CN108468728A - 高速列车全盘制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车全盘制动器，包括制动器壳体、盘毂以及若干同轴叠装的动摩擦盘和静摩擦盘，所述动摩擦盘和静摩擦盘均为圆环盘体，其中，所述动摩擦盘的内圈通过花键配合套装在盘毂上，所述静摩擦盘的外圈通过花键配合装配在固定的制动器壳体内；所述动摩擦盘上沿轴向设有贯穿两个盘面的动盘轴向通风孔，沿径向设有贯穿动摩擦盘外圈和内圈侧面的动盘径向通风孔；所述静摩擦盘上沿轴向设有贯穿两个盘面的静盘轴向通风孔，沿径向设有贯穿静摩擦盘外圈和内圈侧面的静盘径向通风孔。本发明的高速列车全盘制动器通过设计全新的接口和散热结构，能够可靠地应用在高速列车的制动系统中，使得高速列车转向架的结构更加紧凑。

Description

高速列车全盘制动器

技术领域

本发明属于高速列车制动技术，具体涉及一种具有高效散热结构的高速列车尤其是可变轨距高速列车全盘制动器。

背景技术

随着我国以高速列车为代表的有轨列车飞速发展，高速列车逐步向高速度、高能载、轻量化以及变轨距等方向发展，其制动系统摩擦材料承受的制动能量巨大，制动盘接触表面的温度可高达900℃以上。

机械制动是高速列车不可或缺的安全保障，目前主要有轴盘式制动和轮盘式制动两种方式，都采用闸片与制动盘夹紧摩擦，有效摩擦面积小，为保障制动安全性，一个转向架通常需要4对轮盘或者6个轴盘，这样的配置使得制动系统结构笨重，并占据大量的空间，难以实现灵活调节，对变轨距转向架的适用性差。而开发高性能的高速列车尤其是可变轨距高速列车转向架，急需占用空间小、重量轻、适应变轨距、高效可靠的制动系统。

公开号为CN 106672218 A的中国发明专利公开了一种飞机碳/陶刹车装置，刹车壳体安装在汽缸座组件上，通过2个半卡环进行轴向限位，通过3个挡块进行角向限位，用于联接固定各零组件；活塞组件安装在汽缸座组件内，将刹车系统的刹车压力转化为刹车时的轴向推力；钢承压盘组件通过高强度螺栓固定在刹车壳体远离汽缸座组件的一端，用于承受刹车推力；压紧盘组件、动盘组件、静盘、承压盘安装在刹车壳体上，由钢承压盘组件轴向定位，通过刹车盘之间摩擦形成刹车制动力；其直径根据刹车性能指标进行调整。

以上飞机制动器盘的全盘式结构具有摩擦面积大、制动效率高、占用空间小、轻量化等一系列优点，可以借鉴到高速列车上。但是，飞机的制动装置与列车不同，且其在降落时有扰流板和反推力装置，其制动器盘实际作用制动器时的速度比较小，制动器能量不大。而高速列车紧急制动时需要在350km/h或者更高速度下直接制动器，其制动器能量巨大，如果不对这种结构进行列车接口结合设计及散热处理，全盘式制动器是无法直接应用在高速列车上的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的全盘式制动器不能够直接应用在高速列车上的问题，提供一种具有高效散热结构的高速列车尤其是可变轨距高速列车全盘制动器。

本发明采用如下技术方案实现：

高速列车全盘制动器，包括制动器壳体1、盘毂4以及若干同轴叠装的动摩擦盘2和静摩擦盘3，所述动摩擦盘2和静摩擦盘3均为圆环盘体，其中，所述动摩擦盘2的内圈通过花键配合套装在盘毂4上，所述静摩擦盘3的外圈通过花键配合装配在固定的制动器壳体1内；

所述动摩擦盘2上沿轴向设有贯穿两个盘面的动盘轴向通风孔22，沿径向设有贯穿动摩擦盘外圈和内圈侧面的动盘径向通风孔23；

所述静摩擦盘3上沿轴向设有贯穿两个盘面的静盘轴向通风孔32，沿径向设有贯穿静摩擦盘外圈和内圈侧面的静盘径向通风孔33；

所述盘毂4的外圆周上设有与动摩擦盘装配的盘毂花键齿41，所述盘毂花键齿41的顶端沿轴向贯通设有盘毂轴向通风槽42，所述盘毂花键齿41的顶端沿圆周方向设有盘毂周向通风槽43，所述盘毂周向通风槽43和花键齿之间的花键槽将所有盘毂轴向通风槽42之间连通，并将动摩擦盘2和静摩擦盘3内部贯穿设置的通风孔相互连通。

进一步的，所述制动器壳体1的圆周外壁上分布有若干壳体径向通风孔13，所述壳体径向通风孔13将动盘径向通风孔23和静盘径向通风孔33连通至制动器壳体外部。

进一步的，所述动摩擦盘2内圈的动盘内花键21花键齿顶端沿轴向设有轴向通风槽24。

进一步的，所述轴向通风槽24为弧形槽，其宽度为花键齿宽度的1/3～2/3，深度为花键齿高度的1/3～2/3。

进一步的，所述动摩擦盘2的外圈侧面上设有径向散热凹槽25，所述径向散热凹槽25与动盘径向通风孔23的外圈贯通口形成沉台孔。

进一步的，所述动盘径向通风孔23的内圈贯通口分布在动盘内花键21的花键齿和花键槽区域。

进一步的，所述静盘径向通风孔33的外圈贯通口分布在静盘外花键31的花键齿和花键槽区域。

进一步的，所述盘毂4上沿轴向设有贯通两个端面的盘毂轴向通孔44。

在本发明中，一种具有高效散热结构的高速列车全盘制动器，所述动盘轴向通风孔22和静盘轴向通风孔32为圆形孔、条形孔或锥形孔。

进一步的，所述动盘径向通风孔23和静盘径向通风孔33为直通孔、锥形通孔或阶梯通孔。

本发明采用上述技术方案提供了一种全新散热模式的全盘制动器，制动器壳体、动摩擦盘和静摩擦盘可以整体在在盘毂外圆周上的花键齿上实现轴向滑动，满足列车变轨距的要求。同时，该全盘制动器以其特有的多维度通风孔和通风槽结构，可以加快制动盘内外空气的流动速度，实现空气在制动盘径向与轴向的强制对流，摩擦盘在制动过程中散热速度快，能快速、高效地进行空气对流实现热能散发，减轻制动器各部件的热蠕变与热疲劳损伤，明显提升制动系统的疲劳寿命。将全盘制动器应用在高速列车上后，通过本发明不仅可以满足列车变轨距的要求，同时可有效改善全盘制动器散热效果差的问题，确保高速列车制动系统的安全可靠运行。

综上所述，本发明的高速列车全盘制动器通过设计全新的接口和散热结构，能够可靠地应用在高速列车的制动系统中，使得高速列车转向架的结构更加紧凑，尤其适合可变轨距高速列车。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例一、二、三中的全盘制动器的装配示意图。

图2为实施例一、二、三中的动摩擦盘、静摩擦盘和制动器壳体的装配示意图。

图3为实施例一、二、三中的盘毂结构示意图。

图4为实施例一、二、三中的制动器壳体的结构示意图。

图5为实施例一中的动摩擦盘的结构示意图。

图6为实施例一中的静摩擦盘的结构示意图。

图7为实施例二中的动摩擦盘的结构示意图。

图8为实施例二中的静摩擦盘的结构示意图。

图9为实施例三中的动摩擦盘的结构示意图。

图10为实施例三中的静摩擦盘的结构示意图。

图中标号：1-制动器壳体，11-壳体内花键，12-端面安装法兰，13-壳体径向通风孔；

2-动摩擦盘，21-动盘内花键，22-动盘轴向通风孔，23-动盘径向通风孔，24-轴向通风槽，25-径向散热凹槽；

3-静摩擦盘，31-静盘外花键，32-静盘轴向通风孔，33-静盘径向通风孔；

4-盘毂，41-盘毂花键齿，42-盘毂轴向通风槽，43-盘毂周向通风槽，44-盘毂轴向通孔。

具体实施方式

实施例一

参见图1和图2，图示中的全盘制动器为本发明的一种优选方案，包括制动器壳体1、若干同轴叠装在制动器壳体1内部的动摩擦盘2和静摩擦盘3以及盘毂4。

盘毂4为连接全盘制动器的动摩擦盘和车轴之间的安装件，具体为套筒结构，在盘毂4的外圆周上设有盘毂花键齿41，盘毂4通过盘毂花键齿41与动摩擦盘的内圈同轴装配，由车轴带动盘毂和动摩擦盘一同转动。盘毂花键齿41的顶端沿轴向设有盘毂轴向通风槽42，盘毂轴向通风槽42贯通整个盘毂花键齿41设置，即盘毂轴向通风槽42沿轴向在盘毂花键齿41上的两个端面贯通开口，盘毂花键齿41的顶端沿圆周方向设有盘毂周向通风槽43，盘毂周向通风槽43在同一圆周上，花键齿之间的花键槽同样可以看作设置在盘毂4上的轴向散热通道，盘毂周向通风槽43将所有的盘毂轴向通风槽42和花键槽之间连通一个轴向和周向方向连通的组合散热通道。

盘毂花键齿41沿盘毂4的外圆周均匀分布，数量根据盘毂4的外径尺寸大小在5-15个之间，盘毂花键齿41的具体参数设计参考机械设计手册。

在每一盘毂花键齿41上根据花键齿的宽度可以设有1-5个盘毂轴向通风槽42，为了保证盘毂花键齿41的强度，每个盘毂花键齿41上的盘毂轴向通风槽42的总宽度为花键齿宽度的1/5-1/2，深度为花键齿高度的1/5-1/2。盘毂轴向通风槽42的截面形状可以加工成U形、矩形或者倒梯形槽。

盘毂周向通风槽43根据盘毂的轴向尺寸可以在盘毂的不同轴向位置均匀布置有1-10圈，同一周向的盘毂周向通风槽43围成一圈，本实施例以设置一圈盘毂周向通风槽进行说明，为了保证盘毂花键齿41的强度，盘毂周向通风槽43的宽度为1-10mm，深度与盘毂轴向通风槽42的深度相同。盘毂周向通风槽43的截面形状可以加工成U形、矩形或者倒梯形。

另外，在盘毂4上沿轴向设有贯通两个端面的盘毂轴向通孔44，盘毂轴向通孔44在盘毂4的两个环形端面上以端面圆心为中心均匀分布，分布的数量根据盘毂的直径大小在5-60个之间，为了保证盘毂的整体结构，盘毂轴向通孔44的内径为盘毂壁厚的1/5-1/3。

结合参见图4，制动器壳体1为筒形结构，用于保护摩擦盘并承受与传递制动力矩，其一端外侧设置端面安装法兰12，通过连接螺栓与高速列车转向架固定连接，在制动器壳体1的内壁加工有壳体内花键11。

结合参见图5和图6，动摩擦盘2和静摩擦盘3均为圆环盘体，材质包括但不限于碳陶、金属、粉末冶金、复合材料等。转向架车轴穿过制动器壳体，其中动摩擦盘2的内圈设置动盘内花键21，通过花键配合套装在盘毂4外圆周上的盘毂花键齿41上，与转向架车轴保持同步旋转，动摩擦盘2的外圈设置呈完整圆周，与制动器壳体为相对转动设置；静摩擦盘3的外圈设置静盘外花键31，通过花键配合装配在固定的制动器壳体1内，静盘外花键31与壳体内花键11之间配合使得静摩擦盘3随制动器壳体1之间保持相对固定状态。

动摩擦盘2和静摩擦盘3之间为自由接触状态，当高速列车制动时，制动系统的液压装置产生制动力直接作用在摩擦盘的端面，将静摩擦盘3与动摩擦盘2迅速贴紧，通过静摩擦盘3和动摩擦盘2之间的摩擦力实现转向架车轴的制动。在这个过程中，列车动能转化为摩擦盘的热能，通过制动器的动摩擦盘、静摩擦盘及制动器壳体设计的通风结构，形成强制空气对流散热，确保制动系统稳定性。本实施例主要对制动器的散热结构进行具体说明，因此在附图中省略转向架、车轴以及制动系统的液压装置，这些属于高速列车的转向架结构和全盘制动器制动系统的常规设置。

具体如图5所示，为了更好的展示动摩擦盘2内部的散热结构，该图中对动摩擦盘2进行了局部剖视，在动摩擦盘2上沿轴向设有贯穿摩擦盘两个盘面的动盘轴向通风孔22，用于制动器轴向通风散热，动盘轴向通风孔22采用圆形孔、条形孔、锥形孔等各式通风孔，本实施例采用直径为φ5-φ15mm的圆形通孔，动盘轴向通风孔22在动摩擦盘2的盘面上以动摩擦盘的圆心对称分布。

另外，还在动摩擦盘2的内部沿径向设有贯穿动摩擦盘外圈和内圈侧面的动盘径向通风孔23；同时，还在动摩擦盘2内圈的动盘内花键21花键齿顶端沿轴向设有轴向通风槽24，将该轴向通风槽24与动盘径向通风孔23连通，形成内外贯通的通风散热通道，该结构有利于摩擦盘内圈的轴向空气对流散热。同时，轴向通风槽24与车轮轴之间形成的轴向通风通道将动摩擦盘2和静摩擦盘3上的径向通风通道之间形成立体相通的多维通风散热通道系统，这样带动了全盘制动器整体内部的空气流通，提高了全盘制动器整体的散热效率。

本实施例的动盘径向通风孔23采用等截面的直通孔，即位于动摩擦盘外圈和内圈的径向贯通口截面相同，其中动盘径向通风孔23在轴向的高度为动摩擦盘本体厚度的1/3～2/3，宽度为动摩擦盘本体厚度的1～5倍。径向贯通口沿沿动盘内花键21的花键齿和花键槽区域布置，并且以动摩擦盘的圆心为中心对称分布，保证了内花键的结构完整。轴向通风槽24为弧形槽，其宽度为花键齿宽度的1/3～2/3，深度为花键齿高度的1/3～2/3。

考虑到动摩擦盘2随转向架车轴高速旋转，本实施例还在动摩擦盘2的外圈侧面上设有径向散热凹槽25，径向散热凹槽25覆盖两个相邻的动盘径向通风孔的外侧贯通口，并与动盘径向通风孔23的外圈贯通口形成沉台孔，该沉台孔的设计，利用孔道截面的突变，增强径向通风孔23在旋转时的吸风效果，进一步加强摩擦盘内部的快速散热。

动摩擦盘2上的动盘径向通风孔23与盘毂4上的盘毂轴向通风槽42之间连通，静摩擦盘3上的静盘径向通风孔33与盘毂4外圆周上的花键齿之间的花键轴连通，再通过盘毂花键齿上的盘毂周向通风槽43与盘毂轴向通风槽42形成连通。这样，动盘轴向通风槽24与盘毂的花键槽之间形成的轴向通风通道将动摩擦盘2和静摩擦盘3上的径向通风通道之间形成立体相通的多维通风散热通道系统，这样带动了全盘制动器整体内部的空气流通，提高了全盘制动器整体的散热效率。

具体如图6所示，为了更好的展示静摩擦盘3内部的散热结构，该图中对静摩擦盘3进行了局部剖视，在静摩擦盘3上沿轴向设有贯穿摩擦盘两个盘面的静盘轴向通风孔32，用于制静器轴向通风散热，静盘轴向通风孔32采用圆形孔、条形孔、锥形孔等各式通风孔，本实施例采用直径为φ5-φ15mm的圆形通孔，静盘轴向通风孔32在静摩擦盘3的盘面上以静摩擦盘的圆心对称分布。

另外，还在静摩擦盘3的内部沿径向设有贯穿静摩擦盘外圈和内圈侧面的静盘径向通风孔33，本实施例的静盘径向通风孔33采用等截面的直通孔，即位于静摩擦盘外圈和内圈的径向贯通口截面相同，其中静盘径向通风孔33在轴向的高度为静摩擦盘本体厚度的1/3～2/3，宽度为静摩擦盘本体厚度的1～5倍。径向贯通口沿沿静盘外花键31的花键齿和花键槽区域布置，并且以静摩擦盘的圆心为中心对称分布，保证了内花键的结构完整。

再次参见图4，制动器壳体1的圆周外壁上分布有若干壳体径向通风孔13，这些壳体径向通风孔13圆形孔、矩形孔及其他异形通孔，并且分别在壳体内花键11的花键齿和花键槽区域分布，保证了内花键的结构完整。壳体径向通风孔13的设置使制动器壳体呈鼠笼状结构，既能实现较好的轻量化效果，又能将动摩擦盘和静摩擦盘上的动盘径向通风孔23和静盘径向通风孔33连通至制动器壳体外部，加快摩擦盘的径向空气对流利于制动器对外散热。

实施例二

结合参见图1、图2以及图7和图8，图示中的全盘制动器为本发明的第二种优选方案，在本实施例中，全盘制动器的整体装配结构与实施例一相同，制动器壳体1的结构也与实施例一相同，不同的是如图7所示：本实施例中的动盘径向通风孔23采用截面渐变的锥形通孔，即位于动摩擦盘外圈的径向贯通口的截面大于和位于内圈的径向贯通口截面，动盘径向通风孔23整体呈锥台结构，其中动盘径向通风孔23在轴向的高度整体不变，为静摩擦盘本体厚度的1/3～2/3，外圈的径向大端贯通口宽度为动摩擦盘本体厚度的1～5倍，内圈的径向小端贯通口宽度为静摩擦盘本体厚度的1/3～3倍。

同样的，如图8所示，本实施例中的静盘径向通风孔33同样采用截面渐变的锥形通孔，即位于静摩擦盘外圈的径向贯通口的截面大于和位于内圈的径向贯通口截面，静盘径向通风孔33整体呈锥台结构，其中静盘径向通风孔33在轴向的高度整体不变，为静摩擦盘本体厚度的1/3～2/3，外圈的径向大端贯通口宽度为静摩擦盘本体厚度的1～5倍，内圈的径向小端贯通口宽度为静摩擦盘本体厚度的1/3～3倍。

实施例三

结合参见图1、图2以及图9和图10，图示中的全盘制动器为本发明的第三种优选方案，在本实施例中，全盘制动器的整体装配结构与实施例一和实施例二相同，制动器壳体1的结构也与实施例一和实施例二相同，不同的是如图9所示：本实施例中的动盘径向通风孔23采用截面变化的两段式阶梯通孔，其中位于动摩擦盘外圈的径向贯通口的截面大于和位于内圈的径向贯通口截面，动盘径向通风孔23整体为两段阶梯结构，其中动盘径向通风孔23在轴向的高度整体不变，为静摩擦盘本体厚度的1/3～2/3，靠近外圈一段的阶梯通孔宽度为动摩擦盘本体厚度的1～5倍，靠近内圈的一段阶梯通孔宽度为静摩擦盘本体厚度的1/3～3倍。

同样的，如图10所示，本实施例中的静盘径向通风孔33同样采用截面变化的两段式阶梯通孔，即位于静摩擦盘外圈的径向贯通口的截面大于和位于内圈的径向贯通口截面，静盘径向通风孔33整体为两段阶梯结构，其中静盘径向通风孔33在轴向的高度整体不变，为静摩擦盘本体厚度的1/3～2/3，靠近外圈的一段阶梯孔宽度为静摩擦盘本体厚度的1～5倍，靠近内圈的一段阶梯孔宽度为静摩擦盘本体厚度的1/3～3倍。

实施例二和实施例三采用截面变化的径向通风孔，通过流体通过变截面通道的流速变化，提高了径向的气流流通效率，进一步提升了摩擦盘内部的散热效果。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.高速列车全盘制动器，其特征在于：包括制动器壳体(1)、盘毂(4)以及若干同轴叠装的动摩擦盘(2)和静摩擦盘(3)，所述动摩擦盘(2)和静摩擦盘(3)均为圆环盘体，其中，所述动摩擦盘(2)的内圈通过花键配合套装在盘毂(4)上，所述静摩擦盘(3)的外圈通过花键配合装配在固定的制动器壳体(1)内；

所述动摩擦盘(2)上沿轴向设有贯穿两个盘面的动盘轴向通风孔(22)，沿径向设有贯穿动摩擦盘外圈和内圈侧面的动盘径向通风孔(23)；

所述静摩擦盘(3)上沿轴向设有贯穿两个盘面的静盘轴向通风孔(32)，沿径向设有贯穿静摩擦盘外圈和内圈侧面的静盘径向通风孔(33)；

所述盘毂(4)的外圆周上设有与动摩擦盘装配的盘毂花键齿(41)，所述盘毂花键齿(41)的顶端沿轴向贯通设有盘毂轴向通风槽(42)，所述盘毂花键齿(41)的顶端沿圆周方向设有盘毂周向通风槽(43)，所述盘毂周向通风槽(43)和花键齿之间的花键槽将所有盘毂轴向通风槽(42)之间连通，并将动摩擦盘(2)和静摩擦盘(3)内部贯穿设置的通风孔相互连通。

2.根据权利要求1所述的高速列车全盘制动器，所述制动器壳体(1)的圆周外壁上分布有若干壳体径向通风孔(13)，所述壳体径向通风孔(13)将动盘径向通风孔(23)和静盘径向通风孔(33)连通至制动器壳体外部。

3.根据权利要求2所述的高速列车全盘制动器，所述动摩擦盘(2)内圈的动盘内花键(21)花键齿顶端沿轴向设有轴向通风槽(24)。

4.根据权利要求3所述的高速列车全盘制动器，所述轴向通风槽(24)为弧形槽，其宽度为花键齿宽度的1/3～2/3，深度为花键齿高度的1/3～2/3。

5.根据权利要求3所述的高速列车全盘制动器，所述动摩擦盘(2)的外圈侧面上设有径向散热凹槽(25)，所述径向散热凹槽(25)与动盘径向通风孔(23)的外圈贯通口形成沉台孔。

6.根据权利要求5所述的高速列车全盘制动器，所述动盘径向通风孔(23)的内圈贯通口分布在动盘内花键(21)的花键齿和花键槽区域。

7.根据权利要求6所述的高速列车全盘制动器，所述静盘径向通风孔(33)的外圈贯通口分布在静盘外花键(31)的花键齿和花键槽区域。

8.根据权利要求1所述的高速列车全盘制动器，所述盘毂(4)上沿轴向设有贯通两个端面的盘毂轴向通孔(44)。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的高速列车全盘制动器，所述动盘轴向通风孔(22)和静盘轴向通风孔(32)为圆形孔、条形孔或锥形孔。

10.根据权利要求9所述的高速列车全盘制动器，所述动盘径向通风孔(23)和静盘径向通风孔(33)为直通孔、锥形通孔或阶梯通孔。