КОМПОЗИТНАЯ ТОРМОЗНАЯ ШИНА ВАГОННОГО ЗАМЕДЛИТЕЛЯ

олезная модель относится к устройствам железнодорожного транспорта и предназначено для установки в устройствах регулирования скорости скатывания отцепов (вагонов) на механизированных и автоматизированных сортировочных горках.
Применяемые в настоящее время устройства регулирования скорости отцепов оборудованы тормозными балками, располагаемыми по обе стороны от рельсов, и осуществляют торможение за счет зажатия колес вагонов тормозными шинами, закрепленными на балках. Тормозные шины изготавливаются из стали 50ХГ ГОСТ 14959-79 по ТУ 14-1-3188-81 методом прокатки, в поперечном сечении имеют Г-образную форму и крепятся к балкам замедлителя шинными болтами. Шины используются в состоянии поставки. (Сагайтис В.С, Соколов В.Н. Устройства механизированных и автоматизированных сортировочных горок: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Транспорт, 1988. 132-133 с.).
Работа вагонных замедлителей совершается со значительными динамическими нагрузками, возникающими в узлах силовой системы и контакте «тормозная шина - обод колеса вагона». Динамические нагрузки носят пикообразный характер.
Для работы вагонных замедлителей важными являются две группы параметров: это параметры торможения вагонов, которые в значительной степени зависят от взаимодействия пары трения «тормозная шина - обод колеса вагона», основным из которых является коэффициент трения и параметры шумового загрязнения, зависящие от состояния трущихся поверхностей шины и колеса железнодорожного вагона (сухие, влажные, с наличием масла, наличие в изнашиваемой части тормозной шины композиционных материалов).
Скорость входа отцепов на замедлитель на горках достигает 28-30 км/ч, усилия нажатия шин на колесо достигают 200 кН, а давление на их наружной поверхности - 30,0-50,0 МПа. В процессе торможения вагона контакт тормозных шин осуществляется с боковыми поверхностями последовательно набегающих колес, у которых согласно ГОСТ 9036-59 и 4835-59 внутренние поверхности бандажей обрабатываются по 3 классу чистоты, а наружные поверхности механической доводочной обработке вообще не подвергаются. В процессе эксплуатации на наружной боковой поверхности колес образуется накат до 5 мм большой твердости (НВ≈300). Поэтому в процессе взаимодействия колес вагона и тормозных шин происходит интенсивный износ последних и шумовое загрязнение окружающей среды. Шумовое загрязнение - это звуковые колебания, которые возникают в процессе торможения вагонов при их спуске с сортировочной горки и которые создают дискомфорт человеку. К ним относятся такие звуки как, свист и скрежет металла по металлу. По частотному диапазону различают шумы низко- (до 300 Гц), средне - (300÷1000 Гц) и высокочастотные (свыше 1000 Гц). Широко известно, что по физиологическому воздействию на человека наиболее опасен высокочастотный шум при уровне более 80 дБА. (особенно в диапазоне частот от 1000 до 4000 Гц), что подтверждается многочисленными опытами и отражено в существующих нормативных документах. Однако в условиях урбанизированных территорий, когда источник шума расположен не далеко от жилых кварталов, такие звуки как, свист и скрежет металла по металлу доставляют дискомфорт людям, (https://democrator.ru/petition/kruglosutochnyj-silnejshij-vizg-skrezhet-metalla-s).
К недостаткам тормозных шин относится не эффективное использование материала шины. Изнашиваемая часть шины составляет менее 20% от всего объема шины, при выработке изнашиваемого участка тормозной шины не более 30 мм, тормозная шина выбраковываются целиком и заменяются новой.
Известно техническое решение тормозной шиной вагонного замедлителя, состоящее из горячекатаного профиля Г-образной формы из стали, имеющего изнашиваемую часть и подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя выполненную в виде сплошного желоба, для размещения головок шинных болтов, с монтажными отверстиями, контактная поверхность изнашиваемой части образована фрикционными элементами из порошкового композиционного сплава, при этом контактная поверхность изнашиваемой части шины, образованная фрикционными элементами из порошкового композиционного сплава, составляет не более 80% от общей площади контактной поверхности, фрикционные элементы имеют форму тела вращения и закреплены в отверстиях, выполненных в изнашиваемой части шины, фрикционные элементы имеют коэффициент трения в пределах 0,1-0,6. композиционный сплав фрикционных элементов тормозной шины содержит мас. %:
Никель
1.0-3.5
Медь
1.5-10.0
Графит
0.8-5.0
Дисульфид молибдена
1.0-3.0
Оксид алюминия
1.0-5.0
Сульфат бария
1.5-10.5,
размер зерен порошков находится в пределах 0,5-500 мкм, пористость сплава составляет не более 20%. Наличие композиционных вставок позволяет значительно повысить стойкость шины и снизить уровень шума на 10-15 дБА. (Патент на полезную модель №143886, заявка №2014111090 от 25.03.2014, МПК B61K 7/02, «Тормозная шина вагонного замедлителя)
Недостаток данного технического решения заключается в высокой стоимости шины, не технологичности установки композиционных элементов в изнашиваемую часть шины. Используется новая горячекатаная шина полного профиля. Композиционные элементы в отверстия устанавливаются с натягом. Это требует дополнительной механической обработки фрикционных элементов, после спекания и дополнительная чистовая механическая обработка отверстий в шине.
Известно техническое решение, в котором тормозная шина вагонного замедлителя, имеет профиль Г-образной формы, имеющий изнашиваемую часть и подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя, выполненную в виде желоба, для размещения головок болтов крепления, с монтажными отверстиями, изнашиваемая часть часть выполнена в виде отдельных фрикционных элементов из композиционного материала с коэффициентом трения в пределах (0,10-0,18) и/или (0,18-0,40). Подошва имеет резьбовые отверстия для крепления прижимных планок и два бурта, один служит для удержания фрикционного элемента, имеет ряд впадин для фиксации фрикционного элемента от смещения в продольном направлении, второй служит для упора прижимных планок, фрикционный элемент закреплен в сплошном желобе подошвы с помощью, не менее, двух прижимных планок, имеет в нижней части в поперечном сечении форму трапеции с углами наклона боковых поверхностей 3-35°, фрикционный элемент имеет выступ для фиксации в подошве от смещения в продольном направлении. (Патент на полезную модель №127023, Заявка №2012124548 от 14.06.2012, МПК B61K 7/02, «Тормозная шина вагонных замедлителей устанавливаемых на тормозных позициях сортировочных горок»). Данное техническое решение принято в качестве прототипа
К недостаткам данного технического решения следует отнести не технологичность ее изготовления, в частности, крепление фрикционных элементов. Фрикционные элементы изготовляются методом порошковой металлургии, по технологическим условиям их длина ограничена, поэтому на тормозной шине, имеющей длину да 12 метров, необходимо закрепить большое количество фрикционных элементов. Кроме этого требуется дополнительная механическая обработка, как самих фрикционных элементов, так и мест установки прижимных элементов. Поэтому, даже использование изношенных шин в качестве основы, экономического эффекта не дает.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности торможения вагона и улучшение экологической обстановки в районе сортировочных горок,
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении технологичности изготовления тормозной шина, на основе отработанных шин, снижении уровня шумового загрязнения, стабилизации коэффициента трения, снижение затрат на обслуживание сортировочных горок.
Технический результат достигается композитной тормозной шиной вагонного замедлителя, Г-образного профиля, имеющая изнашиваемую часть и подошву для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя, выполненную в виде желоба, для размещения головок болтов крепления, с монтажными отверстиями, изнашиваемая часть выполнена в виде отдельных фрикционных элементов при этом фрикционные элементы выполнены в виде стальных планок с отверстиями для установки композиционных элементов на вибропоглощающий полимерный материал холодного отверждения, содержащий связку и модифицированный
наполнитель. Кроме этого, стальные планки имеют отверстия с резьбой для крепления тормозной шине, со стороны, обращенной к балке вагонного замедлителя, и со стороны установки стальных планок имеет демпфирующие вибропоглощающие накладки.
Повышение технологичности изготовления тормозной шины, на основе уже отработанной шины достигается за счет того, что композиционные элементы первоначально устанавливаются в планки, затем планки крепятся болтами к тормозной шине. На тормозной шине, которая уже выработала весть объем изнашиваемой части, выполняется две операции, это фрезерование рабочей поверхности в плоскость и сверление отверстий под болты, для крепления планок. При установке фрикционных элементов в планки не требуется дополнительной обработки фрикционных элементов после спекания, так как они устанавливаются на вибропоглощающий полимерный материал холодного отверждения в отверстия заведомо большего диаметра.
Снижение уровня шумового загрязнения и стабилизации коэффициента трения достигается за счет того, что кроме фрикционных композиционных элементов изготовленных методом порошковой металлургии, на контактной поверхности планок присутствует модифицированный наполнитель. Его состав подобран таким образом, что он выполняет одновременно две функции, это стабилизация коэффициента трения и снижение износа контактной поверхности. Наличие со стороны, обращенной к балке вагонного замедлителя, и со стороны установки стальных планок демпфирующих вибропоглощающих накладок, дополнительно приводит к снижению шума.
Работа тормозной шины, у которой изнашиваемая часть имеет отверстия в которые установлены на вибропоглощающий полимерный материалом, холодного отверждения с модифицированным наполнителем, не будет бесшумной, но изменится частотный спектр шума, значительно уменьшается шумы высоких частот (визг), спектр шума будет состоять из более низких частот, которые менее вредны для человека, уменьшится общий уровень шума, за счет присутствия в модифицированном наполнителе фрикционных добавок.
Снижение шума обусловлено уменьшением свариваемости (схватывания), между трущимися поверхностями за счет наличия на поверхности контакта неметаллических образований, антифрикционных добавок. Предлагаемое техническое решение позволяет снизить физический износа за счет снижения процессов схватывания в трущейся паре «колесо - тормозная шина», и на 10-15 дБ, понизить уровень шума.
На фиг. 1 показана в плане композитная тормозная шина вагонного замедлителя, на фиг. 2 сечение А-А тормозной шины фиг. 1, на фиг. 3 сечение Б-Б тормозной шины фиг. 1.
Тормозная шина имеет изнашиваемую часть состоящую из фрикционных элементов 1 и подошву 2 для крепления к тормозной балке вагонного замедлителя. Фрикционный элемент 1 выполнена в виде планки с установленными в нее композиционных элементов 4. Композиционные элементов 4 установлены на вибропоглощающий полимерный материал холодного отверждения 3, содержащий связку и модифицированный наполнитель. Фрикционный элемент имеет резьбовые отверстия для крепления болтами 5 к тормозной шине.. Со стороны, обращенной к балке вагонного замедлителя, и со стороны установки стальных фрикционный элементов имеются демпфирующие вибропоглощающие накладки 6 и 7.
Изготовлена опытная партия композитных тормозных шин для испытания в условия сортировочных горок.