[1]Заявляемая полезная модель относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, метрополитена и т.д.
[2]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).
[3]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.
[4]Известна железнодорожная колодка, включающая полимерный композиционный фрикционный элемент со стальными волокнами, стальные волокна выполнены из низкоуглеродистой стали. (Патент RU №2132982).
[5]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.
[6]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.
[7]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.
[8]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.
[9]Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение безопасности железнодорожного движения.
[10]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.
[11]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.
[12]Твердые вставки распределены симметрично в композиционном фрикционном элементе, относительно колодки.
[13]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.
[14]Осуществляют полезную модель следующим образом.
[15]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.
[16]Однако возможно формирование фрикционного элемента, когда порошковые металлокерамические вставки устанавливаются без закрепления на стальной полосе.
[17]Металлический каркас представляет собой штампованную металлическую полосу, с закрепленной на ней металлической полосой с металлокерамическими вставками.
[18]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.
[19]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.
[20] 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.
[21]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.
[22]Вставки данного состава имеют коэффициент трения больше, чем коэффициент трения массива фрикционного элемента.
[23]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.
[24]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.
[25]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.
[26]Наличие в составе полимерного композита металлокерамических вставок позволяет повысить прочность и теплопроводность полимерного композитного элемента и снизить износа вагонного колеса.
