JP3959985B2

JP3959985B2 - Brake discs for railway vehicles and bogies for railway vehicles

Info

Publication number: JP3959985B2
Application number: JP2001169621A
Authority: JP
Inventors: 孝憲加藤; 篤司坂口; 泰久三澤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2002364686A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用ブレーキディスクおよび鉄道車両用台車に関する。具体的には、本発明は、例えば、充分に軽量化を図りながら、ブレーキ負荷による温度上昇を低減して熱変形を抑制することによって長期間にわたって使用することができる鉄道車両用ブレーキディスクと、この鉄道車両用ブレーキディスクをブレーキ装置に備える鉄道車両用台車とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、鉄道車両の高速化、走行時安定性さらには乗り心地等を向上・改善するためには、輪軸、ばね装置、車体支持装置、台車枠さらにはブレーキ装置等からなる走り装置の重量を低減することが極めて重要である。この走り装置は、貨車用を除くと、その殆どが台車方式により構成される。このため、これまでにも、車輪の側面を波打ち状に成形してその部分の板厚を低減した波打ち車輪や中空の車軸を用いたり、あるいは車体支持装置の一つをなす揺れまくらを省略したボルスタレス台車を用いること等によって、台車の重量の低減が図られてきた。
【０００３】
特に、空港を経由することなく各都市の中心部間に直接アクセスすることができる新幹線電車の場合には、例えば航空機や自動車に対して移動手段としての優位性をさらに高めるためには、運転速度をより上昇することによって移動時間を短縮することが、極めて重要である。このため、近年開発された新型の新幹線電車の車両では、積極的に台車の重量低減が図られており、その一方策として、ブレーキ装置の重量を低減することが知られている。
【０００４】
図５は、新幹線電車の車輪の側面または車軸に装着されるブレーキディスクの一例の形状を示す説明図であり、図５（ａ）はブレーキディスク１の四半円形状を示す部分平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）はブレーキング時における図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｄ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【０００５】
図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、円板状の外形を有するブレーキディスク１は、その一方の平面にブレーキライニング２が当接する摺動面３を備える外周部４と、新幹線電車の車輪５の外側面に締結するためのボルト孔６を備える内周部７とを備える。図５（ｂ）に示すように、ブレーキライニング２の半径方向の幅は、ブレーキディスク１の半径方向の外側にはみ出すことがないように、摺動面３の半径方向の幅Ｌ２より距離Ｌ１だけ短く設定されている。このため、図５（ａ）に示すように、ブレーキディスク１の外周部４には、ブレーキライニング２と当接する領域である摺動部４ａと、摺動部４ａのさらに外周側に半径方向幅Ｌ１にわたってブレーキライニング２と当接しない領域である非摺動部４ｂがある。このブレーキディスク１では、距離Ｌ１は２〜５ｍｍ程度に設定されており、摺動面３の半径方向の幅Ｌ２に対する比は０．０１５〜０．０４程度である。さらに、ブレーキディスク１の外周端部１ａは、車輪５の傾斜面５ａに干渉しないように、傾斜状に形成されている。
【０００６】
なお、車軸に装着されるブレーキディスクには、単体で構成されるものもあるが、この図５に示すブレーキディスクと同様に、一方の平面に摺動面３を備えたブレーキディスク１を摺動面３が外側を指向するようにして、車軸に左右対称に装着されるものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、我が国の新幹線電車等の高速鉄道車両では、ブレーキディスク１の回転速度や慣性力が非常に大きい。そのため、高速鉄道車両のブレーキング時におけるブレーキディスク１の温度上昇は、自動車や自動二輪さらには通常の鉄道車両（新幹線以外の鉄道車両を意味する）と比較すると、極めて著しい。
【０００８】
特に、ブレーキディスク１では、摺動面３にブレーキライニング２が当接されることから、ブレーキング中にブレーキライニング１が当接する摺動面３側とブレーキライニング１が当接しない裏面８側との温度差、つまり、ブレーキディスク１の板厚方向への温度勾配が発生する。このようにしてブレーキディスク１に板厚方向への温度勾配が生じると、摺動面３側および裏面８側それぞれのブレーキング中の熱膨張の程度に差が生じ、高温となる摺動面３側の熱膨張による伸び変形が低温の裏面８側によって拘束される。このため、このような状態からブレーキディスク１が冷却されると、熱膨張が拘束された摺動面３側は、圧縮の塑性変形により収縮が生じる。このため、図５（ｃ）に示すように、ブレーキディスク１の外周部が軸方向へ変形する、いわゆる反り変形が発生する。この反り変形は、ブレーキディスク１の板厚方向への温度勾配が大きいほど顕著に発生する。また、温度勾配は摺動面３側の温度上昇が大きいほど大きくなる。
鉄道車両においては、反り変形が大きくなりブレーキディスク１が車輪５より軸方向にはみ出すと、他の部品と干渉するおそれが生じるため、新しいブレーキディスク１と交換する必要が生じる。このため、ブレーキディスク１を長期間使用するためには、反り変形をできるだけ小さくする必要がある。さらに、ブレーキディスク１に発生する反り変形が大きくなると、ブレーキディスク１とブレーキライニング２との実当接面積が減少する。したがって、反り変形が生じた場合に、反り変形が生じていない場合と同じ制動力を得るためには、ブレーキディスク１とブレーキライニング２との実当接部に負荷される単位面積当たりのエネルギー量を、反り変形が生じていない場合に比較して大きくする必要がある。この結果、特にブレーキディスク１の外周端部１ａに大きいエネルギーが負荷されることとなり、局部的にかなり温度上昇し、反り変形がさらに増加するとともに、ブレーキディスク１とブレーキライニング２の実当接部の磨耗量が増加する。このように、ブレーキディスク１に反り変形が発生すると、ブレーキディスク１やブレーキライニング２の寿命を低下させる。
【０００９】
一方、ブレーキ装置の重量を低減することを目的としてブレーキディスク１を従来から使用されている鍛鋼製から軽量なアルミニウム合金製に変更する場合、ブレーキディスク１が比較的靭性の低い材料からなると反り変形が大きくなる前にブレーキディスク１の一部にき裂が発生して破損してしまうおそれがあるため、例えば粒子分散型アルミニウム基複合材料等の、比較的強度が低く変形し易い靱性の高いアルミニウム合金の鍛造成型品を用いるのが好ましい。
【００１０】
しかし、ブレーキディスク１を例えば粒子分散型アルミニウム基複合材料の鍛造成型品として構成しても、前述した反り変形が鍛鋼製の場合よりもよりいっそう顕著に発生してしまうおそれがある。このため、例えば粒子分散型アルミニウム基複合材料の鍛造成型品であるブレーキディスクは、相当な頻度で交換する必要が生じるため、新幹線電車等の高速鉄道車両には現状では用いることができなかった。
【００１１】
このため、ブレーキディスク１を粒子分散型アルミニウム基複合材料により構成して軽量化を図ることにより台車の重量を低減し、これにより、高速鉄道車両の高速化、走行時安定性さらには乗り心地等をさらに改善・向上することは、困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、鉄道車両用ブレーキディスクおよび鉄道車両用台車を提供することであり、具体的には、例えば、充分に軽量化を図りながら、ブレーキ負荷による温度上昇を低減して熱変形を抑制することによって長期間にわたって使用することができる鉄道車両用ブレーキディスクと、この鉄道車両用ブレーキディスクをブレーキ装置に備える鉄道車両用台車とを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、これまでには全く考慮・検討されることがなかったブレーキディスク１の外周端部１ａの近傍の形状を適正化すること、具体的にはブレーキディスク１の外周端部１ａの特定部分の面積に基づいて各部寸法を決定することによって、ブレーキディスク１を例えば粒子分散型アルミニウム基複合材料の鍛造成型品として構成した場合であっても、ブレーキディスク１の温度上昇、特に摺動面３側の外周端部１ａの温度上昇を充分に抑制して反り変形を実用上問題ない程度に事実上解消でき、これにより、ブレーキディスク１をより長寿命化できるという新規かつ重要な知見を得て、本発明を完成した。
【００１４】
本発明は、一方の平面にブレーキライニングが当接する摺動部と、この摺動部の外側にブレーキライニングが当接しない非摺動部とを有するとともに、ブレーキライニングが当接しない裏面側が車輪の側面に装着される鉄道車両用ブレーキディスクであって、非摺動部の板厚方向および半径方向をともに含む断面の断面積（Ｓ１）と、非摺動部の半径方向への距離（Ｌ１）に前記ブレーキディスクの最大の板厚（Ｈ）を乗じることによって得られる値（Ｓ２）と、摺動部のうちで非摺動部に隣接するとともに半径方向へ距離（Ｌ１）と等しい距離（Ｌ１）を有する部分の、板厚方向および半径方向をともに含む断面の断面積（Ｓ３）とが、下記（１）式および（２）式により規定される関係を満足することを特徴とする鉄道車両用ブレーキディスクである。
【００１６】
この本発明にかかる鉄道車両用ブレーキディスクでは、さらに、非摺動部の半径方向への距離（Ｌ１）と、摺動部の半径方向への距離と距離（Ｌ１）とを足し合わせた距離（Ｌ２）とが、下記（３）式により規定される関係を満足することが望ましい。
【００１７】
０．３５ ≦ Ｓ１／Ｓ２ ≦ ０．６９・・・・・・・（１）
０．３５ ≦ Ｓ１／Ｓ３ ≦ １．０・・・・・・・（２）
０．１ ≦ Ｌ１／Ｌ２ ≦０．６５・・・・・・・（３）
また、これらの本発明にかかるブレーキディスクは、粒子分散型アルミニウム基複合材料の鍛造成型品であることが望ましい。
【００１８】
別の観点からは、本発明は、上記のブレーキディスクを、ブレーキ装置に備えることを特徴とする鉄道車両用台車である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる鉄道車両用ブレーキディスクおよび鉄道車両用台車の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態の鉄道車両用台車１０の全体構造を示す斜視図であり、図２は、図１に示す鉄道車両用台車１０のブレーキディスク１１の近傍を抽出するとともに一部を破断した状態で簡略化して示す斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の鉄道車両用台車１０は、鋼製の台車枠１２を有する。台車枠１２には、車輪２３およびレール２４間の粘着を有効に利用するための牽引装置１３と、空気ばね１４やヨーダンパ１５を有し、上下振動や左右振動を吸収しながら車体を支持する車体支持装置１６と、台車枠１２に対して中ぐり車軸１９を支持するための軸箱支持装置１７および軸ばね装置１８と、さらには、動力を発生するモータ２０とが搭載されている。
【００２２】
モータ２０が発生する動力は、可撓継手２１および歯車装置２２を介して、中ぐり車軸１９に固定された車輪２３に伝達される。これにより、車輪２３はレール２４上を走行する。
【００２３】
図１および図２に示すように、車輪２３の内側の平面および外側の平面のいずれにもブレーキディスク１１が装着され、このブレーキディスク１１に、台車枠１２に搭載されたブレーキ装置２５のブレーキライニング２６が当接することにより、制動力が得られる。
【００２４】
すなわち、ブレーキディスク１１には、その一方の平面にブレーキライニング２６が当接する摺動面２７（図２におけるハッチング部）を備える外周部２８と、車輪２３に締結するためのボルト孔２９を備える内周部３０とを備える。本実施の形態においても、ブレーキライニング２６の半径方向の幅は、ブレーキディスク１１の半径方向の外側にはみ出すことがないように、摺動面２７の半径方向の幅Ｌ２より距離Ｌ１だけ短く設定されている。このため、図２に示すように、ブレーキディスク１１の外周部２８には、ブレーキライニング２６が当接する摺動部２８ａと、摺動部２８ａの外側に半径方向幅Ｌ１にわたってブレーキライニング２６と当接しない非摺動部２８ｂがある。このブレーキディスク１１では、距離Ｌ１は１２．７５ｍｍに設定されており、摺動面２７の半径方向の幅Ｌ２に対する比は０．１である。
【００２５】
また、本実施の形態のブレーキディスク１１は、ＳｉＣ粒子分散型アルミニウム基複合材料からなる鍛造成型品として、製造されている。このため、鍛鋼品からなる従来のブレーキディスクに比較して、本実施の形態のブレーキディスク１１は顕著に軽量化されている。
【００２６】
図３は、図２におけるＡ部の断面を示す説明図である。
一般的に、ブレーキディスク１１の外周部の体積を十分に大きくし、ブレーキディスク１１の熱容量を確保することにより温度上昇を低減することが可能である。しかしながら、車輪２３に装着する関係上、ブレーキディスク１１の形状は制限されるため、局部的に熱容量が小さくなる部分が存在する場合がある。そこで、熱変形を抑制することができる適正なブレーキディスク１１の形状をＦＥＭ解析で求めた結果、以下の知見を得た。
【００２７】
すなわち、ブレーキディスク１１の外周部に局部的に熱容量の小さい部分が存在すると、その部分の温度がかなり上昇することがある。特に、それが外周端部に存在すると、外周端部の温度が非常に高くなり、反り変形が大きくなる原因となる。このため、外周端部の熱容量を十分に確保することにより、反り変形を抑制することが可能である。ここで、前述したように、摺動面２７の外周端部にはブレーキライニング１１と当接しない非摺動部２８ｂが存在する。この当接しない非摺動部２８ｂの熱容量が十分に確保されれば、熱伝達によって外周端部が過大に温度上昇することを抑制することができる。そこで、当接しない非摺動部２８ｂの半径方向の断面積Ｓ１と、当接しない非摺動部２８ｂの半径方向幅Ｌ１とブレーキディスク１１の最大厚さＨとを乗じて求まる長方形の面積Ｓ２が下記（１）式を充足するようにするのが好ましい。
【００２８】
Ｓ１／Ｓ２≧０．３５・・・・・・・（１）
もし、この面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３５より小さければ、外周端部が熱容量不足となり、温度上昇を十分に低減することができない。本実施の形態では、外周端部のブレーキライニング２６と当接しない非摺動部２８ｂの断面積Ｓ１は、その当接しない非摺動部２８ｂの半径方向幅Ｌ１にブレーキディスク１１の最大厚さＨを乗じて算出される長方形部分の面積Ｓ２の０．６倍に設定した。このため、本実施の形態では、十分な熱容量が確保されている。
【００２９】
しかし、この面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３５以上であっても、ブレーキディスク１１のブレーキライニング２６との外周側当接端部で、少なくとも上記の当接しない領域と同程度の熱容量がなければ、やはり外周側当接端部の温度が大きく上昇し、反り変形を抑制することができない可能性がある。
【００３０】
そこで、外周側当接端から内周方向へ距離Ｌ１の領域の半径方向の断面積Ｓ３と、ブレーキライニング２６と当接しない領域の断面積Ｓ１とが下記（２）式を満たすようにすることが好ましい。
【００３１】
０．３５≦Ｓ１／Ｓ３≦１．０・・・・・・・（２）
本実施の形態では、外周端部のブレーキライニング２６と当接しない非摺動部２８ｂの断面積Ｓ１は、摺動面２７とブレーキライニング２６の外周側当接端から内周方向への距離がＬ１である領域３１の断面積Ｓ３の０．７倍に設定した。このため、外周側当接端部についても十分な熱容量が確保されている。
【００３２】
このように、本実施の形態における断面積Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は、ブレーキディスク１１の外周端部の熱容量を規定するパラメータである。熱容量を断面積で規定したのは、ブレーキディスク１１の半径方向の断面形状が全周にわたってほぼ一様であることから、断面積が決定されれば、ブレーキディスク１１の熱容量も決まるためである。
【００３３】
図３に示すように、断面積Ｓ１はブレーキディスク１１とブレーキライニング２６とが当接しない領域の断面積である。この領域は、他の領域とは異なり、摺動面に直接熱が加わらないので、熱伝達によって温度が上昇する領域である。したがって、本実施の形態では断面積Ｓ１を用いて、摺動部２８ａと分離して熱容量を規定した。
【００３４】
また、ブレーキディスク１１にはその仕様に応じた様々な大きさのものがあるため、断面積Ｓ１を絶対値で規定することは難しい。このため、本実施の形態では、断面積Ｓ１を規定する標準値となるものとして、断面積Ｓ２を用いた。
【００３５】
断面積Ｓ２は、断面積Ｓ１の領域を取り囲むような長方形の面積であり、断面積Ｓ１の最大値と同じ値となる。したがって、ブレーキディスク１１の大きさに関わらず、Ｓ１の範囲を規定する基準となり得るパラメータである。
【００３６】
一般的に、ブレーキディスク１１とブレーキライニング２６とが当接しない領域は、摺動面２７に比較してかなり小さい。このため、ブレーキディスク１１とブレーキライニング２６との外周側における当接端部の熱容量が充分に確保されていなければ、ブレーキディスク１１の外周端部の温度が上昇する可能性がある。当接端部は摺動面２７に直接熱が加わることから、少なくとも断面積Ｓ１以上の熱容量が必要となる。そこで、本実施の形態では、断面積Ｓ１と半径方向の幅が等しい領域の断面積Ｓ３というパラメータを設定し、当接端部の熱容量を規定した。
【００３７】
さらに、ブレーキディスク１１の外周端部におけるブレーキライニング２６と当接しない領域の半径方向幅Ｌ１を大きくすることでも、熱伝達による外周端部の過大な温度上昇を抑制するだけの熱容量を十分確保することが可能である。そのため、ブレーキライニング２６が当接しない領域の半径方向幅Ｌ１と摺動面の半径方向の幅Ｌ２とが、下記（３）式を満足するようにするのが好ましい。
【００３８】
０．１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．６５・・・・・・・（３）
距離比（Ｌ１／Ｌ２）を０．１以上にすることにより、熱伝達による外周端部の温度上昇をかなり低減することが可能である。
【００３９】
しかし、上記（１）および（２）式を満足しない状態で、距離比（Ｌ１／Ｌ２）が０．６５を越えてしまうと、ブレーキディスク１１とブレーキライニング２６との当接面積が小さくなることによる単位面積当たりの入熱量が増加することに起因して、ブレーキディスク１１の温度上昇を十分に低減できず、その結果、反り変形を抑制することができない。また、ブレーキングによるディスクおよびブレーキライニングの摩耗が過大となり、両者の摩耗による寿命を十分に確保することができない可能性がある。
【００４０】
本実施の形態では、外周端部のブレーキライニング２６と当接しない非摺動部２８ｂの半径方向幅Ｌ１は摺動面の半径方向幅Ｌ２の０．１倍に設定した。このため、ブレーキディスク１１とブレーキライニング２６との当接面積を十分に確保し、且つ熱伝達による外周端部の温度上昇を大幅に低減することができる。
【００４１】
すなわち、従来のブレーキディスク１１は、ブレーキライニング２６と当接しない領域が小さい。もし、この領域が大きければ、ブレーキディスク１１の外周端と当接端との距離が長くなるため、熱が伝達する距離も長くなり、外周端部の温度上昇を低減できる。したがって、この場合における温度上昇の低減効果はディスク外周端と当接端との距離に依存するため、本実施の形態では、距離Ｌ１というパラメータを規定することとした。
【００４２】
距離Ｌ１の範囲を規定するためには、断面積Ｓ１と同じように、基準となるものが必要である。そこで、そのようなパラメータとして、摺動面の半径方向幅Ｌ２というパラメータを用いることにした。
【００４３】
また、本実施の形態では、軽量化のためにＳｉＣ粒子分散型アルミニウム基複合材料からなる鍛造成型品を用いているが、熱による反り変形が生じやすい。しかし、本実施の形態によれば、ブレーキディスク１１の各部寸法を適正化しているため、反り変形が充分に抑制される。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、ＳｉＣ粒子分散型アルミニウム基複合材料からなる軽量なブレーキディスクを用いられるため、台車のばね下重量が低減され、ばね下の部分の動作が軽やかになり、線路面の変化に対する反応が速くなる。反応が早くなることにより、車体は常に一定の高さを保たれ、走行時の騒音や振動が低減され、これにより、より高速な走行が可能となる。
【００４５】
さらに、本実施の形態によれば、省エネルギー化が図られ、より少ない電力での走行が可能となる。
このため、本実施の形態によれば、ＳｉＣ粒子分散型アルミニウム基複合材料からなる鍛造成型品を用いるために顕著に軽量化されているとともに、ブレーキ負荷による温度上昇を低減して熱変形を抑制することによって長期間にわたって使用することができるブレーキディスク１１と、このブレーキディスク１１をブレーキ装置に備える鉄道車両用台車１０とが提供される。
【００４７】
【実施例】
反り変形を抑制する適正なブレーキディスクの形状を検討するため、ＳｉＣ粒子分散型アルミニウム基複合材料を用いて、図１〜図３に示す鍛造により成型した鉄道車両用ブレーキディスク１１を対象として、走行速度３００ｋｍ／ｈからの非常ブレーキ５回に相当する条件でＦＥＭ解析を行った。
【００４８】
表１および表２に、対象としたブレーキディスク１１の形状を示す。表１に示すブレーキディスクは、外周端部の熱容量が異なるディスクであり、また、表２に示すブレーキディスクは、摺動面外周端部のブレーキライニング２６と接触しない領域の半径方向幅が異なるディスクである。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
表１および表２において、試験材１および試験材３はいずれも本発明例であり、試験材２および試験材４はともに比較例である。
図４（ａ）は、表１のブレーキディスクを対象に行ったＦＥＭ解析の結果を示すグラフであり、図４（ｂ）は、表２のブレーキディスクを対象に行ったＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）における反り変形比は、試験材２のブレーキ１回当たりの反り変形量に対する各試験材のブレーキ１回当たりの反り変形量である。
【００５２】
図４（ａ）に示すように、本発明品である試験材１は、値（Ｓ１／Ｓ２）が十分に大きく、かつ値（Ｓ１／Ｓ３）が適正な範囲内であるため、外周端部および外周側接触端部の熱容量がともに十分に確保でき、比較例である試験材２よりも反り変形が大幅に抑制されていることがわかる。この結果、反り変形によってブレーキディスクが車輪より軸方向にはみ出すことなく、長期間の使用が可能となる。
【００５４】
さらに、本発明品である試験材３は、値（Ｓ１／Ｓ２）が十分に大きく、値（Ｓ１／Ｓ３）が適正な範囲内であり、かつ値（Ｌ１／Ｌ２）も十分に大きいため、外周端部の温度上昇が大幅に低減でき、反り変形が抑制されていることがわかる。したがって、試験材３においても、ブレーキディスクが車輪より軸方向にはみ出すことなく、長期間の使用が可能となる。
【００５５】
次に、本発明の効果を確認するため、表１に示す試験材１と試験材２のブレーキディスク（外径：７２０ｍｍ）を、ＳｉＣ粒子分散型アルミニウム基複合材の粉末を熱間鍛造により製造し、製造されたブレーキディスクのブレーキ試験を行った。
【００５６】
上記２種類のブレーキディスクについて、新幹線電車の台車をモデルにした車輪試験機を用い、ブレーキディスクを２枚一組として、摺動面（摺動面幅：１２７．５ｍｍ）を外側にして車輪の両面に取り付けて、ブレーキ試験を行った。試験は、走行速度３００ｋｍ／ｈからの非常ブレーキに相当する条件とした。
【００５７】
ブレーキングにより車輪が停止した後、ブレーキディスクを放冷し、ブレーキディスクの温度が６０℃まで低下した時点で、再度車輪を駆動させ、条件によりブレーキ試験を行った。この工程を５０回繰り返し行った。
【００５８】
表３に、ブレーキ試験の結果を示す。表中の反り変形比は、試験材２のブレーキ５０回後の反り変形量に対する各試験材のブレーキ５０回後の反り変形量の比を示す。
【００５９】
【表３】

【００６０】
表３に示すように、本発明品の試験材１は、比較例の試験材２に比較して、反り変形が大きく低減されることがわかる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、例えば、充分に軽量化を図りながら、ブレーキ負荷による温度上昇を低減して熱変形を抑制することによって長期間にわたって使用することができる鉄道車両用ブレーキディスクと、このブレーキディスクをブレーキ装置に備える鉄道車両用台車とを提供することができた。
【００６２】
かかる効果を有する本発明の意義は、著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の鉄道車両用台車の全体構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す鉄道車両用台車のブレーキディスクの近傍を抽出するとともに一部を破断した状態で簡略化して示す斜視図である。
【図３】図２おけるＡ部の断面を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）は、表１のブレーキディスクを対象に行ったＦＥＭ解析の結果を示すグラフであり、図４（ｂ）は、表２のブレーキディスクを対象に行ったＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。
【図５】新幹線電車の車輪の側面または車軸に装着されるブレーキディスクの一例の形状を示す説明図であり、図５（ａ）はブレーキディスク１の四半円形状を示す部分平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）はブレーキング時における図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｄ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１ブレーキディスク
１ａディスク外周端部
２ブレーキライニング
３摺動面
４ディスク外周部
４ａ摺動部
４ｂ非摺動部
５車輪
６ボルト孔
７ディスク内周部
８摺動部のブレーキライニングと当接しない側の面
１０鉄道車両用台車
１１ブレーキディスク
１２台車枠
１３牽引装置
１４空気ばね
１５ヨーダンパ
１６車体支持装置
１７軸箱支持装置
１８軸ばね装置
１９中ぐり車軸
２０モータ
２１可撓継手
２２歯車装置
２３車輪
２４レール
２５ブレーキ装置
２６ブレーキライニング
２７摺動部
２８ディスク外周部
２８ａ摺動部
２８ｂ非摺動部
２９ボルト孔
３０ディスク内周部
３１外周側当接端部の領域
Ｌ１非摺動部の半径方向距離
Ｌ２摺動部と非摺動部の半径方向距離を足し合わせた距離
Ｈ最大の板厚
Ｓ１非摺動部の板厚方向と半径方向をともに含む断面の断面積
Ｓ２Ｌ１とＨを乗じて得られる値
Ｓ３摺動部のうち非摺動部に隣接し、Ｌ１を有する部分の板厚方向と半径方向をともに含む断面の断面積[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionFor rolling stockThe present invention relates to a brake disc and a railcar bogie. Specifically, the present invention can be used over a long period of time, for example, by reducing the temperature rise due to the brake load and suppressing thermal deformation while sufficiently reducing the weight.For rolling stockBrake disc and thisFor rolling stockThe present invention relates to a railcar bogie equipped with a brake disc in a brake device.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in order to improve and improve the speed of rolling stock, running stability, and riding comfort, a running device comprising a wheel shaft, a spring device, a vehicle body support device, a carriage frame, a brake device, etc. It is very important to reduce the weight. Most of this running device is constituted by a carriage system except for a freight car. For this reason, up to now, the wavy wheels and hollow axles in which the side surfaces of the wheels are formed in a wavy shape to reduce the thickness of the portions have been used, or the shaking pillow that forms one of the vehicle body support devices has been omitted. The weight of the cart has been reduced by using a bolsterless cart.
[0003]
In particular, in the case of Shinkansen trains that can be directly accessed between the centers of each city without going through the airport, for example, to further enhance the superiority as a means of transportation over aircraft and automobiles, the driving speed must be increased. It is very important to shorten the travel time by raising it further. For this reason, in a new type of Shinkansen train vehicle that has been developed in recent years, the weight of the carriage is actively reduced, and it is known that the weight of the brake device is reduced as one measure.
[0004]
FIG. 5 is an explanatory view showing the shape of an example of a brake disc mounted on the side surface or axle of a Shinkansen train, and FIG. 5 (a) is a partial plan view showing a quarter circle shape of the brake disc 1, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5A, FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 5A during braking, and FIG. It is BB sectional drawing.
[0005]
As shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d), the brake disc 1 having a disc-shaped outer shape includes an outer peripheral portion 4 including a sliding surface 3 with which the brake lining 2 abuts against one plane thereof, And an inner peripheral portion 7 including a bolt hole 6 for fastening to the outer surface of the wheel 5 of the Shinkansen train. As shown in FIG. 5B, the radial width of the brake lining 2 is a distance L1 from the radial width L2 of the sliding surface 3 so that the brake lining 2 does not protrude outward in the radial direction. It is set short. Therefore, as shown in FIG. 5 (a), the outer peripheral portion 4 of the brake disc 1 has a sliding portion 4a that is an area in contact with the brake lining 2 and a radial width further on the outer peripheral side of the sliding portion 4a. There is a non-sliding portion 4b that is a region that does not contact the brake lining 2 over L1. In this brake disc 1, the distance L1 is set to about 2 to 5 mm, and the ratio of the sliding surface 3 to the radial width L2 is about 0.015 to 0.04. Furthermore, the outer peripheral end 1 a of the brake disc 1 is formed in an inclined shape so as not to interfere with the inclined surface 5 a of the wheel 5.
[0006]
Note that some brake discs are mounted on the axle, but the brake disc 1 having the sliding surface 3 on one plane is slid similarly to the brake disc shown in FIG. Some are mounted symmetrically on the axle so that the surface 3 faces the outside.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in high-speed railway vehicles such as Shinkansen trains in Japan, the rotational speed and inertial force of the brake disk 1 are very large. Therefore, the temperature rise of the brake disc 1 during braking of a high-speed railway vehicle is extremely remarkable as compared with automobiles, motorcycles, and ordinary railway vehicles (meaning railway vehicles other than the Shinkansen).
[0008]
In particular, in the brake disc 1, since the brake lining 2 is brought into contact with the sliding surface 3, the sliding surface 3 side on which the brake lining 1 contacts during braking and the back surface 8 side on which the brake lining 1 does not contact. Temperature difference, that is, a temperature gradient in the plate thickness direction of the brake disc 1 occurs. When a temperature gradient in the plate thickness direction is generated on the brake disc 1 in this manner, a difference occurs in the degree of thermal expansion during braking on the sliding surface 3 side and the back surface 8 side, and the sliding surface 3 that becomes high temperature. Elongation deformation due to thermal expansion on the side is constrained by the low temperature back surface 8 side. For this reason, when the brake disk 1 is cooled from such a state, the sliding surface 3 side in which thermal expansion is restrained contracts due to compression plastic deformation. For this reason, as shown in FIG.5 (c), what is called a curvature deformation | transformation in which the outer peripheral part of the brake disc 1 deform | transforms to an axial direction generate | occur | produces. This warpage deformation becomes more prominent as the temperature gradient in the plate thickness direction of the brake disc 1 increases. The temperature gradient increases as the temperature rise on the sliding surface 3 side increases.
In a railway vehicle, when warping deformation becomes large and the brake disc 1 protrudes in the axial direction from the wheel 5, there is a possibility that the brake disc 1 interferes with other parts. Therefore, it is necessary to replace the brake disc 1 with a new one. For this reason, in order to use the brake disc 1 for a long period of time, it is necessary to minimize warping deformation. Further, when the warp deformation generated in the brake disc 1 increases, the actual contact area between the brake disc 1 and the brake lining 2 decreases. Therefore, in order to obtain the same braking force as when no warp deformation has occurred when warp deformation has occurred, the amount of energy per unit area applied to the actual contact portion between the brake disc 1 and the brake lining 2 Needs to be larger than when no warp deformation occurs. As a result, a large amount of energy is applied to the outer peripheral end 1a of the brake disc 1 in particular, the temperature locally increases considerably, warpage deformation further increases, and the actual contact portion between the brake disc 1 and the brake lining 2 is increased. The amount of wear increases. Thus, when warp deformation occurs in the brake disc 1, the life of the brake disc 1 and the brake lining 2 is reduced.
[0009]
On the other hand, when the brake disc 1 is changed from a conventionally used forged steel to a lightweight aluminum alloy for the purpose of reducing the weight of the brake device, warping deformation occurs when the brake disc 1 is made of a material with relatively low toughness. Since there is a possibility that a part of the brake disk 1 may be cracked before being increased in size and damaged, a relatively tough aluminum such as a particle-dispersed aluminum-based composite material that has a relatively low strength and is easily deformed. It is preferable to use an alloy forged product.
[0010]
However, even if the brake disk 1 is configured as a forged molded product of, for example, a particle-dispersed aluminum-based composite material, the warpage deformation described above may occur more significantly than in the case of forged steel. For this reason, for example, a brake disk, which is a forged molded product of a particle-dispersed aluminum matrix composite material, needs to be replaced with considerable frequency, and thus cannot be used for high-speed railway vehicles such as Shinkansen trains at present.
[0011]
For this reason, the brake disc 1 is made of a particle-dispersed aluminum-based composite material to reduce the weight of the carriage, thereby reducing the weight of the carriage, thereby increasing the speed of the high-speed railway vehicle, the stability during traveling, the ride comfort, etc. It was difficult to further improve and improve the above.
[0012]
  The purpose of the present invention is toFor rolling stockThe present invention provides a brake disk and a railcar bogie. Specifically, for example, it is used over a long period of time by reducing temperature rise due to a brake load and suppressing thermal deformation while sufficiently reducing weight. be able toFor rolling stockBrake disc and thisFor rolling stockThe present invention is to provide a railway vehicle carriage provided with a brake disk in a brake device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have optimized the shape in the vicinity of the outer peripheral end portion 1a of the brake disc 1 that has not been considered or studied so far. Specifically, it is a case where the brake disc 1 is configured as a forged molded product of, for example, a particle-dispersed aluminum-based composite material by determining the dimensions of each part based on the area of a specific portion of the outer peripheral end 1a of the brake disc 1. However, the temperature increase of the brake disc 1, particularly the temperature increase of the outer peripheral end 1a on the sliding surface 3 side, can be sufficiently suppressed, and the warp deformation can be practically eliminated to the extent that there is no practical problem. The present invention has been completed by obtaining new and important knowledge that can extend the service life.
[0014]
  The present invention has a sliding portion where the brake lining contacts one plane and a non-sliding portion where the brake lining does not contact outside the sliding portion, and the brake lining does not contactBack sideIs a brake disc for a railway vehicle to be mounted on the side surface of the wheel, the cross-sectional area (S1) of the cross section including both the plate thickness direction and the radial direction of the non-sliding portion, and the radial distance of the non-sliding portion A value (S2) obtained by multiplying (L1) by the maximum plate thickness (H) of the brake disk, and is adjacent to the non-sliding part among the sliding parts and is equal to the distance (L1) in the radial direction. The cross-sectional area (S3) of the section including both the thickness direction and the radial direction of the portion having the distance (L1) satisfies the relationship defined by the following formulas (1) and (2): This is a brake disc for railway vehicles.
[0016]
  In the brake disk for a railway vehicle according to the present invention, the distance (L1) in the radial direction of the non-sliding portion and the distance (L1) in the radial direction of the sliding portion plus the distance (L1) ( L2) preferably satisfies the relationship defined by the following equation (3).
[0017]
  0.35 ≦ S1 / S2 ≦ 0.69        ・・・・・・・ (1)
  0.35 ≦ S1 / S3 ≦ 1.0 (2)
  0.1 ≦ L1 / L2 ≦ 0.65 (3)
  The brake disc according to the present invention is preferably a forged product of a particle-dispersed aluminum-based composite material.
[0018]
From another point of view, the present invention is a railway vehicle carriage characterized in that the brake device described above is provided in a brake device.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, according to the present inventionFor rolling stockDESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a brake disk and a railcar carriage will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a railway vehicle carriage 10 according to the present embodiment. FIG. 2 shows a portion of the vicinity of the brake disk 11 of the railway vehicle carriage 10 shown in FIG. It is a perspective view simplified and shown in the state where it fractured.
[0021]
As shown in FIG. 1, the railway vehicle carriage 10 of the present embodiment has a steel carriage frame 12. The bogie frame 12 has a traction device 13 for effectively using the adhesion between the wheels 23 and the rails 24, an air spring 14 and a yaw damper 15, and supports the vehicle body while absorbing vertical and lateral vibrations. A support device 16, a shaft box support device 17 and a shaft spring device 18 for supporting the boring axle 19 with respect to the carriage frame 12, and a motor 20 for generating power are mounted.
[0022]
The power generated by the motor 20 is transmitted to the wheel 23 fixed to the boring axle 19 via the flexible joint 21 and the gear device 22. Thereby, the wheel 23 travels on the rail 24.
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2, the brake disc 11 is mounted on both the inner plane and the outer plane of the wheel 23, and the brake lining of the brake device 25 mounted on the carriage frame 12 is mounted on the brake disc 11. A braking force can be obtained by the contact of 26.
[0024]
That is, the brake disk 11 includes an outer peripheral portion 28 having a sliding surface 27 (a hatched portion in FIG. 2) with which the brake lining 26 abuts on one plane, and a bolt hole 29 for fastening to the wheel 23. And a peripheral portion 30. Also in the present embodiment, the radial width of the brake lining 26 is set shorter than the radial width L2 of the sliding surface 27 by a distance L1 so that the brake lining 26 does not protrude outward in the radial direction. ing. Therefore, as shown in FIG. 2, the outer peripheral portion 28 of the brake disk 11 is in contact with the brake lining 26 over the radial width L1 on the outer side of the slide portion 28a and the sliding portion 28a. There is no non-sliding portion 28b. In this brake disc 11, the distance L1 is set to 12.75 mm, and the ratio of the sliding surface 27 to the radial width L2 is 0.1.
[0025]
In addition, the brake disk 11 of the present embodiment is manufactured as a forged product made of a SiC particle-dispersed aluminum-based composite material. For this reason, the brake disc 11 of the present embodiment is significantly reduced in weight as compared with a conventional brake disc made of a forged steel product.
[0026]
FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of a portion A in FIG.
Generally, it is possible to reduce the temperature rise by sufficiently increasing the volume of the outer periphery of the brake disk 11 and ensuring the heat capacity of the brake disk 11. However, since the shape of the brake disk 11 is limited due to the mounting on the wheel 23, there may be a portion where the heat capacity is locally reduced. Therefore, as a result of obtaining an appropriate shape of the brake disc 11 capable of suppressing thermal deformation by FEM analysis, the following knowledge was obtained.
[0027]
That is, if there is a portion having a small heat capacity locally on the outer peripheral portion of the brake disk 11, the temperature of that portion may rise considerably. In particular, if it is present at the outer peripheral end, the temperature at the outer peripheral end becomes very high, which causes warpage deformation to increase. For this reason, it is possible to suppress warpage deformation by sufficiently securing the heat capacity of the outer peripheral end portion. Here, as described above, the non-sliding portion 28 b that does not contact the brake lining 11 exists at the outer peripheral end portion of the sliding surface 27. If the heat capacity of the non-sliding portion 28b that does not abut is sufficiently ensured, it is possible to suppress an excessive increase in the temperature of the outer peripheral end due to heat transfer. Accordingly, a rectangular area S2 obtained by multiplying the radial cross-sectional area S1 of the non-sliding portion 28b that does not abut, the radial width L1 of the non-sliding portion 28b that does not abut, and the maximum thickness H of the brake disc 11 is obtained. Preferably satisfies the following expression (1).
[0028]
S1 / S2 ≧ 0.35 (1)
If this area ratio (S1 / S2) is smaller than 0.35, the outer peripheral edge becomes insufficient in heat capacity, and the temperature rise cannot be sufficiently reduced. In the present embodiment, the cross-sectional area S1 of the non-sliding portion 28b that does not contact the brake lining 26 at the outer peripheral end portion is equal to the radial width L1 of the non-sliding portion 28b that does not contact the maximum thickness of the brake disc 11. It was set to 0.6 times the area S2 of the rectangular portion calculated by multiplying by H. For this reason, in this Embodiment, sufficient heat capacity is ensured.
[0029]
However, even if this area ratio (S1 / S2) is 0.35 or more, at the outer peripheral side contact end portion of the brake disk 11 with the brake lining 26, the heat capacity is at least as high as that of the non-contact region. If not, the temperature of the outer peripheral abutting end will rise greatly, and it may not be possible to suppress warpage deformation.
[0030]
Therefore, the radial cross-sectional area S3 of the region of distance L1 from the outer peripheral side contact end to the inner peripheral direction and the cross-sectional area S1 of the region not in contact with the brake lining 26 satisfy the following expression (2). Is preferred.
[0031]
0.35 ≦ S1 / S3 ≦ 1.0 (2)
In the present embodiment, the cross-sectional area S1 of the non-sliding portion 28b that does not come into contact with the brake lining 26 at the outer peripheral end portion is the distance from the outer peripheral side contact end of the sliding surface 27 and the brake lining 26 in the inner peripheral direction. It was set to 0.7 times the cross-sectional area S3 of the region 31 that is L1. For this reason, sufficient heat capacity is ensured also about the outer peripheral side contact end.
[0032]
Thus, the cross-sectional areas S1, S2, and S3 in the present embodiment are parameters that define the heat capacity of the outer peripheral end portion of the brake disc 11. The reason why the heat capacity is defined by the cross-sectional area is that since the cross-sectional shape in the radial direction of the brake disk 11 is substantially uniform over the entire circumference, if the cross-sectional area is determined, the heat capacity of the brake disk 11 is also determined.
[0033]
As shown in FIG. 3, the cross-sectional area S1 is a cross-sectional area of a region where the brake disc 11 and the brake lining 26 do not contact each other. Unlike the other regions, this region is a region where the temperature rises due to heat transfer because heat is not directly applied to the sliding surface. Therefore, in the present embodiment, the heat capacity is defined by separating from the sliding portion 28a using the cross-sectional area S1.
[0034]
Further, since the brake disc 11 has various sizes according to the specifications, it is difficult to define the cross-sectional area S1 with an absolute value. For this reason, in the present embodiment, the cross-sectional area S2 is used as a standard value that defines the cross-sectional area S1.
[0035]
The cross-sectional area S2 is a rectangular area surrounding the area of the cross-sectional area S1, and has the same value as the maximum value of the cross-sectional area S1. Therefore, regardless of the size of the brake disc 11, the parameter can be a standard that defines the range of S1.
[0036]
In general, the area where the brake disc 11 and the brake lining 26 do not contact each other is considerably smaller than the sliding surface 27. For this reason, if the heat capacity of the contact edge part in the outer peripheral side of the brake disc 11 and the brake lining 26 is not ensured enough, the temperature of the outer peripheral end part of the brake disc 11 may rise. Since heat is directly applied to the sliding surface 27 at the contact end portion, a heat capacity of at least the cross-sectional area S1 is required. Therefore, in the present embodiment, a parameter called a cross-sectional area S3 in a region where the cross-sectional area S1 and the width in the radial direction are equal is set to define the heat capacity of the contact end portion.
[0037]
Further, by increasing the radial width L1 of the region that does not contact the brake lining 26 at the outer peripheral end of the brake disc 11, a sufficient heat capacity is secured to suppress an excessive temperature rise at the outer peripheral end due to heat transfer. It is possible. For this reason, it is preferable that the radial width L1 of the region where the brake lining 26 does not contact and the radial width L2 of the sliding surface satisfy the following expression (3).
[0038]
0.1 ≦ L1 / L2 ≦ 0.65 (3)
By setting the distance ratio (L1 / L2) to 0.1 or more, it is possible to considerably reduce the temperature rise at the outer peripheral end due to heat transfer.
[0039]
However, if the distance ratio (L1 / L2) exceeds 0.65 without satisfying the above expressions (1) and (2), the contact area between the brake disc 11 and the brake lining 26 is reduced. Due to the increase in the amount of heat input per unit area, the temperature rise of the brake disk 11 cannot be sufficiently reduced, and as a result, warpage deformation cannot be suppressed. Further, the wear of the disc and the brake lining due to braking becomes excessive, and there is a possibility that the life due to the wear of the both cannot be sufficiently ensured.
[0040]
In the present embodiment, the radial width L1 of the non-sliding portion 28b that does not contact the brake lining 26 at the outer peripheral end is set to 0.1 times the radial width L2 of the sliding surface. Therefore, a sufficient contact area between the brake disk 11 and the brake lining 26 can be ensured, and the temperature rise at the outer peripheral end due to heat transfer can be significantly reduced.
[0041]
That is, the conventional brake disc 11 has a small area where it does not contact the brake lining 26. If this area is large, the distance between the outer peripheral end of the brake disk 11 and the contact end becomes longer, so the distance for heat transfer also becomes longer, and the temperature rise at the outer peripheral end can be reduced. Therefore, since the effect of reducing the temperature rise in this case depends on the distance between the outer peripheral edge of the disk and the abutting edge, the parameter of distance L1 is defined in the present embodiment.
[0042]
In order to define the range of the distance L1, a reference one is required as in the cross-sectional area S1. Therefore, a parameter called the radial width L2 of the sliding surface is used as such a parameter.
[0043]
In the present embodiment, forged products made of SiC particle-dispersed aluminum-based composite material are used for weight reduction, but warpage deformation due to heat is likely to occur. However, according to the present embodiment, since the dimensions of each part of the brake disc 11 are optimized, warping deformation is sufficiently suppressed.
[0044]
Further, according to the present embodiment, since a lightweight brake disk made of a SiC particle-dispersed aluminum matrix composite material is used, the unsprung weight of the carriage is reduced, and the operation of the unsprung part is lightened. Response to changes in road surface is faster. As the response becomes faster, the vehicle body is always maintained at a constant height, and noise and vibration during traveling are reduced, thereby enabling faster traveling.
[0045]
Furthermore, according to the present embodiment, energy saving is achieved, and traveling with less electric power becomes possible.
For this reason, according to the present embodiment, the weight is remarkably reduced because a forged molded product made of a SiC particle-dispersed aluminum matrix composite material is used, and the temperature rise due to the brake load is reduced to suppress thermal deformation. Thus, a brake disc 11 that can be used for a long period of time and a railway vehicle carriage 10 including the brake disc 11 in a brake device are provided.
[0047]
【Example】
In order to examine the shape of an appropriate brake disk that suppresses warping deformation, the traveling is performed on the brake disk 11 for a railway vehicle formed by forging as shown in FIGS. 1 to 3 using an SiC particle-dispersed aluminum-based composite material. FEM analysis was performed under conditions corresponding to 5 emergency brakes at a speed of 300 km / h.
[0048]
Tables 1 and 2 show the shapes of the target brake disks 11. The brake discs shown in Table 1 are discs having different heat capacities at the outer peripheral ends, and the brake discs shown in Table 2 are discs having different radial widths in the regions that do not contact the brake lining 26 at the outer peripheral end of the sliding surface. It is.
[0049]
[Table 1]

[0050]
[Table 2]

[0051]
  In Tables 1 and 2, Test Material 1 and Test Material 3 are both examples of the present invention, and Test Material 2 and Test Material 4 are both comparative examples.
  FIG. 4A is a graph showing the result of FEM analysis performed on the brake disk of Table 1, and FIG. 4B shows the result of FEM analysis performed on the brake disk of Table 2. It is a graph. In addition, the warp deformation ratio in FIG. 4A and FIG.Test material 2The amount of warp deformation per brake of each test material with respect to the amount of warp deformation per brake.
[0052]
  As shown in FIG. 4 (a), it is a product of the present invention.Test material 1 isSince the value (S1 / S2) is sufficiently large and the value (S1 / S3) is within a proper range, both the heat capacity of the outer peripheral end and the outer contact end can be sufficiently secured, which is a comparative example.Test material 2It can be seen that the warpage deformation is greatly suppressed. As a result, the brake disk does not protrude from the wheel in the axial direction due to warpage deformation, and can be used for a long time.
[0054]
  Furthermore, it is a product of the present inventionTest material 3Since the value (S1 / S2) is sufficiently large, the value (S1 / S3) is within an appropriate range, and the value (L1 / L2) is also sufficiently large, the temperature rise at the outer peripheral end is greatly reduced. Can,warpIt can be seen that the deformation is suppressed. Therefore,Test material 3In this case, the brake disc can be used for a long time without protruding from the wheel in the axial direction.
[0055]
  Next, in order to confirm the effect of the present invention, it is shown in Table 1.Test material 1WhenTest material 2A brake disc (outer diameter: 720 mm) was manufactured by hot forging a powder of an SiC particle-dispersed aluminum matrix composite, and a brake test of the manufactured brake disc was performed.
[0056]
For the above two types of brake discs, a wheel tester modeled on a Shinkansen train carriage was used as a set of two brake discs, with the sliding surface (sliding surface width: 127.5 mm) on the outside, A brake test was conducted with both sides attached. The test was performed under conditions corresponding to emergency braking from a traveling speed of 300 km / h.
[0057]
After the wheel stopped by braking, the brake disc was allowed to cool, and when the temperature of the brake disc dropped to 60 ° C., the wheel was driven again, and a brake test was performed according to conditions. This process was repeated 50 times.
[0058]
  Table 3 shows the results of the brake test. The warpage deformation ratio in the table isTest material 2The ratio of the amount of warp deformation after 50 brakes of each test material to the amount of warp deformation after 50 times of braking is shown.
[0059]
[Table 3]

[0060]
As shown in Table 3, the product of the present inventionTest material 1Of the comparative exampleTest material 2It can be seen that the warpage deformation is greatly reduced as compared with FIG.
[0061]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention can be used over a long period of time by, for example, reducing the temperature rise due to the brake load and suppressing thermal deformation while sufficiently reducing the weight.For rolling stockIt was possible to provide a brake disk and a railcar bogie equipped with the brake disk in a brake device.
[0062]
The significance of the present invention having such an effect is remarkable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a railway vehicle carriage according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the vicinity of a brake disk of the railcar bogie shown in FIG. 1 with a part broken away.
FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of a portion A in FIG. 2;
4 (a) is a graph showing the results of FEM analysis performed on the brake disk of Table 1, and FIG. 4 (b) is the FEM analysis performed on the brake disk of Table 2. FIG. It is a graph which shows the result.
5 is an explanatory view showing the shape of an example of a brake disc mounted on the side surface or axle of a Shinkansen train, and FIG. 5 (a) is a partial plan view showing a quarter circle shape of the brake disc 1. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5A, FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 5A during braking, and FIG. It is BB sectional drawing.
[Explanation of symbols]
1 Brake disc
1a Disc outer edge
2 Brake lining
3 Sliding surface
4 Disc outer periphery
4a Sliding part
4b Non-sliding part
5 wheels
6 Bolt hole
7 Disc inner circumference
8 The surface of the sliding part that does not come into contact with the brake lining
10 Bogie for rail vehicles
11 Brake disc
12 bogie frame
13 Traction equipment
14 Air spring
15 Yodanpa
16 Car body support device
17 Shaft box support device
18-axis spring device
19 Boring axle
20 Motor
21 flexible joints
22 Gearing
23 wheels
24 rails
25 Brake device
26 Brake lining
27 Sliding part
28 Disc outer periphery
28a Sliding part
28b Non-sliding part
29 Bolt hole
30 Disk inner circumference
31 Area of outer peripheral contact end
L1 Radial distance of non-sliding part
L2 Distance obtained by adding the radial distance between the sliding part and the non-sliding part
H Maximum thickness
S1 Cross-sectional area of the non-sliding section including both the plate thickness direction and radial direction
S2 Value obtained by multiplying L1 and H
S3 Cross-sectional area of the cross section including both the plate thickness direction and the radial direction of the portion having L1 adjacent to the non-sliding portion among the sliding portions

Claims

A sliding portion with which the brake lining abuts on one plane and a non-sliding portion with which the brake lining does not abut on the outside of the sliding portion, and the back side where the brake lining does not abut is the side surface of the wheel A brake disc for a railway vehicle to be mounted on
The cross-sectional area (S1) of the cross section including both the plate thickness direction and the radial direction of the non-sliding portion, and the maximum plate thickness (H) of the brake disc in the radial distance (L1) of the non-sliding portion. And the plate of the portion (S2) obtained by multiplying by and the portion of the sliding portion adjacent to the non-sliding portion and having a distance (L1) equal to the distance (L1) in the radial direction A brake disk for a railway vehicle, characterized in that a cross-sectional area (S3) of a cross section including both the thickness direction and the radial direction satisfies a relationship defined by the following formulas (1) and (2).
0.35 ≦ S1 / S2 ≦ 0.69 (1)
0.35 ≦ S1 / S3 ≦ 1.0 (2)

Furthermore, the distance (L1) in the radial direction of the non-sliding part and the distance (L2) obtained by adding the distance in the radial direction of the sliding part and the distance (L1) are the following (3) The railway vehicle brake disk according to claim 1, wherein the relationship defined by the equation is satisfied.
0.1 ≦ L1 / L2 ≦ 0.65 (3)

The brake disc for a railway vehicle according to claim 1 or 2, wherein the brake disc is a forged product of a particle-dispersed aluminum-based composite material.

A truck for a railway vehicle, comprising the brake disk according to any one of claims 1 to 3 in a brake device.