高速动车组制动技术的应用

高速动车组制动技术的应用

随着我国高铁运行速度的快速发展，列车安全运行变得越来越重要。特别是在制动过程中,保证高速列车运行的安全可靠性和有效性是必须解决的问题。对于高速列车的制动来说,传统的摩擦制动方式已不能保证运行的安全,必须采用综合制动系统来保障列车的运行安全可靠性。下面先让我们来详细的了解一下当前高速动车组制动系统的组成、作用及工作原理。1制动距离的确定高速列车的制动系统与普通列车制动系统一样,但其在技术上是完全突破传统列车的制动模式的,他要求的是全新的技术内容。高速列车制动系统应满足以下要求:(1)尽可能缩短制动距离以保障行车安全。高速列车必须尽可能缩短制动距离,因为自动闭塞的信号区间长度完全由列车允许的制动距离来决定。速度高,势必引起制动距离延长,同时需要转移的制动能量也大大增加。但距离太长,信号区间也长,则引起站段通过能力减少,列车运行时间损耗增大,导致高速列车整体效益下降甚至丧失。另外,当制动距离一经确定后,不间断的机车信号装置中就将保存这些制动曲线,因而高速列车的制动系统必须保证:即使在大雪、大雾、结冰、粘着下降,甚至系统部分失灵的情况下,也不能超过允许的制动距离,否则将导致发生事故。(2)保证高速制动时车轮不滑行。缩短制动距离与车轮不滑行是一对矛盾。尤其在高速时轮轨之间的粘着系数急剧下降,特别在轨面潮湿时粘着系数更低。既要缩短制动距离,又能保证不产生滑行,应采取如下措施:(A)按速度控制制动力的大小以充分利用粘着;(B)采用高性能的防滑装置;(C)采用非粘着制动方式。(3)司机操纵控制系统灵活可靠,能适应自动控制的要求。(4)尽量降低制动系统簧下重量。目前国内200km/h电动车组制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统,备用制动采用自动式空气制动机,基础制动采用盘形制动加踏面清扫器,动力制动采用再生制动,是再生制动与空气制动组成的联合制动系统。再生制动与空气制动如何协调配合,得到基本恒定的制动功率是需要解决的首要问题,只有解决好这个问题,才能确保更高速度动车组的制动要求。2制动作用的测试为了确保高速列车的运行安全,制动系统、必须具备下列功能:(1)制动作用灵敏,可靠,并且无冲动。(2)制动力控制自如。(3)反复制动作用有效。(4)列车分离时,全列车能够自动产生制动作用。(5)电器设备所用电源安全可靠。(6)操作简单。3车辆铅电池制动类型(1)闸瓦制动:又称踏面制动,是目前我国铁路使用最广泛的一种制动方式。它用铸铁或其它材料制成的制动闸瓦紧压滚动着的车轮踏面,通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦产生制动力将列车的动能转变为热能,消散在大气中。随着列车的高速化,闸瓦制动以逐渐被盘形制动所代替,不过为了保持踏面洁净,有的制动机又加装踏面清扫装置,保持车轮踏面清洁度。(2)盘形制动:与闸瓦制动相比,盘形制动有下列主要优点:可以大大减轻车轮踏面的热负荷和磨耗。可按制动要求选择最佳摩擦副,制动平稳,噪声小。缺点是:车轮踏面没有闸瓦的摩擦,轮轨粘着将恶化,制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大,影响转向架的运行品质,运行中因阻力增大而增加牵引功率的消耗。(3)电阻制动:电阻制动是制动时将牵引主电机作发电机,利用动能发电并将电能通过车辆的制动电阻转变为热能,从而获得制动力的方法。在动力制动中,电阻制动逐渐被再生制动所代替。这是因为,后者可以节能,经济性比较好。(4)再生制动:再生制动是制动时将牵引主电机作发电机,利用动能发电并将电能反馈给电网,从而获得制动力的方法。再生制动在经济上比电阻制动合算,但技术上比较复杂,而且,它只能用于有电网供电的电力机车和电动车组,反馈回电网的电能要马上被正在牵引运行的电力机车或电动车组接受和利用。(5)旋转涡流制动:旋转涡流制动是在车轴上装金属盘,制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转,盘表面感应出涡流,产生电磁力并发热消散于大气中,从而产生制动力。与盘形制动相比,旋转涡流制动虽然无磨耗,但其制动力也要受粘着限制,且消耗电能太多。(6)磁轨制动:磁轨制动是在转向架的两个侧架下面,各安置一条制动用的电磁铁,制动时将它放下,利于电磁吸力紧压钢轨,通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力。磁轨制动的主要优点是消耗功率小、每米电磁铁消耗1KW左右的功率,可由蓄电池供给电流。缺点是磨耗较大,制动力不易调节,并随速度增加制动力下降较快。通常,磁轨制动仅在紧急制动时使用。(7)线性涡流制动:线性涡流制动与磁轨制动安装相似,但线性涡流制动的电磁铁在制动时只放下到离轨面很近的距离处而不与钢轨接触。它是利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流,产生电磁吸力作为制动力。线性涡流制动的优点是:高速时有较高的制动力,制动力特性曲线较理想,无磨耗,容易控制并可连续调节。其缺点是:制动时产生的涡流使钢轨加热,并影响轨道稳定性,这个温度允许的最大值由钢轨类型和状态的变化来决定。涡流制动有相当高的电能消耗,它以制动力的平方而增加,因此,励磁电流须从接触网供给电流。如果电源故障,需自动转为蓄电池供电,故需将车辆铅电池改为Nicd电池,因铅电池在低温和强电流下,不能达到所需的供甩能力。涡流制动的电磁场干扰信号装置。4两组制动形式(1)受粘着限制的摩擦制动:闸瓦制动、盘形制动。(2)受粘着限制的动力制动:电阻制动、再生制动、旋转涡流制动。(3)不受粘着限制的非粘着制动:磁轨制动、线性涡流制动。电力制动具有不受闸瓦等摩擦系数的影响,且能大幅降低闸瓦和车轮的磨耗的优点。但由于电力制动在低速区制动力迅速衰减,因此,空气制动还是必不可少。在非粘着制动中,摩擦式和涡流式基本上平分秋色,摩擦式磨损电磁铁和钢轨,涡流式耗电力厉害。根据以上的分析并结合我国的实际情况,我国高速试验列车采用了盘形制动、再生制动和磁轨制动。由于粘着制动始终是基础,为了充分利用粘着,高速列车用微机来控制制动力的复合并普遍装有防滑器。5高速列车制动系统多种制动方式的协调配合和普遍装有防滑器,只能缩短有效制动距离,为了缩短空走时间,从而缩短空走距离,高速列车的主控方式以由空气压强控制转变为电控,即由空气制动机转变为电空制动机,由自动式转变为电磁直通式,近期又进一步向微机控制的方向发展。高速列车制动的总目标是控制列车的制动距离,使它不致于随列车速度的增大而增长太多。但是,制动距离随列车速度的提高而适当延长是不可避免的,也是必须的。否则,制动时列车减速度太大,旅客会承受不了。高速列车制动系统采用以下两种控制方式:(1)电磁直通空气制动。电磁直通空气制动是通过贯穿全列车的制动控制连线,将制动控制指令用电信号同时发送给每一节车的微机控制系统,再由每一节车的微机控制系统控制电磁阀的动作,使制动缸可以在不通过分配阀的情况下,直接获得总风压力或将制动缸压力空气直接排出到大气。由于用电指令操纵控制,所以制动和缓解的一致性得到极大改善,显著减轻了列车的纵向冲击。直通电空同时也减少了空走时间因而使制动距离明显缩短。电磁直通空气制动具有很多优点:可连续实施制动作用;灵敏度高且制动同步性好:准确圆滑的电空运算协调控制:有效利用再生制动;提高了舒适度;具有结构简单的高性能空重车调整装置;适应高速的制动缸压力控制(速度一粘着模式控制);微机化使制动接受器与监控装置相结合。(2)自动空气制动。高速列车当电空制动故障时,自动空气制动发挥作用;电空控制正常时,自动空气制动不起作用。自动空气制动仅作为备用制动系统用来提高列车的安全系数。6安全防护装置为了确保列车运行安全,尽管设置了准确可靠的地面信号装置,但在浓雾、风雪等气候条件下难以确认信号。另外,由于司机打磕睡或误看信号等原因,很有可能列车冲撞等重大事故。因此,在列车没按信号运行时需要报警引起司机注意,同时自动施行制动停车,以保证列车安全。高速列车的安全防护装置有以下几种:(1)自动停车装置(ATS)。ATS是列车接近停车信号机时,进行车内报警的装置。该装置报警后,如果司机仍不确认操作或没按规定减速度进行操纵时,便自动实施制动使列车自动停车。(2)自动控制装置(ATC)。ATC是控制列车的运行速度低于地面速度信号的装置。当信号速度下降时,ATC装置便自动实施制动以降低列车速度;当列车速度底于信号限制速度时,便自行缓解。(3)自动驾驶装置(ATP)。ATP是根据多级速度信号及速度条件,对列车自动进行加速、减速的控制装置。ATP的主要作用是保证列车正点运行和改善旅客的乘坐舒适度。同时,在防止列车冲撞和超速运行方面,起到ATP的作用。ATP参考ATC的速度设置,通常控制列车在设定的