Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства

Полезная модель относится к тормозным устройствам, а именно, к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств. Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая, по меньшей мере, однослойный композиционный фрикционный элемент, проволочный каркас, впрессованный в тыльную часть колодки, а также, по крайней мере, одну твердую вставку, снабженную с каждой стороны по ее длине консолями, причем, по меньшей мере одна консоль изготовлена отдельно от вставки и соединена с ней и по крайней мере, одна твердая вставка соединена с проволочным каркасом. Твердая вставка может быть защемлена в проволочном каркасе. Твердая вставка может быть выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна. 1 н.п.ф. 2 фиг.

Заявляемая полезная модель относится к тормозным устройствам, а именно, к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств.

Из уровня техники известны композиционные тормозные колодки железнодорожных транспортных средств.

По патенту РФ на изобретение №2309072 известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части, композиционный фрикционный элемент и одну твердую вставку, расположенную в центральной части колодки и приваренную к металлическому каркасу, причем твердая вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна, а отношение площади рабочей поверхности твердой вставки к общей площади рабочей поверхности колодки составляет от 4 до 20%.

Композиционные колесосберегающие тормозные колодки со вставкой из специального высокопрочного чугуна позволяют увеличить ресурс колеса, так как примененный тип чугуна имеет ферритную структуру и графит в виде шаровидных или соответственно хлопьевидных включений, высокие механические свойства, в т.ч. предел прочности и относительное удлинение, благодаря чему в процессе торможения при высоких температурах чугун плавится, намазывается на поверхность колеса и заполняет микротрещины на поверхности колеса, предотвращая тем самым дальнейшее развитие этих трещин; способствует улучшению поверхности катания колеса и увеличению стойкости колес к образованию выщербин и других дефектов. Кроме того, вставка из специального чугуна из-за присущей ей абразивности оказывает при нормальных и низких температурах очищающее воздействие на колесо, увеличивает шероховатость поверхности катания колеса и повышает сцепление колеса с рельсом и стабильность эффективности торможения, особенно в осенне-весенний период.

Однако, при данной конструкции колодки при сильных вибрациях и морозах имеет место отрыв фрикционного элемента от металлического каркаса, а иногда разрушение металлического каркаса в месте П-образного выступа.

Известное техническое решение используется по тому же назначению и имеет общие с заявляемой колодкой существенные признаки: «металлический каркас», «композиционный фрикционный элемент» и «твердая вставка из высокопрочного или ковкого чугуна».

Известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства по патенту РФ на полезную модель №69597, содержащая композиционный фрикционный элемент, проволочный каркас, представляющий собой впрессованные в композиционный фрикционный элемент тыльной стороны колодки, по периметру колодки, две замкнутые рамки, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки, твердую вставку, расположенную в центральной части колодки и запрессованную в композиционный фрикционный элемент. Колодка с тыльной ее стороны содержит металлическую сетку или перфорированную жесть, впрессованную в композиционный фрикционный элемент, вставка в верхней нерабочей части имеет паз с ее тыльной стороны, запрессованный фрикционным композиционным материалом с отверстием для пропуска чеки и консоли, симметрично расположенные по длине вставки с каждой ее стороны, причем верхняя нерабочая часть вставки вставлена в проволочный каркас и защемлена в нем.

В известной конструкции колодки длина вставки в месте консолей больше длины центральной бобышки, но меньше расстояния между боковыми бобышками.

У этой колодки нерабочая часть вставки имеет выемку на боковой стороне по ширине вставки, а на другой боковой стороне выступ, защемлена в проволочном каркасе с двух сторон по длине, с двух сторон по ширине и с

одной стороны по высоте таким образом, что тыльная поверхность вставки в центральной бобышке находится в одной плоскости с нижней поверхностью сетки или перфорированной жести.

У рассматриваемой колодки консоли являются неотъемлемой частью вставки, так как отлиты вместе со вставкой и находятся в теле композиционного элемента под перфорированной жестью, впрессованной в композиционный элемент.

Поэтому известная колодка обладает прочной и надежной конструкцией, однако ее теплоотдача в окружающую среду недостаточна, что не позволяет обеспечить максимальный отвод тепла из зоны контакта колодки с колесом, и, как следствие, снижает ресурс колеса и колодки.

Известное техническое решение используется по тому же назначению и имеет общие с заявляемой колодкой существенные признаки: «металлический каркас», «композиционный фрикционный элемент» и «твердая вставка с консолями».

Известна колодка тормозная композиционная для железнодорожного подвижного состава с разнесенными вставками (варианты) по патенту РФ на полезную модель №67045.

В данной колодке, содержащей одно или двухслойный композиционный фрикционный элемент, закрепленный на сетчато-проволочном каркасе, имеются чугунные или стальные вставки, разнесенные относительно оси колодки. Как видно из чертежей фиг.1, 2, приведенных в описании к данному патенту, колодка содержит две чугунные или стальные вставки, покрытые с тыльной стороны колодки тонким слоем композиционного материала и перфорированным тыльником.

Недостатками данной колодки являются следующие. Конструкция данной колодки имеет небольшую теплоотдачу в окружающую среду, а также недостаточную прочность, так как в процессе эксплуатации у рассматриваемой колодки образуются сквозные трещины от рабочей до тыльной поверхности колодки на границе между вставкой и

композиционным фрикционным элементом, вследствии их разной теплопроводности. Как только трещина между композиционным фрикционным элементом и твердой вставкой доходит от рабочей до тыльной поверхности колодки и становится сквозной, то твердая вставка повисает на проволочном каркасе и колодка разрушается.

Соединение стальных, а особенно чугунных вставок, со стальным проволочным каркасом путем сварки, пайки или совмещенного с проволочным каркасом литья дорогостоящая и трудоемкая операция, а скрепление типа замок-защелка недостаточно понятно, так как не пояснено ни в описании, ни в чертежах.

Согласно описанию полезной модели вставки данной колодки выполнены из стали и чугуна таких марок, которые не восстанавливают поверхность катания колеса в процессе обычного торможения путем заполнения микротрещин на поверхности катания колеса, например, расплавленной сталью и расплавленным чугуном, и тем самым не препятствуют их дальнейшему развитию и не позволяют увеличить ресурс колеса.

Существенные признаки аналога «две твердые вставки», «одно или двухслойный композиционный фрикционный элемент» и «проволочный каркас», являются общими с существенными признаками заявляемой колодки.

Наиболее близким аналогом является известная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства по патенту РФ на полезную модель №69177, содержащая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас из стальной полосы и приваренную к нему вставку, расположенную в центральной части колодки, проволочный каркас, представляющий собой впрессованные в композиционный фрикционный элемент тыльной стороны колодки, по периметру колодки, две замкнутые рамки, внутренние части которых взаимно перекрыты и отогнуты наружу тыльной части колодки, образуя ушко для пропуска чеки, центральную

бобышку с отверстием под чеку и две боковые бобышки, выполненные из композиционного фрикционного материала, причем металлический каркас из стальной полосы выполнен шириной меньше ширины проволочного каркаса, изогнут по радиусу тыльной поверхности колодки и запрессован в тыльную поверхность колодки с обеих сторон твердой вставки между боковыми бобышками и центральной бобышкой, причем твердая вставка снабжена пазом, открытым со стороны ее тыльной поверхности, вставлена в проволочный каркас и запрессована в центральной бобышке таким образом, что ее тыльная поверхность находится в одной плоскости с тыльной поверхностью центральной бобышки.

Стальной каркас в наиболее близком аналоге выполнен из двух стальных полос, приваренных к вставке с каждой стороны по ее длине, которые являются консолями вставки.

Данная конструкция колодки с твердой вставкой, например из высокопрочного чугуна, позволяет увеличить теплоотдачу от чугунной вставки и колеса в окружающую среду за счет приваренных к ней консолей (каркаса из стальной полосы), выходящих на тыльную поверхность колодки, а также обеспечивает стабильность эффективности торможения и высокий ресурс колодки и колеса.

Однако, конструкция данной колодки недостаточно совершенна, так как проволочный каркас не соединен с твердой вставкой с приваренными к ней консолями, в связи с чем при брикетировании и вулканизации колодки под давлением имеет место небольшое перемещение и поворот их относительного друг друга, кроме того, из-за отсутствия соединения проволочного каркаса с твердой вставкой с приваренными к ней консолями, прочность конструкции колодки в конце эксплуатации колодки недостаточна, в связи с чем имеет место увеличенная минимально-допустимая толщина колодки, разрешенная для эксплуатации.

Нижеуказанные существенные признаки наиболее близкого аналога являются общими с существенными признаками заявляемой колодки:

«композиционный фрикционный элемент», «проволочный каркас», «твердая вставка с соединенными с ней консолями (с соединенным с ней металлическим каркасом)».

Задачей, на решение которой направлена заявляемая тормозная колодка, является увеличение прочности конструкции колодки путем соединения, по крайней мере одной твердой вставки с проволочным каркасом, а также с сохранением высокой теплоотдачи колодки в окружающую среду, в том числе за счет консолей, выполненных в виде металлических пластин, выходящих на тыльную поверхность колодки и соединенных с твердой вставкой, выполненной из высокопрочного или ковкого чугуна.

Технический результат достигаемый при эксплуатации заявляемой колодки заключается в увеличении ресурса колодки и ресурса колеса и снижении затрат по их замене.

Поставленную задачу решает тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая:

- по меньшей мере, однослойный композиционный фрикционный элемент;

- проволочный каркас, впрессованный в тыльную часть колодки;

- по крайней мере, одну твердую вставку, снабженную с каждой стороны по ее длине консолями, из которых, по крайней мере одна изготовлена отдельно, соединена с твердой вставкой и выходит на тыльную поверхность колодки.

Каждая из вставок имеет консоли по длине вставки с обеих ее сторон и паз по длине вставки в верхней нерабочей ее части, запрессованный композиционным материалом с целью уменьшения возможности образования единой вертикальной трещины в месте контакта композиционного элемента со вставкой.

Часть консолей, кроме отлитых со вставкой и являющихся ее неотъемлемой частью, или все консоли твердой вставки могут быть

изготовлены отдельно и соединены со вставкой, например в виде, приваренных к ним, металлических, преимущественно стальных пластин, выходящих на тыльную поверхность колодки с целью значительного увеличения теплоотдачи в окружающую среду.

При этом, по крайней мере, одна твердая вставка соединена с проволочным каркасом, например, защемлена в нем.

Гибкое защемление тыльной нерабочей части твердой вставки в отверстиях проволочного каркаса обеспечивается за счет непараллельности и неперпендикулярности его сторон с одновременным выполнением вставляемых в отверстия проволочного каркаса частей вставки специальной формы, с экспериментально подобранными размерами, а также выполнением в нерабочей части вставки специальных выемок, выступов, уклонов, консолей и других форм, обеспечивающих защемление и зацепление вставки с проволочным каркасом.

Гибкое защемление твердой вставки в проволочном каркасе и запрессовывание ее с консолями и сетчато-проволочным каркасом в эластичном композиционном фрикционном элементе, например, на каучуковом связующем, обуславливают способность колодки в процессе эксплуатации к упругоэластическим деформациям, в пределах, возможных для композиционного фрикционного элемента.

Поэтому данная конструкция тормозной колодки имеет высокую ударновибрационную стойкость, что обуславливает высокую прочность колодки.

Твердые вставки могут быть выполнены из высокопрочного или ковкого чугуна, что обеспечит стабильность эффективности торможения в любых погодных условиях и восстановление поверхности катания колеса в процессе обычного торможения.

Нижеприведенные существенные признаки заявляемой колодки, являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога: «твердая вставка соединена с проволочным каркасом», «твердая

вставка защемлена в проволочном каркасе», «твердая вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна».

На фиг.1 представлена тормозная колодка железнодорожного транспортного средства (один из возможных вариантов), где:

1 - композиционный фрикционный элемент, состоящий из одного или двух продольных слоев;

2 - консоль, изготовленная из стальной пластины;

3 - твердая вставка;

4 - проволочный каркас;

5 - центральная бобышка с отверстием под чеку;

6 - боковые бобышки;

7 - уклон на боковой тыльной нерабочей части вставки;

8 - паз в тыльной нерабочей части вставки;

9 - выемка в боковой тыльной нерабочей части вставки.

На фиг.2 схематично изображена схема сборки твердой вставки с приваренными к ней консолями из стальной полосы с проволочным каркасом тормозной колодки железнодорожного транспортного средства.

Технология изготовления тормозной колодки предусматривает следующие этапы:

- изготовление (отливка) вставки из чугуна;

- изготовление консолей из стальной полосы способом штамповки;

- приварка твердой вставки к стальным консолям;

- изготовление и сварка проволочного каркаса из проволоки;

- сборка твердой вставки с приваренными к ней стальными консолями с проволочным каркасом;

- изготовление композиционных фрикционных материалов для рабочего и нерабочего слоев;

- поочередная укладка в пресс-форму проволочного каркаса, твердой вставки с приваренными к ней консолями, навески нерабочего слоя с разравниванием и рабочего слоя с разравниванием

композиционных фрикционных материалов и с последующим формованием под давлением в прессе;

- вулканизация колодок в пресс-форме под давлением и при температуре;

- сверление отверстий под чеку в тормозной колодке;

- маркировка колодок, например, струйным принтером, со стороны наружной боковой поверхности колодок в нерабочей части колодки с нанесением линии индикатора износа (линии максимально возможного износа колодки по толщине).

Подробное описание выполнения всех операций изложено достаточно подробно в книге Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», (Москва, Химия, 1982 г. стр.8-13, 70), а также в вышеприведенных аналогах заявляемой колодки и других. Твердая вставка вручную вставлена и защемлена с двух сторон в поперечном направлении в отверстии проволочного каркаса, образованном между отогнутыми наружу концами двух замкнутых рамок и с двух сторон в продольном направлении в отверстии во внутренней рамке проволочного каркаса в центральной его части и с одной стороны в вертикальной плоскости, в выемке боковой стороны. С противоположной боковой стороны проволочный каркас в центральной его части только укладывается нижней стороной на выступ. Твердая вставка защемляется таким образом, что тыльная поверхность вставки находится в одной плоскости с тыльной поверхностью центральной бобышки.

Для этого вставка со стороны ее вертикальной поверхности имеет выемку, в которую установлена одна из сторон рамок проволочного каркаса, а с криволинейной стороны вставка от тыльной ее поверхности до выступа, образованного за счет разницы ее ширины в нерабочем и рабочем сечениях имеет вогнутую внутрь поверхность или уклон. Длина вставки на тыльной ее поверхности равна длине отверстия в проволочном каркасе, образованного

между отогнутыми наружу концами двух замкнутых рамок, а ширина вставки в месте консолей равна ширине отверстия во внутренней рамке проволочного каркаса в центральной ее части. Толщина вставки равна толщине колодки или на 1-3 мм меньше ее с целью обеспечения сохранности пресс-форм для вулканизации тормозных колодок.

Высота выемки и толщина перемычки от верхней границы выемки до тыльной стороны вставки подобраны исходя из необходимости размещения и фиксирования в ней двух отогнутых наружу рамок проволочного каркаса в вертикальной плоскости.

Как уже указывалось выше, часть консолей, за исключением отлитых вместе со вставкой и являющихся неотъемлемой частью вставки, или все консоли вставки, могут быть изготовлены отдельно от вставки, например, из полосовой или листовой стали, методом штамповки и соединены со вставкой способом сварки, или другими способами, например, пайки и тому подобное.

Сборка вставки, с соединенными с ней консолями, производится с проволочным каркасом, как указано на фиг.2.

Вставка, с соединенными с ней консолями, вручную, под углом до 30° к горизонтали заводится боковой стороной с выемкой в находящийся в горизонтальной плоскости проволочный каркас, в поперечное его отверстие, образованное между отогнутыми наружу концами двух замкнутых рамок и в продольное его отверстие во внутренней рамке проволочного каркаса в центральной его части с одновременной установкой в выемке проволочного каркаса в центральной его части. При последующем повороте вставки с консолями до 0° к горизонтали с одновременным прижатием к вставке проволочного каркаса в выемке вручную с небольшим усилием производится окончательная установка вставки в каркас с одновременным защемлением ее в каркасе с двух сторон по длине, с двух сторон по ширине и с одной стороны вставки по высоте в выемке вставки.

Кроме прямого защемления вставок в проволочном каркасе за счет непараллельности и неперпендикулярности его сторон, при необходимости

может производиться и дополнительное защемление вставок путем выполнения фиксирующего изгиба в проволочной рамке с помощью пневматического пресса и оснастки, в тисках и другими способами.

Соединение проволочного каркаса с твердыми вставками, к которым уже присоединены в свою очередь консоли, например, приварены, может осуществляться и другими способами, кроме защемления или вместе с защемлением, например способом совмещенного с проволочным каркасом литья, способами сварки, пайки или связывания проволокой, синтетическим шнуром, тесьмой и т.п.

Твердая вставка может быть выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна.

Выполнение заявляемой тормозной колодки новой конструкции с признаками, указанными в отличительной части формулы, позволяет повысить стабильность эффективности торможения, прочность конструкции колодки и увеличить ресурс колодок и колес в эксплуатации.

Прочная, надежная конструкция композиционной тормозной колодки с твердыми вставками из специального высокопрочного или ковкого чугуна, в свою очередь позволит добиться стабильной эффективности торможения, в том числе при обледенении и в дождь, повысить теплоотдачу в окружающую среду, обеспечить очищающее, полирующее и восстанавливающее воздействие на поверхность катания колеса, заполнять мельчайшие трещины на поверхности катания колеса чугуном при его расплавлении при высоких температурах и, тем самым, предотвращать их дальнейшее развитие и, как следствие, повысить ресурс работы колеса и ресурс колодки и снизить затраты железных дорог по их замене.

1. Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая, по меньшей мере, однослойный композиционный фрикционный элемент, проволочный каркас, впрессованный в тыльную часть колодки, а также, по крайней мере, одну твердую вставку, снабженную с каждой стороны по ее длине консолями, причем, по меньшей мере одна консоль изготовлена отдельно от вставки и соединена с ней, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна твердая вставка соединена с проволочным каркасом.

2. Тормозная колодка по п.1, отличающаяся тем, что твердая вставка защемлена в проволочном каркасе.

3. Тормозная колодка по п.1, отличающаяся тем, что твердая вставка выполнена из высокопрочного или ковкого чугуна.