CN114001839A - 用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置及方法，装置包括包括惯性测试台架的主轴、轮盘和两个轮盘摩擦片，在轮盘摩擦片A2上固设有轮毂，两个轮盘摩擦片与对应侧的闸片相对应布置，在每个闸片上均设有三层摩擦体，相应的，在两个轮盘摩擦片上距离相应轮盘摩擦片的中心的远、中、近三个位置处分别安装一个热电偶触点，将热电偶的端部焊接在铜管内形成所述热电偶触点，每个热电偶触点连接一根热电偶线，所有的热电偶线的自由端均与安装在法兰盘上的信号输出装置电连接。本发明保证了高速运转下热电偶整体的不掉落、不震动、不折断，同时通过热电偶在轮盘上三点不同位置的布局，保证了盘面测温的整体均匀性和准确性。
Description
技术领域
本发明属于摩擦学测量技术领域，涉及一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，尤其是一种用于动车高速运行制动情况下制动闸片与轮盘摩擦产生高温的温度测量装置及方法。
背景技术
轨道车辆制动器惯性台架具有机械惯量模拟功能，即依靠惯性飞轮、主轴系统以及电模拟的方法来模拟实际车辆的惯量，1:1惯性台架具有实际车型一样的制动系统，其高速制动下对闸片的测试效果远远高于实际动车在路上行驶时候的制动条件，因此，这种轨道车辆制动器惯性台架是高铁闸片实际应用必须的步骤。
制动器惯性台架属于高端测试设备，分为轨道车辆制动器惯性试验台架、汽车制动器惯性试验台架、工业制动器惯性试验台架、风电制动器惯性试验台架以及缩比惯性试验台架，由于是高端技术(有技术瓶颈)、制造成本高，因此国内制造技术还不成熟，据统计，目前全国各式“制动器惯性台架”总计不足200台，而且最高端的是轨道车辆制动器惯性台架，国内使用的不足6台，而且基本为美国和德国进口，以上国外进口单台价格在3000万元人民币以上，国内设计制造同类台架仅有3台。
高铁制动闸片惯性台架为同比例模真实高铁动车不同时速(380公里/小时以下)制动，高铁动车在高速运行下制动摩擦片和轮盘之间会产生700-800℃高温，为了精确测试不同制动条件下的摩擦片和轮盘的温度，采用高精密热电偶测温的方法，但由于高速运转下，如此高转速下热电偶的安装及测温的准确性是最难的做到的，因此有必要设计一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置及方法，保证了高速运转下热电偶整体的不掉落、不震动、不折断，同时通过热电偶在轮盘上三点不同位置的布局，保证了盘面测温的整体均匀性和准确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，包括惯性测试台架的主轴、与主轴一体布置的轮盘、套设在主轴上且分布在轮盘左右两侧的轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2，在轮盘摩擦片A2上固设有轮毂，所述的轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2与对应侧的闸片相对应布置，在每个闸片上均设有三层摩擦体，相应的，在轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2上距离相应轮盘摩擦片的中心的远、中、近三个位置处分别安装一个热电偶触点，且两个轮盘摩擦片的热电偶触点一一对应布置；
将热电偶的端部焊接在铜管内形成所述热电偶触点，每个热电偶触点连接一根热电偶线，热电偶线的自由端沿着主轴穿过轮毂后最终与安装在主轴上的法兰盘固定连接，所有热电偶线均与轮毂固定连接，在每一根热电偶线上均套设一根耐高温玻璃丝管，所有的热电偶线的自由端均与安装在法兰盘上的信号输出装置电连接。
进一步的，所述主轴包括同一轴线布置的主轴B1、主轴B2和主轴B3，所述轮盘与主轴B3一体设置，主轴B3的左端通过主轴与滑台支架连接法兰支撑在主轴滑台支架上，右端与轮毂连接，所述主轴B1的左端与轮毂连接，右端与法兰盘连接，所述主轴B2一端与法兰盘连接，另一端通过主轴法兰盘支架支撑。
进一步的，每个所述闸片上布置十八个摩擦体，且十八个摩擦体分三层布置，每一层的摩擦体位于同一圆弧上，且三层摩擦体所在的三个圆弧同心布置。
进一步的，六根热电偶线通过安装在主轴B1上的三个等间距布置的固定热电偶卡管卡紧在主轴B1上。
进一步的，所述轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2均分别通过若干固定轮盘摩擦片螺栓14与轮盘固定连接。
进一步的，所述耐高温玻璃丝管的直径为3mm，所述耐高温玻璃丝管为由耐高温玻璃丝编织而成。
进一步的，所述热电偶为耐高温热电偶，耐温为800℃。
一种用于上述测温装置中的热电偶的固定方法，具体包括以下步骤：
1)材料准备：热电偶六根、耐高温玻璃丝管六根、连接热电偶的铜管六根、固定热电偶卡管三个、碳纤维布、玻璃纤维布，氮化硼溶液2L和耐高温结构胶；
2)所述热电偶及耐高温玻璃丝管用氮化硼溶液处理：所述热电偶及耐高温玻璃丝管表面用无水乙醇擦拭干净，用涂层毛刷将氮化硼溶液均匀涂抹到热电偶表面，自然晾干后重复涂抹三次备用；将所述耐高温玻璃丝管直接浸入到氮化硼溶液中浸渍20分钟，取出晾干，重复三次备用；
3)对所述碳纤维布及玻璃纤维布进行预处理：截取碳纤维布及玻璃纤维布若干段，长度60～100cm的八段，宽度为10～20cm，将其放入氮化硼溶液中浸泡80～100分钟，取出后放入惰性气体保护气氛的烘箱中，在80～120℃条件下烘干100分钟，取出冷却至室温备用；
4)在每根热电偶线上套设一根耐高温玻璃丝管，将每根热电偶线的一端焊接并埋入铜管内；
5)在所述轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2的盘面上分别选择距离轮盘摩擦片中心的远、中、近的三个位置作为热电偶触点；
6)热电偶与轮毂采用三层碳纤维或者玻璃纤维粘接固定，纤维铺层方法采用紧密缠绕方式，层间涂刷双组份耐高温结构胶，每层涂胶后立即缠绕铺展纤维，粘接后需要相隔30分钟再进行下一层的粘接，总计按此操作三层缠绕铺层；所有热电偶线沿着主轴平行排布，并采用三个热电偶卡管等间距夹住固定热电偶线；
7)将热电偶的另一端与安装有信号输出装置的法兰盘通过步骤6)中的三层碳纤维或者玻璃纤维紧密缠绕并在层间涂刷耐高温结构胶的方式粘接固定，至此完成六个热电偶的固定。
进一步的，所述步骤4)中，将六根热电偶分别套入六根直径为3mm的耐高温玻璃丝管中，将各热电偶一端用盐浴法焊出直径2mm的焊点，将焊好的端部埋入铜管内，端头距焊点头5mm，安装好后备用。
进一步的，所述步骤5)中，距离轮盘摩擦片的中心远、中、近的三个热电偶测温点的具体布置为：任何两个相邻的热电偶触点对应的圆心角均为120°。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置及方法具有以下优势：
1、在盘面不同的三个位置安装热电偶，将热电偶线安装到软玻璃丝管中，起到保护热电偶的作用，热电偶的端头连接铜管，并通过在轮盘上三个点不同位置布置热电偶，保证了盘面测温的整体均匀性和准确性，通过设置热电偶的粘贴固定方式，保证了在高速运转下闸片制动时候测量温度的准确性。
2、热电偶的固定采用耐高温结构胶粘接，该结构胶具有耐超高温、强度高、粘接性强等优点，同时固定热电偶还采用了耐高温的碳纤维布及玻璃布，采取机械缠绕的方法，分多层缠绕，层间加胶粘结固定，热电偶固定效果好，使得高转速下热电偶整体的不掉落、不震动、不折断。
附图说明
构成本发明的一部分的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。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置的结构示意图；
图2为轮盘和主轴一体结构示意图；
图3为轮盘与轮盘摩擦片的连接示意图；
图4为轮盘摩擦片与热电偶及轮毂连接示意图；
图5为闸片和摩擦块布局示意图；
图6为轮盘摩擦片上热电偶的布置位置示意图；
图7为主轴与热电偶布置示意图；
图8为热电偶的结构示意图；
图9为热电偶与法兰盘上的信号输出装置连接示意图。
附图标记说明：
1-主轴滑台支架，2-轮盘摩擦片A1，3-轮盘，4-轮盘摩擦片A2，5-主轴B1，6-法兰盘，7-主轴B2，8-主轴法兰盘支架，9-主轴与滑台支架连接法兰，10-主轴B3，11-轮毂，12-热电偶线，13-固定热电偶卡管，14-固定轮盘摩擦片螺栓，15-热电偶触点R1，16-热电偶触点R2，17-热电偶触点R3，18-摩擦体M1，19-摩擦体M2，20-摩擦体M3，21-闸片钢背安装孔一，22-闸片钢背安装孔二，23-闸片钢背定位销，24-耐高温玻璃丝管，25-铜管，26-信号输出装置，27-闸片一，28-闸片二。
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。
如图1-图9所示，一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，包括惯性测试台架的主轴、与主轴一体布置的轮盘3、套设在主轴上且分布在轮盘3左右两侧的轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4，在轮盘摩擦片A2 4上固设有轮毂11，所述的轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4与对应侧的闸片相对应布置，即轮盘摩擦片A1 2与闸片一27对应布置，轮盘摩擦片A2 4与闸片二28对应布置，两个闸片结构尺寸均相同，在每个闸片上均设有三层摩擦体，相应的，在轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2上距离相应轮盘摩擦片的中心的远、中、近三个位置处分别安装一个热电偶触点，分别为，热电偶触点R1 15、热电偶触点R2 16、热电偶触点R3 17，且两个轮盘摩擦片的热电偶触点一一对应布置；
将热电偶的端部焊接在铜管25内形成所述热电偶触点，每个热电偶触点连接一根热电偶线12，热电偶线12的自由端沿着主轴穿过轮毂11后最终与安装在主轴上的法兰盘6固定连接，所有热电偶线12均与轮毂11固定连接，在每一根热电偶线12上均套设一根耐高温玻璃丝管24，所有的热电偶线12的自由端均与安装在法兰盘6上的信号输出装置26电连接；
所述热电偶为耐高温热电偶，型号为OMEGA HH-K-24，耐温为800℃；耐高温结构胶为Ausbond牌耐高温无机胶；信号输出装置26为现有结构，是一种无线蓝牙测温接收装置，如，无线测温收发器，型号为ATC450-C，在此不再赘述具体结构。
所述主轴包括同一轴线布置的主轴B1 5、主轴B2 7和主轴B3 10，所述轮盘3与主轴B3 10一体设置，主轴B3 10的左端通过主轴与滑台支架连接法兰9支撑在主轴滑台支架1上，右端与轮毂11连接，所述主轴B1 5的左端与轮毂11连接，右端与法兰盘6连接，所述主轴B2 7一端与法兰盘6连接，另一端通过主轴法兰盘支架8支撑。
每个所述闸片上布置十八个摩擦体，且十八个摩擦体分三层布置，分别为摩擦体M118、摩擦体M2 19、摩擦体M3 20，每一层的摩擦体位于同一圆弧上，且三层摩擦体所在的三个圆弧同心布置，热电偶按次三个层次安装，这样可以准确测量整个盘面及不同位置的温度变化情况；更好的测量准确三层摩擦体与盘面的摩擦时候的温度。
在闸片的两侧对称设有闸片钢背安装孔一21和闸片钢背安装孔二22，闸片的中部通过两个闸片钢背定位销23定位；
六根热电偶线通过安装在主轴B1上的三个等间距布置的固定热电偶卡管卡紧在主轴B1上。
所述轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4均分别通过若干固定轮盘摩擦片螺栓14与轮盘3固定连接。如此设置连接紧固。
所述耐高温玻璃丝管24的直径为3mm，所述耐高温玻璃丝管24由耐高温玻璃丝编织而成，具有很强的耐高温特性。
主轴一体式的轮盘3在主轴B3 10转动时，带动轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4同时同步转动，轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4的盘面直接与制动闸片的摩擦体对应，当开始制动时，闸片的摩擦体直接与轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4的盘面接触产生摩擦及制动效果，同时随着转速的提高产生热量温度升高，通过六个热电偶对高铁动车在高速运行时候制动情况下制动闸片与轮盘间摩擦产生的温度进行测量，并通过对盘面上不同位置的温度温度进行测量来更好的测试盘面整体温度，实现了在高速运转下闸片制动时候测量温度的准确性。
主轴一体式的轮盘3在高速运转时候达到2300转/分钟，而且在380公里时速下制动，在轮盘的摩擦片与闸片的摩擦体之间产生高温，最高温度达到700度以上，这么高速运转，热电偶承受巨大的离心力，如果固定不好极容易甩出，并且高温下热电偶套管也容易软化或者老化，因此要给出一种具体的热电偶的固定方法，来解决上述问题。
具体为：一种用于上述测温装置中的热电偶的固定方法，具体包括以下步骤：
1)材料准备：热电偶六根、耐高温玻璃丝管24六根、连接热电偶的铜管六根、固定热电偶卡管13三个、碳纤维布、玻璃纤维布，氮化硼溶液2L和耐高温结构胶；耐高温热电偶各1米长(3根/片)；耐高温玻璃丝管直径为3mm；连接热电偶的铜管25为3*20*0.5mm；所述氮化硼溶液的浓度为30～80％；碳纤维布为12K，为10cm宽的300g/㎡碳纤维布(拥有37束碳纤维原丝)，长度为5m；国产玻璃纤维布EWR750-100，厚度0.75mm；
2)所述热电偶及耐高温玻璃丝管用氮化硼溶液处理：所述热电偶及耐高温玻璃丝管24表面用无水乙醇擦拭干净，用涂层毛刷将氮化硼溶液均匀涂抹到热电偶表面，自然晾干后重复涂抹三次备用；将所述耐高温玻璃丝管24直接浸入到氮化硼溶液中浸渍20分钟，取出晾干，重复三次备用；
3)对所述碳纤维布及玻璃纤维布进行预处理：截取碳纤维布及玻璃纤维布若干段，长度60～100cm的八段，宽度为10～20cm，将其放入氮化硼溶液中浸泡80～100分钟，取出后放入氩气保护气氛的烘箱中，在80～120℃条件下烘干100分钟，取出冷却至室温备用；
4)在每根热电偶线12上套设一根耐高温玻璃丝管24，将每根热电偶线的一端焊接并埋入铜管内，即将每根热电偶线的一端插入铜管内并焊接在铜管上；将六根热电偶分别套入六根直径为3mm的耐高温玻璃丝管中，将各热电偶一端用盐浴法焊出直径2mm的焊点，将焊好的端部埋入铜管25内，端头距焊点头5mm，安装好后备用；
5)在所述轮盘摩擦片A1 2和轮盘摩擦片A2 4的盘面上分别选择距离轮盘摩擦片中心的远、中、近的三个位置作为热电偶触点；距离轮盘摩擦片的中心远、中、近的三个热电偶测温点的具体布置为：任何两个相邻的热电偶触点对应的圆心角均为120°。
6)热电偶与轮毂11采用三层碳纤维或者玻璃纤维粘接固定，纤维铺层方法采用紧密缠绕方式，层间涂刷双组份耐高温结构胶，每层涂胶后立即缠绕铺展纤维，粘接后需要相隔30分钟再进行下一层的粘接，总计按此操作三层缠绕铺层；以保证适当的固化再逐层进行铺设，顺时针缠绕铺展，缠绕铺层纤维需要一定的力度，不能出现凸起、鼓包、弯曲、凹陷、皱褶等情况；
所有热电偶线12沿着主轴平行排布，并采用三个热电偶卡管13等间距夹住固定热电偶线12；
7)将热电偶的另一端与安装有信号输出装置26的法兰盘6通过步骤6)中的三层碳纤维或者玻璃纤维紧密缠绕并在层间涂刷耐高温结构胶的方式粘接固定，以保证在高速运转及高温下热电偶的稳定性，至此完成六个热电偶的固定。
测温的准确性还取决于热电偶连接的位置和方法，在闸片与摩擦盘高速运转时候制动将产生大量的热量，盘面和闸片摩擦块体在高温下“烧成红色”，这么高的温度在盘面上不同位置温度又不同，因此，为了更好的测试盘面整体温度，本申请在盘面不同的三个位置安装热电偶，将热电偶线安装到软玻璃丝管中，起到保护热电偶的作用，热电偶的端头连接特殊结构的“铜管”，并通过特定的热电偶线布局、特殊的粘接来稳固热电偶，保证在高速运转下闸片制动时候测量温度的准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置,其特征在于：包括惯性测试台架的主轴、与主轴一体布置的轮盘、套设在主轴上且分布在轮盘左右两侧的轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2，在轮盘摩擦片A2上固设有轮毂，所述的轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2与对应侧的闸片相对应布置，在每个闸片上均设有三层摩擦体，相应的，在轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2上距离相应轮盘摩擦片的中心的远、中、近三个位置处分别安装一个热电偶触点，且两个轮盘摩擦片的热电偶触点一一对应布置；
将热电偶的端部焊接在铜管内形成所述热电偶触点，每个热电偶触点连接一根热电偶线，热电偶线的自由端沿着主轴穿过轮毂后最终与安装在主轴上的法兰盘固定连接，所有热电偶线均与轮毂固定连接，在每一根热电偶线上均套设一根耐高温玻璃丝管，所有的热电偶线的自由端均与安装在法兰盘上的信号输出装置电连接。
2.根据权利要求1所述的用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，其特征在于：所述主轴包括同一轴线布置的主轴B1、主轴B2和主轴B3，所述轮盘与主轴B3一体设置，主轴B3的左端通过主轴与滑台支架连接法兰支撑在主轴滑台支架上，右端与轮毂连接，所述主轴B1的左端与轮毂连接，右端与法兰盘连接，所述主轴B2一端与法兰盘连接，另一端通过主轴法兰盘支架支撑。
3.根据权利要求1所述的用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，其特征在于：每个所述闸片上布置十八个摩擦体，且十八个摩擦体分三层布置，每一层的摩擦体位于同一圆弧上，且三层摩擦体所在的三个圆弧同心布置。
4.根据权利要求1所述的用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，其特征在于：六根热电偶线通过安装在主轴B1上的三个等间距布置的固定热电偶卡管卡紧在主轴B1上。
5.根据权利要求1所述的用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，其特征在于：所述轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2均分别通过若干固定轮盘摩擦片螺栓与轮盘固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，其特征在于：所述耐高温玻璃丝管的直径为3mm，所述耐高温玻璃丝管由耐高温玻璃丝编织而成。
7.根据权利要求1所述的用于高速制动下闸片与轮盘摩擦表面温度测量装置，其特征在于：所述热电偶为耐高温热电偶，耐温为800℃。
8.一种用于如权利要求1所述的温度测量装置的热电偶的固定方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)材料准备：热电偶六根、耐高温玻璃丝管六根、连接热电偶的铜管六根、固定热电偶卡管三个、碳纤维布、玻璃纤维布，氮化硼溶液2L和耐高温结构胶；
2)所述热电偶及耐高温玻璃丝管用氮化硼溶液处理：所述热电偶及耐高温玻璃丝管表面用无水乙醇擦拭干净，用涂层毛刷将氮化硼溶液均匀涂抹到热电偶表面，自然晾干后重复涂抹三次备用；将所述耐高温玻璃丝管直接浸入到氮化硼溶液中浸渍20分钟，取出晾干，重复三次备用；
3)对所述碳纤维布及玻璃纤维布进行预处理：截取碳纤维布及玻璃纤维布若干段，长度60～100cm的八段，宽度为10～20cm，将其放入氮化硼溶液中浸泡80～100分钟，取出后放入惰性气体保护气氛的烘箱中，在80～120℃条件下烘干100分钟，取出冷却至室温备用；
4)在每根热电偶线上套设一根耐高温玻璃丝管，将每根热电偶线的一端焊接并埋入铜管内；
5)在所述轮盘摩擦片A1和轮盘摩擦片A2的盘面上分别选择距离轮盘摩擦片中心的远、中、近的三个位置作为热电偶触点；
6)将热电偶与轮毂采用三层碳纤维或者玻璃纤维粘接固定，纤维铺层采用紧密缠绕方式，层间涂刷双组份耐高温结构胶，每层涂胶后立即缠绕铺展纤维，粘接后需要相隔30分钟再进行下一层的粘接，总计按此操作三层缠绕铺层；所有热电偶线沿着主轴平行排布，并采用三个热电偶卡管等间距夹住固定热电偶线；
7)将热电偶的另一端与安装有信号输出装置的法兰盘通过步骤6)中的三层碳纤维或者玻璃纤维紧密缠绕并在层间涂刷耐高温结构胶的方式粘接固定，至此完成六个热电偶的固定。
9.根据权利要求8所述的热电偶的固定方法，其特征在于：所述步骤4)中，将六根热电偶分别套入六根直径为3mm的耐高温玻璃丝管中，将各热电偶一端用盐浴法焊出直径2mm的焊点，将焊好的端部埋入铜管内，端头距焊点头5mm，安装好后备用。
10.根据权利要求8所述的热电偶的固定方法，其特征在于：所述步骤5)中，距离轮盘摩擦片的中心远、中、近的三个热电偶测温点的具体布置为：任何两个相邻的热电偶触点对应的圆心角均为120°。
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