本发明公开了一种带喷水冷却装置的高速列车的制动装置，至少包括：制动盘、制动闸片、闸片散热腔、卡钳、水箱、进水管、罐底阀、出水管、高压水泵、四通管、输水软管、喷嘴、定位杆及驱动机构。列车制动时，驱动机构操纵卡钳抱住制动盘，罐底阀打开，高压水泵启动，高压水经四通管进入输水软管后从喷嘴喷出，一路从制动盘带散热筋的通风道喷入，另两路从制动闸片背板一侧专门设计的散热腔喷入，雾状水滴与高温的金属表面接触，瞬间受热汽化，水蒸气随空气带走大量的热量，其散热效果远远超过仅依赖风冷的传统制动装置，可使制动盘与闸片始终处于较低的温度，确保制动的可靠性与安全性，同时延长闸片的使用寿命，可满足更高速列车的制动要求。
1.一种高速列车的制动装置，至少包括：制动盘、制动闸片、闸片散热腔、卡钳、水箱、进水管、罐底阀、出水管、高压水泵、四通管、输水软管、喷嘴、定位杆及驱动机构；其特征在于，所述的制动盘由耐磨、耐热的合金钢材料制成，装配于车轴上，其散热筋的外缘至少低于制动盘外缘20mm，可确保喷嘴喷出的水雾不溅在制动盘的摩擦面上；所述的制动闸片为粉末冶金闸片，由一体成型的摩擦块、钢背及钢质防脱柱烧结而成，摩擦块与摩擦块之间有缝隙，摩擦块与钢背之间不存在空气间隙；所述的闸片散热腔由钢背及沿钢背长度方向焊接的顶板与底板构成，钢背上同时焊接散热翅片，钢背的对面一边为敞口，钢质顶板与底板上均开有筛孔，顶板上有喷嘴伸入口；列车制动时，驱动机构操纵卡钳抱住制动盘，水箱的气动罐底阀打开，高压水泵启动，高压水经四通管进入输水软管后从喷嘴喷出，一路从制动盘带散热筋的通风道喷入，另两路从闸片散热腔喷入，雾状水滴与高温的金属表面接触，瞬间受热汽化，水蒸气带走大量的热量，使制动盘及制动闸片的温度始终保持在较低的温度；制动结束时，高压水泵首先停机，然后气动罐底阀关闭，喷嘴停止喷水；驱动机构操纵卡钳与制动盘脱离接触；水箱经进水管从总输水管补水，使水位保持在要求的范围。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的水箱为圆柱形不锈钢罐体，固定在车体的底架上，设有上部进水口与罐底阀，气源由列车的压缩空气系统提供。
3.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的高压水泵由电力驱动，遇到电网故障时，由车载备用电源及时供电；一个转向架配备一台高压水泵，为多个喷嘴提供水源；高压水泵的出口与四通管连接。
4.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的进水管与出水管均为不锈钢材质，进水管与输水总管连接，进水管上有电磁阀；出水管与四通管连接。
5.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的输水软管为耐压橡胶管，一个水箱配备多根输水软管，输水软管的一头接四通管，一头接喷嘴。
6.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的喷嘴为大流量雾化喷嘴，由不锈钢、黄铜或非金属材料制成；喷嘴固定在定位杆上并与输水软管相接。
7.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于，所述的定位杆为不锈钢或铝合金材料制成，用来固定喷嘴，使喷嘴处于合适的位置；用于制动盘的喷嘴处于固定位置，用于制动闸片的喷嘴随卡钳移动。
一种高速列车的制动装置
技术领域
[0001] 本发明属于铁路车辆的制动技术领域，具体涉及一种带喷水冷却装置的高速列车的制动装置。
背景技术
[0002] 自法国高铁2007年创下每小时574.8公里的世界纪录后，世界各国对更高时速列车的研制热情持续高涨，中国也不例外。高速列车的不断提速，对制动技术提出了越来越高的要求。可靠的制动是行车安全的基本要求，列车的制动方式按动能消耗方式分为摩擦制动（又称空气制动）与动力制动；摩擦制动包括闸瓦制动（踏面制动）、盘形制动、磁轨制动；动力制动包括电阻制动、再生制动、旋转涡流制动、轨道涡流制动等。按制动力形成方式又可分为粘着制动与非粘着制动，其中，闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、旋转涡流制动属粘性制动，磁轨制动与轨道涡流制动属非粘性制动。目前高速列车普遍采用复合制动模式，即空气制动与动力制动结合。表1为我国高速试验列车300 km/h紧急制动时各种制动方式制动力的分配比例，表2为不同初速下各种制动方式的制动距离。
[0003] 表1紧急制动时各制动方式制动力占比分配（%）。
[0004]
[0005] 表2 高速列车的制动装置和紧急制动距离。
[0006]
[0007] 在正常情况下高速列车以动力制动为主，不足部分以空气制动作为补偿。在该模式下，动力制动的能力主要取决于动车的数量和各动车的动力制动功率。在动力分散式高速列车中，动力制动的能量占50%以上。对于动力集中式高速列车，在调速制动时，动力制动也占有较大的比例。
[0008] 在常用全制动和紧急制动时，空气制动则占有较大的比例，此时动力制动力已达到最大值，可调的是空气制动力，而且在低速及停车时必须依靠空气制动作用。
[0009] 目前的空气制动普遍采用盘形摩擦制动的方式, 在其它制动方式失效的情况下, 盘型制动是高速列车唯一能够依靠的制动方式，但是该制动方式随着列车运行速度的提高, 动能的增加, 制动时产生的热能也急剧增加, 譬如300km时速的列车，制动时制动闸片的瞬间温度接近1000℃，整个制动过程平均温度接近500℃，巨大的制动热负荷不仅使制动闸片产生热疲劳，也易使制动盘产生热疲劳破坏，主要表现在交变温度和交变热应力同时作用下的机械损伤、组织蜕变和氧化腐蚀，严重时会在制动盘摩擦面上产生径向裂纹, 容易导致制动盘的脆性断裂, 影响行车安全，此外制动盘表面发生高温蠕变、高温氧化及摩擦热造成材料软化等问题。
[0010] 对于盘形制动系统而言，制动盘由于面积大，且有半强制通风的散热筋结构，散热相对比较容易，而制动闸片结构紧凑，面积狭小，无风冷结构，摩擦产生的热很难消散，所以闸片的工作环境比制动板更加恶劣，如果时速提高到600km或更高，刹车片的瞬间温度将远高于1000℃，平均温度也远高于500℃，由高温引发的问题将会更加严重，现有的盘型制动方式从装置的材质、制动能量、舒适性及安全性等各方面已经很难满足更高时速列车的营运要求。
[0011] 针对这种情况，本发明设计了一种带喷水的盘型制动装置，利用雾状水与高温制动盘及闸片直接接触，通过水的汽化潜热带走大量的热量，其散热效果远远超过仅依赖风冷的制动盘，可使制动盘与闸片始终处于较低的温度，确保制动的可靠性与安全性，同时延长闸片的使用寿命，可满足更高速列车的制动要求。
发明内容
[0012] 本发明的目的是提供一种磨损少、温度低、寿命长、安全可靠的高速列车的制动装置。
[0013] 一种高速列车的制动装置，至少包括：制动盘、制动闸片、闸片散热腔、卡钳、水箱、进水管、罐底阀、出水管、高压水泵、四通管、输水软管、喷嘴、定位杆及驱动机构。所述制动盘装配于车轴上，由耐磨耐热的合金钢材料制成，其散热筋的外缘至少低于制动盘外缘20mm，可确保喷嘴喷出的水雾不溅在制动盘的摩擦面上；所述的制动闸片由一体成型的粉末冶金摩擦块、钢背及防脱柱构成；摩擦块与摩擦块之间有缝隙；所述的摩擦块与钢背烧结在一起，烧结时，钢背垂直伸出的防脱柱与粉末冶金烧结在一起，摩擦块与钢背之间不存在空气间隙；所述的闸片散热腔由钢背及沿钢背长度方向焊接的顶板与底板构成，钢背上同时焊接散热翅片，钢背的对面一边为敞口；钢质顶板与底板上均开有筛孔，顶板上有喷嘴伸入口列车制动时，驱动机构操纵卡钳抱住制动盘，水箱的气动罐底阀打开，高压水泵启动，高压水经四通管进入输水软管后从喷嘴喷出，一路从制动盘带散热筋的通风道喷入，另两路从制动闸片背板一侧专门设计的散热腔喷入，雾状水滴与高温的金属表面接触，瞬间受热汽化，水蒸气带走大量的热量，使制动盘及制动闸片的温度始终保持在较低的温度；制动结束时，高压水泵首先停机，然后罐底阀关闭，喷嘴停止喷水；驱动机构操纵卡钳与制动盘脱离接触；水箱经进水管从总输水管补水，使水位保持在要求的范围。
[0014] 所述的水箱为圆柱形不锈钢罐体，固定在车体的底架上，设有上部进水口与罐底出口阀，气源由列车的压缩空气系统提供；一节车厢至少配备一只水箱。
[0015] 所述的高压水泵由电力驱动，遇到电网故障时，由车载备用电源及时供电；一个转向架配备一台水泵，可为多个喷嘴提供水源。
[0016] 所述的进水管与出水管均为不锈钢材质，进水管与输水总管连接，进水管上有电磁阀；出水管与四通管连接。
[0017] 所述的输水软管为耐压橡胶管，一个水箱配备多根输水软管，输水软管的一头接四通管，一头接喷嘴。
[0018] 所述的喷嘴为大流量雾化喷嘴，由不锈钢、黄铜或非金属材料制成；喷嘴与输水软管相接。
[0019] 所述的定位杆由不锈钢或铝合金制成，用来固定喷嘴，使喷嘴处于合适的位置；用于制动盘的喷嘴处于固定位置，用于制动闸片的喷嘴随制动卡钳移动。
[0020] 以上所述的制动装置既适用于大气环境中高速列车的常规制动，也适用于真空环境中高速列车的紧急制动。
[0021] 本发明的有益效果在于：(1) 降低制动盘及制动闸片的热负荷，减少因热负荷导致的机械损伤，延长制动盘及制动闸片的使用寿命；（2）制动过程中不产生传统制动盘及闸片的高温，增加了制动装置的可靠性，大大降低制动发生意外的几率；（3）降低制动闸片对制造材料的苛刻要求，降低制动闸片的制造成本；（4）特别适合超高速列车的常规制动及真空环境中的紧急制动。
附图说明
[0022] 图1为带喷水冷却装置的制动装置示意图。
[0023] 图2为带散热腔及喷嘴的制动闸片侧视图。
[0024] 图3为带散热腔及喷嘴的制动闸片俯视图。
具体实施方式
[0025] 以下结合实施例进一步对本发明做详细描述。
[0026] 如图1所示,本发明装置至少包括：制动盘1、制动闸片2、闸片散热腔3、卡钳4、水箱5、进水管6、罐底阀7、出水管8、高压水泵9、四通管10、输水软管11、喷嘴12、定位杆13及驱动机构。
[0027] 如图2-3所示，制动闸片2包括摩擦块201、钢背202、防脱柱203。
[0028] 如图2-3所示，散热腔3由钢背2及焊接在其上的散热翅片301、顶板302及底板303构成，散热翅片301、顶板302与底板303均为不锈钢材质，顶板与底板均有筛孔，顶板上有喷嘴伸入孔。
[0029] 安装方法及步骤：（1）加工制动盘1的散热筋，使其外缘至少比制动盘外缘短20mm ；（2）将制动盘1装配在车轴上；（3）在烧结好的制动闸片2的钢背上焊接散热腔3；（4）将制动闸片2装配于卡钳4上；（5）将水箱5固定于车体底架上，装好进水管6、罐底阀7及出水管8并接好罐底阀7的气源；（6）将高压水泵9固定于车体底架上并将高压水泵9的进口与出水管8相接；（7）将四通管10与高压水泵9的出口相接,；（8）将喷嘴12分别与输水软管11连接；（9）将喷嘴12分别固定在制动盘1及制动闸片2的定位杆13上；（10）将输水软管11与四通管10连接。
[0030] 按上述方法，每节拖车的每个转向架配备一个水箱5及高压水泵9，每个制动盘1配备三个喷嘴12及三根输水软管11。
[0031] 当列车发出制动指令时，驱动机构操纵卡钳4抱住制动盘1，水箱5的罐底阀7打开，高压水泵9启动，高压水经四通管10进入输水软管11，然后从喷嘴12喷出，一路从制动盘1带散热筋的通风道喷入，另两路从制动闸片2的钢背一侧专门设计的散热腔3喷入，雾状水滴与高温的金属表面接触，瞬间受热汽化，水蒸气带走大量的热量，使制动盘1及制动闸片2的温度始终保持在较低的温度；制动结束时，高压水泵9首先停机，然后水箱5的罐底阀7关闭，喷嘴12停止喷水；驱动机构操纵卡钳4与制动盘1脱离接触；水箱5经进水管6从总输水管补水，使水位保持在要求的范围。
[0032] 以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出若干改进或调整，这些改进或调整方案理应落在本发明的保护范围内。
