[实用新型]一种高速列车制动盘

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高速列车制动盘；属于特种制动盘开发技术领域。

背景技术

高速列车制动盘是制动装置中最为关键的部件之一。随着列车的提速和制动工况下运行条件的恶劣，巨大的制动热负荷及热冲击会产生很大的温度梯度，导致制动盘内形成极大的热应力。因此，要求制动盘材料不仅具有稳定、均匀的摩擦性能和较高的耐磨性能之外，还必须有较高的热疲劳性能和导热性能，低的弹性模量和热膨胀系数，使得制动热量能迅速逸散，以减少制动盘摩擦表面急冷急热所形成的高热应力。

碳陶复合材料具有重量轻、抗热衰退、抗热震、耐磨损、耐高温等优异的性能，相比合金钢制动材料，可大幅延长制动盘的使用寿命。发明专利CN 2039627933 U提出一种高速列车制动盘，包括钢骨架和碳陶摩擦块，其采用碳陶摩擦块代替现有广泛应用的合金钢制动盘摩擦层，减轻了列车簧下重量，降低了牵引功率耗损，同时提高了制动盘的热机械性能，可以减少制动盘盘数。但是在刹车时，这类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。由于钢背的导热性和热传导性较差，散热效果不好，使得制动盘受摩擦发热后，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。而且，钢背的高密度限制了列车速度的进一步提升，且导致列车运行能耗增加。

实用新型内容

本实用新型首次尝试了复合式双层金属骨架替代钢骨架，与碳陶复合材料互配后用做制动盘。

本实用新型一种高速列车制动盘，所述制动盘包括摩擦盘(1)和复合式双层金属骨架(2)；所述复合式双层金属骨架(2)由C15715铜合金盘(2-1)和01981铝合金盘(2-2)构成；将摩擦盘(1)与复合式双层金属骨架(2)组装后；沿高速列车制动盘厚度的方向，C15715铜合金盘到摩擦盘(1)的最小距离小于01981铝合金盘到摩擦盘(1)的最小距离。

本实用新型一种高速列车制动盘，摩擦盘(1)和复合式双层金属骨架(2)通过铆接构成一体。

本实用新型一种高速列车制动盘，

所述摩擦盘(1)包括n个摩擦盘沉孔(3)；

所述复合式双层金属骨架(2)上设有n个位置与摩擦盘沉孔(3)相对应的沉孔(4)，以及m个中孔(5)；所述沉孔(4)中孔(5)均贯穿C15715铜合金盘(2-1)和01981铝合金盘(2-2)；

用铆钉通过摩擦盘沉孔(3)以及相对应的沉孔(4)将摩擦盘(1)和复合式双层金属骨架(2)冷铆接成一个整体；冷铆接成一个整体后，得到制动盘，沿制动盘厚度的方向，C15715铜合金盘(2-1)到摩擦盘(1)最小距离为-0.05mm～0.05mm。

本实用新型一种高速列车制动盘，定义C15715铜合金盘(2-1)最薄处的厚度为d1；定义01981铝合金盘(2-2)的厚度为d2；d1/d2＝0.2-1.3：1。

原理和优势：

本实用新型使用高强、耐高温、高热容的C15715铜合金和高强、高导热的01981铝合金组合的复合式双层金属骨架。在刹车时，靠近碳陶摩擦盘的高热容铜基合金可以吸收碳陶摩擦盘大量的热，减少盘表面的烧蚀，而且其耐温性可达到600～800℃，软化温度甚至达到1000℃以上，强度达到600MPa以上。而远离碳陶摩擦盘的高强、高导热的铝基合金则不仅可以带走铜基合金盘吸收的大量热量，减少制动盘的热蠕变和热疲劳损坏，而且可以对铜基合金盘起到有效的支撑作用。此外，与钢(7.85g/cm³)相比，采用密度高的铜(8.9g/cm³)和密度低的铝(2.7g/cm³)结合使用，可实现列车的进一步减重。

本实用新型采用热稳定性高、无热振动、耐磨损的碳陶复合材料作为制动盘的摩擦盘，不仅可实现列车的大幅度减重，而且可大幅延长制动盘的使用寿命。碳陶摩擦盘和复合式双层金属骨架的结合模式使得制动盘的抗冲击强度和蠕变抗力显著提高，整个制动盘体内温度场的分布得以改善，降低制动时产生的热应力，制动时制动盘的损耗显著减小，制动盘的寿命大幅延长，整体质量相比钢盘得以大幅的降低。

本实用新型的金属骨架采用C15715铜合金和01981铝合金构成的双层金属复合结构，其靠近碳陶摩擦盘一侧选用高强、耐高温、高热容的C15715铜合金，在刹车时对碳陶摩擦盘起到带走热量和支撑作用。高强、高导热的01981铝合金盘，其靠近摩擦盘的一端在刹车时所承受的温度远高于300℃，但本实用新型所采用的01981铝合金盘在该温度下，其力学性能衰减的幅度却很小。