[发明专利]一种优化摩擦粒子组合及安装方式的高速列车制动闸片

说明书

本发明属于摩擦制动技术领域，具体涉及一种优化摩擦粒子组合及安装方式的高速列车制动闸片。改善现有制动闸片上摩擦粒子形状单一、存在偏磨现象、制动噪声大、制动界面热分布不均匀问题。本发明的技术方案是：提出不同形状、材料摩擦粒子组合的思路，通过在不同区域内灵活设置多种形状、材料的摩擦粒子，综合利用各种形状、材料摩擦粒子的优点；优化摩擦粒子的固定方式；优化摩擦粒子的防转方式，将导向轴和安装孔优化为截面形状非圆形的柱形。本发明将不同形状、材料的摩擦粒子的优点有机结合，提高制动系统的可靠性、安全性、舒适性。

技术领域

本发明属于摩擦制动技术领域，具体涉及一种优化摩擦粒子组合及安装方式的高速列车制动闸片。

背景技术

高速列车通常采用盘式制动，在车轴上或在车轮辐板侧面安装制动盘，用制动夹钳使两个制动闸片紧压制动盘，摩擦产生制动力，使列车停止前进。此种制动方式由于作用力不在车轮踏面上，可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。另外盘形制动的摩擦面积大，制动平稳，制动效果好。随着国民经济的快速发展，高速列车运行速度日益提升，不断突破运营最高速度，因而对制动系统安全性、可靠性提出了更为严格的要求；同时人们生活水平的提高，对列车乘坐的舒适性也日益关注。因此针对制动闸片的安全性、可靠性、舒适性展开优化设计具有重大工程实际应用意义。

目前制动系统中制动闸片多采用同种形状的摩擦粒子，如六边形摩擦粒子、圆形摩擦粒子等。而现有研究已然表明不同形状摩擦粒子在制动性能的多种表现形式中有明显的区别，故单纯地采用一种形状的摩擦粒子，无法使制动闸片结构满足多方面的性能要求。

现有制动系统的优化方案中很少涉及闸片结构中摩擦粒子的排布方式。制动闸片上在最外层的摩擦粒子所承受的摩擦速度是最大的，给最外层的摩擦粒子带来较高强度的冲击，加剧界面磨损和裂纹萌生，造成大面积严重磨损区域，且高强度的冲击会引起界面的持续且剧烈的振动现象，激发高频率、高强度的尖叫噪声。最外层排列的粒子数目也是较多的，导致该区域与制动盘的接触面积最大。相比内层，对磨时间大幅度延长。若在此处依然采用非圆弧形摩擦粒子，会极大程度地影响摩擦粒子表面的磨损特性及接触压力分布，加剧磨损，造成严重的应力集中，引起列车制动过程中产生高频尖叫噪声，并导致摩擦粒子表面局部高温现象，严重影响界面的运行精度及可靠性，缩短制动闸片的使用寿命，降低制动系统稳定性。

另一方面是未考虑闸片结构切入端排布方式对制动性能的影响。而实际上切入端的特征与制动界面特性联系紧密。在制动过程中，闸片的切入端区域承受最大能量级的冲击力，极大程度上破坏该区域摩擦粒子的表面形貌特征，加剧界面磨损和裂纹萌生，造成磨屑堆积及粘着撕裂等现象，出现大面积严重磨损区域，并且巨大的冲击力会引起界面摩擦力的剧烈波动，引起界面持续且剧烈的振动现象，辐射出高频率和高强度的制动尖叫噪声。同时产生严重的应力集中，在引起制动系统产生高强度的振动噪声的同时导致摩擦粒子表面局部高温现象，极大影响制动过程的安全性和可靠性。

随着列车的速度等级不断提升，制动能量相对较大。制动时在摩擦界面产生的热负荷较大，而现有制动闸片摩擦粒子固定方式普遍采用的是铆钉固定连接，高温压制。制动时闸片极易出现载荷分布不均衡，导致摩擦界面发生振动，有效接触面积大幅降低，致使热负荷集中分布在已接触表面，闸片使用寿命缩短。近来已经有带调整器的闸片结构出现，如常州市铁马科技实业有限公司发明的列车制动闸片用调整器(申请公布号：CN101982668A)，提出一种梅花形的调整器，能将三个摩擦粒子固定为整体；国外专利(申请号：US20190024735A1)提出一种花生形调整器，能将两个摩擦粒子固定为整体。此类调整器闸片在高速高压的制动条件下，将各个摩擦粒子自动调整到同一平面，以提高工作时接触面积。但这类调整器，结构复杂，不便于摩擦粒子的灵活安装布置，且在减振降噪和应力分布方面的表现相对较差。