[发明专利]一种高速列车用轻量化制动轮盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速列车制动盘，具体涉及一种高速列车制动系统用的具有轻量化、高效能特征的复合材料制动盘。

背景技术

制动系统是高速列车安全保障和应急的关键系统。高速列车制动系统是由制动闸片、制动盘、制动夹钳、制动缸及控制系统等组成。制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，依靠闸片与制动盘间的摩擦，将高速列车的动能转变为热能，热能通过制动盘与闸片散于大气，从而达到制动目的。传统的制动盘大多是采用单一材质的金属制动盘，重量较大，并且由于制造工艺等原因，金属制动盘内部不可避免的会存在夹杂、偏析和孔隙等缺陷；同时，在制动过程中，巨大的制动热负荷使制动盘产生很大的温度梯度,并由此产生热应力。缺陷的存在以及不均匀温度场和应力场的循环作用容易使制动盘产生微裂纹，当微裂纹扩展到一定程度时，制动盘就会发生疲劳断裂。从实际运用情况来看，高速列车制动盘多数是因制动盘表面热裂纹而更换。因此，制动盘的热裂是当前高速列车安全制动的主要威胁之一。

传统轨道交通车辆制动材料难以满足高热冲击、高能载和高摩擦因素的要求，比热容高、密度小、具有更高效能的复合材料相继投入使用到制动盘中。如碳陶复合材料，即碳纤维增强补韧碳基和碳化硅基双基体复合材料(C/C-SiC)，已成为新一代制动材料的一个主要研究方向，具有耐高温、高比强、高耐磨、低密度和全环境适用等优点，在飞机、高速列车、赛车、港口工程机械等高速高能载制动系统上具有广泛的应用前景，但是复合材料的制动盘如何实现与车轮的结合以及提高散热效果仍然是一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的复合材料在制动盘上存在的上述难题，提供一种具有轻量化、高能载与高效能特征的高速列车制动轮盘，解决现有金属制动盘因热裂导致失效和复合材料制动盘的安装难题

本发明采用如下技术方案实现：

一种高速列车用轻量化制动轮盘，包括碳陶摩擦材料的摩擦盘和碳碳复合材料的骨架盘；所述摩擦盘与骨架盘固定贴合，并通过骨架盘与车轮连接。

进一步的，所述摩擦盘的两面平整，在摩擦盘上以摩擦盘圆心为中心环形均匀分布有若干第一铆钉孔和第三铆钉孔，所述骨架盘上设有与之对应的第二铆钉孔和第四铆钉孔，其中第一铆钉孔和第三铆钉孔用于将摩擦盘和骨架盘通过铆钉贴合铆接，第二铆钉孔和第四铆钉孔用于将摩擦盘和骨架盘贴合后设置圆套，通过所述圆套将制动轮盘整体与车轮连接。

进一步的，所述第一铆钉孔和第二铆钉孔分别靠近摩擦盘和骨架盘的内圈和外圈分布两组。

进一步的，所述骨架盘上均匀分布有若干通风凸台。

进一步的，所述通风凸台为以骨架盘圆心为中心呈环形分布的若干Y型通风凸台，所述Y型通风凸台之间留有间隔为10mm-20mm的通风槽。

进一步的，所述骨架盘的通风凸台上还以骨架盘圆心为中心环形均匀分布若干滑块孔，所述滑块孔为沿径向布置的腰形孔，所述滑块孔内通过铆钉固定嵌设有滑块孔套。

在本发明中，所述摩擦盘的碳陶摩擦材料按照质量百分比包括如下组分：20～28％的碳纤维、18～32％的基体碳、26～45％的SiC、2～6％的Si。

进一步的，所述摩擦盘的厚度为10mm-20mm，密度为1.8～2.2g/cm³。

在本发明中，所述骨架盘的碳碳复合材料按照质量百分比包括如下组分：20～35％的碳纤维；65～80％的基体碳。

进一步的，所述骨架盘的厚度为28mm-40mm，密度为1.7～1.8g/cm³。

本发明具有如下有益效果：

(1)制动轮盘由碳陶材质的摩擦盘和碳碳材质的骨架盘组成，密度约为锻钢的1/3，对于制动系统的减重效果明显。

(2)同时拥有更好的高温性能和制动效能，即使在高浓度的氧气中也不会腐蚀，同时在紧急制动时陶瓷制动轮盘理论上可以消耗近50MJ的能量，而性能较好的锻钢盘也只能消耗20MJ左右。

(3)碳陶摩擦盘在制动性能方面的重大改进，使得可以用一个碳陶摩擦盘代替两个钢质制动盘的使用寿命，以一辆高速列车运行三十年来计算，成本核算显示，采用完整的本发明制动轮盘，可比钢盘制动器节约成本50％。

综上所述，本发明将碳基复合材料代替现有广泛应用的合金钢作为高速列车的制动轮盘材料，减轻了列车簧下重量，降低了牵引功率耗损；同时提高了制动轮盘的热机械性能，可以减少制动轮盘的盘数；摩擦盘磨损到位或失效后，可以直接拆卸更换，而骨架盘可以一直利用，降低了维护成本。