CN104114895A - 铁道车辆用制动衬片和包括该制动衬片的盘形制动器 - Google Patents

铁道车辆用制动衬片和包括该制动衬片的盘形制动器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铁道车辆用制动衬片和包括该制动衬片的盘形制动器。在采用浮动式制动钳的铁道车辆用盘形制动器中，保持在未配设有按压驱动源的一侧的钳臂上的衬片由与固定在铁道车辆的车轮或者车轴上的盘的滑动面相对的摩擦构件、在正面保持摩擦构件的基板、固定设置在基板的背面的中央且收容在钳臂的凹部中的引导板构成，基板的正面与摩擦构件的滑动面平行，基板的内周侧的厚度厚于外周侧的厚度，引导板的厚度薄于钳臂的凹部的深度，在摩擦构件的滑动面与盘的滑动面平行地相对的状态下，引导板与钳臂的凹部间隙配合。由此，能够在按压驱动源相反侧提高盘形制动器的耐久性。

Description

铁道车辆用制动衬片和包括该制动衬片的盘形制动器
技术领域
本发明涉及采用浮动式制动钳作为铁道车辆的制动装置的盘形制动器，特别是涉及按压在固定于车轮或者车轴的制动盘的滑动面上的铁道车辆用制动衬片和包括该制动衬片的铁道车辆用盘形制动器。
背景技术
在铁道车辆、汽车、机动两轮车等陆地输送车辆中，随着车辆的高速化、大型化，作为该制动装置大多使用盘形制动器。盘形制动器是利用由于制动盘(以下也简称作“盘”)和制动衬片(以下也简称作“衬片”)的滑动而产生的摩擦获得制动力的装置。在铁道车辆用的盘形制动器的情况下，将盘安装固定在车轮或者车轴上，通过利用制动钳(以下也简称作“钳”)将衬片按压于该盘的滑动面而产生制动力。由此，对车轮或者车轴的旋转进行制动，控制车辆的速度。
通常，衬片的摩擦构件由于反复制动而逐渐磨损。但是，在摩擦构件不均匀磨损时，制动性能变得不稳定，因此，为了防止不均匀磨损，优选制动过程中在摩擦构件的整个区域均匀地施加按压载荷。
此外，制动过程中，衬片和盘的滑动面由于摩擦热而其温度上升。在制动负荷变大的条件下、具体地讲在车辆的行驶速度为高速的条件和车辆重量较大的条件下，存在该温度上升变得显著的倾向。在实际行驶时，期望防止衬片和盘的热损伤，提高耐久性，为此，需要尽量使制动过程中的衬片和盘的接触均匀化，降低产生的摩擦热。
在此，钳具有以跨盘的方式伸出的钳臂，在钳臂上分别保持有衬片。钳主要根据用于将衬片按压在盘上的驱动源的、例如活塞、膜片(日文：ダイアフラム)等的配置形态大致区分为浮动方式和对置方式。在浮动方式中，仅在保持衬片的钳臂中的一者上配设有活塞、膜片等按压驱动源，在对置方式中，在钳臂的两者上配设有活塞、膜片等按压驱动源。
在铁道车辆的情况下，经常使用采用浮动式钳的盘形制动器。以下，限定于浮动方式的钳的盘形制动器进行说明。
图1是表示以往的铁道车辆用盘形制动器的未配设有按压驱动源的一侧的结构的一例子的图，该图的(a)表示从正面侧看衬片时的俯视图，该图的(b)表示从背面侧看衬片时的俯视图，该图的(c)表示该图的(a)的A－A截面的放大图，该图的(d)表示自钳臂拆下了该图的(c)的衬片后的状态的剖视图。
图1所示的以往的衬片(以下称作“以往型衬片”)12由与盘1的滑动面1a相对的摩擦构件3、厚度恒定且在正面14a保持摩擦构件3的基板14、固定设置在基板14的背面14b的中央的引导板15构成。在图1中表示了将多个小块的摩擦构件3在盘1的径向上排列两个、在盘1的周向上排列7个合计14个而成的结构。摩擦构件3分别利用铆钉6安装在基板14上。另外，也有时在摩擦构件3和基板14之间配设弹簧构件。
以往型衬片12安装在组装于钳臂的衬片保持件(以下也简称作“保持件”)上，设为各摩擦构件3的滑动面3a与盘1的滑动面1a平行地相对的状态。在此，如图1的(c)、图1的(d)所示，在未配设有活塞等按压驱动源的一侧(以下也称作“按压驱动源相反侧”)，保持件8与钳臂7一体地组装，在该保持件8上形成有用于收容衬片12的引导板15的凹部8b。衬片12的引导板15设为这样的状态：其背面(以衬片为基准处于背面侧的面)15a与保持件8的凹部8b的底面(以衬片为基准处于正面侧的面)8c紧密接触，并且其上下的各缘部15b、15c与保持件8的凹部8b的上下的各缘部8d、8e卡合。利用这样的引导板15和保持件8的凹部8b的牢固的结合，按压驱动源相反侧的衬片12牢固地保持在直接组装于钳臂7的保持件8上。
另一方面，在配设有按压驱动源的一侧(以下也称作“按压驱动源侧”)，在按压驱动源上安装有保持件，在该保持件上形成有与按压驱动源相反侧同样的凹部。按压驱动源侧的衬片12与按压驱动源相反侧同样地利用引导板和保持件的凹部的牢固的卡合，牢固地保持在保持件上，该保持件借助按压驱动源组装于钳臂。
在这样的结构的以往的盘形制动器中，制动时，在按压驱动源侧，通过按压驱动源的工作，使来自按压驱动源的按压力施加于衬片12，将衬片12按压在盘上。另一方面，在按压驱动源相反侧，如图1的(c)所示，钳臂7承受按压驱动源侧的按压力的反作用力，朝向盘1滑动移动(参照图1的(c)中的空心箭头)，将衬片12按压在盘1上。此时，在按压驱动源侧、按压驱动源相反侧中的任一侧，施加于衬片12的按压力都直接地通过钳臂7的保持件8作用于衬片12的引导板15。即，由于在衬片12向钳臂7安装的安装部的构造，施加于衬片12的按压力并不是直接作用于衬片12的基板14，而是集中地作用于衬片12的引导板15。
另外，在采用浮动方式的钳的盘形制动器的情况下，在按压驱动源相反侧，随着制动时衬片12按压于盘1，产生钳臂7以打开的方式挠曲的现象。由此，在按压驱动源相反侧的摩擦构件3中存在这样的倾向：对与盘1的外周侧相对应的区域(以下也称作“外周侧区域”)作用比与内周侧相对应的区域(以下也称作“内周侧区域”)高的载荷。因此，特别是在摩擦构件3的外周侧区域中加速磨损，有可能助长摩擦构件3的不均匀磨损、甚至是盘1的不均匀磨损。
对于这样的问题，近年来，出于使制动时的衬片和盘的接触表面压力均匀化的目的，提出了各种改良了构造的盘形制动器。
例如，在专利文献1、2中公开了一种这样的盘形制动器：预料到在未配设有作为按压驱动源的活塞的一侧制动时钳臂以打开的方式挠曲的现象，预先在使摩擦构件的滑动面相对于盘的滑动面以预定的角度倾斜的状态下，将摩擦构件安装在钳臂的保持件上。在专利文献1的情况下，衬片的构造直接变更保持件的形状而使摩擦构件的滑动面相对于盘的滑动面倾斜。在专利文献2的情况下，保持件的构造直接变更衬片的摩擦构件的厚度而使摩擦构件的滑动面相对于盘的滑动面倾斜。采用这样的盘形制动器，制动时摩擦构件从内周侧区域接触于盘，并且随着载荷的施加使钳臂挠曲，摩擦构件的滑动面和盘的滑动面实质上以平行的状态接触，作为其结果，在摩擦构件的整个区域中成为等表面压力。
但是，在上述专利文献1、2所记载的盘形制动器中，在制动的初期，摩擦构件的内周侧区域与盘接触，该外周侧区域不与盘接触。因此，仍然可引起摩擦构件的不均匀磨损。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－281156号公报
专利文献2：日本特开2008－267527号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明即是鉴于上述问题而做成的，其目的在于，提供这样的铁道车辆用制动衬片和包括该制动衬片的铁道车辆用盘形制动器：在采用浮动式制动钳的盘形制动器的按压驱动源相反侧，从制动的初期开始使摩擦构件与制动盘在整个区域中接触，并且能够在制动时在摩擦构件的整个区域中均匀地施加按压载荷，其结果能够提高耐久性。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的主旨在于下述(I)所示的铁道车辆用制动衬片和下述(II)所示的铁道车辆用盘形制动器。
(I)一种铁道车辆用制动衬片，其特征在于，采用浮动式制动钳的铁道车辆用盘形制动器由跨被固定在铁道车辆的车轮或者车轴上的制动盘的钳臂、分别保持在钳臂上的制动衬片、仅配设在保持制动衬片的钳臂中的一者上的按压驱动源构成，
保持在未配设有按压驱动源的一侧的钳臂上的制动衬片由与制动盘的滑动面相对的摩擦构件、在正面保持摩擦构件的基板、固定设置在基板的背面的中央且收容在钳臂的凹部中的引导板构成，
基板的正面与摩擦构件的滑动面平行，基板的与制动盘的内周侧相对应的一侧的厚度厚于与制动盘的外周侧相对应的一侧的厚度，引导板的厚度薄于钳臂的凹部的深度，
在摩擦构件的滑动面与制动盘的滑动面平行地相对的状态下，引导板与钳臂的凹部间隙配合。
上述(I)的制动衬片优选的是，基板的背面是相对于正面倾斜的倾斜面。
这些制动衬片优选的是，基板的与制动盘的内周侧相对应的一侧的厚度比与制动盘的外周侧相对应的一侧的厚度厚出0.25mm～2.0mm。
在这些制动衬片中，在引导板与钳臂的凹部间隙配合的状态下，在引导板的背面和保持件的凹部之间存在间隙，并且在基板的背面和钳臂之间存在间隙。
(II)一种铁道车辆用盘形制动器，其特征在于，包括技术方案1～4中任一项所述的制动衬片。
发明的效果
采用本发明的铁道车辆用制动衬片和盘形制动器，在按压驱动源相反侧，摩擦构件的滑动面与盘的滑动面平行地相对配置，因此，能够从制动的初期开始使摩擦构件在整个区域中与盘接触。而且，利用引导板和钳臂的凹部之间的间隙配合，衬片相对于钳臂运动自由，而且，引导板的厚度薄于钳臂的凹部的深度，因此，在制动时，在按压驱动源相反侧，随着钳臂挠曲，基板和钳臂在大范围内接触。由此，施加于衬片的按压力不会作用于引导板，而直接作用于基板，能够在摩擦构件的整个区域中均匀地施加按压载荷。因而，能够防止摩擦构件的不均匀磨损，能够提高耐久性。
附图说明
图1是表示以往的铁道车辆用盘形制动器中的未配设有按压驱动源的一侧的结构的一例子的图。
图2是表示本发明的铁道车辆用盘形制动器中的未配设有按压驱动源的一侧的结构的一例子的图。
图3是表示本发明的铁道车辆用盘形制动器中的未配设有按压驱动源的一侧的结构的变形例的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的铁道车辆用制动衬片和盘形制动器详细说明其实施方式。
图2是表示本发明的铁道车辆用盘形制动器中的未配设有按压驱动源的一侧的结构的一例子的图，该图的(a)表示剖视图，该图的(b)表示自钳臂拆下了该图的(a)的衬片后的状态的剖视图。另外，图2的(a)、图2的(b)分别是与上述图1的(c)、图1的(d)相对应的图。就本发明的盘形制动器的按压驱动源相反侧而言，从正面侧看衬片时的结构与上述图1的(a)所示的结构是同样的，从背面侧看衬片时的结构与上述图1的(b)所示的结构是同样的。
本发明的盘形制动器包括制动盘1、制动衬片、安装有该衬片的制动钳。盘1是环形圆盘状，其利用螺栓等安装在未图示的车轮或者车轴上，牢固地固定。
钳具有以跨盘1的方式伸出的钳臂，在钳臂上分别保持有衬片。由于在本发明中采用的钳是浮动方式的，因此，仅在保持衬片的钳臂中的、图2未表示的一个钳臂上配设有活塞等按压驱动源。按压驱动源利用油压、气压进行工作。
就按压驱动源侧而言，在组装于钳臂的按压驱动源上安装有衬片保持件，在该保持件上与以往同样牢固地保持有与上述图1所示的以往型衬片12相同的衬片。另一方面，如图2的(a)所示，在按压驱动源相反侧，与上述图1所示的结构同样，衬片保持件8与钳臂7一体地组装。在该保持件8上形成有用于收容后述的本发明的制动衬片2的引导板5的凹部8b。
如图2所示，保持在按压驱动源相反侧的钳臂7上的本发明的衬片2由与盘1的滑动面1a相对的摩擦构件3、在正面4a上保持摩擦构件3的基板4、固定设置在基板4的背面4b的中央的引导板5构成。在图2中，与图1所示的结构同样表示了排列有多个小块的摩擦构件3的结构。
摩擦构件3由铜烧结材料、树脂系材料等构成，其俯视形状是圆形，利用***到其中心部的铆钉6安装在基板4。摩擦构件3的俯视形状并不限定于圆形，也可以是四边形、六边形等多边形。为了弹性地支承摩擦构件3，也可以在摩擦构件3和基板4之间配设弹簧构件。作为弹簧构件，能够应用碟形弹簧，也能够应用板簧、螺旋弹簧。
基板4的正面4a与摩擦构件3的滑动面3a平行。并且，基板4的与盘1的内周侧相对应的一侧(在图2中相当于下方侧，以下也简称作“内周侧”)的厚度厚于与盘1的外周侧相对应的一侧(在图2中相当于上方侧，以下也简称作“外周侧”)的厚度。
从实用性的方面考虑，该基板4的背面4b优选为相对于其正面4a倾斜的倾斜面。此外，基板4的外周侧的厚度4to和内周侧的厚度4ti之差优选在0.25mm～2.0mm的范围内。更优选为0.5mm～1.0mm。其原因在于，在基板4的外周侧和内周侧的厚度差小于0.25mm的情况下，像后述那样，在制动时摩擦构件3与盘1接触、并且随着钳臂7挠曲而基板4的背面4b和保持件8的正面8a接触的情况下，易于对摩擦构件3的外周侧区域作用较高的载荷。另一方面，其原因在于，在该厚度差大于2.0mm时，相反会对摩擦构件3的内周侧区域作用较高的载荷。按照基板4的背面4b相对于基板4的正面4a的倾斜角度来说，这样的基板4的厚度差的范围相当于0.1°～1.0°左右。
引导板5的厚度5t薄于保持件8(钳臂7)的凹部8b的深度。即，引导板5的厚度5t薄于上述图1所示的以往型衬片12的引导板15的厚度。另外，在图2中，表示了引导板5的厚度5t恒定、引导板5的背面5a与基板4的背面4b平行的形态。但是，只要引导板5的厚度5t薄于保持件8的凹部8b的深度，例如就也可以如图3所示，引导板5在内周侧的厚度5t薄于外周侧的厚度5t，使得引导板5的背面5a和基板4的正面4a变平行。
这样的结构的衬片2在按压驱动源相反侧，在各摩擦构件3的滑动面3a与盘1的滑动面1a平行地相对的状态下，仅是引导板5的上下的各缘部5b、5c与形成在钳臂7的保持件8上的凹部8b的上下的各缘部8d、8e卡合。即，就按压驱动源相反侧的衬片2而言，引导板5与保持件8的凹部8b间隙配合，由此，该衬片2以运动自由的方式安装在钳臂7上。在该间隙配合状态下，在引导板5的背面5a和保持件8的凹部8b的底面8c之间存在间隙c1，并且在基板4的背面4b和保持件8(钳臂7)的正面8a之间存在间隙c2。保持件8的正面8a与盘1的滑动面1a平行。
这样，本发明的盘形制动器在按压驱动源相反侧的钳臂7上包括本发明的衬片2，并且在按压驱动源侧的钳臂上包括以往型衬片12。在制动时，在按压驱动源侧，通过按压驱动源的工作对衬片12施加来自按压驱动源的按压力，将衬片12按压在盘上。
另一方面，在按压驱动源相反侧，如图2的(a)所示，钳臂7承受按压驱动源侧的按压力的反作用力，朝向盘1滑动移动(参照图2的(a)中的空心箭头)，将衬片2按压在盘1上。此时，由于摩擦构件3的滑动面3a与盘1的滑动面1a平行地相对配置，因此，摩擦构件3从制动的初期开始在从内周侧区域到外周侧区域的整个区域中与盘1接触。并且，随着将摩擦构件3按压在盘1上，钳臂7承受其反作用力以打开的方式挠曲。
随之，在基板4的背面4b和保持件8的正面8a之间的间隙c2封闭的同时，引导板5的背面5a和保持件8的凹部8b的底面8c之间的间隙c1缩窄。其原因在于，利用引导板5和保持件8的凹部8b的间隙配合，衬片2相对于钳臂7运动自由，而且，引导板5的厚度5t薄于保持件8的凹部8b的深度。
这样，在制动时，在按压驱动源相反侧，引导板5的背面5a和保持件8的凹部8b的底面8c保持着非接触的状态，基板4的背面4b和保持件8的正面8a在大范围内接触，因此，施加于衬片2的按压力不会作用于衬片2的引导板5，而直接作用于衬片2的基板4。由此，能够在制动时在摩擦构件3的整个区域内均匀地施加按压载荷、即确保等压性。其结果，像上述那样，与摩擦构件3从制动的初期开始在整个区域中与盘1接触的状况相结合，能够防止摩擦构件3的不均匀磨损，能够提高耐久性。
实施例
为了确认本发明的效果，实施了下述的FEM分析(有限元法分析)。
分析的概要
在制动时，为了评价按压驱动源相反侧的摩擦构件的等压性，进行了FEM分析。在分析中，利用弹性体将钳臂、衬片以及盘模型化，对钳臂施加与按压力相当的载荷。评价了此时作用于摩擦构件的载荷。将新干线(高速铁道车辆)所使用的盘形制动器作为对象进行分析。
实施条件
将FEM分析的主要的实施条件归纳表示在下述的表1中。
表1
在FEM分析中，采用上述图2所示的盘形制动器，对本发明例1～3的3个形态实施了分析。它们均使基板的内周侧的厚度厚于外周侧的厚度，本发明例1中其厚度差变为1.0mm，在本发明例2中其厚度差变为0.75mm，在本发明例3中其厚度差变为0.5mm。此外，它们均将保持件的凹部的深度设为7.8mm，使引导板的厚度比保持件的凹部的深度薄出7mm，在制动时使按压载荷直接作用于基板。
此外，在本发明例1～3中共同地将基板的长度方向的长度(与盘的周向相当的长度)设为400mm，将宽度方向的长度(与盘的径向相当的长度)设为141mm。就构成衬片的各构件的材料而言，摩擦构件设为铜烧结材料，除此之外全部设为钢铁材料。摩擦构件设为14个，其俯视形状设为直径45mm的圆形。在摩擦构件和基板之间配设有碟形弹簧作为弹簧构件。摩擦构件和基板、以及基板和引导板分别利用铆钉紧固。盘设为内径为476mm、外径为724mm的大致圆盘状。
而且，施加8kN、10Kn以及12kN的3个条件的按压力来进行了FEM分析。
并且，为了进行比较，针对比较例1～3的3个形态实施了分析。在比较例1中，与本发明例1～3同样地在制动时按压载荷直接作用于基板，但与本发明例1～3不同，将基板的厚度设为恒定。在比较例2中，设想以往的盘形制动器，将基板的厚度设为恒定，并且在制动时按压载荷作用于引导板。在比较例3中，与本发明例1～3同样地使基板的内周侧的厚度厚于外周侧的厚度，但与本发明例1～3不同，在制动时按压载荷作用于引导板。
评价方法
本发明的目的在于，确保按压驱动源相反侧的摩擦构件的等压性。因此，作为与该等压性相对应的指标，利用FEM分析，抽出作用于各个摩擦构件的载荷，根据抽出来的各载荷值计算其标准偏差。而且，标准偏差越小，评价为摩擦构件的等压性越高。
结果
将FEM分析的结果表示在下述的表2中。
表2
根据该表所示的结果可知，本发明例1～3与比较例1～3相比，作用于摩擦构件的载荷的标准偏差变小，通过变更基板的厚度形状和引导板的厚度形状中的任一者而使等压性升高。
产业上的可利用性
本发明的铁道车辆用制动衬片和盘形制动器能够有效地应用于所有的铁道车辆，其中，可用于行驶速度从低速到高速成为大范围的高速铁道车辆。
附图标记说明
1：制动盘；1a：滑动面；2：制动衬片；3：摩擦构件；3a：滑动面；4：基板；4a：正面；4b：背面；4to：外周侧的厚度；4ti：内周侧的厚度；5：引导板；5t：厚度；5a：背面；5b：上缘部；5c：下缘部；6：铆钉；7：钳臂；8：衬片保持件；8a：正面；8b：凹部；8c：底面；8d：上缘部；8e：下缘部；c1：间隙；c2：间隙；12：以往型制动衬片；14：基板；14a：正面；14b：背面；15：引导板；15a：背面；15b：上缘部；15c：下缘部。

Claims (5)

1.一种铁道车辆用制动衬片，其特征在于，采用浮动式制动钳的铁道车辆用盘形制动器由跨被固定在铁道车辆的车轮或者车轴上的制动盘的钳臂、分别保持在钳臂上的制动衬片、仅配设在保持制动衬片的钳臂中的一个钳臂上的按压驱动源构成，
保持在未配设有按压驱动源的一侧的钳臂上的制动衬片由与制动盘的滑动面相对的摩擦构件、在正面保持摩擦构件的基板、固定设置在基板的背面的中央且收容在钳臂的凹部中的引导板构成，
基板的正面与摩擦构件的滑动面平行，基板的与制动盘的内周侧相对应的一侧的厚度厚于与制动盘的外周侧相对应的一侧的厚度，引导板的厚度薄于钳臂的凹部的深度，
在摩擦构件的滑动面与制动盘的滑动面平行地相对的状态下，引导板与钳臂的凹部间隙配合。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用制动衬片，其特征在于，
基板的背面是相对于正面倾斜的倾斜面。
3.根据权利要求1或2所述的铁道车辆用制动衬片，其特征在于，
基板的与制动盘的内周侧相对应的一侧的厚度比与制动盘的外周侧相对应的一侧的厚度厚出0.25mm～2.0mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的铁道车辆用制动衬片，其特征在于，
在引导板与钳臂的凹部间隙配合的状态下，在引导板的背面和保持件的凹部之间存在间隙，并且在基板的背面和钳臂之间存在间隙。
5.一种铁道车辆用盘形制动器，其特征在于，
包括权利要求1～4中任一项所述的制动衬片。
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