Вращающаяся опора с тормозными дисками - RU2184043C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается подлежащей торможению вращающейся опоры, в частности используемой на железнодорожном транспорте, предусмотренной с тормозными дисками кольцевого типа и элементами, соединяющими их, причем тормозимой вращающейся опорой являются, в частности, ступица колеса или колесо железнодорожного транспортного средства. Известны такие опоры, которые представляют собой либо простую ступицу колеса, на которой фиксируется диск, содержащий две кольцевые плоские фрикционные поверхности или дорожки, либо колесо железнодорожного транспортного средства, на поверхностях которого зафиксированы два диска, каждый из которых также содержит кольцевую плоскую фрикционную поверхность или дорожку.

Соединение между диском, дисками, ступицей или колесом осуществляют с помощью шпоночного или клинового или резьбового соединения, причем это соединение может быть эластичным или подвижным на направляющих, поскольку диск при торможении нагревается и расширяется до различной степени относительно ступицы или колеса.

При использовании эластичной связи, для возможности ее эластичного деформирования ее выполняют тонкой и длинной при жестком креплении различных деталей к вращающейся опоре. Однако поскольку место, в пределах которого система вынуждена размещаться, является небольшим, такие связи получаются недостаточно эластичными, непрочными и, как следствие, ломаются при прочностной усталости. Однако при использовании соединений (связей), подвижных на направляющих, их возвратно-поступательное движение вызывает износ деталей, и как следствие, шум, причем изношенные детали не восстанавливаются.

Известны другие такие вращающиеся опоры, на которых вместо цельных или состоящих из двух жестко соединенных винтами двух половин дисков, используют диски, каждый разделенный на два, находящихся на расстоянии друг от друга сегмента, что позволяет им расширяться при нагреве. Каждый сегмент диска соединен со ступицей или колесом с помощью винтов и втулок, причем такая связь является частично жесткой и частично эластично деформируемой.

Однако такие узлы опять таки не отвечают предъявляемым требованиям, поскольку, если сегменты зафиксированы слишком туго, они при нагреве от торможения разрушаются, в то время как, если они зафиксированы не туго, они при торможении смещаются под действием тормозных колодок, которые контактируют сначала вдоль одного, а затем вдоль другого сегмента диска, что ведет к шуму и не восстанавливаемому износу деталей.

Недостатком таких известных систем, особенно в случае железнодорожного колеса, является большое утяжеление всей системы при креплении тормозных дисков к ступице колеса, что ведет к увеличению неподвешенной массы и, как следствие, к серьезным поломкам в течение работы системы.

Напротив, в случае применения систем с тормозными дисками, прикрепленными к диску колеса и/или поверхности качения колеса, поскольку тормозные диски также значительно прогибаются вместе с колесом, что имеет место при его качении по изгибу рельса вследствии ударов, оказываемых на реборду колеса, они разрушаются от прочностной усталости, причем это действительно относится и к колесу, которое может разрушится от усталости в результате реакции связи от тормозных дисков.

Если для избежания такой деформации колеса увеличить толщину диска колеса, колесо может стать слишком жестким, что приведет к чрезмерному износу реборды поверхности качения колеса, что потребует его преждевременной замены.

Целью настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков известных устройств как упомянутых здесь, так и не упомянутых.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение подлежащей торможению вращающейся опоры такой, как ступица вместе с диском колеса или колесо для транспортного средства, срок службы которых не ограничивается применением тормозных дисков.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение упомянутой вращающейся опоры с тормозным элементов, в частности, в форме тормозных дисков, которые легко могут устанавливаться на опоре и сниматься с нее, которые обладают эффективным тормозным действием, которые уменьшают механическую усталость, позволяют эффективно рассеивать тепло, легки по весу и могут использоваться до их предельного износа.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение такой формы тормозных дисков, которая позволяет создать легкую и экономичную конструкцию, и которая свободно вписываясь в профиль вращающейся опоры, позволяет максимально ограничить их полный размер по сравнению с приводными элементами транспортного средства.

Эти и другие цели изобретения эффективно достигаются путем обеспечения подлежащей торможению вращающейся опоры железнодорожного транспортного средства, предусмотренной с парой тормозных дисков кольцевого типа, причем каждый диск этой пары расположен на соответствующей стороне вращающейся опоры, причем каждый из тормозных дисков состоит из нескольких сегментов, будучи предусмотрен с элементами для жесткого соединения сегментов вместе, элементами для жесткого фиксирования сегментов к вращающейся опоре и элементами для жесткого соединения вместе упомянутых дисков, расположенных по противоположным сторонам вращающейся опоры, причем эта опора состоит по меньшей мере из ступицы и диска, расположенного радиально снаружи ступицы и жестко связанного с ней, причем указанный диск - в случае железнодорожного колеса - имеет первую радиальную зону повышенной жесткости в районе ступицы и вторую радиальную зону меньшей жесткости в районе поверхности качения колеса, причем обе радиальные зоны предусмотрены с соответствующими рядами сквозных отверстий, причем упомянутые тормозные диски крепятся к вращающейся опоре в радиальной зоне в районе ступицы, причем составляющие сегменты каждого тормозного диска предусмотрены в нечетном количестве, кроме единицы.

В железнодорожном колесе выполнение его диска, как двух радиальных зон или полос различной жесткости (это достигается либо с помощью различной толщины материала, либо с помощью материалов и различных характеристик), дает возможность, для равных полных масс, получить колесо, обладающее эластичностью благодаря чему колесо выдерживает усилия, действующие на него при движении транспортного средства, и в то же время соответствующая зона достаточной жесткости в районе ступицы для фиксирования тормозного диска или дисков позволяет им деформироваться до ограниченной степени так, чтобы не разрушиться от усталости, а зона в районе поверхности качения меньшей жесткости предусмотрена с промежутками около противостоящих тормозных дисков и их соединений так, чтобы ничто не мешало последним при любых условиях движения транспортного средства.

Оба тормозных диска разделены на одинаковое нечетное число противостоящих сегментов.

Каждый сегмент на его передней наружной стороне имеет тормозную поверхность, а на его противоположной стороне он предусмотрен с охлаждающими и соединительными лапками, одна из которых предназначена для болтового крепления сегмента к диску колеса в упомянутой зоне в районе ступицы и к противостоящему сегменту, а другие лапки сориентированы радиально внутрь и наружу и предназначены для соединения этого сегмента с противостоящим сегментом.

Такие болтовые и не болтовые соединения между отдельным сегментом и диском колеса и между противостоящими сегментами выполняются через соответствующие ряды сквозных отверстий, причем болтовые соединения выполняются через отверстия в радиальной зоне в районе ступицы, а не болтовые соединения через отверстия, предусмотренные в менее жесткой зоне или снаружи диска колеса, если диск не составляет часть колеса.

Сегменты с направленными радиально внутрь лапками расположены по обе стороны радиального диска колеса в районе ступицы, причем на каждой стороне диска лапки расположены по окружности на расстоянии друг от друга так, чтобы они не касались друг друга при тепловом расширении. Вместе с расположенными вдоль оси наружными поверхностями они образуют фрикционные дорожки для тормозных колодок.

Сегменты каждого тормозного диска соединены друг с другом способными скользить в осевом направлении деталями такими, как штыри, располагаемые в противолежащих глухих отверстиях и в дуговых промежутках, разделяющих сегменты. Эти отверстия имеют большую глубину чем длина штыря, чтобы сегменты при нагреве могли расширяться.

Эти детали, кроме поддержания сегментных поверхностей на взаимном уровне в течение торможения, передают тормозное усилие с каждого сегмента к узлу тормозного диска. В свою очередь, болтовые соединения, расположенные в радиальных внутренних лапках сегментов, передают тормозные усилия от тормозных дисков к вращающейся опоре.

Деление тормозного диска на несколько сегментов позволяет конструировать их более экономично, поскольку недостатки, связанные с предусмотрением большего количества деталей, а отсюда и с большим числом соединений между ними в значительной мере перевешиваются преимуществами, позволяющими выполнять эти диски с большей точностью и при меньшей стоимости ввиду их небольших размеров.

Другие преимущества и особенности настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания. Вариантов А и В изобретения на не ограничивающих его примерах с ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1А и 1В - вид сбоку на вращающуюся опору с тормозными дисками, в соответствии с настоящим изобретением, где вращающаяся опора представляет собой железнодорожное колесо;
фиг. 2А и 2В - разрез по 11-11 вращающейся опоры с тормозными дисками, взятый на фиг.1А и 1В;
фиг.3А и 3В - детальный вид части вращающейся опоры с тормозными дисками по фиг.1А и 1В.

Ссылки на чертежи даются в отношении воплощения А и воплощения В.

На фиг. 1 и 2 номером 10 обозначено полностью колесо железнодорожного транспортного средства. Колесо 10 состоит из ступицы 11, снаружи которой в радиальном направлении находится диск 12 колеса, разделенный на две концентрические полосы или зоны - зону 13 с большей жесткостью и зону 14 с меньшей жесткостью соответственно. В иллюстрируемых воплощениях жесткость обеих полос или зон 13 и 14 зависит от толщины материала, т.е. зона 13 толще зоны 14. В других, не показанных здесь, случаях различная жесткость двух зон достигается посредством использования двух различных материалов с различным модулем упругости. В некоторых других случаях может быть использовано промежуточное решение, предусматривающее применение различных материалов различной толщины. В случае зон из различных материалов зона большей жесткости выполняется из материала, имеющего более низкий модуль упругости, чем материал для зоны меньшей жесткости. Снаружи диска 12 колеса находится поверхность качения 15, которая вместе с ее ребордой располагается на рельсе (не показан).

На зоне 13 большей жесткости установлен по кругу ряд дуговых сегментов - здесь их три - 17, 18 и 19, которые образуют тормозной диск 16. Эти три сегмента своими соответствующими наружными поверхностями определяют тормозную дорожку для скольжения соответствующей колодки 20 и 21', управляемой не описываемыми здесь устройствами. На другой стороне колеса 10, не видимой на фиг. 1 и только частично видимой на фиг.2, приложены в точно соответствующих позициях еще три сегмента тормозного диска. Для простоты эти сегменты будут обозначаться далее номером соответствующего видимого сегмента, но со штрихом. Подобным образом каждый другой элемент, соответствующий элементу, видимому на фиг.1, идентично расположенный на невидимой стороне колеса 10 будет обозначаться тем же ссылочным номером, но со штрихом.

Количество сегментов, составляющих тормозной диск 16, должно быть в соответствии с настоящим изобретением, нечетным, кроме единицы. Как будет пояснено ниже, таким способом достигается идеальный баланс между силами, действующими на сегменты 17, 18 и 19 тормозного диска 16.

Сегменты отделены друг от друга круговыми промежутками, благодаря чему они могут свободно расширяться или сжиматься в зависимости от температуры. Три сегмента 17, 18 и 19 соединяются друг с другом в этих промежутках с помощью подвижных вдоль оси элементов или штырей 21, 22 и 23, расположенных в отверстиях 32, в свою очередь, расположенных напротив указанных промежутков в сегментах, причем эти отверстия имеют большую глубину, чем длина указанных элементов. Таким способом обеспечивается подвижное на направляющих соединение сегментов.

Как видно на фиг.3, каждый сегмент 17, 18 и 19 тормозного диска 16 предусмотрен в центре его радиально внутренних дуговых участков с лапкой 24, содержащей отверстие. Элементы болтового соединения (обозначенные на фиг.1 ссылочными номерами 26, 27 и 28 соответственно) вставляются через соответствующие внутренние лапки 24 для жесткого фиксирования соответствующих сегментов 17, 18 и 19 к соответствующим сегментам 17', 18', и 19' и к диску 12 колеса. Элементы, обозначенные на фиг.1 ссылочными номерами 29, 30 и 31 соответственно, вставляются через радиально наружные лапки 25 для жесткого соединения сегментов 17, 18 и 19, расположенных на одной стороне колеса 10, с сегментами 17', 18' и 19', расположенными на другой стороне колеса 10.

Как видно на фиг.1 и 2, каждый сегмент 17, 18 и 19 диска 16 предусмотрен у торцов вблизи радиально противоположных дуговых периферийных участков сегмента с элементами 33, 34, 35 и соответственно элементами 36, 37, 38 для соединения смежных торцов сегментов. Во всех соединительных элементах могут использоваться соответствующие прокладки, подобные показанным на чертежах.

Из приведенных чертежей видно, что более и менее жесткие зоны 13, 14 диска 12 тела вращения 10 выполнены таким образом, чтобы имелся первый ряд отверстий, расположенных в осевом направлении с образованием двух групп 101, 102, и второй ряд отверстий, расположенных в осевом направлении также с образованием двух групп 103, 104, причем отверстия 101, 104 проходят сквозь зону 14, а отверстия 102, 103 проходят сквозь зону 13.

Сегменты 17, 17', 18, 18', 19 и 19' тормозного диска, образующие два тормозных диска 16 и 16', смонтированы на теле вращения, и соответствующие сегменты, находящиеся по противоположные стороны тела вращения, крепятся один к другому при помощи различных соединительных элементов, которые пропускаются через соответствующие отверстия 101-104.

С каждой стороны тела вращения расположенные с промежутком между собой края 105, 106 сегментов тормозного диска, которые являются соседними друг с другом в угловом направлении по оси вращения тела вращения, иными словами - в окружном направлении, соединяются при помощи штырей 21, 22, 23, которые с обеспечением их подвижности входят в гнезда 32, которые своим зевом обращены к соответствующим краям 105, 106. Как видно из приведенных чертежей, у каждого края выполнено по два гнезда 32, одно из которых расположено ближе к оси вращения тела вращения, а другое - дальше от этой оси. Внешние два гнезда двух обращенных друг к другу краев 105, 106 расположены соосно одно другому, как и внутренние гнезда указанных краев. Штыри 21, вставляемые с обеспечением их подвижности в соответствующую пару расположенных соосно друг другу гнезд, выполнены - каждый из них - более короткими по сравнению с суммарной длиной соответствующей пары гнезд, при условии обеспечения нормального промежутка между соответствующими двумя краями 105, 106.

Каждый соединительный элемент, пропускаемый через отверстие 101 в зоне 14 диска, представляет собой, как показано на чертежах, болт с гайкой 29, 115 в сборе, продеваемый сквозь соответствующие лапки 25, 25' и дистанционную втулку 114, свободно установленную в отверстии 101.

Каждый соединительный элемент, пропускаемый через отверстие 102 в зоне 13 диска, представляет собой, как показано на чертежах, болт с гайкой 111, 113 в сборе, продеваемый сквозь соответствующие лапки 24, 24' и втулку 112, установленную без какого-либо радиального зазора по ее окружности в соответствующем отверстии 102.

Указанные лапки 24, 24', 25 и 25' расположены в радиальном направлении вне дорожек вхождения соответствующих тормозных накладок в соприкосновение с тормозным диском, т.е., посредине между краями 105, 106 каждого соответствующего сегмента.

Каждый соединительный элемент, пропускаемый через отверстие 103 в зоне 13 диска, представляет собой, как показано на чертежах, скобу, имеющую щеки 109, 109', расположенные одна напротив другой, которые входят в соприкосновение с закраинами на соответствующих сегментах и стягиваются в направлении друг к другу при помощи болта 110.

Вариант А осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг.1А, 2А и 3А, отличается от варианта В осуществления настоящего изобретения, показанного на фиг.1В, 2В и 3В, в деталях того, как каждый соединительный элемент пропускается через отверстие 104.

В варианте А осуществления настоящего изобретения каждый внешний в радиальном направлении штырь 21, 22, 23 имеет отверстие 121, выполненное в нем поперечно и проходящее насквозь, в каждый внешний в радиальном направлении штырь 21', 22', 23' имеет отверстие 121', выполненное в нем поперечно и проходящее насквозь. Отверстия 121' каждой пары отверстий 121, 121', которые расположены соосно одно другому в осевом направлении тела вращения 10 и находятся по противоположные его стороны в зоне 14 диска, имеют внутреннюю резьбу. Болт 107 пропущен через отверстие 121, выполненное в одном из штырей пары, через дистанционную втулку 108, свободно установленную в соответствующем отверстии 104, и ввернут в резьбовое отверстие 121', выполненное в другом штыре соответствующей пары.

В варианте В осуществления настоящего изобретения каждый сегмент тормозного диска выполнен, как показано на чертеже, с С-образной лапкой 122 или 122', находящейся с внешней в радиальном направлении стороны на каждом из краев сегмента и обращенной своим зевом в направлении к соответствующему краю 105, 106, благодаря чему, когда указанные части скомпонованы в узел, как показано на чертежах, выемки в каждой из двух обращенных друг к другу лапках 122 в совокупности образуют отверстие 123, а выемки в каждой из двух обращенных друг к другу лапках 122' в совокупности образуют отверстие 123'. Болт 107 пропущен через отверстие 123, дистанционную втулку 108 и отверстие 123' и имеет гайку, наворачиваемую на него для того, чтобы закрепить болт с гайкой 107, 124 в сборе относительно соответствующих четырех лапок 122, 122'.

Поскольку втулки 114 и 35 представляют собой дистанционные втулки, свободно устанавливаемые с обеспечением радиального зазора во внешних в радиальном направлении отверстиях 101, 104, которые выполнены в пределах зоны 14 диска, соответствующие соединительные элементы служат прежде всего для крепления соответствующих сегментов тормозного диска друг к другу с противоположных сторон тела вращения соответственно в средних точках и по краям соответствующих сегментов.

Однако при этом не обеспечивается получения соизмеримых промежутков для соединительных элементов, которые соединяют между собой соответствующие сегменты дискового тормоза через отверстия 102 и 103, которые выполнены в пределах зоны 13 диска; эти соединительные элементы служат также и для крепления сегментов тормозного диска относительно противоположных сторон тела вращения 10.

Ниже пояснен механизм равномерного распределения тормозного усилия между двумя половинами тормозного диска и далее до его полной передачи к колесу.

При приложении тормозного усилия F к паре противорасположенных по обеим сторонам колеса сегментов 17-17', эта пара сегментов поворачивается в позиции 26, передавая на сегмент 18-18' и 19-19' соответствующее усилие F1, F1' и F2, F2' через элементы 21 и 22 (или 21' и 22') соответственно. Поскольку эти пары сегментов 18-18' и 19-19' поворачиваются на диске 12 колеса в позициях 27 и 28, соответственно, усилия F1, F1' и F2, F2' передаются сегментами 18-18' и 19-19' на элементы 23 и 23' в противоположных направлениях от одного сегмента к другому в форме усилий F3, F3' и F4, F4'. Другими словами, оба усилия F3, F3' и F4, F4' равны, но противоположны по направлению. Таким образом узел, образующий тормозные диски 16 и 16', становится самоблокирующимся и реагирует как одно тело на тормозное усилие от тормозной колодки, при этом колесо 10 тормозится посредством усилий, передаваемых через соединительные болты 26, 27 и 28.

На тормозных дорожках сегментов каждого диска 16, 16' предпочтительно отсутствуют отверстия, что позволяет дискам при торможении выдерживать значительные температурные перепады, которые при наличии отверстий могли бы привести к образованию трещин в них при торможении. Однако, если по соображениям компоновки тормозного узла такие отверстия присутствуют, тот же результат достигается, если отверстия выполняются раструбными и предусматриваются через промежутки по кругу в зоне, контактирующей с тормозными колодками. Таким способом при торможении создается меньшая концентрация тепла в раструбе отверстия, выполненном в материале, способном при нагреве свободно расширяться.

Сегменты установлены на колесе 10 в круговой зоне 13, в которой диск 12 колеса 10 имеет жесткость, не позволяющую ему значительно прогибаться при движении по изгибу рельса, благодаря чему сохраняется плоскостность дуговых тормозных дисков 16, 16'. Лапки 25 тормозных дисков, расположенные в зоне 14 диска 12 с меньшей жесткостью могут быть выполнены соответствующей формы и предусмотрены в соответствующем количестве, и при этом они обеспечивают фиксирование противоположных сегментов вместе без контактирования сегментов и их соединений с колесом даже при прогибе колеса при движении по изгибу рельса и не влияя, таким образом, на плоскостность тормозных дисков, упомянутую выше.

Конструкция вращающейся опоры с тормозными дисками, в соответствии с настоящим изобретением, не ограничивается до указанных воплощений и может быть модифицирована в пределах, понятных эксперту, находясь при этом в границах, определяемых настоящим изобретением.

Из приведенных описания и чертежей видно, что небольшие лапки, предусмотренные на сегментах целей, расположены в стороне от диска колеса, не контактируя с ним, а тормозные диски радиально ограничены до только фрикционной поверхности тормозной колодки и расположены по оси в пределах толщины колеса. Это ведет к наличию очень небольших неподвешенных масс, а также позволяет использовать все пространство между колесами для размещения приводных элементов транспортного средства, при этом для установки тормозных дисков здесь требуется пространство вдоль оси колеса, равное только их толщине, без необходимости какого-либо демонтажа чувствительных деталей привода, которые в этом случае могут быть выполнены значительного осевого и радиального размера, поскольку сегменты могут быть сняты по радиальному направлению и по нему же установлены на место.

Отсюда, колесо, в соответствии с настоящим изобретением, особенно пригодно для локомотивов с трансмиссией с полным валом. Легкость монтажа даже в рабочих условиях, возможность применения в различных видах железнодорожной техники, быстрота монтажа делают использование настоящей вращающейся опоры с тормозными дисками особенно удобной.

Кроме этого, поскольку размер сегментов может быть выбран произвольно при обеспечении из нечетного количества, кроме единицы, на каждой стороне колеса, имеют место значительные преимущества с точки зрения выбора материала для них и способа выполнения сегментов. Такие сегменты представляют собой детали небольших размеров по сравнению с известными соответствующими деталями, что позволяет легко выпускать их в виде полуфабрикатов, при этом они удобны для транспортирования, имеют низкую стоимость из-за фактического отсутствия брака, легко можно наладить их серийное производство с использованием оборудования типа CNC.

Вращающаяся опора с тормозными дисками, в соответствии с настоящим изобретением, удовлетворяет требованиям техники безопасности, особенно при высоких скоростях транспортных железнодорожных средств.

Опора может быть также предусмотрена с дополнительной системой, предотвращающей поворот сегментов относительно соответствующих болтов, предусматривающей использование тех же упомянутых соединительных элементов 36, 37 и 38, но с предусмотрением их с круговыми поверхностями, радиально противоположными внутренним поверхностям тормозных дисков, в местах торцов сегментов, расположенных по кругу.

Этим способом обеспечивается двойная безопасность вращающейся опоры с тормозными дисками.

Реферат

Опора предназначена для железнодорожного транспорта. Каждый тормозной диск состоит из нескольких сегментов и имеет элементы для жесткого соединения сегментов друг с другом, элементы для жесткого фиксирования сегментов к вращающейся опоре и элементы для жесткого соединения друг с другом тормозных дисков, расположенных по противоположным сторонам вращающейся опоры. Опора состоит из ступицы и диска, который содержит в случае железнодорожного колеса первую радиальную зону большей жесткости в районе ступицы и вторую радиальную зону меньшей жесткости в районе поверхности качения колеса. В этих зонах предусмотрены ряды соответствующих сквозных отверстий. Тормозные диски крепятся к вращающейся опоре через радиальную зону большей жесткости в районе ступицы. Составные сегменты каждого тормозного диска предусмотрены в нечетном количестве, кроме единицы. Вращающаяся опора может представлять предназначенную для торможения ступицу. Изобретение направлено на уменьшение неподвижной массы. 15 з.п.ф-лы, 3 ил.

Формула