本發(fā)明屬于高速列車制動技術，具體涉及一種高速列車用全盤式制動器。
背景技術：
隨著高速鐵路技術的飛速發(fā)展，我國高速鐵路無論是從運營里程還是投運列車數(shù)量都處于世界領先行列，高速列車已經(jīng)在國民經(jīng)濟中扮演不可替代作用。目前在運行高速列車的速度已經(jīng)超過350km/h，并且隨著技術的進步列車運行速度不斷提高更。對高速列車來說，一方面要提高列車的最大運行速度，另一方面要充分保障列車運行的安全性，這就給列車運行的制動系統(tǒng)的設計提出了更高的要求。
目前高速列車機主流車采用電制動和機械制動的相結合制動方式，以電制動為主，機械制動為輔。機械制動主要有軸盤式制動器和輪盤式制動器兩種方式，軸盤式制動器用于拖車，輪盤式制動器用于動車，制動盤為鑄鋼材質，閘片為粉末冶金材質。這兩種制動形式都屬于盤式制動，制動時制動夾鉗使兩個閘片緊壓摩擦鋼盤的表面，通過閘片與鋼盤摩擦產生制動力，將列車動能轉化為熱能。機械制動是高速列車不可或缺的安全保障，同時也是高速列車轉向架系統(tǒng)的一個累贅。在保障列車運行安全性前提下對制動系統(tǒng)減負是更高速度列車轉向架系統(tǒng)開發(fā)中一個亟需解決的問題，因此，設計開發(fā)一種高速列車用簡潔化、輕量化制動器結構具有十分重要的意義。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術問題是：針對現(xiàn)有的高速列車盤式制動器存在的上述缺陷，提供一種新型的高速列車用全盤式制動器，在保證列車車輛的制動安全性前提下，即可以大幅降低列車轉向架重量負荷，同時為轉向架系統(tǒng)節(jié)省了大量寶貴空間。
本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)：
一種高速列車用全盤式制動器，包括制動盤組件、外殼組件和施壓組件；所述制動盤組件分為動摩擦盤和靜摩擦盤，其中動摩擦盤周向限位套裝在高速列車的車輪軸上，所述靜摩擦盤設置在動摩擦盤兩側，與車輪軸之間自由轉動裝配，所述外殼組件包括罩裝在制動盤組件上的殼體，所述殼體與高速列車轉向架固定連接，所述殼體的內壁與靜摩擦盤之間周向限位配合；所述施壓組件設置在最外側靜摩擦盤和外殼之間，向靜摩擦盤施壓，推動靜摩擦盤與動摩擦盤表面壓緊貼合。
進一步的，所述殼體的內壁設有沿車輪軸軸向方向設置的若干定位凸軸，所述靜摩擦盤的外圈設有與之相對嵌合的定位凹槽。
進一步的，所述制動盤組件其中一端外側的靜摩擦盤與殼體之間通過定位臺階軸向限位，所述施壓組件設置于另一端外側的靜摩擦盤和殼體端面之間。
進一步的，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端面固定設置，所述缸體與高速列車的制動液壓管路或氣壓管路連接，所述活塞設置在缸體內，通過液壓或氣壓作用力推動靜摩擦盤向動摩擦盤擠壓。
進一步的，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置定位凹槽與殼體內圈的定位凸軸嵌合，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，所述動摩擦盤的數(shù)量為1-6個，所述靜摩擦盤的數(shù)量為2-7個，n個所述動摩擦盤與n+1個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動的半封閉結構，所述殼體采用對稱的分體結構進行拼裝連接。
優(yōu)選的，所述動摩擦盤的內圈與車輪軸之間通過花鍵配合。
在本發(fā)明中，所述動摩擦盤和靜摩擦盤采用炭/陶制動盤或炭/炭制動盤中的一種或兩種組合使用，其中，所述炭/陶制動盤為密度在1.8g/cm3～2.4g/cm3之間以炭/陶復合材料制備的制動盤，所述炭/炭制動盤為密度在1.65g/cm3～1.8g/cm3之間以炭/炭復合材料制備的制動盤。具體密度的選取取決于列車的運行速度和運行環(huán)境。
本發(fā)明將采用全盤式制動器，其工作原理是，列車行進過程中，動摩擦盤通過車輪軸保持旋轉，其余組件保持固定不動。制動時，活塞將壓力作用于靜摩擦盤，靜摩擦盤及動摩擦盤沿壓力方向滑動直至壓緊，隨著活塞壓力的持續(xù)增加，使得動摩擦盤的盤面與靜摩擦盤的盤面之間相互摩擦，動能轉化為熱能，實現(xiàn)列車的制動。制動結束后，隨著活塞歸位，動摩擦盤和靜摩擦盤之間不存在壓力，摩擦制動力隨之解除。
本發(fā)明與目前軌道交通普遍采用的軸裝制動盤和輪裝制動盤相比具有以下明顯的有益效果：
1、全盤式制動器組件布局緊湊，空間利用率高，同時該系統(tǒng)無需制動卡鉗部分，為轉向架系統(tǒng)節(jié)省大量的寶貴空間；
2、全盤式制動器采用動摩擦盤和靜摩擦盤全盤面貼合、動摩擦盤雙面摩擦的形式，使得該制動器的摩擦面積大幅提高，從而使得其制動效率大幅提高，一個動車車輪軸上僅需一套全盤式制動器即可保證制動安全性；
3、全盤式制動器的制動盤采用炭/陶復合材料或炭/炭復合材料，炭纖維增強炭基復合材料(簡稱炭/炭復合材料，既c/c復合材料)和炭纖維增強炭基和陶瓷基復合材料(簡稱炭/陶復合材料，既c/c-sic復合材料)與傳統(tǒng)摩擦材料相比具有低密度、高強度、高比熱容、良好導熱性能與摩擦磨損性能等優(yōu)點，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，可以適應十分苛刻復雜的使用環(huán)境，同時不需要卡鉗，整個系統(tǒng)替代原有輪裝制動盤和軸裝制動盤系統(tǒng)可減重60％以上，對轉向架減負作用明顯，實現(xiàn)了高速列車制動器的輕量化、簡潔化；
4、全盤式制動器對不同軌道交通車輛的適應性強，系統(tǒng)可根據(jù)列車的載荷、車速同時結合轉向架結構來調整制動盤的內外徑尺寸以及動摩擦盤和靜摩擦盤數(shù)量來保證最佳的摩擦效果。
以下結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。
附圖說明
圖1為實施例一、二中的全盤式制動器的內部結構示意圖。
圖2為實施例一、二中的全盤式制動器去除殼體后的結構示意圖。
圖3為實施例一、二中的車輪軸和動摩擦盤之間的裝配示意圖。
圖4為實施例一、二中的殼體和靜摩擦盤之間的裝配示意圖。
圖5為實施例三、四中的全盤式制動器的內部結構示意圖。
圖中標號：1-缸體，2-固定盤，3-活塞，4-車輪軸，5-連接花鍵，6-動摩擦盤，7-靜摩擦盤，8-殼體，9-定位凹槽，10-定位凸軸。
具體實施方式
實施例一
參加圖1和圖2，圖示中的全盤式制動器為本發(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、動摩擦盤6、靜摩擦盤7、殼體8等。該全盤式制動器具體分為制動盤組件、施壓組件和外殼組件三大部分，其中制動盤組件分為交叉疊裝的動摩擦盤6和靜摩擦盤7，動摩擦盤6與車輪軸4周向限位裝配，并隨車輪軸4一同轉動，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向架上，施壓組件則用于將靜摩擦盤7和動摩擦盤6之間進行壓緊，實現(xiàn)車輪軸的摩擦制動。
具體的，動摩擦盤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盤組件疊裝后的厚度，對應的在動摩擦盤6的內圈上加工花鍵槽，實現(xiàn)車輪軸4帶動動摩擦盤6一同周向轉動，在動摩擦盤6的兩側分別設置有靜摩擦盤7，靜摩擦盤7與車輪軸4之間自由轉動裝配，即車輪軸的轉動不帶動靜摩擦盤7轉動，在實際應用中，可將靜摩擦盤7的內圈加工成大于或等于連接花鍵5的齒圈外徑的圓形內圈，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壁的定位凸軸10周向配合，實現(xiàn)靜摩擦盤7對于車輪軸和動摩擦盤的相對靜止，靜摩擦盤7在高速列車行進和制動過程中始終保持靜止不動。
結合參見圖4，外殼組件包括罩裝在制動盤組件上的殼體8，殼體8為兩端面開孔的半封閉圓筒構件，殼體8固定連接在高速列車的轉向架上，殼體8的兩端面設置大于車輪軸外徑的圓孔，使車輪軸與殼體形成兩個互不干擾的部件，殼體8的內徑大于動摩擦盤6的外徑，在殼體8的內壁設有沿車輪軸軸向方向的若干定位凸軸10，殼體8罩裝在制動盤組件上后，殼體8與動摩擦盤6之間同樣互不干擾，而殼體8內壁的定位凸軸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。
本實施例中的施壓組件為一組，從一側向靜摩擦盤7施壓，推動靜摩擦盤7與動摩擦盤6表面壓緊貼合。其中，制動盤組件其中一端外側的靜摩擦盤7與殼體端面之間通過定位臺階軸向限位，施壓組件則設置于另一端外側的靜摩擦盤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相對于殼體的內端面固定設置，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，在外圈設置定位凹槽9與殼體內圈的定位凸軸10嵌合，限定固定軸相對殼體1的周向轉動，同時，固定盤2的外側面通過殼體端面設置的定位臺階實現(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的內側面上，實現(xiàn)對靜摩擦盤7的平穩(wěn)施壓，缸體1與高速列車的制動液壓油路連接，高速列車制動液壓油路可參考現(xiàn)有的夾鉗式制動液壓油路，本實施例在此不做贅述，活塞3設置在缸體1內，形成液壓施壓組件，通過液壓作用力推動靜摩擦盤7向動摩擦盤6擠壓。
為了便于殼體和制動盤組件的安裝，本實施例將殼體8設置成由對稱的兩部分或三部分或四部分的分體結構實現(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行拼接固定。
在實際應用中，全盤式制動器的動摩擦盤6數(shù)量為1～6個，靜摩擦盤7數(shù)量為2～7個，靜摩擦盤7設計的數(shù)量應當超過動摩擦盤6一個，將動摩擦盤6和靜摩擦盤7交叉疊裝的同時，保證兩側最外層均為靜摩擦盤7，動摩擦盤6和靜摩擦盤7的具體數(shù)量依不同車型參數(shù)具體計算而定。
如圖1和圖2中所示，本實施例中的全盤式制動器用于380km/h高速列車，其制動盤組件由兩個動摩擦盤和三個靜摩擦盤組成，動摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成四個有效全盤摩擦面；其中，動摩擦盤6為密度2.2g/cm3的炭/陶制動盤，靜摩擦盤7為密度1.9g/cm3的炭/陶制動盤。
本實施例的全盤式制動器的工作原理如下：列車行進過程中，車輪軸4隨著車輪在電機驅動下做高速旋轉運動，旋轉力通過連接花鍵5傳遞至動摩擦盤6，此時全盤式制動器處于非加壓狀態(tài)，動摩擦盤那盤6和靜摩擦盤7之間處于非接觸狀態(tài)，車輪軸4正常轉動，動摩擦盤6隨著車輪軸4做同步旋轉運動；行車制動時，活塞3在缸體1液壓的驅動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擠壓臨近動摩擦盤6，使得動摩擦盤6會沿連接花鍵5軸向滑動，但壓力傳遞至最遠端的靜摩擦盤時，軸向滑動停止，此時摩擦制動開始；隨著活塞3壓力的持續(xù)增加，使得動摩擦盤6的盤面與靜摩擦盤7的盤面之間摩擦作用加劇，大量動能轉化為熱能，實現(xiàn)列車的制動。當作用在靜摩擦盤上的活塞3壓力撤銷，摩擦制動解除。
實施例二
本實施例中的全盤式制動器用于250km/h動車組的高速列車，其制動盤組件同樣由兩個動摩擦盤6和三個靜摩擦盤7組成，動摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成四個有效全盤摩擦面；與實施例一不同之處在于：動摩擦盤6為密度2.1g/cm3的炭/陶制動盤，靜摩擦盤7為密度1.7g/cm3的炭/炭制動盤。
實施例三
如圖5所示，本實施例中的全盤式制動器用于380km/h高速列車，其制動盤組件由三個動摩擦盤和四個靜摩擦盤組成，動摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成六個有效全盤摩擦面；其中，動摩擦盤6為密度2.3g/cm3的炭/陶制動盤，靜摩擦盤7為密度2.0g/cm3的炭/陶制動盤。
實施例四
本實施例中的全盤式制動器用于380km/h高速列車，其制動盤組件由三個動摩擦盤和四個靜摩擦盤組成，動摩擦盤6與靜摩擦盤7呈交替間隔布置，形成六個有效全盤摩擦面；與實施例三不同之處在于：動摩擦盤6為密度1.75g/cm3的炭/陶制動盤，靜摩擦盤7為密度1.65g/cm3的炭/炭制動盤。
以上實施例是對本發(fā)明的說明，并非對本發(fā)明的限定，本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實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，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。