тормозная колодка железнодорожного транспортного средства

Формула изобретения

Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас и закрепленный на нем композиционный полимерный фрикционный элемент, выполненный из материала, содержащего стальные частицы в виде волокон, отличающаяся тем, что материал фрикционного элемента содержит дополнительно железный порошок и концентрат железорудный в виде порошка, а общее содержание железосодержащих компонентов составляет 40÷70 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и касается тормозных колодок железнодорожных транспортных средств.

Известны тормозные колодки из композиционных материалов для железнодорожных вагонов (см. Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», Москва, Химия, 1982 г., с.10÷18). Колодки содержат полимерный композиционный фрикционный элемент, закрепленный на металлическом каркасе. В рецептурный состав одного из материалов (8-1-66, новое название ТИИР-300) композиционного фрикционного элемента, который нашел наиболее широкое применение для изготовления тормозных колодок для грузовых железнодорожных вагонов и применяется в настоящее время, входят следующие компоненты: связующее - каучук СКД, вулканизующий агент - сера, ускорители процесса вулканизации - 2-меркаптобензтиазол и тиурам Д, наполнители - баритовый концентрат, технический углерод и армирующий волокнистый наполнитель - асбест.

Существенный признак известных тормозных изделий «композиционный фрикционный элемент» и «металлический каркас» является общим с существенными признаками заявляемой колодки.

Недостатками известных тормозных колодок являются низкая теплопроводность, недостаточная стабильность коэффициента трения и большой износ тормозной колодки и контртела - колеса в процессе эксплуатации.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является колодка, полимерный композиционный фрикционный элемент которой содержит стальные частицы (волокна) (патент США №4373038, МПК C08J 9/06, 1983 г.).

Существенный признак наиболее близкого аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент со стальными частицами (волокнами)» является общими с существенными признаками заявляемой колодки.

Наличие стальных частиц (волокон) в композиционном фрикционном элементе оказывает большое влияние на процесс трения. Размягченный и раскатанный на поверхности трения металл может создавать промежуточный рабочий слой, который обладая достаточной пластичностью и теплопроводностью, способствует стабилизации коэффициента трения и снижению износа. Отдельные металлические добавки размягчаясь заменяют выгоревшее связующее, поглощая при размягчении значительное количество тепла (см. Тематический обзор «Сырье для производства асбестовых технических изделий», ЦНИИТЭнефтехим, Москва, 1978 г., с.68).

Однако и эта тормозная композиционная железнодорожная колодка по сравнению с чугунной, несмотря на ряд своих преимуществ (повышенный ресурс, более высокий коэффициент трения и другие), недостаточно эффективно работает в осенне-зимний период. Наибольшее количество дефектов на колесах и колодках появляется весной и осенью, когда выпадает наибольшее количество осадков и происходит резкая смена температур (Б.А.Ширяев «Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов», Москва, Химия, 1982 г., с.10÷18).

Поэтому для повышения эксплуатационных свойств у тормозной колодки и ресурса колеса желательно повышение содержания железа в полимерном композиционном фрикционном элементе.

Однако повышение содержания железа только за счет стальных волокон нежелательно, так как стальные волокна плохо совмещаются с полимерным связующим, а их большое количество из низкоуглеродистой стали отрицательно воздействует на поверхность колеса, вызывая дефекты поверхности катания колеса. Кроме того, на практике по условиям существующего технологического процесса приготовления композиции путем смешения в резиносмесителе, максимальное содержание стальных волокон, которого можно добиться в композиции составляет 35÷40%.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик колодки и повышение ресурса эксплуатации колес.

Поставленную задачу решает тормозная колодка, содержащая металлический каркас и закрепленный на нем композиционный полимерный фрикционный элемент, выполненный из материала, содержащего стальные частицы в виде волокон. Материал фрикционного элемента дополнительно содержит железный порошок и концентрат железорудный в виде порошка. Общее содержание железосодержащих компонентов составляет 40÷70 мас.%.

Существенные признаки заявляемой колодки «фрикционный элемент выполнен из материала, содержащего железный порошок и концентрат железорудный в виде порошка» и «общее содержание железосодержащих компонентов составляет 40÷70 мас.%» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.

Применение нескольких выше указанных железосодержащих компонентов в полимерном композиционном фрикционном элементе, во-первых, позволяет добиться повышенного содержания железа и его соединений в композиции, а также обуславливает присутствие некоторых других химических соединений, содержащихся в железорудном концентрате, что в свою очередь обеспечивает лучшие эксплуатационные свойства тормозной колодки и повышенный ресурс колеса при эксплуатации.

По существу, заявляемая колодка практически является полуметаллической.

Дальнейшее повышение (свыше 70 мас.%) содержания железосодержащих компонентов снижает прочность, срок службы и другие эксплуатационные свойства колодки.

Железосодержащие компоненты композиции используют в виде порошков, например, порошок железный по ГОСТ 9849-86, концентрат железорудный по ТУ 14-0-02-03, и в виде волокон, например стальная шерсть по ТУ У 28/7-31300619-001-2001.

Железный порошок представляет собой частицы округлой формы. Его получают методом восстановления и распыления расплава металла водой высокого давления или сжатым воздухом. По химическому составу железный порошок делится на пять групп. По мере возрастания номера группы в железном порошке снижается содержание общего железа и возрастает количество углерода, кремния и других элементов. Установлено, что железный порошок с высоким содержанием углерода, кремния и кислорода обладает плохой прессуемостью и способствует появлению расслойных трещин в материале. По гранулометрическому составу (крупности) железный порошок делится на четыре группы: крупный, средний, мелкий и очень мелкий. Крупность порошка оказывает существенное влияние на фрикционные характеристики. Рекомендуется применять только мелкий и очень мелкий порошки (см. Тематический обзор «Сырье для производства асбестовых технических изделий», ЦНИИТЭнефтехим, Москва, 1978 г., с.68÷69).

Концентрат железных руд представляет собой порошок черного цвета и является продуктом обогащения природных железных руд с содержанием железа не менее 60%. В состав концентрата входят: магнетит, мартит, кремнезем. Минерал обладает сильными магнитными свойствами. Химическая формула концентрата Fe₃O ₄.

Состав концентрата железных руд, %:

Fe	65,13
FeO	27,2
SiO2	8,5
CaO	0,34
MgO	0,37
Al 2O3	0,10
Р	0,01
S	0,017

Использование концентрата во фрикционных материалах позволяет сохранить постоянный коэффициент трения при различных температурах, а также снизить износ фрикционного материала и контрпары (см. там же, с.54÷55).

Композиционный материал для изготовления фрикционного элемента, заявляемой тормозной колодки, как правило, безасбестовый и приготавливается на основе каучукового и/или смоляного связующего с вулканизующей группой и наполнителями.

Функцию армирующих наполнителей в композиционном материале выполняют стальные волокна, а также полиарамидные и/или другие волокна. Конкретная рецептура композиции определяется назначением тормозной колодки. Композицию изготавливают путем смешения в закрытом резиносмесителе без использования растворителей.

В качестве металлического каркаса в заявляемой тормозной колодке используют цельнометаллический каркас или сетчато-проволочный каркас, представляющий собой перфорированную металлическую полосу, совмещенную с проволочной рамкой.

Заявляемую колодку изготавливают методом холодного формования заготовок с последующим горячим формованием вулканизацией в прессах и термостатированием.

На чертеже представлена заявляемая тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, где 1 - металлический каркас, 2 - композиционный фрикционный элемент. На виде «а» представлена колодка с сетчато-проволочным каркасом со скосами; на виде «б» - колодка с сетчато-проволочным каркасом без скосов и на виде «в» - колодка с цельнометаллическим каркасом.

Совместное использование стальных волокон с железным порошком и порошком железорудного концентрата в полимерном фрикционном композиционном элементе тормозной колодки позволяет добиться необходимого - 40-70 мас.% содержания железосодержащих компонентов, обеспечивающего улучшенные эксплуатационные качества колодки (минимальный износ, повышенную теплопроводность, стабильный коэффициент трения, в том числе при неблагоприятных метеоусловиях) и обеспечить повышенный ресурс тормозной колодки и колеса.