車輛工程列車制動(dòng) 第9章+高速和重載列車制動(dòng)

1、第九章第九章 高速和重載列車制動(dòng)高速和重載列車制動(dòng) 主要內(nèi)容： 高速列車制動(dòng)的特點(diǎn)；重載列車制動(dòng)要解決的問(wèn)題；電空制動(dòng)的原理；防滑器的工作原理； 第一節(jié)第一節(jié) 高速列車制動(dòng)高速列車制動(dòng) 一、高速列車的特點(diǎn)： 運(yùn)行速度超過(guò)200km/h，制動(dòng)功率與速度的3次方成正比； 編組輛數(shù)不會(huì)太多； q國(guó)際上高速鐵路的定義：既有線改造，運(yùn)行速度超過(guò)200km/h，新建線為250km/h ；高速列車的發(fā)展高速列車的發(fā)展19641964年年 日本東海道新干線誕生日本東海道新干線誕生19811981年年 法國(guó)東南線開(kāi)通法國(guó)東南線開(kāi)通19901990年年 法國(guó)創(chuàng)造法國(guó)創(chuàng)造515.3515.3km/hkm/h世界記錄

2、世界記錄19911991年年 德國(guó)兩條高速鐵路開(kāi)通德國(guó)兩條高速鐵路開(kāi)通19921992年年 西班牙首條高速鐵路開(kāi)通西班牙首條高速鐵路開(kāi)通19921992年年 意大利首條高速鐵路開(kāi)通意大利首條高速鐵路開(kāi)通19941994年年 英法海峽高速海底隧道開(kāi)通英法海峽高速海底隧道開(kāi)通20022002年年 9 9個(gè)國(guó)家個(gè)國(guó)家54355435kmkm高速線投入運(yùn)營(yíng)高速線投入運(yùn)營(yíng)二、高速列車制動(dòng)的特點(diǎn)： 多種制動(dòng)方式協(xié)調(diào)配合，普遍裝有防滑器； 列車制動(dòng)操縱控制普遍采用了電控、直通或微機(jī)控制電氣指令式等更為靈敏而迅速的系統(tǒng)。 粘著系數(shù)隨速度的提高而下降，高速列車對(duì)制動(dòng)力的需求非常大，輪軌間的制動(dòng)力與粘著力的矛盾比

3、較突出。 三、高速列車采用的制動(dòng)方式： 制動(dòng)方式的分類： v受粘著限制的摩擦制動(dòng)：閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)。 v受粘著限制的動(dòng)力制動(dòng)：電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)。v不受粘著限制的非粘制動(dòng)：磁軌制動(dòng)、線性渦流制動(dòng)。 高速列車多種制動(dòng)方式的配合：v 動(dòng)車一般是在受粘著限制的摩擦制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)中各取1 2種配合使用；法國(guó)的TGV-A采用“閘瓦制動(dòng)十電阻制動(dòng)”。v拖車無(wú)法采用動(dòng)力制動(dòng)，一般是受粘著限制的摩擦制動(dòng)和非粘制動(dòng)中各取一種配合使用； 法國(guó)的TGVN采用“盤形制動(dòng)十磁軌制動(dòng)” v每種列車幾乎都有三種制動(dòng)方式，基本是受粘著限制的摩擦制動(dòng)為基礎(chǔ)，動(dòng)車加動(dòng)力制動(dòng)，拖車加非粘制動(dòng)。復(fù)合制動(dòng)復(fù)合制動(dòng)高速列

4、車采用的制動(dòng)控制方式：國(guó)別日本列車型號(hào)0系100系300系16動(dòng)無(wú)拖12動(dòng)4拖10動(dòng)6拖最高運(yùn)行速度210230300運(yùn)用年代19641985191列車制動(dòng)控制方式電磁直通空液電氣指令直通 空液微機(jī)控制電氣指令 電空備用制動(dòng)直通電空直通電空直通電空防滑裝置電子防滑器電子防滑器微機(jī)控制防滑器國(guó)別法國(guó)列車型號(hào)TGV-STGV-ATGV-N2動(dòng)8拖2動(dòng)8拖2動(dòng)10拖最高運(yùn)行速度270300350運(yùn)用年代198319891995列車制動(dòng)控制方式自動(dòng)式 電空微機(jī)控制電氣指令 電空微機(jī)控制電氣指令 電空備用制動(dòng)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)防滑裝置電子防滑器微機(jī)控制防滑器微機(jī)控制防滑器國(guó)別德國(guó)列車型號(hào)IVE-V

5、ICE2動(dòng)3拖2動(dòng)14拖最高運(yùn)行速度300280運(yùn)用年代19901991列車制動(dòng)控制方式微機(jī)控制電氣指令 電空微機(jī)控制電氣指令 電空備用制動(dòng)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)防滑裝置微機(jī)控制防滑器微機(jī)控制防滑器四、發(fā)展趨勢(shì)：閘瓦制動(dòng)已經(jīng)逐漸被盤形制動(dòng)所代替，或者退居次要地位。 在動(dòng)力制動(dòng)中，電阻制動(dòng)逐漸被再生制動(dòng)所代替。 在非粘制動(dòng)中，摩擦式和渦流式基本上平分秋色。(渦流制動(dòng)，教材P10) 五、高速列車的制動(dòng)距離 多種制動(dòng)方式協(xié)調(diào)配合和裝設(shè)防滑器，只能縮短有效制動(dòng)距離； 采用電控、直通或微機(jī)控制電氣指令式的控制手段，可以縮短空走距離； 制動(dòng)距離隨列車速度的提高而適當(dāng)延長(zhǎng)是不可避免的，也是必需的。否則，制動(dòng)時(shí)列車

6、減速度就會(huì)太大，使旅客難以承受。 第二節(jié)第二節(jié) 重載列車制動(dòng)重載列車制動(dòng) 一、重載列車的特點(diǎn)： 運(yùn)行速度不高；編組車輛數(shù)很多，甚至是組合列車； 關(guān)鍵關(guān)鍵制動(dòng)技術(shù)制動(dòng)技術(shù)規(guī)章制度規(guī)章制度19671967年年 美國(guó)加拿大開(kāi)行萬(wàn)美國(guó)加拿大開(kāi)行萬(wàn)t t列車列車19731973年年 澳大利亞澳大利亞BHPBHP開(kāi)行重載列車開(kāi)行重載列車19781978年年 國(guó)際重載第一屆大會(huì)召開(kāi)國(guó)際重載第一屆大會(huì)召開(kāi)19841984年年 國(guó)際重載協(xié)會(huì)正式成立，中國(guó)國(guó)際重載協(xié)會(huì)正式成立，中國(guó) 成為常任理事國(guó)成為常任理事國(guó)19891989年年 南非創(chuàng)造南非創(chuàng)造7160071600t t重載列車紀(jì)錄重載列車紀(jì)錄19901990

7、年年 北美軸重全部采用北美軸重全部采用3333t t19961996年年 澳大利亞創(chuàng)造澳大利亞創(chuàng)造7219172191t t記錄記錄19991999年年 北美軸重達(dá)北美軸重達(dá)35.735.7t t20012001年年 澳大利亞創(chuàng)造澳大利亞創(chuàng)造9973499734t t記錄記錄重載列車的發(fā)展重載列車的發(fā)展二、重載列車的縱向沖動(dòng) 適應(yīng)34kt貨列的制動(dòng)裝置 不安全因素 6kt重載制動(dòng)波速降低；制動(dòng)波速降低；緩解波速急劇降低；緩解波速急劇降低；沖動(dòng)急劇增加；沖動(dòng)急劇增加；產(chǎn)生原因：v空氣波有一個(gè)傳播的過(guò)程，會(huì)造成沿列車長(zhǎng)度的制動(dòng)或緩解作用的不同時(shí)性：制動(dòng)機(jī)的不同時(shí)性； 制動(dòng)缸壓力上升或下降的速率；

8、制動(dòng)缸壓力變化的一致性（同時(shí)性）；v全車制動(dòng)缸壓力都達(dá)到指定值以后，單位制動(dòng)力沿列車長(zhǎng)度的不均勻分布；v各車輛之間的非剛性連接 ；制動(dòng)階段的劃分及性質(zhì)： v基本概念： 緩沖器彈簧被壓縮到靜平衡位置時(shí)的壓縮量稱為靜壓縮量靜壓縮量，列車縱向力稱為最大靜最大靜壓縮力壓縮力； 由靜平衡位置到動(dòng)平衡位置所增加的壓縮量稱為動(dòng)壓縮量動(dòng)壓縮量，所增加的列車縱向力稱為最大動(dòng)壓縮力最大動(dòng)壓縮力； v階段的劃分及性質(zhì)：第一制動(dòng)階段：第一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)開(kāi)始上升起，到最后一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)開(kāi)始上升止；第二制動(dòng)階段：第一階段末到第一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)升到最大值止； 第三制動(dòng)階段：第二階段末到最后一輛車制動(dòng)缸壓強(qiáng)升到最大值止；

9、第四制動(dòng)階段：由第三階段末到列車停?。?v一個(gè)研究列車縱向沖擊力的公式： 前蘇聯(lián)教授卡洛瓦茨基（定性分析 ） ZCZBktnlKAR2max)(三、重載列車制動(dòng)要解決的問(wèn)題： 列車的縱向沖擊； 重載編組輛數(shù)多，副風(fēng)缸多、列車管總?cè)莘e很大，從而還帶來(lái)其他問(wèn)題：v初充風(fēng)時(shí)間特別長(zhǎng)；v在同樣的機(jī)車制動(dòng)閥排風(fēng)和充風(fēng)速度下，列車管減壓和增壓速度都很低； v列車管的減壓和增壓速度沿管長(zhǎng)方向的衰減都比較嚴(yán)重。 四、重載列車制動(dòng)裝置應(yīng)具有的特點(diǎn)： 要有很高的制動(dòng)波速和較高的緩解波速； 現(xiàn)代制動(dòng)機(jī)的緊急制動(dòng)波速已達(dá)285m/s，提高空間有限。制動(dòng)缸采用變速充氣方法 ，達(dá)到減輕制動(dòng)沖擊、又不延長(zhǎng)制動(dòng)距離的目的；采

10、用摩擦系數(shù)較大的閘瓦，可改用較小的制動(dòng)缸和副風(fēng)缸，使重載列車的初充風(fēng)時(shí)間不致太長(zhǎng)；采用性能良好的空重車自動(dòng)調(diào)整裝置，保證空車不滑行，重車具有足夠的制動(dòng)力； 列車管內(nèi)壁和各個(gè)連接管器要具有較小的氣體流動(dòng)阻抗； 要用密封式制動(dòng)缸且有良好的壓力保持性能；牽引組合列車的處于列車中部的機(jī)車應(yīng)當(dāng)裝有中繼制動(dòng)裝置或同步制動(dòng)裝置； 五、我國(guó)貨車制動(dòng)機(jī)的演變過(guò)程： K G K 103 120 目前，在列車編組100輛、軸重21t、牽引重量8400t的條件下，空氣制動(dòng)系統(tǒng)尚能夠滿足運(yùn)用需要。隨著列車編組與牽引重量的增加，純粹的空氣制動(dòng)系統(tǒng)很難承受。第三節(jié) 準(zhǔn)高速列車電空制動(dòng)機(jī) 一、電空制動(dòng)機(jī)定義： v電空制動(dòng)機(jī)是

11、電控空氣制動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)稱。它是在空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上加裝電磁閥等電器部件而形成的。p在制動(dòng)機(jī)的發(fā)展中起到承上啟下的作用。特點(diǎn)： v原動(dòng)力仍然是壓力空氣與大氣壓強(qiáng)的壓差；v保留了原自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的減壓制動(dòng)、增壓緩解以及列車分離時(shí)能夠自動(dòng)制動(dòng)的一切特性；v制動(dòng)作用的操縱控制用電，用電信號(hào)代替氣壓信號(hào)傳遞制動(dòng)指令。v在制動(dòng)機(jī)的電控部分因故失靈時(shí)，可臨時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮簭?qiáng)控制的空氣制動(dòng)機(jī)。二、準(zhǔn)高速客運(yùn)制動(dòng)系統(tǒng)方案：在電操縱為主的同時(shí)要保持原空氣制動(dòng)機(jī)的全部作用 。 DK-1型電空制動(dòng)機(jī)或JZ-7型空氣制動(dòng)機(jī)加裝電控，應(yīng)能同時(shí)適用于操縱F-8加電控和104加電控。采用得電作用式，具有階段緩解和自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)性能。列車

12、管只有一根且滿足制動(dòng)機(jī)性能要求。 控制線路采用五線制，并具有故障顯示功能。 電操縱電源電壓為直流110V，蓄電池供電時(shí)不低下77V。 采用統(tǒng)一的閘瓦、閘片和閘片托組成 。防滑器采用軸控(制)式，輸入電源為交流220 v。 三、JZ7加電控：特點(diǎn)： 以電控為主、氣控為輔的機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)。組成： v原有的JZ7型空氣制動(dòng)機(jī)； v空電轉(zhuǎn)換閥空氣的壓差 電信號(hào) 操縱電磁閥v繼電器控制箱、電磁閥、壓力開(kāi)關(guān)；v導(dǎo)線：制動(dòng)導(dǎo)線、緩解導(dǎo)線、保壓導(dǎo)線、緊急導(dǎo)線和零線。 作用原理： v自動(dòng)制動(dòng)閥手柄置于運(yùn)轉(zhuǎn)位： 均衡風(fēng)缸充氣，空電轉(zhuǎn)換閥膜板的均衡風(fēng)缸側(cè)充氣，推動(dòng)膜板，使緩解繼電器得電，電流經(jīng)緩解導(dǎo)線使車輛緩解電磁

13、閥得電，從而使車輛制動(dòng)機(jī)緩解；列車管充氣增壓到與均衡風(fēng)缸平衡時(shí)，保壓導(dǎo)線得電，保壓電磁閥得電，車輛制動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)緩解保壓； v自閥手柄移到常用制動(dòng)區(qū)： 均衡風(fēng)缸減壓，空電轉(zhuǎn)換閥的膜板均衡風(fēng)缸側(cè)也減壓，使制動(dòng)繼電器得電，通過(guò)制動(dòng)導(dǎo)線使車輛的制動(dòng)電磁閥得電，使全部車輛發(fā)生制動(dòng)作用；當(dāng)列車管壓強(qiáng)減到與均衡風(fēng)缸平衡時(shí)，使保壓繼電器、保壓導(dǎo)線和保壓電磁閥得電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)保壓作用。 v自閥手柄置于緊急制動(dòng)位：制動(dòng)電磁閥得電； 進(jìn)入撒砂管的總風(fēng)也進(jìn)入緊急壓力開(kāi)關(guān)，使緊急繼電器得電，經(jīng)緊急導(dǎo)線傳到車輛緊急電磁閥，從而得到緊急制動(dòng)作用。v自閥手柄置于過(guò)充位： 均衡風(fēng)缸只能達(dá)到定壓，列車管壓力可比定壓高40kPa左右；

14、在電路上安裝了過(guò)充壓力開(kāi)關(guān)，過(guò)充時(shí)可切斷制動(dòng)繼電器通向制動(dòng)導(dǎo)線的電流；四、F-8加電控： 結(jié)構(gòu)： v原有的F8型空氣制動(dòng)機(jī)； v電空閥箱： 電磁閥共有三個(gè)：常用制動(dòng)電磁閥、緩解電磁閥、緊急(制動(dòng))電磁閥；放大閥和限壓閥；采用五線制：實(shí)際上只用制動(dòng)、緩解、緊急和零線四線，保證與保證與104加電控加電控混編，制，制動(dòng)保壓線仍應(yīng)保持貫通動(dòng)保壓線仍應(yīng)保持貫通； 管路連接方案管路連接方案作用原理： F F8 8加電控示意圖加電控示意圖改進(jìn)：v為了減輕與104加電控混編時(shí)的縱向沖動(dòng)，F(xiàn)-8加電控把緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)缸升壓時(shí)間放長(zhǎng)了一些； v改造其緊急制動(dòng)部分，增加了電空緊急放風(fēng)性能； 五、104加電控 組成

15、： v104型空氣制動(dòng)機(jī)、電磁閥安裝座、三個(gè)電磁閥(制動(dòng)、緩解和保壓)、緩解風(fēng)缸、相應(yīng)的管路、導(dǎo)線、插頭、插座等；v五線制：制動(dòng)、緩解、保壓、檢查(即F8加電控的緊急)和回線(即 零線)；104加電控連接示意圖 作用原理：v常用制動(dòng)： 制動(dòng)電磁閥得電，列車管壓力空氣經(jīng)過(guò)制動(dòng)電磁閥的閥口和縮孔堵排出大氣，使全列車各個(gè)車輛和機(jī)車同步發(fā)生制動(dòng)作用； v緩解： 緩解電磁閥得電，緩解風(fēng)缸的定壓空氣可經(jīng)過(guò)緩解電磁閥的閥口充入列車管，產(chǎn)生局部增壓作用，使全列車各個(gè)車輛和機(jī)車同步發(fā)生緩解作用；v保壓： 保壓電磁閥得電，104閥容積室排氣口的外接管不能通過(guò)此電磁閥口和縮孔堵排風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)電空制動(dòng)的緩解保壓作用；

16、q 104型制動(dòng)機(jī)是間接作用的二壓力制動(dòng)機(jī)為了使之具有階段緩解性能，特設(shè)緩解風(fēng)缸。第四節(jié)第四節(jié) 盤形制動(dòng)裝置盤形制動(dòng)裝置 一、盤形制動(dòng)裝置構(gòu)造作用示例： 懸掛方式： v制動(dòng)缸固定式 v制動(dòng)缸浮動(dòng)式 q杠桿支點(diǎn)拉板拉板8 8 與杠桿與杠桿6 6、7 7 組組 成一把夾鉗成一把夾鉗，以 三點(diǎn)懸掛三點(diǎn)懸掛在轉(zhuǎn)向 架構(gòu)架上。 合成閘片：v由合成摩擦材料和帶有燕尾的鋼背熱壓而成。 v散熱槽的作用： 增加摩擦面的貼合性增加摩擦面的貼合性排除磨屑排除磨屑散熱散熱 二、制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)型式：按摩擦面的配置，制動(dòng)盤可分為單摩擦面單摩擦面和雙摩擦面雙摩擦面兩類；按盤安裝的位置可分為軸盤式軸盤式和輪盤式輪盤式：v軸盤式

17、制動(dòng)盤裝在軸上：采用鍛鋼盤轂作為車軸與鑄鐵盤之間的過(guò)渡零件，在鑄鐵盤的螺栓連接處要加裝彈性套。v輪盤式制動(dòng)盤裝在輪上：三、盤形加踏面的混合制動(dòng)裝置： 踏面制動(dòng)單元： 盤形制動(dòng)單元： 四、應(yīng)用實(shí)例第五節(jié)第五節(jié) 防防 滑滑 器器 一、滑行： 定義： v在車輪滾動(dòng)過(guò)程中輪軌之間縱向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)(嚴(yán)重的而不是輕微的相對(duì)滑動(dòng))。 分類： v牽引狀態(tài)下發(fā)生：輪周牽引力超過(guò)了粘著限制，叫“空轉(zhuǎn)”或“打飛輪”； v制動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生：制動(dòng)力超過(guò)了粘著限制，叫“滑行”或“抱死輪”； 產(chǎn)生機(jī)理：v制動(dòng)的正常過(guò)程中，制動(dòng)力近似的等于閘瓦摩擦力； v閘瓦摩擦力大于粘著力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)車輪在鋼軌上連滾帶滑的現(xiàn)象。v車輪轉(zhuǎn)速急劇降低，閘瓦摩擦系數(shù)的劇增使閘瓦摩擦力幾乎直線上升，使車輪被“抱死”而不再滾動(dòng)； v制動(dòng)力不再由輪軌粘著力提供，而轉(zhuǎn)變?yōu)檩嗆夐g的滑動(dòng)摩擦力； 滑行產(chǎn)生機(jī)理滑行產(chǎn)生機(jī)理二、防滑器：作用： v 防止車輪滑行 ，但不能改善粘著。基本原理： v通過(guò)檢測(cè)車輪角減速度等判據(jù)，對(duì)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出判斷，如果車輪即將滑行，則在車輪由滾動(dòng)轉(zhuǎn)入滑行的過(guò)渡階段排制動(dòng)缸內(nèi)的壓力空氣來(lái)減小制動(dòng)力，使輪軌之間恢復(fù)粘著狀態(tài)。防滑器只能有效地利用輪軌間的粘著力而不能增大粘著力。 機(jī)械式防滑器的作用原理：v組成：傳感閥和排風(fēng)閥兩部分。v原理： 檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速的變