第3章 列车制动力《列车牵引与操纵》教学课件

《列车牵引与操纵》✩精品课件合集第三章列车制动力一、教学重点：1.制动力概述：制动系统在城市轨道车辆运行中的重要意义；电客车制动力概念；制动方式。2.制动力的产生过程及计算：闸瓦制动力的产生和计算；动力制动制动力的产生和计算；制动力的传递。3.闸瓦摩擦系数及其影响因素，制动滑行的原因、危害、制动力的限制；自动防滑装置。4.轴制动率和停放制动

二、考核内容：

1、列车制动力的基本概念。

2、列车制动受轮轨粘着力的限制。

3、列车制动制动的操纵方式。第一节制动力概述一、制动系统在城市轨道车辆运行中的重要意义1、制动制动：人为地使运动物体减速或阻止其加速叫做制动。2、制动的意义是提高载重和运行速度的前提条件；是列车运行安全和正点的重要保证。3、粘着与非粘着制动粘着制动：粘着制动的制动能力来自轮轨的粘着力，因此粘着力的大小也成为制动能力的限制。粘着制动主要有闸瓦制动、盘形制动和动力制动以及电空混合制动等形式。非粘着制动：与粘着制动的制动原理不同,是比较新型的制动方式，制动能力不受粘着制动力的限制，主要有涡流轨道制动、磁轨制动以及气动力制动(翼板制动)。非粘制动简介准高速、高速铁路及新型城市轨道车辆——采用非粘着制动(例如：磁轨制动、轨道涡流制动等)来作为辅助紧急制动系统。-只靠轮轨粘着制动达不到所要求的制动减速度；在下雨下雪等恶劣天气下，紧急制动时，磁轨制动可以改善粘着；-可以缓解制动盘的负荷，可以防止制动盘的热裂。

4、制动装置它包括两个部分：制动控制系统和制动执行系统。制动控制系统由制动信号发生与传输装置和制动控制装置组成。制动执行系统通常为基础制动装置，有闸瓦制动与盘形制动等。二、列车制动力：

由列车制动装置产生的，与列车运动方向相反，司机可以控制和调节其大小的外力，称为列车制动力。

提问：

列车制动力与列车运行阻力有何异同？三、制动能力与制动功率

1）制动能力：电客车的制动能力是指制动系统能使其在规定的制动距离内安全停车的能力。2）紧急制动距离：从司机施加紧急制动开始到列车完全停车时止，列车所走行的全制动距离。按照城市轨道车辆的运行规程，要求电客车在非常情况下的制动距离（称紧急制动距离）不超过某一规定值。例如地铁规定的紧急制动距离一般为180m。3）制动功率：制动系统转移动能的能力称为制动功率。在一定的制动距离条件下，电客车的制动功率是其速度的三次函数，即P=f(V3)。所以，电动车组的制动功率要比驱动功率大5倍～10倍。四、城市轨道交通车辆的制动系统应满足的条件

城市轨道交通的站距较短，因此电客车的调速及停车都比较频繁。为了提高运行速度，尤其是对高架有轨交通车辆和地铁列车，必须使其启动快、制动距离短。同时城市轨道交通车辆的旅客上下波动较大，对车辆载重有较大的影响。针对这些特点，城市轨道交通车辆的制动系统应满足以下条件：（1）操纵灵活，制动减速快，动作灵敏可靠，车组前后车辆制动、缓解作用一致。（2）具有足够的制动能力，能保证电客车在规定的制动距离内停车。在长大下坡道上运行时，其制动力不会衰减。（3）新型的城市轨道交通车辆，应具有动力制动与摩擦制动的联合制动能力。在正常制动过程中，优先使用动力制动，以减少对城市环境的污染和降低运行成本。（4）车辆应具有载荷校正能力，能根据乘客载荷的变化自动调节制动力，使车辆制动率保持恒定，以减小列车冲动，保证乘客乘坐的舒适性。（5）具有紧急制动性能，遇到紧急情况时，能使电客车在规定距离内安全停车。紧急制动作用除可由司机操纵外，必要时还可由行车有关人员利用紧急按钮（紧急阀）进行操纵。（6）电客车在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危急行车安全的事故时，应能自动实施紧急制动。五、制动分类

按照列车不同运行速度及制动安全的需要，将制动系统分为两大类：空气（摩擦）制动和电制动。（一）空气（摩擦）制动1、作用1）是电制动的补充；2）可以施加紧急制动；3）没有电制动或电制动故障时可以满足列车对制动力的需要。2、空气（摩擦）制动分类闸瓦制动盘形制动

这两种制动是最直观的轮轨粘着制动，属于摩擦制动。盘形制动是有数字式电控制动系统或电子模拟式无级制动系统控制压缩空气，对盘形制动器实施制动或缓解。轮盘式轴盘式

闸瓦制动

盘形制动非粘制动简介——磁轨制动和涡流制动磁轨制动是通过将车辆转向架上的磁铁吸附在轨道上并使车辆在轨道上滑行产生的制动。由于磁轨制动时，电磁铁与钢轨间的摩擦系数远远大于滚动摩擦系数，因此，其摩擦力数倍于滚动摩擦力，其制动效率也远大于闸瓦和闸盘。涡流制动则是将电磁铁落至距轨面7—10mm处，电磁铁与钢轨间的相对运动引起电涡流作用形成制动力。这两种方式称为电磁制动，其最大的优点是产生的制动力不受轮轨间的粘着条件限制。磁轨制动的不足之处是,其制动力的产生和消失都很突然,这种制动和缓解作用的突发性使其更适合作为辅助性紧急制动装置。非粘制动简介——磁轨制动和涡流制动（二）动力制动1、电阻制动如果制动列车所在的接触网供电区段内无其它列车吸收该制动能量，VVVF则将能量反馈在制动电阻上，将电机上的制动能量转变成电阻的热能消耗掉，此即电阻制动（亦称能耗制动）。制动电阻上的热能靠强迫通风而散于大气中。电阻制动能提供较稳定的制动力，能单独满足常用制动的要求。2、再生制动当发生常用制动时，电动机变成发电机状态运行，将车辆的动能变成电能，经VVVF逆变器整流成直流电反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的其它车辆牵引用和供给本车的其它系统（如辅助系统等），此即再生制动。再生制动取决于接触网的接收能力，亦即取决于网压高低和负载利用能力。这种方式既能节约能源，又减少制动时对环境的污染，并且基本上无磨耗，因此是一种较为理想的制动方式。目前，地铁车辆普遍采用这种制动方式。六、制动操纵方式在制动操纵上，按其作用条件和性质的不同，地铁车辆制动系统采用的制动方式有：1．弹簧停放制动由于列车断电停放时，制动缸压力会因管路漏泄无压力空气补充而逐步下降到零，所以停放制动不同于一般的充气-制动，排气-缓解，它是通过弹簧作用力而产生制动作用，能满足列车较长时间断电停放的要求。所设计的弹簧制动力可保证AW3超员载荷列车停于4‰的坡道上。另外弹簧停放制动除可充气缓解外，还附加有手动紧急缓解的功能。2．紧急制动紧急制动是列车在可能危及行车及人身安全等紧急情况下采取的异常措施，其目的是要求列车尽快停止运动，因此，制动作用猛烈，制动力为空气制动装置的全部制动能力。另外，紧急制动装置经常有冗余设备，其可靠性非常高，以确保在列车发生断电、车体分离等紧急情况下也能保证良好制动效果。列车设计有一个“失电制动、得电缓解”的紧急空气制动系统，贯穿整个列车的DC110V连续电源线控制制动系统的缓解，线路一旦断开，所有车立即实施紧急制动。紧急制动可不经过制动微机控制单元的控制，直接由制动控制单元BCE中的紧急电磁阀失电而产生。3．快速制动当主控制器手柄移到“快速制动”位时，列车将实施减速度与紧急制动相同的快速制动。所不同的是紧急制动是不可逆的，必须待列车完全停稳后方可缓解制动，而快速制动时，司机则可根据需要随时实施缓解。4．常用制动是正常情况下为调控列车速度或进站停车所施行的制动，其作用较缓和，而且制动力可以调节，根据制动级数，常用制动力一般为制动装置制动能力的20％—80％。在常用制动模式下，电制动和空气（摩擦）制动一般都处于激活状态。一般情况下（车载AW2以下，速度8km/h（可调）以上），电制动完全能满足车辆制动要求，当电制动力不能满足制动要求时，气制动能够迅速、平滑地补充，实现混合制动的作用。以上几种制动操纵方式中，常用制动和紧急制动是两种最主要的方式。

第二节闸瓦制动力的产生和计算

闸瓦制动是应用最广泛的制动方式，也是中国最主要的制动方式。下面先介绍闸瓦制动的制动力。一、闸瓦制动力的产生和计算制动一般是在牵引力为零的情况下进行的，制动以前，列车靠惯性运行。司机将制动手柄推向某一制动位，压缩空气经列车管进入制动缸，在制动缸勾贝上产生压强p,p乘以鞲鞴面积为制动缸鞲鞴杆所受推力Pb,即

·10-3

(N)·10-3

制动力产生过程

制动原力P经制动杠杆放大后传给闸瓦，转向架同一侧前后两个闸瓦压力之和，或同一轮对上左右两个闸瓦压力之和为：

K=ηz·β·Pb·10-3

（KN）（式3-2）如图3-4所示，当两个闸瓦以ηz·β·Pb

的压力压上轮对时，闸瓦与正在转动（或者转动趋势）的轮对之间产生摩擦力B＇。

B＇=K·φk=φk·ηz·β·Pb·10-3（KN（式3-3）式中：

φk—闸瓦与车轮的摩擦系数，简称为闸瓦摩擦系数。因此，一列列车的制动力：

B=KZ·Bz=KZ·φk·ηz·β·Pb·10-3

（KN）（式3-5）式中：KZ——列车实施闸瓦制动的轮对数；

Φk——闸瓦摩擦系数；

ηz——基础制动装置传动效率；

β——制动倍率；

Pb——制动原力。将式3-1代入

·10-6

（KN)（式3-6）式中：d——制动缸勾贝直径，（mm）；

P——制动缸充气压强，（KPa）；

二、闸瓦摩擦系数和制动力限制（一）闸瓦摩擦系数

闸瓦紧压车轮，引起阻止车轮转动的力叫摩擦力，摩擦系数就是摩擦力与闸瓦压力的比值，用φk表示，简称闸瓦摩擦系数。

闸瓦摩擦系数直接影响制动性能的好坏，对闸瓦摩擦系数的要求是：数值要大，要比较稳定。影响闸瓦摩擦系数大小的因素有下列几个：1、闸瓦材质：铸铁闸瓦的摩擦系数随硬度的加大、车速的增高而降低。在铸铁闸瓦中含磷量较高的摩擦系数也较大，且比较稳定，但高鳞铸铁闸瓦脆性大。所以，中国铁路现大量采用中磷铸铁闸瓦。塑料合成闸瓦与车轮间是非金属与金属的摩擦，摩擦系数较大，且更稳定。但塑料的传热性能差，散热难，易使车轮踏面产生热裂剥离。合成闸瓦有低摩瓦、高摩瓦两种，通常所说的合成闸瓦均指摩擦系数较高的高摩瓦。2、闸瓦压强：试验结果表明，对于铸铁闸瓦来说，在闸瓦压强小于3000KPa时，闸瓦压强越大，则摩擦系数越小，压强增大一倍，摩擦系数降27%。运用中闸瓦压强一般不许超过1200Kpa。因此，对于需要增加制动力的车辆，应注意加大闸瓦与车轮踏面的接触面积。例如，采用“双侧制动”的办法，在每个车轮的前后分别设置一块闸瓦，用增加闸瓦数量的方法来增大闸瓦与车轮的接触面积，降低闸瓦压强，并使轮对受力均匀，可更加有效地提高摩擦系数。3、列车运行速度：摩擦系数受运行速度影响很大，速度越高，摩擦系数越小。在列车要接近停车的瞬间，摩擦系数急剧增大到平均值的1.5～2.0倍。4、其它除上述主要因素之外，闸瓦摩擦系数还与气候、车轮踏面湿度、清洁状况、以及轮瓦新旧程度等因素有关。由于影响闸瓦摩擦系数的因素很多，很复杂，很难用理论方法来推导。经过一系列试验，在《列车牵引计算规程》中，已将高摩合成闸瓦瞬时实际摩擦系数计算公式确定为：（式中3-9）式中V——制动运行速度（km/h）。

（二）制动力的限制根据对制动力产生过程的分析得知，当KΦk的值不超过轮轨间的粘着力时，制动力Bz在数值上等于闸瓦与车轮间的摩擦力，即Bz=KΦk。可见制动力随闸互与车轮间摩擦系数的增大而增大，也可以说制动力随闸瓦压力的增大而增大，众所周知，列车运行时，增大制动力可缩短制动距离，提高行车的安全性，但是，这也和动车牵引力一样，必须遵守粘着定律，不能无限制地盲目增大制动力，当KΦk值增大到等于轮轨间的极限粘着力时，这时制动力实现了最大值，当制动力超过轮轨间的粘着条件允许的最大值时，由于车轮被闸瓦抱紧而不能转动，此时，电动车组因惯性作用，不能立即停止，因而使车轮在轨面上滑行前进。这种动车运行时车轮不转动，而沿钢轨滑行的现象，称为车轮滑行，所以，我们说制动力受轮轨间粘着条件的限制。

在不滑行的前提下，闸瓦压力越大，制动力也越大，所以，闸瓦压力的限制就成了制动力的限制，从图3-6可看出，滑行后的制动力急剧下降，因为，滑行时轮轨间的滑动摩擦力成为制动力，而轮轨间的滑动摩擦系数φ值要比粘着系数μ小很多，所以司机在制动机操纵中应了解闸瓦摩擦系数φK

和轮轨间粘着系数μ的变化规律，掌握闸瓦压力不使其超过最大值。因为，滑行时，会使制动距离延长，而且会造成行车事故或车轮踏面和钢轨的擦伤。为保证正常的制动力不超过粘着力，对一个轮对来说，必须受下列条件限制，即：

KΦk≤Qiμ图3-6滑行发生过程φφK

三、列车制动率

是牵引计算中的重要数据，它表示列车所具有的制动能力。列车全部闸瓦压力之和与该车的总重力之比称为列车制动率，用δC表示：即（式3-9）在安全范围内，δ应尽可能取得高一些，但δ值越高，制动滑行危险就越大，所以，在设计制造上合理选择δ是防止制动滑行的一种手段，在制动机操纵上，尽可能不使用紧急制动，必要时要适量撒砂，以增大轮轨间的粘着力。

四、自动防滑装置

自动防滑装置采用了模糊控制技术、微处理机系统、高抗干扰电源、四种滑动判断检测轮对的运转工况、重叠采样、多路通道分析、多种状态分段巡回检测，还具有自动保护、自动检测、故障显示等功能。因此能有效地防止列车在制动过程中，因制动力过大或轮轨间粘着力降低，引起车轮抱死（产生滑动）所造成的车轮踏面擦伤，并能有效地利用轮轨粘着，确保安全的制动距离。五、制动力的传递制动力的产生过程与牵引力相似，同一轮对上制动力，B与牵引力F的作用点相同，因此，其传递路径与牵引力传递路径相同，作用力方向相反。第三节动力制动制动力的产生和计算动力制动，无论是电力机车或地铁列车采用的电阻制动，都具有与闸瓦制动不相同的性能：在高速时制动力随速度的降低而增大，而在低速时制动力随速度的降低而减小。在长大下坡道上，采用动力制动可使列车安全地以较大速度行驶，提高线路通过能力；通过站场或在缓行区段，使用动力制动减速，可节省轮、瓦的摩耗。但是，动力制动只是在机车或动车上才能应用，所以，它并不能代替闸瓦制动。且由于低速时动力制动的制动力随速度降低，列车在减速和停车时还必须依靠闸瓦制动来控制。一、动力制动力的产生电制动是利用直流电机的可逆原理，在制动工况时，使牵引电动机变为发电机，由轮对驱动，将列车的动能转换成电能，再通过制动电阻转变成热能后散逸掉。牵引电动机由牵引工况过渡到制动工况要完成下列的转换：①切断牵引电动机电源，使牵引电动机与牵引发电机或牵引变压器断开；②将牵引电动机的励磁绕组与电源接通，建立一定的磁场，使被轮对驱动的牵引电动机转为发电机工况；③在牵引电动机电枢回路中串入制动电阻，以消耗电能。电阻制动

牵引电动机励磁电流

制动电流

制动电阻电枢的旋转方向

电磁转矩与电枢的旋转方向相反

二、动力制动力计算设此时电机产生的电磁转矩为Md,则动车电阻制动所产生的电阻制动力Bd为：车辆速度与电机转速的关系如下：式中:m——电机台数；

Dk­——车轮滚动圆直径，（mm）；

i——齿轮传动比；

Md——电机电磁转矩；

n——电机转速（r/min）。

练习题一、填空题：1、人为地使运动