專利名稱：緩行器復(fù)合制動(dòng)軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緩行器技術(shù)，具體地說(shuō)是一種新型緩行器復(fù)合制動(dòng)軌。
背景技術(shù)：
緩行器是我國(guó)鐵路編組站廣泛使用的控制溜放車(chē)輛速度的調(diào)速設(shè)備，目前
國(guó)內(nèi)緩行器上使用的制動(dòng)軌是60Kg/m的鋼軌，工作時(shí)由液壓缸或風(fēng)缸驅(qū)動(dòng)緩行 器制動(dòng)鉗，使固定在制動(dòng)鉗上的制動(dòng)鋼軌夾住車(chē)輛的車(chē)輪，通過(guò)車(chē)輪輪箍側(cè)面 與制動(dòng)鋼軌間的滑動(dòng)摩擦來(lái)達(dá)到控制車(chē)輛速度的目的，這種緩行器的工作原理 可參見(jiàn)《7501車(chē)輛減速器》(鐵道部科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所編，中國(guó)鐵道出 版社，80年版)。該作業(yè)過(guò)程伴隨著令人難以忍受的刺耳的高頻噪聲，該噪聲長(zhǎng) 期以來(lái)一直傷害著現(xiàn)場(chǎng)職工與車(chē)站周邊的居民生活。
噪聲的產(chǎn)生主要是由用于制動(dòng)的緩行器產(chǎn)生的摩擦造成，該噪聲包括由摩 擦材料特性引起的摩擦振動(dòng)噪聲和由機(jī)械部件振動(dòng)特性引起的部件振動(dòng)噪聲兩 類。
制動(dòng)時(shí)，接觸物體間的摩擦力與摩擦材料的表面溫度、表面處理、壓縮彈 性率、抗拉強(qiáng)度、氣孔率、粘彈性、摩擦系數(shù)——溫度關(guān)系曲線、摩擦系數(shù)一
—速度關(guān)系曲等參數(shù)有關(guān)，其中摩擦系數(shù)——^^i度曲線的負(fù)斜率是產(chǎn)生摩擦振
動(dòng)噪聲的重要參數(shù)。制動(dòng)器部件的摩擦振動(dòng)是由于作為相對(duì)速度函數(shù)的摩擦系 數(shù)變化的結(jié)果。產(chǎn)生摩擦的部件的振動(dòng)也與負(fù)荷的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到足以 使結(jié)構(gòu)尺寸變化時(shí)，整個(gè)有關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生輕微的變形，而機(jī)械系統(tǒng) 的彈性力又會(huì)很快地恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)而在兩接觸表面產(chǎn)生較低的摩擦，這一 過(guò)程重復(fù)下去，就產(chǎn)生了部件振動(dòng)噪聲。
高頻噪聲是鐵路編組站調(diào)速設(shè)備先天不足的副產(chǎn)品，若采用具有降噪性能的材料取代既有制動(dòng)軌，則無(wú)法滿足緩行器的功能和性能。而緩行器是我國(guó)鐵 路編組站自動(dòng)化不可缺的調(diào)速設(shè)備。以往許多消除噪聲污染的研究工作主要是 從力學(xué)角度來(lái)進(jìn)行的，試圖從減少緩行器整體振動(dòng)噪聲來(lái)達(dá)到目的，但效果均 不佳。也有想用具有降噪性能的材料解決噪聲的，但無(wú)法滿足緩行器的功能和 性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，它既能消除作 業(yè)過(guò)程中的高頻噪聲，又能同時(shí)保持原有緩行器的功能和性能。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，由降噪板和基軌兩部分組成，降噪板為直角狀， 包括成直角的固定邊和制動(dòng)邊，固定邊和基軌上設(shè)有通孔，通過(guò)在通孔內(nèi)貫穿 螺栓，使得降噪板固定在基軌上，且制動(dòng)邊緊附于基軌。
本發(fā)明采用這種鑲嵌方法，使安裝螺栓在整個(gè)工作過(guò)程中不受剪切力和擠 壓力，不會(huì)產(chǎn)生斷裂和降噪板脫落事故。降噪板則完全依靠降噪板與制動(dòng)軌的 接觸面承受工作力矩和定位。由于摩擦面上沒(méi)有固定支撐零件，使得降噪板的 磨耗量在鑲嵌條件下得到最大限度的提高，延長(zhǎng)了降噪板的使用壽命。本發(fā)明 在不改變緩行器系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作特性的基礎(chǔ)上改善了機(jī)械特性，消除了緩 行器工作時(shí)的高頻噪聲，有效地改變了員工的勞動(dòng)環(huán)境質(zhì)量，提高了工作效率， 保障了員工的身心健康。
本發(fā)明制動(dòng)軌基體可利用廢舊的制動(dòng)軌，平時(shí)維修時(shí)僅更換降噪板部分。 由于制動(dòng)軌的長(zhǎng)度一般在8m以上，其重量可達(dá)500kg以上，其運(yùn)輸與吊裝費(fèi)用 要比單件10kg以下的新型復(fù)合降噪板復(fù)雜和昂貴，因此使用本發(fā)明不但能減少 設(shè)備維修人員及工程量，而且大大降低了維護(hù)的費(fèi)用。另外，為了降低緩行器制動(dòng)軌的噪聲，本發(fā)明還采用了用于降噪板的專門(mén) 材料。該材料包括金屬基體組分、減磨組分和增磨組分。


圖1為新型緩行器復(fù)合制動(dòng)軌降噪板的剖面圖。
圖2為新型緩行器復(fù)合制動(dòng)軌降噪板的側(cè)視圖。 圖3為降噪板與制動(dòng)基軌裝配示意圖。
具體實(shí)施例方式
1.降噪板材料的合成-
由于緩行器的制動(dòng)軌是主要的制動(dòng)受力構(gòu)件，又是在露天無(wú)任何潤(rùn)滑條件 下工作的，屬于重載干摩擦類型。從傳統(tǒng)的摩擦材料分類來(lái)看，其制動(dòng)材料的 選材范圍應(yīng)以復(fù)合金屬材料為主。由于其對(duì)偶摩擦件是必須加以保護(hù)的車(chē)輪， 因此絕對(duì)不能選擇與車(chē)輪摩擦后會(huì)損害車(chē)輪的材料。從受力的特點(diǎn)看，新型復(fù) 合金屬材料，要能承受制動(dòng)鉗入口處的沖擊力及與轉(zhuǎn)動(dòng)的車(chē)輪摩擦過(guò)程中所產(chǎn) 生的交變應(yīng)力，所以這種新型復(fù)合金屬材料在保證所需的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，還 要有良好的降噪效果。其與車(chē)輪間的摩擦系數(shù)必須合理，若摩擦系數(shù)太大，則 在配合現(xiàn)行的制動(dòng)鉗夾持力時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的阻力，不能滿足編組場(chǎng)的使用需要; 若摩擦系數(shù)過(guò)小，又會(huì)達(dá)不到緩行器制動(dòng)特性的要求。
通過(guò)對(duì)緩行器運(yùn)用過(guò)程的實(shí)際分析，噪聲主要是高頻污染(約在1-15KHZ)， 改造目標(biāo)以消除高頻噪聲為目的，同時(shí)滿足緩行器自身的功能需求。
不同的制動(dòng)工況條件，對(duì)摩擦材料性能的要求不同。首先材料應(yīng)具有相對(duì) 穩(wěn)定的摩擦系數(shù)值(0.2-0.6)，外界條件(如制動(dòng)速度、壓力、溫度、環(huán)境介 質(zhì)等)改變時(shí)對(duì)其影響較小，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差不大。因摩擦系數(shù)數(shù)值的大小直接反映了制動(dòng)性能。對(duì)于減速板的工況條件，制動(dòng)性能要求也應(yīng)控制在 某一范圍。摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性十分重要，當(dāng)制動(dòng)工況條件改變時(shí)尤其是當(dāng)制動(dòng) 速度不高、壓力大、制動(dòng)頻繁導(dǎo)致摩擦面溫度升高時(shí)，摩擦系數(shù)一般會(huì)降低， 這種現(xiàn)象稱為"熱衰退"，這是緩行器不希望發(fā)生的現(xiàn)象。在使用的溫度范圍內(nèi) 摩擦系數(shù)應(yīng)保持一定的穩(wěn)定值。
緩行器制動(dòng)材料還應(yīng)有較高的耐磨性，但又不能損傷車(chē)輪，且制動(dòng)摩擦過(guò) 程中除不易產(chǎn)生噪聲外也應(yīng)無(wú)異味和無(wú)其他污染，其經(jīng)濟(jì)性要好、原料來(lái)源充 裕、價(jià)格便宜、生產(chǎn)制造工藝簡(jiǎn)單。
要完全滿足上述各點(diǎn)要求靠單一材料是困難的，只有利用復(fù)合材料或復(fù)合結(jié) 構(gòu)才可以達(dá)到。根據(jù)緩行器制動(dòng)軌制動(dòng)特點(diǎn)對(duì)材料的性能要求可以歸納如下-
1) 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，來(lái)承受巨大的制動(dòng)力；
2) 材料不但要求耐磨性高，而且其摩擦系數(shù)要穩(wěn)定；
3) 導(dǎo)熱性好，熱容量大，能散熱。
4) 能適應(yīng)野外露天工作環(huán)境；
5) 價(jià)格便宜。 對(duì)復(fù)合材料性能的特殊要求
本發(fā)明中釆用的復(fù)合材料，是以金屬粉末(鐵粉或銅粉)為基體，加入一 定量增磨組分(金屬氧化物、碳化物、石棉、氧化硅等)和減磨組分(石墨、 MoS2、硫化物、低熔點(diǎn)金屬等)，經(jīng)混勻，壓制成型和加壓燒結(jié)而成。與有機(jī)石棉 摩擦材料相比較，它具有承載應(yīng)力大，導(dǎo)熱性好、摩擦系數(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
該復(fù)合材料主要由以下三部分材料組成 (1)基體組分
本發(fā)明的復(fù)合材料的強(qiáng)度、耐磨性、熱穩(wěn)定性主要取決于基體的結(jié)構(gòu)、物理及化學(xué)性質(zhì)。金屬基體用來(lái)承受外載和散發(fā)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱。金屬基體
主要有銅基和鐵基兩種類型。銅基磨阻材料是以Cu-Sn(Sn所占比例為5%_10%) 合金和Cu-Pb (Pb所占比例為8%-12%)合金為基本組分。為了改善耐熱性和高 溫強(qiáng)度，可適量加入其它合金元素，如Ni、 Fe 、 Zn、 Ti、 Mn、 Mo、 Sb等，以 強(qiáng)化基體。銅基的磨阻材料導(dǎo)熱性、高的耐熱性及高溫強(qiáng)度、硬度及熱穩(wěn)定性、 經(jīng)濟(jì)性較好；為了改善其摩擦性能，常加入1. 5%_5%的Sn及大于5%的石墨，從 而得到一種鐵素體一珠光體組織。由于鐵基的摩擦襯片與對(duì)偶件(鑄鐵或鋼制 動(dòng)鼓、盤(pán))具有同類晶格，易產(chǎn)生"粘著"，因此需加入一定量(多少基體中加 入4-5.5g )的合金元素以強(qiáng)化基體；如加入一定量的Mn、 Al、 Co、 Cr等均可 減少"粘著"程度，即降低最大的摩擦系數(shù)值以保持摩擦穩(wěn)定性和提高耐磨性。 不同的合金元素對(duì)鐵基磨阻材料摩擦性能的影響不一樣。
(2) 減磨組分
為了提高復(fù)合材料的抗擦傷性和耐磨性，通常加入的減磨組分有低熔點(diǎn) 金屬(Pb、 Sb、 Bi)、非金屬固體潤(rùn)滑劑(石墨、MoS2、 WS2、CuS)、金屬磷化物
(Cu、 Fe、 Ni、 Co的磷化物)、滑石粉、BN等。 一般來(lái)說(shuō)，隨著加入量增大， 耐磨性可提高，但摩擦系數(shù)會(huì)下降；材料的機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)下降，故加入量不宜 過(guò)多。可根據(jù)基體的材質(zhì)、工況條件來(lái)確定相應(yīng)的最佳加入量。值得注意的， 具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨在鐵基材料中雖起潤(rùn)滑作用，但也影響基體的組織。因在 加壓燒過(guò)程中，石墨將融于鐵中而強(qiáng)化基體，隨著石墨的大量增多，將引起組 織的變化(鐵素體減少，滲碳體形狀變粗大)。此外MoS2的含量不宜過(guò)多，因高 溫時(shí)MoS2易被氧體化還原為MoS3，成為磨粒而失去潤(rùn)滑作用，這反而會(huì)加速磨
損o
(3) 增磨組分
7為了消除減磨組分帶來(lái)的不利因素，保證足夠的摩擦系數(shù)滿足制動(dòng)工況的 要求，需加入適量的增磨組分，以增大摩擦系數(shù)，但摩擦組分不應(yīng)成為磨粒而 擦傷摩擦表面和增大摩損。因此增磨材料的粒度大小、形狀及硬度要適宜，其 熔點(diǎn)及熱分解溫度要高，在較寬的溫度范圍內(nèi)(從室溫到燒結(jié)溫度)不發(fā)生相 變，且與其他組分和燒結(jié)時(shí)的保護(hù)氣氛不起反應(yīng)。常用增磨劑有高熔點(diǎn)的金屬
粉末(Fe、 Cr、 M粉)、金屬氧化物^6203、 A1203、 Cr203、 Mg0、 Ti02、 Zr0等)、氮 化物(TiN、 ZrN等)、碳化物(TiC、 ZrC)、硼化物以及石棉、Si02、 SiC等。增 磨材料的選用應(yīng)根據(jù)工況條件(溫度、負(fù)荷、潤(rùn)滑介質(zhì))及使用要求，確定其 種類及用量(一般在0.5%-20%范圍內(nèi))，為滿足其綜合性能，常采用多種增磨劑 并進(jìn)行時(shí)效處理。
2.降噪板與基軌間的安裝
本發(fā)明的制動(dòng)軌由降噪板1和基軌2兩部分組成，降噪板1為直角狀，包 括成直角的固定邊3和制動(dòng)邊4，固定邊3和基軌2上設(shè)有通孔5，通過(guò)在通孔 5內(nèi)貫穿螺栓，使得降噪板1固定在基軌2上，且制動(dòng)邊4緊附于基軌2。
另外，降噪板1采用上述復(fù)合材料軋制，基軌2則可以采用現(xiàn)有制動(dòng)軌， 這樣既達(dá)到了降噪的目的，又滿足緩行器結(jié)構(gòu)與性能的要求，又不對(duì)制動(dòng)軌的 安裝方式及制動(dòng)鉗和制動(dòng)加壓系統(tǒng)進(jìn)行任何調(diào)整，還滿足了規(guī)定的限界要求。 經(jīng)測(cè)試普通制動(dòng)軌在7. 5m處噪聲平均值(AVERAGE)為109. 7db，在25m處噪聲 平均值(AVERAGE)為109. 7db，最大值(MAX)為121. 7db;新型復(fù)合制動(dòng)軌在 7. 5m處噪聲平均值(AVERAGE)為97. 8db，在25m處噪聲平均值(AVERAGE)為 97.8db，最大值為(MAX)為101.8db;中高頻噪聲分別降低10-15分貝(瞬間 降低高達(dá)26db)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 簡(jiǎn)化了維修工藝，降低了維修的工程量。本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)，可以方便 的進(jìn)行降噪板的更換，在更換降噪板時(shí)不用拆卸制動(dòng)軌，勞動(dòng)強(qiáng)度和工程量大 大的減少，同時(shí)對(duì)溜放作業(yè)的影響也比較小，可利用駝峰作業(yè)的檢修天窗進(jìn)行 維修作業(yè)。
2、 改善了緊固件的受力狀態(tài)，增加了結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，延長(zhǎng)了緊固 結(jié)構(gòu)的使用壽命。本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)，完全依靠降噪板與制動(dòng)軌的接觸面和特 定的結(jié)構(gòu)形狀承受工作力矩和定位，因此安裝螺栓在整個(gè)工作過(guò)程中不受剪切 力和擠壓力，只起固定作用，不會(huì)產(chǎn)生斷裂和降噪板脫落事故。
3、 改善了降噪板和制動(dòng)軌的密貼方式，改善了力的傳導(dǎo)和緩沖途徑，同時(shí) 特殊的結(jié)構(gòu)方式也使得降噪板的磨耗量得到提高，延長(zhǎng)了降噪板的更換周期。
4、 通過(guò)采用新材料大大降低了噪聲，改善了鐵路作業(yè)人員及周?chē)用竦木?住環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，由降噪板和基軌兩部分組成，降噪板為直角狀，包括成直角的固定邊和制動(dòng)邊，固定邊和基軌上設(shè)有通孔，通過(guò)在通孔內(nèi)貫穿螺栓，使得降噪板固定在基軌上，且制動(dòng)邊緊附于基軌，其中降噪板的材料為復(fù)合材料，包括金屬基體組分、減磨組分和增磨組分。
2. 如權(quán)利要求1所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中金屬基體組分為銅基。
3. 如權(quán)利要求2所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中金屬金屬基體組分中包括 Ni、 Fe 、 Zn、 Ti、 Mn、 Mo、 Sb中的一種或幾種的組合。
4. 如權(quán)利要求2所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中金屬基體組分包括1. 5%-5% 的Sn和大于5%的石墨。
5. 如權(quán)利要求1所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中金屬基體組分為鐵基。
6. 如權(quán)利要求5所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中金屬基體組分中包括Mn、 Al、 Co、 Cr中的一種或幾種的組合。
7. 如權(quán)利要求1所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中減磨組分為低熔點(diǎn)金屬、 非金屬固體潤(rùn)滑劑、金屬磷化物、滑石粉或BN。
8. 如權(quán)利要求1所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中增磨組分為金屬粉末、金 屬氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、石棉、Si02或SiC。
9. 如權(quán)利要求1所述的緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，其中增磨組分的含量為 0.5%-20%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型緩行器復(fù)合制動(dòng)軌，用來(lái)消除溜放車(chē)輛的輪對(duì)與緩行器制動(dòng)軌的磨擦產(chǎn)生的高頻噪聲，減小噪聲對(duì)環(huán)境的污染。本發(fā)明由降噪板和基軌兩部分組成，降噪板為直角狀，包括成直角的固定邊和制動(dòng)邊，固定邊和基軌上設(shè)有通孔，通過(guò)在通孔內(nèi)貫穿螺栓，使得降噪板固定在基軌上，且制動(dòng)邊緊附于基軌。另外，降噪板采用了新型的復(fù)合材料，也使得噪聲大大降低。
文檔編號(hào)B61K7/02GK101590857SQ20081011333
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者沛 周, 王緯中 申請(qǐng)人:北京人和路通科技有限公司