательно, чтобы материал твердой вставки содержал в себе включения графита, благодаря смазывающему действию которого сохранялась поверхность качения колеса. («Металлургия, металловедение и конструкционные материалы» Б.А.Кузьмин, А.И.Самохоцкий, Т.Н.Кузнецова. Москва, Высшая школа, 1971 г., стр.275, 276).

Предъявляемым требованиям отвечают чугуны, которые имеют более высокую прочность и пластичность, чем фосфористый и серый чугуны. Это высокопрочные чугуны с шаровидным графитом и ковкие чугуны с хлопьевидной структурой графита.

В состав высокопрочных чугунов кроме С, Mn, Si, Fe входят также в небольших количествах Cr, Ni, Cu и другие элементы, которые улучшают полирующее воздействие при контакте с колесом.

Ковкий чугун наряду с достаточно высокой прочностью обладает большей вязкостью по сравнению с высокопрочным чугуном и обеспечивает повышенную надежность в условиях ударных и вибрационных нагрузок, которые испытывают тормозные колодки.

Отношение площади рабочей поверхности твердой вставки к общей площади рабочей поверхности тормозной колодки определено, исходя из конструктивных и технологических соображений, а также физико-механических и фрикционно-износных свойств композиционного фрикционного элемента и вставки из высокопрочного или ковкого чугуна, и составляет от 4 до 20%.

В данном отношении учтено также технологическое требование по дополнительному уменьшению площади рабочей поверхности твердой вставки в связи с необходимостью оставления свободного зазора между твердой вставкой и пресс-формой, по ширине вставки с обеих сторон, а также по глубине вставки. Данные зазоры заполняются композиционным фрикционным элементом при его формовании.

Твердая вставка в рабочей части колодки может иметь в вертикальном сечении по длине вставки трапецеидальную, прямоугольную или другую форму, а по ширине вставки может иметь форму, аналогичную форме композиционного фрикционного элемента, но с меньшими размерами из-за оставления зазоров при формовании.

Твердая вставка может быть приварена либо к основной полосе металлического каркаса с П-образным выступом, либо к усилительной пластине металлического каркаса.

Существенные признаки заявляемой тормозной колодки «вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна» и «отношение площади рабочей поверхности твердой вставки к общей площади рабочей поверхности колодки составляет от 4 до 20%» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.

Технология изготовления колодок предусматривает следующие этапы:

- изготовление (отливка) чугунной вставки;

- изготовление (штамповка) металлического каркаса;

- сборка вставки с каркасом и ее приваривание к каркасу;

- изготовление полимерной композиции;

- укладка в пресс-форму каркаса с приваренной вставкой и навески полимерной композиции;

- формование колодки в пресс-форме под давлением с последующей вулканизацией.

На чертеже представлена тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, где

1 - металлический каркас,

2 - П-образный выступ,

3 - отверстие под чеку для крепления колодки в тормозном узле,

4 - композиционный фрикционный элемент,

5 - чугунная вставка,

6 - место сварки вставки и каркаса.

Выполнение тормозной колодки с твердой вставкой из высокопрочного или ковкого чугуна и с отношением рабочей площади твердой вставки к общей рабочей площади колодки в пределах от 4 до 20% позволяет обеспечить очищающее и полирующее воздействие чугунной вставки на колесо без снижения эффективности торможения и, как следствие, значительно повысить срок службы колес.

Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части, композиционный фрикционный элемент и одну твердую вставку, расположенную в центральной части колодки и приваренную к металлическому каркасу, отличающаяся тем, что твердая вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна, а отношение площади рабочей поверхности твердой вставки к общей площади рабочей поверхности колодки составляет от 4 до 20%.

www.findpatent.ru

Композиционный сплав на основе железа для тормозной колодки железнодорожного вагона

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, и может быть использовано в узлах трения тормозной колодки и железнодорожного колеса. Композиционный сплав на основе железа для тормозной колодки железнодорожного вагона содержит, мас.%: медь 5-20, хром 0,1-5,0, углерод 3-20, окись алюминия 1-10, оксид кремния 0,5-5, железо - остальное. Сплав состоит из железной матрицы и фрикционного наполнителя, пропитан кремнийорганическим гидрофобизатором. Основа железной матрицы имеет мелкозернистую структуру с размером зерна 15-70 мкм, состоящую из мелкопластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием 0,3-2,0 мкм, по границам которых распределены включения цементита, карбида хрома и свободного графита. Увеличивается износостойкость фрикционной пары «тормозная колодка-колесо», повышается стабильность и величина коэффициента трения, снижается износ вагонного колеса в процессе торможения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, и может быть использовано в узлах трения тормозной колодки и железнодорожного колеса.

Известно техническое решение по материалу, применяемому для изготовления фрикционных элементов (Патент №127023 «Тормозная шина вагонных замедлителей устанавливаемых на тормозных позициях сортировочных горок»). В данном техническом решении фрикционный элемент изготавливался из фрикционного спеченного сплава марки МК-5 методом порошковой металлургии с коэффициентом трения 0,17-0,18 по стали и СМК-80 с коэффициентом 0,28-0,30 Химический состав представлен в издании «Производство порошковых изделий». Учебник для техникумов. - 2-издание, Г.А. Либенсон. - М. Металлургия, 1990 г., с.64-65.

Недостаток использования фрикционного материалов МК-5 и СМК-80, для изготовления тормозных колодок заключается в том данный материал имеет не достаточно высокий коэффициент трения, в период торможения происходит значительный износ как тормозной колодки, так и колеса железнодорожного вагона.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву является порошковый фрикционный сплав на основе железа для вставок, запрессованных в отверстия чугунной колодки (Патент RU №133490, по заявке 2013127622 от 18.06.2013. «Колодка вагонная тормозная композиционная на основе железа») фрикционные элемент колодки выполнены из материала на основе железа, содержащего по массе %: медь 9-16, углерод 0,5-3,0, окись алюминия 2-4, хром 0,5-1,5, молибден 0,1-0,2, фосфор 0,01-3,0, имеющего твердость по Бринелю (80-120) 5/125/10, микротвердость основы (230-250) HV 50, состоящей из пластинчатого перлита с медными прослойками по границам зерен, и микротвердость включений (700-900) HV 50, состоящих из карбидных соединений молибдена и хрома, и абразивную стойкость, превышающую абразивную стойкость колеса.

Недостатками данного материала являются низкая стабильность коэффициента в паре трения «колесо-тормозная колодка», большой износ колеса в процессе трения, значения коэффициента трения не достаточны.

Задачей заявляемого технического решения является повышения эффективности торможения железнодорожных вагонов.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении износостойкости фрикционной пары «тормозная колодка-колесо», в повышении стабильности и величины коэффициента трения, снижения износа вагонного колеса в процессе торможения.

Технический результат достигается композиционным сплавом на основе железа для тормозной колодки железнодорожного вагона, содержащим медь, хром, углерод, окись алюминия, железо - остальное, имеющий структуру пластинчатого перлита с медными прослойками по границам зерен, при этом он дополнительно содержит оксид кремния в следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 5-20
хром 0,1-5,0
углерод 3-20
окись алюминия 1-10;
оксид кремния 0,5-5

имеет структуру, состоящую из железной матрицы и фрикционного наполнителя, основа железной матрицы имеет мелкозернистую структуру с размером зерна 15-70 мкм, состоящую из мелкопластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием 0,3-2,0 мкм, по границам зерен имеются включения цементита, карбидов хрома, свободного графита, микротвердость зерен перлита 250-350 HV, микротвердость цементита и карбидов хрома 1350-1500 HV, фрикционный наполнитель в сплаве находится в виде отдельных включений оксидов алюминия Al2O3 и кремния SiO2· пропитан кремнийорганическим гидрофобизатором.

Кроме этого, размеры включений фрикционного наполнителя составляют 5-160 мкм, соотношение оксидов алюминия и кремния составляет 2:1-1:1.

В режиме трения тормозной колодки и вагонного колеса, компоненты фрикционного сплава выполняют следующие функции.

Железо составляет основу фрикционного материала. Вводится в виде порошка ABC100.30 серебристо-серого цвета с содержанием железа свыше 99%. Порошок обладает отличной формуемостью и прессуемостью, имеет размер частиц 45-150 мкм. Благодаря высокой чистоте и отличным технологическим свойствам порошок обеспечивает высокое качество фрикционного материала. Железо является основным связующим компонентом и обеспечивает общую прочность фрикционного сплава.

Медь введена в виде порошка медного электролитического ПМС-1 (массовая доля меди ≈99,5%) ГОСТ 4960 с номинальной величиной частиц 100 мкм. Часть меди при спекании растворяется в феррите, тем самым упрочняя его и повышая сопротивление атмосферной коррозии. Основная часть меди содержится в материале в виде включений свободной меди по границам зерен основной структуры, улучшая фрикционные свойства композита. Медь в составе фрикционного сплава на основе железа повышает теплопроводность и коэффициента трения, увеличивается адгезионную составляющую коэффициента трения. При содержании менее 5% интесифицируется схватывание ферритной основы колодки со сталью колеса, что приводит к усилению износа, но не повышает коэффициент трения выше 0,35. При содержании свыше 20% интенсифицируется адгезионное взаимодействие медной основы колодки со сталью колеса, что увеличивает коэффициент трения до 0,6, но также ведет к катастрофическому износу фрикционного материала.

Графит карандашный - порошок черного цвета марок ГК-1, ГК-3 по ГОСТ 4404-78. Графит в процессе трения служит твердой смазкой, препятствуя молекулярному схватыванию трущихся поверхностей. Содержание в составе металлокерамического материала графита менее 3 мас.% приводит при некотором увеличении износостойкости к значительному снижению стабильности коэффициента трения. При увеличении количества графита более 20 мас.% с ростом коэффициента трения значительно снижается износостойкость за счет расслоения материала при прессовании, снижении его прочностных характеристик.

Хром вводится в виде порошка ПХ1м ТУ 1479-022-4355-6328-2010 серого цвета, имеющего размер частиц менее 125 мкм, обладающего отличной формуемостью и уплотняемостью, без применения пластификаторов, имеющего низкое содержание вредных примесей - азота и углерода. Порошок ПХ1м получают восстановлением из оксида хрома. Хром является легирующим карбидообразующим элементом, повышающим прочность, твердость и, благодаря этому, износостойкость железоуглеродной матрицы сплава. Оптимальное содержание хрома составляет 0,1-5%, т.к. при меньшем содержании влияние хрома на износостойкость нивелируется, а при большем содержании в матрице материала образуются крупные включения карбидов хрома, которые приводят к разупрочнению сплава.

Фрикционные компоненты представляют собой смесь оксида алюминия в виде электрокорунда белого 25А ГОСТ 3647-80 и оксида кремния в виде кварца пылевидного марки Б ГОСТ 9077-82, добавлены для обеспечения заданного значения коэффициента трения, его стабилизации, а также некоторого повышения износостойкости. Оба фрикционных компонента в железной матрице спеченного фрикционного материала находятся в виде микровключений, размер которых равен или меньше размера частиц в исходных порошках. Оксид алюминия обладает высокой микротвердостью (свыше 1200 HV), обеспечивая упрочнение фрикционного материала и несколько увеличивая деформационную составляющую коэффициента трения, а оксид кремния, имея меньшую микротвердость (700-1000 HV), в основном, обеспечивает деформационную составляющую коэффициента трения. Суммарное содержание фрикционных компонентов составляет не более 12%. При меньшем содержании не обеспечивается необходимый коэффициент трения, при большем - увеличивается износ материала за счет ослабления структуры матрицы крупными включениями фрикционных компонентов. Оптимальное соотношение оксидов алюминия и кремния составляет 2:1-1:1. При большем содержании оксида алюминия снижаются коэффициент трения и его стабильность, при большем содержании оксида кремния падает износостойкость фрикционного материала.

Фрикционный материал вагонной тормозной колодки получен методом порошковой металлургии. Структура фрикционного материала состоит из матрицы и фрикционного наполнителя. Матрица представляет собой перлитную мелкозернистую основу с включениями цементита, карбидов хрома и меди по границам зерен. Перлит с микротвердостью 250-350 HV обладает высокой износостойкостью за счет своей мелкопластинчатой структуры (4-6 балла по ГОСТ 8233-56, преимущественно мелкопластинчатый 5 балла) и обеспечивает деформационную составляющую коэффициента трения. Положительный эффект на износостойкость оказывает мелкозернистость основы со размером зерна порядка 15-70 мкм. Участки цементита и карбидов хрома с микротвердостью до 1500 HV дополнительно упрочняют матрицу, повышая общую износостойкость материала. Медные включения в железной основе повышают теплопроводность материала. Выходя на поверхность трения по мере износа материала, медь обеспечивает схватывание со сталью вагонного колеса, повышая общий коэффициент трения за счет адгезионной составляющей. Фрикционный наполнитель представляет собой смесь оксидов алюминия и кремния. Выходя на поверхность фрикционного материала в процессе трения, наполнитель обеспечивает повышение коэффициента трения за счет деформационной составляющей. При этом, будучи достаточно мелкими (средний диаметр 6-15 мкм), частицы фрикционного наполнителя упрочняют матрицу фрикционного материала, повышая износостойкость. Также в состав матрицы фрикционного материала входит свободный графит. Выходя из пор материала в процессе трения, графит создает в зоне трения защитную пленку, препятствующую чрезмерному износу контртела, кроме того, пленка вносит дополнительный вклад в стабилизацию коэффициента трения, снижает износ колеса. Сплав пропитан кремнийорганическим гидрофобизатором, который препятствует проникновению влаги в поры сплава, стабилизируя работу колодки в различных климатических условиях.

Заявленная совокупность компонентов, вводимых в предлагаемый состав в предлагаемом соотношении, обеспечивают повышение износостойкости и стабильности коэффициента трения, снижает износ колеса. Снижение физического износа колеса, за счет исключения процессов адгезионного сваривания (схватывания) в паре трения «тормозная колодка-колесо», позволяет значительно, порядка на 10-15 дБ, понизить уровень шума.

Исследования разрушения поверхностных слоев фрикционного сплава показали - на поверхности трения отсутствуют деформированные слои, т.е. изнашивание происходит путем выкрашивания перлита, взаимодействующего с поверхностью колеса, что обеспечивает деформационную составляющую коэффициента трения. Мелкопластинчатая структура обеспечивает высокую износостойкость матрицы материала. Выходящие на поверхность фрикционного материала включения меди, графита и фрикционного наполнителя повышают коэффициент трения.

В данном техническом решении фрикционный материал изготавливался методом порошковой металлургии.

Для экспериментальной проверки свойств заявляемого порошкового композиционного фрикционного сплава на железной основе были подготовлены четыре смеси ингредиентов. Одна смесь с предпочтительным содержанием ингредиентов две с запредельным содержанием ингредиентов и одна с содержанием ингредиентов по прототипу (см. таблицу). Сплав готовят перемешиванием исходных порошков, прессованием в стальных пресс-формах при давлении 100-150 МПа. Полученные образцы подвергали спеканию. График спекания фрикционного материала является «ноу-хау». Спекание производится в атмосфере азота, при 1090°C.

Исследования фрикционных характеристик проводились на машине трения ИИ5018. График торможения на машине имитировал схему торможения реальной тормозной колодки.

По результатам испытаний оценивались коэффициент трения

скольжения, линейный износ образца. Давление в зоне контакта образцов соответствовало реальному давления в зоне «тормозная колодка-колесо» и составляло 50 кг/см

Предлагаемый порошковый фрикционный сплав по сравнению с известным сплавом имеет повышенную износостойкость и улучшенные триботехнические характеристики, что обеспечивает более высокую

надежность и долговечность тормозной колодки для железнодорожных вагонов. Химический состав фрикционного спеченного материала на основе железа и результаты исследований металлокерамического сплава с различными соотношениями ингредиентов, приведены в таблице. В таблице представлены полученные результаты

В сплаве №3 дополнительно содержится молибден - 0,15, фосфор - 0,7 мас.%. На фиг.1 представлена структура фрикционного сплава, на фиг.2 представлена структура фрикционного наполнителя. Структура сплава, полученная при спекании ингредиентов по варианту 4 имеет структуру, состоящую из железной матрицы 1 и фрикционного наполнителя 2, основа железной матрицы имеет мелкозернистую структуру 3 с размером зерна 15-70 мкм, состоящую из мелкопластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием 0,3-2,0 мкм, по границам зерен 4 дополнительно имеются включения цементита и карбидов хрома, микротвердость зерен перлита 250-350 HV и микротвердость цементита и карбидов хрома 1350-1500 HV. Фрикционный наполнитель 2 в сплаве находится в виде отдельных включений 5.

Подготовлена опытная партия тормозных колодок, изготовленная на машиностроительных заводах страны по предлагаемому техническому решению, для проведения испытания.

1. Композиционный сплав на основе железа для тормозной колодки железнодорожного вагона, содержащий медь, хром, углерод, окись алюминия, железо остальное, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 5-20
хром 0,1-5,0
углерод 3-20
окись алюминия 1-10
оксид кремния 0,5-5
железо остальное
при этом сплав состоит из железной матрицы и фрикционного наполнителя, пропитан кремнийорганическим гидрофобизатором, причем основа железной матрицы имеет мелкозернистую структуру с размером зерна 15-70 мкм, состоящую из мелкопластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием 0,3-2,0 мкм, по границам которых распределены включения цементита, карбида хрома и свободного графита, микротвердость зерен перлита составляет 250-350 HV, микротвердость цементита и карбида хрома составляет 1350-1500 HV, а фрикционный наполнитель в сплаве представляет собой отдельные включения оксидов алюминия Al2O3 и кремния SiO2.

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что размеры включений фрикционного наполнителя составляют 5-160 мкм.

3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что соотношение оксидов алюминия и кремния составляет 2:1-1:1.

www.findpatent.ru

Устройство для тормозной колодки железнодорожного транспорта

 

Устройство для тормозной колодки может быть использовано в производстве тормозных колодок железнодорожного транспорта. Устройство содержит сетчато-проволочный каркас, совмещенный с чугунными или стальными вставками. Каркас выполнен в виде двух замкнутых рамок, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу, образуя ушко для пропускания чеки тормозной колодки. На каждой рамке расположена чугунная или стальная вставка. Вставки разнесены относительно оси каркаса. Повышается устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, защита и предотвращение образования на поверхности катания колеса наплывов, наваров, наволакивание металла на рабочую поверхность тормозной колодки, обеспечивается более стабильный коэффициент трения и увеличивается срок эксплуатации колесных пар железнодорожных вагонов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Полезная модель относится к проволочному каркасу, совмещенному с чугунными или стальными вставками, для тормозных колодок железнодорожного транспорта и может быть использована в производстве тормозных колодок железнодорожного транспорта.

Из уровня техники известна стальная рамка для железнодорожной тормозной колодки. На раме расположены прерывистые металлические секции, закрепленные на рамке посредством стальной арматуры и выполненные из чугуна (ЕР 0026578, 08.04.1981).

Известен металлический каркас для тормозных колодок железнодорожного транспортного средства, на котором закреплена вставка из чугуна (RU 62189 U1, 27.03.2007).

Известен металлический каркас для тормозных колодок железнодорожного транспортного средства, выполненный в виде двух замкнутых рамок, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки (RU 32453 U1, 20.09.2003).

Известен металлический каркас для тормозной колодки, преимущественно железнодорожного транспортного средства, на котором закреплены три твердые вставки. В качестве металлического каркаса используется проволочный каркас, а вставки расположены по длине тормозной колодки и перекрывают всю площадь поперечного сечения изнашиваемого слоя колодки. Одна твердая вставка расположена в центральной части колодки и снабжена отверстием под чеку и ее изнашиваемый слой выполнен из чугуна, а две вставки выполнены из композиционного фрикционного материала и расположены по обоим краям твердой вставки (RU 2188347, 27.08.2002).

Наиболее близкой к предложенной полезной модели является металлический проволочный каркас с тыльником и вставками. Тыльник включает металлическую рамку, которая может быть выполнена, например, в виде двух замкнутых рамок, например, из проволоки, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки. Твердые вставки, расположенные либо в центральной части тормозной колодки и по краям, либо только по краям, либо изготовленные со стенками в виде прямоугольника, расположенными по обе стороны от центрального выступа тормозной колодки, а две вставки, выполненные из композиционного фрикционного материала, расположены либо перед твердой вставкой, либо между ними, либо внутри (RU 2298499, 10.05.2007).

Недостатком данных конструкций является то, что они не предотвращают образование на поверхности катания колеса наплывов, наваров, а также наволакивание металла на рабочую поверхность тормозной колодки.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании такой конструкции устройства для тормозной колодки, которая исключала бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении устойчивости конструкции колодки к ударным и вибрационным нагрузкам, улучшении защиты и предотвращении образования на поверхности катания колеса наплывов, наваров, исключении наволакивания металла на рабочую поверхность тормозной колодки и обеспечении более стабильного коэффициента трения, а так же увеличении срока эксплуатации колесных пар железнодорожных вагонов.

Указанный технический результат достигается в устройстве для тормозной колодки, содержащем сетчато-проволочный каркас, выполненный в виде двух замкнутых рамок, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу, образуя ушко для пропускания чеки тормозной колодки,

на каждой рамке расположена чугунная или стальная вставка, при этом вставки разнесены относительно оси каркаса.

Вставки симметрично разнесены относительно оси каркаса.

Сущность полезной модели подтверждается чертежами, где на фиг.1 изображен вид спереди сетчато-проволочного каркаса с разнесенными относительно его оси металлическими вставками; на фиг.2 - вид с боку сетчато-проволочного каркаса с металлическими вставками; на фиг.3 - вид сверху сетчато-проволочного каркаса с разнесенными относительно его оси металлическими вставками.

Устройство для тормозной колодки железнодорожного транспорта содержит сетчато-проволочный каркас 1, выполненный в виде двух замкнутых рамок. Каркас 1 совмещен с чугунными или стальными вставками 2. На каждой рамке каркаса 1 расположена чугунная или стальная вставка 2. Вставки 2 разнесены симметрично относительно оси каркаса 1. Внутренние части замкнутых рамок взаимно перекрыты и отогнуты наружу, образуя ушко 3 для пропускания чеки тормозной колодки.

Соединение сетчато-проволочного каркаса 1 и чугунных или стальных вставок 2 производится путем сваривания, пайки или скреплением типа замок-защелка.

Чугунные или стальные вставки зачищают поверхность колеса и предотвращают образование на поверхности катания колес наплывов, наваров, а также наволакивание металла на рабочую поверхность тормозной колодки. После зачистки поверхность катания колес становится матовой, т.е. снимается зеркальный слой с поверхности катания колес. Таким образом, предотвращается закаливание поверхности катания колес, ведущее к увеличению хрупкости поверхностного слоя колеса и его разрушению под воздействием ударных и вибрационных нагрузок.

Устройство для тормозных колодок (сетчато-проволочный каркас, совмещенный с чугунными или стальными вставками) обладает большей устойчивостью к ударным и вибрационным нагрузкам, что особенно важно в

зимнее время года, когда железнодорожный путь становится более «жестким» (увеличиваются перепады в высоте, а также расстояние между рельсами в области стыков).

1. Устройство для тормозной колодки, характеризующееся тем, что содержит сетчато-проволочный каркас, выполненный в виде двух замкнутых рамок, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу, образуя ушко для пропускания чеки тормозной колодки, на каждой рамке расположена чугунная или стальная вставка, при этом вставки разнесены относительно оси каркаса.

2. Устройство по п.1, характеризующийся тем, что вставки симметрично разнесены относительно оси каркаса.

poleznayamodel.ru


Смотрите также