一种具有良好散热性能的高速列车全盘式制动器的制作方法

本发明属于轨道交通车辆制动技术，具体涉及一种具有良好散热性能的高速列车全盘式制动器。

背景技术：

随着高速铁路技术的飞速发展，我国的高速铁路无论是从运营里程还是投运列车数量都处于世界领先行列，高速列车已经在国民经济中扮演不可替代作用。

机械制动是高速列车在行驶过程中不可或缺的安全保障，同时也是高速列车转向架设计开发的一个累赘。从高速列车的转向架设计来看，机械制动部分在保障列车制动安全性前提下，质量越轻列车动力性能和控制性能越优异。但是目前列车的制动方式包括蹄式制动器和盘式制动器两种，蹄式制动器不适用高速列车的制动，而盘式制动器采用夹钳对制动摩擦盘进行夹持摩擦制动，制动摩擦盘以铸钢盘为主，闸片以粉末冶金闸片为主，闸片和制动摩擦盘之间的摩擦接触面积小，并且制动闸片相对于制动摩擦盘延伸出来设置，加上制动卡钳重量对列车转向架系统的形成了较大的重量负担。因此，如何既能保障列车安全性能又能对制动系统减负是更高速度列车开发中一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对现有的高速列车机械制动存在的上述缺陷，提供一种具有良好散热性能的高速列车全盘式制动器。

一种具有良好散热性能的高速列车全盘式制动器，包括制动盘组件、固定座组件和施压组件；所述制动盘组件分为动摩擦盘和静摩擦盘，其中动摩擦盘周向限位套装在高速列车的车轮轴上，所述静摩擦盘设置在动摩擦盘两侧，与车轮轴之间自由转动装配，所述固定座组件为布置在静摩擦盘外侧的两组固定座，所述固定座与高速列车转向架固定连接，所述固定座之间通过若干组轴向的滑轴固定连接，所述静摩擦盘与滑轴之间周向限位配合，同时沿滑轴的轴向滑动装配；所述施压组件固定在静摩擦盘外侧的固定座上，并与静摩擦盘的外侧面接触，推动静摩擦盘与动摩擦盘表面压紧贴合。

进一步的，所述施压组件包括缸体和活塞，若干所述缸体以车轮轴的轴线为中心均匀布置在固定座的内侧，所述缸体与高速列车的制动液压油路连接，所述活塞设置在缸体内，通过液压作用力推动静摩擦盘向动摩擦盘挤压。

优选的，所述滑轴的两端通过铆接或螺纹连接与固定座固定连接。

优选的，所述动摩擦盘的内圈与车轮轴之间通过花键配合。

优选的，所述静摩擦盘的外圈设有若干与滑轴滑动嵌合的缺口。

优选的，所述动摩擦盘的数量为1-6个，所述静摩擦盘的数量为2-7个，N个所述动摩擦盘与N+1个静摩擦盘之间呈间隔交替叠装。

作为本发明的一种优选方案，所述动摩擦盘和静摩擦盘采用炭/陶制动盘或炭/炭制动盘中的一种或两种组合使用，其中，所述炭/陶制动盘为密度在1.8g/cm³～2.4g/cm³之间以炭/陶复合材料制备的制动盘，所述炭/炭制动盘为密度在1.65g/cm³～1.8g/cm³之间以炭/炭复合材料制备的制动盘。具体密度的选取取决于列车的运行速度和运行环境。

作为本发明的另一种优选方案，所述动摩擦盘或静摩擦盘粉末冶金制动盘或炭/陶制动盘中一种或两种组合使用，其中，所述炭/陶制动盘为密度在1.8g/cm³～2.4g/cm³之间以炭/陶复合材料制备的制动盘，所述粉末冶金制动盘为铁基粉末冶金制动盘或铜基粉末冶金制动盘。具体材质的选取取决于列车的运行速度和运行环境。

本发明采用全盘式制动器结构，其工作原理是，高速列车行进过程中，动摩擦盘通过车轮轴传动保持旋转，其余组件保持固定不动。制动时，静摩擦盘两外侧的活塞同时分别施加压力于两端静摩擦盘上，使得动摩擦盘的盘面与静摩擦盘的盘面之间迅速压紧贴合，相互摩擦，将动能转化为热能，实现列车的制动，制动结束后，随着活塞归位，动摩擦盘和静摩擦盘之间不存在压力，制动摩擦力解除。

本发明其具有如下有益效果：全盘式制动器不采用制动夹钳，依靠动摩擦盘和静摩擦盘之间的全盘面摩擦，同时该制动器采用双向加压对制动器的骨架结构的力学性能要求低，保证了制动系统的安全性和稳定性，制动性能好，完全可以满足高速列车制动性能要求。并且，分体设置的两组固定座属于敞开式结构，将动摩擦盘和静摩擦盘暴露，整个制动过程中处于开放环境中，摩擦产生的热量可以迅速被流动空气带走，降低了体系的制动温度，不存在热量集中的问题，不会对车轮轴及制动器附近的变速箱产生热辐射，保障高速列车的安全运行。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为一种具有良好散热性能的高速列车全盘式制动器的外部结构示意图。

图2为图1中的内部结构示意图。

图中标号：1-缸体，2-活塞，3-固定座，4-车轮轴，5-连接花键，6-动摩擦盘，7-静摩擦盘，8-滑轴，9-连接凸块。

具体实施方式

参见图1和图2，图示中的全盘式制动器为本发明的一种优选方案，包括缸体1、活塞2、固定座3、车轮轴4、连接花键5、动摩擦盘6、静摩擦盘7、滑轴8和连接凸块9。该全盘式制动器具体分为制动盘组件、施压组件和固定座组件三大部分，其中制动盘组件分为交叉叠装的动摩擦盘6和静摩擦盘7，动摩擦盘6与车轮轴4周向限位装配，并随车轮轴4一同转动，静摩擦盘7与固定座组件连接，固定座组件固定在高速列车的转向架上，施压组件则用于将静摩擦盘7和动摩擦盘6之间进行压紧，实现车轮轴的摩擦制动。

具体的，动摩擦盘6通过花键配合套装在车轮轴4上，即在车轮轴4上加工出连接花键5，对应的在动摩擦盘6的内圈上加工花键槽，实现车轮轴4带动动摩擦盘6一同周向转动，在动摩擦盘6的两侧分别设置有静摩擦盘7，静摩擦盘7与车轮轴4之间自由转动装配，即车轮轴的转动不带动静摩擦盘7转动，在实际应用中，可将静摩擦盘7的内圈加工成大于或等于连接花键5的齿圈外径的圆形内圈，将静摩擦盘7直接通过间隙配合套装在连接花键5的齿圈上，在静摩擦盘7的外圈加工有若干缺口，用于静摩擦盘7的外圈与固定座组件中的滑轴8周向配合，实现静摩擦盘7对于车轮轴和动摩擦盘的相对静止，静摩擦盘7在高速列车行进和制动过程中始终保持静止不动。

固定座组件包括两组固定座3和若干滑轴8，固定座3布置在两端的静摩擦盘外侧，其上设有连接凸块9，连接凸块9上设有连接螺孔，通过螺栓连接等可拆卸连接方式将固定座固定设置在高速列车的转向架上，固定座3可套装在车轮轴4上，同时固定座3相对于车轮轴4之间静止固定，固定座3上设有若干均匀分布的安装孔，两组固定座3之间通过若干滑轴8轴向固定连接，滑轴8平行于车轮轴4的轴线，同时以该轴线为中心均匀分布在两个固定座3之间，滑轴8的两个端部分别与固定座3的安装孔之间通过螺纹连接或铆接固定，将两组固定座形成一个整体。滑轴8沿静摩擦盘7的外圆周方向布置，滑轴8所形成的内圈应当大于动摩擦盘的最外层外圈，避免对动摩擦盘的转动形成干涉，静摩擦盘7外圈的若干缺口与滑轴8一一嵌合，通过固定座组件固定定位静摩擦盘7，同时该缺口与滑轴8之间采用间隙配合，实现静摩擦盘7在施压组件的作用下沿滑轴8轴向滑动。

施压组件为两组，分别设置在两端的静摩擦盘7和固定座3之间，施压组件采用液压组件，包括缸体1和活塞2，缸体1固定设置在固定座3的内侧，若干缸体1以车轮轴的轴线为中心呈环形阵列均匀布置在固定座3上，实现对静摩擦盘7的平稳施压，缸体1与高速列车的制动液压油路连接，高速列车制动液压油路为现有技术，本实施例在此不做赘述，活塞2设置在缸体1内，形成液压施压组件，通过液压作用力推动静摩擦盘7向动摩擦盘6挤压。

在实际应用中，全盘式制动器的动摩擦盘6数量为1～6个，静摩擦盘7数量为2～7个，静摩擦盘7的数量应当超过动摩擦盘6一个，将动摩擦盘6和静摩擦盘7交叉叠装的同时，保证两侧最外层均为静摩擦盘7，动摩擦盘6和静摩擦盘7的具体数量依不同车型参数具体计算而定。

以下以三个具体实施例说明上述盘式制动器在高速列车上的应用。

实施例一

如图1所示结构的全盘式制动器用于250km/h动车组列车，该全盘式制动器的施压组件由两套液压活塞组成，制动盘组件置于两套液压活塞中间的车轮轴安装；

本实施例中的制动盘组件由两个动摩擦盘6和三个静摩擦盘7组成，动摩擦盘6与静摩擦盘7呈交替间隔布置，形成四个有效全盘摩擦面；动摩擦盘和静摩擦盘材质均采用炭/陶复合材料，其中，动摩擦盘6的炭/陶材料密度为2.1g/cm³，静摩擦盘7的炭/陶材料密度为1.9g/cm³；施压组件的缸体1安装在固定座3上，固定座3为铸铁盘，每个固定座与转向架固定；动摩擦盘6通过连接花键5与车轮轴4连接，随着车轮轴4做同步旋转运动。静摩擦盘7通过盘外径环向的缺口与滑轴8嵌合，滑轴8两端穿过固定座通过螺栓紧固。

本实施例的全盘式制动器具体的工作原理为：列车行进过程中，车轮轴4随着车轮在电机驱动下做高速旋转运动，旋转力通过连接花键5传递给动摩擦盘6，此时全盘式制动器处于非加压状态，动摩擦盘6和静摩擦盘7之间处于非加压接触状态，车轮轴4可自由转动，动摩擦盘6随着车轮轴4做同步旋转运动，静摩擦盘7保持静止；行车制动时，两端活塞2在缸体1液压的驱动下向前加压，压力通过静摩擦盘7沿轴线向中心方向相对施压，使得静摩擦盘7可迅速沿滑轴8挤压动摩擦盘6，使得炭/陶动摩擦盘6会沿连接花键5轴向滑动，但压力传递至中间的静摩擦盘7时，轴向滑动停止，此时摩擦制动开始；随着活塞2压力的持续增加，使得动摩擦盘6的盘面与静摩擦盘7的盘面之间摩擦作用加剧，大量动能转化为热能，实现列车的制动，产生的热能可通过固定座之间的敞开区域随流动空气散热。通过中间静摩擦盘内置的热电偶测量发现摩擦制动过程中产生的最大温度为342℃。

实施例二

本实施例的全盘式制动器用于380km/h动车组列车，其与实施例一不同之处在于制动盘组件的材质不同，动摩擦盘6采用炭/陶制动盘，静摩擦盘7采用炭/炭制动盘，其中，动摩擦盘6密度为2.15g/cm³，静摩擦盘7的密度为1.75g/cm³，通过中间静摩擦盘内置的热电偶测量发现摩擦制动过程中产生的最大温度为475℃。

实施例三

本实施例的全盘式制动器用于120km/h城际列车，其与实施例二不同之处在于制动盘组件的材质不同，动摩擦盘6为密度为2.1g/cm³的炭/陶制动盘，静摩擦盘7为密度为5.8g/cm³的铜基粉末冶金制动盘，通过中间静摩擦盘内置的热电偶测量发现摩擦制动过程中产生的最大温度为210℃。

以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。