第3章 列車制動力《列車牽引與操縱》教學(xué)課件

《列車牽引與操縱》?精品課件合集第三章列車制動力一、教學(xué)重點：1.制動力概述：制動系統(tǒng)在城市軌道車輛運行中的重要意義；電客車制動力概念；制動方式。2.制動力的產(chǎn)生過程及計算：閘瓦制動力的產(chǎn)生和計算；動力制動制動力的產(chǎn)生和計算；制動力的傳遞。3.閘瓦摩擦系數(shù)及其影響因素，制動滑行的原因、危害、制動力的限制；自動防滑裝置。4.軸制動率和停放制動

二、考核內(nèi)容：

1、列車制動力的基本概念。

2、列車制動受輪軌粘著力的限制。

3、列車制動制動的操縱方式。第一節(jié)制動力概述一、制動系統(tǒng)在城市軌道車輛運行中的重要意義1、制動制動：人為地使運動物體減速或阻止其加速叫做制動。2、制動的意義是提高載重和運行速度的前提條件；是列車運行安全和正點的重要保證。3、粘著與非粘著制動粘著制動：粘著制動的制動能力來自輪軌的粘著力，因此粘著力的大小也成為制動能力的限制。粘著制動主要有閘瓦制動、盤形制動和動力制動以及電空混合制動等形式。非粘著制動：與粘著制動的制動原理不同,是比較新型的制動方式，制動能力不受粘著制動力的限制，主要有渦流軌道制動、磁軌制動以及氣動力制動(翼板制動)。非粘制動簡介準(zhǔn)高速、高速鐵路及新型城市軌道車輛——采用非粘著制動(例如：磁軌制動、軌道渦流制動等)來作為輔助緊急制動系統(tǒng)。-只靠輪軌粘著制動達(dá)不到所要求的制動減速度；在下雨下雪等惡劣天氣下，緊急制動時，磁軌制動可以改善粘著；-可以緩解制動盤的負(fù)荷，可以防止制動盤的熱裂。

4、制動裝置它包括兩個部分：制動控制系統(tǒng)和制動執(zhí)行系統(tǒng)。制動控制系統(tǒng)由制動信號發(fā)生與傳輸裝置和制動控制裝置組成。制動執(zhí)行系統(tǒng)通常為基礎(chǔ)制動裝置，有閘瓦制動與盤形制動等。二、列車制動力：

由列車制動裝置產(chǎn)生的，與列車運動方向相反，司機可以控制和調(diào)節(jié)其大小的外力，稱為列車制動力。

提問：

列車制動力與列車運行阻力有何異同？三、制動能力與制動功率

1）制動能力：電客車的制動能力是指制動系統(tǒng)能使其在規(guī)定的制動距離內(nèi)安全停車的能力。2）緊急制動距離：從司機施加緊急制動開始到列車完全停車時止，列車所走行的全制動距離。按照城市軌道車輛的運行規(guī)程，要求電客車在非常情況下的制動距離（稱緊急制動距離）不超過某一規(guī)定值。例如地鐵規(guī)定的緊急制動距離一般為180m。3）制動功率：制動系統(tǒng)轉(zhuǎn)移動能的能力稱為制動功率。在一定的制動距離條件下，電客車的制動功率是其速度的三次函數(shù)，即P=f(V3)。所以，電動車組的制動功率要比驅(qū)動功率大5倍～10倍。四、城市軌道交通車輛的制動系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件

城市軌道交通的站距較短，因此電客車的調(diào)速及停車都比較頻繁。為了提高運行速度，尤其是對高架有軌交通車輛和地鐵列車，必須使其啟動快、制動距離短。同時城市軌道交通車輛的旅客上下波動較大，對車輛載重有較大的影響。針對這些特點，城市軌道交通車輛的制動系統(tǒng)應(yīng)滿足以下條件：（1）操縱靈活，制動減速快，動作靈敏可靠，車組前后車輛制動、緩解作用一致。（2）具有足夠的制動能力，能保證電客車在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車。在長大下坡道上運行時，其制動力不會衰減。（3）新型的城市軌道交通車輛，應(yīng)具有動力制動與摩擦制動的聯(lián)合制動能力。在正常制動過程中，優(yōu)先使用動力制動，以減少對城市環(huán)境的污染和降低運行成本。（4）車輛應(yīng)具有載荷校正能力，能根據(jù)乘客載荷的變化自動調(diào)節(jié)制動力，使車輛制動率保持恒定，以減小列車沖動，保證乘客乘坐的舒適性。（5）具有緊急制動性能，遇到緊急情況時，能使電客車在規(guī)定距離內(nèi)安全停車。緊急制動作用除可由司機操縱外，必要時還可由行車有關(guān)人員利用緊急按鈕（緊急閥）進(jìn)行操縱。（6）電客車在運行中發(fā)生諸如列車分離、制動系統(tǒng)故障等危急行車安全的事故時，應(yīng)能自動實施緊急制動。五、制動分類

按照列車不同運行速度及制動安全的需要，將制動系統(tǒng)分為兩大類：空氣（摩擦）制動和電制動。（一）空氣（摩擦）制動1、作用1）是電制動的補充；2）可以施加緊急制動；3）沒有電制動或電制動故障時可以滿足列車對制動力的需要。2、空氣（摩擦）制動分類閘瓦制動盤形制動

這兩種制動是最直觀的輪軌粘著制動，屬于摩擦制動。盤形制動是有數(shù)字式電控制動系統(tǒng)或電子模擬式無級制動系統(tǒng)控制壓縮空氣，對盤形制動器實施制動或緩解。輪盤式軸盤式

閘瓦制動

盤形制動非粘制動簡介——磁軌制動和渦流制動磁軌制動是通過將車輛轉(zhuǎn)向架上的磁鐵吸附在軌道上并使車輛在軌道上滑行產(chǎn)生的制動。由于磁軌制動時，電磁鐵與鋼軌間的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滾動摩擦系數(shù)，因此，其摩擦力數(shù)倍于滾動摩擦力，其制動效率也遠(yuǎn)大于閘瓦和閘盤。渦流制動則是將電磁鐵落至距軌面7—10mm處，電磁鐵與鋼軌間的相對運動引起電渦流作用形成制動力。這兩種方式稱為電磁制動，其最大的優(yōu)點是產(chǎn)生的制動力不受輪軌間的粘著條件限制。磁軌制動的不足之處是,其制動力的產(chǎn)生和消失都很突然,這種制動和緩解作用的突發(fā)性使其更適合作為輔助性緊急制動裝置。非粘制動簡介——磁軌制動和渦流制動（二）動力制動1、電阻制動如果制動列車所在的接觸網(wǎng)供電區(qū)段內(nèi)無其它列車吸收該制動能量，VVVF則將能量反饋在制動電阻上，將電機上的制動能量轉(zhuǎn)變成電阻的熱能消耗掉，此即電阻制動（亦稱能耗制動）。制動電阻上的熱能靠強迫通風(fēng)而散于大氣中。電阻制動能提供較穩(wěn)定的制動力，能單獨滿足常用制動的要求。2、再生制動當(dāng)發(fā)生常用制動時，電動機變成發(fā)電機狀態(tài)運行，將車輛的動能變成電能，經(jīng)VVVF逆變器整流成直流電反饋于接觸網(wǎng)，供列車所在接觸網(wǎng)供電區(qū)段上的其它車輛牽引用和供給本車的其它系統(tǒng)（如輔助系統(tǒng)等），此即再生制動。再生制動取決于接觸網(wǎng)的接收能力，亦即取決于網(wǎng)壓高低和負(fù)載利用能力。這種方式既能節(jié)約能源，又減少制動時對環(huán)境的污染，并且基本上無磨耗，因此是一種較為理想的制動方式。目前，地鐵車輛普遍采用這種制動方式。六、制動操縱方式在制動操縱上，按其作用條件和性質(zhì)的不同，地鐵車輛制動系統(tǒng)采用的制動方式有：1．彈簧停放制動由于列車斷電停放時，制動缸壓力會因管路漏泄無壓力空氣補充而逐步下降到零，所以停放制動不同于一般的充氣-制動，排氣-緩解，它是通過彈簧作用力而產(chǎn)生制動作用，能滿足列車較長時間斷電停放的要求。所設(shè)計的彈簧制動力可保證AW3超員載荷列車停于4‰的坡道上。另外彈簧停放制動除可充氣緩解外，還附加有手動緊急緩解的功能。2．緊急制動緊急制動是列車在可能危及行車及人身安全等緊急情況下采取的異常措施，其目的是要求列車盡快停止運動，因此，制動作用猛烈，制動力為空氣制動裝置的全部制動能力。另外，緊急制動裝置經(jīng)常有冗余設(shè)備，其可靠性非常高，以確保在列車發(fā)生斷電、車體分離等緊急情況下也能保證良好制動效果。列車設(shè)計有一個“失電制動、得電緩解”的緊急空氣制動系統(tǒng)，貫穿整個列車的DC110V連續(xù)電源線控制制動系統(tǒng)的緩解，線路一旦斷開，所有車立即實施緊急制動。緊急制動可不經(jīng)過制動微機控制單元的控制，直接由制動控制單元BCE中的緊急電磁閥失電而產(chǎn)生。3．快速制動當(dāng)主控制器手柄移到“快速制動”位時，列車將實施減速度與緊急制動相同的快速制動。所不同的是緊急制動是不可逆的，必須待列車完全停穩(wěn)后方可緩解制動，而快速制動時，司機則可根據(jù)需要隨時實施緩解。4．常用制動是正常情況下為調(diào)控列車速度或進(jìn)站停車所施行的制動，其作用較緩和，而且制動力可以調(diào)節(jié)，根據(jù)制動級數(shù)，常用制動力一般為制動裝置制動能力的20％—80％。在常用制動模式下，電制動和空氣（摩擦）制動一般都處于激活狀態(tài)。一般情況下（車載AW2以下，速度8km/h（可調(diào)）以上），電制動完全能滿足車輛制動要求，當(dāng)電制動力不能滿足制動要求時，氣制動能夠迅速、平滑地補充，實現(xiàn)混合制動的作用。以上幾種制動操縱方式中，常用制動和緊急制動是兩種最主要的方式。

第二節(jié)閘瓦制動力的產(chǎn)生和計算

閘瓦制動是應(yīng)用最廣泛的制動方式，也是中國最主要的制動方式。下面先介紹閘瓦制動的制動力。一、閘瓦制動力的產(chǎn)生和計算制動一般是在牽引力為零的情況下進(jìn)行的，制動以前，列車靠慣性運行。司機將制動手柄推向某一制動位，壓縮空氣經(jīng)列車管進(jìn)入制動缸，在制動缸勾貝上產(chǎn)生壓強p,p乘以鞲鞴面積為制動缸鞲鞴桿所受推力Pb,即

·10-3

(N)·10-3

制動力產(chǎn)生過程

制動原力P經(jīng)制動杠桿放大后傳給閘瓦，轉(zhuǎn)向架同一側(cè)前后兩個閘瓦壓力之和，或同一輪對上左右兩個閘瓦壓力之和為：

K=ηz·β·Pb·10-3

（KN）（式3-2）如圖3-4所示，當(dāng)兩個閘瓦以ηz·β·Pb

的壓力壓上輪對時，閘瓦與正在轉(zhuǎn)動（或者轉(zhuǎn)動趨勢）的輪對之間產(chǎn)生摩擦力B＇。

B＇=K·φk=φk·ηz·β·Pb·10-3（KN（式3-3）式中：

φk—閘瓦與車輪的摩擦系數(shù)，簡稱為閘瓦摩擦系數(shù)。因此，一列列車的制動力：

B=KZ·Bz=KZ·φk·ηz·β·Pb·10-3

（KN）（式3-5）式中：KZ——列車實施閘瓦制動的輪對數(shù)；

Φk——閘瓦摩擦系數(shù)；

ηz——基礎(chǔ)制動裝置傳動效率；

β——制動倍率；

Pb——制動原力。將式3-1代入

·10-6

（KN)（式3-6）式中：d——制動缸勾貝直徑，（mm）；

P——制動缸充氣壓強，（KPa）；

二、閘瓦摩擦系數(shù)和制動力限制（一）閘瓦摩擦系數(shù)

閘瓦緊壓車輪，引起阻止車輪轉(zhuǎn)動的力叫摩擦力，摩擦系數(shù)就是摩擦力與閘瓦壓力的比值，用φk表示，簡稱閘瓦摩擦系數(shù)。

閘瓦摩擦系數(shù)直接影響制動性能的好壞，對閘瓦摩擦系數(shù)的要求是：數(shù)值要大，要比較穩(wěn)定。影響閘瓦摩擦系數(shù)大小的因素有下列幾個：1、閘瓦材質(zhì)：鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)隨硬度的加大、車速的增高而降低。在鑄鐵閘瓦中含磷量較高的摩擦系數(shù)也較大，且比較穩(wěn)定，但高鱗鑄鐵閘瓦脆性大。所以，中國鐵路現(xiàn)大量采用中磷鑄鐵閘瓦。塑料合成閘瓦與車輪間是非金屬與金屬的摩擦，摩擦系數(shù)較大，且更穩(wěn)定。但塑料的傳熱性能差，散熱難，易使車輪踏面產(chǎn)生熱裂剝離。合成閘瓦有低摩瓦、高摩瓦兩種，通常所說的合成閘瓦均指摩擦系數(shù)較高的高摩瓦。2、閘瓦壓強：試驗結(jié)果表明，對于鑄鐵閘瓦來說，在閘瓦壓強小于3000KPa時，閘瓦壓強越大，則摩擦系數(shù)越小，壓強增大一倍，摩擦系數(shù)降27%。運用中閘瓦壓強一般不許超過1200Kpa。因此，對于需要增加制動力的車輛，應(yīng)注意加大閘瓦與車輪踏面的接觸面積。例如，采用“雙側(cè)制動”的辦法，在每個車輪的前后分別設(shè)置一塊閘瓦，用增加閘瓦數(shù)量的方法來增大閘瓦與車輪的接觸面積，降低閘瓦壓強，并使輪對受力均勻，可更加有效地提高摩擦系數(shù)。3、列車運行速度：摩擦系數(shù)受運行速度影響很大，速度越高，摩擦系數(shù)越小。在列車要接近停車的瞬間，摩擦系數(shù)急劇增大到平均值的1.5～2.0倍。4、其它除上述主要因素之外，閘瓦摩擦系數(shù)還與氣候、車輪踏面濕度、清潔狀況、以及輪瓦新舊程度等因素有關(guān)。由于影響閘瓦摩擦系數(shù)的因素很多，很復(fù)雜，很難用理論方法來推導(dǎo)。經(jīng)過一系列試驗，在《列車牽引計算規(guī)程》中，已將高摩合成閘瓦瞬時實際摩擦系數(shù)計算公式確定為：（式中3-9）式中V——制動運行速度（km/h）。

（二）制動力的限制根據(jù)對制動力產(chǎn)生過程的分析得知，當(dāng)KΦk的值不超過輪軌間的粘著力時，制動力Bz在數(shù)值上等于閘瓦與車輪間的摩擦力，即Bz=KΦk?？梢娭苿恿﹄S閘互與車輪間摩擦系數(shù)的增大而增大，也可以說制動力隨閘瓦壓力的增大而增大，眾所周知，列車運行時，增大制動力可縮短制動距離，提高行車的安全性，但是，這也和動車牽引力一樣，必須遵守粘著定律，不能無限制地盲目增大制動力，當(dāng)KΦk值增大到等于輪軌間的極限粘著力時，這時制動力實現(xiàn)了最大值，當(dāng)制動力超過輪軌間的粘著條件允許的最大值時，由于車輪被閘瓦抱緊而不能轉(zhuǎn)動，此時，電動車組因慣性作用，不能立即停止，因而使車輪在軌面上滑行前進(jìn)。這種動車運行時車輪不轉(zhuǎn)動，而沿鋼軌滑行的現(xiàn)象，稱為車輪滑行，所以，我們說制動力受輪軌間粘著條件的限制。

在不滑行的前提下，閘瓦壓力越大，制動力也越大，所以，閘瓦壓力的限制就成了制動力的限制，從圖3-6可看出，滑行后的制動力急劇下降，因為，滑行時輪軌間的滑動摩擦力成為制動力，而輪軌間的滑動摩擦系數(shù)φ值要比粘著系數(shù)μ小很多，所以司機在制動機操縱中應(yīng)了解閘瓦摩擦系數(shù)φK

和輪軌間粘著系數(shù)μ的變化規(guī)律，掌握閘瓦壓力不使其超過最大值。因為，滑行時，會使制動距離延長，而且會造成行車事故或車輪踏面和鋼軌的擦傷。為保證正常的制動力不超過粘著力，對一個輪對來說，必須受下列條件限制，即：

KΦk≤Qiμ圖3-6滑行發(fā)生過程φφK

三、列車制動率

是牽引計算中的重要數(shù)據(jù)，它表示列車所具有的制動能力。列車全部閘瓦壓力之和與該車的總重力之比稱為列車制動率，用δC表示：即（式3-9）在安全范圍內(nèi)，δ應(yīng)盡可能取得高一些，但δ值越高，制動滑行危險就越大，所以，在設(shè)計制造上合理選擇δ是防止制動滑行的一種手段，在制動機操縱上，盡可能不使用緊急制動，必要時要適量撒砂，以增大輪軌間的粘著力。

四、自動防滑裝置

自動防滑裝置采用了模糊控制技術(shù)、微處理機系統(tǒng)、高抗干擾電源、四種滑動判斷檢測輪對的運轉(zhuǎn)工況、重疊采樣、多路通道分析、多種狀態(tài)分段巡回檢測，還具有自動保護(hù)、自動檢測、故障顯示等功能。因此能有效地防止列車在制動過程中，因制動力過大或輪軌間粘著力降低，引起車輪抱死（產(chǎn)生滑動）所造成的車輪踏面擦傷，并能有效地利用輪軌粘著，確保安全的制動距離。五、制動力的傳遞制動力的產(chǎn)生過程與牽引力相似，同一輪對上制動力，B與牽引力F的作用點相同，因此，其傳遞路徑與牽引力傳遞路徑相同，作用力方向相反。第三節(jié)動力制動制動力的產(chǎn)生和計算動力制動，無論是電力機車或地鐵列車采用的電阻制動，都具有與閘瓦制動不相同的性能：在高速時制動力隨速度的降低而增大，而在低速時制動力隨速度的降低而減小。在長大下坡道上，采用動力制動可使列車安全地以較大速度行駛，提高線路通過能力；通過站場或在緩行區(qū)段，使用動力制動減速，可節(jié)省輪、瓦的摩耗。但是，動力制動只是在機車或動車上才能應(yīng)用，所以，它并不能代替閘瓦制動。且由于低速時動力制動的制動力隨速度降低，列車在減速和停車時還必須依靠閘瓦制動來控制。一、動力制動力的產(chǎn)生電制動是利用直流電機的可逆原理，在制動工況時，使?fàn)恳妱訖C變?yōu)榘l(fā)電機，由輪對驅(qū)動，將列車的動能轉(zhuǎn)換成電能，再通過制動電阻轉(zhuǎn)變成熱能后散逸掉。牽引電動機由牽引工況過渡到制動工況要完成下列的轉(zhuǎn)換：①切斷牽引電動機電源，使?fàn)恳妱訖C與牽引發(fā)電機或牽引變壓器斷開；②將牽引電動機的勵磁繞組與電源接通，建立一定的磁場，使被輪對驅(qū)動的牽引電動機轉(zhuǎn)為發(fā)電機工況；③在牽引電動機電樞回路中串入制動電阻，以消耗電能。電阻制動

牽引電動機勵磁電流

制動電流

制動電阻電樞的旋轉(zhuǎn)方向

電磁轉(zhuǎn)矩與電樞的旋轉(zhuǎn)方向相反

二、動力制動力計算設(shè)此時電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為Md,則動車電阻制動所產(chǎn)生的電阻制動力Bd為：車輛速度與電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：式中:m——電機臺數(shù)；

Dk-——車輪滾動圓直徑，（mm）；

i——齒輪傳動比；

Md——電機電磁轉(zhuǎn)矩；

n——電機轉(zhuǎn)速（r/min）。

練習(xí)題一、填空題：1、人為地使運動