RU219369U1

RU219369U1 - BRAKE SHOE FOR RAILWAY TRANSPORT

Info

Publication number: RU219369U1
Application number: RU2022134084U
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Юрий Леонидович Чигрин; Татьяна Евгеньевна Флянтикова; Николай Михайлович Паладин; Олег Викторович Довгаль
Original assignee: Акционерное Общество "Инновационный Научно-Технический Центр" (Ао "Интц")
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-07-12

Abstract

Полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение безопасности железнодорожного движения. Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении износостойкости колодки и снижении износа вагонного колеса, повышение очищающего воздействия на контактную поверхность колеса по очистке контактной поверхности от продуктов износа и ползунов. Технический результат достигается тормозной колодкой для железнодорожного транспорта, содержащей металлический каркас, композиционный фрикционный элемент и несколько вставок, при этом вставки изготовлены из металлокерамического фрикционного материала, имеющего коэффициент трения больше, чем коэффициент трения массива композиционного фрикционного элемента, со стороны рабочей поверхности колодки. Твердые вставки распределены симметрично в композиционном фрикционном элементе относительно колодки. The utility model relates to brake pads of railway rolling stock, such as pads for passenger and freight cars, electric trains, subways, etc. The task to be solved by the claimed utility model is to improve the safety of railway traffic. The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the wear resistance of the pad and reduce the wear of the wagon wheel, increase the cleaning effect on the contact surface of the wheel by cleaning the contact surface from wear products and sliders. The technical result is achieved by a brake shoe for railway transport, containing a metal frame, a composite friction element and several inserts, while the inserts are made of ceramic-metal friction material having a coefficient of friction greater than the coefficient of friction of the array of the composite friction element, from the side of the working surface of the block. Solid inserts are distributed symmetrically in the composite friction element relative to the block.

Description

Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д. The claimed utility model relates to brake pads of railway rolling stock, such as pads for passenger and freight cars, electric trains, subways, etc.

Известна тормозная колодка, включающая полимерный композиционный фрикционный элемент со стальными частицами (волокнами), стальные волокна выполнены из углеродистой стали. (Патент США N 4373038, МПК C 08 J 9/06, 1983). Known brake pad, including a polymer composite friction element with steel particles (fibers), steel fibers are made of carbon steel. (US Patent N 4373038, IPC C 08 J 9/06, 1983).

Недостатком данного технического решения является недостаточная теплопроводность композиционного фрикционного элемента армированной стальными частицами. Частицы (волокна) не соединены между собой, следовательно, не образуют длинных цепочек, по которым происходил бы отвод тепла от поверхности контакта. Кроме этого, стальные волокна оказывают деструктивное воздействие на контактную поверхность железнодорожного колеса, из-за высокой твердости стальных волокон в результате их закаливания, при периодических разогревах и резких охлаждениях при низких зимних температурах.The disadvantage of this technical solution is the insufficient thermal conductivity of the composite friction element reinforced with steel particles. Particles (fibers) are not interconnected, therefore, they do not form long chains along which heat would be removed from the contact surface. In addition, steel fibers have a destructive effect on the contact surface of the railway wheel, due to the high hardness of steel fibers as a result of their hardening, during periodic heating and sudden cooling at low winter temperatures.

Известна железнодорожная колодка, включающая полимерный композиционный фрикционный элемент со стальными волокнами, стальные волокна выполнены из низкоуглеродистой стали. (Патент RU №2132982).Known railway block, including a polymer composite friction element with steel fibers, steel fibers are made of low carbon steel. (Patent RU No. 2132982).

Волокна низкоуглеродистой стали не закаливаются, ввиду малого содержания углерода в стальном материале. Однако, недостаток присущий аналогу, недостаточная теплопроводность армированной стальными частицами полимерной матрицы сохраняется. Указанный фрикционный композитный элемент не обеспечивает требуемой надежности при эксплуатации колодки, так как при длительных и экстренных торможениях, особенно в жаркую погоду, происходит интенсивная передача тепла из зоны трения на поверхность твердых стальных волокон, вследствие этого температура композиционного материала на поверхностях, контактирующих с твердыми стальными волокнами, резко возрастает и происходит выгорание и расплавление органических материалов, входящих в состав композиционного элемента, включая связующее. Крепление стальных волокон ослабевает, они выпадают из колодки, перестают выполнять свое назначение по очистке контактной поверхности и повышению теплопроводности композиционного элемента.Mild steel fibers do not harden due to the low carbon content of the steel material. However, the disadvantage inherent in the analogue, the insufficient thermal conductivity of the polymer matrix reinforced with steel particles remains. The specified friction composite element does not provide the required reliability during pad operation, since during prolonged and emergency braking, especially in hot weather, intense heat transfer occurs from the friction zone to the surface of solid steel fibers, as a result of which the temperature of the composite material on the surfaces in contact with solid steel fibers increases sharply and burnout and melting of the organic materials that make up the composite element, including the binder, occur. The fastening of steel fibers weakens, they fall out of the block, cease to fulfill their purpose of cleaning the contact surface and increasing the thermal conductivity of the composite element.

Известна тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас, композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок, вставка или вставки выполнены из материала с меньшей износостойкостью и меньшим коэффициентом трения, чем композиционный фрикционный элемент со стороны рабочей поверхности колодки.Known brake shoe of a railway vehicle containing a metal frame, a composite friction element and an insert or several inserts, the insert or inserts are made of a material with lower wear resistance and a lower coefficient of friction than the composite friction element on the side of the working surface of the pad.

Вставка выполнена из композиционного фрикционного материала с наполнителем, по меньшей мере, один из наполнителей композиционного фрикционного материала металлический. В качестве металлического наполнителя композиционного фрикционного материала использована чугунная дробь или крошка. (Патент RU №83817). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.The insert is made of a composite friction material with a filler, at least one of the fillers of the composite friction material is metal. Cast-iron shot or chips were used as a metal filler of the composite friction material. (Patent RU No. 83817). This technical solution is accepted as a prototype.

Недостаток данного технического решения заключается в отсутствии очищающего воздействия на контактную поверхность колеса по устранению микротермических трещин и очистки контактной поверхности от продуктов износа и ползунов.The disadvantage of this technical solution lies in the absence of a cleaning effect on the contact surface of the wheel to eliminate microthermal cracks and clean the contact surface from wear products and sliders.

Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение безопасности железнодорожного движения.The task to be solved by the claimed utility model is to improve the safety of railway traffic.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении износостойкость колодки и снижении износа вагонного колеса, повышение очищающего воздействия на контактную поверхность колеса по очистке контактной поверхности от продуктов износа и ползунов.The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the wear resistance of the pad and reduce the wear of the wagon wheel, increase the cleaning effect on the contact surface of the wheel by cleaning the contact surface from wear products and sliders.

Технический результат достигается тормозной колодкой для железнодорожного транспорта, содержащей металлический каркас, композиционный фрикционный элемент и несколько вставок, при этом, вставки изготовлены, из металлокерамического фрикционного материала, имеющего коэффициент трения, больше чем коэффициент трения массива композиционного фрикционного элемента, со стороны рабочей поверхности колодки. The technical result is achieved by a brake shoe for railway transport, containing a metal frame, a composite friction element and several inserts, while the inserts are made of ceramic-metal friction material having a coefficient of friction greater than the coefficient of friction of the array of the composite friction element, from the side of the working surface of the block.

Твердые вставки распределены симметрично в композиционном фрикционном элементе, относительно колодки. Solid inserts are distributed symmetrically in the composite friction element relative to the block.

Повышение износостойкости колодки и снижение износа вагонного колеса достигается за счет повышения очистки контактной поверхности колеса от продуктов износа, вставками, изготовленными из материала с большим коэффициентом трения, чем коэффициент трения массива композиционного фрикционного элемента, со стороны рабочей поверхности колодки, тем самым снижается износ вагонного колеса. Очищение контактной поверхности колеса от продуктов износа исключает абразивный износ контактной поверхности тормозной колодки, повышая ее износостойкость.An increase in the wear resistance of the pad and a decrease in the wear of the wagon wheel is achieved by increasing the cleaning of the contact surface of the wheel from wear products by inserts made of a material with a higher coefficient of friction than the coefficient of friction of the array of the composite friction element on the side of the working surface of the block, thereby reducing the wear of the wagon wheel. Cleaning the contact surface of the wheel from wear products eliminates abrasive wear of the contact surface of the brake pad, increasing its wear resistance.

Осуществляют полезную модель следующим образом.The utility model is implemented as follows.

Композиционный фрикционный элемент формируют на металлическом каркасе методом прессования и спекания. Перед формированием фрикционного элемента к каркасу крепят стальную полосу с закрепленными на ней металлокерамическими вставками, полученные ранее методом порошковой металлургии. Вставки располагают симметрично относительно оси колодки. The composite friction element is formed on a metal frame by pressing and sintering. Before the formation of the friction element, a steel strip with metal-ceramic inserts fixed on it, previously obtained by the method of powder metallurgy, is attached to the frame. The inserts are placed symmetrically with respect to the block axis.

Однако возможно формирование фрикционного элемента, когда порошковые металлокерамические вставки устанавливаются без закрепления на стальной полосе. However, it is possible to form a friction element when powder ceramic-metal inserts are installed without fixing on the steel strip.

Металлический каркас представляет собой штампованную металлическую полосу, с закрепленной на ней металлической полосой с металлокерамическими вставками. The metal frame is a stamped metal strip, with a metal strip fixed on it with metal-ceramic inserts.

Фрикционный композиционный элемент изготавливают путем горячего формования из композиции, содержащей полибутадиеновый каучук, вулканизующую группу, порошкообразные наполнители и волокнистые наполнители. Порошкообразные наполнители (углеродсодержащие, содержащие окись алюминия, баритсодержащие и другие) придают изделию необходимые фрикционно-износные и физико-механические свойства. В качестве волокнистых наполнителей применяют минеральные волокна, например базальтовое волокно. The friction composite element is made by hot molding from a composition containing polybutadiene rubber, a vulcanizing group, powdered fillers and fibrous fillers. Powdered fillers (carbon-containing, containing alumina, barite-containing and others) give the product the necessary friction-wear and physical-mechanical properties. Mineral fibers, such as basalt fiber, are used as fibrous fillers.

Конкретным примером заявляемой полезной модели является колодка тормозная для железнодорожного транспорта. Общая масса вставок составляет ≈0,37кг; масса колодки ≈5,0 кг. Общая масса вставок, составляет не более 8% массы. Вставки выполнены в виде пластин высотой 30 мм. Количество вставок 8. Вставки выполнены из материалов имеющий коэффициент трения больше, чем коэффициент трения массива композиционного фрикционного элемента, со стороны рабочей поверхности колодки. A specific example of the claimed utility model is a brake shoe for railway transport. The total weight of the inserts is ≈0.37 kg; pad weight ≈5.0 kg. The total mass of the inserts is no more than 8% of the mass. The inserts are made in the form of plates 30 mm high. The number of inserts is 8. The inserts are made of materials having a coefficient of friction greater than the coefficient of friction of the array of the composite friction element, from the side of the working surface of the block.

Колодка может иметь другое количество вставок. Оптимальное количество вставок, определяется с учетом условий эксплуатации колодок. Симметричное размещение вставок по всему объему полимерного фрикционного композита, обеспечивают повышение прочности и теплопроводности композитного фрикционного элемента, повышение стойкости колодки к ударным термическим нагрузкам. The block may have a different number of inserts. The optimal number of inserts is determined taking into account the operating conditions of the pads. The symmetrical placement of inserts throughout the volume of the polymer friction composite provides an increase in the strength and thermal conductivity of the composite friction element, and an increase in the resistance of the pad to shock thermal loads.

Металлокерамические фрикционные вставки тормозной колодки железнодорожного транспорта, изготавливаются спеканием смеси порошков на основе железа. Смесь содержит, мас.%: никель-1,5, медь-2,2, графит-1,3, оксид алюминия-2,5, барит-5,6, остальное железо. Ceramic-metal friction inserts for railway brake shoes are made by sintering a mixture of iron-based powders. The mixture contains, wt %: nickel-1.5, copper-2.2, graphite-1.3, aluminum oxide-2.5, barite-5.6, the rest is iron.

Вставки данного состава имеют коэффициент трения больше, чем коэффициент трения массива фрикционного элемента. Inserts of this composition have a friction coefficient greater than the friction coefficient of the friction element array.

Использование в составе полимерного композита металлокерамических вставок, соединенных с основой, общая доля контактной площади которых в общей площади колодки составляет не более 5 %, позволяет повысить прочность и теплопроводность композитного элемента и снизить износа вагонного колеса.The use of metal-ceramic inserts in the composition of the polymer composite, connected to the base, the total share of the contact area of which in the total area of the block is no more than 5%, makes it possible to increase the strength and thermal conductivity of the composite element and reduce the wear of the wagon wheel.

Использование в составе полимерного композита п металлокерамических вставок позволяет снизить градиент возрастания температуры в контактной зоне колодки и колеса в процессе фрикционного контакта при торможениях и последующих резких охлаждений под воздействием внешних условий.The use of ceramic-metal inserts in the composition of the polymer composite makes it possible to reduce the gradient of temperature increase in the contact zone of the pad and wheel during frictional contact during braking and subsequent sudden cooling under the influence of external conditions.

Наличие металлокерамических вставок с коэффициентом трения выше, чем коэффициент трения массива фрикционного элемента, позволяют зачищать образовавшиеся частицы износа с контактной поверхности колеса, предотвращая их негативное воздействие на процесс изнашивания колеса и колодки. The presence of ceramic-metal inserts with a friction coefficient higher than the friction coefficient of the friction element array makes it possible to clean the formed wear particles from the wheel contact surface, preventing their negative impact on the wheel and pad wear process.

Наличие в составе полимерного композита металлокерамических вставок позволяет повысить прочность и теплопроводность полимерного композитного элемента и снизить износа вагонного колеса.The presence of ceramic-metal inserts in the composition of the polymer composite makes it possible to increase the strength and thermal conductivity of the polymer composite element and reduce the wear of the wagon wheel.

Claims

1. A brake shoe for railway transport, containing a metal frame, a composite friction element and several inserts, characterized in that the inserts are made of ceramic-metal friction material having a coefficient of friction greater than the coefficient of friction of the array of the composite friction element, from the side of the working surface of the pad.

2. Brake shoe according to claim 1, characterized in that the hard inserts are distributed symmetrically in the composite friction element, relative to the axis of the shoe.