КОМПОЗИЦИОННАЯ ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ОБРАЗУЮЩАЯ В ПРОЦЕССЕ ТРИБОКОНТАКТА АБРАЗИВНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ
RAILWAY VEHICLE COMPOSITE BRAKE SHOE PRODUCING ABRASIVE NANOPARTICLES IN TRIBOCONTACT

Заявляемое изобретение относится к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, например тормозным колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, локомотивов и другого рельсового транспорта.
Аналогом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного подвижного состава, содержащая композиционный фрикционный элемент и фрикционную абразивную вставку из чугуна, защемленную в проволочном каркасе и запрессованную в композиционном фрикционном элементе, при этом вставка в верхней нерабочей части снабжена выемками, уступами или заплечиками для позиционирования проволоки каркаса по толщине вставки (см. патент RU №95768, МПК F16D 65/04, 2010 г.). Существенные признаки аналога «композиционный фрикционный элемент, проволочный каркас, вставка из чугуна» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является снижение фрикционных характеристик колодки при нагревах в процессе эксплуатации из-за снижения коэффициента трения полимерного фрикционного композита и материала вставки при высоких температурах, что может привести к существенному увеличению тормозного пути транспортного средства и, соответственно, снизить безопасность изделия в процессе эксплуатации.
Прототипом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас, одно- или двухслойный композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок, выполненных из металла (см. патент RU №88753, МПК В61Н 1/00, 2009 г.). Существенные признаки прототипа «металлический каркас, одно- или двухслойный композиционный фрикционный элемент, вставка или несколько вставок из металла» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа также является падение фрикционных характеристик колодки в момент ее нагрева в процессе эксплуатации из-за снижения при нагревании коэффициента трения как полимерного фрикционного композита, так и материала вставки или вставок, что приводит к увеличению тормозного пути транспортного средства и снижает его безопасность.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение стабильности фрикционных характеристик колодки в процессе эксплуатации путем обеспечения, в момент существенного нагрева изделия, образования в зоне трибоконтакта рабочей поверхности колодки и поверхности катания колеса наноразмерных абразивных частиц, повышающих коэффициент трения.
Для достижения указанного технического результата в тормозной колодке железнодорожного транспортного средства, содержащей металлический каркас, одно- или двухслойный композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок из металла, вставка или вставки выполнены из кремнистого чугуна с содержанием кремния от 5,0 до 7,5%.
Существенные признаки заявляемого изобретения «вставка или вставки выполнены из кремнистого чугуна с содержанием кремния 5,0÷7,5%» являются отличительными от признаков прототипа.
Композиционная тормозная колодка гребневого или негребневого типа для железнодорожного транспортного средства включает металлический каркас, например, из сплошной металлической полосы («штампованный» каркас) или проволочной рамки и перфотыльника (сетчато-проволочный каркас), или другого типа. На металлическом каркасе зафиксирован полимерный композиционный фрикционный элемент, включающий полимерную матрицу с дисперсными, в том числе волокнистыми, наполнителями. Во фрикционном элементе размещены чугунные вставки, одна или несколько. Вставки могут быть размещены как в центральной, так и в других частях колодки. Вставки или единственная вставка выполнены из кремнистого чугуна с содержанием кремния в чугуне от 5,0 до 7,5%.
Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами.
Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка тормозная полуметаллическая с сетчато-проволочным каркасом и чугунной вставкой, дет.126-12-58-01. Вставка выполнена из чугуна с шаровидным графитом, содержание углерода в чугуне 2,62%, кремния 6,23%, марганца 0,89%, фосфора 0,22%, серы 0,21%.
Выполнение вставки из кремнистого чугуна обеспечивает при нагревании образование на поверхности трения вставки хрупкой пленки оксида кремния толщиной от 20 до 100 нм. В процессе трибоконтакта эта пленка разрушается с образованием абразивных частиц двуокиси кремния соответствующего размера, которые удаляются с продуктами износа. Абразивные частицы образуются только при значительном нагреве поверхности трения тормозной колодки, то есть именно тогда, когда происходит термическое падение коэффициента трения. В результате значение коэффициента трения нагретой колодки повышается. Из-за удаления абразивных частиц с продуктами износа и отсутствия их образования при обычных температурах повышения коэффициента трения на ненагретых колодках не происходит.
В результате снижается градиент изменения значений коэффициента трения колодки при ее эксплуатации, то есть стабилизируются фрикционные характеристики.