RU2502901C1

RU2502901C1 - Railway car brake composite shoe

Info

Publication number: RU2502901C1
Application number: RU2012124545/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Александр Викторович Конаков; Юрий Леонидович Чигрин; Олег Викторович Штанов; Юрий Васильевич Ободовский; Николай Михайлович Паладин; Антонина Владимировна Шакина
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Современные Тормозные Системы"
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed shoe comprises steel carcass, arc-like body composed of the main and lateral parts in contact with wheel surface. Arc-like body consists of separate elements secured at steel carcass. Note here that elements of the body main part are made from friction material while those of lateral section are made of antifriction material. Friction material friction factor is 1.5-10 times higher and abrasion resistance 1.5-3.5 times higher than those of antifriction material. Friction elements of clamp main part feature different height. Higher friction elements are located at steel carcass edges.

EFFECT: higher safety.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к тормозному оборудованию подвижного состава, а также может использоваться на других видах транспорта в тормозных системах.The invention relates to railway transport, in particular to brake equipment of rolling stock, and can also be used on other modes of transport in brake systems.

Известна тормозная колодка по Авт.св. 1572889, В61Н 1/00, публ. 23.06.90, содержащая стальной каркас, чугунное дугообразное тело, состоящее из основного и профильного участков с выполненным в нем ручьем и снабженное вставками, заложенными рядами в тело колодки со стороны рабочей трущейся поверхности, причем гребневые вставки профильного участка выполнены в виде цилиндрических элементов с продольным вырезом и установлены в ручье колодки с возможностью схватывания и взаимодействия с гребнем бандажа колеса.Known brake pad on Avt.sv. 1572889, B61H 1/00, publ. 06/23/90, containing a steel frame, a cast-iron arched body consisting of a main and profile sections with a stream made in it and equipped with inserts laid in rows in the block body from the side of the working friction surface, and the ridge inserts of the profile section are made in the form of cylindrical elements with a longitudinal cut-out and installed in the creek pads with the possibility of setting and interaction with the crest of the wheel brace.

Однако в известном техническом решении вставки выполнены из специального чугуна, обладающего высокой твердостью, и вследствие этого вызывают интенсивный износ поверхности колес. Кроме того, выполнение вставок основного участка призматическими, с непрерывной поверхностью трения, ухудшает теплоотвод и способствует еще большему износу пар трения и снижению тормозного усилия из-за уменьшения коэффициента трения.However, in the known technical solution, the inserts are made of special cast iron having high hardness, and therefore cause intense wear on the surface of the wheels. In addition, the implementation of the inserts of the main section prismatic, with a continuous surface of friction, reduces heat dissipation and contributes to even greater wear of friction pairs and reduce braking force due to a decrease in the coefficient of friction.

Известна тормозная колодка, содержащая стальной каркас, дугообразное тело, состоящее из основного участка тела колодки и профильного участка тела колодки с выполненным в нем ручьем. В тело колодки со стороны рабочей трущейся поверхности на профильном участке заложен один ряд гребневых вставок, выполненных в виде цилиндрических элементов с продольным вырезом, охватывающих гребень бандажа колеса. На основном участке заложены рядами по крайней мере две группы вставок цилиндрической формы. В каждой из групп центры трех ближайших вставок равноудалены друг от друга, а ряды этих вставок развернуты относительно продольной оси колодки. Вставки выполнены из пластичного металла, например из стали. Патент №2153994, МПК 7 В61Н 1/00, F16D 65/04, 69/00, Бюл. №22, 10.08.2000. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.Known brake pad containing a steel frame, an arched body consisting of a main section of the body of the pads and a profile section of the body of the pads with a stream made in it. One row of ridge inserts made in the form of cylindrical elements with a longitudinal cut, covering the crest of the wheel bandage, is laid in the body of the block from the side of the working rubbing surface on the profile section. At least two groups of cylindrical inserts are laid in rows in the main section. In each of the groups, the centers of the three nearest inserts are equidistant from each other, and the rows of these inserts are deployed relative to the longitudinal axis of the block. The inserts are made of ductile metal, for example steel. Patent No. 2153994, IPC 7 B61H 1/00, F16D 65/04, 69/00, Bull. No. 22, 08/10/2000. This technical solution was made as a prototype.

Недостатком известной тормозной колодки является снижение тормозного эффекта при нагреве колодки, за счет перегрева вставок снижается коэффициент трения. Колодка создает шум при работе. Колодка не обладает смазывающим эффектом гребня колеса и рельса.A disadvantage of the known brake pad is the reduction of the braking effect when the pad is heated, due to the overheating of the inserts, the friction coefficient is reduced. The shoe creates noise during operation. The block does not have the lubricating effect of the wheel flange and rail.

Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения железнодорожных вагонов, улучшение экологической обстановки в районе торможения железнодорожного состава, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание железнодорожных вагонов.The objective of the proposed technical solution is to increase the safety of movement of railway cars, improve the environmental situation in the area of braking of the train, reduce operating costs for maintenance of railway cars.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении уровня шума в процессе торможения, снижении износа гребня колеса и боковой поверхности рельса, увеличении межремонтного периода обслуживания колесных пар железнодорожных вагонов, уменьшении потребления тормозных колодок, повышении стабильности и надежности функционирования тормозных систем.In the process of solving this problem, a technical result is achieved, which consists in reducing the noise level during braking, reducing the wear of the wheel flange and the side surface of the rail, increasing the overhaul period for servicing wheel sets of railway cars, reducing the consumption of brake pads, increasing the stability and reliability of the functioning of brake systems.

Технический результат достигается тормозной вагонной колодкой, содержащей стальной каркас, дугообразное тело, состоящее из основного участка тела колодки и бокового участка тела колодки, находящегося в контакте с гребневой поверхностью колеса и взаимодействующего с боковой поверхностью рельса, при этом дугообразное тело колодки состоит из отдельных элементов, закрепленных на стальном каркасе, причем элементы, образующие основной участок тела колодки, выполнены из фрикционного материала, а элементы, образующие боковой участок тела колодки, выполнены из антифрикционного материала в виде профильных элементов, находящихся в контакте с гребневой поверхностью колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса, фрикционный материал имеет в 1,5-10 раз больше коэффициент трения и в 1,5-3,5 большую абразивную стойкость, чем у антифрикционного материала, фрикционные элементы, образующие основной участок тела колодки, имеют различную высоту, фрикционные элементы с большей высотой расположены на краях стального каркаса. Кроме этого фрикционные элементы, образующие основной и боковой участки тела колодки, закреплены сваркой на металлическом каркасе и между собой металлургическим способом, фрикционные элементы основного участка тела колодки выполнены из композиционного фрикционного материала, работающего при температуре до 850°С, фрикционных элементов основного участка колодки как минимум два, фрикционных элементов бокового участка колодки как минимум два.The technical result is achieved by a brake car block containing a steel frame, an arched body consisting of a main body part of a shoe and a side body part of a shoe that is in contact with a flange surface of a wheel and interacting with a side surface of a rail, wherein the bow body of a shoe consists of separate elements, mounted on a steel frame, and the elements forming the main part of the body of the pads are made of friction material, and the elements forming the lateral part of the body are boats made of antifriction material in the form of profile elements in contact with the flange surface of the wheel interacting with the side surface of the rail, the friction material has a coefficient of friction of 1.5-10 times and a large abrasion resistance of 1.5-3.5 than the antifriction material, the friction elements that form the main part of the body of the pads have different heights, friction elements with a higher height are located on the edges of the steel frame. In addition, the friction elements that form the main and side sections of the body of the shoe are fixed by welding on a metal frame and between each other in a metallurgical way, the friction elements of the main part of the body of the shoe are made of composite friction material operating at temperatures up to 850 ° C, the friction elements of the main part of the shoe are at least two, friction elements of the side section of the block at least two.

Разрушение поверхности катания колеса происходит как в результате контакта в системе «тормозная колодка - колесо», так и системе в «колесо - рельс», т.е. колесо подвергается износу со стороны тормозной колодки и со стороны рельса. Авторами предлагаемого технического решения были проведены исследования поверхности катания железнодорожного колеса вагона, находящегося в контакте с тормозными колодками, изготовленными из чугуна. Изучен механизм образования микротрещин на различных участках контактной поверхности колеса. Фрагменты различных этапов разрушения показаны на фиг.1.The destruction of the wheel’s rolling surface occurs both as a result of contact in the brake pad – wheel system and in the wheel – rail system, i.e. the wheel is subject to wear on the brake pad side and on the rail side. The authors of the proposed technical solution conducted a study of the rolling surface of a railway wheel of a wagon in contact with brake pads made of cast iron. The mechanism of microcrack formation in various parts of the contact surface of the wheel is studied. Fragments of the various stages of destruction are shown in figure 1.

На фото №1-4 приведены дефекты в виде трещин и выщерблин с максимальной глубиной проникновения до 1,5 мм. На фото №4 показаны зоны зародившихся трещин на некотором удалении от поверхности. Появление таких дефектов обусловлено высоким контактным давлением. При дальнейшем развитии внутренних трещин происходит их выход на поверхность с последующим отслаиванием (отрывом) частицы. Такие частицы в дальнейшем работают как абразивные частицы, приводящие к интенсивному износу поверхности колеса. Образование микротрещин происходит постепенно и имеет несколько стадий. Трещины начинают развиваться задолго до разрушения при усталостном, пластическом и даже хрупком виде разрушения. Длительность процесса накопления дефектов материала, до появления и дальнейшего развития трещины, занимает значительную часть, доходя до 90% времени процесса разрушения.The photo No. 1-4 shows defects in the form of cracks and crevices with a maximum penetration depth of up to 1.5 mm. Photo No. 4 shows the zones of nascent cracks at some distance from the surface. The appearance of such defects is due to high contact pressure. With the further development of internal cracks, they exit to the surface with subsequent peeling (separation) of the particle. Such particles subsequently work as abrasive particles, leading to intense wear on the surface of the wheel. The formation of microcracks occurs gradually and has several stages. Cracks begin to develop long before fracture with fatigue, plastic, and even brittle fracture. The duration of the process of accumulation of material defects, before the appearance and further development of a crack, occupies a significant part, reaching up to 90% of the fracture process time.

Чтобы не доводить до появления на контактной поверхности (поверхность катания) колеса микротрещин, данная поверхность должна постоянно подвергаться очистке от загрязнения и удалению поверхностного слоя. Такое удаление возможно проводить в процессе торможения при условии, что тормозная колодка имеет более высокую абразивную стойкость по сравнению с материалом обода колеса вагона и имеет высокий коэффициент трения. Предлагаемая тормозная колодка имеет стальной каркас, на котором закреплены фрикционные элементы, причем элементы, образующие основной участок тела колодки, выполнены из фрикционного материала, а элементы, образующие боковой участок тела колодки, выполнены из антифрикционного материала, фрикционный материал имеет в 1,5-10 раз больше коэффициент трения и в 1,5-3,5 большую абразивную стойкость, чем у антифрикционного материала. Такое исполнение колодки позволяет производить очистку поверхности катания колеса и осуществлять смазывание гребня колеса и боковой поверхности головки рельса. Регулярное очищение поверхности катания колеса от загрязнений и отслоившихся участков в процессе торможения, смазывание гребня колеса приводит к увеличению межремонтного периода обслуживания колесных пар, связанного с заменой изношенных колес, также уменьшается потребление тормозных колодок, так как абразивная стойкость композиционных сплавов в 2-4 раза выше чугуна и стали. Поскольку контактная поверхность системы «тормозная колодка - колесо» выполнена из композиционного состава, вследствие этого уменьшится шумовое загрязнение в процессе торможения.In order not to bring the wheels of microcracks to the appearance on the contact surface (rolling surface), this surface must be constantly cleaned from contamination and the surface layer removed. Such removal can be carried out during braking, provided that the brake shoe has a higher abrasion resistance compared to the material of the rim of the car wheel and has a high coefficient of friction. The proposed brake shoe has a steel frame on which friction elements are fixed, and the elements forming the main body portion of the shoe are made of friction material, and the elements forming the lateral body of the shoe body are made of antifriction material, the friction material is 1.5-10 times the coefficient of friction and 1.5-3.5 greater abrasion resistance than antifriction material. This design of the pads allows you to clean the surface of the wheel and lubricate the wheel flange and the side surface of the rail head. Regular cleaning of the wheel’s rolling surface from contamination and exfoliated areas during braking, lubrication of the wheel flange leads to an increase in the overhaul period of service of wheel pairs associated with the replacement of worn wheels, the consumption of brake pads is also reduced, since the abrasion resistance of composite alloys is 2-4 times higher cast iron and steel. Since the contact surface of the "brake shoe - wheel" system is made of a composite composition, as a result, noise pollution during braking will be reduced.

Фрикционные элементы, которые образуют основной участок тела, имеют различную высоту, элементы с большей высотой расположены на краях стального каркаса. Такое исполнение, при прогибе тела колодки в средней части при давлении на колодку в процессе торможения, приводит к плотному прилеганию всей поверхности основного участка колодки, к более быстрому притиранию колодок и повышению надежности тормозной системы.Friction elements that form the main part of the body have different heights, elements with a higher height are located on the edges of the steel frame. This design, when the body of the shoe is deflected in the middle part under pressure on the shoe during braking, leads to a snug fit over the entire surface of the main part of the shoe, to faster grinding of the shoe and to increase the reliability of the brake system.

Второй поверхностью колеса, подверженной интенсивному износу, является поверхность гребня. Особенно сильно износ данной поверхности происходит при движении по криволинейным участкам дорог. Чтобы уменьшить износ поверхности гребня, предлагается на его поверхность наносить слой антифрикционного материала, наносить этот слой должна тормозная колодка в процессе торможения. Для того чтобы происходил такой процесс, в предлагаемом техническом решении антифрикционные элементы, образующие боковой участок тела колодки, выполнены из антифрикционного материала, имеющего меньшую абразивную стойкость и в 1,5-2,5 меньший коэффициент трения, чем у материала фрикционных элементов, образующих основной участок тела колодки. В процессе торможения каждый раз будет происходить контакт боковых антифрикционных элементов с поверхностью гребня колеса. Поскольку абразивная стойкость боковых антифрикционных элементов ниже абразивной стойкости материала колеса рельса, то будет происходить перенос материала антифрикционных элементов на поверхность гребня колеса, а в последующем и на рельсы, и при движении в кривых будет снижен износ гребня колеса и боковой поверхности рельса.The second surface of the wheel, subject to intense wear, is the surface of the flange. Particularly severe wear of this surface occurs when driving along curved sections of roads. To reduce wear on the surface of the ridge, it is proposed to apply a layer of antifriction material on its surface, this layer should be applied to the brake pad during braking. In order for such a process to occur, in the proposed technical solution, the antifriction elements forming the side portion of the shoe body are made of antifriction material having lower abrasion resistance and a coefficient of friction of 1.5-2.5 lower than that of the material of the friction elements forming the main body area of the pads. In the process of braking, each time there will be a contact of the side anti-friction elements with the surface of the wheel flange. Since the abrasion resistance of the side antifriction elements is lower than the abrasion resistance of the rail wheel material, the antifriction elements will be transferred to the surface of the wheel flange, and subsequently to the rails, and when moving in curves, the wear of the wheel flange and the side surface of the rail will be reduced.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.2 представлен общий вид колодки, вид сверху, на фиг.3 показан общий вид колодки, вид сбоку, на фиг.4 - сечение по разрезу А-А фиг.3.The proposed technical solution is illustrated by drawings, where Fig. 2 shows a general view of a block, a top view, Fig. 3 shows a general view of a block, a side view, and Fig. 4 is a section along section AA of Fig. 3.

Тормозная вагонная композиционная колодка содержит стальной каркас 1, дугообразное тело 2, состоящее из основного участка тела колодки 2.1 и бокового участка тела колодки 2.2. Дугообразное тело колодки 2 состоит их отдельных фрикционных элементов 3, которые закреплены на стальном каркасе 1. Фрикционные элементы 3, образующие основной участок тела колодки 2.1, выполнены из фрикционного материала, имеющего в 1,5-10 раз большую абразивную стойкость и в 1,5-2,5 больше коэффициент трения, чем у материала антифрикционных элементов 4, образующих боковой участок тела колодки 2.2. Фрикционные элементы 3, которые образуют основной участок тела 2.1, имеют различную высоту. Элементы с большей высотой 3.1 расположены на краях стального каркаса. Фрикционные элементы 3, образующие основной участок тела колодки 2.1, закреплены сваркой (на чертеже не показана) на металлическом каркасе 1. Фрикционные элементы 3 основного участка тела колодки 2.1 выполнены из композиционного фрикционного материала, работающего при температуре до 850°С.The brake wagon composition block comprises a steel frame 1, an arcuate body 2, consisting of a main section of the body of the block 2.1 and a side section of the body of the block 2.2. The arcuate body of the block 2 consists of individual friction elements 3, which are mounted on the steel frame 1. The friction elements 3, forming the main part of the body of the block 2.1, are made of friction material having 1.5–10 times greater abrasion resistance and 1.5 -2.5 more coefficient of friction than the material of the anti-friction elements 4, forming the side of the body of the block 2.2. Friction elements 3, which form the main part of the body 2.1, have different heights. Elements with a greater height of 3.1 are located on the edges of the steel frame. Friction elements 3, forming the main part of the body of the block 2.1, are fixed by welding (not shown) on the metal frame 1. Friction elements 3 of the main part of the body of the block 2.1 are made of composite friction material operating at temperatures up to 850 ° C.

Работа тормозной колодки происходит следующим образом. При прижатии рабочей поверхности колодки к рабочей поверхности колеса железнодорожного вагона происходит торможение и намазывание (натирание) гребневой поверхности колеса. В дальнейшем при движении происходит контакт между гребневой поверхностью колеса и боковой поверхностью рельса. Поскольку на гребневой поверхности колеса имеются частицы антифрикционного материала колодки, происходит смазывание боковой поверхности рельса и уменьшается ее износ.The work of the brake pads is as follows. When the working surface of the block is pressed against the working surface of the wheel of a railway car, braking and smearing (rubbing) of the flange surface of the wheel occurs. Subsequently, during movement, contact occurs between the flange surface of the wheel and the side surface of the rail. Since there are particles of antifriction material on the wheel flange surface, the side surface of the rail is lubricated and its wear is reduced.

Возможность изготовления колодок с использованием различных материалов и технологий фрикционных и антифрикционных элементов позволяет улучшить их качество и получать технические показатели колодок с учетом конкретных требований в зависимости условий работы железнодорожных вагонов.The ability to manufacture blocks using various materials and technologies of friction and antifriction elements allows to improve their quality and obtain technical indicators of blocks taking into account specific requirements depending on the operating conditions of railway cars.

Claims

1. Brake wagon composition block containing a steel frame, an arcuate body, consisting of a main section of the body of the block and the side section of the body of the block in contact with the flange surface of the wheel interacting with the side surface of the rail, characterized in that the arcuate body of the block consists of separate elements mounted on a steel frame, and the elements forming the main part of the body of the block are made of friction material, and the elements forming the lateral part of the body of the block are made of antifriction material in the form of profile elements that are in contact with the flange surface of the wheel interacting with the side surface of the rail, the friction material has a coefficient of friction 1.5–10 times greater and 1.5–3.5 greater abrasion resistance than for antifriction material, the friction elements that form the main part of the body of the pads have different heights, friction elements with a higher height are located on the edges of the steel frame.

2. The brake car composition shoe according to claim 1, characterized in that the friction elements forming the main and side portions of the body of the shoe are welded to a metal frame and to each other in a metallurgical manner.

3. The brake composite shoe according to claim 1, characterized in that the friction elements of the main body portion of the shoe are made of composite friction material operating at temperatures up to 850 ° C.

4. The brake composite shoe according to claim 1, characterized in that the friction elements of the main section of the shoe are at least two.

5. The brake composition shoe according to claim 1, characterized in that the friction elements of the side section of the shoe are at least two.