ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С САМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИМИСЯ ТОРМОЗНЫМИ НАКЛАДКАМИ
ROLLING STOCK BRAKE WITH SELF-STABILISING BRAKE SHOES

Изобретение относится к тормозному устройству рельсового подвижного состава согласно пункту 1 формулы изобретения.
Тормозное устройство рельсового подвижного состава раскрыто в DE 19508034 А1. Для достижения максимального срока службы тормозных колодок и тормозных накладок необходимо наиболее равномерно использовать предусмотренный объем износа. Для этого важно, чтобы фрикционная накладка в процессе износа не занимала наклонного положения, при котором уменьшается предусмотренная для использования толщина износа.
торм
В рельсовом подвижном составе колесные пары выполняют, как правило, боковые перемещения относительно тележек. Кроме того, возможно также ограниченное смещение колесных пар по высоте относительно тележек, несущих колесные тормоза, например колодочные тормоза. Установка с возможностью качания державок тормозных накладок, державок тормозных колодок и башмаков тормозных колодок необходима для того, чтобы тормозные накладки и тормозные колодки, несмотря на боковые перемещения осей и их смещения по высоте могли находиться напротив сопряженных поверхностей трения при торможении колес колесных пар. Недостаток заключается в том, что тормозные накладки и тормозные колодки занимают по отношению к сопряженной тормозной поверхности наклонное положение и могут вследствие этого изнашиваться со скосом. Определяющим для скошенного износа является положение так называемого центра износа на поверхности трения тормозной накладки или колодки, на который фиктивно воздействует тормозная сила F и который может быть определен путем расчетов комплексным способом.
палец
В качестве примера такой проблематики на фиг.1 показана обычная подвеска державок 1 тормозных накладок с помощью пальцевых соединений 2 на рычагах 4 компактных тормозных клещей 6, которые взаимодействуют с тормозным диском (не показан), жестко скрепленным с осью. Вследствие установки державок 1 тормозных накладок с возможностью качания центр износа 10 при незначительном скошенном износе тормозных накладок 8 смещается ввиду силы реакции в сторону на расстояние h1 относительно линии силового воздействия 12 действующей на пальцевом соединении 2 силы пальца F, при этом на тормозной накладке 8 возникает крутящий момент, приводящий к увеличению длительности скошенного износа, как это показано на фиг.2. В нестабильном режиме это обусловливает самоусиление скошенного износа, который усиливается. Скошенный износ может возникать не только на одной тормозной накладке 8, но и на нескольких тормозных накладках 20, закрепленных на предусмотренной для них и установленной с возможностью качания державке 16 компактных тормозных клещей 18, при этом тормозные накладки 20 согласно фиг.3 имеют, например, шестиугольное поперечное сечение. Та же проблема касается и колодочных тормозов 22, причем на фиг.4 изображена державка 24 тормозной колодки, которая посредством пальцевого соединения 28 поворотно установлена относительно тормозных рычагов 26 и поршневого штока.
Упомянутые вначале выемки, простирающиеся от поверхности трения, обращенной к паре трения, вовнутрь изнашиваемого объема и выполненные обычно в виде проходящих вдоль и поперек прорезей 19 (см. фиг.1), предназначены, с одной стороны, для отвода наружу находящейся на поверхностях трения воды, чтобы при влажности окружающей среды предотвратить образование гидродинамической смазочной пленки на трущихся поверхностях и снижение коэффициента трения скольжения. С другой стороны, упомянутые прорези 19 предотвращают загибание тормозной накладки, если последняя неравномерно нагревается по своей толщине и в результате этого происходит неравномерное тепловое расширение.
Для противодействия скошенному износу известно несколько технических решений. Одна возможность, используемая для традиционных тормозных клещей, заключается в применении широкой подвесной серьги, противодействующей скошенному износу. Другой возможностью, используемой для компактных тормозных клещей, являются параллельные передаточные рычаги, описанные в DE 19508034 А1. В отношении обоих решений следует учесть, что колесная пара рельсового транспортного средства обычно имеет некоторую радиальную самоустанавливаемость при движении по кривой, в то время как тормозные клещи смонтированы на тележке неподвижно. Чтобы при радиально самоустанавливаемой колесной паре и тормозных накладках, проходящих параллельно раме тележки, избежать недопустимо высоких давлений на кромку тормозной накладки в процессе торможения, направляющая прямолинейного движения должна иметь некоторую эластичность. Эти обычные направляющие прямолинейного движения представляют собой, таким образом, компромисс между точным параллельным направлением и податливостью при движении по кривой. Кроме того, дополнительно необходимая направляющая прямолинейного движения является фактором определенных затрат.
С другой стороны, износ тормозных колодок и тормозных накладок зависит от других параметров, например от удельного давления, скорости скольжения, шероховатости поверхностей скольжения, плоскостности поверхностей скольжения, которая может изменяться, например, из-за тепловых расширений во время торможения, от материала колеса или тормозного диска, от материала тормозной колодки или тормозной накладки, от температуры окружающей среды, охлаждения, влажности воздуха или энергии торможения. С учетом этих воздействий можно точку ввода силы выбирать так, чтобы тенденция к скошенному износу снижалась. Согласно ЕР 551868 А1 предлагается располагать точку ввода силы почковидной тормозной накладки дискового тормоза не в плоскости центра тяжести поверхности трения, а с некоторым радиальным смещением ее в направлении оси тормозного диска, чтобы создать там, где окружная скорость поверхности трения меньше, более высокое давление на накладку и тем самым получить ее равномерный износ.
Кроме того, для определения оптимальной точки ввода силы существуют вычислительные программы. Проверка результата или оптимизация возможны на испытательном стенде для исследования трения или при проведении ходовых испытаний.
Следует учесть, что оптимальное положение точки ввода силы зависит от скорости движения транспортного средства, но найти оптимальную для каждого случая применения точку приложения давления невозможно. Это означает, что одна и та же накладка в более быстром транспортном средстве имеет тенденцию к скошенному износу в одном направлении, а в медленном транспортном средстве - тенденцию к скошенному износу в другом направлении.
Соответствующее родовому признаку тормозное устройство рельсового подвижного состава с колодочным тормозом раскрыто в US 6,241,058 В1. В указанном источнике информации поперечное сечение изнашиваемого объема тормозной колодки, расположенное в плоскости, перпендикулярной оси, относительно которой с возможностью качания установлена тормозная колодка, сужается в направлении к колесу. Благодаря такому выполнению центр износа поверхности трения вследствие наклонного положения смещается в противоположном направлении. Так возникает стабилизирующий крутящий момент, выпрямляющий косо расположенную тормозную накладку.
В основе изобретения лежит задача усовершенствовать тормозное устройство рельсового подвижного состава вышеупомянутого вида таким образом, чтобы обеспечить дальнейшее уменьшение скошенного износа и тем самым лучше использовать предусмотренный изнашиваемый объем.
Указанная задача решена посредством тормозного устройства, охарактеризованного признаками п.1 формулы.
Преимущества изобретения
Изобретение основывается на идее придания тормозным накладкам такой геометрической формы, чтобы при появлении скошенного износа тормозных накладок в любом направлении происходило такое смещение центра износа тормозной накладки, при котором возникает крутящий момент, противодействующий скошенному износу.
При этом тормозная накладка содержит, например, удерживающий объем, расположенный в державке тормозной накладки, и изнашиваемый объем, взаимодействующий с парой трения, такой, например, как тормозной диск или поверхность катания колеса.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, одна тормозная накладка в виде многоугольника выполнена относительно ее державки с возможностью качания во все стороны, а поперечное сечение изнашиваемого объема тормозной накладки сужается в сторону пары трения в любой плоскости, перпендикулярной паре трения.
Благодаря тому, что боковые поверхности тормозных накладок выполнены со всех сторон наклонными наподобие корпуса судна, центр износа поверхности трения смещается вследствие наклонного положения в противоположном направлении. Так возникает стабилизирующий крутящий момент, который вновь выпрямляет косо расположенную тормозную накладку подобно тому, как это происходит при крене судна.
В патенте DD-PS 87058 раскрыты тормозные накладки с коническим поперечным сечением, однако такая форма выбрана единственно с той целью, чтобы при замене тормозной накладки, обусловленной износом, обеспечить возможность простого введения ее в выполненную в форме ласточкина хвоста направляющую державки без необходимости придания тормозной накладке сложного наружного контура, дорогого в изготовлении. То же самое относится к тормозным накладкам, описанным в заявке DE-OS 2100009.
Эффект самостабилизации достигается также в том случае, когда согласно следующему предпочтительному варианту выполнения изобретения, по меньшей мере, расположенные в плоскости, перпендикулярной относительно оси, поперечные сечения выемок, простирающихся от поверхности трения, обращенной к паре трения, вовнутрь изнашиваемого объема тормозной накладки, расширяются в сторону пары трения.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - вид в перспективе взаимодействующих с тормозным диском тормозных клещей согласно известному уровню техники;
фиг.2 - поперечное сечение державки для тормозной накладки и тормозной накладки в составе тормозных клещей по фиг.1;
фиг.3 - вид в перспективе взаимодействующих с тормозным диском тормозных клещей согласно известному уровню техники в следующем варианте выполнения;
фиг.4 - в перспективе устройство с колодочным тормозом согласно известному уровню техники;
фиг.5 - поперечное сечение державки для тормозной накладки и тормозной накладки в неизношенном состоянии;
фиг.6 - поперечное сечение державки для тормозной накладки и тормозной накладки по фиг.5 в изношенном состоянии;
фиг.7 - поперечное сечение державки для тормозных накладок и тормозных накладок согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения в неизношенном состоянии;
фиг.8 - поперечное сечение державки для тормозных накладок и тормозных накладок на фиг.7 в изношенном состоянии;
фиг.9 - поперечное сечение державки для тормозной колодки и тормозной колодки в неизношенном состоянии;
фиг.10 - поперечное сечение державки для тормозной колодки и тормозной колодки на фиг.9 в изношенном состоянии.
Показанная на фиг.5 и несущая тормозную накладку 30 державка 32 согласно одному варианту изобретения предпочтительно применяется в компактных тормозных клещах 34, как они представлены на фиг.1 с тормозными накладками 8 из уровня техники. Компактные тормозные клещи 34 воздействуют на тормозной диск 31 и тормозные накладки 30 вступают в двусторонний фрикционный контакт с боковыми поверхностями тормозного диска 31. Каждая державка 32 тормозных накладок закреплена на рычагах компактных тормозных клещей 34 посредством двух пальцевых соединений 62 и зажимных винтов 36. Пальцевые соединения 62 позволяют державкам 32 тормозных накладок поворачиваться вокруг осей пальцев, установленных параллельно плоскости тормозного диска. Это необходимо, чтобы тормозные накладки 30 могли оставаться ориентированными параллельно боковым поверхностям тормозного диска 31, когда последний вместе с осью колеса, с которой он вращается, выполняет осевые движения.
Как следует из фиг.5, каждая тормозная накладка 30 имеет расположенный в соответствующей державке 32 удерживающий объем 38 и взаимодействующий с тормозным диском 31 изнашиваемый объем 40, который может изнашиваться до определенного предела. Соединение между удерживающим объемом 38 тормозных накладок 30 и державкой 32 может быть реализовано, например, посредством направляющей 42 в форме ласточкина хвоста.
палец
торм
На фиг.5 показана также линия 44 силового воздействия силы пальца F, когда она в неизношенном состоянии тормозной накладки 30 является еще коллинеарной с центром износа 54, в котором тормозная сила F воздействует на поверхность трения 46 тормозной накладки 30. Штриховой линией показаны имеющиеся в изнашиваемом объеме 40 поперечные прорези 48, предназначенные, с одной стороны, для отвода наружу воды, находящейся на поверхности трения, чтобы при влажности окружающей среды не происходило образование гидродинамической смазочной пленки на трущейся поверхности 46 и нежелательным образом не снижался коэффициент трения скольжения. С другой стороны, эти поперечные прорези 48 предотвращают загибание тормозной накладки 30, если последняя неравномерно нагревается по своей толщине и, как результат, имеет место неравномерное тепловое расширение.
Поперечное сечение изнашиваемого объема 40 тормозной накладки 30, расположенное в плоскости, перпендикулярной оси пальцевого соединения 62, сужается в сторону тормозного диска 31. Предпочтительно, чтобы указанное сужение поперечного сечения проходило гладко и плавно, то есть чтобы боковые поверхности 50 тормозной накладки 30 были ровными и, будучи в неизношенном состоянии согласно фиг.5, были расположены относительно средней линии 52 тормозной накладки 30 косо сходящимися к тормозному диску 31.
торм
палец
2
Благодаря такой геометрической форме при появлении скошенного износа тормозной накладки 30 центр износа 54 тормозной накладки 30, на которую фиктивно воздействует тормозная сила F, смещается относительно линии силового воздействия 44 силы пальца F на расстояние h так, что возникает противодействующий скошенному износу крутящий момент, который создает предварительное натяжение тормозной накладки 30 в направлении, в котором испытывающий меньший износ участок - на фиг.6 правый - изнашиваемого объема 40 тормозной накладки 30 нагружается в большей степени. За счет этого уменьшается скошенный износ и достигается более равномерное изнашивание тормозной накладки 30.
На фиг.7 и 8 показана форма выполнения державки 56 тормозных накладок, на которой с помощью, например, сферических гнезд 60 поворотно во все стороны установлено несколько, например, шестиугольных тормозных накладок 58 из металлокерамики. Державка 56 тормозных накладок, в свою очередь, установлена посредством пальцевого соединения 62 напротив рычага тормозных клещей. Основная конструкция соответствует выполнению на фиг.3 за исключением формы поперечных сечений шестиугольных тормозных накладок 58. За счет того что шестиугольные тормозные накладки 58 установлены поворотно во все стороны, скошенный износ может появляться не только в плоскости поперечного сечения, перпендикулярной оси пальцевого соединения 62, но и в любом направлении. Поэтому здесь поперечное сечение изнашиваемого объема 64 тормозных накладок 58 должно сужаться в сторону тормозного диска 66 в любой плоскости, перпендикулярной тормозному диску 66.
2
Как и в описанном выше примере выполнения, такая геометрическая форма тормозных накладок 58 способствует тому, что при появлении скошенного износа центр износа 68 на поверхности трения 70 смещается на расстояние h, в результате чего возникает противодействующий скошенному износу крутящий момент, который создает предварительное натяжение тормозных накладок 58 в направлении, в котором испытывающий меньший износ участок изнашиваемого объема 64 нагружается в большей степени, как это следует из фиг.8. Благодаря наклону боковых поверхностей 72 тормозных накладок 58 со всех сторон этот эффект не ограничен показанной на фиг.7 и фиг.8 плоскостью поперечного сечения, перпендикулярной оси пальца пальцевого соединения 62, но и возможен во всех плоскостях поперечного сечения, перпендикулярных тормозной поверхности тормозного диска 66.
Идея изобретения придать тормозной накладке такую форму, чтобы при появлении скошенного износа центр износа поверхности трения смещался так, чтобы возникал противодействующий скошенному износу крутящий момент, может быть использована и по отношению к колодочным тормозам 74. В варианте выполнения на фиг.9 и фиг.10 речь идет о державке 78, несущей тормозную колодку 76, причем поверхность трения 80 тормозной колодки 76 имеет круговое поперечное сечение в соответствии с поверхностью катания затормаживаемого колеса, образующей тормозную поверхность трения 82. Здесь державка 78 тормозной колодки так же, как и на фиг.4, поворотно закреплена с помощью пальцевого соединения 84.
И в этом варианте выполнения поперечное сечение изнашиваемого объема 86 тормозной колодки 76, расположенное в плоскости, перпендикулярной оси пальцевого соединения 84, сужается в сторону тормозной поверхности трения 82 колеса. Предпочтительно, чтобы это сужение поперечного сечения также проходило гладко и плавно, то есть чтобы боковые поверхности 88 тормозной колодки 76 были ровными и в неизношенном состоянии согласно фиг.9 косо сходились относительно средней линии 90 тормозной колодки 76.
палец
2
Как и в описанных выше примерах выполнения, геометрическая форма тормозной колодки 76 способствует тому, что при появлении скошенного износа центр износа 92 на поверхности трения 80 смещается относительно линии силового воздействия 94 силы пальца F на расстояние h, в результате чего возникает противодействующий скошенному износу крутящий момент, который создает предварительное натяжение тормозной колодки 76 в направлении, в котором испытывающий меньший износ участок изнашиваемого объема 86 - на фиг.10 левый - нагружается в большей степени.
Кроме того, поперечное сечение прорезей 96 в тормозной колодке 76 в отличие от уровня техники согласно фиг.4, где оно является равномерно прямоугольным, расширяется, по меньшей мере, частично в сторону поверхности катания 82 колеса. Как и у боковых поверхностей 88 тормозной колодки 76, это расширение поперечного сечения предпочтительно ограничивается плоскостью поперечного сечения, перпендикулярной оси пальцевого соединения 84. Поскольку внутренние поверхности 98 тормозной колодки 76, ограничивающие прорези 96, до некоторой степени также представляют собой боковые поверхности тормозной колодки, такая форма дает тот же эффект, компенсирующий скошенный износ, что и наклон наружных боковых поверхностей 88 тормозной колодки 76.