CN105889371B - 制动衬片及其布置系统和操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制动衬片及其布置系统和操作方法。所述制动衬片用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器，其具有一个衬片支座(3)和多个在衬片支座(3)上通过支座板(5)支承的衬片元件(41、42、43)，支座板(5)球式支承在衬片支座(3)上，衬片元件(41、42、43)球式支承在支座板(5)上，其中，衬片元件(41、42、43)通过支座板(5)在衬片支座(3)上的支承是如此设计的，使得衬片元件(41、42、43)的由压紧力在将衬片元件(41、42、43)压靠到制动盘(6)上时所产生的面压力(P)相对于制动盘(6)旋转轴沿径向随着衬片元件(41、42、43)与制动盘(6)旋转轴的距离的增大而减小。

Description

制动衬片及其布置系统和操作方法

技术领域

本发明涉及用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器的制动衬片、这种制动衬片在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的布置系统以及用于操作保持在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的制动衬片的方法。

背景技术

在EP 07 847 61 B1中描述了同类的制动衬片。对于那里所述的制动衬片，通过将整个衬片表面分成多个小衬片元件以及通过将轨道车辆的盘式制动器的钳杆的压紧力静态确定地传递到这种衬片元件上，而实现非常均匀地将热量引入到该盘式制动器的制动盘中。

在此，钳杆的力由保持制动衬片的衬片保持架均匀地分配到保持各衬片元件的衬片支座的相应半体上。

钳杆在衬片支座的这样一个半体上作用的力在此分别通过三个支承于衬片支座上的支座板进行支撑。其中，所述力如此分配，使得所有支座板都均匀受载。每一支座板又将由钳杆所施加的力均匀地分配到支承于这个支座板上的各衬片元件上。

在下文，将支座板连同通过球式支承保持于其上的衬片元件的这种布置系统称为成组元件。

这些成组元件以及这样一个成组元件的三个衬片元件相对于制动盘处在不同的运转圆直径上，各衬片元件在制动过程中贴靠在制动盘上。

由于各衬片元件定位在不同的运转圆截面上，各衬片元件在制动盘上的滑动速度也是不同大小的。

由于不同滑动速度之故，在各衬片元件的面压力相同的情况下可能导致衬片元件不同快慢地磨损并且因此可能导致支座板甚至整个衬片保持架的倾斜状态。

各衬片元件在支座板上的支承如此地设计，使得它们以在表面上恒定的面压力压靠在制动盘上。

然而，因为在元件表面上的局部滑动速度是不恒定的，所以每一衬片元件也倾向于偏斜磨损。

若在一个衬片元件内也或者也在成组元件内部的这种偏斜磨损过大，则这可能导致衬片元件在支座板上或者说支座板在衬片支座上单侧触靠。由此所期望的均匀力分布会受到影响，从而使制动衬片的承载图变差。

此外，盘式制动器的效能受到在制动盘的摩擦面上所出现的表面温度的限制。由此，当表面温度过高时，出现增长发展的热裂纹，这种热裂纹可能达到不允许的大小并且因此而需要更换制动盘。

在制动盘上表面温度波动越大，则制动盘在制动期间不受损伤地可以吸收的热能越小。据此，优化设计的制动衬片将热能在整个摩擦面上均匀地引入制动盘中，而不在表面上产生较大的温差(例如热点)。

为满足上述要求，轨道车辆、尤其是高速列车的制动衬片构造设计非常复杂，使得制动衬片作为磨损件在这种轨道车辆的运行成本中占有显著的份额。

此外，制动衬片的磨损主要取决于制动衬片和制动盘之间的面压力并且取决于制动盘在摩擦衬片上的滑动速度。

v′～P^α·v^β

其中

v′：磨损速度

P：面压力(单位面积压力)

v：滑动速度

α、β：材料特征值

[Saumweber，Gerum：“Grundlagen der Schienenfahrzeugbremse(轨道车辆制动器基础)”，Hestra出版社]

由于上述原因，在这种轨道车辆运行当中经常导致制动衬片的偏斜磨损。因此，往往在制动衬片的现有磨损体积可能还未完全被充分利用的情况下就必须更换制动衬片。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于轨道车辆的制动衬片、这种制动衬片在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的布置系统以及一种用于操作保持在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的制动衬片的方法，借此实现在整个衬片表面上尽可能均匀发展的磨损，以便优化地充分利用现有的磨损体积，并且避免由于偏斜磨损的元件或者元件组而过早更换制动衬片，以及，通过保持均匀的承载图而与衬片元件的磨损状态无关地获得从各衬片元件到制动盘的均匀热输入。

该任务通过具有本发明特征的用于轨道车辆的制动衬片、这种制动衬片在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的布置系统以及用于操作保持在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的制动衬片的方法得以解决。

具体而言，本发明提供一种制动衬片，其用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器，该制动衬片包括：

-一个衬片支座；

-多个在衬片支座上通过支座板支承的衬片元件，

-其中，各支座板球式支承在所述衬片支座上，

-其中，各衬片元件球式支承在支座板上，

其特征在于，

所述衬片元件通过支座板在衬片支座上的支承设计为：使得衬片元件的由压紧力在将衬片元件压靠到制动盘上时所产生的面压力相对于制动盘旋转轴沿径向随着衬片元件与制动盘旋转轴的距离的增加而减小。

本发明还提供一种在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的制动衬片布置系统，所述制动衬片是用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器的制动衬片，其特征在于，该制动衬片是如上所述的制动衬片。

本发明还提供一种用于操作保持在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的制动衬片的方法，所述制动衬片是用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器的制动衬片，其具有多个在衬片支座上通过支座板球式支承的衬片元件，其特征在于，在对制动衬片加载压紧力时，使压紧力以下述方式分配到各衬片元件上：作用于衬片元件上的面压力随着与制动盘旋转轴径向距离的增加而减小。

在根据本发明的制动衬片中，各衬片元件通过支座板在衬片支座上的支承是如此设计的，即，使得衬片元件的由压紧力在将衬片元件压靠到制动盘上时所产生的面压力相对于制动盘旋转轴沿径向随着衬片元件与制动盘旋转轴的距离的增大而变小。

针对处在较高滑动速度当中的衬片元件通过如此作用的较小的面压力，而得到这两个对磨损速度起作用的因素的一种平衡，这样便导致制动衬片的所有衬片元件具有近似相同的磨损速度。

由此，另外还保持了制动衬片的一种均匀承载图。

最后也实现了对制动衬片的磨损体积的最优化利用。

根据本发明的制动衬片的一种有利的实施方案，各衬片元件的在制动过程中将压紧力传递到衬片元件上的支承元件相对于衬片元件的面重心沿径向朝制动盘旋转轴那边偏置地设置在衬片元件上。

由此针对于各个衬片元件来调整面压力，相应于磨损规律，面压力从径向居于内部的边缘朝径向居于外部的边缘下降。

根据本发明的另一个有利的实施方案，在衬片支座上设置有多个分别由一个支座板和多个支承于该支座板上的衬片元件所构成的成组元件。

在此，每个成组元件优选具有三个衬片元件。

根据本发明的另一种有利实施方案，支座板是如此设计的，即，使得用于球式支承的这些支承元件具有一衬片支座以及与相应支承元件间隔开的空隙部，衬片元件的支承元件接纳于所述空隙部中。

为了相应于运转圆直径协调一个成组元件的各元件平均面压力(各元件定位于该运转圆直径上)，根据本发明的一种有利实施方案，支座板是如此成形的，即，使得由支座板传递到与之接合的支承元件上的制动力对于支座板的每个衬片元件来说是相同的，其中，径向较靠外设置的衬片元件的衬片元件摩擦面比径向较靠内设置的衬片元件的衬片元件摩擦面更大。

因为面压力反比于衬片元件的摩擦面，所以，与径向较靠近于制动盘旋转轴设置的、具有较小摩擦面的衬片元件相比，在加载的制动力相同时，通过径向较靠外设置的衬片元件的较大摩擦面可得出更小的面压力。

根据一种可选的实施方案，支座板是如此成形的，即，对于一个支座板的径向较靠外设置的衬片元件来说，与径向较靠内设置的衬片元件相比，从支座板传递到与之接合的支承元件上的制动力更小，其中，所有衬片元件的摩擦面是同样大的。

优选通过以下方式来实现传递到这种成组元件上的制动力的不同分配，即，针对用于具有径向居于外部的衬片元件的成组元件的支座板，在径向较靠外设置的衬片元件的支承点和该成组元件的支承点之间的径向间距与在径向较靠内设置的衬片元件的支承点和该成组元件的支承点之间的径向距离的长度比例大于2。

针对用于具有径向居于内部的衬片元件的成组元件的支座板，在径向较靠内设置的衬片元件的支承点和该成组元件的支承点之间的径向间距与在径向较靠外设置的衬片元件的支承点和该成组元件的支承点之间的径向距离的长度比例小于2。

根据一种优选实施方案，支座板本身设置有远离支承元件延伸的指形件，在所述指形件中设置用于接纳衬片元件的支承元件的空隙部。

根据一种优选实施方案如此地实现各个衬片元件的布置，使得一个成组元件的衬片元件中总有两个被接纳在支座板的一个大致处在与制动盘旋转轴同心的圆周线上的相应空隙部中。

在此，轨道车辆的分衬片式盘式制动器的制动衬片在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架上的根据本发明的布置系统的特征就是如上文所述构造的制动衬片。

附图说明

下面借助于所附的附图详细阐释本发明的实施例。其中：

图1和2紧固在衬片支座上的根据本发明的制动衬片的一种实施方案的透视图，

图3制动衬片的成组元件的一种优选实施方案的透视图，

图4和5具有包括不同大小衬片元件(图4)和相同大小衬片元件(图5)的不同设计之成组元件的根据本发明的制动衬片的不同实施方案的俯视图，

图6制动衬片的相对于制动盘(在制动衬片的装配状态中)旋转轴沿径向的剖视图，以展示径向向外减小的压紧力，

图7沿着径向通过制动衬片的衬片元件剖切的剖视图，以展示径向向外减小的压紧力，和

图8轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架的透视图。

具体实施方式

在下面结合附图的说明中，术语例如上、下、左、右、前和后等等仅仅是针对于制动衬片、各衬片元件、各支座板、衬片支座、衬片保持架和其它各部件在相应附图中所选的示例性描绘和方位而言的。这些术语不应理解为限制性的，也就是说，这些关系可以通过不同的工作位置或者镜像对称的设计或类似方式而有所改变。

在图4和5中用附图标记1表示根据本发明的制动衬片的总共两个实施方案。在此，在应用中轨道车辆的分衬片式盘式制动器的这种制动衬片1被紧固在衬片保持架2上-如在图1和2(带有被紧固在其上的制动衬片1)和图8(不带有制动衬片)中所示。

如在图1、2和5中可知的那样，用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器的这种制动衬片具有一个紧固在衬片保持架2上的衬片支座3以及多个在衬片支座3上通过支座板5支承的衬片元件41、42、43。在此，衬片元件41、42、43球式支承在支座板5上。支座板5本身又球式支承在衬片支座3上，如在图6中所示。

优选地，在一个支座板5上分别设置三个衬片元件41、42、43，如在图3中示例性所示。

在此，各衬片元件41、42、43通过支座板5如此地支承在衬片支座3上，使得衬片元件41、42、43的由压紧力F_z在将衬片元件41、42、43压靠到制动盘6上时所产生的面压力P相对于制动盘6旋转轴沿径向随着衬片元件41、42、43与制动盘6旋转轴的距离的增加而减小，如在图6中示例性展示的那样。

在图6中用F_P描述的箭头表示的是：作用于制动盘6上的接触压力被展示在各衬片元件41、42、43上。正如在通过根据本发明的制动衬片1的一种实施方案剖切的该剖视图中所示出的那样(相对于制动盘6旋转轴沿径向剖)，作用在衬片元件41、42、43上的压靠力随着与制动盘6旋转轴径向距离的增加而减小。

为了实现这样的面压力分配，如在图6和7中示例性展示的那样，在衬片元件41的承载摩擦衬片411的元件载板412上一体成形的球状面414(所述球状面在制动过程中将施加在制动衬片的压紧力F_z传递到衬片元件41上)如此构造，使得压紧力F_z不作用在衬片元件41的面重心S上，而是相对于衬片元件41的面重心沿径向朝制动盘6旋转轴那边偏置距离a地设置。在此，球状面414尤其优选地被构造为呈截球形的凸起。在图4和5中所示出的其它衬片元件42、43同样具有这样的球状面414。

由于该偏置，得到了在图7中示意表示的制动盘6压靠力F_P在各衬片元件41、42、43上的分布情况。

在此，用于支座板5球式支承在衬片支座3上的支座板5的支承元件56优选被构造为具有从该衬片支座中央部凸出的突起57的截球形，其中，各相应支承元件56在衬片支座3的背离衬片保持架2的那侧置入对应成形的球状凹部32中。

在此，支座板5本身(正如在图3中较好看出的那样)优选设置有从支承元件56中延伸出的指形件51、52、53，其中设置用于接纳衬片元件41、43的支承元件413、423的空隙部54。

但是也可设想支座板的其它构造形式。重要的是，支座板5如此造型，使得可能实现相对于衬片保持架3的倾转运动。

在此，该空隙部54在其背离载板3、朝向衬片元件41、42、43的一侧上是球状成形的，如在图6中所示。在凹部的球状部分中央设置有一贯通孔，衬片元件41、42、43的支承元件412、423通过该孔在为此所设的凹部31中在衬片支座3中延伸并且借助弹簧元件415(例如构造形式为碟形弹簧或者异形弹簧)被弹性地保持在其内。

相应地如此实现支座板5在衬片支座3上的支承，使得(如在图6中所示)压紧力作用在支座板5的支承元件56的球状部分上。

在此，压紧力从衬片保持架2到衬片支座3上的传递优选是通过由衬片保持架2的朝向衬片支座3的后侧突伸的触压面23予以实现，如图8所示。

从支座板5的支承元件56球状部分中央凸出一突起57，当不期望的高摩擦力或者其它高的且相应指向的力(例如由于制动盘损坏)出现时，该突起通过额外的形状锁合而防止这里被构造为球面的支承元件56球状部分从衬片支座3的截球形中向外滑脱。

在此，用于接纳衬片元件41、42、43的支承元件413、423的空隙部54相对于突起57如此设置，使得到其中两个衬片元件41的空隙部54的距离h₁相比于到第三衬片元件42的支承元件41的空隙部54的距离h₂更小。据此在长度h₁和h₂上限定了力在一个成组元件4的这三个衬片元件41、42上的分配。

如从图4和5中很好可见的那样，一个成组元件4的衬片元件41、42、43中总有两个优选设置在一个大致与制动盘6旋转轴同心的相应圆周线上。

邻近于支座板5在球状成形的支承元件56上的球式支承，优选在指形件51、52、53之一的端部上，另一个突起55一体成形在支座板5的配置于衬片支座3的一侧上，其在载板3的相应成形的凹部33中延伸。

正如在图6中可见的那样，突起55相比于支承元件56的突起57要稍平一点，这样在运行中可实现支座板5相对于衬片支座3的摆动运动。支座板5相对于衬片支座3以及衬片元件41、42、43相对于支座板5的摆动运动通过在相应两部分之间的间隙而受到限制。

如尤其在图4中所示，在根据本发明的制动衬片的优选实施方案中支座板5是如此成形的，即，使得由支座板5传递到与之接合的支承元件56上的制动力对于一个支座板5的每个衬片元件41、42来说是相同的，其中，径向较靠外设置的衬片元件41的衬片元件41、42摩擦面相比于径向较靠内设置的衬片元件42的衬片元件41、42的摩擦面更大。

为了实现所有衬片元件41、42的均匀磨损速度，在一个支座板5上不同大小的衬片元件41、42的面积比例A₁/A₂借助于运转圆直径D₁、D₂(在衬片支座上各相应衬片元件布置于其上)以及参数α和β由磨损定律：

A₁/A₂＝(D₁/D₂)^β/α

来确定。

其中，材料特征参数α具有0.6和1.4之间的值。其中，材料特征参数β的值在1.5和2.5之间。

在此，当压紧力F_z在支座板5的各衬片元件41、42上均匀分布时，由于摩擦面较大，对于径向较靠外的衬片元件41来说得出的面压力更小。

在此，在各个衬片元件41、42上均匀分布的压紧力F_z通过合适选择衬片元件41、42在支座板5上的布置而实现。

从而(如在图4中所示)一个成组元件4的相同面积的两个衬片元件41、42分别被设置在支座板5上制动盘6旋转轴的一个圆周上，而第三衬片元件42、41在径向更靠内或者更靠外设置。

若观察在图3中所示的成组元件4，可以发现，相同面积的两个衬片元件41沿径向与成组元件4的支承点离开间距h₁，而另一衬片元件42沿径向与成组元件4支承点离开间距h₂。此外，两个衬片元件41对称于一个通过成组元件4的支承点和突起55设定的对称轴设置。因此，作用在这两个衬片元件41上的力是相等的。

据此作用在另一个衬片元件42上的力符合：

其中，h₂＝2·h₁，则

对于在图5中所示的实施方案，各个衬片元件43具有相同大小的摩擦面。在这种实施方案中支座板5是如此成形的：对于支座板5的径向较靠外设置的支座板43来说，与支座板5的径向较靠内设置的衬片元件43相比，由支座板5传递到与之相接合的支承元件上的制动力更小。

这一点优选通过以下方式实现：对于具有两个径向居于内部的衬片元件43的成组元件4的支座板5，长度比例h_2i/h_1i大于2；而对于具有两个径向居于外部的衬片元件43的成组元件4来说，相应支座板5的长度比例h_2a/h_1a小于2。

此外对于在图5中所示的实施方式还可得知，径向接近于制动盘6旋转轴的成组元件4的几何造型具有相比于沿径向从制动盘6旋转轴更远离开的成组元件4略微不同的几何造型。在此，这样地选择各成组元件的几何造型设计，使得相比于沿径向从制动盘6旋转轴更远离开的衬片元件，成组元件的接近制动盘旋转轴的衬片元件被以更高的力加载。

同样在这种设计方案中也得到了与设置在预定运转圆直径D1、D2上的衬片元件43相协调的面压力P。

根据本发明的用于操作保持在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架2上的制动衬片1的方法，该制动衬片是用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器的制动衬片，其具有多个在衬片支座3上通过支座板5球式支承的衬片元件41、42、43，其特征在于，在对制动衬片1加载压紧力时，使压紧力以下述方式分配到各衬片元件41、42、43上：作用于衬片元件41、42、43上的面压力随着与制动盘6旋转轴径向距离的增大而变小。

通过随着与制动盘6旋转轴的距离增大而在全部上述功能组(衬片元件、成组元件、整个衬片)上连续变小的面压力，衬片元件偏斜磨损的倾向得以大大降低。

由此实现了制动衬片在整个磨损高度上更为均匀的承载图。同样对于已经发展的衬片磨损来说，可以实现将热量较为均匀地导入制动盘表面，从而降低制动盘的热负荷。

由于在制动盘上较均匀的并因此较低的表面温度，有关制动能量方面的制动衬片磨损也得以降低。

衬片保持架2在其背离衬片支座3的一侧上具有弹簧弓22以及可通过它张紧的销栓，该销栓穿过衬片保持架2的板21嵌入到衬片支座3内为此所设的凹部中。

附图标记列表

1 制动衬片

2 衬片保持架

21 板

22 弹簧弓

3 衬片支座

31 空隙部

32 球状凹部

33 凹部

4 成组元件

41 衬片元件

411 摩擦衬片

412 元件载板

413 支承元件

414 球面

415 弹簧元件

42 衬片元件

423 支承元件

43 衬片元件

5 支座板

51 指形件

52 指形件

53 指形件

54 空隙部

55 突起

56 支承元件

57 突起

6 制动盘

h₁ 径向距离

h₂ 径向距离

h_1i 径向距离

h_2i 径向距离

h_1a 径向距离

h_2a 径向距离

a 距离

F_z 调整力

F_P 接触压力

P 面压力

S 面重心

Claims (8)

1.制动衬片，其用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器，该制动衬片包括：

-一个衬片支座(3)；

-多个在衬片支座(3)上通过支座板(5)支承的衬片元件(41、42、43)，

-其中，各支座板(5)球式支承在所述衬片支座(3)上，

-其中，各衬片元件(41、42、43)球式支承在支座板(5)上，

其特征在于，

-所述衬片元件(41、42、43)通过支座板(5)在衬片支座(3)上的支承设计为：使得衬片元件(41、42、43)的由压紧力在将衬片元件(41、42、43)压靠到制动盘(6)上时所产生的面压力(P)相对于制动盘(6)旋转轴沿径向随着衬片元件(41、42、43)与制动盘(6)旋转轴的距离的增加而减小，并且，所述支座板(5)是如此成形的：使得从支座板(5)传递到与之接合的球状拱曲面(414)上的制动力对于一个支座板(5)的每个衬片元件(41、42)来说是相同的，其中，径向较靠外设置的衬片元件(41)的衬片元件摩擦面比径向较靠内设置的衬片元件(42)的衬片元件摩擦面更大。

2.按照权利要求1所述的制动衬片，其特征在于，各衬片元件(41、42、43)的球状拱曲面(414)在制动过程中将压紧力传递到衬片元件(41、42、43)上，该球状拱曲面相对于衬片元件(41、42、43)的面重心沿径向朝制动盘(6)旋转轴那边偏置地设置在衬片元件(41、42、43)上。

3.按照权利要求1所述的制动衬片，其特征在于，在所述衬片支座(3)上设置多个分别由一个支座板(5)和多个支承在其上的衬片元件(41、42、43)所构成的成组元件(4)。

4.按照权利要求3所述的制动衬片，其特征在于，每个成组元件(4)具有三个衬片元件(41、42、43)。

5.按照权利要求3所述的制动衬片，其特征在于，各支座板(5)具有用于在衬片支座(3)上球式支承的支承元件(56)以及与相应支承元件(56)间隔开的空隙部(54)，所述衬片元件(41、42、43)的支承元件(413、423)接纳于所述空隙部中。

6.按照权利要求5所述的制动衬片，其特征在于，各支座板(5)具有远离支承元件(56)延伸的指形件(51、52、53)，在所述指形件中设置有用于接纳衬片元件(41、42、43)的支承元件(413、423)的所述空隙部(54)。

7.按照权利要求6所述的制动衬片，其特征在于，一个成组元件(4)的衬片元件(41、42、43)中总有两个大致定位在一个与制动盘(6)旋转轴同心的圆周线上。

8.在轨道车辆的制动盘设置组件的衬片保持架(2)上的制动衬片(1)布置系统，所述制动衬片是用于轨道车辆的分衬片式盘式制动器的制动衬片，其特征在于，该制动衬片(1)是按照权利要求1-7中任一项所述的制动衬片。