CN103883649A - 轴装式轨道车辆制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴装式轨道车辆制动盘，包括盘毂和两侧的盘体，盘体的内侧面上周向设置多个散热筋组件，散热筋组件包括第一散热筋、第二散热筋、第三散热筋，第三散热筋设置在第一散热筋和第二散热筋之间；第一散热筋沿盘体外圆周设置多个第一阶梯孔，第二散热筋沿盘体内圆周设置多个第二阶梯孔；盘毂上设置多个长圆孔，长圆孔分别与第一阶梯孔和第二阶梯孔对应设置，长圆孔的长轴沿盘体的径向设置，长圆孔内设置弹性圆柱销；盘毂和盘体通过紧固件固定连接。本发明可以防止在服役过程中发生翘曲变形，在扭矩传递方式上通过机械力和摩擦力共同作用传递扭矩。

Description

轴装式轨道车辆制动盘

技术领域

本发明涉及圆盘制动器的技术领域，特别涉及一种轴装式轨道车辆制动盘。

背景技术

中国正在大力发展120km/h以上的城市快轨列车、160km/h、21t轴重的快速重载货车和200km/h以上的动车组列车及高铁列车。实践证明，列车运行速度提高到120km/h以上时，传统的闸瓦-车轮踏面制动已不能满足列车制动的要求，所以对于城市快轨列车、快速重载货车和高速动车组列车其基础制动方式均应采用盘形制动。

国内外已研发出的制动盘包括：铸铁制动盘、锻钢制动盘、铸钢制动盘、铝基复合材料制动盘、C/C复合材料制动盘。铸铁制动盘由于其材料自身性能的局限，难以用于城市快轨列车、快速重载货车和高速动车组列车。C/C复合材料由于其成本过高、摩擦系数随环境变化而产生较大波动，目前在国内外尚未见到用于轨道车辆的任何报道。钢质制动盘具有技术成熟度高、成本低、适用速度范围广的特点，在国外发达国家的快速和高速动车组列车已得到广泛的应用。铝基复合材料制动盘具有重量轻、耐磨性好的特点，目前少数发达国家和地区已经应用于城市快轨列车，时速达到160km/h。

制动盘服役工况复杂，承受多种力场的耦合作用。在制动过程中列车的动能通过制动盘与闸片的摩擦转变成热能，绝大部分的热能输入到制动盘内部使其温度升高，目前，制动盘盘体本身的结构不均匀性、自身的结构变形约束和连接部件的径向变形约束等，导致制动盘在反复制动过程中内部存在较大的内应力，严重影响制动盘的使用寿命；而现有的制动盘装配方式中，紧固件均分布于同半径的圆周上，使轴向约束容易释放，制动盘容易在服役过程中发生翘曲变形，影响了制动盘的安全服役。此外，就制动盘的扭矩传递方式而言，目前仍存在依靠单一的摩擦力传递扭矩的制动盘，该种装配方式无论对于整体盘还是分体盘来说，都要求螺栓具有较高的预紧力和强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴装式轨道车辆制动盘，以克服传统紧固件排布方式易导致制动盘发生轴向翘曲变形、制动盘的盘体与盘毂间的装配方式不利于其径向约束释放、盘体与盘毂间依靠单一的摩擦扭矩实施制动的问题。

本发明的目的是由下述技术方案实现的：一种轴装式轨道车辆制动盘，包括盘毂，所述盘毂的两侧对称设置两个圆环形的盘体，所述盘体的内侧面上周向设置多个散热筋组件；所述散热筋组件包括第一散热筋、第二散热筋、第三散热筋，所述第三散热筋设置在所述第一散热筋和所述第二散热筋之间；所述第一散热筋包括靠近所述盘体外圆周设置的第一凸台、与所述第一凸台连接并向所述盘体内圆周延伸的第一径向肋板，所述第一凸台的中心设置第一阶梯孔；所述第二散热筋包括靠近所述盘体内圆周设置的第二凸台、与所述第二凸台连接并向所述盘体外圆周延伸的第二径向肋板，所述第二凸台的中心设置第二阶梯孔；所述第三散热筋包括至少一个第三径向肋板；所述盘毂上设置多个长圆孔，所述长圆孔分别与所述第一阶梯孔和所述第二阶梯孔对应设置，所述长圆孔的长轴沿所述盘体的径向设置，所述长圆孔内设置弹性圆柱销；所述盘毂和所述盘体通过紧固件固定连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

轴装式轨道车辆制动盘的盘体上设置的第一阶梯孔和第二阶梯孔交替分布在盘体不同半径的圆周上，通过紧固件穿装在第一阶梯孔、第二阶梯孔中实现了盘体的轴向固定，减轻了制动盘长期服役过程中盘体的轴向翘曲。通过螺栓等紧固件的连接实现了盘体和盘毂的轴向压紧装配，以提供摩擦制动扭矩，通过弹性圆柱销穿过盘毂并进入第一阶梯孔或第二阶梯孔，实现了盘体和盘毂的周向固定，并承载部分制动扭矩，从而由单一的摩擦扭矩制动变为弹性圆柱销机械扭矩与盘体—盘毂间摩擦扭矩的联合制动，这能够大幅减少紧固力矩。盘毂上开设的长圆孔的长轴方向为径向，当制动盘制动过程受热膨胀时，弹性圆柱销在长圆孔内能够沿制动盘径向方向移动，有效的释放盘体的径向变形约束。同时，盘体与盘毂轴向压紧装配后，多个散热筋在盘体的平均摩擦半径附近的凹槽使盘体和盘毂间形成周向连续的通风通道，使制动盘具有良好的通风散热效果。制动盘的制动服役寿命和安全性得到提高，具有明显的社会和经济效益。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详尽说明。

附图说明

图1是本发明实施例中制动盘的装配示意图；

图2是本发明实施例中盘体的示意图；

图3是本发明实施例中制动盘的侧视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图4中的B部放大图；

图6是图4中的C部放大图；

图7是本发明实施例中盘毂的示意图；

图8是本发明实施例中弹性圆柱销的示意图；

图9是本发明实施例中弹性圆柱销在长圆孔中运动的示意图；

图10是本发明实施例中第三通风通道的示意图。

附图标记说明：

1：螺母、2：碟形弹簧、3：第一盘体、4：弹性圆柱销、5：盘毂、6：第二盘体、7：螺栓、8：第一散热筋、9：第二散热筋、10：第三散热筋、11：第一阶梯孔、12：第二阶梯孔、13：长圆孔、14：第一通风通道、15：第二通风通道、16：第三通风通道。

具体实施方式

参见图1至图10，一种轴装式轨道车辆制动盘，包括盘毂5，所述盘毂的两侧对称设置两个圆环形的盘体，分别为第一盘体3和第二盘体6，所述盘体的内侧面上周向设置多个散热筋组件；所述散热筋组件包括第一散热筋8、第二散热筋9、第三散热筋10，所述第三散热筋设置在所述第一散热筋和所述第二散热筋之间；所述第一散热筋包括靠近所述盘体外圆周设置的第一凸台、与所述第一凸台连接并向所述盘体内圆周延伸的第一径向肋板，所述第一凸台的中心设置第一阶梯孔11；所述第二散热筋包括靠近所述盘体内圆周设置的第二凸台、与所述第二凸台连接并向所述盘体外圆周延伸的第二径向肋板，所述第二凸台的中心设置第二阶梯孔；所述第三散热筋包括至少一个第三径向肋板；所述盘毂上设置多个长圆孔13，所述长圆孔分别与所述第一阶梯孔和所述第二阶梯孔对应设置，所述长圆孔的长轴沿所述盘体的径向设置，所述长圆孔内设置弹性圆柱销4；所述盘毂和所述盘体通过紧固件固定连接。

传统的轨道车辆制动盘，紧固件的安装孔均分布在同一半径上，在反复制动过程中，内部应力使盘体发生轴向翘曲。而本发明的制动盘的紧固件安装孔（第一阶梯孔、第二阶梯孔）分布于不同的圆周上，可以对内、外圆周施加轴向约束，避免了翘曲的发生。

在本实施例中，制动盘包括第一盘体3，第二盘体6，盘毂5以及弹性圆柱销4。通过螺栓7、螺母1以及碟形弹簧2轴向、周向固定盘体和盘毂。本实施例中根据盘体的材料选择铸造或锻造工艺加工制造。

参见图2，在本实施例中，第一盘体3和第二盘体6结构相同，下面以第一盘体为例进行详细说明。第一盘体3的内侧面的内外圆周处设置圆角。第一盘体的厚度可在18～26mm的范围内选择，相应地第一盘体的外径为670mm，内径为370mm。在第一盘体的内侧面上周向地均匀设置多个第一散热筋8，多个第二散热筋9以及多个第三散热筋10；第一散热筋与第二散热筋均匀地间隔设置，且第三散热筋10设置在第一散热筋8和第二散热筋9之间，其中，散热筋具有相同的高度，高度优选在20～25mm的范围内。

如图2、图4、图5和图6所示，多个第一散热筋，优选为六个第一散热筋8周向地均匀分布在盘体的内侧面上，第一散热筋8包括靠近盘体外圆周的第一凸台、与第一凸台连接并向盘体圆心方向延伸的第一径向肋板，第一凸台为截头圆锥形，当然第一散热筋8的第一凸台也可以设置成与盘毂5具有足够接触面积的其他形状。第一散热筋8的第一凸台和第一径向肋板侧面具有在5°～10°范围内的斜度，侧面间的过渡圆角在4～6mm的范围内，第一散热筋8与盘体的内侧面采用5～10mm范围内的圆角过渡连接，在第一散热筋8的第一凸台中部设置第一阶梯孔11，第一阶梯孔的尺寸可以根据所选择弹性圆柱销的尺寸相应地设置。本实施例中，第一阶梯孔的尺寸为Φ30mm×14mm，Φ18mm×8.5mm，Φ36mm×27mm，其中靠近盘体的外侧面的Φ36mm×27mm孔外缘倒角5mm×45°，弹性圆柱销4穿过盘毂5上的长圆孔13并嵌入第一阶梯孔11内。

在本实施例中，多个第二散热筋9，优选为六个第二散热筋9周向地均匀分布在盘体的内侧面上，第二散热筋9包括靠近盘体内圆周的第二凸台、与第二凸台连接并向盘体外圆周延伸的第二径向肋板，第二凸台形状为截头圆锥形，当然第二散热筋9的第二凸台也可以设置成与盘毂5具有足够接触面积的其他形状。第二散热筋9的第二凸台和第二径向肋板侧面具有在5°～10°范围内的斜度，侧面间的过渡圆角在4～6mm的范围内，第二散热筋9与盘体的内侧面采用5～10mm范围内的圆角过渡连接，在第二散热筋9的第二凸台中部设置第二阶梯孔12，第二阶梯孔的尺寸可以根据所选择弹性圆柱销的尺寸相应地设置。在本实施例中，第二阶梯孔的尺寸为Φ30mm×14mm，Φ18mm×8.5mm，Φ36mm×27mm，其中靠近盘体的外侧面的Φ36mm×27mm孔外缘倒角5mm×45°，弹性圆柱销4穿过盘毂5上的长圆孔13并嵌入第二阶梯孔12内。

在本实施例中，多个第三散热筋10，优选为十二个第三散热筋10周向地均匀分布在盘体的内侧面上，第三散热筋10包括至少一个流线型第三径向肋板，第三散热筋10也可以根据第一散热筋8和第二散热筋9的凸台、径向肋板的尺寸和具体形状设置成其他不同形状。第三径向肋板的侧面具有在5°～10°范围内的斜度，侧面间的过渡圆角在4～6mm的范围内，第三散热筋10与盘体的内侧面采用5～10mm范围内的圆角过渡连接。

本实施例，第一散热筋8的轴线和第三散热筋10的几何中心线之间夹角为15°，第二散热筋9的轴线和第三散热筋10的几何中心线之间夹角为15°。

如图7所示，盘毂5采用辐板结构，辐板厚度优选为16mm，在辐板上设置贯穿辐板的长圆孔13，长圆孔13的中心与阶梯孔的中心对应设置，其长轴方向为盘体的径向方向。

本实施例中，所选择的弹性圆柱销4的内径尺寸为Φ18.5mm，外径尺寸Φ30mm，长度44mm。

如图4、图5和图6所示，紧固件可以采用M16高强螺栓与M16高强螺母，碟形弹簧2采用对合组合，螺栓7通过组合碟形弹簧2后从第二盘体6外侧的第二阶梯孔12装入，螺母1与组合碟形弹簧2从第一盘体3外侧的第一阶梯孔11装入，螺母1与螺栓7共同实现盘体3、6和盘毂5的周向固定。也可以采用异型螺栓，在螺杆上具有两个用于定位的凸台。当然紧固件和碟形弹簧2也可采用其他类型的紧固件及其配套的弹簧、垫圈组合形式。

两个盘体3（6）采用的材料按照专利号为ZL200510011526.0，发明名称为“一种制备颗粒增强铝基复合材料的真空机械双搅拌铸造法”所制备的SiC颗粒增强铝基复合材料；盘体3（6）的成型方法和设备为根据专利号为200410009617.6，发明名称为“一种调压铸造方法及调压用坩埚”的方法和设备。

此外，盘体3（6）也可选用低合金锻钢材料，成型方式为锻造成型。

当采用低合金锻钢材料时，第一散热筋8、第二散热筋9和第三散热筋10的侧面斜度可以在7～15°的范围内，侧面间的过渡圆角在4～6mm的范围内，散热筋与内侧环面采用6～12mm范围内的圆角过渡连接。

进一步的，所述第一散热筋的第一凸台与所述第一散热筋的第一径向肋板之间设置第一凹槽，所述第一凹槽与所述盘毂之间形成第一通风通道。第一径向肋板的径向截面轮廓由圆弧和直线封闭连接而成，第一径向肋板与第一凸台间采用凹弧形过渡连接，第一散热筋8与盘毂5贴合后，在盘体外侧面的平均摩擦半径附近形成第一通风通道14，如图4、图5所示。对于盘型制动，用R表示摩擦面最大半径，r表示摩擦面最小半径，（R+r）/2即为平均摩擦半径。

进一步的，所述第二散热筋的第二凸台与所述第二散热筋的第二径向肋板之间设置第二凹槽，所述第二凹槽与所述盘毂之间形成第二通风通道。第二径向肋板的径向截面轮廓由圆弧和直线封闭连接而成，第二径向肋板与第二凸台间采用凹弧形过渡连接，第二散热筋9与盘毂5贴合后，在盘体外侧面的平均摩擦半径附近形成第二通风通道15，如图4、图6所示。

进一步的，所述第三散热筋设有一个第三径向肋板，所述第三径向肋板中部设置第三凹槽，所述第三凹槽与所述盘毂之间形成第三通风通道。第三径向肋板在盘体外侧面的平均摩擦半径附近设置有凹弧形过渡，第三散热筋10与盘毂5贴合后，在盘体外侧面的平均摩擦半径附近形成第三通风通道16，如图10所示。

进一步的，所述第三散热筋设有两个或两个以上第三径向肋板，所述两个第三径向肋板之间的空隙与所述盘毂之间形成第三通风通道。所述两个第三径向肋板之间的空隙设置在盘体外侧面的平均摩擦半径上。

上面的描述旨在对本发明的优选实施例进行阐释，并不旨在限制本发明。基于上述阐释，落入本发明精神和范围内的多种变体对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (7)

1.一种轴装式轨道车辆制动盘，包括盘毂，所述盘毂的两侧对称设置两个圆环形的盘体，所述盘体的内侧面上周向设置多个散热筋组件；其特征在于：所述散热筋组件包括第一散热筋、第二散热筋、第三散热筋，所述第三散热筋设置在所述第一散热筋和所述第二散热筋之间；所述第一散热筋包括靠近所述盘体外圆周设置的第一凸台、与所述第一凸台连接并向所述盘体内圆周延伸的第一径向肋板，所述第一凸台的中心设置第一阶梯孔；所述第二散热筋包括靠近所述盘体内圆周设置的第二凸台、与所述第二凸台连接并向所述盘体外圆周延伸的第二径向肋板，所述第二凸台的中心设置第二阶梯孔；所述第三散热筋包括至少一个第三径向肋板；所述盘毂上设置多个长圆孔，所述长圆孔分别与所述第一阶梯孔和所述第二阶梯孔对应设置，所述长圆孔的长轴沿所述盘体的径向设置，所述长圆孔内设置弹性圆柱销；所述盘毂和所述盘体通过紧固件固定连接。

2.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于：所述第一散热筋的第一凸台与所述第一散热筋的第一径向肋板之间设置第一凹槽，所述第一凹槽与所述盘毂之间形成第一通风通道。

3.根据权利要求1或2所述的制动盘，其特征在于：所述第二散热筋的第二凸台与所述第二散热筋的第二径向肋板之间设置第二凹槽，所述第二凹槽与所述盘毂之间形成第二通风通道。

4.根据权利要求3所述的制动盘，其特征在于：所述第三散热筋设有一个第三径向肋板，所述第三径向肋板中部设置第三凹槽，所述第三凹槽与所述盘毂之间形成第三通风通道。

5.根据权利要求3所述的制动盘，其特征在于：所述第三散热筋设有至少两个第三径向肋板，所述两个第三径向肋板之间的空隙与所述盘毂之间形成第三通风通道。

6.根据权利要求1或2所述的制动盘，其特征在于：所述第三散热筋设有一个第三径向肋板，所述第三径向肋板中部设置第三凹槽，所述第三凹槽与所述盘毂之间形成第三通风通道。

7.根据权利要求1或2所述的制动盘，其特征在于：所述第三散热筋设有至少两个第三径向肋板，所述两个第三径向肋板之间的空隙与所述盘毂之间形成第三通风通道。

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