SK500282013U1 - Brake shoes - Google Patents

Description

Brzdová čeľusť

Oblasť techniky

Technické riešenie spadá do oblasti konštrukcie brzdového ústrojenstva koľajových vozidiel, kde brzdný účinok vzniká pritlačením brzdovej čeľuste na povrch pohybujúceho sa dielu a týka sa uskutočnenia brzdovej čeľuste prispôsobenej na pripevnenie na brzdovú zarážku opatrenej trecím elementom, ktorého pracovná plocha adhezívne pôsobí na obvod obruče kolesa.

Doterajší stav techniky

Spomaľovacie ústrojenstvo je u koľajových vozidiel najčastejšie tvorené čeľusťovým brzdovým systémom vo forme čeľusťovej brzdy. Čeľusfová brzda pozostáva z brzdovej zarážky, v ktorej je vyberateľné upevnená brzdová čeľusť alebo zdrž o šírke od 50 do 60 mm. Brzdová čeľusť, ktorej pracovná plocha tvarovo zodpovedá brzdenému protikusu, je pri spomaľovaní koľajových vozidiel pritláčaná na obvod obruče kolesa prostredníctvom pákového mechanizmu. Na povrchu jazdnej plochy kolesa vzniká trecia sila, ktorá brzdí otáčanie kolesa alebo dvojkolesia, pričom vznikajúce trecie sily majú tiež čistiaci a leštiaci účinok. Veľkosť brzdnej sily čeľusťovej brzdy je závislá od prítlačnej sily pôsobiacej cez brzdovú čeľusť a na veľkosti súčiniteľa trenia medzi jazdnou plochou kolesa a trecím elementom brzdovej Čeľuste.

Známe sú rôzne konštrukčné usporiadania brzdových čeľustí, ktoré sa líšia najmä z hľadiska materiálového, technologického a konštrukčného uskutočnenia. Napríklad v spisoch CZ253310B1, CZ272668B1 sú popísané brzdové čeľuste s kovovou kotviacou doskou, ktoré sú zhotovované liatím z liatiny do foriem a majú na hornej nepracovnej ploche centrálne kotviace uško s otvorom na vloženie upevňovacieho klinu. Upevňovací klin slúži na spriahnutie brzdovej čeľuste a brzdovej zarážky, pričom kotviaca doska je vybavená dvomi bočnými aretačnými podložkami, ktoré slúžia ako vedenie upevňovacieho klinu a tiež ako fixácia brzdovej čeľuste v pozdĺžnom páse brzdovej zarážky. Ako je zrejmé zo spisu

-2US2748902A, liatinové brzdové čeľuste môžu byť vyrobené tiež tak, že vo vnútri telesa segmentu je zaliaty oceľový skelet, ktorého upevňovacia časť je vyvedená mimo teleso čeľuste. Nevýhodou liatinových čeľustí je nízky súčiniteľ trenia, ktorý je kompenzovaný vysokými mernými tlakmi medzi čeľusťami a jazdnou plochou kolesa, čím sa výrazne znižuje životnosť brzdovej čeľuste.

V súčasnej dobe sú okrem liatinových brzdových čeľustí používané aj brzdové čeľuste vyrobené z kompozitných materiálov, ktoré na rozdiel od liatinových majú stabilnejší súčiniteľ trenia medzi čeľusťami a kolesom. V takomto uskutočnení brzdovej čeľuste sú potrebné menšie sily na prítlak, čo sa prejavuje menšou mierou opotrebovania a tiež zabezpečením plynulého brzdenia vozidla. Napríklad v spisoch US6328143, US5704454A, a tiež v odbornej literatúre, B. A. Širjaev Výroba brzdových čeľustí z kompozitných materiálov na železničné vagóny, Moskva, Chémia, 1982, str 9-14, 70, 71, sú popísané rôzne kompozitné brzdové segmenty obsahujúce trecí kompozitný element upevnený na kotviacej doske. Táto kotviaca doska je tvorená spravidla oceľovým pásom a v strednej časti je vybavená kotviacim uškom s otvormi na vloženie zaisťovacieho klinu. Na vonkajšej strane kotviacej dosky sú taktiež osadené dve aretačné podložky, ktoré slúžia na vedenie klinu a na fixáciu čeľuste v drážke brzdovej zarážky. Rovnako je známe riešenie s kotviacou doskou vytvorenou vo forme ohnutého nosného plechu s mimo orientovaným stredovým výstupkom v tvare písmena U, pričom z vnútornej strany je kotviaca doska vybavená zosilňujúcim plechom, čím je vytvorený veľmi tuhý kotviaci skelet. Zosilňujúci plech sa používa najmä na zabezpečenie vyššej spoľahlivosti upevnenia kompozitného čeľusťového elementu tak, že sa vystrihuje z oceľového pásu základňa v tvare pretiahnutého osemuholníka, pričom hrany základne sa pozdĺžne aj priečne lisovaním ohýbajú na stranu pracovnej plochy čeľuste a vytvárajú postranné upevňovacie rebrá. Zosilňovací plech je tiež vybavený štyrmi otvormi, ktoré slúžia na spriahnutie zosilňujúceho plechu i kotviacej dosky a na zatekanie trecej kompozitnej zmesi pri formovaní s cieľom zvýšiť súdržnosť trecieho materiálu s kotviacim skeletom. Nevýhodou kompozitných brzdových čeľustí je možný výskyt rôznych defektov a porúch, ako napr. termických prasklín na povrchu valenia kolies, opotrebenie povrchu valenia kolies, zníženie efektívnosti brzdenia čeľustí pri vlhkosti v zóne trenia alebo pri prítomnosti uhoľného či rašelinového prachu a opadaného lístia na povrchu koľajníc. Navyše pri rýchlostiach koľajových vozidiel viac než 160 km/h sa na povrchu kompozitných brzdových čeľustí vytvárajú vysoké teploty, v dôsledku ktorých kompozitný materiál stráca svoju pracovnú schopnosť.

-3Z dôvodu neustáleho zvyšovania rýchlosti koľajových vozidiel je nutné pri brzdových čeľustiach zaistiť požadovanú mieru spoľahlivosti v danom časovom období. Požadované prevádzkové funkcie pri rýchlostiach vyšších ako 160 km/h spĺňajú predovšetkým kovokeramické brzdové čeľuste. Z trecích kovokeramických materiálov sa používajú materiály na báze železa. Nevýhodou takýchto trecích elementov je nadmerné opotrebenie až poškodenie jazdnej plochy kolesa po výmene opotrebovanej brzdovej čeľuste za novú. Rovnako sú známe trecie kovokeramické materiály na báze medi, ktoré majú v porovnaní s kovokeramickými čeľusťami na báze železa menšiu pevnosť, ale i menšie opotrebenie a nemajú agresívny vplyv na povrch valenia kolesa. Trecie materiály na báze medi sa vyrábajú spekaním zmesí základných práškov v žiarupevných formách ako jednotlivé polotovary, vyrobené metódou lisovania za studená alebo spekaním spoločne s oceľovým pomedeným plechom, alebo skeletom. Napríklad zo spisu CZ1996-510A3 je známe uskutočnenie brzdovej čeľuste, ktorá pozostáva z kotviacej dosky, nosného plechu, kovovej medzivrstvy, ktorá je difúzne spojená s kovokeramickým trecím obložením obsahujúcim 50 až 75% medi, 4 až 7% cínu, 8 až 11 % železa, 5 až 9% mullitu a 8 až 14% umelého hexagonálneho uhlíka. Zo spisu RU2310779 je známe uskutočnenie brzdovej čeľuste, ktorá obsahuje kotviacu dosku vytvarovanú v centrálnej časti do kotviaceho uška v tvare obráteného písmena U, pričom z vonkajšej strany je kotviaca nosná doska vybavená dvoma aretačnými podložkami a z vnútornej strany je upevnený trecí pomedený zosilňovací plech, ktorý svojou dĺžkou i šírkou zodpovedá rozmerom trecieho kovokeramického elementu. Zosilňovací plech je s trecím elementom najprv spojený technológiou spekania pri vysokej teplote a tlaku v peci a potom je v niekoľkých bodoch privarený ku kotviacej nosnej doske, ktorá je za týmto účelom vybavená zváracími otvormi. Nevýhodou takéhoto uskutočnenia brzdovej čeľuste je, že konštrukčné usporiadanie rieši iba pevnosť a spoľahlivosť ukotvenia brzdovej čeľuste, ale nerieši hlučnosť vznikajúcu pri brzdení. Pri tomto konštrukčnom usporiadaní brzdového ústrojenstva vzniká škodlivý vysokofrekvenčný hluk ako na kontaktnej ploche kotviacej doske brzdovej čeľuste a brzdovej zarážky, tak medzi kotviacou doskou a zosilňovacím plechom. Kotviaca doska a zosilňovací plech sú spojené zvarmi iba v ôsmich bodoch, pričom v miestach, kde k sebe voľne priliehajú je vytvorená veľmi tenká štrbina. V tejto štrbine vplyvom vibrácií kotviacej dosky a zosilňovacieho plechu vzniká nežiaduci pískavý hluk, ktorý v mnohých prípadoch mnohonásobne prekračuje povolený limit hygienickej normy

-4Pri styku kolesa a trecieho elementu brzdovej čeľuste vzniká nadmerné opotrebenie kontaktnej plochy kolesa, keď trecí element má veľmi nízke opotrebenie a dlhú životnosť po celej stykovej ploche. Pri výmene opotrebovanej čeľuste, nová čeľusť pri brzdení nikdy nedosadá na koleso po celej kontaktnej ploche, ale dosadá len v niekoľkých malých bodoch. Pri brzdení to spôsobuje vibrácie, pri ktorých vzniká škodlivý hluk a lokálne poškodzovanie materiálu kolesa i brzdovej čeľuste vysokým merným tlakom. Napríklad zo spisu US5341904A je známe uskutočnenie kompozitnej brzdovej čeľuste, ktorá je v časti dotykovej plochy pozdĺž bočných stien vybavená laterálnou, rýchlo sa opotrebovávajúcou, zábehovou vrstvou vyrobenou z materiálu s nízkym koeficientom trenia. Takéto konštrukčné riešenie nie je však použiteľné na brzdové čeľuste, ktorých trecie elementy sú vyrobené z kovokeramických materiálov.

Úlohou predkladaného technického riešenia je predstaviť úplne nové uskutočnenie brzdovej čeľuste, ktorého trecí element z kovokeramického materiálu má vysoký súčiniteľ trenia, dlhú životnosť a nestráca svoju pracovnú schopnosť pod vplyvom vysokých teplôt vznikajúcich najmä pri brzdení koľajových vozidiel idúcich viac ako 160 km/h i vplyvom rôznych poveternostných podmienok. Trecí element je na stykové trecej ploche vybavený rýchlo sa opotrebovávajúcou zábehovou vrstvou na zabránenie nadmerného opotrebenia alebo poškodenia jazdnej plochy kolesa a to najmä po výmene opotrebovanej brzdovej čeľuste za novú. Celkové konštrukčné riešenie brzdovej čeľuste umožňuje eliminovať škodlivý vysokofrekvenčný hluk vznikajúci v okolí kotviacej oblasti, pričom celý kotviaci skelet musí spĺňať požiadavky na pevnosť a spoľahlivosť.

Podstata technického riešenia

Stanovený cieľ je do značnej miery dosiahnutý technickým riešením, ktorým je brzdová čeľusť, určená najmä na brzdový systém koľajových vozidiel, vyberateľné upevniteľná v brzdovej zarážke a pozostávajúca zo vzájomne spojeného kotviaceho skeletu a trecieho elementu vyrobeného z kovokeramického materiálu, keď kotviaci skelet obsahuje kotviacu dosku, ku ktorej sú zo strany kotviacej plochy pripevnené bočné aretačné podložky a centrálne kotviace uško so stredovým otvorom, kde kotviaca doska kotviaceho skeletu je

-5vybavená povlakom na báze medi a s trecím elementom je difúzne prepojená tak, že tvoria jeden kompaktný celok.

Vo výhodnom uskutočnení je trecí element v mieste pracovnej plochy vybavený zábehovou vrstvou zhotovenou z kovokeramického materiálu o hrúbke 1 až 5 mm, kde koeficient trenia materiálu zábehovej vrstvy zodpovedá koeficientu trenia trecieho elementu a jeho tvrdosť dosahuje hodnoty 20 až 80% tvrdosti trecieho elementu.

V optimálnom uskutočnení je kotviaci skelet v oblasti kotviacej plochy osadený antivibračnou zostavou tvorenou aspoň štyrmi antivibračnými segmentmi vo forme pozdĺžnych pásov, ktoré sú situované v miestach kontaktu alebo v časti kontaktu kotviacej dosky so stykovou plochou brzdovej zarážky.

Predkladaným technickým riešením sa dosahuje vyšší účinok v tom, že pomocou nového konštrukčného usporiadania brzdovej čeľuste sa odstráni škodlivý hluk vznikajúci pri brzdení koľajových vozidiel, pričom je zaistená vysoká pevnosť a spoľahlivosť ukotvenia brzdovej čeľuste. Pomocou kovokeramickej zábehovej vrstvy, ktorá má rovnaký koeficient trenia ako kovokeramický trecí element, ale má veľmi vysoký oter, je umožnený rýchly zábeh kontaktnej plochy medzi brzdovým čeľusťami a podvozkovou plochou kolesa.

Zabiehajúca vrstva sa počas niekoľkých brzdení prispôsobí tvaru jazdnej plochy kolesa a brzdová čeľusť tak dosadá celou svojou pracovnou plochou na brzdené koleso, čím sa odstráni nielen hluk vznikajúci nedokonalým dosadnutím brzdovej čeľuste na jazdnú plochu kolesa, ale sa zabráni taktiež nadmerné opotrebovanie a poškodenie jazdnej plochy kolesa vysokým merným tlakom.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Konkrétne uskutočnenie technického riešenia je schematicky znázornené na pripojených výkresoch, kde obr.1 je bočný expolodovaný pohľad na zdržovací brzdový systém, obr.2 je horný pohľad na brzdovú čeľusť,

-6obr.3 je pozdĺžny rez brzdovou čeľusťou a obr.4 je priečny rez brzdovou čeľusťou.

Výkresy, ktoré znázorňujú technické riešenie a následne popísané príklady konkrétneho jeho uskutočnenia v žiadnom prípade neobmedzujú rozsah ochrany uvedený v nárokoch, ale len objasňujú podstatu technického riešenia.

Príklady uskutočnenia

Zdržovací brzdový systém koľajových vozidiel znázornený na obr. 1 pozostáva z brzdovej zarážky 1 kde je vyberateľné upevnená brzdová čeľusť 2, ktorej kotviaca plocha 21 tvarovo zodpovedá stykovej ploche 11 brzdovej zarážky 1_ a pracovná plocha 22 prilieha k podvozkovej ploche 51 brzdeného kolesa 5.

Brzdová čeľusť 2 v základnom uskutočnení podľa obr. 1, obr. 2, obr. 3 a obr. 4 pozostáva z kotviaceho skeletu 23 a kovokeramického trecieho elementu 24, kde kotviaci skelet 23 je tvorený kotviacou doskou 231 realizovanou vo forme plochého v pozdĺžnom smere oblúkovo tvarovaného plechu, ktorý je vybavený neoznačeným povlakom na báze medi, napríklad galvanický pomedený. Táto kotviaca doska 231 kotviaceho skeletu 23 ie s trecím elementom 24 difúzne prepojená tak, že tvoria jeden kompaktný celok, pričom trecí element 24 je v mieste pracovnej plochy 22 brzdovej čeľuste 2 vybavený zábehovou vrstvou 241 vyrobenou taktiež z kovokeramického materiálu. Zo strany kotviacej plochy 21 brzdovej čeľuste 2 je ku kotviacej doske 231 pripevnené, výhodne privarené, centrálne kotviace uško 232 so stredovým otvorom 2321 na vloženie upevňovacieho klinu 4 zabezpečujúceho v brzdovom systéme spriahnutie brzdovej čeľuste 2 a brzdovej zarážky 1_ a dve bočné aretačné podložky 233 na vedenie upevňovacieho klinu 4 i na fixáciu polohy brzdovej čeľuste 2 v neznázomenej pozdĺžnej drážke brzdovej zarážky T Brzdová čeľusť 2 je ďalej zo strany kotviacej plochy 21 v miestach predpokladaného kontaktu, alebo v časti predpokladaného kontaktu kotviacej dosky 231 s brzdovou zarážkou 1, vybavená antivibračnou zostavou 3, ktorej antivibračné segmenty 31 sú umiestnené po okraji kotviacej dosky 231 vo forme štyroch pozdĺžnych pásov.

-7 Výroba brzdovej čeľuste 2 podľa technického riešenia sa uskutočňuje tak, že sa z oceľového pásu vyrobí kotviaca doska 231 kotviaceho skeletu 23 požadovaného rozmeru a tvaru, ktorá má na povrchu vytvorený povlak na báze medi, napríklad sa galvanický pomedí. Pripraví sa kovokeramická zmes, ktorá obsahuje meď, železo, cín, grafit, mullit a ďalšie látky a z tejto zmesi sa lisovaním za studená zhotoví trecí element 24, ktorého zabiehacia vrstva 241 o hrúbke 1 až 5 mm má rovnaký koeficient trenia ako trecí element 2, ale má o 20 až 80% nižšiu tvrdosť, čo po uvedení do prevádzky umožňuje rýchly zábeh pracovnej plochy 22 brzdovej čeľuste 2 s podvozkovou plochou 51 kolesa 5. Pri kompletizácii brzdovej čeľuste 2 sa z vonkajšej strany kovokeramického trecieho elementu 24 priloží pomedená kotviaca doska 231 a pod tlakom v peci sa vykoná spekanie, čím sa vytvorí jeden kompaktný celok, ktorý sa potom lisovaním kalibruje do požadovaných rozmerov. Kompaktným spojením trecieho elementu 24 a kotviacej dosky 231 kotviaceho skeletu 23 je zabránený vznik vnútorných vibrácií brzdovej čeľuste 2, ktoré pri brzdení kolesá 5 spôsobujú nežiaduci hluk. Tento kompaktný celok sa osadí pomocnými kotviacimi členmi tak, že sa z vonkajšej strany kotviacej dosky 231 pomocou zvarov pripevnia dve bočné aretačné podložky 233 i kotviace uško 232 a následne sa vykoná náter oceľových častí. V konečnej fáze je kotviaci skelet 23 v oblasti kotviacej plochy 21 brzdovej čeľuste 2 osadený antivibračnou zostavou 3, ktorej antivibračné segmenty 31 sú situované v miestach kontaktu alebo v časti kontaktu kotviacej dosky 231 so stykovou plochou 11 brzdovej zarážky 1_. Antivibračná zostava 3 umožňuje vymedzenie drobných nerovností medzi brzdovým čeľusťami 2 a brzdovou zarážkou 1_, čo má za následok odstránenie možnosti vzniku hluku v tejto časti brzdového ústrojenstva, pričom antivibračné segmenty 31 sú odolné voči klimatickým podmienkam, teplotám a tlakom vznikajúcim pri brzdení.

Opísané uskutočnenie nie je jedinou možnou konštrukciou brzdovej čeľuste 2 podľa technického riešenia, lebo kotviaci skelet 23 nemusí byť v mieste kotviacej plochy 21 brzdovej čeľuste 2 vybavený antivibračnou zostavou 3. Ďalej trecí element 24 nemusí byť bezpodmienečne vybavený zábehovej vrstvou 241 a kotviaci skelet 23 môže vyť vybavený zosilňujúcim plechom na zvýšenie tuhosti.

-8 Priemyselná využiteľnosť

Brzdová čeľusť je využiteľná ako súčasť brzdového ústrojenstva koľajových vozidiel pri ktorých sú kladené vysoké prevádzkové požiadavky na neprekročenie limitu hluku vznikajúceho pri brzdení, napríklad pre vozidlá určené na prevádzku v uzavretých priestoroch, ako je metro alebo vozidlá dosahujúce vyššiu rýchlosť ako 160 km/h ako sú vlakové súpravy .

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Brzdová čeľusť, určená najmä na brzdový systém koľajových vozidiel, vyberateľné upevniteľná v brzdovej zarážke a pozostávajúca zo vzájomne spojeného kotviaceho skeletu a trecieho elementu vyrobeného z kovokeramického materiálu, keď kotviaci skelet obsahuje kotviacu dosku, ku ktorej sú zo strany kotviacej plochy pripevnené bočné aretačné podložky a centrálne kotviace uško so stredovým otvorom, vyznačujúca sa tým, že kotviaca doska (231) kotviaceho skeletu ( 23) je vybavená povlakom na báze medi a s trecím elementom (24) je difúzne prepojená tak, že tvoria jeden kompaktný celok.
2. 2. Brzdová čeľusť podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že trecí element (24) je v mieste pracovnej plochy (22) vybavený zábehovou vrstvou (241) zhotovenou z kovokeramického materiálu o hrúbke 1 až 5 mm, kde koeficient trenia materiálu zábehovej vrstvy (241) zodpovedá koeficientu trenia trecieho elementu (24) a jeho tvrdosť dosahuje hodnoty 20 až 80% tvrdosti trecieho elementu (24).
3. 3. Brzdová čeľusť podľa niektorého z nárokov 1 a 2, vyznačujúca sa tým, že kotviaci skelet (23) je v oblasti kotviacej plochy (21) osadený antivibračnou zostavou (3).
4. 4. Brzdová čeľusť podľa nároku 3, vyznačujúca sa tým, že antivibračná zostava (3) je tvorená aspoň štyrmi antivibračnými segmentmi (31) vo forme pozdĺžnych pásov, ktoré sú situované v miestach kontaktu alebo v časti kontaktu kotviacej dosky (231) so stykovou plochou (11 ) brzdovej zarážky (1).