專利名稱：列車減速器制動(dòng)板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及列車減速器制動(dòng)板及制造列車減速器制動(dòng)板的方法。本發(fā)明還涉及一種具有該制動(dòng)板的列車減速器。
背景技術(shù)：
列車(主要是貨車)在編組站中被解體為單個(gè)車廂，并按照目的地被重新組合，去往相同方向的車廂被編入同一軌道，并聯(lián)掛成列。被解體的車廂從編組站的峰頂受重力作用自由溜放下來(lái)，進(jìn)入預(yù)先設(shè)置好的軌道，與同方向的其他車廂連掛。為了避免超速連掛對(duì)列車帶來(lái)的損壞，在流放過(guò)程中需對(duì)車輛進(jìn)行速度控制。通常，列車的連掛速度需要小于5 公里/小時(shí)。減速器的作用就是使超速的車廂慢下來(lái)，以便安全連掛。這種減速器通常稱為駝峰減速器。駝峰減速器通常是通過(guò)其中設(shè)置的制動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)車輪內(nèi)外側(cè)施加外力而產(chǎn)生摩擦力，使車輛減速。本領(lǐng)域所公知的制動(dòng)機(jī)構(gòu)通常并不是專用的構(gòu)造，而是根據(jù)需要選擇合適的普通鋼軌用于制動(dòng)。例如目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的減速器為中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通訊信號(hào)研究所研制的T · JK和T · JY型車輛減速器，在該減速器中直接作用于車輪內(nèi)外測(cè)得部件為制動(dòng)軌(普通的50kg/m鋼軌)。制動(dòng)軌與車輪內(nèi)外側(cè)在8X 104N以上的載荷下接觸， 并在制動(dòng)軌和車輪之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)和摩擦，以實(shí)現(xiàn)減速。這種摩擦屬于重載干摩擦行為， 尖銳噪音伴隨而生。而且制動(dòng)軌也難以提供摩擦系數(shù)(強(qiáng)度)較低，不能夠?qū)崿F(xiàn)很好的減速效果。對(duì)此，葉晞等人的實(shí)用新型專利CN201026885Y、CN201026887Y、CN201026888Y、 CN201026889Y公開(kāi)了數(shù)種用于列車制動(dòng)器的制動(dòng)板。在這些專利中，制動(dòng)板設(shè)有通過(guò)多種緊固方式(包括鑲嵌、熔接、緊固件等)連接到具有不同構(gòu)造的支撐結(jié)構(gòu)上的摩擦塊，這些設(shè)有摩擦塊的制動(dòng)板相比于現(xiàn)有的制動(dòng)軌能夠提供更大的摩擦力并能降低噪音。此外，該申請(qǐng)人的實(shí)用新型專利CN201058612Y還公開(kāi)了一種通過(guò)杠桿原理作動(dòng)列車減速器的制動(dòng)結(jié)構(gòu)的列車致動(dòng)器。上述專利通過(guò)引用以與本文不抵觸的方式納入本文。但是，人們?nèi)韵Ｍ苓M(jìn)一步改進(jìn)列車減速器的制動(dòng)板的摩擦性能、降低噪音且使其在制動(dòng)減速方面能夠根據(jù)需要更靈活地設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能對(duì)上述方面中的至少一個(gè)做出改善的制動(dòng)板。對(duì)此，本發(fā)明提供一種用于列車減速器的制動(dòng)板，所述制動(dòng)板限定出抵接列車車輪表面的摩擦制動(dòng)面，其特征是，該制動(dòng)板包括至少一塊彈性摩擦材料塊、至少一塊剛性摩擦材料塊和支撐結(jié)構(gòu)，所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊在一個(gè)層疊方向上層疊形成層疊結(jié)構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)限定出垂直于該層疊方向且構(gòu)成所述摩擦制動(dòng)面的至少一部分的至少一個(gè)層疊側(cè)面，在所述層疊側(cè)面中暴露出所述彈性摩擦塊和所述剛性摩擦塊，所述支撐結(jié)構(gòu)包括用于將所述層疊結(jié)構(gòu)緊固到該支撐結(jié)構(gòu)上的緊固件。該至少一個(gè)層疊側(cè)面優(yōu)選限定出整個(gè)摩擦制動(dòng)面。
本文所說(shuō)的彈性和剛性是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的材料性質(zhì)，本文中的彈性材料和剛性材料也是本領(lǐng)域慣常意義上的彈性材料和剛性材料，并且彈性材料和剛性材料的劃分對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也是公知的。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的彈性摩擦材料塊具有在 10-30GPa范圍、優(yōu)選為約13GPa的壓縮彈性模量。通過(guò)設(shè)置由彈性材料和剛性材料構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)并且使暴露出彈性材料和剛性材料兩者的至少一個(gè)層疊側(cè)面構(gòu)成摩擦制動(dòng)面的至少一部分，使得根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板具有改進(jìn)的摩擦性能和噪音降低的優(yōu)點(diǎn)，此外提供了可以根據(jù)需要靈活按需地設(shè)置想要的制動(dòng)板的可能性。尤其是本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)設(shè)置暴露(從而在工作時(shí)也抵接車輪)的至少一個(gè)層疊側(cè)面，露出彈性材料和剛性材料的層疊側(cè)面在層疊方向上提供比彈性摩擦材料和剛性摩擦材料中任一種的自身摩擦系數(shù)都要大的總摩擦系數(shù)。僅作為解釋而不是限制，根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的配置尤其在層疊方向上具有增大的摩擦和減小的噪音，這是因?yàn)樵诩?xì)觀上彈性摩擦材料與剛性摩擦材料的界面效應(yīng)有助于增大阻尼，而微觀方面，彈性摩擦材料的分子鏈運(yùn)動(dòng)所消耗的能量也可增大阻尼。而且由于彈性摩擦材料由于具有彈性而在摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生被輪對(duì)“拖拽”的效應(yīng)，這也能進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)輪對(duì)的制動(dòng)效果且在噪音控制方面具有好處。此外，由于通過(guò)設(shè)置彈性摩擦材料和剛性摩擦材料的層疊結(jié)構(gòu)，在允許彈性摩擦材料在制動(dòng)時(shí)的變形和又防止彈性摩擦材料變形太多方面找到了良好的折衷點(diǎn)，這既有利于彈性摩擦材料有效發(fā)揮摩擦作用，又防止其過(guò)早疲勞損壞影響使用壽命。在此特別需要說(shuō)明的是，本發(fā)明所述的層疊側(cè)面是指暴露出彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊兩者的側(cè)面。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，例如對(duì)于由矩形彈性材料快和矩形剛性摩擦材料塊層疊而成的總體呈長(zhǎng)方體形的層疊結(jié)構(gòu)，根據(jù)彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊的層疊形式，可能會(huì)出現(xiàn)只露出一種材料的兩個(gè)側(cè)面，而另外四個(gè)側(cè)面則暴露出這兩種材料。在此，本發(fā)明規(guī)定的層疊側(cè)面不是只能暴露出一種材料的側(cè)面，而是暴露出這兩種材料的多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)(也即是能顯現(xiàn)出層疊結(jié)構(gòu)的側(cè)面)。而且，通過(guò)層疊結(jié)構(gòu)中的只暴露一種材料的側(cè)面構(gòu)成摩擦面的至少一部分的裝置或構(gòu)造不能獲得本發(fā)明的構(gòu)造給列車減速器帶來(lái)的好處。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的剛性摩擦材料塊由燒結(jié)金屬材料制成。由于燒結(jié)金屬材料比較疏松，在吸收或降低噪音方面具有特別的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)選的是，該燒結(jié)金屬材料的密度在 5. 3-6. 5 范圍，優(yōu)選為 6. 1-6. 2。燒結(jié)金屬材料優(yōu)選按重量％包含彡4%的鐵；0.5% -1.5%的銻；4% 的錫和2% -4%的鋅中的至少一種；3% -5%的二氧化硅和7% -11%的石墨中的至少一種；余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；燒結(jié)金屬材料最好按重量百分比包含6%的錫、1%的銻、彡4%的鐵、4%的二氧化硅、9%的石墨、3%的鋅、余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。更優(yōu)選地，所述燒結(jié)金屬材料經(jīng)過(guò)混合、壓制和燒結(jié)而制得。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，所述彈性摩擦材料塊由有機(jī)復(fù)合材料構(gòu)成。且更優(yōu)選地，彈性摩擦材料塊由短纖維增強(qiáng)高聚物構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比包含 19% -25%的海泡石纖維；11% -17%的短切玻璃纖維；3% -5%的硫酸鋇；8% -10%的滑
5石粉；1. 5% -2. 5%的偶聯(lián)劑；4% -6%的石墨；1. 5% -2. 5%的二硫化鉬；余量為雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂和不可避免的雜質(zhì)；更優(yōu)選地，所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比包含42%的雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、 22 %的海泡石纖維、14 %的短切玻璃纖維、4 %的硫酸鋇、9 %的滑石粉、2 %的偶聯(lián)劑、5 %的石墨、2%的二硫化鉬和不可避免的雜質(zhì)。更優(yōu)選地，所述短纖維增強(qiáng)高聚物經(jīng)混合、壓制和固化工藝制得。根據(jù)本發(fā)明尤為優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，所述層疊結(jié)構(gòu)在大致豎直方向上上下層疊， 也即是層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向是大致豎直的。由于在列車減速器中，摩擦制動(dòng)面是大致沿著鋼軌方向大致平行于鋼軌布置，從而能夠抵接行駛過(guò)的車輪的側(cè)面。而如上所提到的本發(fā)明的思想在于通過(guò)在暴露于(或者說(shuō)抵接)車輪側(cè)面的層疊側(cè)面中存在有彈性材料和剛性材料從而提供更好的摩擦減噪效果。因此，在本文中所提到的層疊方向只能布置在大致平行于車輪側(cè)面的方向上，而不能在垂直于車輪側(cè)面的方向上，因?yàn)槿绻呛笳咧荒苡幸环N材料接觸車輪表面而不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果。因此本文所說(shuō)的本發(fā)明層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向 (例如豎直方向，水平方向)均應(yīng)在大體上平行于車輪側(cè)面的平面內(nèi)。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)設(shè)置彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊在豎直方向上層疊，不僅能有效地增加豎直方向(即層疊方向)上的阻尼，而且在降噪方面取得非常顯著的改善(即使與沿大致水平方向左右層疊設(shè)置相比)，這是未曾預(yù)料到的。所述支撐結(jié)構(gòu)包括用于容納所述層疊結(jié)構(gòu)的容納凹槽。優(yōu)選，所述摩擦制動(dòng)面的大小由所述容納凹槽的尺寸所確定，例如所述摩擦制動(dòng)面的大小等于容納凹槽表面積的大小。更優(yōu)選地，所述至少一塊彈性摩擦材料塊包括多塊彈性摩擦材料塊，所述至少一塊剛性摩擦材料塊包括多塊剛性摩擦材料塊。其中，所述多塊彈性摩擦材料塊和所述多塊剛性摩擦材料塊交替地層疊以形成所述層疊結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該燒結(jié)金屬材料的摩擦系數(shù)在0. 2-0. 5范圍，優(yōu)選為約0. 3。優(yōu)選地，該短纖維增強(qiáng)高聚物的摩擦系數(shù)在0. 2-0. 5范圍，優(yōu)選為約0. 3。如上所述，通過(guò)提供層疊結(jié)構(gòu)， 本發(fā)明的制動(dòng)板能在層疊方向上提供更大的總摩擦系數(shù)，因此本發(fā)明的制動(dòng)板的摩擦材料選材可以無(wú)需選擇特別高的摩擦系數(shù)，仍能提供令人滿意的總摩擦系數(shù)(沿層疊方向)，從而能以較低的成本提供較好的摩擦減速效果。本發(fā)明還提供一種制造根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的方法，包括如下步驟包括如下步驟提供至少一塊彈性摩擦材料塊；提供至少一塊剛性摩擦材料塊；將所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊在一個(gè)層疊方向上層疊在一起以形成層疊結(jié)構(gòu)；和將所述層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)，且其中，該層疊結(jié)構(gòu)當(dāng)緊固到支撐結(jié)構(gòu)以供使用時(shí)限定出垂直于該層疊方向且構(gòu)成所述摩擦制動(dòng)面的一部分或者整個(gè)摩擦制動(dòng)面的層疊側(cè)面，在該層疊側(cè)面中暴露有所述彈性摩擦塊和所述剛性摩擦塊。優(yōu)選地，該層疊結(jié)構(gòu)限定出整個(gè)摩擦制動(dòng)面。所述至少一塊彈性摩擦材料塊優(yōu)選具有在10_30GPa范圍、優(yōu)選為約13GPa的壓縮彈性模量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，至少一塊彈性摩擦材料塊由有機(jī)復(fù)合材料構(gòu)成。更優(yōu)選地，該至少一塊彈性摩擦材料塊由短纖維增強(qiáng)高聚物構(gòu)成。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比包含海泡石纖維19% -25%、短切玻璃纖維11% -17%、硫酸鋇3% _5 %、滑石粉8 % -10 %、偶聯(lián)劑 1. 5% -2. 5%、石墨4% -6%、二硫化鉬1. 5% -2. 5%和余量為雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比包含42%的雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、22%的海泡石纖維、14%的短切玻璃纖維、4%的硫酸鋇、9%的滑石粉、 2 %的偶聯(lián)劑、5 %的石墨、2 %的二硫化鉬和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述短纖維增強(qiáng)高聚物經(jīng)過(guò)混合、壓制和固化工藝制得。優(yōu)選地，所述短纖維增強(qiáng)高聚物由如下工藝制得(i)混合將原料在捏合機(jī)中混合40-100分鐘，并在100°C -120°C的溫度下在烘箱中烘干；(ii)壓制在0.5士0. IMPa下從室溫升至130士 10°C，保溫9-11分鐘之后升溫升壓，其中溫度升至180°C _190°C，且壓力升至30MPa-40MPa，優(yōu)選升溫為2V /min，且然后保溫保壓100-150分鐘；(iii)固化在空氣中自然冷卻至室溫，優(yōu)選冷卻時(shí)間為200-300分鐘。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述至少一塊剛性摩擦材料塊由燒結(jié)金屬材料制成。優(yōu)選所述燒結(jié)金屬材料密度在5. 3-6. 5范圍，優(yōu)選為6. 1-6. 2。優(yōu)選地，所述燒結(jié)金屬材料按重量百分比包含4%的鐵、0.5% -1.5%的銻、 4%-8%的錫和2% -4%的鋅中的至少一種、3% -5%的二氧化硅和7-11 %的石墨中的至少一種，且余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。。更優(yōu)選地，所述燒結(jié)金屬材料按重量百分比包含6%的錫、的銻、彡4%的鐵、 4%的二氧化硅、9%的石墨、3%的鋅，且余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述燒結(jié)金屬材料經(jīng)過(guò)混合、壓制和燒結(jié)工藝制得。優(yōu)選的是，所述燒結(jié)金屬材料由如下工藝制得(i)混合用酒桶式混合器混合至少4個(gè)小時(shí)；(ii)壓制在壓力為600士20MPa，壓制溫度為10°C _30°C條件下壓制成型；(iii)燒結(jié)用20至40分鐘使該燒結(jié)金屬材料溫度從室溫升至300士 15°C的第一溫度，用50至70 分鐘使其溫度從所述第一溫度升至500士 15°C的第二溫度，用80至100分鐘使其溫度從所述第二溫度上升至860士 15°C的第三溫度，且在第三溫度下保溫至少60分鐘，然后自然降溫至300士 15°C的第四溫度，并且對(duì)在該第四溫度下的燒結(jié)金屬材料強(qiáng)制降溫至室溫，其中燒結(jié)氣氛為真空度< IOPa的真空根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，所述層疊步驟包括將所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊在大致豎直方向上上下層疊以形成所述層疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，所述至少一塊彈性摩擦材料塊包括多塊彈性摩擦材料塊， 所述至少一塊剛性摩擦材料塊包括多塊剛性摩擦材料塊。所述層疊步驟包括使多塊彈性摩擦材料塊和多塊剛性摩擦材料塊交替地層疊(最好是交替地上下層疊)以形成所述層疊結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述制動(dòng)板構(gòu)造成靠近列車駛?cè)雮?cè)的層疊結(jié)構(gòu)中彈性摩擦材料塊與剛性摩擦材料塊面積比比在靠近列車駛出側(cè)的層疊結(jié)構(gòu)中的大。根據(jù)本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例，所述制動(dòng)板的至少一部分彈性和/或剛性摩擦材料塊構(gòu)造成V形。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，至少一部分所述層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向與駛?cè)氲牧熊囓囕喌木€速度方向的夾角小于等于士20度。更優(yōu)選地，所述夾角小于等于士5 度。盡管本實(shí)用新型的特征不受該原理的局限，但是認(rèn)為當(dāng)層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向與駛?cè)胲囕喌木€速度方向一致(即彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊相接觸的面在層疊面上所顯示的接觸線與車輪的線速度方向垂直)時(shí)，能提供最大的阻力并且具有顯著減小的噪音， 這是因?yàn)槟Σ翂K的拖拽效應(yīng)最明顯，而且剛性摩擦材料塊和彈性摩擦材料塊的界面效應(yīng)最顯著。取決于車輪接觸制動(dòng)塊的部位，駛?cè)氲能囕喚€速度方向通常為相對(duì)于列車駛?cè)敕较蛳蛏蟽A斜30-70度。此外，本發(fā)明還提供一種列車減速器，其具有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板和作動(dòng)該至少一個(gè)制動(dòng)板以抵靠列車車輪的作動(dòng)機(jī)構(gòu)。


以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的摩擦材料塊的優(yōu)選實(shí)施例，其中彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊在豎直方向上交替地層疊；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的摩擦材料塊的層疊結(jié)構(gòu)被容納在制動(dòng)板的支撐結(jié)構(gòu)的容納凹槽中；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的支撐結(jié)構(gòu)；圖4a_41示出了摩擦材料塊的多種層疊結(jié)構(gòu)；圖5示出了安裝有根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的列車減速器。附圖標(biāo)記列表1制動(dòng)板；2彈性摩擦材料塊；4剛性摩擦材料塊；6支撐結(jié)構(gòu)；8容納凹槽；10柱銷；12加固螺栓；14減速器作動(dòng)機(jī)構(gòu)；16制動(dòng)板支承機(jī)構(gòu)；22第一彈性摩擦材料塊；24第二彈性摩擦材料塊；100列車減速器。在各附圖中相同或相應(yīng)的部件用相同或相似的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的層疊結(jié)構(gòu)，其由兩塊呈矩形塊(矩形條)狀的彈性摩擦材料塊和三塊呈矩形塊(矩形條)狀的剛性摩擦材料塊在豎直的層疊方向上上下交替層疊而構(gòu)成。其中在最上側(cè)和下側(cè)都是剛性摩擦材料塊，這有利于該層疊結(jié)構(gòu)的緊固。 在圖1所示的層疊結(jié)構(gòu)中還形成有上下貫穿的通孔，其是用于緊固柱銷10(在附圖中未具體畫(huà)出細(xì)節(jié))的插入從而將該層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)6(圖1未示出)上，并且使得層疊結(jié)構(gòu)中的彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊在宏觀上不可彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白在對(duì)車輪制動(dòng)時(shí)，彈性和剛性摩擦材料塊在細(xì)觀上會(huì)存在彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 這主要是由于彈性摩擦材料塊的變形。在本發(fā)明的實(shí)施例中，由彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)限定出構(gòu)成摩擦制動(dòng)面的至少一部分(在圖1-圖3所示的制動(dòng)板的實(shí)施例中為整個(gè)摩擦制動(dòng)面)的層疊側(cè)面(在圖1和圖2中為所示出層疊結(jié)構(gòu)的右側(cè)面)。根據(jù)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成摩擦制動(dòng)面的至少一部分的層疊側(cè)面將在下文中進(jìn)一步具體描述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的層疊結(jié)構(gòu)被支撐結(jié)構(gòu)6支撐并緊固到其上的剖視圖。其中，除了上述的緊固柱銷10之外，層疊結(jié)構(gòu)還通過(guò)加固螺栓12被進(jìn)一步緊固到支撐結(jié)構(gòu)6。在優(yōu)選實(shí)施例中，該支撐結(jié)構(gòu)6由45號(hào)鋼制成，但也可以由其它合適的材料制成。結(jié)合圖2和圖3可看到該支撐結(jié)構(gòu)設(shè)有8個(gè)緊固柱銷10和3個(gè)加固螺栓12。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到根據(jù)需要設(shè)置更多或更少的緊固柱銷或加固螺栓。盡管本發(fā)明所示的優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)大致豎直定位的緊固柱銷和大致水平定位的加固螺栓來(lái)緊固，但層疊結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)的連接固定可以通過(guò)多種合適的連接機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明所示的實(shí)施例中，緊固柱銷既起到使得彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊在宏觀上不可相對(duì)運(yùn)動(dòng)地層疊在一起的作用，還起到將該層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)的作用。而加固螺栓所起的作用主要是提供將該層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)上的附加緊固。繼續(xù)結(jié)合圖2和圖3所示，層疊結(jié)構(gòu)被容納在支撐結(jié)構(gòu)6的容納凹槽8中。如圖3 所示，人們將明白該容納凹槽的外表面確定了起作用的層疊側(cè)面(同時(shí)也是該制動(dòng)板的整個(gè)摩擦制動(dòng)面)的大小，即該容納凹槽的外表面的面積等于摩擦制動(dòng)面的面積。圖4a_41示出了根據(jù)本發(fā)明的摩擦材料塊的層疊結(jié)構(gòu)(構(gòu)成摩擦制動(dòng)面的至少一部分層疊側(cè)面)的多種形式。為了簡(jiǎn)明，將層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)的緊固件例如主銷或加固螺栓未示出。并且圖4a-41圖面所示出的為構(gòu)成摩擦制動(dòng)面至少一部分的層疊側(cè)面的至少一部分，在制造根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板時(shí)，這些圖面的圖案可以重復(fù)、延伸、鏡像、拼接、 變化或組合等來(lái)構(gòu)型成本發(fā)明的層疊側(cè)面且從而摩擦制動(dòng)面的至少一部分。如圖4a所示的層疊結(jié)構(gòu)類似于如圖1-圖3所示的制動(dòng)板的層疊結(jié)構(gòu)，均為在大致豎直的方向上交替地層疊的，不同之處僅在于層數(shù)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到更多或更少的層數(shù)。優(yōu)選在豎直方向上的最外側(cè)(即最上側(cè)和最下側(cè))設(shè)置燒結(jié)金屬材料塊， 這樣更有利于將層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)上。在本文所述的交替層疊如沒(méi)有特殊指明一般是指在構(gòu)成摩擦制動(dòng)面的至少一部分的層疊側(cè)面中沿層疊方向上彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊是交替出現(xiàn)的。圖4e示出了沒(méi)有圖4a那么優(yōu)選的另一種層疊結(jié)構(gòu)(層疊側(cè)面)，其是沿大致水平
的層疊方向左右交替層疊的。在圖4b_4d中示出了另外的層疊結(jié)構(gòu)(層疊側(cè)面)，其與圖4a和圖4e不同之處在于，這些層疊結(jié)構(gòu)在大致垂直和大致水平方向均是層疊構(gòu)造的(既有上下層疊又有左右層疊)。圖4b和圖4c區(qū)別在于，圖4b僅在豎直方向上是交替層疊的，而圖4c在豎直和水平方向上都是交替層疊的。圖4d不同于之處在于，摩擦材料塊在豎直方向上比水平方向上的尺寸小，盡管圖4d示出的層疊側(cè)面總體也是在豎直方向上比水平方向上的尺寸小，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白圖4d例如僅示出了整個(gè)層疊側(cè)面的一部分，在列車制動(dòng)器中，制動(dòng)板通常應(yīng)是在水平方向尺寸比豎直方向大。圖4f_4h示出了具有非矩形塊形狀的彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊，例如總體為V形，平行四邊形、或圓弧形。這種雖然沒(méi)有上述的實(shí)施例那么優(yōu)選，但也落入本實(shí)用新型的范圍中。尤其是彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊總體呈V形是特別有利的，因?yàn)檫@會(huì)在V形頂端產(chǎn)生“楔入”的效果，能夠顯著增大在層疊方向上的摩擦力。更優(yōu)選地，所述V形層疊是在豎直方向上層疊。圖4i示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的層疊結(jié)構(gòu)，其具有兩種不同類型的彈性摩擦材料塊，即第一彈性摩擦材料塊22和第二彈性摩擦材料塊24。這體現(xiàn)了本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)顯著的好處，即本發(fā)明的制動(dòng)板具有前所未有的靈活性，能夠根據(jù)需要提供不同強(qiáng)度、效果和能力的制動(dòng)板。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到多種類型的彈性(或剛性)摩擦材料塊也是可行的。并且在圖4i中，第一彈性摩擦材料塊22和第二彈性摩擦材料塊24 層疊在一起，但也可以在上述層疊結(jié)構(gòu)的其它教導(dǎo)下設(shè)置多種層疊的方式。在上述的層疊結(jié)構(gòu)中，彈性和剛性摩擦材料塊大部分具有相同的形狀，圖4j示出了另外一種層疊結(jié)構(gòu)， 其中例如可以根據(jù)需要將剛性摩擦材料塊設(shè)置得比彈性摩擦材料塊大。參考圖4k和圖41，其能很好地體現(xiàn)采用層疊結(jié)構(gòu)的能帶來(lái)按需設(shè)置的好處，例如根據(jù)列車減速的實(shí)際情況，可以使得在制動(dòng)板中靠近列車駛?cè)雮?cè)的層疊結(jié)構(gòu)中彈性與剛性摩擦材料面積比比在靠近列車駛出側(cè)的層疊結(jié)構(gòu)中的大，從而在列車處于相對(duì)高速下用較大的彈性摩擦材料與其接觸以產(chǎn)生較小的噪音。這種設(shè)置例如可以通過(guò)，如圖4k所示的在靠近列車駛?cè)雮?cè)的層疊結(jié)構(gòu)中放置較多或者(構(gòu)成層疊側(cè)面的)面積較大的彈性摩擦材料塊，而在遠(yuǎn)離駛?cè)雮?cè)的層疊結(jié)構(gòu)中放置較多或者面積較大的剛性摩擦材料塊?；蛘呷鐖D41 所示的，可以將摩擦材料塊設(shè)置成非矩形塊狀的，從而在層疊側(cè)面中在靠近和遠(yuǎn)離列車駛?cè)雮?cè)的摩擦材料塊的構(gòu)成比例不相同(例如逐漸變小或變大)。由此，本發(fā)明示出并描述了由彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊構(gòu)成的多種層疊結(jié)構(gòu)，但這僅是舉例而不是窮盡的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)啟示下，還能根據(jù)特定需要對(duì)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種改變和變換，這都落入本發(fā)明的范圍中?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖5，示出了帶有一對(duì)根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板1的列車減速器100。該列車減速器100還具有支承該制動(dòng)板1的制動(dòng)板支承機(jī)構(gòu)16和用于作動(dòng)該支承機(jī)構(gòu)16從而作動(dòng)該制動(dòng)板1的減速器作動(dòng)機(jī)構(gòu)14，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是已知的。實(shí)例 1以下描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例1，本發(fā)明的制動(dòng)板的實(shí)例1總體上如圖1-3所示，該制動(dòng)板包括兩塊由短纖維增強(qiáng)高聚物制成的彈性摩擦材料塊、三塊由燒結(jié)金屬材料制成的剛性摩擦材料塊和限定出容納凹槽的45號(hào)鋼制成的支撐結(jié)構(gòu)。如圖1所示，第一和剛性摩擦材料塊在豎向上交替地層疊且剛性摩擦材料塊中的兩塊分別位于最上側(cè)和最下側(cè)。如圖 2所示，所述第一和剛性摩擦材料塊的層疊結(jié)構(gòu)通過(guò)多個(gè)縱向設(shè)置的緊固柱銷固定在一起并且固定到所述支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)還具有多個(gè)基本上水平設(shè)置的加固螺栓將該層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)一步固定到所述支撐結(jié)構(gòu)上。在實(shí)例1中，所述燒結(jié)金屬材料按重量百分比包含銅73%，錫6%，銻1%，鐵 4%, 二氧化硅4%，石墨9%，鋅3%和不可避免的雜質(zhì)。該燒結(jié)金屬材料通過(guò)如下工藝制成(1)混合用酒桶式混合器混合4小時(shí)以上，直至均勻；(2)壓制在壓力為600士20MPa下，壓制溫度10_30°C下進(jìn)行壓制成型；(3)燒結(jié)燒結(jié)工藝的控溫過(guò)程為用30分鐘從室溫升至300°C，再用60分鐘從 300°C升至500°C，再用90分鐘從500°C升至860°C，在860°C下保溫60分鐘，并自然降溫至 300°C后，再?gòu)?qiáng)制降溫至室溫，其中燒結(jié)氣氛為真空，真空度彡10Pa。所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比由如下材料構(gòu)成雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂42%， 海泡石纖維22 %，短切玻璃纖維14%，硫酸鋇4 %，滑石粉9 %，偶聯(lián)劑2 %，石墨5 %，二硫化鉬2%和不可避免的雜質(zhì)。所述短纖維增強(qiáng)高聚物通過(guò)如下工藝制成(1)混合將原料(其中雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂的固含量為約35% )在捏合機(jī)中混合 40分鐘，并在100°C烘箱中烘干60分鐘。(2)壓制壓制過(guò)程為約0. 5MPa下從室溫升至約130°C，升溫速度為約2V /min, 保溫約10分鐘后升至約180°C，升溫速度為約2V /min,壓力加至約30MPa，保溫保壓約120 分鐘。(3)固化用約240分鐘的時(shí)間在空氣中從溫度約195°C自然冷卻至室溫。在該實(shí)例1中，彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊均被加工成400 X 16 X 12mm的矩形條。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白可以彈性摩擦材料塊和剛性摩擦材料塊在材料制作過(guò)程中直接成型出最終形狀和尺寸，也可以通過(guò)各種合適的加工方式由大的材料塊加工出成品形狀和尺寸。在下表1中提供了實(shí)例1的制動(dòng)板與現(xiàn)有技術(shù)的制動(dòng)軌作為制動(dòng)結(jié)構(gòu)用于列車減速器中的噪聲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照。其中，對(duì)照例的制動(dòng)軌為現(xiàn)有常規(guī)的50kg/m鋼軌，材質(zhì)主要為u71Mn。進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)的列車減速器的其它部件為如圖5所示的列車減速器100的那些，區(qū)別僅在于對(duì)照例用常規(guī)50kg/m鋼軌替換列車減速器100中的制動(dòng)板1，且如圖5所示可以明白，一對(duì)制動(dòng)結(jié)構(gòu)從兩側(cè)同時(shí)抵接車輪的兩側(cè)。該實(shí)驗(yàn)段的鐵路線路是直道，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的列車是編組的多輛列車，以c70型車輛為主，以及少部分c60型車輛。在該實(shí)驗(yàn)中所使用的實(shí)驗(yàn)儀器為挪威Norsonic公司的N0R-840實(shí)時(shí)分析儀、德國(guó)巴哈曼 克萊默公司的 B&K4165電容傳聲器和B&K4231聲級(jí)校準(zhǔn)器，這些儀器均是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。測(cè)噪音儀器大致設(shè)置在駝峰部位的減速器處，并且具體安裝位置在橫向于線路延伸方向上距離股道(上股或下股鋼軌)中心7. 5m，高于地面1.5m處。需要說(shuō)明的是，表1中列出的數(shù)據(jù)是采用兩種不同的制動(dòng)結(jié)構(gòu)在相同時(shí)間段內(nèi)對(duì)通過(guò)的列車編組的制動(dòng)所測(cè)得的噪音值的平均值。表1采用了不同制動(dòng)結(jié)構(gòu)的列車減速器在不同頻率下的噪音對(duì)照
頻率/Hz對(duì)照例(制動(dòng)軌)/dB實(shí)例1/dB差值/dB2080.179.2-0.92583.283.50.331.588.689.30.74090.788.1-2.6509086.5-3.56387.287.30.18085.384.2-1.權(quán)利要求
1.一種用于列車減速器的制動(dòng)板，所述制動(dòng)板限定出抵接列車車輪表面的摩擦制動(dòng)面，其特征是，該制動(dòng)板包括至少一塊彈性摩擦材料塊、至少一塊剛性摩擦材料塊和支撐結(jié)構(gòu)，所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊在一個(gè)層疊方向上層疊形成層疊結(jié)構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)限定出垂直于該層疊方向且構(gòu)成所述摩擦制動(dòng)面的一部分或者整個(gè)摩擦制動(dòng)面的至少一個(gè)層疊側(cè)面，在所述層疊側(cè)面中暴露出所述彈性摩擦塊和所述剛性摩擦塊，所述支撐結(jié)構(gòu)包括用于將所述層疊結(jié)構(gòu)緊固到該支撐結(jié)構(gòu)上的緊固件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動(dòng)板，其特征是，所述剛性摩擦材料塊由燒結(jié)金屬材料制成，所述燒結(jié)金屬材料密度在5. 3-6. 5范圍，優(yōu)選為6. 1-6. 2，其優(yōu)選按重量百分比包含≤4%的鐵；0. 5% -1. 5%的銻；4% -8%的錫和2% -4%的鋅中的至少一種；3% -5%的二氧化硅和7% -11%的石墨中的至少一種；余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；優(yōu)選地，所述燒結(jié)金屬材料按重量百分比包含6%的錫、的銻、≤4%的鐵、4%的二氧化硅、9%的石墨、3%的鋅、余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動(dòng)板，其特征是，所述彈性摩擦材料塊彈性摩擦材料塊具有在10-30GPa范圍、優(yōu)選為約13GPa的壓縮彈性模量，且所述彈性摩擦材料塊優(yōu)選由有機(jī)復(fù)合材料且最好由短纖維增強(qiáng)高聚物制成，所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比優(yōu)選包含19% -25%的海泡石纖維；11% -17%的短切玻璃纖維；3% -5%的硫酸鋇；8% -10%的滑石粉；1. 5% -2. 5%的偶聯(lián)劑；4% -6%的石墨；1. 5% -2. 5%的二硫化鉬；余量為雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂和不可避免的雜質(zhì)；優(yōu)選地，所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比包含42%的雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、22%的海泡石纖維、14%的短切玻璃纖維、4%的硫酸鋇、9%的滑石粉、2%的偶聯(lián)劑、5%的石墨、 2%的二硫化鉬和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動(dòng)板，其特征是，所述層疊方向大致豎直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制動(dòng)板，其特征是，所述至少一塊彈性摩擦材料塊包括多塊彈性摩擦材料塊，所述至少一塊剛性摩擦材料塊包括多塊剛性摩擦材料塊，其中所述多塊彈性摩擦材料塊和所述多塊剛性摩擦材料塊交替地層疊以形成所述層疊結(jié)構(gòu)。
6.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動(dòng)板的方法，其特征是，包括如下步驟提供至少一塊彈性摩擦材料塊，所述至少一塊彈性摩擦材料塊優(yōu)選具有在10_30GPa 范圍、優(yōu)選為約13GPa的壓縮彈性模量，其優(yōu)選由有機(jī)復(fù)合材料且更優(yōu)選由短纖維增強(qiáng)高聚物構(gòu)成，該短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比優(yōu)選包含海泡石纖維19% -25%、短切玻璃纖維11% -17%、硫酸鋇3% -5%、滑石粉8% -10%、偶聯(lián)劑1. 5% -2. 5%、石墨4% -6%, 二硫化鉬1. 5% -2. 5%和余量為雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂和不可避免的雜質(zhì)，優(yōu)選地，所述短纖維增強(qiáng)高聚物按重量百分比包含42%的雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、22%的海泡石纖維、14%的短切玻璃纖維、4%的硫酸鋇、9%的滑石粉、2%的偶聯(lián)劑、5%的石墨、2%的二硫化鉬和不可避免的雜質(zhì)；提供至少一塊剛性摩擦材料塊，所述至少一塊剛性摩擦材料塊優(yōu)選由燒結(jié)金屬材料制成，優(yōu)選所述燒結(jié)金屬材料密度在5. 3-6. 5范圍，優(yōu)選為6. 1-6. 2，其按重量百分比包含 (4%的鐵、0. 5% -1. 5%的銻、4% -8%的錫和2% -4%的鋅中的至少一種、3% -5%的二氧化硅和7-11 %的石墨中的至少一種，且余量為銅和不可避免的雜質(zhì)，優(yōu)選地，所述燒結(jié)金屬材料按重量百分比包含6%的錫、的銻、彡4%的鐵、4%的二氧化硅、9%的石墨、3%的鋅，且余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；將所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊在一個(gè)層疊方向上層疊在一起以形成層疊結(jié)構(gòu)；和將所述層疊結(jié)構(gòu)緊固到支撐結(jié)構(gòu)，且其中，該層疊結(jié)構(gòu)當(dāng)緊固到支撐結(jié)構(gòu)以供使用時(shí)限定出垂直于該層疊方向且構(gòu)成所述摩擦制動(dòng)面的一部分或者整個(gè)摩擦制動(dòng)面的層疊側(cè)面，在該層疊側(cè)面中暴露有所述彈性摩擦塊和所述剛性摩擦塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述燒結(jié)金屬材料經(jīng)過(guò)混合、壓制和燒結(jié)工藝制得，尤其是由如下工藝制得(i)混合用酒桶式混合器混合至少4個(gè)小時(shí)；(ii)壓制 在壓力為600士20MPa、壓制溫度為10°C _30°C條件下壓制成型；(iii)燒結(jié)用20至40分鐘使該燒結(jié)金屬材料溫度從室溫升至300士 15°C的第一溫度，用50至70分鐘使其溫度從所述第一溫度升至500士 15°C的第二溫度，用80至100分鐘使其溫度從所述第二溫度上升至 860士 15°C的第三溫度，并且在第三溫度下保溫至少60分鐘，然后自然降溫至300士 15°C的第四溫度，并且對(duì)在該第四溫度下的燒結(jié)金屬材料強(qiáng)制降溫至室溫，其中燒結(jié)氣氛為真空度彡IOPa的真空
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述短纖維增強(qiáng)高聚物經(jīng)過(guò)混合、壓制和固化工藝制得，尤其是由如下工藝制得(i)混合將原料在捏合機(jī)中混合40-100分鐘并在100°C -120°C的溫度下在烘箱中烘干；(ii)壓制在0.5士0. IMPa壓力下從室溫升至130士 10°C，在保溫9-11分鐘之后升溫升壓，其中溫度升至180-190°C，且壓力升至 30MPa-40MPa，優(yōu)選升溫速度為2°C /min，然后保溫保壓100-150分鐘；(iii)固化在空氣中自然冷卻至室溫，優(yōu)選冷卻時(shí)間為200-300分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述層疊步驟包括將所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊沿大致豎直的層疊方向上下層疊而形成所述層疊結(jié)構(gòu)。
10.一種列車減速器，具有至少一塊根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的制動(dòng)板和作動(dòng)該至少一個(gè)制動(dòng)板以抵靠列車車輪的作動(dòng)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于列車減速器的制動(dòng)板，所述制動(dòng)板限定出抵接列車車輪表面的摩擦制動(dòng)面。該制動(dòng)板包括至少一塊彈性摩擦材料塊、至少一塊剛性摩擦材料塊和支撐結(jié)構(gòu)，所述至少一塊彈性摩擦材料塊和所述至少一塊剛性摩擦材料塊在一個(gè)層疊方向上層疊在一起而形成層疊結(jié)構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)限定出垂直于該層疊方向且構(gòu)成所述摩擦制動(dòng)面的一部分或者整個(gè)摩擦制動(dòng)面的層疊側(cè)面，在所述層疊側(cè)面中暴露出所述彈性摩擦塊和所述剛性摩擦塊，所述支撐結(jié)構(gòu)包括用于將所述層疊結(jié)構(gòu)緊固到該支撐結(jié)構(gòu)上的緊固件。本發(fā)明還提供制造根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的方法和具有根據(jù)本發(fā)明的制動(dòng)板的列車減速器。
文檔編號(hào)F16D69/02GK102155505SQ20111009096
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者黨佳, 張國(guó)文, 裴頂峰, 賀春江 申請(qǐng)人:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所