Результат интеллектуальной деятельности: ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Заявляемое изобретение относится к тормозным колодкам железнодорожного подвижного состава, например, колодкам пассажирских вагонов, электропоездов и т.д.

Аналогом заявляемого изобретения является железнодорожная тормозная колодка, включающая полимерный композиционный фрикционный элемент и металлический каркас (см. Б.А. Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. - М.: Химия, 1982, с. 14-18). Существенные признаки аналога “полимерный композиционный фрикционный элемент и металлический каркас” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является низкая теплопроводность фрикционного элемента, вызывающая, особенно для скоростных транспортных средств (пассажирских поездов), перегревы поверхности трения, что приводит к возникновению дефектов в поверхности качения колеса и поверхности трения колодки и преждевременному выходу из строя фрикционной пары.

Аналогом заявляемого изобретения является железнодорожная тормозная колодка, включающая металлический каркас и теплопроводный полимерный композиционный фрикционный элемент, который содержит графит (см. Б.А. Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. - М.: Химия, 1982, с.16). Существенные признаки аналога “металлический каркас и теплопроводный полимерный композиционный фрикционный элемент” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является ухудшение эксплуатационных характеристик колодки из-за обусловленной графитом высокой электропроводности, в результате чего при эксплуатации колодки с использованием электрической тяги, когда рельсы и соответственно колеса являются проводниками электропитания, через колодку протекают значительные токи и возникает скользящий электрический контакт. Следствием этого является осложнение обычных процессов трения и изнашивания электродинамическими процессами, в результате появляется дополнительная компонента износа - электрическая и снижается стабильность коэффициента трения в результате анодной поляризации колодки.

Аналогом заявляемого изобретения является колодка, включающая металлический каркас и композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев, имеющих различную электропроводность, при этом слой, в котором размещен каркас колодки, имеет меньшую электропроводность (см. патент РФ №2114019, МПК 7 В 61 Н 7/02, 1998). Существенные признаки аналога “металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев”, совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является недостаточная теплопроводность фрикционного элемента, способствующая перегревам поверхности трения и преждевременному выходу из строя фрикционной пары.

Прототипом заявляемого изобретения является колодка, включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев, имеющих различную теплопроводность, при этом слой, в котором размещен каркас колодки, имеет меньшую теплопроводность (см. патент РФ №2072672, МПК 7 В 61 Н 7/02, 1997).

Существенные признаки прототипа “металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев, имеющих различную теплопроводность, слой, в котором размещен каркас колодки, имеет меньшую теплопроводность” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является неравномерность тепловых нагрузок в теле колодки, обусловленная неодинаковыми теплоотдачей и временем нагрева и охлаждения отдельных слоев колодки в процессе эксплуатации, в результате чего возможны деформация и растрескивание колодки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик железнодорожной тормозной колодки за счет снижения дисбаланса тепловых нагрузок колодки в процессе эксплуатации путем сбалансирования соотношения масс теплопроводного и менее теплопроводного слоев.

Для достижения указанного технического результата в тормозной колодке железнодорожного подвижного состава, включающей металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев, имеющих различную теплопроводность, слой, в котором размещен каркас колодки, имеет меньшую теплопроводность, а массы полимерных композитов, из которых выполнены слои, выбраны из соотношения

где M₁ - масса композита более теплопроводного слоя;

M₂ - масса композита менее теплопроводного слоя.

Существенные признаки заявляемого изобретения “массы полимерных композитов, из которых выполнены слои, выбраны из соотношения

где M₁ - масса композита более теплопроводного слоя;

M₂ - масса композита менее теплопроводного слоя”, являются отличительными от признаков прототипа.

Тормозная колодка железнодорожного подвижного состава включает металлический каркас и теплопроводный полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух продольных слоев, каждый из которых выполнен из полимерного фрикционного композита на основе полимерного связующего с различными наполнителями, включая волокнистые и дисперсные. При этом композит более теплопроводного слоя содержит дополнительно наполнитель из материала с высокой теплопроводностью, например, графита кристаллического, скрытокристаллического или их смеси, различных металлов и др. Металлический каркас колодки размещен в менее теплопроводном слое. Масса M₁ композита более теплопроводного слоя больше массы М₂ композита менее теплопроводного слоя (без учета массы металлического каркаса) в 1,5-2,0 раза.

Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами, например формованием из полимерной композиции.

Конкретным примером заявляемого изобретения является двухслойная железнодорожная колодка, содержащая металлический сетчато-проволочный каркас и двухслойный фрикционный элемент. Менее теплопроводный слой фрикционного элемента, в котором размещен каркас колодки, выполнен из композита ТИИР-300, содержащего матрицу из вулканизата каучука, порошкообразные наполнители (баритовый концентрат и технический углерод) и волокнистый наполнитель (асбест). Более теплопроводный слой выполнен из композита ТИИР-303, содержащего матрицу из вулканизата каучука, порошкообразные наполнители (баритовый концентрат, технический углерод, электрокорунд, графит) и волокнистый наполнитель (асбест). В одной колодке масса композита ТИИР-300 (без массы каркаса) составляет ~ 1,1 кг, масса композита ТИИР-303 ~ 1,8 кг.

Другим конкретным примером заявляемого изобретения является утолщенная укороченная двухслойная железнодорожная колодка, содержащая металлический сетчато-проволочный каркас и двухслойный фрикционный элемент. Менее теплопроводный слой колодки, в котором размещен каркас, выполнен из композита ТИИР-300 и имеет массу ~ 1,2 кг (без массы каркаса), более теплопроводный слой из композита ТИИР-303 имеет массу ~ 2,2 кг.

Использование указанного соотношения масс композитов слоев в двухслойной колодке позволяет оптимизировать тепловые напряжения в колодке в процессе эксплуатации в условиях как высоких нагревов, так и глубоких охлаждении колодки, что особенно характерно для резкоконтинентального климата. Если соотношение масс композитов слоев будет меньше, чем 1,5, то при эксплуатации в условиях холодного климата возрастает возможность оледенения и обмерзания колодки, способствующая обмерзанию тормозного башмака, что резко затрудняет смену колодок и требует очистки тормозного узла от льда. Кроме того, обмерзание колодки увеличивает тормозной путь, что снижает безопасность движения. Соотношение масс композитов слоев большее, чем 2,0 существенно уменьшает эффект, который дает высокая теплопроводность колодки, так как повышается температурный градиент в теле колодки, в результате чего возможны перегревы поверхности трения и, как следствие, дефекты поверхности качения колеса.