PL169355B1

PL169355B1 - Material cierny do kolejowych okladzin hamulcowych PL PL PL

Info

Publication number: PL169355B1
Application number: PL92296344A
Authority: PL
Inventors: Winfried Koch; Armin Eckert
Original assignee: Ruetgers Pagid Ag
Priority date: 1991-10-26
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1996-07-31
Also published as: HU9203328D0; SK276392A3; DE59201596D1; SK279788B6; GR3015346T3; ES2040677T3; HU214695B; EP0540826A1; PL296344A1; CZ276392A3; HUT64264A; RO114970B1; CZ283679B6; ATE119635T1; ES2040677T1; DE4135389A1; DK0540826T3; GR930300059T1; EP0540826B1

Abstract

1. Material cierny do kolejowych okladzin hamulcowych skladajacy sie z organiczne- go spoiwa, mineralnych wypelniaczy, srodków smarowych, metali i ewentualnie dalszych zwyklych dodatków, znamienny tym, ze jako spoiwo zawiera mieszanine zlozona z kau- czuku nitrylowego i sieciowanej za pomoca nadtlenków cieklej zywicy polibutadienowej, przy czym w mieszaninie stosunek kauczuku nitrylowego do cieklej zywicy polibutadieno- wej wynosi 1:10 do 10:1 i czesc mineralnych wypelniaczy jest zastapiona przez fosforany metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych i/albo amonu lub ich jedno- albo dwuwodoro- fosforany w ilosci 7 do 40% wagowych, w odniesieniu do mieszaniny materialu ciernego, przy czym stosunek fosforanu do cieklej zywicy polibutadienowej miesci sie w zakresie 3:3 do 10:3. P L 169355 B 1 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy nie zawierającej azbestu mieszaniny materiału ciernego do hamulców tarczowych i klockowych, jakie znajdują zastosowanie w kolejach żelaznych.

Mieszaniny materiału ciernego powyższego rodzaju są same w sobie znane. Składają się one dla organicznie związanych okładzin ciernych ze spoiwa organicznego, mineralnych wypełniaczy, środków smarowych, metali i ewentualnie dalszych dodatków.

Okładziny cierne są badane według przepisów międzynarodowego związku kolejowego UIC, przed udzieleniem zezwolenia. Badanie obejmuje oznaczenie wartości tarcia w zależności od prędkości kołowej przy różnych siłach hamowania i zależnych od czasu hamowania temperatur z suchą i mokrą tarczą hamulcową.

Ponieważ przy hamowaniu na mokro w szczególności przy niskich dociskach prawie nie można już stwierdzić działania hamującego, próbowano polepszyć działanie hamujące przez ukształtowanie formy wykładzin ciernych. Ostre krawędzie miały zapewnić, aby tylko niewiele wody mogło wniknąć między tarczę hamulcową i wykładzinę cierną, a rowki na powierzchni wykładziny ciernej miały szybko odprowadzić wodę, która wtargnęła. Te środki prowadzą tylko w przypadku bardzo twardych wykładzin do sukcesu. Te twarde wykładziny powodują jednak silne ścieranie się tarczy hamulcowej.

Zadaniem wynalazku jest dlatego opracowanie nie zawierającej azbestu mieszaniny materiału ciernego, która polepsza wartości tarcia wykładzin ciernych przy hamowaniu na mokro.

Zadanie według wynalazku rozwiązano w ten sposób, że spoiwo zawiera mieszaninę złożoną z kauczuku nitrylowego i usieciowanej za pomocą nadtlenków ciekłej żywicy polibutadienowej, przy czym w mieszaninie stosunek kauczuku nitrylowego do ciekłej żywicy polibutadienowej wynosi 1:10 do 10:1, a część mineralnych wypełniaczy zastępuje się przez fosforany metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych i/albo amonu lub ich mono- albo dwuwodorofosforany w ilości 7 do 40% wagowych w odniesieniu do mieszaniny materiału ciernego, przy czym stosunek fosforanu do ciekłej żywicy polibutadienowej wynosi w zakresie 3:3 do 10:3. Fosforany mogą zawierać wodę krystalizacyjną albo też nie zawierać wody krystalizacyjnej.

Jako nadtlenek stosuje się korzystnie nadtlenek sodu w stosunku ciekła żywica polibutadienowa do nadtlenku wynoszącym 8:1 do 15:1.

169 355

Mineralne wypełniacze stanowią na przykład baryt i tlenek magnezu w postaci proszku. Metale można dodawać zarówno w postaci proszków jak też jako włókna. Środki smarowe stanowią przede wszystkim proszki węglowe takie jak grafit, sadza i koks.

Mieszanina materiału ciernego dla związanych organicznie wykładzin ciernych do kolejowych hamulców tarczowych zawiera z reguły:

do 20% wagowych spoiwa, do 50% wagowych wypełniaczy mineralnych, do 30% wagowych środków smarowych, do 65% wagowych metali w postaci włókien i/albo proszków i ewentualnie jeszcze niewielkich ilości przyspieszaczy utwardzania, środków wspierających tarcie i podobnych składników.

Materiały cierne dla związanych organicznie wykładzin ciernych do kolejowych hamulców klockowych (spody hamulcowe) składają się z :

do 35% wagowych spoiwa, do 60% wagowych wypełniaczy mineralnych, do 40% wagowych środków smarowych, do 50% wagowych metali i ewentualnie przyspieszaczy utwardzania, środków wspierających tarcie, jak np. tlenek glinu i podobnych dodatków.

Wykładziny cierne do hamulców tarczowych zbadano według przepisu badań UIC 541-3 VE, załącznik 3c (program badawczy nr 3 dla prób hamowania ze zmoczonymi tarczami hamulcowymi na stanowisku badania tarcia), a do hamulców klockowych według przepisu badań UIC 541-4 VE, załącznik 4a (program badawczy dla spodów klocków hamulcowych z kompozytu o wysokiej wartości ciernej (A - nacisk osi 121).

Program badań jest przedstawiony w tabelach 1 i 2. Diagram (fig. 3) przedstawia współczynniki tarcia przy hamowaniach ustalonych w programie badawczym 541-3 VE (wartości tarcia dla wykładzin hamulcowych; zakres tolerancji dla przeciętnej wartości tarcia μ™ i chwilowej wartości tarcia μ₃). Każdy cykl hamowania składa się z dwóch odcinków z hamowaniem zatrzymującym przy prędkościach 80 do 200 km/h i nacisku hamowania 45 do 55 N/cm² jak również hamowaniem przy prędkości 120 km/h i nacisku hamowania 20 N/cm2. Badanie hamowania na sucho składa się z dwóch takich cykli (hamowanie nr 1 do 18), a hamowanie na mokro z ilością wody 25 dm³/h przy tarczy hamulcowej o średnicy 640 mm z trzech takich cykli (hamowanie nr 19 do 45). Sucha nominalna wartość tarcia dla prędkości kołowych do 140 km/h wynosi μ = 0,35 i opada liniowo aż do wartości 0,31 dla prędkości 200 km/h. Dla tarcia na mokro wartość ta może spadać tylko do μ = 0,25.

Jak widać z tabeli 2, program doświadczeń dla przepisu badań UIC 541-4 VE został na tyle zmieniony, ze zamiast dwóch hamowań przy wszystkich prędkościach każdorazowo przeprowadzono cztery hamowania. Oprócz tego przeprowadzono również dodatkowo hamowania na mokro przy prędkości 30 km/h (500 daN) i 160 km/h (2500 daN).

Wartości tarcia oznaczono na kołach o średnicy 860±5 mm i jednym spodem (zelówką) na koło. Przy działającej na zelówkę sile F<1000 daN przeciętna wartość tarcia przy prędkości 50 km/h dla suchego hamowania nie powinna wynosić więcej niż μm = 0,40, korzystnie nie więcej niż 0,33. Ta górna wartość graniczna maleje liniowo aż do μm = 0,30, korzystnie μm = 0,28 przy prędkości 160 km/h. Przy F>2000 daN przeciętna wartość tarcia przy prędkości 50 km/h nie powinna wynosić poniżej μm = 0,20, korzystnie nie poniżej μm = 0,22 i przy prędkości 160 km/h nie poniżej μm = 0,17, korzystnie nie poniżej μm = 0,20. Pod wpływem wilgoci przeciętna wartość tarcia może odbiegać najwyżej o 15% wartości odpowiedniego hamowania na sucho.

Wynalazek wyjaśniają bliżej przykłady.

169 355

Tabela 1

Hamowanie	Prędkość km/h	P N/cm²	Temperatura wyjściowa °C
	nr
1			10	80	40	Hamowanie suche 20 do 60
2			11	120	20
3			12	120	40
4			13	160	40
5			14	200	40
6			15	80	55
7			16	120	55
8			17	160	55
9			18	200	55
19	28	37	80	40	Hamowanie na mokro 20
20	29	38	120	20
21	30	39	120	40
22	31	40	120	40
23	32	41	200	40
24	33	42	80	55
25	34	43	120	55
26	35	44	160	55
27	36	45	200	55

Tabela 2

Przepis badania UIC 541-4 VE

Program badawczy A dla klockowych spodów hamulcowych z kompozytu o wysokiej wartości tarcia (spody K); nacisk osi 12 t.

Hamowanie nr	Prędkość km/h	F daN	Uwaga
1-4	30	500	Hamowanie do
5-8	50	500	zatrzymania na sucho
9-12	120	500
13-16	30	500	Hamowanie do
17-20	50	500	zatrzymania na mokro
21-24	120	500	Ilość wody 14 l/h
25-28	50	2500	Hamowanie do
29-32	120	2500	zatrzymania na sucho
33-36	160	2500
37-40	50	2500	Hamowanie do
41-44	120	2500	zatrzymania na mokro
45-48	160	2500	Ilość wody 14 l/h

Przykład I. Mieszaninę materiału ciernego złożoną z 12,9% wagowych spoiwa, 70% wagowych kauczuku nitrylowego, 27% wagowych sieciowanej za pomocą nadtlenku sodu ciekłej żywicy polibutadienowej i 3% wagowych oleju z łupin orzecha nerkowca zachodniego, 36,5% wagowych mineralnych wypełniaczy złożonych z 62% wagowych siarczanu baru i 38% wagowych tlenku magnezu, 27,6% wagowych środków smarowych i 23% wagowych proszków i włókien metali, jak to jest przyjęte do wytwarzania organicznie związanej wykładziny ciernej do kolejowych hamulców tarczowych, poddaje się przeróbce na wykładziny hamulcowe odpowiednio do przepisu 541-3 VE, załącznik la z powierzchnią cierną 200 cm². W taki sam sposób wytwarza się wykładziny hamulcowe według wynalazku z mie169 355 szaniny materiału ciernego o takim samym składzie, do którego jednak dodano 10% wagowych mieszaniny złożonej z zawierającego wodę krystalizacyjną i nie zawierającego wody krystalizacyjnej fosforanu trójsodowego przy odpowiednio zmniejszonej ilości innych wypełniaczy.

Współczynniki tarcia odpowiednio do przepisu badania 541-3 VE, załącznik 3c są przedstawione na rysunku, fig. 1.

Przykład II. (porównanie).

Jak w przykładzie I wytwarza się wykładzinę hamulcową z 10% wagowymi fosforanu trójwapniowego zamiast fosforanu trójsodowego i oznaczono jej współczynniki tarcia. Wyniki są przedstawione również na rysunku, fig. 1.

Przykład III. Z mieszaniny materiału ciernego złożonej z 21% wagowych spoiwa, jak w przykładzie I, 23,5% wagowych mineralnych wypełniaczy, 33% wagowych środków smarowych, 20,5% wagowych proszku metalu i 2% wagowych środków wspierających tarcie jak to jest przyjęte dla wytwarzania organicznie związanych hamulców klockowych, wytwarza się w znany sposób spody (zelówki, podkłady) hamulcowe i bada według przepisu UIC 541-4 VE. Za pomocą tej samej mieszaniny, która jednak zawiera 15% wagowych zawierającego wodę krystalizacyjną dwuwodorofosforanu jednosodowego i 8,5% mineralnych wypełniaczy, wytwarza się według wynalazku również spody hamulcowe i oznacza ich współczynniki tarcia. Wyniki badań hamowania są przeciwstawione w diagramie na fig. 2.

Jak widać z fig. 1, przy zastosowaniu zwykłych mieszanin materiału ciernego (mieszanina bazowa) nie zostaje osiągnięty żądany współczynnik tarcia przy hamowaniu na mokro (0,25) z niewielką siłą hamowania. Poprawia się on przy bardzo wysokiej prędkości i wyższym docisku. W przeciwieństwie do tego mieszanina według wynalazku wykazuje przy hamowaniu na mokro znacznie mniejszą szerokość odchylenia przy różnych prędkościach i relacjach ciśnienia. Współczynniki tarcia leżą powyżej granicy żądanej. Dodatek fosforanu trójwapniowego (przykład II) wykazuje natomiast tylko mniejszą skuteczność.

Jak przedstawiono na rysunku fig. 2, zwykłe mieszaniny do wykładzin ciernych (mieszanina bazowa) spełniają dla hamulcowych spodów klockowych wymagania przepisu badania na UIC dla hamowań na sucho. Odchylenia przy hamowaniach na mokro przy siłach docisku 2500 daN leżą również w podanym zakresie tolerancji. Przy mniejszym docisku (F = 500 daN) odbiegają wartości tarcia przy hamowaniach na mokro od wartości przy odpowiednich hamowaniach na sucho w niedopuszczalnych już rzędach wielkości, a mianowicie przy mniejszych prędkościach silniej (około 40%) niż przy wysokich prędkościach (około 20%).

Przez zastąpienie części mineralnych wypełniaczy przez dwuwodorofosforan jednosodowy współczynniki tarcia na mokro zostały tak polepszone, że obecnie odbiegają one tylko około 10% od wartości współczynników tarcia przy tarciu na sucho. Dodatkowo zostały jeszcze polepszone wartości tarcia przy wysokim docisku.

Odpowiednie doświadczenia ze stosowanymi zwykle żywicami proszkowymi, kauczukiem SBR i NBR jako spoiwem nie prowadziły do pożądanego wyniku.

Claims

1. Materiał cierny do kolejowych okładzin hamulcowych składający się z organicznego spoiwa, mineralnych wypełniaczy, środków smarowych, metali i ewentualnie dalszych zwykłych dodatków, znamienny tym, że jako spoiwo zawiera mieszaninę złożoną z kauczuku nitrylowego i sieciowanej za pomocą nadtlenków ciekłej żywicy polibutadienowej, przy czym w mieszaninie stosunek kauczuku nitrylowego do ciekłej żywicy polibutadienowej wynosi 1:10 do 10:1 i część mineralnych wypełniaczy jest zastąpiona przez fosforany metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych i/albo amonu lub ich jedno- albo dwuwodorofosforany w ilości 7 do 40% wagowych, w odniesieniu do mieszaniny materiału ciernego, przy czym stosunek fosforanu do ciekłej żywicy polibutadienowej mieści się w zakresie 3:3 do 10:3.

2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nadtlenek zawiera nadtlenek sodu.

3. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako fosforan zawiera fosforan zawierający wodę krystalizacyjną.

4. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako fosforan zawiera mieszaninę złożoną z fosforanu zawierającego wodę krystalizacyjną i nie zawierającego wody krystalizacyjnej.