一种制动夹钳装置和盘式制动系统的制作方法

本实用新型涉及一种制动夹钳装置，具体地，涉及一种具有感应加热功能的制动夹钳装置，本实用新型还涉及一种盘式制动系统。

背景技术：

盘式制动是一种用于车辆的摩擦制动的方式，尤其是用于轨道列车的制动，盘式制动随着高速轨道列车而发展起来。

盘式制动系统包括：单元制动缸、制动夹钳装置和制动盘。在盘式制动系统中，制动盘安装于轮对车轴上或车轮内外侧，制动时使闸片压紧于制动盘，列车动能通过闸片与制动盘的摩擦转化为热能，盘式制动装置能够高效制动，而且不会损伤轮对的踏面。盘式制动装置在高速列车和动车组中得到广泛的应用。

但是在某些寒冷地区，制动时产生的热量使聚集在制动盘和闸片之间的雪融化，车辆停止运营停放时，在低温环境下，制动盘与闸片之间的水会迅速结冰，导致制动盘和闸片冻结，无法正常制动，甚至导致动车组无法运营。

现有技术中，为解决以上问题，在制动夹钳装置上安装电加热元件，例如参见cn107776604a，在闸片托与闸片之间安装电加热元件，例如电加热带、电加热丝或ptc加热器，热量从制动夹钳装置内部传导到外表面。这种传导电加热元件有以下缺点：发热元件发热量小，加热慢；而且冰雪通常位于制动夹钳装置和制动盘的表面，因此热量需要一定时间才能从闸片托内部传导到外部；此外，制动夹钳装置自身结构所带有的很多间隙造成热传导效率低，因此电加热装置加热速度慢，在温度较低的严寒地区仍然不能很好地解决以上问题。需要一种制动夹钳装置，其能够短时间内产生大量热量，迅速融化制动夹钳装置表面的冰雪，满足寒冷地区的需要。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于解决以上技术问题，提供一种制动夹钳装置和盘式制动系统，其带有加热元件，能够短时间内大量发热，从而迅速融化制动夹钳装置表面的冰雪，满足寒冷地区的需要。

本实用新型的另一个目的在于提供一种制动夹钳装置和盘式制动系统，其能够灵活地加热不同部件或部位，满足不同的加热需要。

提供一种制动夹钳装置，包括：两个夹钳臂，每个夹钳臂起到杠杆的作用，能够围绕枢轴转动；安装在每个所述夹钳臂一端上的闸片托，通过所述夹钳臂的枢转，能够在制动位置和松开位置之间运动；安装在每个闸片托上的闸片，用于通过摩擦进行制动；闸调器，安装在所述两个夹钳臂的另一端之间，用于调节两个夹钳臂之间的制动间距；其特征在于，所述制动夹钳装置还包括至少一个感应加热元件，其布置成使得所述制动夹钳装置的需要被加热的部件或部分处于所述感应加热元件能够产生的交变磁场中。因此，当感应加热元件通电时，其产生的交变磁场使得处于该磁场中的导电部件或部分的表面被感应加热。

优选的，所述感应加热元件包括由导电金属丝盘绕而成的感应加热线圈。

优选的，第一感应加热元件布置在所述闸片托与所述闸片之间，所述闸片托面对所述闸片的一侧设置有凹槽，所述第一感应加热元件布置在所述凹槽中，优选的，所述第一感应加热元件的整体形状与所述凹槽的形状相匹配，所述第一感应加热元件的高度不超过所述凹槽的深度。这种布置利用现有的凹槽，有利于对现有的制动夹钳装置进行改型，而不增加机械加工成本，并且能够获得紧凑的结构。

优选的，所述闸片托设置有通孔，所述第一感应加热元件的引线穿过所述通孔与电源连接，所述闸片托设置有支架，用于支撑穿过所述通孔的引线，所述闸片托通过凸台和螺栓安装在所述夹钳臂上，所述支架通过所述螺栓固定在所述凸台上。这种布线方式能够保护感应加热元件的引线不受干扰，防止引线在闸片托之外被挤压甚至被夹断。

优选的，第二感应加热元件设置于所述闸调器上或附近，优选的，所述第二感应加热元件围绕所述闸调器缠绕，用于加热闸调器及其附近的部件，除霜去冰。

优选的，所述第二感应加热元件与所述第一感应加热元件并联或串联。如果第一感应加热元件与第二加热元件并联连接，则可以分别控制制动夹钳装置不同部位或部件的加热；如果第一感应加热元件与第二加热元件串联连接，则可以同时加热夹钳装置不同部位或部件，快速全面地除霜去冰。

优选的，在制动夹钳装置上设置至少一个传感器，例如用于测量制动夹钳装置表面的温度的温度传感器，所述传感器与控制器通信，当温度传感器测量到制动夹钳装置表面的温度低于设定温度时，通过控制器发出信号启动感应加热元件，当感应加热元件通电持续预定时间时，切断感应加热元件的电源；或者，在感应加热元件加热期间，所述传感器反复进行测量，当测得的实际温度达到预定温度时，切断感应加热元件的电源。采用传感器自动控制感应加热元件进行加热。

本实用新型还提供一种盘式制动系统，安装在轨道车辆的转向架上，包括：用于提供制动动力的单元制动缸；和制动盘，安装于车辆的车轴上或车轮的内外侧，与车轴和车轮同步旋转；和制动夹钳装置，其包括闸片，用于制动所述制动盘，其特征在于，所述盘式制动系统还包括至少一个感应加热元件，其布置成使得所述盘式制动系统的需要被加热的部件或部分处于所述感应加热元件能够产生的交变磁场中。

优选的，盘式制动系统的制动夹钳装置为根据前文所述的制动夹钳装置。代替的或附加的，第三感应加热元件设置在所述制动盘上或附近。

优选的，所述第三加热元件与所述制动夹钳装置的感应加热元件并联连接或串联连接。同样，当用于不同部件或部分的感应加热元件并联连接时，则可以分别对盘式制动系统的不同部位或部件的加热；当感应加热元件串联连接时，则可以同时盘式制动系统的不同部位或部件，快速全面地除霜去冰。

本实用新型的制动夹钳装置和盘式制动系统具有以下优点：感应加热元件利用集肤效应，使热量在制动夹钳装置的外表面产生，因此使得制动夹钳装置表面迅速加热到高温，达到除冰的作用。本实用新型的感应加热元件产生的热量很少传导到制动夹钳装置内部，因此大部分用来融化表面的冰雪，由于热量直接在制动夹钳装置表面产生，不需要经过现有技术的热传导路径，因此本实用新型的感应加热元件具有较高的能量效率。

附图说明

附图示出本实用新型的优选实施例，其中：

图1示出了根据本实用新型的制动夹钳装置安装于列车的转向架上，其中示出制动夹钳装置的两个位置，即制动位置和松开位置；

图2是根据本实用新型的制动夹钳装置和安装支架的立体图；

图3是类似于图2的视图，其中闸片被去除；

图4示出了感应加热元件的立体图；以及

图5示出了感应加热元件的示意图。

附图标记说明

1——制动夹钳装置2——制动盘

3——夹钳臂4——闸片托

5——闸片6——闸调器

7——车轴8——摩擦粒子

9——安装槽10——闸片夹具

11——凹槽12——感应加热元件

13——引线14——通孔

15——感应线圈16——闸片托背面

17——凸台18——螺栓

19、20——安装支架100——转向架

具体实施方式

参见图1，示出盘式制动系统安装在轨道车辆的转向架100上，盘式制动系统包括：用于产生制动动力的单元制动缸(未示出)；制动夹钳装置1和制动盘2。制动夹钳装置1通过安装支架19、20(见图2、3)安装在车辆的转向架100上。制动盘2安装于车轴7上或车轮(未示出)的内外侧，与车轴和车轮同步旋转，因此在制动盘2通过制动夹钳装置1被制动时，车轴7和车轮也因此被制动。

参见图1、2和3，制动夹钳装置1包括：两个夹钳臂3，每个夹钳臂起到杠杆的作用，能够围绕枢轴21转动；安装在每个所述夹钳臂的一端的闸片托4，通过所述夹钳臂的枢转，所述闸片托4能够在制动位置和松开位置之间运动；安装在每个闸片托4上的闸片5，用于通过摩擦使制动盘2被制动；和闸调器6，安装在所述两个夹钳臂的另一端之间，其用于调节两个制动臂之间的间距，即制动间距。图1中示出闸片托4由于夹钳臂3的枢转而呈现的两个位置，即制动位置和松开位置。

图2示出单独的制动夹钳装置1以及安装支架19、20，图3示出与图2类似的视图，去除闸片5，从而示出闸片托4。

如图2和3所示，在每个夹钳臂3的自由端，闸片托5可通过凸台17安装在夹钳臂3上。具体的，闸片托5的背面可设置有带狭槽的凸台17，夹钳臂3的自由端插入到所述狭槽中，通过螺栓18将所述闸片托5固定在所述夹钳臂3的端部。

如图2所示，闸片5包括多个摩擦粒子8，所述摩擦粒子8例如为图中所示的六边形，由金属材料制成，具有较大的摩擦系数。如图3所示，闸片托具有安装槽9，其横截面例如为燕尾形，用于与闸片5接合，闸片5的横截面具有与所述安装槽9的横截面配合的形状，从而在安装槽9的一端滑动进入所述安装槽9，通过形状配合接合在所述安装槽9内。闸片托4的端部设置有闸片夹具10，用于在所述闸片5在所述安装槽9内插入到位时固定闸片。所述夹具10为常用的夹具，在此不再详细说明。当闸片5的摩擦粒子8磨损到一定程度需要更换时，释放闸片夹具10，沿着安装槽9使闸片5滑动离开闸片托4，用新的闸片替换磨损的闸片，并使新的闸片接合到安装槽9中，并再次固定闸片夹具10。

仍然参照图3，在现有的闸片托4的安装槽9中设置有凹槽11，其目的是为了减重和节省材料，以及便于闸片5沿着安装槽9在闸片托4上的滑动运动。根据本实用新型，在该固有的凹槽11中设置如图4和5所示的感应加热元件12，用于对制动夹钳装置1的表面进行感应加热。

如图4所示，所述感应加热元件12的整体形状与闸片托4中的凹槽11的形状相匹配，并且感应加热元件具有的厚度不超过凹槽11的深度，从而不会干涉闸片5在闸片托4的安装槽9内的滑动。如图5所示，感应加热元件是由导电金属丝盘绕而成的感应线圈15，感应线圈可根据需要形成为任意其它形状，例如圆形或不规则形状。

感应加热或电磁感应加热，是加热导体材料比如金属材料的一种方法。它主要用于金属热加工、热处理和焊接。感应加热的原理说明如下。当感应圈中通过一定频率的交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。金属件放入感应圈的交变磁场内，在磁场作用下，金属件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。由于感应电流沿金属件表面形成封闭回路，通常称为涡流。此涡流将电能变成热能，将金属件的表面迅速加热。涡流主要分布于金属件外表面，金属件内部几乎没有电流通过，这种现象称为表面效应或集肤效应。

在本实用新型中，制动夹钳装置的闸片托和夹钳臂由金属材料制成，感应加热元件12布置在闸片托4的凹槽11中，位于闸片托4与闸片5之间，当感应加热元件12通电时，由于如上所述的感应加热的集肤效应，在金属闸片托和闸片的外表面产生涡流，从而将金属闸片托和闸片的外表面迅速加热，因此制动夹钳装置的外表面被迅速加热到高温，达到去除制动夹钳装置表面的冰雪的作用。

感应加热的作用，在不可见的磁场影响下，与火焰淬火是一样的。例如，由高频发生器产生的较高频率(200000赫以上)，一般能产生剧烈、快速和局部性的热源，相当于小而集中的高温气体火焰的作用。反之，中频(1000赫及10000赫)的加热效果，比较分散和缓慢，热量穿透较深，与比较大的和开阔的气体火焰相似。

当然可以想到，将本实用新型的感应加热元件12布置在制动夹钳装置的其它位置，只要满足使得制动夹钳装置中需要加热的部件位于感应线圈产生的交变磁场中的条件。例如感应加热元件12布置在与闸片托4设置有凹槽11的一面相反的背面16。或者在闸片托4没有凹槽11的情况下，将感应加热元件12直接布置在闸片5与闸片托4之间。还可以想到的时，感应加热元件12的形状可根据安装位置而改变。

如上所述，现有技术所采用的传导加热元件在制动夹钳装置内部产生热量，由内而外将热量传导到制动夹钳装置表面，热传导路径较长，而且由于制动夹钳结构本身具有的间隙，导致热传导效率较低，因此需要较大加热功率以及较长的加热时间来融化制动夹钳装置表面的冰雪，能量效率较低。而本实用新型所采用的感应加热元件与现有技术的传导加热元件相比，感应加热元件利用集肤效应，使热量在制动夹钳装置的外表面产生，因此使得制动夹钳装置表面迅速加热到高温，达到除冰的作用。本实用新型的感应加热元件产生的热量很少传导到制动夹钳装置内部，因此大部分用来融化表面的冰雪，由于热量直接在制动夹钳装置表面产生，不需要经过现有技术的热传导路径，因此本实用新型的感应加热元件具有较高的能量效率。

参见图4，附图标记13表示感应线圈15的引线。优选的，该引线13经过图3所示的凹槽11中的通孔14引出，与交流电源或变频电源连接。引线13经过所述通孔14引出，可以防止与其它部件相互干涉。进一步优选的，可以设想在闸片托5的凸台17上设置支架，使得引线13穿过该支架的孔，用于固定引线防止随意活动，引起引线断裂等安全事故。例如可通过所述螺栓18将所述支架固定在凸台17上。

以上说明的实施例将感应加热元件12布置成用于加热位于夹钳臂3的一端的闸片托4和闸片5，还可以设想将感应加热元件布置成用于加热制动夹钳装置1的其它部件，例如位于夹钳臂3的另一端的闸调器6。进一步，可以设置单独的另一感应加热元件，与之前所述的用于闸片托的感应加热元件12并联地接入电源。同样，该单独的另一感应加热元件可布置在闸调器6上或附近，只要满足使得闸调器6能够处于该单独的另一感应加热元件产生的交变磁场中的条件。优选的，使得用于闸调器的另一感应加热元件与用于闸片托的感应加热元件12串联，即使得用于闸片托的感应加热元件12的所述引线13在从所述闸片托4的通孔14中伸出后，在闸调器6上或附近形成所述另一感应加热线圈，用于加热闸调器6，例如所述引线13可进一步围绕闸调器6缠绕数圈，形成另一感应加热线圈，然后接入电源。还可以设想，以如上所述的方式串联或者并联更多的感应加热线圈，用于加热制动夹钳装置的不同部件或部位。代替的或附加的，可以以串联或并联的方式在制动盘2上或附近设置感应加热元件，以上这些方案都包括在本实用新型的范围内。

优选的，在制动夹钳装置上设置至少一个传感器，例如温度传感器，用于测量制动夹钳装置表面的温度，并且所述传感器与车辆的控制器通信。当温度传感器测量到制动夹钳装置表面的温度低于设定温度时，通过控制器发出信号启动感应加热元件进行加热除冰。当感应加热元件通电持续预定时间时，可切断感应加热元件的电源。或者，在感应加热元件加热期间，所述传感器反复进行测量，当测得的实际温度达到预定温度时，切断感应加热元件的电源。

以上是根据优选实施例的提供的描述，很明显，本领域的技术人员可以作出改变而不会因此超出由以下的权利要求所限定的本实用新型的范围。