ТОРМОЗНАЯ ШИНА ВАГОННОГО ЗАМЕДЛИТЕЛЯ СБОРНАЯ

Полезная модель относится к устройствам железнодорожного транспорта и предназначено для установки в устройствах регулирования скорости скатывания вагонов на механизированных и автоматизированных сортировочных горках.
Применяемые в настоящее время устройства регулирования скорости отцепов оборудованы тормозными балками, располагаемыми по обе стороны от рельсов, и осуществляют торможение за счет зажатия колес вагонов тормозными шинами, закрепленными на балках. Тормозные шины изготавливаются из стали 50ХГ ГОСТ 14959-79 по ТУ 14-1-3188-81 методом прокатки, в поперечном сечении имеют Г-образную форму и крепятся к балкам замедлителя шинными болтами. Шины используются в состоянии поставки. (Сагайтис В.С, Соколов В.Н. Устройства механизированных и автоматизированных сортировочных горок: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Транспорт, 1988. 132-133 с.).
Работа вагонных замедлителей совершается со значительными динамическими нагрузками, возникающими в узлах силовой системы и контакте «тормозная шина - обод колеса вагона». Динамические нагрузки носят пикообразный характер.
Для работы вагонных замедлителей важными являются две группы параметров: это параметры торможения вагонов, которые в значительной степени зависят от взаимодействия пары трения «тормозная шина - обод колеса вагона», основным из которых является коэффициент трения и параметры влияющие на шумовое загрязнение, зависящие от состояния трущихся поверхностей шины и колеса железнодорожного вагона (сухие, влажные, с наличием масла, наличие в изнашиваемой части тормозной шины композиционных материалов снижающих уровень шума).
Скорость входа отцепов на замедлитель на горках достигает 28- 30 км/ч, усилия нажатия шин на колесо достигают 200 кН, а давление на их наружной поверхности 30,0-50,0 МПа. В процессе торможения вагона контакт тормозных шин осуществляется с боковыми поверхностями последовательно набегающих колес, у которых согласно ГОСТ 9036-59 и 4835-59 внутренние поверхности бандажей обрабатываются по 3 классу чистоты, а наружные поверхности механической доводочной обработке не подвергаются. В процессе эксплуатации на наружной боковой поверхности колес образуется накат до 5 мм большой твердости (НВ ≈ 300). Поэтому в процессе взаимодействия колес вагона и тормозных шин происходит интенсивный износ последних и шумовое загрязнение окружающей среды. Шумовое загрязнение - это звуковые колебания, которые возникают в процессе торможения вагонов при их спуске с сортировочной горки и создают дискомфорт человеку. К ним относятся такие звуки как, свист и скрежет металла по металлу. По частотному диапазону различают шумы низко- (до 300 Гц), средне -(300÷4000 Гц) и высокочастотные (свыше 1000 Гц). Широко известно, что по физиологическому воздействию на человека наиболее опасен высокочастотный шум при уровне более 80 дБА. (особенно в диапазоне частот от 1000 до 4000 Гц), что подтверждается многочисленными опытами и отражено в существующих нормативных документах. Однако в условиях урбанизированных территорий, когда источник шума расположен не далеко от жилых кварталов, такие звуки как, свист и скрежет металла по металлу доставляют дискомфорт людям. (https://democrator.ru/petition/kruglosutochnyj-silnejshij-vizg-skrrezhet-metalla-s).
К недостаткам тормозных шин относится не эффективное использование материала шины. Изнашиваемая часть шины составляет менее 20% от всего объема шины, при выработке изнашиваемого участка тормозной шины не более 30 мм, тормозная шина выбраковываются целиком и заменяются новой.
Известно техническое решение тормозной шиной вагонного замедлителя, состоящее из горячекатаного профиля Г-образной формы из стали, имеющего изнашиваемую часть и подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя выполненную в виде сплошного желоба, для размещения головок шинных болтов, с монтажными отверстиями, контактная поверхность изнашиваемой части образована фрикционными элементами из порошкового композиционного сплава, при этом контактная поверхность изнашиваемой части шины, образованная фрикционными элементами из порошкового композиционного сплава, составляет не более 80% от общей площади контактной поверхности, фрикционные элементы имеют форму тела вращения и закреплены в отверстиях, выполненных в изнашиваемой части шины, фрикционные элементы имеют коэффициент трения в пределах 0,1-0,6. композиционный сплав фрикционных элементов тормозной шины содержит мас. %:
Никель
1.0-3.5
Медь
1.5-10.0
Графит
0.8-5.0
Дисульфид молибдена
1.0-3.0
Оксид алюминия
1.0-5.0
Сульфат бария
1.5-10.5,
размер зерен порошков находится в пределах 0,5-500 мкм, пористость сплава составляет не более 20%. Наличие композиционных вставок позволяет значительно повысить стойкость шины и снизить уровень шума на 10-15 дБА. (Патент на полезную модель №143886, заявка №2014111090 от 25.03.2014, МПК B61K 7/02, «Тормозная шина вагонного замедлителя).
Недостаток данного технического решения заключается в высокой стоимости шины, не технологичности установки композиционных элементов в изнашиваемую часть шины. Используется новая горячекатаная шина полного профиля. Композиционные элементы в отверстия устанавливаются с натягом. Это требует дополнительной механической обработки фрикционных элементов, после спекания и дополнительная чистовая механическая обработка отверстий в шине.
Известна композитная тормозная шина вагонного замедлителя, Г-образного профиля, имеющая изнашиваемую часть и подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя, выполненную в виде желоба, для размещения головок болтов крепления, с монтажными отверстиями, изнашиваемая часть выполнена в виде отдельных фрикционных элементов, при этом, фрикционные элементы установлены в стальные планки с отверстиями для установки композиционных элементов, стальные планки имеют отверстия с резьбой для крепления к тормозной шине, со стороны, обращенной к балке вагонного замедлителя, и со стороны установки стальных планок имеются демпфирующие вибропоглощающие накладки (патентна полезную модель RU №183379 по заявке №2017138916 от 09.11.2017 г. МПК B61K 7/02, «Композитная тормозная шина вагонного замедлителя).
К достоинству данного технического решения относится вторичное использование изношенных шин в качестве основы. Такое решение приводит к снижению стоимости тормозной шины, это достигается за счет того, что композиционные элементы первоначально устанавливаются в планки, затем планки крепятся болтами к тормозной шине. На тормозной шине, которая уже выработала весть объем изнашиваемой части, выполняется две операции, это фрезерование рабочей поверхности в плоскость и сверление отверстий под болты, для крепления планок.
Данная тормозная шина имеет и недостатки. Это низкая надежность крепления фрикционных элементов в стальной планке и крепления самой стальной планки к подошве тормозной шины. В процессе работы при высоких ударных нагрузках, вибрации и высоких значениях усилий на сдвиг стальных планок, возможно ослабление крепления стальной планки к шине с последующим отрывом стальной планки. Композиционные элементы устанавливаются на вибропоглощающий полимерный материал холодного отверждения в отверстия заведомо большего диаметра. При ударных нагрузках полимерный материал разрушается и это приводит к выпадению фрикционного элемента. Это может привести к разрушению всей тормозной шины и повреждению вагонного замедлителя.
Известна тормозная шина вагонного замедлителя ремонтная, Г-образного профиля, имеющая подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя, выполненную в виде желоба для размещения головок болтов крепления, монтажные отверстия и изнашиваемую часть выполненую из стальных планок со сквозными отверстиями с установленными в них композиционными элементами и отверстия для монтажа к подошве тормозной шины, отличающаяся тем, что отверстие в стальной планке для монтажа к подошве тормозной шины выполнено ступенчатым, ступень отверстия меньшего диаметра равна по диаметру и соосна с отверстием в подошве для монтажа стальной планки, в отверстие ступени большего диаметра впрессован композиционный элемент, монтаж стальной планки к подошве проведен горячей клепкой, при этом в подошве со стороны установки планки, дополнительно выполнено глухое отверстие равное по диаметру и соосное с отверстием в стальной планке для установки композиционного элемента, а композиционный элемент впрессован в отверстие стальной планки с заходом в глухое отверстие в подошве. Кроме этого, композиционный элемент выполнен из порошкового материала методом спекания, в состав которого входят, масс. %:
Никель
- 2,0-2,2
Медь
- 2,5-2,6
Графит
- 3,0-5,1
Окись алюминия
- 3,0-3,1
Бария сульфат
- 6,0-8,1
Дисульфид молидена
- 1,7-1,6,
Железо
Остальное,
3
5,0/1226/10
плотность композиционного элемента равна 5,15-5,85 г/см, твердость композиционного элемента равна (55-120) HB, предел прочности композиционного элемента на срез равен не менее 80 МПа, предел прочности композиционного элемента на сжатие равен не менее 230 МПа, отверстия для монтажа стальной планки горячей клепкой с внешней стороны шины и внешней стороны планки имеют фаски, удельное давление запрессовки композиционного элемента составляет 14-15 кН/см, композиционные элементы впрессованы в стальную планку с шагом 43 мм и имеют диаметр 36 мм. (патент на полезную модель RU№186258. по заявке 2018133513 от 21.09. 2018 г., МПК B61K 7/02, «Тормозная шина вагонного замедлителя, ремонтная». Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Крепление стальных планок с впрессованными в них композиционными элементами, к основанию тормозной шины горячей клепкой повышает надежность крепления. Замена болтовых соединений клепкой позволяет исключить возможность ослабления крепления стальной планки к шине с последующим отрывом стальной планки. Однако дополнительное выполненное глухих отверстий в основании шины со стороны установки планки равное по диаметру и соосное с отверстием в стальной планке для установки композиционного элемента с заходом в глухое отверстие в подошве является существенным недостатком. Такая установка композиционного элемента в стальную планку и подошву шины позволяет исключить вероятность среза стальной планки, но снижает вероятность использования подошвы многократно. Трудоемка разборка тормозной шины. Не экономно используется композиционный материал, который остается в отверстии основания шины.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности работы тормозной шины вагонного и улучшение экологической обстановки в районе сортировочных горок.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышение надежности крепления стальных планок с впрессованными в них композиционными элементами, к основанию тормозной шины, повышение износостойкости тормозной шины, снижение затрат на обслуживание сортировочных горок в возможности многократного использования основания тормозной шины.
Указанный технический результат достигается тормозной шиной вагонного замедлителя сборной, Г-образного профиля, имеющей подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя, выполненную в виде желоба для размещения головок болтов крепления, монтажные отверстия, для крепления к балке вагонного замедлителя, площадку с отверстиями для монтажа к подошве тормозной шины изнашиваемой части состоящей из стальных планок, в которых выполнены ступенчатые сквозные отверстия для монтажа к подошве тормозной шины горячей клепкой, меньший диаметр которых служит для монтажа, а больший для впрессовывания в них композиционных элементов, и отверстия служащие для впрессовывания композиционных элементов при этом, площадка с отверстиями для монтажа к подошве тормозной шины со стороны крепления к стальной планке имеет продольный паз, в который входит продольный выступ, выполненный на стальной планке, а отверстия служащие для впрессовывания композиционных элементов в стальной планке, выполнены глухими. Кроме этого, все композиционные элементы, для впрессовывания в отверстия стальной планки, выполнены одного размера, композиционный элемент выполнен из порошкового материала методом спекания, в состав которого входят, масс. %:
Никель
- 1,5-2,5
Медь
- 1,5-3,0
Графит
- 3,0-5,1
Окись алюминия
- 3,0-5,1
Бария сульфат
- 6,0-8,5
Дисульфид молидена
- 1,5-1,8
Железо
Остальное
3
2
5,0/1226/10
Плотность композиционного элемента равна 5,0-6,0 г/см, твердость композиционного элемента равна (50-125) HB, предел прочности композиционного элемента на сжатие равен не менее 200 МПа, отверстия для монтажа стальной планки горячей клепкой с внешней стороны шины и внешней стороны стальной планки имеют фаски, удельное давление запрессовки композиционного элемента составляет 14-15 кН/см, композиционные элементы впрессованы в стальную планку с шагом 43 мм и имеют диаметр 36 мм и высоту 35 мм, подошва и стальная планка имеет полимерное покрытие для снижения уровня шума при контакте тормозной шины с ободом колеса железнодорожного вагона.
Снижение затрат на обслуживание сортировочных горок достигается за счет повышения износостойкости тормозной шины в 3-4 раза.
Снижение шума вагонного замедлителя обусловлено уменьшением свариваемости (схватывания), между трущимися поверхностями тормозной шины и обода колеса железнодорожного вагона за счет наличия на поверхности контакта неметаллических образований, антифрикционных добавок присутствующих в составе материала композиционных элементов, а также наличием имеет полимерного покрытия для снижение уровня шума при контакте тормозной шины с ободом колеса железнодорожного вагона.
Предлагаемое техническое решение позволяет снизить физический износа за счет снижения процессов схватывания в трущейся паре «колесо - тормозная шина», и на 10-15 дБ, понизить уровень шума. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежности и упростить технологию крепления стальных планок с впрессованными в них композиционными элементами, к основанию тормозной шины за счет выполнения площадки для монтажа к подошве тормозной шины с продольным пазом, который входит продольный выступ, выполненный на стальной планке. Это так же, без потери механической прочности, позволяет многократно использовать подошву тормозной шины.
На фиг. 1 показана в плане тормозная шина вагонного замедлителя ремонтная, на фиг. 2 сечение А-А тормозной шины фиг. 1, на фиг. 3 сечение Б-Б тормозной шины фиг. 1.
Тормозная шина вагонного замедлителя сборная, Г-образного профиля, с изнашиваемой частью, имеет подошву 1 для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя, выполненную в виде желоба для размещения головок болтов крепления (на фиг. не показаны), монтажные отверстия (на фиг не показаны), для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя и площадки 2 с отверстиями для монтажа к подошве 1 тормозной шины стальных планок 3. В стальных планках 3 выполнены ступенчатые сквозные отверстия, меньший диаметр отверстия 4.1 служит для монтажа к подошве тормозной шины 1 горячей клепкой, а больший диаметр отверстия 4.2 служит для впрессовывания в них композиционных элементов 5. Кроме этого в стальной планке выполнены ряд глухих отверстий 4.3 служащие для впрессовывания композиционных элементов 5. Площадка 2 с отверстиями для монтажа к подошве тормозной шины со стороны крепления к стальной планке имеет продольный паз 6, в который входит продольный выступ 7, выполненный на стальной планке 3. Отверстия 4.1 для монтажа стальной планки горячей клепкой с внешней стороны шины и внешней стороны стальной планки имеют фаски. Композиционные элементы 5, для впрессовывания в отверстия 4.2 и 4.3 стальной планки 3, выполнены одного размера. Композиционный элемент 5 выполнен из порошкового материала методом спекания, в состав которого входят, масс. %:
Никель
- 1,5-2,5
Медь
- 1,5-3,0
Графит
- 3,0-5,1
Окись алюминия
- 3,0-5,1
Бария сульфат
- 6,0-8,5
Дисульфид молидена
- 1,5-1,8
Железо
Остальное
5,0/1226/10
Композиционные элементы 5 имеет плотность 5,0-6,0 г/см, твердость (50-125) НВ, предел прочности на сжатие не менее 200 МПа. Удельное давление запрессовки композиционного элемента 5 составляет 14-15 кН/см. Композиционные элементы 5 впрессованы в стальную планку 3 с шагом 43 мм и имеют диаметр 36 мм и высоту 35 мм, подошва 1 и стальная планка 3 имеет полимерное покрытие для снижение уровня шума при контакте тормозной шины с ободом колеса железнодорожного вагона.
Разработана техническая документация изготовлена опытная партия тормозных шин для испытания в условия сортировочных горок.