CN110513412A - 一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝‑钢铁组合式轨道车辆制动盘，包括制动盘主体和外层板，所述制动盘主体采用铝合金制成，所述外层板采用合金钢或铸铁制成；所述制动盘主体内部设置若干散热筋；所述制动盘主体的上表面和下表面分别设置扇形凹槽；所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内。本发明的技术方案解决了现有的制动盘不能同时满足承受更高的温度和热应力以及降低重量的要求的问题。

Description

一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘

技术领域

本发明涉及制动盘技术领域，具体而言，尤其涉及一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘。

背景技术

制动盘是轨道车辆盘式制动器中的一个重要关键部件，在制动中，制动盘与制动闸片构成摩擦副，通过相互摩擦消耗列车的动能，达到停车的目的，随着列车速度的不断提高，一方面，要求制动盘承受更高的温度和热应力，另一方面，要求降低车辆的重量。

当车辆进行制动时，是借助摩擦作用将车辆运行的动能通过摩擦转化成热能，这就要求制动盘具有良好的耐磨性能，在众多材料中，耐磨、耐热疲劳的钢铁材料成为轨道车辆制动盘，尤其是高速列车制动盘的首选。同时，制动盘也是一个起到能量转换器作用的部件。当车辆制动时，车辆运行的动能通过摩擦转化成热能储存到制动盘上，这就要求制动盘需要具有足够的热量储存能力和散热能力，这使制动盘必须具有较大的质量。然而，钢铁材料是一种高比重材料，大重量的制动盘显著增加了车辆的重量而不利于降低车辆能耗和提高车辆速度。为解决降低制动盘重量，满足列车轻量化的需求，人们开始尝试采用如碳-碳复合材料、碳-陶复合材料、陶瓷强化铝合金材料等轻质材料制造制动盘，这些材料具有密度小、比热容大等优点。但是也面临诸多问题，如碳-碳复合材料导热性差，热量集中在摩擦面，易出现摩擦系数波动大的问题。铝基材料的耐热温度低、强度低，易发生粘着磨损和擦伤等问题，只能用在低速车辆上。因此，研发出耐磨损、摩擦系数稳定、散热好、比重低的制动盘，就成为制造高品质、高能量制动盘的发展方向。

发明内容

根据上述提出现有的制动盘不能同时满足承受更高的温度和热应力以及降低重量的要求的技术问题，而提供一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘。本发明采用铝合金制造盘主体，利用了铝的导热性好，比重低的优点，实现了减重和降低制动盘温度的目的；将合金钢或铸铁板附在制动盘外层，利用了钢铁耐高温耐磨损的优点，起到了提高制动盘寿命，保证列车安全运行的作用。

本发明采用的技术手段如下：

一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，包括制动盘主体和外层板，所述制动盘主体采用铝合金制成，所述外层板采用合金钢或铸铁制成；所述制动盘主体内部设置若干散热筋；所述制动盘主体的上表面和下表面分别设置扇形凹槽；所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内。

进一步地，所述外层板设置螺栓孔，所述制动盘还包括与所述螺栓孔相匹配的螺栓，所述外层板通过所述螺栓和螺母固定安装于所述扇形凹槽内。

进一步地，所述螺栓贯穿所述制动盘主体，将所述制动盘主体上下两侧位置相对的两块所述外层板相连接；所述外层板通过所述螺母实现与所述制动盘主体的固定。

进一步地，所述制动盘主体采用高强度铝合金制成。

进一步地，所述制动盘主体上表面和下表面分别设置3～8个所述扇形凹槽，相邻两个所述扇形凹槽之间的间隔为5mm～15mm，所述扇形凹槽的深度为8mm～18mm。

进一步地，所述扇形凹槽设置定位台阶，所述外层板朝向所述扇形凹槽的一侧设置与所述定位台阶相匹配的凸台；所述凸台的形状为圆形、方形或锥形；所述凸台的高度为5～10mm；所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内时，所述凸台嵌入所述定位台阶内。

进一步地，所述外层板采用锻造合金纲、铸造合金钢或铸铁制成。

进一步地，所述外层板背向所述扇形凹槽的一面为平面；所述外层板的形状与所述扇形凹槽的形状相匹配，所述外层板的厚度与所述扇形凹槽的深度相同。

进一步地，所述外层板设置螺钉孔，所述制动盘主体上对应所述螺钉孔的位置处的散热筋内部设置螺纹孔，所述制动盘还包括螺钉，所述螺钉穿过所述螺钉孔旋入所述螺纹孔，使所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，为了更有效的消散制动产生的热量，采用铝合金材料制成通风式制动盘主体；铝合金制动盘主体上设置有散热筋，具有良好的导热散热性；在铝合金制动盘主体上紧固外层板，合金钢或铸铁外层板作为制动摩擦接触面，具有良好的耐高温耐磨性；这种双金属组合式制动盘结构利于轻量化，又可便于散热，改善了制动盘由于热疲劳产生裂纹而失效的问题，同时，组合结构可允许外层板在到达磨损极限后，不需要将制动盘从车轴上拆下，可直接更换磨损的外层板，从而使盘主体反复使用，显著降低了车辆运行成本和维修时间。

综上，应用本发明的技术方案采用铝合金制造盘主体，利用了铝的导热性好，比重低的优点，实现了减重和降低制动盘温度的目的；将合金钢或铸铁板附在制动盘外层，利用了钢铁耐高温耐磨损的优点，起到了提高制动盘寿命，保证列车安全运行的作用。因此，本发明的技术方案解决了现有的制动盘不能同时满足承受更高的温度和热应力以及降低重量的要求的问题。

基于上述理由本发明可在车辆制动盘等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中所述制动盘的结构俯视图。

图2为图1中A-A方向剖视图。

图3为图2的B向视图。

图4为本发明实施例1中所述上侧外层板的结构示意图。

图5为本发明实施例1中所述下侧外层板的结构示意图。

图6为本发明实施例3中所述制动盘的结构俯视图。

图7为图6中A-A方向剖视图。

图中：1、制动盘主体；2、上侧外层板；3、螺栓；4、防松垫圈Ⅰ；5、螺母；6、防松垫圈Ⅱ；7、下侧外层板；8、散热筋Ⅰ；9、螺钉；10、散热筋Ⅱ；11、扇形凹槽；12、定位台阶；13、凸台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

实施例1

如图1-5所示，本发明提供了一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，包括制动盘主体1和外层板，所述制动盘主体1采用铝合金制成，所述外层板采用合金钢或铸铁制成；所述制动盘主体1内部设置若干散热筋；所述制动盘主体1的上表面和下表面分别设置扇形凹槽11；所述外层板固定安装于所述扇形凹槽11内。

进一步地，所述制动盘主体1采用高强度铝合金制成。

进一步地，所述制动盘主体1上表面和下表面分别设置3～8个所述扇形凹槽11，相邻两个所述扇形凹槽11之间的间隔为5mm～15mm，这是考虑到钢铁和铝合金的热膨胀系数的差别和有足够的限位强度；所述扇形凹槽11的深度为8mm～18mm。

进一步地，所述扇形凹槽11设置定位台阶12，所述外层板朝向所述扇形凹槽11的一侧设置与所述定位台阶12相匹配的凸台13；所述凸台13的形状为圆形、方形或锥形；所述外层板固定安装于所述扇形凹槽11内时，所述凸台13嵌入所述定位台阶12内；可保证制动时外层形成摩擦的热量直接传递给铝合金制动盘主体上的散热筋，通过散热筋将摩擦热吸收和散出；而且这种结构有利于限制外层板沿盘径向和周向的位移。

进一步地，所述凸台13的深度为5mm～10mm。

进一步地，所述外层板采用锻造合金纲或铸造合金钢制成。

进一步地，所述外层板背向所述扇形凹槽的一面为平面，所述外层板的形状与所述扇形凹槽11的形状相匹配，所述外层板的厚度与所述扇形凹槽11的深度相同。

进一步地，所述外层板设置螺栓孔，所述制动盘还包括与所述螺栓孔相匹配的螺栓3，所述外层板通过所述螺栓3和螺母5固定安装于所述扇形凹槽11内。

进一步地，所述螺栓3贯穿所述制动盘主体1，将所述制动盘主体1上下两侧位置相对的两块所述外层板相连接；所述外层板通过所述螺母5实现与所述制动盘主体1的固定。

进一步地，每一个所述扇形凹槽11对应一个所述外层板；每一块所述外层板设置2～6个螺栓孔；位于所述制动盘主体1上侧的为上侧外层板2，位于所述制动盘主体下侧的为下侧外层板7。

优选地，所述上侧外层板设置4个沉头式螺栓孔，所述下侧外层板设置4个螺栓孔，所述螺栓3为内六角螺栓，在安装时，将所述内六角螺栓3的大端配合防松垫圈Ⅰ4装入所述沉头式螺栓孔内，小端穿过所述螺栓孔与所述螺母5连接，所述螺栓孔与所述螺母5之间设置防松垫圈Ⅱ6。

进一步地，为了对所述螺母5限位，在每个下侧外层板7上相应位置加工出4个六边形的沉头孔，以便在内六角螺栓拧入时防止螺母随转。

进一步地，所述防松垫圈Ⅰ4和所述防松垫圈Ⅱ6，为适用于高铁上使用、抗振动不松并能承受高温的垫圈。

本发明充分利用钢铁材料耐高温和耐磨损，以及铝合金的比重低、散热好的优点，将两种材料结合在一起，制造出铝-钢铁组合式制动盘；也就是将钢铁材料附在制动盘的外层，作为制动盘的摩擦面，起到耐高温、耐磨损的作用；盘主体采用铝合金材料制造，增加散热和减重效果。这种铝-钢铁组合式制动盘与其他形式的制动盘相比，在成本不高的情况下，明显具有通风散热好、耐磨性、重量低等优点；同时，由于是组合式结构，制动盘面磨损后，仅仅更换盘面组件，盘体可实现重复利用，显著提高了制动盘的使用寿命。

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种重量轻、散热快及制动性能稳定的轨道车辆制动盘。为了更有效的消散制动产生的热量，采用铝合金材料制成通风式制动盘主体。铝合金盘主体上均匀分布着圆柱形或呈放射状的长条形散热筋，具有良好的导热散热性。在铝合金盘主体上紧固上呈轴对称排布的合金钢或铸铁扇形外层板，合金钢或铸铁外层板作为制动摩擦接触面，具有良好的耐高温耐磨性。这种双金属组合式制动盘结构利于轻量化，又可便于散热，改善了制动盘由于热疲劳产生裂纹而失效的问题。其组合式结构可使制动盘主体重复利用，降低了车辆的运行成本。该方法制造工艺简单，成本低，有显著的经济和社会效益。

本发明所述的制动盘为组合式结构，盘主体采用铝合金材料，相对于钢铁材料，铝合金有更高的导热系数和比热容，是理想的蓄热散热材料，有助于降低制动盘温度。铝合金密度小，利于减小制动盘质量，达到车辆轻量化的目的。制动盘主体内侧面，设计有通风冷却结构，通风冷却结构采用均匀分布的圆柱形或呈放射状的长条形散热筋，以增加散热面积，并在制动时形成气体流动通道，提高散热效果。在盘主体的外侧面，每个面上加工有3～8个扇形凹槽，扇形凹槽用于安放和固定扇形板，凹槽是以制动盘中心为圆心的环形布局，在槽内设计有定位台阶，用于限定扇形板的位置。

由于本发明具有上述特点，因此，其结构设计合理，拆装更换方便，实现了减重，利于降低制动盘的最高温度，减少热斑，提高制动盘的寿命，实现了制动盘主体的重复利用，降低了车辆运行和维护成本。

实施例2

在实施例1的基础上，所述制动盘主体1的上表面和下表面分别呈轴对称分布设置6个扇形凹槽11，相邻两个所述扇形凹槽11之间的间隔为10mm，所述扇形凹槽11的深度为15mm。

进一步地，所述散热筋为圆柱形。

进一步地，所述凸台13为圆柱形，高度为8mm。

进一步地，所述定位台阶12设置于所述扇形凹槽11上对应至所述螺栓3的位置处。

实施例3

如图6-7所示，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述制动盘可以用于在城轨列车上用于基础制动，所述外层板采用蠕墨铸铁制成。

进一步地，所述外层板设置螺钉孔，所述制动盘主体上对应所述螺钉孔的位置处的散热筋内部设置螺纹孔，所述制动盘还包括螺钉9，所述螺钉9穿过所述螺钉孔旋入所述螺纹孔，使所述外层板固定安装于所述扇形凹槽11内。

进一步地，所述制动盘主体1上对应所述螺钉孔的位置处的散热筋为散热筋Ⅱ10，其他位置处的散热筋为散热筋Ⅰ8，所述散热筋Ⅱ10比所述散热筋Ⅰ8粗。

进一步地，每个外层板上设置6个沉头螺钉孔，所述螺钉9为内六角螺钉。

进一步地，所述螺钉9与所述外层板之间设置防松垫圈Ⅰ4。

进一步地，所述制动盘主体1的上表面和下表面分别呈轴对称分布设置3个扇形凹槽11，相邻两个所述扇形凹槽11之间的间隔为12mm，所述扇形凹槽11的深度为15mm。

进一步地，所述凸台13为四方体，高度为8mm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，包括制动盘主体和外层板，其特征在于，

所述制动盘主体采用铝合金制成，所述外层板采用合金钢或铸铁制成；

所述制动盘主体内部设置若干散热筋；

所述制动盘主体的上表面和下表面分别设置扇形凹槽；

所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内。

2.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述外层板设置螺栓孔，所述制动盘还包括与所述螺栓孔相匹配的螺栓，所述外层板通过所述螺栓和螺母固定安装于所述扇形凹槽内。

3.根据权利要求2所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述螺栓贯穿所述制动盘主体，将所述制动盘主体上下两侧位置相对的两块所述外层板相连接；所述外层板通过所述螺母实现与所述制动盘主体的固定。

4.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述制动盘主体采用高强度铝合金制成。

5.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述制动盘主体上表面和下表面分别设置3～8个所述扇形凹槽，相邻两个所述扇形凹槽之间的间隔为5mm～15mm，所述扇形凹槽的深度为8mm～18mm。

6.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述扇形凹槽设置定位台阶，所述外层板朝向所述扇形凹槽的一侧设置与所述定位台阶相匹配的凸台；所述凸台的形状为圆形、方形或锥形；所述凸台的高度为5～10mm；所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内时，所述凸台嵌入所述定位台阶内。

7.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述外层板采用锻造合金纲、铸造合金钢或铸铁制成。

8.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述外层板背向所述扇形凹槽的一面为平面；所述外层板的形状与所述扇形凹槽的形状相匹配，所述外层板的厚度与所述扇形凹槽的深度相同。

9.根据权利要求1所述的铝-钢铁组合式轨道车辆制动盘，其特征在于，所述外层板设置螺钉孔，所述制动盘主体上对应所述螺钉孔的位置处的散热筋内部设置螺纹孔，所述制动盘还包括螺钉，所述螺钉穿过所述螺钉孔旋入所述螺纹孔，使所述外层板固定安装于所述扇形凹槽内。