關(guān)于地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的分析與探究

宗慶云 任成偉

摘 要：為滿(mǎn)足地鐵車(chē)輛的運(yùn)行需要，其制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)采用多樣化的制動(dòng)方式。基于此，本文分析了地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，從制動(dòng)力分配、機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)結(jié)合使用、閘瓦材質(zhì)選擇、車(chē)輪熱處理等方面進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛；制動(dòng)系統(tǒng)；閘瓦；車(chē)輪

1 制動(dòng)力分配

依托控制網(wǎng)絡(luò)，車(chē)輛負(fù)載信息可實(shí)現(xiàn)傳輸，為滿(mǎn)足制動(dòng)減速需求，動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)應(yīng)相互配合，相應(yīng)制動(dòng)力粘著力的最大使用限度為15%。在超負(fù)荷條件下，若動(dòng)車(chē)電制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力并不能滿(mǎn)足制動(dòng)減速需求，就需依靠拖車(chē)進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)減速。簡(jiǎn)而言之，在動(dòng)車(chē)電制動(dòng)關(guān)閉前，每輛動(dòng)車(chē)均會(huì)向拖車(chē)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，隨之拖車(chē)將增大機(jī)械制動(dòng)力，以達(dá)成拖車(chē)機(jī)械制動(dòng)目的。然而，由于動(dòng)車(chē)負(fù)載會(huì)限制動(dòng)車(chē)的機(jī)械制動(dòng)力，在減速度約1m/s2時(shí)，機(jī)械制動(dòng)力粘著力應(yīng)限定使用10.2%，不足之處由拖車(chē)補(bǔ)充。若列車(chē)完全停止，其機(jī)械制動(dòng)力將降低，且該制動(dòng)力將降至全制動(dòng)力的70%。探析列車(chē)制動(dòng)原理，應(yīng)從快速制動(dòng)及常用制動(dòng)兩個(gè)方面分析，若要?jiǎng)澐至熊?chē)制動(dòng)的優(yōu)先順序，其優(yōu)先順序應(yīng)為再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)。若列車(chē)減速度為1.3m/s2，探析此時(shí)列車(chē)的快速制動(dòng)過(guò)程，該過(guò)程就具有可逆性。簡(jiǎn)而言之，列車(chē)制動(dòng)模式可由快速制動(dòng)轉(zhuǎn)移為牽引或滑行模式。而緊急制動(dòng)，則屬于機(jī)械制動(dòng)，該制動(dòng)模式具有不可逆性。若車(chē)輛發(fā)出緊急制動(dòng)信號(hào)，動(dòng)車(chē)與拖車(chē)就會(huì)共同參與制動(dòng)過(guò)程，在兩者共同的制動(dòng)力作用下，列車(chē)的減速度可達(dá)10.2m/s2。

2 機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)結(jié)合使用

由于地鐵車(chē)輛對(duì)運(yùn)行安全有著較高的要求，其制動(dòng)系統(tǒng)就采用了機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)方式。在列車(chē)常用制動(dòng)過(guò)程中，相較于機(jī)械制動(dòng)，電制動(dòng)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，具象體現(xiàn)于制動(dòng)節(jié)能、制動(dòng)無(wú)磨損等方面。同時(shí)，探析電制動(dòng)的功能，還包括荷載校正及滑行保護(hù)功能。由此，通常情況下，對(duì)于列車(chē)駕駛員而言，其優(yōu)先使用的制動(dòng)方式應(yīng)為電制動(dòng)，若單純的電制動(dòng)方式并不能滿(mǎn)足列車(chē)制動(dòng)減速需求，列車(chē)就可自動(dòng)進(jìn)行復(fù)合制動(dòng)，即有效結(jié)合機(jī)械制動(dòng)及電制動(dòng)。然而，從聯(lián)合制動(dòng)角度分析，若要結(jié)合使用電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)，相關(guān)人員應(yīng)明確以上兩種制動(dòng)方式在結(jié)合使用過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)，即是所謂的制動(dòng)結(jié)合點(diǎn)。一旦列車(chē)處于低速或高速運(yùn)行狀態(tài)，列車(chē)駕駛員若采用單純的電制動(dòng)，就以保證制動(dòng)效果。若列車(chē)運(yùn)行速度小于10km/h，機(jī)械制動(dòng)就需要完全接管車(chē)輛制動(dòng)。[1]若列車(chē)運(yùn)行速度大于160km/h，要達(dá)成良好的制動(dòng)效果，也需要機(jī)械制動(dòng)的介入。在緊急制動(dòng)時(shí)，只能采用機(jī)械制動(dòng)，以規(guī)避斷電、斷鉤、脫弓等故障的出現(xiàn)。同時(shí)，在停車(chē)前，列車(chē)運(yùn)行的機(jī)械制動(dòng)狀態(tài)不可緩解，不僅要盡可能的減小沖擊，還不能具體限制沖擊。除卻緊急制動(dòng)外，機(jī)械制動(dòng)還可完成列車(chē)的停放制動(dòng)。

3 閘瓦材質(zhì)選擇

在地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)中，閘瓦是重要的制動(dòng)執(zhí)行裝置。簡(jiǎn)而言之，在車(chē)輪踏面上，閘瓦是產(chǎn)生制動(dòng)作用的制動(dòng)塊，可謂是地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如此，為保證閘瓦的工作性能，應(yīng)保證閘瓦材質(zhì)選擇的科學(xué)性。在地鐵車(chē)輛上，所使用的閘瓦類(lèi)型可分為兩類(lèi)，其一為鑄鐵類(lèi)，包括磷鑄鐵類(lèi)閘瓦及高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦，其二為合成類(lèi)，包括合成樹(shù)脂類(lèi)閘瓦及石棉橡膠類(lèi)閘瓦。依據(jù)摩擦系數(shù)高低，閘瓦還可劃分為高摩合成閘瓦及低摩合成閘瓦兩種類(lèi)型。相較于中磷鑄鐵類(lèi)閘瓦0.7%-1.0%的含磷量，高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦的含磷量更高，多在10%以上。由此，在耐磨性層面，高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦比中磷鑄鐵類(lèi)閘瓦高1倍左右。在使用壽命層面，高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦比中磷鑄鐵類(lèi)閘瓦長(zhǎng)約2.5倍以上。在制動(dòng)過(guò)程中，高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦制動(dòng)所產(chǎn)生的火花較少。在摩擦系數(shù)層面，高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦大于中磷鑄鐵類(lèi)閘瓦。然而，若鑄鐵類(lèi)閘瓦含磷量過(guò)高，也會(huì)增加閘瓦的脆性。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，一旦鑄鐵類(lèi)閘瓦的含磷量超過(guò)1.0%，就有可能在使用中引發(fā)裂損問(wèn)題。由此，對(duì)于高磷鑄鐵類(lèi)閘瓦而言，應(yīng)將鋼背增加在閘瓦上，做好補(bǔ)強(qiáng)措施。而合成閘瓦，其材料應(yīng)包括硫酸鋇、石墨、樹(shù)脂、石棉等，并采用熱壓形式制成。相較于鑄鐵閘瓦，合成閘瓦具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，具象體現(xiàn)于摩擦性能可調(diào)性、耐磨性、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)省鑄鐵材料、降低車(chē)輪踏面磨耗、質(zhì)量輕、便于檢修、規(guī)避鐵粉污損及制動(dòng)火星、摩擦系數(shù)平穩(wěn)等。

4 車(chē)輪熱處理

在地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)中，車(chē)輪是重要的制動(dòng)執(zhí)行裝置。然而，在閘瓦與軌道之間，大量摩擦將使車(chē)輪處于熱處理狀態(tài)，進(jìn)而影響車(chē)輪的穩(wěn)定性及使用壽命。

在車(chē)輪硬度層面，鐵路客車(chē)車(chē)輪的硬度并不符合地鐵車(chē)輛車(chē)輪的硬度要求。由此，對(duì)于地鐵車(chē)輛而言，若單純應(yīng)用鐵路車(chē)輪熱處理工藝，相應(yīng)的車(chē)輪硬度就無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。故而，對(duì)于地鐵車(chē)輛而言，相應(yīng)的車(chē)輪熱處理工藝有必要進(jìn)行一系列調(diào)整，以進(jìn)一步優(yōu)化地鐵車(chē)輪熱處理工藝，使地鐵車(chē)輪的生產(chǎn)滿(mǎn)足地鐵車(chē)輛使用要求。首先，以鐵路車(chē)輪的熱處理工藝為基準(zhǔn)，可試處理少量地鐵車(chē)輪。在熱處理過(guò)程中，相應(yīng)人員應(yīng)對(duì)熱處理溫度進(jìn)行合理設(shè)置。簡(jiǎn)而言之，將輪輞淬火溫度設(shè)置在885℃，將回火溫度設(shè)置在390-410℃，且回火時(shí)間應(yīng)為3h。[2]然而，對(duì)熱處理后的車(chē)輪進(jìn)行硬度分析，在車(chē)輪輪緣一側(cè)，相應(yīng)的輪輞剖面尚且存在硬度偏低的問(wèn)題，而車(chē)輪踏面以下尚且存在硬度偏高的問(wèn)題。故而，在淬火工作臺(tái)上，相應(yīng)人員調(diào)整了噴水嘴的角度及高度。由此，在淬火水流層面，相應(yīng)的高度及噴射角就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變。其后，相應(yīng)人員對(duì)熱處理后的車(chē)輪進(jìn)行硬度分析，在車(chē)輪輪緣一側(cè)，相應(yīng)的輪輞剖面的硬度值明顯提高，在踏面以下，硬度偏高問(wèn)題也得到了改善。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為保證地鐵車(chē)輛的安全運(yùn)行，相關(guān)人員應(yīng)在地鐵車(chē)輛實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐運(yùn)行中探究制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過(guò)以上分析可得，應(yīng)配合使用動(dòng)車(chē)電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)，并考慮拖車(chē)機(jī)械制動(dòng)，以滿(mǎn)足地鐵車(chē)輛的制動(dòng)減速需求；應(yīng)立足于機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，并科學(xué)選擇電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的結(jié)合點(diǎn)；應(yīng)探析鑄鐵類(lèi)閘瓦與合成類(lèi)閘瓦的特性，隨之依據(jù)地鐵車(chē)輛實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)拈l瓦材質(zhì)；應(yīng)對(duì)鐵路車(chē)輪熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足地鐵車(chē)輛的使用要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧培忠.地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2016（07）：64+67.

[2]張哲.地鐵牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)與其控制技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué)，2015.