RU61003U1

RU61003U1 - RAILWAY BRAKE PAD

Info

Publication number: RU61003U1
Application number: RU2006137323/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Ворончихин; Геннадий Петрович Касаткин; Игорь Андреевич Налев; Владимир Николаевич Бычков; Дмитрий Александрович Дружков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод фрикционных и термостойких материалов" ОАО "ФРИТЕКС"
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2007-02-10

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и касается тормозных колодок железнодорожных транспортных средств. Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства содержит металлический каркас и закрепленный на нем композиционный полимерный фрикционный элемент, выполненный из материала, содержащего стальные частицы в виде волокон и дополнительно железный порошок и концентрат железорудный в виде порошка, а общее содержание железосодержащих компонентов составляет 40÷70% масс. 1 н.п. ф. 1 фиг.The utility model relates to mechanical engineering and relates to brake pads of railway vehicles. The brake pad of a railway vehicle contains a metal frame and a composite polymer friction element mounted on it, made of a material containing steel particles in the form of fibers and additionally iron powder and iron ore concentrate in the form of a powder, and the total content of iron-containing components is 40 ÷ 70% of the mass. 1 n.p. f. 1 of FIG.

Description

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению и касается тормозных колодок железнодорожных транспортных средств.The inventive utility model relates to mechanical engineering and relates to brake pads of railway vehicles.

Известны тормозные колодки из композиционных материалов для железнодорожных вагонов, (см Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», Москва, Химия, 1982 г. с.10÷18). Колодки содержат полимерный композиционный фрикционный элемент, закрепленный на металлическом каркасе. В рецептурный состав одного из материалов (8-1-66, новое название ТИИР-300) композиционного фрикционного элемента, который нашел наиболее широкое применение для изготовления тормозных колодок для грузовых железнодорожных вагонов и применяется в настоящее время, входят следующие компоненты: связующее - каучук СКД, вулканизующий агент - сера, ускорители процесса вулканизации - 2 меркаптобензтиазол и тиурам Д, наполнители - баритовый концентрат, технический углерод и армирующий волокнистый наполнитель - асбест.Known brake pads made of composite materials for railway cars, (see B.A. Shiryaev "Production of brake pads made of composite materials for railway cars", Moscow, Chemistry, 1982, p.10 ÷ 18). The pads contain a polymer composite friction element mounted on a metal frame. The formulation composition of one of the materials (8-1-66, the new name TIIR-300) of the composite friction element, which has found the widest application for the manufacture of brake pads for freight railway cars and is currently used, includes the following components: binder - SKD rubber the vulcanizing agent is sulfur, the accelerators of the vulcanization process are 2 mercaptobenzthiazole and thiuram D, the fillers are barite concentrate, carbon black and the reinforcing fibrous filler is asbestos.

Существенный признак известных тормозных изделий «композиционный фрикционный элемент» и «металлический каркас» является общим с существенными признаками заявляемой колодки.An essential feature of the known brake products "composite friction element" and "metal frame" is common with the essential features of the inventive pads.

Недостатками известных тормозных колодок являются низкая теплопроводность, недостаточная стабильность коэффициента трения и большой износ тормозной колодки и контртела - колеса в процессе эксплуатации.The disadvantages of the known brake pads are low thermal conductivity, insufficient stability of the coefficient of friction and the large wear of the brake pads and counterbody - wheels during operation.

Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является колодка, полимерный композиционный фрикционный элемент которой The closest analogue of the claimed utility model is a block, the polymer composite friction element of which

содержит стальные частицы (волокна) (патент США №4373038, МПК С 08 J 9/06, 1983 г.).contains steel particles (fibers) (US patent No. 4373038, IPC C 08 J 9/06, 1983).

Существенный признак наиболее близкого аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент со стальными частицами (волокнами)» является общими с существенными признаками заявляемой колодки.An essential feature of the closest analogue is “polymer composite friction element with steel particles (fibers)” is common with the essential features of the claimed blocks.

Наличие стальных частиц (волокон) в композиционном фрикционном элементе оказывает большое влияние на процесс трения. Размягченный и раскатанный на поверхности трения металл может создавать промежуточный рабочий слой, который обладая достаточной пластичностью и теплопроводностью, способствует стабилизации коэффициента трения и снижению износа. Отдельные металлические добавки размягчаясь заменяют выгоревшее связующее, поглощая при размягчении значительное количество тепла, (см Тематический обзор «Сырье для производства асбестовых технических изделий», ЦНИИТЭнефтехим, Москва, 1978 г., с.68).The presence of steel particles (fibers) in the composite friction element has a great influence on the friction process. The metal softened and rolled on the friction surface can create an intermediate working layer, which, having sufficient ductility and thermal conductivity, helps to stabilize the friction coefficient and reduce wear. Separate metal additives, when softened, replace the burnt binder, absorbing a significant amount of heat during softening (see Thematic review “Raw materials for the production of asbestos technical products”, TsNIITEneftekhim, Moscow, 1978, p. 68).

Однако и эта тормозная композиционная железнодорожная колодка по сравнению с чугунной, несмотря на ряд своих преимуществ (повышенный ресурс, более высокий коэффициент трения и другие), недостаточно эффективно работает в осенне-зимний период. Наибольшее количество дефектов на колесах и колодках появляется весной и осенью, когда выпадает наибольшее количество осадков и происходит резкая смена температур. (Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», Москва, Химия, 1982 г. с.10÷18).However, this brake composite rail compared to cast iron, despite a number of its advantages (increased resource, higher coefficient of friction, and others), does not work effectively in the autumn-winter period. The greatest number of defects on wheels and pads appears in spring and autumn, when the greatest amount of precipitation falls and a sharp change in temperature occurs. (B.A. Shiryaev “Production of brake pads from composite materials for railway cars”, Moscow, Chemistry, 1982, pp. 10 ÷ 18).

Поэтому для повышения эксплуатационных свойств у тормозной колодки и ресурса колеса желательно повышение содержания железа в полимерном композиционном фрикционном элементе.Therefore, to increase the operational properties of the brake pads and wheel life, it is desirable to increase the iron content in the polymer composite friction element.

Однако, повышение содержания железа только за счет стальных волокон нежелательно, так как стальные волокна плохо совмещаются с полимерным связующим, а их большое количество из низкоуглеродистой стали отрицательно воздействует на поверхность колеса, вызывая дефекты However, increasing the iron content only due to steel fibers is undesirable, since steel fibers do not combine well with the polymer binder, and a large number of them from low-carbon steel adversely affects the surface of the wheel, causing defects

поверхности катания колеса. Кроме того, на практике по условиям существующего технологического процесса приготовления композиции путем смешения в резиносмесителе, максимальное содержание стальных волокон, которого можно добиться в композиции составляет 35÷40%.wheel surface. In addition, in practice, under the conditions of the existing technological process of preparing the composition by mixing in a rubber mixer, the maximum content of steel fibers that can be achieved in the composition is 35–40%.

Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является улучшение эксплуатационных характеристик колодки и повышение ресурса эксплуатации колес.The task to which the claimed utility model is directed is to improve the operational characteristics of the pads and increase the service life of the wheels.

Поставленную задачу решает тормозная колодка, содержащая металлический каркас и закрепленный на нем композиционный полимерный фрикционный элемент, выполненный из материала, содержащего стальные частицы в виде волокон. Материал фрикционного элемента дополнительно содержит железный порошок и концентрат железорудный в виде порошка. Общее содержание железосодержащих компонентов составляет 40÷70% масс.The brake pad containing a metal frame and a composite polymer friction element mounted on it made of a material containing steel particles in the form of fibers solves the problem. The material of the friction element further comprises iron powder and iron ore concentrate in the form of a powder. The total content of iron-containing components is 40 ÷ 70% of the mass.

Существенные признаки заявляемой колодки «фрикционный элемент выполнен из материала, содержащего железный порошок и концентрат железорудный в виде порошка» и «общее содержание железосодержащих компонентов составляет 40÷70% масс.» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.The essential features of the inventive shoe "friction element is made of a material containing iron powder and iron ore concentrate in the form of a powder" and "the total content of iron-containing components is 40 ÷ 70% by mass." Are distinctive from the essential features of the closest analogue.

Применение нескольких выше указанных железосодержащих компонентов в полимерном композиционном фрикционном элементе во-первых позволяет добиться повышенного содержания железа и его соединений в композиции, а также обуславливает присутствие некоторых других химических соединений, содержащихся в железорудном концентрате, что в свою очередь обеспечивает лучшие эксплуатационные свойства тормозной колодки и повышенный ресурс колеса при эксплуатации.The use of several of the above-mentioned iron-containing components in the polymer composite friction element, firstly, allows to increase the content of iron and its compounds in the composition, and also determines the presence of some other chemical compounds contained in the iron ore concentrate, which in turn provides the best performance of the brake pad and increased wheel life during operation.

По существу, заявляемая колодка практически является полуметаллической.Essentially, the inventive block is almost semi-metallic.

Дальнейшее повышение (свыше 70% масс.) содержания железосодержащих компонентов снижает прочность, срок службы и другие эксплуатационные свойства колодки.A further increase (over 70% of the mass.) Of the content of iron-containing components reduces the strength, durability and other operational properties of the pads.

Железосодержащие компоненты композиции используют в виде порошков, например, порошок железный по ГОСТ 9849-86, концентрат железорудный по ТУ 14-0-02-03, и в виде волокон, например, стальная шерсть по ТУ У 28/7-31300619-001-2001.The iron-containing components of the composition are used in the form of powders, for example, iron powder in accordance with GOST 9849-86, iron ore concentrate in accordance with TU 14-0-02-03, and in the form of fibers, for example, steel wool in accordance with TU U 28 / 7-31300619-001- 2001.

Железный порошок представляет собой частицы округлой формы. Его получают методом восстановления и распыления расплава металла водой высокого давления или сжатым воздухом. По химическому составу железный порошок делится на пять групп. По мере возрастания номера группы в железном порошке снижается содержание общего железа и возрастает количество углерода, кремния и других элементов. Установлено, что железный порошок с высоким содержанием углерода, кремния и кислорода обладает плохой прессуемостью и способствует появлению расслойных трещин в материале. По гранулометрическому составу (крупности) железный порошок делится на четыре группы: крупный, средний, мелкий и очень мелкий. Крупность порошка оказывает существенное влияние на фрикционные характеристики. Рекомендуется применять только мелкий и очень мелкий порошки, (см Тематический обзор «Сырье для производства асбестовых технических изделий», ЦНИИТЭнефтехим, Москва, 1978 г., с.68÷69).Iron powder is a round-shaped particle. It is obtained by the method of reduction and spraying of a metal melt with high pressure water or compressed air. By chemical composition, iron powder is divided into five groups. As the group number in the iron powder increases, the total iron content decreases and the amount of carbon, silicon, and other elements increases. It was found that iron powder with a high content of carbon, silicon and oxygen has poor compressibility and contributes to the appearance of delamination cracks in the material. According to the granulometric composition (size), iron powder is divided into four groups: large, medium, small and very small. The size of the powder has a significant effect on the frictional characteristics. It is recommended to use only fine and very fine powders, (see Thematic review "Raw materials for the production of asbestos technical products", TsNIITEneftekhim, Moscow, 1978, p. 68 ÷ 69).

Концентрат железных руд представляет собой порошок черного цвета и является продуктом обогащения природных железных руд с содержанием железа не менее 60%. В состав концентрата входят: магнетит, мартит, кремнезем. Минерал обладает сильными магнитными свойствами. Химическая формула концентрата Fе₃O₄.The iron ore concentrate is a black powder and is an enrichment product of natural iron ores with an iron content of at least 60%. The composition of the concentrate includes: magnetite, martite, silica. The mineral has strong magnetic properties. The chemical formula of the concentrate is Fe ₃ O ₄ .

Состав концентрата железных руд, %:The composition of the iron ore concentrate,%: FeFe 65,1365.13 FeOFeO 27,227,2 SiO₂ SiO ₂ 8,58.5 CaOCao 0,340.34 MgOMgO 0,370.37 АI₂O₃ AI ₂ O ₃ 0,100.10 PP 0,010.01 SS 0,0170.017

Использование концентрата во фрикционных материалах позволяет сохранить постоянный коэффициент трения при различных температурах, а также снизить износ фрикционного материала и контрпары. (см Там же, с.54÷55).The use of concentrate in friction materials allows you to maintain a constant coefficient of friction at various temperatures, as well as reduce wear of the friction material and counterpairs. (see ibid., p. 54 ÷ 55).

Композиционный материал для изготовления фрикционного элемента, заявляемой тормозной колодки, как правило, безасбестовый и приготавливается на основе каучукового и/или смоляного связующего с вулканизующей группой и наполнителями.Composite material for the manufacture of the friction element, the claimed brake pads, as a rule, asbestos-free and is prepared on the basis of rubber and / or resin binder with a vulcanizing group and fillers.

Функцию армирующих наполнителей в композиционном материале выполняют стальные волокна, а также полиарамидные и/или другие волокна. Конкретная рецептура композиции определяется назначением тормозной колодки. Композицию изготавливают путем смешения в закрытом резиносмесителе без использования растворителей.The function of reinforcing fillers in the composite material is performed by steel fibers, as well as polyaramide and / or other fibers. The specific formulation of the composition is determined by the purpose of the brake pads. The composition is made by mixing in a closed rubber mixer without the use of solvents.

В качестве металлического каркаса в заявляемой тормозной колодке используют цельнометаллический каркас или сетчато-проволочный каркас, представляющий собой перфорированную металлическую полосу, совмещенную с проволочной рамкой.As a metal frame in the inventive brake shoe, an all-metal frame or a mesh-wire frame is used, which is a perforated metal strip combined with a wire frame.

Заявляемую колодку изготавливают методом холодного формования заготовок с последующим горячим формованием вулканизацией в прессах и термостатированием.The inventive block is made by cold forming of blanks followed by hot molding by vulcanization in presses and thermostating.

На фиг. представлена заявляемая тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, где: 1 - металлический каркас, 2 - композиционный фрикционный элемент. На виде «а» представлена колодка с сетчато-проволочным каркасом со скосами; на виде «б» - колодка с сетчато-проволочным каркасом без скосов и на виде «в» - колодка с цельнометаллическим каркасом.In FIG. The claimed brake pad of a railway vehicle is presented, where: 1 - a metal frame, 2 - a composite friction element. In the form “a”, a block with a wire mesh frame with bevels is shown; in the form “b” - a block with a mesh-wire frame without bevels and in the form “c” - a block with an all-metal frame.

Совместное использование стальных волокон с железным порошком и порошком железорудного концентрата в полимерном фрикционном композиционном элементе тормозной колодки позволяет добиться необходимого - 40÷70% масс. - содержания железосодержащих компонентов, обеспечивающего улучшенные эксплуатационные качества колодки (минимальный износ, повышенную теплопроводность, стабильный коэффициент трения, в том числе при неблагоприятных метеоусловиях) и обеспечить повышенный ресурс тормозной колодки и колеса.The joint use of steel fibers with iron powder and powder of iron ore concentrate in the polymer friction composite element of the brake pad allows you to achieve the necessary - 40 ÷ 70% of the mass. - the content of iron-containing components, providing improved performance of the pads (minimal wear, increased thermal conductivity, stable coefficient of friction, including under adverse weather conditions) and to provide increased service life of the brake pads and wheels.

Claims

A brake pad of a railway vehicle containing a metal frame and a composite polymer friction element mounted on it made of a material containing steel particles in the form of fibers, characterized in that the material of the friction element additionally contains iron powder and iron ore concentrate in the form of powder, and the total content iron-containing components is 40 ÷ 70 wt.%.