TW201726463A - 鐵路車輛用煞車來令片及具備該煞車來令片的碟式煞車 - Google Patents

鐵路車輛用煞車來令片及具備該煞車來令片的碟式煞車 Download PDF

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Abstract

煞車來令片(2)，是對在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片的滑動面緊壓的煞車來令片(2)。該煞車來令片(2)具備有：各表面與煞車碟片的滑動面相對向且排列成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件(3)、固定在各摩擦構件(3)的背面的背板(4)、在包含各摩擦構件(3)的中心部的區域支承各摩擦構件(3)，並且在其與各摩擦構件(3)的背面側的背板(4)之間中介安裝彈簧構件的基板(6)。將互相鄰接的兩個摩擦構件(3)作為一組，固定於該一組摩擦構件(3)的背板(4)為一體物，位於一組摩擦構件(3)的摩擦構件(3)彼此的間隙之背板(4)的寬度大於摩擦構件(3)的寬度。藉由該煞車來令片可減少煞車尖叫聲。該煞車來令片，容易適用於既有的車輛，容易製造管理。

Description

鐵路車輛用煞車來令片及具備該煞車來令片的碟式煞車
本發明是關於作為鐵路車輛的制動裝置使用的碟式煞車，尤其是關於對固定在車輪或車軸的煞車碟片的滑動面緊壓的鐵路車輛用煞車來令片，及具備該煞車來令片的鐵路車輛用碟式煞車。
近年來作為鐵路車輛、汽車、機車等的陸地運輸車輛的制動裝置，伴隨車輛的高速化及大型化，經常使用碟式煞車。碟式煞車，是利用煞車碟片與煞車來令片的滑動造成的摩擦而得到制動力的裝置。
鐵路車輛用的碟式煞車的情況，是將環形圓盤狀的煞車碟片安裝固定在車輪或車軸，藉由煞車卡鉗將煞車來令片緊壓於該煞車碟片的滑動面來產生制動力。藉此將車輪或車軸的旋轉制動，將移動的車輛減速。
在碟式煞車，當制動時煞車碟片會振動而產生稱為「煞車尖叫聲」的噪音。煞車尖叫聲，應該是煞車單元全體產生所謂「自激振動」的不穩定的振動導致。這種振動，是因為制動時將煞車來令片緊壓於煞車碟片時的 摩擦力所產生。所謂自激振動，是將來自外部的穩定的能量在系統內部改變為激勵能量，藉由自激讓振幅增大的振動。為了減低煞車尖叫聲，必須抑制因制動時的摩擦力所產生的自激振動。
在專利文獻1揭示有一種碟式煞車，是經由活塞將墊片緊壓於煞車碟片。在該碟式煞車，藉由墊片按壓於煞車碟片時的摩擦力，讓墊片朝煞車碟片的旋轉方向下游側也就是尾隨側(接觸結束側)移動。藉此，則活塞朝墊片的接觸面積，尾隨側，相較於煞車碟片的旋轉方向上游側也就是前導側更大。藉此，可抑制自激振動，能抑制煞車尖叫聲。
第1圖是顯示專利文獻2所揭示的煞車來令片的俯視圖。煞車來令片11具備有：基板13、與在煞車碟片的周方向及半徑方向分割配置的複數的摩擦構件12。各摩擦構件12經由彈性構件(並未圖示)安裝於基板13。彈性構件的支承剛性，因為基板13上的摩擦構件12的位置而有所不同。藉由這種構造，能抑制煞車尖叫聲。
在專利文獻3揭示有，具有與專利文獻2揭示的構造相同的構造，且以板狀構件將鄰接的兩個摩擦構件連結的煞車來令片。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-340056號公報
[專利文獻2]日本特開2011-214629號公報
[專利文獻3]日本特開2012-251597號公報
可是，為了將專利文獻1所揭示的技術適用於既有的車輛，不只是煞車來令片，連對其施加緊壓力的煞車卡鉗都必須替換，會影響到碟式煞車全體的設計。因此很難將該技術適用於既有的車輛。
而在專利文獻2的煞車來令片的構造，需要根據背板上的位置變更彈性構件的支承剛性，其製造管理較麻煩。
在專利文獻3的煞車來令片之所以用板狀的構件連結兩個摩擦構件，其目的是要抑制各摩擦構件的旋轉及各個摩擦構件的磨擦係數的變化。在專利文獻3並沒有研究減少煞車尖叫聲。
因此本發明的目的，是要提供能減低煞車尖叫聲的煞車來令片，容易適用於既有的車輛，且容易製造管理的煞車來令片、及具備該煞車來令片的碟式煞車。
本實施方式的煞車來令片，是對在鐵路車輛 的車輪或車軸所固定的煞車碟片的滑動面緊壓的煞車來令片，具備有：其各表面與煞車碟片的滑動面相對向且排列成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件、固定在各摩擦構件的背面的背板、及在包含各摩擦構件的中心部的區域支承各摩擦構件，並且在其與各摩擦構件的背面側的上述背板之間中介安裝彈簧構件的基板；將互相鄰接的兩個上述摩擦構件作為一組，固定於該一組摩擦構件的上述背板為一體物；位於上述一組摩擦構件的上述摩擦構件彼此的間隙之上述背板的寬度大於上述摩擦構件的寬度。
本實施方式的碟式煞車具備有：在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片、及對上述煞車碟片的滑動面緊壓的上述煞車來令片。
本發明的煞車來令片及碟式煞車，能減低煞車尖叫聲，容易適用於既有的車輛，且容易製造管理。
1‧‧‧煞車碟片
1a‧‧‧滑動面
2‧‧‧煞車來令片
3‧‧‧摩擦構件
4、4A、4B‧‧‧背板
4a‧‧‧連結部分
5‧‧‧彈簧構件
6‧‧‧基板
7‧‧‧鉚釘
第1圖為習知的煞車來令片的俯視圖。
第2A圖是本發明的一種實施方式的煞車來令片的俯 視圖。
第2B圖示本發明的一種實施方式的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第2C圖是第2A圖的B-B剖面圖。
第2D圖是本發明的其他實施方式的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第2E圖是本發明的另外實施方式的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第3A圖是本發明的實施例(W/D=1.32)的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第3B圖是比較例(W/D=0.40)的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第3C圖是比較例(W/D=0.55)的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第3D圖是比較例(W/D=0.67)的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第3E圖是比較例(W/D=1)的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。
第4A圖是W/D與尖叫聲指標的關係的顯示圖。
第4B圖是彎曲剛性與尖叫聲指標的關係的顯示圖。
第5A圖是顯示針對本發明的實施例的煞車來令片制動時的振幅的分布的立體圖。
第5B圖是顯示針對W/D=0.55的比較例的煞車來令片制動時的振幅的分布的立體圖。
以下針對本發明的鐵路車輛用煞車來令片及碟式煞車，詳細說明其實施方式。
第2A圖~第2C圖是本發明的鐵路車輛用碟式煞車的一個例子的顯示圖。第2A圖顯示煞車來令片的俯視圖，第2B圖顯示一組摩擦構件的俯視圖，第2C圖顯示第2A圖的B-B剖面圖。第2A圖及第2B圖顯示從表面側的煞車碟片側分別觀察煞車來令片、一組摩擦構件的狀態。
本發明的碟式煞車，如第2C圖顯示，具備有：煞車碟片1、與煞車來令片2。煞車來令片2安裝於未圖示的煞車卡鉗。煞車碟片1，為圓環形圓盤狀，藉由螺栓等堅固地安裝於未圖示的車輪或車軸。煞車卡鉗，當制動時作動，將煞車來令片2緊壓於煞車碟片1的滑動面1a。藉此讓煞車碟片1與煞車來令片2之間產生滑動造成的摩擦，而產生制動力。碟式煞車將車輪或車軸的旋轉制動，將移動的車輛減速。
在第2A圖~第2C圖所示的煞車來令片2包含：複數的摩擦構件3、背板4、彈性構件5、將上述構件予以保持的基板6。摩擦構件3，其各表面與煞車碟片1的滑動面1a相對向且排列成分別互相隔著間隙。摩擦構件3的具體排列及數量並未特別限定。
摩擦構件3是由：銅燒結材、樹脂類材料等 所構成。摩擦構件3，如第2A圖及第2B圖所示，其平面形狀為圓形，在其中心部形成有小孔3a。將鉚釘7插入於該小孔3a，藉由該鉚釘7將摩擦構件3安裝於基板6。摩擦構件3的平面形狀，不限於圓形，例如也可是四角形、六角形等的多角形。
在各摩擦構件3的背面，為了維持其強度及剛性，固定有由鋼等的薄金屬板所構成的背板4。將互相鄰接的兩個摩擦構件3作為一組，相對於該一組摩擦構件3設置有一個背板4。背板4，涵蓋著該一組摩擦構件3的兩者而為一體。藉此，一組摩擦構件3成為以背板4連結的狀態。
背板4在該實施方式為橢圓形。在一組摩擦構件3的各個摩擦構件3，在其與兩摩擦構件3的相對向部相反側的部分，背板4具有與摩擦構件3大致相同的曲率半徑，摩擦構件3的緣部與背板4的緣部大致重疊。以背板4連結的一組摩擦構件3的排列方向，並未特別限定，可排列於煞車碟片1的徑向、可排列於周方向、也可朝以外的方向排列。
各摩擦構件3，與背板4一起藉由插通各摩擦構件3的中心部的小孔3a的鉚釘7，安裝於基板6。也就是說，各摩擦構件3，在包含各摩擦構件3的中心部的區域，藉由鉚釘7被支承於基板6。在各摩擦構件3的背面側的背板4與基板6之間中介安裝有彈簧構件5。藉此，讓複數的摩擦構件3成為被分別彈性支承的狀態。作為彈 簧構件5，在第2C圖，雖然舉例盤簧，而也可採用板簧或線圈彈簧。
藉由具備該構造的煞車來令片2的碟式煞車，各摩擦構件3分別可動。因此能使制動中的煞車來令片2與煞車碟片1的接觸面壓均勻化。
一組摩擦構件3，藉由成為以一體的背板4連結的狀態，則與未以背板連結的情況相比，更能限制其動作。因此不會被制動開始時間點的行駛速度影響，可以使煞車碟片1與煞車來令片2之間的磨擦係數穩定化。
並且一組摩擦構件3，由於以作為緊固構件的兩支鉚釘7緊固於基板6，所以在制動中並不會在該處旋轉，可以防止與基板6的緊固部產生鬆動。假設即使該緊固部產生鬆動，只要不是兩處緊固部同時損壞，則摩擦構件3不會立刻遺失。於是可確保碟式煞車的充分的耐久性及可靠度。
而且各摩擦構件3，是以其中心部正下方的鉚釘7的位置為支點被彈性支承，所以在制動中即使與煞車碟片1接觸可動也不會大幅傾斜，其接觸面涵蓋全區域會均勻地磨耗，不會產生偏向磨耗。
在該本發明的煞車來令片2，如第2A圖及第2B圖所示，背板4，與在該處固定的一組摩擦構件3彼此的間隙相當的部分(也就是說摩擦構件3彼此的連結部分)4a的寬度(以下稱為「連結部寬度」)W，大於摩擦構件3的寬度D。也就是，1<W/D。在該實施方式，摩 擦構件3的寬度D與摩擦構件3的直徑相等。這裡所謂的「寬度」，是與一組摩擦構件3的排列方向垂直的方向的長度。
藉由讓1<W/D，則背板4的彎曲剛性變高，一組摩擦構件3不易分別獨立動作。結果，可抑制煞車來令片的自激振動，減低煞車尖叫聲。為了充分達成這種效果，1.1≦W/D較佳，1.2≦W/D以下更好。各個摩擦構件3，藉由在包含其中心部的區域被支承，則與例如一組摩擦構件僅在其中間部經由背板支承的情況相比，可更抑制煞車來令片的自激振動且更減低煞車尖叫聲。
在將該煞車來令片的構造適用於既有車輛的情況，例如只要變更背板即可，不需要變更煞車卡鉗等。而且在該煞車來令片，彈簧構件5的支承剛性，不需要因為基板6上的位置而變更。於是，該煞車來令片2，容易適用於既有的車輛，容易製造管理。
相較於摩擦構件3的寬度D，如果背板4的連結部寬度W太大的話，為了避免與分別安裝在鄰接的組合的摩擦構件3的背板4的干涉，則需要增大基板6。因此，背板4的連結部寬度W相對於摩擦構件3的寬度D的比例，為2以下(1<W/D≦2)較佳，1.5以下(1<W/D≦1.5)更好。
背板的緣部為滑順地連續較佳。這裡所謂「滑順地連續」，是代表切線方向沒有劇烈變化。例如如果在背板的緣部有缺口等沒有滑順地連續的部分的話，剛 性會變低，而且應力會集中在缺口等的部分所以較不適當。背板緣部的形狀，也可不只由曲線所構成，也可部分為直線狀。
第2D圖及第2E圖，是本發明的其他實施方式及另外實施方式的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。在第2D圖及第2E圖的實施方式，分別取代第2B圖所示的背板4，具備有背板4A及背板4B。
背板4A及4B的形狀，大致與第2B圖所示的背板4同樣為橢圓形。可是，在第2D圖所示的背板4A，寬度方向的端部附近是直線狀地延伸。藉此，背板4A與第2B圖所示的背板4相比，更減少其朝側方的突出量，容易避免鄰接的背板4A彼此的干涉。在第2E圖所示的背板4B，其側部之中的長邊方向中間部附近與長邊方向的端部附近之間的部分為直線狀地延伸。在該實施方式，也是以輪廓直線狀的部分，與第2B圖所示的背板4相比更減少其突出量，容易避免鄰接的背板4A彼此的干涉。
[實施例]
摩擦構件的寬度D為定值，利用FEM(有限元素法)的分析求出使背板的連結部寬度W變化時的煞車來令片的尖叫聲指標。所謂「尖叫聲指標」，是將FEM複數特徵值分析所求出的阻尼之中的負值，也就是不穩定者，以1/3倍頻帶的頻率寬度總計，求出其絕對值，從各 頻帶的值抽出的最大值。尖叫聲指標的值越小代表煞車尖叫聲的聲音越小。
第3A圖~第3E圖是作為分析對象的各煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板的俯視圖。在第3A圖~第3E圖，是以細線的兩箭頭顯示摩擦構件的寬度D，以粗線的兩箭頭顯示背板的連結部寬度W。
第3A圖是顯示本發明的實施例的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板。在該煞車來令片，是1<W/D(W/D=1.32)，背板，在摩擦構件彼此的連結部分朝側方突出。第3A圖所示的形狀的背板以外，具備有W/D為1.1、1.2、及1.5的橢圓形的背板的煞車來令片，也準備為本發明的實施例。
第3B圖~第3E圖是顯示比較例的煞車來令片所具備的一組摩擦構件及背板。在第3B圖~第3D圖的煞車來令片，是W/D<1，背板，在摩擦構件彼此的連結部分收縮。在第3E圖的煞車來令片，是W/D=1，背板的緣部，在摩擦構件彼此的連結部分為直線狀。
第4A圖是顯示W/D與尖叫聲指標的關係。第4B圖是顯示背板的彎曲剛性與尖叫聲指標的關係。在第4A圖及第4B圖，黑圓點表示本發明的實施例的資料，白四角形表示比較例的資料。
根據第4A圖可看出大致W/D越大則尖叫聲指標值越小。W/D=1的煞車來令片(參考第3E圖)的尖叫聲指標，與W/D=0.67的煞車來令片(參考第3D圖) 的尖叫聲指標相等。為了得到更減低的尖叫聲指標，需要成為1<W/D(參考第3A圖)。換言之，與在一組摩擦構件的摩擦構件彼此的間隙背板收縮的情況相比，為了減低尖叫聲指標，只是將背板收縮且將背板的側部作成直線狀並不夠，需要讓背板朝側方突出。
根據第4B圖可看出大致彎曲剛性越大則尖叫聲指標值越小。彎曲剛性與尖叫聲指標的關係，顯示與W/D與尖叫聲指標的關係為同樣的傾向。根據這點考慮，將W/D增大則尖叫聲指標減低，是因為藉由將W/D增大則彎曲剛性變高。
在第5A圖及第5B圖，是顯示在制動時的煞車來令片所產生的振幅的分布。第5A圖，是針對本發明的上述實施例中的W/D=1.32者，第5B圖是針對W/D=0.55的比較例(參考第3C圖)者。在第5A圖及第5B圖都是越黑(越濃)的部分振幅越大。在實施例的煞車來令片，與W/D=0.55的比較例相比，振幅較大的區域顯著變少。
針對第3A圖~第3E圖的各個煞車來令片，藉由FEM的分析，求出等壓性能(摩擦構件相對於煞車碟片的抵接面的壓力的均勻性)。結果，根據W/D的差異，判斷等壓性能幾乎沒有變化。
[產業上的可利用性]
本發明的鐵路車輛用煞車來令片及碟式煞 車，可有效地利用於鐵路車輛，也有用於行駛速度從低速至高速的廣泛範圍的高速鐵路車輛。
2‧‧‧煞車來令片
3‧‧‧摩擦構件
3a‧‧‧小孔
4‧‧‧背板
6‧‧‧基板
7‧‧‧鉚釘

Claims (4)

  1. 一種鐵路車輛用煞車來令片，是對在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片的滑動面緊壓的煞車來令片，具備有：其各個表面與煞車碟片的滑動面相對向且排列成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件、固定在各摩擦構件的背面的背板、及在包含各摩擦構件的中心部的區域支承各摩擦構件，並且在其與各摩擦構件的背面側的上述背板之間中介安裝彈簧構件的基板；將互相鄰接的兩個上述摩擦構件作為一組，固定於該一組摩擦構件的上述背板為一體物；位於上述一組摩擦構件的上述摩擦構件彼此的間隙之上述背板的寬度大於上述摩擦構件的寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項的鐵路車輛用煞車來令片，其中，上述背板的上述寬度相對於上述摩擦構件的寬度的比為2以下。
  3. 如申請專利範圍第1項的鐵路車輛用煞車來令片，其中，上述背板的上述寬度相對於上述摩擦構件的寬度的比為1.1以上。
  4. 一種碟式煞車，具備有：在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片、及對上述煞車碟片的滑動面緊壓的申請專利範圍第1至3項中任一項的煞車來令片。
TW105143036A 2015-12-25 2016-12-23 鐵路車輛用煞車來令片及具備該煞車來令片的碟式煞車 TWI614423B (zh)

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