[发明专利]一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体

说明书

本发明涉及一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其材料为SiC/Al复合材料，包括：摩擦环(1)、高板筋(2)、连接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)。摩擦环(1)截面为梯形；高板筋(2)3个一组，共6组周向均布；组合筋A由1个高板筋(2)和1个连接柱(3)构成，12个组合筋A周向均布；组合筋B由2个高板筋(2)、1个矮板筋(4)和1个定位柱(5)组成，6个组合筋B周向均布；连接柱(3)开设螺栓孔(6)，定位柱(5)开设定位槽(7)。两片盘体分别位于车轮两侧，用螺栓实现与车轮的轴向定位，用定位销实现与车轮的周向定位。该盘体变形协调，内部温度均匀，应力小。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通领域，尤其涉及一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体。该盘体采用铸造成型，适用于速度140km/h以下的城轨列车和快速货车。

背景技术

制动盘作为轨道交通列车的基础制动零部件，在保障列车的安全运营方面发挥着至关重要的作用。随着“节能环保”越来越受到世界各国的广泛关注，轻量化技术也广泛应用到关系国计民生的各个行业领域。轨道列车的轻量化在减少能源消耗、节省牵引动能、降低列车运行费用等方面具有重要意义，特别是减少制动盘及闸片等部件重量，可明显降低转向架的簧下重量，改善列车的动力学性能。

铝基复合材料制动盘相比传统钢铁材料制动盘具有密度小、比强度和比刚度高、热膨胀系数小、导热性能好以及优异的耐磨性能等一系列优点；并且与C/C纤维复合材料制动盘、陶瓷基复合材料(CMC)相比具有制备工艺相对简单，制备成本低等优势，使其成为新一代轨道交通列车基础制动装置的首选制动盘材料。采用铝基复合材料制动盘替代传统的钢铁材料制动盘，可以减少制动盘重量的30～50％。

钢铁制动盘在制动时，伴随着明显的制动啸叫，同时巨大的制动热负荷使制动盘摩擦面产生很高且不均匀的温升，诱发产生热斑，影响制动盘的使用寿命。铝基复合材料的优良散热和导热性能，使其摩擦面的热斑得以消除，从而延长了使用寿命、同时可以大幅度降低制动噪声，无啸叫。

制动盘的服役可靠性取决于制动盘的材料、结构、成型质量及服役条件。铝基复合材料与钢铁材料相比，强度较低，尤其是高温强度较低，所以铝基复合材料制动盘的结构设计关键在于降低制动盘的温升和减少制动热应力。此外，铝基复合材料成型困难，铸件内部极易产生气孔、热裂纹、缩孔缩松等铸造缺陷。

因此，采用铝基复合材料制动盘代替传统的钢铁制动盘，既能达到轻量化的要求，也能达到提高耐久性的目的，在低速列车制动盘领域具有巨大的应用前景。

发明内容

SiCp/Al复合材料抗拉强度较低，尤其是随温度升高其强度下降较快，SiCp/Al复合材料用于制动盘，必须通过合理的制动盘结构设计解决其热容量问题。本发明专利提供了一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体(以下简称盘体)，该盘体具有温度场分布均匀、高热容量、轴向自由翘曲、径向自由伸缩等特点。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制 动盘盘体，其结构由摩擦环(1)、高板筋(2)、连接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)组成。盘体材料为SiC颗粒含量10wt％-20wt％的颗粒增强铝基复合材料。盘体的摩擦环(1)采用大厚度和梯形截面，材料分布更为合理，改善了盘体内温度场的分布均匀性，热容量更高；盘体采用径向分布的高板筋(2)和矮板筋(4)，使盘体具有良好的通风效果和结构刚度，同时高板筋(2)的径向截面为“凸”字形，减少了对盘体轴向变形的约束。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明所涉及盘体采用SiCp/Al复合材料，与传统钢铁制动盘相比，质量更轻，制动无啸叫；

本发明所涉及盘体采用压力作用下的反重力充型，盘体成型质量更好；