Тормозная накладка для дискового тормоза рельсовых транспортных средств
BRAKE LINING FOR DISC BRAKE OF RAIL VEHICLES

Настоящее изобретение относится к тормозным накладкам для дискового тормоза, который используется в рельсовых транспортных средствах, особенно при высокоскоростном движении.
Применение тормозных накладок для дискового тормоза с целью уменьшения скорости рельсовых транспортных средств хорошо известно. Используемые в настоящее время тормозные накладки для дискового тормоза, как правило, имеют большое количество фрикционных сегментов, расположенных рядом друг с другом и соединенных каждый по отдельности с металлической основой для крепления фрикционных сегментов. Крепление может быть выполнено с помощью заклепок, сварки, контргайки или стопора для болта. Указанная выше сварка приводит к излишнему теплообразованию, что ведет к нежелательной закалке свариваемых материалов. При закалке, как правило, снижается пластичность материалов, что при нагрузках приводит к повышенному образованию трещин в используемых материалах. Таким образом, в конечном итоге это влияет на надежность процесса торможения. Другие типы креплений при высоких нагрузках демонстрируют функциональные недостатки. Когда тормозная сила, передаваемая тормозной накладкой, воздействует на тормозной диск, соединение фрикционного сегмента и металлической основы для крепления фрикционных сегментов подвергается воздействию различных сил, в частности, в поперечном направлении, а также сил, возникающих в результате вибрационных нагрузок. Чем выше скорость, тем выше нагрузка на это соединение.
При простом соединении фрикционного сегмента с металлической основой для крепления фрикционных сегментов, как представлено, например, в документе CN 106 763 330 A, штифт, расположенный на фрикционном сегменте, проталкивается через металлическую основу для крепления фрикционных сегментов и фиксируется с помощью пружинного кольца. Однако при более высоких нагрузках, например, при больших скоростях, нагрузка на это соединение увеличивается, так что при прижимании к тормозному диску возникает вероятность повреждения этого соединения, а также неравномерного распределения усилия по поверхности трения. Впоследствии из-за этого могут возникать локальные точки перегрева, которые в конце концов приводят к повышенному износу тормозного диска. Аналогичная конструкция представлена в документах DE 102 58 750 B4 и EP 2 730 798 B1.
Кроме того, в документе EP 0 784 761 B1 представлен такой вариант, когда фрикционные сегменты крепятся к металлическим основам фрикционных сегментов с помощью нескольких соединительных элементов, которые воспринимают усилия с помощью пружин, причем металлическая основа фрикционного сегмента, в свою очередь, имеет подпружиненное соединение с металлической основой для крепления фрикционных сегментов. Увеличение затрат на материалы и усложнение технического обслуживания дает лишь очень незначительное улучшение передачи усилий, и это является недостатком конструкции.
Документ DE 10 2015 109 034 A1 знакомит нас с конструкцией, в которой фрикционные сегменты крепятся в тормозных накладках не жестко и применяются не менее двух (в идеале — от двух до двадцати) пружинных элементов между фрикционными сегментами и металлической основой для крепления фрикционных сегментов. Такая компоновка призвана обеспечить передачу поперечных сил, возникающих при торможении и ударах, от фрикционных сегментов на металлическую основу для крепления фрикционных сегментов.
И, наконец, следует упомянуть документ DE 10 2014 113 058 A1, известный заявителю как более продвинутый уровень технического развития. Согласно данному документу, крепеж соединяется со втулкой, установленной в отверстии в металлической основе для крепления фрикционных сегментов, и (или) крепится посредством упругих стопоров для осевой фиксации крепежа внутри отверстия. Крепежом может являться винт, который вкручивается сверху через основание фрикционного сегмента во фланец, расположенный в отверстии в металлической основе для крепления фрикционных сегментов. Предпочтительным средством упругой фиксации может быть стопорное кольцо, которое при вдавливании крепежа во втулку заходит в паз, имеющийся на крепеже. Крепление фрикционного сегмента крепежом, вставляемым через фрикционный сегмент с верхней стороны, уменьшает поверхность трения. Гибкие детали тормозных накладок для дискового тормоза имеют, в частности, тот недостаток, что, несмотря на использование жаропрочных легированных сталей, их термическая стабильность ограничена. При температурах около 800-1050°C в процессе торможения нельзя принципиально исключить изменения формы таких гибких компонентов и связанных с этих проблем безопасности. Указанное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога.
В основе изобретения лежит задача создания тормозной накладки для дискового тормоза, которая обеспечивает безопасное и быстрое торможение даже при высоких скоростях и больших нагрузках за счет использования сегментов трения максимально возможной площади с минимальным износом.
Техническим результатом является:
- повышение надежности крепления фрикционных элементов;
- увеличение срока службы тормозной накладки дискового тормоза, в том числе при движении рельсовых транспортных средств с большой скоростью;
- повышение устойчивости тормозной накладки к высоким температурам;
- увеличение тормозной силы, что позволяет при использовании заявляемого изобретения повысить допустимую скорость движения рельсового транспортного средства.
Задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения, а в дополнительных пунктах описаны варианты изобретения.
Тормозные накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств, согласно современному уровню техники, представляют собой металлическую основу для крепления фрикционных сегментов и как минимум один фрикционный сегмент, расположенный на этой металлической основе, имеющий контровочный элемент (с отверстием в стержне), крепящий фрикционный сегмент, вставляемый в отверстие в металлической основе для крепления фрикционных сегментов. Фрикционный сегмент защищен от выпадения с помощью фиксирующего элемента для контровочного элемента, который располагается под металлической основой для крепления фрикционных сегментов и вставляется в контровочный элемент. Каждый фрикционный сегмент имеет связанную с ним тарельчатую пружину, которая располагается кольцом вокруг отверстия в металлической основе для крепления фрикционных сегментов и отжимает фрикционный сегмент от металлической основы. Каждый фрикционный сегмент прижимается верхней поверхностью к тормозному диску.
Тормозная накладка для дискового тормоза рельсовых транспортных средств, описываемая в данном изобретении, характеризуется тем, что фрикционный сегмент имеет металлическую основу, которая покрыта по всей своей поверхности фрикционными материалами и на нижней стороне которой расположен контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент. С нижней стороны металлической основы для крепления фрикционных сегментов на контровочный элемент ставится фиксатор для этого контровочного элемента. Для увеличения надежности фиксации контровочного элемента, конструкция фиксатора имеет венец, горловину и обод. Негибкий фиксирующий элемент для контровочного элемента вставляется в контровочный элемент и в фиксатор контровочного элемента, в отверстие горловины между венцом и ободом.
При жестком расположении контровочного элемента на нижней стороне металлической основы фрикционного сегмента, есть возможность увеличения количества фрикционного материала на верхней стороне, что позволяет увеличить срок службы фрикционных сегментов. Поверхность трения каждого фрикционного сегмента увеличена, поскольку сверху через металлическую основу фрикционного сегмента не требуется выводить никаких крепежных деталей. Увеличенное количество материала также означает, что температуры, возникающие в процессе торможения, уже не оказывают такого сильного воздействия на детали тормозной накладки для дискового тормоза, расположенные на большом расстоянии от тормозного диска. Это снижает износ и повышает надежность торможения даже на высоких скоростях и (или) при больших нагрузках. Использование негибкого фиксирующего элемента для контровочного элемента также позволяет увеличить устойчивость тормозной накладки к высоким температурам, так как в соответствии с изобретением негибкий фиксирующий элемент для контровочного элемента может быть изготовлен более устойчивым к воздействию температуры.
Особый вариант тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств предусматривает в фиксаторе контровочного элемента (100) внутреннюю резьбу, соответствующую внешней резьбе контровочного элемента (35), устанавливаемого в металлическую основу фрикционного сегмента. Так как движение рельсовых транспортных средств сопряжено с сильной тряской и вибрацией, в дополнение к фиксирующему элементу для контровочного элемента используется резьбовое крепление. Нежелательное откручивание фиксатора контровочного элемента предотвращается фиксирующим элементом для контровочного элемента, который продевается сквозь контровочный элемент и фиксатор контровочного элемента. Дополнительная фиксация позволяет увеличить нагрузку, прикладываемую к тормозной накладке для дискового тормоза.
Согласно следующему варианту тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств венец фиксатора контровочного элемента имеет больший диаметр, чем отверстие в металлической основе для крепления фрикционных сегментов. Благодаря этому при установке контровочного элемента, в частности, при предварительной затяжке тарельчатой пружины, расположенной между металлической основой для крепления фрикционных сегментов и фрикционным сегментом, возможна оптимальная передача усилий на металлическую основу для крепления фрикционных сегментов. В соответствующем варианте исполнения металлической основы для крепления фрикционных сегментов возможно также точное позиционирование фрикционного сегмента на металлической основе, что облегчает монтаж.
Согласно следующему варианту тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств обод фиксатора имеет меньший диаметр, чем венец. Благодаря этому легче насадить и вставить фиксатор при установке фрикционного элемента на металлическую основу.
Далее, в одном из вариантов тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств предусмотрена возможность того, что фиксирующий элемент для контровочного элемента имеет одинарный штифтовой стопор, первый перегиб на одинарном шрифтовом стопоре и свободный второй перегиб, причем первый и второй перегибы выполнены таким образом, что каждый из них имеет минимум два элемента, прилегающих по касательной к горловине фиксатора, первый и второй перегибы соединяются между собой кольцом. Такой фиксирующий элемент для контровочного элемента в этом варианте очень легко устанавливается, однако в достаточной степени надежно крепит фрикционный сегмент к металлической основе.
Далее, в следующем варианте тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств предусмотрена возможность того, что фиксирующий элемент для контровочного элемента имеет двойной штифтовой стопор, первый перегиб на одном штифте стопора и второй перегиб на втором штифте стопора, причем первый и второй перегибы выполнены таким образом, что каждый из них имеет минимум два элемента, прилегающих по касательной к горловине фиксатора, первый и второй перегибы соединяются между собой кольцом. Применение второго фиксирующего штифта, который вместе с первым штифтом служит для фиксации контровочного элемента и насаженного либо навинченного на него фиксатора, увеличивает срок службы тормозной накладки для дискового тормоза, при торможении рельсовых транспортных средств, в том числе при движении с большой скоростью, и повышает устойчивость к высоким температурам.
Согласно данному варианту тормозной накладки для рельсовых транспортных средств, представленному в изобретении, каждый из фрикционных сегментов имеет металлическую основу формы, близкой к треугольной, причем на одной из сторон этого треугольника предусмотрено расширение площади фрикционного сегмента, на которую действует сила трения. Увеличение силы трения, достигаемое расширением поверхности фрикционного сегмента, требует соответствующего крепления к металлической основе для крепления фрикционных сегментов, как описано в изобретении, но повышает допустимую скорость движения рельсового транспортного средства, поскольку в этом случае можно увеличить тормозную силу.
Согласно следующему варианту исполнения тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств, фрикционный сегмент имеет металлическую основу, на которую наносится шероховатый слой, на него - звукопоглотитель, на него - основной фрикционный материал, а вокруг них - прочный фрикционный материал, который окружает по внешнему краю шероховатый слой, звукопоглотитель и основной фрикционный материал. Для шероховатого слоя лучше всего использовать спеченный материал, в идеале высокотемпературный. Допускается также использование высокотемпературной связующей системы. Торможение всегда сопровождается нежелательным шумом. Такие звуки торможения особенно нежелательны при пассажирском движении, в частности, на вокзалах, а в некоторых случаях и на свободных участках пути вблизи жилой застройки. Чтобы поглотить эти звуки либо перевести их в частоты, не воспринимаемые человеческим ухом, фрикционный сегмент имеет в своем составе минеральный звукопоглотитель. Он служит для уменьшения шума собственно в процессе торможения, в особенности при холодном торможении. Кроме того, оптимально используется область фрикционных сегментов, противоположная верхней поверхности фрикционного сегмента, что позволяет оптимизировать высоту накладки, не уменьшая общее количество фрикционных материалов. Толщина встроенного слоя звукопоглотителя может свободно варьироваться в зависимости от потребности и применения.
Далее, вариант тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств предусматривает, кроме прочего, колпачок-ограничитель износа, устанавливаемый на металлическую основу фрикционного сегмента. Как правило, тормозные накладки для дискового тормоза или колодки из спеченного материала имеют маркировку, нанесенную снаружи на сам материал и указывающую на степень износа. Толщина собственно фрикционного материала в фрикционных сегментах современных тормозных накладок для дискового тормоза стала значительно меньше. При этом около 2-5 мм материала над металлической основой фрикционных сегментов не используется в качестве тормозной накладки, эту толщину можно описать как «мертвую массу», которая имеет значение только для достижения необходимых габаритов накладки. Благодаря встроенному слою звукопоглотителя всё количество фрикционного сегмента используется максимально. Для того чтобы исключить использование тормозной накладки после того, как она износилась до уровня слоя звукопоглотителя, на верхнюю сторону металлической основы фрикционного сегмента устанавливается колпачок-ограничитель износа, который показывает минимальную высоту фрикционного материала, допустимую к использованию. Толщина слоя звукопоглотителя может варьироваться в зависимости от применения. Минимальная высота звукопоглотителя начинается от 0,2 мм и может достигать максимального значения 16 мм.
Наконец, вариант тормозной накладки для дискового тормоза рельсовых транспортных средств предусматривает, кроме прочего, что в конструкцию фиксатора контровочного элемента входит монтажное отверстие: первое или второе. Монтажное отверстие служит для облегчения навинчивания фиксатора для контровочного элемента на этот элемент против направления действия тарельчатой пружины. Монтажное отверстие может быть выполнено, например, на основе известного принципа ключа для заворачивания пробок.
Сущность заявленного изобретения поясняется на чертежах, где
на фиг. 1 изображена тормозная накладка для дискового тормоза, проекция под углом;
на фиг. 2 - тормозная накладка для дискового тормоза, первая боковая проекция;
на фиг. 3 - тормозная накладка для дискового тормоза, вторая боковая проекция;
на фиг. 4 - два фрикционных сегмента в сечении;
на фиг. 5 - детальный рисунок фиг. 4;
на фиг. 6 - фрикционный сегмент, проекция сверху;
на фиг. 7 - фрикционный сегмент с помеченным расширением поверхности фрикционного сегмента;
на фиг. 8 - схема фрикционных материалов;
на фиг. 9 - фрикционный сегмент в сечении;
на фиг. 10 - металлическая основа фрикционного сегмента, вид снизу, проекция под углом;
на фиг. 11 - металлическая основа фрикционного сегмента, вид сверху, проекция под углом;
на фиг. 12 - фиксатор контровочного элемента, вид сверху, проекция под углом;
на фиг. 13 - фиксатор контровочного элемента, вид снизу, проекция под углом;
на фиг. 14 - фиксатор контровочного элемента в разрезе;
на фиг. 15 - одинарный штифтовой стопор в двух изображениях;
на фиг. 16 - двойной штифтовой стопор в двух изображениях.
Список условных обозначений на фигурах чертежей:
1 - Тормозная накладка для дискового тормоза
2 - Металлическая основа для крепления фрикционных сегментов
3 - Фрикционный сегмент
21 - Направляющая
22 - Выемка в направляющей
23 - Тарельчатая пружина
24 - Отверстие в металлической основе для крепления фрикционных сегментов
25 - Верхняя поверхность фрикционного сегмента
31 - Прочный фрикционный материал
32 - Металлическая основа фрикционного сегмента
33 - Звукопоглотитель
34 - Основной фрикционный материал
35 - Контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент
36 - Колпачок-ограничитель износа
37 - Шероховатый слой
38 - Расширение поверхности фрикционного сегмента
39 - Стопорное отверстие
100 - Фиксатор контровочного элемента
101 - Венец фиксатора контровочного элемента
102 - Горловина фиксатора контровочного элемента
103 - Обод фиксатора контровочного элемента
104 - Отверстие фиксатора контровочного элемента
105 - Первое монтажное отверстие
106 - Отверстие для контровочного элемента
107 - Второе монтажное отверстие
200 - Фиксирующий элемент для контровочного элемента
201 - Одинарный штифтовой стопор
202 - Первый перегиб
203 - Второй перегиб
204 - Кольцо
205 - Двойной штифтовой стопор.
На фиг. 1 показана тормозная накладка для дискового тормоза 1 в проекции под углом. На металлической основе для крепления фрикционных сегментов 2 устанавливаются несколько фрикционных сегментов 3, один рядом с другим. Фрикционные сегменты имеют форму, сходную с треугольной. Они устанавливаются по отдельности, и для улучшения компенсации поперечных сил их внешние стороны выстраиваются более или менее близко друг к другу.
На первой боковой стороне тормозной накладки для дискового тормоза 1 (фиг. 2), частично показанной в сечении, на металлической основе для крепления фрикционных сегментов 2 расположено множество фрикционных сегментов 3. Каждый фрикционный сегмент 3 имеет металлическую основу фрикционного сегмента 32, нанесенный на него слой звукопоглотителя 33, нанесенный на звукопоглотитель слой основного фрикционного материала 34, затем слой прочного фрикционного материала 31, окружающий звукопоглотитель 33 и основной фрикционный материал 34. Металлическая основа фрикционного сегмента имеет контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент 35, на который можно навинтить фиксатор 100. Чтобы контровочный элемент 35 вместе с фиксатором 100 не раскручивались, сквозь обе эти детали продевается фиксирующий элемент для контровочного элемента 200. Фрикционный сегмент 3 отжимается тарельчатой пружиной 23 в направлении от металлической основы для крепления фрикционных сегментов 2 для улучшения восприятия поперечных усилий. На металлической основе для крепления фрикционных сегментов 2 в направляющей 21 имеются выемки 22, которые позволяют удобнее работать с фиксатором контровочного элемента с помощью инструмента, например, при замене фрикционного сегмента.
Вид на фиг. 3 в основных чертах соответствует фиг. 2, с тем лишь отличием, что здесь, кроме описанных элементов, присутствует колпачок-ограничитель износа 36, который верхней своей стороной, обращенной к дисковому тормозу, показывает область максимального использования фрикционного элемента.
На фиг. 4 и 5 более подробно показана уже изображенная на фиг. 3 конструкция примерного исполнения тормозной накладки для дискового тормоза 1 согласно данному изобретению. Металлическая основа для крепления фрикционных сегментов 2 служит для установки на нее нескольких фрикционных элементов 3. Между фрикционными элементами 3 и металлической основой для крепления фрикционных сегментов 2 располагаются тарельчатые пружины 23. На фрикционном сегменте 3 на нижней стороне металлической основы фрикционного сегмента 32 имеется контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент, 35 с нарезанной внешней резьбой. На эту внешнюю резьбу навинчивается фиксатор контровочного элемента 100. Контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент, 35 и фиксатор 100 защищены от раскручивания фиксирующим элементом для контровочного элемента 200. На металлической основе фрикционного сегмента 32 имеется колпачок-ограничитель износа, вокруг которого нанесен шероховатый слой 37. На шероховатый слой 37 нанесен звукопоглотитель 33, покрытый, в свою очередь, основным фрикционным материалом 34. Основной фрикционный материал 34 и звукопоглотитель 33 окружены прочным фрикционным материалом 31, нанесенным на внешний край металлической основы фрикционного сегмента 32.
На фиг. 6 и 7 показан фрикционный сегмент 3 с основным фрикционным материалом 34 и прочным фрикционным материалом 31, причем на фиг. 7 штриховкой обозначено расширение поверхности фрикционного сегмента 38, благодаря которому площадь фрикционного сегмента 3, в основном имеющего треугольную форму, становится больше. Расширение поверхности фрикционного сегмента 38 служит для увеличения тормозной силы.
Фиг. 8 и 9 также следует рассматривать вместе. Прочный фрикционный материал 31 окружает основной фрикционный материал 34, который, как правило, менее прочный, и звукопоглотитель 33. В звукопоглотитель 33 погружен колпачок-ограничитель износа 36, показывающий степень максимального износа отдельных фрикционных сегментов. Звукопоглотитель 33 нанесен на шероховатый слой 37, который наносится на металлическую основу фрикционного сегмента 32. В металлической основе фрикционного сегмента 32, посередине на нижней стороне, имеется контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент, 35.
На фиг. 10 и 11 представлена металлическая основа фрикционного сегмента 32, в проекции под углом, вид снизу, и в проекции под углом, вид сверху. На фиг. 10 показан контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент, 35 располагающийся посередине на нижней стороне металлической основы фрикционного сегмента 32, имеющего форму, близкую к треугольной. У контровочного элемента имеется стопорное отверстие 39, через которое вставляется фиксирующий элемент для контровочного элемента 200, после того как фрикционный сегмент будет смонтирован на металлическую основу для крепления фрикционных сегментов.
На фиг. 12 показан в фиксатор контровочного элемента 100 в проекции под углом сверху. При монтаже фиксатора 100 венец 101 заходит в металлическую основу для крепления фрикционных сегментов 2 и закрепляется, поджимая тарельчатую пружину 23, выступающую как поверхность, воспринимающую усилие. Горловина 102 служит направляющей для контровочного элемента 35, который вставляется сверху. В первое монтажное отверстие 105 можно установить инструмент, с помощью которого возможно провернуть фиксатор 100 относительно контровочного элемента 35.
На фиг. 13 показан фиксатор контровочного элемента 100 в проекции под углом снизу. В горловине 102 имеются отверстия 104, через которые можно вставить фиксирующий элемент для контровочного элемента 200. Отверстия 104 располагаются на уровне, ограниченном с одной стороны ободом 103, а с другой – венцом 101. Кроме первого монтажного отверстия 105 в венце 101, имеется еще и второе монтажное отверстие 107 в ободе 103. Контровочный элемент, который крепит металлическую основу фрикционного сегмента, вставляется через отверстие для контровочного элемента 106.
На фиг. 14 фиксатор 100 изображен в разрезе, где показаны венец 101, выступающий из горловины 102 сверху, и обод 103, расположенный на нижнем конце. Между ними располагаются отверстия фиксатора контровочного элемента 104 горловины 102. Первое монтажное отверстие 105 служит для установки инструмента.
На фиг. 15а показан фиксирующий элемент для контровочного элемента 200, вставленный в контровочный элемент, крепящий фрикционный сегмент, 35 и имеющий одинарный штифтовой стопор 201. Этот штифтовой стопор проходит через стопорное отверстие 104 фиксатора 100 и соответствующее ему стопорное отверстие 39 (фиг.11) в контровочном элементе 35. Одинарный штифтовой стопор 201 имеет первый перегиб 202, переходящий в кольцо 204. Кольцо, в свою очередь, переходит во второй перегиб 203. Первый и второй перегибы (202 и 203) при этом попадают между венцом 101 и ободом 103 и заходят в фиксатор 100. На фиг. 15б показан первый вариант фиксирующего элемента для контровочного элемента 200 до его установки на место.
Второй вариант фиксирующего элемента 200 показан на фиг. 16a и 16б. В этом случае предусматривается двойной штифтовой стопор 205, у которого два отдельных, но расположенных рядом штифта соединяются соответственно с первым перегибом 202 и вторым перегибом 203.  Оба перегиба соединяются друг с другом с помощью кольца 204.