Устройство для торможения вагонов при роспуске с горки

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ ВАГОНОВ ПРИ РОСПУСКЕ С ГОРКИ(71) Заявитель Дубина Анатолий Владимирович(72) Автор Дубина Анатолий Владимирович(73) Патентообладатель Дубина Анатолий Владимирович(57) Устройство для торможения вагона при роспуске с горки, включающее соединенные между собой полоз и колодку, отличающееся тем, что поверхность полоза и поверхность колодки, контактирующие с колесом вагона, покрыты антифрикционным материалом,снижающим коэффициент трения с колесом вагона до значения более низкого, чем коэффициент трения колеса вагона с рельсом, либо поверхность колодки, контактирующая с колесом вагона, выполнена с углублениями, заполненными антифрикционным материалом. Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к средствам торможения вагонов. Может применяться для торможения вагонов при роспуске с горки на сортировочных станциях. Известен тормозной башмак, являющийся элементом конструкции вагона и предназначенный для торможения вагонов в составе поезда (Иллюстрированное пособие 13963 1 2011.02.28 осмотрщику вагонов / Е.А. Тростин и др. - . Транспорт, 1971. - . 99-100). Тормозной башмак состоит из сварного корпуса, на котором посредством стальной чеки укреплена сменяемая тормозная колодка, воздействующая на колесо и рассеивающая кинетическую энергию вагона на работу сил трения. Указанный тормозной башмак вследствие конструктивных ограничений не может эффективно применяться для торможения вагонов вне поезда, при роспуске с горки. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является тормозной башмак, применяемый при торможении вагонов на горках сортировочных станций (Сотников Е.А. Пособие составителю поездов. - . Транспорт, 1990. - . 35-38). Башмак горочный тормозной состоит из полоза, изготовленного из стального проката,и стальной литой колодки, соединенных между собой заклепками. Рабочая поверхность колодки, контактирующая с колесом, выполнена из стали, имеет цилиндрическую форму с радиусом, близким к радиусу поверхности катания колеса. Применяется устройство-прототип путем многократной установки на рельс перед движущимся колесом вагона. После накатывания колеса на башмак горочный тормозной происходит заклинивание колеса и переход от вращательного движения с качением по рельсу к поступательному скольжению с юзом противоположного колеса. Недостатком указанного башмака горочного тормозного является интенсивный износ противоположного башмаку колеса заторможенной колесной пары, которое скользит по рельсу и изнашивается в точке контакта, приводя к искажению геометрической формы поверхности катания. Задачей изобретения является снижение повреждаемости колесных пар и повышение эффективности торможения вагонов при роспуске с горки. Задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции устройства для торможения, состоящего из соединенных между собой полоза и колодки, согласно изобретению,поверхности колодки и полоза, контактирующие с колесом вагона, покрыты антифрикционным материалом, снижающим коэффициент трения с колесом вагона до значения более низкого, чем коэффициент трения колеса вагона с рельсом, либо поверхность колодки,контактирующая с колесом вагона, выполнена с углублениями, заполненными антифрикционным материалом. Из равновесия моментов сил трения между колесом и устройством для торможения и сил сцепления противоположного колеса с рельсом следует, что наличие на поверхностях колодки и полоза, контактирующих с колесом вагона, антифрикционного материала, снижающего коэффициент трения до значения, более низкого, чем коэффициент трения колеса вагона с рельсом, обеспечивает торможение колесной пары без юза. На фиг. 1 показаны отличительные элементы конструкции устройства для торможения, на фиг. 2 представлена расчетная схема равновесия колесной пары под действием моментов сил трения, приложенных к обоим колесам, на фиг. 3 показана расчетная схема равновесия сил, приложенных к тормозимому колесу. Заявляемое устройство для торможения (фиг. 1) состоит из полоза 1 определенной длины, колодки 2, поверхности которых, контактирующие с колесом, покрыты антифрикционным материалом 3. На фиг. 1 показано конструктивное исполнение устройства для торможения, при котором поверхность колодки, контактирующая с колесом вагона, выполнена с углублениями 7, заполненными антифрикционным материалом. Углубления располагаются таким образом, чтобы обеспечить перенос антифрикционного материала в зону трения для колес любого диаметра в пределах эксплуатационных допусков диаметров колес. Угол 2 охвата колеса поверхностями трения устройства для торможения определен высотой колодки 2 из условия препятствия перекатыванию колесом вагона через колодку. Кроме того, колодка 2 устройства состоит из нижней опорной части и верхней сменяемой части 5, соединенных между собой сваркой таким образом, что цилиндрическая по 2 13963 1 2011.02.28 верхность отверстий для точечной приварки и кратер присадочного материала сварного шва 6, соединяющего нижнюю опорную часть колодки с верхней сменяемой частью 5, образуют углубления 7, которые заполнены антифрикционным материалом 3. Работает устройство для торможения следующим образом. При движении колесо 4 вкатывается на полоз 1 и упирается в поверхность колодки 2, покрытую антифрикционным материалом 3. Высота колодки препятствует дальнейшему движению колеса 4, и оно движет устройство для торможения по рельсу 8, рассеивая кинетическую энергию вагона на работу сил трения. Из расчетной схемы (фиг. 2) равновесия колесной пары под действием моментов сил трения, приложенных к обоим колесам, следует условие(1) Ктр к-к(Ктр к-р х) / (22)-0,5,где Ктр к-к - коэффициент трения между тормозимым колесом и контактирующими поверхностями устройства для торможения Ктр к-р - коэффициент трения между колесом и рельсом 2 - угол охвата колеса поверхностями трения устройства для торможения а - замедление тормозимого колеса (вагона), м/с 2- ускорение силы тяжести, м/с 2. Расчетная схема равновесия сил, приложенных к тормозимому колесу (фиг. 3), построена на основе практических данных, свидетельствующих о том, что равнодействующаясил инерции при торможениии весовой нагрузки на колесодействует в большинстве случаев в направлении, близком к биссектрисе угла 2 охвата колеса поверхностями трения устройства для торможения. В зоне контакта колеса 4 с поверхностью колодки 3 действует сила трения к-к(2) к-кк-к х Ктр к-к,где к-к - сила давления колеса на колодку устройства Ктр к-к - коэффициент трения между колесом и колодкой устройства. В зоне контакта колеса с верхней поверхностью полоза 1 действует сила трения к-п к-пк-п х Ктр к-п,(3) где к-п - сила давления колеса на полоз устройства Ктр к-п - коэффициент трения между колесом и полозом устройства. Силы трения по обеим площадкам контакта колеса с устройством для торможения создают тормозной момент Мторм(4) Мторм(к-к х Ктр к-кк-п х Ктр к-п),где к-к и к-п - силы давления колеса на площадки контакта с колодкой и полозом соответственно- радиус колеса. Противоположное тормозимому колесо катится по рельсу, и в точке его контакта с рельсом действует сила сцепления с рельсом(5) к-рКтр к-р х ,где Ктр к-р - коэффициент трения в паре поверхность колеса - рельс- нагрузка от колеса на рельс. Сила сцепления противоположного тормозимому колеса с рельсом создает крутящий момент(6) Мкрх Ктр к-р х Р,где- радиус колеса. При соблюдении условия (1) тормозной момент Мторм будет всегда меньше крутящего моментакр. Устройство реализовано в виде двух партий опытных образцов. Первая партия из трех изделий выполнена с покрытием из антифрикционного материала на поверхностях колодки и полоза, контактирующих с колесом. 13963 1 2011.02.28 Вторая партия из трех образцов изделия изготовлена со сварными колодками, состоящими из верхней сменяемой части и нижней опорной части. Верхняя сменяемая часть колодки имеет отверстия для точечной приварки. Сварные швы выполнены таким образом,что цилиндрические поверхности отверстий для точечной приварки и кратер присадочного материала сварных швов, соединяющих нижнюю опорную часть колодки с верхней сменяемой частью, образуют углубления. Углубления заполнены антифрикционным материалом, снижающим коэффициент трения стальной колодки по поверхности катания вагонного колеса. В качестве антифрикционного материала использовано быстросохнущее покрытие, которое наносилось кистью. После нанесения покрытия устройство выдерживалось некоторое время до полного высыхания и перехода покрытия в твердое состояние. При вращении колеса и истирании покрытия колодки продукты трения, включая находящийся в углублениях антифрикционный материал 4, переносились на верхнюю поверхность полоза 1 устройства для торможения и в зону трения колеса о полоз, способствуя снижению коэффициента трения. Сборная сварная конструкция колодки позволила повысить долговечность устройства путем установки новой верхней сменяемой части колодки взамен изношенной. Изношенную верхнюю часть удаляли путем высверловки присадочного материала точечных сварных швов. Новую верхнюю сменяемую часть колодки приваривали таким образом, чтобы цилиндрическая поверхность отверстий для точечной приварки и кратер присадочного материала сварного шва, соединяющего нижнюю опорную часть колодки с верхней сменяемой частью, образовывали углубления. Испытания обоих партий опытных образцов устройств для торможения, проведенные в условиях сортировочной горки ст. Минск, показали снижение пути юза колесных пар с 2530 метров до расстояния в 24 метра. Нормативными документами на изделие-прототип предусмотрен допускаемый юз колесных пар тормозимых вагонов до 35 метров. Заявляемое техническое решение позволяет снизить путь истирания колес на 90 по сравнению с изделием-прототипом и в таком же соотношении снизить повреждаемость колес при торможении на горках. Источники информации 1. Иллюстрированное пособие осмотрщику вагонов / Е.А. Тростин и др. - . Транспорт, 1971. - . 99-100. 2. Сотников Е.А. Пособие составителю поездов. - . Транспорт, 1990. - . 35-38. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5