车辆工程列车制动 第9章+高速与重载列车制动

第九章高速和重载列车制动

主要内容：

高速列车制动的特点；重载列车制动要解决的问题；电空制动的原理；防滑器的工作原理；

第一节高速列车制动一、高速列车的特点：运行速度超过200km/h，制动功率与速度的3次方成正比；编组辆数不会太多；国际上高速铁路的定义：既有线改造，运行速度超过200km/h，新建线为250km/h

；高速列车的发展1964年日本东海道新干线诞生1981年法国东南线开通1990年法国创造515.3km/h世界记录1991年德国两条高速铁路开通1992年西班牙首条高速铁路开通1992年意大利首条高速铁路开通1994年英法海峡高速海底隧道开通2002年9个国家5435km高速线投入运营二、高速列车制动的特点：多种制动方式协调配合，普遍装有防滑器；列车制动操纵控制普遍采用了电控、直通或微机控制电气指令式等更为灵敏而迅速的系统。粘着系数随速度的提高而下降，高速列车对制动力的需求非常大，轮轨间的制动力与粘着力的矛盾比较突出。

三、高速列车采用的制动方式：制动方式的分类：受粘着限制的摩擦制动：闸瓦制动、盘形制动。受粘着限制的动力制动：电阻制动、再生制动、旋转涡流制动。不受粘着限制的非粘制动：磁轨制动、线性涡流制动。高速列车多种制动方式的配合：

动车一般是在受粘着限制的摩擦制动和动力制动中各取1～2种配合使用；法国的TGV-A采用“闸瓦制动十电阻制动”。拖车无法采用动力制动，一般是受粘着限制的摩擦制动和非粘制动中各取一种配合使用；法国的TGV—N采用“盘形制动十磁轨制动”

每种列车几乎都有三种制动方式，基本是受粘着限制的摩擦制动为基础，动车加动力制动，拖车加非粘制动。复合制动高速列车采用的制动控制方式：国别日本列车型号0系100系300系16动无拖12动4拖10动6拖最高运行速度210230300运用年代19641985191列车制动控制方式电磁直通空－液电气指令直通空－液微机控制电气指令电－空备用制动直通电空直通电空直通电空防滑装置电子防滑器电子防滑器微机控制防滑器国别法国列车型号TGV-STGV-ATGV-N2动8拖2动8拖2动10拖最高运行速度270300350运用年代198319891995列车制动控制方式自动式电－空微机控制电气指令电－空微机控制电气指令电－空备用制动空气制动空气制动空气制动防滑装置电子防滑器微机控制防滑器微机控制防滑器国别德国列车型号IVE-VICE2动3拖2动14拖最高运行速度300280运用年代19901991列车制动控制方式微机控制电气指令电－空微机控制电气指令电－空备用制动空气制动空气制动防滑装置微机控制防滑器微机控制防滑器四、发展趋势：闸瓦制动已经逐渐被盘形制动所代替，或者退居次要地位。在动力制动中，电阻制动逐渐被再生制动所代替。在非粘制动中，摩擦式和涡流式基本上平分秋色。(涡流制动，教材P10)五、高速列车的制动距离多种制动方式协调配合和装设防滑器，只能缩短有效制动距离；采用电控、直通或微机控制电气指令式的控制手段，可以缩短空走距离；制动距离随列车速度的提高而适当延长是不可避免的，也是必需的。否则，制动时列车减速度就会太大，使旅客难以承受。第二节重载列车制动一、重载列车的特点：运行速度不高；编组车辆数很多，甚至是组合列车；

关键制动技术规章制度1967年美国加拿大开行万t列车1973年澳大利亚BHP开行重载列车1978年国际重载第一届大会召开1984年国际重载协会正式成立，中国成为常任理事国1989年南非创造71600t重载列车纪录1990年北美轴重全部采用33t1996年澳大利亚创造72191t记录1999年北美轴重达35.7t2001年澳大利亚创造99734t记录重载列车的发展二、重载列车的纵向冲动

适应3～4kt货列的制动装置

不安全因素

6kt重载制动波速降低；缓解波速急剧降低；冲动急剧增加；产生原因：空气波有一个传播的过程，会造成沿列车长度的制动或缓解作用的不同时性：制动机的不同时性；制动缸压力上升或下降的速率；制动缸压力变化的一致性（同时性）；全车制动缸压力都达到指定值以后，单位制动力沿列车长度的不均匀分布；各车辆之间的非刚性连接；制动阶段的划分及性质：基本概念：缓冲器弹簧被压缩到静平衡位置时的压缩量称为静压缩量，列车纵向力称为最大静压缩力；由静平衡位置到动平衡位置所增加的压缩量称为动压缩量，所增加的列车纵向力称为最大动压缩力；阶段的划分及性质：第一制动阶段：第一辆车制动缸压强开始上升起，到最后一辆车制动缸压强开始上升止；第二制动阶段：第一阶段末到第一辆车制动缸压强升到最大值止；第三制动阶段：第二阶段末到最后一辆车制动缸压强升到最大值止；第四制动阶段：由第三阶段末到列车停住；

一个研究列车纵向冲击力的公式：

前苏联教授卡洛瓦茨基（定性分析）

三、重载列车制动要解决的问题：

列车的纵向冲击；重载编组辆数多，副风缸多、列车管总容积很大，从而还带来其他问题：初充风时间特别长；在同样的机车制动阀排风和充风速度下，列车管减压和增压速度都很低；列车管的减压和增压速度沿管长方向的衰减都比较严重。四、重载列车制动装置应具有的特点：

要有很高的制动波速和较高的缓解波速；

现代制动机的紧急制动波速已达285m/s，提高空间有限。制动缸采用变速充气方法，达到减轻制动冲击、又不延长制动距离的目的；采用摩擦系数较大的闸瓦，可改用较小的制动缸和副风缸，使重载列车的初充风时间不致太长；采用性能良好的空重车自动调整装置，保证空车不滑行，重车具有足够的制动力；列车管内壁和各个连接管器要具有较小的气体流动阻抗；要用密封式制动缸且有良好的压力保持性能；牵引组合列车的处于列车中部的机车应当装有中继制动装置或同步制动装置；

五、我国货车制动机的演变过程：

KGK103120

目前，在列车编组100辆、轴重21t、牵引重量8400t的条件下，空气制动系统尚能够满足运用需要。随着列车编组与牵引重量的增加，纯粹的空气制动系统很难承受。第三节准高速列车电空制动机

一、电空制动机定义：

电空制动机是电控空气制动机的简称。它是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电器部件而形成的。在制动机的发展中起到承上启下的作用。特点：

原动力仍然是压力空气与大气压强的压差；保留了原自动空气制动机的减压制动、增压缓解以及列车分离时能够自动制动的一切特性；制动作用的操纵控制用电，用电信号代替气压信号传递制动指令。在制动机的电控部分因故失灵时，可临时转变为空气压强控制的空气制动机。二、准高速客运制动系统方案：在电操纵为主的同时要保持原空气制动机的全部作用。

DK-1型电空制动机或JZ-7型空气制动机加装电控，应能同时适用于操纵F-8加电控和104加电控。采用得电作用式，具有阶段缓解和自动补风性能。列车管只有一根且满足制动机性能要求。控制线路采用五线制，并具有故障显示功能。电操纵电源电压为直流110V，蓄电池供电时不低下77V。采用统一的闸瓦、闸片和闸片托组成。防滑器采用轴控(制)式，输入电源为交流220v。三、JZ－7加电控：特点：以电控为主、气控为辅的机车电空制动机。组成：

原有的JZ—7型空气制动机；空电转换阀空气的压差电信号操纵电磁阀继电器控制箱、电磁阀、压力开关；导线：制动导线、缓解导线、保压导线、紧急导线和零线。作用原理：自动制动阀手柄置于运转位：均衡风缸充气，空电转换阀膜板的均衡风缸侧充气，推动膜板，使缓解继电器得电，电流经缓解导线使车辆缓解电磁阀得电，从而使车辆制动机缓解；列车管充气增压到与均衡风缸平衡时，保压导线得电，保压电磁阀得电，车辆制动机实现缓解保压；自阀手柄移到常用制动区：均衡风缸减压，空电转换阀的膜板均衡风缸侧也减压，使制动继电器得电，通过制动导线使车辆的制动电磁阀得电，使全部车辆发生制动作用；当列车管压强减到与均衡风缸平衡时，使保压继电器、保压导线和保压电磁阀得电，实现制动保压作用。

自阀手柄置于紧急制动位：制动电磁阀得电；进入撒砂管的总风也进入紧急压力开关，使紧急继电器得电，经紧急导线传到车辆紧急电磁阀，从而得到紧急制动作用。自阀手柄置于过充位：均衡风缸只能达到定压，列车管压力可比定压高40kPa左右；在电路上安装了过充压力开关，过充时可切断制动继电器通向制动导线的电流；四、F-8加电控：结构：原有的F－8型空气制动机；电空阀箱：电磁阀共有三个：常用制动电磁阀、缓解电磁阀、紧急(制动)电磁阀；放大阀和限压阀；采用五线制：实际上只用制动、缓解、紧急和零线四线，保证与104加电控混编，制动保压线仍应保持贯通；

管路连接方案作用原理：

F－8加电控示意图改进：为了减轻与104加电控混编时的纵向冲动，F-8加电控把紧急制动时的制动缸升压时间放长了一些；改造其紧急制动部分，增加了电空紧急放风性能；五、104加电控组成：104型空气制动机、电磁阀安装座、三个电磁阀(制动、缓解和保压)、缓解风缸、相应的管路、导线、插头、插座等；五线制：制动、缓解、保压、检查(即F—8加电控的紧急)和回线(即零线)；104加电控连接示意图

作用原理：常用制动：制动电磁阀得电，列车管压力空气经过制动电磁阀的阀口和缩孔堵排出大气，使全列车各个车辆和机车同步发生制动作用；

缓解：

缓解电磁阀得电，缓解风缸的定压空气可经过缓解电磁阀的阀口充入列车管，产生局部增压作用，使全列车各个车辆和机车同步发生缓解作用；保压：保压电磁阀得电，104阀容积室排气口的外接管不能通过此电磁阀口和缩孔堵排风，从而实现电空制动的缓解保压作用；

104型制动机是间接作用的二压力制动机为了使之具有阶段缓解性能，特设缓解风缸。第四节盘形制动装置一、盘形制动装置构造作用示例：

悬挂方式：

制动缸固定式制动缸浮动式杠杆支点拉板8与杠杆6、7组成一把夹钳，以

三点悬挂在转向架构架上。合成闸片：由合成摩擦材料和带有燕尾的钢背热压而成。散热槽的作用：增加摩擦面的贴合性排除磨屑散热

二、制动盘的结构型式：按摩擦面的配置，制动盘可分为单摩擦面和双摩擦面两类；按盘安装的位置可分为轴盘式和轮盘式：轴盘式制动盘装在轴上：采用锻钢盘毂作为车轴与铸铁盘之间的过渡零件，在铸铁盘的螺栓连接处要加装弹性套。轮盘式制动盘装在轮上：三、盘形加踏面的混合制动装置：踏面制动单元：盘形制动单元：

四、应用实例第五节防滑器一、滑行：定义：在车轮滚动过程中轮轨之间纵向发生相对滑动(严重的而不是轻微的相对滑动)。分类：牵引状态下发生：轮周牵引力超过了粘着限制，叫“空转”或“打飞轮”；

制动状态下发生：制动力超过了粘着限制，叫“滑行”或“抱死轮”；产生机理：制动的正常过程中，制动力近似的等于闸瓦摩擦力；闸瓦摩擦力大于粘着力时，会出现车轮在钢轨上连滚带滑的现象。车轮转速急剧降低，闸瓦摩擦系数的剧增使闸瓦摩擦力几乎直线上升，使车轮被“抱死”而不