CN110608249A - 高速列车复合材料轮装制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明属于列车制动装置技术领域，具体涉及一种高速列车复合材料轮装制动盘。其包括内侧钢质骨架、外侧钢质骨架、内侧碳陶摩擦环、外侧碳陶摩擦环、滑块、套筒等。本制动盘由碳陶材料的摩擦环和铸钢材质的骨架组成，重量约为传统钢质材料制动盘的1/3，可以大大减轻高速列车的簧下重量，满足高速列车对轻量化的要求；碳陶复合材料的制动盘可以承受更大的制动能量，适应于时速超过350公里的高速列车，满足高速列车对提速的要求；摩擦环结构简单，适合碳陶复合材料的制造；摩擦环通过套筒和滑块固定在钢质骨架上，钢质骨架通过既有成熟的定位销和紧固件结构固定在车轮上，解决了碳陶轮盘与车轮固定的难题。

Description

高速列车复合材料轮装制动盘

技术领域

本发明属于列车制动装置技术领域，具体涉及一种高速列车复合材料轮装制动盘。

背景技术

目前，国内高速列车复合材料轮装制动盘盘体全部采用锻钢或者铸钢材质，传统的铸钢或锻钢盘体生产效率高、生产成本低，在高速列车上得到广泛运用。但是钢盘重量不轻，不利于减轻高速列车的簧下重量，因此钢盘难以满足高速列车对轻量化的要求；另外，在制动过程中盘体和闸片会相互摩擦并产生大量的热，绝大部分热量会被盘体吸收，导致盘体温度很高，目前时速350公里的高速列车制动过程中盘体的最高温度已经接近于钢质材料的极限温度，列车若进一步提速，制动能量就会更大，盘体温度就更高，传统钢质材料的盘体已经无法满足时速超过350公里的高速列车的制动需求。

碳陶复合材料具有低密度、耐高温、高比强和高耐磨的优点，低密度可以大幅度减轻制动盘的重量，有利于减轻高速列车的簧下重量；耐高温、高比强和高耐磨可以承受更大的制动能量，大幅度提高制动盘的使用极限温度；因此碳陶复合材料已成为新一代制动摩擦材料的一个主要研究方向。

但是碳陶复合材料韧性差、易脆裂，不适合制造结构复杂的部件，而制动盘结构相当复杂且具有板条状散热筋结构用于散热；而且碳陶复合材料的强度比钢质材料低很多，不适合传统钢质轮盘与车轮的固定方式。因此，适合碳陶复合材料的轮盘结构形式以及轮盘与车轮的固定方式是目前亟待解决的难题。

发明内容

为了解决轮盘与车轮如何固定的技术难题，本发明的目的在于提供一种高速列车复合材料轮装制动盘。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

高速列车复合材料轮装制动盘，包括安装于车轮内侧的内侧钢质骨架、安装于车轮外侧的外侧钢质骨架、安装于所述内侧钢质骨架的内侧的内侧碳陶摩擦环、安装于所述外侧钢质骨架的外侧的外侧碳陶摩擦环，所述内侧碳陶摩擦环与内侧钢质骨架接触，所述外侧碳陶摩擦环与外侧钢质骨架接触；所述内侧钢质骨架、外侧钢质骨架材质为铸钢材料，所述内侧碳陶摩擦环、外侧碳陶摩擦环材质为碳陶复合材料；

钢质骨架与碳陶摩擦环相接触的接触面上均匀分布着内周滑块滑槽和外周滑块滑槽，所述内周滑块滑槽和外周滑块滑槽内分别安装有滑块，所述滑块中心具有贯穿的通孔；钢质骨架与车轮腹板相接触的接触面上均匀分布着散热筋和定位销滑槽，钢质骨架上对应内周滑块滑槽和外周滑块滑槽的位置分别加工有骨架内周螺栓孔和骨架外周螺栓孔；

车轮腹板上对应骨架内周螺栓孔、骨架外周螺栓孔和定位销滑槽的位置分别加工有车轮内周螺栓孔、车轮外周螺栓孔和定位销孔；

所述内侧钢质骨架、车轮腹板与外侧钢质骨架之间设置有与定位销孔对应的定位销轴，所述定位销轴穿过所述定位销孔并插入所述定位销滑槽内，所述内侧钢质骨架、外侧钢质骨架通过定位销轴与车轮腹板实现初定位；

碳陶摩擦环与钢质骨架相接触的接触面上加工有内周套筒孔和外周套筒孔，所述内周套筒孔和外周套筒孔内分别插设有套筒，所述套筒的一端穿入滑块通孔内，所述套筒内穿设螺栓，所述螺栓穿过套筒通孔、骨架螺栓孔、车轮螺栓孔后，将内侧碳陶摩擦环、内侧钢质骨架、车轮腹板、外侧钢质骨架和外侧碳陶摩擦环紧固连接。

作为优选的技术方案，钢质骨架的内周滑块滑槽间隔60°均匀排布，钢质骨架的外周滑块滑槽亦间隔60°均匀排布，且相邻的内周滑块滑槽和外周滑块滑槽间隔30°排布。

作为优选的技术方案，钢质骨架的定位销滑槽间隔60°均匀排布；单个滑块滑槽的两个滑槽侧面与对应的螺栓孔中心线对称分布；相邻的滑块滑槽和定位销滑槽间隔15°排布。

作为优选的技术方案，碳陶摩擦环的内周套筒孔间隔60°均匀排布，碳陶摩擦环的外周套筒孔亦间隔60°均匀排布，且相邻的内周套筒孔和外周套筒孔间隔30°排布。

作为优选的技术方案，设碳陶摩擦环的内周套筒孔分布圆直径与碳陶摩擦环的中部圆直径差值为a，碳陶摩擦环的外周套筒孔分布圆直径与碳陶摩擦环的中部圆直径差值为b，则a＝b。a或b的值优选为20mm～40mm。

作为优选的技术方案，所述套筒包括大端部和小端部，大端部和小端部为同心阶梯圆柱轴状结构，套筒中心具有贯穿大端部和小端部的通孔，套筒小端部外径与碳陶摩擦环的套筒孔直径相等，套筒通孔直径比钢质骨架的螺栓孔直径大1～2mm；套筒小端部的长度小于碳陶摩擦环的套筒孔台阶厚度和滑块厚度之和。

作为优选的技术方案，套筒大端部还具有一定深度的沉孔，沉孔深度优选为2～5mm，沉孔直径比螺栓头最大直径轮廓大2～5mm。

作为优选的技术方案，所述定位销轴为实心圆柱轴，并在轴两端的圆柱面沿轴向方向对称铣削一定深度，铣削完后的两个平面与圆柱中心线对称分布；所述定位销轴的中部设有环形凹槽，所述环形凹槽里设有O型圈。

作为优选的技术方案，摩擦环内周套筒孔分布圆直径比骨架内周螺栓孔分布圆直径小0.5～1.5mm，摩擦环外周套筒孔分布圆直径比骨架外周螺栓孔分布圆直径小0.5～1.5mm，骨架内周螺栓孔分布圆直径与车轮内周螺栓孔分布圆直径相等，骨架外周螺栓孔分布圆直径与车轮外周螺栓孔分布圆直径相等，骨架中部圆直径与车轮定位销孔分布圆直径相等。

由于采用上述技术方案，本发明具有至少以下有益效果：

(1)本发明提供的高速列车复合材料轮装制动盘由碳陶材料的摩擦环和铸钢材质的骨架组成，重量约为传统钢质材料制动盘的1/3，可以大大减轻高速列车的簧下重量，满足高速列车对轻量化的要求；

(2)碳陶复合材料的制动盘可以承受更大的制动能量，适应于时速超过350公里的高速列车，满足高速列车对提速的要求；

(3)摩擦环结构简单，适合碳陶复合材料的制造；摩擦环通过套筒和滑块固定在钢质骨架上，钢质骨架通过既有成熟的定位销和紧固件结构固定在车轮上，解决了碳陶轮盘与车轮固定的难题；

(4)制动过程中摩擦环与闸片摩擦会产生大量的热，热量被摩擦环吸收后，摩擦环会产生径向膨胀，摩擦环与骨架之间必然存在轻微的径向位移。径向位移产生后，安装在摩擦环套筒孔里的套筒会随着摩擦环径向膨胀，由于套筒插入到滑块的通孔里，滑块也会随着套筒在骨架的滑块滑槽里产生径向位移，整个过程，制动盘内部不会由于摩擦环与骨架之间发生径向位移而产生内部约束力从而提高制动盘的使用寿命。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的装配结构示意图；

图2是碳陶摩擦环的结构示意图；

图3是图2中A-A向的结构示意图；

图4是钢质骨架的结构示意图；

图5是图4中B-B向的结构示意图；

图6是套筒的结构示意图；

图7是图6中C-C向的结构示意图；

图8是滑块的结构示意图；

图9是图8中D-D向的结构示意图；

图10是定位销轴处的局部结构示意图；

图11是车轮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例

参考图1，高速列车复合材料轮装制动盘，包括安装于车轮9内侧的内侧钢质骨架21、安装于车轮外侧的外侧钢质骨架22、安装于所述内侧钢质骨架21的内侧的内侧碳陶摩擦环11、安装于所述外侧钢质骨架22的外侧的外侧碳陶摩擦环12；所述内侧钢质骨架21、外侧钢质骨架22材质为铸钢材料，所述内侧碳陶摩擦环11、外侧碳陶摩擦环12材质为碳陶复合材料；参考图3，碳陶摩擦环呈环状结构，两侧平面分别是摩擦面13和接触面14，摩擦面13即碳陶摩擦环与闸片相摩擦的面，接触面14即碳陶摩擦环与钢质骨架相接触的面；

参考图4和图5，钢质骨架两侧平面分别是滑块滑槽面23和散热筋面24，滑块滑槽面23与碳陶摩擦环的接触面14接触，散热筋面24与车轮腹板91接触；滑块滑槽面23上均匀分布着6个内周滑块滑槽25和6个外周滑块滑槽26，内周滑块滑槽25和外周滑块滑槽26均间隔60°均匀排布，且相邻的内周滑块滑槽和外周滑块滑槽间隔30°排布；单个滑块滑槽的两个滑槽侧面与对应的螺栓孔中心线对称分布；内周滑块滑槽25和外周滑块滑槽26的宽度均设为T1，深度均设为T2；所述内周滑块滑槽25和外周滑块滑槽26内分别安装有滑块4(参考图1)；散热筋面24上对应内周滑块滑槽25和外周滑块滑槽26的位置分别加工有6个骨架内周螺栓孔27和6个骨架外周螺栓孔28，也就是说，骨架内周螺栓孔27和骨架外周螺栓孔28也都是间隔60°均匀排布，且相邻的骨架内周螺栓孔27和骨架外周螺栓孔28间隔30°排布；散热筋面24上还均匀分布着散热筋和6个定位销滑槽29(参考图10)，定位销滑槽29间隔60°均匀排布，且相邻的定位销滑槽29和内周滑块滑槽25、外周滑块滑槽26间隔15°排布。

参考图11，车轮腹板91上加工有车轮内周螺栓孔92、车轮外周螺栓孔93和定位销孔96；车轮内周螺栓孔分布圆94直径与骨架内周螺栓孔分布圆210直径相等，车轮外周螺栓孔分布圆95直径与骨架外周螺栓孔分布圆211直径相等；车轮定位销孔分布圆97直径与骨架中部圆212直径相等，车轮定位销孔96间隔60°均匀排布。

参考图10，所述内侧钢质骨架21、车轮腹板与外侧钢质骨架22之间设置有与定位销孔对应的定位销轴5，所述定位销轴5穿过所述定位销孔并插入所述定位销滑槽29内，所述内侧钢质骨架21、外侧钢质骨架22通过定位销轴5与车轮腹板91实现初定位；所述定位销轴5为实心圆柱轴，并在轴两端的圆柱面沿轴向方向对称铣削一定深度，铣削完后的两个平面51与圆柱中心线对称分布；所述定位销轴5的中部设有环形凹槽52，所述环形凹槽52里设有O型圈6。

参考图2和图3，碳陶摩擦环与钢质骨架相接触的接触面(即接触面14)上均匀加工有6个内周套筒孔15和6个外周套筒孔16，内周套筒孔15和外周套筒孔16均间隔60°均匀排布，且相邻的内周套筒孔和外周套筒孔间隔30°排布，设套筒孔台阶110厚度是t。其中，设碳陶摩擦环的内周套筒孔分布圆17直径与碳陶摩擦环的中部圆18直径差值为a，碳陶摩擦环的外周套筒孔分布圆19直径与碳陶摩擦环的中部圆18直径差值为b，则a＝b。a或b的值优选为20mm～40mm。摩擦环内周套筒孔分布圆17直径比骨架内周螺栓孔分布圆210直径小0.5～1.5mm，摩擦环外周套筒孔分布圆19直径比骨架外周螺栓孔分布圆211直径小0.5～1.5mm。

参考图1，所述内周套筒孔15和外周套筒孔16内分别插设有套筒3。

参考图6和图7，所述套筒3包括大端部31、小端部32、套筒通孔33和套筒沉孔34，大端部31和小端部32为同心阶梯圆柱轴状结构，套筒中心具有贯穿大端部和小端部的通孔，即套筒通孔33，套筒小端部32外径与碳陶摩擦环的内周套筒孔15和外周套筒孔16直径相等，套筒通孔33直径比骨架内周螺栓孔27和骨架外周螺栓孔28直径大1～2mm；套筒大端部31还具有一定深度的沉孔，即套筒沉孔34，套筒沉孔34深度优选为2～5mm，套筒沉孔34直径比螺栓头最大直径轮廓大2～5mm。

参考图8和图9，所述滑块4中心具有贯穿的通孔，即滑块通孔41，滑块4的宽度是T3且T3＝T1，滑块4的厚度是T4且T4＝T2，滑块通孔41的直径等于套筒小端部32的外径。套筒小端部32的长度L小于碳陶摩擦环的套筒孔台阶厚度t和滑块厚度T4之和，即L<(t+T4)。

参考图1至图11，组装制动盘时，先将O形圈6安装在定位销轴5的环形凹槽52里，再将组装好的定位销轴5依次插入到车轮定位销孔96里，定位销轴圆柱面63与车轮定位销孔96属于间隙配合；将骨架内周螺栓孔27和车轮内周螺栓孔92对齐后，将内侧钢质骨架21和外侧钢质骨架22分别安装在车轮腹板91的内侧和外侧，同时保证定位销轴5两端铣削平面51插入到钢质骨架定位销滑槽29里；将滑块4安装在钢质骨架内周滑块滑槽25和外周滑块滑槽26里；将摩擦环内周套筒孔15和骨架内周螺栓孔27对齐后，将内侧碳陶摩擦环11和外侧碳陶摩擦环12分别安装在车轮腹板91的内侧和外侧，保证摩擦环接触面14与钢质骨架滑块滑槽面23接触；将套筒3插入到摩擦环内周套筒孔15和摩擦环外周套筒孔16里，小端部32穿入到滑块通孔41内，再将螺栓7穿过套筒通孔33、钢质骨架螺栓孔、车轮螺栓孔，并用螺母8固定即可。

本高速列车复合材料轮装制动盘由碳陶材料的摩擦环和铸钢材质的骨架组成，重量约为传统钢质材料制动盘的1/3，可以大大减轻高速列车的簧下重量，满足高速列车对轻量化的要求；碳陶复合材料的制动盘可以承受更大的制动能量，适应于时速超过350公里的高速列车，满足高速列车对提速的要求；

参考图2和图3，摩擦环结构简单，适合碳陶复合材料的制造；摩擦环通过套筒3和滑块4固定在钢质骨架上，钢质骨架通过既有成熟的定位销和紧固件结构固定在车轮上，解决了碳陶轮盘与车轮固定的难题；制动过程中摩擦环与闸片摩擦会产生大量的热，热量被摩擦环吸收后，摩擦环会产生径向膨胀，摩擦环与骨架之间必然存在轻微的径向位移。径向位移产生后，安装在摩擦环套筒孔里的套筒3会随着摩擦环径向膨胀，由于套筒3插入到滑块4的通孔里，滑块也会随着套筒在骨架的滑块滑槽里产生径向位移，整个过程，制动盘内部不会由于摩擦环与骨架之间发生径向位移而产生内部约束力从而提高制动盘的使用寿命。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于：包括安装于车轮内侧的内侧钢质骨架、安装于车轮外侧的外侧钢质骨架、安装于所述内侧钢质骨架的内侧的内侧碳陶摩擦环、安装于所述外侧钢质骨架的外侧的外侧碳陶摩擦环，所述内侧碳陶摩擦环与内侧钢质骨架接触，所述外侧碳陶摩擦环与外侧钢质骨架接触；所述内侧钢质骨架、外侧钢质骨架材质为铸钢材料，所述内侧碳陶摩擦环、外侧碳陶摩擦环材质为碳陶复合材料；

钢质骨架与碳陶摩擦环相接触的接触面上均匀分布着内周滑块滑槽和外周滑块滑槽，所述内周滑块滑槽和外周滑块滑槽内分别安装有滑块，所述滑块中心具有贯穿的通孔；钢质骨架与车轮腹板相接触的接触面上均匀分布着散热筋和定位销滑槽，钢质骨架上对应内周滑块滑槽和外周滑块滑槽的位置分别加工有骨架内周螺栓孔和骨架外周螺栓孔；

车轮腹板上对应骨架内周螺栓孔、骨架外周螺栓孔和定位销滑槽的位置分别加工有车轮内周螺栓孔、车轮外周螺栓孔和定位销孔；

所述内侧钢质骨架、车轮腹板与外侧钢质骨架之间设置有与定位销孔对应的定位销轴，所述定位销轴穿过所述定位销孔并插入所述定位销滑槽内，所述内侧钢质骨架、外侧钢质骨架通过定位销轴与车轮腹板实现初定位；

碳陶摩擦环与钢质骨架相接触的接触面上加工有内周套筒孔和外周套筒孔，所述内周套筒孔和外周套筒孔内分别插设有套筒，所述套筒的一端穿入滑块通孔内，所述套筒内穿设螺栓，所述螺栓穿过套筒通孔、骨架螺栓孔、车轮螺栓孔后，将内侧碳陶摩擦环、内侧钢质骨架、车轮腹板、外侧钢质骨架和外侧碳陶摩擦环紧固连接。

2.如权利要求1所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于：钢质骨架的内周滑块滑槽间隔60°均匀排布，钢质骨架的外周滑块滑槽亦间隔60°均匀排布，且相邻的内周滑块滑槽和外周滑块滑槽间隔30°排布。

3.如权利要求2所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于：钢质骨架的定位销滑槽间隔60°均匀排布；单个滑块滑槽的两个滑槽侧面与对应的螺栓孔中心线对称分布；相邻的滑块滑槽和定位销滑槽间隔15°排布。

4.如权利要求2所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于：碳陶摩擦环的内周套筒孔间隔60°均匀排布，碳陶摩擦环的外周套筒孔亦间隔60°均匀排布，且相邻的内周套筒孔和外周套筒孔间隔30°排布。

5.如权利要求1所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于：设碳陶摩擦环的内周套筒孔分布圆直径与碳陶摩擦环的中部圆直径差值为a，碳陶摩擦环的外周套筒孔分布圆直径与碳陶摩擦环的中部圆直径差值为b，则a＝b。

6.如权利要求5所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于:a或b的值为20mm～40mm。

7.如权利要求1所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于:所述套筒包括大端部和小端部，大端部和小端部为同心阶梯圆柱轴状结构，套筒中心具有贯穿大端部和小端部的通孔，套筒小端部外径与碳陶摩擦环的套筒孔直径相等，套筒通孔直径比钢质骨架的螺栓孔直径大；套筒小端部的长度小于碳陶摩擦环的套筒孔台阶厚度和滑块厚度之和；套筒大端部还具有一定深度的沉孔。

8.如权利要求6所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于:所述滑块为长方体，滑块的宽度与滑块滑槽的宽度相等，滑块的厚度与滑块滑槽的深度相等，滑块通孔直径与套筒小端部外径相等。

9.如权利要求1所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于:所述定位销轴为实心圆柱轴，并在轴两端的圆柱面沿轴向方向对称铣削一定深度，铣削完后的两个平面与圆柱中心线对称分布；所述定位销轴的中部设有环形凹槽，所述环形凹槽里设有O型圈。

10.如权利要求1所述的高速列车复合材料轮装制动盘，其特征在于:摩擦环内周套筒孔分布圆直径比骨架内周螺栓孔分布圆直径小0.5～1.5mm，摩擦环外周套筒孔分布圆直径比骨架外周螺栓孔分布圆直径小0.5～1.5mm，骨架内周螺栓孔分布圆直径与车轮内周螺栓孔分布圆直径相等，骨架外周螺栓孔分布圆直径与车轮外周螺栓孔分布圆直径相等，骨架中部圆直径与车轮定位销孔分布圆直径相等。