RU2531677C2

RU2531677C2 - Car brake shoe with composite inserts

Info

Publication number: RU2531677C2
Application number: RU2012124546/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Александр Викторович Конаков; Юрий Леонидович Чигрин; Олег Викторович Штанов; Юрий Васильевич Ободовский; Николай Михайлович Паладин; Антонина Владимировна Шакина
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Современные Тормозные Системы"
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2014-10-27
Also published as: RU2012124546A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: brake shoe comprises steel carcass and iron arched body furnished with grouped inserts. Insert abrasivity exceeds that of shoe body material. Said inserts are welded in place while the entire set is cast-in with iron to make integral working surface of the shoe. Said shoe has an extra metal carcass. Extra metal carcass incorporates inserts of the shoe body main section made of composite friction material, its friction factor exceeding that of the body, and lateral inserts composed of shaped elements in contact with locomotive tire flange surface interacting with rail side surface. Inserts are made of antifriction material with friction factor lower than that of the base and abrasiveness lower than that of the base and inserts fitted in pad body main section.

EFFECT: more efficient braking, lower noise and wear, increased MTBR, reliable and stable operation of brake systems.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к тормозному оборудованию железнодорожных вагонов, а также может использоваться на других видах транспорта в тормозных системах.The invention relates to railway transport, in particular to brake equipment of railway cars, and can also be used on other modes of transport in brake systems.

Известна тормозная колодка по Авт.св. 1572889, B61H 1/00, публ. 23.06.90, содержащая стальной каркас, чугунное дугообразное тело, состоящее из основного и профильного участков с выполненным в нем ручьем и снабженное вставками, заложенными рядами в тело колодки со стороны рабочей трущейся поверхности, причем гребневые вставки профильного участка выполнены в виде цилиндрических элементов с продольным вырезом и установлены в ручье колодки с возможностью схватывания и взаимодействия с гребнем бандажа колеса.Known brake pad on Avt.sv. 1572889, B61H 1/00, publ. 06/23/90, containing a steel frame, a cast-iron arched body consisting of a main and profile sections with a stream made in it and equipped with inserts laid in rows in the block body from the side of the working friction surface, and the ridge inserts of the profile section are made in the form of cylindrical elements with a longitudinal cut-out and installed in the creek pads with the possibility of setting and interaction with the crest of the wheel brace.

Однако в известном техническом решении вставки выполнены из специального чугуна, обладающего высокой твердостью, и вследствие этого вызывают интенсивный износ поверхности колес.However, in the known technical solution, the inserts are made of special cast iron having high hardness, and therefore cause intense wear on the surface of the wheels.

Известна тормозная колодка, содержащая стальной каркас и чугунное дугообразное тело, состоящее из основного и профильного участков. В тело колодки со стороны рабочей трущейся поверхности на профильном участке заложен один ряд гребневых вставок, выполненных в виде цилиндрических элементов с продольным вырезом, охватывающих гребень бандажа колеса. На основном участке заложены рядами, по крайней мере, две группы вставок цилиндрической формы. В каждой из групп центры трех ближайших вставок равноудалены друг от друга, а ряды этих вставок развернуты относительно продольной оси колодки. Вставки выполнены из пластичного металла, например из стали. Патент №2153994, МПК 7 B61H 1/00, F16D 65/04, 69/00, Бюл. №22, 10.08.2000. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.Known brake pad containing a steel frame and a cast iron arcuate body, consisting of the main and profile sections. One row of ridge inserts made in the form of cylindrical elements with a longitudinal cut, covering the crest of the wheel bandage, is laid in the block body from the side of the working rubbing surface on the profile section. At least two groups of cylindrical inserts are laid in rows in the main section. In each of the groups, the centers of the three nearest inserts are equidistant from each other, and the rows of these inserts are deployed relative to the longitudinal axis of the block. The inserts are made of ductile metal, for example steel. Patent No. 2153994, IPC 7 B61H 1/00, F16D 65/04, 69/00, Bull. No. 22, 08/10/2000. This technical solution was made as a prototype.

Недостатком известной тормозной колодки является снижение тормозного эффекта при нагреве колодки, за счет перегрева вставок снижается коэффициент трения, что способствует еще большему износу пар трения. Колодка создает шум при работе. Колодка не обладает смазывающим эффектом бандажа колеса и рельсового пути.A disadvantage of the known brake pad is the reduction of the braking effect when the pad is heated, due to overheating of the inserts, the friction coefficient is reduced, which contributes to even greater wear of the friction pairs. The shoe creates noise during operation. The block does not have the lubricating effect of the wheel and rail track.

Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности торможения железнодорожных вагонов, улучшение экологической обстановки в районе торможения железнодорожного состава, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание колесных пар железнодорожного вагона и железнодорожного пути.The objective of the proposed technical solution is to increase the braking efficiency of railway cars, improve the environmental situation in the area of braking of the train, reduce operating costs for maintenance of wheel sets of a railway carriage and railway track.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении уровня шумового загрязнения в процессе торможения, снижении износа гребня колеса и боковой поверхности рельса, увеличении межремонтного периода обслуживания колесных пар, уменьшении потребления тормозных колодок, повышении стабильности и надежности функционирования тормозных систем.In the process of solving this problem, a technical result is achieved, which consists in reducing the level of noise pollution during braking, reducing wear on the wheel flange and the side surface of the rail, increasing the overhaul period for servicing wheel pairs, reducing the consumption of brake pads, increasing the stability and reliability of the functioning of brake systems.

Технический результат достигается тормозной вагонной колодкой с композиционными вставками, содержащей стальной каркас, чугунное дугообразное тело, снабженное вставками, размещенными группами, абразивность материала вставок превышает абразивность материала тела колодки, вставки закреплены сваркой, а весь набор залит чугуном с образованием единой рабочей поверхности колодки, при этом колодка имеет дополнительный металлический каркас, на котором закреплены вставки основного участка тела колодки, выполненные из композиционного фрикционного материала, с коэффициентом трения выше коэффициента трения основы, и боковые вставки, выполненные в виде профильных элементов, находящихся в контакте с гребневой поверхностью колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса, при этом боковые вставки выполнены из антифрикционного композиционного материала с коэффициентом трения ниже коэффициента трения материала основы и абразивностью ниже абразивности материала основы и материала вставок основного участка тела колодки. Кроме этого дополнительный металлический каркас, на котором закреплены фрикционные и антифрикционные вставки, закреплен сваркой на стальном каркасе, фрикционные вставки основного участка тела колодки выполнены из композиционного фрикционного материала, работающего при температуре до 800°C, общая площадь поверхности трения фрикционных цилиндрических вставок основного участка тела колодки составляет 60-95% от рабочей поверхности основного участка колодки, общая площадь поверхности антифрикционных боковых вставок составляет не менее 80% от боковой поверхности колодки основного участка колодки, находящейся в контакте с гребневой поверхностью колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса.The technical result is achieved by a brake car block with composite inserts containing a steel frame, a cast-iron arc-shaped body equipped with inserts placed in groups, the abrasiveness of the material of the inserts exceeds the abrasiveness of the material of the body of the pad, the inserts are fixed by welding, and the entire set is cast in with cast iron to form a single working surface of the pad, when this block has an additional metal frame on which the inserts of the main part of the body of the block are made, made of composite fritz of a material with a coefficient of friction higher than the coefficient of friction of the base, and side inserts made in the form of profile elements in contact with the flange surface of the wheel interacting with the side surface of the rail, while the side inserts are made of antifriction composite material with a coefficient of friction below the coefficient of friction base material and abrasiveness below the abrasiveness of the base material and the material of the inserts of the main area of the body pads. In addition, an additional metal frame, on which friction and anti-friction inserts are fixed, is fixed by welding on a steel frame, friction inserts of the main body of the block are made of composite friction material operating at temperatures up to 800 ° C, the total friction surface of the friction cylindrical inserts of the main body part pads is 60-95% of the working surface of the main section of the pads, the total surface area of the antifriction side inserts is at least 80% t lateral surface of the main pad portion pad in contact with the crestal surface of the wheels interacting with the lateral surface of the rail.

Разрушение поверхности катания колеса происходит как в результате контакта в системе «тормозная колодка-колесо», так и системе в «колесо-рельс», т.е. колесо подвергается износу со стороны тормозной колодки и со стороны рельса. Авторами предлагаемого технического решения были проведены исследования поверхности катания колеса локомотива, работавшего с тормозными колодками, изготовленными из чугуна. Изучен механизм образования микротрещин на различных участках контактной поверхности колеса. Фрагменты различных этапов разрушения показаны на фиг.1. На фото №1-4 приведены дефекты в виде трещин и выщерблин с максимальной глубиной проникновения до 1,5 мм. На фото №4 показаны зоны зародившихся трещин на некотором удалении от поверхности. Появление таких дефектов обусловлено высоким контактным давлением. При дальнейшем развитие внутренних трещин происходит их выход на поверхность с последующим отслаиванием (отрывом) частицы. Такие частицы в дальнейшем работают как абразивные частицы, приводящие к интенсивному износу поверхности колеса. Образование микротрещин происходит постепенно и имеет несколько стадий. Трещины начинают развиваться задолго до разрушения при усталостном, пластическом и даже хрупком виде разрушения. Длительность процесса накопления дефектов материала до появления и дальнейшего развития трещины занимает значительную часть, доходя до 90% времени процесса разрушения.The destruction of the wheel's rolling surface occurs both as a result of contact in the brake shoe-wheel system and in the wheel-rail system, i.e. the wheel is subject to wear on the brake pad side and on the rail side. The authors of the proposed technical solution conducted a study of the rolling surface of the wheel of a locomotive that worked with brake pads made of cast iron. The mechanism of microcrack formation in various parts of the contact surface of the wheel is studied. Fragments of the various stages of destruction are shown in figure 1. The photo No. 1-4 shows defects in the form of cracks and crevices with a maximum penetration depth of up to 1.5 mm. Photo No. 4 shows the zones of nascent cracks at some distance from the surface. The appearance of such defects is due to high contact pressure. With the further development of internal cracks, they come to the surface with subsequent peeling (separation) of the particle. Such particles subsequently work as abrasive particles, leading to intense wear on the surface of the wheel. The formation of microcracks occurs gradually and has several stages. Cracks begin to develop long before fracture with fatigue, plastic, and even brittle fracture. The duration of the process of accumulation of material defects before the appearance and further development of a crack takes a significant part, reaching up to 90% of the fracture process time.

Чтобы не доводить до появления на контактной поверхности (поверхность катания) колеса микротрещин, данная поверхность должна постоянно подвергаться очистке от загрязнения и удалению поверхностного слоя. Такое удаление возможно проводить в процессе торможения, при условии, что тормозная колодка имеет более высокую абразивную стойкость по сравнению с материалом обода колеса и имеет высокий коэффициент трения. Предлагаемая тормозная колодка имеет металлический каркас, на котором закреплены цилиндрические вставки основного участка тела колодки, выполненные из композиционного фрикционного материала, с коэффициентом трения выше коэффициента трения основы, такое исполнение колодки позволяет производить очистку поверхности катания колеса. Регулярное очищение поверхности катания колеса от загрязнений и отслоившихся участков в процессе торможения приводит к увеличению межремонтного периода обслуживания колесных пар, связанного с заменой изношенных колес, также уменьшается потребление тормозных колодок, так как абразивная стойкость композиционных сплавов в 2-4 раза выше чугуна и стали. Поскольку большая часть контактной поверхности системы «тормозная колодка-колесо» приходится на вставки из композиционного состава, вследствие этого уменьшится шумовое загрязнение в процессе торможения.In order not to bring the wheels of microcracks to the appearance on the contact surface (rolling surface), this surface must be constantly cleaned from contamination and the surface layer removed. Such removal can be carried out during braking, provided that the brake shoe has a higher abrasion resistance compared to the material of the wheel rim and has a high coefficient of friction. The proposed brake shoe has a metal frame on which are fixed cylindrical inserts of the main body portion of the shoe made of composite friction material with a coefficient of friction higher than the coefficient of friction of the base, this shoe design allows the wheel to be cleaned. Regular cleaning of the wheel’s rolling surface from contaminants and delaminated areas during braking leads to an increase in the overhaul period of maintenance of wheel pairs associated with the replacement of worn wheels, the consumption of brake pads is also reduced, since the abrasion resistance of composite alloys is 2-4 times higher than cast iron and steel. Since most of the contact surface of the brake shoe-wheel system is accounted for by inserts of a composite composition, as a result, noise pollution during braking will be reduced.

Второй поверхностью колеса, подверженной интенсивному износу, является поверхность гребня. Особенно сильно износ данной поверхности происходит при движении по криволинейным участкам дорог. Чтобы уменьшить износ поверхности гребня, предлагается на его поверхность наносить слой антифрикционного материала, наносить этот слой должна тормозная колодка в процессе торможения. Чтобы происходил такой процесс, в предлагаемом техническом решении боковые вставки колодки, выполненные в виде плоскихThe second surface of the wheel, subject to intense wear, is the surface of the flange. Particularly severe wear of this surface occurs when driving along curved sections of roads. To reduce wear on the surface of the ridge, it is proposed to apply a layer of antifriction material on its surface, this layer should be applied to the brake pad during braking. In order for such a process to occur, in the proposed technical solution, the side inserts of the pad, made in the form of flat

элементов, находящихся в контакте с гребневой поверхностью колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса, выполнены из антифрикционного композиционного материала с коэффициентом трения ниже коэффициента трения материала основы профильного участка и имеют низкую абразивную стойкость. В процессе торможения каждый раз будет происходить контакт антифрикционного материала с поверхностью гребня колеса. Поскольку абразивная стойкость вставок ниже абразивной стойкости материала колеса рельса, то будет происходить перенос антифрикционного материала на поверхность гребня колеса, а в последующем, при движении в кривых, будет снижен износ гребня и рельса.elements in contact with the flange surface of the wheel interacting with the side surface of the rail are made of antifriction composite material with a coefficient of friction below the coefficient of friction of the base material of the profile section and have low abrasion resistance. In the process of braking, the anti-friction material will contact the surface of the wheel flange each time. Since the abrasion resistance of the inserts is lower than the abrasion resistance of the rail wheel material, the antifriction material will be transferred to the surface of the wheel flange, and subsequently, when moving in curves, the flange and rail wear will be reduced.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.2 представлен общий вид колодки сверху, на фиг.3 - вид А фиг.2, поверхность колодки, взаимодействующей с гребневой поверхностью колеса, на фиг.4 показано сечение по разрезу Б-Б фиг.2.The proposed technical solution is illustrated by drawings, where in Fig.2 shows a General view of the pads from above, in Fig.3 is a view A of Fig.2, the surface of the pads interacting with the flange surface of the wheel, Fig.4 shows a section along section BB of Fig. 2.

Тормозная вагонная колодка с композиционными вставками содержит стальной каркас 1, чугунное дугообразное тело 2, состоящее из основного участка тела колодки 2.1, снабженного вставками 3, абразивность материала вставок превышает абразивность материала тела колодки, профильного участка тела колодки 2.2, снабженного вставками 4, вставки 3 и 4 закреплены сваркой, а весь набор залит чугуном с образованием единой рабочей поверхности колодки. Колодка имеет дополнительный металлический каркас 5, на котором закреплены цилиндрические вставки 3 основного участка тела колодки 2.1, выполненные из композиционного фрикционного материала с коэффициентом трения выше коэффициента трения основы, и боковые вставки участка 2.2, выполненные в виде профильных вставок 4, находящихся в контакте с гребневой поверхностью колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса (гребневая поверхность колеса не показана). Вставки 4 выполнены из антифрикционного композиционного материала с коэффициентом трения ниже коэффициента трения материала основы бокового участка и абразивностью ниже абразивности материала тела колодки 2 и материала вставок 3, размещенных в основном участке тела колодки 2.1. Дополнительный металлический каркас 5, на котором закреплены фрикционные вставки 3 основного участка тела колодки 2.1. Фрикционные вставки 3 основного участка тела колодки 2.1 выполнены из композиционного фрикционного материала, работающего при температуре до 800°C.The brake car block with composite inserts contains a steel frame 1, a cast-iron arcuate body 2, consisting of a main section of the body of the block 2.1, equipped with inserts 3, the abrasiveness of the material of the inserts exceeds the abrasiveness of the material of the body of the pad, the profile section of the body of the block 2.2, equipped with inserts 4, inserts 3 and 4 are fixed by welding, and the entire set is cast in with cast iron with the formation of a single working surface of the block. The pad has an additional metal frame 5, on which are fixed cylindrical inserts 3 of the main section of the body of the block 2.1, made of composite friction material with a coefficient of friction higher than the coefficient of friction of the base, and side inserts of section 2.2, made in the form of profile inserts 4 in contact with the ridge the surface of the wheel interacting with the side surface of the rail (the flange surface of the wheel is not shown). The inserts 4 are made of an antifriction composite material with a coefficient of friction lower than the coefficient of friction of the base material of the side portion and abrasiveness below the abrasiveness of the material of the body of the block 2 and the material of the inserts 3 located in the main section of the body of the block 2.1. An additional metal frame 5, on which the friction inserts 3 of the main section of the body of the block 2.1 are fixed. Friction inserts 3 of the main body area of the block 2.1 are made of composite friction material operating at temperatures up to 800 ° C.

Абразивность материала любой вставки основного участка тела колодки может превышать абразивность материала тела колодки. Предпочтительное превышение абразивности материала вставок не менее чем в 1,2-1,5 раза. Абразивность материала любой гребневой вставки из антифрикционного материала, установленной в ручье профильного участка тела колодки, может быть меньше абразивности материала тела колодки предпочтительнее не менее чем в 2 раза.The abrasiveness of the material of any insert of the main portion of the body of the shoe may exceed the abrasiveness of the material of the body of the shoe. The preferred excess abrasiveness of the material of the inserts is not less than 1.2-1.5 times. The abrasiveness of the material of any ridge insert of antifriction material installed in the stream of the profile section of the body of the shoe may be less than the abrasiveness of the material of the body of the shoe preferably at least 2 times.

Работа тормозной колодки происходит следующим образом. При прижатии рабочей поверхности колодки к рабочей поверхности колеса вагона происходит торможение и смазывание (натирание) гребневой поверхности колеса. В дальнейшем при движении происходит контакт между гребневой поверхностью колеса и боковой поверхностью рельса. Поскольку на гребневой поверхности колеса имеются частицы антифрикционного материала колодки, происходит смазывание боковой поверхности рельса и уменьшается ее износ.The work of the brake pads is as follows. When pressing the working surface of the pads to the working surface of the wheel of the car, braking and lubrication (rubbing) of the flange surface of the wheel occurs. Subsequently, during movement, contact occurs between the flange surface of the wheel and the side surface of the rail. Since there are particles of antifriction material on the wheel flange surface, the side surface of the rail is lubricated and its wear is reduced.

Возможность изготовления колодок с использованием различных материалов и технологий изготовления вставок позволяет улучшить их качество и варьировать получаемые технические показатели колодок в зависимости от требований конкретных условий работы на том или ином участке дороги с учетом рельефа и климатических условий.The possibility of manufacturing blocks using various materials and manufacturing techniques for inserts allows us to improve their quality and vary the resulting technical parameters of blocks depending on the requirements of specific working conditions on a particular section of the road, taking into account the terrain and climatic conditions.

Claims

1. Тормозная вагонная колодка с композиционными вставками, содержащая стальной каркас, чугунное дугообразное тело, снабженное вставками, которые размещены группами, абразивность материала вставок превышает абразивность материала тела колодки, вставки закреплены сваркой, а весь набор залит чугуном с образованием единой рабочей поверхности колодки, отличающаяся тем, что колодка имеет дополнительный металлический каркас, на котором закреплены вставки основного участка тела колодки, выполненные из композиционного фрикционного материала, с коэффициентом трения выше коэффициента трения основы, и боковые вставки, выполненные в виде профильных элементов, находящихся в контакте с гребневой поверхностью бандажа колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса, при этом боковые вставки выполнены из антифрикционного композиционного материала с коэффициентом трения ниже коэффициента трения материала основы и абразивностью ниже абразивности материала основы и материала вставок основного участка тела колодки1. A brake car block with composite inserts containing a steel frame, a cast-iron arc-shaped body equipped with inserts that are placed in groups, the abrasiveness of the material of the inserts exceeds the abrasiveness of the material of the body of the pad, the inserts are fixed by welding, and the entire set is cast in with cast iron to form a single working surface of the pad, which differs the fact that the block has an additional metal frame on which the inserts of the main section of the body of the block are made, made of composite friction material , with a coefficient of friction higher than the coefficient of friction of the base, and side inserts made in the form of profile elements that are in contact with the ridge surface of the wheel brace interacting with the side surface of the rail, while the side inserts are made of antifriction composite material with a coefficient of friction below the coefficient of friction of the material basis and abrasiveness below the abrasiveness of the base material and the material of the inserts of the main area of the body pads

2. Тормозная колодка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный металлический каркас, на котором закреплены фрикционные и антифрикционные вставки, закреплен сваркой на стальном каркасе.2. The brake shoe according to claim 1, characterized in that the additional metal frame, on which the friction and anti-friction inserts are fixed, is fixed by welding on a steel frame.

3. Тормозная колодка по п.1, отличающаяся тем, что фрикционные вставки основного участка тела колодки выполнены из композиционного фрикционного материала, работающего при температуре до 800°C.3. The brake shoe according to claim 1, characterized in that the friction inserts of the main body portion of the shoe are made of composite friction material operating at temperatures up to 800 ° C.

4. Тормозная колодка по п.1, отличающаяся тем, что общая площадь поверхности трения фрикционных цилиндрических вставок основного участка тела колодки составляет 60-95% от рабочей поверхности основного участка колодки.4. The brake shoe according to claim 1, characterized in that the total surface area of the friction of the friction cylindrical inserts of the main section of the body of the block is 60-95% of the working surface of the main section of the block.

5. Тормозная колодка по п.1, отличающаяся тем, что общая площадь поверхности антифрикционных боковых вставок составляет не менее 80% от боковой поверхности колодки основного участка колодки, находящейся в контакте с гребневой поверхностью колеса, взаимодействующего с боковой поверхностью рельса. 5. The brake shoe according to claim 1, characterized in that the total surface area of the antifriction side inserts is at least 80% of the side surface of the shoe of the main section of the shoe in contact with the flange surface of the wheel interacting with the side surface of the rail.