CN101568743A - 车辆用钳式制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钳式制动装置。制动钳(10)包括与车轮(5)两侧面的摩擦面(6)相对峙的一对钳臂(12)。钳臂(12)通过将制动垫片(7)按压于摩擦面(6)上来制动车轮(5)。在钳臂(12)内形成有被隔膜(75)划分出的压力室(63)。包括通过与向压力室(63)中供给压缩空气相对应的隔膜(75)的膨胀来驱动制动垫片(7)的多个活塞(55)、沿与摩擦面(6)成直角的方向引导多个活塞(55)的位移的引导构件(65)，从而，可动制动垫片(7)对车轮(5)施加均匀的制动力。

Description

车辆用钳式制动装置
技术领域
本发明涉及一种夹持形成在旋转体的两侧面的2个摩擦面而制动旋转体的车辆用钳式制动装置。
背景技术
铁路车辆通常搭载有将自气压源供给的气压转换为油压的气-液转换器，利用自气-液转换器经由油压配管供给来的油压使油压制动器工作。
关于这一点，日本国特许厅1996年发行的日本特开平8-226469号及日本特开平8-226471号公开有一种油压缸根据所供给的油压将制动垫片按压在制动转子这样的旋转体的摩擦面上的铁路车辆用油压制动装置。
另一方面，一般也考虑，通过将利用自气压源供给的气压进行工作的气压制动器搭载于铁路车辆上而废除气-液转换器和油压配管。
关于这一点，日本国特许厅1999年发行的日本特开平11-193835号公开有一种通过向气动驱动器的空气室中供给压缩空气，而使气动驱动器将制动垫片按压在旋转体的摩擦面上的铁路车辆用空气制动装置。该以往技术的图6还公开一种采用杠杆的空气制动装置。
在这些铁路车辆用制动装置中，油压缸、驱动器未按压整个制动垫片而按压制动垫片的一部分。结果，制动钳有时因与与按压相反的反作用力而弯曲，无法确保与摩擦面可靠地接触。另外，有时因在制动垫片中发生局部的温度上升、制动垫片的摩擦系数降低而无法使制动垫片发挥原本的制动力。结果，制动垫片也易于产生不均匀磨损。
特别是，在采用杠杆的空气制动的情况下，因作用于杠杆的轴承部上的摩擦力影响而难以将制动垫片均匀地按压在摩擦面上，在制动垫片上易于发生不均匀磨损。
发明内容
因而，本发明的目的在于使制动垫片对旋转体的按压力均匀化。
为了达到以上目的，本发明提供一种车辆用钳式制动装置，其通过夹持形成在旋转体两侧的一对摩擦面来制动旋转体的旋转，该车辆用钳式制动装置包括：制动钳，其固定于车体上，具有横跨旋转体地配置的一对钳臂；制动垫片，其与各摩擦面相对峙地支承于各钳臂，通过朝向各摩擦面位移来分别对各摩擦面施加制动力；压力室，其形成于各钳臂上；隔膜，其与压力室的压力相对应地进行膨胀；多个活塞，与隔膜的膨胀相对应地朝向相对应的摩擦面驱动制动垫片；引导构件，其向与相对应的摩擦面成直角的方向引导多个活塞位移。
本发明的详细内容以及其他特征、优点在说明书之后的记载中进行说明，并且表示于附图中。
附图说明
图1是表示本发明的钳式制动装置的俯视图。
图2是钳式制动装置的后视图。
图3是钳式制动装置的侧视图。
图4是沿图3中的IV-IV线剖切的钳式制动装置的纵剖视图。
图5A和5B是以往的油压活塞型钳式制动装置的制动垫片的俯视图和本发明的钳式制动装置的制动垫片的俯视图。
图6是表示本发明的第2实施例的钳式制动装置的俯视图。
图7是表示本发明的第2实施例的钳式制动装置的后视图。
图8是表示本发明的第2实施例的钳式制动装置的侧视图。
图9是沿图8中的IX-IX线剖切的钳式制动装置的纵剖视图。
图10是表示本发明的第3实施例的钳式制动装置的纵剖视图。
具体实施方式
参照图1，铁路车辆用的钳式制动装置1利用一对制动垫片7来制动车轮5的旋转。图中的X轴对应车轮5的车轴方向，Y轴对应铅直方向，Z轴对应前后方向。在车轮5的两侧面，相对于一对制动垫片7而预先形成有一对摩擦面6。
一对制动垫片7分别支承在一对钳臂12的前端。一对钳臂12自制动钳10的轭铁13横跨车轮5地分支为两叉。制动钳10包括凸缘部20。凸缘部20借助螺栓固定于铁路车辆的台车上。
制动钳10具有相对于图1所示的中心线O zx及图2所示的中心线Oyx对称的形状。
参照图3和图4，为了驱动制动垫片7，在一对钳臂12的两个前端分别设有隔膜式驱动器60。
制动垫片7能借助驱动器60沿着X轴方向位移地支承于各钳臂12。
参照图1和图4，制动垫片7由内衬9、用于固定内衬9的主体97、形成在主体97的背面的等宽的卡合部91。卡合部91借助保持架8沿Y轴方向自由位移地插入到钳臂12中。保持架8包括用于插入并保持卡合部91的、沿Y轴方向相对的导轨8a。
参照图4，保持架8的上端和下端分别嵌合于形成在上下的固定销43的外周上的卡合槽98。固定销43自利用地脚螺栓42分别固定在钳臂12上端和下端的调整器41朝向车轮5突出。通过使保持架8的上端和下端嵌合于卡合槽98，而使制动垫片7的卡合部91的上端和下端抵接于固定销43的前端，从而限制制动垫片7沿Y轴方向的位移。
在将制动垫片7安装于钳臂12上时，在将调整器41和固定销43从钳臂12的下端拆下的状态下，将制动垫片7的卡合部91从下方插入到保持架8的导轨8a的内侧。在卡合部91到达保持架8的规定位置之后，利用地脚螺栓42将调整器41和固定销43固定在钳臂12的下端。由此，保持架8的上端和下端分别嵌合于固定销43的卡合槽98，限制制动垫片7沿Y轴方向的位移。
调整器41包括对制动垫片7向远离摩擦面6的方向施力的复位弹簧44，和在未对制动垫片7施加除复位弹簧44之外的力的状态下将制动垫片7与摩擦面6之间的间隙调整为大致恒定的间隙调整机构45。在制动释放时，制动垫片7利用复位弹簧44与摩擦面6分开，基于间隙调整机构45所规定的间隙而与摩擦面6相对峙。
调整器41是日本国特许厅1994年发行的日本特开平06-288417号中公开的公知机构。在此，通过引用其内容进行合并而省略详细说明。
制动垫片7利用上述支承构造在保持与摩擦面6平行且能沿X轴方向位移的状态下支承于钳臂12。
参照图3，驱动器60配置在上下的调整器41之间。在钳臂12的上端和下端形成有作为用于安装调整器41的圆弧状切口的调整器安装凹部12a、12b。
再次参照图4，驱动器60包括形成于钳臂12上的缸体80、收入安装在缸体80中的隔膜75、封闭缸体80的一端而构成底部的罩92、插入安装在隔膜75与保持架8之间的多个活塞55、将各活塞55能沿X轴方向滑动地予以支承的导承框65。
在缸体80的内侧，在隔膜75与罩92之间划分出压力室63。压力室63利用自外部供给的压缩空气而膨胀，隔膜75借助活塞55和保持架8沿X轴方向按压制动垫片7，将制动垫片7按压于摩擦面6。为此，保持架8预先形成为大于隔膜75的活塞55的配置区域的平面形状。
缸体80包括沿X轴方向延伸的大致长圆形截面的缸体内壁82、封闭缸体80的一端而构成底部的罩92、具有用于将隔膜75的周缘部76与罩92的周缘部卡定的大致长圆形外形的环状的安装座81。安装座81形成在由Y轴和Z轴规定的平面上。
再次参照图3，罩92具有与安装座81相同的大致长圆形的外形。在安装座81中以规定间隔形成有多个螺栓孔，罩92利用螺纹接合于螺栓孔的螺栓84而固定于安装座81上。罩92与安装座81以制动垫片7的中心线O zy为中心形成对称形状。
制动垫片7的内衬9整体形成向车轮5的旋转方向弯曲的形状，并且，如图中虚线所示地具有在车轮5的旋转方向上被分割为多个扇形体的形状。各扇形体固定于图4所示的主体97上。
缸体内壁82由弯曲的前后的弯曲壁部82c和82d、用于连接前后的弯曲壁部82c和82d的上下的圆弧状壁部82a和82b构成。在这些壁面上划分出的大致长圆形截面的压力室63具有大于制动垫片7的内衬9的截面面积。
再次参照图4，隔膜75由周缘部76、自周缘部76沿着缸体内壁82朝向导承框65展开之后向内弯折大致180度的波纹管部77、在波纹管部77的内侧形成与制动垫片7平行的平面的活塞按压部79构成。周缘部76、波纹管部77和活塞按压部79由橡胶等弹性材料一体形成。活塞按压部79具有被缸体内壁82规定的缸体80的横截面小一些、且与缸体80的横截面相似的大致长圆形的平面形状。
隔膜75的周缘部76被夹持在安装座81与罩92之间。在缸体80的安装座81与缸体内壁82之间形成有倒角部83。倒角部83具有阻止隔膜75从周缘部76到波纹管部77急剧地弯曲，而使其平缓地弯曲的作用。
对于隔膜75的材料，可以采用在树脂制弹性材料中复合例如碳纤维、芳纶(Kevlarl)纤维等强化材料而成的复合材料。另外，也可以由金属薄板构成。
在缸体80的与罩92相反一侧的端部形成有与车轮5相面对的安装座95。在安装座95上，借助多个螺栓96紧固有导承框65。也可以预先与制动钳10一体地形成导承框65。
多个活塞55分别自由滑动地穿过形成于导承框65上的导向孔65a中，其插入安装在隔膜75的活塞按压部79与保持架8之间。在活塞55的与保持架8接触的接触面上安装有由绝热材料构成的圆盘状的绝热板61。也可以替代使用绝热板61，而对活塞55实施喷镀绝热材料等处理来提高活塞55的绝热材料。
再次参照图3，导向孔65a以相等的角度间隔形成在以车轮5的车轴为中心的3个同心圆上。排列在3个同心圆中的中央的圆上的导向孔65a与制动垫片7的中央部相对峙地以等间隔配置。排列在3个同心圆中的外侧的圆上的导向孔65a与制动垫片7的外周部相对峙地沿着弯曲壁部82c以等间隔配置。排列在3个同心圆中的内侧的圆上的导向孔65a与制动垫片7的内周部相对峙地以等间隔配置。
各活塞55的外径例如设定为22毫米(mm)。各活塞55在制动垫片7的整个区域中以大致相等的密度配置。
在此，将活塞55配置为3列，但活塞55的排列并不限定于此。也可以通过使活塞55的外径、轴线方向上的长度不同来控制对制动垫片7施加的按压力的分布。
在制动钳10上形成有用于自搭载于铁路车辆上的气压源向压力室63供给压缩空气的通孔69。通孔69利用机械加工形成在制动钳10的中心线Ozy上。借助与来自控制器的指令信号随动的切换阀来控制经由通孔69向压力室63供给压缩空气。非制动时的压力室63开放在大气中。
钳式制动装置1在一对钳臂12的前端分别具有如上所述地构成的制动垫片7和驱动器60。
钳式制动装置1在非制动时，在各钳臂12上，利用一对调整器41的复位弹簧44的弹力使制动垫片7与车轮5的摩擦面6分开。另外，由于压力室63为低压，因此，隔膜75收缩，活塞55处于后退位置。
在制动时，在各钳臂12上，与向压力室63中供给压缩空气相对应地隔膜75膨胀，如图2所示地借助活塞55、绝热板61及保持架8使调整器41的复位弹簧44弯曲且将制动垫片7朝向摩擦面6推出。结果，制动垫片7的内衬9以面对的朝向与车轮5的两个摩擦面6接触，利用摩擦力来制动车轮5的旋转。
图5A表示以往的油压活塞型钳式制动装置。该以往装置通过一对活塞利用被导入到油压室48中的工作油压力将制动垫片7按压于转子上来进行制动。该以往装置如下地设定收入安装有活塞的缸体47的尺寸和被导入到油压室48中的所需油压。图中的斜线部位表示活塞的受压面积。
缸体47的直径：φ38(mm)×2个
缸体47的截面面积(活塞的受压面积)：2268平方毫米(mm2)
所需油压：9兆帕(MPa)
按压力＝2268×9＝约20千牛顿(kN)
图5B表示本发明的气压隔膜型钳式制动装置1。在此，如下地设定缸体70的截面面积和被导入到压力室63中的所需气压。
缸体70的截面面积(＝隔膜75的受压面积)：27697(mm2)
所需气压：0.75(MPa)
按压力＝27697×0.75＝约20(kN)
本发明的钳式制动装置1的制动垫片按压力与以往的油压式活塞型钳式制动装置相同约为20kN。
因而，钳式制动装置1的驱动器60能够在制动钳10的被限制的空间中充分地确保隔膜75的受压面积，利用与油压相比低得多的气压对制动垫片7施加要求的按压力。
本发明的钳式制动装置1通过隔膜75膨胀，借助多个活塞55将制动垫片7按压于摩擦面6上。即使因该按压反作用力而使制动钳10弯曲或者在摩擦面的旋转面上产生变形，制动垫片7也能够以均匀的表面压力地被按压于摩擦面6上。因而，制动垫片7的摩擦系数始终保持得较高，能够发挥制动垫片7原本的制动力。另外，由于表面压力均匀，因此，制动垫片7、摩擦面难以发生局部的温度上升，制动垫片7、摩擦面6难以发生不均匀磨损。
即使在制动时制动钳10的钳臂12向远离车轮5的摩擦面6的方向弯曲，通过活塞55在钳臂12与摩擦面6的分开距离较大的区域中进行较大的行程，制动垫片7也能够保持与摩擦面6平行。因而，能防止内衬9在径向方向上的不均匀磨损。
在该钳式制动装置1中，由于在隔膜75与制动垫片7之间插入有活塞55和导承框65，因此，制动垫片7的发热向隔膜75的传递会被这些构件隔断。因而，隔膜75难以受到热量引起的损伤。
由于驱动器60利用自搭载于铁路车辆上的气压源供给的气压来直接驱动制动垫片7，因此，不必在铁路车辆上搭载气-液转换器、油压源、油压配管。因而，能够通过采用本发明的钳式制动装置1来谋求铁路车辆轻量化。
也可以替代向钳式制动装置1的压力室63中供给气压而供给油压。在这种情况下，通过使用与以往的油压活塞型钳式制动装置相比数量更多的活塞，也能够均匀地按压制动垫片7。通过使用数量较多的活塞而使受压面积增加，因此，能够利用较低的油压确保所需按压力，从而能够使气-液转换器小型化。
在该钳式制动装置1中，压力室63配置在一对固定销43之间，将划分出压力室63的缸体内壁82形成为大致长圆形截面，因此，隔膜75能够确保充分的受压面积，能够使按压力波及制动垫片7的较大范围。另外，收入安装在大致长圆形截面的压力室63中的隔膜75在圆周方向、即ZY平面内仅是缓缓地弯曲，而没有弯折的部位。另外，形成在安装座81与缸体内壁82之间的倒角部83用于缓和隔膜75在XY平面内的弯折。因而，在隔膜75不易集中负荷，隔膜75具有较佳的耐久性。
在驱动器60中，由于在缸体内壁82的内侧配置有波纹管部77，因此，在制动时，缸体内壁82阻止波纹管部77因导入到压力室63中的气压向侧方膨胀。因而，能够将按压制动垫片7所需的空气流量抑制得较小，从而能够提高制动垫片7对车轮5制动的响应性。
利用环状的安装座81和罩92夹持隔膜75的周缘部76，在罩92与隔膜75之间设置压力室63，因此，能够将驱动器60收入安装在制动钳10内的很小的空间中，从而能够避免制动钳10大型化。
另外，由于活塞55隔着绝热板61而与保持架8接触，因此，制动垫片7的热量难以被传导至隔膜75，能够获得难以发生对隔膜75的热损伤的环境。
在该钳式制动装置1中，由于多个活塞55借助卡定于固定销43上的保持架8来按压制动垫片7，因此，成为欲提高制动垫片7的支承刚性的情况下优选的构造。另外，也易于自制动钳10装卸制动垫片7。
参照图6～图9说明本发明的第2实施例。
在该实施例中，省略保持架8而直接利用各固定销43来支承制动垫片7。
制动垫片7由内衬9和用于固定内衬9的主体97构成。
各固定销43在前端具有环状槽86。在主体97的上端和下端形成有与环状槽86卡合的卡合部85。
制动垫片7将主体97上端的卡合部85卡合于上方的固定销43的环状槽86，将主体97下端的卡合部85卡合于下方的固定销43的环状槽86。由此，制动垫片7以能相对于摩擦面6进退的方式支承于钳臂12，与隔膜75的扩张、收缩相对应地相对于摩擦面6进退。
钳式制动装置1的其他构造与第1实施例相同。
在该实施例中，由于废除保持架8而将制动垫片7的两端直接卡定于固定销43，因此，能够简化钳式制动装置1的构造。另外，能够减小制动钳10在X轴方向上的尺寸。通过省略保持架8，也提高了内衬9对摩擦面6的形状、变形的追随性。
参照图10说明本发明的第3实施例。
在该实施例中，隔膜75的支承构造与第2实施例不同。
该实施例的钳式制动装置1替代第1实施例的缸体80而具有缸体70。
缸体70包括：沿X轴方向延伸的缸体内壁71；形成在被Y轴和Z轴规定的平面上，封闭缸体70的一端且与缸体内壁71一体的底部72；形成在缸体内壁71的另一端的环状的安装座73。缸体内壁71做成与第1实施例的缸体内壁82相同形状或者与内衬9的形状相配合的大致肾脏形状。
缸体70和各调整器安装凹部12a、12b与制动垫片7同样地相对于图8所示的制动钳10的中心线Ozy对称地形成。
环状的安装座73形成在缸体内壁71一端的、被Y轴和Z轴规定的平面上。在安装座73上，利用多个螺栓66固定有导承框65的周缘部。另外，隔膜75的周缘部76被导承框65的周缘部和安装座73夹持。
隔膜75由周缘部76、自周缘部76沿着缸体内壁71朝向底部72展开之后向内弯折大致180度的波纹管部77，和在波纹管部77的内侧形成与制动垫片7平行的平面的活塞按压部79构成。周缘部76、波纹管部77和活塞按压部79由橡胶等弹性材料一体形成。活塞按压部79具有比被缸体内壁71规定的缸体70的横截面小一些、且与缸体70的横截面相似的平面形状。
在隔膜75的活塞按压部79的背面安装有背面板62。背面板62利用多个螺栓67固定于活塞按压部79上。背面板62由与活塞按压部79大致相同形状的板材形成。螺栓67沿着背面板62的周缘部以大致等间隔配置。
根据隔膜75的上述构造，缸体内壁71与第1实施例的缸体内壁82不同，位于压力室63的内侧。
采用该实施例，也能够获得与第1实施例同样的较佳效果。
并且，在该实施例中，由于在活塞按压部79上安装有背面板62，因此，能够提高活塞按压部79的刚性。另外，也可以将背面板62安装在活塞按压部79的前表面。或者也可以省略背面板62。
关于以上说明，将申请日为2007年11月6日的日本国特愿2007-288915号的内容引用在此进行合并。
以上，通过几个特定的实施例说明了本发明，但本发明并不限定于上述各实施例。可以由本领域技术人员在权利要求技术范围内对这些实施例实施各种修改或变更。
例如，在以上说明的实施例中，利用一对制动垫片7夹持形成在车轮5两侧的摩擦面6，但本发明也可以应用于在与车轮5一体旋转的转子的两面形成摩擦面6、利用制动垫片7将其夹持的钳式制动装置。
工业实用性
如上所述，本发明的钳式制动装置起到使制动垫片对旋转体的按压力均匀化的效果。因而，通过应用于制动垫片需要很大按压力的铁路车辆用的车轮制动装置，能够获得特别理想的效果。
本发明的实施例所包含的排他性质或者特长如下地要求权利。

Claims (12)

1.一种钳式制动装置(1)，其是车辆的制动装置，通过夹持形成在旋转体(5)两侧的一对摩擦面(6)来制动旋转体(5)的旋转，
该钳式制动装置(1)包括：
制动钳(10)，其固定于车体上，具有横跨旋转体(5)地配置的一对钳臂(12)；
制动垫片(7)，其与各摩擦面(6)相对峙地支承于各钳臂(12)，通过朝向各摩擦面(6)位移来分别对各摩擦面(6)施加制动力；
压力室(63)，其形成于各钳臂(12)上；
隔膜(75)，其与压力室(63)的压力相对应地膨胀；
多个活塞(55)，与隔膜(75)的膨胀相对应地朝向相对应的摩擦面(6)驱动制动垫片(7)；
引导构件(65)，其沿与相对应的摩擦面(6)成直角的方向引导多个活塞(55)的位移。
2.根据权利要求1所述的钳式制动装置(1)，其中，
各钳臂(12)还包括能沿与摩擦面(6)成直角的方向位移地支承制动垫片(7)的一对固定销(43)，压力室(63)形成在一对固定销(43)之间。
3.根据权利要求2所述的钳式制动装置(1)，其中，
该钳式制动装置(1)还包括对固定销(43)向自摩擦面(6)离开的方向施力的弹簧(44)、在不对制动垫片(7)施加除弹簧(44)之外的外力的状态下将固定销(43)与摩擦面(6)之间的距离保持恒定的间隙调整机构(45)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的钳式制动装置(1)，其中，
隔膜(75)包括隔着多个活塞(55)抵接于制动垫片(7)的活塞按压部(79)、为了容许活塞按压部(79)在旋转体(5)的旋转轴方向上的位移而形成在活塞按压部(79)周围的波纹管部(77)，各钳臂(12)包括收入安装有隔膜(75)的、具有底部(72、92)的缸体(70、80)，压力室(63)形成在缸体(70、80)内的底部(72、92)与隔膜(75)之间，引导构件(65)由供多个活塞(55)自由滑动地穿过的导承框构成，缸体(70、80)包括包围波纹管部(77)的缸体内壁(71、82)和用于固定导承框周缘部的环状的安装座(73、95)。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的钳式制动装置(1)，其中，
该钳式制动装置(1)还包括设置于各活塞(55)与制动垫片(7)之间的绝热板(61)。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的钳式制动装置(1)，其中，
制动垫片(7)包括向摩擦面(6)的旋转方向弯曲的形状的内衬(9)，缸体(80)包括覆盖内衬(9)的大致长圆形的横截面。
7.根据权利要求2或3所述的钳式制动装置(1)，其中，
该钳式制动装置(1)还包括用于将制动垫片(7)卡定于一对固定销(43)上的保持架(8)。
8.根据权利要求4所述的钳式制动装置(1)，其中，
隔膜(75)还包括被导承框的周缘部和安装座(73)夹持的周缘部(76)。
9.根据权利要求4所述的钳式制动装置(1)，其中，
该钳式制动装置(1)还包括固定在活塞按压部(79)背面的背面板(62)。
10.根据权利要求4所述的钳式制动装置(1)，其中，
底部(72、92)由固定在缸体(80)一端的罩(92)构成，隔膜(75)包括被形成在缸体(80)一端的隔膜安装座(81)和罩(92)夹持的周缘部(76)。
11.根据权利要求11所述的钳式制动装置(1)，其中，
缸体(80)在隔膜安装座(81)与缸体内壁(82)之间还包括倒角部(83)。
12.根据权利要求2或3所述的钳式制动装置(1)，其中，
制动垫片(7)包括直接卡定于一对固定销(43)上的一对缘部(85)。
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