軌道交通盤(pán)式制動(dòng)專(zhuān)利技術(shù)分析

靳宇 汪煜婷 王成

摘要：本文從軌道交通盤(pán)式制動(dòng)作用方式、分類(lèi)、重點(diǎn)專(zhuān)利以及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題出發(fā)，分析了現(xiàn)有盤(pán)式制動(dòng)的類(lèi)型以及重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：盤(pán)式制動(dòng);專(zhuān)利;關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

前言

盤(pán)式制動(dòng)，指的是將制動(dòng)盤(pán)裝于輪對(duì)車(chē)軸上或車(chē)輪內(nèi)外側(cè)，制動(dòng)時(shí)使閘片壓緊制動(dòng)盤(pán)，列車(chē)動(dòng)能通過(guò)閘片與制動(dòng)盤(pán)的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。該系統(tǒng)由制動(dòng)磨塊、制動(dòng)盤(pán)、夾鉗以及制動(dòng)缸等組成。

一、盤(pán)式制動(dòng)分類(lèi)

根據(jù)制動(dòng)盤(pán)的安裝位置，可將盤(pán)式制動(dòng)分為：軸盤(pán)式以及輪盤(pán)式。圖3-8示出了軸盤(pán)式與輪盤(pán)式兩個(gè)分支全球以及在華的申請(qǐng)量，由上圖可知，目前廣泛應(yīng)用的制動(dòng)方式為軸盤(pán)式，輪盤(pán)式僅在軌道機(jī)車(chē)底盤(pán)空間狹小的場(chǎng)景下應(yīng)用較為廣泛。

二、盤(pán)式制動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

盤(pán)式制動(dòng)需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有幾個(gè)方面：一是如何克服制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱能沖擊，二是如何降低制動(dòng)過(guò)程中的振顫。

1）如何克服制動(dòng)時(shí)的熱能沖擊，提高制動(dòng)裝置熱穩(wěn)定性。

目前，提高制動(dòng)盤(pán)與制動(dòng)閘片熱穩(wěn)定性主要采取以下措施：

1、選擇耐熱制動(dòng)盤(pán)材料，目前，國(guó)內(nèi)外已研發(fā)出的制動(dòng)盤(pán)包括：鑄鐵制動(dòng)盤(pán)、鍛鑄鋼制動(dòng)盤(pán)、鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)、C/C復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)。鑄鐵制動(dòng)盤(pán)由于其材料自身性能的局限，難以用于快速貨車(chē)和高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)。C/C復(fù)合材料由于其成本過(guò)高、摩擦系數(shù)隨環(huán)境變化而產(chǎn)生較大波動(dòng)，目前在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到用于軌道車(chē)輛的任何報(bào)道。鋼質(zhì)制動(dòng)盤(pán)具有技術(shù)成熟度高、成本低、適用速度范圍廣的特點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家的快速和高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)已得到廣泛的應(yīng)用。鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)具有重量輕、耐磨性好的特點(diǎn)。例如，北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司于2009年的專(zhuān)利CN101519754A中利用合金鋼制造制動(dòng)盤(pán)，該發(fā)明提供的合金鋼是一種鑄造用鋼，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱疲勞性能，同時(shí)還具有較好的抗熱裂性、穩(wěn)定的摩擦性能和良好的導(dǎo)熱性，尤其適合用于制造供軌道交通車(chē)輛，例如城市軌道交通車(chē)輛、鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛、動(dòng)車(chē)及高速列車(chē)等使用的制動(dòng)盤(pán)”。

克諾爾集團(tuán)于2008年公開(kāi)的專(zhuān)利DE102007020891A1中通過(guò)在制動(dòng)盤(pán)上涂覆摩擦涂層以提高制動(dòng)盤(pán)的使用壽命，其中涂層為含有嵌入的陶瓷顆粒的凝固熔融金屬。

2、優(yōu)化閘片、摩擦塊結(jié)構(gòu)。專(zhuān)利CN101865223A公開(kāi)了一種軸裝式結(jié)構(gòu)的約束釋放型鐵道車(chē)輛制動(dòng)盤(pán)，采用分體式結(jié)構(gòu)，包括完全相同的四個(gè)分體盤(pán)。分體盤(pán)間通過(guò)八個(gè)定位銷(xiāo)定位。六個(gè)螺栓穿過(guò)第二壓圈、第三第四分體盤(pán)、盤(pán)轂、第二第一分體盤(pán)、第一壓圈、三個(gè)防松墊片。螺母與螺栓連接使分體盤(pán)和盤(pán)轂軸向固定。分體盤(pán)的不同半徑上周向均布十七個(gè)第一柱狀散熱筋、二個(gè)第二柱狀散熱筋、三個(gè)Y形散熱筋、六個(gè)第一板狀散熱筋、兩個(gè)第二板狀散熱筋、六個(gè)第三板狀散熱筋、兩個(gè)第四板狀散熱筋。圖2-1示出了上述摩擦盤(pán)結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

專(zhuān)利CN205745031U公開(kāi)了一種軌道車(chē)輛用制動(dòng)閘片，圖2-2示出了上述專(zhuān)利的摩擦塊改進(jìn)結(jié)構(gòu)。該專(zhuān)利摩擦塊2采用圓柱體，不容易聚集磨屑，保證閘片與制動(dòng)盤(pán)的磨屑可及時(shí)排出，有效避免磨屑夾雜在制動(dòng)盤(pán)與制動(dòng)閘片的摩擦面之間劃傷制動(dòng)盤(pán)和閘片表面。

2）如何降低制動(dòng)過(guò)程中的振顫。

高速列車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲，嘈雜的噪聲同時(shí)會(huì)對(duì)乘客以及鐵路周邊群眾的健康造成損害，所以，降低以及消除列車(chē)制動(dòng)狀態(tài)下的噪聲和振顫現(xiàn)象，成為了世界各國(guó)亟需解決的技術(shù)問(wèn)題[1]。

目前，改善制動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)主要采取以下措施：

1、優(yōu)化制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如福特公司在2007年申請(qǐng)的專(zhuān)利US11/653905中通過(guò)提供具有至少一個(gè)凹口的制動(dòng)塊襯片，該至少一個(gè)凹口位于制動(dòng)塊襯片內(nèi)的至少一個(gè)波傳播峰值區(qū)域處或其附近。本發(fā)明還提供制造可降低制動(dòng)低頻噪聲和制動(dòng)低頻振顫噪聲之一的制動(dòng)塊的方法，該方法包括在制動(dòng)塊襯片中形成至少一個(gè)凹口，該至少一個(gè)凹口位于制動(dòng)塊襯片內(nèi)的至少一個(gè)波傳播峰值區(qū)域處或其附近。圖2-3示出了制動(dòng)塊在具有凹口與不具有凹口兩者之間頻域上的噪聲區(qū)別。

2、通過(guò)振動(dòng)的檢測(cè)以得出制動(dòng)力與振動(dòng)頻率關(guān)系。

克諾爾軌道車(chē)輛系統(tǒng)有限公司在2018年的在華專(zhuān)利CN111032460A中提及了一種用于軌道車(chē)輛的制動(dòng)執(zhí)行器，其中，其公開(kāi)了制動(dòng)片，被壓靠在制動(dòng)盤(pán)上，通過(guò)制動(dòng)片不僅能夠檢測(cè)到制動(dòng)力，而且能夠簡(jiǎn)單地在每個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器中檢測(cè)通過(guò)按壓到制動(dòng)盤(pán)上產(chǎn)生的振動(dòng)。傳感器例如抵抗制動(dòng)力將制動(dòng)力生成器支撐在制動(dòng)執(zhí)行器的制動(dòng)鉗內(nèi)，從而能夠通過(guò)該傳感器同時(shí)檢測(cè)制動(dòng)力和振動(dòng)，所述振動(dòng)例如由擠壓件在制動(dòng)盤(pán)上的摩擦或由制動(dòng)盤(pán)的不平衡引起。由此減少構(gòu)造部件數(shù)量并且由此降低成本。圖2-4示出具有制動(dòng)執(zhí)行器的軌道車(chē)輛的示意圖。其中，標(biāo)記1為制動(dòng)執(zhí)行器，3為用于檢測(cè)制動(dòng)力的傳感器，4為用于檢測(cè)振動(dòng)的傳感器，7為制動(dòng)盤(pán)，8為制動(dòng)鉗。

通過(guò)以上分析可知，現(xiàn)有的盤(pán)式制動(dòng)裝置主要存在熱穩(wěn)定性以及制動(dòng)振顫等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)制動(dòng)主體材料的選型以及制動(dòng)盤(pán)、閘片、制動(dòng)塊等組成結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能夠有效降低制動(dòng)振顫的產(chǎn)生、提高熱穩(wěn)定性。

三、盤(pán)式制動(dòng)分類(lèi)

1.軸盤(pán)式

軸盤(pán)式是將制動(dòng)盤(pán)安裝在車(chē)軸上，列車(chē)行駛時(shí)，制動(dòng)閘片與制動(dòng)盤(pán)存在一定間隙，實(shí)施制動(dòng)后，制動(dòng)閘片與制動(dòng)盤(pán)相互擠壓，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)目的。

目前，軸盤(pán)式專(zhuān)利在華主要申請(qǐng)人集中于中車(chē)集團(tuán)、常州鐵馬、北京縱橫機(jī)電，國(guó)外主要集中于克諾爾、西屋氣動(dòng)剎車(chē)集團(tuán)、德國(guó)法爾曼、龐巴迪等企業(yè)公司。目前，軸盤(pán)式申請(qǐng)量明顯高于輪盤(pán)式，其應(yīng)用范圍較廣，高鐵、動(dòng)車(chē)、輕軌、地鐵以及軌道貨車(chē)均有涉及。

2.輪盤(pán)式

輪盤(pán)式是將制動(dòng)盤(pán)安裝在車(chē)輪輻板上，由于轉(zhuǎn)向架空間限制，制動(dòng)盤(pán)安裝于車(chē)輪的輻板上，相比于軸盤(pán)制動(dòng)，相同制動(dòng)效率下，由于其溫度會(huì)急劇升高，容易產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)盤(pán)式制動(dòng)器的需要解決的主要技術(shù)問(wèn)題，從盤(pán)式制動(dòng)的熱穩(wěn)定性、振顫著手提出了改進(jìn)措施，同時(shí)盤(pán)式制動(dòng)器從作用原理上分為軸盤(pán)式、輪盤(pán)式，本文從以上分類(lèi)角度列舉了相關(guān)典型專(zhuān)利，并結(jié)合其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]樊琦.鐵道車(chē)輛盤(pán)形制動(dòng)顫振的動(dòng)力學(xué)分析[D].蘭州交通大學(xué)，

2015.