专利名称：缓行器复合制动轨的制作方法
技术领域：
本发明涉及缓行器技术，具体地说是一种新型缓行器复合制动轨。
背景技术：
缓行器是我国铁路编组站广泛使用的控制溜放车辆速度的调速设备，目前
国内缓行器上使用的制动轨是60Kg/m的钢轨，工作时由液压缸或风缸驱动缓行 器制动钳，使固定在制动钳上的制动钢轨夹住车辆的车轮，通过车轮轮箍侧面 与制动钢轨间的滑动摩擦来达到控制车辆速度的目的，这种缓行器的工作原理 可参见《7501车辆减速器》(铁道部科学研究院通信信号研究所编，中国铁道出 版社，80年版)。该作业过程伴随着令人难以忍受的刺耳的高频噪声，该噪声长 期以来一直伤害着现场职工与车站周边的居民生活。
噪声的产生主要是由用于制动的缓行器产生的摩擦造成，该噪声包括由摩 擦材料特性引起的摩擦振动噪声和由机械部件振动特性引起的部件振动噪声两 类。
制动时，接触物体间的摩擦力与摩擦材料的表面温度、表面处理、压縮弹 性率、抗拉强度、气孔率、粘弹性、摩擦系数——温度关系曲线、摩擦系数一
—速度关系曲等参数有关，其中摩擦系数——^^i度曲线的负斜率是产生摩擦振
动噪声的重要参数。制动器部件的摩擦振动是由于作为相对速度函数的摩擦系 数变化的结果。产生摩擦的部件的振动也与负荷的大小有关，当负荷达到足以 使结构尺寸变化时，整个有关联的机械系统就会产生轻微的变形，而机械系统 的弹性力又会很快地恢复到原来的状态而在两接触表面产生较低的摩擦，这一 过程重复下去，就产生了部件振动噪声。
高频噪声是铁路编组站调速设备先天不足的副产品，若采用具有降噪性能的材料取代既有制动轨，则无法满足缓行器的功能和性能。而缓行器是我国铁 路编组站自动化不可缺的调速设备。以往许多消除噪声污染的研究工作主要是 从力学角度来进行的，试图从减少缓行器整体振动噪声来达到目的，但效果均 不佳。也有想用具有降噪性能的材料解决噪声的，但无法满足缓行器的功能和 性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种新型缓行器复合制动轨，它既能消除作 业过程中的高频噪声，又能同时保持原有缓行器的功能和性能。
本发明是这样实现的
一种缓行器复合制动轨，由降噪板和基轨两部分组成，降噪板为直角状， 包括成直角的固定边和制动边，固定边和基轨上设有通孔，通过在通孔内贯穿 螺栓，使得降噪板固定在基轨上，且制动边紧附于基轨。
本发明采用这种镶嵌方法，使安装螺栓在整个工作过程中不受剪切力和挤 压力，不会产生断裂和降噪板脱落事故。降噪板则完全依靠降噪板与制动轨的 接触面承受工作力矩和定位。由于摩擦面上没有固定支撑零件，使得降噪板的 磨耗量在镶嵌条件下得到最大限度的提高，延长了降噪板的使用寿命。本发明 在不改变缓行器系统机械结构和工作特性的基础上改善了机械特性，消除了缓 行器工作时的高频噪声，有效地改变了员工的劳动环境质量，提高了工作效率， 保障了员工的身心健康。
本发明制动轨基体可利用废旧的制动轨，平时维修时仅更换降噪板部分。 由于制动轨的长度一般在8m以上，其重量可达500kg以上，其运输与吊装费用 要比单件10kg以下的新型复合降噪板复杂和昂贵，因此使用本发明不但能减少 设备维修人员及工程量，而且大大降低了维护的费用。另外，为了降低缓行器制动轨的噪声，本发明还采用了用于降噪板的专门 材料。该材料包括金属基体组分、减磨组分和增磨组分。
图1为新型缓行器复合制动轨降噪板的剖面图。
图2为新型缓行器复合制动轨降噪板的侧视图。 图3为降噪板与制动基轨装配示意图。
具体实施例方式
1.降噪板材料的合成-
由于缓行器的制动轨是主要的制动受力构件，又是在露天无任何润滑条件 下工作的，属于重载干摩擦类型。从传统的摩擦材料分类来看，其制动材料的 选材范围应以复合金属材料为主。由于其对偶摩擦件是必须加以保护的车轮， 因此绝对不能选择与车轮摩擦后会损害车轮的材料。从受力的特点看，新型复 合金属材料，要能承受制动钳入口处的冲击力及与转动的车轮摩擦过程中所产 生的交变应力，所以这种新型复合金属材料在保证所需的机械强度的同时，还 要有良好的降噪效果。其与车轮间的摩擦系数必须合理，若摩擦系数太大，则 在配合现行的制动钳夹持力时会产生过高的阻力，不能满足编组场的使用需要; 若摩擦系数过小，又会达不到缓行器制动特性的要求。
通过对缓行器运用过程的实际分析，噪声主要是高频污染(约在1-15KHZ)， 改造目标以消除高频噪声为目的，同时满足缓行器自身的功能需求。
不同的制动工况条件，对摩擦材料性能的要求不同。首先材料应具有相对 稳定的摩擦系数值(0.2-0.6)，外界条件(如制动速度、压力、温度、环境介 质等)改变时对其影响较小，且动、静摩擦系数相差不大。因摩擦系数数值的大小直接反映了制动性能。对于减速板的工况条件，制动性能要求也应控制在 某一范围。摩擦系数的稳定性十分重要，当制动工况条件改变时尤其是当制动 速度不高、压力大、制动频繁导致摩擦面温度升高时，摩擦系数一般会降低， 这种现象称为"热衰退"，这是缓行器不希望发生的现象。在使用的温度范围内 摩擦系数应保持一定的稳定值。
缓行器制动材料还应有较高的耐磨性，但又不能损伤车轮，且制动摩擦过 程中除不易产生噪声外也应无异味和无其他污染，其经济性要好、原料来源充 裕、价格便宜、生产制造工艺简单。
要完全满足上述各点要求靠单一材料是困难的，只有利用复合材料或复合结 构才可以达到。根据缓行器制动轨制动特点对材料的性能要求可以归纳如下-
1) 有足够的机械强度，来承受巨大的制动力；
2) 材料不但要求耐磨性高，而且其摩擦系数要稳定；
3) 导热性好，热容量大，能散热。
4) 能适应野外露天工作环境；
5) 价格便宜。 对复合材料性能的特殊要求
本发明中釆用的复合材料，是以金属粉末(铁粉或铜粉)为基体，加入一 定量增磨组分(金属氧化物、碳化物、石棉、氧化硅等)和减磨组分(石墨、 MoS2、硫化物、低熔点金属等)，经混匀，压制成型和加压烧结而成。与有机石棉 摩擦材料相比较，它具有承载应力大，导热性好、摩擦系数稳定等优点。
该复合材料主要由以下三部分材料组成 (1)基体组分
本发明的复合材料的强度、耐磨性、热稳定性主要取决于基体的结构、物理及化学性质。金属基体用来承受外载和散发制动时产生的摩擦热。金属基体
主要有铜基和铁基两种类型。铜基磨阻材料是以Cu-Sn(Sn所占比例为5%_10%) 合金和Cu-Pb (Pb所占比例为8%-12%)合金为基本组分。为了改善耐热性和高 温强度，可适量加入其它合金元素，如Ni、 Fe 、 Zn、 Ti、 Mn、 Mo、 Sb等，以 强化基体。铜基的磨阻材料导热性、高的耐热性及高温强度、硬度及热稳定性、 经济性较好；为了改善其摩擦性能，常加入1. 5%_5%的Sn及大于5%的石墨，从 而得到一种铁素体一珠光体组织。由于铁基的摩擦衬片与对偶件(铸铁或钢制 动鼓、盘)具有同类晶格，易产生"粘着"，因此需加入一定量(多少基体中加 入4-5.5g )的合金元素以强化基体；如加入一定量的Mn、 Al、 Co、 Cr等均可 减少"粘着"程度，即降低最大的摩擦系数值以保持摩擦稳定性和提高耐磨性。 不同的合金元素对铁基磨阻材料摩擦性能的影响不一样。
(2) 减磨组分
为了提高复合材料的抗擦伤性和耐磨性，通常加入的减磨组分有低熔点 金属(Pb、 Sb、 Bi)、非金属固体润滑剂(石墨、MoS2、 WS2、CuS)、金属磷化物
(Cu、 Fe、 Ni、 Co的磷化物)、滑石粉、BN等。 一般来说，随着加入量增大， 耐磨性可提高，但摩擦系数会下降；材料的机械强度也会下降，故加入量不宜 过多。可根据基体的材质、工况条件来确定相应的最佳加入量。值得注意的， 具有层状结构的石墨在铁基材料中虽起润滑作用，但也影响基体的组织。因在 加压烧过程中，石墨将融于铁中而强化基体，随着石墨的大量增多，将引起组 织的变化(铁素体减少，渗碳体形状变粗大)。此外MoS2的含量不宜过多，因高 温时MoS2易被氧体化还原为MoS3，成为磨粒而失去润滑作用，这反而会加速磨
损o
(3) 增磨组分
7为了消除减磨组分带来的不利因素，保证足够的摩擦系数满足制动工况的 要求，需加入适量的增磨组分，以增大摩擦系数，但摩擦组分不应成为磨粒而 擦伤摩擦表面和增大摩损。因此增磨材料的粒度大小、形状及硬度要适宜，其 熔点及热分解温度要高，在较宽的温度范围内(从室温到烧结温度)不发生相 变，且与其他组分和烧结时的保护气氛不起反应。常用增磨剂有高熔点的金属
粉末(Fe、 Cr、 M粉)、金属氧化物^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 磨材料的选用应根据工况条件(温度、负荷、润滑介质)及使用要求，确定其 种类及用量(一般在0.5%-20%范围内)，为满足其综合性能，常采用多种增磨剂 并进行时效处理。
2.降噪板与基轨间的安装
本发明的制动轨由降噪板1和基轨2两部分组成，降噪板1为直角状，包 括成直角的固定边3和制动边4，固定边3和基轨2上设有通孔5，通过在通孔 5内贯穿螺栓，使得降噪板1固定在基轨2上，且制动边4紧附于基轨2。
另外，降噪板1采用上述复合材料轧制，基轨2则可以采用现有制动轨， 这样既达到了降噪的目的，又满足缓行器结构与性能的要求，又不对制动轨的 安装方式及制动钳和制动加压系统进行任何调整，还满足了规定的限界要求。 经测试普通制动轨在7. 5m处噪声平均值(AVERAGE)为109. 7db，在25m处噪声 平均值(AVERAGE)为109. 7db，最大值(MAX)为121. 7db;新型复合制动轨在 7. 5m处噪声平均值(AVERAGE)为97. 8db，在25m处噪声平均值(AVERAGE)为 97.8db，最大值为(MAX)为101.8db;中高频噪声分别降低10-15分贝(瞬间 降低高达26db)。
本发明具有以下优点1、 简化了维修工艺，降低了维修的工程量。本发明的安装结构，可以方便 的进行降噪板的更换，在更换降噪板时不用拆卸制动轨，劳动强度和工程量大 大的减少，同时对溜放作业的影响也比较小，可利用驼峰作业的检修天窗进行 维修作业。
2、 改善了紧固件的受力状态，增加了结构的安全性和可靠性，延长了紧固 结构的使用寿命。本发明的安装结构，完全依靠降噪板与制动轨的接触面和特 定的结构形状承受工作力矩和定位，因此安装螺栓在整个工作过程中不受剪切 力和挤压力，只起固定作用，不会产生断裂和降噪板脱落事故。
3、 改善了降噪板和制动轨的密贴方式，改善了力的传导和缓冲途径，同时 特殊的结构方式也使得降噪板的磨耗量得到提高，延长了降噪板的更换周期。
4、 通过采用新材料大大降低了噪声，改善了铁路作业人员及周围居民的居 住环境。
权利要求
1.一种缓行器复合制动轨，由降噪板和基轨两部分组成，降噪板为直角状，包括成直角的固定边和制动边，固定边和基轨上设有通孔，通过在通孔内贯穿螺栓，使得降噪板固定在基轨上，且制动边紧附于基轨，其中降噪板的材料为复合材料，包括金属基体组分、减磨组分和增磨组分。
2. 如权利要求1所述的缓行器复合制动轨，其中金属基体组分为铜基。
3. 如权利要求2所述的缓行器复合制动轨，其中金属金属基体组分中包括 Ni、 Fe 、 Zn、 Ti、 Mn、 Mo、 Sb中的一种或几种的组合。
4. 如权利要求2所述的缓行器复合制动轨，其中金属基体组分包括1. 5%-5% 的Sn和大于5%的石墨。
5. 如权利要求1所述的缓行器复合制动轨，其中金属基体组分为铁基。
6. 如权利要求5所述的缓行器复合制动轨，其中金属基体组分中包括Mn、 Al、 Co、 Cr中的一种或几种的组合。
7. 如权利要求1所述的缓行器复合制动轨，其中减磨组分为低熔点金属、 非金属固体润滑剂、金属磷化物、滑石粉或BN。
8. 如权利要求1所述的缓行器复合制动轨，其中增磨组分为金属粉末、金 属氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、石棉、Si02或SiC。
9. 如权利要求1所述的缓行器复合制动轨，其中增磨组分的含量为 0.5%-20%。
全文摘要
本发明涉及一种新型缓行器复合制动轨，用来消除溜放车辆的轮对与缓行器制动轨的磨擦产生的高频噪声，减小噪声对环境的污染。本发明由降噪板和基轨两部分组成，降噪板为直角状，包括成直角的固定边和制动边，固定边和基轨上设有通孔，通过在通孔内贯穿螺栓，使得降噪板固定在基轨上，且制动边紧附于基轨。另外，降噪板采用了新型的复合材料，也使得噪声大大降低。
文档编号B61K7/02GK101590857SQ20081011333
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者沛 周, 王纬中 申请人:北京人和路通科技有限公司