Колесо рельсового подвижного состава и способ его изготовления
Колесо рельсового подвижного состава, содержащее тело (1) колеса и установленные на нем с обеих сторон с помощью крепежных элементов фрикционные диски (2). Между контактной поверхностью (В) фрикционных дисков (2) и контактной поверхностью (А) тела (1) колеса расположено многослойное покрытие (7), которое на одной из поверхностей содержащего фосфат слоя (X) материала, обращенной к контактной поверхности (А), имеет содержащий смазочный материал слой (Y). Технический результат - уменьшение износа фрикционного диска колеса. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к колесу рельсового подвижного состава согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения и способу изготовления колеса рельсового подвижного состава согласно родовому понятию пункта 14 формулы изобретения.
Соединение фрикционного диска для торможения рельсового транспортного средства с колесом рельсового подвижного состава возможно обеспечить посредством навинчивания фрикционного диска на перегородке колеса. Такое соединение должно быть выполнено таким образом, чтобы фрикционные диски могли расширяться при нагревании и снова сжиматься при охлаждении. Такое температурное расширение и сжатие является причиной движений скольжения фрикционных дисков по перегородке колеса. Эти движения скольжения происходят в результате силы предварительного натяжения винтов при относительно высоком усилии.
Фрикционные диски обычно изготавливаются из белого металла без долговечного покрытия. При этом диски могут быть покрыты маслом, которое защищает фрикционные диски от коррозии в течение ограниченного интервала времени. Именно при длительном хранении, особенно на открытом воздухе, может образоваться коррозия, в том числе, на контактных поверхностях фрикционного диска.
Некоторыми производителями уже было предусмотрено, например, нанесение грунтовки на перегородку колеса, либо также нанесение обеспечивающей скольжение монтажной пасты, которая в результате движения скольжения постепенно выводится из зоны контакта между перегородкой колеса и фрикционным диском и которая не может обеспечить снижение трения между перегородкой колеса и фрикционным диском в течение более продолжительного промежутка времени.
Поскольку трение увеличивается, разумеется, это приводит к увеличению фрикционной коррозии и адгезивного износа, который также известен под названием "корродирование". Посредством такого адгезивного износа затрудняется расширение и сжатие тормозного диска при торможении, и уменьшается предварительное натяжение винтов. Это, в свою очередь, приводит к увеличению нагрузки и сокращению срока службы резьбового соединения.
При длительном контакте тормозного диска и перегородки колеса, при применении известного, обеспечивающего скольжение лака возникает проблема, которая заключается в том, что соединение слоя обеспечивающего скольжение лака с металлической поверхностью колеса рельсового подвижного состава, или контактной поверхностью перегородки колеса, является не достаточно долговечным. Через небольшое количество торможений обеспечивающий скольжение лак начинает отслаиваться от металлической поверхности. Это может привести к трению металла по металлу и возникновению связанных с этим проблем адгезивного износа и фрикционной коррозии.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в создании такого колеса рельсового подвижного состава, посредством которого уменьшается адгезивный износ колеса рельсового подвижного состава и фрикционного диска на более продолжительный промежуток времени.
Эта задача решается посредством колеса рельсового подвижного состава с признаками пункта 1 формулы изобретения и посредством способа с признаками пункта 14 формулы изобретения.
В соответствии с изобретением колесо рельсового подвижного состава с тормозным диском колеса имеет тело колеса и установленные на нем с обеих сторон с помощью крепежных элементов фрикционные диски, причем, по меньшей мере, между соответствующими контактными поверхностями фрикционных дисков и контактными поверхностями тела колеса располагается многослойное покрытие.
Покрытие выполнено многослойным для того, чтобы использовать эффект синергии отдельных слоев материала, которые, например, в целом увеличивают температуростойкость или твердость покрытия. Многослойное покрытие позволяет снизить вдавливание фрикционного диска в тело колеса и уменьшить потерю силы предварительного натяжения крепежных элементов.
Принципиальная конструкция и способ изготовления колеса рельсового подвижного состава известны, например, из публикации WO 2009/086900 A1. Здесь адгезивный износ уменьшается посредством промежуточного слоя из металлического листа, который располагается между фрикционным диском, или тормозным диском колеса, и перегородкой колеса.
Альтернативно промежуточному слою из металлического листа снизить появление коррозии и повреждение колеса возможно посредством расположения многослойного покрытия, по меньшей мере, в соответствующей зоне контакта между фрикционным диском и телом колеса. Этот первый слой материала можно экономично нанести непосредственно на соответствующую контактную поверхность фрикционных дисков. Альтернативно слой может быть также нанесен на весь фрикционный диск.
Многослойное покрытие можно особенно преимущественно наносить на фрикционный диск еще перед монтажом, или его можно образовать только на контактных поверхностях фрикционного диска и тела колеса. Так, например, также возможно, чтобы контактная поверхность фрикционного диска имела первый слой материала, устойчивый к механическим и температурным нагрузкам, а на контактную поверхность тела колеса был нанесен содержащий смазку слой, который после монтажа колеса рельсового подвижного состава совместно образует многослойное покрытие.
Преимущественные примеры выполнения изобретения являются предметом нижеперечисленных пунктов формулы изобретения.
Установлено, что, в частности, слои материала, содержащие фосфат, имеют большую стойкость к истиранию и одновременно образуют очень прочное соединение с металлическим основанием фрикционного диска, так что отслаивание этого слоя материала, в отличие от скользящих покрытий, после нескольких торможений не наблюдается.
На слой материала, содержащий фосфат, может наноситься преимущественно слой материала, содержащий смазку. При этом слой материала, содержащий фосфат, пригоден в качестве материала подложки и позволяет обеспечить прочное сцепление со вторым слоем материала, как, например, затвердеваемый и обеспечивающий скольжение лак или сухое смазочное покрытие.
В соответствии с изобретением способ для изготовления колеса рельсового подвижного состава с одним или несколькими фрикционными дисками содержит следующие шаги:
A) подготовка фрикционного диска с контактной поверхностью для прилегания к контактной поверхности тела колеса;
B) фосфатирование, по меньшей мере, контактной поверхности фрикционного диска при образовании слоя материала, содержащего фосфат;
C) нанесение слоя материала, содержащего смазочное вещество, на слой материала, содержащего фосфат; и
D) монтаж колеса рельсового подвижного состава.
Подготовку фрикционного диска обычно выполняют посредством литья или ковки фасонной детали и последующей механической обработки.
Затем выполняется фосфатирование, то есть нанесение слоя материала, содержащего фосфат, на контактную поверхность фрикционного диска. При этом на контактной поверхности образуется слой материала, устойчивый к механическим нагрузкам, который одновременно является термоустойчивым. Этот слой работает, с одной стороны, как материал подложки для содержащего смазочное вещество слоя, а с другой стороны, предотвращает его отслаивание в процессе торможения. Благодаря такому эффекту синергии обеспечивается стабильность движений скольжения контактных поверхностей фрикционных дисков и колеса в течение продолжительного времени без образования коррозии.
Для обеспечения, по возможности, стабильного качества фрикционных дисков и их покрытий, целесообразно применять стандартные способы фосфатирования контактных поверхностей фрикционных дисков. Для этого предлагается вариант T1 по DIN EN 12476.
При этом достаточно, если фрикционный диск имеет покрытие и устанавливается на металлической, не имеющей покрытия перегородке колеса. Из-за трудного доступа к контактным поверхностям нанесение покрытия на перегородку колеса является достаточно трудоемким процессом, поскольку при изготовлении колеса рельсового подвижного состава возникли бы дополнительные расходы при нанесении покрытия на контактные поверхности перегородки колеса. Однако оказалось, что нанесение покрытия на контактную поверхность фрикционного диска обеспечивает снижение трения в течение продолжительного времени, достаточного для того, чтобы предотвратить заедание.
Другие предпочтительные формы выполнения изобретения приводятся в нижеследующих пунктах формулы изобретения.
Пример выполнения изобретения более подробно описывается ниже со ссылкой на прилагающиеся чертежи.
На них показаны:
фиг.1 - частичный разрез колеса рельсового подвижного состава согласно изобретению; и
фиг.2 - частичный разрез колеса рельсового подвижного состава по фиг.1 при монтаже;
фиг.3 - вид сверху на фрикционный диск колеса рельсового подвижного состава. На фиг.1 и 2 показаны фрикционные диски 2, установленные, т.е. смонтированные, на теле колеса 1.
При этом перегородка 3 колеса тела 1 колеса, которая образует две большие, проходящие радиально контактные поверхности A, имеет отверстие 8, через которое вводится винт 6, с помощью которого фрикционные диски 2 соединяются с телом 1 колеса.
Каждый из винтов 6, показанных на фиг.3 и распределенных по окружности на одинаковом угловом расстоянии, вводится в крепежное отверстие 5 соответствующего фрикционного диска 2, которое с торца также образует зону напротив перегородки 3 колеса таких устройств для охлаждения фрикционного диска, как ребра 4 охлаждения.
Между зонами крепежного отверстия 5, ребрами 4 охлаждения и перегородкой 3 колеса расположено соответствующее каждому фрикционному диску 2 покрытие 7, к которому, с одной стороны, прилегает контактная поверхность A перегородки 3 колеса, а с другой стороны, контактная поверхность B фрикционного диска 2.
Покрытие 7 предпочтительно наносится на контактную поверхность B фрикционного диска 2. Контактная поверхность A перегородки 3 колеса может оставаться без покрытия или опционально также иметь покрытие. Такое опциональное покрытие контактной поверхности A может быть выполнено, например, аналогично покрытию 7 контактной поверхности B или может быть образовано в виде слоя смазочного материала.
Покрытие 7 может, кроме того, распределяться по всей концентричной поверхности фрикционного диска 2 на контактной поверхности B или, с целью экономии материала, только на отдельных ее участках. Первое является преимуществом для возможно равномерного распределения тепла в зоне контактных поверхностей A и B по всей концентричной поверхности.
При этом описанное покрытие 7 имеет, по меньшей мере, один слой X материала, содержащего фосфат. Покрытие слоя X материала предпочтительно состоит из одного или нескольких кристаллических фосфатов металла, предпочтительно из фосфата марганца, цинка или железа. Многослойное покрытие 7 имеет предпочтительно более высокую стойкость к истиранию, чем не имеющая покрытия контактная пара фрикционного диска 2 с перегородкой 3 колеса.
Удельный вес содержащего фосфат слоя X материала покрытия 7 фрикционного диска 2 составляет для применения на колесе рельсового подвижного состава, предпочтительно, по меньшей мере, от 4 г/м2 до макс. 100 г/м2. Покрытия с меньшими значениями удельного веса зачастую не могут выдерживать механическую нагрузку, в то время как покрытия с большими значениями удельного веса при установке винтовых соединений, в результате их более высокой стоимости, являются невыгодными.
Толщина содержащего фосфат слоя X материала покрытия 7 фрикционного диска 2 составляет предпочтительно от 5 до 20 мкм. При значительном превышении этого значения в отдельных случаях могут появиться зазоры, и винты ослабляются.
Как показано на увеличенном масштабе на фиг.2, на слое X материала описанного покрытия 7 дополнительно нанесен другой слой Y материала. Этот слой материала состоит из смазочного материала, предпочтительно сухого смазочного материала, или имеет, по меньшей мере, частицы смазочного материала. К сухим смазочным материалам, или твердым смазочным материалам, относится в том числе сульфид молибдена, графит, PTFE или также альфа-нитрид бора. При этом смазочный материал, в данном случае, должен быть температуростойким, предпочтительно, по меньшей мере, до 300°C. При этом сульфид молибдена считается особенно пригодным для применения на колесе рельсового подвижного состава.
Посредством покрытия 7 коэффициент трения между контактными поверхностями A и B может оставаться стабильным до значений в диапазоне от 0,06 до 0,2. Контактные поверхности снова могут размыкаться друг от друга.
Далее со ссылкой на фиг.1-3 предложенный в изобретении способ изготовления фрикционного диска 2 для колеса рельсового подвижного состава описывается более подробно.
На первом шаге выполняется подготовка не имеющего покрытия фрикционного диска. Такая подготовка обычно выполняется посредством литья или ковки фасонной детали и последующей механической обработки.
На втором шаге, после механической обработки, на фрикционный диск 2 со стороны перегородки 3 колеса наносится покрытие 7, по меньшей мере, на контактную поверхность B, как показано на фиг.1 и 2. Это покрытие имеет, по меньшей мере, слой материала, содержащий фосфат. Поэтому нанесение покрытия 7 в дальнейшем называется фосфатированием. На контактную поверхность покрытие наносится предпочтительно по варианту T4 согласно DIN EN 12476.
Альтернативно фрикционный диск 2 также можно фосфатировать со всех сторон, включая контактную поверхность B. После фосфатирования слой X материала, содержащий фосфат, предпочтительно находится на контактной поверхности B фрикционного диска 2 в виде кристаллов и является оптимальной подложкой для слоев из других материалов, как, например, слоя сухого смазочного материала. Даже при продолжительной эксплуатации такого тормозного диска смазочный материал продолжает находиться между контактными поверхностями фрикционного диска и перегородкой колеса. Тем самым обеспечивается хорошее состояние контакта.
При необходимости после фосфатирования может наноситься смазочный материал, т.е. обеспечивающий скольжение смазочный материал, который дополнительно снижает трение между фрикционным диском 2 и перегородкой 3 колеса тела 1 колеса.
Изготовленный таким образом фрикционный диск можно установить на металлической, не имеющей покрытия, перегородке колеса, предпочтительно с помощью винтов. При этом дополнительный процесс нанесения покрытия на труднодоступные контактные поверхности A перегородки 3 колеса преимущественно может отсутствовать.
Альтернативно также на перегородку 3 колеса можно нанести, например, слой смазочного материала, который в комбинации со слоем X материала, содержащим фосфат, образует многослойное покрытие 7, так что колесо рельсового подвижного состава находится в собранном состоянии, и контактная поверхность A, на которую нанесен слой смазочного материала, прилегает к контактной поверхности B, на которую нанесен содержащий фосфат слой X материала.
Посредством многослойного покрытия также обеспечивается эффективная защита контактных поверхностей фрикционного диска от коррозии.
После нанесения покрытия и монтажа фрикционного диска 2 гнездо колеса можно залить средством для защиты от коррозии с целью консервации перегородки 3 колеса.
Список условных обозначений
1. Тело колеса
2. Фрикционный диск
3. Перегородка колеса
4. Ребро охлаждения
5. Крепежное отверстие
6. Винт
7. Покрытие
8. Отверстие.
1. Колесо рельсового подвижного состава, содержащее тело (1) колеса и установленные на нем с обеих сторон с помощью крепежных элементов фрикционные диски (2), отличающееся тем, что, по меньшей мере, между соответствующей контактной поверхностью (В) фрикционных дисков (2) и контактной поверхностью (А) тела (1) колеса расположено многослойное покрытие (7), которое на одной из поверхностей содержащего фосфат слоя (X) материала, обращенной к контактной поверхности (А), имеет содержащий смазочный материал слой (Y).
2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что содержащий фосфат слой (X) материала является первым слоем (X) материала, который нанесен на контактную поверхность (В) фрикционного диска (2).
3. Колесо по п.1, отличающееся тем, что покрытие (7) является температуростойким, по меньшей мере, до 300°С.
4. Колесо по п.1, отличающееся тем, что коэффициент трения между контактными поверхностями (А и В) фрикционного диска (2) и телом (1) колеса составляет, по меньшей мере, от 0,06 и до макс. 0,2.
5. Колесо по п.2, отличающееся тем, что удельный вес содержащего фосфат слоя (X) материала покрытия (7) составляет, по меньшей мере, от 4 г/м2 до макс. 100 г/м2.
6. Колесо по п.2, отличающееся тем, что толщина содержащего фосфат слоя (X) материала покрытия (7) составляет, по меньшей мере, от 5 до макс. 20 мкм.
7. Колесо по п.2, отличающееся тем, что содержащий фосфат слой (X) материала состоит из одного или более фосфатов металла, предпочтительно из фосфата марганца, цинка и/или железа.
8. Колесо по п.1, отличающееся тем, что содержащим смазочный материал слоем (Y) является затвердеваемый и обеспечивающий скольжение лак.
9. Колесо по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что содержащий смазочный материал слой (Y) имеет, по меньшей мере, один сухой смазочный материал или состоит из одного или нескольких сухих смазочных материалов.
10. Колесо по п.9, отличающееся тем, что сухим смазочным материалом является сульфид молибдена MoS2.
11. Колесо по любому из пп.1-8, 10, отличающееся тем, что слой (X) материала, который находится непосредственно на контактной поверхности (В) фрикционного диска (2), имеет более высокую механическую прочность и/или более высокую термоустойчивость, чем расположенный на этом слое (X) материала слой (Y) материала.
12. Способ изготовления колеса рельсового подвижного состава с одним или несколькими фрикционными дисками, в котором осуществляют следующие шаги:
A) подготовка фрикционного диска (2) с контактной поверхностью (В) для прилегания к контактной поверхности (А) тела (1) колеса;
B) фосфатирование, по меньшей мере, контактной поверхности (В) фрикционного диска (2) при образовании слоя (X) материала, содержащего фосфат;
C) нанесение слоя (Y) материала, содержащего смазочное вещество, на слой (X) материала, содержащий фосфат; и
D) монтаж колеса рельсового подвижного состава.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что фосфатирование проводят согласно варианту Т4 по DIN EN 12476.
14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что фрикционный диск при монтаже устанавливают на металлической, не имеющей покрытия перегородке (3) колеса тела (1) колеса.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что после монтажа колеса рельсового подвижного состава средством для защиты от коррозии заливают гнездо тела (1) колеса.
