ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Заявляемая полезная модель относится к колодочным тормозным устройствам, а именно, к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава.
Из уровня техники известны тормозные колодки, в том числе чугунные, композиционные и композиционные с чугунными вставками, которые применяются для железнодорожных вагонов.
Тормозные композиционные колодки с фрикционными абразивными вставками, например, с чугунными, в отличие от композиционных колодок, имеют более стабильную эффективность торможения, особенно в осенне-весенний период и изготавливаются с одной или несколькими вставками. Композиционные тормозные колодки, в том числе с чугунными вставками, могут содержать в своем составе одно, двух или трехслойный композиционный фрикционный элемент.
Так, например, известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства по патенту РФ на изобретение №2340806.
Известная тормозная колодка содержит композиционный фрикционный элемент, металлический каркас из стальной полосы и приваренную к нему твердую вставку, расположенную в центральной части колодки, проволочный каркас, центральную бобышку с отверстием под чеку и две боковые бобышки, выполненные из композиционного фрикционного материала. Металлический каркас из стальной полосы выполнен шириной меньше ширины проволочного каркаса, изогнут по радиусу тыльной поверхности колодки и запрессован в тыльную поверхность колодки с обеих сторон твердой вставки между боковыми бобышками и центральной бобышкой. Проволочный каркас представляет собой впрессованные в композиционный фрикционный элемент тыльной стороны колодки по ее периметру две замкнутые рамки, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки. Твердая вставка снабжена пазом, открытым со стороны ее тыльной поверхности, вставлена в проволочный каркас и запрессована в центральной бобышке таким образом, что ее тыльная поверхность находится в одной плоскости с тыльной поверхностью центральной бобышки. Твердая вставка обычно выполняется из металла, например, из чугуна, и является фрикционной вставкой, обладающей большей абразивностью, чем композиционный фрикционный элемент.
Недостатком известной колодки является повышенная себестоимость колодки из-за необходимости изготовления двух деталей металлического каркаса из стальной полосы и их приварки к чугунной вставке специальными электродами, несмотря на наличие проволочного каркаса.
Существенные признаки тормозной колодки: «композиционный фрикционный элемент», «абразивная фрикционная вставка», «проволочный каркас» являются общими с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Известная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства по патенту РФ на изобретение №2340805 является наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Известная тормозная колодка содержит композиционный фрикционный элемент, проволочный каркас, представляющий собой впрессованные в композиционный фрикционный элемент тыльной стороны колодки, по периметру колодки, две замкнутые рамки, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки, твердую вставку, расположенную в центральной части колодки и запрессованную в композиционный фрикционный элемент. Колодка с тыльной ее стороны содержит металлическую сетку или перфорированную жесть, впрессованную в композиционный фрикционный элемент. Вставка в верхней нерабочей части имеет паз с ее тыльной стороны, запрессованный фрикционным композиционным материалом с отверстием для пропуска чеки и консоли, симметрично расположенные по длине вставки с каждой ее стороны, причем верхняя нерабочая часть вставки вставлена в проволочный каркас и защемлена в нем.
Длина вставки в месте консолей может быть больше длины центральной бобышки, но меньше расстояния между боковыми бобышками.
Нерабочая часть вставки может иметь выемку на боковой стороне по ширине вставки, а на другой боковой стороне выступ, и защемлена в проволочном каркасе с двух сторон по длине, с двух сторон по ширине и с одной стороны по высоте таким образом, что тыльная поверхность вставки в центральной бобышке находится в одной плоскости с нижней поверхностью сетки или перфорированной жести.
Проволочный каркас представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух замкнутых, изогнутых, вставленных друг в друга и сваренных между собой рамок из стальной проволоки. Он имеет несколько отверстий, а его изогнутые стороны недостаточно параллельны и перпендикулярны между собой. По этой причине его конструкция использована для установки вручную верхней нерабочей части вставки в отверстия и полости каркаса и защемления в нем за счет непараллельности и неперпендикулярности гибких сторон его отверстий из проволоки.
С целью предотвращения выхода твердой вставки из зацепления с проволочным каркасом предусмотрено также защемление твердой вставки с одной боковой ее стороны по высоте. Вставка имеет в верхней нерабочей ее части с одной боковой стороны выемку, а с другой противоположной боковой стороны выступ и уклон. В выемке размещается средняя часть одной из двух продольных боковых сторон проволочного каркаса в месте соединения и изгиба рамок. Средняя часть второй продольной боковой стороны проволочного каркаса размещается с противоположной боковой стороны твердой вставки в месте уклона над выступом при выполнении монтажа вставки в каркасе путем ее поворота вручную под углом к каркасу.
После сборки проволочного каркаса со вставкой и установки перфорированной жести или сетки производится запрессовывание их в композиционном фрикционном материале под давлением и повышенной температуре, в результате чего колодка приобретает необходимую прочность.
Известная колодка имеет прочную простую и недорогую конструкцию и в случае использования вставки из высокопрочного чугуна позволяет не только добиться стабильной эффективности торможения, но и повысить ресурс колеса.
Однако известная конструкция колодки в процессе изготовления допускает выпуск большого количества брака, который незначительно снижается даже в случае проведения дополнительной операции сортировки и подбора каркасов и вставок по присоединительным размерам. Как следствие, это вызывает также, кроме увеличения себестоимости изготовления колодок уменьшение ресурса их эксплуатации и ресурса колес.
Действительно, высота вставки от тыльной поверхности до выступов на боковой поверхности имеет большой литейный допуск и должна быть всегда больше размещаемых над ними средних частей продольных боковых сторон проволочного каркаса в месте соединения (сварки) и изгиба рамок.
В противном случае при брикетировании и вулканизации колодок под давлением в прессформе возможен дополнительный изгиб проволочного каркаса с разрушением сварного соединения рамок.
Высота средней части продольной боковой стороны проволочного каркаса в месте изгиба и сварки рамок из-за сложной конфигурации имеет размерный допуск в несколько раз превышающий диаметр проволоки. В условиях данных допусков это не позволяет в достаточной степени позиционировать проволочный каркас относительно тыльной поверхности вставки и колодки. При значительном смещении проволочного каркаса в сторону рабочей поверхности колодки он может попасть в отверстие под чеку и в рабочую толщину колодки.
Существенные признаки тормозной колодки: «композиционный фрикционный элемент», «фрикционная абразивная вставка, защемленная в проволочном каркасе и запрессованная в композиционном фрикционном элементе», являются общими с существенными признаками заявляемой полезной модели. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является конструкция тормозной колодки железнодорожного подвижного состава, обеспечивающая более точное позиционирование проволочного каркаса по толщине вставки и колодки, исключающее попадание проволочного каркаса в отверстие под чеку и в рабочую толщину колодки.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение брака при изготовлении колодок, а следовательно, снижение себестоимости изготовления колодок и повышение ресурса колодок и колес за счет снижения их повреждений, и, как следствие, получение дополнительной прибыли железными дорогами.
Указанный технический результат достигается тем, что на тыльной поверхности вставки в верхней нерабочей ее части предусмотрены специальные пазы, выемки, выступы или заплечики, глубиной близкой к диаметру проволоки для размещения в них прямых отрезков проволоки каркаса при защемлении вставки.
В заявляемой полезной модели предлагаемая конструкция фрикционной абразивной вставки в верхней нерабочей ее части с тыльной ее стороны имеет два заплечика высотой близкой к диаметру проволоки. При сборке вставки с проволочным каркасом четыре небольших достаточно прямых отрезков проволочного каркаса размещаются в этих заплечиках и позиционируют каркас относительно толщины вставки, так как препятствуют дальнейшему перемещению каркаса по толщине вставки в сторону рабочей ее части.
При брикетировании и вулканизации тормозной колодки находящийся в заплечиках вставки проволочный каркас упирается своей тыльной стороной в перфорированную заготовку через слой композиционного фрикционного материала или непосредственно в дно пресс-формы и запрессовывается в тормозной колодке в этом положении. Таким образом, обеспечивается в несколько раз более точное позиционирование проволочного каркаса относительно тыльной поверхности вставки и колодки, что исключает попадание каркаса в отверстие под чеку и в рабочую часть тормозной колодки. При необходимости, выступы, заплечики или уступы для предотвращения попадания проволочного каркаса в рабочую часть тормозной колодки могут быть предусмотрены и в других местах верхней нерабочей части вставки, например, на ее консолях.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой тормозной колодки впереди и в плане, на фиг.2 - вид вставки сбоку и спереди, на фиг.3 - вид в аксонометрии вставки в сборе с проволочным каркасом, где:
1 - композиционный фрикционный элемент; с одним, двумя или тремя горизонтальными слоями;
2 - проволочный каркас;
3 - фрикционная абразивная вставка;
4 - заготовка из перфорированной жести или сетки;
5 - центральная бобышка с отверстием под чеку;
6 - направляющие бобышки;
7 - паз для отверстия под чеку;
8 - консоли вставки;
9 - выемки (заплечики) для позиционирования отдельных отрезков проволоки каркаса по толщине вставки.
10 - выемка на боковой поверхности верхней нерабочей части вставки (предназначена для размещения средней части продольной боковой стороны проволочного каркаса в месте соединения рамок);
11 - уклон на боковой поверхности верхней нерабочей части вставки, над выступом.
Технология изготовления тормозной колодки предусматривает следующие этапы (операции):
- изготовление (отливка) вставки из чугуна;
- изготовление заготовки из перфорированной жести;
- изготовление и сварка проволочного каркаса из проволоки;
- сборка проволочного каркаса со вставкой путем защемления;
- изготовление композиционных фрикционных материалов для рабочего и нерабочего слоев;
- поочередная укладка в пресс-форму заготовки из перфорированной жести, проволочного каркаса со вставкой, навески нерабочего слоя, рабочего слоя и прирабатываемого слоя с разравниванием композиционных фрикционных материалов и с последующим формованием под давлением в прессе;
- вулканизация колодок в пресс-форме под давлением и при температуре, а при необходимости, и термообработка в печи;
- сверление отверстий под чеку в тормозной колодке. В исключительных случаях при использовании ржавой или загрязненной металлической арматуры или при выполнении особых требований по прочности колодки может выполняться очистка арматуры от ржавчины, обезжиривание и промазка клеем по обычным известным технологиям с целью улучшения адгезии и крепления металлической арматуры с композиционным фрикционным элементом.
Все операции, включая сборку проволочного каркаса со вставкой достаточно подробно описаны в представленном аналоге.
При выполнении колодки, таким образом, как указано в отличительной части формулы полезной модели, отдельные отрезки проволоки каркаса размещены в специальных выемках или заплечиках вставки со стороны ее тыльной нерабочей части и тем самым позиционируют проволоку каркаса, а следовательно и сам каркас по толщине вставки, а, значит и колодки.
Фрикционная абразивная вставка рационально соединена с проволочным каркасом путем защемления в его отверстиях, по длине, ширине и с одной стороны по высоте и вместе с ним запрессована в тормозную колодку. Вставка может быть защемлена в проволочном каркасе и по другому в зависимости от конструкции каркаса и вставки. Центральная бобышка с отверстием под чеку, армированная вертикальными элементами твердой вставки и проволочным каркасом, вместе с боковыми бобышками выполнена из прочного и эластичного композиционного фрикционного материала.
Композиционный фрикционный элемент может быть изготовлен из одного, двух или трех продольных слоев различных композиционных фрикционных материалов, отличающихся различной прочностью и износостойкостью. Слой, расположенный с тыльной стороны колодки имеет прочность и адгезионные свойства больше, чем рабочий фрикционный слой колодки, например, за счет увеличенного содержания в его составе связующего и армирующих волокон. Прирабатываемый слой близок к рабочему слою по механическим и фрикционным свойствам, но отличается меньшей износостойкостью, а его толщина определяется исходя из необходимости выхода торцевой поверхности вставки на рабочую поверхность тормозной колодки после полной приработки колодки к колесу. Состав композиции рабочего, нерабочего и прирабатываемого слоев определяется в соответствии с назначением и условиями эксплуатации колодок.
Проволочный каркас изготавливают в настоящее время серийно путем резки отрезков проволоки диаметром 4 мм, изгиба и сварки из них двух (внутренней и наружной) замкнутых и изогнутых рамок с последующей вставкой их друг в друга и сваркой между собой по центру полученного каркаса в месте их контакта таким образом, что внутренние части их взаимного перекрыты и отогнуты наружу, образуя ушко для пропуска чеки в центральной бобышке после заформования каркаса внутри тыльной части колодки.
Перфорированная заготовка может изготавливаться, например, из жести толщиной 0,25 мм путем ее перфорации на специальном перфорационном штампе в прессе с последующей вырубкой, изгибом и резкой в штампах на прессе. Применение перфорированной заготовки значительно увеличивает прочность перемычки над отверстием под чеку.
Твердая вставка может быть выполнена из специального чугуна, например, высокопрочного или ковкого, путем отливки требуемой формы, не требующей дальнейшей механической обработки.
Изготовление предлагаемых колодок может быть легко произведено на действующем оборудовании предприятий-изготовителей тормозных композиционных колодок и каркасов для них без принципиального изменения существующих технологий.
Изготовление тормозных композиционных колодок железнодорожного подвижного состава предлагаемой конструкции позволит снизить количество брака при изготовлении колодок, снизить себестоимость колодок, повысить ресурс колодок, исключить повреждения колес проволочным каркасом по сравнению с прототипом и тем самым увеличить их ресурс, а также повысить стабильность эффективности торможения с одновременным восстановлением поверхности катания колеса в процессе обычного торможения. Как следствие, повышается безопасность эксплуатации подвижного состава, обеспечивается снижение себестоимости колодок, и получение дополнительной прибыли железными дорогами за счет увеличения ресурса тормозных колодок и колес.