Композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая в процессе трибоконтакта наночастицы
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, работающим в трибоконтакте с поверхностью качения колеса. Колодка железнодорожного транспортного средства включает металлический каркас и композиционный фрикционный элемент, в состав которого вводятся частицы силикомарганца. При трибоконтакте колодки и колеса из-за высоких температур поверхностных слоев колодки и высоких давлений и нагрузок образуются наноразмерные частицы карбида кремния и двуокиси кремния. Достигается снижение количества микротрещин рабочей поверхности колеса, его износа, а также повышение эксплуатационных характеристик.
Изобретение относится к тормозным колодкам железнодорожных транспортных средств, например, колодкам пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, локомотивов и другого рельсового транспорта.
Аналогом заявляемого изобретения является композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, содержащая металлический каркас, одно или двухслойный композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок, выполненных из металла (см. патент РФ №88753, МПК В61Н 1/00, 2009 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, одно или двухслойный композиционный фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является снижение фрикционных характеристик колодки при ее нагреве в процессе эксплуатации из-за снижения при нагревании коэффициента трения пары трения (полимерный фрикционный композит-поверхность качения колеса) железнодорожного транспортного средства.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая в процессе трибоконтакта абразивные наночастицы, содержащая металлический каркас, одно или двухслойный композиционный фрикционный элемент и вставку или несколько вставок из кремнистого чугуна с содержанием кремния от 5,0 до 7,5% (см. патент РФ №2563526, МПК В61Н 1/00, 2015 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «металлический каркас, одно или двухслойный композиционный фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатками наиболее близкого аналога являются сложность конструкции колодки из-за наличия в ней одной или несколько вставок; большой временной период, необходимый для приработки колодки к поверхности колеса, если это колесо уже изношено при эксплуатации (так называемые сменные колодки, устанавливаемые при обслуживании вагонов на станциях); неравномерность тепловых деформаций колодки из-за разницы в теплопроводности и тепловом расширении чугуна и полимерного материала; отсутствие в колодке элемента (центральной выемки), обеспечивающей гибкость колодки; возможность разрушения колодки при монтаже и эксплуатации колодок (особенно в условиях низких температур) из-за хрупкости чугуна.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение характеристик колодки, обеспечение колесосберегающего эффекта, обеспечение равномерного прогрева колодки при торможениях, сохранение высокого коэффициента трения при нагревах колодки и повышение ее механической прочности путем исключения из колодки хрупких элементов из чугуна с сохранением способности образовывать при трибоконтакте наноразмерные абразивные частицы и оказывать колесосберегающее воздействие на поверхность качения колеса.
Для достижения указанного технического результата в композиционной тормозной колодке железнодорожного транспортного средства, образующей в процессе трибоконтакта абразивные наночастицы, включающей металлический каркас и композиционный фрикционный элемент, в композиционном фрикционном элементе размещены частицы силикомарганца в количестве 10÷20% от массы композиционного фрикционного элемента, размер частиц силикомарганца 0,5÷2,5 мм, содержание кремния в силикомарганце 10÷26%.
Существенные признаки заявляемого изобретения «в композиционном фрикционном элементе размещены частицы силикомарганца в количестве 10÷20% от массы композиционного фрикционного элемента, размер частиц 0,5÷2,5 мм, содержание кремния в силикомарганце 10÷26%» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.
Композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая в процессе трибоконтакта абразивные наночастицы, включает стальной сетчато-проволочный или штампованный каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент из полимерного композита с матрицей из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные, в том числе волокнистые, наполнители. В полимерном композиционном фрикционном элементе дополнительно равномерно размещены частицы силикомарганца в количестве 10÷20% от массы элемента. Размер частиц 0,5÷2,5 мм, содержание кремния в частицах 10÷26%.
Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами, например формованием из предварительно изготовленной формовочной смеси.
Конкретным примером заявляемого изобретения является железнодорожная тормозная колодка, полимерный композиционный фрикционный элемент которой содержит ≈26% матрицы из вулканизата каучука СКД, ≈15% дисперсных волокнистых частиц асбеста, ≈15% частиц баритового концентрата, ≈10% частиц графита, ≈5% частиц электрокорунда, ≈5% частиц техуглерода, ≈24% частиц силикомарганца МнС22 с размером частиц 1,5÷2,0 мм.
При трибоконтакте колодки и колеса из-за высоких температур поверхностных слоев колодки, а также высоких давлений и нагрузок, кремний, содержащийся в силикомарганце, вступает в реакцию с углеродом и кислородом, образуя наноразмерные частицы карбида кремния и двуокиси кремния. Это оказывает полирующее действие на поверхность колеса, а марганец оказывает на сталь легирующее действие. В результате снижаются микротрещины рабочей поверхности колеса, его износ и повышаются эксплуатационные характеристики. Тормозная колодка получается монолитной (без хрупких чугунных вставок), обладает высокой теплопроводностью и гибкостью, быстро прирабатывается к поверхности колес, бывших в эксплуатации.
Колодка железнодорожного транспортного средства, образующая в процессе трибоконтакта абразивные наночастицы, включающая металлический каркас и композиционный фрикционный элемент, отличающаяся тем, что в композиционном фрикционном элементе размещены частицы силикомарганца в количестве 10÷20% от массы композиционного фрикционного элемента, размер частиц 0,5÷2,5 мм, содержание кремния в частицах силикомарганца 10÷26%.
