RU172439U1

RU172439U1 - Композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая при трибосопряжении наночастицы

Info

Publication number: RU172439U1
Application number: RU2016143010U
Authority: RU
Inventors: Михаил Захарович Левит; Кирилл Михайлович Левит; Евгений Григорьевич Пивень
Original assignee: Акционерное общество "Термостойкие изделия и инженерные разработки" (АО "ТИИР")
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-07-07

Abstract

Полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, работающим в трибосопряжении с поверхностью качения колеса. Тормозная колодка обладает «колесосберегающим» эффектом при воздействии на поверхность качения колеса. Эффект достигается за счет введения в состав композита колодки теплопроводных элементов (частицы низкокремнистого ферросилиция и частицы высококремнистого ферросилиция, взятые в определенном соотношении), способных образовывать при трибосопряжении частицы вплоть до наноразмерных. Эти частицы оказывают очищающее, полирующее и «лечебное» воздействие на поверхность качения колеса.

Description

Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, например тормозным колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, локомотивов и другого рельсового транспорта, работающим в трибосопряжении с поверхностью качения колеса.

Аналогом заявляемой полезной модели является композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, включающая металлический каркас и композиционный фрикционный элемент с полимерной матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные и волокнистые наполнители (см. Б.А. Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. М.: «Химия», 1982, с. 15). Существенные признаки аналога «металлический каркас, композиционный фрикционный элемент с полимерной матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные и волокнистые наполнители» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.

Недостатками аналога являются низкие эксплуатационные характеристики колодки из-за ее неспособности противостоять развитию термических трещин на поверхности качения колес, возможность неравномерного износа (кольцевые «выработки») поверхности качения колес, повышенный прокат поверхности качения колес, переход металла с колеса на поверхность трения тормозной колодки, снижение тормозной эффективности при попадании воды и льда в зону трибосопряжения.

Другим аналогом заявляемой полезной модели является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая в процессе трибосопряжения абразивные наночастицы, содержащая металлический каркас, композиционный фрикционный элемент и вставку из кремнистого чугуна с содержанием кремния от 5,0 до 7,5% (см. патент РФ №2563526, МПК В61Н 1/00, 2015 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, композиционный фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.

Недостатками другого аналога являются сложность изготовления колодки, обусловленная наличием в ее конструкции чугунной вставки, длительный период приработки колодок к поверхностям качения колес, уже бывших в эксплуатации (сменные колодки), недостаточная гибкость колодки и неравномерность тепловых потоков по телу колодки (чугун значительно более теплопроводен, чем полимерный композит), приводящие к ее деформациям вплоть до растрескивания и разрушения. Кроме того, чугун - хрупкий металл и при ударных нагрузках в процессе эксплуатации, а также при монтаже колодок, особенно в условиях низких температур (до -60°C), может трескаться и разрушаться.

Прототипом заявляемой полезной модели является композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, включающая металлический каркас и теплопроводный композиционный фрикционный элемент с полимерной матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные и волокнистые наполнители, в том числе частицы скрытокристаллического и кристаллического графита (см. Б.А. Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. М.: «Химия», 1982, с. 16). Существенные признаки прототипа «металлический каркас, высокотеплопроводный композиционный фрикционный элемент с полимерной матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные и волокнистые наполнители» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.

Недостатками прототипа являются недостаточные эксплуатационные характеристики колодки из-за отсутствия возможности «заглаживания» термических трещин, ползунов и наваров на поверхности качения колес, в том числе и путем их заполнения металлом («колесосберегающий» эффект, заключающийся в очищающем, полирующем и «лечебном» воздействии колодки на колесо), а также из-за недостаточной тормозной эффективности колодок при попадании воды в зону трибосопряжения.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эксплуатационных характеристик колодки за счет придания ей «колесосберегающего» эффекта путем введения в колодку теплопроводных элементов, способных образовывать при трибосопряжении частицы (вплоть до наноразмерных), которые оказывают очищающее, полирующее и «лечебное» воздействие на поверхность качения колеса.

Для достижения указанного технического результата в композиционной тормозной колодке железнодорожного транспортного средства, образующей при трибосопряжении наночастицы, включающей металлический каркас и теплопроводный композиционный фрикционный элемент с полимерной матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные и волокнистые наполнители, в полимерной матрице дополнительно размещены частицы низкокремнистого ферросилиция и высококремнистого ферросилиция при следующем соотношении между частицами: А=0,4÷0,6В; где А - количество частиц низкокремнистого ферросилиция, В - количество частиц высококремнистого ферросилиция.

Существенные признаки заявляемой полезной модели «в полимерной матрице дополнительно размещены частицы низкокремнистого ферросилиция и высококремнистого ферросилиция при следующем соотношении между частицами: А=0,4÷0,6В; где А - количество частиц низкокремнистого ферросилиция, В - количество частиц высококремнистого ферросилиция» являются отличительными от признаков прототипа.

Композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая при трибосопряжении наночастицы, включает металлический каркас, например стальной сетчато-проволочный или штампованный, и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из макрогетерофазного материала (композита). Матрица полимерного композита выполнена из вулканизата каучука, например СКД. В матрице размещены дисперсные волокнистые армирующие компоненты, например асбест или полиарамидные волокна, и различные дисперсные компоненты, в том числе частицы низкокремнистого ферросилиция, представляющего собой смесь моносилицида железа и чистого железа, и частицы высококремнистого ферросилиция, представляющего собой смесь моносилицида железа и чистого кремния, при этом весовое количество частиц низкокремнистого ферросилиция составляет от 0,4 до 0,6 от весового количества частиц высококремнистого ферросилиция.

Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами.

Конкретным примером заявляемого изобретения является композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, выполненная из полимерного композита, включающего ≈27% полимерной матрицы из вулканизата каучука СКД, ≈14% частиц ферросилиция ФС20, ≈36% частиц ферросилиция ФС90, а также частицы полиоксадиазольного волокна, технический углерод и другие наполнители.

Поскольку в трибосопряжении на поверхности фрикционного элемента колодки, контактирующей с поверхностью качения колеса, образуется обладающий пониженной прочностью сильно разогретый поверхностный слой, имеющий гетерогенную структуру и характеризующийся положительным перепадом механических свойств по глубине, в нем инфильтруется кремний, который вступает в реакцию с углеродом (техуглеродом, графитом, углеродом полимерной матрицы), образуя частицы карбида кремния разного размера, в том числе и наноразмерные. Также кремний вступает в реакцию с кислородом, образуя частицы (в том числе наноразмерные) двуокиси кремния. Обладая абразивными свойствами, эти частицы карбида кремния и двуокиси кремния оказывают очищающее и полирующее воздействие на поверхность колеса. Одновременно из-за связывания кислорода осуществляется обескислораживание (раскисление) поверхностного слоя трибосопряжения, снижающее износ поверхности качения колеса. Имеющееся чистое железо заполняет микротрещины поверхности качения колеса (как бы «заваривает» их), а моносилицид железа, являющийся хрупким и твердым полуметаллом, способствует разрушению аквапленок на поверхностях трения, что повышает тормозную эффективность колодки при попадании воды. Высокая теплопроводность фрикционного элемента, обусловленная наличием в нем ферросилиция, противодействует обледенению колодки.

В результате улучшаются эксплуатационные характеристики колодки, проявляется выраженный «колесосберегающий» эффект, при этом заявляемое соотношение обеспечивает оптимальное проявление различных колесосберегающих эффектов и других эксплуатационных характеристик.

Claims

Колодка железнодорожного транспортного средства, образующая при трибосопряжении наночастицы, включающая металлический каркас и теплопроводный композиционный фрикционный элемент с полимерной матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные и волокнистые наполнители, отличающаяся тем, что в полимерной матрице дополнительно размещены частицы низкокремнистого ферросилиция и частицы высококремнистого ферросилиция при следующем соотношении между частицами: A=0,4÷0,6B; где А - количество частиц низкокремнистого ферросилиция, В - количество частиц высококремнистого ферросилиция.