高速列車制動(dòng)技術(shù)研究

摘 要：隨著高速鐵路快速發(fā)展和列車速度的不斷提高，高速列車制動(dòng)技術(shù)對(duì)于列車的安全運(yùn)行至關(guān)重要。文章對(duì)高速列車及制動(dòng)的含義進(jìn)行了闡述，并總結(jié)了高速列車制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求和幾種主要形式，有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高速列車；機(jī)車制動(dòng)；復(fù)合制動(dòng)；基本要求

中圖分類號(hào)：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2015） 02-0000-01

一、相關(guān)名詞

高速列車：是指最高行車速度每小時(shí)達(dá)到或超過200公里的鐵路列車，是在現(xiàn)有的柴油機(jī)車、電力機(jī)車和鐵路的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、車廂外形和路軌系統(tǒng)等加以改進(jìn)，并沒有改變傳統(tǒng)火車和鐵路和基本面貌。目前，開通高速列車的國(guó)家有日，中，法、德，意，英，俄，瑞典等國(guó)。

機(jī)車制動(dòng)：對(duì)運(yùn)行中的列車施加制動(dòng)力，使其停止運(yùn)動(dòng)或減低速度，這種作用叫做制動(dòng)；對(duì)靜止的機(jī)車、車輛、采取適當(dāng)措施以防止其移動(dòng)也叫制動(dòng)。

制動(dòng)系統(tǒng)：俗稱“剎車系統(tǒng)”。高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)一般由電制動(dòng)系統(tǒng)、空氣制動(dòng)系統(tǒng)、防滑裝置和制動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。

復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)：是指由兩套均能提供制動(dòng)力矩的制動(dòng)方式組成的一種制動(dòng)系統(tǒng)形式，如由摩擦制動(dòng)系統(tǒng)和電力制動(dòng)系統(tǒng)組成的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)。

二、高速列車制動(dòng)的基本要求

高速列車不同于其他客運(yùn)或貨運(yùn)列車的最根本一點(diǎn)就是速度快，因此高速列車多方面的技術(shù)要求較之于傳統(tǒng)列車都應(yīng)該更為嚴(yán)苛。而對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)來說，必須徹底改變過去對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的陳舊觀念和思考模式，提出更高的要求。

（一）可靠性

“不止不行”是任何現(xiàn)代交通工具都必須遵守的理念，對(duì)于高速列車更是必須嚴(yán)格遵守，必須隨時(shí)保證具有必要的停車制動(dòng)能力。高速列車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性既涉及保證行車安全的常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)和備用制動(dòng)的可靠性，也涉及防滑控制的可靠性。高速列車要保證制動(dòng)時(shí)不滑行，可以采用高性能的防滑裝置和非粘著制動(dòng)方式。

（二）安全性

高速列車制動(dòng)能力主要體現(xiàn)在停車制動(dòng)過程列車的制動(dòng)距離，緊急制動(dòng)距離是檢驗(yàn)列車制動(dòng)性能和安全性的最基本條件。目前，國(guó)外運(yùn)行速度為300Km/h的高速列車其緊急制動(dòng)距離一般在3000—4000m，我國(guó)CRH3列車時(shí)速300Km/h平直道緊急制動(dòng)距離為3700m。高速列車可以采用復(fù)合制動(dòng)方式或以大功率的盤形制動(dòng)為主體的方式，來使制動(dòng)系統(tǒng)具有足夠的制動(dòng)功率，以保證盡可能短的制動(dòng)距離。

（三）舒適性與平穩(wěn)性

為了保證高速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性與舒適度，必須盡可能降低轉(zhuǎn)向架的簧下質(zhì)量。制動(dòng)盤的重量一般占全部簧下重量的10%左右，所以可以通過開發(fā)功率大、重量輕的新型制動(dòng)盤來達(dá)到減輕制動(dòng)裝置重量的目的。

（四）靈活性

高速列車隊(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的另一個(gè)要求是司機(jī)能夠操縱靈活，動(dòng)作可靠，并能與ATC等列車自動(dòng)控制系統(tǒng)相匹配。在高速運(yùn)行中，司機(jī)無法主動(dòng)判斷地面信號(hào)，必須依靠列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，使列車制動(dòng)力增減自如，制動(dòng)平滑。

三、高速列車制動(dòng)方式

制動(dòng)的實(shí)質(zhì)是將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量或列車動(dòng)能在制動(dòng)和裝置間的傳遞和消散。根據(jù)不同的技術(shù)要求，高速列車主要采用以下幾種制動(dòng)方式。

（一）盤形制動(dòng)

在高速列車上多使用不會(huì)對(duì)車輪產(chǎn)生熱負(fù)荷，并能夠保證摩擦構(gòu)件具有更好的工作條件的盤形制動(dòng)，其在整個(gè)列車制動(dòng)系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用。在盤形制動(dòng)時(shí)，摩擦力矩是由摩擦片向制動(dòng)盤施加壓力而產(chǎn)生的，而制動(dòng)盤則與要制動(dòng)的輪對(duì)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)制動(dòng)盤和制動(dòng)摩擦片的材料相適配時(shí)，盤形制動(dòng)可以得到最大的摩擦扭矩，并改善制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的熱量散發(fā)。在盤形制動(dòng)已成為高速列車制動(dòng)系統(tǒng)中最為重要的一種制動(dòng)方式。

（二）非粘著制動(dòng)

盤形制動(dòng)屬于粘著制動(dòng)，但隨著列車速度等級(jí)不斷提升，機(jī)車對(duì)制動(dòng)力的要求越來越高，而車輪與軌道之間的粘著力有限，已不能滿足高速列車的制動(dòng)要求，非粘著制動(dòng)應(yīng)運(yùn)而生。非粘著制動(dòng)主要包括軌道渦流制動(dòng)、磁軌制動(dòng)和翼板制動(dòng)，主要介紹前兩種。

1.軌道渦流制動(dòng)。軌道渦流制動(dòng)也叫線性渦流制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)，懸掛在轉(zhuǎn)向架上的電磁鐵下放到離軌面上方幾毫米處，利用和鋼軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使鋼軌表面感應(yīng)出渦流，從而產(chǎn)生制動(dòng)力并使鋼軌發(fā)熱。其制動(dòng)力并不經(jīng)輪軌粘著接觸點(diǎn)作用于車輪，與粘著系數(shù)無關(guān)；不靠摩擦轉(zhuǎn)移能量，為無磨損制動(dòng)；把列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能轉(zhuǎn)移入鋼軌，最終消散于大氣中；有很好的可調(diào)節(jié)性，可用作常用制動(dòng)；具有很好的制動(dòng)特性，高速時(shí)也有很大的制動(dòng)力。

2.磁軌制動(dòng)。磁軌制動(dòng)是利用列車上的電磁鐵與鋼軌面之間摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力，因?yàn)榻佑|面積增加，磁軌制動(dòng)力要比粘著制動(dòng)力大，且磁軌制動(dòng)力還包括電磁鐵受到的電磁阻力。列車運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)電磁鐵與鋼軌之間保持一定距離；制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電磁鐵通電勵(lì)磁后吸在鋼軌上，電磁鐵極靴在鋼軌上滑行時(shí)產(chǎn)生摩擦力，用作列車制動(dòng)力。由于磁軌制動(dòng)具有磨損軌面的缺陷，目前多用作緊急制動(dòng)的輔助制動(dòng)方式。

（三）復(fù)合制動(dòng)

高速列車復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)基本包括電氣制動(dòng)、空氣制動(dòng)和非粘著制動(dòng)。制動(dòng)力控制模式需要在電氣制動(dòng)、空氣制動(dòng)和非粘著制動(dòng)方式之間按照優(yōu)先順序進(jìn)行排位，實(shí)現(xiàn)合理的復(fù)合制動(dòng)控制系統(tǒng)，為高速列車安全運(yùn)行提供保障。

電氣制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的電磁力矩，作為制動(dòng)力使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，列車減速。電氣制動(dòng)主要包括電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)。空氣制動(dòng)是通過控制空氣壓縮機(jī)輸出的空氣壓力大小來控制制動(dòng)閘片作用到制動(dòng)盤上的力，屬于機(jī)械制動(dòng)。空氣制動(dòng)能力主要受到盤形制動(dòng)結(jié)構(gòu)和熱容量的限制，并依賴于粘著利用。當(dāng)動(dòng)車受到制動(dòng)盤數(shù)量限制時(shí)，其空氣制動(dòng)達(dá)不到粘著利用，而需依賴于再生制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)能力。但是電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)都屬于粘著制動(dòng)，為保證緊急制動(dòng)的安全性，高速列車的緊急制動(dòng)能力應(yīng)有10%左右的安全裕量，為此要同時(shí)采用非粘著制動(dòng)裝置，在高速緊急制動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生比較穩(wěn)定的附加制動(dòng)力，以滿足使用要求。

四、結(jié)束語

綜上所述，高速列車發(fā)展迅速，其涉及到電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等眾多專業(yè)，為保證其安全可靠地運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)高速鐵路列車制動(dòng)技術(shù)的研究。

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