城市轨道交通车辆制动技术综述

摘要：随着我国市场经济的快速增长，城市轨道交通亦随之蓬勃发展起来，城市轨道交通是城市的血脉，为人们的出行带来便利，人们对于城市轨道交通的关注和需求亦越来越多，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，以及未来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： P624.8 文献标识码： A 文章编号：

随着世界经济的快速发展，人民的生活节奏越来越快，城市轨道列车的速度亦越来越快，这就对交通工具安全性提出了较高的要求，列车在形式过程中不但要有强大的牵引力，同时还要具备强有力的制动力。列车制动时初速度高，具有很大的动能，在规定的制动距离内要转化并耗散这样大的能量，对制动系统提出了非常严格的要求。原有列车单纯的自动式空气制动或电制动已无法满足当前列车制动的要求。因此必须开发出高响应灵敏性、高可靠性的制动系统。当前列车制动方式主要分为如下几种类型：

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。

磁轨制动的制动力

式中K——每个电磁铁的电磁吸力；

φ一一电磁铁与钢轨间的滑动摩擦系数。

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。

7. 制动与安全的关系

制动的实质是将列车动能转换为其他形式的能量或列车动能在制动装置间的传递和消散，高速列车制动能力主要体现停车制动过程列车的制动距离。在线路、制动系统、制动方式和司机操纵方式等条件不变的情况下，列车制动距离基本上与列车制动初速度平方呈正比关系。因而随着列车速度的提高，必须改进其制动装置和制动控制方式来满足列车制动距离相对较短的要求。列车一般包括常规制动和紧急制动，其中紧急制动距离最短，是检验列车制动能力和运行安全性的重要技术条件，同时也是通信信号系统设计和运输组织合理规划的重要依据。目前，国外运行速度为300 km/h的高速列车其紧急制动距离一般在3 000~4 000 m。我国CRH3列车时速300 km/h平直道紧急制动距离为3 700 m，时速350 km/h则为6 500 m，而CRH380高速列车时速380 km/h，平直道紧急制动距离不到8500 m。

当然，影响制动距离的因素还包括列车组成和线路条件等等，应按不同列车的运行阻力和坡道、曲线阻力进行具体计算。为保证满足列车运行安全性的基本要求，在设计高速列车的制动能力时应留有充分的安全裕量。

8.制动技术的发展趋势

随着高速列车速度等级越来越高，其制动技术的发展必然向安全、可靠、舒适和环保节能方向发展。基础制动装置向材料的轻量小型化、低噪声、大容量、高摩擦方向发展，复合制动制动力控制模式必将优先考虑非粘着制动与再生制动的配合，制动系统的高可靠性与智能化，防滑技术的反应速度与高性能，非粘着制动方式的广泛应用等等都将是高速动车组制动技术的研究关键与探索方向。

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