ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например, колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д.
Из уровня техники известны серийно изготавливаемые в настоящее время чугунные тормозные колодки, например, изготавливаемые по ГОСТ 1205-73 «Колодки чугунные тормозные для вагонов и тендеров железных дорог. Конструкция и основные размеры» и композиционные тормозные колодки для железнодорожных вагонов. Композиционные тормозные колодки для железнодорожных вагонов изготавливаются двух видов:
- с металлическим каркасом из стальной полосы с П-образным выступом и с приваренной к ней усилительной пластиной;
- с сетчато-проволочным каркасом.
(см. Б.А.Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. М., Химия 1982 г., стр.8-14; 67-76).
Тормозные композиционные колодки по сравнению с чугунными получили значительно более широкое применение, так как они имеют более высокий коэффициент трения, меньшее усилие нажатия, более высокую износостойкость и, как следствие, в несколько раз более высокий срок службы, меньший вес, стоимость, а также обеспечивают бесшумное и плавное торможение поезда.
Однако, при эксплуатации тормозных композиционных колодок могут возникать отдельные дефекты, в том числе снижение тормозной эффективности колодок, обычно в осенне-весенний период при попадании снега или льда в зону трения.
Из уровня техники известны композиционные тормозные колодки, содержащие одну или несколько твердых вставок и предназначенные для снижения вышеуказанных недостатков композиционных тормозных колодок.
Известна колодка тормозная по авторскому свидетельству СССР №159186 (20f, 1, МПК В61h, 07.12.1963).
Колодка тормозная предназначена преимущественно для железнодорожного подвижного состава, с твердыми вставками на фрикционной части, отличающаяся тем, что с целью увеличения эффективности взаимодействия колодки с ободом колеса, пара твердых вставок, симметрично расположенных относительно горизонтальной оси колодки, перекрывает ее фрикционную часть по всей ширине. Вставки удерживаются за счет адгезии и трения, возникающих между ними и фрикционным материалом колодки.
Существенные признаки аналога «твердые вставки» и «фрикционная часть» являются общими с существенными признаками заявляемой колодки.
Конструкция указанных колодок не обеспечивает требуемой надежности при эксплуатации, так как при длительных и экстренных торможениях, происходит интенсивная передача тепла из зоны трения на поверхность твердых вставок, особенно, если вставки имеют более высокую теплопроводность. Вблизи вставки происходит выгорание и расплавление органических материалов, входящих в состав композиционной колодки, включая связующее, в связи с чем, крепление вставок ослабевает и они перестают выполнять свое назначение и могут выпасть из колодки.
Недостатком аналога является также возможность опережающего износа полимерного композиционного фрикционного элемента в процессе эксплуатации, если вставки имеют более высокую износостойкость, в результате чего могут резко измениться характеристики фрикционного контакта колодки с колесом, коэффициент взаимного перекрытия, коэффициент трения, а, следовательно, эффективность торможения.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и твердые вставки, (патент РФ на полезную модель №67045, МПК В61Н 7/02, F16D 69/02, 10.10.2007).
Существенные признаки аналога «композиционный фрикционный элемент», «металлический каркас» и «твердые вставки» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Наиболее близкий аналог имеет достаточно прочную конструкцию, так как вставки соединены с металлическим каркасом с помощью, например, сварки.
Недостатком наиболее близкого аналога является возможность опережающего износа композиционного фрикционного элемента в процессе эксплуатации, в результате чего могут резко измениться характеристики фрикционного контакта колодки с колесом и коэффициент взаимного перекрытия. Возможен также перегрев твердой вставки и разрушение части фрикционного элемента вблизи вставок, что ухудшает эксплуатационные характеристики транспортного средства вплоть до возникновения аварийной ситуации.
Задача заявляемой полезной модели - обеспечение оптимального соотношения между износостойкостью отдельных элементов колодки и их фрикционных характеристик.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик колодки.
Для достижения указанного технического результата в тормозной колодке, содержащей металлический каркас, композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок, вставка или вставки выполнены из материала с меньшей износостойкостью и меньшим коэффициентом трения, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки.
Существенные признаки заявляемой полезной модели «вставка или вставки выполнены из материала с меньшей износостойкостью и меньшим
коэффициентом трения, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.
Колодка содержит композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и вставку. Композиционный фрикционный элемент может быть изготовлен из одного или двух продольных слоев, различающихся по свойствам, и может содержать или не содержать асбест. Металлический каркас может включать проволочную рамку, перфорированный тыльник или иметь другую конструкцию.
Твердая вставка может быть размещена в центральной части колодки или в других частях колодки. Возможно размещение в колодке двух и более вставок. Вставка может иметь твердость и абразивность выше, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки. Вставка может быть выполнена из металла, например, из высокопрочного чугуна, или другого материала. Например, вставка может быть выполнена также из композиционного фрикционного материала другого типа с металлическим наполнителем в виде чугунной дроби или крошки, стальной шерсти и других, отличающегося от композиционного фрикционного элемента со стороны рабочей поверхности колодки по физико-механическим и фрикционно-износным свойствам. При этом материал вставки в условиях эксплуатации колодки имеет меньшую износостойкость и меньший коэффициент трения (например, по стали, из которой выполнена рабочая поверхность колеса), чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки.
При проектировании тормозной композиционной колодки с твердыми вставками, в зависимости от разницы между коэффициентами трения композиционного фрикционного элемента со стороны рабочей поверхности колодки и твердых вставок, определяется оптимальное соотношение их площадей на рабочей поверхности колодки таким образом, чтобы эффективность торможения колодки на любой допустимой для использования скорости конкретного транспортного средства соответствовала допустимой по нормам безопасности на железнодорожном транспорте.
Изготавливаться заявляемая колодка может известными из уровня техники способами, например, формованием и вулканизацией из предварительно изготовленных формовочных фрикционных смесей с металлическим каркасом и металлическими или композиционными вставками.
Изготовление и использование тормозных композиционных колодок с твердыми металлическими или композиционными вставками, имеющими в соответствии с заявляемой полезной моделью меньший коэффициент трения и износостойкость, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки, позволит при эксплуатации железнодорожных транспортных средств очищать поверхность катания колеса от загрязнений, например, торфа и листьев в процессе обычного торможения, а также обеспечить стабильность эффективности торможения, особенно в осенне-весенний период при попадании в зону трения льда и снега, и исключить аварийные ситуации за счет опережающего износа твердых вставок.