тормозная колодка железнодорожного транспортного средства (варианты)

Формула изобретения

1. Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с выступом в центральной его части, композиционный фрикционный элемент и твердую вставку, отличающаяся тем, что колодка снабжена двумя плоскими термоизоляционными элементами, расположенными по обе стороны от вставки между вставкой и фрикционным элементом и перекрывающими их зону контакта внутри колодки по ширине и высоте колодки.

2. Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с выступом в центральной его части, композиционный фрикционный элемент и твердую вставку, отличающаяся тем, что колодка дополнительно снабжена открытыми пазами, расположенными по обе стороны от вставки между вставкой и фрикционным элементом и перекрывающими их зону контакта внутри колодки по ширине и высоте колодки.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к тормозным устройствам, а именно к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств.

Известны тормозные чугунные колодки, в том числе с металлическим каркасом, выпускаемые по ГОСТ 1205-73 "Колодки чугунные тормозные для вагонов и тендеров железных дорог. Конструкция и основные размеры".

Указанные колодки оказывают положительное воздействие на поверхность качения колеса, однако они имеют низкий коэффициент трения и при эксплуатации обеспечивают низкую эффективность торможения, а следовательно, требуют больших усилий натяжения рычажной передачи при торможении, не обеспечивают бесшумного и плавного торможения поезда, имеют большой вес (16 кг), высокий износ и высокую стоимость.

Известное техническое решение используется по тому же назначению, что и заявляемое и имеет общий с ним существенный признак "тормозная колодка".

Известна тормозная композиционная колодка, содержащая фрикционный элемент и металлический (стальной) каркас (Ширяев Б.А. "Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов", Москва, Химия, 1982 г., стр.9-11, 13, 70).

Металлический каркас состоит из одной детали - основной полосы, а иногда из двух деталей: основной полосы и приваренной к ней по внутренней стороне усиленной пластины. Основная полоса каркаса имеет внешний криволинейный контур по периметру готовой колодки, а в центре П-образный или полукруглый выступ, образующий центральную бобышку. Центральная бобышка каркаса снабжена отверстиями под чеку (металлическую скобу). На основной пластине каркаса расположены также две боковые бобышки, служащие направляющими для чеки. Центральная бобышка служит для крепления тормозной колодки в тормозном башмаке посредством чеки, а направляющие (боковые бобышки) упрощают монтаж чеки.

Усилительная пластина применяется для придания дополнительной жесткости каркасу и повышения надежности крепления каркаса с фрикционным элементом.

Усилительная пластина снабжена отверстиями для приваривания к основной полосе, а также для затекания фрикционной смеси при формовании с целью повышения крепления с фрикционным элементом.

На основной полосе также могут вырубаться отверстия и/или полуотверстия с отгибанием невырубленной части отверстий внутрь колодки с получением шипов для затекания в отверстия фрикционной массы при формовании и улучшении крепления с фрикционным элементом.

Тормозные композиционные колодки по сравнению с чугунными получили значительно более широкое применение, так как они имеют более высокий коэффициент трения, меньшее усилие нажатия и износостойкость, в несколько раз более высокий срок службы, меньший вес, стоимость, а также обеспечивают бесшумное и плавное торможение поезда.

Однако при эксплуатации тормозных композиционных колодок могут возникать отдельные дефекты, в том числе термические трещины на поверхности качения колес, износ поверхности качения колес, снижение тормозной эффективности колодок при попадании воды в зону трения (дождь, снег), а также при наличии угольной или торфяной пыли и листьев на поверхности рельса.

Существенные признаки тормозной композиционной колодки "фрикционный элемент", металлический каркас в виде "изогнутой основной полосы с П-образным или полукруглым выступом, образующим центральную бобышку, снабженную отверстиями под чеку, и боковые бобышки" - направляющие для чеки, а также "усилительная пластина", приваренная к внутренней стороне основной полосы, являются общими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Наиболее близким аналогом заявляемой колодки является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства по заявке №2005133046/22 (037001) от 26.10.2005 (решение о выдаче патента на полезную модель от 16.01.2006).

Рассматриваемая тормозная колодка содержит металлический стальной каркас, композиционный фрикционный элемент и твердую вставку из чугуна. Металлический каркас состоит из одной детали - основной полосы, и имеет П-образный выступ, образующий центральную бобышку. По обеим сторонам П-образного выступа, за ним с внутренней стороны основной полосы к ней приварена по ширине колодки твердая вставка из чугуна, представляющая в продольном сечении колодки трапецеидальную форму.

Существенные признаки известной колодки "металлический каркас", "композиционный фрикционный элемент" и "твердая вставка" являются общими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Колодка по наиболее близкому аналогу обеспечивает сохранение поверхности качения колеса, а следовательно, повышенный срок службы колеса при сохранении повышенного срока службы колодок, а также обеспечивает стабильность и эффективность торможения при обычных и тяжелых условиях эксплуатации.

Однако рассматриваемая по наиболее близкому аналогу тормозная колодка имеет недостатки.

Уже в процессе изготовления (вулканизации и термообработки) тормозной колодки в теле фрикционного композиционного элемента возникают термические трещины. При эксплуатации колодки происходит постепенное обгорание фрикционного композиционного элемента, примыкающего к чугунной вставке. Это снижает надежность колодки. Основной причиной дефектов является значительная разница физико-механических свойств чугуна и композиционного материала, прежде всего термостойкости, теплопроводности, теплопередачи, расширения при нагревании, прочности и других.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности колодки изменением ее конструкции для повышения термостойкости путем предотвращения возникновения термических трещин в теле фрикционного элемента и его обгорания в месте контакта с чугунной вставкой при изготовлении и эксплуатации.

Для решения поставленной задачи применяют тормозную колодку, содержащую композиционный фрикционный элемент, металлический каркас с выступом в центральной части и твердую вставку. Вставка в продольном сечении обычно может иметь форму прямоугольника, квадрата, трапеции с прямым или радиусными основаниями или другую форму. Поперечное сечение вставки имеет форму, не отличающуюся от формы колодки в поперечном сечении, но обычно имеющую чуть меньшую ширину и высоту. Вставка выполнена из твердого металла, предпочтительно чугуна, и крепится к каркасу по двум сторонам выступа с помощью сварки.

Вариантом заявляемой колодки является колодка, дополнительно снабженная двумя плоскими термоизоляционными элементами, расположенными по обе стороны от вставки между вставкой и фрикционным элементом и перекрывающими их зону контакта внутри колодки по ширине и высоте колодки. Элементы выполнены из материала, имеющего более высокую термостойкость, меньшую теплопроводность и меньшую прочность, чем фрикционный элемент и материал вставки (термические асбестовый и безасбестовый картон и бумага, слюда, и другие материалы).

Другим вариантом заявляемой колодки является колодка, выполненная со специальными открытыми пазами, заполненными воздухом. Пазы расположены по обе стороны от вставки между вставкой и фрикционным элементом и перекрывают их зону контакта внутри колодки по ширине и высоте колодки.

Паз формируют специальные пластины. Пластины изготавливают из металла, обработанного с обеих сторон специальными веществами, исключающими прилипание или приформовывание их к фрикционному элементу (например, стеаратом кальция). Такие пластины вынимают из колодки при изготовлении после термообработки. Пластины могут быть также изготовлены из материала, имеющего значительно меньшую термостойкость и прочность, чем твердая вставка и фрикционный элемент (например, полиграфическая бумага или упаковочный картон). Такие пластины выгорают в процессе эксплуатации колодки и также образуют паз между вставкой и фрикционным элементом.

Существенные признаки заявляемой тормозной колодки "два плоских термоизоляционных элемента" и "два открытых паза", которые "расположены по обе стороны от вставки между вставкой и фрикционным элементом и перекрывают их зону контакта внутри колодки по ширине и высоте колодки", являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.

Технология изготовления колодки несложная и предусматривает следующие этапы:

- изготовление (отливка) чугунной вставки;

- изготовление (штамповка) стального каркаса;

- приваривание вставки к каркасу;

- изготовление фрикционной композиционной смеси;

- укладка в пресс-форму металлического каркаса с приваренной вставкой, термоизоляционных элементов или специальных пластин и навески фрикционной композиционной смеси;

- формование колодки в пресс-форме под давлением с последующей вулканизацией;

- выемка специальных стальных пластин в случае их применения.

На фиг.1 представлена тормозная колодка, снабженная дополнительными термоизоляционными элементами, где:

1 - металлический каркас,

2 - выступ,

3 - отверстие под чеку,

4 - полимерный фрикционный элемент,

5 - твердая вставка,

6 - место сварки каркаса и вставки,

7 - термоизоляционные элементы.

На фиг.2 представлена заявляемая тормозная колодка, снабженная специальным пазом для равномерного распределения тепла, где:

1 - металлический каркас,

2 - выступ,

3 - отверстие под чеку,

4 - полимерный фрикционный элемент,

5 - твердая вставка,

6 - место сварки каркаса и вставки,

8 - открытые пазы.

Выполнение тормозной колодки с плоскими термоизоляционными элементами или со специальными пазами, заполненными воздухом, позволяет уменьшить передачу тепла от чугунной вставки к фрикционному элементу и, следовательно, уменьшить температуру в зоне контакта вставки и фрикционного элемента, что исключает возникновение термических трещин уже на стадии изготовления колодки и обгорание фрикционного элемента в процессе эксплуатации. Тем самым заявляемое техническое решение позволяет значительно повысить надежность конструкции тормозной колодки.