CZ2004430A3

CZ2004430A3 - Brzdový kotouč pro vysoké namáhání

Info

Publication number: CZ2004430A3
Application number: CZ2004430A
Authority: CZ
Inventors: Marek Ing. Martinásek; Vladimír Ing. Vampola; Radim Ing. Zima
Original assignee: BONATRANS a. s.
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-04-13
Also published as: SI1582762T1; DE602005000056T2; DE602005000056D1; EP1582762A1; ATE335142T1; PL1582762T3; CZ294945B6; ES2270405T3; PT1582762E; EP1582762B1

Description

Brzdový kotouč pro vysoké namáhání

Oblast techniky Řešen&Ie vynálezu se týká konstrukce brzdového kotouče, zejména pro použití u kolejových vozidel všech typů, která j^a vystavena vysokému tepelnému namáhání z titulu maření pohybové energie vozidla. Použití brzdových kotoučů je možné jak u vozidel s vysokou rychlostí a nižšími hmotnostmi, tak rovněž u vozidel s nižšími rychlostmi a vysokými hmotnostmi na nápravu.

Dosavadní stav techniky

Doggsud známé konstrukce brzdových kotoučů jsou tvořeny nábojem, k němuž jsou různými způsoby upevněny věnce brzdového kotouče, které představují vlastní třecí plochy brzdového kotouče. Náboj kotouče slouží k připojení kompletního brzdového kotouče k vlastní nápravě železničního vozidla. Spojení věncové části brzdového kotouče s jeho nábojem musí zajistit v prvé řadě bezpečné přenášení kroutícího momentu, ale na druhé straně musí spojení rovněž umožnit dilataci věnce v axiálním i radiálním směru z důvodu jeho ohřevu při brzdění. Je známo mnoho způsobů upevnění věnce brzdového kotouče kjeho náboji, nejčastěji se jedná o šroubové spoje s různými pouzdry a pružinami, pružné kolíky, klínové spoje nebo další spojovací elementy s různými defonra^núni^^en^ které jsou závislé na tvarovém řešení spojení, například řešení dle patentu BCT/B£60/03Ž37. Jsou známé rovněž spojovací prvky navržené jako tenké a dlouhé elementy, které mají možnost se pružně deformovat.

Nevýhodou výše uvedených a popsaných řešení je jejich omezené využití při vysokých tepelných zatíženích, které vyžaduje relativně vysoké hodnoty dilataci, což tyto systémy lpirm/yj neumožňují, neboť nejsou dostatečně pružnéjdočhází k opotřebení těchto spojů a následně k trvalému únavovému poškození materiálu. Nevýhodou je rovněž to, že spojení zajišťující přenos kroutícího momentu mezi věncem a nábojem brzdového kotouče jsou v mnoha případech značně výrobně nebo materiálově náročná.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje brzdový kotouč pro vysoké namáhání, použitelný zejména u kolejových vozidel, který se otáčí kolem své osy a sestává z náboje

QJ opatřeného nosnou deskou|« věnce tvořeného dvěmi brzdovými třecími deskami, jenž jsou mezi sebou spojené přes průchozí otvory v nosné desce spojovacími prvky s dilatačními

( poctila TĚ&kotO členyjpehož podstata spočívá v tom, že nosná deska brzdového kotouče má po svém obvodě vytvořeny pravidelně se opakující tvarové řezy, přičemž každý z těchto řezů sestává jednak z upevňovací oblasti v rozmezí prvního obvodového úhlu mezi prvním bodem ležícím na obvodě nosné desky a prostředním bodem ležícím v řezu nosné desky ve vzdálenosti R3 od osy otáčení a jednak z pružné oblasti v rozmezí druhého obvodového úhlu mezi prostředním bodem a posledním bodem tvarového řezu nosné desky, který leží ve vzdálenosti R5 od osy otáčení. Zbývající úsek v rozmezí třetího obvodového úhlu mezi posledním bodem jednoho tvarového řezu a prvním bodem následujícího tvarového řezu tvoří pevnostní oblast nosné desky. Výhodné je provedení brzdového kotouče, pokud má každý tvarový řez v nosné desce ve své pružné oblasti mezi dvěmi body, ležícími uvnitř nosné desky v různých vzdálenostech od osy otáčení, tvar definovaný ve válcových souřadnicích funkcemi r = f(p) = ΚΙ . p3+ K2 . p2+ K3 . p +R3 a u = f(p) = U2 . p, přičemž parametr p leží v rozsahu p(B,C) = <0;1> , konstanty ΚΙ, K2 a K3 v rozsahu K1 = <-70;-150>, K2 = <0;130> a K3 = <-100;20> a U2 je hodnota druhého obvodového úhlu. Brzdový kotouč je vytvořen výhodně, pokud je nosná deska po svém obvodě opatřena minimálně třemi pravidelnými tvarovými řezy.

Tvarové řezy jsou výhodně provedeny, má-li jejich prostřední bod vzdálenost od osy otáčení upravenu v rozmezí od 0,8 do 0,95 násobku vnějšího poloměru nosné desky.

Poslední bod každého tvarového řezu má od osy otáčení s výhodou vzdálenost upravenu v rozmezí od 0,5 do 0,7 násobku vnějšího poloměru nosné desky.

Nosná deska brzdového kotouče, ke které jsou připevněny brzdové třecí desky^je spojena s vlastním nábojem brzdového kotouče pomocí do§g>sud běžně známých a používaných způsobů, to je šrouby, Čepy, pružnými kolíky a podobněynebo je nosná deska přímo součásti náboje, tedy vyrobena s ním z jednoho kusu. Náboj brzdového kotouče je na nápravy dvojkolí vozidel nalisován. -3- -3- t, t. * * ιΆ i 1

Pravidelné tvarové řezy procházejí přes celou tloušťku nosné desky brzdového kotouče a jsou navrženy a vytvořeny metodou konečných prvků. Tvarovými řezy^ umístěnými po obvodě nosné desky^jsou v ní vytvořen^tři oblasti, které se pravidelně opakují, respektive střídají. První oblast nosné desky je oblast upevňovací, ve které jsou umístěny průchozí otvory, přes které prochází spojovací prvky pro spojení obou brzdových třecích desek. Doporučuje se taková konstrukce brzdového kotouče, kdy velikost prvního obvodového úhlu je v rozmezí od 1/24 do 1/12 obvodu nosné desky. Druhá oblast nosné desky je oblast pružná, která umožňuje radiální deformace vlivem ohřevu brzdového kotouče. Třetí oblast nosné desky je oblast pevnostní, která zajišťuje dostatečnou pevnost a únosnost celé sestavy věnce brzdového kotouče, přičemž velikost třetího obvodového úhlu se doporučuje v rozmezí od 1/90 do 1/24 obvodu nosné desky.

Pro dosažení nej výhodnějších výsledků z pohledu možnosti radiální deformace vlivem působení tepla od brždění se doporučuje, aby odlehčovací tvarové řezy ve druhé, to je pružnéj oblastknosné desky v rozsahu druhého obvodového úhlu měly tvar křivky dané polynomem třetího stupně v kombinaci s přímkou, části kruhového oblouku nebo křivkou třetího stupně. Řezy jsou v nosné desce vyrobeny přednostně, takovou technologií, aby byla zajištěna dostatečná tvarová a rozměrová přesnost, a došlo zároveň k minimálnímu ovlivnění struktury materiálu nosné desky vlivem vývinu tepla při provádění řezů. Šířka řezu se doporučuje do hodnoty 2 mm. /% Výhodou takového® brzdového kotouče je, že pružnost celého systému nezajišťují pouze spojovací elementy, ale rovněž samotná vlastní nosná deska brzdového kotouče s tvarovými řezy, jejichž délka a tvar jJ$Sptimalizovárl| tak, aby byly umožněny maximální deformace brzdového kotouče v radiálním směru při intenzívním ohřevu od brždění a následné dilataci. Nosná deska a náboj brzdového kotouče jsou převážně vyrobeny z oceli, třecí brzdové desky jsou litinové nebo ocelové, případně jsou vyrobeny z kompozitních materiálů. Přehled obrázků na výkresech

Na výkresech je na obr. 1 ve svém příčném řezu znázorněna polovina brzdového kotouče a na obr. 2 je v půdorysu znázorněn pohled na samostatnou nosnou desku brzdového kotouče. -4- Příklai tdjprovedent vynálezu

Brzdový kotouč^podle obrána.1^sestává z náboje 1 opatřeného nosnou deskou 2yz věnce tvořeného dvěmi brzdovými třecími deskami 3,4 s vlastními kontaktními třecími plochami 3A a 4A pro brždění a ze spojovacích prvků 5 s dilatačními členy 6. Brzdový kotouč je rotačně symetrická součást, která se otáčí kolem osy Z a spojovací prvky 5 upevňují obě brzdové třecí desky 3,4 k nosné desce 2 náboje i, přičemž nosná deska 2 má vnější poloměr RJ_ a tloušťku T.

Vlastní nosná deska 2 brzdového kotouče j^xxíle obr. 2^rná)vnější poloměr Ri a na roztečné kružnici o poloměru R2, jehož velikost je v rozmezí od 0,65 do 0,85 násobku vnějšího poloměru Ri, se nachází pravidelně rozmístěné průchozí otvory pro spojovací prvky 5. Po obvodě nosné desky 2 je vytvořeno pravidelně se opakujících šest shodných tvarových řezů. Každý tvarový řez sestává ze dvou oblastí vymezených jednotlivými obvodovými úhly U_L a U2. Mezi prvním bodem A umístěným na vnějším poloměru RJ_ nosné desky 2 a prostředním bodem B ležícím v řezu nosné desky 2, který má od osy Z otáčení vzdálenost R3 v rozmezí od 0,8 do 0,95 násobku vnějšího poloměru Ri, probíhá první oblast tvarového řezu vymezující výseč nosné desky 2 v rozsahu prvního obvodového úhlu Ul, který je volen v rozmezí od 1/24 do 1/12 obvodu nosné desky 2. Tato první oblast představuje upevňovací oblast sloužící pro uchycení třecích brzdových desek 3, 4 k nosné desce 2. Tvarový řez od prostředního bodu B do bodu C ležícího ve vzdálenosti R4 od osy otáčení Z představuje úsek vytvořený polynomem třetího stupně a ve válcových souřadnicích r,u má křivka v úseku od prostředního bodu B do bodu C tvar daný výrazem r = f(p) = Kl . p3 + K2 . p2 + K3 . p +R3 a u = f(p) = U2 . p, přičemž parametr p leží v rozsahu p(B,C) = <0;1> a konstanty Kl, K2 a K3 v rozsahu Kl = <-70;-150>, K2 = <0;130>, K3 = <-100;20>. Poslední část tvarového řezu probíhající od bodu C do posledního bodu D je tvořena přímkou. Poslední bod D přitom leží ve vzdálenosti R5, která je od osy Z otáčení upravena v rozmezí od 0,5 do 0,7 násobku vnějšího poloměru Ri. Oblast mezi prostředním bodem B a posledním bodem D v rozmezí druhého obvodového úhlu U2 představuje druhou, pružnoi^oblas^iosné desky 2 pro zajištění především radiální deformace brzdového kotouče od tepla, které se vyvíjí důsledkem brždění. Třetí oblast v rozmezí třetího obvodového úhlu U3.né úsek mezi posledním bodem D jednoho tvarového řezu a prvním bodem A následujícího tvarového řezu^filippředstavuje pevnostní oblast nosné desky 2. Třetí obvodový úhel U3 je přitom volen v rozmezí od 1/90 do 1/24 obvodu nosné desky 2 . -5 - t f> 9 » *

Průmyslová využitelnost

Brzdový kotouč €le vynálezu lze využít pro všechny typy kolejových vozidel bržděných kotoučovou brzdou především v osobní dopravě^včetně vysokorychlostní.

H

Claims

-6- » a e * * λ e

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Brzdový kotouč pro vysoké namáhání, zejména použitelný u kolejových vozidel, který se otáčí kolem své osy (Z) a sestává z náboje (1) opatřeného nosnou deskou z věnce tvořeného dvěmi brzdovými třecími deskami (3,4) spojenými mezi sebou přes průchozí otvory v nosné desce (2) spojovacími prvky (5) s dilatačními členy (6), vyznačující se tím, že nosná deska (2) má po svém obvodě vytvořeny pravidelně se opakující tvarové řezy, přičemž každý z těchto řezů sestává jednak z upevňovací oblasti v rozmezí prvního obvodového úhlu (Ul) mezi prvním bodem (A) ležícím na obvodě nosné desky (2) o vnějším poloměru (Rl) a prostředním bodem (B) ležícím v řezu nosné desky (2) ve vzdálenosti (R3) od osy (Z) otáčení/a jednak z pružné oblasti v rozmezí druhého obvodového úhlu (U2) mezi prostředním bodem (B) a posledním bodem (D) tvarového řezu nosné desky (2), který leží ve vzdálenosti (R5) od osy (Z) otáčen^a^li zbývající úsek v rozmezí třetího obvodového úhlu (U3) mezi posledním bodem (D) jednoho tvarového řezu a prvním bodem (A) následujícího tvarového řezu tvoří pevnostní oblast nosné desky (2).
2. Brzdový kotouč podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý tvarový řez v nosné desce (2) má ve své pružné oblasti mezi dvěmi body (B,C) tvar definovaný ve válcových souřadnicích (r,u) funkcemi r = f(p) = Kl . p3 + K2 „ p2 + K3 . p +R3 a u = f(p) = U2 . p, přičemž parametr p leží v rozsahu p(B,C)=<0;l> a konstanty Kl, K2 a K3 v rozsahu Kl=<“70;-150>, K2=<0;130> a K3=<-100;20>. 0
3. Brzdový kotouč podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že nosná deska (2) je po svém obvodě opatřena minimálně třemi pravidelnými tvarovými řezy.
4. Brzdový kotouč podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že prostřední bod (B) je od osy (Z) otáčení upraven ve vzdálenosti (R3) v rozmezí od 0,8 do 0,95 násobku vnějšího póloměru (Rl) nosné desky (2). 9 9 9 9 9 9 9 9

-7-
5. Brzdový kotouč podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že poslední bod (D) je od osy (Z) otáčení upraven ve vzdálenosti (R5) v rozmezí od 0,5 do 0,7 násobku vnějšího poloměru (Rl) nosné desky (2).