本發(fā)明屬于高速列車制動(dòng)技術(shù)，具體涉及一種高速列車用全盤式制動(dòng)器。
背景技術(shù)：
隨著高速鐵路技術(shù)的飛速發(fā)展，我國高速鐵路無論是從運(yùn)營里程還是投運(yùn)列車數(shù)量都處于世界領(lǐng)先行列，高速列車已經(jīng)在國民經(jīng)濟(jì)中扮演不可替代作用。目前在運(yùn)行高速列車的速度已經(jīng)超過350km/h，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步列車運(yùn)行速度不斷提高更。對高速列車來說，一方面要提高列車的最大運(yùn)行速度，另一方面要充分保障列車運(yùn)行的安全性，這就給列車運(yùn)行的制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
目前高速列車機(jī)主流車采用電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)的相結(jié)合制動(dòng)方式，以電制動(dòng)為主，機(jī)械制動(dòng)為輔。機(jī)械制動(dòng)主要有軸盤式制動(dòng)器和輪盤式制動(dòng)器兩種方式，軸盤式制動(dòng)器用于拖車，輪盤式制動(dòng)器用于動(dòng)車，制動(dòng)盤為鑄鋼材質(zhì)，閘片為粉末冶金材質(zhì)。這兩種制動(dòng)形式都屬于盤式制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)夾鉗使兩個(gè)閘片緊壓摩擦鋼盤的表面，通過閘片與鋼盤摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力，將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。機(jī)械制動(dòng)是高速列車不可或缺的安全保障，同時(shí)也是高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的一個(gè)累贅。在保障列車運(yùn)行安全性前提下對制動(dòng)系統(tǒng)減負(fù)是更高速度列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)開發(fā)中一個(gè)亟需解決的問題，因此，設(shè)計(jì)開發(fā)一種高速列車用簡潔化、輕量化制動(dòng)器結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有的高速列車盤式制動(dòng)器存在的上述缺陷，提供一種新型的高速列車用全盤式制動(dòng)器，在保證列車車輛的制動(dòng)安全性前提下，即可以大幅降低列車轉(zhuǎn)向架重量負(fù)荷，同時(shí)為轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)節(jié)省了大量寶貴空間。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種高速列車用全盤式制動(dòng)器，包括制動(dòng)盤組件、外殼組件和施壓組件；所述制動(dòng)盤組件分為動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤，其中動(dòng)摩擦盤周向限位套裝在高速列車的車輪軸上，所述靜摩擦盤設(shè)置在動(dòng)摩擦盤兩側(cè)，與車輪軸之間自由轉(zhuǎn)動(dòng)裝配，所述外殼組件包括罩裝在制動(dòng)盤組件上的殼體，所述殼體與高速列車轉(zhuǎn)向架固定連接，所述殼體的內(nèi)壁與靜摩擦盤之間周向限位配合；所述施壓組件設(shè)置在最外側(cè)靜摩擦盤和外殼之間，向靜摩擦盤施壓，推動(dòng)靜摩擦盤與動(dòng)摩擦盤表面壓緊貼合。
進(jìn)一步的，所述殼體的內(nèi)壁設(shè)有沿車輪軸軸向方向設(shè)置的若干定位凸軸，所述靜摩擦盤的外圈設(shè)有與之相對嵌合的定位凹槽。
進(jìn)一步的，所述制動(dòng)盤組件其中一端外側(cè)的靜摩擦盤與殼體之間通過定位臺階軸向限位，所述施壓組件設(shè)置于另一端外側(cè)的靜摩擦盤和殼體端面之間。
進(jìn)一步的，所述施壓組件包括缸體和活塞，若干所述缸體相對于殼體的內(nèi)端面固定設(shè)置，所述缸體與高速列車的制動(dòng)液壓管路或氣壓管路連接，所述活塞設(shè)置在缸體內(nèi)，通過液壓或氣壓作用力推動(dòng)靜摩擦盤向動(dòng)摩擦盤擠壓。
進(jìn)一步的，所述施壓組件通過一固定盤與殼體固定裝配，所述固定盤的外圈設(shè)置定位凹槽與殼體內(nèi)圈的定位凸軸嵌合，并通過定位臺階軸向限位，若干所述缸體以車輪軸的軸線為中心均勻布置在固定盤上。
優(yōu)選的，所述動(dòng)摩擦盤的數(shù)量為1-6個(gè)，所述靜摩擦盤的數(shù)量為2-7個(gè)，n個(gè)所述動(dòng)摩擦盤與n+1個(gè)靜摩擦盤之間呈間隔交替疊裝。
優(yōu)選的，所述殼體的兩端為供車輪軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的半封閉結(jié)構(gòu)，所述殼體采用對稱的分體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝連接。
優(yōu)選的，所述動(dòng)摩擦盤的內(nèi)圈與車輪軸之間通過花鍵配合。
在本發(fā)明中，所述動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤采用炭/陶制動(dòng)盤或炭/炭制動(dòng)盤中的一種或兩種組合使用，其中，所述炭/陶制動(dòng)盤為密度在1.8g/cm3～2.4g/cm3之間以炭/陶復(fù)合材料制備的制動(dòng)盤，所述炭/炭制動(dòng)盤為密度在1.65g/cm3～1.8g/cm3之間以炭/炭復(fù)合材料制備的制動(dòng)盤。具體密度的選取取決于列車的運(yùn)行速度和運(yùn)行環(huán)境。
本發(fā)明將采用全盤式制動(dòng)器，其工作原理是，列車行進(jìn)過程中，動(dòng)摩擦盤通過車輪軸保持旋轉(zhuǎn)，其余組件保持固定不動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，活塞將壓力作用于靜摩擦盤，靜摩擦盤及動(dòng)摩擦盤沿壓力方向滑動(dòng)直至壓緊，隨著活塞壓力的持續(xù)增加，使得動(dòng)摩擦盤的盤面與靜摩擦盤的盤面之間相互摩擦，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)列車的制動(dòng)。制動(dòng)結(jié)束后，隨著活塞歸位，動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤之間不存在壓力，摩擦制動(dòng)力隨之解除。
本發(fā)明與目前軌道交通普遍采用的軸裝制動(dòng)盤和輪裝制動(dòng)盤相比具有以下明顯的有益效果：
1、全盤式制動(dòng)器組件布局緊湊，空間利用率高，同時(shí)該系統(tǒng)無需制動(dòng)卡鉗部分，為轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)節(jié)省大量的寶貴空間；
2、全盤式制動(dòng)器采用動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤全盤面貼合、動(dòng)摩擦盤雙面摩擦的形式，使得該制動(dòng)器的摩擦面積大幅提高，從而使得其制動(dòng)效率大幅提高，一個(gè)動(dòng)車車輪軸上僅需一套全盤式制動(dòng)器即可保證制動(dòng)安全性；
3、全盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤采用炭/陶復(fù)合材料或炭/炭復(fù)合材料，炭纖維增強(qiáng)炭基復(fù)合材料(簡稱炭/炭復(fù)合材料，既c/c復(fù)合材料)和炭纖維增強(qiáng)炭基和陶瓷基復(fù)合材料(簡稱炭/陶復(fù)合材料，既c/c-sic復(fù)合材料)與傳統(tǒng)摩擦材料相比具有低密度、高強(qiáng)度、高比熱容、良好導(dǎo)熱性能與摩擦磨損性能等優(yōu)點(diǎn)，其材料密度約為鑄鋼的1/4，為粉末冶金材料1/3，最為突出的性能是高溫摩擦性能優(yōu)異，可以適應(yīng)十分苛刻復(fù)雜的使用環(huán)境，同時(shí)不需要卡鉗，整個(gè)系統(tǒng)替代原有輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤系統(tǒng)可減重60％以上，對轉(zhuǎn)向架減負(fù)作用明顯，實(shí)現(xiàn)了高速列車制動(dòng)器的輕量化、簡潔化；
4、全盤式制動(dòng)器對不同軌道交通車輛的適應(yīng)性強(qiáng)，系統(tǒng)可根據(jù)列車的載荷、車速同時(shí)結(jié)合轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)來調(diào)整制動(dòng)盤的內(nèi)外徑尺寸以及動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤數(shù)量來保證最佳的摩擦效果。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
附圖說明
圖1為實(shí)施例一、二中的全盤式制動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實(shí)施例一、二中的全盤式制動(dòng)器去除殼體后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為實(shí)施例一、二中的車輪軸和動(dòng)摩擦盤之間的裝配示意圖。
圖4為實(shí)施例一、二中的殼體和靜摩擦盤之間的裝配示意圖。
圖5為實(shí)施例三、四中的全盤式制動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號：1-缸體，2-固定盤，3-活塞，4-車輪軸，5-連接花鍵，6-動(dòng)摩擦盤，7-靜摩擦盤，8-殼體，9-定位凹槽，10-定位凸軸。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
參加圖1和圖2，圖示中的全盤式制動(dòng)器為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，包括缸體1、固定盤2、活塞3、車輪軸4、連接花鍵5、動(dòng)摩擦盤6、靜摩擦盤7、殼體8等。該全盤式制動(dòng)器具體分為制動(dòng)盤組件、施壓組件和外殼組件三大部分，其中制動(dòng)盤組件分為交叉疊裝的動(dòng)摩擦盤6和靜摩擦盤7，動(dòng)摩擦盤6與車輪軸4周向限位裝配，并隨車輪軸4一同轉(zhuǎn)動(dòng)，靜摩擦盤7與外殼組件周向定位連接，外殼組件固定在高速列車的轉(zhuǎn)向架上，施壓組件則用于將靜摩擦盤7和動(dòng)摩擦盤6之間進(jìn)行壓緊，實(shí)現(xiàn)車輪軸的摩擦制動(dòng)。
具體的，動(dòng)摩擦盤6通過花鍵配合套裝在車輪軸4上，如圖3所示，連接花鍵5可通過過盈配合的花鍵套固定套裝在車輪軸上，也可通過在車輪軸4上直接加工出連接花鍵5，連接花鍵5的軸向長度不小于制動(dòng)盤組件疊裝后的厚度，對應(yīng)的在動(dòng)摩擦盤6的內(nèi)圈上加工花鍵槽，實(shí)現(xiàn)車輪軸4帶動(dòng)動(dòng)摩擦盤6一同周向轉(zhuǎn)動(dòng)，在動(dòng)摩擦盤6的兩側(cè)分別設(shè)置有靜摩擦盤7，靜摩擦盤7與車輪軸4之間自由轉(zhuǎn)動(dòng)裝配，即車輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)不帶動(dòng)靜摩擦盤7轉(zhuǎn)動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中，可將靜摩擦盤7的內(nèi)圈加工成大于或等于連接花鍵5的齒圈外徑的圓形內(nèi)圈，將靜摩擦盤7直接通過間隙配合套裝在連接花鍵5的齒圈上，在靜摩擦盤7的外圈加工有若干定位凹槽9，用于靜摩擦盤7的外圈與外殼組件中的殼體內(nèi)壁的定位凸軸10周向配合，實(shí)現(xiàn)靜摩擦盤7對于車輪軸和動(dòng)摩擦盤的相對靜止，靜摩擦盤7在高速列車行進(jìn)和制動(dòng)過程中始終保持靜止不動(dòng)。
結(jié)合參見圖4，外殼組件包括罩裝在制動(dòng)盤組件上的殼體8，殼體8為兩端面開孔的半封閉圓筒構(gòu)件，殼體8固定連接在高速列車的轉(zhuǎn)向架上，殼體8的兩端面設(shè)置大于車輪軸外徑的圓孔，使車輪軸與殼體形成兩個(gè)互不干擾的部件，殼體8的內(nèi)徑大于動(dòng)摩擦盤6的外徑，在殼體8的內(nèi)壁設(shè)有沿車輪軸軸向方向的若干定位凸軸10，殼體8罩裝在制動(dòng)盤組件上后，殼體8與動(dòng)摩擦盤6之間同樣互不干擾，而殼體8內(nèi)壁的定位凸軸10與靜摩擦盤7外圈的定位凹槽9一一嵌合，實(shí)現(xiàn)靜摩擦盤7與殼體8之間的周向限位配合，定位凹槽9和定位凸軸10之間采用間隙配合，實(shí)現(xiàn)靜摩擦盤7在施壓組件的作用下沿定位凸軸10軸向滑動(dòng)。
本實(shí)施例中的施壓組件為一組，從一側(cè)向靜摩擦盤7施壓，推動(dòng)靜摩擦盤7與動(dòng)摩擦盤6表面壓緊貼合。其中，制動(dòng)盤組件其中一端外側(cè)的靜摩擦盤7與殼體端面之間通過定位臺階軸向限位，施壓組件則設(shè)置于另一端外側(cè)的靜摩擦盤7和殼體端面之間。
具體的，施壓組件采用液壓組件，包括缸體1和活塞3，缸體1相對于殼體的內(nèi)端面固定設(shè)置，若干缸體1通過一固定盤2與殼體固定裝配，固定盤2與靜摩擦盤相同，在外圈設(shè)置定位凹槽9與殼體內(nèi)圈的定位凸軸10嵌合，限定固定軸相對殼體1的周向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，固定盤2的外側(cè)面通過殼體端面設(shè)置的定位臺階實(shí)現(xiàn)軸向限位，缸體1以車輪軸的軸線為中心呈環(huán)形陣列均勻布置在固定盤2的內(nèi)側(cè)面上，實(shí)現(xiàn)對靜摩擦盤7的平穩(wěn)施壓，缸體1與高速列車的制動(dòng)液壓油路連接，高速列車制動(dòng)液壓油路可參考現(xiàn)有的夾鉗式制動(dòng)液壓油路，本實(shí)施例在此不做贅述，活塞3設(shè)置在缸體1內(nèi)，形成液壓施壓組件，通過液壓作用力推動(dòng)靜摩擦盤7向動(dòng)摩擦盤6擠壓。
為了便于殼體和制動(dòng)盤組件的安裝，本實(shí)施例將殼體8設(shè)置成由對稱的兩部分或三部分或四部分的分體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)安裝拼接，拼接后可通過法蘭或其他可拆卸的連接方式進(jìn)行拼接固定。
在實(shí)際應(yīng)用中，全盤式制動(dòng)器的動(dòng)摩擦盤6數(shù)量為1～6個(gè)，靜摩擦盤7數(shù)量為2～7個(gè)，靜摩擦盤7設(shè)計(jì)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)超過動(dòng)摩擦盤6一個(gè)，將動(dòng)摩擦盤6和靜摩擦盤7交叉疊裝的同時(shí)，保證兩側(cè)最外層均為靜摩擦盤7，動(dòng)摩擦盤6和靜摩擦盤7的具體數(shù)量依不同車型參數(shù)具體計(jì)算而定。
如圖1和圖2中所示，本實(shí)施例中的全盤式制動(dòng)器用于380km/h高速列車，其制動(dòng)盤組件由兩個(gè)動(dòng)摩擦盤和三個(gè)靜摩擦盤組成，動(dòng)摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成四個(gè)有效全盤摩擦面；其中，動(dòng)摩擦盤6為密度2.2g/cm3的炭/陶制動(dòng)盤，靜摩擦盤7為密度1.9g/cm3的炭/陶制動(dòng)盤。
本實(shí)施例的全盤式制動(dòng)器的工作原理如下：列車行進(jìn)過程中，車輪軸4隨著車輪在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)力通過連接花鍵5傳遞至動(dòng)摩擦盤6，此時(shí)全盤式制動(dòng)器處于非加壓狀態(tài)，動(dòng)摩擦盤那盤6和靜摩擦盤7之間處于非接觸狀態(tài)，車輪軸4正常轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)摩擦盤6隨著車輪軸4做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；行車制動(dòng)時(shí)，活塞3在缸體1液壓的驅(qū)動(dòng)下向前加壓于近端的靜摩擦盤的盤面，壓迫靜摩擦盤7沿定位凸軸10擠壓臨近動(dòng)摩擦盤6，使得動(dòng)摩擦盤6會沿連接花鍵5軸向滑動(dòng)，但壓力傳遞至最遠(yuǎn)端的靜摩擦盤時(shí)，軸向滑動(dòng)停止，此時(shí)摩擦制動(dòng)開始；隨著活塞3壓力的持續(xù)增加，使得動(dòng)摩擦盤6的盤面與靜摩擦盤7的盤面之間摩擦作用加劇，大量動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)列車的制動(dòng)。當(dāng)作用在靜摩擦盤上的活塞3壓力撤銷，摩擦制動(dòng)解除。
實(shí)施例二
本實(shí)施例中的全盤式制動(dòng)器用于250km/h動(dòng)車組的高速列車，其制動(dòng)盤組件同樣由兩個(gè)動(dòng)摩擦盤6和三個(gè)靜摩擦盤7組成，動(dòng)摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成四個(gè)有效全盤摩擦面；與實(shí)施例一不同之處在于：動(dòng)摩擦盤6為密度2.1g/cm3的炭/陶制動(dòng)盤，靜摩擦盤7為密度1.7g/cm3的炭/炭制動(dòng)盤。
實(shí)施例三
如圖5所示，本實(shí)施例中的全盤式制動(dòng)器用于380km/h高速列車，其制動(dòng)盤組件由三個(gè)動(dòng)摩擦盤和四個(gè)靜摩擦盤組成，動(dòng)摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成六個(gè)有效全盤摩擦面；其中，動(dòng)摩擦盤6為密度2.3g/cm3的炭/陶制動(dòng)盤，靜摩擦盤7為密度2.0g/cm3的炭/陶制動(dòng)盤。
實(shí)施例四
本實(shí)施例中的全盤式制動(dòng)器用于380km/h高速列車，其制動(dòng)盤組件由三個(gè)動(dòng)摩擦盤和四個(gè)靜摩擦盤組成，動(dòng)摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成六個(gè)有效全盤摩擦面；與實(shí)施例三不同之處在于：動(dòng)摩擦盤6為密度1.75g/cm3的炭/陶制動(dòng)盤，靜摩擦盤7為密度1.65g/cm3的炭/炭制動(dòng)盤。
以上實(shí)施例是對本發(fā)明的說明，并非對本發(fā)明的限定，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的具體工作原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。