CN113236697A - 一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片 - Google Patents

一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，包括摩擦块、金属套、金属底座和钢背，金属套上设有第一卡槽和第二卡槽，第一卡槽与第二卡槽之间设有抗剪凸台，摩擦块的背面设有第一卡接部和第二卡接部，第一卡接部与第二卡接部之间设有抗剪凹部，第一卡接部卡设于第一卡槽内，第二卡接部卡设于第二卡槽内，抗剪凸台与抗剪凹部配合，金属套与金属底座连接，金属底座与钢背连接，金属底座上设有定位柱，摩擦块的背面设有定位孔可与定位柱配合的定位孔内，摩擦块为碳陶复合材料。本发明解决了碳陶材料与连接金属的热不匹配问题，并实现了碳陶摩擦块的最大利用率，提高了闸片使用寿命和降低了生产成本。

Description

一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片
技术领域
本发明涉及车辆制动装置技术领域，尤其涉及一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片。
背景技术
高速列车紧急制动时，要求制动闸片与制动盘贴合摩擦，在短时间内消耗列车的巨大动能实现列车的制动。在制动过程中，列车动能转换成热能导致制动盘和制动闸片温度急剧上升，同时伴随巨大的热应力产生，因此对制动闸片和制动装置的性能要求有稳定的摩擦系数、高耐热性、高耐磨性、足够的机械强度、高环境友好性(材料环保、低噪音)。同时摩擦面贴合要均衡并使贴合面积最大化，以增大摩擦力并确保摩擦材料磨损一致、发热均匀，避免出现热裂纹、局部高温等问题，保证制动闸片的使用寿命和制动效果。
目前针对350公里时速以下列车的制动，市场上提供了可浮动式粉末冶金闸片及制动装置。但对350公里时速甚至400公里时速以上的列车制动，粉末冶金闸片以及制动装置已无法满足制动过程中所需的稳定的摩擦系数、高耐热性、高耐磨性等要求。碳陶材料制成的制动盘和制动闸片用于高速动车组来解决以上问题已成为技术发展方向。现有技术中，碳陶材料是非金属材料，托板为金属材料，二者一般采用铆钉连接也有钎焊连接。
例如专利CN103511525A提出的碳陶制动摩擦块是采用铆接的方式将碳陶摩擦体与钢背铆接在一起，即：在碳陶摩擦体中设计贯穿孔，然后通过铆钉从贯穿孔穿过而将碳陶摩擦体与钢背铆接在一起而形成的碳陶制动摩擦块。然而以上结构设计存在一些不足之处：1.铆钉受力墩粗过程中容易压坏碳陶孔壁；2.目前应用较广、综合性能较好的碳陶材料其增强体一般由多层碳纤维针刺而成，平行于摩擦面方向的剪切强度较弱，采用铆钉连接方式抗层间剪面积小，能承载的摩擦剪切力有限；3.刹车过程中，摩擦体上的多个铆钉之间很难实现协同抗剪，容易出现某个铆钉因受力集中而失效；4.铆钉墩粗工艺使铆钉与碳陶孔壁紧密配合，无失配缓冲间隙；5.刹车过程中，因空气对流换热导致铆钉端部温度很高，引起铆钉与碳陶摩擦块之间的热失配问题更突出；6.铆接方式无法实现碳陶摩擦块的无损更换；7.碳陶摩擦体需要在其中设计数个贯穿孔，减少了碳陶摩擦块的摩擦面积，而减少了摩擦块的利用率。
例如专利CN112539233A提出了一种将备用碳陶摩擦体的待粘结的面与备用钢背待粘结的面贴合在一起进行钎焊加压烧结，然后经时效处理得到产品的方法。该方法沿用粉末冶金闸片的烧结方法，避免了碳陶摩擦块表面开孔的弊端，但是存在以下不足：1.产品制备需要高温、加压、钎焊烧结、时效冷却等过程，工艺过程复杂，能耗大，生产工艺条件苛刻容易出现局部钎焊烧结不均匀，摩擦体热变形等缺陷；2.由于碳陶摩擦体和钢背材料差异性很大，刹车过程中，二者之间由于热膨胀系数的不同导致热不匹配的问题突出，闸片内部会产生很大的热应力，尤其多次制动后，二者钎焊部位会出现裂纹甚至脱离的风险；3.该产品只能选择特定材料作为托板且不能实现托板的重复利用，使用成本更高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种解决了碳陶材料与连接金属的热不匹配问题，并实现了碳陶摩擦块的最大利用率的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，包括从上至下依次布置的摩擦块、金属套、金属底座和钢背，所述金属套上设有第一卡槽和第二卡槽，所述第一卡槽与第二卡槽之间设有抗剪凸台，所述摩擦块的背面设有第一卡接部和第二卡接部，所述第一卡接部与第二卡接部之间设有抗剪凹部，所述第一卡接部卡设于第一卡槽内，所述第二卡接部卡设于第二卡槽内，所述抗剪凸台与抗剪凹部配合，所述金属套与金属底座连接，所述金属底座与钢背连接，所述金属底座上设有定位柱，所述摩擦块的背面设有定位孔，所述定位柱穿过金属套位于定位孔内，所述抗剪凸台与抗剪凹部为方形，所述摩擦块为碳陶复合材料。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一卡槽包括第一槽底面、第一槽左侧面、第一槽右侧面和第一槽后侧面，所述第一槽左侧面上设有第一限位槽，所述第一卡接部设有可与第一限位槽配合的第一限位凸部。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二卡槽包括第二槽底面、第二槽左侧面、第二槽右侧面和第二槽后侧面，所述第二槽右侧面上设有第二限位槽，所述第二卡接部设有可与第二限位槽配合的第二限位凸部。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一槽右侧面与第二槽左侧面构成抗剪凸台的左侧面和右侧面。
作为上述技术方案的进一步改进，所述定位柱设置两个，所述第一槽底面和第二槽底面分别设有可供各定位柱穿过的定位贯穿孔。
作为上述技术方案的进一步改进，所述摩擦块的正面设有排屑槽。
作为上述技术方案的进一步改进，所述金属套的背面设有第一固定销柱，所述第一固定销柱上设有第一卡簧环槽，所述第一卡簧环槽外套有第一卡簧，所述金属底座上设有第一连接沉孔，所述第一固定销柱穿设于第一连接沉孔内，所述第一卡簧抵接在第一连接沉孔的沉台上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述金属底座的背面设有球面凸块，所述钢背的正面设有球面凹槽，所述球面凸块与球面凹槽相互配合。
作为上述技术方案的进一步改进，所述球面凸块的端部设有第二固定销柱，所述第二固定销柱上设有第二卡簧环槽，所述第二卡簧环槽外套有第二卡簧，所述钢背的背面设有第二连接沉孔，第二连接沉孔与球面凹槽连通，所述第二固定销柱穿设于第二连接沉孔内，所述第二卡簧抵接在第二连接沉孔的沉台上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述金属底座的背面设有止转销，所述钢背上设有可与止转销配合的止转孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的制动闸片，首先，摩擦块与金属套采用卡接式连接，取消了现有的铆接/螺栓连接方式，最大利用了摩擦块的面积和厚度，避免了摩擦块摩擦面积减小，提高了摩擦块的利用率延长了制动闸片使用寿命，节省了材料成本，其次，摩擦块与金属套的卡接式连接，制动过程中，金属套不与高温空气直接接触，温度低、热应力小；同时机械连接的方法使得摩擦块与金属套二者存在一定的间隙，解决了碳陶材料与连接金属的热不匹配问题，使制动过程中闸片热应力大大减弱，更加安全可靠；进一步的，金属套中间设置的抗剪凸台区别于铆钉连接的结构，更大的利用了剪切面积，单片摩擦块能传递更大的摩擦载荷，受力均匀，不松动，同时起到止转作用。此外，卡接式连接使得摩擦块与金属套可拆卸，方便拆装，可重复利用。该种闸片加工简单、安装方便，解决了碳陶材料与连接金属的热不匹配问题，并实现了碳陶摩擦块的最大利用率，提高了闸片使用寿命和降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明高速轨道车辆制动闸片的俯视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图2的B处放大图。
图4是本发明中摩擦块、金属套和金属底座之间的连接关系示意图。
图5是本发明中摩擦块的结构示意图。
图6是本发明中金属套的结构示意图。
图7是本发明中金属底座的立体结构示意图。
图8是本发明中金属底座的主视图。
图中各标号表示：
1、摩擦块；11、第一卡接部；111、第一限位凸部；12、第二卡接部；121、第二限位凸部；13、抗剪凹部；14、定位孔；15、排屑槽；2、金属套；201、定位贯穿孔；21、第一卡槽；211、第一槽底面；212、第一槽左侧面；213、第一槽右侧面；214、第一槽后侧面；215、第一限位槽；22、第二卡槽；221、第二槽底面；222、第二槽左侧面；223、第二槽右侧面；224、第二槽后侧面；225、第二限位槽；23、抗剪凸台；24、第一固定销柱；241、第一卡簧环槽；3、金属底座；31、定位柱；32、第一连接沉孔；33、球面凸块；34、第二固定销柱；341、第二卡簧环槽；35、止转销；4、钢背；41、球面凹槽；42、第二连接沉孔；43、止转孔；5、第一卡簧；6、第二卡簧。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或者位置关系为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，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”和“第三”进用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不代表先后顺序，可相互独立存在。
如图1至图8所示，本实施例的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，包括从上至下依次布置的摩擦块1、金属套2、金属底座3和钢背4，金属套2上设有第一卡槽21和第二卡槽22，第一卡槽21与第二卡槽22之间设有抗剪凸台23，摩擦块1的背面设有第一卡接部11和第二卡接部12，第一卡接部11与第二卡接部12之间设有抗剪凹部13，第一卡接部11卡设于第一卡槽21内，第二卡接部12卡设于第二卡槽22内，抗剪凸台23与抗剪凹部13配合，金属套2与金属底座3连接，金属底座3与钢背4连接，金属底座3上设有定位柱31，摩擦块1的背面设有定位孔14，定位柱31穿过金属套2位于定位孔14内。摩擦块1的正面为摩擦面。
摩擦块1为高耐热性、高耐磨性的碳陶复合材料，可满足高度轨道车辆制动过程中所需的稳定的摩擦系数、高耐热性、高耐磨性等要求。安装时，将摩擦块1的第一卡接部11与第二卡接部12卡入第一卡槽21与第二卡槽22，卡槽与卡接部的配合可以防止摩擦块1从上方脱离金属套2；接着，将叠合的摩擦块1和金属套2与金属底座3连接，金属底座3上的定位柱31，从下往上穿过金属套2和插入摩擦块1的定位孔14内，定位柱31与定位孔14配合防止摩擦块1和金属套2在水平方向上滑动，从而将摩擦块1、金属套2、金属底座3三者连接成一体。定位孔14为盲孔，从而不占用摩擦块1摩擦面的有效摩擦面积。抗剪凸台23与抗剪凹部13为方形，起到将抗剪和限制摩擦块1转动的作用。
该制动闸片，首先，摩擦块1与金属套2采用卡接式连接，取消了现有的铆接/螺栓连接方式，最大利用了摩擦块1的面积和厚度，不占用摩擦块1的摩擦面积，提高了摩擦块1的利用率延长了制动闸片使用寿命，节省了材料成本，其次，摩擦块与金属套的卡接式连接，解决了碳陶材料与连接金属的热不匹配问题，使制动过程中闸片热应力大大减弱，更加安全可靠；进一步的，金属套中间设置的抗剪凸台区别现有的结构，单片摩擦块传递更大的摩擦载荷，受力均匀，不松动，同时起到止转作用。此外，卡接式连接使得摩擦块与金属套可拆卸，方便拆装，可重复利用。该种闸片加工简单、安装方便，解决了碳陶材料与连接金属的热不匹配问题，并实现了碳陶摩擦粒子地最大利用率，提高了闸片使用寿命和降低了生产成本。
本实施例中，第一卡槽21包括第一槽底面211、第一槽左侧面212、第一槽右侧面213和第一槽后侧面214，第一槽左侧面212上设有第一限位槽215，第一卡槽21的上端和前侧为敞口。第一卡接部11设有可与第一限位槽215配合的第一限位凸部111。第二卡槽22包括第二槽底面221、第二槽左侧面222、第二槽右侧面223和第二槽后侧面224，第二槽右侧面223上设有第二限位槽225，第二卡槽22的上端和前侧为敞口。第二卡接部12设有可与第二限位槽225配合的第二限位凸部121。
组装时，摩擦块1的第一卡接部11(第二卡接部12)从前侧敞口插入，与第一槽后侧面214(第二槽后侧面224)抵接后被限位，敞口与后侧面构成空边和一个止位边，摩擦块从空边沿挡边推入，止位边限位。第一限位凸部111与第一限位槽215配合限制摩擦块1向上移动，第一槽后侧面214对摩擦块1在第一卡槽21内进行限位。
本实施例中，第一槽右侧面213与第二槽左侧面222构成抗剪凸台23的左侧面和右侧面。
在具体应用实例中，摩擦块1为6至10个。本实施例中，摩擦块1优选为8个，金属套2和金属底座3与摩擦块1一一对应。为了散热和排屑，摩擦块1的正面设有排屑槽15。优先地，摩擦块1形状为四边形。
本实施例中，为了提高定位效果和连接强度，定位柱31优选设置两个，第一槽底面211和第二槽底面221分别设有可供各定位柱31穿过的定位贯穿孔201。定位柱31可穿过定位贯穿孔201插入摩擦块1的定位孔14内。
本实施例中，金属套2的背面设有第一固定销柱24，第一固定销柱24上设有第一卡簧环槽241，第一卡簧环槽241外套有第一卡簧5，金属底座3上设有第一连接沉孔32，第一固定销柱24穿设于第一连接沉孔32内，第一卡簧5抵接在第一连接沉孔32的沉台上，可防止第一固定销柱24脱离第一连接沉孔32，进而实现金属套2与金属底座3的连接。第一卡簧5优选为小蝶型卡簧。通过第一卡簧5和第一固定销柱24实现摩擦块1、金属套2、金属底座3三者弹性连接成一体，而非紧固连接，可使摩擦块1具有一定的浮动空间。
本实施例中，金属底座3的背面设有球面凸块33，钢背4的正面设有球面凹槽41，球面凸块33与球面凹槽41相互配合。球面凸块33与球面凹槽41组合成一定浮动的空间，使得摩擦块1具有一定的浮动空间，从而摩擦面与制动盘贴合更紧密。
进一步的，球面凸块33的端部设有第二固定销柱34，第二固定销柱34上设有第二卡簧环槽341，第二卡簧环槽341外套设有第二卡簧6，钢背4的背面设有第二连接沉孔42，第二连接沉孔42与球面凹槽41连通，第二固定销柱34穿设于第二连接沉孔42内，第二卡簧6抵接在第二连接沉孔42的沉台上，可防止第二固定销柱34脱离第二连接沉孔42，进而实现金属底座3与钢背4的连接。第二卡簧6优选为大蝶型卡簧。通过第二卡簧6和第二固定销柱34实现金属底座3与钢背4弹性连接成一体，而非紧固连接，可使金属底座3及其上的摩擦块1具有一定的浮动空间。
本实施例中，金属底座3的背面设有止转销35，钢背4上设有可与止转销35配合的止转孔43，起到防止摩擦块1转动的作用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：包括从上至下依次布置的摩擦块(1)、金属套(2)、金属底座(3)和钢背(4)，所述金属套(2)上设有第一卡槽(21)和第二卡槽(22)，所述第一卡槽(21)与第二卡槽(22)之间设有抗剪凸台(23)，所述摩擦块(1)的背面设有第一卡接部(11)和第二卡接部(12)，所述第一卡接部(11)与第二卡接部(12)之间设有抗剪凹部(13)，所述第一卡接部(11)卡设于第一卡槽(21)内，所述第二卡接部(12)卡设于第二卡槽(22)内，所述抗剪凸台(23)与抗剪凹部(13)配合，所述金属套(2)与金属底座(3)连接，所述金属底座(3)与钢背(4)连接，所述金属底座(3)上设有定位柱(31)，所述摩擦块(1)的背面设有定位孔(14)，所述定位柱(31)穿过金属套(2)位于定位孔(14)内，所述抗剪凸台(23)与抗剪凹部(13)为方形，所述摩擦块(1)为碳陶复合材料。
2.根据权利要求1所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述第一卡槽(21)包括第一槽底面(211)、第一槽左侧面(212)、第一槽右侧面(213)和第一槽后侧面(214)，所述第一槽左侧面(212)上设有第一限位槽(215)，所述第一卡接部(11)设有可与第一限位槽(215)配合的第一限位凸部(111)。
3.根据权利要求2所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述第二卡槽(22)包括第二槽底面(221)、第二槽左侧面(222)、第二槽右侧面(223)和第二槽后侧面(224)，所述第二槽右侧面(223)上设有第二限位槽(225)，所述第二卡接部(12)设有可与第二限位槽(225)配合的第二限位凸部(121)。
4.根据权利要求3所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述第一槽右侧面(213)与第二槽左侧面(222)构成抗剪凸台(23)的左侧面和右侧面。
5.根据权利要求3所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述定位柱(31)设置两个，所述第一槽底面(211)和第二槽底面(221)分别设有可供各定位柱(31)穿过的定位贯穿孔(201)。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述摩擦块(1)的正面设有排屑槽(15)。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述金属套(2)的背面设有第一固定销柱(24)，所述第一固定销柱(24)上设有第一卡簧环槽(241)，所述第一卡簧环槽(241)外套有第一卡簧(5)，所述金属底座(3)上设有第一连接沉孔(32)，所述第一固定销柱(24)穿设于第一连接沉孔(32)内，所述第一卡簧(5)抵接在第一连接沉孔(32)的沉台上。
8.根据权利要求1至5任意一项所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述金属底座(3)的背面设有球面凸块(33)，所述钢背(4)的正面设有球面凹槽(41)，所述球面凸块(33)与球面凹槽(41)相互配合。
9.根据权利要求8所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述球面凸块(33)的端部设有第二固定销柱(34)，所述第二固定销柱(34)上设有第二卡簧环槽(341)，所述第二卡簧环槽(341)外套有第二卡簧(6)，所述钢背(4)的背面设有第二连接沉孔(42)，第二连接沉孔(42)与球面凹槽(41)连通，所述第二固定销柱(34)穿设于第二连接沉孔(42)内，所述第二卡簧(6)抵接在第二连接沉孔(42)的沉台上。
10.根据权利要求1至5任意一项所述的不占用摩擦面的高速轨道车辆制动闸片，其特征在于：所述金属底座(3)的背面设有止转销(35)，所述钢背(4)上设有可与止转销(35)配合的止转孔(43)。
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