СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК ЛОКОМОТИВА В ЭКСПЛУАТАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTINUOUS CONTROL OVER LOCOMOTIVE BRAKING CLAMP THICKNESS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение предназначено для применения на тяговом подвижном составе и относится к части тормозной рычажной передачи, а также к сигнализирующим устройствам быстроизнашивающихся механических частей.
Тормозные колодки (накладки) являются важнейшим элементом механической части тормоза. От них зависит эффективность торможения и, следовательно, безопасность движения - это вызывает ряд требований к их качеству и характеристикам:
- наличие стабильного и высокого коэффициента трения в широком диапазоне скоростей и сил нажатий;
- минимальный износ на единицу тормозного пути для снижения объема работ по замене колодок на подвижном составе;
- возможность длительных торможений без утраты фрикционных свойств;
- отсутствие недопустимых тепловых и других воздействий на колесную пару или диск, повреждающих их поверхность;
- неизменность фрикционных характеристик при попадании влаги на колодки;
- простота установки при замене из-за износа или смены типа тормозных колодок;
- исключение возникновения на поверхности колеса токонепроводящих включений (третьего тела), а также снижающих коэффициент его сцепления с рельсами;
- отсутствие вредных для человека продуктов износа и возможности самовозгорания колодок [1].
От качества тормозных колодок зависит сокращение тормозных путей, повышение скоростей и безопасность движения. Тормозные колодки должны иметь высокий коэффициент трения, малозависящий от скорости, высокую износостойкость и стабильно работать в разных климатических условиях [2].
Тормозные колодки разделяют на категории по типу материала, из которого они сделаны, и форме исполнения. В соответствии с первой в нашей стране выпускаются три вида колодок: чугунные стандартные, композиционные и чугунные с повышенным содержанием фосфора (фосфористые), а в соответствии со второй: безгребневые, гребневые и секционные.
На локомотивах в основном применяются чугунные стандартные колодки (1, фиг.1). К их достоинствам относятся хороший отвод выделяющегося при торможении тепла и отсутствие влияния влаги на коэффициент трения. В то же время такие колодки имеют существенно нестабильный коэффициент трения, снижающийся с ростом скорости. Это, в частности, приводит к необходимости применения на скоростном подвижном составе регуляторов сил нажатия колодок в зависимости от скорости движения [1].
Основная проблема состоит в том, что чугунные колодки быстро изнашиваются, что снижает безопасность движения поезда по перегону (спуску). На крутых затяжных спусках, например, износ чугунных колодок за спуск составляет 7-9 мм [1].
Композиционные тормозные колодки применяют на всех грузовых, а также на пассажирских вагонах, которые эксплуатируются при скоростях более 120 км/ч. Их изготавливают по определенной технологии из асбокаучуковых материалов с добавлением барида, сажи и вулканизирующего состава методом напрессовки на металлический каркас. Они в 3-5 раз более износостойки, чем чугунные. К недостаткам этих колодок относятся плохой отвод тепла и, как следствие, неблагоприятные температурные режимы на поверхности катания колес, вызывающие их повреждения в виде наваров, сдвигов металла, микротрещин и т.д. Их не применяют на локомотивных колесах по причине перегрева, ослабления и возможного сползания бандажа. Кроме этого, при увлажнении, особенно в зимний период из-за метелей и снегопадов, композиционные колодки увлажняются и обледеневают, что требует периодического включения тормозов для их просушивания [2|.
Гребневые стандартные чугунные колодки (фиг.1) применяют па локомотивах в том случае, если их из-за тягового оборудования невозможно соединить попарно триангелями или тормозными балками. Поскольку поверхность катания колес имеет конусообразный вид и при нажатии на колодку кроме нормальной силы возникает еще и боковая сила, ее удерживают от сползания с помощью специального фигурного паза, который ложится на гребень колеса.
Износ колодок в условиях эксплуатации существенно зависит от силы их нажатия, материала, вида и длительности торможения, регулировки рычажной передачи, положения колодки относительно поверхности катания колеса, как в тормозном, так и в отпущенном состояниях, и ряда других факторов. Минимальная толщина при износе - 14 мм.
В настоящее время выпускают тормозные колодки, с сетчато-проволочным каркасом, которые имеют большую вибрационную прочность, чем с металлическим каркасом, меньшую массу и допускают износ до 10 мм.
В эксплуатации чугунная тормозная колодка локомотива довольно быстро изнашивается до критической толщины, что ведет к необходимости ее замены [1]. Однако в современных условиях эксплуатации тормозных колодок локомотивов невозможно обеспечить непрерывный контроль ее износа во время движения, а следовательно, и своевременную замену. Таким образом, наиболее близким прототипом является чугунная тормозная колодка локомотива [1].
В настоящее время толщину тормозной колодки контролируют помощники машиниста линейкой или штангенциркулем на стоянке локомотива. Однако ввиду сложности прогнозирования износа колодки, а также наличия так называемого «человеческого фактора», невозможно предсказать ее толщину на участке обращения локомотивов из-за разности режимов вождения поездов машинистами.
Предлагается способ контроля толщины тормозных колодок локомотива в эксплуатации. Способ заключается в непрерывном контроле толщины колодки и выдаче сигнала при достижении минимальной толщины. Предлагаемый способ контроля позволит исключить вышерассмотренные недостатки, касающиеся невозможности получения достоверных данных об износе.
Контроль предлагается обеспечивать металлическими сигнализаторами (3, фиг.2). Они включаются в конструкцию колодки через дополнительно проделанные отверстия. Сигнализатор (3) состоит из металлической части (проводника) (5), пластикового корпуса (изолятора) (6) и соединяющего индивидуального провода (4) (фиг.2). В процессе эксплуатации при достижении максимально допустимого износа (размер а на фиг.2) тормозной колодки, пластиковая часть сигнализатора соприкасается с вращающимся колесом (бандажом колеса) (8, фиг.3) и, вследствие достижения износа пластиковой части сигнализатора, металлическая часть сигнализатора (5, фиг.2) замыкает на «минус» электрическую цепь. Размер а - максимально допустимый износ колодки, зависит от различных факторов: профиля пути участка обращения локомотивов, степени износостойкости конкретных колодок, а также типа локомотива и устанавливается инструкцией.
Способ непрерывного контроля допустимого износа тормозной колодки работает следующим образом: при замыкании цепи ток протекает но линии (фиг.3): «+» источника питания, через токоограничивающее сопротивление (13), через сигнальную лампу (лампа накаливания, либо светодиод и другие индикаторы) (11), находящуюся в кабине машиниста локомотива на пульте управления (12), через общий провод (9), через индивидуальный провод (10) сигнализатора (фиг.3), через металлическую часть (5, фиг.2) сигнализатора (3, фиг.2), тормозной колодки (7, фиг.3), на металлический бандаж колеса (8, фиг.3) и на рельс (14, фиг.3), который соединяется с «-».
При достижении критического износа сигнализатор (3, фиг.2) замыкается, лампа (13, фиг.3) загорается и свидетельствует машинисту о том, что износ одной из колодок на локомотиве достиг предельного уровня и, соответственно, на ближайшей станции технического обслуживания она требует замены.
На каждую сторону локомотива в зависимости от серии применяются от 6 до 12 тормозных колодок. Предлагается определять по сторонам локомотива, где колодка предельно износилась, устанавливаются две цени на локомотив (правая и левая), соответственно в кабине машиниста загорается либо левая, либо правая лампа (Л, П) (13, фиг.3). Количество сигнализаторов на колодку может быть любым от одного до N. На фигуре 2 показан случай, когда N=2.
Технический результат работы предлагаемого способа непрерывного контроля толщины тормозных колодок локомотива в эксплуатации заключается в следующем:
- повышение уровня безопасности движения поездов за счет увеличения надежности торможения всех колодок локомотива, в связи со своевременной заменой предельно износившейся колодки;
- своевременное показание машинисту локомотива предельного износа тормозной или тормозных колодок локомотива во время эксплуатации;
- возможность машинисту локомотива корректировать свои действия при торможении на предстоящих участках профиля пути;
- низкая стоимость необходимых дополнений в конструкции.
Литература
1. Автоматические тормоза подвижного состава. / В.Р.Асадченко. - М.: Маршрут, 2006. - 392 с.
2. Автоматические тормоза подвижного состава. / В.И.Крылов, В.В.Крылов. - М.: Транспорт, 1983. - 360 с.