高速列车轴装制动盘的制作方法

本发明属于列车制动装置技术领域，具体涉及一种高速列车轴装制动盘。

背景技术

目前，国内crh系列动车组以及“复兴号”动车组全部采用盘型制动方式，其中拖车全部安装高速列车轴装制动盘。既有的动车组轴装制动盘主要是由盘体、盘毂、压环和紧固件构成。

盘体是具有散热筋的整体式铸钢结构，由两片摩擦环、多个散热筋和9个等圆周分布的法兰齿组成：摩擦环是具有一定厚度的实体圆环，起到与闸片摩擦制动并吸收摩擦产生的热量的作用；散热筋是近似于圆柱形或椭圆柱形的实体，按照一定的排列规则分布在两个摩擦环之间，起到连接两个摩擦环和散热的作用；法兰齿是中间带有螺栓孔的法兰，等圆周分布在两个摩擦环之间，起到连接盘体和盘毂的作用。由于散热筋分布在两片摩擦环中间，盘体无法采用锻造成型，只能采用铸造成型。

盘毂也具有9个等圆周分布的中间带有螺栓孔的法兰齿，用于将制动盘固定在车轴上；压环是具有一定厚度的圆环，在圆环上有9个等圆周分布的螺栓孔；组装制动盘时，将盘体、盘毂和压环上的9个螺栓孔对齐，然后穿入螺栓和螺母固定；制动盘组装完成后，通过压装的方式将制动盘固定在车轴上。列车施加制动后，制动盘盘体和闸片之间相互摩擦并产生制动摩擦扭矩，制动摩擦扭矩通过盘毂传递到车轴上，从而实现列车的制动功能。

目前，国内整体铸造工艺水平不高，而盘体对铸造缺陷的控制要求非常严格，导致国内铸造盘体的成品率很低且质量不稳定，难以保证制动盘大批量装车运用，因此国内动车组制动盘盘体铸造毛坯依赖于进口，进口盘体铸造毛坯成本高且供货周期长，不利于降低动车组的成本，也不利于提高动车组的产品核心竞争力。

此外，在线路条件比较恶劣的兰新线上，动车组轴装制动盘多次发生螺栓断裂或者丢失的现象。为了找到螺栓断裂的原因，对在线路上断裂的螺栓进行了理化分析及断口宏观和光学显微镜分析，认定螺栓的失效形式是弯曲疲劳断裂。为了找到螺栓承受弯矩的原因，对现车上的制动盘进行了温度和振动测试，发现动车组在运行及制动过程中，制动盘温度和振动水平明显高于标准值。振动和温度可以导致压环相对于盘毂产生相对位移，进而使螺栓承受弯矩，螺栓发生弯曲疲劳断裂。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种螺栓不容易承受弯矩作用、且不依赖于铸造成型而是采用锻造和焊接成型的高速列车轴装制动盘。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：高速列车轴装制动盘，包括盘体、盘毂、压环和紧固件；所述盘体为具有散热筋的整体式焊接盘体，且具有9个等圆周分布的中间带有螺栓孔的盘体法兰齿；盘毂具有9个等圆周分布的中间带有螺栓孔的盘毂法兰齿，在与压环配合面上有3个等圆周分布的齿槽；压环上有9个等圆周分布的螺栓孔和3个等圆周分布的与所述齿槽适配的压环法兰齿。

所述盘体包括两片摩擦环、分布于两片所述摩擦环之间的多个散热筋以及9个等圆周分布的盘体法兰齿；所述摩擦环、散热筋、盘体法兰齿为分别锻造成型；所述散热筋、所述盘体法兰齿分别与两个所述摩擦环相焊接。

作为优选的技术方案，所述散热筋为圆柱形实体，每个散热筋的直径和长度相同。

作为优选的技术方案，所述散热筋在摩擦环上等圆周分布，根据散热筋分布圆的大小，分为外圈散热筋、中圈散热筋和内圈散热筋。

作为优选的技术方案，外圈散热筋的个数不大于中圈散热筋的个数，中圈散热筋的个数不大于内圈散热筋的个数，且相邻两个散热筋之间的距离为20mm～35mm。

作为优选的技术方案，所述摩擦环上加工有与所述散热筋、盘体法兰齿分别相对应的凹槽。

作为优选的技术方案，所述凹槽的深度为1mm～2mm。

作为优选的技术方案，所述散热筋、盘体法兰齿与摩擦环的焊接方法如下：先将所述散热筋和盘体法兰齿端部对应插入到摩擦环的凹槽里，两片摩擦环在受压的状态下，再将散热筋和盘体法兰齿焊接到摩擦环上，焊接完成后进行保压处理。

作为优选的技术方案，盘体法兰齿的螺栓孔分布圆直径与压环的螺栓孔分布圆直径相等，且比盘毂法兰齿的螺栓孔分布圆直径小1mm～2mm；压环的螺栓孔直径比盘毂法兰齿的螺栓孔直径大1mm～2mm。

作为优选的技术方案，压环上相邻的压环法兰齿和螺栓孔间隔20°排布，盘毂上相邻的齿槽和盘毂法兰齿螺栓孔间隔20°排布，压环法兰齿与盘毂的齿槽属于间隙配合。

由于采用上述技术方案，本发明具有至少以下有益效果：

(1)本发明改变了原高速列车轴装制动盘盘体的加工方式，通过锻造和焊接的方式代替既有的铸造方式。锻造方式可以提高产品的成品率，有利于产品质量的控制和产品国产化，降低产品的生产成本，缩短产品的供货周期，降低动车组的成本，提高动车组的产品核心竞争力；

(2)本发明中散热筋为圆柱形且在摩擦环上等圆周分布，有利于降低制动盘在高速转动过程中与空气的摩擦阻力，因而可以降低能量损耗。另外，散热筋截面圆直径为φ15～φ20mm，且相邻两个散热筋之间的距离为20mm～35mm，有利于制动盘的机械强度、散热性以及轻量化三方面的综合性能达到最优；

(3)本发明中外圈散热筋的个数不大于中圈散热筋的个数，中圈散热筋的个数不大于内圈散热筋的个数，这样在散热筋间距相同的条件下，内圈散热筋的数量多，保证了内圈散热筋散热占的比例，利于提高制动盘的散热性能；外圈散热筋的数量少，由此减小了外圈散热筋产生的空气摩擦阻力所占比例，利于减小制动盘的空气摩擦阻力；

(4)本发明中摩擦环上的凹槽便于散热筋和法兰齿的定位；在摩擦环、散热筋和法兰齿受压状态下进行焊接，利于使制动盘焊接完成后受到初始压应力的作用，而抵消盘体在制动过程中受到的部分拉应力，可以降低盘体的应力幅值，改善盘体的疲劳性能；

(5)本发明还改进了原轴装制动盘盘毂和压环的结构。压环增加了3个等圆周分布的法兰齿，盘毂对应增加了3个等圆周分布的齿槽，压环法兰齿和盘毂齿槽相互配合，约束了压环除纵向以外的所有自由度。制动盘在试验台的振动试验测试证明，压环和盘毂的齿槽配合可以明显降低压环与盘毂的相对位移，压环与盘毂的相对位移减小，螺栓受到的弯矩也将减小，利于提高制动盘和螺栓的使用寿命；

(6)本发明中压环螺栓孔分布圆直径比盘毂法兰齿的螺栓孔分布圆直径小1mm～2mm，压环螺栓孔直径比盘毂法兰齿螺栓孔直径大1mm～2mm，是考虑到压环受热后相对于盘毂会产生1mm～2mm的径向膨胀量，由于压环螺栓孔分布圆直径比盘毂法兰齿的螺栓孔分布圆直径小且压环螺栓孔直径比盘毂法兰齿螺栓孔直径大，因此即使压环相对于盘毂产生径向膨胀，螺栓也不会受到弯矩。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是盘体的结构示意图；

图3是盘毂的结构示意图；

图4是压环的结构示意图；

图5是摩擦环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例

如图1所示，高速列车轴装制动盘，包括：焊接盘体1、盘毂2、压环3和9套紧固件4。

参考图2和图5，焊接盘体1包括2个摩擦环11、多个散热筋12和9个等圆周分布的中间带有螺栓孔的盘体法兰齿13；摩擦环11单侧加工出等圆周分布的外圈散热筋凹槽14、中圈散热筋凹槽15、内圈散热筋凹槽16和9个法兰齿凹槽17，凹槽深度一致且深度为1mm～2mm，外圈散热筋凹槽14的个数不大于中圈散热筋凹槽15的个数，中圈散热筋凹槽15的个数不大于内圈散热筋凹槽16的个数，且相邻两个散热筋凹槽之间的距离为20mm～35mm；每个散热筋12截面圆直径和长度相同且为圆柱形，截面圆直径为φ15mm～φ20mm，散热筋12的数量与摩擦环散热筋凹槽的数量相等，将散热筋12依次插入到摩擦环的散热筋凹槽里；将9个盘体法兰齿13依次插入到摩擦环的法兰齿凹槽17里；在摩擦环11受压的状态下，将散热筋12和盘体法兰齿13焊接到摩擦环11上，焊接完成后进行保压。

参考图3，盘毂2具有9个等圆周分布的中间带有螺栓孔的盘毂法兰齿21，盘体法兰齿螺栓孔分布圆18直径比盘毂法兰齿螺栓孔分布圆22直径小1mm～2mm，盘毂2还有3个等圆周分布的齿槽23，相邻的齿槽23和盘毂法兰齿螺栓孔24间隔20°排布。

参考图4，压环3有9个等圆周分布的压环螺栓孔31和3个等圆周分布的压环法兰齿32，压环螺栓孔分布圆33直径3与盘体法兰齿螺栓孔分布圆18直径相等，压环螺栓孔31直径比盘毂法兰齿螺栓孔24直径大1mm～2mm，相邻的压环法兰齿32和压环螺栓孔31间隔20°排布，压环法兰齿32与齿槽23属于间隙配合。

组装制动盘时，盘体法兰齿13与盘毂法兰齿21接触，盘体法兰齿螺栓孔19与盘毂法兰齿螺栓孔24对齐，压环螺栓孔31与盘体法兰齿螺栓孔19对齐，压环法兰齿32插入到盘毂齿槽23里；最后将螺栓依次穿入压环螺栓孔31、盘体法兰齿螺栓孔19和盘毂法兰齿螺栓孔24里并固定。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。