用于铁路车辆的盘/制动器摩擦扭矩
阅读说明：本技术 用于铁路车辆的盘/制动器摩擦扭矩 (Disc/brake friction torque for railway vehicles ) 是由 维托里奥·德索乔 罗伯特·博费利 于 2020-09-18 设计创作，主要内容包括：用于铁路车辆的盘/制动器摩擦扭矩,该铁路车辆包括至少一个衬垫,该衬垫包括至少一个摩擦元件和盘。摩擦元件由包括铜、铁、石墨、0.02至1.5重量％的钼、1至3重量％的铬和20至35％之间的孔隙率的烧结材料制成,并且该盘由铸铁制成,铸铁包括0.05至2重量％的铬、0.05至2重量％的钼、0.1至2重量％的镍。(Disc/brake friction torque for a railway car comprising at least one pad comprising at least one friction element and a disc. The friction element is made of a sintered material comprising copper, iron, graphite, 0.02 to 1.5% by weight of molybdenum, 1 to 3% by weight of chromium and a porosity of between 20 and 35%, and the disc is made of cast iron comprising 0.05 to 2% by weight of chromium, 0.05 to 2% by weight of molybdenum, 0.1 to 2% by weight of nickel.)
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年9月20日提交的申请号为102019000016835的意大利专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于铁路车辆的盘/制动器摩擦扭矩。特别地，本发明发现了对于中速列车，即具有小于220km/h的最大速度的那些列车、特别是指速度在140km/h和220km/h之间的那些列车的有利的应用。
背景技术
如本领域技术人员所知的，就摩擦元件和盘而言，制动器的结构取决于其上安装有制动器的列车的类型。
盘通常由钢或铸铁制成。钢盘比铸铁制成的盘具有更高的强度，同时成本也高得多。由于这些原因，通常对那些具有高速度(220km/h以上)或每个盘的制动质量因高能量耗散和相对功率而使得无法使用铸铁盘的列车来说，只有使用钢盘才是合理的。实际上，因为过高的能量，在制动期间盘上的应力将损害铸铁盘的完整性。
对于摩擦元件，它们通常由烧结或有机材料制成。由于在制动期间会产生高温，因此只有用于中-高速(超过160km/h)列车的摩擦元件是由烧结材料而非有机材料制成的。由有机材料制成的摩擦元件具有以下缺点：由于它们的高消耗(特别是当应用于中/高速列车时)，必须非常频繁地对它们进行更换，并且它们的摩擦性能在高温下下降。
对于由烧结材料制成的摩擦元件，长期以来人们普遍认为它们不能与铸铁盘结合使用，因为它们会引起盘的过早磨损。
上述内容意味着，即使对于160km/h至220km/h之间的中速列车，也通常采用烧结材料摩擦元件与钢盘的结合。这种选择还源自于在容量方面对车辆配置的越来越苛刻的要求。
尽管将烧结材料摩擦元件与钢盘结合使用可提供出色的制动效率，但其缺点是成本特别高，并且特别在低速时会产生刺耳的尖锐声音。
应当注意的是，低噪音已日益成为在选择要使用的盘式制动器时的重要决定因素。正如容易想到的那样，最强烈地感觉到对于那些应该在居民密集度较高的中心区多次停靠的列车，例如都市列车，需要在制动期间抑制噪音。
因此，认为需要能够具有一种具有用于列车的盘/制动器摩擦扭矩的制动器，该制动器的技术特征是使其既比目前使用的制动器便宜，又在制动期间噪音较小，因此减少总体产生的刺耳尖锐声音。
本发明的发明人已经通过产生盘/制动器摩擦扭矩满足了上述要求，其中，摩擦元件由特定的烧结材料制成，而盘由特定的铸铁制成。作为本发明主题的盘/制动器摩擦扭矩不仅满足上述要求，而且还出人意料地确保了在盘和摩擦元件二者的耐磨性方面的显著优点。用铸铁制动盘代替钢盘的可能性极大地降低了盘/制动器扭矩的整体成本，并且出人意料地显著降低了制动期间产生的噪音。
发明内容
本发明涉及一种用于铁路车辆的盘/制动器摩擦扭矩，该铁路车辆包括至少一个衬垫，该至少一个衬垫包括至少一个摩擦元件和盘；所述盘/制动器摩擦扭矩的特征在于，所述摩擦元件由烧结材料制成，所述烧结材料包括铜、铁、石墨、0.02至1.5重量％的钼、1至3重量％的铬和20至35％之间的孔隙率；并且在于，所述盘由铸铁制成，所述铸铁包括0.05至2重量％的铬、0.05至2重量％的钼、0.1至2重量％的镍。
优选地，所述摩擦元件的所述烧结材料包括0.05至1重量％的钼、1至1.5重量％的铬和25至30％之间的孔隙率。
优选地，所述摩擦元件的所述烧结材料包括10至70重量％的铜、5至40重量％的铁、5至20重量％的石墨、5至20重量％的摩擦改性剂。
优选地，制成盘的铸铁包括0.1至2重量％的铬、0.1至2重量％的钼、0.5至1.5重量％的镍。
优选地，制成盘的铸铁包含3至5重量％的碳、1至2重量％的硅、0.5至1重量％的锰、0.01至1重量％的硫。
优选地，所述衬垫包括主基板和固定至该基板的多个摩擦元件。
优选地，所述铸铁盘由至少三个圆扇形件组成，它们彼此分开并通过连接元件保持在一起以形成盘。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过示例的方式包括其非限制性实施例。
已经形成摩擦元件，其烧结材料符合表I中以重量百分比示出的组成。
表I
最小重量％
最大重量％
铜
10
70
铁
5
40
石墨
5
20
钼
0.02
1.5
铬
1
3
摩擦改性剂
5
20
烧结材料还具有表示为20％至35％之间的百分比(相比于总体积的空隙的体积)的孔隙率。
特别地，该烧结材料具有表II中以重量百分比示出的组成，并且具有28％的孔隙率。
表II
铜
50
铁
30
石墨
10
钼
0.75
铬
1.25
摩擦改性剂
8
上述的烧结材料已经在根据本发明制造的铸铁盘(其代表本发明的一个实施例并且用A表示)上，在具有不满足本发明要求的组成的铸铁盘(其代表第一比较例并且用B表示)上，并且在钢盘(其代表第二比较例并且用C表示)上作为摩擦元件进行了测试。
根据本发明的铸铁盘必须满足表III中以重量百分比示出的组成。
表III
特别地，根据本发明的铸铁盘具有表IV中以重量百分比示出的组成。
表IV
重量％
碳
3.3
硅
1.7
锰
0.8
硫
0.06
磷
0.02
镍
1
铬
0.2
钼
0.5
铜
0.5
锡、铅、铝、钛
0.005
铁
剩余
表V以重量％示出铸铁盘的组成，其组成不符合本发明的要求。
表V
使用的钢制盘已获批准并目前在市场上销售，其具有以下特性：21CrMoV5-11 EN10028-2(2003)，DIN 17755(1983)。
已经在上述三种类型的盘式制动器(实例A-C)上测试了上述烧结材料元件。特别地，这些测试是在底盘测功机上进行的，并且涉及摩擦、盘结构完整性、盘磨损、摩擦元件磨损和噪音测试。
摩擦测试是根据UIC 541-3ed.7prog 6A和6B标准中指示的程序进行的。
有关盘结构完整性的测试是根据EN 14535-3–C2类(200km/h-10t/盘)标准中指示的程序进行的。
有关盘和摩擦元件磨损的测试是根据UNI EN 14535-3标准中指示的程序以及具体的应用测试进行的。
噪音测试是根据UNI EN ISO 3095:2013程序进行的。
表VI示出了关于包括钢盘(实例C)的盘/制动器摩擦扭矩的以索引形式表示的上述测试的结果。以这种方式，将非常简单和直接地认识到本发明(实例A)的盘/制动器摩擦扭矩带来的优点。
表VI
A
B
C
摩擦
100
100
100
盘结构完整性
100
70
100
盘磨损
120
40
100
摩擦元件磨损
200
200
100
噪音
400
400
100
从表VI中所示的数据可以看出，作为本发明(A)的主题的盘/制动器摩擦扭矩不仅允许用铸铁盘来替换钢盘，而且还确保了在磨损和噪音方面的显著改善。
以上结果表明，由于本发明，可以为铁路车辆提供比具有钢盘的盘/制动器摩擦扭矩更经济的盘/制动器摩擦扭矩，并且同时可以改善盘和摩擦元件磨损方面的性能。关于在成本效益方面的优点，重要的是要注意铸铁盘的成本约为钢盘的三分之一。
发明人认为，本发明的盘/制动器摩擦扭矩的上述优点源自于在盘的表面上形成主要由铬和钼的氧化物组成的均匀分布的氧化物层。该氧化物层是在摩擦元件和盘之间的相互作用期间形成的，并且非常持久且牢固地固定至盘，因此形成高度保护层。使用电子显微镜，已经估计该层约5微米厚。
根据本发明的一个优选实施例，衬垫包括减小尺寸的多个摩擦元件，而非单个较大的摩擦元件。每个衬垫由主基板和固定至该基板的多个摩擦元件组成。每个摩擦元件由金属片和永久固定至金属片的摩擦塞组成。
与使用减小尺寸的多个摩擦元件有关的解决方案在盘上压力的效率以及因此制动效率方面，以及在低噪音方面都是有利的。
再次根据本发明的优选实施例，盘包括至少三个圆扇形件，其彼此分开并由多个横向销保持在一起以形成盘。在引入本文本文的专利申请EP0758059A1中对由此制成的盘进行了描述。
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