CN110617285A - 高速列车复合材料轴装制动盘 - Google Patents

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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轴装制动盘。其包括法兰毂、两片钢质骨架、两片碳陶摩擦环、滑块、套筒、紧固件等。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

高速列车复合材料轴装制动盘
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轴装制动盘。
背景技术
目前,国内高速列车轴装制动盘主要由盘体、盘毂、压环和紧固件构成。盘体采用铸钢材质且一体式铸造成型;盘毂具有等圆周分布的法兰齿(中间带有螺栓孔),盘毂用于将制动盘固定在车轴上;压环是具有一定厚度的整体式圆环且等圆周分布着多个螺栓孔。组装制动盘时,将盘体、盘毂和压环上的螺栓孔对齐,然后穿入螺栓和螺母固定,最后通过压装的方式将制动盘固定在车轴上。
既有的铸钢盘体生产效率高、生产成本低,且制动盘结构成熟可靠,该结构的铸钢制动盘在高速列车上得到广泛运用。但是既有的铸钢制动盘相当重,制动盘在列车转向架总重量所占的比重相当大,因此制动盘成为了迫切需要进行自身减重的重要部件;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,既有的铸钢制动盘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,用碳陶复合材料铸造成型的盘体可以极大减轻制动盘的重量且还可以承受更大的制动能量,因此碳陶复合材料的制动盘既可以满足高速列车对轻量化的要求,也可以满足高速列车对提速的要求。但是碳陶复合材料具有韧性差、易脆裂的特点,导致既有结构的盘体无法用碳陶复合材料铸造成型,必须根据碳陶复合材料的铸造特性设计盘体的新结构,而且还需要根据盘体的新结构,重新设计盘体和盘毂的新的连接方式。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种高速列车复合材料轴装制动盘。
为实现上述技术目的,本发明采用以下的技术方案:
高速列车复合材料轴装制动盘,包括法兰毂、两片钢质骨架和两片碳陶摩擦环;其中:
法兰毂,用于与车轴固定连接,法兰毂腹板上均匀分布着法兰毂螺栓孔和定位销孔;
两片钢质骨架,分别安装于所述法兰毂的两侧,所述钢质骨架为具有散热筋结构的圆环,材质为铸钢或锻钢;钢质骨架与法兰毂腹板相接触的接触面上均匀分布着散热筋和定位销滑槽,钢质骨架与碳陶摩擦环相接触的接触面上均匀分布着滑块滑槽;所述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;所述钢质骨架上还开设有与滑块滑槽位置相对应的骨架螺栓孔;
两片碳陶摩擦环,分别对应安装于两片钢质骨架上,所述碳陶摩擦环为圆环结构,材质为碳陶复合材料;在摩擦环中部分布圆上均匀分布着套筒孔;所述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;
还包括若干定位销轴,用于法兰毂与两片钢质骨架的预定位;
还包括若干紧固件,用于法兰毂、两片钢质骨架和两片碳陶摩擦环的紧固连接。
作为优选的技术方案,法兰毂螺栓孔间隔40°均匀排布;定位销孔间隔120°均匀排布;相邻的法兰毂螺栓孔和定位销孔间隔20°排布。
作为优选的技术方案,钢质骨架滑块滑槽间隔40°均匀排布;定位销滑槽间隔120°均匀排布;骨架螺栓孔间隔40°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20°排布;摩擦环套筒孔间隔40°均匀排布。
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,套筒小端部外径与摩擦环套筒孔直径相等;套筒通孔直径比钢质骨架螺栓孔直径大1~2mm;套筒小端部长度小于摩擦环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,沉孔深度是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,所述滑块为具有一定厚度的长方体;滑块宽度与滑块滑槽宽度相等,滑块厚度与滑块滑槽深度相等,滑块通孔直径与套筒小端部外径相等。
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,骨架螺栓孔分布圆直径比摩擦环中部分布圆直径大0.5~1.0mm,骨架螺栓孔分布圆直径与法兰毂螺栓孔分布圆直径相等,法兰毂螺栓孔分布圆直径与法兰毂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轴装制动盘重量约为既有钢盘重量的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)摩擦环为简单的圆环结构,适合碳陶复合材料的铸造;通过套筒和滑块,将碳陶摩擦环固定在钢质骨架上并解决了碳陶摩擦环和钢质骨架之间传力的难题;通过定位销轴,将钢质骨架的摩擦扭矩传递到法兰毂上;
(4)制动过程中由于摩擦环与闸片相互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钢质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钢质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是法兰毂的结构示意图。
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,高速列车复合材料轴装制动盘,包括法兰毂9、两片钢质骨架2和两片碳陶摩擦环1;其中:
法兰毂9,用于与车轴(图中未示出)固定连接,参考图11,法兰毂腹板91上均匀分布着9个法兰毂螺栓孔92和3个定位销孔94;法兰毂螺栓孔92间隔40°均匀排布;定位销孔94间隔120°均匀排布;相邻的法兰毂螺栓孔92和定位销孔94间隔20°排布;
两片钢质骨架2,分别安装于所述法兰毂9的两侧,参考图4和图5,所述钢质骨架2为具有散热筋结构的圆环,材质为铸钢或锻钢,且两侧平面分别是滑块滑槽面21和散热筋面22,滑块滑槽面21与碳陶摩擦环1的接触面12接触,散热筋面22与法兰毂腹板91接触;滑块滑槽面21上均匀分布着9个滑块滑槽23,滑块滑槽23间隔40°均匀排布;滑块滑槽23的宽度都是T1,深度都是T2;所述滑块滑槽23内分别安装有滑块4,参考图8和图9,滑块4中心具有贯穿的通孔,即滑块通孔41;所述滑块4为具有一定厚度的长方体;滑块宽度T3与滑块滑槽宽度T1相等,滑块厚度T4与滑块滑槽深度T2相等;钢质骨架2的散热筋面22上均匀分布着散热筋和3个定位销滑槽25;定位销滑槽25间隔120°均匀排布;散热筋面22上还开设有9个与滑块滑槽23位置相对应的骨架螺栓孔24;即骨架螺栓孔24间隔40°均匀排布;单个滑块滑槽23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23和定位销滑槽25间隔20°排布;
两片碳陶摩擦环1,分别对应安装于两片钢质骨架2上,参考图2和图3,所述碳陶摩擦环1为圆环结构,材质为碳陶复合材料,且两侧平面分别是摩擦面11和接触面12;在摩擦环中部分布圆13上均匀分布着9个套筒孔14,套筒孔14间隔40°均匀排布;摩擦环套筒孔台阶15厚度是t;所述套筒孔14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,大端部31和小端部32为同心阶梯圆柱轴状结构,套筒3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外径与摩擦环套筒孔14直径相等;套筒通孔33直径比钢质骨架螺栓孔24直径大1~2mm;套筒小端部32长度L小于摩擦环套筒孔台阶厚度t和滑块厚度T4之和,即L<(t+T4)。套筒大端部31还具有一定深度的沉孔,即套筒沉孔34,套筒沉孔深度是2~5mm,套筒沉孔直径比螺栓头最大直径轮廓大2~5mm;所述套筒3的小端部32穿入滑块通孔41内;滑块通孔41直径与套筒小端部32外径相等;
还包括若干定位销轴5,用于法兰毂9与两片钢质骨架2的预定位;参考图10,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;
还包括若干紧固件,用于法兰毂9、两片钢质骨架2和两片碳陶摩擦环1的紧固连接,本实施例中,紧固件为螺栓7和螺母8。
本实施例中,骨架螺栓孔分布圆26直径比摩擦环中部分布圆13直径大0.5~1.0mm,骨架螺栓孔分布圆26直径与法兰毂螺栓孔分布圆93直径相等,法兰毂螺栓孔分布圆93直径与法兰毂定位销孔分布圆95直径相等。
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依次插入到法兰毂定位销孔94里,定位销轴圆柱面53与法兰毂定位销孔94属于间隙配合;将骨架螺栓孔24和法兰毂螺栓孔92对齐后,将两片钢质骨架2分别安装在法兰毂腹板91的两侧,同时保证定位销轴两端铣削平面51插入到骨架定位销滑槽25里;将滑块4安装在钢质骨架滑块滑槽23里;将摩擦环套筒孔14和钢质骨架螺栓孔24对齐后,将两片碳陶摩擦环1分别安装在法兰毂腹板91的两侧,保证摩擦环接触面12与钢质骨架滑块滑槽面21接触;将套筒3插入到摩擦环套筒孔14里,并穿过滑块通孔41。再将螺栓7穿过套筒通孔33、骨架螺栓孔24、法兰毂螺栓孔92,并用螺母8固定即可。
本高速列车复合材料轴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,摩擦环为简单的圆环结构,适合碳陶复合材料的制造;通过套筒3和滑块4,将碳陶摩擦环固定在钢质骨架上并解决了碳陶摩擦环和钢质骨架之间传力的难题;通过定位销轴5,将钢质骨架的摩擦扭矩传递到法兰毂上;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 (8)

1.高速列车复合材料轴装制动盘,其特征在于,包括法兰毂、两片钢质骨架和两片碳陶摩擦环;其中:
法兰毂,用于与车轴固定连接,法兰毂腹板上均匀分布着法兰毂螺栓孔和定位销孔;
两片钢质骨架,分别安装于所述法兰毂的两侧,所述钢质骨架为具有散热筋结构的圆环,材质为铸钢或锻钢;钢质骨架与法兰毂腹板相接触的接触面上均匀分布着散热筋和定位销滑槽,钢质骨架与碳陶摩擦环相接触的接触面上均匀分布着滑块滑槽;所述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;所述钢质骨架上还开设有与滑块滑槽位置相对应的骨架螺栓孔;
两片碳陶摩擦环,分别对应安装于两片钢质骨架上,所述碳陶摩擦环为圆环结构,材质为碳陶复合材料;在摩擦环中部分布圆上均匀分布着套筒孔;所述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;
还包括若干定位销轴,用于法兰毂与两片钢质骨架的预定位;
还包括若干紧固件,用于法兰毂、两片钢质骨架和两片碳陶摩擦环的紧固连接。
2.如权利要求1所述的高速列车复合材料轴装制动盘,其特征在于:法兰毂螺栓孔间隔40°均匀排布;定位销孔间隔120°均匀排布;相邻的法兰毂螺栓孔和定位销孔间隔20°排布。
3.如权利要求1所述的高速列车复合材料轴装制动盘,其特征在于:钢质骨架滑块滑槽间隔40°均匀排布;定位销滑槽间隔120°均匀排布;骨架螺栓孔间隔40°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20°排布;摩擦环套筒孔间隔40°均匀排布。
4.如权利要求1所述的高速列车复合材料轴装制动盘,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,套筒小端部外径与摩擦环套筒孔直径相等;套筒通孔直径比钢质骨架螺栓孔直径大1~2mm;套筒小端部长度小于摩擦环套筒孔台阶厚度和滑块厚度之和。
5.如权利要求4所述的高速列车复合材料轴装制动盘,其特征在于:套筒大端部还具有一定深度的沉孔,沉孔深度是2~5mm,沉孔直径比螺栓头最大直径轮廓大2~5mm。
6.如权利要求4所述的高速列车复合材料轴装制动盘,其特征在于:所述滑块为具有一定厚度的长方体;滑块宽度与滑块滑槽宽度相等,滑块厚度与滑块滑槽深度相等,滑块通孔直径与套筒小端部外径相等。
7.如权利要求1所述的高速列车复合材料轴装制动盘,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。
8.如权利要求1所述的高速列车复合材料轴装制动盘,其特征在于:骨架螺栓孔分布圆直径比摩擦环中部分布圆直径大0.5~1.0mm,骨架螺栓孔分布圆直径与法兰毂螺栓孔分布圆直径相等,法兰毂螺栓孔分布圆直径与法兰毂定位销孔分布圆直径相等。
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