PL211861B1 - Bocznie wzmacniany kolejowy klocek hamulcowy - Google Patents

Description

Niniejsze zgłoszenie dotyczy kompozytowych klocków hamulcowych.

Pojazdy szynowe są podpierane i prowadzone na kołach stalowych. Powierzchnie toczne kół na zewnętrznym obwodzie kół przemieszczają się po stalowych szynach. Hamulce pojazdów szynowych mają klocki hamulcowe, które są wprowadzane w sprzęgnięcie cierne z powierzchniami tocznymi kół. Klocki hamulcowe są podparte przez hamulcowe głowice, które z kolei są podparte ruchomo przez zawieszenie hamulca składające się z układu dźwigni i pneumatycznego cylindra. Klocki hamulcowe składają się z różnych materiałów, które wybiera się ze względu na ich właściwości cierne oraz wpływ na trwałość powierzchni tocznych kół. Liczne klocki hamulcowe są kompozytami materiałów o różnych właściwościach. W typowych kompozytowych klockach hamulcowych, materiały o różnych właściwościach ciernych opierają się na powierzchni tocznej koła podczas hamowania. Osiąga się to przez umieszczenie wkładek z różnych materiałów na powierzchni ciernej klocka, składającej się z podstawowego materiału klocka hamulcowego.

Standardowe kolejowe klocki hamulcowe w Ameryce Północnej są wytwarzane z metalowych płyt podstawowych służących do podtrzymywania materiału ciernego i do zamocowania i zatrzymania klocków hamulcowych przy głowicach hamulca. Gdzie indziej na świecie klocki hamulcowe są wytwarzane bez metalowych płyt podstawowych i zwykle zawierają szkieletową ramę sitową. Jednego rodzaju kolejowy klocek hamulcowy zawiera również wkładkę metalową przytwierdzoną bezpośrednio za pomocą spawania do metalowej płyty podstawowej przed uformowaniem płytki ciernej hamulca, na przykład, za pomocą zaprasowania na płytę podstawową. Proszę patrzeć opis patentowy US 6 241 058 zatytułowany „Brake shoe with insert bonded to backing plate [„Klocek hamulcowy z wkładką wiązaną do płyty podstawowej]. Niedawno zostały wprowadzone wkładki metalowe do klocków hamulcowych bez podłoża metalowego, co ujawniono w opisie PCT/US2007/069854 zatytułowanym „Railway brake shoe [„Kolejowy klocek hamulcowy”].

Materiał cierny klocka hamulcowego często zawiera mieszankę materiałów ściernych, materiałów wypełniaczy organicznych i nieorganicznych, oraz żywic. Wkładka metalowa jest wybierana tak aby zapewnić korzystne traktowanie powierzchni tocznej koła.

Wzmacniane włóknem sprężyste warstwy podłoża między materiałem ciernym a metalowymi płytami podstawowymi były zalecane do tłumienia dźwięku. Proszę patrzeć opis patentowy US 4 371 631 zatytułowany „Backing Plate Composition for Brake Shoes” [„Struktura płyty podstawowej do klocków hamulcowych”].

Zaletą tego wynalazku jest zapewnianie konstrukcyjnego wzmocnienia przy bocznych warstwach klocka hamulcowego, w celu ograniczenia powstawania i rozprzestrzeniania się pęknięć.

Klocki hamulcowe mają powierzchnię cierną, która podczas hamowania opiera się na wypukłej powierzchni tocznej koła pojazdu szynowego. Powierzchnia toczna koła jest powierzchnią obrotową, która może mieć powierzchnię wypukło-stożkową lub być kombinacją powierzchni wypukło-stożkowej i powierzchni cylindrycznej lub innych powierzchni obrotowych. Powierzchnia klocka hamulcowego ma powierzchnię wklęsłą obrotową, która pasuje do części powierzchni wypukłej koła. Te powierzchnie obrotowe są określone tworzącą (niekoniecznie linią prostą) obracaną wokół osi, która jest wyznaczana przez oś koła. Zatem powierzchnia cierna klocka hamulcowego ma zwykle przebieg osiowy i obwodowy, a klocek hamulcowy ma grubość zmieniającą się promieniowo od powierzchni ciernej. Cechy klocków hamulcowych, według różnych przykładów realizacji wynalazku, zostaną opisane w odniesieniu do kierunków zwykle osiowych, obwodowych oraz promieniowych.

W jednym z przykł adów realizacji wynalazku, zapewniono klocek hamulcowy z lub bez podł o ż a metalowego. Ten klocek hamulcowy jest ograniczony przez powierzchnię tarcia do opierania się na powierzchni tocznej koła, oraz promieniowo przeciwną powierzchnię tylną do stykania się z głowicą hamulca i osadzaniu się na niej, a także dwie powierzchnie boczne przebiegające między powierzchnią cierną a powierzchnią tylną. Klocek hamulcowy ma wkładkę metalową składającą się z dwu oddalonych od siebie części mających powierzchnie czołowe leżące na powierzchni ciernej klocka hamulcowego. Te oddalone od siebie części przebiegają promieniowo od powierzchni ciernej oraz do powierzchni tylnej klocka hamulcowego. Klocek hamulcowy składa się z formowanego materiału ciernego zawierającego mieszankę materiałów ściernych, wypełniaczy oraz z żywic. Wzdłuż przynajmniej części co najmniej jednej powierzchni bocznej, w sąsiedztwie oddalonych od siebie części wkładek metalowych, znajduje się warstwa materiału wzmocnionego włóknem. Ten materiał wzmocniony włóknem może być formowany materiałem ciernym wzmocnionym włóknem.

PL 211 861 B1

Zgodnie z tym wynalazkiem, boki klocka hamulcowego wzmacnia się, aby ograniczyć pęknięcia spowodowane naprężeniami termicznymi i mechanicznymi podczas hamowania, przez dodanie materiału włókno/mieszanka do boków klocków hamulcowych podczas procesu formowania. Podczas procesu formowania, temperatura i ciśnienie powodują, że materiał włókno/mieszanka zostaje integralnie sprasowany i połączony z materiałem ciernym stanowiącym główną masę klocka hamulcowego, którym jest on kompatybilny.

W przypadku wykorzystania klocków hamulcowych mających wkładki metalowe, a także w sytuacji umieszczenia w sąsiedztwie wkładek metalowych, warstwy wzmacniające wzdłuż powierzchni bocznych są szczególnie skuteczne w zapobieganiu tworzeniu się i rozchodzenia pęknięć między uformowanym materiałem ciernym a wkładkami metalowymi.

Korzystnie, materiał włókna może zawierać tkany lub igłowany materiał włókien szklanych, włókien aramidowych, włókien bawełnianych itp., impregnowany związkiem fenolowym lub inną żywicą. Kompozycja warstw wzmocnionych musi być dobierana w taki sposób, aby warstwy wzmacniające zużywały się z zasadniczo tak samo szybko jak kompozycja masy ciernej.

Dalsze cechy oraz inne cele i zalety staną się zrozumiałe na podstawie podanego niżej szczegółowego opisu korzystnych przykładów realizacji, dokonanego w odniesieniu do rysunków, na których:

Figury 1, 2 oraz 3 przedstawiają widoki z tyłu, z boku oraz płaszczyzny ciernej klocka hamulcowego mającego wkładkę metalową;

Figura 4 jest widokiem perspektywicznym klocka hamulcowego z warstwą wzmacniającą częścią boku; a także

Figura 5 jest widokiem perspektywicznym klocka hamulcowego z warstwą wzmacniającą całego boku.

Funkcją złożonego kolejowego klocka hamulcowego jest zapewnienie siły hamowania w postaci siły zwalniającej wytwarzanej przez tarcie, działającej na powierzchnie toczne kół pojazdu szynowego. Nawiązując do Figur 1 do 5, struktura klocka hamulcowego jest zwykle zaprojektowana jako bryła ukształtowana łukowo, z jedną powierzchnią cierną 12 dopełniającą względem obwodu koła, a także z promieniowo oddaloną powierzchnią tylną 14, która ma być przymocowana do członu wsporczego układu hamulcowego, który przykłada siłę do klocka hamulcowego podczas hamowania. Między powierzchnią cierną 12 a powierzchnią tylną 14 rozciągają się powierzchnie boczne 16. Klocek hamulcowy może zawierać metalową płytę mocującą na tylnej powierzchni lub osadzoną w tylnej powierzchni, do zamocowania do członu wsporczego układu hamulcowego. Klocek hamulcowy może zawierać wkładki metalowe 10 oraz 11, które wystają przez grubość materiału kompozytowego, aby zapewnić poprawę odporności na ścieranie lub kondycjonowanie powierzchni koła i/lub zapewnić przywieranie toczne między kołem pojazdu szynowego a szynami.

Z powodu działania kilku czynników, naprężenia są wywoływane w różnych szczególnych miejscach struktury klocka hamulcowego i mogą powodować pękanie lub złamanie konstrukcji klocka hamulcowego podczas pracy. Czynnikami tymi mogą być: a) zakrzywiony kształt klocka hamulcowego, b) nieciągłości pomiędzy kompozytem a wkładką metalową lub metalową płytą mocującą, c) wysoki poziom normalnie działających sił oraz stycznych sił tarcia występujących podczas hamowania, d) cykliczne wibracje oraz obciążenia udarowe podczas zwalniania hamulca, e) nieregularne dopasowanie między powierzchnią cierną klocka hamulcowego a kołem, a także f) nierównomierny rozkład sił spowodowany niedokładnym dopasowaniem między powierzchnią tylną klocka hamulcowego a członem wsporczym układu hamulcowego.

Pęknięcia z tyłu klocka hamulcowego, które pojawiają się na skutek działania różnych czynników naprężeniowych, mogą być powierzchowne, ale mogą też stanowić poważne problemy bezpieczeństwa, mając wpływ na uszkodzenia i uniemożliwienie działania.

Zaletą tego wynalazku jest zmniejszenie prawdopodobieństwa uszkodzenia oraz uniemożliwienia działania, poprzez wzmocnienie bocznej warstwy powierzchniowej struktury klocka hamulcowego.

W jednym z przykł adów realizacji tego wynalazku boczne warstwy wzmacniają ce są przygotowywane przed formowaniem klocka hamulcowego. Warstwy wzmacniające są złożone ze sprężystego materiału kompozytowego, który zamyka w sobie jedną lub więcej warstw wzmocnienia włóknem, które są kompatybilne z podstawowym materiałem kompozycji bloku hamulcowego. Warstwy wzmacniające są wykonane integralnie z blokiem hamulca przez umieszczenie warstw wzmacniających w formie przed formowaniem bloku hamulca. Zgodnie z kolejnym przykładem realizacji, arkusze włóknistego materiału impregnowanego żywicą mogą być wiązane do bocznej powierzchni klocka hamulcowego podczas lub po procesie formowania klocka hamulcowego.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Formowany klocek hamulcowy wykonany z materiału ciernego, z podłożem metalowym lub bez niego, który to klocek hamulcowy jest ograniczony przez powierzchnię cierną do opierania się o powierzchnię toczną koła, promieniowo przeciwległą powierzchnią tylną do stykania się z głowicą hamulca i mocowania do niej, a także powierzchnie boczne przebiegające między powierzchnią cierną a powierzchnią tylną, znamienny tym, że wzdłuż przynajmniej części, co najmniej jednej powierzchni bocznej znajduje się warstwa materiału wzmocnionego włóknem.
2. 2. Formowany klocek hamulcowy wykonany z materiału ciernego, z podłożem metalowym lub bez niego, który to klocek hamulcowy jest ograniczony przez powierzchnię cierną do opierania się o powierzchnię toczną koła, promieniowo przeciwległą powierzchnią tylną do stykania się z głowicą hamulca i mocowania do niej, a także powierzchnie boczne przebiegające między powierzchnią cierną a powierzchnią tylną, przy czym klocek hamulcowy ma wkładkę metalową mającą powierzchnie czołowe leżące w powierzchni ciernej klocka hamulcowego, która to wkładka odchodzi promieniowo od powierzchni ciernej, znamienny tym, że wzdłuż przynajmniej części, co najmniej jednej powierzchni bocznej znajduje się warstwa materiału wzmocnionego włóknem.
3. 3. Formowany klocek hamulcowy według zastrz. 1 albo 2, w którym materiał włóknisty może zawierać tkany lub igłowany materiał z włókien szklanych, włókien aramidowych, włókien bawełnianych itp., zaimpregnowany substancją fenolową lub inną żywicą.
4. 4. Formowany klocek hamulcowy według zastrz. 2, w którym kompozycja warstw wzmacniających jest dobierana w taki sposób, aby warstwy wzmacniające zużywały się zasadniczo z taką samą prędkością jak kompozycja cierna.