Klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego vs kompozytowe – porównanie materiałów, trwałości i bezpieczeństwa
Wybór materiału na klocki hamulcowe w kolejnictwie ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa, kosztów utrzymania oraz komfortu eksploatacji taboru. Najczęściej stosowane rozwiązania to klocki z żeliwa fosforowego oraz klocki kompozytowe. Każdy z tych materiałów posiada odmienne właściwości tribologiczne, akustyczne i eksploatacyjne. Który z nich jest lepszy i w jakich warunkach?
Z czego wykonane są klocki hamulcowe kolejowe?
Na rynku dostępne są klocki hamulcowe wykonane z żeliwa fosforowego i materiałów kompozytowych. Każdy z tych surowców zapewnia inne właściwości, trwałość oraz skuteczność działania. Przyjrzyjmy się charakterystyce obu tych materiałów.
Klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego
Żeliwo fosforowe to stop żelaza o podwyższonej zawartości fosforu najczęściej w ilości od 0,3 do 1,4%, który charakteryzuje się zwiększoną twardością, odpornością na ścieranie oraz stabilnością tarcia. Materiał ten jest stosowany w kolejnictwie od dziesięcioleci, głównie ze względu na przewidywalne zachowanie w każdych warunkach atmosferycznych. Jego niewątpliwymi atutami są wysoka odporność na zużycie, która przekłada się bezpośrednio na niższe koszty eksploatacyjne taboru. Co ważne klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego zapewniają stabilny współczynnik tarcia także w trudnych warunkach zwłaszcza przy niskich temperaturach otoczenia, dlatego są zalecane do stosowania w taborze towarowym. Doskonale sprawdzają się w warunkach częstego hamowania w obszarze górzystym pod dużym obciążeniem. Warto również podkreślić, że klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego zapewniają naturalne tłumienie drgań i dobrą odporność na przegrzewanie.
Żeliwo jest materiałem o wysokiej trwałości i stabilnych właściwościach metalurgicznych, dlatego doskonale nadaje się do wielokrotnego przetwarzania bez utraty kluczowych parametrów technicznych. W rezultacie zużyte żeliwne wstawki hamulcowe podlegają całkowitemu recyklingowi, co pozwala odzyskać surowiec i przeznaczyć go na wytwarzanie nowych, pełnowartościowych odlewów żeliwnych.
Klocki hamulcowe kompozytowe
Klocki kompozytowe z kolei powstają z mieszaniny żywic, włókien, wypełniaczy mineralnych i dodatków ciernych. Ich atutem jest redukcja hałasu oraz ograniczenie masy elementów hamulcowych. Są cichsze w użytkowaniu, niż klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego, co podnosi komfort użytkowania dla pasażerów, obsługi i osób przebywających wzdłuż torów kolejowych.
Eksploatacja kompozytowych klocków hamulcowych wiąże się z istotnymi ograniczeniami technicznymi i środowiskowymi. Te wstawki nie sprawdzają się w niskich temperaturach, kiedy to obserwuje się pogorszenie właściwości ciernych oraz niestabilną skuteczność hamowania. Co więcej, w warunkach zimowych kompozytowe klocki hamulcowe mogą powodować powstawanie tzw. nalepów na powierzchni tocznej kół, co negatywnie wpływa na bezpieczeństwo i komfort jazdy.
Dodatkowym problemem jest zwiększone zużycie obręczy kół oraz niekorzystny wpływ na torowisko, wynikający z innego charakteru tarcia w porównaniu do klocków żeliwnych. Zjawiska te mogą generować wyższe koszty utrzymania taboru i infrastruktury kolejowej.
Istotnym aspektem są także lotne cząstki kompozytów, uwalniane w procesie hamowania. Pyły te mogą stanowić obciążenie dla środowiska oraz potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzi, zwłaszcza w obszarach o dużym natężeniu ruchu kolejowego.
Kolejnym wyzwaniem są trudności w utylizacji zużytych klocków kompozytowych. Ze względu na ich wielomateriałową strukturę recykling jest ograniczony lub nieopłacalny, co oznacza, że odpady te częściej trafiają do unieszkodliwiania zamiast do ponownego wykorzystania w obiegu przemysłowym.
Które klocki hamulcowe do taboru kolejowego są trwalsze?
Pod względem trwałości eksploatacyjnej lepsze właściwości zapewniają klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego. Ich struktura zapewnia odporność na pęknięcia termiczne, stabilną pracę przy długotrwałym obciążeniu, skuteczność i stabilność działania w trudnych warunkach i pod dużym obciążeniem. Co ważne klocki te zużywają się równomiernie, co także przekłada się na konieczność rzadszej wymiany.
Z kolei klocki kompozytowe, choć lżejsze i cichsze, są bardziej wrażliwe na niskie temperatury, przez co nie zapewniają stabilnej skuteczności hamowania. W rezultacie nie gwarantują długiej i bezproblemowej eksploatacji. Co więcej, powodują większe zużycie kół i obręczy co znacząco podnosi koszty eksploatacji taboru.
Bezpieczeństwo hamowania – żeliwo fosforowe czy kompozyt?
Bezpieczeństwo w kolejnictwie opiera się na powtarzalności i przewidywalności działania układu hamulcowego. W tym zakresie żeliwo fosforowe pozostaje materiałem referencyjnym, ponieważ zapewniają stabilny współczynnik tarcia niezależnie od warunków pogodowych, wysoką odporność na przegrzewanie i brak gwałtownych zmian siły tarcia. Warto dodać, że klocki hamulcowe wykonane z materiału kompozytowego są bardziej podatne na degradację materiału. Mogą wykazywać spadek skuteczności działania przy wysokich i niskich temperaturach zmienny współczynnik tarcia przy wilgoci. W rezultacie w wielu systemach kolejowych normy techniczne wymagają zastosowania klocków hamulcowych wykonanych z żeliwa fosforowego.
Jakie klocki hamulcowe do taboru kolejowego wybrać?
W nowoczesnym kolejnictwie nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania zalecanego do każdego zastosowania. Często zakłada się, że klocki hamulcowe z żeliwa fosforowego, ze względu na maksymalną trwałość, bezpieczeństwo i stabilność działania, są idealne dla transportu towarowego i na trasach charakteryzujących się trudnymi warunkami (góry, wysoka wilgotność i temperatury). Z kolei klocki hamulcowe kompozytowe często stosuje się w taborze pasażerskim z powodu generowania mniejszego hałasu. Nie ma jednak wątpliwości, że to żeliwo fosforowe wciąż pozostaje materiałem zapewniającym najwyższy standard bezpieczeństwa.
