PL206505B1

PL206505B1 - Brake insert

Info

Publication number: PL206505B1
Application number: PL356758A
Authority: PL
Inventors: Roman Bogacz; Stanisław Dżuła; Paweł Urbańczyk
Original assignee: Politechnika Krakowska
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2010-08-31
Also published as: PL356758A1

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206505 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356758 (22) Data zgłoszenia: 21.10.2002(12) PATENT DESCRIPTION (19) PL (11) 206505 (13) B1 (21) Application number: 356758 (22) Date of application: October 21, 2002

Wstawka hamulcowa (43) Zgłoszenie ogłoszono:Brake shoe (43) Application was announced:

04.05.2004 BUP 09/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:04.05.2004 BUP 09/04 (45) The following was announced about the grant of the patent:

31.08.2010 WUP 08/10 (51) Int.Cl.August 31, 2010 WUP 08/10 (51) Int.Cl.

F16D 65/04 (2006.01) F16D 65/00 (2006.01) (73) Uprawniony z patentu:F16D 65/04 (2006.01) F16D 65/00 (2006.01) (73) Patent holder:

POLITECHNIKA KRAKOWSKACRACOW UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

IM. TADEUSZA KOŚCIUSZKI, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku:THEM. TADEUSZA KOŚCIUSZKI, Kraków, PL (72) Inventor (s):

ROMAN BOGACZ, Warszawa, PL STANISŁAW DŻUŁA, Kraków, PL PAWEŁ URBAŃCZYK, Miękinia, PL (74) Pełnomocnik:ROMAN BOGACZ, Warsaw, PL STANISŁAW DŻUŁA, Krakow, PL PAWEŁ URBAŃCZYK, Miękinia, PL (74) Plenipotentiary:

rzecz. pat. Korzeniowski Zbigniewitem. stalemate. Zbigniew Korzeniowski

Rzecznik Patentowy Politechnika Krakowska im. T. KościuszkiPatent Attorney at the Cracow University of Technology T. Kościuszko

Sekcja Ochrony Własności IntelektualnejIntellectual Property Protection Section

PL 206 505 B1PL 206 505 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wstawka hamulcowa stanowiąca wymienną część klocków hamulcowych posiadająca wtopkę stalową osadzoną w materiale ciernym wstawki, przeznaczona zwłaszcza do stosowania w układach hamulcowych pojazdów szynowych.The subject of the invention is a brake block constituting a replaceable part of brake blocks having a steel insert embedded in the friction material of the insert, intended especially for use in brake systems of rail vehicles.

Podczas hamowanie wstawka swą wklęsła powierzchnią trącą dociska do powierzchni tocznej koła jezdnego pojazdu szynowego. Wstawki klocków hamulcowych dla taboru kolejowego wykonywane są ze specjalnych materiałów np. ze specjalnego żeliwa o odpowiednim współczynniku tarcia. Z polskiego patentu nr 170317 (IntCI⁶ B22c 9/02, B22D 19/02) znany jest sposób wytwarzania odlewanych wstawek klocków hamulcowych z wtopką stalową. Warunek stabilności dróg hamowania pojazdów szynowych wymaga, aby rozkład nacisków jednostkowych w strefie tarcia pary ciernej hamulca klockowego był niezmienny w czasie procesu hamowania. W rzeczywistości rozkład nacisków jednostkowych wzdłuż powierzchni ciernej zmienia się w czasie tego samego hamowania w bardzo szerokich granicach. Dominującym czynnikiem wpływającym na rozkład nacisków jednostkowych jest powstające w czasie hamowania ciepło tarcia. Powierzchnia cierna wstawki nagrzewa się do wyższej temperatury niż jej grzbiet. Różnica jest tym większa im wyższa jest moc i praca hamowania. W wyniku odkształceń termicznych spowodowanych gradientem temperatury zmniejsza się krzywizna wstawki hamulcowej i w jej części środkowej wzrastają naciski jednostkowe, wskutek czego wstawka ściera się bardziej w części środkowej niż na końcach. Z kolei w czasie ochładzania się wstawki, po okresie hamowania, odkształca się ona w odwrotnym kierunku tak długo, dopóki grzbiet nie odzyska pierwotnej krzywizny. Po ponownym hamowaniu do koła przylegają tylko powierzchnie cierne położone na końcach wstawki. Następuje ich szybsze zużycie, a równocześnie powstające ciepło tarcia powoduje ponowne odkształcenie wstawki i wzrost nacisków jednostkowych w części środkowej. Zjawisko lokalnego wzrostu nacisków jednostkowych w różnych obszarach powierzchni ciernej wstawek hamulcowych, których wartość przekracza kilkakrotnie wartość nacisku nominalnego, powtarza się cyklicznie w czasie eksploatacji pojazdów szynowych. Prowadzi to w efekcie koń cowym do przyspieszenia zuż ycia ściernego.During braking, the insert presses its concave rubbing surface against the running surface of the road wheel of the rail vehicle. Brake pad inserts for rolling stock are made of special materials, e.g. special cast iron with an appropriate coefficient of friction. The Polish patent no. 170317 (IntCI ⁶ B22c 9/02, B22D 19/02) describes a method of producing cast brake shoe inserts with a steel insert. The condition of the stability of rail vehicle braking distances requires that the distribution of unit pressures in the friction zone of the friction pair of the block brake should be constant during the braking process. In fact, the distribution of unit pressures along the friction surface changes within very wide limits during the same braking. The dominant factor influencing the distribution of unit pressures is the friction heat generated during braking. The friction surface of the insert heats up to a higher temperature than its back. The difference is the greater the higher the braking power and work. As a result of the thermal deformations caused by the temperature gradient, the curvature of the brake block decreases and the unit pressures in its central part increase, as a result of which the brake block wears more in the middle than at the ends. On the other hand, during the cooling of the insert, after the braking period, it deforms in the opposite direction as long as the ridge does not regain its original curvature. After renewed braking, only the friction surfaces located at the ends of the inset adhere to the wheel. Their faster wear occurs, and at the same time the generated frictional heat causes re-deformation of the insert and an increase in unit pressures in the central part. The phenomenon of local increase in unit pressures in various areas of the friction surface of brake blocks, the value of which exceeds the nominal pressure several times over, repeats itself cyclically during the operation of rail vehicles. This ultimately leads to an accelerated wear of the abrasive.

Jednym ze sposobów zapobiegania ujemnym skutkom odkształceń termicznych żeliwnej wstawki hamulcowej są wstawki ze szczelinami dylatacyjnymi. Istota tego typu rozwiązań polega na podziale powierzchni ciernej wstawki na szereg niewielkich powierzchni. Uzyskuje się to poprzez nacięcia wzdłuż i w poprzek wstawki. Nacięcia spełniają rolę szczelin dylatacyjnych i równocześnie powodują zmniejszenie sztywności wstawki na zginanie. Istniejące rozwiązania różnią się rozmieszczeniem oraz głębokością nacięć, czego przykładem są rozwiązania opisane i powołane w patencie polskim nr 170619 (IntCI⁶ B61H 1/00, F16D 69/00) oraz zgłoszeniu polskim P-323331 (IntCI⁶ F16D 65/04, B61H 1/00). Podczas badań doświadczalnych z tego typu wstawkami stwierdzono korzystne warunki tarcia i zużycia. Z uwagi na technologię wykonania oraz małą odporność na wykruszenia, wstawki hamulcowe ze szczelinami dylatacyjnymi nie znalazły szerszego zastosowania w pojazdach szynowych.One of the methods of preventing the negative effects of thermal deformation of a cast-iron brake block are inserts with expansion gaps. The essence of this type of solutions consists in dividing the friction surface of the insert into a number of small areas. This is achieved by making cuts along and across the gusset. The cuts play the role of expansion gaps and at the same time reduce the flexural stiffness of the insert. The existing solutions differ in the location and depth of the cuts, as exemplified by the solutions described and referred to in the Polish patent No. 170619 (IntCI ⁶ B61H 1/00, F16D 69/00) and the Polish application P-323331 (IntCI ⁶ F16D 65/04, B61H 1 / 00). During experimental tests with this type of inserts, favorable friction and wear conditions were found. Due to the manufacturing technology and low resistance to chipping, brake inserts with expansion slots were not widely used in rail vehicles.

Celem przedstawianego rozwiązania jest zmniejszenie wpływu odkształceń termicznych wstawek hamulcowych na proces hamowania pojazdów szynowych oraz poprawienie stabilności ich dróg hamowania.The aim of the presented solution is to reduce the influence of thermal deformation of brake blocks on the braking process of rail vehicles and to improve the stability of their braking distances.

Istota rozwiązania charakteryzuje się tym, że wstawka zbudowana jest z kilku oddzielnych segmentów ciernych, co najmniej trzech w liczbie nieparzystej, połączonych wzajemnie stalową wtopką osadzoną wewnątrz segmentów w ich strefie grzbietowej, przy czym szerokość wtopki jest mniejsza od szerokości segmentów. Wtopka może być ażurowa w strefie osadzenia. Ażurami mogą być dowolnego kształtu otwory usytuowane wewnątrz wtopki lub przy jej krawędzi jako boczne wybrania wykonywane we wtopce w formie wykrawania lub wywijania, które rozmieszcza się na jej długości w polu osadzenia segmentów ciernych, korzystnie pośrodku, celem uzyskania lepszego połączenia. Segment środkowy po stronie grzbietowej posiada uchwyt do mocowania do obsady klocka hamulcowego. Segment skrajny po stronie grzbietowej posiada dwa symetryczne występy do ustalania wkładki w obsadzie klocka hamulcowego. Wstawka może mieć segmenty pośrednie usytuowane pomiędzy segmentem środkowym a segmentami skrajnymi, które posiadają grzbiet płaski bądź z dwoma symetrycznymi występami.The essence of the solution is characterized by the fact that the insert is made of several separate friction segments, at least three in an odd number, interconnected by a steel insert embedded inside the segments in their ridge zone, the width of the insert being smaller than the width of the segments. The boss may be openwork in the seating area. The openings can be any shape openings located inside the plug or at its edge as side recesses made in the plug in the form of punching or flaring, which are arranged along its length in the area where the friction segments are embedded, preferably in the middle, in order to obtain a better connection. The middle segment on the dorsal side has a holder for attaching to the brake shoe holder. The extreme segment on the dorsal side has two symmetrical projections for fixing the insert in the brake block holder. The insert may have intermediate sections between the middle section and the outer sections, which have a flat ridge or have two symmetrical projections.

Zaletą konstrukcji jest istotne ograniczenie odkształceń termicznych wstawek hamulcowych oraz wynikające z tego istotne ograniczenia wpływu nacisków jednostkowych na spadek współczynnika tarcia.The advantage of the structure is a significant reduction of thermal deformation of the brake inserts and the resulting significant limitation of the impact of unit pressures on the decrease of the friction coefficient.

PL 206 505 B1PL 206 505 B1

Efektem tego rozwiązania są następujące korzystne skutki wynalazku:The result of this solution is the following advantageous effects of the invention:

- Skrócenie dróg hamowania oraz wzrost ich stabilnoś ci, a tym samym zwię kszenie bezpieczeństwa ruchu pojazdów szynowych.- Shortening the braking distances and increasing their stability, thus increasing the safety of rail vehicles traffic.

- Zmniejszenie zużycia ściernego wstawek hamulcowych, skutkiem czego spodziewane są znaczne wymierne korzyści ekonomiczne.- Reduction of the abrasive wear of the brake blocks, as a result of which significant tangible economic benefits are expected.

- Zmniejszenie zagrożenia pożarowego, gdyż w szczelinach dylatacyjnych pomiędzy segmentami ciernymi wstawki hamulcowej następuje naturalne wygaszanie iskier powstających podczas procesu hamowania.- Reducing the risk of fire, because the sparks generated during the braking process are extinguished naturally in the expansion gaps between the friction segments of the brake block.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania pięciosegmentowej wstawki hamulcowej przedstawiono na rysunku na którym:The subject of the invention in an exemplary embodiment of a five-segment brake block is shown in the drawing where:

fig. 1 przedstawia półprzekrój wstawki w widoku bocznym, fig. 2 widok wstawki od strony grzbietowej, fig. 3 przekrój segmentu środkowego zaznaczony na fig. 1, fig. 4 przekrój segmentu skrajnego zaznaczony na fig. 1, fig. 5 fragmentaryczny widok wtopki z przykładami wykrawanych ażurów, fig. 6 fragmentaryczny przekrój wtopki z przykładami wykrawanych ażurów, fig. 7 fragmentaryczny widok wtopki z przykładami wywijanych dośrodkowo ażurów, fig. 8 przekrój poprzeczny wtopki zaznaczony na fig. 7 przez ażur stanowiący wywijane otwory przykrawędziowe jako boczne wybrania, fig. 9 fragmentaryczny przekrój podłużny wtopki z przykładami wywijanych dośrodkowo ażurów, fig. 10 fragmentaryczny widok wtopki z przykładami wywijanych odśrodkowo ażurów fig. 11 przekrój poprzeczny wtopki zaznaczony na fig. 10 przez ażur stanowiący wywijane otwory przykrawędziowe jako boczne wybrania, fig. 12 fragmentaryczny przekrój podłużny wtopki z przykładami wywijanych dośrodkowo ażurów, fig. 13 wykres nacisków dla klocka hamulcowego ze wstawką żeliwną pełną a fig. 14 wykres nacisków dla klocka hamulcowego ze wstawką żeliwną segmentową.Fig. 1 shows a half-section of the insert in a side view, fig. 2 a view of the insert from the dorsal side, fig. 3 a section of the middle section marked in fig. 1, fig. 4 a section of an end section marked in fig. 1, fig. 5 a fragmentary view of the insert from 6, a fragmentary cross-section of a plug with examples of punched openwork, FIG. 7, a fragmentary view of a plug with examples of centrically turned openwork, FIG. 8, a cross-section of a plug marked in FIG. 7 by an openwork constituting flown edge openings as side recesses, FIG. 9, fragmentary longitudinal section of the plug with examples of centrally turned openwork, FIG. 10, fragmentary view of the plug with examples of centrifugally turned openwork, FIG. 11, cross-section of the plug, marked in FIG. 10 through the openwork constituting fold-up edge openings as side recesses, FIG. 12, fragmentary longitudinal section of the plug with examples of centrally-turned openwork, fig. 13 is a diagram of pressure for a log brake shoe with a full cast iron insert, and Fig. 14 is a pressure diagram for a brake shoe with a segmented cast iron insert.

Wstawka hamulcowa ukształtowana jest w formie łukowego elementu do mocowania w obsadzie klocka hamulcowego z powierzchnią roboczą umożliwiającą współpracę cierną z powierzchnią toczną koła pojazdu szynowego. Wstawka, wykonana jako odlew żeliwny, stanowi zestaw pięciu segmentów 1 ciernych połączonych stalową wtopką 2 zatopioną w materiale segmentów 1 w ich strefie grzbietowej. Wtopka 2 ma postać taśmy stalowej wygiętej łukowo o promieniu większym od promienia tocznego koła jezdnego, o długości łuku wtopki równej długości wstawki i szerokości wtopki mniejszej od szerokości segmentów 1 wkładki. Wtopka 2 jest ażurowana, a otwory rozmieszczone są wzdłuż jej długości pośrodku pola osadzenia segmentów 1 ciernych wkładki. Ażury mogą stanowić różnego kształtu wykrawane otwory wewnętrzne 2a, 2b lub przykrawędziowe 2c rozmieszczone na wtopce 2 pośrodku osadzenia segmentów 1 ciernych. Ażury mogą też stanowić wywijane dośrodkowo otwory 2d, 2e, 2ί lub wywijane odśrodkowo otwory 2g, 2h, 2i rozmieszczone na wtopce 2 pośrodku osadzenia segmentów 1 ciernych. Zarys profilu roboczego każdego segmentu 1 ma kształt odpowiadający bieżni koła pojazdu szynowego. Grzbiety segmentów 1 są zróżnicowane. Segment 1 środkowy posiada uchwyt do mocowania do klocka hamulcowego, segmenty 1 skrajne posiadają dwa symetryczne występy do ustalania wkładki w obsadzie klocka hamulcowego, zaś segmenty 1 pośrednie usytuowane pomiędzy segmentem środkowym a segmentami skrajnymi posiadają płaski grzbiet.The brake insert is shaped as an arc-shaped element for mounting in the brake block holder with a working surface enabling frictional cooperation with the running surface of a rail vehicle wheel. The insert, made as a cast iron, is a set of five frictional segments 1 connected by a steel insert 2 embedded in the material of the segments 1 in their ridge zone. The inset 2 is in the form of an arc-bent steel strip with a radius greater than the radius of the road wheel, the length of the inset arc equal to the inset length and the inset width smaller than the width of the insert segments 1. The insert 2 is openwork, and the holes are arranged along its length in the center of the seating area of the insert friction segments 1. The openings can be of various shapes, punched internal holes 2a, 2b or edge 2c arranged on the plug 2 in the center of the seating of the frictional segments 1. The openings can also be centrally turned holes 2d, 2e, 2ί or centrifugally turned holes 2g, 2h, 2i arranged on the boss 2 in the center of the seat of the friction segments 1. The outline of the working profile of each segment 1 has a shape corresponding to the race of a wheel of a rail vehicle. The ridges of segments 1 are varied. The middle segment 1 has a holder for fastening to the brake shoe, the end segments 1 have two symmetrical projections for fixing the insert in the brake shoe holder, and the intermediate segments 1 located between the middle segment and the outermost segments have a flat ridge.

Przeprowadzona symulacja komputerowa współpracy pary ciernej wstawka hamulcowa - powierzchnia toczna koła jezdnego w pełni potwierdza zasadność opisanych oczekiwań. Obliczenia numeryczne rozkładu nacisków jednostkowych wzdłuż powierzchni ciernej wstawki, przy takim samym przykładowym stanie cieplnym klocka hamulcowego, zmienia się od rozkładu podanego na fig. 13 dla klasycznej żeliwnej wstawki pełnej, do rozkładu przedstawionego na fig. 14 dla proponowanego rozwiązania ze wstawką żeliwną segmentową.The computer simulation of the cooperation of the friction pair, brake block - road wheel tread, fully confirms the legitimacy of the expectations described above. Numerical calculations of the distribution of unit pressures along the friction surface of the insert, for the same exemplary thermal state of the brake shoe, varies from the distribution given in Fig. 13 for a classic solid cast iron insert, to the distribution shown in Fig. 14 for the proposed solution with a segmented cast iron insert.

Claims

Patent claims

1.A brake insert cast with a steel insert, shaped as an arc-shaped element, having a handle on the ridge for attaching to the brake shoe holder and a friction surface with expansion slots in the form of transverse grooves and a profile contour corresponding to the race of the mating wheel of a rail vehicle, characterized by the fact that it is made of at least

There are three separate friction segments (1) connected to each other by a steel insert (2) embedded inside the segments (1) in their ridge zone, the width of the insert (2) being smaller than the width of the segments (1).

2. The insert according to claim 3. The insert (2) is openwork in the seating area

3. The insert according to claim 1 2, characterized in that the openwork consists of punched holes (2a, 2b, 2c) arranged on the insert (2) in the area where the friction segments (1) are fitted.

4. The insert according to claim 1 2, characterized in that the openwork consists of centrally turned openings (2d, 2e, 2f) arranged on the insert (2) in the area where the friction segments (1) are installed.

5. The insert according to claim 1 2, characterized in that the openwork consists of centrifugally turned openings (2g, 2h, 2ΰ arranged on the insert (2) in the area where the friction segments (1) are installed.

6. The insert according to claim 1 The device of claim 1, characterized in that the middle segment (1 on the dorsal side has a holder for fastening to the brake shoe holder.

7. The insert according to claim 1 A device according to claim 1, characterized in that the dorsal end segment (1) has two symmetrical projections for retaining the insert in the brake shoe holder.

8. The insert according to claim 1 5. The apparatus of claim 1, characterized in that it has intermediate segments (1) positioned between the middle segment (1) and the end segments (1).

9. The insert according to claim 1 8. The apparatus as claimed in claim 8, characterized in that the intermediate segment (1) has a flat ridge

10. The insert according to claim 1 The device as claimed in claim 8, characterized in that the dorsal intermediate segment (1) has two symmetrical projections for retaining the insert in the brake shoe holder.