高速動(dòng)車組制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

高速動(dòng)車組制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國高鐵運(yùn)行速度的快速發(fā)展，列車安全運(yùn)行變得越來越重要。特別是在制動(dòng)過程中,

保證高速列車運(yùn)行的安全可靠性和有效性是必須解決的問題。對(duì)于高速列車的制動(dòng)來說，

傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)方式已不能保證運(yùn)行的安全，必須采用綜合制動(dòng)系統(tǒng)來保障列車的運(yùn)行安

全可靠性。下面先讓我們來詳細(xì)的了解一下當(dāng)前高速動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的組成、作用及工作

原理。

1制動(dòng)距離的確定

高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)與普通列車制動(dòng)系統(tǒng)一樣，但其在技術(shù)上是完全突破傳統(tǒng)列車的制動(dòng)

模式的，他要求的是全新的技術(shù)內(nèi)容。高速列車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

(1)盡可能縮短制動(dòng)距離以保障行車安全。高速列車必須盡可能縮短制動(dòng)距離，因?yàn)樽詣?dòng)

閉塞的信號(hào)區(qū)間長度完全由列車允許的制動(dòng)距離來決定。速度高，勢必引起制動(dòng)距離延長,

同時(shí)需要轉(zhuǎn)移的制動(dòng)能量也大大增加。但距離太長，信號(hào)區(qū)間也長，則引起站段通過能力

減少，列車運(yùn)行時(shí)間損耗增大，導(dǎo)致高速列車整體效益下降甚至喪失。另外，當(dāng)制動(dòng)距離

一經(jīng)確定后，不間斷的機(jī)車信號(hào)裝置中就將保存這些制動(dòng)曲線，因而高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)

必須保證:即使在大雪、大霧、結(jié)冰、粘著下降，甚至系統(tǒng)部分失靈的情況下，也不能超

過允許的制動(dòng)距離，否則將導(dǎo)致發(fā)生事故。

(2)保證高速制動(dòng)時(shí)車輪不滑行?？s短制動(dòng)距離與車輪不滑行是一對(duì)矛盾。尤其在高速時(shí)

輪軌之間的粘著系數(shù)急劇下降，特別在軌面潮濕時(shí)粘著系數(shù)更低。既要縮短制動(dòng)距離，又

能保證不產(chǎn)生滑行，應(yīng)采取如下措施：

(A)按速度控制制動(dòng)力的大小以充分利用粘著；(B)采用高性能的防滑裝置；(C)采用非

粘著制動(dòng)方式。

(3)司機(jī)操縱控制系統(tǒng)靈活可靠，能適應(yīng)自動(dòng)控制的要求。

(4)盡量降低制動(dòng)系統(tǒng)簧下重量。目前國內(nèi)200km/h電動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)采用微機(jī)控制的直

通式電空制動(dòng)系統(tǒng)，備用制動(dòng)采用自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)，基礎(chǔ)制動(dòng)采用盤形制動(dòng)加踏面清掃

器，動(dòng)力制動(dòng)采用再生制動(dòng)，是再生制動(dòng)與空氣制動(dòng)組成的聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)。再生制動(dòng)與空

氣制動(dòng)如何協(xié)調(diào)配合，得到基本恒定的制動(dòng)功率是需要解決的首要問題，只有解決好這個(gè)

問題，才能確保更高速度動(dòng)車組的制動(dòng)要求。

2制動(dòng)作用的測試

為了確保高速列車的運(yùn)行安全，制動(dòng)系統(tǒng)、必須具備下列功能：

(1)制動(dòng)作用靈敏，可靠，并且無沖動(dòng)。

(2)制動(dòng)力控制自如。

(3)反復(fù)制動(dòng)作用有效。

(4)列車分離時(shí)，全列車能夠自動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)作用。

(5)電器設(shè)備所用電源安全可靠。

(6)操作簡單。

3車輛鉛電池制動(dòng)類型

(1)閘瓦制動(dòng):又稱踏面制動(dòng)，是目前我國鐵路使用最廣泛的一種制動(dòng)方式。它用鑄鐵或

其它材料制成的制動(dòng)閘瓦緊壓滾動(dòng)著的車輪踏面，通過閘瓦與車輪踏面的機(jī)械摩擦產(chǎn)生制

動(dòng)力將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散在大氣中。隨著列車的高速化，閘瓦制動(dòng)以逐漸被盤

形制動(dòng)所代替，不過為了保持踏面潔凈，有的制動(dòng)機(jī)又加裝踏面清掃裝置，保持車輪踏面

清潔度。

(2)盤形制動(dòng):與閘瓦制動(dòng)相比，盤形制動(dòng)有下列主要優(yōu)點(diǎn):可以大大減輕車輪踏面的熱負(fù)

荷和磨耗?？砂粗苿?dòng)要求選擇最佳摩擦副，制動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。缺點(diǎn)是:車輪踏面沒有閘

瓦的摩擦，輪軌粘著將惡化，制動(dòng)盤使簧下重量及其引起的沖擊振動(dòng)增大，影響轉(zhuǎn)向架的

運(yùn)行品質(zhì)，運(yùn)行中因阻力增大而增加牽引功率的消耗。

(3)電阻制動(dòng)：電阻制動(dòng)是制動(dòng)時(shí)將牽引主電機(jī)作發(fā)電機(jī)，利用動(dòng)能發(fā)電并將電能通過車

輛的制動(dòng)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而獲得制動(dòng)力的方法。在動(dòng)力制動(dòng)中，電阻制動(dòng)逐漸被再生

制動(dòng)所代替。這是因?yàn)椋笳呖梢怨?jié)能，經(jīng)濟(jì)性比較好。

(4)再生制動(dòng):再生制動(dòng)是制動(dòng)時(shí)將牽引主電機(jī)作發(fā)電機(jī)，利用動(dòng)能發(fā)電并將電能反饋給

電網(wǎng)，從而獲得制動(dòng)力的方法。再生制動(dòng)在經(jīng)濟(jì)上比電阻制動(dòng)合算，但技術(shù)上比較復(fù)雜，

而且，它只能用于有電網(wǎng)供電的電力機(jī)車和電動(dòng)車組，反饋回電網(wǎng)的電能要馬上被正在牽

引運(yùn)行的電力機(jī)車或電動(dòng)車組接受和利用。

(5)旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng):旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)是在車軸上裝金屬盤，制動(dòng)時(shí)金屬盤在電磁鐵形成的磁

場中旋轉(zhuǎn)，盤表面感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁力并發(fā)熱消散于大氣中，從而產(chǎn)生制動(dòng)力。與盤

形制動(dòng)相比，旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)雖然無磨耗，但其制動(dòng)力也要受粘著限制，且消耗電能太多。

(6)磁軌制動(dòng):磁軌制動(dòng)是在轉(zhuǎn)向架的兩個(gè)側(cè)架下面，各安置一條制動(dòng)用的電磁鐵，制動(dòng)

時(shí)將它放下，利于電磁吸力緊壓鋼軌，通過電磁鐵上的磨耗板與鋼軌之間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生

制動(dòng)力。磁軌制動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是消耗功率小、每米電磁鐵消耗1KW左右的功率，可由蓄電

池供給電流。缺點(diǎn)是磨耗較大，制動(dòng)力不易調(diào)節(jié)，并隨速度增加制動(dòng)力下

降較快。通常，磁軌制動(dòng)僅在緊急制動(dòng)時(shí)使用。

(7)線性渦流制動(dòng):線性渦流制動(dòng)與磁軌制動(dòng)安裝相似，但線性渦流制動(dòng)的電磁鐵在制動(dòng)

時(shí)只放下到離軌面很近的距離處而不與鋼軌接觸。它是利用電磁鐵和鋼軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使鋼

軌感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力作為制動(dòng)力。

線性渦流制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:高速時(shí)有較高的制動(dòng)力，制動(dòng)力特性曲線較理想，無磨耗，容易

控制并可連續(xù)調(diào)節(jié)。其缺點(diǎn)是:制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流使鋼軌加熱，并影響軌道穩(wěn)定性，這個(gè)

溫度允許的最大值由鋼軌類型和狀態(tài)的變化來決定。渦流制動(dòng)有相當(dāng)高的電能消耗，它以

制動(dòng)力的平方而增加，因此，勵(lì)磁電流須從接觸網(wǎng)供給電流。如果電源故障，需自動(dòng)轉(zhuǎn)為

蓄電池供電，故需將車輛鉛電池改為Nied電池，因鉛電池在低溫和強(qiáng)電流下，不能達(dá)到

所需的供甩能力。渦流制動(dòng)的電磁場干擾信號(hào)裝置。

4兩組制動(dòng)形式

(1)受粘著限制的摩擦制動(dòng)：閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)。

(2)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)。

(3)不受粘著限制的非粘著制動(dòng):磁軌制動(dòng)、線性渦流制動(dòng)。

電力制動(dòng)具有不受閘瓦等摩擦系數(shù)的影響，且能大幅降低閘瓦和車輪的磨耗的優(yōu)點(diǎn)。但由

于電力制動(dòng)在低速區(qū)制動(dòng)力迅速衰減，因此，空氣制動(dòng)還是必不可少。

在非粘著制動(dòng)中，摩擦式和渦流式基本上平分秋色，摩擦式磨損電磁鐵和鋼軌，渦流式耗

電力厲害。根據(jù)以上的分析并結(jié)合我國的實(shí)際情況，我國高速試驗(yàn)列車采用了盤形制動(dòng)、

再生制動(dòng)和磁軌制動(dòng)。

由于粘著制動(dòng)始終是基礎(chǔ)，為了充分利用粘著，高速列車用微機(jī)來控制制動(dòng)力的復(fù)合并普

遍裝有防滑器。

5高速列車制動(dòng)系統(tǒng)

多種制動(dòng)方式的協(xié)調(diào)配合和普遍裝有防滑器，只能縮短有效制動(dòng)距離，為了縮短空走時(shí)間,

從而縮短空走距離，高速列車的主控方式以由空氣壓強(qiáng)控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍兀从煽諝庵苿?dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍罩苿?dòng)機(jī)，由自動(dòng)式轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶胖蓖ㄊ剑谟诌M(jìn)一步向微機(jī)控制的方向發(fā)展。

高速列車制動(dòng)的總目標(biāo)是控制列車的制動(dòng)距離，使它不致于隨列車速度的增大而增長太多。

但是，制動(dòng)距離隨列車速度的提高而適當(dāng)延長是不可避免的，也是必須的。否則，制動(dòng)時(shí)

列車減速度太大，旅客會(huì)承受不了。

高速列車制動(dòng)系統(tǒng)采用以下兩種控制方式：

(1)電磁直通空氣制動(dòng)。

電磁直通空氣制動(dòng)是通過貫穿全列車的制動(dòng)控制連線，將制動(dòng)控制指令用電信號(hào)同時(shí)發(fā)送

給每一節(jié)車的微機(jī)控制系統(tǒng)，再由每一節(jié)車的微機(jī)控制系統(tǒng)控制電磁閥的動(dòng)作，使制動(dòng)缸

可以在不通過分配閥的情況下，直接獲得總風(fēng)壓力或?qū)⒅苿?dòng)缸壓力空氣直接排出到大氣。

由于用電指令操縱控制，所以制動(dòng)和緩解的一致性得到極大改善，顯著減輕了列車的縱向

沖擊。直通電空同時(shí)也減少了空走時(shí)間因而使制動(dòng)距離明顯縮短。電磁直通空氣制動(dòng)具有

很多優(yōu)點(diǎn):可連續(xù)實(shí)施制動(dòng)作用；靈敏度高且制動(dòng)同步性好:準(zhǔn)確圓滑的電空運(yùn)算協(xié)調(diào)控制：

有效利用再生制動(dòng);提高了舒適度;具有結(jié)構(gòu)簡單的高性能空重車調(diào)整裝置;適應(yīng)高速的制

動(dòng)缸壓力控制(速度一粘著模式控制)；微機(jī)化使制動(dòng)接受器與監(jiān)控裝置相結(jié)合。

(2)自動(dòng)空氣制動(dòng)。

高速列車當(dāng)電空制動(dòng)故障時(shí)，自動(dòng)空氣制動(dòng)發(fā)揮作用；電空控制正常時(shí)，自動(dòng)空氣制動(dòng)不

起作用。自動(dòng)空氣制動(dòng)僅作為備用制動(dòng)系統(tǒng)用來提高列車的安全系數(shù)。

6安全防護(hù)裝置

為了確保列車運(yùn)行安全，盡管設(shè)置了準(zhǔn)確可靠的地面信號(hào)裝置，但在濃霧、風(fēng)雪等氣候條

件下難以確認(rèn)信號(hào)。另外，由于司機(jī)打磕睡或誤看信號(hào)等原因，很有可能列車沖撞等重大

事故。因此，在列車沒按信號(hào)運(yùn)行時(shí)需要報(bào)警引起司機(jī)注意，同時(shí)自動(dòng)施行制動(dòng)停車，以

保證列車安全。高速列車的安全防護(hù)裝置有以下幾種：

(1)自動(dòng)停車裝置(ATS)。

ATS是列車接近停車信號(hào)機(jī)時(shí)，進(jìn)行車內(nèi)報(bào)警的裝置。該裝置報(bào)警后，如果司機(jī)仍不確認(rèn)

操作或沒按規(guī)定減速度進(jìn)行操縱時(shí)，便自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)使列車自動(dòng)停車。

(2)自動(dòng)控制裝置(ATC)o

ATC是控制列車的運(yùn)行速度低于地面速度信號(hào)的裝置。當(dāng)信號(hào)速度下降時(shí)，ATC裝置便自

動(dòng)實(shí)施制動(dòng)以降低列車速度;當(dāng)列車速度底于信號(hào)限制速度時(shí)，便自行緩解。

(3)自動(dòng)駕駛裝置(ATP)。

ATP是根據(jù)多級(jí)速度信號(hào)及速度條件，對(duì)列車自動(dòng)進(jìn)行加速、減速的控制裝置。ATP的主

要作用是保證列車正點(diǎn)運(yùn)行和改善旅客的乘坐舒適度。同時(shí)，在防止列車沖撞和超速運(yùn)行

方面，起到ATP的作用。ATP參考ATC的速度設(shè)置，通?？刂屏熊囋谠O(shè)定的目標(biāo)速度以下

運(yùn)行。另外，