自动对中装置、制动夹钳单元、极限报警方法及安装方法与流程

本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道交通制动技术，具体地说，涉及一种用于制动夹钳单元的自动对中装置、制动夹钳单元、极限报警方法及安装方法。

背景技术：

制动夹钳单元是轨道车辆制动系统的执行机构，用以将压缩空气压力转换为机械推理并放大，通过制动盘与制动闸片之间的摩擦作用实现轨道车辆动能的转换，已达到调速或停车目的。在轨道车辆动能转换为热能过程中，制动盘和制动闸片之间的磨耗主要消耗的制动闸片，且制动闸片的更换比较频繁，一般情况下，高速动车组的制动闸片更换周期约6个月，普通铁路客车由于无电制动作用，制动闸片更换周期约3个月。而评定制动闸片是否更换需要观测制动闸片剩余厚度。

制动夹钳单元性能直接影响制动盘与制动闸片的使用寿命，根据安装方式，制动夹钳单元分为三点安装式和单点安装式，单点安装式制动夹钳单元如图1所示，主要由单元制动缸11和制动夹钳12两部分组成，单元制动缸11通过四个铰接螺栓13与制动夹钳铰接，制动夹钳单元通过夹钳吊座1201由四个螺栓与转向架固定连接。由于制动夹钳单元的自由摆动结构，容易造成轨道车辆行驶过程中，制动盘与制动闸片的异常接触，导致无谓磨耗；当制动夹钳单元的重心不居中时，容易加重异常磨耗，导致偏磨现象出现，直接影响制动闸片的使用寿命。

此外，当轨道车辆运用到一定时间或里程后，需要停车时人工测量制动闸片的厚度，以确定是否更换，由于受到时间、空间的限制，导致经常出现制动闸片磨耗超限时才更换，造成一定的行车隐患，或者未达到磨耗极限的情况下被更换，造成不必要的浪费。

首先，针对单点安装式制动夹钳单元自由摆动容易导致制动制动闸片异常磨耗的问题，授权公告号为cn106050991b的中国发明专利公开了一种防止闸片托旋转的限位装置，所述限位装置包括第一限位连杆、第二限位连杆、第一导杆和第二导杆，第一限位连杆和第二限位连杆平行设置，第一导杆和第二导杆相对设置于所述第一限位连杆和第二限位连杆的垂直方向，第一导杆的一端设置有第一导向孔，第二限位连杆的顶端穿过第一导向孔，第一限位连杆的一端与第一导杆上靠近第一导向孔的位置固定连接；第二导杆上靠近顶端的位置设置有第二导向孔，第一限位连杆的一端穿过第二导向孔，第二限位连杆的一端与第二导杆的顶端固定连接。但是，该种实现实现方式只能保证两侧的闸片平行，却无法保证两侧的盘片间隙一致，且在车辆过较大弯道或受到较大冲击时会产生单侧磨耗。

其次，针对制动闸片磨耗到限的判定，目前公开的方式为为采用轨道车辆静止状态下直接观测的方法，无法实现轨道车辆运行过程中的实时检测。公开号为cn108425974a公开了一种闸片磨损指示装置及其安装方法，包括具有滑槽的壳体、滑动地设置在滑槽内的指示块、指示组件、以及弹性件和拉绳组件。弹性件的一端与壳体相连接，另一端与指示块的一端相连接；拉绳组件的一端与指示块的另一端相连接，另一端与制动夹钳单元相连接。当闸片未发生磨损时，指示块的初始位置为第一位置，当闸片磨损到限时，指示块的最终位置为第二位置。当闸片发生磨损时，拉绳组件拉动指示块沿着自第一位置向第二位置滑动。该专利申请通过检测制动夹钳单元伸出长度的方式评估制动闸片的磨耗状态，通过该方式可直观、快捷地得到制动闸片是否磨耗到限的信息，但是结构相对比较复杂，需要构架上额外的安装空间；且无法评估两侧制动闸片是否均与磨耗，存在误报的风险，例如：出现单侧磨耗超限，而另一侧未磨耗到限却显示未磨耗到限的可能。公开号为cn108223633a的中国发明专利申请公开了一种具有闸片磨损检测功能的制动器及其安装方法，所述制动器包括夹钳支座、第一闸片、制动盘、磨损指示杆和接近开关，第一闸片和制动盘设置在夹钳支座上，磨损指示杆固定在第一闸片远离制动盘的一侧面上，接近开关固定设置在夹钳支座上靠近磨损指示杆的区域，磨损指示杆随着第一闸片磨损而发生位移，直至磨损指示杆到达预设位置时，接近开关状态发生变化。该专利申请通过直接检测制动闸片的剩余有效厚度评估制动闸片的磨耗状态。但该方式由于接近开关安装于制动夹钳本体和制动闸片之间，只适用于制动夹钳本体与制动闸片有相对运动的结构。

技术实现要素：

本发明针对现有轨道车辆行驶过程中单点式制动夹钳单元的自由摆动造成制动盘与制动闸片异常磨耗等上述问题，提供了一种用于制动夹钳单元的自动对中装置、制动夹钳单元、极限报警方法及安装方法，能够避免制动夹钳单元的自由摆动造成异常磨耗，且能在制动闸片磨耗到限后自动提示更换制动闸片。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于制动夹钳单元的自动对中装置，包括：

第一安装座组件；

第二安装座组件，与所述第一安装座组件对称安装且结构相同；

第一弹性组件，第一弹性组件的第一端部与所述第一安装座组件铰接；

第二弹性组件，第二弹性组件的第一端部与第二安装座组件铰接，第二弹性组件的第二端部与所述第一弹性组件的第二端部通过铰接件铰接；

所述第一弹性组件和所述第二弹性组件的长度及弹力值相同。

优选的，还包括限位开关和与所述限位开关连接的闸片磨耗极限报警模块，所述限位开关安装于第一弹性组件的第二端部；所述限位开关的端部设有微动触点，第二弹性组件的第二端部设有与所述限位开关触点配合的限位开关接触区域。

优选的，所述第一弹性组件包括第一支撑件、第一连接件以及设于所述第一支撑件与所述第一连接件之间的第一弹性件，第一支撑件的第一端部与所述第一安装座组件铰接，第一支撑件的第二端部通过所述第一弹性件与第一连接件的第一端部连接。

优选的，第一支撑件的第二端部内设有空腔，所述第一弹性件放置于空腔内；所述第一弹性件的一端与所述第一支撑件的第二端部连接，另一端与所述第一连接件的第一端部连接。

优选的，所述第一安装座组件包括第一安装座，所述第一安装座的上部设有第一轴套，下部设有第一过盈部，所述第一支撑件的第一端部与所述第一轴套通过连接销轴铰接，所述第一过盈部压装至制动夹钳上。

优选的，所述第二弹性组件包括第二支撑件、第二连接件以及设于所述第二支撑件与所述第二连接件之间的第二弹性件，第二支撑件的第一端部与所述第二安装座组件铰接，第二支撑件的第二端部通过所述第二弹性件与第二连接件的第一端部连接。

优选的，第二支撑件的第二端部内设有空腔，所述第二弹性件放置于空腔内；所述第二弹性件的一端与所述第二支撑件的第二端部连接，另一端与所述第二连接件的第一端部连接。

优选的，所述第二安装座组件包括第二安装座，所述第二安装座的上部设有第二轴套，下部设有第二过盈部，所述第二支撑件的第一端部与所述第二轴套通过连接销轴铰接，所述第二过盈部压装至制动夹钳上。

优选的，所述限位开关安装于第一连接件的第二端部，所述限位开关接触区域设于第二连接件的第二端部。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种制动夹钳单元，包括制动夹钳，所述制动夹钳上安装有自动对中装置，所述自动对中装置为上述用于制动夹钳单元的自动对中装置，所述第一安装座组件安装于制动夹钳一侧的夹钳臂上，所述第二安装座组件安装于制动夹钳另一侧的夹钳臂上，所述铰接件的端部过盈压装于夹钳吊座上。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种制动闸片磨耗极限报警方法，基于上述用于制动夹钳单元的自动对中装置，包括以下步骤：

限位开关实时采集第一弹性组件与第二弹性组件接触与断开信号；

当限位开关采集到接触信号时，触发闸片磨耗极限报警模块进行报警，提示更换制动闸片。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种用于制动夹钳单元的自动对中装置的安装方法，包括以下步骤：

将第一安装座组件与第二安装座组件对称安装于制动夹钳单元的制动夹钳两侧；

将第一支撑件的第一端部与第一安装座组件铰接，第一支撑件的第二端部与第一弹性件的一端连接，第一弹性件的另一端与第一连接件的第一端部连接；

在第一连接件的第二端部安装限位开关，将第二支撑件的第一端部与第二安装座组件铰接，第二支撑件的第二端部与第二弹性件的一端连接，第二弹性件的另一端与第二连接件的第一端部连接；

将第一连接件的第二端部通过铰接件与第二连接件的第二端部连接，将铰接件的端部过盈压装于夹钳吊座上。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明通过两个弹性组件对制动夹钳单元进行自动对中，调整制动夹钳单元的状态，能够在一定的振动范围内防止制动夹钳单元随意自由摆动，使其始终居中，防止盘片的异常磨耗；同时能够适应轮对组成相对于转向架有较大横向位移时制动夹钳单元随动的要求。

(2)本发明根据两个弹性组件组成的夹角变化判定制动闸片的磨耗情况，当制动闸片磨耗到限时，两个弹性组件的夹角达到最大，两个弹性组件接触，通过设置的限位开关采集两个弹性组件的接触与断开信号，来检测制动闸片是否磨耗到限，若磨耗到限，通过制动闸片磨耗到限报警模块进行报警，自动提示更换闸片。

附图说明

图1为现有制动夹钳单元的结构示意图；

图2为本发明实施例制动夹钳单元的结构示意图；

图3为图2中a部的放大图；

图4为图2中b部的放大图；

图5为图2中c部的放大图；

图6为本发明实施例第一安装座组件的结构示意图；

图7为本发明实施例第二安装座组件的结构示意图；

图8为本发明实施例第一弹性组件的结构示意图；

图9为本发明实施例第二弹性组件的结构示意图；

图10为本发明实施例第一弹性组件、第二伸弹性件以及铰接件与制动夹钳基准线之间的位置关系示意图。

图中，1、第一安装座组件，101、第一安装座，102、第一轴套，103、第一过盈部，2、第二安装座组件，201、第二安装座，202、第二轴套，203、第二过盈部，3、第一弹性组件，301、第一支撑件，302、第一连接件，303、第一弹性件，304、第一万向轴承，305、第三轴套，306、限位开关安装座，4、第二弹性组件，401、第二支撑件，402、第二连接件，403、第二弹性件，404、限位开关接触区域，405、第二万向轴承，406、第四轴套，5、限位开关，501、限位开关触点，6、铰接件，7、连接销轴，8、制动夹钳基准线，11、单元制动缸，12、制动夹钳，1201、夹钳吊座，13、铰接螺栓。

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“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了减少轨道车辆运用过程中单点安装式制动夹钳单元的制动闸片异常磨耗，解决偏磨的问题，并方便、快速、准确判断制动闸片更换时机。本发明提供了一种用于制动夹钳单元的自动对中装置、制动夹钳单元、极限报警方法及安装方法。通过自动对中装置自动调整制动夹钳单元的状态，使其始终居中避免异常磨耗，且能在制动闸片磨耗到限后自动提示更换制动闸片，不仅适用于制动夹钳本体与制动闸片有相对运动的制动夹钳单元结构，也适用于制动夹钳本体与制动闸片无相对运动的制动夹钳单元结构，适用范围更广。以下以具体的实施例对上述装置及方法进行详细说明。

参见图2、图3，本发明一实施例提供了一种用于制动夹钳单元的自动对中装置，包括：

第一安装座组件1；

第二安装座组件2，与所述第一安装座组件1对称安装且结构相同；

第一弹性组件3，第一弹性组件3的第一端部与所述第一安装座组件1铰接；

第二弹性组件4，第二弹性组件4的第一端部与第二安装座组件2铰接，第二弹性组件4的第二端部与所述第一弹性组件3的第二端部通过铰接件6铰接；

所述第一弹性组件3和所述第二弹性组件4的长度及弹力值相同。

在轨道车辆制动系统中，制动盘磨耗量远远小于制动闸片的磨耗量，相对于制动闸片的磨耗，制动盘的磨耗可以忽略，第一弹性组件与第二弹性组件的弹力值相同，弹力值大于制动夹钳单元自由摆动产生的力，且弹力值相对于制动夹钳单元自由摆动产生的力大很多，例如：弹力值大于等于10倍制动夹钳单元自由摆动产生的力，弹力值的设置具体可以根据实际情况进行调整，可以是等于12倍、或14倍或15倍制动夹钳单元自由摆动产生的力。因此，自然状态下第一弹性组件和第二弹性组件可以看做是刚性的，能够在一定的范围内限制制动夹钳单元的自由摆动，防止制动闸片与制动盘异常接触。由于第一弹性组件和所述第二弹性组件的长度及弹力值相同，因此初始安装状态下，制动夹钳单元处于轴对称状态，此时，制动夹钳单元两侧制动闸片与制动盘之间的间隙相等，即制动夹钳单元处于最理想的状态。随着制动作用，制动闸片逐渐磨耗，制动夹钳单元调整，第一弹性组件和第二弹性组件同步伸长，依然能够处于制动夹钳单元的轴对称状态。即通过第一弹性组件和第二弹性组件的配合，可以有效保证制动夹钳单元的两侧盘片间隙一致，避免异常磨耗、偏磨等现象。

参见图4、图6，所述第一安装座组件1包括第一安装座101，所述第一安装座101的上部设有第一轴套102，下部设有第一过盈部103，所述第一支撑件301的第一端部与所述第一轴套102通过连接销轴7铰接，所述第一过盈部103压装至制动夹钳12上。具体地，继续参见图6，第一安装座101的上部设为u型结构，第一轴套102压装于第一安装座101上部u型结构的两侧壁上，也就是说，第一安装座上部共压装有两个第一轴套102。

第二安装座组件2与第一安装座组件1结构相同，具体地，参见图5、图7，所述第二安装座组件2包括第二安装座201，所述第二安装座201的上部设有第二轴套202，下部设有第二过盈部203，所述第二支撑件401的第一端部与所述第二轴套102通过连接销轴7铰接，所述第二过盈部203压装至制动夹钳12上。继续参见图7，同样地，第二安装座201的上部设为u型结构，第二轴套202压装于第二安装座201上部u型结构的两侧壁上，也就是说，第二安装座201上部共压装有两个第二轴套202。

参见图8，所述第一弹性组件3包括第一支撑件301、第一连接件302以及设于所述第一支撑件301与所述第一连接件302之间的第一弹性件303，第一支撑件301的第一端部与所述第一安装座组件1铰接，第一支撑件301的第二端部通过所述第一弹性件303与第一连接件302的第一端部连接。具体地，继续参见图4、图8，第一支撑件301的第一端部设有第一万向轴承304，第一支撑件301的第一端部通过第一万向轴承304、第一轴套102以及连接销轴7与第一安装座101铰接。第一连接件302的第二端部压装有第三轴套305，第一连接件302通过第三轴套和铰接件6与第二弹性组件4铰接。

参见图9，所述第二弹性组件4包括第二支撑件401、第二连接件402以及设于所述第二支撑件401与所述第二连接件402之间的第二弹性件403，第二支撑件401的第一端部与所述第二安装座组件2铰接，第二支撑件401的第二端部通过所述第二弹性件403与第二连接件402的第一端部连接。具体地，继续参见图5、图9，第二支撑件401的第一端部设有第二万向轴承405，第二支撑件401的第一端部通过第二万向轴承405、第二轴套202以及连接销轴7与第二安装座201铰接。第二连接件402的第二端部压装有第四轴套406，与第一连接302件不同的是，第二连接件402的第二端部设为u型，且u型端部的两侧壁上均压装第四轴套，即有两个轴套，与第一连接件302铰接时，第一连接件302的第二端部放置于第二连接件的u型第二端部内，然后通过第三轴套、第四轴套和铰接件6实现两个连接件的铰接。

继续参见图8、图9，在一优选实施方式中，第一支撑件、第一弹性件及第一连接件组成伸缩式弹性结构的第一弹性组件。第二支撑件、第二弹性件及第二连接件组成伸缩式弹性结构的第二弹性组件。具体地，第一支撑件301的第二端部内设有空腔，所述第一弹性件303放置于空腔内；所述第一弹性件303的一端与所述第一支撑件301的第二端部连接，另一端与所述第一连接件302的第一端部连接。第二支撑件401的第二端部内设有空腔，所述第二弹性件403放置于空腔内；所述第二弹性件403的一端与所述第二支撑件401的第二端部连接，另一端与所述第二连接件402的第一端部连接。当车辆过弯道或受到较大冲击时，由于第一弹性组件和第二弹性组件均设计为自由伸缩结构，当冲击力大于第一弹性组件和第二弹性组件的弹力值时，能够使制动夹钳单元随之摆动，可避免制动夹钳单元单侧抱死制动盘。

继续参见图2、图3、图8及图9，在一实施方式中，上述自动对中装置还包括限位开关5和与所述限位开关5连接的闸片磨耗极限报警模块，所述限位开关5安装于第一弹性组件3的第二端部；所述限位开关5的端部设有微动触点501，第二弹性组件4的第二端部设有与所述限位开关触点501配合的限位开关接触区域404。具体地，第一连接件302的第二端部设有限位开关安装座306，所述限位开关5安装于限位开关安装座306上，所述限位开关接触区域501设于第二连接件402的第二端部。

假设制动夹钳单元在初始安装状态下，参见图10，铰接件6到制动夹钳单元基准线8的垂向距离为h，制动夹钳12两侧铰接螺栓13的位移为l，第一弹性组件3的长度为a0，垂向夹角为α，a0在l的投影为x；第二弹性组件4的长度为b0，垂向夹角为β，b0在l的投影为l-x，则有：

已知：可得第一弹性组件3和第二弹性组件4的夹角：

当时，α+β有最大值，且与l正相关。即当l不变时，第一弹性组件和第二弹性组件长度相等时夹角最大；随着制动闸片的磨耗，l增大时，第一弹性组件和第二弹性组件的夹角α+β逐渐增大。在制动夹钳磨耗极限状态下，第一弹性组件和第二弹性组件的夹角达到最大，第二连接件上的限位开关接触区域刚好碰触到固定在第一连接件的第二端部上的限位开关触点，从而触发闸片磨耗极限报警模块进行自动报警，提示更换制动闸片。

上述自动对中装置安装时，其具体步骤为：

s1、将第一安装座组件与第二安装座组件对称安装于制动夹钳的两侧夹钳臂上。

具体地，将第一安装座组件与第二安装座组件安装于连接夹钳臂与单元制动缸的铰接螺栓上，但不限于夹钳臂上的铰接螺栓处，夹钳臂上的任意位置均可作为第一安装座组件与第二安装座组件的安装位置，例如：可以安装至闸片托销轴处等。需要说明的是，第一安装座组件与第二安装座组件需对称安装。

s2、将第一支撑件的第一端部与第一安装座组件铰接，第一支撑件的第二端部与第一弹性件的一端连接，第一弹性件的另一端与第一连接件的第一端部连接。

s3、在第一连接件的第二端部安装限位开关，将第二支撑件的第一端部与第二安装座组件铰接，第二支撑件的第二端部与第二弹性件的一端连接，第二弹性件的另一端与第二连接件的第一端部连接。

s4、将第一连接件的第二端部通过铰接件与第二连接件的第二端部连接，将铰接件的端部过盈压装于夹钳吊座上。

继续参见图2，本发明另一实施例还提供了一种制动夹钳单元，包括单元制动缸11和制动夹钳12，所述制动夹钳12上安装有自动对中装置，所述自动对中装置为上述实施例所述制动夹钳单元的自动对中装置，所述第一安装座组件1安装于制动夹钳12一侧的夹钳臂上，所述第二安装座组件2安装于制动夹钳12另一侧的夹钳臂上，所述铰接件6的端部过盈压装于夹钳吊座1201上。

本发明上述制动夹钳单元，设有自动对中装置，该自动对中装置不仅能够自动调整制动夹钳单元的状态，使其始终居中避免异常磨耗，而且能在制动闸片磨耗到限后自动提示更换制动闸片。

本发明又一实施例还提供了一种制动闸片磨耗极限报警方法，基于上述实施例所述用于制动夹钳单元的自动对中装置，包括以下步骤：

s1、限位开关实时采集第一弹性组件与第二弹性组件接触与断开信号；

s2、当限位开关采集到接触信号时，触发闸片磨耗极限报警模块进行报警，提示更换制动闸片。

本发明上述方法基于具有自动对中和制动闸片磨耗极限报警功能的自动对中装置进行极限报警，能够在制动闸片磨耗到限后自动提示更换制动闸片，方法简单，能够快速准确判断制动闸片更换时机。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。