ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к тормозам транспортных средств, в частности, к тормозным колодкам железнодорожного транспорта.
Известна тормозная колодка, включающая металлический каркас и зафиксированную на нем с помощью клея фрикционную накладку, масса клеевого слоя соотносится с массой фрикционной накладки как 1:100-1:150. Улучшение эксплуатационных характеристик в данном техническом решении достигается за счет повышения теплопередачи от фрикционной накладки к каркасу и снижение температуры клеевого слоя за счет относительного снижения массы клея по сравнению с массой фрикционной накладки. [патент РФ №2296253 МПК F16D 65/04, опуб. 27.03.2007, БИ №9, авторы Левит М.З. и др. Тормозная колодка].
Недостатком технического решения является малый отвод тепла из зоны трения «колесо-колодка».
Известна тормозная колодка железнодорожного подвижного состава, включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев, имеющих различную теплопроводность, при этом слой, в котором размещен каркас колодки, имеет меньшую теплопроводность, массы полимерных композитов, из которых выполнены слои, выбраны из соотношения
1
2
где M - масса композита более теплопроводного слоя; M - масса композита менее теплопроводного слоя. Эксплуатационные свойства в данном техническом решении достигаются за счет снижения дисбаланса тепловых нагрузок колодки путем сбалансированного соотношения масс теплопроводного и менее теплопроводного слоев [патент РФ №2236969 МПК 7 B61H 7/02, F16D 69/02 опуб. 27.09.2004, БИ №27 авторы Исакова В.А. и др. Тормозная колодка железнодорожного подвижного состава].
Недостатком данного устройства является низкий отвод тепла из зоны трения «колесо-колодка» в металлический каркас.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств тормозных колодок, за счет повышения теплопередачи из зоны трения в металлический каркас.
Технический результат достигается тем, что в тормозной колодке железнодорожного транспортного средства, содержащей металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, в последнем выполнены поперечные цилиндрические отверстия, в которых жестко установлены вставки цилиндрической формы из пиролитического графита, с анизотропией теплопроводности в продольном и поперечном направлении, и размещены на полимерном композиционном фрикционном элементе рядами вдоль тела колодки в шахматном порядке, а между полимерным композиционным фрикционным элементом и металлическим каркасом размещен слой клея с высокой тепловодностью, кроме того, вставки размещены в рядах с шагом от 9÷14 мм, выполнены диаметром 2÷4 мм, а площадь торцов цилиндрических вставок составляет 1,5÷2% от общей площади поверхности трения тормозной колодки.
Существенные признаки заявленной полезной модели состоят в том, что в колодку установлены цилиндрические вставки из пиролитического графита, которые проходят сквозь полимерный композиционный фрикционный элемент колодки, при этом торцы цилиндрических вставок выполнены в одной плоскости с рабочей поверхностью полимерного композиционного фрикционного элемента и по ним отводится в металлический каркас образовавшаяся из-за трения с колесом теплота.
На фиг.1 представлена тормозная колодка железнодорожного транспортного средства.
Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства содержит 1 композиционный фрикционный элемент, 2 вставки цилиндрической формы из пиролитического графита, 3 клеевой слой, 4 металлический каркас, представляющий собой перфорированную металлическую полосу.
Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства работает следующим образом.
При прижатии трущейся поверхности композиционного фрикционного элемента 1 к колесу кинетическая энергия вращения колеса переходит в тепловую энергию. Поверхность обода катания соприкасается в процессе трения с цилиндрическими вставками пиролитического графита 2. Теплопроводность у композиционного фрикционного элемента 1 невысокая по сравнению с цилиндрическими вставками пиролитического графита 2, поэтому теплопередача с поверхности трения «колесо-колодка» осуществляется при помощи цилиндрических вставок пиролитического графита 2. Так как цилиндрические вставки пиролитического графита 2 обладают анизотропией в отношении теплопроводности, то значительное количество теплоты будет отводиться в поперечном направлении вставок через их противоположные колесу концы. Незначительная часть теплоты рассеется во внутренней поверхности фрикционного элемента в поперечном направлении вставок через их цилиндрическую поверхность. Дальнейший теплоотвод от концов вставок осуществляется через клеевой слой 3 высокой теплопроводности в металлический каркас 4.
Количество теплоты через предлагаемую тормозную колодку относится к количеству теплоты через тормозную колодку такой же геометрии, но без графитовых вставок, как относится эквивалентный коэффициент теплопроводности предлагаемой тормозной колодки и коэффициент теплопроводности композиционной тормозной колодки:
графит||
графит⊥
где λ=340 Вт/м·K - коэффициент теплопроводности графитовой вставки в продольном направлении; λ=2,2 Вт/м·K - коэффициент теплопроводности графитовой вставки в поперечном направлении; x - доля площади контакта графитовых вставок в общей площади контакта колодки с колесом.
Коэффициент трения, осредненный по площади для предлагаемой тормозной колодки с графитовыми вставками равен:
тр.колодки
тр.граф
где φ=0,38 коэффициент трения композиционной колодки по данным (В.И.Изюмова и др. Фрикционные композиционные материалы нового поколения. Вагоны и вагонное хозяйство. №2(6) 2006 г. с.24-25); φ=0,05 - коэффициент трения графитовой вставки.
При
Согласно расчетам, теплопередача из зоны трения в металлический каркас в предлагаемой тормозной колодке в 3-4 раза выше по сравнению с имеющимися аналогом и прототипом при незначительном снижении (на 1,2-1,6%) коэффициента трения.
Проведенные авторами расчеты показали, что при выбранном диаметре цилиндрических вставок 2 мм шаг их расстановки по площади рабочей поверхности колодки целесообразно устанавливать до 9 мм, а при диаметре вставки 4 мм до 14 мм, при этом число цилиндрических вставок составит от 160 до 30 штук соответственно, при этом цилиндрические вставки устанавливаются в шахматном порядке, что обеспечит более равномерный отвод тепла с поверхности трения.
Таким образом, повышение теплопередачи от зоны трения в металлический каркас в предлагаемой тормозной колодке с графитовыми вставками достигается при незначительном снижении коэффициента трения, что улучшает эксплуатационные свойства тормозной колодки.