Способ получения тормозных колодок подвижного железнодорожного состава

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к способу изготовления тормозных колодок подвижного железнодорожного состава. Способ заключается в изготовлении металлического каркаса с П-образным выступом в его центральной части, использовании композиционного фрикционного элемента и одной твердой вставки, расположенной в центральной части колодки. В состав композиционного фрикционного элемента на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков вводят предварительно обработанную на подогретых до 40-80°С вальцах смесь твердой высокомолекулярной диановой смолы с молекулярной массой от 860 до 3500 (А) с ароматическим полиамином (техническим продуктом), представляющим собой смесь изомеров диаминодифенилметана и высших полиаминов (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 70:30, вулканизирующие добавки - серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, высушенный волокнистый наполнитель, предварительно пропитанный водной эпоксидной дисперсией в количестве от 5 до 40% в пересчете на сухой продукт и порошковый наполнитель, представляющий собой мелкодисперсный минерал, или металл, или их смесь. Твердую вставку, выполненную из чугуна, закрепляют фрикционным композиционным элементом в процессе прессования колодки в пресс-форме за счет высоких адгезионных и когезионных свойств фрикционного композиционного элемента. Достигается повышение эксплуатационной надежности тормозных колодок за счет повышения прочности и адгезии к металлу фрикционного состава, а также снижение трудозатрат и энергозатрат при изготовлении колодок за счет исключения операции сварки. 2 табл.

 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способу изготовления тормозных колодок подвижного железнодорожного состава.

Известен способ получения тормозных колодок из композиционных материалов на основе бутадиеновых каучуков с вулканизирующими добавками и наполнителями - асбестовым волокном и различными минеральными порошками в сочетании с металлическим каркасом (см. Б.А.Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. М.: Издательство «Химия», 1982). Описанный состав - композиционный фрикционный элемент является наиболее распространенным при изготовлении колодок в течение более чем 50 лет. Однако возрастание скоростей железнодорожного транспорта и нагрузок на тормозные устройства показали недостаточную прочность и надежность в эксплуатации тормозных колодок, получаемых по известному аналогу.

Ближайшим прототипом заявленного решения является тормозная колодка и способ ее получения, которая наряду с композиционным фрикционным элементом и металлическим каркасом с П-образным выступом в его центральной части содержит твердую вставку из чугуна, при этом вставка приваривается к металлическому каркасу (см. Патент РФ №2309072 С7 от 27.10.2007 г.).

Задачей твердой вставки является обеспечение очищающего и полирующего воздействия на колесо вагона.

Однако приваривание вставки к металлическому каркасу вызывает внутренние напряжения в металле каркаса и, как следствие, снижение его прочности и надежности. В то же время приваривание вставки является достаточно трудоемкой операцией, неприемлемой при массовом производстве тормозных колодок. Кроме того, все описанные и применяемые композиционные фрикционные элементы (составы) имеют недостаточную прочность и адгезию к металлическим элементам колодки.

Целью настоящего изобретения является способ повышения эксплуатационной надежности тормозных колодок за счет повышения прочности и адгезии к металлу фрикционного состава, обеспечивающий снижение трудо- и энергозатрат при изготовлении в результате исключения операции сварки.

Поставленная цель достигается тем, что в состав композиционного фрикционного элемента на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков вводят предварительно обработанную на подогретых до 40-80°С вальцах смесь твердой высокомолекулярной диановой смолы с молекулярной массой от 860 до 3500 (А) с ароматическим полиамином (техническим продуктом), представляющим собой смесь изомеров диаминодифенилметана и высших полиаминов (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 70:30, вулканизирующие добавки: серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, высушенный волокнистый наполнитель, предварительно пропитанный водной эпоксидной дисперсией, в количестве от 5 до 40% в пересчете на сухой продукт и порошковый наполнитель, представляющий собой мелкодисперсный минерал или металл или их смесь, а твердую вставку, выполненную из чугуна, закрепляют фрикционным композиционным элементом в процессе прессования колодки в пресс-форме за счет высоких адгезионных и когезионных свойств фрикционного композиционного элемента, состоящего в мас.ч.:

Каучук	100,0
Смесь эпоксидной смолы с ароматическим полиамином	10,0-40,0
Сера	1,0-15,0
2-меркаптобензтиазол	0,5-4,0
Тиурам	0,03-1,0
Волокнистый наполнитель	20,0-140,0
Порошковый наполнитель	40,0-260,0

Пример 1.

Приготовление смеси эпоксидной смолы с ароматическим полиамином.

На разогретые до 60°С вальцы с фрикцией 1,25 загружают смесь твердой высокомолекулярной диановой смолы с молекулярной массой 1600 марки Э-44 (ТУ 6-10-1347-78), компонента А в количестве 85 мас.ч. и ароматического полиамина, представляющего собой смесь изомеров диаминодифенилметана и высших полиаминов (ТУ 2473-342-05763441-2001), компонент Б в количестве 15 мас.ч. После 3-х подрезов размягченную массу снимают с вальцов, охлаждают, дробят и упаковывают. Допустимый срок хранения не менее 6 мес.

Приготовление волокнистого наполнителя

В лопастной смеситель загружают 80 мас.ч. хризотилового асбеста марки П-5-65 и 40 мас.ч. 50% водной эпоксидной дисперсии (в пересчете на сухой продукт 20 мас.ч.) марки Этал АК-732 (ТУ 2241-824-18826195-06), представляющей собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической смолы с полиэтиленгликолем. После перемешивания в течение 15 минут пропитанное волокно направляют в сушилку для удаления воды. Сухое пропитанное волокно представляет собой волокнистую массу, не имеющую запаха, непылящую, нетоксичную, легко распадающуюся при незначительном разрывном усилии.

Получение композиционного фрикционного элемента

В резиносмеситель типа РСВД-140-20 загружают 100 мас.ч. бутадиенового каучука марки СКД-2 (ГОСТ 14924), 25 мас.ч. отвальцованной при 60°С смолы марки Э-44 с полиамином, 5 мас.ч. серы, 2,2 мас.ч. 2-меркаптобензтаазола (ГОСТ 739), 0,5 мас.ч. тиурама (ГОСТ 740), 90 мас.ч. пропитанного эпоксидной дисперсией хризотилового асбеста и смеси 150 мас.ч. порошкового минерального наполнителя, состоящего из смеси - глинозем (ГОСТ 30558), графит кристаллический (ГОСТ 5279), концентрат баритовый (ГОСТ 4682) в равном соотношении. Перемешивание осуществляют при 70°С в течение 30 минут. После перемешивания открывается нижний затвор резиносмесителя и масса направляется для изготовления тормозных колодок.

Изготовление колодок

Для изготовления колодок композиционный материал предварительно формуют (брикетируют) под давлением 130 МПа в течение 10 секунд.

В процессе брикетирования смесь засыпается в пустое гнездо пресс-формы соответствующей конструкции, после чего закладывают металлический каркас и металлическую вставку, пресс-форму закрывают и подают давление. Готовые брикеты направляют на формование и вулканизацию в обогреваемых пресс-формах.

Формирование и одновременно вулканизацию осуществляют при температуре 200°С±5 в течение 25 мин +1 мин/мм толщины композиционного фрикционного элемента.

Примеры 2-6 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров в соответствии с таблицей 1.

Характеристика тормозных колодок приведена в таблице 2.

Из данных таблицы видны преимущества колодок, получаемых по заявляемому способу по сравнению с серийно производимыми в соответствии с ТУ 2571-037-00152129-2006.

Таблица 1
Условия осуществления заявляемого способа по примерам 2-6
№ п/п	Наименование параметра	Величина параметра по примерам:
2	3	4	5	6
1	Вид и марка применяемого каучука	Бутадиено-вый СКД-1	Бутадие-новый СКД-2	Бутадиен-нитрильный СКН-26	Смесь бутадиеново-го СКД-1 и бутадиен-нитриль- ного СКН-18 1:1	Бутадиенни-трильный СКН-40
2	Количество вулканизирующих добавок:
	сера	1	15	5	5	5
	2-меркапгобензтиазол	0,5	4	2	2	2
тиурам	0,03	1	0,5	0,5	0,5
3	Марка и молекулярная масса твердой эпоксидной смолы	ЭД-8 (ГОСТ 10587-84) 860	Э-49 (ТУ 2225-039-0020 4211-2003) 2800	ЭД-8 (ГОСТ 10587-84) 1000	Э-05К (ТУ 2225-008-00204211-96) 3500	ЭД-8 (ГОСТ 10587-84) 900
4	Количество и соотношение смолы и ароматического полиамина (А:Б)	10	40	25	25	25
	95:5	70:30	85	85	85
5	Режим вальцевания смолы с ароматическим полиамином, температура 0°С	40/10	80/3	60/5	60/5	60/5
6	Вид и количество волокнистого наполнителя, мас.ч.	Бесщелочное непрерывное рубленое стекловолокно диаметром 12 микрон	Волокно полиарамидное	Базальтовое непрерывное рубленое волокно диаметром 18 микрон	Волокно арселоновое измельченное (ТУРБ 00204056.145-97)
20	140	100	100	100
7	Содержание эпоксидной дисперсии на волокнистом наполнителе	5	40	22	22	22
8	Вид и количество порошкового наполнителя, мас.ч.	Крошка диалитовая обожженная (ТУ 5761-003-25310144-99) 260	Порошок железный 1:1 150	Электрокорунд и стальной порошок дробленый 150	Смесь углерода технического и глинозема марки Г-00 в соотношении 1:1 150	Смесь сурика железного и графита кристаллического в соотношении 2:1 150
9	Материал вставки	Ковкий чугун	Высоко-проч- ный чугун	Серый чугун	Фосфористый чугун	Ковкий чугун

Таблица 2
Свойства тормозных колодок, изготовленных по заявляемому способу по примерам 1-6
№ п/п	Наименование показателя	Величина показателя по примерам 1-6
1	2	3	4	5	6
1	Твердость по Бринеллю, НВ 16/187, 5/30	3,5	3,8	3,6	3,5	3,8	3,6
2	Коэффициент трения в паре со сталью марки 1 и 2 по ГОСТ 10791	0,41	0,40	0,43	0,39	0,45	0,43
3	Износ в паре со сталью марки 1 или 2 по ГОСТ 10791, мм	0,12	0,10	0,12	0,11	0,10	0,11
4	Предел прочности при сжатии, МПа	35	32	38	32	36	35

Способ получения тормозных колодок подвижного железнодорожного состава, включающий изготовление металлического каркаса с П-образным выступом в его центральной части, использование композиционного фрикционного элемента и одной твердой вставки, расположенной в центральной части колодки, отличающийся тем, что в состав композиционного фрикционного элемента на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков вводят предварительно обработанную на подогретых до 40-80°С вальцах смесь твердой высокомолекулярной диановой смолы с молекулярной массой от 860 до 3500 (А) с ароматическим полиамином (техническим продуктом), представляющим собой смесь изомеров диаминодифенилметана и высших полиаминов (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 70:30, вулканизирующие добавки - серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, высушенный волокнистый наполнитель, предварительно пропитанный водной эпоксидной дисперсией в количестве от 5 до 40% в пересчете на сухой продукт, и порошковый наполнитель, представляющий собой мелкодисперсный минерал или металл, или их смесь, а твердую вставку, выполненную из чугуна, закрепляют фрикционным композиционным элементом в процессе прессования колодки в пресс-форме за счет высоких адгезионных и когезионных свойств фрикционного композиционного элемента, состоящего, мас.ч.:

Каучук	100,0
Смесь эпоксидной смолы с ароматическим полиамином	10,0-40,0
Сера	1,0-15,0
2-меркаптобензтиазол	0,5-4,0
Тиурам	0,03-1,0
Волокнистый наполнитель	20,0-140,0
Порошковый наполнитель	40,0-260,0