Контрольні запитання:

1. Назвіть величину, що є характеристикою контакту колеса з рейкою.

2. Вкажіть причини, що впливають на силу зчеплення коліс при гальмуванні.

3. Як впливає бруд на коефіцієнт тертя?

4. Назвіть фактори, що впливають на силу зчеплення.

5. Які існують способи підвищення зчеплення коліс з рейками?

Тема 7: Гальмові колодки.

Питання теми:

1. Чавунні колодки.

2. Композиційні колодки.

3. Чавунні колодки з підвищеним вмістом фосфору.

4. Безазбестові колодки.

5. Колесозберігаючі колодки.

1. Чавунні колодки.

Чавунні стандартні колодки застосовують на пасажирських вагонах, що рухаються зі швидкостями до 120 км/год, і локомотивах.

До переваг цих фрикційних елементів відносяться:

• добре відведення тепла, що виділяється при гальмуванні;

• відсутність впливу вологи на коефіцієнт тертя.

Недоліки:

• істотно нестабільний, коефіцієнт тертя, що знижується з ростом швидкості.

• швидке зношування, що вимагає великого обсягу робіт по заміні й регулюванню важільних передач.

2. Композиційні колодки.

Композиційні гальмові колодки застосовують на всіх вантажних, а також на пасажирських вагонах, які експлуатуються при швидкостях більше 120 км/год. Їх виготовляють за певною технологією з азбокаучукових матеріалів з додаванням бариду, сажі й вулканізуючого складу методом напресування на металевий каркас.

Переваги:

• в 3-5 разів більш зносостійкі, ніж чавунні, що відповідно знижує обсяг робіт по заміні й регулюванню важільних передач;

• мають підвищену стабільність і величину коефіцієнта тертя відносно швидкості руху;

• збільшена гальмівна ефективність поїздів;

• полегшення важільної передачі;

• зменшення витрат стисненого повітря, витраченого на гальмування завдяки зниженим зусиллям, що розвиваються в ній;

• поліпшення керованості поїздів і невичерпність їхніх гальмівних систем.

До недоліків цих колодок відносяться:

• погане відведення тепла й, як наслідок, несприятливі температурні режими на поверхні кочення коліс, що викликають їхні ушкодження у вигляді наварів, зсуву металу, мікротріщин та ін.;

• при зволоженні, особливо в зимовий період через заметілі й снігопади, композиційні колодки зволожуються й покриваються льодом, що вимагає періодичного включення гальм для їхнього просушування.

Їх не застосовують на бандажних (локомотивних) колесах через перегрів, ослаблення й можливе сповзання бандажа.

3. Чавунні колодки з підвищеним вмістом фосфору.

Чавунні колодки з підвищеним змістом фосфору (до 1,5 %) на 25—30% більш зносостійкі, ніж стандартні, мають більш високий і стабільний коефіцієнт тертя, але іскрять при гальмуванні. Із цієї причини їх не застосовують на рухомому складі з дерев'яними конструкціями й використовують в основному на електропоїздах.

4. Безазбестові колодки.

У ВАТ «ФРИТЕКС» освоєне серійне виробництво безазбестових гальмових композиційних колодок для залізничних вагонів, які в порівнянні з азбестовими мають безсумнівні переваги:

• підвищену теплопровідність;

• збільшений ресурс експлуатації;

• меншу масу;

• екологічну чистоту, тому що не містять азбест.

Розрахунковий ресурс зносостійкості безазбестових композиційних гальмових колодок, отриманий при випробуваннях на натурному безінерційному стенді, становить більше 170 тис. км; розрахунковий ресурс зносостійкості азбестових колодок на 15 тис. км менше. При експлуатації на вантажних вагонах фактичний ресурс безазбестових колодок склав 3,5 - 4,0 тис. км пробігу на 1 мм зношування колодки, а весь термін служби в експлуатації (пробіг) - більше 160 тис. км.

Безазбестові гальмові композиційні колодки в першу чергу рекомендуються для пасажирських вагонів, що експлуатуються при максимальній швидкості 160 км/год. У цей час такі колодки пройшли повний цикл експлуатаційних випробувань на залізниці у вагонах швидкого поїзда на магістралі Челябінськ — Москва. За час випробувань середнє зношування 1 мм товщини колодки відповідав пробігу 3,0– 3,5 тис. км.

Тривала експлуатація композиційних безазбестових гальмових колодок підтвердила можливість їхнього застосування протягом року на пасажирських вагонах. Заміни колісних пар через їхнє ушкодження або наявність повзунів, наварів металу на поверхні катання, підрізів гребенів, прокату від взаємодії з безазбестовими колодками не було.

Як міра по збільшенню ресурсу безазбестових гальмових колодок ВАТ «ФРИТЕКС» виготовлені й передані на випробування у ВНИИЖТ колодки 25610-Н з безазбестового матеріалу ТИИР-308. Полігонні випробування колодок проводяться в період з жовтня 2001 р. по грудень 2002 р. на експериментальному кільці по замкнутому маршруту. Застосування вкорочених колодок збільшеної товщини дозволяє збільшити мінімальний строк експлуатації вагонів з такими колодками до одного року, робити середній ремонт гальмової системи через 3 роки, а капітальний - через 5 років.

5. Колесозберігаючі колодки.

В експлуатації гальмові колодки можуть викликати ушкодження вагонних колісних пар — утворювати тріщини, навари, відколи, мати підвищену схильність до наволакування металу з поверхні кочення колеса (рис. 7.1). Нерівномірний розподіл тепла, що виділяється при гальмуванні в матеріал композиційної гальмової колодки, приводить до збільшення температури нагрівання колеса й сприяє появі в ньому термічних тріщин. Виникнення таких тріщин можливо в першу чергу в зоні фаски 545° й ухилу 1/7 поверхні кочення колеса.

Рисунок 7.1 - Гальмові колодки нова (угорі) і з наволакуванням металу від поверхні колеса (унизу)

Крім того, подібні дефекти можливі внаслідок завищеного тиску в гальмовому циліндрі або недостатньому коефіцієнті зчеплення колеса з рейкою через потрапляння змащення, інею, торфу, листя та ін.

В 2002 р. ВАТ «ФРИТЕКС» разом з одним з підприємств планує випуск так званої колесозберігаючої гальмової колодки (рис. 7.2) з нового безазбестового композиційного матеріалу із дротовим каркасом і з металевими вставками в центральній частині колодки.

Рисунок 7.2 - Колесозберігаюча гальмова колодка

Основною перевагою гальмової колодки такої конструкції є здатність усувати при гальмуваннях невеликі навари, що утворилися на колесі, повзуни. Металеві вставки в центральній частині нової колодки при періодичних гальмуваннях через властиву їм абразивність очищують, збільшуючи шорсткість поверхні кочення коліс, вчасно усувають навари або повзуни. Це перешкоджає появі вищербин на поверхні кочення коліс. Крім того, вставки сприяють підвищенню зчеплення колеса з рейкою, а також теплопровідності колодок.

Термін служби колісної пари при колесозберігаючих гальмових колодках може бути вище, ніж при композиційних. Використання колесозберігаючих колодок дозволить скоротити число коліс, демонтованих для ремонту, продовжити життєвий цикл коліс, зменшити час простою рухомого складу, знизити інвентаризацію комплекту коліс.

Випробування колодок такої конструкції на безінерційному стенді ВНИИЖТа показали можливість їхнього використання, а також необхідність проведення подальших робіт з випробування колодок на експериментальному кільці ВНИИЖТа й в умовах експлуатації на залізницях Росії. Слід зазначити, що при колодках нової конструкції відбувається менша зміна коефіцієнта тертя при випробуванні всуху й з подачею води в зону тертя, ніж у композиційних (рис. 7.3).

Рисунок 7.3 - Залежність від швидкості v коефіцієнта тертя вагонних гальмових колодок з нових матеріалів при натисканні на колодку, рівному 13,56 кН, при випробуваннях всуху й з водою

У цей час підприємство проводить науково-дослідні й експериментальні роботи зі створення більш досконалих матеріалів і конструкцій гальмових колодок і накладок, що дозволяють продовжити термін служби колісної пари й збільшити ресурс гальмового обладнання [3].

Так, почата розробка металокерамічних накладок і колодок нового класу, що дозволяють збільшити термін служби колодки й накладки в 2- 3 рази в порівнянні із цим показником для існуючих композиційних колодок [4].

Література:

1. Вуколов Л. А., Иноземцев В. Г. Исследование и эксплуатация композиционных тормозных колодок на вагонах (Серия «Вагоны и вагонное хозяйство»). Вып. 50. ВНИИЖТ, 1969.

2. Вуколов Л. А. Трибология композиционных тормозных колодок на российских вагонах. — В тр. 3-й Международной конференции по трибологии «Ярофри-97», 1997. С. 9 – 13.

3. О перспективах по созданию новых тормозных колодок для скоростных поездов / И. А. Налев, М. Е. Виноградов, А. В. Соколов, А. В. Павлов. — В тр. 2-й научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». С.-Петербург, 2001. С. 54 – 55.

4. Вуколов Л. А., Жаров В. А. Сравнительные фрикционные характеристики металлокерамических и полимерных композиционных тормозных колодок // Вестник ВНИИЖТ. 1999. № 4. С. 19 – 24.

5. http://www.css-rzd.ru/vestnik-vniizht/v2002-4/u38_2.htm