UA146704U - Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу - Google Patents

Abstract

Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу складається з композиційного фрикційного елемента, закріпленого на металевому каркасі у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої виконано центральну бобишку з отвором для розміщення чеки, бічні бобишки, засоби для механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, підсилювальну пластину та металеві вставки у композиційний фрикційний елемент. Щонайменше одна металева вставка прикріплена до металевого каркаса шовним зварним з'єднанням, в місцях прилягання кромки вставки до металевого каркаса щонайменше на двох протилежних ребрах кожної вставки. При цьому сумарна довжина шва на одній кромці становить не менше 50 % довжини ребра вставки, а товщина шва складає не менше 2 мм. 12

Description

Корисна модель належить до галузі залізничного транспорту, а саме стосується гальмівних колодок залізничних транспортних засобів.

Відомо, що гальмівні колодки є найважливішим елементом гальмівної системи будь-якого транспортного засобу, від яких залежить ефективність гальмування, що викликає ряд серйозних вимог до якості та характеристик гальмівних колодок, а саме: - наявність стабільного, наперед заданого коефіцієнта тертя у широкому діапазоні швидкостей та сил притискання, що вирішують, як правило, шляхом використання відповідного матеріалу та певних конструкційних рішень; - мінімальний знос на одиницю гальмівного шляху для зниження обсягу робіт із заміни колодок на рухомому складі; - можливість тривалого гальмування без втрати фрикційних властивостей; - відсутність недопустимих теплових та інших впливів на колісну пару або диск, що ушкоджують їх поверхню, що досягається шляхом ефективного тепловідведення від поверхні тертя під час гальмування; - незмінність фрикційних характеристик при потраплянні вологи на колодки; - простота установки при заміні внаслідок зносу або заміні типу гальмівної колодки; - спрощення конструкції самої гальмівної колодки за рахунок використання якомога меншої кількості кріплень, простих та надійних засобів фіксації з метою зниження енергозатрат та зменшення трудомісткості при виготовленні гальмівної колодки, із одночасним збереженням надійності виготовленої колодки при її експлуатації; - відсутність шкідливих для людини продуктів зносу та можливості самозаймання колодок тощо.

Відомо, що колодкові гальма є одними з основних типів гальм, що отримали найширше розповсюдження на залізничних дорогах світу. Принцип дії таких гальм полягає у притисканні колодок до поверхні кочення колеса при гальмуванні. Таким чином, незмінний та основний елемент такого гальма - гальмівна колодка, яка, вступаючи у взаємодію з колесом, створює гальмівну силу, необхідну для регулювання швидкості руху рухомого складу потяга аж до його зупинки.

При цьому при гальмуванні кінетична енергія потяга перетворюється в теплову з високими

Зо значеннями температури. Утворене тепло розсіюється в колодках та колесах, що сприяє їх швидкій руйнації. При цьому залізничні транспортні засоби залежно від типу потяга характеризуються значною вагою та швидкостями, що зумовлюють зростання сили натискання на колодки ії, як наслідок, підвищення їх зносу. Також відомо, що найголовнішим параметром в роботі гальмівної системи є коефіцієнт тертя, значення якого залежать від матеріалу колодки та безпосередньо впливають на зносостійкість та довготривалість роботи колодки. Зі збільшенням швидкості руху і питомого натискання на колодки коефіцієнт тертя може знижуватися.

Першими колодками, які й дотепер досить широко використовуються у залізничному транспорті, є колодки з чавуну. Головною перевагою даних колодок є висока теплопровідність, що забезпечує ефективне відведення тепла з області фрикційного контакту "колодка-колесо", а також відсутність впливу вологи на значення коефіцієнта тертя.

Відомі гальмівні колодки, що випускаються за ГОСТ 1205-73, які виготовлені з чавуну та містять металевий каркас, виконаний у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку та бічні бобишки (ГОСТ 1205-73. Колодки чугунньюе тормознье для вагонов и тендеров железньїх дорог. Конструкция и основнье размерьі. ИПК Издательство стандартов.

Москва).

До недоліків гальмівних колодок з чавуну можна віднести значну залежність коефіцієнта тертя від швидкості руху, що обмежує використання таких колодок швидкостями до 120 км/год. та призводить до необхідності застосування на швидкісному рухомому складі регуляторів сил натискання колодок залежно від швидкості руху; високий рівень шуму при гальмуванні; велика вага (до 16 кг) та швидкий знос чавунних колодок, що потребує більшого обсягу робіт із заміни та регулювання важільних передач.

Сучасним вирішенням даних недоліків є виготовлення колодки з композиційних фрикційних матеріалів. Композиційні гальмівні колодки, порівняно із чавунними колодками, набули значно більш широкого використання, оскільки вони мають більш стабільні значення коефіцієнта тертя, менше зусилля натискання, у декілька разів більш високий термін служби, меншу вагу та вартість, забезпечують безшумне та плавне гальмування потягу, а також, на відміну від чавунних колодок, використовуються при швидкостях до 160 км/год.

Однак при експлуатації композиційних гальмівних колодок можуть виникати окремі дефекти, такі як підвищений знос поверхні кочення колеса, зниження гальмівної ефективності при 60 потраплянні води чи пилу в область тертя тощо. Також такі колодки характеризуються недостатнім відведенням тепла від колеса, що викликає його ушкодження у вигляді наварів, зміщення металу, мікротріщин тощо.

Тому вчені та інженери багатьох країн світу працюють над об'єднанням переваг чавунних та композиційних колодок за рахунок розробки фрикційних композиційних матеріалів колодки та знаходження ефективних конструкційних рішень.

З попереднього рівня техніки відомо багато рішень подолання проблем погіршення роботи колодок, що полягають як у покращенні конструктивних елементів колодки, так і у забезпеченні стабільності фрикційних характеристик робочої поверхні шляхом використання відповідного матеріалу. Так, наприклад, відома гальмівна колодка, фрикційний елемент якої виконаний з композиційного матеріалу та містить металевий каркас, виконаний у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку з отвором для розташування чеки, бічні бобишки та підсилювальну пластину. Підсилювальна пластина являє собою сталеву обміднену полосу, а основна полоса металевого каркаса приварена ззовні до підсилювальної пластини з тильного боку колодки в спеціально виконаних круглих отворах і з обох торців колодки (патент

Ки 2310779С1, від 20.11.2007).

Недоліком зазначеної гальмівної колодки є недостатнє забезпечення термостійкості конструкції через відсутність елементів відводу тепла з зони контакту колодки та колеса, що може призвести до зниження зносостійкості фрикційної поверхні колодки при її експлуатації.

Дана колодка не містить металевої вставки, основною задачею якої і є забезпечення відводу тепла з поверхні тертя, а також забезпечення вигідної обробки поверхні кочення колеса. Крім того, колодка не містить додаткових засобів кріплення фрикційного елемента до металевого каркаса, що може призвести до можливого від'єднання фрикційного елемента в режимах екстреного гальмування.

Однією з найголовніших причин виникнення дефектів у тілі колодки та, як результат, її руйнації, а також виникнення термічних тріщин на поверхні кочення коліс, зносу поверхні кочення коліс є недостатній вивід тепла з зони контакту колодки та колеса. Саме за рахунок утворення термічних тріщин, повзунів, та підвищеного зносу (прокату) поверхні колеса здійснюється нерівномірний знос поверхні кочення коліс. Відомо, що для вирішення даної проблеми до металевого каркаса колодки кріпиться металева вставка, основною задачею якої є

Зо забезпечення достатнього відводу тепла з зони контакту колеса з колодкою, а також забезпечення за рахунок агресивного абразивного ефекту вигідної обробки поверхні кочення колеса шляхом її обточки та шліфування.

Відома гальмівна колодка, яка містить металевий каркас з П-подібним виступом - бобишкою - в центральній його частині, композиційний фрикційний елемент і одну тверду вставку відведення тепла. Тверда вставка розташована в центральній частині колодки і приварена до металевого каркаса. Тверда вставка виконана з високоміцного або ковкого чавуну. Відношення площі робочої поверхні твердої вставки до загальної площі робочої поверхні колодки становить від 4 до 20 95 (пат. КО 2309072 С1 від 27.10.2007).

Недоліком даної гальмівної колодки є те, що встановлене відсоткове відношення площин робочих поверхонь вставки та фрикційного елемента є недостатнім для забезпечення необхідного відводу тепла з зони тертя з одночасним видаленням окремих дефектів на поверхні колеса. Крім того, приварювання вставки з чавуну до металевого каркаса саме у місці його П- подібного виступу збільшує жорсткість каркаса, і, в місці зварного шва, викликає послаблення металевого каркаса, що, в процесі експлуатації, особливо при сильних морозах під дією постійних вібраційних та ударних навантажень, може викликати появу в цьому місці мікротріщин з наступним зламом каркаса та колодки в цілому. Заявлена у патенті колодка не містить також додаткових засобів кріплення фрикційного елемента до металевого каркаса, що може призвести до можливого відриву фрикційного елемента від каркаса в режимах екстреного гальмування.

Відома гальмівна колодка залізничного транспортного засобу, що містить композиційний фрикційний елемент, металевий каркас та тверду вставку, при цьому металевий каркас складається з двох деталей - основної полоси з виступом в центральній її частині та підсилювальної пластини, привареної до основної полоси, а тверда вставка приварена до підсилювальної пластини металевого каркаса в центральній її частині суцільним швом в поздовжньому та/або поперечному напрямку (пат. ВО 2309073 С1 від 27.10.2007).

Недоліком даної гальмівної колодки, як і в попередньому рішенні, є те, що співвідношення площ робочих поверхонь вставки та фрикційного елемента є недостатнім для забезпечення необхідного відводу тепла з зони тертя з одночасним видаленням окремих дефектів на поверхні колеса та не містить додаткових механічних засобів кріплення фрикційного елемента до бо металевого каркаса, що може призвести до можливого від'єднання фрикційного елемента в режимах екстреного гальмування. Крім того, приварювання твердої вставки до підсилювальної пластини в центральній її частині суцільним швом в поздовжньому та/або поперечному напрямку (а не по периметру вставки) є недостатньо надійним та може бути причиною деформування або навіть від'єднання твердої вставки від підсилювальної пластини в умовах екстреного гальмування.

За найближчий аналог заявленої корисної моделі прийнято гальмівну колодку за пат. ОА 11587702, опублікований від 10.01.2018. Гальмівна колодка за даним рішенням складається з композиційного фрикційного елемента, закріпленого на металевому каркасі, який виконано у вигляді вигнутої полоси. На каркасі розташовані центральна бобишка з отвором для розміщення чеки та бічні бобишки, засоби механічного кріплення композиційного фрикційного елементу, підсилювальна пластина та металеві вставки в тіло композиційного фрикційного елемента, зазначені вставки за одним з варіантів виконання прикріплені до металевого каркаса за допомогою різьбового з'єднання, а за іншим варіантом - вставки закріплені на металевому каркасі за допомогою механічного кріплення, виконаного у вигляді висічок, вирубаних у металевому каркасі, та вигнутих країв підсилювальної пластини, які входять у виїмки, виконані на щонайменше одній бічній поверхні вставок. При цьому фрикційний елемент містить поперечні пази, виконані з обох боків кожної вставки таким чином, що вони були обмежені з одного боку бічними поверхнями вставок, а з іншого - поверхнями фрикційного елемента (пат.ОА 1158772 від 10.01.2018).

Недоліком даної гальмівної колодки є те, що у випадку різьбового з'єднання, за вказаних у патенті варіантах розташування з'єднань, в умовах різкого гальмування, існує ймовірність послаблення кріплення металевих вставок на металевому каркасі та в тілі фрикційного елемента за рахунок розхитування болтів, що може бути причиною деформації металевої пластини або металевого каркаса гальмівної колодки, послаблення та/або від'єднання пластини від каркаса, ушкодження шару фрикційного матеріалу та зменшення зносостійкості колодки.

Також недоліком різьбового з'єднання є те, що при несвоєчасній заміні колодки (після досягнення мінімально-допустимої товщини внаслідок зносу в експлуатації) елементи різьбового з'єднання можуть утворити з поверхнею кочення фрикційну пару сталь-сталь, що, вірогідно, призведе до утворення дефектів на поверхні кочення. Крім того, кріплення металевих вставок на поверхні металевого каркаса за допомогою різьбового з'єднання є досить трудомісткою та енерговитратною технологією, і, як наслідок, підвищує вартість виготовлення гальмівної колодки. А у випадку кріплення, виконаного у вигляді висічок, вирубаних у металевому каркасі та вигнутих країв підсилювальної пластини, які входять у виїмки, виконані на щонайменше одній бічній поверхні вставок, можлива деформація частин механічного кріплення наприклад, вигнутих країв підсилювальної пластини в умовах різкого гальмування, та, як наслідок, ушкодження шару фрикційного матеріалу та зменшення зносостійкості колодки.

В основу заявленої корисної моделі поставлена задача підвищити надійність та зносостійкість колодки при її використанні в широкому діапазоні режимів гальмування з одночасним спрощенням її конструкції за рахунок використання якомога простішого способу кріплення металевої вставки до каркаса колодки, що знижує трудомісткість та, відповідно, вартість виготовлення гальмівної колодки, а також забезпечити герметичне сполучення між собою елементів конструкції колодки, що, в свою чергу, сприятиме надійному, плавному руху транспортного засобу та знижуватиме рівень шуму та вібрацій при гальмуванні.

Поставлена задача вирішується тим, що у гальмівній колодці залізничного транспортного засобу, яка складається з композиційного фрикційного елемента, закріпленого на металевому каркасі у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої виконано центральну бобишку з отвором для розміщення чеки, бічні бобишки, засоби для механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, підсилювальну пластину та металеві вставки у композиційний фрикційний елемент, щонайменше одна металева вставка прикріплена до металевого каркаса шовним зварним з'єднанням, в місцях прилягання кромки вставки до металевого каркаса щонайменше на двох протилежних ребрах кожної вставки, причому сумарна довжина шва на одній кромці становить не менше 50 95 довжини ребра вставки, а товщина шва складає не менше 2 мм.

Використання зварного з'єднання зменшує трудомісткість та рівень шуму процесу виготовлення колодки, знижує масу самої конструкції, а також забезпечує герметичність сполучення металевої вставки з каркасом. Крім того, виконання шовного зварного з'єднання металевої вставки з каркасом на щонайменше двох протилежних ребрах кожної вставки таким чином, що сумарна довжина шва на одній кромці становить не менше 50 95 довжини ребра вставки, а товщина шва складає не менше 2 мм, забезпечує міцність сполучення вставки з каркасом при перевищенні максимального значення загального навантаження на 20 95, що, в свою чергу, улюоеможливлює деформування бічної поверхні вставки та пошкодження шару фрикційного матеріалу в умовах різкого гальмування.

При цьому зварне з'єднання виконане методом електродугового зварювання з використанням електродів для чавуну в середовищі з наявністю інертного газу аргону та/або діоксиду вуглецю. Метод електродугового зварювання характеризується простотою регулювання та високою продуктивністю процесу, потребує використання порівняно дешевих витратних матеріалів (зварних електродів), що, в свою чергу знижує трудомісткість та вартість виготовлення гальмівної колодки. А використання таких захисних газів як аргон та діоксид вуглецю ізолює розплавлений метал від газів повітря (кисню та азоту), забезпечує міцність та правильну форму зварного шва, дає можливість досягти стійкості дуги, зменшує розбризкування зварюваного металу тощо.

Можливість здійснення корисної моделі, що характеризується наведеною вище сукупністю ознак, а також можливість реалізації її призначення може бути підтверджена описом конструкції, виконаної відповідно до даного технічного рішення.

Приклад виконання гальмівної колодки відповідно до корисної моделі проілюстровано графічними матеріалами, на яких зображено наступне: фіг. 1 - вигляд металевого каркаса з фіксацією металевої вставки за допомогою зварного з'єднання в повздовжньому перерізі, фіг. 2 - вигляд зверху металевого каркаса колодки з фіксацією металевої вставки за допомогою зварного з'єднання, фіг. З - поперечний переріз з'єднання металевої вставки з каркасом за допомогою зварного шва, фіг. 4 - поздовжній переріз з'єднання металевої вставки з каркасом за допомогою зварного шва.

Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу містить композиційний фрикційний елемент 1, який закріплений на каркасі 2. Металевий каркас 2 виконаний у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку З з отвором для розміщення чеки, та бічні бобишки 4, які служать напрямними чеки. До металевого каркаса 2 в центральній його частині з внутрішньої сторони за допомогою зварювання приєднана підсилювальна пластина 5.

Зо До металевого каркаса 2 з внутрішньої його сторони прикріплені металеві вставки 6, виконані переважно з чавуну. Кріплення металевих вставок б здійснюється за допомогою зварного з'єднання 7.

Оскільки, для забезпечення надійності роботи залізничної гальмівної колодки, важливим фактором є спосіб кріплення металевої вставки до металевого каркаса, суттєвою ознакою корисної моделі, що заявляється, є те, що щонайменше одна металева вставка 6 прикріплена до металевого каркаса 2 шовним зварним з'єднанням 7, в місцях прилягання кромки вставки 6 до металевого каркаса 2 щонайменше на двох протилежних ребрах кожної вставки 6, причому сумарна довжина шва 7 на одній кромці становить не менше 50 95 довжини ребра вставки 6, а товщина шва 7 складає не менше 2 мм.

При цьому зварне з'єднання 7 виконане в середовищі з наявністю інертного газу аргону та/або діоксиду вуглецю за п. 2 формули.

При цьому зварне з'єднання 7 виконане методом електродугового зварювання з використанням електродів для чавуну за п. З формули.

В результаті проведеного моделювання, пов'язаного з впливом способів кріплення вставки до металевого каркаса за рахунок виконання зварного шва різної довжини на загальну зносостійкість, винахідниками встановлено, що важливим є виконання зварного шва такої довжини, яка б забезпечила надійність кріплення вставки до металевого каркаса та унеможливила деформування бічної поверхні металевої вставки та пошкодження шару фрикційного матеріалу в широкому діапазоні режимів гальмування.

В процесі моделювань здійснювалось регулювання сумарної довжини зварного шва на щонайменше двох протилежних ребрах кожної вставки таким чином, що сумарна довжина шва на одній кромці становила 25, 30, 40, 50 та 60 95 довжини ребра вставки. При цьому товщина шва залишалась сталою і складала 2 мм.

Проведені моделювання впливу довжини зварного шва на загальну зносостійкість колодки показали, що серед різноманіття розглянутих варіантів довжини зварного шва винахідниками встановлена необхідність виконання зварного шва на щонайменше двох протилежних ребрах кожної вставки і з сумарною довжиною на одній кромці не менше 50 95 довжини ребра.

Проведені винахідниками експерименти підтверджують те, що кріплення металевої вставки, здійснені зазначеним вище способом, дозволяють достатньою мірою забезпечити ефективне 60 фіксування вставки до металевого каркаса, зменшуючи тим самим можливість від'єднання

(відривання) вставки від каркаса в процесі тривалої експлуатації або в умовах екстреного гальмування, забезпечуючи також стабільність фрикційних характеристик робочої поверхні колодки.

Крім того, використання зварного з'єднання зменшує трудомісткість та рівень шуму процесу виготовлення колодки, знижує масу самої конструкції, а також забезпечує герметичність сполучення металевої вставки до каркаса.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу, яка складається з композиційного 10 фрикційного елемента, закріпленого на металевому каркасі у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої виконано центральну бобишку з отвором для розміщення чеки, бічні бобишки, засоби для механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, підсилювальну пластину та металеві вставки у композиційний фрикційний елемент, яка відрізняється тим, що щонайменше одна металева вставка прикріплена до металевого каркаса шовним зварним 15 з'єднанням, в місцях прилягання кромки вставки до металевого каркаса щонайменше на двох протилежних ребрах кожної вставки, причому сумарна довжина шва на одній кромці становить не менше 50 95 довжини ребра вставки, а товщина шва складає не менше 2 мм.

2. Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу за п. 1, яка відрізняється тим, що зварне з'єднання виконане в середовищі з наявністю інертного газу аргону та/або діоксиду 20 вуглецю.

3. Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу за п. 1, яка відрізняється тим, що зварне з'єднання виконане методом електродугового зварювання з використанням електродів для чавуну. 3 Й -В-- а КУ и ВО и и М и и АВК 0 ОК ди Км ПЕ ке ИН 0 КВ ша ке й ШИ о ИН вени КН ою Фо і ший М і Н і ю МТ, і 5 їв ше ? ВУ- ЕЕ їх / з

Фіг. З 2 4 и ; ї ї і ї Н Н ЩЕ і Н Н ! Ж ЕЕ ДИР Ем Я ; т і - шк ПИ Н кан ШЕ Пане ШЕ і: х А Ба / Є ен і перрі ВЕБ ! зерня і тріть НН ит - цей ен с ше! Є дк о вл

Фіг. 2