ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например, колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов метрополитена и т.д.
Из уровня техники известны серийно изготавливаемые в настоящее время чугунные тормозные колодки, например, изготавливаемые по ГОСТ 1205-73 «Колодки чугунные тормозные для вагонов и тендеров железных дорог. Конструкция и основные размеры» и композиционные тормозные колодки для железнодорожных вагонов. Композиционные тормозные колодки для железнодорожных вагонов изготавливаются двух видов:
- с металлическим каркасом из стальной полосы с П-образным выступом и с приваренной к ней усилительной пластиной;
- с сетчато-проволочным каркасом (см. Б.А.Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. М., Химия 1982 г., стр.8-14; 67-76).
Тормозные композиционные колодки по сравнению с чугунными получили значительно более широкое применение, так как они имеют меньший вес, стоимость, более высокий коэффициент трения, меньшее усилие нажатия, более высокую износостойкость и, как следствие, в несколько раз более высокий срок службы, а также обеспечивают бесшумное и плавное торможение поезда.
Однако, при эксплуатации тормозных композиционных колодок могут возникать отдельные дефекты, в том числе снижение тормозной эффективности колодок, обычно в осенне-весенний период при попадании снега или льда в зону трения.
Из уровня техники известны композиционные тормозные колодки, содержащие одну или несколько твердых вставок и предназначенные для снижения вышеуказанных недостатков композиционных тормозных колодок. Известна колодка тормозная по авторскому свидетельству СССР №159186 (20f,l, МПК B61h, 07.12.1963).
Колодка тормозная предназначена преимущественно для железнодорожного подвижного состава, с твердыми вставками на фрикционной части, отличающаяся тем, что с целью увеличения эффективности взаимодействия колодки с ободом колеса, пара твердых вставок, симметрично расположенных относительно горизонтальной оси колодки, перекрывает ее функциональную часть по всей ширине. Вставки удерживаются за счет адгезии и трения, возникающих между ними и фрикционным материалом колодки и позволяют улучшить стабильность эффективности торможения.
Существенные признаки аналога «твердые вставки» и «фрикционная часть» являются общими в существенными признаками заявляемой колодки.
Конструкция указанных колодок не обеспечивает требуемой надежности при эксплуатации, так как при длительных и экстренных торможениях, происходит интенсивная передача тепла из зоны трения на поверхность вставок, особенно, если вставки имеют более высокую теплопроводность. Вблизи вставки происходит выгорание и расплавление органических материалов, входящих в состав композиционной колодки, включая связующее, в связи с чем, крепление вставок ослабевает и они перестают выполнять свое назначение и могут выпасть из колодки.
Недостатком аналога является также возможность опережающего износа композиционного фрикционного элемента в процессе эксплуатации, если вставки имеют более высокую износостойкость, в результате чего могут резко измениться характеристики фрикционного контакта колодки с колесом, коэффициент взаимного перекрытия, коэффициент трения, а следовательно,, эффективность торможения.
Аналогом заявляемой полезной модели является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая фрикционный элемент, металлический каркас и твердые вставки (патент РФ на полезную модель №67045, МПК B61H 7/02, F16D 69/02, 10.10.2007).
Существенные признаки аналога «композиционный фрикционный элемент», «металлический каркас» и «твердые вставки» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Аналог имеет достаточную прочную конструкцию, так как вставки соединены с металлическим каркасом с помощью, например, сварки.
Недостатком аналога является возможность опережающего износа композиционного фрикционного элемента в процессе эксплуатации, в результате чего могут резко измениться характеристики фрикционного контакта колодки с колесом и коэффициент взаимного перекрытия. Возможен также перегрев твердой вставки и разрушение части фрикционного элемента вблизи вставок, что ухудшает эксплуатационные характеристики транспортного средства вплоть до возникновения аварийной ситуации.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас, одно- или двухслойный композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок, выполненных из материала с меньшей износостойкостью и меньшим коэффициентом трения, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки (патент РФ на полезную модель №83817, МПК F16D 65/04, B61H 7/04, 20.06.2009).
Существенные признаки наиболее близкого аналога «металлический каркас», «одно- или двухслойный композиционный фрикционный элемент», «вставка или несколько вставок, выполненных из материала с меньшей износостойкостью» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком наиболее близкого аналога является снижение фрикционных характеристик колодки из-за наличия вставки или вставок, имеющих меньший коэффициент трения и одинаковую термостойкость по сравнению с материалом фрикционного элемента. По причине более высокой твердости и абразивности композиционного материала вставки на ее рабочей поверхности при торможении возникает более высокая температура, чем на рабочей поверхности основного композиционного материала колодки, что приводит к более быстрому разрушению материала вставки при использовании в обеих композиционных материалах однако и того же связующего, например каучукового. При повышении температуры колодки, например, в результате аварийного торможения, может увеличиться тормозной путь и снизиться безопасность транспортного средства.
Задача заявляемой полезной модели - обеспечение оптимальных фрикционных характеристик тормозной колодки.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик колодки.
Для достижения указанного технического результата в тормозной колодке, содержащей металлический каркас, композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок, вставка или вставки выполнены из материала с меньшей износостойкостью, но с большим коэффициентом трения, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки. Кроме того, вставка или вставки выполнены из композиционного фрикционного материала с большей термостойкостью, чем основной композиционный фрикционный материал со стороны рабочей поверхности колодки.
Существенный признак заявляемой полезной модели «вставка или вставки выполнены из материала с большим коэффициентом трения, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки» является отличительным от признаков наиболее близкого аналога.
Колодка содержит композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и вставку. Композиционный фрикционный элемент может быть изготовлен из одного или двух продольных слоев, различающихся по свойствам, и может содержать или не содержать асбест. Металлический каркас может включать проволочную рамку, перфорированный тыльник или иметь другую конструкцию.
Твердая вставка может быть размещена в центральной части колодки или в других частях колодки. Возможно размещение в колодке двух и более вставок. При этом материал вставки или вставок в условиях эксплуатации колодки имеет меньшую износостойкость, но больший коэффициент трения (например, по стали, из которой выполнена рабочая поверхность колеса), чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки. Вставка может иметь твердость и абразивность выше, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки. Вставка может быть выполнена из металла. Вставка может быть выполнена также из композиционного фрикционного материала другого типа с различными армирующими и специальными наполнителями, включая металлические наполнители, например, железный порошок, стальную шерсть (волокно), чугунную крошку и другие, отличающегося от композиционного фрикционного элемента со стороны рабочей поверхности колодки по физико-механическим и фрикционно-износным свойствам. Железный порошок и стальная шерсть или некоторые другие твердые и абразивные металлические и неметаллические наполнители, например электрокорунд, в осенне-весенний период увеличивают коэффициент трения и абразивность композиционного материала вставки. Наличие в композиционном фрикционном материале вставки металлических наполнителей увеличивает ее теплопроводность и теплоотдачу в окружающую среду и способствует снижению температуры в процессе торможения, повышению прочности колодки и эффективности торможения. Композиционный фрикционный материал вставки или вставок может быть изготовлен на основе смоляного связующего или комбинированного (смола и каучук), а композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки может быть изготовлен на основе каучукового связующего. Поэтому вставка или вставки будут иметь большую твердость и термостойкость, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки, так как применение смоляного связующего по сравнению с каучуковым увеличивает твердость и термостойкость композиционного материала.
При проектировании тормозной композиционной колодки с твердыми вставками, в зависимости от разницы между коэффициентами трения композиционного фрикционного элемента со стороны рабочей поверхности колодки и твердых вставок, определяется оптимальное соотношение их площадей на рабочей поверхности колодки таким образом, чтобы эффективность торможения колодки на любой допустимой для использования скорости конкретного транспортного средства соответствовала допустимой по нормам безопасности на железнодорожном транспорте.
Изготавливаться заявляемая колодка может известными из уровня техники способами, например, формованием и вулканизацией из предварительно изготовленных формовочных смесей с металлическим каркасом и металлическими или композиционными вставками.
Изготовление и использование тормозных композиционных колодок с твердыми металлическими или композиционными вставками, имеющими в соответствии с заявляемой полезной моделью больший коэффициент трения и меньшую, износостойкость, а также большую термостойкость чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки, позволит при эксплуатации железнодорожных транспортных средств очищать поверхность катания колеса от загрязнений, например, торфа и листьев в процессе обычного торможения, а также обеспечить стабильность эффективности торможения, особенно в осенне-весенний период при попадании в зоне трения льда и снега, за счет опережающего износа твердых вставок исключить аварийные ситуации и при этом обеспечить достаточно высокий коэффициент трения и термостойкость колодки в целом, то есть повысить надежность и безопасность транспортного средства.