Железнодорожная тормозная колодка с усиленной боковиной

Железнодорожная тормозная колодка с усиленной боковиной

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящая заявка относится к области композитных тормозных колодок.

ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Железнодорожные вагоны установлены и катятся на стальных колесах. Обода на наружной периферии колес катятся по стальным рельсам. К тормозным устройствам железнодорожных вагонов относятся тормозные колодки, которые входят во фрикционное взаимодействие с ободами колес. Тормозные колодки опираются на тормозные головки, которые, в свою очередь, опираются на тормозную рычажную передачу, состоящую из системы рычагов и пневматического цилиндра. Тормозные колодки состоят из различных материалов, которые выбирают в зависимости от их фрикционных характеристик и влияния на срок износа ободов колес. Многие тормозные колодки представлены сочетанием материалов, обладающих различными характеристиками. В типичных композитных тормозных колодках материалы с различающимися фрикционными характеристиками прижимаются к ободу колеса во время торможения. Этого можно достичь путем помещения вставок из различных материалов во фрикционную поверхность колодки, состоящую из основного, образующую тормозную колодку, материала.

Стандартные железнодорожные тормозные колодки в Северной Америке производят с металлическими опорными пластинами, предназначенными для поддержки фрикционного материала и для присоединения и удерживания тормозных колодок с тормозными головками. Во всем мире тормозные колодки производят без металлических опорных пластин, и они обычно включают в себя скелетную проволочную раму. Один из видов железнодорожной тормозной колодки включает также в себя металлическую вставку, прочно прикрепленную посредством сварки к металлической опорной пластине до формования, например, путем отливания, тормозной колодки на опорной пластине. См. патент США №6241058, озаглавленный «Brake Shoe with Insert Bonded to Backing Plate» (Тормозная колодка со вставкой, скрепленной с опорной пластиной). В последнее время были представлены металлические вставки, вставленные в тормозные колодки без металлических опор, как описано в заявке РСТ/US2007/069854, озаглавленной «Railway Brake Shoe» (Железнодорожная тормозная колодка).

Фрикционный материал тормозной колодки часто содержит смесь абразивных материалов, органических и неорганических наполнителей и смол. Металлическая вставка может быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить благоприятное воздействие на поверхность качения колеса.

Армированные волокном упругие опорные слои между фрикционным материалом и металлическими опорными пластинами предложены для ослабления шума. См. патент США №4371631, озаглавленный «Backing Plate Composition for Brake Shoes» (Состав тормозной пластины для тормозных колодок).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению преимущество заключается в применении конструкционного усиления боковых слоев тормозной колодки с целью уменьшить образование и распространение трещин.

Тормозные колодки имеют фрикционную поверхность, которая во время торможения поддерживает выпуклую поверхность качения железнодорожного колеса. Поверхность качения колеса является поверхностью вращения, которая может быть выпукло-конической поверхностью или комбинацией выпукло-конической и цилиндрической поверхностей или других поверхностей вращения. Поверхность тормозной колодки представлена вогнутой поверхностью вращения, которая сопрягается с частью выпуклой поверхности колеса. Эти поверхности вращения очерчиваются образующей (необязательно прямой линией), вращающейся вокруг оси, ограниченной осью колеса. Таким образом, фрикционная поверхность тормозной колодки имеет в общем аксиальную и круговую протяженность, а тормозная колодка обладает радиальной толщиной по направлению от фрикционной поверхности. Признаки тормозных колодок, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения, будут описаны здесь со ссылкой в целом на аксиальное, круговое и радиальное направления.

Вкратце, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается тормозная колодка с металлической основой или без нее. Тормозная колодка ограничена фрикционной поверхностью для поддержки ободов колес и радиально противоположной задней поверхностью, размещаемой в контакте и прикрепляемой к тормозной головке и двум боковым поверхностям, проходящим между фрикционной поверхностью и задней поверхностью. Тормозная колодка имеет металлическую вставку, состоящую из двух разделенных промежутком тел с лицевыми поверхностями, лежащими на фрикционной поверхности тормозной колодки. Разделенные промежутком тела отходят радиально от фрикционной поверхности и по направлению к задней поверхности тормозной колодки. Тормозная колодка состоит из формованного фрикционного материала, состоящего из смеси абразивных материалов, наполнителей и смолы. Вдоль, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной боковой поверхности, прилегающей к разделенным промежутком телам металлической вставки имеется слой армированного волокном материала. Армированным волокном материалом может быть формованный фрикционный материал, армированный волокнами.

Согласно настоящему изобретению боковины тормозной колодки упрочняют с целью уменьшения количества трещин, вызванных термическими или механическими напряжениями во время торможения, путем добавления волокна/композитного материала к боковинам тормозных колодок в процессе формовки. Во время процесса формовки тепло и давление вызывает формовку волокна/композитного материала как единого целого и его приставание к фрикционному материалу, образующему основную массу тормозной колодки, с которым он совместим.

При использовании в тормозных колодках, имеющих металлические вставки и будучи расположенными рядом с металлическими вставками, армированные слои по боковым поверхностям оказываются особенно эффективными для предотвращения образования и распространения трещин между формованным фрикционным материалом и металлическими вставками.

Предпочтительно волокнистый материал может содержать тканый или простроченный материал или стекловолокно, арамидные волокна, хлопковое волокно и т.д., пропитанные фенольной или иной смолой. Состав армированных слоев должен быть выбран таким образом, чтобы армированные слои изнашивались по существу с той же скоростью, что и массовый фрикционный состав.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие признаки и иные цели и преимущества станут очевидными из следующего детального описания предпочтительных вариантов реализации, сделанного со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1, 2 и 3 показаны задний, боковой и фрикционный передний виды тормозной колодки с металлической вставкой;

на фиг.4 показан общий вид тормозной колодки с неполным боковым армированным слоем; и

на фиг.5 показан общий вид тормозной колодки с полным боковым армирующим слоем.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

Назначение композиционной железнодорожной тормозной колодки заключается в создании тормозного усилия в форме трения, создающего тормозящее усилие на поверхностях качения колес железнодорожного вагона. Как показано на фиг.1-5, тормозная колодка представлена структурой, состоящей обычно из дугообразного блока, снабженного одной фрикционной поверхностью 12, прилегающей к окружности колеса, и радиально отделенной от нее задней поверхностью 14, которая должна устанавливаться на опорном элементе тормозной системы, который прикладывает усилие к тормозной колодке во время торможения. Между фрикционной поверхностью 12 и задней поверхностью 14 располагаются боковые поверхности 16. Тормозная колодка может включать в себя металлическую опорную пластину, помещенную на задней поверхности или встроенную в нее с целью прикрепления к опорному элементу тормозной системы. Тормозная колодка может включать в себя металлические вставки 10 и 11, которые выступают сквозь слой композиционного материала для улучшения износостойкости или требуемого состояния поверхности колеса и/или для улучшения сцепления при качении между колесом вагона и рельсами.

Благодаря нескольким факторам в различных определенных местах структуры тормозной колодки развиваются напряжения, которые могут вызвать растрескивание или поломку структуры тормозной колодки в процессе использования. К этим факторам могут относиться следующие: а) криволинейная форма тормозной колодки; b) неоднородности между композитом и металлической вставкой или металлической опорной пластиной; с) большие нормальные силы прижатия и тангенциальные силы, возникающие во время торможения; d) циклическое вибрирование и ударные нагрузки по время оттормаживания; е) неравномерное сопряжение фрикционной поверхности тормозной колодки и колеса; и f) неоднородное распределение усилий в связи с неравномерным сопряжением между задней поверхностью тормозной колодки и опорным элементом тормозной системы.

Трещины в спинке тормозной колодки, которые развиваются из-за различных видов напряжений, могут быть сферическими или они могут создавать различные проблемы техники безопасности, которые могут послужить причиной поломки и потери функциональных возможностей.

Преимуществом настоящего изобретения является снижение вероятности поломки и потери функциональных возможностей путем армирования бокового поверхностного слоя структуры тормозной колодки.

В одном варианте реализации согласно настоящему изобретению боковые армированные слои подготавливаются до формовки тормозной колодки. Армированные слои состоят из упругого композитного материала, который заключает в себе один или несколько слоев армирующего волокна и совместим с массовым составом тормозного материала тормозной колодки. Армированные слои выполнены как одно целое с блоком тормоза за счет размещения армирующих слоев в пресс-форме перед формовкой блока тормоза. Согласно другому варианту реализации листы волокнистого материала, пропитанного смолой, могут быть скреплены с боковой поверхностью тормозной колодки или в процессе формовки тормозной колодки, или после него.

После описания данного изобретения в подробностях и в особенности в соответствии с требованиями патентного законодательства в следующей ниже формуле изобретения излагаются положения, которые нуждаются в защите в виде патента на изобретение.

1. Формованная тормозная колодка, выполненная из фрикционного материала, с металлической основой или без нее, причем указанная тормозная колодка ограничена фрикционной поверхностью для прижимания к ободу колеса и радиально противоположной задней поверхностью, размещаемой в контакте и прикрепляемой к тормозной головке и боковым поверхностям, проходящим между фрикционной поверхностью и задней поверхностью, отличающаяся тем, что вдоль, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной боковой поверхности имеется слой армированного волокном материала.

2. Формованная тормозная колодка по п.1, в которой материал волокна может содержать тканый или простроченный материал или стекловолокно, арамидные волокна или хлопковое волокно, пропитанные фенольной или иной смолой.

3. Формованная тормозная колодка, выполненная из фрикционного материала, с металлической основой или без нее, причем указанная тормозная колодка ограничена фрикционной поверхностью для прижимания к ободу колеса и радиально противоположной задней поверхностью, размещаемой в контакте и прикрепляемой к тормозной головке и боковым поверхностям, проходящим между фрикционной поверхностью и задней поверхностью, причем указанная тормозная колодка содержит металлическую вставку, имеющую поверхности, лежащие на фрикционной поверхности тормозной колодки, и указанная вставка проходит радиально от фрикционной поверхности, отличающаяся тем, что вдоль, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной боковой поверхности имеется слой армированного волокном материала.

4. Формованная тормозная колодка по п.3, в которой материал волокна может содержать тканый или простроченный материал или стекловолокно, арамидные волокна или хлопковое волокно, пропитанные фенольной или иной смолой.

5. Формованная тормозная колодка по п.3, в которой состав армированных слоев выбран таким образом, чтобы армированные слои изнашивались по существу с той же скоростью, что и фрикционный состав.