Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства
RAILWAY VEHICLE BRAKE PAD

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств.
Известно техническое решение, см. патент РФ на изобретение №2386561 «Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства», содержащая по меньшей мере однослойный композиционный фрикционный элемент, в тыльную часть которого впрессованы перфорированная изогнутая стальная полоса и проволочный каркас, выполненный из двух соединенных между собой рамок, каждая из которых согнута из проволоки, концы которой соединены, при этом соединения концов проволоки выполнены без увеличения толщины проволочного каркаса по толщине колодки.
К недостаткам известного технического решения можно отнести низкую эффективность эксплуатационных характеристик колодки, связанных с конструктивными особенностями колодки - сложность определения достижения максимального износа колодки по толщине ограничивающего эксплуатацию.
1
2
Известно техническое решение - см. патент РФ на полезную модель №197809 «Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства» М. кл. В61Н 1/00; В61Н 7/00; F16D 66/02; F16D 63/06, содержащее композиционный фрикционный элемент, металлический каркас, тыльную поверхность с выступом в центральной части, плоские торцевые и боковые поверхности, индикаторы износа, при этом индикаторы износа представляют собой выемки, выполненные в местах сопряжения тыльной поверхности с плоскими торцовыми и боковыми поверхностями, при этом отношение глубины L выемок к толщине L неизношенной тормозной колодки находится в пределах от 14 до 20%. Индикаторы износа, представляют собой выемки в местах сопряжения тыльной поверхности с торцовыми поверхностями, выполнены в виде ступенчатых Г-образных выемок.
К недостаткам данного технического решения можно отнести низкие эксплуатационные характеристики колодки связанные с ослаблением конструкции колодки. Так, наличие четырех выемок в местах сопряжения тыльной поверхности с плоскими торцовыми и боковыми поверхностями способствуют ослаблению конструкции колодки. При сдвиговых нагрузках, действующих на фрикционный элемент во время эксплуатации колодки, при повторяющихся термических напряжениях в зонах сопряжения поверхностей индикатора износа возникают концентрации напряжений, что ведет к образованию трещин. К тому же наличие двух выемок со стороны рабочей боковой поверхности колодки не придают ей никакой информативности, и по ним невозможно определить величину износа колодки, поскольку их невозможно увидеть.
Известно более совершенное техническое решение - прототип, см. патент РФ на полезную модель №158605 «Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства». М. кл. В61Н 1/00; F16D 66/02 включающая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас, две плоские торцевые поверхности и плоскую боковую поверхность, при этом на границах плоских торцевых поверхностей и плоской боковой поверхности в зоне, соответствующей не истираемой в процессе эксплуатации части колодки, выполнены выемки - индикаторы износа.
К недостаткам можно отнести наличие в зонах пересечения (сопряжениях) поверхностей индикаторов износа резкого - не плавного перехода одной поверхности к другой способствующего возникновению дополнительной внутренней концентрации напряжения. Так, при циклическом нагружении фрикционного материала колодки, периодических температурных перепадах и сдвигающих усилиях, отсутствие плавных скруглений в сопряжениях поверхностей индикатора износа усиливает внутреннюю концентрацию напряжений и постепенно приводит к зарождению в зоне концентрации напряжений усталостных трещин и соответственно очага разрушения материала. Наличие скошенной под углом к боковой поверхности вертикальной поверхности выемки - индикатора износа в прототипе, в условиях ограниченной видимости приводит к плохому, не четкому визуальному контролю за индикатором износа. Так, скошенная поверхность визуально сглаживает границы индикатора (особенно при неравномерном износе), что приводит к не точному определению и искажению максимально допустимой величины износа фрикционного материала колодки и к преждевременной замене колодки.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение эксплуатационных характеристик тормозной колодки связанных с одновременным уменьшением внутренней концентрации напряжений в зонах пересечения поверхностей индикаторов износа - предотвращением разрушения колодки и четкой видимости, различимости индикатора износа при любых погодных условиях для возможности более точного визуального определения и контроля максимально допустимой величины износа тормозной колодки.
Поставленный технический результат достигается использованием общих с прототипом известных признаков, включающих металлический каркас, впрессованный в композиционный фрикционный элемент, элементы фиксации колодки в виде бобышек на верхней поверхности, рабочую поверхность, две плоские торцовые и одну тыльную боковую поверхности, на гранях которых, в виде выемки выполнены два индикатора износа и новых признаков, заключающихся в том, что каждый индикатор износа образован пересечениями трех поверхностей - двумя боковыми вертикальными и одной нижней поверхностью эквидистантной рабочей поверхности колодки, при этом сопряжения этих поверхностей друг с другом выполнены плавными со скруглениями радиусом равным 0,5-5,0 мм, а длина индикаторов износа выполнена равной 3,0-6,0% длины колодки.
Индикаторы износа выполнены по высоте равной не истираемой в процессе эксплуатации части колодки.
Ширина индикаторов износа выполнена равной 0,5-0,8 расстояния от тыльной боковой поверхности до поверхности боковой бобышки.
Новизной предложенной тормозной колодки является выполнение каждого индикатора износа пересечениями трех поверхностей - двумя боковыми вертикальными и одной нижней поверхностью эквидистантной рабочей поверхности колодки, при этом сопряжения этих поверхностей друг с другом выполнены плавными со скруглениями радиусом равным 0,5-5,0 мм, а длина индикаторов износа выполнена равной 3,0-6,0% длины колодки.
Так, выполнение сопряжений поверхностей индикатора износа друг с другом плавными, со скруглениями радиусом равным 0,5-5,0 мм снижает образование внутренней концентрации напряжений в зонах пересечения плоскостей индикатора износа, усиливающейся при сдвигающих нагрузках и перепадах температуры, тем самым предотвращает образование трещин ведущих к разрушению колодки обеспечивая и безопасность движения и, одновременно, полную выработку ресурса колодки.
Признак выполнения индикаторов износа по длине равной 3,0-6,0% длины колодки обеспечивает полноценный прижим колодки во время торможения вне зависимости от степени износа фрикционного элемента колодки. Так, если индикаторы износа выполнены по длине более 6,0% длины колодки, то при износе фрикционного элемента колодки близком к максимально допустимому износу это может негативно отразиться на качестве и силе прижима колодки при торможении. Выполнение индикаторов износа по длине менее 3% длины колодки затрудняет его визуальное определение и контроль над степенью износа фрикционного элемента колодки, особенно в темное время суток.
Признак выполнения каждого индикатора износа пересечениями трех поверхностей - двумя боковыми вертикальными и одной нижней поверхностью позволяет обеспечить четкую видимость индикатора износа колодки, выполнение нижней поверхности эквидистантно рабочей поверхности колодки позволяет судить о равномерности износа фрикционного элемента колодки, при визуальном контроле определить степень износа колодки и предотвратить преждевременную смену колодок, обеспечивая более полную выработку их ресурса.
Признаки выполнения индикаторов износа по высоте равной не истираемой в процессе эксплуатации части колодки, выполнение индикаторов износа по ширине равной 0,5-0,8 расстояния от тыльной боковой поверхности до поверхности боковой бобышки - являются признаками дополнительными, направленными на уточнение конструктивных особенностей основных признаков и способствуют достижению поставленной предполагаемым изобретением задачи.
Таким образом, приведенные отличительные признаки предполагаемого в качестве изобретения технического решения позволяют достичь новый технический результат - одновременное уменьшение внутренней концентрации напряжений в зонах пересечения поверхностей индикаторов износа в колодке и четкую видимость, различимость индикатора износа при любых погодных условиях для возможности более точного визуального определения и контроля максимально допустимой величины износа тормозной колодки.
Проведенный патентно-информационный поиск по источникам патентной и научно-технической информации показал отсутствие, предложенного в объекте, сочетания известных и новых признаков предполагаемого изобретения, что позволяет отнести признаки к существенным и обладающим новизной.
В связи с тем, что предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом, при этом позволяет получить более высокий и даже неожиданный технический результат, предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.
Описание осуществления предлагаемого устройства, в том числе на конкретном примере позволяет отнести его к промышленно выполнимым.
Сущность предлагаемого конструктивного исполнения тормозной колодки поясняется чертежом, где:
На фиг. 1 схематично представлена колодка с индикаторами износа, вид сверху.
На фиг. 2 схематично показана колодка с индикаторами износа, вид со стороны тыльной боковой поверхности.
На фиг. 3 схематично показана колодка с индикаторами износа, вид с торца.
Тормозная колодка состоит из металлического каркаса, впрессованного в композиционный фрикционный элемент, содержащий тыльную боковую поверхность 1, плоские торцовые поверхности 2, рабочую поверхность 3 и верхнюю поверхность 4 с элементами фиксации колодки в виде двух боковых 5 и одной центральной 6 бобышек. На гранях образованных пересечением тыльной боковой 1 поверхности с двумя плоскими торцовыми 2 поверхностями в зоне 7 равной не истираемой в процессе эксплуатации части колодки выполнены два индикатора износа 8. Каждый индикатор износа 8 образован пересечениями трех поверхностей - двумя боковыми 9 вертикальными и одной нижней 10 поверхностью эквидистантной рабочей поверхности 3 колодки, при этом сопряжения 11 этих поверхностей друг с другом выполнены плавными со скруглениями радиусом равным 0,5-5,0 мм. Индикаторы износа 8 выполнены по высоте равной не истираемой в процессе эксплуатации части (зоны) 7 колодки. Длина выемки индикатора износа выполнена равной 3,0-6,0% длины колодки. Ширина выемок выполнена равной 0,5-0,8 расстояния от тыльной боковой поверхности 1 до поверхности боковой бобышки 5.
Изготовление индикатора износа рабочей поверхности колодки может осуществляться либо путем выемки фрезой паза на гранях пересекающихся плоских боковой и торцовых поверхностей колодки или в процессе формования колодки.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
После закрепления тормозной колодки при помощи бобышек 5 и 6 по боковым сторонам колес железнодорожного транспортного средства при торможении выполнение сопряжений 11 поверхностей индикатора износа 8 друг с другом плавными, со скруглениями радиусом равным 0,5-5,0 мм снижает образование внутренней концентрации напряжений в зонах пересечения плоскостей индикатора износа, усиливающейся при сдвигающих нагрузках и перепадах температуры, тем самым предотвращает образование трещин и последующее разрушение фрикционного элемента колодки. Повышает надежность работы колодки и позволяет полностью выработать весь ее ресурс.
Выполнение индикатора износа 8 по длине равной 3,0-6,0% длины колодки обеспечивает полноценный прижим колодки во время торможения вне зависимости от степени износа, так как если индикатор износа 8 выполнен по длине более 6,0% длины колодки, то это может негативно отразиться на качестве торможения - при износе фрикционного элемента колодки близком к максимально допустимому износу. Выполнение индикатора износа 8 по длине менее 3% длины колодки затрудняет визуальный контроль над степенью износа фрикционного элемента колодки, особенно в темное время суток. Ширина индикатора износа 8 равная 0,5-0,8 ширины колодки способствует хорошей видимости и различимости индикатора износа при любых погодных условиях (туман, дождь). Выполнение индикатора износа 8 по высоте равной не истираемой в процессе эксплуатации части 7 колодки способствует наглядному ориентиру при принятии решения о степени износа фрикционного элемента колодки и ее замене.
Совокупность признаков предлагаемой конструкции позволяет повысить эксплуатационные характеристики и надежность тормозной колодки связанных с одновременным уменьшением внутренней концентрации напряжения в зонах пересечения плоскостей индикаторов износа, предупреждает образование трещин и последующее разрушение колодки, при этом позволяет четко визуально определить равномерность и степень износа фрикционного элемента колодки при любых погодных условиях и даже плохой видимости. Способствуют более полной выработке ресурса колодок, предупреждая преждевременную их замену.
В настоящее время на предприятии разработана техническая документация, изготовлена опытная партия колодок предлагаемой конструкции и проведены испытания. Испытания показали надежность предлагаемой конструкции, качественное торможение при полной выработке ресурса, отчетливую видимость индикатора износа и удобное визуальное определение максимально допустимого износа колодки.