一种涡流轨道制动系统磨耗板、系统及其制造方法技术方案

本发明专利技术提供一种涡流轨道制动系统磨耗板，包括金属基材和非金属基材，金属基材和非金属基材的部分表面结合在一起，非金属基材的材质为高分子材料，金属基材与高分子基材的体积比为4:1‑3:2。本发明专利技术还提供一种上述磨耗板的制备方法，包括预制金属基材、加工金属基材、成孔腐蚀接触表面、将非金属基材注塑在接触表面、对磨耗板进行成型加工。本发明专利技术还提供一种装有上述磨耗板的涡流轨道制动系统本发明专利技术设计了一种涡流轨道制动系统用的磨耗板，该磨耗板能够放置于制动系统和轨道之间，通过其材料结构提升系统的制动能力。

Eddy current rail brake system wear plate, system and manufacturing method thereof

The invention provides a friction plate for the eddy current rail brake system, including metal base material and non-metallic substrate, part of the metal base and non metal substrate, and the material of non metal substrate is polymer material, and the volume ratio of the metal base to the polymer base material is 4:1 3:2. The invention also provides a preparation method of the wear plate, including a prefabricated metal substrate, a metal substrate, a hole corrosion contact surface, a non-metallic substrate injection on the contact surface, and a molding process for the wear plate. The invention also provides a kind of eddy current rail brake system with the above abrasion plate. This invention has designed a wear plate for the eddy current rail brake system. The wear plate can be placed between the brake system and the track and improves the braking ability of the system through its material structure.

【技术实现步骤摘要】
一种涡流轨道制动系统磨耗板、系统及其制造方法
本专利技术涉及轨道制动系统部件，尤其涉及一种涡流轨道制动系统用的磨耗板、系统及其制造方法。
技术介绍
铁路运输能力短缺已成为制约我国经济建设发展的主要矛盾之一。高速铁路因其运输能力大、安全舒适、全天候运输和可持续性等优势，已经成为铁路发展的基本趋势和国家现代化的基本保证。按照《中长期铁路网规划》，我国高速铁路的建设里程在2020年将达到18000公里。制动技术是高速列车的九大关键技术之一，是“生命的保护神”。制动过程中制动功率与列车速度三次方成正比，与制动距离成反比。因而伴随着列车速度要求的不断提高，制动系统面临着更加严酷的考验与挑战，制动系统的可靠性和安全导向成为制约列车运行安全的重要影响因素。目前我国的电气化列车普遍采用动力制动与摩擦制动相结合的模式。动力制动就是通过牵引电机发电状态运行将列车动能转换为电能来实现制动。这种方式节能、环保、控制性能好，但由于容量的限制、安全性的考虑和拖车制动、紧急制动、非常制动等要求，不能独立满足列车制动的需要，必须由其他制动方式予以补充。利用轨道和车轮之间的摩擦力(以下称作粘着力)的粘着型制动装置已被大量的用作用于高速轨道线的轨道车辆的制动装置，粘着的强度决定了粘着制动器产生的最大制动力。从原理上讲，粘着制动系统是通过列车车轮和钢轨之间的粘着来传递制动力的，都受到粘着限制。由于制动力过大将导致粘着失效，且轮轨间滑动摩擦力远小于粘着力，因而此时制动力将急剧下降，甚至导致严重的轮对与轨道擦伤。轨道涡流系统因其磨损小、控制性能好而被公认为是最有希望的下一代高速列车制动系统。但从技术上讲，现有的铁路涡流轨道制动系统也并非完美无缺。现有的ICE3采用的涡流轨道制动系统虽然采用释压下放来保证当空气系统失效时风缸动作，但当电路失效时由于失去励磁将直接导致制动力丧失。此外当列车停放时电源切断，自然涡流制动系统不能工作。因此，设计开发与高速工况相匹配的列车制动机构，并解决现有的轨道涡流制动系统中存在的问题，将为我国高速列车技术的进一步提高提供技术支持，具有重要的应用价值和现实意义。
技术实现思路
本专利技术首先要解决的技术问题是提供一种涡流轨道制动系统的磨耗板结构，其具有优异的制动和耐磨效果。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种涡流轨道制动系统用磨耗板，包括主体，主体具有能够与轨道制动系统线圈固定的连接部，和摩擦部；摩擦部由耐磨件和导热件组成，耐磨件和导热件沿轴向间隔排列，摩擦部的两端均为耐磨件；摩擦部开设冷却气道，冷却气道由主气道和辅助气道组成，主气道沿轴向贯穿摩擦部，辅助气道的入口与主气道连通，辅助气道的出口位于磨耗板的侧面；导热件是金属基材，耐磨件是非金属基材，耐磨件的材质为高分子材料，导热件和耐磨件的部分表面结合在一起，导热件与耐磨件的体积比为4:1-3:2。进一步地，金属基材的材质为铜合金。优选地，铜合金的成分是CuFe，其中，Fe含量为1wt.％～10wt.％。优选地，铜合金的成分是CuNiFe，其中，Ni含量为2wt.％～10wt.％，Fe含量为1wt.％～5wt.％。优选地，铜合金的成分是CuNiAgFe，其中，Ni含量为2wt.％～10wt.％，Fe含量为1wt.％～5wt.％，Ag含量为0.5wt.％～1wt.％。优选地，非金属基材的成分包括橡胶和聚酯纤维，其中，聚酯纤维的含量为15wt.％～18wt.％。进一步地，主气道为直槽，辅助气道为直槽，辅助气道与主气道相交呈锐角。进一步地，制动线圈底部焊接有上述磨耗板，磨耗板的摩擦部正对列车钢轨；每个制动线圈底部焊接一个磨耗板。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种上述涡流轨道制动系统磨耗板的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)预制金属基材；(1.1)根据金属基材的成分比称量所需的纯Cu块，纯Fe块和纯Ag块；(1.2)将上述原料置于中频感应炉中加热熔化，熔化时熔池上方覆盖石墨层保护；(1.3)将金属熔体浇铸于铁模获得圆棒坯料；(1.4)对坯料进行均匀化退火处理，均匀化温度950～1000度，保温时间1～4小时；(1.5)对均匀化处理后的圆棒坯料进行热锻为方形粗坯，打碎粗大的铸态组织并消除气孔等铸造缺陷，热锻温度700～950度，加工变形量控制在50％～80％；(2)按照磨耗板的尺寸要求加工金属基材，对锻件进行车铣机加工获得所需外形尺寸；(3)以脉冲溶解的方式在金属基材的接触表面进行成孔腐蚀；(3.1)对已经铣出槽的金属基材进行脱油脱脂处理；(3.2)将金属基材置于电解槽中，金属基材作为阳极，1mol/L的CuSO4为电解液，不锈钢板为阴极；(3.3)对电解槽施加电流，使金属基材发生阳极溶解，除去表面氧化层，通电时间1～20s，电流密度0.01～1A/cm2；(3.4)对电解槽施加脉冲电流，使金属表面发生选择性间歇溶解，脉冲频率1～50Hz，占空比0.5～2，电流密度0.1～10A/cm2，通电时间1～120min；(4)以金属基材为模具，将非金属基材注塑在金属基材的接触表面；(4.1)按照非金属基材的成分比称取橡胶原料和聚酯纤维原料；(4.2)将橡胶原料加热至180-185℃，保温1-2小时；(4.3)将聚酯纤维原料加热至275-280℃，保温30分钟，然后置于室温下逐渐冷却；(4.4)当聚酯纤维原料冷却至200℃时，将保温的橡胶原料加入其中，并恒温搅拌15-20分钟；(4.5)将搅拌均匀的混合非金属原料，均匀地浇铸在金属基材的接触表面；(5)对磨耗板进行成型加工。进一步地，接触表面是指金属基材和非金属基材粘合在一起的表面。进一步地，成孔腐蚀是指对金属基材的接触表面进行腐蚀处理，使其表面形成多个腐蚀孔，多个腐蚀孔均布于接触表面，孔洞直径为0.01-2mm，相邻腐蚀孔之间的间距在0.03-5mm，多个腐蚀孔中至少有1/3数量的腐蚀孔形成套孔结构，该套孔结构是指，以一个最接近表面的孔为基础孔，在基础孔的孔壁上进一步腐蚀出至少一个附加孔。进一步地，成型加工是指通过切割的方式去除超出设计尺寸之外的多余材料，然后对半成品进行铣磨加工，直至形成所需的形状，最后对产品进行表面粗糙度处理。本专利技术的工作过程是：当动车和高铁列车制动时，使制动系统的电磁线圈下行，直到磨耗板的摩擦部与钢轨接触，摩擦部的耐磨件被压紧于钢轨上，导热件与钢轨接触。热风经主气道和辅助气道向外流动，将摩擦产生的热量带走。耐磨件的摩擦面略高于导热件，使得磨耗板与钢轨接触时，由耐磨件先接触钢轨，电磁线圈继续下压，耐磨件柔性形变、接着金属导热件接触钢轨，金属导热件完全填充电磁线圈与钢轨之间的磁隙，从而使磁力直达钢轨，增强涡流效应，快速制动。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计了一种涡流轨道制动系统用的磨耗板，该磨耗板能够放置于制动系统和轨道之间，通过其材料结构提升系统的制动能力。该磨耗板采用金属基质和非金属基质的复合结构，充分结合了高分子材料合适的耐磨性能和自润滑性能，以及金属材料的重载负荷能力与良好导热性能，保障磨耗板具有合适的摩擦性能。本专利技术中对金属材料的成分进行了改进，除了通用的铜元素之外，结合了铁、银和一些稀土元素，在提升了金属基质的永磁性能的同时还能够在一定程度上增强其耐磨性能，此外，磨耗板中金属部分能够辅助本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡流轨道制动系统磨耗板，其特征是，包括主体，主体具有能够与轨道制动系统线圈固定的连接部，和摩擦部；摩擦部由耐磨件和导热件组成，耐磨件和导热件沿轴向间隔排列，摩擦部的两端均为耐磨件；摩擦部开设冷却气道，冷却气道由主气道和辅助气道组成，主气道沿轴向贯穿摩擦部，辅助气道的入口与主气道连通，辅助气道的出口位于磨耗板的侧面；导热件是金属基材，耐磨件是非金属基材，耐磨件的材质为高分子材料，导热件和耐磨件的部分表面结合在一起，导热件与耐磨件的体积比为4:1‑3:2。

【技术特征摘要】
2017.12.13 CN 20172173415871.一种涡流轨道制动系统磨耗板，其特征是，包括主体，主体具有能够与轨道制动系统线圈固定的连接部，和摩擦部；摩擦部由耐磨件和导热件组成，耐磨件和导热件沿轴向间隔排列，摩擦部的两端均为耐磨件；摩擦部开设冷却气道，冷却气道由主气道和辅助气道组成，主气道沿轴向贯穿摩擦部，辅助气道的入口与主气道连通，辅助气道的出口位于磨耗板的侧面；导热件是金属基材，耐磨件是非金属基材，耐磨件的材质为高分子材料，导热件和耐磨件的部分表面结合在一起，导热件与耐磨件的体积比为4:1-3:2。2.根据权利要求1所述的一种涡流轨道制动系统磨耗板，其特征是，金属基材的材质为铜合金；优选的，铜合金的成分是CuFe，其中，Fe含量为1wt.％～10wt.％。优选的，铜合金的成分是CuNiFe，其中，Ni含量为2wt.％～10wt.％，Fe含量为1wt.％～5wt.％。优选的，铜合金的成分是CuNiAgFe，其中，Ni含量为2wt.％～10wt.％，Fe含量为1wt.％～5wt.％，Ag含量为0.5wt.％～1wt.％。3.根据权利要求1所述的一种涡流轨道制动系统磨耗板，其特征是，非金属基材的成分包括橡胶和聚酯纤维，其中，聚酯纤维的含量为15wt.％～18wt.％。4.根据权利要求1所述的一种涡流轨道制动系统磨耗板，其特征是，制动线圈底部焊接有上述磨耗板，磨耗板的摩擦部正对列车钢轨；每个制动线圈底部焊接一个磨耗板。5.根据权利要求1所述的一种涡流轨道制动系统的磨耗板结构，其特征是，主气道为直槽，辅助气道为直槽，辅助气道与主气道相交呈锐角。6.一种涡流轨道制动系统磨耗板的制造方法，其特征是，该方法用于制造权利要求1-5所述的磨耗板，并包括以下步骤：(1)预制金属基材；(1.1)根据金属基材的成分比称量所需的纯Cu块，纯Fe块和纯Ag块；(1.2)将上述原料置于中频感应炉中加热熔化，熔化时熔池上方覆盖石墨层保护；(1.3)将金属熔体浇铸于铁模获得圆棒坯料；(1.4)对坯料进行均匀化退火处理，均匀化温度950～1000度，保温时间1～4小时；(1.5)对均匀化处理后的圆棒坯料进行热锻为方形粗坯，打碎粗大的铸态组织并消除气孔等铸造缺陷，热锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉斌，马吉恩，方攸同，许博文，黄晓艳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33