[发明专利]一种高速列车制动盘及其制动盘材料

说明书

技术领域

   本发明涉及高速列车制动装置，尤其涉及高速列车制动装置中的制动盘。本发明还涉及高速列车制动盘材料。

背景技术

随着列车运行速度的提高，列车的制动功率和制动温升也越来越高。由于盘式制动在制动功率、减少车轮踏面热损害等方面较其它摩擦制动形式具有显著的优势而得到广泛的应用，盘式制动已成为高速列车最终实现停车所必不可少的基本制动方式。

盘式制动是借助制动盘与闸片之间的摩擦获得制动力，一旦产生摩擦，制动盘和闸片间接触摩擦部位的温度就上升，并且车辆速度越快温升就越高。制动盘受摩擦发热后，温度升高不仅会造成接触摩擦表面的烧蚀，而且摩擦副相互作用产生的热应力还会造成制动盘的热蠕变和热疲劳损坏。

发明专利申请（申请号201110244664.9）公开了一种高速列车制动盘结构，该高速列车制动盘包括盘体，以及位于盘体上的摩擦面和内侧面。出于成型工艺和盘体强度的考虑，该发明专利申请在盘体内侧面上还设有第一径向板状散热筋和第二径向板状散热筋，其散热性能则主要通过材料组份和径向板状散热筋来实现。虽然该结构的散热盘能够通过径向散热盘取得一定的散热效果，但其径向板状散热筋对制动盘周围空气的搅动散热，更多的是依赖围绕制动装置周围的空气涡流，涡漩流动的热空气扩散范围和扩散速度都十分有限，尤其是当高速列车运行速度在300km/h上时，这种制动盘的散热速度总是小于摩擦温升，使高速列车的制动装置总是处于热负荷较大的恶劣工况中，容易导致高速列车制动装置的加快失效或提前失效。鉴于此如何使制动盘能够高效散热，以提高制动盘使用寿命是当前需要解决的技术问题。

高速列车制动盘体材质性能也是制动装置中最为关键的技术问题之一。在高速列车速度高和运行条件恶劣的制动工况下，巨大的制动热负荷及热冲击会带来很高的热应力和温度梯度。因此制动盘材料必须具有良好的高温力学性能和导热性能，以及低弹性模量和低热膨胀系数，使得制动热量能迅速逸散，制动盘材料还应具有较高的热疲劳强度和制动寿命。具体地讲，高速列车制动盘应当具有如下的性能 ：一是稳定而均匀的摩擦性能，摩擦系数不随压力、温度和速度的变化而变化；二是良好的耐疲劳性能和极好的抗热裂纹扩展能力，以减少制动盘摩擦表面急冷急热所形成的高热应力；三是较高的耐磨性能，以减少盘面摩擦而产生的磨损；制动盘材料还应具有良好的抗摩擦热变形性能和热导率。

目前高速列车制动盘材料主要以铁系材料和钢系材料为主。铁系材料主要有高强度灰铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁；钢系材料中的碳素钢、合金钢和合金铸钢材料是高速列车制动盘最为广泛的使用材料。为了满足列车不断提速的要求，又开发了铸铁——铸钢组合式制动盘。就制动盘结构而言，由于制动盘呈圆盘状结构，在制动盘摩擦面上不同圆周上的制动速度差异很大，从而形成不均匀的热应力，在制动中心部位其温度要比盘的外侧小很多，而均质材料制成的制动盘由于各部分的耐热性能和耐磨性能均是一致，这种一致性能恰恰带来了疲劳和磨损量的不一致，反而加快了热裂纹出现机率和扩展速度，不利于制动盘使用寿命的提高。因此随着列车不断增速，其速度达到甚至高于300Km/h时，现有制动盘材料和结构设计不能很好地满足高速列车制动要求。故而高速列车制动摩擦材料应当由单一材质、低热容量、低高温比强度、低耐热裂性向分段材料、高热容量、高比强度、高耐热裂的方向发展。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高速列车制动盘，它能通过对制动盘周围空气强制引导，加快摩擦热的快速扩散，避免摩擦盘温升过高。本发明另一要解决的技术问题是提供一种制造该高速列车制动盘的材料。

为了解决上述技术问题，本发明的高速列车制动盘，包括具有盘体摩擦面和盘体背面的盘体，在盘体上设置有盘体中孔和散热筋，所述散热筋为圆弧条状结构，该散热筋的圆弧半径R与盘体外径D之比R/D=0.4～0.6；散热筋的入流角β₁= 0～15°，散热筋的排流角β₂=25～35°；相邻两散热筋之间形成通风槽，在该通风槽的底部设有通至盘体摩擦面的散热孔；所述散热筋的高度B2与盘体的厚度B1之比B2/B1=1.0～1.2。