CN103148137B - 一种减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置 - Google Patents

Abstract

一种减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，包括线性轴承元件、双圆锥滚子轴承元件、制动盘进风口通/堵元件、驱动气缸，所述制动盘进风口通/堵元件与线性轴承元件、双圆锥滚子轴承元件及驱动气缸连接配合实现沿车轴轴向方向直线运动且随车轴同步转动。本发明通过双圆锥滚子轴承元件和线性轴承元件的组合使装置成为一种集成直线运动和旋转运动的浮动式降功耗主动控制装置，通过橡胶元件控制制动盘进风口的开通和堵塞既能在列车牵引工况中降低制动盘的泵风功耗，又能在列车制动工况中维持制动盘的对流散热效果。

Description

一种减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置

技术领域

本发明属于铁道车辆技术领域，涉及降低列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，特别是一种集成旋转运动和直线运动的浮动式降功耗主动控制装置。

技术背景

目前在线运营的高速列车，尤其是中国国内的高速列车大多数采用带有内部散热筋的通风制动盘。这种制动盘虽然能在列车的制动工况下改善制动盘的对流散热效果降低制动盘的温升，但是其在牵引工况下却会因为泵风效应而大大消耗列车的牵引功率。目前还没有能对制动盘的泵风效应进行主动控制的装置，使得一方面能维持制动盘的对流散热效果，另一方面能降低制动盘在列车牵引时的泵风功耗。开发设计该主动控制的装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成旋转运动和直线运动的高速列车一系簧下浮动式主动控制装置，以实现一方面在列车牵引工况下降低制动盘泵风功耗、另一方面维持制动盘在列车制动工况下的对流散热效果。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

以列车制动系统自带的压缩空气作为驱动来源，通过气缸驱动一个封闭元件“进/退”以在需要的时候“通/堵”制动盘进风口，实现减小高速列车制动盘泵风功耗的目的。由于列车运行过程中车轴与制动盘是同步转动的，而封闭元件需要沿着车轴轴向方向直线运动，因此采用一种集成直线运动和旋转运动的浮动式机构，以达到橡胶件沿车轴轴向方向直线运动，且随车轴同步转动的目的。

一种减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：包括线性轴承元件、双圆锥滚子轴承元件、制动盘进风口通/堵元件、驱动气缸，所述制动盘进风口通/堵元件与线性轴承元件、双圆锥滚子轴承元件及驱动气缸连接配合实现沿车轴轴向方向直线运动且随车轴同步转动。

通过双圆锥滚子轴承元件和线性轴承元件的组合使装置成为一种集成直线运动和旋转运动的浮动式降功耗主动控制装置；通过橡胶元件控制制动盘进风口的开通和堵塞既能在列车牵引工况中降低制动盘的泵风功耗，又能在列车制动工况中维持制动盘的对流散热效果。

进一步，所述线性轴承元件由线性轴承内圈、线性轴承外圈、滚珠和保持架组成。其中线性轴承内圈以过盈配合方式安装在车轴上；保持架一端通过线性轴承外圈的台阶进行轴向定位，另一端通过安装在线性轴承外圈上的孔用挡圈进行轴向定位；线性轴承的内圈和外圈之间设有复位弹簧安装槽用于安装复位弹簧；线性轴承的内圈上安装有轴用挡圈，用于限制轴承外圈、滚珠和保持架的行程。

所述线性轴承元件的内圈与滚珠配合的轴面为花键轴，而线性轴承的外圈与滚珠配合的内孔为花键孔，其目的是防止线性轴承相对车轴作周向转动；需要说明的是本发明使用的花键轴和花键孔只是周向定位的一种方式，采用其它类似的周向定位方式（如在周或孔上开槽等）也是可行的，具有同样的效果，此不赘述。

所述线性轴承的外圈上设有法兰，制动盘进风口通/堵橡胶通过橡胶元件定位垫圈以及螺栓安装在线性轴承外圈的法兰上。

所述制动盘进风口通/堵元件通过相对车轴作轴向线性运动以控制制动盘进风口的开通或堵塞，以此来实现一方面在列车制动工况下维持制动盘的对流散热效果，另一方面在列车牵引工况下降低制动盘的泵风功耗。

所述双圆锥滚子轴承安装在线性轴承外圈上，其一端以线性轴承外圈上的定位台阶进行轴向定位，另一端以圆螺母配合圆螺母用制动垫圈进行轴向定位。双圆锥滚子轴承带有两个内圈，其外圈上带有与驱动气缸进行配合的安装孔，例如“腰孔”形状的安装孔。

所述驱动气缸通过法兰底座安装在列车制动闸钳的闸瓦托上；气缸的活塞与活塞杆与气缸的法兰底座为一个整体固定在闸瓦托上，而气缸的缸体为活动部件；气缸分为无杆腔和有杆腔两个腔体，其中无杆腔侧设有进气口，而有杆腔侧设有气缸复位弹簧并与大气相通；气缸缸体上安装有驱动连杆，其中驱动连杆以螺纹连接方式用螺栓配合止动垫片固定在缸体的安装孔上；驱动连杆与双圆锥滚子轴承外圈上的安装孔进行配合，驱动连杆与安装孔间有一定的缝隙以补偿驱动气缸与双圆锥滚子轴承在列车运行过程中的相对位移。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：1、集成旋转运动与直线运动于一体，线性轴承、制动盘进风口通/堵橡胶等元件既可随着车轴进行旋转运动，又可相对车轴作轴向的直线运动；2、由于双圆锥滚子轴承“隔离”了车轴的高速旋转运动，另外安装在驱动气缸上的驱动连杆与双圆锥滚子轴承的安装孔间有一定的缝隙补偿相对位移，因此本发明可作为“浮动式”装置安装在车轴上；3、由于线性轴承的行程较小，因此机构结构紧凑，适合于安装在车轴附近的有限空间上。

附图说明

图1为显示出减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置的安装位置的示意图。

图2为本发明减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置实施例的组成示意图。

图3为图2所示减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置的局部剖视图。

图4a为实施例线性轴承元件的主视图。

图4b为线性轴承元件的左视图。

图4c为图4b中所示线性轴承元件的A部的放大图。

图5为减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置的具体实施例示意图。

图中零部件名称：1、制动闸钳闸瓦托；2、车轴；3、制动盘；4、线性轴承内圈；5、线性轴承滚珠和保持架；6、线性轴承外圈；7、复位弹簧；8、孔用挡圈；9、轴用挡圈；10、圆螺母与圆螺母用止动垫圈；11、圆锥滚子轴承；12、制动盘进风口通/堵橡胶；13、橡胶元件定位垫圈；14、六角螺栓；15、驱动气缸；16、两位三通电磁阀；17、消声器；18、列车压力空气源，第一类进风口19，第二类进风口20。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置的驱动部分安装在制动闸钳的闸瓦托1上，而执行部分安装在列车车轴上2。

如图1和图3所示，减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，由线性轴承内圈4、线性轴承滚珠与保持架5、线性轴承外圈6、复位弹簧7、孔用挡圈8、轴用挡圈9、圆螺母与圆螺母用止动垫片10、双圆锥滚子轴承元件11、制动盘进风口通/堵橡胶元件12、橡胶元件定位垫圈13、六角螺栓14以及驱动气缸15组成。其中线性轴承内圈4以过盈配合方式安装在车轴2上；线性轴承滚珠与保持架5一端通过线性轴承外圈6的台阶进行轴向定位，另一端通过安装在线性轴承外圈6上的孔用挡圈8进行轴向定位；线性轴承的内圈4和外圈6之间设有复位弹簧安装槽用于安装复位弹簧7；线性轴承的内圈4上安装有轴用挡圈8，用于限制轴承外圈6、滚珠和保持架5的行程。

如图5所示，线性轴承元件的内圈4与滚珠配合的轴面为花键轴，而线性轴承的外圈6与滚珠配合的内孔为花键孔，其目的是防止线性轴承相对车轴作周向转动；需要说明的是本发明使用的花键轴和花键孔只是周向定位的一种方式，其它类似的周向定位方式（如在周或孔上开槽等）均在本发明保护范围之内。

如图2和图3所示，线性轴承的外圈6上设有法兰，制动盘进风口通/堵橡胶12通过橡胶元件定位垫圈13以及六角螺栓14安装在线性轴承外圈6的法兰上。如图2和图3所示，双圆锥滚子轴承11安装在线性轴承外圈6上，其一端以线性轴承外圈6上的定位台阶进行轴向定位，另一端以圆螺母配合圆螺母用制动垫圈10进行轴向定位。双圆锥滚子轴承11带有两个内圈，其外圈上带有与驱动气缸15进行配合的“腰孔”形状的安装孔。

如图2和图3所示，驱动气缸15通过其法兰底座安装在列车制动闸钳的闸瓦托1上；驱动气缸15的活塞与活塞杆与气缸的法兰底座为一个整体固定在闸瓦托1上，而气缸15的缸体为活动部件；气缸15分为无杆腔和有杆腔两个腔体，其中无杆腔侧设有进气口，而有杆腔侧设有气缸复位弹簧并与大气相通；气缸缸体上安装有驱动连杆19，其中驱动连杆19以螺纹连接方式用六角螺栓配合止动垫片20固定在缸体的安装孔上；驱动连杆19与双圆锥滚子轴承11外圈上的安装孔进行配合，驱动连杆19与安装孔间有一定的缝隙以补偿驱动气缸15与双圆锥滚子轴承11在列车运行过程中的相对位移。

本发明的工作原理：

如图5所示，当列车处于牵引工况时两位三通电磁阀16失电处于左位端，此时驱动气缸15的无杆腔侧通过消声器17与大气连通，驱动气缸的缸体在安装在其有杆腔侧的弹簧的作用下向右移动。与此同时，线性轴承的外圈6、线性轴承滚珠和保持架5以及安装在线性轴承外圈上的圆锥滚子轴承11、圆螺母和圆螺母用止动垫圈10、制动盘进风口通/堵橡胶12、橡胶元件定位垫圈13以及六角螺栓14等元件在复位弹簧7的作用下相对车轴2向右滑动，直到制动盘进风口通/堵橡胶12贴靠上制动盘3的P1点和P2点（见图5），此时制动盘3的第一类进风口19和第二类进风口20被堵死，制动盘3的泵风功耗将大大降低。在整个动作过程中由于线性轴承内圈4的花键轴以及外圈6的花键孔（见图4）对线性轴承滚珠和保持架5的周向定位作用，线性轴承的外圈6、线性轴承滚珠和保持架5、圆锥滚子轴承11的内圈、圆螺母和圆螺母用止动垫圈10、制动盘进风口通/堵橡胶12、橡胶元件定位垫圈13以及六角螺栓14等元件在轴向滑动的同时将随着车轴2作旋转运动，而圆锥滚子轴承11的外圈和驱动气缸15的缸体只作平动。

当列车处于制动工况时两位三通电磁阀16因得电而处于右位端，此时来自列车压力空气源18的压力空气进入驱动气缸15的无杆腔侧，驱动气缸15的缸体在压力空气的作用下向左移动。与此同时，驱动气缸15的缸体通过驱动连杆19推动圆锥滚子轴承11向左运动。在圆锥滚子轴承11内圈的作用下线性轴承的外圈6、线性轴承滚珠和保持架5以及安装在线性轴承外圈6上的圆螺母和圆螺母用止动垫圈10、制动盘进风口通/堵橡胶12、橡胶元件定位垫圈13以及六角螺栓14等元件将压缩复位弹簧7而相对车轴2向左滑动。制动盘3的第一类进风口19和第二类进风口20被打开以便空气从第一类进风口19和第二类进风口20进入制动盘3内部散热筋处加强制动盘的对流散热作用。在整个动作过程中由于线性轴承内圈4的花键轴以及外圈6的花键孔（见图4）对线性轴承滚珠和保持架5的周向定位作用，线性轴承的外圈6、线性轴承滚珠和保持架5、圆锥滚子轴承11的内圈、圆螺母和圆螺母用止动垫圈10、制动盘进风口通/堵橡胶12、橡胶元件定位垫圈13以及六角螺栓14等元件在轴向滑动的同时将随着车轴2作旋转运动，而圆锥滚子轴承11的外圈和驱动气缸5的缸体只作平动。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：包括线性轴承元件、双圆锥滚子轴承元件、制动盘进风口通/堵元件、驱动气缸，所述制动盘进风口通/堵元件与线性轴承元件、双圆锥滚子轴承元件及驱动气缸连接配合实现沿车轴轴向方向直线运动且随车轴同步转动。

2.如权利要求1所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述线性轴承元件由线性轴承内圈、线性轴承外圈、滚珠和保持架组成，其中线性轴承内圈安装在车轴上；保持架一端通过线性轴承外圈的台阶进行轴向定位，另一端通过安装在线性轴承外圈上的孔用挡圈进行轴向定位；线性轴承内圈和线性轴承外圈之间设有复位弹簧安装槽用于安装复位弹簧；线性轴承内圈上安装有轴用挡圈以限制线性轴承外圈、滚珠和保持架的行程。

3.如权利要求2所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述线性轴承内圈与车轴之间采用过盈配合方式。

4.如权利要求2所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述线性轴承元件的内圈与滚珠配合的轴面为花键轴，线性轴承外圈与滚珠配合的内孔为花键孔，进行周向定位以防止线性轴承元件相对车轴作周向转动。

5.如权利要求2至4中任一所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述线性轴承外圈上设有法兰，制动盘进风口通/堵元件通过定位垫圈以及螺栓安装在线性轴承外圈的法兰上。

6.如权利要求1所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述制动盘进风口通/堵元件与制动盘进风口相对，通过相对于车轴作轴向线性运动以控制制动盘进风口的开通或堵塞。

7.如权利要求6所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述制动盘进风口通/堵元件为碗状橡胶件。

8.如权利要求2所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述双圆锥滚子轴承元件安装在线性轴承外圈上，其一端以线性轴承外圈上的定位台阶进行轴向定位，另一端以圆螺母配合圆螺母用制动垫圈进行轴向定位；双圆锥滚子轴承元件设有两个内圈，其外圈上设有与驱动气缸进行配合的安装孔。

9.如权利要求1所述的减小高速列车制动盘泵风功耗的主动控制装置，其特征在于：所述驱动气缸通过法兰底座安装在列车制动闸钳的闸瓦托上；驱动气缸的活塞与活塞杆与驱动气缸的法兰底座为一个整体固定在闸瓦托上，而驱动气缸的缸体为活动部件；驱动气缸分为无杆腔和有杆腔两个腔体，其中无杆腔侧设有进气口，而有杆腔侧设有驱动气缸复位弹簧并与大气相通；驱动气缸缸体上安装有驱动连杆，其中驱动连杆以螺纹连接方式用螺栓配合止动垫片固定在缸体的安装孔上；驱动连杆与双圆锥滚子轴承元件的外圈上的安装孔进行配合，驱动连杆与安装孔间有缝隙以补偿驱动气缸与双圆锥滚子轴承元件在列车运行过程中的相对位移。