По данным профессора Б.М. Асташкевича (“Вестник машиностроения” №3, 1996 г.), для СНГ потребность в колодках составляет 140 млн. штук ежегодно (потребность в тормозных колодках железных дорог Украины на 1994 г. составляла 58758000 шт., в том числе чугунных – 29254000 шт.). После пробега 30 тыс. км ѕ массы колодок, т.е. свыше 90 тыс. т, превращается в пыль, загрязняя атмосферу и полотно железных дорог.
ТОРМОЗНЫЕ КОЛОДКИ
ТОРМОЗНЫЕ КОЛОДКИ
По данным профессора Б.М.
Асташкевича (“Вестник машиностроения” №3, 1996 г.),
для СНГ потребность в колодках составляет 140 млн.
штук ежегодно (потребность в тормозных колодках
железных дорог Украины на 1994 г. составляла 58758000
шт., в том числе чугунных – 29254000 шт.). После
пробега 30 тыс. км ѕ массы колодок, т.е. свыше 90 тыс.
т, превращается в пыль, загрязняя атмосферу и
полотно железных дорог.
По данным немецких
исследователей, при взаимодействии фосфористого
чугуна с влажной атмосферой воздуха или влагой
образуется ядовитый газ фосфин. Его содержание в
воздухе не должно превышать 0,1 мг/м3. Поэтому
рекомендуется использование чугунов с фосфором
менее 0,05%. В колодках из серого чугуна фосфора
более 1%, и можно предполагать, что такие колодки в
результате их износа не только загрязняют
полотно железных дорог. При взаимодействии
чугунной пыли от износа колодок выделяется в
атмосферу во время дождя огромное количество
ядовитого газа. Следовательно, повышение
износостойкости имеет экологически важное
значение для окружающей среды.
Институтом высокопрочного
чугуна и комплексных модификаторов (ИВЧКМ)
Украинской академии наук национального
прогресса разработана технология получения
износостойких и прочных тормозных колодок из
специального высокопрочного чугуна для
железнодорожного транспорта. Для этой цели
созданы специальные композиционные
модификаторы комплексные (КМК). Износостойкость
таких колодок в 2-2,5 раза превышает
износостойкость колодок из серого
высокофосфористого чугуна, изготавливаемых по
ГОСТ 28186-89. Технология позволяет осуществлять
100-процентный контроль качества колодок на
стадии их производства непосредственно в
литейном цехе без каких-либо дополнительных
затрат.
Разработанные КМК дают
возможность решать много задач, связанных с
железнодорожным транспортом, например
производить шестерни, коленчатые валы из
перлитного и бейнитного высокопрочного чугуна с
шаровидным графитом, решить проблему
“колесо-рельсы” и т.д.
Тормозные колодки для моторных
вагонов из специального высокопрочного чугуна
(СВЧ) примерно в 1–2 раза уменьшают тормозной путь
(табл. 1).
Тормозные колодки,
изготовленные с применением КМК, не требуют
проведения термической обработки, так как в их
структуре нет цементита. При производстве
колодок из СВЧ не требуется применение сложной
литниковой системы, уменьшающей выход годного
изделия. При помощи КМК и комплексных
модификаторов (КМ) типа ЖКМК изготовлены и прошли
проверку в производственных условиях с
положительным результатом разные детали –
отливки транспортных двигателей, в том числе
крышки цилиндров, днища крышек цилиндров,
головки поршней, втулки цилиндров, коленчатые
валы и др.
Работы по изготовлению опытных
колодок для моторных вагонов проводились ИВЧКМ
совместно с киевским заводом “Ленинская
кузница”.
Плавка чугуна осуществлялась в
промышленных индукционных печах, колодки со
стальным каркасом изготовлялись в открытых
песочных формах, без верхней опоки и без
литниковой системы.
Модифицирование проводилось
КМК без Мg и КМК специальными.
Серийные колодки с содержанием
1,2% Р изнашиваются за 17-20 суток эксплуатации, а
колодки из серого чугуна с обычным содержанием
фосфора – за 10-11 суток. Колодки из СВЧ с
относительно низким содержанием фосфора (0,15%)
выходили из строя по износу через 40-45 суток. В
таких колодках (за счет КМК) содержание кремния
3,8-3,9%.
Для модифицирования
использовались безмагниевые комплексные
модификаторы КМК СМ-Р, разработанные ИВЧКМ.
Процесс модифицирования протекал без
пироэффекта, с незначительным дымовыделением. В
чугуне всех колодок форма графита шаровидная
компактная вермикулярная. Твердость колодок
была в пределах 207-241 НВ. Металлическая основа
преимущественно ферритная. В отличие от опытов
по изготовлению колодок для моторных вагонов на
заводе “Ленинская кузница”, где такие детали
отливались в сухих песочных формах, в условиях
ИФЛРЗ гребневые колодки, со стальным каркасом
изготовлялись в сырых песочных формах с
литниковой системой, принятой на заводе для
серийных колодок из серого чугуна по ТУ-32
ЦТВР-165-87. Формовка проводилась на конвейере.
Натурные испытания опытных
гребневых колодок и серийных проводились на
электровозе ВЛ-11М №56. Серийные колодки в
количестве 16 шт. были установлены на секцию “А”
электровоза, а опытные в том же количестве – на
секцию “Б”.
За 40 дней эксплуатации все
колодки из серого чугуна (т.е. серийные) вышли из
строя в результате поломки, износа, появления
трещин и были заменены новыми серийными
колодками. За период продолжительностью 40 дней
три колесные пары секции “А” прошли переточку
(75%). За этот же период на секции “Б” прошли
переточку только две колесные пары (50%). За два
месяца эксплуатации опытных колодок из
специального высокопрочного чугуна ни одна
колодка не вышла из строя, не была снята с
электровоза и не заменялась новой.
Продолжительность эксплуатации
гребневых колодок из специального
высокопрочного чугуна составила 60-75 суток вместо
30-40 суток серийных колодок из серого
модифицированного силикокальцием и
силикобарием (по ТУ-32ЦТВР-165-87).
За счет снижения предельной
толщины в результате износа до 10 мм (вместо
допустимой 15 мм) продолжительность эксплуатации
колодок из специального высокопрочного чугуна
может быть увеличена еще на 10-15 суток.
ИВЧКМ УАННП разработаны
кальцийсодержащие комплексные модификаторы,
позволяющие получать тормозные колодки, литые
трубы, мелющие тела из бейнитного ВЧ,
износостойкие и ударостойкие в абразивных
условиях трения и другие отливки из
высокопрочного чугуна с шаровидным графитом на
базе чугуна ваграночной плавки. Кроме того,
разработаны модификаторы в виде
многокомпонентных сплавов (КММ), устраняющие
отбел в отливках из высокосерийного чугуна
ваграночной плавки.
Проверка таких модификаторов на
ряде предприятий Украины дала положительные
результаты. Так, например, в условиях ИФЛРЗ было
изготовлено 120 шт. гребневых колодок из
модифицированного такими модификаторами
ваграночного чугуна (расход КММ 0,3% от массы
жидкого чугуна). Твердость колодок была в
пределах 217-241НВ. Выборочно проверялась
структура. Цементиты не обнаружены.
По данным специалистов кафедры
ЭПС ДИИГА и ВНИИЖТА, наличие значительного
количества цементита в колодках с твердостью
261-300НВ и больше отрицательно влияет на работу
бандажей колесных пар и преждевременную
переточку.
При натурных испытаниях колодок
из специального высокопрочного чугуна явления
“ползун” не зафиксировано.
Длина тормозного пути при
использовании колодок из различных чугунов
Результаты получены при
испытаниях на инерционном стенде ВНИИЖТ МПС РФ
| №
п/п |
Характеристики испытуемых колодок |
Нагрузка на ось (кН) |
Нажатие на колодку |
Тормозной путь (м) с начальной скорости (км/час) |
|||
| 50 | 90 | 120 | 140 | ||||
| 1. | Серийно выпускаемые киевским заводом “Ленинская кузница” из серого фосфористого чугуна, Р=1,1%: ГОСТ 28186-89, длина колодки – 380 мм, прочность на изгиб –120 – 130 т |
146,5 | 20х2
30х2 |
350 | 935 | 1527 | 1464 |
| 2. | Из серого фосфористого чугуна по ГОСТ 28186-89, длина колодки 330 мм. Сведения о прочностных свойствах колодок отсутствуют. Нет также данных о содержании фосфора |
146,5 | 20х2
30х2 |
737
593 |
1650
1299 |
||
| 3. | Опытные из специального высокопрочного чугуна “Ф”, структура ферритная, модификаторы КМКСМ, Si=3,9%, длина колодки 380 мм. Прочность на изгиб – 230 т |
146,5 | 20х2
30х2 |
271
260 |
773 | 1503 | 2091 |
| 4. | Опытные колодки из специального высокопрочного чугуна “П”, Si=2,5%, Р=0,2%. Структура феррито-перлитная, графит шаровидный. Прочность на изгиб 190 т. Длина колодки – 380 мм |
20х2
30х2 |
829
784 |
2118
2052 |
|||
| 5. | Опытные колодки из специального высокопрочного чугуна скорректированного состава, модификатор КМКСМ, ИВЧКМ. Длина колодки 380 мм, Р=1,32%. Прочность – 120 т (усадочная раковина) |
20х2
30х2 |
230 | 630 | 1026 | 1162 | |
| 6. | Опытные колодки из специального высокопрочного чугуна скорректированного состава. Модификатор АКМКСП, ИВЧКМ. Длина колодки 380 мм, Р=1,25%. Прочность на изгиб 150 – 170 т. Усадочная пористость |
20х2
30х2 |
214 | 494 | 780 | 814 | |
| 7. | Колодки из серого чугуна, модифицированного силикокальцием и силикобарием, Р=0,88% |
20х2 | 1662 | ||||
| 8. | Колодки из серого чугуна , модифицированного силикокальцием и силикобарием Р=1,1% |
20х2
30х2 |
1502 | ||||
| 9. | Колодки из серого чугуна (Р=0.26%) со вставками из белого чугуна, легированного марганцем (2,5%) |
20х2 | 900 | 2067 | |||
Примечания:
1. По заключению ВНИИЖТ РФ, окончательные
выводы по служебным характеристикам колодок из
специального высокопрочного чугуна должны быть
сделаны после проведения испытаний на
электропоездах в эксплуатации.
2. При испытании на инерционном стенде
ВНИИЖТ опытных тормозных колодок из спец. ВЧ для
моторвагонного подвижного состава обнаружены
продукты износа в виде сталистых тонких
лепестков, которые в отдельных местах
приваривались к поверхности катания колеса
стенда. Это явление имело место при нажатии на
колодку 30 кН и полных служебных торможениях с
начальных скоростей 120 и 140 км/час (см. табл. пункт
3).
3. При стендовых испытаниях из спец. ВЧ
скорректированного состава (см. табл. пункт 6)
явления приваривания к поверхности катания
колеса стенда продуктов износа при нажатии на
колодки 30 кН и полных служебных торможениях с
различных начальных скоростей не было.
4. В связи с потребностью создания
транспортных коридоров при имеющихся пропускных
способностях железнодорожной сети Украины
возникает необходимость увеличения средних
скоростей подвижного состава. Этому будет
способствовать использование тормозных колодок
из СВЧ с высокими фрикционными свойствами и
износостойкостью.