тормозная колодка железнодорожного транспортного средства

Формула изобретения

Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас в виде основной полосы с П-образным выступом в центральной его части, с двумя боковыми бобышками и фрикционный металлокерамический элемент, отличающаяся тем, что металлический каркас снабжен усилительной пластиной, представляющей собой стальную омедненную полосу, равную по длине и ширине тыльной стороне фрикционного металлокерамического элемента и плотно соединенную с ним путем спекания с ним под давлением в печи, а основная полоса металлического каркаса с П-образным выступом в центральной его части приварена снаружи к усилительной пластине с тыльной стороны колодки в специально выполненных для этой цели в основной полосе металлического каркаса круглых отверстиях и с обоих торцов колодки.

Описание изобретения к патенту

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

Конструкция колодочного тормоза основана на использовании поверхности катания колеса в паре трения с тормозной колодкой, что оказывает очищающее и полирующее воздействие на поверхность колеса.

Тормозные колодки имеют достаточно большую толщину от 50 до 60 мм, устанавливаются в тормозные башмаки и контактируют с внутренними их поверхностями, в том числе по радиусу 560 мм и другим. Башмаки тормозные изготавливаются, например, по ГОСТ 3269-78 и ГОСТ 12.04-67.

В настоящее время изготавливаются и эксплуатируются три основных типа тормозных колодок, каждый из которых, ввиду особенностей используемого материала и технологии, имеет свою конструкцию.

Известны тормозные чугунные колодки, в том числе с металлическим каркасом, выпускаемые из серого и фосфористого чугуна по ГОСТ 1205-73 «Колодки чугунные тормозные для вагонов и тендеров железных дорог. Конструкция и основные размеры». Согласно указанному стандарту колодки чугунные тормозные изготавливаются путем литья из чугуна в формы и имеют на тыльной нерабочей стороне центральную бобышку с отверстием под чеку (стальную скобу) для крепления колодки в тормозном башмаке и две боковые бобышки, служащие направляющими для чеки, а также для фиксации колодки в продольном пазу тормозного башмака. При этом, согласно чертежам №1, 2, 3 стандарта, колодки тормозные чугунные могут изготавливаться трех конструкций: «колодка тормозная без скобы», представляющая собой единую чугунную отливку, а также «колодка тормозная со скобой» и «колодка тормозная с металлическим каркасом», в которых в теле колодки залиты соответственно: «скоба» из стальной пластины в центральной бобышке или металлический каркас с центральным П-образным выступом из стальной пластины.

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

Указанные колодки оказывают положительное воздействие на поверхность качения колеса, однако они имеют низкий и нестабильный коэффициент трения при изменении скорости, вызывают значительный износ поверхности колес 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, высокую стоимость.

Конструкция тормозной колодки с металлическим каркасом является наиболее прочной и надежной, но и наиболее дорогой и сложной в изготовлении.

Известна тормозная композиционная колодка, содержащая фрикционный композиционный элемент и металлический (стальной) каркас (Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», Москва, Химия, 1982 г., стр.9-14, 70, 71).

Металлический каркас состоит из одной детали - основной полосы, а иногда из двух деталей: основной полосы и приваренной к ней по внутренней стороне усилительной 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. На основной пластине каркаса расположены также две боковые бобышки, служащие направляющими для чеки и одновременно для фиксации колодки в пазу башмака. Центральная бобышка служит для крепления тормозной колодки в тормозном башмаке посредством чеки (стальной скобы), а внутренние направляющие боковых бобышек упрощают монтаж чеки, а наружные направляющие фиксируют колодку в продольном пазу тормозного башмака.

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

Усилительная пластина вырубается из стальной полосы шириной, равной основной полосе, в виде удлиненного восьмиугольника, а ее кромки по длине и ширине загибаются при штамповке в сторону рабочей поверхности колодки, образуя ребра жесткости.

Усилительная пластина снабжена четырьмя крупными отверстиями для приваривания к основной полосе, а также двумя для затекания фрикционной смеси при формовании с целью повышения 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.

Кроме того, известные в настоящее время тормозные композиционные колодки не применяются при скоростях выше 160°С, так как при этом на поверхности тормозных колодок возникают повышенные температуры, при которых колодки теряют работоспособность.

Существенные признаки тормозной композиционной колодки: «фрикционный элемент», металлический каркас в виде «изогнутой основной полосы с П-образным выступом, снабженным отверстиями под чеку, и с двумя боковыми бобышками», а также «усилительная пластина, приваренная к основной полосе», являются общими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Известны фрикционные металлокерамические колодки, которые стали применяться в последнее время в связи с возросшими требованиями к тормозным колодкам, прежде всего с увеличением скоростей и нагрузок.

Из фрикционных металлокерамических материалов наибольшее применение получили медьсодержащие фрикционные материалы и изготовленные из них тормозные металлокерамические железнодорожные колодки.

Медьсодержащие металлокерамические тормозные колодки по сравнению с металлокерамическими колодками на железной основе имеют меньшую прочность, выдерживают меньшую нагрузку.

Однако медьсодержащие тормозные колодки имеют меньший износ и не оказывают агрессивного воздействия на площадь катания колеса.

Фрикционные медьсодержащие металлокерамические материалы получают спеканием смеси исходных порошков в жаростойких формах в виде отдельных заготовок, изготовленных методом холодного формования, либо спеканием вместе со стальной омедненной пластиной или каркасом.

Наиболее близким аналогом являются вагонные тормозные колодки со стальным литым каркасом и вставками из чугунно-керамического материала по авторскому свидетельству СССР №141172 (18d, 1 ₂₀; 18d, 2₃₀, 1961 г.). Для крепления колодки в тормозном башмаке каркас снабжен П-образным выступом в центральной части и двумя боковыми бобышками.

Существенные признаки известных колодок: «металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части» и «фрикционный элемент из металлокерамического материала» являются общими с существенными признаками заявляемой колодки.

Известны тормозные колодки, содержащие металлический каркас и фрикционный металлокерамический элемент, в которых фрикционный металлокерамический элемент выполнен в виде отдельных пластин, которые прикреплены к каркасу винтами, заклепками, зажимами. Очень тонкие фрикционные элементы могут соединяться со стальной основой лаком или специальным клеем. См. «Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы». Под редакцией В.Шатта. Перевод с немецкого. Москва, Металлургия, 1983, стр.249, 260, 261.

Фрикционный металлокерамический элемент (слой) получают спеканием под давлением 10-40 н/см² со стальной пластиной (основой или каркасом), которую для качественного соединения с фрикционным элементом (слоем) предварительно обезжиривают, пескоструят, омедняют.

Существенные признаки известных колодок: «металлический каркас» и «фрикционный металлокерамический элемент» являются общими с существенными признаками заявляемой колодки и широко применяются для дискового тормоза железнодорожных транспортных средств.

Тормозные металлокерамические колодки для колодочного тормоза, содержащие фрикционный металлокерамический элемент и омедненный металлический каркас в виде основной полосы с П-образным выступом в центральной ее части и с двумя боковыми бобышками, также могут получать путем спекания.

Однако ввиду постоянных вибраций и нажатий на колодку при торможении в процессе эксплуатации данная конструкция колодки недостаточно прочна и надежна, т.к. в основании П-образного выступа основной полосы металлического каркаса она не соединена с фрикционным металлокерамическим элементом. Площадь соединения основной полосы металлического каркаса меньше площади тыльной стороны колодки на площадь П-образного выступа и пропорционально разнице этих площадей меньше сцепление каркаса с фрикционным металлическим элементом. Кроме того, наличие П-образного выступа в колодке увеличивает необходимые для спекания габариты печи и усложняет технологию проведения операции спекания под давлением, направленным с тыльной стороны колодки перпендикулярно к ней в сторону рабочей поверхности колодки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение прочности и надежности тормозной металлокерамической колодки за счет повышения площади спекания металлического каркаса с фрикционным металлокерамическим элементом и улучшения технологии проведения операции спекания при высокой температуре в печи под давлением.

Поставленную задачу решает тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас с П-образным выступом в центральной его части с двумя боковыми бобышками и фрикционный металлокерамический элемент. Металлический каркас колодки дополнительно снабжен усилительной пластиной, которая представляет собой стальную омедненную полосу, равную или близкую по длине и ширине тыльной стороне фрикционного металлокерамического элемента. Усилительная пластина соединена с металлокерамическим фрикционным элементом путем спекания с ним под давлением в печи. Основная полоса металлического каркаса приварена в центральной его части снаружи к усилительной пластине с тыльной стороны колодки в специально выполненных для этой цели в основной полосе металлического каркаса круглых отверстиях и с обоих торцов колодки.

Существенные признаки заявляемой тормозной колодки: «металлический каркас колодки снабжен усилительной пластиной, которая представляет собой стальную омедненную полосу, равную по длине и ширине тыльной стороне фрикционного металлокерамического элемента»; «усилительная пластина соединена с металлокерамическим фрикционным элементом путем спекания с ним под давлением в печи»; «основная полоса металлического каркаса приварена к центральной его части снаружи к усилительной пластине в специально выполненных для этой цели в основной полосе круглых отверстиях, а также с обоих торцов колодки» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.

Технология изготовления колодок предусматривает следующие этапы:

- изготовление (штамповка) основной полосы металлического каркаса из стальной полосы;

- изготовление и омеднение усилительной пластины из стальной полосы;

- навеска порошков и смешение порошков металлокерамической смеси;

- холодное формование фрикционного металлокерамического элемента;

- спекание фрикционного металлокерамического элемента с усилительной омедненной стальной пластиной в печи под давлением;

- ковка (калибровка) спеченной заготовки с усилительной пластиной;

- приварка усилительной пластины фрикционного металлокерамического элемента к основной полосе металлического каркаса.

Для изготовления фрикционного элемента используют металлокерамический материал, содержащий медный порошок, железный порошок, порошок олова, графит, глинозем и другие вещества.

На чертеже представлена тормозная колодка железнодорожного средства, где:

1 - каркас;

2 - омедненная усилительная пластина;

3 - фрикционный металлокерамический элемент.

Выполнение тормозной колодки железнодорожных транспортных средств предлагаемой конструкции согласно предложенной технологии увеличивает прочность и надежность тормозной металлокерамической колодки и позволяет упростить и улучшить технологию операции спекания в печи под давлением.