探讨我国城市轨道交通车辆制动系统

摘要：轨道交通作为相对环保的大流量交通工具，已被全世界各个大中城市作为解决交通问题的首选。在保证舒适、便利的同时，更要保证安全畅行，交通车辆制动系统安全性能将直接关系到车辆的安全行驶，本文对车辆制动系统的分类， 以及发展趋势进行了详细的总结介绍。

关键词：城市轨道交通；车辆制动系统；安全

中图分类号：TU714文献标识码： A

背景

在我国城市轨道交通迅速发展的同时，其运营安全保障已成为目前面临的重要问题。车辆作为城市轨道交通运输的载体，由于速度快、载客量大、环境复杂，其运行安全状况不容乐观——车辆故障不断出现、事故常有发生，这些故障不但严重的影响到正常运营，一旦引发事故将会带来巨大的人员伤亡和经济损失。

制动系统是城市轨道交通车辆的关键系统，制动系统作为城轨车辆的重要系统，直接涉及到车辆的运行性能和安全，影响乘客的舒适度。制动性能的好坏还直接关系到车辆运行速度的提高、运能的增长。因此，车辆制动系统类型的选择、性能尤为重要。

二、城市轨道交通车辆制动系统概述

城市轨道交通列车运营过程中，列车到站、停站时必须实施制动；在下坡运行时为防止速度过快也需要实施制动。制动系统是城市轨道交通列车最重要也是使用最频繁的系统之一。

一个完整的制动系统装置包括两个部分：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。制动执行系统通常称为基础制动装置，有闸瓦制动与盘形制动等。制动控制系统分类可分为压力空气信号和电气信号两种，分别采取压缩空气和电气指令作为控制信号传递介质。制动执行系统，按制动方式而可以分为两类：一是摩擦制动，即通过摩擦副的摩擦产生制动力，将列车的动能转变为热能；二是动力制动，即通过驱动电动的被动发电机理产生的感应作用产生制动力，将列车动能转变为再生电能，再生电能回馈给供电系统或者通过发热电阻把电能消耗。按制动源动力可以分为压缩空气和电两种，以压缩空气为源动力的方式称为空气制动方式，如闸瓦制动、盘形制动；以电为源动力的制动方式称为电气制动，动力制动及轨道电磁制动等均为电气制动。

城市轨道交通车辆制动方式的类型

1.盘形制动

盘形制动（摩擦式圆盘制动）是在车轴上或在车轮辐板侧面装上制动盘， 一般为铸铁圆盘， 用制动夹钳使合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面， 通过摩擦产生制动力， 把列车动能转变成热能，消散于大气。

2.磁轨制动

磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动）是在转向架的两个侧架下面，在同侧的两个车轮之间，各安置一个制动用的电磁铁（或称电磁靴），制动时将它放下并利用电磁吸力紧压钢轨，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，并把列车动能变为热能，消散于大气。与闸瓦和盘形制动相比，磁轨制动的优点是，它的制动力不是通过轮轨粘着产生的，自然也不受该粘着的限制。高速列车加上它， 就可以在粘着力以外再获得一份制动力， 使制动距离不致于太长。 磁轨制动的不足之处是，它是靠滑动摩擦来产生制动力的，电磁铁要磨耗，钢轨的磨耗也要增大，而且滑动摩擦力无论如何也没有粘着力大。所以，磁轨制动只能作为紧急制动时的一种辅助的制动方式，用于粘着力不能满足紧急制动距离要求的高速列车上，在施行紧急制动时与闸瓦（或盘形）制动一起发挥作用。

3.轨道涡流制动

轨道涡流制动又称线性涡流制动或涡流式轨道电磁制动。它与上述磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动）很相似，也是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。 不同的是轨道涡流制动的电磁铁在制动时只放下到离轨面几毫米处而不与钢轨接触。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，并把列车动能变为热能消散于大气。轨道涡流制动既不通过轮轨粘着（不受其限制）也没有磨耗问题。但是，它消耗电能太多，约为磁轨制动的10倍，电磁铁发热也很厉害，所以它也只是作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。

4.旋转涡流制动

旋转涡流制动（涡流式圆盘制动）是在牵引电动机轴上装金属盘， 制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力，并发热消散于大气，从而产生制动作用。与盘形制动（摩擦式圆盘制动）相比旋转涡流制动（涡流式圆盘制动） 的圆盘虽然没有装在轮对上，但同样要通过轮轨粘着才能产生制动力，也要受粘着限制。而且，与轨道涡流制动相似，旋转涡流制动消耗的电能也太多。

5.电阻制动

电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传动内燃机车。它是在制动时将原来驱动轮对的自励的牵引电动机改变为他励发电机，由轮对带动它发电，并将电流通往专门设置的电阻器，采用强迫通风， 使电阻发生的热量消散于大气， 从而产生制动作用。

6.再生制动

与电阻制动相似，再生制动也是将牵引电动机变为发电机。不同的是，它将电能反馈回电网，使本来由电能或位能变成的列车动能获得再生，而不是变成热能消散掉。显然，再生制动比电阻制动在经济上合算，但是技术上比较复杂，而且它只能用于由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由正在牵引运行的电力机车或电动车组接收和利用。

三、我国城市轨道交通车辆制动系统的发展趋势

无论国外还是国内，城市轨道交通车辆制动系统，其控制模式以及控制机理基本类似，只是随不同项目略有不同。因此，在今后很长一段时间内，城市轨道交通车辆制动系统将围绕国产化方案来开展。

(1)技术方案的严密性与前瞻性。城市轨道交通车辆制动系统在国外已经处于比较成熟的阶段，而且，国外同时也在进一步完善和发展。因此，国产化制动系统除消化吸收国外先进的技术外，还应多方收集国外制动系统在国内使用的经验资料，完善技术方案。同时，还不能只是紧跟其后，还要做到技术的前瞻性，做好技术储备。

(2)制动部件的可靠性。制动部件不仅指制动系统的执行部件，而且还包括其控制部件，主要是微机的软硬件方面。城市轨道交通车辆制动系统，应根据车辆复杂恶劣的运用环境，提高制动部件的可靠性。从基础部件的基础工作开始，就要认真对待，在部件的选择、型式试验、耐久试验等环节上，要一丝不苟，在取得可靠理想的试验数据后，方可进行部件的组装试验。

(3)制动技术的包容性。国产化制动系统的研制，不但要针对新造车辆，还要兼顾既有车辆。国外进口的制动系统在车辆投入运营的前几年，有的基本上不出现任何问题，但随着运营时间的推移，问题将逐渐暴露出来，需要大量的配件供应。即使在项目进行初期，随车采购了充足的配件，但时间一长，势必造成有关配件的失效，再行采购，势必造成大量的财力、物力的浪费。因此，国产化制动系统应尽可能做到技术的包容性，形成部件的通用性，完成制动系统的配件供应以及大修工作。

(4)制动部件的集成化、模块化。随着城市轨道交通车辆新技术的不断采用，车辆的部件逐渐增加。需要在保证制动部件性能的基础上，采取集成化、模块化，以便尽可能减少安装空间。

参考文献

曾青中，韩增盛．城市轨道交通车辆【M】．成都：西南交通大学出版社，2006．8．

彭辉水，谷杨心，吴松荣，郭秀伟. 走进中国高速铁路（三）——探秘动车组（下）［J］. 铁道知识，2010（3） ：54-57.