CN108357512B - 一种涡流轨道制动系统及其磨耗板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡流轨道制动系统的磨耗板，包括主体，主体具有能够与轨道制动系统线圈固定的连接部，和摩擦部；摩擦部由耐磨件和导热件组成，耐磨件和导热件沿轴向间隔排列，摩擦部的两端均为耐磨件；摩擦部开设冷却气道，冷却气道由主气道和辅助气道组成，主气道沿轴向贯穿摩擦部，辅助气道的入口与主气道连通，辅助气道的出口位于磨耗板的侧面，并公开了一种涡流轨道制动系统，制动线圈底部焊接有上述磨耗板，磨耗板的摩擦部正对列车钢轨；每个制动线圈底部焊接一个磨耗板。本发明在电磁力制动的基础上增加摩擦制动，且保障磨耗板工作在合适的温度范围内，同时保障磨耗板具有合适的导热性能和摩擦性能。

Description

一种涡流轨道制动系统及其磨耗板

技术领域

本发明涉及一种轨道制动系统，尤其是涉及一种混合式涡流轨道制动系统及其磨耗板。

背景技术

铁路运输能力短缺已成为制约我国经济建设发展的主要矛盾之一。高速铁路因其运输能力大、安全舒适、全天候运输和可持续性等优势，已经成为铁路发展的基本趋势和国家现代化的基本保证。按照《中长期铁路网规划》，我国高速铁路的建设里程在2020 年将达到18000 公里。

制动技术是高速列车的九大关键技术之一，是“生命的保护神”。制动过程中制动功率与列车速度三次方成正比，与制动距离成反比。因而伴随着列车速度要求的不断提高，制动系统面临着更加严酷的考验与挑战，制动系统的可靠性和安全导向成为制约列车运行安全的重要影响因素。

目前我国的电气化列车普遍采用动力制动与摩擦制动相结合的模式。动力制动就是通过牵引电机发电状态运行将列车动能转换为电能来实现制动。这种方式节能、环保、控制性能好，但由于容量的限制、安全性的考虑和拖车制动、紧急制动、非常制动等要求，不能独立满足列车制动的需要，必须由其他制动方式予以补充。利用轨道和车轮之间的摩擦力( 以下称作粘着力) 的粘着型制动装置已被大量的用作用于高速轨道线的轨道车辆的制动装置，粘着的强度决定了粘着制动器产生的最大制动力。从原理上讲，粘着制动系统是通过列车车轮和钢轨之间的粘着来传递制动力的，都受到粘着限制。由于制动力过大将导致粘着失效，且轮轨间滑动摩擦力远小于粘着力，因而此时制动力将急剧下降，甚至导致严重的轮对与轨道擦伤。

轨道涡流系统因其磨损小、控制性能好而被公认为是最有希望的下一代高速列车制动系统。但从技术上讲，现有的铁路涡流轨道制动系统也并非完美无缺。现有的ICE3 采用的涡流轨道制动系统虽然采用释压下放来保证当空气系统失效时风缸动作，但当电路失效时由于失去励磁将直接导致制动力丧失。此外当列车停放时电源切断，自然涡流制动系统不能工作。因此，设计开发与高速工况相匹配的列车制动机构，并解决现有的轨道涡流制动系统中存在的问题，将为我国高速列车技术的进一步提高提供技术支持，具有重要的应用价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速制动轨道列车，且耐磨性好的涡流轨道制动系统及其磨耗板。

一种涡流轨道制动系统的磨耗板，包括主体，主体具有能够与轨道制动系统线圈固定的连接部，和摩擦部；摩擦部由耐磨件和导热件组成，耐磨件和导热件沿轴向间隔排列，摩擦部的两端均为耐磨件；摩擦部开设冷却气道，冷却气道由主气道和辅助气道组成，主气道沿轴向贯穿摩擦部，辅助气道的入口与主气道连通，辅助气道的出口位于磨耗板的侧面。磨耗板的轴向与列车的行进方向一致，摩擦部的两端指的是轴向的两端。

进一步，主体由金属材料制成，主体的背面为连接部，主体的正面为摩擦部；主体的正面开设有多个槽，两个槽之间的相邻部分为凸起，耐磨件固定于槽。

进一步，耐磨件具有柔性，耐磨件的摩擦面高于导热件的摩擦面。优选的，耐磨件的摩擦面比导热件高1~5mm。

进一步，导热件为金属材料；耐磨件为高分子材料。

进一步，主气道为直槽，辅助气道为直槽，辅助气道与主气道相交呈锐角。

涡流轨道制动系统，制动线圈底部焊接有上述磨耗板，磨耗板的摩擦部正对列车钢轨；每个制动线圈底部焊接一个磨耗板。

本发明的工作过程是：当动车和高铁列车制动时，使制动系统的电磁线圈下行，直到磨耗板的摩擦部与钢轨接触，摩擦部的耐磨件被压紧于钢轨上，导热件与钢轨接触。热风经主气道和辅助气道向外流动，将摩擦产生的热量带走。耐磨件的摩擦面略高于导热件，使得磨耗板与钢轨接触时，由耐磨件先接触钢轨，电磁线圈继续下压，耐磨件柔性形变、接着金属导热件接触钢轨，金属导热件完全填充电磁线圈与钢轨之间的磁隙，从而使磁力直达钢轨，增强涡流效应，快速制动。

本发明的优点在于：

1、在涡流轨道制动系统的电磁线圈底部增加磨耗板，磨耗板直接与钢轨接触，在电磁力制动的基础上增加摩擦制动。

2、在磨耗板的摩擦面开设冷却气道，冷却气道顺应平行于列车行进方向有利于空气从中流过，迅速带走由于摩擦产生的热量，保障磨耗板工作在合适的温度范围内。

3、磨耗板由金属制成的导热件和高分子柔性材料制成的耐磨件复合而成，充分结合了高分子材料合适的耐磨性能和自润滑性能，以及金属材料的重载负荷能力与良好导热性能，保障磨耗板具有合适的摩擦性能。

4、磨耗板中金属导热件与钢轨贴合，能够辅助磁系统的永磁体磁力线直达钢轨，消除了永磁体与钢轨的磁隙，增强涡流效应，快速制动。

5、耐磨件的摩擦面略高于导热件的摩擦面，电磁线圈下行时将耐磨件压紧于钢轨，耐磨件被挤压、并柔性形变，使导热件既能接触到钢轨表面，又由耐磨件承担摩擦损耗，减轻导热件的磨损。

6、高分子耐磨件位于磨耗板的两端，在行进方向上，耐磨件最先与轨道接触，能够清扫轨道表面可能存在的硬质磨屑或灰尘，避免这些硬质颗粒与金属导热件及钢轨摩擦而划伤钢轨表面。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是本发明的俯视图。

图3是图2的右视图。

图4是涡流轨道制动系统的示意图。

图中标识：主体1，连接部2，摩擦部3，耐磨件4，导热件5，冷却气道6，主气道7，辅助气道8，槽9，凸起10，磨耗板11，钢轨12，制动线圈13，涡流14，永磁体15。

具体实施方式

如图1-3所示，一种涡流轨道制动系统的磨耗板，包括主体1，主体1具有能够与轨道制动系统线圈固定的连接部2，和摩擦部3；摩擦部3由耐磨件4和导热件5组成，耐磨件4和导热件5沿轴向间隔排列，摩擦部3的两端均为耐磨件4；摩擦部3开设冷却气道6，冷却气道6由主气道7和辅助气道8组成，主气道7沿轴向贯穿摩擦部3，辅助气道8的入口与主气道7连通，辅助气道8的出口位于磨耗板的侧面。磨耗板的轴向与列车的行进方向一致，摩擦部3的两端指的是轴向的两端。

主体1由金属材料制成，主体1的背面为连接部2，主体1的正面为摩擦部3；主体1的正面开设有多个槽9，两个槽9之间的相邻部分为凸起10，耐磨件4固定于槽9。

耐磨件4具有柔性，耐磨件4的摩擦面高于导热件5的摩擦面。优选的，耐磨件4的摩擦面比导热件高1~5mm。

导热件5为金属材料，优选的，为铜合金；耐磨件4为高分子材料。

主气道7为直槽，辅助气道8为直槽，辅助气道8与主气道7相交呈锐角，优选的，呈45°。

如图4所示，涡流轨道制动系统，包括上述实施例所述的磨耗板，制动线圈底部焊接有上述磨耗板11，磨耗板的摩擦部正对列车钢轨12；每个制动线圈13底部焊接一个磨耗板11。

本发明的工作过程是：当动车和高铁列车制动时，使制动系统的电磁线圈下行，直到磨耗板的摩擦部3与钢轨12接触，摩擦部3的耐磨件4被压紧于钢轨12上，导热件5与钢轨12接触。热风经主气道7和辅助气道8向外流动，将摩擦产生的热量带走。耐磨件4的摩擦面略高于导热件5，使得磨耗板11与钢轨12接触时，由耐磨件4先接触钢轨12，电磁线圈继续下压，耐磨件4柔性形变、接着金属导热件5接触钢轨12，金属导热件5完全填充电磁线圈与钢轨12之间的磁隙，从而使磁力直达钢轨12，增强涡流效应，快速制动。

实施例1

将Cu-1wt.%Fe合金（导热件5）与尼龙（耐磨件4）按照体积分数分别为80%和20%复合制备成磨耗板11，导热件5与耐磨件4的厚度及宽度分别一致，导热件5的长度16 mm，耐磨件4长度4 mm，在磨耗板11长度方向最前端为耐磨件4。该磨耗板11总厚度为10 mm，宽度与铁轨表面宽度一致，长度与磁系统单元长度一致。将磨耗板11的一面开槽，其中主气道7宽度为2 mm，深度2 mm；+45度方向辅助气道8宽度为1 mm，深度1mm。如图4所示，将该磨耗板11的连接部2与磁系统单元固定，固定方式可采用粘接或者机械固定方式。磨耗板11与磁系统组成混合涡流轨道制动系统，在列车正常运行时悬停于钢轨1220~50 mm高度上方。当列车紧急制动时，风缸将磁系统放下并压紧钢轨12，磨耗板11通过与钢轨12表面的粘着摩擦提供制动力。同时磁系统通过永磁体15产生的永磁体涡流14产生磁制动力，降低列车速度。

实施例2：

将Cu-10wt.%Fe（导热件5）合金与聚酰亚胺（耐磨件4）按照体积分数分别为60%和40%复合制备成磨耗板11，合金块（导热件5）与聚酰亚胺块（耐磨件4）的厚度及宽度分别一致，合金块（导热件5）的长度6 mm，聚酰亚胺块（耐磨件4）长度4 mm，在磨耗板11长度方向最前端为聚酰亚胺块（耐磨件4）。该磨耗板11总厚度为15 mm，宽度与铁轨表面宽度一致，长度与磁系统单元长度一致。将磨耗板11的一面开槽，其中主气道7宽度为5 mm，深度5 mm；+45度方向辅助气道8宽度为3 mm，深度3 mm。将该磨耗板连接部2与磁系统单元固定，固定方式可采用粘接或者机械固定方式。磨耗板11与磁系统组成混合涡流轨道制动系统，在列车正常运行时悬停于钢轨20~50 mm高度上方。当列车紧急制动时，风缸将磁系统放下并压紧钢轨12，磨耗板11通过与钢轨12表面的粘着摩擦提供制动力。同时磁系统通过永磁体15产生的永磁体涡流14产生磁制动力，降低列车速度。

实施例3：

将Cu-2wt.%Fe-5 wt.%Ni合金（导热件5）与尼龙（耐磨件4）按照体积分数分别为70%和30%复合制备成磨耗板11，合金块（导热件5）与尼龙块（耐磨件4）的厚度及宽度分别一致，合金块（导热件5）的长度7 mm，尼龙块（耐磨件4）长度3 mm，在磨耗板11长度方向最前端为尼龙块（耐磨件4）。该磨耗板总厚度为10 mm，宽度与铁轨表面宽度一致，长度与磁系统单元长度一致。将磨耗板11的一面开槽，其中主气道7宽度为3 mm，深度3 mm；+45度方向辅助气道8宽度为2 mm，深度2 mm。将该磨耗板11的连接部2与磁系统单元固定，固定方式可采用粘接或者机械固定方式。磨耗板11与磁系统组成混合涡流轨道制动系统，在列车正常运行时悬停于钢轨20~50 mm高度上方。当列车紧急制动时，风缸将磁系统放下并压紧钢轨12，磨耗板11通过与钢轨12表面的粘着摩擦提供制动力。同时磁系统通过永磁体15产生的永磁体涡流14产生磁制动力，降低列车速度。

实施例4：

将Cu-5wt.%Fe-10wt.%Ni合金（导热件5）与聚酰亚胺（耐磨件4）按照体积分数分别为60%和40%复合制备成磨耗板，合金块（导热件5）与聚酰亚胺块（耐磨件4）的厚度及宽度分别一致，合金块（导热件5）的长度12 mm，聚酰亚胺块（耐磨件4）长度8 mm，在磨耗板长度方向最前端为聚酰亚胺块（耐磨件4）。该磨耗板11总厚度为12 mm，宽度与铁轨表面宽度一致，长度与磁系统单元长度一致。将磨耗板的一面开槽，其中主气道7宽度为4 mm，深度4 mm；+45度方向辅助气道8宽度为3 mm，深度3 mm。将该磨耗板连接部2与磁系统单元固定，固定方式可采用粘接或者机械固定方式。磨耗板11与磁系统组成混合涡流轨道制动系统，在列车正常运行时悬停于钢轨20~50 mm高度上方。当列车紧急制动时，风缸将磁系统放下并压紧钢轨12，磨耗板11通过与钢轨12表面的粘着摩擦提供制动力。同时磁系统通过永磁体15产生的永磁体涡流14产生磁制动力，降低列车速度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的护范围内。

Claims (4)

1.一种涡流轨道制动系统的磨耗板，其特征在于：包括主体，主体具有能够与轨道制动系统线圈 固定的连接部，和摩擦部；摩擦部由耐磨件和导热件组成，耐磨件和导热件沿轴向间隔排列，摩擦部的两端均为耐磨件；摩擦部开设冷却气道，冷却气道由主气道和辅助气道组

成，主气道沿轴向贯穿摩擦部，辅助气道的入口与主气道连通, 辅助气道的出口位于磨耗板的侧面；主体由金属材料制成，主体的背面为连接部，主体的正面为摩擦部；主体的正面开设有多个槽，两个槽之间的相邻部分为凸起，耐磨件固定于槽； 耐磨件具有柔性，耐磨件的摩擦面高于导热件的摩擦面。

2.根据权利要求书 1所述的一种涡流轨道制动系统的磨耗板，其特征在于：导热件为金属材料；耐磨件为高分子材料。

3.根据权利要求书 1所述的一种涡流轨道制动系统的磨耗板，其特征在于：主气道为直槽，辅助气道为直槽，辅助气道与主气道相交呈 锐角。

4.一种涡流轨道制动系统，其特征在于：制动线圈 底部焊接有如权利要求1-3之一项所述的磨耗板，磨耗板的摩擦部正对列车钢轨；每个制动线圈 底部焊接一个磨耗板。