MX2011001407A - Zapata de freno para ferrocarril con lados reforzados. - Google Patents

Abstract

Se describe una zapata de freno moldeada formada de material de fricción con o sin un soporte de metal. A lo largo de por lo menos una porción de por lo menos una superficie lateral de la zapata de freno hay una capa del material de fricción moldeado reforzado con una fibra.

Description

ZAPATA DE FRENO PARA FERROCARRIL CON LADOS REFORZADOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención Esta solicitud está dirigida a la técnica de zapatas de freno de materiales compuestos.

Descripción de la técnica relacionada Los vagones son soportados y guiados por ruedas de acero. Las superficies de rodamiento en la circunferencia exterior de las ruedas marchan sobre rieles de acero . Los frenos de vagones incluyen zapatas de freno que se ponen en acoplamiento de fricción con las superficies de rodamiento de las ruedas. Las zapatas de freno son soportadas por cabezas de freno que, a su vez, son soportadas en forma movible por el aparejo de freno compuesto por un sistema de palancas y un cilindro neumático. Las zapatas de freno se componen de varios materiales que se seleccionan por sus características de fricción y por el efecto sobre la vida útil de las superficies de rodamiento de la rueda. Muchas zapatas de freno son mezclas compuestas de materiales que tienen características diferentes. En las zapatas de freno compuestas típicas, materiales de diferentes características de fricción se apoyan sobre la superficie de rodamiento de la rueda durante el frenado. Esto puede lograrse mediante la colocación de insertos de un material diferente en la cara de fricción de la zapata compuesta por el material de zapata de freno principal.

Las zapatas de freno para ferrocarriles estándares en América del Norte se fabrican con placas metálicas de soporte para el soporte del material de fricción y para la fijación y retención de las zapatas de freno en las cabezas de freno . En otras partes del mundo, las zapatas de freno se producen sin placas metálicas de soporte y normalmente incluyen una estructura de alambre esquelética. Un tipo de zapata de freno para ferrocarril también incluye un inserto metálico fij ado sólidamente por soldadura a la placa metálica de soporte antes de que se forme la placa de freno, por ejemplo, por moldeo, en la placa de soporte. Véase la patente de E.U.A. No. 6,241 ,058 titulada "Zapata de freno con Inserto Unido a Placa de soporte" . Recientemente, insertos metálicos se han introducido en las zapatas de freno sin los soportes metálicos como se enseña en PCT/US2007/069854 titulada "Zapata de Freno para Ferrocarril" .

El material de fricción de la zapata de freno a menudo comprende una mezcla de materiales abrasivos, materiales de relleno inorgánicos y orgánicos y resinas. El inserto metálico puede ser seleccionado para proporcionar un tratamiento beneficioso de la superficie de rodadura de la rueda Capas de refuerzo elásticas reforzadas con fibras entre el material de fricción y las placas de soporte metálicas se han sugerido para atenuar el sonido. Véase la patente de E.U.A. No. 4,371 ,63 1 , titulada "Composición de placa de soporte para zapatas de freno".

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con esta invención, es una ventaja proporcionar refuerzo estructural en las capas laterales de la zapata de freno para reducir la formación y propagación de grietas.

Las zapatas de freno tienen una superficie de fricción que, durante el frenado, se apoya sobre la superficie de rodadura convexa de la rueda del carro de ferrocarril. La superficie de rodadura de la rueda es una superficie de rotación que puede ser una superficie convexa-cónica o una combinación de superficies convexa-cónica y cilindrica o de otras superficies de rotación. La superficie de la zapata de freno tiene una superficie cóncava de rotación que coincide con una porción de la superficie convexa de la rueda. Estas superficies de rotación se definen por una generatriz (no necesariamente en línea recta) girada alrededor de un ej e que se define por el eje de la rueda. Por lo tanto, la superficie de fricción de la zapata de freno tiene una extensión generalmente axial y una generalmente circunferencial, y la zapata de freno tiene un espesor radial que se aleja de la superficie de fricción. Las características de las zapatas de freno, según las diferentes modalidades de esta invención, se describirán en este documento con referencia a las direcciones generalmente axial, circunferencial y radial.

En pocas palabras, de acuerdo con una modalidad de esta invención, se proporciona una zapata de freno con o sin un soporte de metal. La zapata de freno se define por una superficie de fricción para apoyarse sobre una superficie de rodamiento de una rueda y una superficie posterior radialmente opuesta para ser colocada en contacto con y asegurada a una cabeza de freno y dos superficies laterales que se extienden entre la superficie de fricción y la superficie posterior. La zapata de freno tiene un inserto metálico que comprende dos cuerpos separados que tienen caras que descansan en la superficie de fricción de la zapata de freno . Los cuerpos separados se extienden radialmente lejos de la superficie de fricción y hasta la superficie posterior de la zapata de freno. La zapata de freno se compone de material de fricción moldeado que comprende una mezcla de materiales abrasivos, cargas y resina. A lo largo de por lo menos una porción de al menos una superficie lateral adyacente a los cuerpos de inserto metálicos, hay una capa de material reforzado con fibras. El material reforzado con fibras puede ser material de fricción moldeado reforzado con fibras.

De acuerdo con esta invención, los lados de la zapata de freno se fortalecen para reducir las grietas debido a tensiones térmicas o mecánicas durante el frenado al añadir material de fibra/composición a los lados de las zapatas de freno durante el proceso de moldeo. Durante el proceso de moldeo, el calor y la presión causan que el material de fibra/composición sea moldeado integralmente y adherido al material de fricción que comprende la mayor parte de la zapata de freno con la que es compatible.

Cuando se utilizan con zapatas de freno que tienen insertos metálicos y se ubican junto a los insertos metálicos, las capas de refuerzo a lo largo de las superficies laterales son particularmente efectivas para prevenir la formación y propagación de grietas entre el material de fricción moldeado y los insertos metálicos.

De preferencia, el material de fibra puede comprende tela tejida o cosida de fibra de vidrio, fibras de aramida, fibras de algodón, etc. impregnadas con una resina fenólica o de otro tipo. La composición de las capas de refuerzo debe seleccionarse de manera que las capas de refuerzo se desgasten sustancialmente a la misma proporción que la composición de fricción completa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Características adicionales y otros obj etivos y ventajas se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas hecha con referencia a los dibujos, en los que: Las figuras 1 , 2 y 3 son vistas posterior, lateral y de cara de fricción de una zapata de freno que tiene un inserto metálico.

La figura 4 es una vista en perspectiva de una zapata de freno con una capa de refuerzo lateral parcial, y La figura 5 es una vista en perspectiva de una zapata de freno con una capa de refuerzo lateral completa.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La función de una zapata de freno para ferrocarril compuesta es proporcionar esfuerzo de frenado en forma de fricción generando una fuerza de retardo en las superficies de rodadura de las ruedas de un vagón. En referencia a las figuras 1 a. 5 , la estructura de la zapata de freno es normalmente un bloque en forma de arco diseñado con una superficie de fricción 12 que se ajusta contra la circunferencia de la rueda y en su superficie posterior separada radialmente 14 para ser montada a un miembro de soporte del sistema de freno que aplica fuerza a la zapata de freno durante el frenado . Entre la superficie de fricción 12 y la superficie posterior 14 se extienden superficies laterales 16. La zapata de freno puede incluir una placa metálica de soporte en o incrustada en su superficie posterior para su fij ación al miembro de soporte del sistema de frenos. La zapata de freno puede incluir insertos metálicos 10 y 1 1 que se proyecten a través del espesor del material de composición para proporcionar resistencia al desgaste mejorada o acondicionamiento de la superficie de la rueda, y/o para mejorar la adherencia de rodamiento entre la rueda del vagón y los rieles.

Debido a varios factores, se desarrollan tensiones en varios lugares específicos de la estructura de zapata de freno que pueden causar agrietamiento o ruptura de la estructura de zapata de freno durante el uso . Los factores pueden incluir los siguientes : a) la forma curva de la zapata de freno, b) discontinuidades entre la composición y el inserto metálico o placa metálica de soporte, c) altas fuerzas de aplicación normales y fuerzas de fricción tangenciales que ocurren durante el frenado, d) vibración y cargas de choque cíclicas durante la liberación de los frenos, e) ajuste irregular entre la superficie de fricción de la zapata de freno y la rueda, y f) distribución de fuerza no uniforme debido a un acoplamiento irregular entre la superficie posterior de la zapata de freno y el miembro de soporte del sistema de frenos.

Las grietas en la parte posterior de la zapata de freno que se desarrollan debido a diversos factores de estrés pueden ser superficiales o pueden representar importantes aspectos de seguridad que tengan el potencial de ruptura y pérdida de la función.

Una ventaja de esta invención es reducir la probabilidad de ruptura y la pérdida de la función al reforzar la capa de superficie lateral de la estructura de zapata de freno.

En una modalidad de acuerdo con esta invención, las capas de refuerzo lateral se preparan con antelación al moldeo de la zapata de freno . Las capas de refuerzo se componen de un material elástico compuesto que encapsula una o más capas de refuerzo de fibra y son compatibles con el material de frenado de composición global del bloque de freno. Las capas de refuerzo se hacen integrales con el bloque de freno colocando las capas de refuerzo en el molde antes de moldear el bloque de freno. De acuerdo con otra modalidad, láminas de material fibroso impregnado con resina pueden unirse a la superficie lateral de la zapata de freno, ya sea durante o después del proceso de moldeo de zapatas de freno.

Habiendo definido entonces la invención en los detalles y pormenores requeridos por las leyes de patentes, lo que se desea proteger por carta patente se dispone en las siguientes reivindicaciones.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1 . Una zapata de freno moldeada formada de material de fricción con o sin un soporte de metal, la zapata de freno es definida por una superficie de fricción para apoyarse sobre una superficie de rodamiento de una rueda, una superficie posterior radialmente opuesta para ser puesta en contacto con y asegurada a la cabeza de freno, y superficies laterales que se extienden entre la superficie de fricción y la superficie posterior, caracterizada además porque a lo largo de por lo menos una porción de por lo menos una superficie lateral hay una capa de material reforzado con fibras.

2. Una zapata de freno moldeada formada de material de fricción con o sin un soporte de metal, la zapata de freno es definida por una superficie de fricción para apoyarse sobre una superficie de rodamiento de una rueda, y una superficie posterior radialmente opuesta para ser puesta en contacto con y asegurada a una cabeza de freno y superficies laterales que se extienden entre la superficie de fricción y la superficie posterior, la zapata de freno tiene un inserto metálico que tiene caras que descansan en la superficie de fricción de la zapata de freno, el inserto se extiende radialmente lej os de la superficie de fricción, caracterizada además porque a lo largo de por lo menos una porción de al menos un superficie lateral hay una capa de material reforzado con fibras.

3. La zapata de freno moldeada de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el material de fibra puede comprender tela tejida o cosida de fibra de. vidrio, fibras de aramida, fibras de algodón, etc. impregnadas con resina fenólica o de otro tipo.

4. La zapata de freno moldeada de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la composición de las capas de refuerzo se selecciona de modo que las capas de refuerzo se desgasten sustancialmente a la misma proporción que la composición de fricción.