ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к тормозным колодкам тормозов железнодорожного транспортного средства.
Известна композиционная тормозная колодка транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент, в тыльник которого по периметру колодки впрессованы две замкнутые рамки, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки. Кроме того, тыльник снабжен металлической сеткой или перфорированной жестью, впрессованной во фрикционный материал снаружи рамок (Авторское свидетельство СССР №518403, В61Н 7/020, 1976 г.).
Описание и формула авторского свидетельства, а также другая патентная документация не содержат сведений о том, каким образом рамки замкнуты. В книге Б.А. Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов» (М., Химия, 1982, с.11-14, 27-28) схематично изображены и описаны конструкции тормозных композиционных колодок со стальным (цельнометаллическим) каркасом и сетчато-проволочным каркасом, описано оборудование, особенности рецептурного состава и технология их изготовления. В книге схематично приведены изображения перфорированной заготовки и проволочного каркаса и кратко описана технология их изготовления, и применяемые для этого материалы. Например, указано, что проволочный каркас (арматура) изготавливается из стальной проволоки диаметром 4 мм путем резки, гибки, сборки и сварки, но не указаны, например, форма и места сварных соединений, размеры.
Наиболее близким аналогом-прототипом заявляемой полезной модели является известное из уровня техники решение, а именно, колодки тормозные композиционные с сетчато-проволочным каркасом для
железнодорожных вагонов 25130-Н, 25610-Н, изготавливаемые по техническим условиям заводов изготовителей ТУ 2571-028-00149386-2000 ТУ 38114166-75 и по чертежам Проектно-конструкторского бюро вагонного хозяйства - филиала ОАО «Российские железные дороги» (ПКБ ЦВ ОАО РЖД) г.Москва, разработанным в 1975 году.
Колодки тормозные композиционные с сетчато-проволочным каркасом по указанным выше чертежам изготавливаются с 1976 года несколькими заводами в России и на Украине для всех грузовых вагонов, эксплуатируемых на железных дорогах России, Украины, Казахстана, а также других стран, ранее входивших в состав Советского Союза, а техническая документация на колодки тормозные, включая чертежи, используется в работе всеми изготовителями колодок, а также всеми службами вагонного хозяйства и депо, занимающимися эксплуатацией тормозов.
Ежегодный выпуск колодок тормозных композиционных с сетчато-проволочным каркасом составляет несколько миллионов штук и в настоящее время их изготовлено более ста миллионов штук. В процессе эксплуатации ежегодно изнашивается, а иногда с полным разрушением и оголением каркаса, несколько миллионов колодок с сетчато-проволочным каркасом и поэтому их несложная конструкция общедоступна и общеизвестна.
Конструкция прототипа представлена на чертежах Проектно-конструкторского бюро вагонного хозяйства г.Москва - филиала ОАО Российские железные дороги, в том числе:
- 25130-НСБ - сборочный чертеж колодки;
- 25610-НСБ - сборочный чертеж колодки;
- 25611-НСБ - сборочный чертеж арматуры проволочной (проволочного каркаса);
- 25614-Н - чертеж заготовки каркаса (перфорированный тыльник).
Как видно из представленных чертежей прототипа, в тыльную часть композиционного фрикционного элемента колодки впрессована
перфорированная изогнутая стальная полоса (заготовка каркаса), под которой расположен запрессованный в тело фрикционного элемента проволочный каркас (арматура проволочная), состоящий из двух рамок (скоб) - наружной и внутренней, которые различаются по ширине. Внутренняя рамка вставлена в наружную и соединена с ней сварным соединением в районе их изгиба наружу, с образованием ушка для пропуска чеки. Каждая рамка согнута из одного отрезка проволоки, концы которого наложены друг на друга и соединены сварным нахлесточным соединением по толщине колодки. У каждой из изогнутых рамок пересекающиеся концы проволоки наложены друг на друга в плоскости, перпендикулярной тыльной поверхности колодки и соединены электроконтактной точечной сваркой. Рабочая поверхность тормозной колодки в поперечном сечении выполнена с уклоном 1:20 к ее тыльной поверхности, соответствующим уклону поверхности катания колеса, с которым она взаимодействует при торможении.
Поэтому толщина колодки по внутренней боковой поверхности колодки, находящейся при эксплуатации вблизи гребня колеса, меньше толщины колодки по наружной боковой стороне колодки, противоположной внутренней стороне и при эксплуатации наиболее удаленной от гребня колеса.
Внутренняя боковая поверхность колодки у прототипа выполнена с уступом, переходящим в тороидальную поверхность, которая к концу эксплуатации колодки полностью изнашивается.
Рабочая поверхность колодки у внутренней боковой стороны колодки, имеющей меньшую толщину, раньше (быстрее) в процессе эксплуатации приближается к тыльной стороне колодки и к выступающим частям проволочного каркаса, в отличие от рабочей поверхности колодки в районе наружной боковой поверхности.
Недостатком прототипа является одинаковая толщина от тыльной поверхности колодки до выступающих частей проволочного каркаса и
прежде всего в районе нахлесточных сварных соединений проволоки по толщине колодки у внутренней и наружной боковых поверхностей колодки, несмотря на то, что колодка у внутренней боковой поверхности имеет значительно меньшую толщину. Это обстоятельство уменьшает ресурс колодки в эксплуатации.
Кроме этого, наличие нахлесточного сварного соединения концов проволоки по толщине колодки в половине колодки со стороны внутренней боковой поверхности (минимальной толщины) часто вызывает повреждения поверхности катания колеса из-за кольцевых выработок на поверхности катания колеса, происходящих по причине ее контакта с концом проволоки по длинной стороне рамки, размещенной в районе боковой внутренней поверхности колодки-прототипа.
Первоначальная толщина новой тормозной колодки приведена в чертежах прототипа и в технической литературе (Ширяев Б.А., Производство тормозных железнодорожных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов, М, Химия, 1982, стр.72).
Толщина от тыльной поверхности колодки до выступающих деталей металлического каркаса зависит от конструкции каркаса, вида композиции и ее текучести, качества изготовления проволочного каркаса (соответствия требуемым геометрическим размерам), качества изготовления брикета и готового изделия, качества прессформ (соответствия требуемым геометрическим размерам с учетом усадки материала при остывании изделия после вулканизации).
Толщина от тыльной поверхности колодки до выступающих деталей металлического каркаса для прототипа - композиционной тормозной колодки с сетчато-проволочным каркасом составляет:
- в месте расположения одной проволоки (с учетом сплющивания перфорированной стальной полосы) от 5 до 6 мм, а в месте сварного нахлесточного соединения концов проволоки по толщине колодки каждой из рамок от 7 до 9,0 мм с учетом уменьшения
диаметра проволоки в месте сварки и сплющивания перфорированной стальной полосы.
Минимальная толщина колодки, разрешенная для эксплуатации, превышает толщину от тыльной поверхности до выступающих деталей металлического каркаса для исключения повреждения поверхности колеса металлическим каркасом при торможении, а именно, с учетом пробега и износа до следующего осмотра на станции.
Минимальная толщина колодки, разрешенная для эксплуатации, установлена в «Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог» (Издательство «Инпресс» при содействии НПП транспорт, г.Омск, 111395, Москва, Аллея 1-й Маевки, д.15, 1994., стр.3, 12, 13). Минимальная толщина колодки, разрешенная для эксплуатации, также устанавливается отдельно для каждого типа колодки и составляет:
- для композиционных тормозных колодок с металлической спинкой - 14 мм;
- для композиционных тормозных колодок с сетчато-проволочным каркасом - 10 мм (для прототипа).
Однако, на практике, в связи с тем, что замер толщины колодки производится с наружной боковой стороны колодки, которая имеет большую толщину колодки, чем внутренняя боковая сторона колодки, с целью исключения повреждения поверхности катания колеса проволочным каркасом вблизи внутренней боковой стороны колодки, тормозные композиционные колодки с сетчато-проволочным каркасом прототипа обычно снимаются с вагонов (изымаются из эксплуатации) при толщине 14 мм и более.
Общие с прототипом признаки заявляемой полезной модели:
«композиционный фрикционный элемент, в тыльную нерабочую поверхность 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».
В последние годы ведется большая работа по подбору материалов и созданию новых конструкций тормозных композиционных колодок с твердыми вставками, например из чугуна, которые повышают тормозную эффективность композиционных колодок при обледенении и попадании воды в зону трения, заглаживают ползуны и навары, вследствие своей абразивности, а при высоких температурах в процессе торможения заполняют расплавленным чугуном микротрещины на поверхности катания.
Известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства по патенту РФ №69597 на полезную модель содержащая композиционный фрикционный элемент, сетчато-проволочный каркас и твердую вставку, верхняя нерабочая часть которой вставлена в проволочный каркас и защемлена в нем.
Известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части и твердую вставку, выполненную из высокопрочного или ковкого чугуна и приваренную к металлическому каркасу (патент РФ на изобретение №2309072).
Эта тормозная колодка максимально эффективно заполняет расплавленным чугуном микротрещины на поверхности катания колеса в процессе обычного торможения и тем самым препятствует их дальнейшему разрастанию и увеличивает ресурс колеса.
Известные тормозные композиционные колодки с твердыми вставками используются по тому же назначению, что и заявляемая тормозная колодка и имеют общие с ней существенные признаки: «колодка снабжена твердой вставкой, соединенной с проволочным каркасом»; «твердая вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна».
Недостатками всех известных композиционных тормозных колодок с сетчато-проволочным каркасом, в том числе и композиционных тормозных
колодок с твердыми вставками, в том числе и из высокопрочного чугуна, являются следующие:
- большая толщина проволочного каркаса, обуславливающая недостаточный ресурс тормозной колодки, а, следовательно высокие затраты на их замену, особенно в случае применения тормозных колодок со вставками, более дорогих, чем обычные композиционные колодки;
- повреждение поверхности катания колес проволочным каркасом (кольцевые выработки);
- наличие металлического каркаса.
Задача заявляемого изобретения - уменьшение минимальной толщины колодки, разрешенной для эксплуатации, исключение повреждений поверхности катания колеса из-за кольцевых выработок, повышение стабильности эффективности торможения с одновременным восстановлением поверхности катания колеса в процессе обычного торможения.
Технический результат - повышение экономической эффективности использования подвижного состава и безопасности его эксплуатации за счет увеличения ресурса эксплуатации тормозной колодки, уменьшение повреждений поверхности катания колес и увеличение их ресурса эксплуатации, а значит получение дополнительной прибыли железными дорогами.
Указанный технический результат по варианту 1 достигается тем, что в тыльную часть колодки запрессована стальная перфорированная изогнутая полоса, а в тыльной части колодки, запрессованный в композиционном, по меньшей мере однослойном фрикционном элементе, проволочный каркас выполнен из двух соединенных между собой рамок, каждая из которых согнута из проволоки, концы которой соединены, например, сварным соединением. Сварное соединение может быть выполнено без увеличения толщины проволочного каркаса, по толщине колодки, например, в виде
нахлесточного соединения по длине колодки, а именно, у каждой из изогнутых рамок параллельные концы проволоки наложены друг на друга в плоскости, эквидистантной тыльной поверхности колодки и соединены, например, электроконтактной точечной сваркой.
Тормозная колодка дополнительно может быть снабжена, по меньшей мере, одной твердой вставкой, соединенной с проволочным каркасом, например, путем защемления в нем и запрессованной в композиционном фрикционном элементе. Твердая вставка может быть выполнена, например, из высокопрочного или ковкого чугуна.
Такое выполнение тормозной колодки позволяет, по сравнению с известными колодками, обеспечить меньшую и одинаковую толщину проволочного каркаса от центральной бобышки до конца проволочной рамки, по длине колодки, и за счет этого уменьшить минимальную толщину колодки, разрешенную для эксплуатации, исключить повреждения поверхности катания колеса проволочным каркасом при эксплуатации, а также повысить стабильность эффективности торможения с одновременным восстановлением поверхности катания колеса в процессе обычного торможения.
Как следствие, повышается безопасность эксплуатации подвижного состава и обеспечивается получение дополнительной прибыли за счет увеличения ресурса тормозных колодок и колес.
Указанный технический результат по варианту 2 достигается тем, что в тыльной части колодки, запрессованный в композиционном, по меньшей мере однослойном композиционном фрикционном элементе, проволочный каркас выполнен из двух соединенных между собой рамок, каждая из которых согнута из проволоки, концы которой соединены с увеличением толщины проволочного каркаса по толщине колодки. Соединения концов проволоки обеих рамок расположены на половине проволочного каркаса в районе наружной боковой поверхности колодки наибольшей толщины.
Соединения концов проволоки рамок могут быть выполнены, например, в виде сварных соединений, нахлесточных по толщине колодки, как у прототипа, угловых и других, или путем связывания более тонкой проволокой и другими способами.
Тормозная колодка дополнительно может быть снабжена, по меньшей мере, одной твердой вставкой, соединенной с проволочным каркасом, например, путем защемления в нем.
Твердая вставка может быть выполнена, например, из высокопрочного или ковкого чугуна.
Такое выполнение тормозной колодки позволяет уменьшить толщину проволочного каркаса по его половине в районе внутренней боковой поверхности колодки наименьшей толщины, и за счет этого по сравнению с известными колодками снизить минимальную толщину колодки, разрешенную для эксплуатации, исключить повреждения колес проволочным каркасом по сравнению с прототипом, а также повысить стабильность эффективности торможения с одновременным восстановлением поверхности катания колеса в процессе обычного торможения. Как следствие, повышается безопасность эксплуатации подвижного состава и обеспечивается получение дополнительной прибыли за счет увеличения ресурса тормозных колодок и колес.
Толщина проволочного каркаса в районе наименьшей толщины колодки по сравнению с прототипом уменьшилась (при диаметре проволоки 4 мм) с 7 мм до 4 мм за счет исключения соединения концов проволоки с увеличением толщины проволочного каркаса в этом районе. Как следствие, минимальная толщина колодки, разрешенная для эксплуатации по сравнению с прототипом, также уменьшилась на 3 мм.
В соответствии с известными в технике решениями предлагаемые тормозные композиционные колодки могут изготавливаться с сетчато-проволочным каркасом или просто с проволочным каркасом без впрессованной в тыльную часть композиционного фрикционного элемента
колодки перфорированной изогнутой стальной полосы, а также одно и двухслойными в зависимости от задач, которые необходимо решить для конкретного случая применения.
Ресурс серийно изготавливаемых в настоящее время тормозных композиционных колодок с сетчато-проволочным каркасом из композиции ТИИР-300 в соответствии с указанными техническими условиями составляет 90-200 тыс.км. Средний пробег на 1 мм толщины колодки составляет 3,5 тыс.км. Увеличение минимальной толщины колодки, разрешенной для эксплуатации, позволит увеличить ресурс серийной тормозной колодки в среднем на 10 тыс.км. или примерно на 7%.
Для современных, новых износостойких композиционных тормозных колодок данное увеличение минимальной толщины колодки, разрешенной для эксплуатации на 3 мм позволит увеличить ресурс тормозных колодок до 15 тыс.км и более.
При этом достигаемый ресурс колодки с применением износостойких материалов обеспечивает плановую замену колодок в условиях депо при проведении плановых работ по техническому обслуживанию и ремонту вагонов (то есть равен межремонтному пробегу вагонов).
На фиг.1 представлены вид спереди, вид в плане и поперечный разрез А-А, предлагаемой тормозной колодки железнодорожного транспортного средства по варианту 1. Тормозная колодка содержит:
1 - проволочный каркас, состоящий из двух соединенных между собой рамок - наружной и внутренней;
2 - композиционный фрикционный элемент (на схеме изображен двухслойный, но может быть и однослойный);
3 - перфорированная, изогнутая стальная полоса впрессованная во фрикционный элемент с тыльной стороны колодки;
4 - центральная бобышка;
5 - вспомогательные бобышки;
6 - паз со стороны рабочей поверхности колодки (колодка может изготавливаться и без паза);
7 - отверстие под чеку.
На фиг.2 представлены вид спереди и вид в плане предлагаемой тормозной колодки железнодорожного транспортного средства с твердой вставкой по варианту 2.
Тормозная колодка содержит:
8 - твердую вставку, закрепленную в проволочном каркасе, например, способом защемления;
1, 2, 3, 4, 5, 7 - элементы, изображенные на фиг.1.
На фиг.3 представлен общий вид проволочного каркаса по варианту 1.
На фиг.4 представлен общий вид проволочного каркаса по варианту 2.
Изготовление предлагаемых колодок может быть легко произведено на действующем оборудовании предприятий-изготовителей тормозных композиционных колодок и каркасов для них без принципиального изменения существующих технологий, но с учетом дополнительных данных по технологии и оборудованию, приведенных в вышеуказанных и других патентах, относящихся к колодкам тормозным композиционным с твердыми вставками.
Изготовление тормозных композиционных колодок для железнодорожного транспорта предлагаемой конструкции позволит без увеличения стоимости колодок снизить минимальную толщину колодки, разрешенную для эксплуатации, исключить повреждения колес проволочным каркасом по сравнению с прототипом, а также повысить стабильность эффективности торможения с одновременным восстановлением поверхности катания колеса в процессе обычного торможения. Как следствие, повышается безопасность эксплуатации подвижного состава и обеспечивается получение дополнительной прибыли железными дорогами за счет увеличения ресурса тормозных колодок и колес.
Увеличенный ресурс предлагаемых конструкций колодок при использовании современных износостойких композиций обеспечит межремонтный пробег вагонов, что позволит производить замену колодок в условиях депо.