Колодка тормозная композиционная для железнодорожных вагонов

Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, в частности, к композиционным тормозным колодкам, предназначенным для создания тормозного момента на ободе колесных пар железнодорожных вагонов. Технически результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности, прочности и долговечности работы тормозной колодки. Указанный технический результат достигается тем, что в тормозной колодке железнодорожного подвижного состава, содержащей композиционный полимерный фрикционный элемент с расположенными в нем скребковыми вставками, выполненными из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала, скребковые вставки расположены по краям колодки, которая выполнена из материала с пределом прочности не менее 15,0 Мпа, и коэффициентом трения в паре трения тормозная колодка - обод колеса выбираемым из диапазона 0,37-0,55.

Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, в частности, к композиционным тормозным колодкам, предназначенным для создания тормозного момента на ободе колесных пар железнодорожных вагонов.

Известна тормозная колодка для контакта с ободом колеса железнодорожного вагона, содержащая композиционный полимерный фрикционный элемент, состоящий, по меньшей мере, из одного слоя и закрепленный на металлическом каркасе, выполненном в виде сетчатого тыльника и проволочной рамки (А.С. СССР 518403, МПК: В61Н 7/20, опубл. 25.06.1976 г.) - аналог.

Недостатком известного решения является невысокая прочность и надежность тормозной колодки, что связано с технологическими особенностями ее изготовления и, как следствие, с невозможностью устранения полученных при ее изготовлении дефектов на поверхности катания колес.

Известна тормозная колодка композиционная для вагонов подвижного состава со скребковыми вставками, содержащая композиционный полимерный фрикционный элемент с расположенными в нем скребковыми вставками из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала (патент РФ 82660, МПК: В61Н 7/02, F16D 69/02, опубл. 10.05.2009 г.) - прототип.

Недостатком известного решения является недостаточная прочность и надежность тормозной колодки.

Это связано с тем, что в прототипе решалась задача увеличения срока бездефектной эксплуатации колесных пар и обеспечение работы тормозной колодки до полного допускаемого износа без образования в колодке сквозных трещин между вставками и фрикционным материалом, что достигалось путем использования в качестве материалов вставок металлокерамики или содержащих карбид материалов. При этом не учитывалось влияние на надежность, долговечность и прочностные характеристики конструкции материала, из которых должна быть изготовлена сама тормозная колодка для работы в паре с элементами трения из различных материалов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности, прочности и долговечности работы тормозной колодки.

Указанный технический результат достигается тем, что в тормозной колодке железнодорожного подвижного состава, содержащей композиционный полимерный фрикционный элемент с расположенными в нем скребковыми вставками, выполненными из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала, скребковые вставки расположены по краям колодки, которая выполнена из материала с пределом прочности не менее 15,0 Мпа, и коэффициентом трения в паре трения - тормозная колодка - обод колеса железнодорожного вагона, из диапазона 0,37-0,55.

Устройство, характеризующееся тем, что коэффициент трения в паре трения колодка - сталь Ст1 или Ст2 выбирается из диапазона 0,38-0,55.

Устройство, характеризующееся тем, что коэффициент трения в паре трения колодка - чугун марки СЧ-15 может выбираться из диапазона 0,37-0,47.

Устройство, характеризующееся тем, что линейный износ материала колодки в паре со сталью Ст2 или чугуном марки СЧ 15 составляет не более 0,13 мм.

Сущность заявляемой полезной модели конкретизирована на фиг.1 и 2, где на фиг.1 представлен общий вид тормозной колодки, а на фиг 2 представлена тормозная колодка - вид сбоку.

Тормозная колодка 1 железнодорожного подвижного состава, содержит композиционный полимерный фрикционный элемент 2 с расположенными в нем и по краям колодки скребковыми вставками 3, изготовленными из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала. Расположение скребковых вставок 3 по краям колодки 1 обеспечивает повышение надежности устройства, кроме того, для повышения показателей надежности и долговечности тормозной колодки, заявляемой конструкции, т.е. содержащей композиционный полимерный фрикционный элемент 2 с расположенными в нем скребковыми вставками 3, изготовленными из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала, материал самой колодки должен выбираться из материалов со следующими физико-механическими показателями - предел прочности не менее 15,0 Мпа, коэффициент трения в паре трения выбирается из диапазона 0,37-0,55.

Как известно пара трения - это система из двух и более элементов (материалов), соприкасающиеся поверхности которых в процессе работы перемещаются (скользят) относительно друг друга. В данном случае речь идет о паре трения - тормозная колодка - обод колесных пар железнодорожного вагона.

Для оптимизации технического результата, материал колодки целесообразно выбирать еще и из условия линейного износа. Линейный износ образца h за наработку определяется как изменение его линейного размера, измеренного по направлению нормали к изнашиваемой поверхности.

Проведенные заявителем исследования показали, что если в качестве материала тормозной колодки выбран материал, который в паре трения с ободом колесной пары обеспечивает коэффициент трения менее 0,37, то ухудшаются показатели надежности работы тормозной колодки и пары трения, а если более 0,55, то ухудшаются прочностные показатели и долговечность. Если тормозная колодка изготовлена из материала, предел прочности которой при сжатии менее 15 Мпа, то это снижает долговечность и надежность работы тормозной колодки. Верхний предел прочности при сжатии определяется технологическими возможностями металлургических предприятий и экономической целесообразностью использования таких дорогостоящих материалов. Тормозная колодка может быть изготовлена, например, из следующих, удовлетворяющих требованиям, материалов (асбестовых композиций): ТИИР-300, ТИИР-303, АРТИ-830 и др.

Например, материал ТИИР-300 (ранее 8-1-66), применяется для грузовых вагонов, а ТИИР-303 (ранее 328-303) - для пассажирских вагонов. Состав композиции ТИИР-300 по массе, %: асбест 15, каучук 20, барит 47,5, сажа 15, сера 2,5. Композиционный материал ТИИР-303 имеет в своем составе бутадиеновый стереорегулярный каучук СКД, вулканизатор, графит, микропорошок электрокорунда и асбест.

Для проведения испытаний на соответствие тормозной колодки заданному диапазону коэффициента трения и линейного износа из средней части колодок, отобранных для испытания, вырезают два образца. В качестве контртела (пары трения) используют стали Ст1 и Ст2 по ГОСТ 10791-2011, или чугун СЧ 15 по ГОСТ 1412-85. Результат испытания каждого образца должен соответствовать норме, точность вычисления до 0,001. За результат испытания партии принимают среднеарифметическое значение результатов испытания всех образцов.

Определение предела прочности при сжатии проводят на образцах 10×10×15 мм с предельным отклонением до 0,3 мм, вырезанных из средней части колодки. Из каждой колодки вырезают один образец. Результат испытания каждого образца должен соответствовать норме, точность вычисления до 0,01. За результат испытания партии принимают среднеарифметическое значение результатов испытания всех образцов.

Размещение скребковых вставок по краям тормозной колодки означает расположение на минимально возможном, исходя из условий прочности, надежности и долговечности колодки, расстоянии, например, при ширине колодки 80 мм, это расстояние составляет не менее 2,0 мм.

Заявляемая полезная модель, во всей совокупности признаков - использование скребковых вставок из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала; их расположение по краям колодки и выполнение колодки из материала с пределом прочности не менее 15,0 Мпа и коэффициентом трения в паре трения из диапазона 0,37-0,55, обеспечивает достижение заявляемого технического результата.

Тормозные колодки, изготовленные в соответствии с заявляемым решением, имеют также следующие преимущества:

- работоспособны при температурах от (-60°) С до +50°С, а также при кратковременном нахождении вагонов в тепляках при разогреве грузов до +80°С;

- максимально допустимая объемная температура при длительном воздействии - +300°С;

- максимально допустимая температура на поверхности трения колодки при кратковременном воздействии - +400°С.

1. Тормозная колодка железнодорожного подвижного состава, содержащая композиционный полимерный фрикционный элемент с расположенными в нем скребковыми вставками из металлокерамического фрикционного или карбидосодержащего материала, отличающаяся тем, что скребковые вставки расположены по краям колодки, которая выполнена из материала с пределом прочности не менее 15,0 МПа, а коэффициент трения в паре трения тормозная колодка - обод колеса железнодорожного вагона выбирается из диапазона 0,37-0,55.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коэффициент трения в паре трения колодка - сталь Ст2 выбирается из диапазона 0,38-0,55.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коэффициент трения в паре трения колодка - чугун марки СЧ-15 выбирается из диапазона 0,37-0,47.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейный износ материала колодки в паре со сталью Ст2 или чугуном марки СЧ 15 не более 0,13 мм.