Устройство для торможения вагонов

Заявляемое техническое решение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к средствам торможения вагонов и может применяться для торможения вагонов при роспуске с горки на сортировочных станциях, а также для закрепления подвижного состава на железнодорожных путях.
Известен горочный тормозной башмак, применяемый при торможении вагонов на горках сортировочных станций (Сотников Е.А. Пособие составителю поездов. - М.: Транспорт, 1990. - С. 35-38). Башмак горочный тормозной состоит из полоза, изготовленного из стального проката, и стальной литой или штампованной колодки, соединенных между собой заклепками. Рабочая поверхность колодки, контактирующая с колесом, выполнена из стали, имеет цилиндрическую форму с радиусом, близким к радиусу поверхности катания колеса.
Горочный тормозной башмак устанавливается на рельс перед движущимся колесом вагона. После накатывания колеса на башмак горочный тормозной происходит заклинивание колеса и переход от вращательного движения с качением колесной пары по рельсу к поступательному скольжению с юзом по рельсу колеса, противоположного заторможенному горочным тормозным башмаком. Недостатком указанного башмака горочного тормозного является заклинивание на башмаке заторможенной колесной пары, что вызывает интенсивный износ противоположного башмаку колеса заторможенной колесной пары, которое скользит по рельсу и изнашивается в точке контакта, приводя к искажению геометрической формы поверхности катания колеса. В случае интенсивного торможения и большой длины юза повреждение колеса достигает браковочных размеров и подлежит ремонту.
Наиболее близким техническим решением по конструкции и функциональному назначению является устройство для торможения вагонов при роспуске с горки (устройство-прототип, описание изобретения к патенту ВУ 13963 С1, МПК B61K 7/00, опубл. 28.02.2011), включающее соединенные между собой полоз и колодку, отличающееся тем, что поверхность полоза и поверхность колодки, контактирующие с колесом вагона, покрыты антифрикционным материалом, снижающим коэффициент трения до значения более низкого, чем коэффициент трения колеса вагона с рельсом, либо поверхность колодки, контактирующая с колесом вагона, выполнена с углублениями, заполненными антифрикционным материалом.
Наличие антифрикционного материала на контактирующих с колесом поверхностях башмака обеспечивает снижение момента сил трения, препятствующих вращению колеса, и снижает повреждаемость колес от движения юзом по рельсу.
Работает устройство-прототип следующим образом. При движении колесо вкатывается на полоз и упирается в поверхность колодки, покрытую антифрикционным материалом. При вращении колеса антифрикционный материал переносится в зону контакта верхней поверхности полоза с колесом и также снижает силы трения. Вследствие того, что коэффициент трения между контактирующими поверхностями устройства для торможения и тормозимым колесом меньше, чем между рельсом и противоположным колесом, колесо продолжает вращаться со скольжением по контактирующим поверхностям колодки и полоза, предотвращая движение противоположного колеса юзом и повреждение его поверхности катания.
В случае, когда поверхность колодки, контактирующая с колесом и выполненная с углублениями, заполненными антифрикционным материалом, взаимодействует с поверхностью катания колеса, антифрикционный материал переносится в зоны трения и также снижает тормозной момент сил трения, приводящий к юзу и повреждению колес.
В процессе эксплуатации устройства для торможения поверхностный слой колодки и полоза, покрытый антифрикционным материалом, изнашивается, после чего противоюзный эффект снижается.
Недостатком конструкции устройства-прототипа является ограниченная долговечность применения.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение долговечности устройства и эффективности его применения.
Задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции устройства для торможения, состоящего из стального полоза и стальной колодки, поверхности которых, контактирующие с колесом, покрыты антифрикционным материалом, снижающим коэффициент трения с колесом вагона до значения более низкого, чем коэффициент трения колеса вагона с рельсом, согласно предлагаемому техническому решению полоз устройства оснащен дополнительной опорной накладкой, приваренной к верхней поверхности его носковой части, которая представляет собой перфорированную пластину с отверстиями, заполненными антифрикционным материалом, причем положение и размеры опорной накладки на полозе обеспечивают перекрытие зоны контакта верхней поверхности полоза с колесом.
Наличие опорной накладки, представляющей собой перфорированную пластину с отверстиями, заполненными антифрикционным материалом, позволяет обеспечить более длительный ресурс работы устройства в режиме скольжения колеса по башмаку, а также увеличить площадь контакта нижней поверхности полоза башмака с рельсом, что уменьшает локальный разогрев нижней поверхности полоза и его термомеханический износ и также способствует увеличению долговечности устройства.
На фиг. 1 представлен общий вид башмака горочного противоюзного, на фиг. 2 - фрагмент носковой части полоза с опорной накладкой.
Башмак горочный противоюзный (фиг. 1) состоит из полоза 1, колодки 2 и опорной накладки 3, размещенной на полозе 1. Опорная накладка 3 представляет собой перфорированную пластину, сквозные отверстия которой заполнены антифрикционным материалом (на фиг. 2 антифрикционный материал в отверстиях опорной накладки 3 не показан). Опорная накладка 3 в виде перфорированной пластины изготовлена из стали, что обеспечивает восприятие высоких механических нагрузок от колеса и равномерное внесение в зону трения антифрикционного материала по мере износа опорной накладки 3. В качестве антифрикционного материала для опорной накладки 3 использована прессованная порошковая железографитная смесь, пропитанная смазочным материалом. Колодка 2 выполнена с углублениями 5 на поверхности, контактирующей с колесом 6, углубления 5 заполнены антифрикционным материалом 4.
Работает устройство следующим образом. При движении колеса 6 по рельсу 7 оно накатывается на полоз 1 башмака, а затем упирается в колодку 2 и под действием сил инерции толкает перед собой башмак, рассеивая кинетическую энергию вагона на работу сил трения по трем контактным поверхностям: поверхности контакта колеса с колодкой 2, поверхности контакта колеса с опорной накладкой 3 полоза 1 и поверхности контакта рельса 7 с полозом 1, где рассеивается основная доля кинетической энергии вагона. Учитывая, что поверхности колодки 2 и опорной накладки 3 покрыты антифрикционным материалом, суммарный момент сил трения по данным поверхностям будет ниже, чем момент сил сцепления между противоположным колесом и рельсом. Колесо 6 вращается на контактирующих с ним поверхностях колодки 2 и опорной накладки 3, исключая юз противоположного колеса (в графических материалах не показано) по рельсу 7. Опорная накладка 3 обеспечивает постепенный перенос антифрикционного материала 4, расположенного в цилиндрических отверстиях, на всю площадь контакта с колесом. Толщина опорной накладки 3 сопоставима с толщиной полоза 1, что обеспечивает распределение  давления от колеса на большую площадь полоза, чем в устройстве-прототипе, а это снижает термомеханическое повреждение полоза и увеличивает его долговечность.
Устройство реализовано в опытных образцах двух вариантов. Полоз в обоих вариантах изготовлен одинаковым в виде штамповки из листовой стали 09ГС толщиной 6 мм. На верхней стороне носковой части полоза выполнена фрезеровка плоскости под приварку опорной накладки, причем фрезеровка плоскости выполнена с занижением на 2 мм в сторону носка, что обеспечило продольный уклон рабочей поверхности опорной накладки по отношению к нижней поверхности полоза с понижением в сторону носка полоза. Указанный фактор также способствует снижению суммарного воздействия на колесо сил трения, вызывающих юз колеса, со стороны опорной накладки 3 и колодки 2.
На фрезерованную плоскость носковой части полоза приварена опорная накладка 3 (фиг. 2), выполненная в виде перфорированной пластины размером 60 на 100 мм из листовой стали толщиной 6 мм. Положение и размеры опорной накладки 3 на полозе 2 обеспечивают перекрытие зоны контакта верхней поверхности полоза 2 с колесом 6. После приварки опорной накладки 3 к полозу 2 отверстия в перфорированной пластине заполнены антифрикционным материалом 4.
Колодка 2 выполнена в виде стальной штамповки в двух вариантах.
По первому варианту поверхность колодки, взаимодействующая с колесом, изготовлена с углублениями для нанесения антифрикционного материала 4.
По второму варианту на поверхность колодки 2, контактирующую с колесом, была приварена опорная накладка 3, идентичная приваренной к носковой части полоза. Перед приваркой опорной накладки 3 поверхность колодки 2 подвергалась механической обработке для придания плоской формы.
В обоих опытных образцах углубления колодки и отверстия опорной накладки заполнялись антифрикционным материалом.
Испытания обоих вариантов опытных образцов показали существенное увеличение долговечности. По сравнению с изделиями-прототипами количество циклов торможения с обеспечением противоюзного эффекта увеличилось более чем в 2 раза: с 10…12 у изделий-прототипов до 25-30 у опытных образцов по заявляемому техническому решению.
Источники информации
1. Сотников Е.А. Пособие составителю поездов. - М.: Транспорт, 1990. - С. 35-38.
2. Описание изобретения к патенту BY 13963, МПК B61K 7/00, опубл. 30.06.2007.