UA146715U - Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу - Google Patents

Abstract

Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу містить композиційний фрикційний елемент, закріплений на металевому каркасі, виконаному у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку, з отвором для розміщення чеки, та бічні бобишки, засоби механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, підсилювальну пластину та щонайменше одну металеву вставку у композиційний фрикційний елемент. Щонайменше одна металева вставка прикріплена до металевого каркаса за допомогою заклепкового з'єднання, причому відстань від торцевого краю металевої вставки до осі, щонайменше однієї заклепки заклепкового з'єднання, дорівнює щонайменше двом діаметрам заклепки, при діаметрі 6-30 мм.

Description

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

Загальновідомо, що надійна робота гальмівного обладнання дозволяє підвищити швидкість та безпеку руху будь-якого транспортного засобу, в тому числі залізничного. Використання передових технологій, особливо в гальмівній системі, сприяє ресурсозбереженню при експлуатації рухомого складу. При цьому від матеріалу і конструкційних особливостей гальмівних колодок значною мірою залежить ефективність роботи всієї гальмівної системи.

Перед виробниками гальмівних колодок для залізничного транспорту зазвичай постають наступні задачі: - забезпечення стабільності фрикційних характеристик робочої поверхні колодки в різних режимах гальмування та в широкому діапазоні швидкостей одночасно з досягненням достатньої зносостійкості, що вирішують, як правило, шляхом використання відповідного матеріалу та певних конструкційних рішень, - забезпечення достатнього тепловідведення від поверхні колеса під час гальмування для запобігання виникненню дефектів на поверхні колеса, - спрощення конструкції гальмівної колодки за рахунок використання якомога меншої кількості кріплень, простих та надійних засобів фіксації окремих елементів колодки, для зниження енергозатрат та зменшення трудомісткості при виготовленні гальмівної колодки, із одночасним збереженням надійності виготовленої колодки при її експлуатації, запобігання деформації та/або відриву окремих її частин в умовах екстреного гальмування.

Відомо, що при гальмуванні кінетична енергія потягу перетворюється в теплову з високими значеннями температури. Утворене тепло розсіюється в колодках та колесах, що сприяє їх швидкій руйнації. При цьому залізничні транспортні засоби залежно від типу потягу 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 знаходять досить широке застосування у залізничному

Зо транспорті, були колодки з чавуну. Чавунні стандартні колодки застосовують на пасажирських вагонах, швидкість руху яких не перевищує 120 км/год., і локомотивах. Головною перевагою таких 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).

Недоліки даних колодок полягають у тому, що вони мають суттєво нестабільний коефіцієнт тертя, що знижується зі зростанням швидкості, що призводить до необхідності застосування на швидкісному рухомому складі регуляторів сил натиснення колодок залежно від швидкості руху.

Крім того, чавунні колодки швидко зношуються, мають велику вагу, характеризуються високим рівнем шуму при гальмуванні та вимагають великого обсягу робіт по заміні та регулюванню.

Сучасним вирішенням зазначених вище недоліків є виготовлення колодки з композиційних фрикційних матеріалів. Композиційні гальмівні колодки, порівняно із застарілими чавунними колодками, набули значно більш широкого використання, оскільки вони в 3-5 разів більш зносостійкі, ніж чавунні, що відповідно знижує обсяг робіт по їх заміні і регулюванню, і мають підвищену стабільність коефіцієнта тертя щодо швидкості руху. Це забезпечує більш стабільну гальмівну ефективність, полегшує гальмівну передачу і зменшує обсяги стисненого повітря, витрачені на гальмування, завдяки зниженим зусиллям, що розвиваються в ній, поліпшує керованість потягів і невичерпність їх гальмівних систем. Крім того, композиційні гальмівні колодки забезпечують більш плавне й тихе гальмування та використовуються на всіх вантажних, а також на пасажирських вагонах, при швидкостях до 160 км/год. Також композиційні колодки легші чавунних (приблизно в З рази).

Однак при експлуатації композиційних гальмівних колодок можуть виникати окремі дефекти, такі як підвищений знос поверхні кочення колеса, зниження гальмівної ефективності при потраплянні води чи пилу в область тертя тощо. Також недоліком таких колодок є недостатнє відведення тепла від колеса і, як наслідок, несприятливі температурні режими на поверхні бо кочення колеса, що викликають його ушкодження у вигляді наварів, зсувів металу, мікротріщин тощо.

Тому одним з головних задач вчених та інженерів багатьох країн стало об'єднання переваг чавунних та композиційних колодок за рахунок розробки фрикційних композиційних матеріалів для колодок 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 (пат.

КИ2310779С1 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 металеву вставку, 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 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 забезпечення достатнього відводу тепла з зони контакту колеса з колодкою, а також

Зо 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. КО2309072 С1 від 27.10.2007).

Недоліком даної гальмівної колодки є те, що встановлене відсоткове відношення 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. 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, викликає появу в цьому місці мікротріщин з наступним зламом каркаса та колодки в цілому. Колодка також характеризується відсутністю елементів конструкції, за допомогою яких відбувалось би відведення продуктів гальмування.

Крім того, колодка не містить додаткових засобів кріплення фрикційного елемента до металевого каркаса, що може призвести до можливого відриву фрикційного елемента від каркаса в режимах екстреного гальмування.

Також відома гальмівна колодка, яка містить композиційний фрикційний елемент, закріплений на металевому каркасі, виконаному у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку з отвором для розташування чеки, тверду вставку. За першим варіантом виконання колодка додатково забезпечена двома плоскими термоіїзоляційними елементами, розташованими по обидві сторони від вставки між вставкою і фрикційним елементом. Колодка за другим варіантом здійснення забезпечена відкритими пазами, розташованими по обидві сторони від вставки між вставкою і фрикційним елементом (пат. КО2309074С1 від 27.10.2007).

Недоліком даної гальмівної колодки, як і в попередньому аналогу, є те, що співвідношення площ робочих поверхонь вставки та фрикційного елемента є недостатнім для забезпечення 60 необхідного відводу тепла з зони тертя з одночасним видаленням окремих дефектів на поверхні колеса та не містить додаткових механічних засобів кріплення фрикційного елемента до металевого каркаса, що може призвести до можливого від'єднання фрикційного елемента в режимах екстреного гальмування.

Дані недоліки вирішуються шляхом збільшення контактної площі металевих вставок з фрикційним елементом та зміна способу кріплення їх до металевого каркаса, як наприклад розкрито в пат. ОА115877С2, опублікований від 10.01.2018, прийнятому за найближчий аналог заявленої корисної моделі.

Гальмівна колодка за даним аналогом складається з композиційного фрикційного елемента, закріпленого на металевому каркасі, який виконаний у вигляді вигнутої полоси. На каркасі розташовані центральна бобишка з отвором для розміщення чеки та бічні бобишки, засоби механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, 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.

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 розкручування 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.

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. У випадку кріплення, виконаного у вигляді висічок, вирубаних у металевому каркасі та вигнутих країв підсилювальної пластини, які входять

Зо 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 простих за будовою засобів кріплення металевої вставки до каркаса колодки, розташованих на визначеній відстані від (торцевого краю) металевої вставки.

Поставлена задача вирішується тим, що у гальмівній колодці залізничного транспортного засобу, яка містить композиційний фрикційний елемент, закріплений на металевому каркасі, виконаному у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку з отвором для розміщення чеки та бічні бобишки, засоби механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, підсилювальну пластину та щонайменше одну металеву вставку у композиційний фрикційний елемент, згідно з корисною моделлю, вставка прикріплена до металевого каркаса за допомогою заклепкового з'єднання у вигляді сталевої напівпустотілої або пустотілої заклепки, причому відстань від торцевого краю металевої вставки до осі щонайменше однієї заклепки заклепкового з'єднання дорівнює щонайменше двом діаметрам заклепки, при діаметрі 6-30 мм.

Використання заклепкового з'єднання забезпечує надійне і водночас просте приєднання металевої вставки до каркаса, оскільки заклепкове з'єднання не розкручується як гвинтове та характеризується високою стійкістю в умовах ударних та вібраційних навантажень. Крім того, зазначене вище розташування заклепкового з'єднання є важливим фактором, що забезпечує центрування кріплення вставки до металевого каркаса та улоеможливлює деформування бічної поверхні вставки та пошкодження шару фрикційного матеріалу в широкому діапазоні режимів гальмування.

В одному з окремих випадків реалізації заявленої корисної моделі, в центрі симетрії суміжної з каркасом поверхні вставки розташовано одну заклепку діаметром 27-30 мм, що є достатнім і необхідним для забезпечення ефективного фіксування вставки до металевого каркаса. бо Для забезпечення фіксації вставки на металевому каркасі, згідно з іншим варіантом реалізації корисної моделі, можуть бути використані також два елементи заклепкового з'єднання з діаметром в діапазоні 10-27 мм, рівновіддалені від центру симетрії поверхні вставки, що суміжна з каркасом, або три елементи заклепкового з'єднання з діаметром 6-9 мм, розташовані в ряд, що, при збереженні відстані від торцевого краю металевої вставки до осі щонайменше однієї заклепки, що дорівнює щонайменше двом діаметрам заклепки, забезпечує ефективне фіксування вставки до металевого каркаса

Крім того, за одним із варіантів виконання корисної моделі, додатково для фіксації з'єднання можуть бути використані також металеві штифти.

Можливість здійснення корисної моделі, що характеризується наведеною вище сукупністю ознак, а також можливість реалізації його призначення і може бути підтверджена описом конструкції, виконаної у відповідності з даними корисної моделі.

Приклад виконання гальмівної колодки, відповідно до корисної моделі, проілюстровано кресленнями, на яких зображено наступне: - фіг. 1 - загальний вигляд в аксонометрії гальмівної колодки з фіксацією металевої вставки за допомогою двох заклепок; - фіг. 2 - вигляд повздовжнього перерізу металевого каркаса з фіксацією металевої вставки за допомогою заклепок; - фіг. З - вигляд зверху металевого каркаса колодки з фіксацією металевої вставки за допомогою двох заклепок; - фіг. 4 - поперечний переріз з'єднання металевої вставки з каркасом за допомогою двох заклепок; - фіг. 5 - вигляд зверху металевого каркаса з фіксацією металевих вставок за допомогою трьох заклепок; - фіг. 6 - поперечний переріз з'єднання металевої вставки з каркасом за допомогою трьох заклепок.

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 слугують напрямними чеки. До металевого каркаса 2 в центральній його

Зо частині з внутрішньої сторони, за допомогою зварювання, приєднана підсилювальна пластина 5. До металевого каркаса 2 з внутрішньої його сторони прикріплені металеві вставки 6, виконані переважно з чавуну. Кріплення металевих вставок 6 здійснюється за допомогою заклепкового 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 за допомогою заклепкового з'єднання 7, причому відстань від торцевого краю металевої вставки Є до осі щонайменше однієї заклепки заклепкового з'єднання 7 дорівнює щонайбільше двом діаметрам заклепки, при діаметрі 6-30 мм.

В результаті проведеного моделювання, пов'язаного з впливом способів кріплення вставки до металевого каркаса за рахунок різних варіантів розташування заклепкових з'єднань в конструкції колодки на загальну зносостійкість, винахідниками встановлено, що важливим є таке розташування заклепкового з'єднання відносно торцевого краю металевої вставки, яке б забезпечило надійність кріплення вставки до металевого каркаса та унеможливило деформування бічної поверхні металевої вставки та пошкодження шару фрикційного матеріалу в широкому діапазоні режимів гальмування.

В процесі моделювань здійснювалось регулювання розміщення заклепкового з'єднання на відстані, що дорівнювала0,50,10,1,50 та 2 О від осі заклепки до торцевого краю металевої вставки. Проведені моделювання впливу розміщення заклепкового з'єднання на загальну зносостійкість колодки показали, що серед різноманіття розглянутих варіантів розміщення заклепкового з'єднання винахідниками встановлена необхідність його розташування саме на відстані від торцевого краю металевої вставки до осі заклепки, що дорівнює щонайменше двом діаметрам заклепки.

При цьому для з'єднання можуть використовувати сталеві напівпустотілі або пустотілі заклепки.

Для кріплення щонайменше однієї металевої вставки 6 до металевого корпусу достатньо однієї заклепки з діаметром 27-30 мм, або двох заклепок з діаметром 10-27 мм, або трьох заклепок з діаметром 6-9 мм.

Проведені винахідниками експерименти підтверджують те, що кріплення металевої вставки, 60 здійснені в перелічені способи, дозволяють достатньою мірою забезпечити ефективне фіксування вставки до металевого каркаса, зменшуючи тим самим можливість від'єднання вставки від каркаса в процесі тривалої експлуатації або в умовах екстреного гальмування, забезпечуючи також стабільність фрикційних характеристик робочої поверхні колодки.

Крім того, використання досить простого за конструкцією заклепкового з'єднання знижує енергозатрати, збільшує швидкість операції і зменшує трудомісткість, та, відповідно, вартість процесу виготовлення гальмівної колодки.

Claims (5)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 1. Гальмівна колодка залізничного транспортного засобу, яка містить композиційний фрикційний елемент, закріплений на металевому каркасі, виконаному у вигляді вигнутої полоси, на поверхні якої розташовано центральну бобишку, з отвором для розміщення чеки, та бічні бобишки, засоби механічного кріплення композиційного фрикційного елемента, підсилювальну пластину та щонайменше одну металеву вставку у композиційний фрикційний елемент, яка 15 відрізняється тим, що щонайменше одна металева вставка прикріплена до металевого каркаса за допомогою заклепкового з'єднання, причому відстань від торцевого краю металевої вставки до осі щонайменше однієї заклепки заклепкового з'єднання дорівнює щонайменше двом діаметрам заклепки, при діаметрі 6-30 мм.
2. 2. Гальмівна колодка за п. 1, яка відрізняється тим, що для з'єднання використовують стальні 20 напівпустотілі або пустотілі заклепки.
3. 3. Гальмівна колодка за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково для фіксації з'єднання використовують металеві штифти.
4. 4. Гальмівна колодка за п. 1, яка відрізняється тим, що для кріплення щонайменше однієї металевої вставки використано одну заклепку з діаметром 27-30 мм, розташовану в центрі 25 симетрії поверхні вставки, суміжної з каркасом.
5. 5. Гальмівна колодка за п. 1, яка відрізняється тим, що для кріплення однієї вставки використано дві заклепки, діаметром 10-27 мм, рівновіддалені від центру симетрії поверхні вставки, суміжної з каркасом.

   б. Гальмівна колодка за п. 1, яка відрізняється тим, що для кріплення однієї вставки Зо використано три заклепки, діаметром 6-9 мм, розташовані в ряд. 7 З й ї Д і 2 ІЙ / 4 НІ і : г: Н й і / І Н 7 Їй ще переве д й Млин Н і І М шани нн о НИ ії р НК ЛІНІ с ій Ж ас ря ці Ї Ї п ис но г Щ В 5 пн КПА Оті ї . в й Ця ї. І р, БЖ Н у - 7 ! у пк в! 1 Її - -

   Фіг. 1