一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统技术方案

本实用新型专利技术属于摩擦制动技术领域，具体涉及一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统。改善现有技术中制动系统中制动闸片上摩擦粒子表面修饰单一、制动过程存在应力集中，制动界面热分布不均匀，为制动系统添加故障排查功能。本实用新型专利技术的技术方案是：提出对摩擦粒子进行不同表面修饰组合的思路，综合利用多种表面修饰的优点；优化摩擦粒子安装方向；优化加载装置；为制动系统添加智能监测系统，进行故障在线监测。本实用新型专利技术将不同表面修饰组合的摩擦粒子的优点有机结合，实现高速列车的制动的可靠性、安全性、舒适性；通过实时监控制动系统的各项参数，预判制动系统的健康度及问题。

【技术实现步骤摘要】
一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统
本技术属于摩擦制动
，具体涉及一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统。
技术介绍
高速列车通常采用盘式制动系统，在车轴上或在车轮辐板侧面安装制动盘，用制动夹钳使以合成材料制成的两个制动闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，使列车停止前进。此种制动方式由于作用力不在车轮踏面上，可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。另外盘形制动的摩擦面积大，制动平稳，制动效果好。随着国民经济的快速发展，高速列车运行速度日益提升，不断突破运营最高速度，对盘形制动系统安全性、可靠性提出了更为严格的要求；同时人们生活水平的提高，对列车乘坐的舒适性也日益关注。因此针对制动系统的安全性、可靠性、舒适性展开优化设计具有重大工程实际应用意义。目前制动系统中制动闸片中已出现有不同表面修饰的摩擦粒子，如有孔摩擦粒子、无孔摩擦粒子等。而现有研究已然表明不同表面修饰的摩擦粒子在制动性能的多种表现形式中有明显的区别，故单纯地采用一种表面修饰的摩擦粒子，无法使制动闸片结构满足多方面的性能要求。现有制动系统的优化方案中很少涉及闸片结构中摩擦粒子不同表面修饰的组合方式，制动闸片上最外层的摩擦粒子所承受的摩擦速度是最大的，给最外层的摩擦粒子带来较高强度的冲击，加剧界面磨损和裂纹萌生，造成大面积严重磨损区域，且高强度的冲击会引起界面的持续且剧烈的振动现象，激发高频率、高强度的尖叫噪声。其最外层排列的粒子数目也是最多的，导致该区域与制动盘的接触面积最大。相比内层，对磨时间大幅度延长。通过对摩擦粒子进行不同的表面修饰进行组合，能够综合利用不同表面修饰的优点，改善摩擦粒子表面的磨损特性及接触压力分布，制动界面热分布。同时较少考虑闸片摩擦粒子切入端排布方式对制动性能的影响。现有制动系统的摩擦粒子安装方向较不规则，较少摩擦粒子考虑安装方向对制动性能的影响。一般来说，高速列车制动闸片是由多个摩擦粒子组成的，考虑到摩擦粒子在制动闸片上有多种安装方向，导致摩擦粒子先滑过制动盘的一端呈现出不同的切入特征，其对制动界面特性的影响较大。摩擦粒子的切入端存在应力集中现象，尤其是当摩擦切入端是一个角的两条边时，摩擦切入端的角附近区域应力集中更为明显，从而引起制动系统产生高强度的振动噪声并导致摩擦粒子表面局部高温现象。现有制动系统的加载装置中加载力由液压系统提供，加载装置与闸片背板用焊接方式连接。且仅有对称分布在背板底部的两处连接点，加载力通过两处连接点传递到闸片结构上，将摩擦粒子压在制动盘界面，迫使制动盘停止转动。此种连接方式由于加载力经小范围的面积传递到摩擦界面，极易导致制动过程中摩擦界面的应力分布不均匀，使与该连接处对应位置的摩擦粒子界面出现较大应力的现象，从而引起制动系统产生高强度的振动噪声并导致摩擦粒子表面局部高温现象，严重影响制动性能及行车安全。制动系统是保证高速列车安全运行的最后一环。制动系统的各项摩擦性能参数与制动性能有着直接联系，并且会严重影响制动过程的安全性和可靠性。制动系统中各项参数的非正常异变，往往会增大制动事故的发生倾向性。现有的在制动系统中几乎没有配置智能监测系统，不能实时在线监测制动系统的各项状态参数，无法快速诊断和预报可能出现的制动故障。以上论述说明了目前制动系统所存在的问题，这些问题会造成列车制动过程中形成恶劣的噪声污染，伤害乘客和沿途居民的身心健康，并且极大地缩短了闸片的服役寿命，甚至可能导致制动事故，降低列车的运行效率和经济效益。因此，研发一种新型高铁制动系统具有重要的工程应用意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本技术提供一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，其目的在于：提出对摩擦粒子进行不同表面修饰组合的思路，综合利用多种表面修饰的优点；优化摩擦粒子安装方向；优化加载装置；为制动系统添加智能监测系统，进行故障在线监测。本技术将不同表面修饰组合的摩擦粒子的优点有机结合，实现高速列车的制动的可靠性、安全性、舒适性；通过实时监控制动系统的各项参数，预判制动系统的健康度及问题。保证制动可靠性和安全性，延长闸片的使用寿命，从而降低生产与运营成本。本技术采用的技术方案如下：一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，包括制动盘、制动闸片结构和加载装置，所述加载装置与制动闸片结构连接，制动闸片结构与制动盘配合，所述制动闸片结构包括制动闸片背板，所述制动闸片背板上设置有数个摩擦粒子，所述数个摩擦粒子采用数种表面修饰。采用该技术方案后，优化了制动闸片摩擦粒子组合结构，采用不同表面修饰的摩擦粒子组合，能够将采用不同表面修饰的摩擦粒子的优点有机结合，使高速列车的制动系统既能保证制动可靠性和安全性，同时具备减振降噪及减磨能力，降低环境的噪声污染，为旅客带来舒适的乘车体验，而且能够延长闸片的使用寿命，从而降低了生产与运营成本，为国家交通运输事业带来更高的运营效率。作为优选，所述数种表面修饰包括开孔、倒角或开沟等。对摩擦粒子进行开孔能够提高在减振降噪、摩擦热分布等方面的表现；对摩擦粒子进行倒角能够避免应力集中，使盘面温度更均匀，有效改善界面热分布，减缓磨损；对摩擦粒子进行开沟能够打断摩擦粒子的连续自激振动。通过对不同表面修饰的摩擦粒子组合，能够将不同表面修饰摩擦粒子的优点有机结合，使高速列车的制动系统既能保证制动可靠性和安全性，同时具备减振降噪及减磨能力，降低环境的噪声污染。作为优选，所述摩擦粒子包括无孔摩擦粒子和有孔摩擦粒子。在一定工况下有孔摩擦粒子在减振降噪方面的表现中明显高于无孔摩擦粒子，且有孔摩擦粒子在摩擦热分布方面也优于无孔摩擦粒子，但无孔摩擦粒子的接触面积、热容量及使用寿命方面表现优于有孔摩擦粒子。作为优选，所述有孔摩擦粒子位于制动闸片背板的外侧和/或切入端。采用该优选方案后，优化了摩擦粒子排布方式，通过灵活布置不同表面修饰的摩擦粒子，在闸片切入端设置有孔摩擦粒子，在冲击和磨耗较缓和的闸片区域设置无孔摩擦粒子，在对磨相对速度较大和对磨时间较长的闸片最外层设置有孔摩擦粒子，组成新型闸片结构。进而能够较好地综合各形状摩擦粒子的优点，达到更优异的制动性能。使高速列车的制动系统既可保证制动可靠性，缩短制动距离，保障旅客安全，又可同时具备减振降噪及减磨能力，全面提升制动系统的安全性，可靠性及舒适性。作为优选，所述摩擦粒子面向切入方向的一条边与制动盘的切线方向垂直。采用该优选方案后，摩擦粒子的一条边面向制动盘的转动方向，并且与制动盘的切线方向垂直，避免摩擦出现在摩擦粒子的角部，能够减小高强度、高频率的尖叫噪声，并且通过优化闸片的安装角度，能使界面接触压力得到有效地分散，避免应力集中，使盘面温度更均匀，可以在一定程度上降低振动噪声并有效改善界面热分布，减缓磨损，达到一定的减振降噪效果。作为优选，所述加载装置包括加载连接架和加载推力架，所述加载推力架与加载连接架铰接连接，所述加载推力架连接有加载连接杆，所述制动闸片背板上设置有加载缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，其特征在于：包括制动盘(1)、制动闸片结构和加载装置，所述加载装置与制动闸片结构连接，制动闸片结构与制动盘(1)配合，所述制动闸片结构包括制动闸片背板(2)，所述制动闸片背板(2)上设置有数个摩擦粒子(7)，所述数个摩擦粒子(7)采用数种表面修饰，所述数种表面修饰包括开孔、倒角或开沟，所述摩擦粒子(7)面向切入方向的一条边与制动盘(1)的切线方向垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，其特征在于：包括制动盘(1)、制动闸片结构和加载装置，所述加载装置与制动闸片结构连接，制动闸片结构与制动盘(1)配合，所述制动闸片结构包括制动闸片背板(2)，所述制动闸片背板(2)上设置有数个摩擦粒子(7)，所述数个摩擦粒子(7)采用数种表面修饰，所述数种表面修饰包括开孔、倒角或开沟，所述摩擦粒子(7)面向切入方向的一条边与制动盘(1)的切线方向垂直。


2.如权利要求1所述的一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，其特征在于，所述摩擦粒子(7)包括无孔摩擦粒子(702)和有孔摩擦粒子(701)。


3.如权利要求2所述的一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，其特征在于，所述有孔摩擦粒子(701)位于制动闸片背板(2)的外侧和/或切入端。


4.如权利要求1所述的一种融合界面和加载优化及故障监测的高速列车制动系统，其特征在于，所述加载装置包括加载连接架(5)和加载推力架(6)，所述加载推力架(6)与加载连接架(5)铰接连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫继良，尹家宝，吴元科，王好平，王权，项载毓，周仲荣，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51