一种轨道车辆电子机械制动作动器及轨道车辆的制作方法

本发明属于轨道车辆制动系统技术领域，具体涉及一种轨道车辆电子机械制动作动器装置。

背景技术：

电子机械制动系统技术利用电机带动机构实现制动动作，将电信号通过电机、减速机构等直接转换为制动力输出，相比传统制动系统省去了整个系统中的制动管路。其具有结构简单、体积小、响应速度快、控制精度高的优点。已广泛在航空、汽车领域进行研究，是新一代轨道车辆制动系统的主要技术。

轨道车辆电子机械制动系统包括控制系统、制动夹钳等组成部分，其中电子机械制动夹钳包括作动器。根据轨道交通制动系统的功能要求，作动器需要实现可控的制动施加、制动力闭环控制、制动缓解、间隙调整等基本功能，在断电情况下需要具备制动力保持功能以满足列车停放制动的需求；设计时还要保证尽可能的提高系统的可靠性，在发生故障时具备强迫缓解等应急处理接口，保证人工干预后的车辆继续运行。

cn106274968a公开了一种斜楔式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，由力矩电机、手调螺母、传动盘、滚珠丝杠、丝杠螺母套筒、斜楔、固定滚子、制动主轴、复位弹簧和移动滚子组成。其工作原理为当机械制动系统接收到施加制动指令，控制系统会控制电机正向旋转，通过传动盘向滚珠丝杠输出可调节转矩。滚珠丝杠与传动盘固定安装，随其转动；丝杠螺母套筒将丝杠的旋转运动转换为轴向移动，输出轴向推力。斜楔与丝杠螺母套筒固连，与丝杠螺母套筒一起上下运动。斜楔的平面与安装在壳体上的固定滚子接触，斜面与安装在制动主轴上的移动滚子接触，在斜楔向下移动的同时，在固定滚子和移动滚子共同作用下带动制动主轴平水运动，输出水平推力，压紧车辆上的制动摩擦副，实现制动。缓解时，力矩电机转子反转带动滚珠丝杠反转，使丝杠螺母套筒和斜楔增力机构反向运动，制动主轴在复位弹簧的作用下回到初始位置，实现缓解。

cn106274968a公开了一种斜楔式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，该装置能够实现轨道车辆制动系统所需的制动施加、制动缓解、手动缓解等功能。但是却存在以下问题：以上现有技术中无法实时检测到制动压力，不能完成制动力的反馈，进而无法实现制动力精确控制，也无法实现轨道车辆制动防滑等关键功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种轨道电子机械制动作动器，以解决上述现有技术中无法实现制动力的精确控制，进而无法实现轨道车辆制动防滑功能等问题。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种轨道车辆电子机械制动作动器，其特征在于：所述作动器包括电机，所述电机的一端连接有齿轮传动系统，所述齿轮传动系统的一端连接有丝杠传动装置，在所述丝杠传动装置的行进方向上的一端固定连接有一闸片推板，所述丝杠传动装置的行进方向上的另一端设置有力传感器。

优选为，所述作动器包括电磁离合器，所述电磁离合器与电机的一端固定连接。

优选为，所述作动器包括手动缓解装置，所述手动缓解装置与电机的一端固定连接。

优选为，所述力传感器至少为2个，并叠加放置，所述力传感器均为环装结构。

优选为，所述作动器包括导向轴，所述导向轴为两个互相平行，且直径、长度均相同的光杆。

优选为，所述作动器包括导向轴，所述导向轴是横截面为非圆的光轴。

优选为，所述丝杠的下端面开设有盲孔，所述盲孔的结构与所述导向轴的结构相配合，且所述盲孔套于所述导向轴外部，并与导向轴配合安装。

优选为，所述齿轮传动系统包括高速齿轮和低速齿轮，所述高速齿轮与所述电机的一端固定连接，所述低速齿轮与高速齿轮相啮合，所述低速齿轮与丝杠传动装置固定连接。

优选为，所述丝杠传动装置包括丝杠螺母和丝杠，所述丝杠螺母与所述低速齿轮同轴线固定连接，所述丝杠的一端部固定连接一闸片推板，所述丝杠的另一端穿过低速齿轮、丝杠螺母、力传感器。

优选为，所述丝杠传动装置与所述电机平行设置。

优选为，所述齿轮传动系统采用人字形齿。

一种轨道车辆，所述轨道车辆包括车体、机械制动系统；所述机械制动系统包括制动夹钳，所述制动夹钳包括作动器，所述作动器为以上其中任一项所述的作动器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的轨道车辆电子机械制动作动器，其电机的一端安装有齿轮传动系统，述齿轮传动系统的一端连接有丝杠传动装置，且丝杠传动装置的行进方向上设置有力传感器，通过以上结构可以实时检测到制动压力，控制系统通过其反馈的信号对电机输出力进行控制，有效的实现了制动力的精确控制，进而实现了轨道车辆的制动防滑等功能，解决了现有技术中所存在的问题。

2、本发明的轨道车辆的电子机械制动作动器，安装有电磁离合器，在轨道车辆需要紧急制动、停放制动等制动力保持工况时，控制系统首先按照前述制动施加过程使电磁离合器得电，并控制电机正转施加制动力，达到目标制动力后，控制电磁离合器和电机失电，在电磁离合器摩擦片的作用下锁死电机轴，防止丝杠回退，从而实现制动力的掉电保持，实现停放制动功能。

3、本发明的轨道车辆的电子机械制动作动器，安装有手动缓解装置，使得在制动施加状态突然故障或在无电状态需要强迫缓解制动力时，可以通过人工反向旋转手动缓解杆克服电磁离合器摩擦片之间的摩擦力，即可带动电机转子旋转，进一步使丝杠退回，起到强迫缓解的作用，并且本发明将手动缓解杆、电磁离合器与电机转子轴相连，只需要较小的扭矩即可实现上述功能。

4、本发明的轨道车辆电子机械制动作动器，同时串联布置两个及以上的传感器，其互为备份，增加了系统的可靠性。力传感器与电机内的感应元件完成电机转子位置定位，实现了制动间隙自动调整功能，使其能够保证缓解时闸片和制动盘间隙保持恒定，而不随闸片和制动盘磨损改变。

5、本发明的轨道车辆的电子机械制动作动器，采用高速齿轮和低速齿轮构成的一组啮合的齿轮副，高速齿轮齿数小于低速齿轮，起到了降低转速、增大扭矩的作用，并且齿轮副采用人字形齿，使其具有重合度高，轴向载荷小，承载能力强，工作平稳的优点，

6、本发明的轨道车辆的电子机械制动作动器，选用滚珠丝杠传动装置，使得摩擦阻力小，传动效率高。

7、本发明的轨道车辆的电子机械制动作动器，采用电机和丝杠采用平行布置的结构形式，整体结构简单紧凑，便于安装。

综上所述，本发明不仅解决了现有技术中无法实时检测到制动压力，不能完成制动力的反馈，进而无法实现制动力精确控制，也无法实现轨道车辆的制动防滑功能的问题，同时本发明还有效的将力传感器、电磁离合器、手动缓解装置、丝杠传动装置、齿轮副结合到一起，使得本发明同时具备了制动施加、制动缓解、制动力闭环控制、自动间隙调整、强迫缓解、制动力掉电保持、停放制动等功能，有效且全面的满足了轨道车辆制动系统的功能要求。

附图说明

图1、图3为本发明作动器的结构示意图；

图2为本发明电磁离合器的结构示意图；

图4、图5为本发明导向轴15的立体结构图。

以上各图中：外壳1、固定支架2、电机3、电磁离合器4、动摩擦片41、静摩擦片42、手动缓解装置5、高速齿轮6、低速齿轮7、丝杠8、丝杠螺母9、第一推力轴承10、第二推力轴承11、力传感器12、导向轴13、闸片推板14、导向轴15。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”“前”“后”“第一”“第二”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种轨道车辆电子机械制动作动器，所述作动器包括电机3，所述电机3的一端连接有齿轮传动系统，所述齿轮传动系统包括高速齿轮6和低速齿轮7，所述齿轮传动系统的一端连接有丝杠传动装置，所述丝杠传动装置包括丝杠8和丝杠螺母9，且在所述丝杠传动装置的行进方向上的一端固定连接有一闸片推板14，所述丝杠传动装置的行进方向上的另一端设置有力传感器12。

如图1所示，所述作动器包括外壳1，所述外壳1采用铝或不锈钢金属加工成形，且其端部有安装接口与电子机械制动夹钳本体连接。外壳1内部安装有电机3，所述电机3优选永磁有感无刷电机，其包括电机本体和转子输出轴：所述转子输出轴的一端部安装有手动缓解装置5，本实施例中，所述手动缓解装置5是由所述转子输出轴的一端安装有六角元件构成的，以上所述手动缓解装置5能够实现系统在突然故障或无电状态需要强迫缓解制动时，通过人工反向旋转手动缓解装置5克服电磁离合器摩擦片之间的摩擦力，即可带动转子输出轴旋转，进一步使丝杠退回，起到强迫缓解的作用。所述转子输出轴的另一端穿过电磁离合器4和高速齿轮6，并且所述转子输出轴的另一端分别与电磁离合器4和高速齿轮6固定连接。由此，电机3、手动缓解装置5、电磁离合器4、高速齿轮6形成一组同轴线固定结构，并且在轴线方向上，所述电机3、手动缓解装置5、电磁离合器4、高速齿轮6的相对位置可以根据需求，进行相应的调换。

本实施例中优选的，所述电机本体一侧的转子输出轴的端部安装有手动缓解缓解装置5，所述电机本体另一侧的转子输出轴上固定安装有电磁离合器4和高速齿轮6，并且所述电磁离合器4位于电机本体与高速齿轮6中间。且以上所述电磁离合器4内设置电磁线圈和弹性元件，并选用多摩擦片带预压弹簧结构，其包括动摩擦片41和静摩擦片42，所述静摩擦片42与转子输出轴之间存在间隙，而动摩擦片41与转子输出轴固定连接。所述电磁离合器4在车辆需要紧急制动、停放制动等制动力保持工况时，控制系统首先会按照前述制动力施加过程使电磁离合器4得电释放状态，并控制电机正转施加制动力，达到目标后，控制电磁离合器4和电机3失电，在电磁离合器4摩擦片的作用下锁死转子输出轴，由此防止丝杠回退，从而实现了制动力的掉电保持，所述电磁离合器4具有失电制动特性。

所述外壳1内部还安有固定支架2，所述固定支架2的结构可以根据电磁离合器4和电机3的相对位置进行改变，其作用主要是可以分别作为电磁离合器4和电机3的安装接口以及外壳。本实施例中，优选为电磁离合器4位于电机3和高速齿轮6中间的结构，所述固定支架2的结构为，其内腔分成上下两部分，且均为圆柱形，并且上部分直径小于下部分直径，由此使得内腔呈现圆柱形阶梯状。

以上所述的手动缓解装置5、电机3、电磁离合器4、高速齿轮6、固定支架2构成一组同轴线、固连的结构，该结构的上端盖和下端盖通过滚动轴承形成支承结构，可以绕轴线相对于外壳1转动。

所述作动器包括低速齿轮7，所述低速齿轮7与高速齿轮6啮合形成一组齿轮副，高速齿轮6齿数小于低速齿轮7，起到降速和增大扭矩的作用，所述齿轮副优选采用人字形齿，因其具有重合度高，轴向载荷小，承载能力高，工作平稳的优点。

所述作动器包括丝杠传动装置，其包括丝杠8和丝杠螺母9，所述丝杠螺母9与低速齿轮7固定连接，丝杠螺母9的内部呈环状结构，且有内螺纹；丝杠8的外周面采用螺纹结构，丝杠8内部有可循环运动的滚珠及滚珠轨道，由此丝杠8穿过丝杠螺母9与其形成滚珠丝杠传动装置。所述丝杠8一端伸出外壳，且其端面固定连接一闸片推板14；所述丝杠8另一端穿过均为中空结构的第一推力轴承10、低速齿轮7、丝杠螺母9、第二推力轴承11，由此各部件构成一组同轴线结构。

所述作动器包括力传感器12，所述力传感器12与低速齿轮7、丝杠传动装置同轴线设置，且位于丝杠传动装置的另一端。本实施例中，所述力传感器12由丝杠8的另一端穿过，并且力传感器12与丝杠8、丝杠螺母9、低速齿轮7、第一推力轴承10、第二推力轴承11形成同轴线结构，由此可以实时检测到制动压力，控制系统通过其反馈的信号对电机3输出力进行控制，有效的实现了制动力的动态闭环控制和制动力的精确控制，并且实现了轨道车辆的制动防滑功能和停放制动功能，解决了现有技术中的所存在的问题。并且力传感器12作为电子机械制动系统的制动力闭环控制的反馈元件，优选安装两个传感器互为备份，以防一个力传感器故障导致电子机械制动系统制动力控制精度的下降甚至制动力控制失效，由此增加了系统的可靠性。

所述作动器还包括导向轴，所述导向轴可以为如图1所示的导向轴13，其为光杆结构；也可以选用横截面为非圆的光轴，即如图3至5所示的导向轴15，所述导向轴15的横截面分别为矩形如图4、三角形如图5等。当选为导向轴13的结构时，所述导向轴为两根直径和长度均相同的光杆；所述丝杠8的下端面开设有两个相对于丝杠8中轴对称的盲孔，所述盲孔的直径与导向轴13相同，两个导向轴13分别位于两个盲孔内部，并与两个盲孔配合安装，并且导向轴的底部与外壳底部相连接。当选为导向轴15的结构时，此时丝杠8的下端面开设有一个盲孔，所述盲孔的结构与导向轴15相一致，导向轴15位于盲孔内部，并与盲孔配合安装，并且导向轴的底部与外壳底部相连接。本实施例中优选导向轴13的光杆结构。以上所述导向轴是可以起到对丝杠旋转自由度的限定作用，由此可以使丝杠螺母转动通过滚珠丝杠传动装置转化为丝杠沿轴向的向上运动。

为了更清楚的说明本申请，下面以图1至图3所示的实施例为例就本发明的连接结构进一步的说明：

本实施例中具体结构是，电机3的转子输出轴的一端安装有手动缓解装置5，另一端安装有电磁离合器4和高速齿轮6，电磁离合器4的动摩擦片41与转子输出轴固定连接，且位于电机本体与高速齿轮6中间，由此手动缓解装置5、电机3、电磁离合器4、高速齿轮6、固定支架2位于同一侧，构成一组同轴线、固连的结构；而低速齿轮7与高速齿轮6平行放置，啮合形成一组齿轮副；且低速齿轮的一端面放置有第一推力轴承10，所述第一推力轴承10的端面与外壳1相接触；所述低速齿轮7另一端面与丝杠螺母9同轴线固定连接，丝杠螺母9的另一端面与第二推力轴承11相接触，所述第二推力轴承11的正下方安装有至少2个叠加的力传感器12。所述丝杠8一端伸出外壳，且其端面固定连接一闸片推板14；丝杠8的另一端穿过均为中空结构的第一推力轴承10、低速齿轮7、丝杠螺母9、第二推力轴承11、力传感器12，由此各部件构成一组同轴线结构。此结构实现了电机3与丝杠8的平行布置，使装置的整体结构紧凑简单，便于安装。

通过以上结构和连接方式，实现了在施加制动状态时，电磁离合器4处于得电释放状态，电机3正向转动，带动高速齿轮6转动，高速齿轮6通过齿轮副带动低速齿轮7和丝杠螺母9一起转动，由于导向轴的作用，限制丝杠8的旋转自由度，丝杠螺母9转动通过滚珠丝杠传动装置转化为丝杠8沿轴向稳定向上的运动，丝杠8向上推动闸片推板14，进一步推动闸片作用在制动盘上，完成了制动力的施加功能。同时，在制动施加的状态时，闸片和制动盘的相互作用力通过丝杠传动装置压紧第二推力轴承11，由于外壳1在竖直方向上的限位作用，力传感器12可以检测到制动压力，然后控制系统可以通过力传感器12的实时反馈信号，对电机3的正反转进行控制，并由此实现了制动力的动态闭环控制。力传感器12作为电子机械制动系统的制动力闭环控制的反馈元件，优选安装两个传感器互为备份，以防一个力传感器故障导致电子机械制动系统制动力控制精度的下降甚至制动力控制失效，由此增加了系统的可靠性。

同时结构中的电磁离合器4在车辆需要紧急制动、停放制动等制动力保持工况时，控制系统首先会按照前述制动力施加过程使电磁离合器4得电释放状态，并控制电机3正转施加制动力，达到目标后，控制电磁离合器4和电机3失电，在电磁离合器摩擦片的作用下锁死转子输出轴，防止丝杠8回退，从而实现了制动力的掉电保持。并且，此结构中力传感器12和电机3内的感应元件实现制动间隙自动调整的功能，通过控制系统控制电机3正向转动，丝杠8向上伸出，控制系统检测到力传感器有正向输出时，通过电机内感应元件记录当前电机转子的位置，此位置即为闸片和制动盘接触的零位。每次制动缓解后，控制系统将电机转子在此零位基础上回退一定位置，即可保证缓解时闸片推板和制动盘间隙保持恒定，而不随闸片和制动盘磨损改变。

并且还安装有手动缓解装置5，使得在制动施加状态突然故障或在无电状态需要强迫缓解制动力时，可以通过人工反向旋转手动缓解杆克服电磁离合器4摩擦片之间的摩擦力，即可带动电机转子旋转，进一步使丝杠8退回，起到强迫缓解的作用，并且本发明将手动缓解杆5、电磁离合器4与电机3的转子轴相连，只需要较小的扭矩即可实现上述功能。

本发明实现了制动力的实时检测以及制动力的反馈，使控制系统实现了对电机的输出力的闭环控制，进而实现了制动力精确控制，也实现了轨道车辆的制动防滑功能和停放制动功能。并且本发明同时具备了制动施加、制动缓解、制动力闭环控制、自动间隙调整、强迫缓解、制动力掉电保持、停放制动等功能，有效且全面的满足了轨道车辆制动系统的功能要求。