PL206505B1 - Wstawka hamulcowa - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206505 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356758 (22) Data zgłoszenia: 21.10.2002

Wstawka hamulcowa (43) Zgłoszenie ogłoszono:

04.05.2004 BUP 09/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.08.2010 WUP 08/10 (51) Int.Cl.

F16D 65/04 (2006.01) F16D 65/00 (2006.01) (73) Uprawniony z patentu:

POLITECHNIKA KRAKOWSKA

IM. TADEUSZA KOŚCIUSZKI, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku:

ROMAN BOGACZ, Warszawa, PL STANISŁAW DŻUŁA, Kraków, PL PAWEŁ URBAŃCZYK, Miękinia, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Korzeniowski Zbigniew

Rzecznik Patentowy Politechnika Krakowska im. T. Kościuszki

Sekcja Ochrony Własności Intelektualnej

PL 206 505 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wstawka hamulcowa stanowiąca wymienną część klocków hamulcowych posiadająca wtopkę stalową osadzoną w materiale ciernym wstawki, przeznaczona zwłaszcza do stosowania w układach hamulcowych pojazdów szynowych.

Podczas hamowanie wstawka swą wklęsła powierzchnią trącą dociska do powierzchni tocznej koła jezdnego pojazdu szynowego. Wstawki klocków hamulcowych dla taboru kolejowego wykonywane są ze specjalnych materiałów np. ze specjalnego żeliwa o odpowiednim współczynniku tarcia. Z polskiego patentu nr 170317 (IntCI⁶ B22c 9/02, B22D 19/02) znany jest sposób wytwarzania odlewanych wstawek klocków hamulcowych z wtopką stalową. Warunek stabilności dróg hamowania pojazdów szynowych wymaga, aby rozkład nacisków jednostkowych w strefie tarcia pary ciernej hamulca klockowego był niezmienny w czasie procesu hamowania. W rzeczywistości rozkład nacisków jednostkowych wzdłuż powierzchni ciernej zmienia się w czasie tego samego hamowania w bardzo szerokich granicach. Dominującym czynnikiem wpływającym na rozkład nacisków jednostkowych jest powstające w czasie hamowania ciepło tarcia. Powierzchnia cierna wstawki nagrzewa się do wyższej temperatury niż jej grzbiet. Różnica jest tym większa im wyższa jest moc i praca hamowania. W wyniku odkształceń termicznych spowodowanych gradientem temperatury zmniejsza się krzywizna wstawki hamulcowej i w jej części środkowej wzrastają naciski jednostkowe, wskutek czego wstawka ściera się bardziej w części środkowej niż na końcach. Z kolei w czasie ochładzania się wstawki, po okresie hamowania, odkształca się ona w odwrotnym kierunku tak długo, dopóki grzbiet nie odzyska pierwotnej krzywizny. Po ponownym hamowaniu do koła przylegają tylko powierzchnie cierne położone na końcach wstawki. Następuje ich szybsze zużycie, a równocześnie powstające ciepło tarcia powoduje ponowne odkształcenie wstawki i wzrost nacisków jednostkowych w części środkowej. Zjawisko lokalnego wzrostu nacisków jednostkowych w różnych obszarach powierzchni ciernej wstawek hamulcowych, których wartość przekracza kilkakrotnie wartość nacisku nominalnego, powtarza się cyklicznie w czasie eksploatacji pojazdów szynowych. Prowadzi to w efekcie koń cowym do przyspieszenia zuż ycia ściernego.

Jednym ze sposobów zapobiegania ujemnym skutkom odkształceń termicznych żeliwnej wstawki hamulcowej są wstawki ze szczelinami dylatacyjnymi. Istota tego typu rozwiązań polega na podziale powierzchni ciernej wstawki na szereg niewielkich powierzchni. Uzyskuje się to poprzez nacięcia wzdłuż i w poprzek wstawki. Nacięcia spełniają rolę szczelin dylatacyjnych i równocześnie powodują zmniejszenie sztywności wstawki na zginanie. Istniejące rozwiązania różnią się rozmieszczeniem oraz głębokością nacięć, czego przykładem są rozwiązania opisane i powołane w patencie polskim nr 170619 (IntCI⁶ B61H 1/00, F16D 69/00) oraz zgłoszeniu polskim P-323331 (IntCI⁶ F16D 65/04, B61H 1/00). Podczas badań doświadczalnych z tego typu wstawkami stwierdzono korzystne warunki tarcia i zużycia. Z uwagi na technologię wykonania oraz małą odporność na wykruszenia, wstawki hamulcowe ze szczelinami dylatacyjnymi nie znalazły szerszego zastosowania w pojazdach szynowych.

Celem przedstawianego rozwiązania jest zmniejszenie wpływu odkształceń termicznych wstawek hamulcowych na proces hamowania pojazdów szynowych oraz poprawienie stabilności ich dróg hamowania.

Istota rozwiązania charakteryzuje się tym, że wstawka zbudowana jest z kilku oddzielnych segmentów ciernych, co najmniej trzech w liczbie nieparzystej, połączonych wzajemnie stalową wtopką osadzoną wewnątrz segmentów w ich strefie grzbietowej, przy czym szerokość wtopki jest mniejsza od szerokości segmentów. Wtopka może być ażurowa w strefie osadzenia. Ażurami mogą być dowolnego kształtu otwory usytuowane wewnątrz wtopki lub przy jej krawędzi jako boczne wybrania wykonywane we wtopce w formie wykrawania lub wywijania, które rozmieszcza się na jej długości w polu osadzenia segmentów ciernych, korzystnie pośrodku, celem uzyskania lepszego połączenia. Segment środkowy po stronie grzbietowej posiada uchwyt do mocowania do obsady klocka hamulcowego. Segment skrajny po stronie grzbietowej posiada dwa symetryczne występy do ustalania wkładki w obsadzie klocka hamulcowego. Wstawka może mieć segmenty pośrednie usytuowane pomiędzy segmentem środkowym a segmentami skrajnymi, które posiadają grzbiet płaski bądź z dwoma symetrycznymi występami.

Zaletą konstrukcji jest istotne ograniczenie odkształceń termicznych wstawek hamulcowych oraz wynikające z tego istotne ograniczenia wpływu nacisków jednostkowych na spadek współczynnika tarcia.

PL 206 505 B1

Efektem tego rozwiązania są następujące korzystne skutki wynalazku:

- Skrócenie dróg hamowania oraz wzrost ich stabilnoś ci, a tym samym zwię kszenie bezpieczeństwa ruchu pojazdów szynowych.

- Zmniejszenie zużycia ściernego wstawek hamulcowych, skutkiem czego spodziewane są znaczne wymierne korzyści ekonomiczne.

- Zmniejszenie zagrożenia pożarowego, gdyż w szczelinach dylatacyjnych pomiędzy segmentami ciernymi wstawki hamulcowej następuje naturalne wygaszanie iskier powstających podczas procesu hamowania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania pięciosegmentowej wstawki hamulcowej przedstawiono na rysunku na którym:

fig. 1 przedstawia półprzekrój wstawki w widoku bocznym, fig. 2 widok wstawki od strony grzbietowej, fig. 3 przekrój segmentu środkowego zaznaczony na fig. 1, fig. 4 przekrój segmentu skrajnego zaznaczony na fig. 1, fig. 5 fragmentaryczny widok wtopki z przykładami wykrawanych ażurów, fig. 6 fragmentaryczny przekrój wtopki z przykładami wykrawanych ażurów, fig. 7 fragmentaryczny widok wtopki z przykładami wywijanych dośrodkowo ażurów, fig. 8 przekrój poprzeczny wtopki zaznaczony na fig. 7 przez ażur stanowiący wywijane otwory przykrawędziowe jako boczne wybrania, fig. 9 fragmentaryczny przekrój podłużny wtopki z przykładami wywijanych dośrodkowo ażurów, fig. 10 fragmentaryczny widok wtopki z przykładami wywijanych odśrodkowo ażurów fig. 11 przekrój poprzeczny wtopki zaznaczony na fig. 10 przez ażur stanowiący wywijane otwory przykrawędziowe jako boczne wybrania, fig. 12 fragmentaryczny przekrój podłużny wtopki z przykładami wywijanych dośrodkowo ażurów, fig. 13 wykres nacisków dla klocka hamulcowego ze wstawką żeliwną pełną a fig. 14 wykres nacisków dla klocka hamulcowego ze wstawką żeliwną segmentową.

Wstawka hamulcowa ukształtowana jest w formie łukowego elementu do mocowania w obsadzie klocka hamulcowego z powierzchnią roboczą umożliwiającą współpracę cierną z powierzchnią toczną koła pojazdu szynowego. Wstawka, wykonana jako odlew żeliwny, stanowi zestaw pięciu segmentów 1 ciernych połączonych stalową wtopką 2 zatopioną w materiale segmentów 1 w ich strefie grzbietowej. Wtopka 2 ma postać taśmy stalowej wygiętej łukowo o promieniu większym od promienia tocznego koła jezdnego, o długości łuku wtopki równej długości wstawki i szerokości wtopki mniejszej od szerokości segmentów 1 wkładki. Wtopka 2 jest ażurowana, a otwory rozmieszczone są wzdłuż jej długości pośrodku pola osadzenia segmentów 1 ciernych wkładki. Ażury mogą stanowić różnego kształtu wykrawane otwory wewnętrzne 2a, 2b lub przykrawędziowe 2c rozmieszczone na wtopce 2 pośrodku osadzenia segmentów 1 ciernych. Ażury mogą też stanowić wywijane dośrodkowo otwory 2d, 2e, 2ί lub wywijane odśrodkowo otwory 2g, 2h, 2i rozmieszczone na wtopce 2 pośrodku osadzenia segmentów 1 ciernych. Zarys profilu roboczego każdego segmentu 1 ma kształt odpowiadający bieżni koła pojazdu szynowego. Grzbiety segmentów 1 są zróżnicowane. Segment 1 środkowy posiada uchwyt do mocowania do klocka hamulcowego, segmenty 1 skrajne posiadają dwa symetryczne występy do ustalania wkładki w obsadzie klocka hamulcowego, zaś segmenty 1 pośrednie usytuowane pomiędzy segmentem środkowym a segmentami skrajnymi posiadają płaski grzbiet.

Przeprowadzona symulacja komputerowa współpracy pary ciernej wstawka hamulcowa - powierzchnia toczna koła jezdnego w pełni potwierdza zasadność opisanych oczekiwań. Obliczenia numeryczne rozkładu nacisków jednostkowych wzdłuż powierzchni ciernej wstawki, przy takim samym przykładowym stanie cieplnym klocka hamulcowego, zmienia się od rozkładu podanego na fig. 13 dla klasycznej żeliwnej wstawki pełnej, do rozkładu przedstawionego na fig. 14 dla proponowanego rozwiązania ze wstawką żeliwną segmentową.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wstawka hamulcowa odlewana z wtopką stalową ukształtowana w formie łukowego elementu posiadająca na grzbiecie uchwyt do mocowania do obsady klocka hamulcowego oraz powierzchnię cierną ze szczelinami dylatacyjnymi w postaci poprzecznych rowków i zarys profilu odpowiadający bieżni współpracującego koła pojazdu szynowego, znamienna tym, że zbudowana jest z co najmniej

   PL 206 505 B1 trzech oddzielnych segmentów (1) ciernych połączonych wzajemnie stalową wtopką (2) osadzoną wewnątrz segmentów (1) w ich grzbietowej strefie, przy czym szerokość wtopki (2) jest mniejsza od szerokości segmentów (1).
2. 2. Wstawka według zastrz. 1, znamienna tym, że wtopka (2) jest ażurowa w strefie osadzenia
3. 3. Wstawka według zastrz. 2, znamienna tym, że ażury stanowią wykrawane otwory (2a, 2b, 2c) rozmieszczone na wtopce (2) w polu osadzenia segmentów (1) ciernych
4. 4. Wstawka według zastrz. 2, znamienna tym, że ażury stanowią wywijane dośrodkowo otwory (2d, 2e, 2f) rozmieszczone na wtopce (2) w polu osadzenia segmentów (1) ciernych
5. 5. Wstawka według zastrz. 2, znamienna tym, że ażury stanowią wywijane odśrodkowo otwory (2g, 2h, 2ΰ rozmieszczone na wtopce (2) w polu osadzenia segmentów (1) ciernych
6. 6. Wstawka według zastrz. 1, znamienna tym, że środkowy segment (1 po stronie grzbietowej posiada uchwyt do mocowania do obsady klocka hamulcowego.
7. 7. Wstawka według zastrz. 1, znamienna tym, że skrajny segment (1) po stronie grzbietowej posiada dwa symetryczne występy do ustalania wkładki w obsadzie klocka hamulcowego.
8. 8. Wstawka według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada pośrednie segmenty (1) usytuowane pomiędzy segmentem (1) środkowym a segmentami (1) skrajnymi.
9. 9. Wstawka według zastrz. 8, znamienna tym, że pośredni segment (1) posiada płaski grzbiet
10. 10. Wstawka według zastrz. 8, znamienna tym, że pośredni segment (1) po stronie grzbietowej posiada dwa symetryczne występy do ustalania wkładki w obsadzie klocka hamulcowego.