ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
BRAKE SHOE OF RAILWAY VEHICLE

Заявляемое изобретение относится к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, например тормозным колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, локомотивов, различного рельсового транспорта.
Аналогом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного подвижного состава, содержащая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и вставку из ковкого чугуна (см. патент RU №2340805, МПК B61H 1/00, 2008 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, композиционный фрикционный элемент, вставка из чугуна» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является ухудшение эксплуатационных характеристик изделия в результате использования вставки из ковкого чугуна. Известно, что ковкий чугун при пониженных температурах обладает увеличенной склонностью к хрупкому динамическому разрушению, при термоциклирировании (периодических нагревах и охлаждениях) претерпевает существенное и необратимое увеличение объема, обладает малой длительной прочностью при температурах от 300°C (это максимально допустимая температура работы отливок из ковкого чугуна в водной среде) и недостаточной демпфирующей способностью. При этом ковкий чугун имеет износостойкость и коэффициент трения (сухого) по стали на уровне композиционного полимерного материала, из которого изготовлен фрикционный элемент колодки (до 0,45). Во влажной же среде коэффициент трения ковкого чугуна по стали составляет 0,05÷0,10. В результате железнодорожная тормозная колодка со вставкой из ковкого чугуна не проявляет колесосберегающего эффекта, для нее характерно падение фрикционных свойств во влажной среде и разрушение фрикционного элемента в зонах контакта полимерного композиционного материала с ковким чугуном.
Прототипом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и вставку из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (см. патент RU №2427491, МПК B61H 1/00, 2011 г.). Существенные признаки прототипа «композиционный фрикционный элемент, металлический каркас, вставка из чугуна» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа также является ухудшение эксплуатационных характеристик колодки в результате использования вставки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Известно, что высокопрочный чугун с шаровидным графитом обладает высокой износостойкостью и хорошими антифрикционными свойствами, что может привести к неравномерному эксплуатационному износу колодки в зоне вставки и не обеспечивает колесосберегающий эффект. Теплопроводность высокопрочного чугуна меньше теплопроводности обычного чугуна, что может привести при эксплуатации к существенному разогреву вставки и разрушению композиционного фрикционного элемента как в результате чрезмерного температурного воздействия, так и вследствие различных значений коэффициентов теплового расширения чугуна и полимера. Кроме того, высокопрочный чугун в условиях ударных нагрузок может работать при температурах до -40°C, что может привести к разрушению колодки при эксплуатации в условиях более низких температур.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик колодки в результате использования вставки из другого материала, более соответствующего условиям эксплуатации железнодорожных тормозных колодок.
Для достижения указанного технического результата в тормозной колодке железнодорожного транспортного средства, содержащей композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и вставку из чугуна, вставка выполнена из кремнистого чугуна.
Существенные признаки заявляемого изобретения «вставка выполнена из кремнистого чугуна» являются отличительными от признаков прототипа.
Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства содержит композиционный фрикционный элемент из полимерного композита, содержащего полимерную матрицу и дисперсные, в том числе волокнистые, наполнители. В композиционном фрикционном элементе размещен (например, заформован) металлический каркас, например, в виде проволочной рамки и перфорированного (сетчатого) тыльника. В центральной части колодки размещена твердая фрикционная вставка из кремнистого чугуна (содержание кремния до 30%).
Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка тормозная полуметаллическая с сетчато-проволочным каркасом и чугунной вставкой, дет. 126-12-58-01. Вставка выполнена из кремнистого чугуна с шаровидной формой графита, содержание кремния ≈6%.
Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами, например формованием из формовочной полимерной композиции в пресс-форме, где предварительно размещены металлический каркас и чугунная вставка.
Использование для изготовления чугунной вставки колодки кремнистого чугуна, являющегося жаростойким, хорошо обрабатывающегося резанием, практически не показывающего роста при высоких температурах, способствует образованию при высоких температурах трибоконтакта на рабочей поверхности вставки мельчайших (вплоть до наноразмерных) окисных пленок, которые в процессе трибоконтакта разрушаются с образованием наноразмерных частиц двуокиси кремния и окислов типа шпинели. Являясь абразивными материалами, эти частицы стабилизируют фрикционные характеристики колодки во влажных средах и компенсируют температурное снижение фрикционных свойств. При снижении температуры образовавшиеся абразивные частицы уносятся с рабочей поверхности колодки с продуктами износа полимерного композиционного фрикционного элемента. В результате эксплуатационные характеристики тормозной колодки улучшаются.