RU2310779C9

RU2310779C9 - Rail vehicle brke shoe (versions)

Info

Publication number: RU2310779C9
Application number: RU2006114158/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Ворончихин; Игорь Андреевич Налев; Владимир Николаевич Бычков; Матус Эдуард; Ржегак Отакар; Юва Петр
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод фрикционных и термостойких материалов" (ОАО "Фритекс")
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2008-09-10
Also published as: RU2310779C1

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to railway transportation, particularly to train brake blocks. The brake block contains a metal carcass representing a basic band with a П-shape ledge in its central part, two side bosses and a friction ceramic metal element. The said metal carcass is furnished with a reinforcing plate, a copper-plated steel strip equal in length and width to the said friction ceramic metal element rear side and sintered to it at pressure in the furnace. The metal carcass basic band with the said П-shape ledge in its central part is welded from outside to the said reinforcing plate on the block rear in the holes specially made to this end in the metal carcass basic band and on both end faces of the brake block.

EFFECT: higher strength and reliability of ceramic metal brake block, easier manufacturability.

1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к колодочным тормозным устройствам, а именно к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств.The claimed invention relates to brake shoe devices, namely to brake pads of railway vehicles.

Конструкция колодочного тормоза основана на использовании поверхности катания колеса в паре трения с тормозной колодкой, что оказывает очищающее и полирующее воздействие на поверхность колеса.The design of the shoe brake is based on the use of the wheel's skating surface in a pair of friction with the brake shoe, which has a cleaning and polishing effect on the wheel surface.

Тормозные колодки имеют достаточно большую толщину от 50 до 60 мм, устанавливаются в тормозные башмаки и контактируют с внутренними их поверхностями, в том числе по радиусу 560 мм и другим. Башмаки тормозные изготавливаются, например, по ГОСТ 3269-78 и ГОСТ 12.04-67.Brake pads have a sufficiently large thickness of 50 to 60 mm, are installed in the brake shoes and contact with their internal surfaces, including a radius of 560 mm and others. Brake shoes are made, for example, according to GOST 3269-78 and GOST 12.04-67.

В настоящее время изготавливаются и эксплуатируются три основных типа тормозных колодок, каждый из которых, ввиду особенностей используемого материала и технологии, имеет свою конструкцию.Currently, three main types of brake pads are manufactured and operated, each of which, due to the characteristics of the material and technology used, has its own design.

Известны тормозные чугунные колодки, в том числе с металлическим каркасом, выпускаемые из серого и фосфористого чугуна по ГОСТ 1205-73 «Колодки чугунные тормозные для вагонов и тендеров железных дорог. Конструкция и основные размеры». Согласно указанному стандарту колодки чугунные тормозные изготавливаются путем литья из чугуна в формы и имеют на тыльной нерабочей стороне центральную бобышку с отверстием под чеку (стальную скобу) для крепления колодки в тормозном башмаке и две боковые бобышки, служащие направляющими для чеки, а также для фиксации колодки в продольном пазу тормозного башмака. При этом, согласно чертежам №1, 2, 3 стандарта, колодки тормозные чугунные могут изготавливаться трех конструкций: «колодка тормозная без скобы», представляющая собой единую чугунную отливку, а также «колодка тормозная со скобой» и «колодка тормозная с металлическим каркасом», в которых в теле колодки залиты соответственно: «скоба» из стальной пластины в центральной бобышке или металлический каркас с центральным П-образным выступом из стальной пластины.Known cast iron brake pads, including those with a metal frame, manufactured from gray and phosphorous cast iron in accordance with GOST 1205-73 "Cast-iron brake pads for railroad cars and tenders. Design and main dimensions. ” According to the specified standard, cast iron brake pads are made by casting from cast iron into molds and have on the back non-working side a central boss with a pin hole (steel bracket) for mounting the pads in the brake shoe and two side bosses serving as guides for checks, as well as for fixing the pads in the longitudinal groove of the brake shoe. Moreover, according to the drawings No. 1, 2, 3 of the standard, cast-iron brake shoes can be made in three designs: “brake shoe without brackets”, which is a single cast-iron casting, as well as “brake shoe with a bracket” and “brake shoe with a metal frame” in which, in the body of the block, respectively, are poured: a “bracket” of a steel plate in the central boss or a metal frame with a central U-shaped protrusion of the steel plate.

Известное техническое решение используется по тому же назначению, что и заявляемое и имеет общий с ним существенный признак «тормозная колодка» и «металлический каркас».The known technical solution is used for the same purpose as the claimed one and has a common essential attribute with it: “brake shoe” and “metal frame”.

Указанные колодки оказывают положительное воздействие на поверхность качения колеса, однако они имеют низкий и нестабильный коэффициент трения при изменении скорости, вызывают значительный износ поверхности колес и при эксплуатации обеспечивают низкую эффективность торможения, а следовательно, требуют больших усилий натяжения рычажной передачи при торможении, не обеспечивают бесшумного и плавного торможения поезда, имеют большой вес (16 кг), высокий износ, высокую стоимость.These pads have a positive effect on the rolling surface of the wheel, however, they have a low and unstable coefficient of friction when the speed changes, cause significant wear on the surface of the wheels and during operation provide low braking performance, and therefore require high tension of the lever gear during braking, do not provide noise and smooth braking of the train, have a large weight (16 kg), high wear, high cost.

Конструкция тормозной колодки с металлическим каркасом является наиболее прочной и надежной, но и наиболее дорогой и сложной в изготовлении.The design of the brake pad with a metal frame is the most durable and reliable, but also the most expensive and difficult to manufacture.

Известна тормозная композиционная колодка, содержащая фрикционный композиционный элемент и металлический (стальной) каркас (Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», Москва, Химия, 1982 г., стр.9-14, 70, 71).Known brake composite block containing a friction composite element and a metal (steel) frame (B.A. Shiryaev "Production of brake pads from composite materials for railway cars", Moscow, Chemistry, 1982, pp. 9-14, 70, 71 )

Металлический каркас состоит из одной детали - основной полосы, а иногда из двух деталей: основной полосы и приваренной к ней по внутренней стороне усилительной пластины. Основная полоса каркаса имеет внешний криволинейный контур по периметру готовой колодки, а в центре - П-образный или полукруглый выступ, образующий центральную бобышку. Центральная бобышка каркаса снабжена отверстиями под чеку. На основной пластине каркаса расположены также две боковые бобышки, служащие направляющими для чеки и одновременно для фиксации колодки в пазу башмака. Центральная бобышка служит для крепления тормозной колодки в тормозном башмаке посредством чеки (стальной скобы), а внутренние направляющие боковых бобышек упрощают монтаж чеки, а наружные направляющие фиксируют колодку в продольном пазу тормозного башмака.The metal frame consists of one part - the main strip, and sometimes two parts: the main strip and welded to it on the inside of the reinforcement plate. The main strip of the frame has an external curved contour around the perimeter of the finished block, and in the center is a U-shaped or semicircular protrusion that forms the central boss. The central boss of the frame is provided with holes for the pin. There are also two side bosses on the main plate of the frame, which serve as guides for the checks and at the same time for fixing the pads in the groove of the shoe. The central boss serves for fastening the brake pads in the brake shoe by means of a check (steel bracket), and the internal guides of the side bosses simplify the mounting of the checks, and the external guides fix the shoe in the longitudinal groove of the brake shoe.

Усилительная пластина применяется для придания дополнительной жесткости каркасу и повышения надежности крепления каркаса с фрикционным композиционным элементом.The reinforcing plate is used to give additional rigidity to the frame and increase the reliability of mounting the frame with a friction composite element.

Усилительная пластина вырубается из стальной полосы шириной, равной основной полосе, в виде удлиненного восьмиугольника, а ее кромки по длине и ширине загибаются при штамповке в сторону рабочей поверхности колодки, образуя ребра жесткости.The reinforcement plate is cut out of a steel strip with a width equal to the main strip in the form of an elongated octagon, and its edges are bent along the length and width during stamping towards the working surface of the block, forming stiffeners.

Усилительная пластина снабжена четырьмя крупными отверстиями для приваривания к основной полосе, а также двумя для затекания фрикционной смеси при формовании с целью повышения крепления с фрикционным элементом.The reinforcement plate is equipped with four large holes for welding to the main strip, as well as two for flowing the friction mixture during molding in order to increase the fastening with the friction element.

Тормозные композиционные колодки по сравнению с чугунными получили значительно более широкое применение, так как они имеют более высокий коэффициент трения, меньшее усилие нажатия и износостойкость, в несколько раз более высокий срок службы, меньший вес, стоимость, а также обеспечивают бесшумное и плавное торможение поезда.Compared to cast iron pads, brake pads have received much wider use, since they have a higher friction coefficient, lower pressing force and wear resistance, several times longer service life, lower weight, cost, and also provide silent and smooth braking of the train.

Однако при эксплуатации тормозных композиционных колодок могут возникать отдельные дефекты, в том числе: термические трещины на поверхности качения колес, износ поверхности качения колес, снижение тормозной эффективности колодок при попадании воды в зону трения (дождь, снег), а также при наличии угольной или торфяной пыли и листьев на поверхности рельса.However, during the operation of composite brake pads, individual defects may occur, including: thermal cracks on the rolling surface of the wheels, wear of the rolling surface of the wheels, decrease in brake efficiency of pads when water enters the friction zone (rain, snow), as well as in the presence of coal or peat dust and leaves on the surface of the rail.

Кроме того, известные в настоящее время тормозные композиционные колодки не применяются при скоростях выше 160°С, так как при этом на поверхности тормозных колодок возникают повышенные температуры, при которых колодки теряют работоспособность.In addition, currently known brake composite pads are not used at speeds above 160 ° C, since this causes elevated temperatures on the surface of the brake pads at which the pads lose their working capacity.

Существенные признаки тормозной композиционной колодки: «фрикционный элемент», металлический каркас в виде «изогнутой основной полосы с П-образным выступом, снабженным отверстиями под чеку, и с двумя боковыми бобышками», а также «усилительная пластина, приваренная к основной полосе», являются общими с существенными признаками заявляемого изобретения.The essential features of the brake composite pad: the “friction element”, the metal frame in the form of a “curved main strip with a U-shaped protrusion equipped with holes for the pin, and with two side bosses”, as well as “reinforcing plate welded to the main strip”, are common with the essential features of the claimed invention.

Известны фрикционные металлокерамические колодки, которые стали применяться в последнее время в связи с возросшими требованиями к тормозным колодкам, прежде всего с увеличением скоростей и нагрузок.Friction cermet pads are known, which have recently been used in connection with increased requirements for brake pads, primarily with an increase in speeds and loads.

Из фрикционных металлокерамических материалов наибольшее применение получили медьсодержащие фрикционные материалы и изготовленные из них тормозные металлокерамические железнодорожные колодки.Of friction metal-ceramic materials, copper-containing friction materials and brake metal-ceramic brake pads made from them have received the greatest use.

Медьсодержащие металлокерамические тормозные колодки по сравнению с металлокерамическими колодками на железной основе имеют меньшую прочность, выдерживают меньшую нагрузку.Copper-containing ceramic-metal brake pads, in comparison with iron-based ceramic-metal pads, have lower strength and withstand less load.

Однако медьсодержащие тормозные колодки имеют меньший износ и не оказывают агрессивного воздействия на площадь катания колеса.However, copper-containing brake pads have less wear and do not have an aggressive effect on the rolling area of the wheel.

Фрикционные медьсодержащие металлокерамические материалы получают спеканием смеси исходных порошков в жаростойких формах в виде отдельных заготовок, изготовленных методом холодного формования, либо спеканием вместе со стальной омедненной пластиной или каркасом.Friction copper-containing cermet materials are obtained by sintering a mixture of the starting powders in heat-resistant forms in the form of individual blanks made by cold forming, or by sintering together with a copper-plated copper plate or frame.

Наиболее близким аналогом являются вагонные тормозные колодки со стальным литым каркасом и вставками из чугунно-керамического материала по авторскому свидетельству СССР №141172 (18d, 1₂₀; 18d, 2₃₀, 1961 г.). Для крепления колодки в тормозном башмаке каркас снабжен П-образным выступом в центральной части и двумя боковыми бобышками.The closest analogue is wagon brake pads with a cast steel frame and inserts of cast-iron-ceramic material according to USSR author's certificate No. 141172 (18d, 1 ₂₀ ; 18d, 2 ₃₀ , 1961). For mounting the pads in the brake shoe, the frame is equipped with a U-shaped protrusion in the central part and two side bosses.

Существенные признаки известных колодок: «металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части» и «фрикционный элемент из металлокерамического материала» являются общими с существенными признаками заявляемой колодки.The essential features of the well-known pads: “metal frame with a U-shaped protrusion in its central part” and “friction element made of cermet material” are common with the essential features of the claimed pads.

Известны тормозные колодки, содержащие металлический каркас и фрикционный металлокерамический элемент, в которых фрикционный металлокерамический элемент выполнен в виде отдельных пластин, которые прикреплены к каркасу винтами, заклепками, зажимами. Очень тонкие фрикционные элементы могут соединяться со стальной основой лаком или специальным клеем. См. «Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы». Под редакцией В.Шатта. Перевод с немецкого. Москва, Металлургия, 1983, стр.249, 260, 261.Known brake pads containing a metal frame and a friction cermet element, in which the friction cermet element is made in the form of separate plates that are attached to the frame with screws, rivets, clamps. Very thin friction elements can be connected to the steel base with varnish or special glue. See “Powder Metallurgy. Sintered and composite materials. " Edited by W. Schatt. Translation from German. Moscow, Metallurgy, 1983, pp. 249, 260, 261.

Фрикционный металлокерамический элемент (слой) получают спеканием под давлением 10-40 н/см² со стальной пластиной (основой или каркасом), которую для качественного соединения с фрикционным элементом (слоем) предварительно обезжиривают, пескоструят, омедняют.Friction cermet element (layer) is obtained by sintering under pressure of 10-40 n / cm ² with a steel plate (base or frame), which is previously degreased, sandblasted, copper-plated for high-quality connection with the friction element (layer).

Существенные признаки известных колодок: «металлический каркас» и «фрикционный металлокерамический элемент» являются общими с существенными признаками заявляемой колодки и широко применяются для дискового тормоза железнодорожных транспортных средств.The essential features of the well-known pads: “metal frame” and “friction cermet element” are common with the essential features of the claimed pads and are widely used for disc brakes of railway vehicles.

Тормозные металлокерамические колодки для колодочного тормоза, содержащие фрикционный металлокерамический элемент и омедненный металлический каркас в виде основной полосы с П-образным выступом в центральной ее части и с двумя боковыми бобышками, также могут получать путем спекания.Ceramic metal brake pads for a shoe brake containing a friction metal-ceramic element and a copper-plated metal frame in the form of a main strip with a U-shaped protrusion in its central part and with two side bosses can also be obtained by sintering.

Однако ввиду постоянных вибраций и нажатий на колодку при торможении в процессе эксплуатации данная конструкция колодки недостаточно прочна и надежна, т.к. в основании П-образного выступа основной полосы металлического каркаса она не соединена с фрикционным металлокерамическим элементом. Площадь соединения основной полосы металлического каркаса меньше площади тыльной стороны колодки на площадь П-образного выступа и пропорционально разнице этих площадей меньше сцепление каркаса с фрикционным металлическим элементом. Кроме того, наличие П-образного выступа в колодке увеличивает необходимые для спекания габариты печи и усложняет технологию проведения операции спекания под давлением, направленным с тыльной стороны колодки перпендикулярно к ней в сторону рабочей поверхности колодки.However, due to the constant vibrations and pressing the block during braking during operation, this block design is not strong enough and reliable, because at the base of the U-shaped protrusion of the main strip of the metal frame, it is not connected to the friction cermet element. The area of connection of the main strip of the metal frame is less than the area of the back side of the block by the area of the U-shaped protrusion and, in proportion to the difference in these areas, the adhesion of the frame to the friction metal element is less. In addition, the presence of a U-shaped protrusion in the block increases the dimensions of the furnace necessary for sintering and complicates the technology of the sintering operation under pressure directed from the back of the block perpendicular to it towards the working surface of the block.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение прочности и надежности тормозной металлокерамической колодки за счет повышения площади спекания металлического каркаса с фрикционным металлокерамическим элементом и улучшения технологии проведения операции спекания при высокой температуре в печи под давлением.The problem to which the invention is directed, is to increase the strength and reliability of the ceramic-metal brake shoe by increasing the sintering area of the metal frame with a friction metal-ceramic element and improving the technology of conducting the sintering operation at high temperature in a pressure furnace.

Поставленную задачу решает тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части с двумя боковыми бобышками и фрикционный металлокерамический элемент. Металлический каркас колодки дополнительно снабжен усилительной пластиной, которая представляет собой стальную омедненную полосу, равную или близкую по длине и ширине тыльной стороне фрикционного металлокерамического элемента. Усилительная пластина соединена с металлокерамическим фрикционным элементом путем спекания с ним под давлением в печи. Основная полоса металлического каркаса приварена в центральной его части снаружи к усилительной пластине с тыльной стороны колодки в специально выполненных для этой цели в основной полосе металлического каркаса круглых отверстиях и с обоих торцов колодки.The problem is solved by the brake pad of a railway vehicle, containing a metal frame with a U-shaped protrusion in its central part with two side bosses and a friction metal-ceramic element. The metal frame of the block is additionally equipped with a reinforcing plate, which is a copper-plated steel strip equal to or close in length and width to the rear side of the friction cermet element. The reinforcement plate is connected to the cermet friction element by sintering with it under pressure in a furnace. The main strip of the metal frame is welded in its central part from the outside to the reinforcing plate on the back side of the block in round holes specially made for this purpose in the main strip of the metal frame and from both ends of the block.

Существенные признаки заявляемой тормозной колодки: «металлический каркас колодки снабжен усилительной пластиной, которая представляет собой стальную омедненную полосу, равную по длине и ширине тыльной стороне фрикционного металлокерамического элемента»; «усилительная пластина соединена с металлокерамическим фрикционным элементом путем спекания с ним под давлением в печи»; «основная полоса металлического каркаса приварена к центральной его части снаружи к усилительной пластине в специально выполненных для этой цели в основной полосе круглых отверстиях, а также с обоих торцов колодки» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.Salient features of the claimed brake pads: “the metal frame of the pads is equipped with a reinforcing plate, which is a copper-coated copper strip equal in length and width to the back of the friction cermet element”; "The reinforcing plate is connected to the cermet friction element by sintering with it under pressure in a furnace"; “The main strip of the metal frame is welded to its central part from the outside to the reinforcing plate in the round holes specially made for this purpose in the main strip, as well as from both ends of the block” are distinctive from the essential features of the closest analogue.

Технология изготовления колодок предусматривает следующие этапы:The manufacturing technology of blocks includes the following steps:

- изготовление (штамповка) основной полосы металлического каркаса из стальной полосы;- manufacturing (stamping) of the main strip of the metal frame from a steel strip;

- изготовление и омеднение усилительной пластины из стальной полосы;- manufacturing and copper plating of reinforcing plate from a steel strip;

- навеска порошков и смешение порошков металлокерамической смеси;- weighting of powders and mixing of powders of cermet mixture;

- холодное формование фрикционного металлокерамического элемента;- cold forming of a friction cermet element;

- спекание фрикционного металлокерамического элемента с усилительной омедненной стальной пластиной в печи под давлением;- sintering of the friction cermet element with a reinforcing copper-plated steel plate in a pressure furnace;

- ковка (калибровка) спеченной заготовки с усилительной пластиной;- forging (calibration) of the sintered billet with a reinforcing plate;

- приварка усилительной пластины фрикционного металлокерамического элемента к основной полосе металлического каркаса.- welding the reinforcing plate of the friction cermet element to the main strip of the metal frame.

Для изготовления фрикционного элемента используют металлокерамический материал, содержащий медный порошок, железный порошок, порошок олова, графит, глинозем и другие вещества.For the manufacture of the friction element using cermet material containing copper powder, iron powder, tin powder, graphite, alumina and other substances.

На чертеже представлена тормозная колодка железнодорожного средства, где:The drawing shows a brake pad of a railway vehicle, where:

1 - каркас;1 - frame;

2 - омедненная усилительная пластина;2 - copper-plated reinforcement plate;

3 - фрикционный металлокерамический элемент.3 - friction cermet element.

Выполнение тормозной колодки железнодорожных транспортных средств предлагаемой конструкции согласно предложенной технологии увеличивает прочность и надежность тормозной металлокерамической колодки и позволяет упростить и улучшить технологию операции спекания в печи под давлением.The implementation of the brake pads of railway vehicles of the proposed design according to the proposed technology increases the strength and reliability of the ceramic-metal brake pads and allows to simplify and improve the technology of the operation of sintering in a furnace under pressure.

Claims

The brake pad of a railway vehicle containing a metal frame in the form of a main strip with a U-shaped protrusion in its central part, with two side bosses and a friction metal-ceramic element, characterized in that the metal frame is equipped with a reinforcing plate, which is a copper-coated copper strip equal to the length and width of the back side of the friction cermet element and tightly connected to it by sintering with it under pressure in the furnace, and the main strip is metallic a frame with a U-shaped protrusion in its central part is welded externally to the reinforcing plate on the back of the shoe in round holes specially made for this purpose in the main strip of the metal chassis and on both ends of the shoe.