SYSTEMY HAMOWANIA - HAMULCE TARCZOWE POJAZDÓW SZYNOWYCH

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA WYDZIAŁ MASZYN ROBOCZYCH I TRANSPORTU ZAKŁAD POJAZDÓW SZYNOWYCH SYSTEMY HAMOWANIA - HAMULCE TARCZOWE POJAZDÓW SZYNOWYCH Prowadzący przedmiot: Wojciech Sawczuk Poznań

2 PLAN PREZENTACJI 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych - zalety hamulców tarczowych - wady hamulców tarczowych. 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego - Układ pary ciernej hamulca tarczowego - Sposoby mocowania tarcz hamulcowych - Układy dźwigniowe hamulca tarczowego. 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego - materiały stosowane na okładziny hamulcowe oraz stawiane im wymagania - materiały stosowane na tarcze hamulcowe oraz stawiane im wymagania - uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego. 4. Charakterystyka aktualnie stosowanych tarcz hamulcowych - tarcze wentylowane - tarcze nie wentylowane. 2

3 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Eksploatacja pociągów pasażerskich z prędkościami ponad 160[km/h], a towarowych 120[km/h], wymaga zasadniczej zmiany dotychczas powszechnie stosowanych hamulców klockowych. Podczas hamowania pociągu duża część energii kinetycznej zamienia się w energię cieplną, a przy klasycznym rozwiązaniu pary ciernej wstawka-obręcz stwarza bardzo niekorzystne warunki jego odprowadzenia. Spowodowało to podjęcie prac nad nowymi układami hamulcowymi całkowicie pozbawionymi wad hamulców klockowych, a hamulec tarczowy jest jednym z rozwiązań który cechuje się licznymi zaletami 3

4 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Dążenie do podróżowania z dużymi prędkościami pociąga za sobą stosowanie większych mocy hamowania tak, aby zatrzymanie pojazdu odbyło się możliwie na jak najkrótszej drodze hamowania. Dlatego coraz więcej wagonów wyposażonych jest w hamulce tarczowe, które dzięki dużej skuteczności powodują, że proces hamowania przebiega bardziej efektywnie. 4

5 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zasada działania hamulca tarczowego jest następująca: Zasada działania hamulca tarczowego Siła docisku "F" okładzin ciernych do obracającej się tarczy hamulcowej jest przenoszona z cylindra hamulcowego poprzez układ dźwigni. Ze względu na stosunkowo niewielką powierzchnię okładzin ciernych, konieczne jest ich obustronne rozmieszczenie na tarczy hamulcowej. Całość tworzy zespół szczękowy, który nie wymaga wywierania dużych nacisków na okładzinę cierną oraz dodatkowo nie obciąża konstrukcji hamulca wraz z jego ułożyskowaniem. 5

6 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 1. Hamulec tarczowy daje całkowitą możliwość takiego doboru materiału na parę cierną, aby otrzymać przebieg współczynnika tarcia zbliżony do przebiegu współczynnika przyczepności kół do szyn. W konsekwencji otrzymuje się stabilny przebieg współczynnika tarcia okładzin ciernych o tarczę w funkcji prędkości dzięki czemu unika się stosowania urządzeń regulujących nacisk na elementy cierne w funkcji prędkości. Współczynnik tarcia wstawek żeliwnych ma przebieg mocno opadający wraz ze wzrostem prędkości. Przebieg współczynnika tarcia w funkcji prędkości 6

7 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 2. Hamowanie przy użyciu hamulca tarczowego dzięki korzystnemu przebiegowi współczynnika tarcia odbywa się równomiernie w czasie całego procesu hamowania, nie występują szarpnięcia zwłaszcza w końcowej fazie hamowania jak ma to miejsce w przypadku hamulca klockowego. Przebieg opóźnienia hamowania w funkcji prędkości Ponadto wyższa wartość współczynnika tarcia umożliwia użycia mniejszych sił docisku elementów ciernych co pozwala na zastosowanie siłowników o mniejszej średnicy lub mniejszych wartościach przełożenia przekładni. Mniejsza średnica siłownika ułatwia utrzymanie właściwego stanu technicznego, wpływając szczególnie na jego szczelność, co zapewnia tym samym dużą trwałość cylindra hamulcowego. 7

8 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 3. Przez zastosowanie hamulca tarczowego, obręcze kół nie są narażone na obciążenia cieplne, wynikające ze współpracy z klockiem hamulcowym. Ma to szczególne znaczenie przy klockach wykonanych z tworzywa sztucznego które powodują, że 95% ciepła powstałego w czasie hamowania przenika do obręczy, co w skrajnych przypadkach może doprowadzić do poluzowania i przemieszczenia względem koła bosego. Hamulec tarczowy nie ma więc wpływu na intensywność zużycia obręczy. Rozkład temperatury w hamulcu klockowym przy różnych materiałach wstawek ciernych 8

9 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 4. Hamulec tarczowy dzięki intensywnemu chłodzeniu przez zastosowanie tarcz z właściwie ukształtowanymi kanałami wentylującymi, ma możliwość realizacji znacznie większych mocy hamowania w porównaniu z klasycznym hamulcem klockowym. Dzięki temu chłodzeniu poprzez wymuszony przepływ powietrza przez wewnętrzne kanały tarczy odprowadzone jest ok. 40% ciepła wytworzonego tarciem w parze hamulcowej. Możliwość realizacji większych mocy hamowania powoduje skrócenie drogi hamowania. Moc hamowania dla hamulca klockowego 9 i tarczowego dla wagonu o masie 40 [t]

10 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 5. Hamulec tarczowy cechuje prosty układ dźwigniowy o znacznie mniejszej liczbie elementów niż układ hamulca klockowego. Dzięki temu wykazuje on wyższą sprawność oraz krótszy czas przeniesienia siły cylindrowej na elementy wykonawcze tj. na wstawki cierne. Ponadto tarczowe układy dźwigniowe zajmują znacznie mniej miejsca w stosunku do układu klockowego niezbędnego do jego zabudowy. Umożliwia to przeniesienie wszystkich zespołów układu hamulcowego z podwozia wagonu bezpośrednio na wózki wagonowe. Układy dźwigniowe hamulca tarczowego 10

11 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 6. Eksploatacja wagonów z tarczowym układem hamulcowym zapewnia "miękkie" hamowanie, także z dużych prędkości. Mniejsza skłonność do drgań i hałasu wynika z faktu, że hamulec tarczowy posiada prostą konstrukcję przekładni hamulcowej co jednocześnie obniżyło masę hamulca. Pociąg TGV Atlantique kolei SNCF, V MAX =300[km/h] 11

12 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Zalety hamulca tarczowego 7. Trwałość okładzin ciernych hamulca tarczowego jest około 4-krotnie wyższa a niżeli klocków hamulcowych. W związku z tym zmniejsza się znacznie wymagany nakład pracy, a tym samym koszty związane z wymianą zużywających się okładzin ciernych, ich dostawami i transportem. Obsługa tarczowego układu hamulcowego 12

13 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 1. Hamowanie hamulcem tarczowym powoduje spadek wartości współczynnika przyczepności "ψ" miedzy kołem a szyna co potwierdzają wyniki różnych ośrodków badawczych, w tym głównie francuskich i rosyjskich Przebieg współczynnika przyczepności koła do szyny Jest to spowodowane brakiem elementu czyszczącego powierzchnie kół jakim jest klocek hamulcowy. Para cierna typu klocek-obręcz pomimo swoich wielu wad, jak przyspieszone zużycie obręczy koła oraz jego obciążenie cieplne, powoduje 13 zgarnianie wszystkich zanieczyszczeń i wypalanie ich pod powierzchnią klocka.

14 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 1. Wyniki badań rosyjskich przeprowadzonych na klockach i tarczach hamulcowych dowodzą, że współczynnik przyczepności kół do szyn dla hamulca tarczowego jest o ok. 25% niższy w stosunku do wagonów wyposażonych w klocki z tworzywa sztucznego i około 11% mniejszy niż w wagonach z klockami żeliwnymi. W związku z tym poczyniono próby przywrócenia hamulca klockowego jako hamulca wspomagającego. Ostatnie wyniki badań wykazały, że dla skutecznego oczyszczenia powierzchni obręczy ze wszystkich zanieczyszczeń konieczne jest realizowanie jednej trzeciej mocy hamowania hamulcem klockowym a dwie trzecie hamulcem tarczowym. Do realizacji tego zadania opracowano zmieniony układ hamulca klockowego zwany blokiem hamulcowym, który składa się z siłownika, samoczynnego nastawiacza skoku tłoka oraz wstawki ciernej. 14

15 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 2. Oblodzenie elementów ciernych hamulca tarczowego w okresie zimy, jak dowodzą badania rosyjskie, wydłuża drogę hamowania o ok. 18% przy istnieniu na jednej z okładzin ciernych ok. 5 gram lodu. W związku z tym zaleca się, aby luz między tarczą a okładziną wynosił 0,5 1[mm] oraz na maszynistach nakłada się obowiązek okresowego przyhamowania zwłaszcza przed dojazdem do stacji w celu roztopienia lodu. Oblodzenie układu hamulcowego w okresie zimy 15

16 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 3. Wagony wyposażone w hamulce tarczowe stwarzają trudności w przeprowadzeniu prób technicznych dla sprawdzenia dociśnięcia szczęk do tarczy. Jedną z koncepcji uniknięcia tego jest stosowanie układów sygnalizujących ciśnienie sprężonego powietrza w siłownikach. Również w celu uniknięcia trudności obsługowych powstały rozwiązania, w których dokonano przesunięcia tarczy z osi na tarczę koła, a nawet zaczęto ją zakładać na osi na zewnątrz koła. 16

17 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 4. Stosowanie tarcz hamulcowych ze specjalnie ukształtowanymi kanałami chłodzącymi powoduje straty energii w wyniku ciągłej wentylacji tarcz, co z jednej strony uznane jest jako zaleta ze względu na ich chłodzenie, z drugiej jednak stwarza dodatkowy opór. Z tych względów proponuje się zastępowanie tarcz wentylowanych tarczami pełnymi ponieważ przejmowanie ciepła na granicy "powierzchnia tarczy-otoczenie" zachodzi bardzo wolno w porównaniu z czasem trwania pojedynczego hamowania pełnego. W związku z tym obecność kanałów wentylujących nie ma wpływu na maksymalne wartości temperatur tarczy. 17

18 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego W tarczach z wentylującymi łopatkami i prętami poza stratami energii na wentylatorze występują również straty z tytułu obrotu tarczy jako bryły sztywnej Straty energetyczne tarczy hamulcowej Straty na wentylatorze Straty masowe 150 kg 18

19 r k = 450 mm r t = 300 mm v=46 m/s v c 2 u 2 =32 m/s D w k 60 n m s Wymuszona wentylacja 1 m u2 D2 2 s Strumień powietrza Wymuszona wentylacja Rys.1 Zestaw kołowy z tarczą hamulcową w czasie jazdy z prędkością v 19

20 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 4. Tarcze ze specjalnie ukształtowanymi kanałami wentylującymi zapewniają skrócenie czasu chłodzenia takich tarcz w porównaniu z tarczami pełnymi, w których wymiana ciepła z otoczeniem będzie zachodziła wolniej. Ponadto pełne tarcze generują mniejsze drgania i obniżają poziom hałasu. Dlatego stosuje się je w pojazdach o małej częstotliwości hamowania oraz w przypadkach kiedy sam profil szlaku nie wymusza długotrwałego hamowania ruchowego. Pierwszy warunek spełniają szybkie pociągi TGV, ICE, które wyposażone są w zwielokrotnione tarcze nie wentylowane. 20

21 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 5. Hamulec tarczowy jest wrażliwy na wpływ wody; przy obfitych opadach w pewnych okresach może dojść do zupełnej utraty siły hamującej. 6. W stosunku do realizowanych mocy hamulec tarczowy ma zbyt duże wymiary i masę. W konsekwencji zwiększa to masę nieusprężynowaną, która dodatkowo obciąża tor. Masa jednej tarczy hamulcowej w zależności od konstrukcji wynosi ok [kg], to przy dwóch tarczach na jednym zestawie kołowym dochodzi do obciążenia toru dodatkową masą przekraczającą 200[kg], przy masie zestawu kołowego ok. 1[t]. 21

22 1. Przyczyny stosowania hamulców tarczowych Wady hamulca tarczowego 7. Proces wytwarzania tarczy hamulcowej jest złożony z wielu operacji. Wynika to z faktu, że jest to odlew o dużej średnicy zewnętrznej, dochodzącej do 640[mm] z dużym otworem pod piastę (nawet 350[mm]). Wymaga to wprowadzenia do formy odlewniczej rdzenia o dużej średnicy co przyczynia się do powstania wielu wad odlewniczych. W rezultacie przekreśla to późniejsze zastosowanie tarczy ze względu na niewystarczającą wytrzymałość. Jedynie wysoce wyspecjalizowane odlewnie podejmują się produkcji tarcz hamulcowych. Do obróbki wykańczającej niezbędna jest obrabiarka do obróbki przedmiotów o dużej średnicy i małych grubościach. Pionowa oś wrzeciona ułatwia zamocowanie i ustalenie odlewu tarczy, której boczne powierzchnie obrabia się w celu uzyskania wymaganej chropowatości. 22

23 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego Układ pary ciernej hamulca tarczowego Do podstawowych elementów tarczowego układu hamulcowego należy tarcza hamulcowa oraz obsada, z zamocowaną w niej okładziną cierną. Tarcza może być bezpośrednio montowana na oś zestawu kołowego lub łączenia z piastą w taki sposób, że istnieje możliwość rozszerzenia się tarczy w wyniku zachodzących procesów cieplnych, z zachowaniem współosiowości z zestawem kołowym. Wykładzina cierna zamocowana jest w obsadzie połączonej przegubowo z dźwignią za pomocą sworznia. Przekazywanie siły cylindrowej odbywa się za pośrednictwem układu cięgien działających na jedną z dźwigni, a łącznik znajdujący się między ramionami dźwigni umożliwia wytworzenie siły tarcia na wykładzinie ciernej działającej z drugiej strony tarczy hamulcowej. Wieszaki zapewniają "pływające" położenie okładziny hamulcowej względem tarczy. Takie rozwiązanie jest niezbędne ze względu na występowanie poprzecznych przemieszczeń zestawu kołowego. 23

24 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego Układ pary ciernej hamulca tarczowego Para cierna tarczowego układu hamulcowego odpowiedzialna jest za wytworzenia siły tarcia i przekazanie momentu hamującego na pojazd. Okładziny hamulca tarczowego wykonuje się w różnych wielkościach w celu dostosowania ich do średnicy tarczy. Zgodnie z zaleceniem karty UIC powierzchnia cierna okładzin z tworzyw organicznych (na osnowie żywic) powinna wynosić 200 [cm 2 ] dla tarcz o średnicy 640[mm] i 610 [mm],następnie 175 [cm 2 ] dla tarcz o średnicy 590 [mm] i 140 [cm 2 ] dla tarcz o średnicy od 330 [mm] do 440 [mm]. 24

25 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego Układ pary ciernej hamulca tarczowego Para cierna powinna być tak dobrana, aby uzyskać w miarę możliwości stały przebieg współczynnika tarcia w funkcji prędkości o wartości średniej 0,35. Jednak w niekorzystnych warunkach atmosferycznych (duża wilgotność i niskie temperatury) wartość współczynnika tarcia może obniżyć się nawet o około 20-30%. Okładzina hamulcowa ma za zadanie wyrównanie rozkładu rzeczywistych nacisków jednostkowych na powierzchni styku z tarczą hamulcową oraz polepszenie warunków odprowadzenia ciepła. Pracy pary ciernej towarzyszą bardzo wysokie temperatury dochodzące nawet do 300 C powodując takie ujemne skutki jak odkształcanie tarczy i rozkład tworzywa wykładziny ciernej. Jednym ze sposobów obniżenia temperatury jest stosowanie okładzin ze specjalnie ukształtowanymi rowkami dylatacyjnymi lub otworami, przez które następuje przepływ powietrza "odprowadzający" część ciepła powstałego podczas hamowania. Rowki te umożliwiają dodatkowo lepszy rozkład nacisków okładziny na tarczę hamulcową oraz pomagają w odprowadzeniu produktów zużycia. 25

26 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego Sposoby mocowania tarcz hamulcowych W pojazdach szynowych stosuje się trzy warianty mocowania tarcz hamulcowych: na osi między kołami zestawu kołowego bezpośrednio na kołach zestawu kołowego na osi na zewnątrz koła. 26

27 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego Sposoby mocowania tarcz hamulcowych 27

28 2. Budowa kolejowego hamulca tarczowego Układy dźwigniowe hamulca tarczowego Jedną z zalet hamulca tarczowego jest znacznie prostszy w stosunku do hamulca klockowego układ dźwigniowy, o znacznie mniejszej liczbie elementów. W układach hamulca tarczowego, siłownik hamulcowy może odsługiwać jedną tarczę hamulcową, wtedy układy są najprostsze lub stosuje się bardziej rozbudowane układy dźwigni, aby siłownik obsługiwał od razu dwie tarcze. Dlatego w zależności od układu, stosuje się cylinder hamulcowy o średnicy 8" lub 10". 28

29 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na okładziny hamulcowe oraz stawiane im wymagania W hamulcu tarczowym stosuje się dwa rodzaje materiałów na okładziny cierne: tworzywa sztuczne spieki metaliczne. Tworzywa organiczne stosowane na okładziny cierne cechują się następującymi zaletami: stabilnym przebiegiem współczynnika tarcia w funkcji prędkości jazdy, co gwarantuje: równą wartość opóźnienia podczas całego przebiegu hamowania. Okładzina typu 200 z tworzywa sztucznego 29

30 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na okładziny hamulcowe oraz stawiane im wymagania Bardziej odporne na działanie wysokich temperatur są okładziny wykonane ze spieków metalicznych, o większej twardości niż okładziny organiczne. Spieki metaliczne są kompozytami zawierającymi szereg metalicznych i nie metalicznych składników. Zalety spieków metalicznych: duża możliwość kształtowania cech tarciowych ze względu na praktycznie nieograniczoną możliwość występowania różnych proporcji w składzie chemicznym ponieważ nie stanowią one stopów, lecz wyłącznie mieszaniny bardzo dobra przewodność cieplna oraz duża odporność na zużycie duża stabilność przebiegu współczynnika tarcia w funkcji prędkości, zbliżona do przebiegu współczynnika przyczepności kół do szyn. Okładzina typu 200 ze spieku metalicznego firmy Becorit 30

31 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na okładziny hamulcowe oraz stawiane im wymagania Doświadczenia zdobyte podczas eksploatacji standardowych okładzin ze spieku metalicznego przyczyniły się do opracowania przez firmę Knorr-Bremse nowego rozwiązania okładziny, całkowicie pozbawionej wad już istniejących rozwiązań wstawek ciernych. Nowa okładzina hamulcowa znana jako ISOBAR, również wykonana jest ze spieku metalicznego jednak różni się tym od wcześniejszych rozwiązań, że każda powierzchnia tarcia wstawki stanowi osobny element mocowany w specjalnie ukształtowanej "elastycznej" szczęce hamulcowej. Takie rozwiązanie zapewnia równomierne rozłożenie nacisków wszystkich elementów ciernych na tarczy przez cały okres eksploatacji okładziny Okładzina typu 400 ISOBAR z osobnymi elementami ciernymi firmy Knorr-Bremse Badania nad nową okładziną dowiodły, że równomiernie rozłożony nacisk wszystkich elementów ciernych okładziny ISOBAR, zmniejsza obciążenie cieplne tarczy hamulcowej w stosunku do standardowych okładzin ze spieku metalicznego. 31

32 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na okładziny hamulcowe oraz stawiane im wymagania Budowa oraz schemat działania okładziny ISOBAR Rozkład temperatury na tarczy hamulcowej współpracującej ze standardową okładzina ze spieku metalicznego oraz okładzina ISOBAR, 32 v=220 [km/h]

33 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na tarcze hamulcowe hamulcowe oraz stawiane im wymagania Do produkcji tarcz hamulcowych stosuje się trzy gatunki żeliwa z różnymi postaciami grafitu: żeliwo szare perlityczne żeliwo sferoidalne żeliwo ciągliwe. Tarcze wentylowane Żeliwo szare, grafit w postaci płytek na tle perlitu Żeliwo sferoidalne, perlityczne Żeliwo ciągliwe czarne z węglem żarzenia na tle ferrytu 33

34 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na tarcze hamulcowe hamulcowe oraz stawiane im wymagania W pociągach dalekobieżnych duże odstępy między poszczególnymi stacjami umożliwiają oddanie do otocznia całej energii cieplnej powstałej w czasie hamowania. Z tych względów zastępuje się tarcze wentylowane na tarcze pełne. Grubość takiej tarczy wynosi 45[mm]. Tarcze pełne nie wentylowane wykonuje się ze stali stopowej za pomocą kucia i walcowania z kęsisk wlewków dzielonych lub wlewków pojedynczych. Dodatkami stali stopowej są molibden i wanad, przy średniej wartości węgla 0,35 0,55%. Molibden zwiększa głębokość hartowania, zmniejsza kruchość odpuszczania, a dodany w ilości 0,25 0,60% powoduje odporność na pełzanie. 34

35 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Materiały stosowane na tarcze hamulcowe hamulcowe oraz stawiane im wymagania Dążenie do zmniejszenia oporów toczenia w pojazdach szynowych, zmusza konstruktorów do projektowania coraz to lżejszych wagonów z zachowaniem ich wytrzymałości. Biorąc pod uwagę, że połowa masy wagonu stanowi układ biegowy wraz z hamulcami, w roku 1992 firma Knorr-Breme rozpoczęła badania z zastosowaniem metali lekkich na tarcze hamulcowe. Najlepsze wyniki uzyskano przy zastosowaniu stopu aluminiowego zawierającego 20% czystego proszku ceramicznego. Zalety: o 25% lepsza zdolność odprowadzenia ciepła w stosunku do tarcz żeliwnych realizacja większych mocy hamowania zastąpienie 3 tarcz 2 35

36 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego 36

37 Uszkodzenia układu dźwigniowego hamulca tarczowego W wagonach intensywnie eksploatowanych następuje znaczne wytarcie obu dźwigni oczkowych w miejscu łączenia z dźwignią środkową górną i dolną, dochodzące w skrajnych przypadkach do 6mm. a) Dźwignia oczkowa prawa b) Dźwignia oczkowa lewa Zużycie dźwigni oczkowej w miejscu łączenia z dźwignią środkową na skutek długotrwałej eksploatacji: a) typ pierwszy, b) typ drugi 37

38 Uszkodzenia układu dźwigniowego hamulca tarczowego Obserwuje się również nagminne pękanie uch pod prowadnik równoległości (tzw. wieszak) w oprawie okładziny. Wielokrotnie zaobserwowano pękanie opraw okładziny (imaków okładziny) w kilku miejscach. Pęknięcie to widoczne jest dopiero po wyjęciu okładziny z opraw. pęknięcia obsada okładziny Uszkodzenia obsady okładziny jednostki hamulca tarczowego: a) oprawa okładziny bez uszkodzenia, b) pęknięte ucho pod prowadnik równoległy, c) pęknięcie poprzeczne oprawy okładziny 38

39 Uszkodzenia układu dźwigniowego hamulca tarczowego Podczas okresowych przeglądów tarczowych układów hamulcowych zauważa się zużycie powierzchni czołowej oprawy okładziny ciernej. Zużycie te powstaje z powodu nie dokonania wymiany zużytych okładzin ciernych na nowe po przekroczeniu wymiaru granicznego wynoszącego 5mm. Następuje wtedy przyspieszony proces niszczenia imaka okładziny, połączony z szybkim zużyciem tarczy hamulcowej. W niektórych przypadkach występowało tarcie samej oprawy o tarczę hamulcową, co powodowało niszczenie imaków i mechanizmu zaciskowego. Uszkodzenia te stanowią ponad 50% wszystkich uszkodzeń imaków, a wymiana ich na nowe jest bardzo kosztowna. a) b) Przekrój przez nową i zużytą obsadę wraz z okładziną cierną hamulca tarczowego: a) obsada ze zniszczoną powierzchnią czołową, b) dopuszczalne zużycie 39 okładziny, 1-okładzina, 2-obsada 13

40 Uszkodzenia układu dźwigniowego hamulca tarczowego Na 374 przeglądy wykonane na wagonach zarejestrowano 11 przypadków wymiany uszkodzonych obsad okładzin w wyniku ich tarcia o tarcze hamulcowe. a) b) c) r z r z r w r w Uszkodzona obsada okładziny ciernej typu 175: a) widok od strony montażu z okładziną cierną, b) widok od strony zamocowania do dźwigni trzycylindrowej; rw - promień wewnętrzny, rz - promień zewnętrzny, c) widok obsady na układzie dźwigniowym

41 Uszkodzenia układu dźwigniowego Inną przyczyną uszkodzenia obsady okładziny jest zamocowanie okładziny typu 175 w obsadzie przystosowanej do współpracy z okładziną typu 200 w wyniku czego następuje wyrwanie okładziny w miejscu zamocowania blachy nośnej i tarcie samej obsady o tarczę hamulcową. Zniszczenie okładziny w miejscu łączenia z obsadą jest spowodowane różną długością części łączącej okładzin typu 200 i 175. a) L1=160mm b) L2=152mm Okładziny cierne do hamulca tarczowego: a) typu 200, b) typu

42 Uszkodzenia układu dźwigiowego hamulca tarczowego Inną przyczyną uszkodzenia obsady okładziny jest zamocowanie okładziny typu 175 w obsadzie przystosowanej do współpracy z okładziną typu 200 w wyniku czego następuje wyrwanie okładziny w miejscu zamocowania blachy nośnej i tarcie samej obsady o tarczę hamulcową. Zniszczenie okładziny w miejscu łączenia z obsadą jest spowodowane różną długością części łączącej okładzin typu 200 i 175. Zamocowanie dwóch okładzin typu 175 do obsady przystosowanej do okładzin typu 200 powoduje, że przy każdym hamowaniu okładziny przesuwają się po rowku prowadzącym i uderzają o zakończenie rowka i zamek obsady co w konsekwencji w wyniku ciągłych uderzeń okładzin powoduje ich wyrwanie od części mocującej. Uszkodzenie okładziny w miejscu łączenia z obsadą 42

43 Uszkodzenia układu dźwigiowego hamulca tarczowego Zamocowanie dwóch okładzin typu 175 do obsady przystosowanej do okładzin typu 200 powoduje, że przy każdym hamowaniu okładziny przesuwają się po rowku prowadzącym i uderzają o zakończenie rowka i zamek obsady co w konsekwencji w wyniku ciągłych uderzeń okładzin powoduje ich wyrwanie od części mocującej. 43

44 Uszkodzenia układu dźwigiowego hamulca tarczowego Zamocowanie dwóch okładzin typu 175 do obsady przystosowanej do okładzin typu 200 powoduje, że przy każdym hamowaniu okładziny przesuwają się po rowku prowadzącym i uderzają o zakończenie rowka i zamek obsady co w konsekwencji w wyniku ciągłych uderzeń okładzin powoduje ich wyrwanie od części mocującej. 44

45 2. Uszkodzenia układu dźwigniowego W trakcie przeglądów okresowych wykonywanych na autobusach szynowych, kilkakrotnie stwierdzano nieprawidłowe mocowanie okładzin do obsady co wpływało na nierównomierne zużycie okładzin. Okładziny były mocowane mniejszym promieniem na zewnątrz tarczy hamulcowej. a) b) Poprawny montaż Błędny montaż Układ dźwigniowy hamulca tarczowego: a) okładziny prawidłowo zamocowane w obsadach, b) okładziny nieprawidłowo zamocowane w obsadach 45

46 Wartość chwilowa przyspieszeń drgań, a [m/s²] Wartość chwilowa przyspieszeń drgań, a [m/s²] 3. Drgania okładziny ciernej Okładzin Prędkość Nacisk G3 (15mm) [km/h] Czas [s] 28, 44 [kn] 4,4; 7,5 [t] Drgania samowzbud ne Masa hamująca 120 [km/h] 28, 44 [kn] 4,4; 7,5 [t] 160 [km/h] 28, 44 [kn] 4,4; 7,5 [t] Czas [s] 46

47 Wartość chwilowa przyspieszeń drgań, a [m/s 2 ] Wartość chwilowa przyspieszeń drgań, a [m/s 2 ] Wartość chwilowa przyspieszeń drgań, a [m/s 2 ] 3. Drgania okładziny ciernej a) b) Czas hamowania, t [s] c) Czas hamowania, t [s] Czas hamowania, t [s] Rys. 35. Przebiegi czasowe chwilowych przyspieszeń drgań obsad z okładzinami o różnej grubości z widocznymi drganiami samowzbudnymi przy okładzinie zużytej do grubości 15 mm w początkowej i ostatniej fazie hamowania z prędkości 140 km/h do 0: a) grubość okładziny G1=35mm, b) grubość okładziny G2=25mm, c) grubość okładziny G3=15mm

48 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego 48

49 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego Wykruszenia Pęknięcie jednostronne na całej szerokości pierścienia Pęknięcie obustronne na całej szerokości pierścienia Rowki Pęknięcie na części szerokości pierścienia Wklęsłości Pęknięcia powierzchniowe Rodzaje pęknięć na powierzchni ciernej tarczy 49

50 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego Po przeprowadzeniu cyklu badań zgodnie z programem A, B, C, D1 oraz D2, w sumie 309 hamowań z różną mocą hamowania oraz z różną masą przypadającą na tarcze, na jednej z tarcz zauważono 3 rysy o długości 7 mm, co przedstawia rysunek 1.4. Innych objawów uszkodzeń nie stwierdzono. Następnie dla obu tarcz przeprowadzono badania penetracyjne w celu wykrycia ewentualnych dalszych pęknięć na powierzchniach ciernych. Rysunki 1.5 przedstawiają powierzchnie obu tarcz hamulcowych po badaniach penetracyjnych.

51 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego

52 3. Wymagania stawiane zespołom hamulca tarczowego Uszkodzenia jednostek hamulca tarczowego Po analizie obrazów uzyskanych z badań penetracyjnych, różnica intensywności mikropęknięć na powierzchniach ciernych tarcz może być wyjaśniona składem chemicznych żeliw na tarcze hamulcowe co przedstawia tabela 1.2. Tabela 1.2 Składy chemiczne żeliw na tarcze hamulcowe I Tarcza Żeliwo szare II Tarcza Żeliwo sferoidalne C [%] Si [%] Mn [%] P [%] Cu [%] C [%] Si [%] Mn [%] P [%] S [%] Cu [%] Ce [%] Sc [%] 3,5 1,5 0,7 0,5 0,15 3,5 2,6 0,45 0,05 0,012 0,25 3,45 1,015 3,8 1,8 0,8 0,9 0,23 3,6 2,7 0,55 0,05 0,012 0,35 3,42 1,051

53 4. Charakterystyka aktualnie stosowanych tarcz hamulcowych Tarcze do pojazdów szynowych Tarcze wentylowane Tarcze nie wentylowane Tarcze z wentylującymi łopatkami Tarcze z wentylującymi prętami 53

54 4. Charakterystyka aktualnie stosowanych tarcz hamulcowych Tarcza z wentylującymi łopatkami Tarcza z wentylującymi prętami Tarcza pełna (nie wentylowana) 54

55 Dziękuję za uwagę 55