CN109869423A - 一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，包括盘毂(1)，盘毂(1)外固定套设有隔离支撑体(2)、第一碳陶摩擦体(3)、第二碳陶摩擦体(4)和压环(5)，隔离支撑体(2)、第一碳陶摩擦体(3)、第二碳陶摩擦体(4)和压环(5)均为圆环形，第一碳陶摩擦体(3)、隔离支撑体(2)和第二碳陶摩擦体(4)沿盘毂(1)的轴线方向依次层叠设置，压环(5)套设于第一碳陶摩擦体(3)内，压环(5)与隔离支撑体(2)层叠设置。该适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘采用了隔热复合式结构，能够大大提高制动盘的使用寿命，保证了机车运行的长期可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，具体的是一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘。
背景技术
制动系统是机车车辆关键技术之一，直接关系到列车的运行安全。目前，我国盘形制动研究和应用已经有了较大的发展，所有的高速动车组均安装了盘形制动装置。制动方式的最为关键装置为制动盘。根据安装方式，高速动车组用制动盘一般分为轴装制动盘和轮装制动盘。在制动过程中受到的载荷有：自身重量、制动扭矩、热负荷及振动冲击载荷等强摩擦、高热负荷以及较大制动力和离心力等复杂工况下工作，制动盘工作的可靠性几乎决定了整个基础制动装置结构的可靠性水平，直接影响铁路机车车辆的行车安全。
制动盘和闸片作为基础制动的一对摩擦副，在制动过程中，根据能量守恒理论，高速运动中的列车其动能与列车速度的平方成正比，当列车在制动时，制动盘与闸片的相互摩擦将车辆的动能转变为热能，一部分热能消散在空气中，另一部分形成制动盘与闸片的热负荷。随着列车速度的提高，制动时产生的热负荷会大幅度增加。
传统铸钢制动盘目前应用于时速350km/h的高速列车，在长时间制动高温环境下，容易形成热斑和热疲劳裂纹，并且热负荷已经接近铸钢盘的使用极限，随着列车速度的提高，铸钢制动盘难以满足使用需求。
传统铸钢制动盘质量重，对于列车的减重要求尤其是簧下质量的减重不利，发明轻质、耐高温的制动盘对于列车提速、节能减排、有着重要的指导意义。
若将纯碳陶制动盘用于高速动车组，其安全性未经考量。首先由于碳陶材料较脆，强度较低，若全的碳陶轴装制动盘结构应用在高速动车组上，难以承受高的制动压力及制动扭矩；若紧固螺栓放在制动盘环形中心，制动过程中该处温度最高，高温会使得螺栓膨胀，进而轴力下降，使得制动盘使用失效或螺栓发生疲劳断裂，进而影响行车安全。
发明内容
为了满足时速350km/h以上高速动车组使用需求、降低列车簧下质量、节能减排、保证列车安全运营，本发明提供了一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，该适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘采用了隔热复合式结构，能够大大提高制动盘的使用寿命，保证了高速动车组运行的长期可靠性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，包括盘毂，盘毂外固定套设有隔离支撑体、第一碳陶摩擦体、第二碳陶摩擦体和压环，隔离支撑体、第一碳陶摩擦体、第二碳陶摩擦体和压环均为圆环形，第一碳陶摩擦体、隔离支撑体和第二碳陶摩擦体沿盘毂的轴线方向依次层叠设置，压环套设于第一碳陶摩擦体内，压环与隔离支撑体层叠设置。
沿隔离支撑体的周向，隔离支撑体内设有多个插销通孔，插销通孔内设有插销，插销的两端分别插接于第一碳陶摩擦体和第二碳陶摩擦体内。
插销通孔外套设有第一凸起环，第一凸起环位于隔离支撑体的两侧表面，插销的中部的断面椭圆形，插销的两端均为长方体结构，第一碳陶摩擦体和第二碳陶摩擦体的表面均设有插销盲槽，该插销盲槽长度方向与隔离支撑体的直径方向相同。
在相邻的两个插销通孔之间，隔离支撑体的两侧表面上均设有多个条形凸棱，条形凸棱的长度方向与隔离支撑体的直径方向相同。
隔离支撑体、第一碳陶摩擦体和第二碳陶摩擦体的外侧边缘均设有外侧螺栓孔，外侧螺栓依次穿过第一碳陶摩擦体、隔离支撑体和第二碳陶摩擦体的外侧螺栓孔。
隔离支撑体、第一碳陶摩擦体和第二碳陶摩擦体的内侧边缘均设有内侧螺栓孔，内侧第二螺栓依次穿过第一碳陶摩擦体、隔离支撑体和第二碳陶摩擦体的内侧螺栓孔。
隔离支撑体的两侧外边缘均设有第二凸起环，第二凸起环套设于外侧螺栓外，第二凸起环外连接有凸起条，凸起条位于隔离支撑体的两侧，凸起条位于第一凸起环和条形凸棱之间。
盘毂外设有多个外侧连接爪，多个外侧连接爪沿盘毂的周向均匀分布，隔离支撑体的内侧设有多个第一连接爪，第一连接爪与外侧连接爪通过内侧第一螺栓一一对应连接。
隔离支撑体的内侧边缘还设有多个第二连接爪，多个第二连接爪沿隔离支撑体周向均匀分布，第二连接爪与第一连接爪交错排布。
第一碳陶摩擦体的内侧边缘设有多个第一内侧连接爪，第二碳陶摩擦体的内侧边缘设有多个第二内侧连接爪，隔离支撑体的内侧边缘设有内侧第二螺栓，内侧第二螺栓依次穿过第一内侧连接爪、第二连接爪和第二内侧连接爪，第一连接爪的体积大于第二连接爪的体积。
隔离支撑体的两侧表面的构造互为镜像，第一碳陶摩擦体与第二碳陶摩擦体互为镜像，隔离支撑体的两侧表面设有隔热陶瓷涂层。
本发明的有益效果是：
1、该适用于高速动车组的碳陶轮装制动盘采用了隔热复合式结构，能够大大提高制动盘的使用寿命，保证了机车运行的长期可靠性。
2、与现有制动盘相比可以减重30％-50％。
3、特别适用于时速350公里以上的动车组列车使用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘的立体图。
图2是本发明所述适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘的主视图。
图3是图2中沿A-A方向的剖视图。
图4是图2中沿B-B方向的剖视图。
图5是隔离支撑体的主视图。
图6是隔离支撑体的立体图。
图7是第一碳陶摩擦体的主视图。
图8是第一碳陶摩擦体的后视图。
图9是第一碳陶摩擦体的立体图。
1、盘毂；2、隔离支撑体；3、第一碳陶摩擦体；4、第二碳陶摩擦体；5、压环；
11、外侧连接爪；
21、插销通孔；22、条形凸棱；23、第一凸起环；24、隔离支撑体内侧；25、第二凸起环；26、凸起条；27、第一连接爪；28、第二连接爪；29、外侧螺栓孔；210、内侧螺栓孔；
31、第一内侧连接爪；32、第一插销盲槽；
41、第二内侧连接爪；42、第二插销盲槽；
51、插销；52、外侧螺栓；53、内侧第一螺栓；54、内侧第二螺栓。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，包括盘毂1，盘毂1外固定套设有隔离支撑体2、第一碳陶摩擦体3、第二碳陶摩擦体4和压环5，隔离支撑体2、第一碳陶摩擦体3、第二碳陶摩擦体4和压环5均为圆环形，第一碳陶摩擦体3、隔离支撑体2和第二碳陶摩擦体4沿盘毂1的轴线(图3中的点划线)方向依次层叠设置，压环5套设于第一碳陶摩擦体3内，压环5与隔离支撑体2层叠设置，如图1至图3所示。
在本实施例中，隔离支撑体2、第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4均为片状结构，压环5的中心线、盘毂1的中心线、第一碳陶摩擦体3的中心线、隔离支撑体2的中心线和第二碳陶摩擦体的中心线重合。该适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘的总体厚度可以为80mm至110mm。
在本实施例中，沿隔离支撑体2的周向，隔离支撑体2内设有多个插销通孔21，插销通孔21内设有插销51，插销51的两端分别插接于第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4内，如图4所示。
在本实施例中，插销通孔21外套设有第一凸起环23，第一凸起环23位于隔离支撑体2的两侧表面，插销51的中部断面为椭圆形，插销51的两端为长方体结构，插销51的中部断面的面积大约插销51的两端断面的面积，第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4的表面均设有插销盲槽(包括第一碳陶摩擦体3含有的第一插销盲槽32，第二碳陶摩擦体4含有的第二插销盲槽42)，所述插销盲槽呈长条形，该插销盲槽的长度方向与隔离支撑体2的直径方向相同，如图4至图9所示。
插销51的中部位于插销通孔21内，插销51的两端分别位于第一插销盲槽32和第二插销盲槽42内，如图4所示，插销51的作用是便于隔离支撑体2与第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4的安装连接，以及提高该适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘中连接螺栓的抗剪切能力。第一凸起环23的作用是增大接触面积方便散热。
在本实施例中，在相邻的两个插销通孔21之间，隔离支撑体2的两侧表面上均设有多个条形凸棱22，条形凸棱22的长度方向与隔离支撑体2的直径方向相同。条形凸棱22的主要作用是增大接触面积方便散热，如图5和图6所示。
在本实施例中，隔离支撑体2、第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4的外侧边缘均设有外侧螺栓孔29，外侧螺栓52依次穿过第一碳陶摩擦体3、隔离支撑体2和第二碳陶摩擦体4的外侧螺栓孔29。隔离支撑体2、第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4的内侧边缘均设有内侧螺栓孔210，内侧第二螺栓54依次穿过第一碳陶摩擦体3、隔离支撑体2和第二碳陶摩擦体4的内侧螺栓孔210。从而将第一碳陶摩擦体3、隔离支撑体2和第二碳陶摩擦体4连接固定。
在本实施例中，隔离支撑体2的两侧外边缘均设有第二凸起环25，第二凸起环25套设于外侧螺栓52外，第二凸起环25外连接有凸起条26，凸起条26位于隔离支撑体2的两侧，凸起条26位于第一凸起环23和条形凸棱22之间，凸起条26的长度方向与隔离支撑体2的直径方向相同。第二凸起环25和凸起条26的主要作用是增大接触面积方便散热。
在本实施例中，盘毂1外设有多个外侧连接爪11，多个外侧连接爪11沿盘毂1的周向均匀分布，隔离支撑体内侧24设有多个第一连接爪27，多个第一连接爪27沿隔离支撑体2的周向均匀分布，压环5外也设有多个外连接爪，多个外连接爪沿压环5的周向均匀分布。压环5的外连接爪、隔离支撑体2的第一连接爪27与盘毂1的外侧连接爪11通过内侧第一螺栓53一一对应连接，即内侧第一螺栓53将压环5、隔离支撑体2与盘毂1连接固定，如图3所示。
在本实施例中，隔离支撑体内侧24还设有多个第二连接爪28，多个第二连接爪28沿隔离支撑体2周向均匀分布，第二连接爪28与第一连接爪27交错排布。第二连接爪28与第一连接爪27均大致呈长方体结构，第一连接爪27的体积大于第二连接爪28的体积，第二连接爪28和第一连接爪27均设有用于螺栓穿过的通孔(即上述内侧螺栓孔210)，如图5和图6所示。
在本实施例中，第一碳陶摩擦体3的内侧边缘设有多个第一内侧连接爪31(第一内侧连接爪31与压环5的外连接爪交错排布)，第二碳陶摩擦体4的内侧边缘设有多个第二内侧连接爪41，隔离支撑体2的内侧边缘设有内侧第二螺栓54，内侧第二螺栓54依次穿过第一内侧连接爪31、第二连接爪28和第二内侧连接爪41，内侧第二螺栓54将第一内侧连接爪31、第二连接爪28和第二内侧连接爪41一一对应连接，内侧第二螺栓54将第一碳陶摩擦体3、隔离支撑体2和第二碳陶摩擦体4的内侧连接固定。
在本实施例中，第一内侧连接爪31、第二内侧连接爪41和外侧连接爪11均为梯形结构，第一内侧连接爪31的梯形顶端朝向第一碳陶摩擦体3的内侧，第二内侧连接爪41的梯形顶端朝向第二内侧连接爪41的内侧，外侧连接爪11的梯形朝向外侧连接爪11的外侧，第二内侧连接爪41与外侧连接爪11形成交叉互补结构，如2所示。
在本实施例中，隔离支撑体2、第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4的厚度比为1：1：1，隔离支撑体2的两侧表面的构造互为镜像，即隔离支撑体2的主视图与后视图互为镜像。第一碳陶摩擦体3与第二碳陶摩擦体4互为镜像。
在本实施例中，隔离支撑体2的两侧表面设有隔热陶瓷涂层，以阻挡第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体产生的热量。该隔热陶瓷涂层的厚度在5微米至1000微米，优选300微米-500微米，能达到良好的结合强度和耐热性。盘毂1和隔离支撑体2的材质可以为钢也可以为铝基复合材料或其它高强耐高温的材料，第一碳陶摩擦体3和第二碳陶摩擦体4的材质为现有的碳陶复合材料，该碳陶复合材料具有较好的耐磨性，抗高温变形性。
该适用于高速动车组的碳陶轮装制动盘采用了隔热复合式结构，能够大大提高制动盘的使用寿命，保证了机车运行的长期可靠性。与现有制动盘相比可以减重30％-50％。特别适用于时速350公里以上的动车组列车使用。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (11)
1.一种适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，所述适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘包括盘毂(1)，盘毂(1)外固定套设有隔离支撑体(2)、第一碳陶摩擦体(3)、第二碳陶摩擦体(4)和压环(5)，隔离支撑体(2)、第一碳陶摩擦体(3)、第二碳陶摩擦体(4)和压环(5)均为圆环形，第一碳陶摩擦体(3)、隔离支撑体(2)和第二碳陶摩擦体(4)沿盘毂(1)的轴线方向依次层叠设置，压环(5)套设于第一碳陶摩擦体(3)内，压环(5)与隔离支撑体(2)层叠设置。
2.根据权利要求1所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，沿隔离支撑体(2)的周向，隔离支撑体(2)内设有多个插销通孔(21)，插销通孔(21)内设有插销(51)，插销(51)的两端分别插接于第一碳陶摩擦体(3)和第二碳陶摩擦体(4)内。
3.根据权利要求2所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，插销通孔(21)外套设有第一凸起环(23)，第一凸起环(23)位于隔离支撑体(2)的两侧表面，插销(51)的中部的断面椭圆形，插销(51)的两端均为长方体结构，第一碳陶摩擦体(3)和第二碳陶摩擦体(4)的表面均设有插销盲槽，该插销盲槽长度方向与隔离支撑体(2)的直径方向相同。
4.根据权利要求2所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，在相邻的两个插销通孔(21)之间，隔离支撑体(2)的两侧表面上均设有多个条形凸棱(22)，条形凸棱(22)的长度方向与隔离支撑体(2)的直径方向相同。
5.根据权利要求3所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，隔离支撑体(2)、第一碳陶摩擦体(3)和第二碳陶摩擦体(4)的外侧边缘均设有外侧螺栓孔(29)，外侧螺栓(52)依次穿过第一碳陶摩擦体(3)、隔离支撑体(2)和第二碳陶摩擦体(4)的外侧螺栓孔(29)。
6.根据权利要求3所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，隔离支撑体(2)、第一碳陶摩擦体(3)和第二碳陶摩擦体(4)的内侧边缘均设有内侧螺栓孔(210)，内侧第二螺栓(54)依次穿过第一碳陶摩擦体(3)、隔离支撑体(2)和第二碳陶摩擦体(4)的内侧螺栓孔(210)。
7.根据权利要求5所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，隔离支撑体(2)的两侧外边缘均设有第二凸起环(25)，第二凸起环(25)套设于外侧螺栓(52)外，第二凸起环(25)外连接有凸起条(26)，凸起条(26)位于隔离支撑体(2)的两侧，凸起条(26)位于第一凸起环(23)和条形凸棱(22)之间。
8.根据权利要求1所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，盘毂(1)外设有多个外侧连接爪(11)，多个外侧连接爪(11)沿盘毂(1)的周向均匀分布，隔离支撑体(2)的内侧设有多个第一连接爪(27)，第一连接爪(27)与外侧连接爪(11)通过内侧第一螺栓(53)一一对应连接。
9.根据权利要求7所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，隔离支撑体(2)的内侧边缘还设有多个第二连接爪(28)，多个第二连接爪(28)沿隔离支撑体(2)周向均匀分布，第二连接爪(28)与第一连接爪(27)交错排布。
10.根据权利要求8所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，第一碳陶摩擦体(3)的内侧边缘设有多个第一内侧连接爪(31)，第二碳陶摩擦体(4)的内侧边缘设有多个第二内侧连接爪(41)，隔离支撑体(2)的内侧边缘设有内侧第二螺栓(54)，内侧第二螺栓(54)依次穿过第一内侧连接爪(31)、第二连接爪(28)和第二内侧连接爪(41)，第一连接爪(27)的体积大于第二连接爪(28)的体积。
11.根据权利要求1所述的适用于高速动车组的碳陶轴装制动盘，其特征在于，隔离支撑体(2)的两侧表面的构造互为镜像，第一碳陶摩擦体(3)与第二碳陶摩擦体(4)互为镜像，隔离支撑体(2)的两侧表面设有隔热陶瓷涂层。
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