城市軌道車輛制動(dòng)機(jī)的種類一按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類

1.2城市軌道車輛制動(dòng)機(jī)的種類一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類按照制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能的轉(zhuǎn)移方式不同可以分為摩擦制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)。摩擦制動(dòng)。通過摩擦副的摩擦將列車的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒂诖髿?，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用。城軌車輛常用的摩擦制動(dòng)方式主要有閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)和磁軌制動(dòng)。閘瓦制動(dòng)。又稱踏面制動(dòng)，它是一種最常用的一種制動(dòng)方式，如圖1-1所示。制動(dòng)時(shí)閘瓦壓緊車輪，輪、瓦之間發(fā)生摩擦，交列車的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能通過輪、瓦摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣中。盤形制動(dòng)。如圖1-2所示。圖1-2（a）為軸盤式整體制動(dòng)盤；圖1-2（b）為輪盤式制動(dòng)盤在車輪上安裝情況。圖1-2（c）為安裝輪盤式制動(dòng)盤的輪對(duì)；圖1-2（d）為制動(dòng)盤在輪對(duì)上安裝的實(shí)物圖。盤形制動(dòng)是在車軸上或在車輪輻板側(cè)面安裝制動(dòng)盤，用制動(dòng)夾鉗使用合成材料制成的兩個(gè)閘片緊壓制動(dòng)盤側(cè)面，通過摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力，把列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，消散于大氣從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)盤安裝在車軸上稱為軸盤式，制動(dòng)盤安裝在車輪側(cè)面稱為輪盤式。非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架一般采用軸盤式，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由于軸身上裝有齒輪箱，安裝制動(dòng)盤困難，所以采用輪盤式。圖1-1城軌車輛上采用的單元風(fēng)缸式閘瓦制動(dòng)

（ａ）（ｂ）

（ｃ）（ｄ）圖1—2盤形制動(dòng)裝置示意圖③軌道電磁制動(dòng)機(jī)軌道電磁制動(dòng)，又叫磁軌制動(dòng)，如圖1—3所示。在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁4下通過升降風(fēng)缸2安裝有電磁鐵1，電磁鐵下設(shè)有磨耗板5。以電操縱并作為動(dòng)力來源。制動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)電后起磁感應(yīng)的電磁鐵放下壓緊鋼軌，使它與鋼軌發(fā)生摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力不受輪軌間粘著的限制，不易使車輪滑行。但重量較大增加了車輛的自重。在高速旅客列車上與空氣制動(dòng)機(jī)并用（特別是在緊急制動(dòng)時(shí)），可縮短制動(dòng)距離。如北京地鐵機(jī)場(chǎng)線由于列車運(yùn)行速度較高，最高時(shí)速可達(dá)100km/h，該車組上裝有軌道電磁制動(dòng)機(jī)。

圖1-3磁軌制動(dòng)1-電磁鐵；2-升降風(fēng)缸；3-鋼軌；4-構(gòu)架側(cè)梁；5-磨耗板。2、動(dòng)力制動(dòng)。也稱電制動(dòng)，列車制動(dòng)時(shí)，將牽引電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能對(duì)這些電能不同處理方式形成了不同方式的動(dòng)力制動(dòng)。城軌車輛上采用的動(dòng)力制動(dòng)的形式主要有再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)，都是非接觸式制動(dòng)方式。再生制動(dòng)再生制動(dòng)是把列車的動(dòng)能通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能后，再使電能反饋回電網(wǎng)。顯然，再生制動(dòng)比電阻制動(dòng)更加經(jīng)濟(jì)，既節(jié)約能源，又減少制動(dòng)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，并且基本上無磨耗。因此，90年代后在各國(guó)的動(dòng)車組和城市軌道交通車輛上獲得了廣泛應(yīng)用。電阻制動(dòng)電力機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、帶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的動(dòng)車組和城市軌道車輛等，在制動(dòng)時(shí)，使自勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)樗麆?lì)發(fā)電機(jī)，將發(fā)出的電能消耗于電阻器上，采用強(qiáng)迫通風(fēng)，使熱量消散于大氣而產(chǎn)生制動(dòng)作用。高速時(shí)制動(dòng)力大，低速時(shí)效率減低，所以與空氣制動(dòng)機(jī)同時(shí)采用。電阻制動(dòng)一般能提供較穩(wěn)定的制動(dòng)力，但車輛底架下需要安裝體積較大的電阻箱，增加了車輛自重。根據(jù)列車制動(dòng)力的獲取方式不同，可分為黏著制動(dòng)與非黏著制動(dòng)。黏著制動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，（以閘瓦制動(dòng)為例）車輪與鋼軌之間有三種可能的狀態(tài)：純滾動(dòng)狀態(tài)。車輪與鋼軌的接觸點(diǎn)無相對(duì)滑動(dòng)，車輪在鋼軌上做純滾動(dòng)。這時(shí)，車輪與閘瓦之間為動(dòng)摩擦，車輪與鋼軌之間為靜摩擦，車輪與鋼軌之間可能實(shí)現(xiàn)的最大制動(dòng)力是輪軌之間的最大靜摩擦力。這是一種難以實(shí)現(xiàn)的理想狀態(tài)?；袪顟B(tài)。車輪在鋼軌上滑行，此進(jìn)車輪與鋼軌之間的滑動(dòng)摩擦為列車制動(dòng)力。這是一種必須避免的事故狀態(tài)，由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于靜摩擦系數(shù)，因此一旦發(fā)生這種工況，制動(dòng)力，制動(dòng)力將大大減小，制動(dòng)距離會(huì)延長(zhǎng)；同時(shí)車輪在鋼軌上長(zhǎng)距離滑行，將導(dǎo)致車輪踏面的擦傷，危及行車安全。二、按制動(dòng)力形成方式分類黏著狀態(tài)。列車制動(dòng)時(shí)，車輪與鋼軌的接觸處即非靜止，亦非滑動(dòng)，車輪在鋼軌上滾動(dòng)的同時(shí)又有滑動(dòng)趨勢(shì)，這種狀態(tài)稱為黏著狀態(tài)。黏著狀態(tài)下車輪與鋼軌間的最大水平作用力稱為黏著力。制動(dòng)時(shí)，可能實(shí)現(xiàn)的最大制動(dòng)力不會(huì)超過黏著力。黏著力與輪軌間垂直載荷的比值，稱為黏著系數(shù)。依靠黏著滾動(dòng)的車輪與鋼軌黏著點(diǎn)之間的黏著力來實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)稱為黏著制動(dòng)。黏著制動(dòng)時(shí)，為了能得到較大的制動(dòng)力，需要具有較高的黏著系數(shù)。然而黏黏著系數(shù)受列車運(yùn)行速度、氣候條件、輪軌表面狀態(tài)以及是否采取增黏措施等諸多因素的影響，是一個(gè)有很大的離散性參數(shù)。所以目前尚未有黏著系數(shù)的理論公式。輪軌間的黏著系數(shù)隨列車運(yùn)行速度的提高而下降，各國(guó)都采用大量的試驗(yàn)來獲得經(jīng)驗(yàn)公式。1.4城市軌道車輛制動(dòng)機(jī)的種類

非黏著制動(dòng)。列車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力大小不受黏著力的限制的制動(dòng)方式稱為非黏著制動(dòng)的制動(dòng)力不從輪軌之間獲取，因而它可以得到較大的制動(dòng)力。顯然，在上面曾經(jīng)介紹的制動(dòng)方式中，閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)、電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)均屬于黏著制動(dòng)；而磁軌制動(dòng)屬于非黏著制動(dòng)。三.按制動(dòng)源動(dòng)力分類在目前列車所采用的制動(dòng)方式中，制動(dòng)的源動(dòng)力主要有壓縮空氣的壓力和電磁力。以壓縮空氣為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為空氣制動(dòng)，如閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)等都為空氣制動(dòng)方式；以電磁力為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為電制動(dòng)，動(dòng)力制動(dòng)、軌道電磁制動(dòng)、軌道渦流制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)等均為電制動(dòng)；還有機(jī)械制動(dòng)、液壓制動(dòng)、翼板制動(dòng)等方式。自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)。是以壓縮空氣為動(dòng)力來源，用空氣壓力的變化來操縱的制動(dòng)機(jī)。這種制動(dòng)機(jī)能夠較好地滿足現(xiàn)代軌道交通對(duì)制動(dòng)性能的要求，所以應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)的機(jī)車車輛均采用這種制動(dòng)機(jī)。自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是制動(dòng)管減壓制動(dòng)，增壓緩解。因此當(dāng)列車分離時(shí)，制動(dòng)機(jī)可發(fā)生制動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車。由于這種制動(dòng)機(jī)構(gòu)造和作用都比較完善，目前我國(guó)車輛上使用的各型空氣制動(dòng)機(jī)，如貨車120型制動(dòng)機(jī)和客車用104型、F8型制動(dòng)機(jī)等，都采用這種形式。電空制動(dòng)機(jī)電空制動(dòng)機(jī)是以壓縮空氣作為動(dòng)力來源，用電操縱的制動(dòng)機(jī)。一般是在空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上加裝電磁閥等電氣控制部件，用電來操縱制動(dòng)機(jī)的作用。它可以提高列車前后部車輛制動(dòng)和緩解作用的一致性，減少車輛間的沖擊，使制動(dòng)距離顯著縮短。所以許多高速列車都采用這種制動(dòng)機(jī)。為防止電控系統(tǒng)發(fā)生故障使列車失去制動(dòng)控制，現(xiàn)今的電空制動(dòng)機(jī)仍保留著壓縮空氣操縱裝置，以備在電控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)地轉(zhuǎn)為壓縮空氣操縱。目前我國(guó)鐵路客車使用的電空制動(dòng)機(jī)主要有104型電空制動(dòng)機(jī)和F8型電空制動(dòng)機(jī)兩種型式。城市軌道交通車輛電空制動(dòng)機(jī)有DK型電空制動(dòng)機(jī)、KBGM（德國(guó)KNORR公司）和KBWB（英國(guó)原Westinghouse公司）模擬式電空制動(dòng)機(jī)、SD數(shù)字式電空制動(dòng)機(jī)、架控式EP2002型和EP09型制動(dòng)機(jī)等。1.4城市軌道車輛制動(dòng)機(jī)的種類軌道渦流制動(dòng)軌道渦流制動(dòng)與磁軌制動(dòng)很相似，也是把電磁鐵懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁下面同側(cè)的兩個(gè)車輪之間。不同的是，軌道渦流制動(dòng)的電磁鐵在制動(dòng)時(shí)只放到離軌面7-10mm處而不會(huì)與鋼軌發(fā)生接觸。軌道渦流制動(dòng)原理如圖1-4所示。軌道渦流制動(dòng)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，并把列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能消散于大氣。作為非黏著制動(dòng)方式的渦流軌道制動(dòng)具有對(duì)鋼軌無磨耗，高速時(shí)制動(dòng)力大，制動(dòng)力可控制，可在常用制動(dòng)時(shí)作用，結(jié)冰時(shí)沒有任何失效的危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在高速列車上渦流軌道制動(dòng)方式比磁軌制動(dòng)方式得到更多的采用。如德國(guó)300km/h的ICE3型高速動(dòng)車組的拖車每臺(tái)轉(zhuǎn)向架上，就采用了兩組渦流軌道制動(dòng)器及兩組軸盤式鑄鋼盤形制動(dòng)裝置；上海磁浮列車的的制動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是軌道直線渦流制動(dòng)。圖1-4軌道渦流制動(dòng)原理圖旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生制動(dòng)力的。它是將制動(dòng)圓盤作為可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體安裝在車軸上，電磁鐵固定在轉(zhuǎn)向架上，并應(yīng)防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)原理如圖1-5所示。制動(dòng)時(shí)金屬盤在電磁鐵形成的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，盤的表面被感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力，并消散于大氣，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用。此種制動(dòng)方式廣泛應(yīng)用于日本新干線100系、300系和700系動(dòng)車組的拖車上。四、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)為了確保行車安全，在高速動(dòng)車組上都裝有傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)。但是空氣制動(dòng)系統(tǒng)有質(zhì)量重、體積大和響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)輕量化和高響應(yīng)特性，而將空氣制動(dòng)部件改進(jìn)為液壓部件。液壓制動(dòng)的控制過程如圖1-6所示。制動(dòng)電子控制單元將制動(dòng)指令、電制動(dòng)的反饋信號(hào)和液壓傳感器信號(hào)計(jì)算、處理控制。液壓制動(dòng)系統(tǒng)由裝在車體上的制動(dòng)電子控制單元和裝在轉(zhuǎn)向架上電液制動(dòng)裝置構(gòu)成。與空氣制動(dòng)相比，質(zhì)量可減輕1/3左右。如北京地鐵機(jī)場(chǎng)線制動(dòng)系統(tǒng)采用電液盤型制動(dòng)和磁軌制動(dòng)系統(tǒng)的混合制動(dòng)，電制動(dòng)優(yōu)先。五、液壓制動(dòng)圖1-5旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)原理圖1-6液壓制動(dòng)的控制過程翼板制動(dòng)（如圖1-7所示）翼板制動(dòng)尚處于試驗(yàn)之中，是一種從車體上伸出翼板來增加空氣阻力的制動(dòng)方式。若翼板的位置適當(dāng)，動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)的空氣阻力可增加3—4倍。2006年日本研制出利用空氣動(dòng)力制動(dòng)的Fastech360S和其改進(jìn)Fastech360Z型，并已通過400Km/h時(shí)速的安全測(cè)試，裝有空氣動(dòng)力制動(dòng)裝置的列車制動(dòng)距離在時(shí)速360Km/h與時(shí)速275Km/h是大致相同。

四.按制動(dòng)控制方式分類總體控制方式：車控、架控、軸控三種形式。制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力的控制以單輛車、轉(zhuǎn)向架或者車軸為最小單元進(jìn)行控制稱為總體控制方式，制動(dòng)過程中根據(jù)制動(dòng)力最小控制單元的不同對(duì)應(yīng)的控制方式是不一樣的。以單輛車、轉(zhuǎn)向架或車軸為制動(dòng)力控制最小單元分別稱作車控、架控、軸控，比如車控方式進(jìn)行制動(dòng)力控制的系統(tǒng)制動(dòng)力的計(jì)算和控制以車為控制單元進(jìn)行計(jì)算和控制，而架控車輛以轉(zhuǎn)向架為單元進(jìn)行控制。車控為當(dāng)前高速列車和城軌車輛的主流，架控以EP2002和EP09為典型。車控式圖1-8為車控制動(dòng)系統(tǒng)示意圖，圖1-9為車控式制動(dòng)系統(tǒng)原理圖。車控方式（集中式）制動(dòng)系統(tǒng)包括集中氣動(dòng)控制、集中電子控制和本車轉(zhuǎn)向架氣動(dòng)控制閥。制動(dòng)控制是由一個(gè)電子控制單元（包括制動(dòng)控制電子裝置和防滑電子裝置）控制一節(jié)車兩個(gè)轉(zhuǎn)向架。

圖1-8車控式制動(dòng)系統(tǒng)示意圖圖1-9車控式制動(dòng)系統(tǒng)原理圖1.4城市軌道車輛制動(dòng)機(jī)的種類架