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Nied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)o

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目标速度以下

运行。另外，