一种强制冷却式制动盘系统的制作方法

本发明涉及一种制动盘系统，尤其是涉及一种强制冷却式制动盘系统。

背景技术

随着高铁动车组、重载货物列车以及高密度运行的城市轨道车辆等列车技术发展，关键的空气制动系统基础制动装置在制动过程承受极高热负荷、盘形制动装置中制动盘温度甚至达到或超过大部分钢材的熔化温度，摩擦副中闸片温度更高，摩擦系数急剧下降、磨耗量也急剧增加。维护现主要研究方向是颜值耐高温的合金制动盘和能在高温状态下维持一定摩擦系数的粉末冶金制动闸片，材料成本及使用成本极为昂贵。严重约束了高铁列车进一步高速的发展。

中国专利zl201620036239.9公开了一种一种高铁列车制动盘，包括两个同心排列的制动盘，制动盘中部为安装孔，安装孔内边缘设有连接块，在两个制动盘之间设有连接叶片，所述的连接叶片的外缘高超出制动盘外缘2～3cm的距离，所述的连接叶片的两个边缘和制动盘连接为一体，所述的连接叶片的以制动盘圆心按照间隔30～40°差设置，相邻的两个连接叶片之间形成气流通道，所述的连接叶片为涡轮叶片。上述专利通过对制动盘进行结构改进，特别是采用了涡轮叶片作为降温装置，可以起到一定的降温装置，但是此种制动盘首先牺牲了一定的机械强度，此外，冷却效果也不是特别好。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种强制冷却式制动盘系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种强制冷却式制动盘系统，包括制动盘模块，还包括涡流制冷控制模块，以及用于给涡流制冷控制模块供气的气源气路模块，所述的涡流制冷控制模块包括通断电磁阀、涡旋制冷器，以及连接并控制通断电磁阀和涡旋制冷器的工作状态的控制单元，其中，所述的涡旋制冷器上的压缩空气进口通过管路依次连接通断电磁阀和气源气路模块，在涡旋制冷器上还设有指向制动盘模块上的制动摩擦副位置的冷空气出口管和指向列车外部的热空气出口管。本发明的控制单元可以是任何能实现控制功能的控制系统，如plc系统等，其可以与列车的总控系统联接起来，根据制动程度来调节不同的制冷效果。

作为优选的实施方案，在通断电磁阀与涡旋制冷器的压缩空气进口之间还设有调压阀，该调压阀还连接控制单元并由其控制。通过控制单元和调压阀可以调节进入压缩空气进口的压缩空气，使得涡旋制冷器产生不同大小低温压力空气流，可控制不同热负荷的制动盘和闸片降温速度，以适应不同列车制动功率的制动盘、片控温要求，也适应不同制动级别的制动要求。

作为优选的实施方案，在涡旋制冷器的热空气出口管的终端还设有用于调节冷气流温度和流量大小的温度调节阀。温度调节阀可以调节冷气流的温度和气流量变化。冷气流的温度调得越低时，冷气流降温幅度越大，冷气流就变得越小；冷气流量调得越大时，冷气流降温幅度就变得越小,冷气流的温度越高。

作为优选的实施方案，所述的气源气路模块包括通过管路依次连接的列车供风管、组合式集尘器和储风缸，其中，储风缸的出风口处还连接所述通断电磁阀。

作为上述优选的实施方案的更优选，在组合式集尘器与储风缸之间还设有单向阀。可保证在控制涡旋制冷器作用时，不会影响列车供风管路系统其它装置工作。

作为优选的实施方案，所述的制动盘模块包括制动盘、闸片、闸片托、制动夹钳、制动缸和制动夹钳吊座，工作时，制动盘与闸片作用实现制动，所述的冷空气出口管指向制动盘与闸片的作用位置。

作为上述优选的实施方案的更优选，在制动盘与闸片的作用位置还设有温度传感器，该温度传感器反馈连接控制单元。温度传感器的反馈控制可以及时的将制动盘与闸片位置的温度反馈给控制单元，便于其控制调节调压阀等的阀开度，从而调节进入涡旋制冷器的压缩空气量，进而调节制冷效果。

本发明利用列车上已具有的压力空气管路，采用涡旋制冷器以压缩空气涡流制冷原理，通过产生低温气流喷射在列车的制动盘模块的制动摩擦副位置，即制动盘模块中闸片与制动盘作用位置，在制动过程中可极大降低摩擦副的温度(类似现代机加工采用压缩冷空气冷却加工刀具和加工件，其材料切削产生的局部热量超过制动产生摩擦热量)。克服在制动过程中由于巨大的列车制动能量引起高热负荷对制动盘、车轮的伤害；控制制动过程摩擦副温度，使得列车制动过程保持稳定的摩擦系数，极大改善制动过程由于产生的高温使得摩擦系数急剧下降、磨耗剧增的现象，也改善了列车制动过程控制的稳定性、很大程度缩短制动距离等。很大程度上减少列车制动材料价格及运用成本。扩展应用本项目中涡流制冷及控制模块，可实现大功率车轮踏面制动，并根据不同列车制动功率，调节制冷压缩空气的流量和温度大小。

本发明在列车列车制动时，常规的制动盘模块进行制动作用，制动盘模块中的制动盘与闸片作用位置温度升高，控制单元控制通断电磁阀得电，接通由储风缸到调压阀之间的通路，涡旋制冷器工作，冷空气从冷空气出口管流出，为制动盘和闸片作用位置降温；当列车不制动时，制动盘模块不进行制动作用，控制单元控制通断电磁阀不得电，涡流制冷控制模块不进行制冷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明能满足高铁、重载列车以及城市轨道车辆等列车需要承受高热负荷、大制动功率的盘形制动要求，克服在制动过程中由于巨大的列车制动能量引起高热负荷对制动盘、车轮的伤害。

(2)控制制动过程摩擦副温度，使得列车制动过程保持稳定的摩擦系数，极大改善制动过程由于产生的高温使得摩擦系数急剧下降、磨耗剧增的现象。

(3)改善了列车制动过程控制的稳定性、很大程度缩短制动距离等。

(4)很大程度上减少列车制动材料价格及运用成本。

(5)扩展应用本项目中涡流制冷及控制模块，可实现大功率车轮踏面制动。

(6)在联接压缩空气储风缸的管路上设置了调压阀，通过控制单元和调压阀可使得涡旋制冷器产生不同大小低温压力空气流，可控制不同热负荷的制动盘和闸片降温速度，以适应不同列车制动功率的制动盘、片控温要求，也适应不同制动级别的制动要求。

附图说明

图1为本发明的强制冷却式制动盘系统的结构示意图；

图中，1-气源气路模块，1.1-列车供风管，1.2-组合式集尘器，1.3-单向阀，1.4-储风缸；2-涡流制冷控制模块，2.1-通断电磁阀，2.2-控制单元，2.3-调压阀，2.4-热空气出口管，2.5-温度调节阀，2.6-涡旋制冷器，2.7-冷空气出口管，2.8-压缩空气进口；3-制动盘模块，3.1-制动盘，3.2-闸片，3.3-闸片托，3.4-制动夹钳，3.5-制动缸，3.6-制动夹钳吊座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种强制冷却式制动盘系统，包括气源气路模块1、涡流制冷控制模块2、制动盘模块3。

气源气路模块1为涡流制冷控制模块2提供涡旋制冷器2.6所需的压缩空气。在气源气路模块1中，列车供风管1.1提供风源，组合式集尘器1.2过滤由列车供风管1.1提供的压缩空气，压缩空气经由单向阀1.3最终通向储风缸1.4。

在涡流制冷控制模块2中，由气源气路模块1中储风缸1.4提供的压缩空气依次经由通断电磁阀2.1和调压阀2.3通入涡旋制冷器2.6的压缩空气进口2.8。控制单元2.2控制通断电磁阀2.1的得电与否。当列车制动时，制动盘模块3进行制动作用，制动盘模块3温度升高，控制单元2.2控制通断电磁阀2.1得电，接通由储风缸1.4到调压阀2.3之间的通路，涡旋制冷器2.6工作，冷空气从冷空气出口管2.7流出，为制动盘和闸片夹钳模块3降温。当列车不制动时，制动盘模块3不进行制动作用，控制单元2.2控制通断电磁阀2.1不得电，涡流制冷控制模块2不进行制冷。

在涡流制冷控制模块2中，当涡旋制冷器2.6工作，一定压力的压缩空气进入涡流管喷嘴后膨胀加速，当加速后的气流进入涡旋制冷器2.6中的涡旋室，旋转的气流以极高的旋转速度沿热管壁进入热管内部，热管内气流经涡流交换后产生能量的分离，气流被分割成两股气流：一股是热气流，另一股是冷气流。在热空气出口管的终端，一部分压缩空气通过温度调节阀2.5以热空气的方式从热空气出口管2.4泻出，剩余的压缩空气冷气流以较低速度通过进入热管旋转气流的中心返回，这股冷气流通过发生器中心形成超低温冷气汇集到冷气出口管2.7排出，为制动盘模块3降温。

为考虑列车供风管1.1压力与涡旋制冷器2.6的涡流冷却气压匹配，在联接气源气路模块1与涡流制冷控制模块2的管路上设置了调压阀2.3，通过调压阀2.3，可以调节进入压缩空气进口2.8的压缩空气压强。温度调节阀2.5，可以手动调节冷气流的温度和气流量变化。冷气流的温度调得越低时，冷气流降温幅度越大，冷气流就变得越小；冷气流量调得越大时，冷气流降温幅度就变得越小,冷气流的温度越高。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。