CN105443628B - 一种高速列车的制动装置 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
表1紧急制动时各制动方式制动力占比分配(%)。
表2 高速列车的制动装置和紧急制动距离。
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。
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。
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。
对于盘形制动***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。
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
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。
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。
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***提供;一节车厢至少配备一只水箱。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
图1为带喷水冷却装置的制动装置示意图。
图2为带散热腔及喷嘴的制动闸片侧视图。
图3为带散热腔及喷嘴的制动闸片俯视图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步对本发明做详细描述。
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。
如图2-3所示,制动闸片2包括摩擦块201、钢背202、防脱柱203。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (7)
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***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。
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