RU219309U1

RU219309U1 - BRAKE SHOE FOR RAILWAY VEHICLE

Info

Publication number: RU219309U1
Application number: RU2022134082U
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Юрий Леонидович Чигрин; Татьяна Евгеньевна Флянтикова; Николай Михайлович Паладин; Олег Викторович Довгаль
Original assignee: Акционерное Общество "Инновационный Научно-Технический Центр"(Ао "Интц")
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-07-11

Abstract

Полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение безопасности движения железнодорожного движения. Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении прочности и теплопроводности композитного фрикционного элемента, повышении стойкости колодки к ударным термическим нагрузкам и очищающего полирующего воздействия на контактную поверхность железнодорожного колеса. Технический результат достигается тормозной колодкой для железнодорожного транспортного средства, содержащей композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и несколько твердых вставок, отличающейся тем, что вставки изготовлены, по меньшей мере, из двух разных металлокерамических фрикционных материалов, имеющих различные фрикционные свойства, общая доля массы рабочей части вставок составляет не менее 90% от массы вставок. Твердые вставки распределены симметрично относительно центральной части колодки. Твердые вставки расположены перпендикулярно контактной поверхности фрикционной основы, имеют шероховатую поверхность. The utility model relates to brake pads of railway rolling stock, such as pads for passenger and freight cars, electric trains, subways, etc. The task to be solved by the claimed utility model is to improve the safety of railway traffic. The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the strength and thermal conductivity of the composite friction element, increase the resistance of the block to shock thermal loads and the cleaning polishing effect on the contact surface of the railway wheel. The technical result is achieved by a brake shoe for a railway vehicle containing a composite friction element, a metal frame and several solid inserts, characterized in that the inserts are made of at least two different ceramic-metal friction materials having different friction properties, the total mass fraction of the working part of the inserts is at least 90% of the mass of the inserts. Solid inserts are distributed symmetrically with respect to the central part of the shoe. Solid inserts are located perpendicular to the contact surface of the friction base, have a rough surface.

Description

Полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д.The utility model relates to brake pads of railway rolling stock, such as pads for passenger and freight cars, electric trains, subways, etc.

Известна железнодорожная колодка, включающая полимерный композиционный фрикционный элемент со стальными волокнами, стальные волокна выполнены из низкоуглеродистой стали (Патент RU №2132982).Known railway block, including a polymer composite friction element with steel fibers, steel fibers are made of low carbon steel (Patent RU No. 2132982).

Недостатком прототипа является недостаточная теплопроводность армированной стальными частицами полимерной матрицы. Частицы (волокна) не соединены между собой, следовательно, не образуют длинных цепочек, по которым происходил бы отвод тепла от поверхности контакта. Кроме того, стальные волокна, из-за низкой твердости, не оказывают очищающего воздействия на контактную поверхность железнодорожного колеса. При длительных и экстренных торможениях, особенно в жаркую погоду, происходит интенсивная передача тепла из зоны трения на поверхность твердых стальных волокон, вследствие этого температура композиционного материала на поверхностях, контактирующих с твердыми стальными волокнами, резко возрастает и происходит выгорание и расплавление органических материалов, входящих в состав композиционного элемента, включая связующее. Крепление стальных волокон ослабевает, они выпадают из колодки, перестают выполнять свое назначение, повышение прочности полимерной матрицы. The disadvantage of the prototype is the insufficient thermal conductivity of the polymer matrix reinforced with steel particles. Particles (fibers) are not interconnected, therefore, they do not form long chains along which heat would be removed from the contact surface. In addition, steel fibers, due to low hardness, do not have a cleaning effect on the contact surface of the railway wheel. During prolonged and emergency braking, especially in hot weather, there is an intense heat transfer from the friction zone to the surface of solid steel fibers, as a result of which the temperature of the composite material on the surfaces in contact with solid steel fibers increases sharply and burnout and melting of the organic materials that make up the composite element, including the binder, occur. The fastening of steel fibers weakens, they fall out of the block, cease to fulfill their purpose, increasing the strength of the polymer matrix.

Известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и чугунную вставку, отличающаяся тем, что масса рабочей части вставки составляет от 59% до 90% от массы вставки (Патент RU №180778).A brake shoe of a railway vehicle is known, containing a composite friction element, a metal frame and a cast-iron insert, characterized in that the mass of the working part of the insert is from 59% to 90% of the mass of the insert (Patent RU No. 180778).

Недостатком прототипа также является снижение стойкости колодки к ударным термическим нагрузкам при эксплуатации из-за неравномерности распределения термических и механических нагрузок по колодке вследствие того, что вставка имеет большую сконцентрированную общую массу в одном элементе.The disadvantage of the prototype is also a decrease in the resistance of the pad to shock thermal loads during operation due to the uneven distribution of thermal and mechanical loads over the pad due to the fact that the insert has a large concentrated total mass in one element.

Известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая композиционный фрикционный элемент, металлический каркас, при этом в композиционном полимерном фрикционном элементе расположены чугунные вставки, разнесенные относительно оси колодки (Патент RU №67045). Данное техническое решение приято в качестве прототипа.A brake shoe of a railway vehicle is known, containing a composite friction element, a metal frame, while in the composite polymer friction element there are cast-iron inserts spaced relative to the axis of the shoe (Patent RU No. 67045). This technical solution is adopted as a prototype.

Недостатком прототипа является неравномерность распределения термических нагрузок по колодке, вследствие того, что вставка имеет достаточно большую сконцентрированную массу в одном элементе, возможен также перегрев твердой вставки и разрушение части композиционного фрикционного элемента вблизи вставок, что приводит к снижению эксплуатационных свойств колодки. Кроме этого чугунные вставки не обеспечивают эффективного удаления продуктов износа из контактной зоны колодки и колеса и залечивания микротермотрещин на поверхности колеса. The disadvantage of the prototype is the uneven distribution of thermal loads over the block, due to the fact that the insert has a sufficiently large concentrated mass in one element, it is also possible to overheat the solid insert and destroy part of the composite friction element near the inserts, which leads to a decrease in the operational properties of the pad. In addition, cast-iron inserts do not provide effective removal of wear products from the contact zone of the pad and wheel and the healing of microthermal cracks on the wheel surface.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение безопасности движения железнодорожного движения.The task to be solved by the claimed utility model is to improve the safety of railway traffic.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении прочности и теплопроводности композитного фрикционного элемента, повышении стойкости колодки к ударным термическим нагрузкам и очищающего и полирующего воздействия на контактную поверхность железнодорожного колеса.The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the strength and thermal conductivity of the composite friction element, increase the resistance of the block to shock thermal loads and the cleaning and polishing effect on the contact surface of the railway wheel.

Технический результат достигается тормозной колодкой для железнодорожного транспортного средства, содержащей композиционный фрикционный элемент, металлический каркас и несколько твердых вставок, при этом вставки изготовлены, по меньшей мере, из двух разных металлокерамических фрикционных материалов, имеющих различные фрикционные свойства, общая доля массы рабочей части вставок составляет не менее 90% от массы вставок. The technical result is achieved by a brake block for a railway vehicle, containing a composite friction element, a metal frame and several solid inserts, while the inserts are made of at least two different ceramic-metal friction materials having different friction properties, the total mass fraction of the working part of the inserts is at least 90% of the mass of the inserts.

Твердые вставки распределены симметрично относительно оси колодки. Solid inserts are distributed symmetrically about the axis of the block.

Твердые вставки расположены перпендикулярно контактной поверхности фрикционной основы, имеют шероховатую поверхность. Solid inserts are located perpendicular to the contact surface of the friction base, have a rough surface.

Повышение прочности и теплопроводности композитного фрикционного элемента достигается за счет размещения, симметрично относительно оси колодки, металлокерамических вставок по всему объему, таким образом, происходит армирование фрикционного элемента и более равномерный отвод тепла от всей контактной поверхности колодки, повышение теплопроводности композиционного фрикционного элемента. An increase in the strength and thermal conductivity of the composite friction element is achieved by placing, symmetrically with respect to the axis of the pad, ceramic-metal inserts throughout the entire volume, thus, the friction element is reinforced and heat is more uniformly removed from the entire contact surface of the pad, and the thermal conductivity of the composite friction element is increased.

Повышение стойкости колодки к ударным термическим нагрузкам достигается за счет более равномерного распределения и более быстрого отвода температуры из зоны нагрева колеса и колодки. Increasing the resistance of the pad to shock thermal loads is achieved due to a more uniform distribution and faster removal of temperature from the heating zone of the wheel and pad.

Повышение очищающего воздействия на контактную поверхность железнодорожного колеса достигается за счет лучшего очищающего эффекта металлокерамических сплавов по сравнению с материалом из чугуна. An increase in the cleaning effect on the contact surface of the railway wheel is achieved due to the better cleaning effect of cermet alloys compared to cast iron material.

Осуществляют полезную модель следующим образом.The utility model is implemented as follows.

Формирование композиционного фрикционного элемента осуществляют на металлическом каркасе методом формирования и спекания. Перед формированием фрикционного элемента к каркасу крепят стальную полосу с закрепленными на ней металлокерамическими вставками, полученные ранее методом порошковой металлургии. Крепление металлокерамических вставок проводится стальными лепестками, полученными при вырубании продолговатых отверстий в стальной полосе. Удержание вставок происходит также за счет сил трения в полимерном фрикционном элементе. Такое крепление позволяет практически довести до 99% износ фрикционного элемента, тем самым обеспечив общую долю массы рабочей части вставок не менее 90% от общей массы вставок. The formation of a composite friction element is carried out on a metal frame by the method of formation and sintering. Before the formation of the friction element, a steel strip with metal-ceramic inserts fixed on it, previously obtained by the method of powder metallurgy, is attached to the frame. The fastening of ceramic-metal inserts is carried out with steel petals obtained by cutting oblong holes in a steel strip. The inserts are also retained due to friction forces in the polymer friction element. This fastening makes it possible to practically bring the wear of the friction element to 99%, thereby ensuring the total mass fraction of the working part of the inserts is not less than 90% of the total mass of the inserts.

При торможении обеспечена возможность контакта металлокерамических вставок с контактной поверхностью колеса. During braking, the possibility of contact of ceramic-metal inserts with the contact surface of the wheel is provided.

Металлический каркас представляет собой штампованную металлическую полосу, с закрепленной на ней металлической полосой с металлокерамическими вставками. The metal frame is a stamped metal strip, with a metal strip fixed on it with metal-ceramic inserts.

Фрикционный композиционный элемент изготавливают путем горячего формования из композиции, содержащей полибутадиеновый каучук, вулканизующую группу, порошкообразные наполнители и волокнистые наполнители. Порошкообразные наполнители (углеродсодержащие, содержащие окись алюминия, баритсодержащие и другие) придают изделию необходимые фрикционно-износные и физико-механические свойства. В качестве волокнистых наполнителей применяют минеральные волокна, например базальтовое волокно.The friction composite element is made by hot molding from a composition containing polybutadiene rubber, a vulcanizing group, powdered fillers and fibrous fillers. Powdered fillers (carbon-containing, containing alumina, barite-containing and others) give the product the necessary friction-wear and physical-mechanical properties. Mineral fibers, such as basalt fiber, are used as fibrous fillers.

Металлокерамические вставки тормозной колодки для железнодорожного транспорта изготавливаются спеканием смеси порошков двух составов на основе железа. Одна смесь, содержащая никель - 1,5 медь - 26, графит ГК-3 - 0,4, барит - 5,0, дисульфид молибдена - 0,6, олово - 4,5, графит смазочный-ГС - 43,0, окись кремния - 2,5, железо - остальное. Вставки данного состава имеют меньший коэффициент трения, обладают в большей степени полирующим, залечивающим эффектом. Второй состав смеси содержит мас.%: никель - 1,5, медь - 2,2, графит - 1,3, оксид алюминия - 2,5, барит - 5,6, остальное - железо. Вставки данного состава имеют больший коэффициент трения, и обладают зачищающим эффектом. Metal-ceramic brake shoe inserts for railway vehicles are produced by sintering a mixture of iron-based powders of two compositions. One mixture containing nickel - 1.5 copper - 26, graphite GK-3 - 0.4, barite - 5.0, molybdenum disulfide - 0.6, tin - 4.5, lubricating graphite-GS - 43.0, silicon oxide - 2.5, iron - the rest. Inserts of this composition have a lower coefficient of friction, have a more polishing, healing effect. The second composition of the mixture contains wt.%: nickel - 1.5, copper - 2.2, graphite - 1.3, aluminum oxide - 2.5, barite - 5.6, the rest is iron. Inserts of this composition have a higher coefficient of friction and have a cleaning effect.

Конкретным примером заявляемой полезной модели является колодка, тормозная. Общая доля массы вставок составляет ≈0,380 кг; масса рабочей части ставок ≈0,345 кг. A specific example of the claimed utility model is a brake shoe. The total mass fraction of the inserts is ≈0.380 kg; the mass of the working part of the stakes is ≈0.345 kg.

Общая доля массы рабочей части вставок составляет не менее 90% от общей массы вставок, что оптимизирует изменение тепловой нагруженности колодки по мере ее износа в процессе эксплуатации, что повышает эксплуатационные характеристики колодки, особенно в конечной стадии ее эксплуатации (при износе колодки, близкому к максимально допустимому).The total mass fraction of the working part of the inserts is at least 90% of the total mass of the inserts, which optimizes the change in the thermal load of the pad as it wears out during operation, which increases the operational characteristics of the pad, especially at the final stage of its operation (when the pad wear is close to the maximum allowable).

Вставки выполнены в виде пластин высотой 30 мм. Количество вставок 8. Вставки (по 4 штуки) выполнены из материалов, имеющих различный коэффициент трения. The inserts are made in the form of plates 30 mm high. Number of inserts 8. Inserts (4 pieces each) are made of materials with different coefficients of friction.

Колодка может иметь другое количество вставок. Оптимальное количество вставок определяется с учетом условий эксплуатации колодок. Симметричное размещение вставок по всему объему полимерного фрикционного композита, обеспечивают повышение прочности и теплопроводности композитного фрикционного элемента, повышение стойкости колодки к ударным термическим нагрузкам. The block may have a different number of inserts. The optimal number of inserts is determined taking into account the operating conditions of the pads. The symmetrical placement of inserts throughout the volume of the polymer friction composite provides an increase in the strength and thermal conductivity of the composite friction element, and an increase in the resistance of the pad to shock thermal loads.

Наличие вставок, изготовленных, по меньшей мере, из двух разных металлокерамических фрикционных материалов, с различными фрикционными свойствами, позволяют одновременно зачищать образовавшиеся частицы износа с контактной поверхности колеса, предотвращая их негативное воздействие на процесс изнашивания, и залечивать образовавшиеся микротрещины на контактной поверхности колеса, снижая износ колеса и рельсов. The presence of inserts made of at least two different ceramic-metal friction materials with different frictional properties allow simultaneously cleaning the formed wear particles from the contact surface of the wheel, preventing their negative impact on the wear process, and healing the formed microcracks on the contact surface of the wheel, reducing wear of the wheel and rails.

Использование в составе полимерного композита фрикционных вставок с различными фрикционными свойствами, из металлокерамического материала, позволяет повысить износостойкость колодки и снизить износа вагонного колеса.The use of friction inserts with different friction properties, made of cermet material, as part of the polymer composite, makes it possible to increase the wear resistance of the shoe and reduce the wear of the wagon wheel.

Claims

1. A brake shoe for a railway vehicle, containing a composite friction element, a metal frame and several solid inserts, characterized in that the inserts are made of at least two different ceramic-metal friction materials having different friction properties, the total mass fraction of the working part of the inserts is at least 90% of the mass of the inserts.

2. Brake shoe according to claim 1, characterized in that the hard inserts are distributed symmetrically about the axis of the shoe.

3. Solid inserts are located perpendicular to the contact surface of the friction base, have a rough surface.