列車制動閘片的制作方法

文檔序號：11845714閱讀：825來源：國知局

本實用新型涉及一種制動閘片，特別是涉及一種鐵路列車制動閘片。

背景技術(shù)：

對摩擦起因的研究，有簡單的粘著理論，修正的粘著理論、表面存在污染膜的理論、犁溝影響、能量理論等多種假設和模型。對于制動系統(tǒng)來說，機構(gòu)的元素集主要有制動盤、制動閘片、污染物(磨屑，沙塵等)等。輸入是運動和動能(功)；輸出是摩擦熱、噪聲、振動、運動等；系統(tǒng)的主要功能是降低運動速度或者停止運動。

摩擦副的摩擦狀態(tài)可以分成以下幾種狀態(tài)或者以下幾個階段：

①摩擦系數(shù)受犁削分量影響。由于表面污染或摩擦表面磨合拋光，產(chǎn)生很多新的微凸體，微觀表面不平度降低，微凸體的塑性變形不大，粘著相對輕微。這一階段摩擦系數(shù)與材料組合無關(guān)，但是與摩擦副的表面狀態(tài)有關(guān)。

②摩擦副表面粘著上升，摩擦力增大；如果微凸體變形、斷裂，產(chǎn)生的磨屑停留在滑動表面，摩擦系數(shù)會快速上升。

③滑動表面間的磨屑增加，摩擦系數(shù)增大，摩擦力上升；摩擦產(chǎn)生的新鮮潔凈表面的粘著增加，摩擦系數(shù)繼續(xù)增大，摩擦力繼續(xù)上升。

④留在界面的磨屑不再增加，粘著對摩擦的貢獻不變，由于微凸體的斷裂出現(xiàn)新的粗糙，微凸體變形，產(chǎn)生新的粗糙、形成新的微凸體的概率降低，這種狀況下摩擦系數(shù)大體不變；

⑤狀態(tài)4)之后，如果微凸體脫落形成凹坑、孔洞，磨屑又滯留在摩擦界面或者嵌在摩擦表面上，犁削和切削摩擦表面，摩擦系數(shù)增大，界面摩擦熱聚集，摩擦溫升導致更為嚴重的磨粒磨損；磨粒增加、再聚集，犁削和磨粒磨損作用加劇，界面摩擦狀態(tài)惡化，溫度繼續(xù)上升，摩擦系統(tǒng)進入一個惡性循環(huán)，摩擦副迅速失效。

⑥狀態(tài)4)之后，硬表面上的微凸體逐漸磨去，磨屑不滯留在硬的摩擦面上；軟表面被犁削的作用減弱，粘著摩擦為主，犁削的作用減弱；硬表面大范圍變成鏡面，軟表面也同樣變成鏡面，摩擦系數(shù)維持在較低水平。

有的摩擦副只出現(xiàn)某幾種狀態(tài)：例如有的摩擦副從①—②—④，這是一個穩(wěn)定磨損的狀態(tài)；有的①—②—③—④—⑤，這是一個經(jīng)歷短暫穩(wěn)定狀態(tài)，就進入快速磨損的狀態(tài)；有的①—④—⑥，這就是一個很快進入穩(wěn)定磨損，運轉(zhuǎn)壽命將很長的狀態(tài)等。從摩擦狀態(tài)及其轉(zhuǎn)化來看，摩擦副界面溫度、磨粒、磨屑在界面的聚集與否對摩擦副的摩擦狀態(tài)影響很大。

機械制動系統(tǒng)，都是通過摩擦制動，摩擦伴隨著磨損，多少都會產(chǎn)生磨屑。列車運行中也會帶起塵沙，進入摩擦界面；寒冷天氣的冰雪，裹挾著塵沙，覆蓋在制動盤與制動閘片上，遇熱融化之后，這些沙塵可能殘留下來，粘在制動裝置的摩擦界面或者他們的一些溝槽之中。潮濕使沙塵有機會粘附在摩擦零件上并被帶入摩擦界面，參與磨粒磨損，并制造更多的磨屑和磨粒。

隨著鐵路列車向高速快速發(fā)展的趨勢，對列車制動性能有了更高的要求。高速列車用盤式制動結(jié)構(gòu)主要包括制動盤和制動閘片，通過制動盤與制動閘片的相互摩擦，消耗了運動車輛或設備的動能，使列車停止運動。較常見的制動閘片采用背板與摩擦塊鉚釘固定連接的方式，這種制動閘片在制動時，易出現(xiàn)制動閘片上的摩擦塊與制動盤之間不能完全貼合的現(xiàn)象，使作用力不能平均的作用在摩擦塊與制動盤上，從而造成制動閘片的高應力作用點出現(xiàn)裂紋、掉塊、缺損，產(chǎn)生局部高溫區(qū)、減短了制動閘片的使用壽命，影響制動效果。

例如，CN1804422A公開了一種制動閘片，其包括底盤和摩擦元件，所述摩擦元件安裝在支撐元件上，支撐元件通過固定裝置間隔地固定在底盤上，其固定裝置即設置于摩擦元件之間的鉚釘，通過鉚釘將摩擦塊固定連接于底盤上，從而造成制動閘片上的摩擦塊與制動盤之間不能完全貼合的問題，制動閘片的高應力作用點出現(xiàn)裂紋、掉塊、缺損，制動閘片的使用壽命降低。

另外，列車機械制動系統(tǒng)在嚴寒冰雪天氣情況下，頻繁出現(xiàn)異常磨損和先期失效的情況；具體情況如下：制動盤表面摩擦出很深的磨痕、犁溝，甚至磨出的溝槽深度達到6－7mm，列車大部分的制動盤和制動閘片需要更換。這種狀況嚴重威脅到了列車的運行安全與可靠性；另外，大量的更換和維修，大大增加了列車運營部門的運營維護成本，甚至是不堪重負。列車在正常氣候條件下運營，有時也會出現(xiàn)制動閘片的異常磨損和前期失效；只是在嚴寒冰雪的氣候條件下，機械制動系統(tǒng)的異常磨損的頻率和磨損程度較明顯，也較嚴重。

造成異常磨損和先期失效的主要原因是外界硬質(zhì)顆粒異物夾在制動盤和制動閘片摩擦面之間引起制動盤劃傷。列車在運行過程中，閘片與制動盤相互摩擦，路基中砂粒或外來硬質(zhì)異物混合在冰雪中，并包裹在閘片和制動夾鉗上不易排出。硬質(zhì)異物磨削制動盤，產(chǎn)生金屬磨屑或切削出金屬絲。如果遇到下雪天氣，產(chǎn)生的金屬磨屑被冰雪包裹不能及時脫落或金屬磨屑與其他雜物一起卡在閘片孔縫內(nèi)，持續(xù)上述過程，就會加重磨削制動盤，磨削物在閘片表面生成金屬鑲嵌。

可見，嚴寒冰雪天氣是列車制動盤異常劃傷現(xiàn)象的誘因，而外界硬質(zhì)顆粒異物夾在制動盤和閘片摩擦面之間不能脫落而引起制動盤劃痕，由此產(chǎn)生的金屬切削物持續(xù)磨削制動盤表面并導致金屬在閘片表面堆積，進而造成對制動盤摩擦表面的異常劃傷。

針對上述嚴寒冰雪天氣列車制動盤異常磨損狀況，CN103133579A提出了一種雨雪天氣用浮動式制動閘片，其包括背板，所述背板為兩端通過圓弧過渡的扇環(huán)形結(jié)構(gòu)；若干個摩擦塊，所述摩擦塊可浮動地連接于所述背板上，沿所述背板的內(nèi)環(huán)至外環(huán)排布多層所述摩擦塊，相鄰層的所述摩擦塊之間的空隙內(nèi)設置防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述摩擦塊的摩擦面為一個光整的平面。其實質(zhì)是加大了摩擦塊之間的間隙，這對上述列車制動盤異常磨損狀況有所緩解；但還是存在列車制動盤異常磨損狀況，摩擦面上有聚集磨屑，聚集的磨粒與沙塵進入摩擦界面，劃傷制動盤，影響制動效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可快速將磨屑排除的摩擦副，并具有自位調(diào)節(jié)功能的列車制動閘片；本實用新型閘片能夠提高列車制動安全性、可靠性和列車營運的經(jīng)濟性。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：列車制動閘片，包括鋼背和若干個摩擦塊單元；若干個所述摩擦塊單元安裝在所述鋼背上，每個所述摩擦塊單元由若干個摩擦塊組成，若干個所述摩擦塊單元沿所述鋼背的徑向呈輻射狀排布；相鄰的兩所述摩擦塊單元之間形成容屑排屑槽。

進一步，所述摩擦塊單元呈窄扇形或長條形。

進一步，所述摩擦塊單元的數(shù)量為2～10個，優(yōu)選4～7個，更優(yōu)選6個。

進一步，所述容屑排屑槽的平均寬度為3～50mm，優(yōu)選10～40mm，更優(yōu)選15～35mm。

進一步，所述容屑排屑槽沿所述鋼背的徑向呈喇叭口狀。沿所述鋼背徑向內(nèi)側(cè)喇叭口口徑小，所述鋼背圓弧徑向外側(cè)喇叭口口徑大。

進一步，所述摩擦塊單元包括2～6個摩擦塊，優(yōu)選3～4個摩擦塊。

進一步，所述摩擦塊單元沿鋼背的徑向由內(nèi)至外包括摩擦塊I、摩擦塊II、摩擦塊III；所述摩擦塊I、摩擦塊II和摩擦塊III的摩擦面積依次遞增。

進一步，所述摩擦塊的形狀為四邊形或扇形。

進一步，所述摩擦塊單元中的兩相鄰摩擦塊之間的徑向間隙為0.5～5mm，優(yōu)選2.5～4.0mm。

進一步，所述摩擦塊由摩擦體、支撐板以及定位銷一體燒結(jié)成型；所述定位銷的端部設置有環(huán)形卡槽，所述支撐板中部設置有凸球形支撐面。

進一步，所述摩擦塊分別浮動地安裝在所述鋼背上。

進一步，所述摩擦塊與所述鋼背之間設置有用于實現(xiàn)浮動連接的調(diào)整支架、碟形彈簧和蝶形卡簧；所述鋼背設有定位孔和防轉(zhuǎn)孔。

進一步，所述調(diào)整支架設置有凹球形支撐面，防轉(zhuǎn)銷和限位臺階；所述凹球形支撐面與所述支撐板的凸球形支撐面貼合連接，形成第一級浮動結(jié)構(gòu)；所述凹球形支撐面的底部中心設置有導向孔；所述導向孔底部設置有導向柱；所述導向柱與碟形彈簧的內(nèi)孔呈間隙配合而定位碟形彈簧；所述防轉(zhuǎn)銷和所述限位臺階繞所述導向孔的中心軸呈對稱布置；所述防轉(zhuǎn)銷插入所述鋼背的防轉(zhuǎn)孔內(nèi)呈間隙配合；所述碟形彈簧置于調(diào)整支架與鋼背之間，形成第二級浮動結(jié)構(gòu)。既能保障摩擦塊有一定的浮動量，又可以防止它轉(zhuǎn)動。

進一步，所述導向柱可以插入所述鋼背的定位孔內(nèi)，所述導向柱與所述定位孔呈間隙配合。

進一步，所述防轉(zhuǎn)銷上設置有銷限位臺階，所述銷限位臺階的臺階面與所述限位臺階的臺階面在同一平面上。既能保障摩擦塊有一定的浮動量，浮動量又不會過大。

進一步，所述凹球形支撐面由邊緣球面部分和底部球面部分組成，所述邊緣球面部分的曲率半徑小于所述底部球面部分的曲率半徑，所述邊緣球面部分與所述支撐板的凸球形支撐面的球面接觸，而所述底部球面部分與所述支撐板的凸球形支撐面的球面之間存在間隙。

進一步，所述鋼背呈扇形結(jié)構(gòu)。

本實用新型列車制動閘片的裝配：所述摩擦塊的定位銷依次穿過調(diào)整支架的導向孔、碟形彈簧、鋼背的定位孔，在鋼背的背面用蝶形卡簧的卡簧孔卡入定位銷端部的環(huán)形卡槽內(nèi)；調(diào)整支架的凹球形支撐面與支撐板的凸球形支撐面貼合連接；碟形彈簧在調(diào)整支架與鋼背之間，調(diào)整支架的導向柱與碟形彈簧的內(nèi)孔呈間隙配合定位；調(diào)整支架的防轉(zhuǎn)銷插入鋼背的防轉(zhuǎn)孔內(nèi)呈間隙配合。

列車制動系統(tǒng)通過制動閘片對制動盤的摩擦功吸收動能獲得列車減速和制動。摩擦力由接觸表面微凸體變形、微凸體粘著、微凸體機械犁削等三種作用引起。以粘著為主體產(chǎn)生的粘著磨損率較以磨粒摩擦或犁削摩擦為主體的磨損率低兩個數(shù)量級?？刂浦苿酉到y(tǒng)的磨損類型或者摩擦界面摩擦狀況，阻斷摩擦副進入磨?；蚶缦髂p的條件和狀態(tài)，保證制動系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟性。本實用新型從控制摩擦磨損類型出發(fā)，對固定在扇形鋼背上的制動閘片的結(jié)構(gòu)、形狀、整體布局與排列、單個摩擦體的固定安裝設計進行了優(yōu)化。

本實用新型制動閘片設計時設置有充足的容屑、順暢的容屑排屑槽，磨屑磨粒進入容屑排屑槽內(nèi)，磨屑磨粒在旋轉(zhuǎn)離心力作用下以最快速度離開摩擦界面，離開摩擦副；一方面可以帶走部分摩擦熱，另外磨屑磨粒離開摩擦界面，離開摩擦副，不滯留、不阻塞，防止摩擦狀態(tài)惡化，防止摩擦界面持續(xù)升溫。該措施可以有效控制摩擦界面的摩擦狀態(tài)，控制制動系統(tǒng)不出現(xiàn)嚴重磨粒磨損和氧化磨損，杜絕制動系統(tǒng)的異常磨損和先期失效。列車行進過程中，徑向容屑排屑槽也是氣流的通道，制動閘片的散熱性能能得到可觀的改善。

本實用新型制動閘片的結(jié)構(gòu)采用球面連接來實現(xiàn)摩擦塊單元的自位調(diào)節(jié)功能；通過自位調(diào)節(jié)使摩擦塊單元獲得最佳工作位置，保證單個摩擦塊自身均衡受力，同時保證整個制動閘片上的摩擦塊與對偶均勻接觸、防止制動閘片出現(xiàn)偏磨；制動閘片上的摩擦塊之間相互咬合的形狀設計，考慮了單個摩擦塊有一定的自位性能，又能防止每個摩擦塊繞定位銷轉(zhuǎn)動自由度太大；摩擦塊的安裝位置、排列可以保證制動時能最大限度地吸收列車的動能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

(1)本實用新型制動閘片具有自位調(diào)節(jié)功能，保證單個摩擦塊自身均衡受力，同時保證整個制動閘片上的摩擦塊與對偶均勻接觸，防止制動閘片出現(xiàn)偏磨，提高了制動閘片性能的穩(wěn)定性。

(2)本實用新型制動閘片能夠使磨屑及磨粒在離心力作用下快速離開摩擦界面，確保制動系統(tǒng)不出現(xiàn)嚴重磨粒與犁削磨損；制動閘片的散熱性能良好。

(3)本實用新型制動閘片能夠提高列車制動安全性、可靠性和列車營運的經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1為本實用新型列車制動閘片實施例1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示本實用新型實施例的主視圖；

圖3為圖1所示本實用新型實施例的仰視圖；

圖4為圖3的A-A向剖視圖；

圖5為圖3的B-B向剖視圖；

圖6為圖1所示本實用新型實施例的摩擦塊I、摩擦塊II、摩擦塊III的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖1所示本實用新型實施例的調(diào)整支架的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7所示調(diào)整支架的背部立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為圖7所示調(diào)整支架的縱向剖視圖；

圖10為圖1所示本實用新型實施例的碟形彈簧的剖視圖；

圖11為圖1所示本實用新型實施例的蝶形卡簧的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。

實施例1

參照附圖，本實施例包括鋼背1和6個摩擦塊單元2；所述鋼背1呈扇形結(jié)構(gòu)，所述鋼背1設有定位孔11和防轉(zhuǎn)孔12；6個所述摩擦塊單元2安裝在所述鋼背1上，每個所述摩擦塊單元2由3個摩擦塊組成，6個所述摩擦塊單元2沿所述鋼背1的徑向呈輻射狀排布；相鄰的兩所述摩擦塊單元2之間形成容屑排屑槽6。所述摩擦塊單元2呈長條形；所述容屑排屑槽6的平均寬度為20mm。

所述摩擦塊單元2沿鋼背1圓弧的徑向由內(nèi)至外包括摩擦塊I21、摩擦塊II22、摩擦塊III23；所述摩擦塊I21、所述摩擦塊II22和所述摩擦塊III23均為四邊形形狀，所述摩擦塊I21、所述摩擦塊II22和所述摩擦塊III23的摩擦面積依次遞增，摩擦塊I21的摩擦面積:摩擦塊II22的摩擦面積:摩擦塊III23的摩擦面積＝2:3:4。所述摩擦塊I21與所述摩擦塊II22之間的徑向間隙為2mm，所述摩擦塊II22和所述摩擦塊III23之間的徑向間隙為2mm。

所述摩擦塊I21、摩擦塊II22、摩擦塊III23分別由摩擦體201、支撐板202以及定位銷203一體燒結(jié)成型；所述定位銷203的端部設置有環(huán)形卡槽2031，所述支撐板202中部設置有凸球形支撐面2021。

所述摩擦塊I21、摩擦塊II22、摩擦塊III23分別浮動地安裝在所述鋼背1上。所述摩擦塊I21或所述摩擦塊II22或所述摩擦塊III23與所述鋼背1之間設置有用于實現(xiàn)浮動連接的調(diào)整支架3、碟形彈簧4和蝶形卡簧5；所述鋼背1設有定位孔11和防轉(zhuǎn)孔12。所述調(diào)整支架3設置有凹球形支撐面31，防轉(zhuǎn)銷33和限位臺階34；所述凹球形支撐面31與所述支撐板202的凸球形支撐面2021貼合連接，形成第一級浮動結(jié)構(gòu)；所述凹球形支撐面31的底部中心設置有導向孔311；所述導向孔311底部設置有導向柱32；所述導向柱32與碟形彈簧4的內(nèi)孔呈間隙配合而定位碟形彈簧4；所述防轉(zhuǎn)銷33和所述限位臺階34繞所述導向孔311的中心軸呈對稱布置；所述防轉(zhuǎn)銷33插入所述鋼背1的防轉(zhuǎn)孔12內(nèi)呈間隙配合；所述碟形彈簧4置于調(diào)整支架3與鋼背1之間，形成第二級浮動結(jié)構(gòu)；所述蝶形卡簧5由彈簧鋼絲彎曲成型，其中部設置有卡簧孔51。

本實施例制動閘片的裝配：所述摩擦塊I21、所述摩擦塊II22和所述摩擦塊III23的定位銷203分別依次穿過調(diào)整支架3的導向孔311、碟形彈簧4、鋼背1的定位孔11，在鋼背1的背面用蝶形卡簧5的卡簧孔51卡入定位銷203端部的環(huán)形卡槽2031內(nèi)；調(diào)整支架3的凹球形支撐面31與支撐板202的凸球形支撐面2021貼合連接；碟形彈簧4在調(diào)整支架3與鋼背1之間，調(diào)整支架3的導向柱32與碟形彈簧4的內(nèi)孔呈間隙配合定位；調(diào)整支架3的防轉(zhuǎn)銷33插入鋼背1的防轉(zhuǎn)孔12內(nèi)呈間隙配合。

本實施例制動閘片的摩擦塊單元2沿鋼背1的圓弧徑向呈輻射狀排布，具有通暢的容屑排屑通道，使磨屑磨粒在離心力作用下快速離開摩擦界面，確保摩擦副不出現(xiàn)磨粒磨損。本實施例制動閘片具有自位調(diào)節(jié)功能，保證單個摩擦塊自身均衡受力，同時保證整個制動閘片上的摩擦塊與對偶均勻接觸、防止制動閘片出現(xiàn)偏磨，提高了制動閘片性能的穩(wěn)定性。

列車使用本實施例制動閘片，在制動時不會出現(xiàn)嚴重磨粒與犁削磨損；且制動閘片的散熱性能良好。

使用本實施例制動閘片能夠提高列車制動安全性、可靠性和列車營運的經(jīng)濟性，使用壽命長。與現(xiàn)有制動閘片相比，本實施例制動閘片使用壽命延長1.0倍。

實施例2

本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于：所述摩擦塊單元2的數(shù)量為10個；所述摩擦塊單元2呈窄扇形；所述容屑排屑槽6的平均寬度為3mm；每個所述摩擦塊單元2由2個摩擦塊組成，所述摩擦塊呈扇形；所述摩擦塊單元2的所述摩擦塊與所述摩擦塊之間的徑向間隙為0.5mm。所述導向柱32插入所述鋼背1的定位孔11內(nèi)，所述導向柱32與所述定位孔11呈間隙配合。所述防轉(zhuǎn)銷33上設置有銷限位臺階331，所述銷限位臺階331的臺階面與所述限位臺階34的臺階面在同一平面上。所述凹球形支撐面31由邊緣球面部分和底部球面部分組成，所述邊緣球面部分的曲率半徑小于所述底部球面部分的曲率半徑，所述邊緣球面部分與所述支撐板202的凸球形支撐面2021的球面接觸，而所述底部球面部分與所述支撐板202的凸球形支撐面2021的球面之間存在間隙。

其余同實施例1。