一种用于收集车辆盘式制动器制动粉尘的装置的制作方法

本发明涉及车辆盘式制动器的技术领域，具体涉及一种用于收集车辆盘式制动器制动粉尘的装置。

背景技术：

车辆的制动器主要分为鼓式制动器和盘式制动器。制动时，无论哪种类型的制动器都会因制动摩擦而产生制动粉尘，从而排放到空气中污染环境，并对人体产生危害。由于盘式制动器属于开放式结构，且应用广泛，所产生的影响更加明显。特别的，随着汽车保有量的提高，城市交通拥堵状况更加严重，车辆的制动频率越来越高。另一方面，随着车辆新能源技术的发展和产业化进程的加快，零排放的绿色环保车辆将有可能在未来的车辆发展中取代传统车辆，从而导致制动粉尘将成为未来车辆的主要污染排放源。因此，控制和收集车辆制动时，尤其是盘式制动器制动时产生的制动粉尘已成为必然。与此相对的是，目前没有可靠地收集制动粉尘的装置或解决方法。

现有技术中存在的粉尘收集装置主要包括以下几种，一种在盘式制动器摩擦表面附近设置粉尘收集板，通过静电、磁性或电磁粉尘收集制动粉尘的装置，该装置对粉尘比电阻有一定要求，受湿度、温度等影响比较大，需要电压较高；一种通过转子旋转产生抽吸作用收集制动粉尘的装置，该装置受车速影响较大，当车辆低速制动时收集效率低；一种利用车载计算机根据车速快慢控制阀门大小来控制气流的方法收集制动粉尘的装置，该装置用捕获导管将整个制动钳包裹，体积大，且在车辆低速或静止时，制动粉尘易于从导管中逃逸，收集效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术中粉尘收集装置在车辆低速制动或静止时，制动粉尘收集率较低，同时制动粉尘易于从导管中逃逸的问题，本发明提供了一种用于收集车辆盘式制动器制动粉尘的装置，提高盘式制动器的制动粉尘的收集率。

具体技术方案如下：

一种用于收集车辆盘式制动器制动粉尘的装置，所述装置包括弧形的一对收集板3、一对粉尘过滤机构4和一对剥离机构5；

所述一对收集板3的底部对合连接，使得一对收集板3的相对内侧形成安装槽，每个收集板的一端为安装端，另一端为悬伸端，且悬伸端和对应的粉尘过滤机构固定安装；所述一对收集板3上分别对应开设有第一通道31、第一粉尘通道32和第二粉尘通道33；所述第一通道31贯穿开设于收集板上，且第一通道31对应着收集板外侧的开口为空气进口，对应着收集板内侧的开口为粉尘进口311，空气进口上罩设有安装罩312，且安装罩312的内腔为逐渐收窄的进气腔；

所述第一粉尘通道32的进口开设于安装槽底部，且为狭长的弧形槽321，第一粉尘通道32的出口和第二粉尘通道33于收集板内贯通，且贯通处安装有叶轮34，使得叶轮34的下方悬叶对应着第二粉尘通道33；

所述第二粉尘通道33出口对应开设于收集板的悬伸端上，且为粉尘出口331，粉尘出口331连通着对应的粉尘过滤机构的进口，第二粉尘通道33的进口和第一通道31于收集板内贯通，且第二粉尘通道33的进口端截面积大于第一通道31的截面积；

所述一对剥离机构5嵌入安装在对应的一对收集板3内，每个剥离机构均包括剥离块51；安装时，制动盘1间隙插装在安装槽内，使得一对收集板3的安装端和制动钳2的下端固定安装；车辆制动时，剥离块51可伸出对应的收集板内侧面并挤压制动盘1；

当车辆在较高车速或高速下制动，制动粉尘从第一粉尘进口311和弧形槽321被吸入到第二粉尘通道33内；当车辆在较低车速下制动或静止，制动粉尘在弧形槽321上聚集，在下次车辆加速时，制动粉尘被吸入第一粉尘通道32内。

进一步，所述安装罩312的罩口水平朝向收集板的安装端，使得安装罩312的罩口朝向车辆行驶方向，且安装罩312内安装有2个以上的挡流板313，每个挡流板为厚度递增的楔形，使得进气腔的腔体积逐渐收窄。

进一步，每个收集板的竖向截面均为“l”形，“l”形短边对应收集板的底部内侧，一对收集板3上的一对“l”形短边对合连接，使得一对收集板3的相对内侧形成安装槽；靠近收集板安装端的“l”形短边上开设有弧形槽321，且弧形槽321沿着收集板的外圆周开设，弧形槽321的敞口端朝向收集板的安装端。

进一步，所述第二粉尘通道33内安装有挡板332，可防止粉尘过滤机构内的制动粉尘回流至第二粉尘通道33内。

进一步，每个粉尘过滤机构均包括长方体形的盒体，盒体的一侧和一对收集板3的悬伸端固定连接，盒体内沿高度方向布设有旋风除尘器41，旋风除尘器41的下端安装有灰斗42，旋风除尘器41的除尘器进口411和第二粉尘通道33的粉尘出口331对应连通。进一步，所述盒体的上端部贯穿开设有第四粉尘通道43，所述旋风除尘器41的上部管道连通着第四粉尘通道43，

所述第二粉尘通道33上方对应的收集板贯穿开设有第三粉尘通道35，且第三粉尘通道35和第二粉尘通道33在叶轮34安装处贯通，第三粉尘通道35的进口对应开设于收集板悬伸端的端面上，且为粉尘回流进口351，粉尘回流进口351和第四粉尘通道43连通，第三粉尘通道35的出口对应开设于剥离机构和第一粉尘进口311之间的收集板的内侧面上，且为粉尘回流出口352。

进一步，每个剥离机构均包括长方形的压板52和两个隔板53；

两个隔板53均沿压板52的长度方向竖直布设，使得压板52的中部形成剥离槽，剥离槽内通过弹簧机构安装有长条状的剥离块51，剥离槽两侧对应的压板52上分别安装有缓冲机构，

所述弹簧机构包括均匀布设在剥离槽内的三个连接弹簧54，使得剥离块51弹性安装在压板52上，且剥离块51的长度方向和对应安装槽的槽深方向一致。

进一步，一对收集板31上对应着一对剥离机构5上的一对压板分别开设有压力孔37；当车辆制动时，盘式制动器的液压缸通过压力孔37挤压着压板52，使得剥离块51伸出对应的收集板内侧面并挤压制动盘1。

进一步，所述缓冲机构包括三个回位弹簧55和“l”形档板56，三个回位弹簧55均匀布设在剥离槽两侧对应的压板52上，“l”形档板56的短边对应压设在三个回位弹簧55的上端，“l”形档板56的长边竖直布设在压板52长度方向的两侧，且“l”形档板56长边的底端和对应的收集板固定连接，使得一对剥离机构5嵌入安装在对应的一对收集板31内，且剥离块51的长度方向和对应安装槽的槽深方向一致。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1、本发明的装置，分别在一对收集板上开设第一通道、第一粉尘通道和第二粉尘通道，并在贯通处安装叶轮，叶轮的下方悬叶对应着第二粉尘通道；第一通道的空气进口罩设安装罩，使得进气腔的体积逐渐缩小，同时第一通道在收集板内和第二粉尘通道的进口连通，且第二粉尘通道的进口端的截面积大于第一通道截面积，使得在车辆高速或较高速制动时，在第一通道的粉尘进口处形成文丘里效应，将制动粉尘抽吸进第二粉尘通道内，不需要借助外力，同时叶轮被第二粉尘通道内的气流推动旋转，叶轮旋转将第一粉尘通道内的含尘空气抽吸进入第二粉尘通道，同时第一粉尘通道的进口为狭长的弧形槽，弧形槽起到导流的作用，又将外界含尘空气导入第一粉尘通道内；

当车辆较低速制动时或静止，文丘里效应无法提供足够的吸附力，制动粉尘在重力的作用下落到第一粉尘通道的进口附近，即圆弧槽上，在下次车辆加速时，圆弧槽上的制动粉尘随气流的作用被吸入第一粉尘通道内，从而使制动粉尘不易扩散；实现车辆全工况下，制动时制动粉尘的收集，提高了粉尘的收集效率。

2、本发明的装置安装使用时，制动钳下方对应的制动盘间隙插装在安装槽内，使得一对收集板的安装端和制动钳的下端固定连接，即完成安装，安装方便，同时本发明的装置与制动钳固定连接，使制动钳与制动盘的摩擦区域形成相对密闭的空间，阻止制动粉尘的逃逸，提高制动粉尘的收集效率，可用于沙尘暴等恶劣行驶工况下对进入盘式制动器表面颗粒的回收，从而减少盘式制动器表面的磨损，提高盘式制动器的使用寿命。

3、本发明装置的收集板上开设第三粉尘通道，粉尘过滤机构上对应开设有第四粉尘通道，使得经旋风除尘器过滤后的部分含尘气体进行二次回流过滤，一方面与第一粉尘通道、第二粉尘通道内的气体汇合，推动了叶轮的旋转，加快粉尘收集机构内气体的流动；另一方面，部分含尘气体经粉尘回流出口流出，并再次经粉尘过滤机构的过滤，使整个制动粉尘收集装置的除尘效率得到了提高。

4、目前盘式制动器制动时，摩擦力产生小幅度的波动，使制动盘产生切向振动，本发明装置安装在盘式制动器上，在车辆制动时，制动器的液压缸通过压力孔挤压着一对剥离机构上的一对压板，使得剥离块伸出对应的收集板内侧面并挤压制动盘，可以减小摩擦力变化过程中的峰值，使摩擦力在更小的幅度内波动，从而对制动盘的切向振动起到一定的削弱作用，改善制动稳定性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为装置上的收集板的结构示意图。

图4为图3的剖视图。

图5为本发明装置上的粉尘过滤机构的立体结构示意图。

图6为图5的剖视图。

图7为图6的b-b剖视图。

图8为本发明装置上的剥离机构的爆炸图。

图9为本发明装置上的剥离机构的剖视图。

图10为本发明装置的安装使用状态图。

图11为三体微接触物理模型。

图12为摩擦力随粉尘直径平均大小变化曲线图。

图13为剥离装置工作前后效果对比图。

其中：1制动盘；2制动钳；3一对收集板；31第一通道；311粉尘进口；312安装罩；313挡流板；32第一粉尘通道；321弧形槽；33第二粉尘通道；331粉尘出口；332挡板；34叶轮；35第三粉尘通道；36压力孔；351粉尘回流进口；352粉尘回流出口；4一对粉尘过滤机构；41旋风除尘器；42灰斗；411除尘器进口；43第四粉尘通道；5一对剥离机构；51剥离块；52压板；53隔板；54连接弹簧；55回位弹簧；56“l”形档板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

见图1和图2，一种用于收集车辆盘式制动器制动粉尘的装置，包括一对收集板3、一对粉尘过滤机构4和一对剥离机构5。

所述第一通道31贯穿开设于收集板上，且第一通道31对应着收集板外侧的开口为空气进口，对应着收集板内侧的开口为粉尘进口311，空气进口上罩设有安装罩312；所述安装罩312的罩口水平朝向收集板的安装端，车辆行驶时，安装罩312的罩口朝向车辆行驶方向，使得空气大量进入。安装罩312内安装有2个以上的挡流板313，每个挡流板为厚度递增的楔形，使得进气腔的腔体积逐渐收窄。

见图3，每个收集板的竖向截面均为“l”形，“l”形短边对应收集板的底部内侧，一对收集板3上的一对“l”形短边对合连接，使得一对收集板3的相对内侧形成安装槽；靠近收集板安装端的“l”形短边上开设有弧形槽321，且弧形槽321沿着收集板的外圆周开设，弧形槽321的敞口端朝向收集板的安装端，车辆行驶时，使得空气大量进入。弧形槽321对含制动粉尘的空气进入到第一粉尘通道32内起到导流的作用。

见图10，本发明装置安装在盘式制动器上，所述制动钳2下方对应的制动盘1间隙插装在安装槽内，使得一对收集板3的安装端和制动钳2的下端固定连接，一对收集板3的悬伸端和对应的一对粉尘过滤机构4固定安装。

需要说明的是，图10中所示出的盘式制动器并无特指，可以是汽车、商用车、重型卡车、公交车或轨道车辆等车辆中涉及到的任何一种盘式制动器，只需保证整个装置与制动钳在摩擦工作面中形成相对密闭的空间即可。

见图4，一对收集板3上分别对应开设有第一通道31、第一粉尘通道32和第二粉尘通道33；

所述第一粉尘通道32的进口开设于安装槽底部，且为狭长的弧形槽321，第一粉尘通道32的出口和第二粉尘通道33于收集板内贯通，且贯通处安装有叶轮34，使得叶轮34的下方悬叶对应着第二粉尘通道33，

所述第二粉尘通道33出口对应开设于收集板的悬伸端的端面上，且为粉尘出口331，粉尘出口331连通着对应的粉尘过滤机构的进口，第二粉尘通道33的进口和第一通道31于收集板内贯通，且第二粉尘通道33的进口端截面积大于第一通道31的截面积。

第一粉尘通道32和第二粉尘通道33内的气流推动着叶轮34逆时针旋转，加速气体流动，同时为第一粉尘通道32内的制动粉尘提供克服重力的吸附力。

当车辆在较高车速或高速下制动，在第一通道31的粉尘进口311处形成文丘里效应，第一通道31形成一个空气抽吸器，制动粉尘在粉尘进口311处被吸入第二粉尘通道33内；

当车辆在较低车速下制动或静止，文丘里效应无法提供足够的吸附力，制动粉尘在重力的作用下落到第一粉尘通道32的进口附近，即圆弧槽321上，在下次车辆加速时，圆弧槽321上的制动粉尘随气流的作用被吸入第一粉尘通道32内，从而使制动粉尘不易扩散，提高了制动粉尘的收集效率。

所述第二粉尘通道33内安装有挡板332，挡板332长度应略大于第二粉尘通道33的高度并向粉尘过滤机构一侧倾斜，当含尘气体向粉尘出口331方向流动时，挡板332在气流的推力下被打开，气体正常流动；反之，挡板被关闭，气体无法流动。可防止粉尘过滤机构内的制动粉尘回流至第二粉尘通道33内。

所述第二粉尘通道33上方对应的收集板贯穿开设有第三粉尘通道35，且第三粉尘通道35和第二粉尘通道33在叶轮34安装处贯通，第三粉尘通道35的进口对应开设于收集板悬伸端的端面上，且为粉尘回流进口351，粉尘回流进口351和第四粉尘通道43连通，第三粉尘通道35的出口对应开设于剥离机构和第一粉尘进口311之间的收集板的内侧面上，且为粉尘回流出口352。

见图5、图6和图7每个粉尘过滤机构均包括长方体形的盒体，盒体的一侧和对应收集板的悬伸端固定连接，盒体内沿高度方向布设有旋风除尘器41，旋风除尘器41的下端安装有灰斗42，旋风除尘器41的除尘器进口411和第二粉尘通道33的粉尘出口331对应连通。

所述盒体的上端部贯穿开设有第四粉尘通道43，所述旋风除尘器41的上部管道连通着第四粉尘通道43，

含制动粉尘气体进入一对粉尘过滤机构4内，会沿着旋风除尘器41的内壁旋转并向下运动，随着内壁直径的减小，离心力增大，制动粉尘被甩向器壁并落入灰斗42中，剩余的气体在向下运动到某一位置时反向流动。最终过滤后的气体一部分通过粉尘回流进口351流出并被重新吸入第二粉尘通道33内，另一部分经第四粉尘通道43排到大气中。对于一对粉尘过滤机构4，只需定期对灰斗42进行拆卸和清理即可。

见图8和图9，每个剥离机构均包括剥离块51，压板52和两个隔板53；

两个隔板53均沿压板52的长度方向竖直布设，使得压板52的中部形成剥离槽，剥离槽内通过弹簧机构安装有长条状的剥离块51，剥离槽两侧对应的压板52上分别安装有缓冲机构，一对收集板31上对应着一对剥离机构5上的一对压板分别开设有压力孔37。所述弹簧机构包括均匀布设在剥离槽内的三个连接弹簧54；所述缓冲机构包括三个回位弹簧55和“l”形档板56，三个回位弹簧55均匀布设在剥离槽两侧对应的压板52上，“l”形档板56的短边对应压设在三个回位弹簧55的上端，“l”形档板56的长边竖直布设在压板52长度方向的两侧，且“l”形档板56长边的底端和对应的收集板固定连接，使得一对剥离机构5嵌入安装在对应的一对收集板31内。剥离块51的端面和对应的收集板内侧面同面，且剥离块51的长度方向和对应安装槽的槽深方向一致。

当车辆制动时，制动器的液压缸通过压力孔37挤压着压板52，使得剥离块51伸出对应的收集板内侧面并挤压制动盘1。

此时吸附在一对收集板31内侧面上的制动粉尘被剥离；回位弹簧55对称分布于剥离块51的两侧，剥离块51通过连接弹簧54与压板52弹性连接，对制动盘1因制动粉尘导致的切向振动具有一定的削弱作用，使剥离运动以及制动器制动更加平稳。

为了说明剥离机构对制动盘1具有的减振作用，需要对制动盘1产生切向振动的原因加以说明。参见图11，建立三体微接触物理模型。

假定颗粒尺寸分布函数符合高斯分布为：

对三体接触模型而言，接触面积分为微凸体间的接触面积和颗粒与表面的接触面积两类，其中颗粒与表面的接触面积可表示为：

式中：

d＝k1he+k2xmax

(4)

微凸体间的接触面积可表示为：

因此，总的切向力可表示为：

上述公式字母说明如下：

σa表示颗粒尺寸的标准偏差；

xa表示所有颗粒的平均直径；

x表示任一颗粒直径；

c为常数；

hs1、hs2分别表示表面1和表面2的硬度；

ηa表示三体颗粒的分布密度；

an表示制动副的名义接触面积；

es1a和es1s2分别表示表面1与颗粒的等效弹性模量和表示表面1与表面2的等效接触弹性模量，两者只与材料性能有关；

he表示颗粒与制动副表面之间发生塑性接触的临界值；

d表示表面1和表面2之间微凸体平均高度之间的距离；

xmax表示颗粒的最大直径；

k1，k2为常系数，且满足；k1+k2＝1

as1s2表示两体接触模型真实接触面积；

τa、τs1s2、τs1a分别表示粘附剪切强度、制动副表面之间的等效剪切强度、颗粒与制动

副表面之间的等效剪切强度，三者只与材料性能有关；

σ表示接触面粗糙度的均方根值；

β是空间分布的量度；

参见图12可以看到，摩擦力的大小并非是一个恒定值，而是随粉尘直径平均大小的变化而变化。我们知道，在制动过程中产生的制动粉尘大小通常从几微米到十几微米不等，因此会导致摩擦力出现小幅度的波动，从而使制动盘1产生切向振动，影响制动的稳定性。

参见图13，本发明的剥离机构通过减小摩擦力变化过程中的峰值，使摩擦力在更小的幅度内波动，从而对制动盘1的切向振动起到一定的削弱作用，改善制动稳定性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。