停放制动单元及电机械制动夹钳

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道车辆制动技术，具体地 说，涉及一种停放制动单元及电机械制动夹钳。

背景技术

随着工业控制技术的革新和轨道交通整体性能要求的不断提高， 对轨道车辆制动器电气化的要求不断提高，智能化、网络化和轻量化 已经成为发展趋势。电气化的制动器已不再需要液压或气压等方式中 的大量管路和动力源。电气化的制动器中，一项关键的技术是如何可 靠地保证在失电状态下的制动输出以及停放制动的长期制动力保持， 传统的停放缸已经无法满足要求。

目前，已有的轨道车辆用电机械制动夹钳的停放功能采用旋转方 式给弹簧蓄能，然后通过弹簧力输出扭矩的方式施加停放制动力。由 于通过丝杠方式实现扭矩与弹力的转换，这种蓄能方式的蓄能效率 低，且轴向尺寸大。

发明内容

本发明针对现有电子机械制动夹钳存在的蓄能效率低等上述问题，提供了 一种结构紧凑、蓄能效率高的停放制动单元及电机械制动夹钳，无需液压 和气压，能够为轨道车辆的停放制动、紧急制动等工况提供制动力， 保证轨道车辆安全，且轴向结构紧凑，尺寸小。

为了达到上述目的，本发明提供了一种停放制动单元，包括：

缸体组件，内设开有孔的腔体；

蓄能组件，位于腔体内，包括：

碟簧缸体，固定于缸体组件上；

碟簧套筒，套接于碟簧缸体内；

碟簧组件Ⅰ，位于碟簧套筒内；

导向件，位于碟簧组件Ⅰ内，固装于碟簧缸体端部；

支撑件，位于腔体内，与碟簧套筒间隔设置；

碟簧组件Ⅱ，位于腔体内，设于支撑件与缸体组件之间；

楔形件，靠近承载斜面的一端与碟簧套筒连接，另一端穿过碟 簧组件Ⅱ与支撑件连接；

推力输出控制单元，与碟簧缸体连接；

锁止组件，位于碟簧缸体和碟簧套筒之间。

优选的，缸体组件包括：

第一罩体；

第一缸体，与第一罩体连接，第一缸体与第一罩体连接的端部设 有对称的两个凸起部，每个凸起部均通过一固定件与第一罩体连接； 碟簧缸体套设于第一缸体内；

第二缸体，与第一缸体连接，第二缸体的一侧开有孔，第二缸体 的外部设有两个对称的柱体，柱体内设有安装孔，安装孔内安装有销 轴传感器；碟簧缸体安装于第二缸体上；

第二罩体，与第二缸体连接，第二罩体与第二缸体、第一缸体和 第一罩体形成有孔的腔体；所述支撑件和碟簧组件Ⅱ位于第二罩体 内。

优选的，凸起部设有半圆槽和轴孔，轴孔内安装有轴套，凸起部 的半圆槽与设于固定件上的半圆槽形成与腔体连通的腔室。

优选的，推力输出控制单元包括：

第一导磁组件，位于腔体内；

第一连接件，与第一导磁组件连接，安装于第一凸起部的轴套内；

第一弹性件，位于第一腔室内，分别与第一导磁组件和第一固定 件接触连接；

第二导磁组件，位于腔体内，与第一导磁组件对称设置；

第二连接件，与第二导磁组件连接，安装于第二凸起部的轴套内；

第二弹性件，位于第二腔室内，分别与第二导磁组件和第二固定 件接触连接；

磁性件，放置于腔体内，位于第一导磁组件和第二导磁组件之间， 与碟簧缸体连接，磁性件的两端面分别与第一导磁组件和第二导磁组 件的底面平行。

优选的，第一导磁组件包括：

第一导磁件，位于腔体内，第一导磁件的底面与磁性件的第一端 面平行；

第一作用件，安装于第一导磁件上，设为C型结构，第一作用件 远离第一导磁件的一侧与第一连接件连接，并与第一弹性件接触连 接；

第一滚轮组件，设于第一作用件远离第一导磁件的端部。

优选的，所述第二导磁组件包括：

第二导磁件，位于腔体内，第二导磁件的底面与磁性件的第二端 面平行；

第二作用件，安装于第二导磁件上，设为C型结构，第二作用件 远离第二导磁件的一侧与第二连接件连接，并与第二弹性件接触连 接；

第二滚轮组件，设于第二作用件远离第二导磁件的端部。

优选的，锁止组件包括：

锁定环，位于第一缸体内，套于碟簧缸体外部，锁定环与碟簧缸 体、第一缸体之间形成环形腔体；

环形槽，设于碟簧套筒的外圆柱面上，环形槽的侧壁与碟簧套筒 径向方向之间的夹角为ɑ；

多个通孔，均匀设于碟簧缸体的缸壁上；

限位件，放置于环形槽和通孔中；

第三弹性件，安装于环形腔体内。

优选的，锁定环为圆环结构，锁定环的端部设有两个对称的凸耳， 凸耳外圆面设有凹槽，凹槽的一个槽壁与凹槽轴向之间的夹角为θ， 锁定环的内表面设有三段不同的环形槽，第一段环形槽的槽壁与第一 段环形槽轴向之间的夹角为β，第二段环形槽的槽壁与第二段环形槽 轴向之间的夹角为γ，γ>β，第三段环形槽的槽壁与第三段环形槽轴向 之间的夹角为0°，第二段环形槽和第三段环形槽的槽壁分别在不同时 刻与限位件接触。

进一步的，还包括轴承组件，轴承组件包括分别安装于第二缸体 两个相互垂直内表面的第一轴承件和第二轴承件，第一轴承件与楔形 件的承载平面接触连接，第二轴承件用于与电机械制动夹钳的电驱动 单元伸入第二缸体的输出件作用部接触连接。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电机械制动夹钳，包括：

钳体支架；

两个钳臂，对称安装于钳体支架上；

闸片组件，安装于钳臂的端部；

电机械制动缸，安装于两个钳臂之间，包括：

弹簧蓄能单元，采用上述停放制动单元，停放制动单元通过销 轴传感器与第一钳臂铰接；

电驱动单元，与弹簧蓄能单元相互垂直设置，电驱动单元设有 支撑梁，电驱动单元通过支撑梁与第二钳臂铰接；电机驱动单元的输 出件作用部伸入停放制动单元的腔体，设于作用部末端的滚轮组件与 停放制动单元的楔形件承载斜面接触连接；

电机驱动器单元，安装于电驱动单元的圆周上，电机驱动器单 元与电驱动单元连接，并通过连接器连接制动控制器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明停放制动单元中，蓄存的能量由碟簧组件的弹性势 能产生，可靠性高，采用两组碟簧组件，调整余量大，产生的弹力通 过楔形件的承载斜面的放大作用输出，能够实现大推力的输出，组合 方式灵活，能量密度大，蓄能效率高，结构紧凑，容易实现不同输出 力。

(2)本发明停放制动单元中，锁止组件采用不同角度的斜面和 限位件的组合方式，实现很小的锁止力即可锁止很大的弹簧弹力功 能，不仅结构紧凑，零部件数量少，且可以通过调整各斜面的角度， 实现需要的力值。

(3)本发明停放制动单元中，设有推力输出控制单元，该推力 输出控制单元采用失电输出推力的模式控制能量输出，完全契合制动 夹钳对紧急和停放制动安全导向的要求，能够保证在断电等意外工况 发生时，输出能力，实现停放制动。不需要外接气源或液压源，结构 简单可靠，无污染。磁性件得电，磁性件的两个端面分别与导磁件的 底面吸合，需要输出推力时，磁性件失电，即磁性件的两个端面分别 与导磁件的底面分离，碟簧组件的锁止功能得到快速解除，由于两个 碟簧组件处于压缩状态，弹簧力推动楔形件移动，输出推力，实现快 速释放能量的功能。

(4)本发明电机械制动夹钳中，蓄能弹簧单元与电驱动单元呈 相互垂直设置，轴向尺寸小，重量轻，蓄能弹簧单元采用由两组碟簧 组件蓄能的停放制动单元，停放制动单元中，由碟簧组件的弹性势能 产生的弹力通过楔形件的承载斜面的放大作用输出，能够实现大推力 的输出，能量密度大，蓄能效率高。

(5)本发明电机械制动夹钳中，以由两组碟簧组件蓄能的停放 制动单元为蓄能弹簧单元，停放制动单元采用失电输出推力的模式控 制能量输出，完全契合制动夹钳对紧急和停放制动安全导向的要求， 能够保证在断电等意外工况发生时，输出能力，实现停放制动。不需 要外接气源或液压源，结构简单可靠，无污染。

附图说明

图1为本发明实施例所述停放制动单元的结构示意图；

图2为本发明实施例所述停放制动单元的的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例所述第一缸体的结构示意图；

图4-5为本发明实施例所述第二缸体的结构示意图；

图6为本发明实施例所述碟簧缸体的结构示意图；

图7为本发明实施例所述碟簧套筒的结构示意图；

图8为本发明实施例所述第一导磁组件的结构示意图；

图9为本发明实施例所述第二导磁组件的结构示意图；

图10为本发明实施例所述锁定环的结构示意图；

图11为本发明实施例所述锁定环的侧视图；

图12为图11的局部放大图；

图13为本发明实施例所述楔形件结构示意图；

图14为本发明实施例所述楔形件的侧视图；

图15为本发明实施例所述电机械制动夹钳结构示意图。

图中，101、腔体，102、第一方孔、103、第一罩体，104、第一 缸体，105、第二缸体，1051、第二方孔，1052、圆形孔，106、第二 罩体，107、凸起部，1071、第一凸起部，1072、第二凸起部，1073、 半圆槽，1074、轴孔，1075、轴套，108、固定件，1081、第一固定 件，1082、第二固定件，109、柱体，1091、安装孔，1092、销轴传 感器，201、碟簧缸体，202、碟簧套筒，203、碟簧组件Ⅰ，204、导 向件，205、支撑件，206、碟簧组件Ⅱ，207、楔形件，2071、承载 斜面，2072、承载平面，301、第一导磁组件，3011、第一导磁件， 3012、第一作用件，3013、第一滚轮组件，302、第一连接件，303、 第一弹性件，304、第二导磁组件，3041、第二导磁件，3042、第二 作用件，3043、第二滚轮组件，305、第二连接件，306、第二弹性件， 307、磁性件，401、锁定环，4011、凸耳，4012、凹槽，402、环形 腔体，403、环形槽，404、通孔，405、限位件，406、第三弹性件， 501、第一轴承件，502、第二轴承件，6、电驱动单元，601、输出件 作用部，602、滚轮组件，603、支撑梁，7、钳体支架，8、闸片组件， 9、弹簧蓄能单元，10、第一钳臂，11、第二钳臂，12、电机驱动器 单元。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当 理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和 特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅 是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如：可以是固定连 接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以 通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技 术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：参见图1，本实施例提供了一种停放制动单元，包括：

缸体组件，内设开有第一方孔102的腔体101；缸体组件包括：

第一罩体103；

第一缸体104，与第一罩体103连接，第一缸体104与第一罩体 103连接的端部设有对称的两个凸起部107，分别为第一凸起部1071和 第二凸起部1072，每个凸起部107均通过一固定件108与第一罩体103 连接；

第二缸体105，与第一缸体104连接，第二缸体105的外部设有 两个对称的柱体109，柱体109内设有安装孔1091，安装孔1091内安装 有销轴传感器；第一方孔102开设于第二缸体105的侧面；

第二罩体106，与第二缸体105连接，第二罩体106与第二缸体、 第一缸体和第一罩体103内部连通形成开有第一方孔102的腔体101；

蓄能组件，位于腔体101内，包括：

碟簧缸体201，套设于第一缸体104内，并安装于第二缸体105 上；

碟簧套筒202，套接于碟簧缸体201内；

碟簧组件Ⅰ203，位于碟簧套筒202内；

导向件204，位于碟簧组件Ⅰ203内，固装于碟簧缸体201端部；

支撑件205，位于第二罩体106内，与碟簧套筒202间隔设置；

碟簧组件Ⅱ206，位于第二罩体106内，设于支撑件205与第二 缸体105之间；

楔形件207，位于碟簧套筒202与支撑件205之间，楔形件207靠 近承载斜面2071的一端与碟簧套筒202连接，另一端穿过碟簧组件Ⅱ206与支撑件205连接，楔形件207的承载斜面2071与楔形件207的端面 之间的夹角为

推力输出控制单元，与碟簧缸体201连接；

锁止组件，位于碟簧缸体201和碟簧套筒202之间。

通过碟簧组件Ⅰ和碟簧组件Ⅱ共同作用产生过弹力，为楔形件提 供推力，从而通过楔形件输出推力。碟簧组件产生的弹力通过楔形件 的承载斜面放大后输出，能够实现大推力的输出。

具体地，参见图4，第二缸体105与第一缸体104连接的端部开设 第二方孔1051，第二缸体105与第二罩体连接的端部开设圆形孔1052。 楔形件经第二方孔1051与圆形孔1052贯穿第二缸体。

参见图3，凸起部107设有半圆槽1073和轴孔1074，轴孔1074内安 装有轴套1075，凸起部107的半圆槽1073与设于固定件108上的半圆槽 形成与腔体101连通的腔室。

具体地，第一凸起部的半圆槽与第一固定件的半圆槽形成与腔体 连通的第一腔室，第二凸起部的半圆槽与第二固定件的半圆槽形成与 腔体连通的第二腔室。

继续参见图2，推力输出控制单元包括：

第一导磁组件301，位于腔体101内；

第一连接件302，安装于第一凸起部1071的轴套1075内，第一连 接件302与第一导磁组件301连接；

第一弹性件303，位于第一腔室内，第一弹性件303分别与第一导 磁组件301和第一固定件1081接触连接；

第二导磁组件304，位于腔体101内，第二导磁组件304与第一导 磁组件301对称设置；

第二连接件305，安装于第二凸起部的轴套内，与第二连接件305 第二导磁组件连接；

第二弹性件306，位于第二腔室内，第二弹性件306分别与第二导 磁组件304和第二固定件1082接触连接；

磁性件307，放置于腔体101内，位于第一导磁组件301和第二导 磁组件304之间，磁性件307与碟簧缸体201连接，磁性件307的两端面 分别与第一导磁组件301和第二导磁组件304的底面平行。

具体地，继续参见图2，并参见图7，第一导磁组件包括：

第一导磁件3011，位于腔体101内，第一导磁件的底面与磁性件 307的第一端面平行；

第一作用件3012，安装于第一导磁件3011上，第一作用件3012设 为C型结构，第一作用件3012远离第一导磁件3011的一侧与第一连接 件302连接，并与第一弹性件303接触连接；

第一滚轮组件3013，设于第一作用件3012远离第一导磁件3011的 端部。

具体地，继续参见图2，并参见图8，所述第二导磁组件包括：

第二导磁件3041，位于腔体101内，第二导磁件3041的底面与磁 性件307的第二端面平行；

第二作用件3042，安装于第二导磁件3041上，第二作用件3042设 为C型结构，第二作用件3042远离第二导磁件3041的一侧与第二连接 件305连接，并与第二弹性件306接触连接；

第二滚轮组件3043，设于第二作用件3042远离第二导磁件3041的 端部。

停放制动单元的推力输出方式为，初始状态，磁性件(电磁铁等) 得电，磁性件两个端面分别与第一导磁件和第二导磁件的底面吸合。 需要推力输出时，磁性件失电，碟簧组件产生的弹力通过楔形件的承 载斜面放大后输出推力。

继续参见图2，并参见图9至图11，锁止组件包括：

锁定环401，位于第一缸体104内，套于碟簧缸体201外部，锁定 环401与碟簧缸体201、第一缸体104之间形成环形腔体402；

环形槽403，设于碟簧套筒202的外圆柱面上，环形槽403的侧壁 与碟簧套筒202径向方向之间的夹角为ɑ；

多个通孔404，均匀设于碟簧缸体201的缸壁上；

限位件405，放置于环形槽403和通孔404中；

第三弹性件406，安装于环形腔体402内。

参见图，锁定环401为圆环结构，锁定环401的端部设有两个对称 的凸耳4011，凸耳4011外圆面设有凹槽4012，凹槽4012的一个槽壁与 凹槽4012轴向之间的夹角为θ，锁定环401的内表面设有三段不同的环 形槽，第一段环形槽的槽壁与第一段环形槽轴向之间的夹角为β，第 二段环形槽的槽壁与第二段环形槽轴向之间的夹角为γ，γ>β，第三段 环形槽的槽壁与第三段环形槽轴向之间的夹角为0°，第二段环形槽和 第三段环形槽的槽壁分别在不同时刻与限位件接触。

锁止组件采用不同角度的斜面和限位件(钢球等)的组合方式， 实现很小的锁止力(即电磁吸力)即可锁止很大的弹簧弹力，结构紧 凑，零部件数量少，通过调整各斜面的角度，即可实现需要的力值。

本实施例停放制动单元还包括轴承组件，轴承组件包括分别安装 于第二缸体105两个相互垂直内表面的第一轴承件501和第二轴承件 502，第一轴承件501与楔形件207的承载平面2072接触连接，第二轴 承件502用于与电机械制动夹钳的电驱动单元6伸入第二缸体105的输 出件作用部601接触连接。

通过将第一轴承件和第二轴承件的作用，提高电驱动单元的输出 件作用部与楔形件移动时的稳定性。

本实施例停放制动单元具有推力输出、能量蓄存功能，能够为轨 道车辆实现停放制动、紧急制动功能，保证轨道车辆的安全。

本实施例停放制动单元在使用时，先将其安装在制动夹钳上。以 下基于图2分别对实施例停放制动单元实现的推力输出、能量蓄存功 能进行详细说明。

推力输出：参见图2，停放制动单元初始状态时，磁性件407得电， 磁性件的两个端面分别与第一导磁件和第二导磁件的底面吸合。需要 推力输出时，磁性件407失电。由于碟簧组件Ⅰ203和碟簧组件Ⅱ206 处于压缩状态，碟簧力推动楔形件207向上移动，电驱动单元6输出件 作用部601上的滚轮组件602在楔形件407的承载斜面和第二轴承件 (采用平面轴承)的共同作用下向左移动。假设碟簧组件Ⅰ203和碟 簧组件Ⅱ206产生的轴向向上的推力为F

能量蓄存：参见图2、图13、图14，磁性件407得电，电驱动单元 6得到蓄存能量指令后，输出件作用部601向外伸出，使得滚轮组件602 施加给楔形件207的承载斜面2071的水平向右的力增大，即

实施例2：参见图2、图15，本实施例提供了一种电机械制动夹钳， 包括：

钳体支架7；

两个钳臂，对称安装于钳体支架7上；

闸片组件8，安装于钳臂的端部；

电机械制动缸，安装于两个钳臂之间，包括：

弹簧蓄能单元9，采用实施例1所述停放制动单元，停放制动单 元通过销轴传感器与第一钳臂10铰接；

电驱动单元6，与弹簧蓄能单元8相互垂直设置，电驱动单元6 设有支撑梁603，电驱动单元10通过支撑梁603与第二钳臂11铰接；电 驱动单元6的输出件作用部601伸入停放制动单元的腔体，设于作用部 601末端的滚轮组件602与停放制动单元的楔形件207的承载斜面2071 接触连接；

电机驱动器单元12，安装于电驱动单元6的圆周上，电机驱动 器单元12与电驱动单元6连接，并通过连接器连接制动控制器。

本实施例电机械制动夹钳在推力输出、能量蓄存时，弹性蓄能单 元采用实施例所述停放制动单元，因此其工作原理同实施例1，此处 不在赘述。

本实施例所述电机械制动夹钳，弹簧蓄能单元采用特殊设计的停 放制动单元。一方面，停放制动单元的能量由两组碟簧组件的弹性势 能产生，可靠性高，调整余量大，产生的弹力通过斜面的放大作用输 出，能够实现大推力的输出。另一方面，停放制动单元采用失电输出 推力的模式控制能量输出，完全契合制动夹钳对紧急和停放制动安全 导向的要求，能够保证在断电等意外工况发生时，输出能力，实现停 放制动。不需要外接气源或液压源，结构简单可靠，无污染。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发 明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改 变，都落入本发明的保护范围。