ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА С УСИЛЕННОЙ БОКОВИНОЙ
BRAKING CLAMP WITH REINFORCED SIDE MEMBER

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящая заявка относится к области композитных тормозных колодок.
ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Железнодорожные вагоны установлены и катятся на стальных колесах. Обода на наружной периферии колес катятся по стальным рельсам. К тормозным устройствам железнодорожных вагонов относятся тормозные колодки, которые входят во фрикционное взаимодействие с ободами колес. Тормозные колодки опираются на тормозные головки, которые, в свою очередь, опираются на тормозную рычажную передачу, состоящую из системы рычагов и пневматического цилиндра. Тормозные колодки состоят из различных материалов, которые выбирают в зависимости от их фрикционных характеристик и влияния на срок износа ободов колес. Многие тормозные колодки представлены сочетанием материалов, обладающих различными характеристиками. В типичных композитных тормозных колодках материалы с различающимися фрикционными характеристиками прижимаются к ободу колеса во время торможения. Этого можно достичь путем помещения вставок из различных материалов во фрикционную поверхность колодки, состоящую из основного, образующую тормозную колодку, материала.
Стандартные железнодорожные тормозные колодки в Северной Америке производят с металлическими опорными пластинами, предназначенными для поддержки фрикционного материала и для присоединения и удерживания тормозных колодок с тормозными головками. Во всем мире тормозные колодки производят без металлических опорных пластин, и они обычно включают в себя скелетную проволочную раму. Один из видов железнодорожной тормозной колодки включает также в себя металлическую вставку, прочно прикрепленную посредством сварки к металлической опорной пластине до формования, например, путем отливания, тормозной колодки на опорной пластине. См. патент США №6241058, озаглавленный «Brake Shoe with Insert Bonded to Backing Plate» (Тормозная колодка со вставкой, скрепленной с опорной пластиной). В последнее время были представлены металлические вставки, вставленные в тормозные колодки без металлических опор, как описано в заявке РСТ/US2007/069854, озаглавленной «Railway Brake Shoe» (Железнодорожная тормозная колодка).
Фрикционный материал тормозной колодки часто содержит смесь абразивных материалов, органических и неорганических наполнителей и смол. Металлическая вставка может быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить благоприятное воздействие на поверхность качения колеса.
Армированные волокном упругие опорные слои между фрикционным материалом и металлическими опорными пластинами предложены для ослабления шума. См. патент США №4371631, озаглавленный «Backing Plate Composition for Brake Shoes» (Состав тормозной пластины для тормозных колодок).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению преимущество заключается в применении конструкционного усиления боковых слоев тормозной колодки с целью уменьшить образование и распространение трещин.
Тормозные колодки имеют фрикционную поверхность, которая во время торможения поддерживает выпуклую поверхность качения железнодорожного колеса. Поверхность качения колеса является поверхностью вращения, которая может быть выпукло-конической поверхностью или комбинацией выпукло-конической и цилиндрической поверхностей или других поверхностей вращения. Поверхность тормозной колодки представлена вогнутой поверхностью вращения, которая сопрягается с частью выпуклой поверхности колеса. Эти поверхности вращения очерчиваются образующей (необязательно прямой линией), вращающейся вокруг оси, ограниченной осью колеса. Таким образом, фрикционная поверхность тормозной колодки имеет в общем аксиальную и круговую протяженность, а тормозная колодка обладает радиальной толщиной по направлению от фрикционной поверхности. Признаки тормозных колодок, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения, будут описаны здесь со ссылкой в целом на аксиальное, круговое и радиальное направления.
Вкратце, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается тормозная колодка с металлической основой или без нее. Тормозная колодка ограничена фрикционной поверхностью для поддержки ободов колес и радиально противоположной задней поверхностью, размещаемой в контакте и прикрепляемой к тормозной головке и двум боковым поверхностям, проходящим между фрикционной поверхностью и задней поверхностью. Тормозная колодка имеет металлическую вставку, состоящую из двух разделенных промежутком тел с лицевыми поверхностями, лежащими на фрикционной поверхности тормозной колодки. Разделенные промежутком тела отходят радиально от фрикционной поверхности и по направлению к задней поверхности тормозной колодки. Тормозная колодка состоит из формованного фрикционного материала, состоящего из смеси абразивных материалов, наполнителей и смолы. Вдоль, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной боковой поверхности, прилегающей к разделенным промежутком телам металлической вставки имеется слой армированного волокном материала. Армированным волокном материалом может быть формованный фрикционный материал, армированный волокнами.
Согласно настоящему изобретению боковины тормозной колодки упрочняют с целью уменьшения количества трещин, вызванных термическими или механическими напряжениями во время торможения, путем добавления волокна/композитного материала к боковинам тормозных колодок в процессе формовки. Во время процесса формовки тепло и давление вызывает формовку волокна/композитного материала как единого целого и его приставание к фрикционному материалу, образующему основную массу тормозной колодки, с которым он совместим.
При использовании в тормозных колодках, имеющих металлические вставки и будучи расположенными рядом с металлическими вставками, армированные слои по боковым поверхностям оказываются особенно эффективными для предотвращения образования и распространения трещин между формованным фрикционным материалом и металлическими вставками.
Предпочтительно волокнистый материал может содержать тканый или простроченный материал или стекловолокно, арамидные волокна, хлопковое волокно и т.д., пропитанные фенольной или иной смолой. Состав армированных слоев должен быть выбран таким образом, чтобы армированные слои изнашивались по существу с той же скоростью, что и массовый фрикционный состав.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие признаки и иные цели и преимущества станут очевидными из следующего детального описания предпочтительных вариантов реализации, сделанного со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг.1, 2 и 3 показаны задний, боковой и фрикционный передний виды тормозной колодки с металлической вставкой;
на фиг.4 показан общий вид тормозной колодки с неполным боковым армированным слоем; и
на фиг.5 показан общий вид тормозной колодки с полным боковым армирующим слоем.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Назначение композиционной железнодорожной тормозной колодки заключается в создании тормозного усилия в форме трения, создающего тормозящее усилие на поверхностях качения колес железнодорожного вагона. Как показано на фиг.1-5, тормозная колодка представлена структурой, состоящей обычно из дугообразного блока, снабженного одной фрикционной поверхностью 12, прилегающей к окружности колеса, и радиально отделенной от нее задней поверхностью 14, которая должна устанавливаться на опорном элементе тормозной системы, который прикладывает усилие к тормозной колодке во время торможения. Между фрикционной поверхностью 12 и задней поверхностью 14 располагаются боковые поверхности 16. Тормозная колодка может включать в себя металлическую опорную пластину, помещенную на задней поверхности или встроенную в нее с целью прикрепления к опорному элементу тормозной системы. Тормозная колодка может включать в себя металлические вставки 10 и 11, которые выступают сквозь слой композиционного материала для улучшения износостойкости или требуемого состояния поверхности колеса и/или для улучшения сцепления при качении между колесом вагона и рельсами.
Благодаря нескольким факторам в различных определенных местах структуры тормозной колодки развиваются напряжения, которые могут вызвать растрескивание или поломку структуры тормозной колодки в процессе использования. К этим факторам могут относиться следующие: а) криволинейная форма тормозной колодки; b) неоднородности между композитом и металлической вставкой или металлической опорной пластиной; с) большие нормальные силы прижатия и тангенциальные силы, возникающие во время торможения; d) циклическое вибрирование и ударные нагрузки по время оттормаживания; е) неравномерное сопряжение фрикционной поверхности тормозной колодки и колеса; и f) неоднородное распределение усилий в связи с неравномерным сопряжением между задней поверхностью тормозной колодки и опорным элементом тормозной системы.
Трещины в спинке тормозной колодки, которые развиваются из-за различных видов напряжений, могут быть сферическими или они могут создавать различные проблемы техники безопасности, которые могут послужить причиной поломки и потери функциональных возможностей.
Преимуществом настоящего изобретения является снижение вероятности поломки и потери функциональных возможностей путем армирования бокового поверхностного слоя структуры тормозной колодки.
В одном варианте реализации согласно настоящему изобретению боковые армированные слои подготавливаются до формовки тормозной колодки. Армированные слои состоят из упругого композитного материала, который заключает в себе один или несколько слоев армирующего волокна и совместим с массовым составом тормозного материала тормозной колодки. Армированные слои выполнены как одно целое с блоком тормоза за счет размещения армирующих слоев в пресс-форме перед формовкой блока тормоза. Согласно другому варианту реализации листы волокнистого материала, пропитанного смолой, могут быть скреплены с боковой поверхностью тормозной колодки или в процессе формовки тормозной колодки, или после него.
После описания данного изобретения в подробностях и в особенности в соответствии с требованиями патентного законодательства в следующей ниже формуле изобретения излагаются положения, которые нуждаются в защите в виде патента на изобретение.