PT1967755E - Calço de travão - Google Patents

Description

1 DESCRIÇÃO "CALÇO DE TRAVÃO" A invenção refere-se a um calço para travão destinado a travões de fricção de veículos de caminho-de-ferro, com uma sapata de freio resistente ao desgaste constituída por ferro fundido com elevado teor de fósforo, cuja superfície de fricção tem uma curvatura correspondente ao perímetro da roda a ser travada e com uma segurança contra a rotura da peça fundida obtida por meio de uma armação de aço pelo menos parcialmente fundida, em que na parte posterior ou base virada para o travão, do calço de travão, se salienta uma ponte perpendicular, a qual transfere a força de travagem produzida pelo ponto de travagem.

Um calço de travão deste tipo é já conhecido da US 1,749,760, em que o calço de travão compreende uma base de travão prefabricada em chapa de aço, uma sapata de freio parcialmente fundida com aquela e uma ponte fundida para retenção do calço de travão, feita de uma peça curva de chapa com múltiplos ângulos. A peça curva de chapa apresenta um formato que é em si fundamentalmente em forma de U, em que a distância entre os membros laterais, relativamente um ao outro, determina a largura de uma secção intermédia reduzida da base da chapa de aço. As zonas terminais inferiores dos membros laterais da peça curva de chapa são dobradas em ângulo recto, uma em direcção à outra e soldadas aos lados periféricos côncavos internos da base de chapa de aço. Para melhorar a ancoragem da base de chapa de aço ao material do calço de travão com ela fundido, projecta-se radialmente do lado interno periférico da base de chapa um conjunto de 12 linguetas de chapa. Essas linguetas de chapa são constituídas por 2 encaixes arqueados da própria base de chapa de aço, os quais são livremente recortados até à formação de pequenos esteios por meio de cortes periféricos de cunhagem aproximadamente circulares e seguidamente elevados. Para isso as linguetas de chapa são encurvadas em duas séries de furos simétricos em imagem de espelho, de tal modo que, vistas de lado, se cruzam. Complementarmente estão previstos, na parte posterior da chapa, em cada uma das zonas terminais da chapa de aço de base, recortes paralelos que partem dessas extremidades. Os esteios de chapa, obtidos por meio de recortes laterais de cunhagem, são dobrados em ângulo e projectam-se aproximadamente na direcção radial a partir do perímetro interno da parte posterior ou base da chapa.

Como desvantajosa neste calço de travão conhecido pode ser vista a circunstância de a parte posterior da chapa ou base, apesar da sua forma de construção integral, ter de ser previamente fabricada segundo uma técnica de construção dispendiosa. Através do processo, necessário para o fabrico do calço de travão, de fusão da sapata de freio, pode além disso obter-se uma parte posterior de chapa ou base cuja capacidade de retenção não seja suficiente, pelo que tenha de ser submetida a um trabalho de acabamento muito demorado. No seu conjunto, o fabrico dos calços de travão conhecidos é trabalhoso e por isso caro. Além disso, não é evidente se a armação do calço de travão chega também à chapa de apoio como sistema de protecção contra quebras, quando o calço de travão já está relativamente quebradiço, uma vez que é constituído por ferro fundido com um elevado teor de fósforo. 3

Dos calços de travões usados em série nos veículos de caminhos-de-ferro, por exemplo os calços de travão vulgarmente comercializados (por exemplo da B.Samson) é além disso conhecida a fusão do calço de travão, feito de ferro fundido com elevado teor de fósforo, numa chapa de apoio em aço. Essa peça de chapa de aço compreende também uma ponte em forma de estribo, por meio do qual a sapata de freio é posicionada centralmente na sua cabeça de travão e que é movimentado na direcção da periferia rolante da roda a ser travada, quando a travagem é accionada. No lado do perímetro interno da chapa de apoio estão fixadas, por meio de soldadura, diversas camadas, colocadas umas por cima das outras, de metal expandido. 0 ferro liso e a grade de chapas estendem-se aproximadamente a todo o comprimento do perímetro da sapata de freio e a grade de chapas também praticamente a toda a largura da mesma. Ao fundir-se o calço de travão com a chapa de apoio em aço, a grade de chapas fica assim completamente embebida na fundição do calço de travão, de modo que disso resulta uma peça combinada rígida. Devido à espessura combinada das camadas de metal expandido a espessura útil do calço de travão e com ela a sua vida útil, são nitidamente reduzidas. A segurança em relação a roturas e a funcionalidade desta construção comprovada é de facto muito grande, mas no entanto a técnica de fabrico desse calço de travão é de moldagem trabalhosa e correspondentemente de fabricação dispendiosa. É ainda conhecida a fundição prévia de bases para calços de travão - por exemplo de aço ou de grafite esferoidal -, o seu despejo para o interior da forma de fundição e a sua fusão com o ferro fundido contendo fósforo da sapata de freio. Deste modo pode então ser nitidamente reduzida a 4 possível espessura de construção da sapata de freio com as propriedades de construção anteriormente referidas, uma vez que as bases do calço de travão munidas da sapata de freio e feitas de aço fundido ou de grafite esferoidal, têm de ser relativamente espessas. Além disso, o aço fundido ou a grafite esferoidal não proporcionam um comportamento flexível em relação à rotura comparável, por exemplo como o de simples ligas mistas de chapas de aço, usadas como segurança contra as roturas. Além disso o processo de fundição com dois passos é demorado e correspondentemente mais caro.

Na EP 0 026 578 AI é descrito um calço de travão para travões de fricção de viaturas de caminhos-de-ferro, o qual apresenta uma base de aço curva. Da base de aço projectam-se, distribuídos ao longo do seu comprimento, diversos blocos de aço, os quais se encontram fundidos com a base de aço e são reforçados por meio de depósitos metálicos que se projectam da base de aço. Os blocos fundidos, alinhados com afastamento uns dos outros, do calço de travão constituem no seu conjunto a sapata de freio e deverão apresentar, para a obtenção das desejadas características, um teor de fósforo de mais do 5 % em peso. A base de aço e os reforços de aço da sapata de freio segmentada, que se projectam daquela, devem ser de construção muito resistente à flexão, a fim de reduzir uma dobragem dos blocos fundidos sob a acção das forças que actuam sobre o seu lado de fricção no processo de travagem. Uma tal dobragem conduziria, de forma indesejada, a um elevado desgaste da sapata de freio e a um aumento da criação de um desgaste ondulatório da superfície do rasto do rodado da roda atingida. Com a manutenção das exigências de construção 5 também um calço de travão deste tipo é de construção relativamente cara. A FR 1103 866, de construção semelhante, descreve um calço de travão de acordo com o conceito principal da Reivindicação 1. A invenção tem por objecto fundamental aperfeiçoar um calço de travão do tipo descrito de acordo com o conceito principal da Reivindicação 1, em que aquele pode ser construído economicamente sem prejuízo para a sua segurança em relação à rotura.

De acordo com a invenção o objecto é atingido pelo facto de a sapata de freio ser vantajosamente constituída por uma peça fundida integralmente a partir de uma liga fundida de elevada resistência térmica e mecânica, cuja dureza não é superior a 275 HB (Brinelhárt - Dureza de Brinel), em que a liga fundida é constituída por uma liga de ferro com a composição c 2,6 a 3,4 o. 0 em peso Si 1,2 a 2, 6 o, 0 em peso P 2,0 a 3,5 o. 0 em peso Mn < 0,9 o. 0 em peso S < 0,2 o. 0 em peso na qual entram pequenas quantidades de cobre e/ou vanádio e/ou cério e/ou minerais terrosos raros. Os calços de travão dessas ligas apresentam, em relação às ligas conhecidas, um comportamento de flexibilidade em relação à rotura essencialmente melhorado. Com isso, os meios para a segurança contra a rotura podem ser de construção relativamente fraca, pelo que correspondentemente ocupam menos espaço na peça fundida. 6

Formas de realização vantajosas da invenção constituem o objecto das Reivindicações subordinadas.

Preferencialmente a armação de aço do calço de travão é de um material liso, o qual apresenta uma pequena espessura e que próximo do seu lado posterior convexo se encontra embutido na peça fundida. Desse modo produz-se uma grande espessura utilizável da sapata de freio.

Essa vantagem mantém-se com uma armação de aço que se estenda aproximadamente a todo o comprimento do calço de travão, quando o material liso é curvo em toda a sua extensão e se adapta à curvatura da superfície de fricção do calço de travão.

Uma armação de aço compacta pode ser constituída a partir de uma combinação de uma estreita camada de fita de aço e de uma tira larga de uma chapa perfurada ou reticulada a ela soldada. Através dos furos ou dos espaços da reticulação escorre o ferro fundido em fusão, pelo que a chapa perfurada ou reticulada, após o endurecimento da fusão, fica ancorada com absoluta segurança no bloco fundido. Com a utilização de uma única camada dessa chapa reticulada ou perfurada, a espessura total da combinação de duas partes mantém-se, diferentemente do que se passa com a utilização de várias chapas reticuladas soldadas umas às outras, numa disposição sobreposta que é ainda relativamente reduzida.

Alternativamente à armação de aço combinada pode-se também, no entanto prever uma única camada de fita de aço como armação de aço, a qual deverá nesse caso ser 7 correspondentemente alargada. Uma ancoragem mais segura dessa camada no bloco fundido é atingida quando a camada está munida de um número suficiente de perfurações, as quais são cheias quando do vazamento da fusão. Simultaneamente a camada pode apresentar um perfil periférico com zonas salientes, por meio do qual se produz uma caracteristica de ancoragem.

Numa forma de realização vantajosa a camada estreita ou também a camada larga de fita de aço, especialmente na sua zona longitudinal média, pode estar munida de uma depressão moldada. Essa depressão pode, com um determinado perímetro, servir para o reforço da resistência à curvatura da própria camada. Além disso essa depressão pode portanto contribuir, como elemento afastador em colaboração com uma parede da forma fundida, para um posicionamento mais seguro da camada na forma fundida. As extremidades da camada são, além disso, encostadas à forma fundida através de meios de retenção, podendo então as zonas longitudinais da camada, que se situam na vizinhança da depressão, ser embutidas automaticamente no bloco fundido, com um afastamento óptimo em relação ao lado posterior do calço de travão.

Em camadas fundidas a depressão adapta-se - de preferência por baixo da ponte perpendicular - numa ligação plana ao nível do lado posterior côncavo do calço de travão. A fim de se obter uma adaptação corrente mais rápida, mais constante e menos ruidosa da superfície de fricção à faixa de rolamento da roda em questão, estão integradas na sapata de freio, distribuídas ao longo do seu comprimento, diversas juntas de dilatação, as quais se projectam da sapata de freio e se estendem, na direcção da largura da 8 sapata de freio, desde a borda até aproximadamente ao meio da sapata. Além disso as juntas de dilatação tem a tarefa de afastar ou expulsar da faixa de rolamento as partículas arrancadas e melhorar consideravelmente a dissipação de calor da sapata de freio.

Uma acçâo particularmente importante das juntas de dilatação verifica-se quando estas partem alternadamente das bordas esquerda e direita do calço de travão. As juntas de dilatação servem complementarmente como marcas de referência para o pessoal da manutenção.

Para facilitar o controlo visual do estado de desgaste dos calços de travão instalados, estão ainda colocadas no lado exterior da sapata de freio, especialmente com uma pequena distância em relação à armação de aço, diversos indicadores de desgaste.

Seguidamente serão descritos em mais pormenor, com a ajuda de um desenho, exemplos de formas de realização da invenção.

Naquele, mostram: A Figura 1 uma vista em plano de uma parte posterior ou base de travão de um calço de travão para um veículo de caminhos-de-ferro, A Figura 2 um corte através de um calço de travão de acordo com a linha de corte II-II da Figura 1, A Figura 3 uma vista lateral do calço de travão da Figura 1, 9 A Figura 4 um desenvolvimento da linha de corte da

Figura 2, correspondente a um corte através de uma variante do calço de travão, A Figura 5 uma vista inferior de uma variante da armação de aço para a execução do calço de travão de acordo com a Figura 1, A Figura 6 uma vista lateral da variante de armação de aço de acordo com a Figura 5, A Figura 7 uma vista em plano de uma outra variante de armação de aço para a execução do calço de travão de acordo com a Figura 3, A Figura 8 uma vista lateral da variante de armação de aço de acordo com a Figura 7, A Figura 9 uma outra forma de realização de um calço de travão com a armação de aço numa vista lateral e A Figura 10 uma vista em plano da superfície de fricção do calço de travão de acordo com a Figura 9.

Peças correspondentes são indicadas em todas as Figuras com os mesmos números de referência. A Figura 1 mostra uma vista em plano de um calço de travão separado 20 para uma viatura de caminhos-de-ferro, em que se podem ver a metade superior da parte posterior do travão 21 e a metade inferior, representada em corte, do calço de travão 20, com a armação de aço. A armação de aço 10 compreende, na forma de realização de acordo com a Figura 1, uma pequena camada 30 de fita de aço com por exemplo um corte perpendicular de pelo menos 100 mm2, com uma espessura previamente estabelecida e uma largura previamente estabelecida, a qual se estende ao longo do eixo longitudinal médio do calço de travão, aproximadamente ao longo da sua extensão total. Por baixo da camada 30 está colocada, no seu lado largo, uma extensão de rede metálica 31 de aço, que juntamente com a camada 30 constitui a armação de aço e para isso se encontra fixamente soldada a esta. Com isso os eixos longitudinais médios da extensão de rede metálica 31 e da camada 30 situam-se um por cima do outro, mas no entanto a extensão de rede metálica 31 salienta-se lateralmente, uma vez que apresenta uma largura de pelo menos 70 mm. Também nas extremidades a extensão de rede metálica 31 se salienta ligeiramente em relação à camada 30. A extensão de rede metálica 31 é aqui constituída por uma placa de folha de aço com 3 mm a 4 mm de espessura, que foi previamente munida de uma multiplicidade de recortes e seguidamente estendida, do que resulta a estrutura reticulada da placa. Tal extensão de rede metálica 31 é em si conhecida para a armação de calços de travão, mas no entanto apenas numa disposição estratificada de seis camadas unidas umas às outras. No entanto, aqui é apenas usada uma camada única da extensão de rede metálica 31, de modo que camada 30 e a extensão de rede metálica 31 apresentam uma espessura conjunta relativamente reduzida.

As proporções dessa união para o corte perpendicular conjunto do calço de travão 20 podem ser nitidamente reconhecidas em ligação com a representação em corte de acordo com a Figura 2. Devido ao desenvolvimento do corte 11 pode também ver-se claramente o portal da ponte perpendicular 22, por meio da qual o calço de travão é fixado na sua posição, na cabeça do travão, não representada, do dispositivo de travagem. Genericamente pode ver-se que uma sapata de freio 23 munida da superfície de fricção, a parte posterior ou base do travão 21 e também a ponte perpendicular 22, constituem um bloco fundido conjunto unitário, no qual a armação de aço se encontra embutida como camada 30 e extensão de rede metálica 31. As superfícies cilíndricas do calço de travão 20 são assim muito maioritariamente constituídas pelas superfícies exteriores do bloco fundido. Apenas na parte posterior do travão 21 a camada 30 se encontra de tal modo embutida no bloco fundido, que constitui a zona do fundo da ponte perpendicular 22 de ferro fundido. Esta zona, em que a camada 30 está mergulhada, numa união lisa, na parte posterior do travão, é no entanto atravessada pela ponte perpendicular 22. Por meio da extensão de rede metálica 31 fundida, a camada 30 fica porém, nessa região, também firmemente ancorada no bloco fundido.

Numa vista conjunta com a vista lateral de acordo com a Figura 3 vê-se que a armação de aço se estende aproximadamente a toda a extensão do calço de travão 20 e curva-se ao longo do seu comprimento, adaptando-se à curvatura da superfície de fricção da sapata de freio 23, em que a curvatura da superfície de fricção corresponde de forma bastante precisa à curvatura da parte posterior ou base do travão 21. Desse modo a armação de aço situa-se tão perto da parte posterior do travão 21, que a espessura de desgaste da sapata de freio 23 pode ser formada muito grossa. O limite máximo de desgaste da sapata de freio 23 pode ser verificada por meio de dois indicadores de 12 desgaste 24, particularmente em relevo, instalados no lado exterior, os quais são também fundidos na sapata de freio 23. No seu conjunto, toda a espessura excedentária da sapata de freio 20 está assim disponível para o atrito. Além disso, estão instaladas na sapata de freio numerosas juntas de dilatação 25, as quais deverão facilitar a chanfradura da sapata de freio 23 e servem para a dissipação do calor. Essas juntas de dilatação 25 encontram-se instaladas de forma distribuída ao longo do comprimento da sapata de freio 23, são abertas para a superfície de fricção e estendem-se na perpendicular da sapata de freio 23.

Um desvio significativo da armação de aço apresentada nas Figuras 1 a 3 é possível se uma camada estreita 30 estiver munida, na sua zona longitudinal média, de uma depressão elevada 32. Uma tal forma de realização pode ver-se nas Figuras 5 e 6, em que a depressão 32 pode ser paralela à parte posterior do travão 21 e curva em direcção à camada 30. Por meio da depressão 32 a extensão de rede metálica 31 pode ser unida a essa na zona de sobreposição, sem problemas devidos à inundação com o fundido, pelo que disso resulta uma ligação aperfeiçoada da armação de aço. Desse modo a largura da extensão de rede metálica pode eventualmente ser correspondentemente reduzida, o que pode trazer vantagens em termos de custo. Além disso a depressão 32 pode servir na forma fundida como meio de distanciamento, conforme já foi descrito.

Alternativamente pode ser favorável que em vez de uma armação de aço de duas peças, seja prevista uma armação em aço em peça única. Conforme se pode ver pela representação em corte da Figura 4, seja usada para isso uma camada larga 13 40, a qual esteja munida de diversas aberturas perfurantes 41, as quais são inundadas pelo material em fusão, aquando do enchimento da camada 40. Essa camada larga 40 apresenta, vista em corte perpendicular, um ressalto elevado 42 na zona média, semelhante a uma depressão de chapa, o qual na condição do fundo do portal embutido, constitui a ponte perpendicular 22.

Uma outra camada larga 43, a qual é constituída por uma chapa de aço curva e que actua como armação no calço de travão 20, pode ver-se nas Figuras 7 e 8. Essa camada 43 compreende duas secções furadas longitudinais, no meio de cada uma das quais fica livre um furo longitudinal 44. As duas extensões colocadas uma a seguir à outra das zonas longitudinalmente perfuradas estão ligadas entre si por meio de um esteio 45, de maneira que do seu conjunto resulta a forma de um 8 alongado. Aqui os furos longitudinais, com o enchimento da camada 43, são inundados pelo material em fusão através das longas zonas longitudinais. Com o estreitamento da camada na zona do esteio 45 produzem-se além disso duas cavidades em forma de cunha, através das quais se produz uma ancoragem suplementar. Através das cavidades em forma de cunha ou em forma de cova a zona intermédia é, além disso, o local para se produzirem pilares muito maciços da ponte perpendicular 22. A segurança em relação à rotura da ponte perpendicular 22 é no entanto de significado mais elementar para o calço de travão 20.

Na forma de realização de acordo com as Figuras 9 e 10 podem ver-se uma disposição e distribuição especiais das juntas de dilatação 25, as quais entre outras coisas promovem especialmente o processo de desgaste 23 da sapata 14 de freio 23. Para isso as juntas de dilatação 25 encontram-se alternadamente colocadas no lado esquerdo e no lado direito da superfície de fricção da sapata de freio e desenvolvem-se até a uma zona intermédia da superfície de fricção. Para isso, as três juntas de dilatação 25 do meio prolongam-se exactamente até ao eixo longitudinal médio da sapata de freio, enquanto que as duas juntas de dilatação 25 próximas das extremidades apresentam um comprimento maior e ainda atravessam cerca de um terço da metade oposta da superfície de fricção. Além disso a profundidade das juntas de dilatação 25 aumenta do meio do calço de travão 20 para as suas extremidades, de modo que as extremidades viradas para a parte posterior do travão 21 das juntas de dilatação se situam num plano 26, que se estende perpendicularmente ao plano médio perpendicular do calço de travão. Além disso podem ver-se, no lado frontal da sapata de freio 23 os dois alvéolos de fixação 27, os quais, devido ao posicionamento das extremidades da armação de aço se fixam na forma fundida através de meios de fixação.

Investigações revelaram que os calços de travão construídos como peças fundidas integrais alcançam uma duração ou uma resistência ao desgaste duplas das dos calços de travão vulgarmente comercializados, quando são constituídos por uma liga fundida, altamente resistente às cargas térmicas e mecânicas, com a composição anteriormente referida. 15

LISTA DE REFERÊNCIAS 20 Calço de travão 21 Parte posterior ou base do travão 22 Ponte perpendicular 23 Sapata de freio 24 Indicador de desgaste 25 Junta de dilatação 26 Plano 27 Alvéolo de fixação 30 Camada (delgada) 31 Extensão de rede metálica 32 Depressão 40 Camada (larga) 41 Abertura de passagem 42 Ressalto (elevado) 43 Camada (larga/em forma de grelha) 44 Furo longitudinal 45 Esteio de ligação

Lisboa, 2 de Fevereiro de 2010

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Calço de travão (20) para travões de fricção de veículos de caminhos-de-ferro, com uma sapata de freio (23) resistente ao desgaste, particularmente de ferro fundido com elevado teor de fósforo, cuja superfície de atrito apresenta uma curvatura correspondente ao perímetro da roda a ser travada e com uma segurança contra rotura da peça fundida por meio de uma armação de aço pelo menos parcialmente fundida, em que da parte posterior ou base de travão (21) do calço de travão se projecta uma ponte perpendicular para transferência das forças de travagem produzidas pela instalação de travagem, em que a sapata de freio (23) e a parte posterior ou base de travão (21) do calço de travão (20) estão reunidas, por meio de uma inserção suficiente da armação de aço numa peça fundida integral, a qual compreende em si a ponte perpendicular (22) do calço de travão (20), caracterizado por a peça fundida integral ser constituída por uma liga fundida altamente resistente a cargas térmicas e mecânicas, cuja dureza não é superior a 275 HB e a liga fundida ser constituída à base de ferro, a qual além do ferro, contém C 2,6 a 3,4 % em peso Si 1,2 a 2,6 % em peso P 2,0 a 3,5 % em peso Mn < 0,9 % em peso S C\] O V % em peso 2 e pequenas quantidades de cobre e/ou vanádio e/ou Cer e/ou minerais terrosos raros.

2. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a armação de aço do calço de travão (20) ser constituída por material liso, que junto do seu lado posterior curvo convexo se encontra embutida na peça fundida e apresenta um corte perpendicular de pelo menos 100 mm2 , em que o material liso se estende a praticamente todo o comprimento do calço de travão (20) e se curva a todo o seu comprimento, adaptando-se à curvatura da superfície de fricção do calço de travão (20).

3. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado por como armação de aço estar prevista uma camada estreita (30) de fita de aço, a qual é alargada por meio de uma tira soldada de chapa perfurada ou reticulada (extensão de rede metálica 31).

4. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado por como armação de aço estar prevista uma camada larga (40, 43) de fita de aço, a qual é atravessada por diversos furos de passagem para o ferro fundido em fusão.

5. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 3 ou 4, caracterizado por a camada (32, 40) de fita de aço estar munida de uma depressão (32, ressalto 42) nela formada. 3

6. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por a zona lisa elevada da depressão (32, ressalto 42), se unir de forma nivelada, adaptando-se à camada fundida (32, 40) no lado posterior curvo côncavo do calço de travão (20).

7. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a sapata de freio (23) apresentar diversas juntas de dilatação (25), as quais partem da superfície de fricção da sapata de freio (23) e se encontram distribuídas ao longo do seu comprimento, em que se projectam no sentido da largura da sapata de freio (23) .

8. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por as juntas de dilatação (25) se projectarem alternadamente, do lado esquerdo e do lado direito da sapata de freio (23) e se estenderem até uma zona média da superfície de fricção.

9. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a sapata de freio (23) apresentar em cada uma das suas extremidades um furo de fixação (27).

10. Calço de travão de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado por 4 no lado exterior da sapata de freio (23) se encontrarem colocados, com um pequeno afastamento da armação de aço, diversos indicadores de desgaste (24). Lisboa, 2 de Fevereiro de 2010