CN102261409A

CN102261409A - 用于高速列车制动系统的闸片

Info

Publication number: CN102261409A
Application number: CN2011100977450A
Authority: CN
Inventors: 李继山; 李和平; 焦标强; 韩晓辉
Original assignee: Locomotive and Car Research Institute of CARS; Transport Bureau of the Ministry of Railways
Current assignee: Locomotive and Car Research Institute of CARS; Transport Bureau of the Ministry of Railways
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种用于高速列车制动系统的闸片，包括：整体结构的第一钢背，该第一钢背上方设置有一个以上间隔开的摩擦块；每一摩擦块和所述第一钢背之间设置有第二钢背，且所述第二钢背的中间区域具有朝向第一钢背的凸起部；且该凸起部上用于安装固定销一端的第二安装孔，以及，所述第一钢背上接触第二钢背的一侧设有凹部，该凹部与所述凸起部相配合，且该凹部上设有所述固定销自由穿设第一钢背的第一安装孔；在所述第一钢背上且背离所述第二钢背的一侧设有卡接所述固定销另一端的卡簧，且卡簧位于所述第一钢背内。上述闸片能够承受较高的热负荷，且能够减少闸片中摩擦块的偏磨现象，使得相对应的制动盘的摩擦面受力均匀，提高了制动效率。

Description

用于高速列车制动系统的闸片

技术领域

本发明涉及盘式制动装置，尤其涉及一种用于高速列车制动系统的闸片。

背景技术

现有的铁路系统中的列车均设置有制动系统，常见的高速列车制动系统的执行单元即制动装置包括制动盘和闸片，该制动盘和闸片分别设置在高速列车的每一车厢的车轮结构上，以便接收制动系统的制动指令对车轮产生制动力。

然而，随着列车运行速度的提高，其动能急剧增加，制动系统的制动盘和闸片在制动时产生较大的热量，现有技术中只能通过制动盘的热传递进行散热，由此使得制动装置的制动盘、闸片极易损伤，导致列车事故发生几率提高。

为解决上述制动盘和闸片之间的散热问题，公开号为CN101493127A的发明专利申请公开了一种铜基粉末冶金高速闸片，其中铜基粉末冶金高速闸片又钢背、刹车块、骨架、燕尾块、弹性垫片和铆钉构成，其具有机械强度高，导热性好，耐热性好，抗热衰减性能强，使用寿命长等优点，进而有效解决制动装置的制动盘和闸片之间散热的问题。

上述专利申请中的铜基粉末冶金高速闸片带来的问题是，在高速列车制动过程中该闸片难以承受较大热负荷和交变应力共同作用的恶劣工况，进而易于使闸片摩擦块产生偏摩等不良现象。而在实际的列车运行时，闸片摩擦块的掉块、偏摩等缺陷可导致高速列车制动失效或加快失效，不仅浪费成本，且导致高速列车出现较多的事故。

为此，如何使闸片能够有效散热且能够提高使用寿命成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于高速列车制动系统的闸片，该闸片能够承受较高的热负荷，且能够减少闸片中摩擦块的偏磨现象，使得相对应的制动盘的摩擦面受力均匀，提高了制动系统的制动效率。

本发明中的用于高速列车制动系统的闸片，包括：整体结构的第一钢背，该第一钢背上方设置有一个以上间隔开的摩擦块；其中，每一摩擦块和所述第一钢背之间设置有第二钢背，且所述第二钢背的中间区域具有朝向第一钢背的凸起部；且该凸起部上用于安装固定销一端的第二安装孔，

以及，所述第一钢背上接触第二钢背的一侧设有凹部，该凹部与所述凸起部相配合，且该凹部上设有所述固定销自由穿设第一钢背的第一安装孔；

在所述第一钢背上且背离所述第二钢背的一侧设有卡接所述固定销另一端的卡簧，且卡簧位于所述第一钢背内。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种制动装置，包括闸片托，该闸片托具有圆柱，其中，还包括本发明中的用于高速列车制动系统的闸片，所述闸片托的圆柱用于顶住所述闸片。

另外，本发明还提供一种轨道交通车辆，包括车轮，和本发明中的制动装置，该制动装置安装于所述车轮上。

本发明的用于高速列车制动系统的闸片，该闸片能够承受较高的热负荷，即采用铜基材料制备较快的传递热量，使得制动盘和闸片之间的散热效率提高；进一步地，采用球面体形状的第二刚背与固定销相结合的结构能够减少闸片中摩擦块的偏磨现象，且使得与闸片配合的制动盘的摩擦面受力均匀，以有效减少制动盘热裂纹的产生，进而提高了制动系统的制动效率。相应地，采用上述闸片的制动装置和高速列车的生产成本降低，提高了高速列车的运营效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的结构示意图；

图2A为本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的剖视图；

图2B为本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的部分剖视图；

图3为本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的试验一数据曲线图；

图4为本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的试验二数据曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1、图2A和图2B所示，图1示出了本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的结构示意图；图2A示出了本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的剖视图；图2B示出了本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的部分剖视图；其中，本实施例中的用于高速列车制动系统的闸片包括：一体结构或整体结构的第一钢背1，该第一钢背1上方设置有一个以上间隔开的摩擦块2；每一摩擦块2和第一钢背1之间设置有第二钢背3，且第二钢背3的中间区域具有朝向第一钢背1的凸起部8；且该凸起部8上用于安装固定销4一端的第二安装孔9，以及，所述第一钢背1上接触第二钢背3的一侧设有凹部10，该凹部10与凸起部8相配合，且该凹部10上设有固定销4自由穿设第一钢背1的第一安装孔11；在第一钢背1上背离第二钢背3的一侧设有卡接固定销4另一端的卡簧5，且卡簧5位于第一钢背1内。本实施例中的闸片采用具有球面体形状凸起部的第二刚背与固定销相结合的结构能够减少闸片中摩擦块的偏磨现象，且使得与闸片配合的制动盘的摩擦面受力均匀，以有效减少制动盘热裂纹的产生，进而提高了制动效率。通常使用的第一钢背的形状为现有中的形状，其为整体连接的结构，由此可保证制备闸片的结构简单。

当然，上述凸起部优选使用球面体形状，以及第一安装孔、第二安装孔优选采用圆形，进而较好的配合固定销的形状。另外，上述的第二钢背3和凸起部8是一体结构制备的，且凹部10和第一钢背也可以通过模具一体结构制备。

优选地，本实施例中的摩擦块为实心的六边形、四边形或五变形等结构，其只要满足使其摩擦块与第二钢背连接的表面能够比较平整即可，进而可保证摩擦块和第二钢背能够较好的烧结在一起。当然，该摩擦块上还可设置有摩擦限位标记，以使本实施例中的制动系统能够较好安全的使用。进一步地，摩擦块2、第二钢背3与固定销4的一端烧结为一体结构，即通过高温加压烧结将固定销、摩擦块和第二钢背连为一体以组成的最小摩擦单元，该最小摩擦单元与第一钢背1的第一安装孔之间可以相对运动。也就是说，最小摩擦单元的固定销可在第一安装孔中可自由转动和上下运动，有利于闸片和制动盘之间的接触面积最大化从而提高制动装置的制动效率。另外，上述摩擦块上设置摩擦限位标记，以有效保证维护人员维护和检修闸片，进而可较好的降低列车的危险系数。上述闸片损伤时，可直接更换最小摩擦单元即可实现闸片的重新使用，以便有效降低列车的运营成本。

需要说明的是，固定销4连接卡簧5的一端位于第一钢背1内，以有效的使闸片安装于制动装置中。在图2A和图2B中显示的第一钢背1设置卡簧5的一面可先设有放置卡簧5的凹槽，进而再采用卡簧5卡接固定销，使卡簧5位于第一钢背1的凹槽内，保证卡簧5和固定销4均不伸出于第一钢背1的外面，有利于闸片和闸片托的较好配合。

当然，上述闸片中相邻摩擦块2下方的第二钢背3之间设置有间隙，即相邻的第二钢背3之间设置有间隙，该间隙可以为2-4mm，以便于在制动装置产生较多的热量时，通过各摩擦块之间的间隙较好的散热，进而使制动装置较好的冷却。另外，第二刚背的凸起部与第一钢背的凹部10配合有利于解除摩擦块与第一钢背的面积最大化，有利于摩擦块上的温度以较快的速度传递给散热性能更好的第一钢背，从而使闸片在制动过程中起到最大限度的释放制动所产生的热能的目的。

另外，在本实施例中，为使制动装置的闸片较好的散热，该闸片的第二钢背3优选使用导热性能好的金属材料制备，以便使闸片产生的热量可以迅速传递至第一钢背进行释放，进而减轻较大热负荷对制动盘的热冲击。

为进一步使较大热负荷对制动盘的不良影响降至最低，闸片的摩擦块材料采用机械性能及热学性能优良的铜基粉末冶金材料，本实施例中的摩擦块选取的材料可包括铜粉、二硫化钼、镍粉、钨粉、石墨粉、锡粉、二氧化硅、氧化铝或铁粉等。举例说明摩擦块的采用的材料(重量百分比wt％)包括：铜粉50-65、二硫化钼3-6、镍粉5-10、钨粉2-6、石墨粉8-14，锡粉3-6、二氧化硅2-6，氧化铝2-5等，优选的余量可采用铁粉。本实施例中可以选择上述任一组分进行配比，以形成较好具有耐热性能的摩擦块。

上述金属基体选用铜合金，其主要是具有足够高的熔点，耐热强度和热稳定性以及在工作温度范围内高的塑性变形抗力，进而可以保证摩擦块材料高的热容量和导热性。在金属铜基体中优选加入热容量高的合金元素(钼、钒、锰等)，以提高材料的比热容，适应高速列车制动时时吸入高热的元素有镍、铬、锰、钼、钒等，它们可以大大提高热容量和耐磨性。进一步，为调节摩擦块材料成分中的粘结程度，以减小或完全消除粘结和卡滞，促使摩擦平稳、减小表面磨损，可优选采用多元硫化物复合，磨擦时生成高温润滑膜，以便在补偿固体润滑剂的影响及在不损害摩擦表面的前提下增加滑动的阻力，可以有效保护制动盘不受伤害。

由此，上述闸片的摩擦块以铜基为主要成分，另外还含有铁、二硫化钼、镍、钨、石墨及其他化学成分，但不含铅粉等污染性原材料，摩擦块材料配方重量百分比的范围可参照上述说明。与现有技术中的闸片中的摩擦块相比，本实施例中的闸片的热容量大，热能释放快，交换性能好，制动时闸片与制动盘的温度升高值基本一致，降低了闸片或制动盘由热应力梯度原因产生的热裂纹，提高了闸片或制动盘的使用寿命。

当然，上述摩擦块还可以采用的以下材料制备，具体的摩擦块的材料(重量百分比)包括：铜粉50-70、铋粉2-5、粉粒石墨5-11、氮化硼1-4、锡粉4-8、铬粉1-5、钛粉1-5、镍粉2-6、铁粉3-8、三氧化二铝2-6、二氧化硅3-8、锆英石2-7。

以下通过两个实现数据详细说明上述闸片的测试结果。如图3和图4所示，图3示出了本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的试验一数据曲线图；图4示出了本发明中的用于高速列车制动系统的闸片实施例的试验二数据曲线图。图3和图4的横坐标均为列车的停车速度，单位：km/h；其纵坐标为列车车轮的瞬时摩擦系数。

另外，图3中曲线所示的实施例中的试验一数据和图4中曲线所示的实施例中的试验二数据所包括的摩擦块的材料选择、配比、瞬时摩擦系数、平均摩擦系数、磨耗量等可参照如下的表1和表2说明。

表1显示的是试验一和试验二提供的摩擦块的配方成分，表2显示的是采用表1中成分的摩擦块所制成的闸片的平均摩擦系数及磨耗量。

表1闸片摩擦块材料化学成分范围(wt.％)

表2闸片的摩擦磨损性能参数

上述试验是对实施例试验一和实施例试验二制备的闸片在1∶1制动动力台架上进行试验。

实施例试验一的试验工况为：车轮直径为915mm，制动盘直径为640mm，制动盘载荷为6.5t，闸片压力为22.5kN×2，制动的初速度为270km/h，试验测得瞬时摩擦系数平稳，距离平均摩擦系数为0.352，闸片平均磨耗量为0.212cm³/MJ，与之配对的制动盘表面无热斑及划痕等不良现象。

实施例试验二的试验工况为：车轮直径为915mm，制动盘直径为640mm，制动盘载荷为6.5t，闸片压力为22.5kN×2，制动的初速度为270km/h，试验测得瞬时摩擦系数平稳，距离平均摩擦系数为0.341，闸片平均磨耗量为0.243cm³/MJ，与之配对的制动盘表面无热斑及划痕等不良现象。

根据试验一和试验二的内容可以看出，由实施例试验一和实施例试验二提供的闸片在实施制动过程中摩擦块的磨损性能稳定，同时对制动盘无损伤，其制动磨耗量满足相关标准使用要求，从而能够保证闸片具有较长的使用寿命。

由此，本发明实施例中提供的闸片结构简单，制造方便，摩擦块材料易于选购，且在更换时只需更换最小制动摩擦材料单元和卡簧，而无需更换第一钢背，同时延长了所配对制动盘的使用寿命，能够很好地保证制动装置的高可靠性以及列车运行的安全性。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种制动装置，包括闸片托，该闸片托具有圆柱，以及还包括本发明中任意所述的用于高速列车制动系统的闸片，所述闸片托的圆柱用于顶住所述闸片。

另外，本发明还提供一种轨道交通车辆，包括车轮，和本发明任意提供的制动装置，该制动装置安装于所述车轮上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于高速列车制动系统的闸片，包括：整体结构的第一钢背，该第一钢背上方设置有一个以上间隔开的摩擦块；其特征在于，每一摩擦块和所述第一钢背之间设置有第二钢背，且所述第二钢背的中间区域具有朝向第一钢背的凸起部；且该凸起部上用于安装固定销一端的第二安装孔，

2.根据权利要求1所述的用于高速列车制动系统的闸片，其特征在于，所述摩擦块上设置有摩擦限位标记。

3.根据权利要求1所述的用于高速列车制动系统的闸片，其特征在于，所述摩擦块、第二钢背与固定销的一端烧结为一体结构。

4.根据权利要求1所述的用于高速列车制动系统的闸片，其特征在于，相邻摩擦块分别连接的第二钢背之间设置有间隙。

5.根据权利要求1所述的用于高速列车制动系统的闸片，其特征在于，所述固定销连接卡簧的一端位于所述第一钢背内。

6.根据权利要求1所述的用于高速列车制动系统的闸片，其特征在于，所述摩擦块采用的材料(重量百分比)包括：铜粉50-65、二硫化钼3-6、镍粉5-10、钨粉2-6、石墨粉8-14，锡粉3-6、二氧化硅2-6和氧化铝2-5。

7.根据权利要求1所述的用于高速列车制动系统的闸片，其特征在于，所述摩擦块采用的材料和重量百分比为：铜粉50-70、铋粉2-5、粉粒石墨5-11、氮化硼1-4、锡粉4-8、铬粉1-5、钛粉1-5、镍粉2-6、铁粉3-8、三氧化二铝2-6、二氧化硅3-8、锆英石2-7。

8.一种制动装置，包括闸片托，该闸片托具有圆柱，其特征在于，还包括如上权利要求1至7任一项所述的用于高速列车制动系统的闸片，所述闸片托的圆柱用于顶住所述闸片。

9.一种轨道交通车辆，包括车轮，其特征在于，还包括权利要求8所述的制动装置，该制动装置安装于所述车轮上。