車輛工程列車制動 第9章+高速與重載列車制動

第九章高速和重載列車制動

主要內容：

高速列車制動的特點；重載列車制動要解決的問題；電空制動的原理；防滑器的工作原理；

第一節(jié)高速列車制動一、高速列車的特點：運行速度超過200km/h，制動功率與速度的3次方成正比；編組輛數(shù)不會太多；國際上高速鐵路的定義：既有線改造，運行速度超過200km/h，新建線為250km/h

；高速列車的發(fā)展1964年日本東海道新干線誕生1981年法國東南線開通1990年法國創(chuàng)造515.3km/h世界記錄1991年德國兩條高速鐵路開通1992年西班牙首條高速鐵路開通1992年意大利首條高速鐵路開通1994年英法海峽高速海底隧道開通2002年9個國家5435km高速線投入運營二、高速列車制動的特點：多種制動方式協(xié)調配合，普遍裝有防滑器；列車制動操縱控制普遍采用了電控、直通或微機控制電氣指令式等更為靈敏而迅速的系統(tǒng)。粘著系數(shù)隨速度的提高而下降，高速列車對制動力的需求非常大，輪軌間的制動力與粘著力的矛盾比較突出。

三、高速列車采用的制動方式：制動方式的分類：受粘著限制的摩擦制動：閘瓦制動、盤形制動。受粘著限制的動力制動：電阻制動、再生制動、旋轉渦流制動。不受粘著限制的非粘制動：磁軌制動、線性渦流制動。高速列車多種制動方式的配合：

動車一般是在受粘著限制的摩擦制動和動力制動中各取1～2種配合使用；法國的TGV-A采用“閘瓦制動十電阻制動”。拖車無法采用動力制動，一般是受粘著限制的摩擦制動和非粘制動中各取一種配合使用；法國的TGV—N采用“盤形制動十磁軌制動”

每種列車幾乎都有三種制動方式，基本是受粘著限制的摩擦制動為基礎，動車加動力制動，拖車加非粘制動。復合制動高速列車采用的制動控制方式：國別日本列車型號0系100系300系16動無拖12動4拖10動6拖最高運行速度210230300運用年代19641985191列車制動控制方式電磁直通空－液電氣指令直通空－液微機控制電氣指令電－空備用制動直通電空直通電空直通電空防滑裝置電子防滑器電子防滑器微機控制防滑器國別法國列車型號TGV-STGV-ATGV-N2動8拖2動8拖2動10拖最高運行速度270300350運用年代198319891995列車制動控制方式自動式電－空微機控制電氣指令電－空微機控制電氣指令電－空備用制動空氣制動空氣制動空氣制動防滑裝置電子防滑器微機控制防滑器微機控制防滑器國別德國列車型號IVE-VICE2動3拖2動14拖最高運行速度300280運用年代19901991列車制動控制方式微機控制電氣指令電－空微機控制電氣指令電－空備用制動空氣制動空氣制動防滑裝置微機控制防滑器微機控制防滑器四、發(fā)展趨勢：閘瓦制動已經(jīng)逐漸被盤形制動所代替，或者退居次要地位。在動力制動中，電阻制動逐漸被再生制動所代替。在非粘制動中，摩擦式和渦流式基本上平分秋色。(渦流制動，教材P10)五、高速列車的制動距離多種制動方式協(xié)調配合和裝設防滑器，只能縮短有效制動距離；采用電控、直通或微機控制電氣指令式的控制手段，可以縮短空走距離；制動距離隨列車速度的提高而適當延長是不可避免的，也是必需的。否則，制動時列車減速度就會太大，使旅客難以承受。第二節(jié)重載列車制動一、重載列車的特點：運行速度不高；編組車輛數(shù)很多，甚至是組合列車；

關鍵制動技術規(guī)章制度1967年美國加拿大開行萬t列車1973年澳大利亞BHP開行重載列車1978年國際重載第一屆大會召開1984年國際重載協(xié)會正式成立，中國成為常任理事國1989年南非創(chuàng)造71600t重載列車紀錄1990年北美軸重全部采用33t1996年澳大利亞創(chuàng)造72191t記錄1999年北美軸重達35.7t2001年澳大利亞創(chuàng)造99734t記錄重載列車的發(fā)展二、重載列車的縱向沖動

適應3～4kt貨列的制動裝置

不安全因素

6kt重載制動波速降低；緩解波速急劇降低；沖動急劇增加；產(chǎn)生原因：空氣波有一個傳播的過程，會造成沿列車長度的制動或緩解作用的不同時性：制動機的不同時性；制動缸壓力上升或下降的速率；制動缸壓力變化的一致性（同時性）；全車制動缸壓力都達到指定值以后，單位制動力沿列車長度的不均勻分布；各車輛之間的非剛性連接；制動階段的劃分及性質：基本概念：緩沖器彈簧被壓縮到靜平衡位置時的壓縮量稱為靜壓縮量，列車縱向力稱為最大靜壓縮力；由靜平衡位置到動平衡位置所增加的壓縮量稱為動壓縮量，所增加的列車縱向力稱為最大動壓縮力；階段的劃分及性質：第一制動階段：第一輛車制動缸壓強開始上升起，到最后一輛車制動缸壓強開始上升止；第二制動階段：第一階段末到第一輛車制動缸壓強升到最大值止；第三制動階段：第二階段末到最后一輛車制動缸壓強升到最大值止；第四制動階段：由第三階段末到列車停??；

一個研究列車縱向沖擊力的公式：

前蘇聯(lián)教授卡洛瓦茨基（定性分析）

三、重載列車制動要解決的問題：

列車的縱向沖擊；重載編組輛數(shù)多，副風缸多、列車管總容積很大，從而還帶來其他問題：初充風時間特別長；在同樣的機車制動閥排風和充風速度下，列車管減壓和增壓速度都很低；列車管的減壓和增壓速度沿管長方向的衰減都比較嚴重。四、重載列車制動裝置應具有的特點：

要有很高的制動波速和較高的緩解波速；

現(xiàn)代制動機的緊急制動波速已達285m/s，提高空間有限。制動缸采用變速充氣方法，達到減輕制動沖擊、又不延長制動距離的目的；采用摩擦系數(shù)較大的閘瓦，可改用較小的制動缸和副風缸，使重載列車的初充風時間不致太長；采用性能良好的空重車自動調整裝置，保證空車不滑行，重車具有足夠的制動力；列車管內壁和各個連接管器要具有較小的氣體流動阻抗；要用密封式制動缸且有良好的壓力保持性能；牽引組合列車的處于列車中部的機車應當裝有中繼制動裝置或同步制動裝置；

五、我國貨車制動機的演變過程：

KGK103120

目前，在列車編組100輛、軸重21t、牽引重量8400t的條件下，空氣制動系統(tǒng)尚能夠滿足運用需要。隨著列車編組與牽引重量的增加，純粹的空氣制動系統(tǒng)很難承受。第三節(jié)準高速列車電空制動機

一、電空制動機定義：

電空制動機是電控空氣制動機的簡稱。它是在空氣制動機的基礎上加裝電磁閥等電器部件而形成的。在制動機的發(fā)展中起到承上啟下的作用。特點：

原動力仍然是壓力空氣與大氣壓強的壓差；保留了原自動空氣制動機的減壓制動、增壓緩解以及列車分離時能夠自動制動的一切特性；制動作用的操縱控制用電，用電信號代替氣壓信號傳遞制動指令。在制動機的電控部分因故失靈時，可臨時轉變?yōu)榭諝鈮簭娍刂频目諝庵苿訖C。二、準高速客運制動系統(tǒng)方案：在電操縱為主的同時要保持原空氣制動機的全部作用。

DK-1型電空制動機或JZ-7型空氣制動機加裝電控，應能同時適用于操縱F-8加電控和104加電控。采用得電作用式，具有階段緩解和自動補風性能。列車管只有一根且滿足制動機性能要求?？刂凭€路采用五線制，并具有故障顯示功能。電操縱電源電壓為直流110V，蓄電池供電時不低下77V。采用統(tǒng)一的閘瓦、閘片和閘片托組成。防滑器采用軸控(制)式，輸入電源為交流220v。三、JZ－7加電控：特點：以電控為主、氣控為輔的機車電空制動機。組成：

原有的JZ—7型空氣制動機；空電轉換閥空氣的壓差電信號操縱電磁閥繼電器控制箱、電磁閥、壓力開關；導線：制動導線、緩解導線、保壓導線、緊急導線和零線。作用原理：自動制動閥手柄置于運轉位：均衡風缸充氣，空電轉換閥膜板的均衡風缸側充氣，推動膜板，使緩解繼電器得電，電流經(jīng)緩解導線使車輛緩解電磁閥得電，從而使車輛制動機緩解；列車管充氣增壓到與均衡風缸平衡時，保壓導線得電，保壓電磁閥得電，車輛制動機實現(xiàn)緩解保壓；自閥手柄移到常用制動區(qū)：均衡風缸減壓，空電轉換閥的膜板均衡風缸側也減壓，使制動繼電器得電，通過制動導線使車輛的制動電磁閥得電，使全部車輛發(fā)生制動作用；當列車管壓強減到與均衡風缸平衡時，使保壓繼電器、保壓導線和保壓電磁閥得電，實現(xiàn)制動保壓作用。

自閥手柄置于緊急制動位：制動電磁閥得電；進入撒砂管的總風也進入緊急壓力開關，使緊急繼電器得電，經(jīng)緊急導線傳到車輛緊急電磁閥，從而得到緊急制動作用。自閥手柄置于過充位：均衡風缸只能達到定壓，列車管壓力可比定壓高40kPa左右；在電路上安裝了過充壓力開關，過充時可切斷制動繼電器通向制動導線的電流；四、F-8加電控：結構：原有的F－8型空氣制動機；電空閥箱：電磁閥共有三個：常用制動電磁閥、緩解電磁閥、緊急(制動)電磁閥；放大閥和限壓閥；采用五線制：實際上只用制動、緩解、緊急和零線四線，保證與104加電控混編，制動保壓線仍應保持貫通；

管路連接方案作用原理：

F－8加電控示意圖改進：為了減輕與104加電控混編時的縱向沖動，F(xiàn)-8加電控把緊急制動時的制動缸升壓時間放長了一些；改造其緊急制動部分，增加了電空緊急放風性能；五、104加電控組成：104型空氣制動機、電磁閥安裝座、三個電磁閥(制動、緩解和保壓)、緩解風缸、相應的管路、導線、插頭、插座等；五線制：制動、緩解、保壓、檢查(即F—8加電控的緊急)和回線(即零線)；104加電控連接示意圖

作用原理：常用制動：制動電磁閥得電，列車管壓力空氣經(jīng)過制動電磁閥的閥口和縮孔堵排出大氣，使全列車各個車輛和機車同步發(fā)生制動作用；

緩解：

緩解電磁閥得電，緩解風缸的定壓空氣可經(jīng)過緩解電磁閥的閥口充入列車管，產(chǎn)生局部增壓作用，使全列車各個車輛和機車同步發(fā)生緩解作用；保壓：保壓電磁閥得電，104閥容積室排氣口的外接管不能通過此電磁閥口和縮孔堵排風，從而實現(xiàn)電空制動的緩解保壓作用；

104型制動機是間接作用的二壓力制動機為了使之具有階段緩解性能，特設緩解風缸。第四節(jié)盤形制動裝置一、盤形制動裝置構造作用示例：

懸掛方式：

制動缸固定式制動缸浮動式杠桿支點拉板8與杠桿6、7組成一把夾鉗，以

三點懸掛在轉向架構架上。合成閘片：由合成摩擦材料和帶有燕尾的鋼背熱壓而成。散熱槽的作用：增加摩擦面的貼合性排除磨屑散熱

二、制動盤的結構型式：按摩擦面的配置，制動盤可分為單摩擦面和雙摩擦面兩類；按盤安裝的位置可分為軸盤式和輪盤式：軸盤式制動盤裝在軸上：采用鍛鋼盤轂作為車軸與鑄鐵盤之間的過渡零件，在鑄鐵盤的螺栓連接處要加裝彈性套。輪盤式制動盤裝在輪上：三、盤形加踏面的混合制動裝置：踏面制動單元：盤形制動單元：

四、應用實例第五節(jié)防滑器一、滑行：定義：在車輪滾動過程中輪軌之間縱向發(fā)生相對滑動(嚴重的而不是輕微的相對滑動)。分類：牽引狀態(tài)下發(fā)生：輪周牽引力超過了粘著限制，叫“空轉”或“打飛輪”；

制動狀態(tài)下發(fā)生：制動力超過了粘著限制，叫“滑行”或“抱死輪”；產(chǎn)生機理：制動的正常過程中，制動力近似的等于閘瓦摩擦力；閘瓦摩擦力大于粘著力時，會出現(xiàn)車輪在鋼軌上連滾帶滑的現(xiàn)象。車輪轉速急劇降低，閘瓦摩擦系數(shù)的劇增使閘瓦摩擦力幾乎直線上升，使車輪被“抱死”而不