CN105485225A - 一种高速列车的制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车的制动装置，至少由制动盘、摩擦轮、传动轴、轴承、固定环、万向联轴器、齿轮箱、油缸、滚筒、卡钳及驱动机构组成；列车发出制动指令时，传动轴落下并被卡钳卡紧，其底端的摩擦轮与制动盘的圆锥面接触并逐渐挤紧，通过摩擦使传动轴的扭矩通过万向联轴器与齿轮箱传递到滚筒上，表面焊接有叶片的滚筒在充满高粘度阻尼油的油缸内高速旋转做功，将机械能能转化为阻尼油的内能，从而实现制动的目的；制动结束后，摩擦轮从制动盘脱离，卡钳松开，传动轴回归原位。本制动装置可装在动车上也可装在拖车上，同一根车轴可以安装一个或多个带摩擦面的制动盘，相应地可配备一套或多套制动装置。

Description

一种高速列车的制动装置

技术领域

本发明属于铁路车辆的制动技术领域，具体涉及一种高速列车的制动装置。

背景技术

自法国高铁2007年创下每小时574.8公里的世界纪录后，世界各国对更高时速列车的研制热情持续高涨，中国也不例外，随着高铁的不断提速，高铁的制动技术也越来越引起了人们的重视。可靠的制动是行车安全的基本要求，列车的制动方式按动能消耗方式分为摩擦制动（又称空气制动）与动力制动；摩擦制动包括闸瓦制动（踏面制动）、盘形制动、磁轨制动；动力制动包括电阻制动、再生制动、旋转涡流制动、轨道涡流制动等。按制动力形成方式又可分为粘着制动与非粘着制动，其中，闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、旋转涡流制动属粘性制动，磁轨制动与轨道涡流制动属非粘性制动。

目前高速列车普遍采用复合制动模式，即空气制动与动力制动结合。表1为我国高速试验列车300km/h紧急制动时各种制动方式制动力的分配比例，表2为不同初速下各种制动方式的制动距离。

表1紧急制动时各制动方式制动力占比分配（%）。

制动方式	盘形制动	运行阻力	动力制动	磁轨制动
					纯空气制动	93	7	—	—
空气制动与磁轨制动复合	82	6	—	12
					空气制动与动力制动复合	≥54	6	≤40	—
空气制动、动力制动与磁轨制动复合	≥48.5	5.4	≤36	10.1

表2高速列车的制动装置和紧急制动距离。

在正常情况下高速列车以动力制动为主，不足部分以空气制动作为补偿。在该制动模式中，动力制动能力主要取决于动车的数量和各动车的动力制动功率。在动力分散式高速列车中，动力制动的能量占50%以上。对于动力集中式高速列车，在调速制动时，动力制动也占有较大的比例。

在常用全制动和紧急制动时，空气制动则占有较大的比例，此时动力制动力已达到最大值，可调的是空气制动力，而且在低速及停车时必须依靠空气制动作用。

目前的空气制动普遍采用盘形摩擦制动的方式,在其他制动方式失效的情况下,可以保证高速列车能够在规定的距离之内停车,以确保列车运行的安全。但是盘形制动方式随着列车运行速度的提高,动能的增加,制动时产生的热能也急剧增加,300km时速的列车刹车片制动时的瞬间温度接近1000℃，整个制动过程平均温度接近500℃，巨大的制动热负荷使制动盘容易产生热疲劳破坏，主要表现在交变温度和交变热应力同时作用下的机械损伤、组织蜕变和氧化腐蚀，严重时会在制动盘摩擦面上产生径向裂纹,容易导致制动盘的脆性断裂,影响行车安全，此外制动盘表面发生高温蠕变、高温氧化及摩擦热造成材料软化等问题。

从表2可以看出，即使采用复合制动模式，目前的制动方式依然存在制动距离过长的问题，随着我国铁路不断向高速、超高速化发展，现有的制动方式从装置的材质、制动能量及舒适性方面考虑已经越来越难以满足更高时速列车的营运要求。

针对这种情况，本发明设计了一种制动装置，是利用高速转动的车轴驱动油缸中带叶片的滚筒旋转，对阻尼油做功，将机械能转化为阻尼油的内能，实现制动目的；与传统盘型摩擦制动装置相比，该制动装置具有磨损少，温度低，寿命长，制动效率高，可满足更高速列车的制动要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种磨损少、温度低、寿命长及制动效率高的高速列车制动装置。

一种高速列车的制动装置，包括以下几部分：制动盘、摩擦轮、传动轴、轴承、固定环、万向联轴器、齿轮箱、油缸、滚筒、卡钳及驱动机构；所述制动盘以过盈配合装在列车的车轴上；传动轴与轴承内圈过盈配合装配在一起，传动轴的一端与一只万向联轴器连接，另一端与摩擦轮相接；万向联轴器的另一端与齿轮箱的输入轴相连，齿轮箱的输出轴通过另一只万向联轴器与滚筒相接，滚筒装在密闭的油缸内；列车发出制动指令时，驱动机构操纵传动轴落下，卡钳伸出卡紧轴承，传动轴底端的摩擦轮与制动盘的圆锥摩擦面接触并逐渐挤紧，通过摩擦传动使传动轴的扭矩通过万向联轴器及齿轮箱传递到滚筒上，滚筒在充满高粘度硅油的油缸内高速旋转做功，将机械能转化为硅油的内能，实现制动的目的；制动结束后，驱动机构操纵摩擦轮从制动盘脱离，卡钳松开，传动轴回归原位。

所述的制动盘为环形金属圆盘，以过盈配合装在车轴上，制动盘的外缘为圆锥形摩擦面。

所述的摩擦轮为圆锥形摩擦轮，由耐磨的金属或合金材料制成，也可进行表面处理或覆膜以增加耐磨性；摩擦轮以过盈配合装在传动轴尾端。

所述的传动轴由高强度合金钢制成，一端与摩擦轮相连，另一端与万向联轴器连接；平时收起置于设备舱内，使用时由驱动机构放下至制动盘锥形摩擦面上面。

所述的轴承为滚动轴承，由高强度耐磨合金钢制成，其内圈与传动轴过盈配合组装在一起，轴承外圈装有固定环，固定环上有挂环，可与驱动机构的钢丝绳连接。

所述的万向联轴器由不锈钢或其它金属材料制成，为可伸缩联轴器；本装置至少包含两个万向联轴器，一个接传动轴与齿轮箱输入轴，另一个连滚筒与齿轮箱输出轴。

所述的齿轮箱内含两个锥面齿轮，两个齿轮轴呈90度夹角，其中输入轴竖直朝下，正对制动盘的摩擦面；输出轴为水平方向；输入轴与输出轴均与万向联轴器相连。

所述的油缸为耐高压圆筒形缸体，由铸钢或合金钢制成，包括可拆分缸体、缸盖、轴孔、密封装置；缸体外面装换热装置；油缸内充满阻尼油，所述阻尼油可以是耐高温的高粘度硅油；可在至少200℃以上的温度下连续工作。

所述的滚筒由合金钢制成，在滚筒表面沿轴向焊接叶片；滚筒安装在油缸中，通过万向联轴器与齿轮箱的输出轴相连。

以上所述的制动装置可装在动车上也可装在拖车上，优先装在拖车上；同一根车轴可以安装一个或多个带摩擦面的制动盘，相应地可配备一套或多套制动装置。

以上所述的制动装置既适用于大气环境中的高速列车，也适用于真空环境中的高速列车。

本发明的有益效果在于：(1)机械磨损少，维护保养方便，使用寿命长；（2）制动过程中不产生传统刹车片的高温，大大降低制动发生意外的几率；（3）制动过程中不产生噪音，几乎为静音制动；（4）特别适合超高速列车的制动要求。

附图说明

图1为制动装置示意图。

图2为油缸及滚筒侧视图。

图3为油缸及滚筒轴向示意图。

具体实施方式

以下结合实施例进一步对本发明做详细描述。

如图1~3所示，本发明装置包括制动盘1、摩擦轮2、传动轴3、轴承4、固定环5、万向联轴器6A及6B、齿轮箱7、油缸8、滚筒9、卡钳10及驱动机构11。

安装方法及步骤：1）将制动盘1的外缘切削加工成圆锥摩擦面；2）将制动盘1过盈配合装在车轴上；3）将滚动轴承4的内圈过盈配合装配在传动轴3的中段位置；4）将摩擦轮2过盈配合装在转轴3的顶端；5）将两个锥形齿轮装配于齿轮箱内7，并装好润滑油；6）油缸8壳体外面焊接散热片；7）将滚筒9装入油缸8中，装好密封装置，注满耐高温硅油；8）将两个万向联轴器6A及6B分别与齿轮箱7的输入轴与输出轴连接；9）将万向联轴器6A的另一端与传动轴3连接；将万向联轴器6B的另一端与滚筒9的轴连接；10）将固定环5箍在轴承4的外圈上；11）将固定环5与驱动机构11连接。

按上述方法，每节拖车的每个车轴配备两套制动装置。

以上制动装置均固定在列车底架的横梁及悬挂框架上；当列车发出制动指令时，驱动机构11启动，操纵传动轴3落下，卡钳10伸出，紧紧卡在固定环5上，然后使摩擦轮2与制动盘1的摩擦面接触并逐渐挤紧，靠摩擦传动驱动传动轴3高速旋转，传动轴3产生的扭矩经万向联轴器6A传递到齿轮箱7的两个齿轮上，再通过万向联轴器6B传递给油缸8中的滚筒9，滚筒9上的叶片在油缸8中高速旋转，对粘稠的硅油做功，将机械能转化为硅油的内能，然后借助油缸8的散热片消散于空气中，从而实现对列车的平稳制动；制动结束后，首先是摩擦轮2脱离与制动盘1的接触，待传动轴3停止转动，卡钳10从固定环5松开，驱动机构11牵引传动轴3回归原位。

以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出若干改进或调整，这些改进或调整方案理应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速列车的制动装置，其特征在于，至少包括：制动盘、摩擦轮、传动轴、轴承、固定环、万向联轴器、齿轮箱、油缸、滚筒、卡钳及驱动机构；制动盘以过盈配合装在列车的车轴上；传动轴以过盈配合与轴承内圈装配在一起；传动轴的一端与一只万向联轴器连接，另一端与摩擦轮相接；万向联轴器的另一端与齿轮箱的输入轴相连，齿轮箱的输出轴通过另一只万向联轴器与滚筒相接，滚筒装在密闭的油缸内；列车发出制动指令时，驱动机构使传动轴落下并被卡钳卡紧，传动轴尾端的摩擦轮与制动盘的圆锥摩擦面接触并逐渐挤紧，通过摩擦传动使传动轴的扭矩通过万向联轴器及齿轮箱传递到滚筒上，滚筒在充满高粘度硅油的油缸内高速旋转做功，将机械能转化为硅油的内能，实现制动的目的；制动结束后，摩擦轮从制动盘脱离，卡钳松开，传动轴回归原位；本制动装置可装在动车上也可装在拖车上，优先装在拖车上；同一根车轴可以安装一个或多个带摩擦面的制动盘，相应地可配备一套或多套制动装置。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的制动盘为环形金属圆盘，由高强度合金钢材料制成，以过盈配合装在车轴上，制动盘的外缘为圆锥形摩擦面。

3.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的摩擦轮为圆锥形摩擦轮，由耐磨的金属或合金材料制成，也可进行表面处理或覆膜以增加耐磨性；摩擦轮以过盈配合装在传动轴尾端。

4.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的传动轴由高强度合金钢制成，尾端与摩擦轮相连，另一端与万向联轴器连接；平时置于设备舱内，使用时由驱动机构放下至制动盘锥形摩擦面上面。

5.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的轴承为滚动轴承，由高强度耐磨合金钢制成，其内圈与传动轴过盈配合组装在一起，轴承外圈装有固定环，固定环上有挂环，可与驱动机构的钢丝绳连接。

6.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的万向联轴器由不锈钢或其它金属材料制成；制动装置至少包含两个万向联轴器，其中至少一个为可伸缩联轴器；一个连接传动轴与齿轮箱输入轴，另一个连滚筒与齿轮箱输出轴。

7.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的齿轮箱内含两个锥面齿轮，两个齿轮轴在同一平面上且呈90度夹角，其中输入轴竖直朝下，正对制动盘的摩擦面；输出轴为水平方向；输入轴与输出轴均与万向联轴器相连。

8.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的油缸为耐高压圆筒形缸体，由铸钢或合金钢制成，包括可拆分缸体、缸盖、轴孔、密封装置；缸体外面装换热装置；油缸内充满阻尼油，所述阻尼油可以是耐高温的高粘度硅油；可在至少200℃以上的温度下连续工作。

9.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的滚筒由合金钢制成，在滚筒表面沿轴向焊接叶片；滚筒安装在油缸中，通过万向联轴器与齿轮箱的输出轴相连。

10.根据权利要求1-9所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，既适用于大气环境中的高速列车，也适用于真空环境中的高速列车。