車輛工程列車制動(dòng) 第9章+高速與重載列車制動(dòng)

第九章高速和重載列車制動(dòng)

主要內(nèi)容：

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

第一節(jié)高速列車制動(dòng)一、高速列車的特點(diǎn)：運(yùn)行速度超過200km/h，制動(dòng)功率與速度的3次方成正比；編組輛數(shù)不會(huì)太多；國際上高速鐵路的定義：既有線改造，運(yùn)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(gè)國家5435km高速線投入運(yùn)營二、高速列車制動(dòng)的特點(diǎn)：多種制動(dòng)方式協(xié)調(diào)配合，普遍裝有防滑器；列車制動(dòng)操縱控制普遍采用了電控、直通或微機(jī)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(dòng)力的需求非常大，輪軌間的制動(dòng)力與粘著力的矛盾比較突出。

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

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

每種列車幾乎都有三種制動(dòng)方式，基本是受粘著限制的摩擦制動(dòng)為基礎(chǔ)，動(dòng)車加動(dòng)力制動(dòng)，拖車加非粘制動(dòng)。復(fù)合制動(dòng)高速列車采用的制動(dòng)控制方式：國別日本列車型號(hào)0系100系300系16動(dòng)無拖12動(dòng)4拖10動(dòng)6拖最高運(yùn)行速度210230300運(yùn)用年代19641985191列車制動(dòng)控制方式電磁直通空－液電氣指令直通空－液微機(jī)控制電氣指令電－空備用制動(dòng)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(jī)控制防滑器國別法國列車型號(hào)TGV-STGV-ATGV-N2動(dòng)8拖2動(dòng)8拖2動(dòng)10拖最高運(yùn)行速度270300350運(yùn)用年代198319891995列車制動(dòng)控制方式自動(dòng)式電－空微機(jī)控制電氣指令電－空微機(jī)控制電氣指令電－空備用制動(dòng)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)防滑裝置電子防滑器微機(jī)控制防滑器微機(jī)控制防滑器國別德國列車型號(hào)IVE-VICE2動(dòng)3拖2動(dòng)14拖最高運(yùn)行速度300280運(yùn)用年代19901991列車制動(dòng)控制方式微機(jī)控制電氣指令電－空微機(jī)控制電氣指令電－空備用制動(dòng)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)防滑裝置微機(jī)控制防滑器微機(jī)控制防滑器四、發(fā)展趨勢：閘瓦制動(dòng)已經(jīng)逐漸被盤形制動(dòng)所代替，或者退居次要地位。在動(dòng)力制動(dòng)中，電阻制動(dòng)逐漸被再生制動(dòng)所代替。在非粘制動(dòng)中，摩擦式和渦流式基本上平分秋色。(渦流制動(dòng)，教材P10)五、高速列車的制動(dòng)距離多種制動(dòng)方式協(xié)調(diào)配合和裝設(shè)防滑器，只能縮短有效制動(dòng)距離；采用電控、直通或微機(jī)控制電氣指令式的控制手段，可以縮短空走距離；制動(dòng)距離隨列車速度的提高而適當(dāng)延長是不可避免的，也是必需的。否則，制動(dòng)時(shí)列車減速度就會(huì)太大，使旅客難以承受。第二節(jié)重載列車制動(dòng)一、重載列車的特點(diǎn)：運(yùn)行速度不高；編組車輛數(shù)很多，甚至是組合列車；

關(guān)鍵制動(dòng)技術(shù)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(huì)召開1984年國際重載協(xié)會(huì)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(jì)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(dá)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(dòng)

適應(yīng)3～4kt貨列的制動(dòng)裝置

不安全因素

6kt重載制動(dòng)波速降低；緩解波速急劇降低；沖動(dòng)急劇增加；產(chǎn)生原因：空氣波有一個(gè)傳播的過程，會(huì)造成沿列車長度的制動(dòng)或緩解作用的不同時(shí)性：制動(dòng)機(jī)的不同時(shí)性；制動(dòng)缸壓力上升或下降的速率；制動(dòng)缸壓力變化的一致性（同時(shí)性）；全車制動(dòng)缸壓力都達(dá)到指定值以后，單位制動(dòng)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(dòng)階段的劃分及性質(zhì)：基本概念：緩沖器彈簧被壓縮到靜平衡位置時(shí)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(dòng)平衡位置所增加的壓縮量稱為動(dòng)壓縮量，所增加的列車縱向力稱為最大動(dòng)壓縮力；階段的劃分及性質(zhì)：第一制動(dòng)階段：第一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)開始上升起，到最后一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)開始上升止；第二制動(dòng)階段：第一階段末到第一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)升到最大值止；第三制動(dòng)階段：第二階段末到最后一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)升到最大值止；第四制動(dòng)階段：由第三階段末到列車停??；

一個(gè)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(dòng)要解決的問題：

列車的縱向沖擊；重載編組輛數(shù)多，副風(fēng)缸多、列車管總?cè)莘e很大，從而還帶來其他問題：初充風(fēng)時(shí)間特別長；在同樣的機(jī)車制動(dòng)閥排風(fēng)和充風(fēng)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(yán)重。四、重載列車制動(dòng)裝置應(yīng)具有的特點(diǎn)：

要有很高的制動(dòng)波速和較高的緩解波速；

現(xiàn)代制動(dòng)機(jī)的緊急制動(dòng)波速已達(dá)285m/s，提高空間有限。制動(dòng)缸采用變速充氣方法，達(dá)到減輕制動(dòng)沖擊、又不延長制動(dòng)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(dòng)缸和副風(fēng)缸，使重載列車的初充風(fēng)時(shí)間不致太長；采用性能良好的空重車自動(dòng)調(diào)整裝置，保證空車不滑行，重車具有足夠的制動(dòng)力；列車管內(nèi)壁和各個(gè)連接管器要具有較小的氣體流動(dòng)阻抗；要用密封式制動(dòng)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(jī)車應(yīng)當(dāng)裝有中繼制動(dòng)裝置或同步制動(dòng)裝置；

五、我國貨車制動(dòng)機(jī)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(dòng)系統(tǒng)尚能夠滿足運(yùn)用需要。隨著列車編組與牽引重量的增加，純粹的空氣制動(dòng)系統(tǒng)很難承受。第三節(jié)準(zhǔn)高速列車電空制動(dòng)機(jī)

一、電空制動(dòng)機(jī)定義：

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

原動(dòng)力仍然是壓力空氣與大氣壓強(qiáng)的壓差；保留了原自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的減壓制動(dòng)、增壓緩解以及列車分離時(shí)能夠自動(dòng)制動(dòng)的一切特性；制動(dòng)作用的操縱控制用電，用電信號(hào)代替氣壓信號(hào)傳遞制動(dòng)指令。在制動(dòng)機(jī)的電控部分因故失靈時(shí)，可臨時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮簭?qiáng)控制的空氣制動(dòng)機(jī)。二、準(zhǔn)高速客運(yùn)制動(dòng)系統(tǒng)方案：在電操縱為主的同時(shí)要保持原空氣制動(dòng)機(jī)的全部作用。

DK-1型電空制動(dòng)機(jī)或JZ-7型空氣制動(dòng)機(jī)加裝電控，應(yīng)能同時(shí)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(dòng)補(bǔ)風(fēng)性能。列車管只有一根且滿足制動(dòng)機(jī)性能要求。控制線路采用五線制，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(shí)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(diǎn)：以電控為主、氣控為輔的機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)。組成：

原有的JZ—7型空氣制動(dòng)機(jī)；空電轉(zhuǎn)換閥空氣的壓差電信號(hào)操縱電磁閥繼電器控制箱、電磁閥、壓力開關(guān)；導(dǎo)線：制動(dòng)導(dǎo)線、緩解導(dǎo)線、保壓導(dǎo)線、緊急導(dǎo)線和零線。作用原理：自動(dòng)制動(dòng)閥手柄置于運(yùn)轉(zhuǎn)位：均衡風(fēng)缸充氣，空電轉(zhuǎn)換閥膜板的均衡風(fēng)缸側(cè)充氣，推動(dòng)膜板，使緩解繼電器得電，電流經(jīng)緩解導(dǎo)線使車輛緩解電磁閥得電，從而使車輛制動(dòng)機(jī)緩解；列車管充氣增壓到與均衡風(fēng)缸平衡時(shí)，保壓導(dǎo)線得電，保壓電磁閥得電，車輛制動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)緩解保壓；自閥手柄移到常用制動(dòng)區(qū)：均衡風(fēng)缸減壓，空電轉(zhuǎn)換閥的膜板均衡風(fēng)缸側(cè)也減壓，使制動(dòng)繼電器得電，通過制動(dòng)導(dǎo)線使車輛的制動(dòng)電磁閥得電，使全部車輛發(fā)生制動(dòng)作用；當(dāng)列車管壓強(qiáng)減到與均衡風(fēng)缸平衡時(shí)，使保壓繼電器、保壓導(dǎo)線和保壓電磁閥得電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)保壓作用。

自閥手柄置于緊急制動(dòng)位：制動(dòng)電磁閥得電；進(jìn)入撒砂管的總風(fēng)也進(jìn)入緊急壓力開關(guān)，使緊急繼電器得電，經(jīng)緊急導(dǎo)線傳到車輛緊急電磁閥，從而得到緊急制動(dòng)作用。自閥手柄置于過充位：均衡風(fēng)缸只能達(dá)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(guān)，過充時(shí)可切斷制動(dòng)繼電器通向制動(dòng)導(dǎo)線的電流；四、F-8加電控：結(jié)構(gòu)：原有的F－8型空氣制動(dòng)機(jī)；電空閥箱：電磁閥共有三個(gè)：常用制動(dòng)電磁閥、緩解電磁閥、緊急(制動(dòng))電磁閥；放大閥和限壓閥；采用五線制：實(shí)際上只用制動(dòng)、緩解、緊急和零線四線，保證與104加電控混編，制動(dòng)保壓線仍應(yīng)保持貫通；

管路連接方案作用原理：

F－8加電控示意圖改進(jìn)：為了減輕與104加電控混編時(shí)的縱向沖動(dòng)，F(xiàn)-8加電控把緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)缸升壓時(shí)間放長了一些；改造其緊急制動(dòng)部分，增加了電空緊急放風(fēng)性能；五、104加電控組成：104型空氣制動(dòng)機(jī)、電磁閥安裝座、三個(gè)電磁閥(制動(dòng)、緩解和保壓)、緩解風(fēng)缸、相應(yīng)的管路、導(dǎo)線、插頭、插座等；五線制：制動(dòng)、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(dòng)：制動(dòng)電磁閥得電，列車管壓力空氣經(jīng)過制動(dòng)電磁閥的閥口和縮孔堵排出大氣，使全列車各個(gè)車輛和機(jī)車同步發(fā)生制動(dòng)作用；

緩解：

緩解電磁閥得電，緩解風(fēng)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(gè)車輛和機(jī)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(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)電空制動(dòng)的緩解保壓作用；

104型制動(dòng)機(jī)是間接作用的二壓力制動(dòng)機(jī)為了使之具有階段緩解性能，特設(shè)緩解風(fēng)缸。第四節(jié)盤形制動(dòng)裝置一、盤形制動(dòng)裝置構(gòu)造作用示例：

懸掛方式：

制動(dòng)缸固定式制動(dòng)缸浮動(dòng)式杠桿支點(diǎn)拉板8與杠桿6、7組成一把夾鉗，以

三點(diǎn)懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)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(dòng)盤的結(jié)構(gòu)型式：按摩擦面的配置，制動(dòng)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(dòng)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(dòng)盤裝在輪上：三、盤形加踏面的混合制動(dòng)裝置：踏面制動(dòng)單元：盤形制動(dòng)單元：

四、應(yīng)用實(shí)例第五節(jié)防滑器一、滑行：定義：在車輪滾動(dòng)過程中輪軌之間縱向發(fā)生相對滑動(dòng)(嚴(yán)重的而不是輕微的相對滑動(dòng))。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(zhuǎn)”或“打飛輪”；

制動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生：制動(dòng)力超過了粘著限制，叫“滑行”或“抱死輪”；產(chǎn)生機(jī)理：制動(dòng)的正常過程中，制動(dòng)力近似的等于閘瓦摩擦力；閘瓦摩擦力大于粘著力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)車輪在鋼軌上連滾帶滑的現(xiàn)象。車輪轉(zhuǎn)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