高速動(dòng)車組制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

高速動(dòng)車組制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國(guó)高鐵運(yùn)行速度的快速發(fā)展，列車安全運(yùn)行變得越來(lái)越重要。特別是在制動(dòng)過(guò)程中,保證高速列車運(yùn)行的安全可靠性和有效性是必須解決的問(wèn)題。對(duì)于高速列車的制動(dòng)來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)方式已不能保證運(yùn)行的安全,必須采用綜合制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)保障列車的運(yùn)行安全可靠性。下面先讓我們來(lái)詳細(xì)的了解一下當(dāng)前高速動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的組成、作用及工作原理。1制動(dòng)距離的確定高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)與普通列車制動(dòng)系統(tǒng)一樣,但其在技術(shù)上是完全突破傳統(tǒng)列車的制動(dòng)模式的,他要求的是全新的技術(shù)內(nèi)容。高速列車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:(1)盡可能縮短制動(dòng)距離以保障行車安全。高速列車必須盡可能縮短制動(dòng)距離,因?yàn)樽詣?dòng)閉塞的信號(hào)區(qū)間長(zhǎng)度完全由列車允許的制動(dòng)距離來(lái)決定。速度高,勢(shì)必引起制動(dòng)距離延長(zhǎng),同時(shí)需要轉(zhuǎn)移的制動(dòng)能量也大大增加。但距離太長(zhǎng),信號(hào)區(qū)間也長(zhǎng),則引起站段通過(guò)能力減少,列車運(yùn)行時(shí)間損耗增大,導(dǎo)致高速列車整體效益下降甚至喪失。另外,當(dāng)制動(dòng)距離一經(jīng)確定后,不間斷的機(jī)車信號(hào)裝置中就將保存這些制動(dòng)曲線,因而高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)必須保證:即使在大雪、大霧、結(jié)冰、粘著下降,甚至系統(tǒng)部分失靈的情況下,也不能超過(guò)允許的制動(dòng)距離,否則將導(dǎo)致發(fā)生事故。(2)保證高速制動(dòng)時(shí)車輪不滑行?？s短制動(dòng)距離與車輪不滑行是一對(duì)矛盾。尤其在高速時(shí)輪軌之間的粘著系數(shù)急劇下降,特別在軌面潮濕時(shí)粘著系數(shù)更低。既要縮短制動(dòng)距離,又能保證不產(chǎn)生滑行,應(yīng)采取如下措施:(A)按速度控制制動(dòng)力的大小以充分利用粘著;(B)采用高性能的防滑裝置;(C)采用非粘著制動(dòng)方式。(3)司機(jī)操縱控制系統(tǒng)靈活可靠,能適應(yīng)自動(dòng)控制的要求。(4)盡量降低制動(dòng)系統(tǒng)簧下重量。目前國(guó)內(nèi)200km/h電動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)采用微機(jī)控制的直通式電空制動(dòng)系統(tǒng),備用制動(dòng)采用自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī),基礎(chǔ)制動(dòng)采用盤形制動(dòng)加踏面清掃器,動(dòng)力制動(dòng)采用再生制動(dòng),是再生制動(dòng)與空氣制動(dòng)組成的聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)。再生制動(dòng)與空氣制動(dòng)如何協(xié)調(diào)配合,得到基本恒定的制動(dòng)功率是需要解決的首要問(wèn)題,只有解決好這個(gè)問(wèn)題,才能確保更高速度動(dòng)車組的制動(dòng)要求。2制動(dòng)作用的測(cè)試為了確保高速列車的運(yùn)行安全,制動(dòng)系統(tǒng)、必須具備下列功能:(1)制動(dòng)作用靈敏,可靠,并且無(wú)沖動(dòng)。(2)制動(dòng)力控制自如。(3)反復(fù)制動(dòng)作用有效。(4)列車分離時(shí),全列車能夠自動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)作用。(5)電器設(shè)備所用電源安全可靠。(6)操作簡(jiǎn)單。3車輛鉛電池制動(dòng)類型(1)閘瓦制動(dòng):又稱踏面制動(dòng),是目前我國(guó)鐵路使用最廣泛的一種制動(dòng)方式。它用鑄鐵或其它材料制成的制動(dòng)閘瓦緊壓滾動(dòng)著的車輪踏面,通過(guò)閘瓦與車輪踏面的機(jī)械摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?消散在大氣中。隨著列車的高速化,閘瓦制動(dòng)以逐漸被盤形制動(dòng)所代替,不過(guò)為了保持踏面潔凈,有的制動(dòng)機(jī)又加裝踏面清掃裝置,保持車輪踏面清潔度。(2)盤形制動(dòng):與閘瓦制動(dòng)相比,盤形制動(dòng)有下列主要優(yōu)點(diǎn):可以大大減輕車輪踏面的熱負(fù)荷和磨耗。可按制動(dòng)要求選擇最佳摩擦副,制動(dòng)平穩(wěn),噪聲小。缺點(diǎn)是:車輪踏面沒(méi)有閘瓦的摩擦,輪軌粘著將惡化,制動(dòng)盤使簧下重量及其引起的沖擊振動(dòng)增大,影響轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行品質(zhì),運(yùn)行中因阻力增大而增加牽引功率的消耗。(3)電阻制動(dòng):電阻制動(dòng)是制動(dòng)時(shí)將牽引主電機(jī)作發(fā)電機(jī),利用動(dòng)能發(fā)電并將電能通過(guò)車輛的制動(dòng)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?從而獲得制動(dòng)力的方法。在動(dòng)力制動(dòng)中,電阻制動(dòng)逐漸被再生制動(dòng)所代替。這是因?yàn)?后者可以節(jié)能,經(jīng)濟(jì)性比較好。(4)再生制動(dòng):再生制動(dòng)是制動(dòng)時(shí)將牽引主電機(jī)作發(fā)電機(jī),利用動(dòng)能發(fā)電并將電能反饋給電網(wǎng),從而獲得制動(dòng)力的方法。再生制動(dòng)在經(jīng)濟(jì)上比電阻制動(dòng)合算,但技術(shù)上比較復(fù)雜,而且,它只能用于有電網(wǎng)供電的電力機(jī)車和電動(dòng)車組,反饋回電網(wǎng)的電能要馬上被正在牽引運(yùn)行的電力機(jī)車或電動(dòng)車組接受和利用。(5)旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng):旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)是在車軸上裝金屬盤,制動(dòng)時(shí)金屬盤在電磁鐵形成的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn),盤表面感應(yīng)出渦流,產(chǎn)生電磁力并發(fā)熱消散于大氣中,從而產(chǎn)生制動(dòng)力。與盤形制動(dòng)相比,旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)雖然無(wú)磨耗,但其制動(dòng)力也要受粘著限制,且消耗電能太多。(6)磁軌制動(dòng):磁軌制動(dòng)是在轉(zhuǎn)向架的兩個(gè)側(cè)架下面,各安置一條制動(dòng)用的電磁鐵,制動(dòng)時(shí)將它放下,利于電磁吸力緊壓鋼軌,通過(guò)電磁鐵上的磨耗板與鋼軌之間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力。磁軌制動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是消耗功率小、每米電磁鐵消耗1KW左右的功率,可由蓄電池供給電流。缺點(diǎn)是磨耗較大,制動(dòng)力不易調(diào)節(jié),并隨速度增加制動(dòng)力下降較快。通常,磁軌制動(dòng)僅在緊急制動(dòng)時(shí)使用。(7)線性渦流制動(dòng):線性渦流制動(dòng)與磁軌制動(dòng)安裝相似,但線性渦流制動(dòng)的電磁鐵在制動(dòng)時(shí)只放下到離軌面很近的距離處而不與鋼軌接觸。它是利用電磁鐵和鋼軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使鋼軌感應(yīng)出渦流,產(chǎn)生電磁吸力作為制動(dòng)力。線性渦流制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:高速時(shí)有較高的制動(dòng)力,制動(dòng)力特性曲線較理想,無(wú)磨耗,容易控制并可連續(xù)調(diào)節(jié)。其缺點(diǎn)是:制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流使鋼軌加熱,并影響軌道穩(wěn)定性,這個(gè)溫度允許的最大值由鋼軌類型和狀態(tài)的變化來(lái)決定。渦流制動(dòng)有相當(dāng)高的電能消耗,它以制動(dòng)力的平方而增加,因此,勵(lì)磁電流須從接觸網(wǎng)供給電流。如果電源故障,需自動(dòng)轉(zhuǎn)為蓄電池供電,故需將車輛鉛電池改為Nicd電池,因鉛電池在低溫和強(qiáng)電流下,不能達(dá)到所需的供甩能力。渦流制動(dòng)的電磁場(chǎng)干擾信號(hào)裝置。4兩組制動(dòng)形式(1)受粘著限制的摩擦制動(dòng):閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)。(2)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)。(3)不受粘著限制的非粘著制動(dòng):磁軌制動(dòng)、線性渦流制動(dòng)。電力制動(dòng)具有不受閘瓦等摩擦系數(shù)的影響,且能大幅降低閘瓦和車輪的磨耗的優(yōu)點(diǎn)。但由于電力制動(dòng)在低速區(qū)制動(dòng)力迅速衰減,因此,空氣制動(dòng)還是必不可少。在非粘著制動(dòng)中,摩擦式和渦流式基本上平分秋色,摩擦式磨損電磁鐵和鋼軌,渦流式耗電力厲害。根據(jù)以上的分析并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,我國(guó)高速試驗(yàn)列車采用了盤形制動(dòng)、再生制動(dòng)和磁軌制動(dòng)。由于粘著制動(dòng)始終是基礎(chǔ),為了充分利用粘著,高速列車用微機(jī)來(lái)控制制動(dòng)力的復(fù)合并普遍裝有防滑器。5高速列車制動(dòng)系統(tǒng)多種制動(dòng)方式的協(xié)調(diào)配合和普遍裝有防滑器,只能縮短有效制動(dòng)距離,為了縮短空走時(shí)間,從而縮短空走距離,高速列車的主控方式以由空氣壓強(qiáng)控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍?即由空氣制動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍罩苿?dòng)機(jī),由自動(dòng)式轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶胖蓖ㄊ?近期又進(jìn)一步向微機(jī)控制的方向發(fā)展。高速列車制動(dòng)的總目標(biāo)是控制列車的制動(dòng)距離,使它不致于隨列車速度的增大而增長(zhǎng)太多。但是,制動(dòng)距離隨列車速度的提高而適當(dāng)延長(zhǎng)是不可避免的,也是必須的。否則,制動(dòng)時(shí)列車減速度太大,旅客會(huì)承受不了。高速列車制動(dòng)系統(tǒng)采用以下兩種控制方式:(1)電磁直通空氣制動(dòng)。電磁直通空氣制動(dòng)是通過(guò)貫穿全列車的制動(dòng)控制連線,將制動(dòng)控制指令用電信號(hào)同時(shí)發(fā)送給每一節(jié)車的微機(jī)控制系統(tǒng),再由每一節(jié)車的微機(jī)控制系統(tǒng)控制電磁閥的動(dòng)作,使制動(dòng)缸可以在不通過(guò)分配閥的情況下,直接獲得總風(fēng)壓力或?qū)⒅苿?dòng)缸壓力空氣直接排出到大氣。由于用電指令操縱控制,所以制動(dòng)和緩解的一致性得到極大改善,顯著減輕了列車的縱向沖擊。直通電空同時(shí)也減少了空走時(shí)間因而使制動(dòng)距離明顯縮短。電磁直通空氣制動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn):可連續(xù)實(shí)施制動(dòng)作用;靈敏度高且制動(dòng)同步性好:準(zhǔn)確圓滑的電空運(yùn)算協(xié)調(diào)控制:有效利用再生制動(dòng);提高了舒適度;具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高性能空重車調(diào)整裝置;適應(yīng)高速的制動(dòng)缸壓力控制(速度一粘著模式控制);微機(jī)化使制動(dòng)接受器與監(jiān)控裝置相結(jié)合。(2)自動(dòng)空氣制動(dòng)。高速列車當(dāng)電空制動(dòng)故障時(shí),自動(dòng)空氣制動(dòng)發(fā)揮作用;電空控制正常時(shí),自動(dòng)空氣制動(dòng)不起作用。自動(dòng)空氣制動(dòng)僅作為備用制動(dòng)系統(tǒng)用來(lái)提高列車的安全系數(shù)。6安全防護(hù)裝置為了確保列車運(yùn)行安全,盡管設(shè)置了準(zhǔn)確可靠的地面信號(hào)裝置,但在濃霧、風(fēng)雪等氣候條件下難以確認(rèn)信號(hào)。另外,由于司機(jī)打磕睡或誤看信號(hào)等原因,很有可能列車沖撞等重大事故。因此,在列車沒(méi)按信號(hào)運(yùn)行時(shí)需要報(bào)警引起司機(jī)注意,同時(shí)自動(dòng)施行制動(dòng)停車,以保證列車安全。高速列車的安全防護(hù)裝置有以下幾種:(1)自動(dòng)停車裝置(ATS)。ATS是列車接近停車信號(hào)機(jī)時(shí),進(jìn)行車內(nèi)報(bào)警的裝置。該裝置報(bào)警后,如果司機(jī)仍不確認(rèn)操作或沒(méi)按規(guī)定減速度進(jìn)行操縱時(shí),便自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)使列車自動(dòng)停車。(2)自動(dòng)控制裝置(ATC)。ATC是控制列車的運(yùn)行速度低于地面速度信號(hào)的裝置。當(dāng)信號(hào)速度下降時(shí),ATC裝置便自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)以降低列車速度;當(dāng)列車速度底于信號(hào)限制速度時(shí),便自行緩解。(3)自動(dòng)駕駛裝置(ATP)。ATP是根據(jù)多級(jí)速度信號(hào)及速度條件,對(duì)列車自動(dòng)進(jìn)行加速、減速的控制裝置。ATP的主要作用是保證列車正點(diǎn)運(yùn)行和改善旅客的乘坐舒適度。同時(shí),在防止列車沖撞和超速運(yùn)行方面,起到ATP的作用。ATP參考ATC的速度設(shè)置,通?？刂屏熊囋谠O(shè)定的