КОМПОЗИЦИОННАЯ ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ОБРАЗУЮЩАЯ ПРИ ТРИБОСОПРЯЖЕНИИ НАНОРАЗМЕРНЫЕ АБРАЗИВНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Изобретение относится к области железнодорожных транспортных средств, в частности к тормозным колодкам, работающим в трибосопряжении с поверхностью качения колеса. Тормозная колодка включает металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент. Композит содержит дисперсные частицы низкокремнистого ферросилиция, высококремнистого ферросилиция и силикомарганца. Достигается улучшение эксплуатационных характеристик колодки путем повышения эффективности «колесосберегающего» воздействия колодки на поверхность катания колеса при трибосопряжении.

Заявляемое изобретение относится к тормоз-ным колодкам железнодорожных транспортных средств и другого рельсового транспорта.
Аналогом заявляемого изобретения является композиционная тормозная колодка железнодорож-ного транспортного средства, образующая при три-босопряжении наночастицы, включающая металли-ческий каркас и полимерный композиционный фрик-ционный элемент, в котором размещены волокни-стые и дисперсные наполнители, в том числе части-цы высококремнистого ферросилиция с содержанием кремния не менее 68%, размер частиц от 0,5 до 1,0 мм (см. патент РФ №172433, МПК В61Н 1/00, 2017 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, волокнистые и дисперсные наполнители, частицы высококремнистого ферросилиция» совпа-дают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является недостаточное легирующее воздействие на поверхность катания колеса, которая подвергается полирующему воздей-ствию образующихся при трибосопряжении абра-зивных частиц, в том числе наноразмерных, карбида кремния и двуокиси кремния, а также недостаточно эффективное противодействие трещинообразованию на этой поверхности, что не позволяет в полное мере реализовать «колесосберегающий» эффект при экс-плуатации колодки.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является композиционная тормозная колодка железнодорожного транспортного средства, образующая при трибосопряжении наночастицы, включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, в котором размещены дисперсные и волокнистые наполнители, в том числе частицы низкокремнистого ферросили-ция и частицы высококремнистого ферросилиция при следующем соотношении между частицами: А=0,4÷0,6В; где А - количество частиц низкокремни-стого ферросилиция, В - количество частиц высоко-кремнистого ферросилиция (см. патент РФ №172439, МПК В61Н 1/00, 2017 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, частицы высококремнистого ферросилиция, частицы низкокремнистого ферросилиция» совпадают с су-щественными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком наиболее близкого аналога так-же является недостаточное легирующее воздействие колодки на поверхность катания колеса при три-босопряжении, пониженное противодействие трещи-нообразованию на поверхности катания из-за недо-статочной доли низкокремнистого ферросилиция, что не позволяет эффективно проявить «колесосбере-гающий» эффект при эксплуатации колодки.
Задачей, на решение которой направлено за-являемоеизобретение, является улучшение эксплуа-тационных характеристик колодки путем повышения эффективности «колесосберегающего» воздействия колодки на поверхность катания колеса при три-босопряжении.
Для достижения указанного технического ре-зультата в композиционной тормозной колодке же-лезнодорожного транспортного средства, образую-щей при трибосопряжении наноразмерные абразив-ные частицы, включающей металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, в котором размещены дисперсные частицы низко-кремнистого ферросилиция и высококремнистого ферросилиция, в полимерном композиционном фрик-ционном элементе дополнительно размещены дис-персные частицы силикомарганца при следующем соотношении между частицами низкокремнистого ферросилиция, высококремнистого ферросилиция и силикомарганца: A=1,4÷1,6B=1,4÷1,6С; где А - коли-чество частиц низкокремнистого ферросилиция, В - количество частиц высококремнистого ферросили-ция, С - количество частиц силикомарганца, при следующих соотношениях размеров частиц низко-кремнистого ферросилиция, высококремнистого фер-росилиция и силикомарганца: D=0,9÷1,1E=1,5÷1,7F; где D - размер частиц низкокремнистого ферросили-ция, Е - размер частиц высококремнистого ферроси-лиция, F - размер частиц силикомарганца.
Существенные признаки заявляемого изобре-тения «в полимерном композиционном фрикционном элементе дополнительно размещены дисперсные частицы силикомарганца при следующем соотноше-нии между частицами низкокремнистого ферросили-ция, высококремнистого ферросилиция и силикомар-ганца: А=1,4÷1,6В=1,4÷1,6С; где А - количество ча-стиц низкокремнистого ферросилиция, В - количе-ство частиц высококремнистого ферросилиция, С - количество частиц силикомарганца, при следующих соотношениях размеров частиц низкокремнистого ферросилиция, высококремнистого ферросилиция и силикомарганца: D=0,9÷1,1E=1,5÷1,7F; где D - раз-мер частиц низкокремнистого ферросилиция, Е - размер частиц высококремнистого ферросилиция - размер частиц силикомарганца» являются отличи-тельными от признаков наиболее близкого аналога.
Композиционная тормозная колодка железно-дорожного транспортного средства, образующая при трибосопряжении наноразмерные абразивные частицы, включает металлический (стальной сетча-то-проволочный, стальной штампованный или др.) каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, который выполнен из композита с матри-цей, например из вулканизата каучука, резита фе-нолформальдегидной смола и т.п., и дисперсными и волокнистыми наполнителями. В полимерном компо-зиционном фрикционном элементе размещены частицы низкокремнистого ферросилиция, высоко-кремнистого ферросилиция и силикомарганца. Ко-личество частиц низкокремнистого ферросилиция составляет от 1,4 до 1,6 от количества частиц высо-кокремнистого ферросилиция и от 1,4 до 1,6 количе-ства частиц силикомарганца. Размеры частиц (опре-деляются размером ячейки сита, на котором остают-ся от 50% до 70% частиц при просеивании) низко-кремнистого ферросилиция составляют от 0,9 до 1,1 размера частиц высококремнистого ферросилиция и от 1,5 до 1,7 размера частиц силикомарганца.
Изготавливаться заявляемая колодка может известными методами, например формованием из предварительно изготовленной формовочной смеси.
Конкретным примером заявляемого изобрете-ния является железнодорожная тормозная колодка, фрикционный элемент которой изготовлен из компо-зита с матрицей из вулканизата каучука СКД (≈26% масс.), в которой размещен дисперсный волокнистый наполнитель (асбест ≈15% масс.), а также размеще-ны дисперсные частицы баритового концентрата (≈15% масс.), графита (≈10% масс.), электрокорунда (≈5% масс.), техуглерода (≈5% масс.), низкокремни-стого ферросилиция (≈10% масс.), высококремнисто-го ферросилиция (≈7% масс.) и силикомарганца (≈7% масс.). Размер частиц низкокремнистого ферросили-ция ≈0,6 мм, высококремнистого ферросилиция ≈0,6 мм и размер частиц силикомарганца ≈0,4 мм.
При трибосопряжении рабочей поверхности колодки и поверхности катания колеса кремний, содержащийся в ферросплавах и силикомарганце вступает в реакцию с углеродом и кислородом, обра-зуя наноразмерные частицы карбида кремния и дву-окиси кремния (абразивные наночастицы, полирую-щие поверхность катания колеса). Марганец оказы-вает легирующее действие на сталь поверхности колеса, а свободное железо из частиц низкокремни-стого ферросилиция оказывает «заваривающее» действие на микротрещины поверхности катания колеса. Заявляемые соотношения количеств и разме-ров частиц позволяют достичь оптимального соот-ношения воздействий на поверхность катания коле-са, что улучшает «колесосберегающее» воздействие колодки на колесо.

RU 172439 U1, 07.07.2017;
RU 172433 U1, 07.07.2017;
RU 2498125 C1, 10.11.2013;
US 2002/0038743 A1, 04.04.2002