地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

顧培忠

（上海申通地鐵維保公司車輛分公司，上海 200237）

地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

顧培忠

（上海申通地鐵維保公司車輛分公司，上海 200237）

目前地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)方式可分為電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩大類，其中，電制動(dòng)又分為電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)；機(jī)械制動(dòng)又分為空氣制動(dòng)和彈簧壓力制動(dòng)。單一的制動(dòng)方式已不能滿足目前地鐵車輛的運(yùn)行需要，所以電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的結(jié)合使用，才能有效保證地鐵車輛的安全運(yùn)行。而制動(dòng)系統(tǒng)作為一個(gè)完整的操作、控制、執(zhí)行系統(tǒng)，需要從材質(zhì)選擇、程序控制、制動(dòng)效果甚至成員舒適性等多方面做全方位的考慮。本文將主要針對制動(dòng)力分配、機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)的結(jié)合使用、制動(dòng)執(zhí)行裝置閘瓦材質(zhì)選擇、車輪熱處理方式四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)展開分析討論。

地鐵；制動(dòng)系統(tǒng)；電制動(dòng)；機(jī)械制動(dòng)；故障分析

1 制動(dòng)力分配法則

由于地鐵車輛的各個(gè)單位都有動(dòng)車和拖車、動(dòng)車和拖車分別采用不同的制動(dòng)方式，因此如何協(xié)調(diào)車輛之間的制動(dòng)力是一個(gè)重要問題。先由制動(dòng)系統(tǒng)對機(jī)械制動(dòng)力和電制動(dòng)力踐行混合，然后進(jìn)行滯后充氣分散制動(dòng)，是一種比較合理的方式。應(yīng)盡可能多地利用列車電制動(dòng)，盡可能少地利用機(jī)械制動(dòng)。車輛負(fù)載信息是通過控制網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)模绻麆?dòng)車電制動(dòng)力不能滿足制動(dòng)減速，那么動(dòng)車機(jī)械制動(dòng)立即增加，動(dòng)車電制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力應(yīng)最大限度地使用15%的粘著力。在超負(fù)荷條件下，如果動(dòng)車制動(dòng)力仍然不能滿足制動(dòng)減速的要求，拖車的機(jī)械制動(dòng)將會(huì)補(bǔ)充上來。在正常關(guān)閉電制動(dòng)前，每輛動(dòng)車都會(huì)發(fā)出一個(gè)信號，將信號發(fā)送到拖車上，拖車將根據(jù)信號逐漸增大，使機(jī)械制動(dòng)力逐漸增大。然而，動(dòng)車的機(jī)械制動(dòng)力度受到該車負(fù)載的限制。因此，機(jī)械制動(dòng)力在減速度約1 m/s2時(shí)限定使用10.2%的粘著力，不足的部分由拖車進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)車輛速度小于10 km/h時(shí)，所有的電制動(dòng)是關(guān)閉的，只有機(jī)械制動(dòng)發(fā)生作用。當(dāng)列車運(yùn)行速度小于0.5 km/h時(shí)，機(jī)械制動(dòng)力開始下降。當(dāng)列車完全停止，機(jī)械制動(dòng)力降低至70%的全制動(dòng)力，并一直維持，直到車輛重新啟動(dòng)。快速制動(dòng)力和常用制動(dòng)是同樣原理，施加優(yōu)先順序分別為再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，但如果減速度為1.3 m/s2，快速制動(dòng)的制動(dòng)過程是可逆的，可以重新轉(zhuǎn)移到滑行或者牽引模式。緊急制動(dòng)是不可逆的機(jī)械制動(dòng)，當(dāng)車輛接收到緊急制動(dòng)信號時(shí)，動(dòng)車和拖車立即發(fā)出的制動(dòng)力大約可帶來10.2 m/s2的減速度。與此同時(shí)，動(dòng)車還會(huì)發(fā)出禁止電制動(dòng)啟動(dòng)的信號，配合緊急制動(dòng)。停車制動(dòng)一般在車輛長時(shí)間停車時(shí)應(yīng)用停車的制動(dòng)方式，制動(dòng)力是由具有停放制動(dòng)功能的踏板內(nèi)的儲(chǔ)能彈簧提供的，需要在≤35‰的坡道上應(yīng)用。

2 機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)的結(jié)合使用要點(diǎn)

地鐵車輛運(yùn)行要求較高，考慮到電制動(dòng)本身的特點(diǎn)以及車輛運(yùn)行安全要求，地鐵車輛的制動(dòng)系統(tǒng)采用了電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)方式。但在列車常用制動(dòng)過程中，由于電制動(dòng)（僅帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)車具有電制動(dòng)性能）對設(shè)備沒有磨損并且節(jié)能，同時(shí)電制動(dòng)還具有獨(dú)立的滑行保護(hù)和載荷校正功能，所以在電制動(dòng)有效的情況下列車優(yōu)先使用動(dòng)車的電制動(dòng)，在電制動(dòng)不能滿足制動(dòng)需求時(shí)，電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)進(jìn)行復(fù)合制動(dòng)。

電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)結(jié)合的關(guān)鍵點(diǎn)之一是結(jié)合點(diǎn)的選擇。電制動(dòng)在低速和高速的時(shí)候效果都非常差，在速度小于10 km/h時(shí)需要機(jī)械制動(dòng)完全接管，一般速度大于160 km/h時(shí)也需要機(jī)械制動(dòng)介入來達(dá)到理想的制動(dòng)效果。在緊急制動(dòng)時(shí)，為了避免脫弓、斷鉤、斷電等故障情況，只采用機(jī)械制動(dòng)制動(dòng)，而且停車前不可緩解，在盡可能減小沖擊的情況下不對沖擊進(jìn)行具體限制。除緊急制動(dòng)外，停放制動(dòng)也只能通過機(jī)械制動(dòng)來完成。

3 制動(dòng)執(zhí)行裝置閘瓦材質(zhì)選擇

閘瓦是指制動(dòng)時(shí)，壓緊在車輪踏面上以產(chǎn)生制動(dòng)作用的制動(dòng)塊。閘瓦作為制動(dòng)系統(tǒng)的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其材質(zhì)選擇對閘瓦性能的影響至關(guān)重要。地鐵車輛上使用的閘瓦基本上由兩大類組成，分別是鑄鐵類和合成類。在鑄鐵類閘瓦中，磷鑄鐵類閘瓦和高磷鑄鐵類閘瓦是最主要的兩個(gè)組成部分。在合成類閘瓦中，主要由合成樹脂類閘瓦和石棉橡膠類閘瓦組成；閘瓦還可按摩擦細(xì)數(shù)高低進(jìn)行區(qū)分，主要包括高摩擦系數(shù)類合成閘瓦和低摩擦系數(shù)類合成閘瓦（簡稱為高摩合成閘瓦和低摩合成閘瓦）兩種。

高磷鑄鐵類閘瓦與中磷鑄鐵類閘瓦相比，主要是提高了含磷量。中磷鑄鐵類閘瓦的為0.7%~1.0%，高磷鑄鐵類閘瓦含磷量為10%以上。高磷鑄鐵類閘瓦的耐磨性比中磷鑄鐵類閘瓦高1倍左右。而且使用實(shí)踐表明，高磷鑄鐵類閘瓦使用壽命約為中磷鑄鐵類閘瓦的2.5倍以上。高磷閘瓦還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是制動(dòng)時(shí)火花少。鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)隨含磷量的增加而增加的，因此高磷鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)大于中磷鑄鐵閘瓦。但含磷量過高，會(huì)增加閘瓦的脆性。試驗(yàn)表明，當(dāng)含磷量超過1.0%時(shí)，閘瓦如果不加鋼背，便有裂損的可能，所以高磷鑄鐵閘

瓦需要采用鋼背補(bǔ)強(qiáng)。

合成閘瓦是以樹脂、石棉、石墨、鐵粉和硫酸鋇等材料為主熱壓而成的閘瓦。合成閘瓦與鑄鐵閘瓦相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）摩擦性能可按需要進(jìn)行調(diào)整。

（2）耐磨性好，使用壽命長；節(jié)約鑄鐵材料。

（3）對車輪踏面的磨耗小，可延長車輪的使用壽命。

（4）質(zhì)量輕，一般只為鑄鐵閘瓦的1/2~1/3。故可減輕車輛自重及便于更換間瓦工作，減輕檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）可避免磨耗鐵粉的污損及因制動(dòng)噴火星而引起的火災(zāi)事故。

（6）摩擦系數(shù)比較平穩(wěn)及能保證有足夠的制動(dòng)力。

4 制動(dòng)執(zhí)行裝置車輪熱處理工藝

車輪作為制動(dòng)執(zhí)行裝置之一，與軌道及閘瓦間均存在大量摩擦，其熱處理狀態(tài)對車輪的壽命及穩(wěn)定性有至關(guān)重要的影響。

地鐵車輛專用車輪熱處理硬度要高于鐵路客車，如繼續(xù)使用鐵路車輪熱處理工藝，那顯然無法滿足地鐵車輛使用要求。因此，有必要對熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整，用于生產(chǎn)地鐵車輪，以滿足相關(guān)技術(shù)要求。首先，選取少量地鐵車輪，采用鐵路車輪的熱處理工藝進(jìn)行試處理，具體熱處理溫度為885 ℃輪輞淬火+（390~410）℃回火3 h。結(jié)果表明，車輪的硬度，對鐵路車輪來說是足夠的，但對地鐵車輛車輪來說，在靠近輪緣一側(cè)的整個(gè)輪輞剖面上硬度偏低，而踏面以下又存在硬度高的問題。因此，結(jié)合地鐵車輛車輪硬度要求，通過調(diào)整淬火工作臺(tái)噴水嘴的角度和高度，改變淬火水流的和噴射角，再次對硬度進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)靠近輪緣一側(cè)的硬度值提高了很多，與踏面以下下各硬度監(jiān)測點(diǎn)的差異也縮小明顯，這表明用調(diào)整淬火噴水位置及噴射方向來提高輪緣一側(cè)硬度值的方法是非常可行的。

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