CZ25533U1 - Brzdový špalík - Google Patents

Description

Brzdový špalík

Oblast techniky

Technické řešení spadá do oblasti konstrukce brzdového ústrojí kolejových vozidel, kde brzdný účinek vzniká přitlačením brzdové zdrže na povrch pohybujícího se dílu, a týká se provedení brzdového špalíku, který je uzpůsoben k připevnění na brzdovou botku a je opatřen třecím elementem, jehož pracovní plocha adhezivně působí na obvod obruče kola.

Dosavadní stav techniky

Zpomalovací ústrojí je u kolejových vozidel nej častěji tvořeno zdržovým brzdným systémem ve formě špalíkové brzdy. Spalíková brzda sestává z brzdové botky, ve které je vyjímatelně upevněn brzdový špalík, nebo-li zdrž, o šíři od 50 do 60 mm. Brzdový špalík, jehož pracovní plocha tvarově odpovídá brzděnému protikusu, je při zpomalování kolejových vozidel přitlačován na obvod obruče kola prostřednictvím pákového mechanismu. Na povrchu jízdní plochy kola vzniká třecí síla, která brzdí otáčení kola nebo dvojkolí, přičemž vznikající třecí síly mají také čistící a leštící účinek. Velikost brzdné síly špalíkové brzdy je závislá na přítlačné síle působící skrze brzdový špalík a na velikosti součinitele tření mezi jízdní plochou kola a třecím elementem brzdového špalíku.

Jsou známa různá konstrukční uspořádání brzdových špalíků, která se liší zejména z hlediska materiálového, technologického a konstrukčního provedení. Například ve spisech CZ 253310 Bl, CZ 272668 Bl jsou popsány brzdové špalíky s kovovou kotevní deskou, které jsou zhotovovány cestou lití z litiny do forem a mají na homí nepracovní ploše centrální kotevní ouško s otvorem pro vložení upevňovacího klínu. Upevňovací klín slouží pro spřažení brzdového špalíku a brzdové botky, přičemž kotevní deska je vybavena dvěma bočními aretačními podložkami, které slouží jako vedení pro upevňovací klín a také jako fixace brzdového špalíku v podélném pásu brzdové botky. Jak je patrné ze spisu US 2748902 A, litinové brzdové špalíky mohou být vyrobeny také tak, že uvnitř těla špalíku je zalit ocelový skelet, jehož upevňovací část je vyvedena vně tělo špalíku. Nevýhodou litinových špalíků je nízký součinitel tření, který je kompenzován vysokými měrnými tlaky mezi špalíkem a jízdní plochou kola, čímž se výrazně snižuje životnost brzdového špalíku.

V současné době jsou kromě litinových brzdových špalíků používány též brzdové špalíky vyrobené z kompozitních materiálů, které mají na rozdíl od litinových stabilnější součinitel tření mezi špalíkem a kolem. U takového provedení brzdového špalíku je potřeba menší síly na přítlaku, což se projevuje menší mírou opotřebení a také je zajištěno plynulé brzdění vozidla. Například ve spisech US 6328143, US 5704454 A, a také v odborné literatuře, B.A.Šiqaev „Výroba brzdových špalků z kompozitních materiálů pro železniční vagóny“, Moskva, Chemie, 1982, str. 9-14, 70, 71, jsou popsány různé kompozitní brzdové špalíky, obsahující třecí kompozitní element upevněný na kotevní desce. Tato kotevní deska je tvořena zpravidla ocelovým pásem a ve střední části je vybavena kotevním ouškem s otvory pro vložení zajišťovacího klínu. Na vnější straně kotevní desky jsou uloženy taktéž dvě aretační podložky, které slouží jak pro vedení klínu, tak pro fixaci špalíku v drážce brzdové botky. Rovněž jsou známa řešení, kdy kotevní deska je vytvořena ve formě ohnutého nosného plechu s vně orientovaným středovým výstupkem ve tvaru písmene U, přičemž z vnitřní strany je kotevní deska opatřena zesilujícím plechem, čímž je vytvořen velmi tuhý kotevní skelet. Zesilující plech se používá zejména pro zajištění vyšší spolehlivosti upevnění kompozitního špalíkového elementu tak, že se vystřihuje z ocelového pásu základna ve tvaru protáhlého osmiúhelníku, přičemž hrany základny se podélně i příčně ohýbají při lisování na stranu pracovní plochy špalíku a vytvářejí postranní upevňovací žebra. Zesilovací plech je rovněž opatřen čtyřmi otvory, které slouží jednak pro spřažení zesilujícího plechu a kotevní desky a jednak pro zatékání třecí kompozitní směsi při formování, s cílem zvýšit soudržnost třecího materiálu s kotevním skeletem. Nevýhodou kompozitních brzdových špalíků je skutečnost, že se mohou vyskytnout různé defekty a poruchy, jako jsou termické praskliny na povrchu valení kol, opotřebení povrchu valení kol, snížení efektivnosti brzdění špalíků při vlhkosti v zóně tření nebo

-1 CZ 25533 Ul při přítomnosti uhelného či rašelinového prachu a spadaného listí na povrchu kolejnic. Navíc při rychlostech kolejových vozidel více než 160 km/h, se na povrchu kompozitních brzdových špalíků vytvářejí vysoké teploty, v jejichž důsledku kompozitní materiál ztrácí svoji pracovní schopnost.

Z důvodu neustálého zvyšování rychlosti kolejových vozidel, je nutné u brzdových špalíků zajistit požadovanou míru spolehlivosti v daném časovém období. Požadované provozní funkce při rychlostech vyšších než 160 km/h splňují především kovokeramické brzdové špalíky. Z třecích kovokeramických materiálů se používají materiály na bázi železa. Nevýhodou takovýchto třecích elementů je nadměrné opotřebení až poškození jízdní plochy kola po výměně opotřebovaného brzdového špalíku za nový. Rovněž jsou známy třecí kovokeramické materiály na bázi mědi, které mají v porovnání s kovokeramickými špalíky vyráběnými na bázi železa menší pevnost, avšak mají menší opotřebení a nemají agresivní vliv na povrch valení kola. Třecí materiály na bázi mědi se vyrábí spékáním směsí základních prášků v žáropevných formách jako jednotlivé polotovary, vyrobené metodou lisování za studená nebo spékáním společně s ocelovým poměděným plechem nebo skeletem. Například ze spisu CZ 1996-510 A3 je známo provedení brzdového špalíku, který sestává z kotevní desky, nosného plechu, kovové mezivrstvy, která je difuzně spojena s kovokeramickým třecím obložením, které obsahuje 50 až 75 % mědi, 4 až 7 % cínu, 8 až 11 % železa, 5 až 9 % mullitu a 8 až 14 % umělého hexagonálního uhlíku. Ze spisu RU 2310779 je známo provedení brzdového špalíku, který obsahuje kotevní desku vytvarovanou v centrální části do kotevního ouška ve tvaru obráceného písmene „U“, přičemž z vnější strany je kotevní nosná deska vybavena dvěma aretačními podložkami a z vnitřní strany je upevněn třecí poměděný zesilovací plech, který svojí délkou i šířkou odpovídá rozměrům třecího kovokeramického elementu. Zesilovací plech je nejprve s třecím elementem spojen technologií spékání při vysoké teplotě a tlaku v peci a poté je v několika bodech přivařen ke kotevní nosné desce, která je za tímto účelem vybavena svařovacími otvory. Nevýhodou tohoto provedení brzdového špalíku je skutečnost, že konstrukční uspořádání řeší pouze pevnost a spolehlivost ukotvení brzdového špalíku, ale neřeší hlučnost, která vzniká při brzdění. Při tomto konstrukčním uspořádání brzdového ústrojí vzniká škodlivý vysokofrekvenční hluk, a to jak na kontaktní ploše kotevní desky brzdového špalíku a brzdové botky, tak mezi kotevní deskou a zesilovacím plechem. Kotevní deska a zesilovací plech jsou spojeny svary pouze v osmi bodech, přičemž v místech, kde k sobě volně přiléhají, je vytvořena velmi tenká štěrbina. V této štěrbině vlivem vibrací kotevní desky a zesilovacího plechu vzniká nežádoucí pískavý hluk, který v řadě případů mnohonásobně překračuje povolený limit hygienické normy.

Na styku kola a třecího elementu brzdového špalíku vzniká nadměrné opotřebení kontaktní plochy kola, kdy třecí element má velmi nízké opotřebení a dlouhou životnost po celé stykové ploše. Při výměně opotřebeného špalíku nový špalík pri brzdění nikdy nedosedá na kolo po celé kontaktní ploše, ale dosedá pouze v několika malých bodech. Při brzdění to způsobuje vibrace pri kterých vzniká škodlivý hluk a lokální poškozování materiálu kola i brzdového špalíku vysokým měrným tlakem. Například ze spisu US 5341904 A je známo provedení kompozitního brzdového špalíku, který je v části stykové plochy podél bočních stěn vybaven laterální, rychle se opotřebovávající, záběhovou vrstvou vyrobenou z materiálu s nízkým koeficientem tření. Takové konstrukční řešení však není využitelné pro brzdové špalíky, jejichž třecí elementy jsou vyrobené z kovokeramických materiálů.

Podstata technického řešení

Úkolem předkládaného technického řešení je představit zcela nové provedení brzdového špalíku, kdy jeho třecí element vyrobený z kovokeramického materiálu má vysoký součinitel tření, dlouhou životnost a neztrácí svoji pracovní schopnost ani pod vlivem vysokých teplot vznikajících zejména při brzdění kolejových vozidel jedoucích více než 160 km/h, ani vlivem různých povětrnostních podmínek. Třecí element je na stykové třecí ploše vybaven rychle se opotřebovávající záběhovou vrstvou pro zabránění nadměrného opotřebení či poškození jízdní plochy kola, a to zejména po výměně opotřebovaného brzdového špalíku za nový. Celkové konstrukční řešení

-2 CZ 25533 Ul brzdového špalíku umožňuje eliminovat škodlivý vysokofrekvenční hluk vznikající v okolí kotevní oblasti, přičemž celý kotevní skelet musí splňovat požadavky na pevnost a spolehlivost.

Stanoveného cíle je do značné míry dosaženo technickým řešením, kterým je brzdový špalík, určený zejména pro brzdný systém kolejových vozidel, vyjímatelně upevnitelný v brzdové botce a sestávající ze vzájemně spojených kotevního skeletu a třecího elementu vyrobeného z kovokeramického materiálu, kdy kotevní skelet obsahuje kotevní desku, ke které jsou ze strany kotevní plochy připevněny boční aretační podložky a centrální kotevní ouško opatřené středovým otvorem, kde podstata řešení spočívá v tom, že kotevní deska kotevního skeletuje opatřena povlakem na bázi mědi a je s třecím elementem difuzně propojena tak, že tvoří jeden kompaktní celek.

Ve výhodném provedení je třecí element je v místě pracovní plochy opatřen záběhovou vrstvou zhotovenou z kovokeramického materiálu o tloušťce 1 až 5 mm, kde koeficient tření materiálu záběhové vrstvy odpovídá koeficientu tření třecího elementu a jeho tvrdost dosahuje hodnoty 20 až 80 % tvrdosti třecího elementu.

Při optimálním provedení je kotevní skelet v oblasti kotevní plochy osazen antivibrační sestavou tvořenou alespoň čtyřmi antivibrační segmenty ve formě podélných pásů, které jsou situovány v místech kontaktu nebo v části kontaktu kotevní desky se stykovou plochou brzdové botky.

Předkládaným technickým řešením se dosahuje vyššího účinku v tom, že pomocí nového konstrukčního uspořádání brzdového špalíku se odstraní škodlivý hluk vznikající při brzdění kolejových vozidel, přičemž je zajištěna vysoká pevnost a spolehlivost ukotvení brzdového špalíku. Pomocí kovokeramické záběhové vrstvy, která má stejný koeficient tření jako kovokeramický třecí element, ale má velmi vysoký otěr, je umožněn rychlý záběh kontaktní plochy mezi brzdovým špalíkem a pojezdovou plochou kola.

Záběhová vrstva se během několika brzdění přizpůsobí tvaru jízdní plochy kola a brzdový špalík tak dosedá celou svojí pracovní plochou na brzděné kolo, čímž je jednak odstraněn hluk, který vzniká nedokonalým dosednutím brzdového špalíku na jízdní plochu kola, a jednak je zabráněno nadměrnému opotřebení a poškození jízdní plochy kola vysokým měrným tlakem.

Přehled obrázků na výkresech

Konkrétní provedení tohoto technického řešení je schematicky znázorněno na připojených výkresech, kde:

obr. 1 je boční expolodovaný pohled na zdržový brzdný systém, obr. 2 je homí pohled na brzdový špalík, obr. 3 je podélný řez brzdovým špalíkem, a obr. 4 je příčný řez brzdovým špalíkem.

Výkresy, které znázorňují technické řešení, a následně popsaný příklad konkrétního provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany, ale jen objasňují podstatu technického řešení.

Příklad uskutečnění technického řešení

Zdržový brzdný systém kolejových vozidel znázorněný na obr. 1 sestává z brzdové botky i, ve které je vyjímatelně upevněn brzdový špalík 2, jehož kotevní plocha 21 tvarově odpovídá stykové ploše 11 brzdové botky i a pracovní plocha 22 přiléhá k pojezdové ploše 51 brzděného kola 5.

Brzdový špalík 2 sestává v základním provedení dle obr. 1, obr. 2, obr. 3 a obr. 4 z kotevního skeletu 23 a kovokeramického třecího elementu 24, kdy kotevní skelet 23 je tvořen kotevní deskou 231 realizovanou ve formě plochého, v podélném směru obloukově tvarovaného, plechu, který je opatřen neoznačeným povlakem na bázi mědi, například galvanicky poměděn. Tato kotevní deska 231 kotevního skeletu 23 je s třecím elementem 24 difuzně propojena tak, že tvoří jeden kompaktní celek, přičemž třecí element 24 je v místě pracovní plochy 22 brzdového špalíku 2 opatřen záběhovou vrstvou 241 vyrobenou rovněž z kovokeramického materiálu. Ze strany

-3 CZ 25533 Ul kotevní plochy 21 brzdového špalíku 2 jsou ke kotevní desce 231 připevněny, s výhodou přivařeny, jednak centrální kotevní ouško 232, opatřené středovým otvorem 2321 pro vložení upevňovacího klínu 4 zajišťujícího v brzdném systému spřažení brzdového špalíku 2 a brzdové botky 1, a jednak dvě boční aretační podložky 233 pro vedení upevňovacího klínu 4 a pro fixaci polohy brzdového špalíku 2 v neznázorněné podélné drážce brzdové botky 1. Brzdový špalík 2 je dále ze strany kotevní plochy 21 v místech předpokládaného kontaktu nebo v části předpokládaného kontaktu kotevní desky 231 s brzdovou botkou I, opatřen antivibrační sestavou 3, jejíž antivibrační segmenty 31 jsou umístěny po okraji kotevní desky 231 ve formě čtyř podélných pásů.

Výroba brzdového špalíku 2 podle tohoto technického řešení se provádí tak, že se z ocelového pásu vyrobí kotevní deska 231 kotevního skeletu 23 požadovaného rozměru a tvaru, která se na povrchu opatří povlakem na bázi mědi, například se galvanicky pomědí. Připraví se kovokeramická směs, která obsahuje měď, železo, cín, grafit, mullit a další látky, a z této směsi se lisováním za studená zhotoví třecí element 24, jehož zabíhací vrstva 241 o tloušťce 1 až 5 mm má stejný koeficient tření jako třecí element 2, ale má o 20 až 80 % nižší tvrdost, což po uvedení do provozu umožňuje rychlý záběh pracovní plochy 22 brzdového špalíku 2 s pojezdovou plochou 51 kola 5. Při kompletaci brzdového špalíku 2 se z vnější strany kovokeramického třecího elementu 24 přiloží poměděná kotevní deska 231 a pod tlakem v peci se provede spékání, čímž je vytvořen jeden kompaktní celek, který se poté lisováním kalibruje do požadovaných rozměrů. Kompaktním spojením třecího elementu 24 a kotevní desky 231 kotevního skeletu 23 je zabráněno vzniku vnitřních vibrací brzdového špalíku 2, které při brzdění kola 5 způsobují nežádoucí hluk. Tento kompaktní celek se osadí pomocnými kotvícími členy, když z vnější strany kotevní desky 231 se pomocí svarů připevní dvě boční aretační podložky 233 a kotevní ouško 232 a provede se nátěr ocelových částí. V konečné fázi je kotevní skelet 23 v oblasti kotevní plochy 21 brzdového špalíku 2 osazen antivibrační sestavou 3, jejíž antivibrační segmenty 31 jsou situovány v místech kontaktu nebo v části kontaktu kotevní desky 231 se stykovou plochou 11 brzdové botky 1. Antivibrační sestava 3 umožňuje vymezení drobných nerovností mezi brzdovým špalíkem 2 a botkou 1, což má za následek odstranění možnosti vzniku hluku v této části brzdového ústrojí, přičemž antivibrační segmenty 31 jsou odolné vůči klimatickým podmínkám, teplotám a tlakům vznikajícím při brzdění.

Popsané provedení není jedinou možnou konstrukcí brzdového špalíku 2 podle tohoto technického řešení, když kotvicí skelet 23 nemusí být v místě kotevní plochy 21 brzdového špalíku 2 opatřen antivibrační sestavou 3. Dále třecí element 24 nemusí být bezpodmínečně opatřen záběhovou vrstvou 241 a kotevní skelet 23 může být vybaven zesilujícím plechem pro navýšení tuhosti.

Průmyslová využitelnost

Brzdový špalík je využitelný jako součást brzdového ústrojí kolejových vozidel, u nichž jsou kladeny vysoké provozní požadavky na nepřekročení limitu hluku vznikajícího při brzdění, například pro vozidla určená pro provoz v uzavřených prostorách jako je metro nebo vozidla dosahující rychlosti vyšší než 160 km/h, jako jsou vlakové soupravy.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Brzdový špalík (2), určený zejména pro brzdný systém kolejových vozidel, vyjímatelně upevnitelný v brzdové botce (1) a sestávající ze vzájemně spojených kotevního skeletu (23) a třecího elementu (24) vyrobeného z kovokeramického materiálu, kdy kotevní skelet (23) obsahuje kotevní desku (231), ke které jsou ze strany kotevní plochy (21) připevněny boční aretační podložky (233) a centrální kotevní ouško (232) opatřené středovým otvorem (2321), vyznačující se tím, že kotevní deska (231) kotevního skeletu (23) je opatřena povlakem na bázi mědi a je s třecím elementem (24) difuzně propojena tak, že tvoří jeden kompaktní celek.

   -4CZ 25533 Ul
2. 2. Brzdový špalík podle nároku 1, vyznačující se tím, že třecí element (24) jev místě pracovní plochy (22) opatřen záběhovou vrstvou (241) zhotovenou z kovokeramického materiálu o tloušťce 1 až 5 mm, kde koeficient tření materiálu záběhové vrstvy (241) odpovídá koeficientu tření třecího elementu (24) a jeho tvrdost dosahuje hodnoty 20 až 80 % tvrdosti tře5 čího elementu (24).
3. 3. Brzdový špalík podle některého z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že kotevní skelet (23) je v oblasti kotevní plochy (21) osazen antivibrační sestavou (3).
4. 4. Brzdový špalík podle nároku 3, vyznačující se tím, že antivibrační sestava (3) je tvořena alespoň čtyřmi antivibračními segmenty (31) ve formě podélných pásů, které jsou io situovány v místech kontaktu nebo v části kontaktu kotevní desky (231) se stykovou plochou (11) brzdové botky (1).