ГРЕБНЕВАЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА С ГЛУБОКОЙ ГРЕБНЕВОЙ ЧАСТЬЮ
RIDGE BIMETAL BRAKING CLAMP WITH DEEP RIDGE SECTION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к тормозному оборудованию локомотивов и мотовозов.
Известна тормозная колодка по патенту на полезную модель RU №74361, МПК В61Н 7/02, содержащая стальной каркас, чугунное дугообразное тело, состоящее из основного и профильного с кольцевой выемкой участков, которые снабжены цельным каркасом для основного и профильного участков, где каркас выполнен сварным из двух элементов, соединенных между собой сваркой. Профильная часть выполнена в виде изогнутой «гребенки» с девятью ничем не закрепленными между собой по концам пластинами. Кроме того, каркас не имеет возможности размещения на этой профильной части стальных, или из иных материалов, вставок.
Жесткость «гребенчатой» профильной части каркаса недостаточна и через непродолжительное время эксплуатации незакрепленные никак ни с чугуном, ни между собой пластины «гребенки», вследствие возникающих вибраций во время работы тормозов, отслоятся от чугунного тела колодки и прекратят выполнять свою функцию каркаса.
При ослаблении контакта стального каркаса с чугуном в чугуне возникают трещины и, как следствие, происходит разрушение стенки профильной части тела колодки.
Кроме того, невозможно установить на «гребенке» вставки, взаимодействующие с внутренней стороной колеса, что порождает дисбаланс износа колодки в целом, т.е. основная часть колодки, снабженная цилиндрическими стальными или иными вставками работает в 75 раз больше чугунной боковой поверхности профильного участка без вставок и по износу стенки профильной части колодка выбраковывается, хотя основная ее часть только приработалась.
Наличие мощных чугунных ребер в виде приливов необоснованно увеличивает вес колодки.
Наиболее близкой по конструкции является биметаллическая гребневая тормозная колодка для локомотивов и мотовозов по патенту RU №2356770, МПК В61Н 1/00, F16D 69/00, F16D 65/04, опубликовано 27.05.2009, бюл. №1. Биметаллическая гребневая тормозная колодка для локомотивов и мотовозов содержит стальную пластину, чугунное дугообразное тело, состоящее из основного и профильного участков, с выполненным в нем ручьем. Тело колодки снабжено фрикционными элементами в виде вставок цилиндрической формы, вставки основного участка колодки заложены в тело колодки со стороны трущейся поверхности, где размещены двумя группами, разделенными участком без вставок Р. Вставки профильного участка колодки заложены в ручей. Материал вставок имеет большую абразивность, чем материал тела колодки, вставки прикреплены к стальной пластине сваркой, с тыльной стороны посередине основной участок тела колодки имеет поперечный прилив с отверстием под клиновую чеку. Колодка изготовлена литьем чугуна в форму. На тыльной стороне основной участок дугообразного тела колодки снабжен по краям установочными упорными выступами Т-образной формы для сопряжения с тормозным башмаком и ребрами жесткости в виде треугольных приливов, связывающих основной и профильный участки. Ручей профильного участка имеет глубину, превышающую высоту гребня бандажа колеса на 0,85 толщины основного участка колодки. Стальную пластину выполняют цельной или сборной, состоящей из двух или трех частей, соединяемых сваркой. Стальная пластина, покрывающая тыльную сторону колодки, переходит на внешнюю боковую стенку профильного участка и полностью ее закрывает. Стальная пластина, покрывающая основной участок тела колодки, охватывает поперечный чугунный прилив и имеет отверстия в боковой поверхности на уровне отверстий в приливе под клиновую чеку. В стальной пластине выполнены монтажные отверстия для фиксации вставок. Пять металлических вставок установлены со стороны трущейся поверхности перпендикулярно внешней боковой стенке ручья профильного участка.
Сборная металлическая пластина состоит из двух частей, одна часть охватывает дугообразную тыльную поверхность основного участка колодки с поперечным приливом и переходит на профильный участок колодки, закрывая его верхнюю часть. Другая часть охватывает внешнюю боковую стенку профильного участка.
Центры вставок профильного участка размещены последовательно по дуге основания гребня бандажа колеса или в шахматном порядке со сдвигом на 20 мм вверх и вниз относительно дуги основания гребня бандажа колеса, центры вставок находятся на равном расстоянии друг от друга вдоль дуги основания гребня бандажа колеса, а крайние вставки удалены от концов колодки на 0,5 расстояния между вставками.
Вставки выполнены из стали или металлов и их сплавов и установлены в тело основного участка колодки.
Вставки приваривают к стальной пластине с тыльной стороны через монтажные отверстия попарно сварочным автоматом.
Недостатки колодки
Колодка имеет большой вес, в том числе из-за чугунных приливов, выполняющих функцию ребер жесткости.
Недостаточно сбалансирован износ основной и гребневой частей колодки.
Недостаточны прочность и жесткость стального каркаса гребневой части колодки из-за размещения перфорационных отверстий близко к краям стального каркаса и прохождение сварочного шва по профильной части.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции колодки, обеспечивающей надежное и эффективное торможение при высокоскоростном режиме движения при снижении ее веса, а также повышение жесткости и прочности перфорированного стального каркаса гребневой части тормозной колодки.
Поставленная задача достигается следующей совокупностью признаков заявляемого изобретения.
Гребневая биметаллическая тормозная колодка с глубокой гребневой частью, содержит чугунное дугообразное тело, состоящее из основного и профильного участков, с выполненным в нем ручьем. Колодка содержит стальной каркас, перфорированный монтажными отверстиями для крепления вставок. Тело колодки снабжено фрикционными элементами в виде вставок цилиндрической формы. Вставки основного участка колодки заложены в тело колодки со стороны трущейся поверхности, где размещены двумя группами, разделенными участком без вставок. Вставки профильного участка колодки заложены в ручей. Материал вставок имеет большую абразивность, чем материал тела колодки. Вставки прикреплены к стальному каркасу сваркой. С тыльной стороны посередине основной участок тела колодки имеет поперечный прилив с отверстием под клиновую чеку. Колодка изготовлена литьем чугуна в форму. На тыльной стороне основной участок дугообразного тела колодки снабжен по краям установочными упорными выступами Т-образной формы для сопряжения с тормозным башмаком и ребрами жесткости, связывающими основной и профильный участки. Стальной каркас состоит из двух элементов, соединяемых сваркой. Стальной каркас, покрывающий основной участок тела колодки, охватывает поперечный чугунный прилив и имеет отверстия в боковой поверхности на уровне отверстий в чугунном приливе под клиновую чеку. Металлические вставки также установлены со стороны трущейся поверхности перпендикулярно внешней боковой стенке ручья профильного участка. Центры вставок профильного участка размещены в шахматном порядке, центры вставок находятся на равном расстоянии друг от друга вдоль дуги основания гребня бандажа колеса.
1
2
Стальной каркас состоит из соединенных сваркой с двух сторон элементов: элемента каркаса основного участка колодки и элемента каркаса профильного участка. Элемент каркаса профильного участка имеет в развертке форму прямоугольника или «бабочки» с подрезанными нижними углами и 4-10 перфорационных продольных отверстий разной длины, расположенных перпендикулярно оси колодки. Перфорационные отверстия не доходят до краев не менее чем на 15 мм для образования сплошного замкнутого контурного пояса этого элемента. Вставки в стенке ручья профильного участка расположены на четырех уровнях, начиная от нижнего конца продольного отверстия со смещением вверх на / диаметра вставки. Элемент каркаса профильного участка выходит на внешнюю поверхность боковой стенки ручья профильного участка на уровне середины высоты профильного участка тела колодки. Ребра жесткости выполнены в виде стальных косынок.
Ручей профильного участка имеет глубину, превышающую высоту гребня бандажа колеса на 0,85-0,9 толщины основного участка колодки.
Вставки выполнены из стали или металлов и их сплавов.
В тело основного участка колодки установлены 14-24 вставки.
В боковой стенке профильного участка установлены 4-12 вставок.
Новизна изобретения
- Стальной каркас состоит из соединенных сваркой с двух сторон элементов: элемента каркаса основного участка колодки и элемента каркаса профильного участка. Повышается прочность соединения деталей.
- Элемент каркаса профильного участка имеет в развертке форму прямоугольника или «бабочки» с подрезанными нижними углами и 4-10 перфорационных продольных отверстий разной длины, расположенных перпендикулярно оси колодки. Во время изготовления гребневой части заготовка деформируется веерообразно, повторяя контур окружности гребневой части колеса. Предложенная конфигурация перфорации позволит решить сложную технологическую проблему и сократить брак при изготовлении. Форма «бабочка» предотвращает отколы чугуна в гребневой части по ее концам. Перфорационные отверстия и подрезы снижают вес колодки.
- Перфорационные отверстия не доходят до краев не менее чем на 15 мм для образования сплошного замкнутого контурного пояса этого элемента. Повышается жесткость конструкции и ее прочность.
1
2
- Вставки в стенке ручья профильного участка расположены на четырех уровнях, начиная от нижнего конца продольного отверстия со смещением вверх на / диаметра вставки. Такое расположение вставок полнее перекрывает трущуюся поверхность, что позволяет получить более сбалансированный износ основной и боковой рабочих поверхностей колодки, что увеличивает ее ресурс.
- Элемент каркаса профильного участка выходит на внешнюю поверхность боковой стенки ручья профильного участка на уровне середины высоты профильного участка тела колодки. Такое размещение элемента каркаса позволяет перераспределить нагрузку биметаллической пары чугун-сталь на вершине профильной части колодки так, что сталь работает на изгиб, чугун на сжатие, а в совокупности достаточно жесткая конструкция предотвращает деформации и разрушения в вершине профильной части.
- Ребра жесткости выполнены в виде стальных косынок, присоединяемых сваркой. Эта замена чугунных приливов уменьшает вес колодки, упрощает модель литейной формы без снижения механической прочности соединения частей колодки.
- Ручей профильного участка имеет глубину, превышающую высоту гребня бандажа колеса на 0,85-0,9 толщины основного участка колодки. Высокая профильная часть с глубоким ручьем обеспечивает отсутствие контакта профильного участка колодки с вершиной гребня бандажа колеса практически до полного износа колодки.
- Вставки выполнены из стали или металлов и их сплавов.
- В тело основного участка колодки установлены 14-24 вставки.
- В боковой стенке профильного участка установлены 4-12 вставок.
Конструкция предложенной колодки позволяет снизить вес колодки, сбалансировать износ колодки, за счет более надежной профильной части усиленной замкнутым контуром по периметру, снизить количество брака при изготовлении.
Изобретение поясняется чертежами, представленными на Фиг.1-16.
На Фиг.1 показан вид с рабочей стороны колодки.
На Фиг.2 показан вид с установочной стороны колодки.
На Фиг.3 показан каркас колодки в сборе с приваренными вставками, вид с рабочей стороны.
На Фиг.4 показан поперечный разрез А-А каркаса колодки.
На Фиг.5 показан поперечный разрез Б-Б каркаса колодки.
На Фиг.6 показан поперечный разрез В-В каркаса колодки с приваренными вставками.
На Фиг.7 показан продольный разрез Г-Г стального каркаса профильного участка.
На Фиг.8 показана развертка стального каркаса профильного участка.
На Фиг.9 показана развертка стального каркаса профильного участка типа «бабочка».
На Фиг.10 показан фрагмент боковой части стального каркаса профильного участка колодки, показанный на Фиг.7, с приваренной вставкой.
На Фиг.11 показан фрагмент стального каркаса основного участка колодки с приваренными вставками.
На Фиг.12 показана цилиндрическая вставка основного участка колодки.
На Фиг.13 показана цилиндрическая вставка боковой части профильного участка колодки.
На Фиг.14 показан вид сбоку колодки с частичным вырезом.
На Фиг.15 показан поперечный разрез Д-Д колодки.
На Фиг.16 показан поперечный разрез Е-Е колодки.
Заявленная колодка содержит основной участок в виде чугунного дугообразного тела 1 и часть стального сварного каркаса, покрывающего основной участок тела колодки 2 с цилиндрическими вставками 3 основного участка колодки, разделенными участком без вставок 4 и с размещенными двумя группами 5 по 7÷12 вставок 3 в каждой, с углом разворота групп на 12°÷13° относительно продольной оси колодки и профильного участка 6 Фиг.1. Профильный участок 6 имеет вставки 7, закрепленные сваркой на перфорированном продольными отверстиями 8 разной длины элементе стального каркаса профильного участка 9 Фиг.3, Фиг.7. Оси перфорационных продольных отверстий 8 расположены перпендикулярно оси колодки. Элементы стального каркаса основной 2 и профильной частей 9 колодки сварены между собой с двух сторон, образуя единую деталь-каркас, с закрепленными на нем вставками 3 и 7 Фиг.4-6. Вставки 3 основного участка 1 колодки представлены на Фиг.12, вставки 7 профильного участка 6 колодки представлены на Фиг.13.
Варианты разверток элемента стального каркаса профильного участка 9 без вставок показаны на Фиг.8 и Фиг.9.
1
2
По всему периметру развертки размещен замкнутый контурный пояс 10, так как продольные отверстия 8 не доходят до краев элемента 9 не менее чем на 15 мм Фиг.8, Фиг.9. Замкнутый контурный пояс 10 обеспечивает необходимую жесткость элемента стального каркаса 9, что увеличивает прочность профильной части 6. Соединение чугуна со стальным каркасом через Г-образные заливы чугуна над вставками 7, образованные продольными отверстиями 8 разной длины Фиг.14, Фиг.15, Фиг.16, также повышает прочность соединения. Центры вставок 7 профильного участка 6 размещены в шахматном порядке, находятся на равном расстоянии друг от друга вдоль дуги основания гребня бандажа колеса. Вставки 7 в стенке ручья профильного участка 6 расположены на четырех уровнях, начиная от нижнего конца продольного отверстия 8 со смещением вверх на / диаметра вставки Фиг.7.
С тыльной стороны основной участок биметаллической колодки 1 и ее стальной каркас 2 обеспечивают посадочную поверхность колодки с приливом 11 в середине и имеющим отверстия 12 под клиновую чеку для крепления в сопряженном башмаке Фиг.2. Перфорационные отверстия в элементе каркаса 2 служат для монтажа вставок и закрепления их сваркой к стальному каркасу Фиг.11.
Вместо чугунных приливов, выполняющих функцию ребер жесткости, приварены косынки 13 из листовой стали, что сокращает вес колодки и упрощает модель литейной формы, а также увеличивает механическую прочность соединения спинки и боковой профильной части каркаса Фиг.2, Фиг.16. Соединение двухсторонним сварным швом основного 2 и профильного 9 участков образует единую деталь-каркас колодки. Каркас, состоящий из двух элементов 2 и 9, с приваренными к нему вставками 3 и 7 заливается чугуном так, что профильная часть стального каркаса 9 находится внутри профильного участка 6 и выходит на его внешнюю поверхность на уровне его середины высоты Фиг.15, Фиг.16. Такое размещение стального каркаса 9 позволяет перераспределить нагрузку биметаллической пары «чугун-сталь» на вершине профильной части 6 колодки так, что сталь работает на изгиб, чугун на сжатие, а в совокупности достаточно жесткая конструкция предотвращает деформации или разрушения в вершине профиля. В целом профильная часть 6, с глубиной впадины до 85-90% толщины основного участка колодки, успешно предотвращает сползание колодки по уклону поверхности колес локомотивов и мотовозов. Наличие стальных или из иных материалов вставок 3 и 7 основного 2 и профильного 9 участков каркаса обеспечивает сбалансированный износ основной и боковой поверхности профильной частей колодок 1 в эксплуатации.
На тыльной стороне основной участок 1 дугообразного тела колодки снабжен по краям установочными упорными выступами Т-образной формы 14 для сопряжения с тормозным башмаком Фиг.2.
Вставки выполнены из пластичного материала - стали, имеющей более высокую абразивность, чем материал колодки - чугун. Также вставки могут выполняться из металлов и их сплавов. Предложенное нами размещение вставок обеспечивает равномерный контакт колодки с колесом, предотвращая износ перехода поверхности катания колеса к гребню и исключая «подрез» гребня.
Вставки 3 основного участка 1 колодки размещены двумя группами, разделенными участком без вставок 4. Количество вставок 3 может колебаться от 14 до 24 штук в зависимости от необходимого ресурса колодки. Размещение вставок в группе производится в соответствии с сеткой координат, разработанной на ЭВМ, так чтобы обеспечивалось максимальное перекрытие по ширине трущейся поверхности колодки вставками, что обеспечивает большую вероятность улавливания задира на вставке по ширине колодки и минимальный износ колодки, а также равномерность истирания на всю высоту колодки по всей ее поверхности, что сказывается на увеличении ресурса колодки. Вставки в группах могут размещаться в шахматном порядке или рядами. Изменяя положение рядов, а именно угол разворота относительно продольной оси колодки вставок, можно изготавливать колодки на различные максимальные скорости торможения.
На подвижном составе работа колодки выполняется прижимом ее к поверхности колеса и удерживается профильной частью колодки от сползания с него, в результате взаимодействия колодки и колеса возникает трение, силы которого вполне достаточно для эффективного торможения в любом режиме.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает значительное повышение надежности и эффективности работы тормозов за счет повышения прочности, и надежности конструкции, и технологии производства колодки. Исключается возможность возникновения поперечных термодинамических трещин на вершине гребня бандажа колеса с последующим их развитием в тело бандажа колеса, что увеличивает ресурс колес подвижного состава. Боковая стенка профильного участка колодки укреплена стальной пластиной. Сокращается выход брака при штамповке стальных частей каркаса.
1
2
Расположение вставок в ручье в боковой стенке в шахматном порядке, со сдвигом на / диаметра, с размещением на четырех уровнях обеспечивает более сбалансированный износ боковой стенки ручья профильного участка и рабочей поверхности основного участка колодки.