畢業(yè)論文---提速客車制動系統(tǒng)的研討

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　中文題目：提速客車制動系統(tǒng)的研討</p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號：

2、</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2011年3月15日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　本任務(wù)書下達(dá)給： 09春 級 本 科 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動化 專業(yè)學(xué)生 </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目：提速客車制動系統(tǒng)的研討&#

3、160;</p><p>　　一、設(shè)計(jì)（論述）內(nèi)容：</p><p>　　結(jié)合我國鐵路客車的發(fā)展現(xiàn)狀，通過對鐵路主要客車的了解，正確地分析現(xiàn)階段鐵路客車制動機(jī)的特點(diǎn)，有針對性地研究分析客車制動系統(tǒng)常見故障并提出解決措施和可行性整改方案。</p><p><b>　　二、基本要求：</b></p><p>　　隨著我國鐵路

4、客運(yùn)向高速方向發(fā)展，對鐵路客車行車安全提出了更高的要求。為此，有必要對客車制動系統(tǒng)的各類故障進(jìn)行研究分析并提出解決措施。要求能根據(jù)各型鐵路客車實(shí)際運(yùn)行中，制動系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷摸索和研究，掌握了制動系統(tǒng)的各類主要故障，對其進(jìn)行逐一分析并提出合理化解決措施。</p><p>　　三、重點(diǎn)研究的問題：</p><p>　　結(jié)合鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)力布局調(diào)整，針對鐵路客車制動系統(tǒng)出現(xiàn)的各

5、類故障進(jìn)行研究分析，找出各類故障的發(fā)生規(guī)律并提出解決措施和可行性整改方案。</p><p><b>　　四、主要技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p><b>　?。o）</b></p><p>　　五、其他要說明的問題</p><p>　　論文要用統(tǒng)一的畢業(yè)論文用紙，用中文打?。˙5）或手寫。手寫每頁

6、20行，每行20－22字，用黑或藍(lán)黑墨水工整書寫；打印正文用宋或楷體小四號字，版面上空2.5cm，下空2cm，左右空2cm(靠裝訂線一側(cè)增加0.5cm空白用于裝訂)。</p><p>　　對字體和字號的要求如下：題目用一號(分兩行書寫時(shí)用小一號)黑體字；第一層次(一)題序和標(biāo)題用小二號黑體字，題序和標(biāo)題之間空兩字，不加標(biāo)點(diǎn)，下同；第二層次(（一)）題序和標(biāo)題用小三號黑體字；第三層次(1)題序和標(biāo)題用四號黑體字；第

7、四層次(（1）)題序和標(biāo)題用小四號黑體字；第五層次以下標(biāo)題和題序與第四層次同。</p><p>　　下達(dá)任務(wù)日期：2011年01月18日</p><p>　　要求完成日期：2011年03月 20日</p><p>　　答辯日期： 2011年05月 15日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p

8、><p><b>　　開 題 報(bào) 告</b></p><p>　　題 目：提速客車制動系統(tǒng)的研討</p><p>　　報(bào)告人： 2011年1月30日</p><p><b>　　一、文獻(xiàn)綜述：</b></p><p&

9、gt;　　通過認(rèn)真的閱讀《機(jī)車車輛工藝》、《鐵道機(jī)車車輛》、《鐵路貨車車輛設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高速列車制動機(jī)》，可以綜合體現(xiàn)出我國鐵路提速客車在制動方面的要求。為適應(yīng)鐵路貨車提速,我國設(shè)計(jì)生產(chǎn)了普通雙層客車,快速25型雙層客車和快速25K型客車,25Z型客車。這些車輛在制動方面采用了盤形制動,電控制動,空重車調(diào)整裝置和防滑器等。提速客車是實(shí)現(xiàn)旅客列車提速的基本條件之一。要加大提速客車關(guān)鍵部件檢修質(zhì)量的監(jiān)督力度。消滅行車事故，保證運(yùn)行安全，

10、提高車輛配件的使用壽命。因此必須加強(qiáng)客車定期維護(hù)保養(yǎng)工作。</p><p>　　二、選題的目的和意義：</p><p>　　中國鐵路是客貨混運(yùn)的交通大動脈，我國從1997年至今經(jīng)歷了6次大提速極大的提升了鐵路運(yùn)輸能力，使百姓乘車更加便捷。速度是鐵路綜合技術(shù)的指標(biāo)，一個(gè)國家鐵路運(yùn)營速度的高低綜合反映了該國鐵路技術(shù)裝備的整體水平，因此論文對鐵路客車制動系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究對客車制動進(jìn)行了熱

11、應(yīng)力的有限分析，計(jì)算了制動過程中的溫度變化和分布的熱應(yīng)力分布。同時(shí)對導(dǎo)熱率，比熱融合線脹系數(shù)等有關(guān)材料屬性進(jìn)行不同方案對比分析。</p><p><b>　　三、研究方案：</b></p><p>　　隨著旅客列車速度不斷提高，提速客車逐漸暴露出縱向沖動加劇，舒適度下降車鉤磨耗加快等問題。旅客列車調(diào)速停車均需要有制動系統(tǒng)完成由于制動系統(tǒng)的不同制動工況的制動波速不同基礎(chǔ)

12、制動裝置動作的不一致性，閘瓦摩擦因數(shù)的不穩(wěn)定性會造成列車中車輛產(chǎn)生相對速度在列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生縱向沖動。目前我國所有提速客車全部安裝了電子防滑器，保證提速旅客列車運(yùn)行安全。對提速客車緊急制動時(shí)制動缸壓力設(shè)計(jì)值存在的問題進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的建議</p><p><b>　　四、進(jìn)度計(jì)劃：</b></p><p>　　2月4日 －2月10日</p>&l

13、t;p>　　分析題目，查閱資料，學(xué)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的知識，作好前期準(zhǔn)備工作。</p><p>　　2月11日 － 2月20日</p><p>　　劃分論點(diǎn)，進(jìn)行方案論證，撰寫論文。</p><p>　　2月21日－ 3月4日</p><p>　　劃分論點(diǎn)，進(jìn)行方案論證，撰寫論文撰寫畢業(yè)論文并征求導(dǎo)師意見，修改畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)論文的評議

14、。</p><p><b>　　五、指導(dǎo)教師意見：</b></p><p>　　題目符合當(dāng)前鐵路的發(fā)展要求，研究方案可行，進(jìn)度安排合理，可以進(jìn)行下一步工作。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2011年2月 1日</p><p><b

15、>　　中期報(bào)告</b></p><p>　　題目：提速客車制動系統(tǒng)的研討</p><p>　　報(bào)告人：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 周陽</p><p><b>　　一、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對我國列車制動系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行概括，對高速列車的常用制動方式進(jìn)行了闡述，提出了制動裝置改進(jìn)的方案，

16、介紹了制動裝置的故障及檢測，最后對制動控制系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行展望。</p><p><b>　　二、基本框架</b></p><p>　　1、列車常用制動方式</p><p>　　2、我國制動技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀</p><p>　　3、制動裝置性能的改進(jìn)</p><p>　　4、制動裝置的故障及檢測<

17、;/p><p>　　5、國外列車制動新技術(shù)</p><p><b>　　三、進(jìn)展情況</b></p><p>　　已經(jīng)完成制動裝置的故障及檢測這一部分，其他部分還不能匯總，資料搜集不齊，只有個(gè)別部分成形，后面還需繼續(xù)努力。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師意見</b></p><

18、p>　　論文按照進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行，確定的整體思路符合任務(wù)書的要求，框架結(jié)構(gòu)合理，可以進(jìn)行論文的撰寫工作。</p><p><b>　　結(jié) 題 驗(yàn) 收</b></p><p><b>　　一、完成日期</b></p><p>　　2011年3月15日</p><p><b>　　二、完成質(zhì)

19、量</b></p><p>　　論文基本上符合要求，結(jié)構(gòu)較完整，層次較清楚。能運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識結(jié)合鐵路企業(yè)特點(diǎn)完成論文，具有一定的分析問題解決問題的能力。</p><p><b>　　三、存在問題</b></p><p>　　如能多增加實(shí)際運(yùn)用中具體案例說明問題會更好。</p><p><b>

20、　　四、結(jié)論</b></p><p>　　畢業(yè)論文進(jìn)行過程中，態(tài)度較認(rèn)真，基本按照任務(wù)書的要求查找資料，總結(jié)現(xiàn)場存在的問題，并能夠與老師聯(lián)系、溝通。按時(shí)完成了開題報(bào)告、中期報(bào)告、初稿的寫作，并對初稿進(jìn)行了反復(fù)修改，基本上達(dá)到了論文的寫作要求。經(jīng)檢查可以結(jié)題。</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011年3月15日

21、</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　論文題目：提速客車制動系統(tǒng)的研討</p><p>　　論文摘要：對我國列車制動系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行概括，對高速列車的常用制動方式進(jìn)行了闡述，提出了制動裝置改進(jìn)的方案，介紹了制動裝置的故障及檢測，最后對制動控制系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：

22、列車 制動技術(shù) 提速</p><p><b>　　Pick to</b></p><p>　　Thesis topic: high-speed train braking technique and summarized </p><p>　　Abstract: train braking system in China was summari

23、zed, the development situation of the commonly used for high-speed trains expounds the braking, and puts forward the improved scheme brake, introduces the brake fault and testing, finally to the development of the brake

24、control system was discussed. </p><p>　　Keywords: train brake technology faster </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1列車制動系統(tǒng)

25、的發(fā)展概況1</p><p>　　1.2列車提速促進(jìn)我國鐵路科技和管理水平提高2</p><p>　　1.3 列車提速不斷提高我國機(jī)車制動裝置水平3</p><p>　　1.4 制動裝置必須滿足提速列車的制動需求3</p><p>　　第二章 高速列車制動技術(shù)5</p><p>　　2.1 列車常用制動方式

26、5</p><p>　　2.1.1 粘著制動5</p><p>　　2.1.2 非粘著制動6</p><p>　　2.2 我國制動技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀7</p><p>　　2.2.1 制動機(jī)7</p><p>　　2.2.2 基礎(chǔ)制動裝置7</p><p>　　2.2.3　傳統(tǒng)制動控制模式

27、分析8</p><p>　　2.2.4 高速列車制動控制9</p><p>　　2.3 制動裝置性能的改進(jìn)10</p><p>　　2.3.1 閘瓦制動方式10</p><p>　　2.3.2 盤形制動方式11</p><p>　　2.4 制動裝置的故障及檢測12</p><p>　

28、　2.4.1 故障12</p><p>　　2.4.2 檢測13</p><p>　　2.5 國外列車制動新技術(shù)13</p><p>　　2.5.1 ECP制動系統(tǒng)13</p><p>　　2.5.2 電力機(jī)械式制動機(jī)14</p><p>　　第三章 總結(jié)與展望16</p><p>

29、　　3.1列車提速與制動裝置必須和諧發(fā)展、相輔相成16</p><p>　　3.2 制動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢16</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　鐵路客車是完成鐵路客流運(yùn)輸任務(wù)的運(yùn)載工具，而制動裝置是鐵路客車

30、的重要組成部分之一，是機(jī)車車輛實(shí)施減速和停車作用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是確保列車運(yùn)行安全的必備裝置?？蛙囍苿酉到y(tǒng)的性能是保證高速列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵。對現(xiàn)代鐵路而言，制動的重要性不僅僅是安全問題，制動已經(jīng)成為制約列車速度和牽引質(zhì)量進(jìn)一步提高的重要因素。建國50多年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，我國鐵路制動技術(shù)發(fā)展迅速。特別是改革開放以來，為適應(yīng)鐵路快速、重載運(yùn)輸?shù)男枨?，整個(gè)制動系統(tǒng)采用了大量的新技術(shù)，并且取得了顯著的成效。發(fā)展高速列車是提高鐵路客運(yùn)能力的

31、主要措施，其關(guān)鍵取決于制動系統(tǒng)的性能。</p><p>　　1.1列車制動系統(tǒng)的發(fā)展概況</p><p>　　從1867年美籍德國人George Westinghouse研制并實(shí)現(xiàn)用壓力空氣來進(jìn)行列車制動之后的100多年間，空氣制動系統(tǒng)雖經(jīng)不斷發(fā)展和多次改動，但仍保持其基本作用原理。解放前，由于我國鐵路機(jī)車車輛來自世界許多國家，制動裝置品種繁多，一般以K1、K2型三通閥為主，其他則為QA、

32、QSLP、H、QSHU等雜型閥，當(dāng)時(shí)尚有9000多輛車未裝備空氣制動機(jī)。</p><p>　　經(jīng)過隨后5年的整修和改造，于1956年底基本已在全部車輛上裝備了空氣制動裝置，并逐漸淘汰了各種雜型閥。隨著載重50t以上新造貨車的投入運(yùn)用，由于K型制動機(jī)缺乏空重車位，重車制動力嚴(yán)重不足。1956年四方車輛研究所和齊齊哈爾車輛廠共同研制在K型制動機(jī)的基礎(chǔ)上增添緊急3階段上升性能，并在降壓氣室上增設(shè)安全閥，這在一定程度上提

33、高了制動波速，并達(dá)到提高重車制動率的目的。1958年鐵道部組織審查，1959年起逐步在新造列車上全面推廣，改名為GK型制動機(jī)。隨著鐵路運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，車輛的載重和速度都相應(yīng)提高，GK型制動機(jī)由于其制動波速低等原因已不能適應(yīng)需要。為此，我國于1961年開始研制103型空氣制動機(jī)，并于70年代通過鐵道部技術(shù)鑒定后開始陸續(xù)裝車。為適應(yīng)貨物列車長編組、重載的需要，1989年鐵道部科學(xué)研究院與眉山車輛廠著手研制新型制動機(jī)，在103型空氣制動機(jī)的基

34、礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將其間接作用原理改為直接作用原理，同時(shí)增加加速緩解作用，保留103型空氣制動機(jī)原有優(yōu)點(diǎn)，借鑒國外制動機(jī)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，全面調(diào)整了原有參數(shù)。此改進(jìn)方案于1993年通過鐵道部技術(shù)鑒定后定型為120型空氣制動機(jī)并批量裝車。</p><p>　　目前，為了適應(yīng)貨物列車提速的要求，相關(guān)研究單位和制造廠在120型空氣制動機(jī)基礎(chǔ)上又研制了120K型貨車制動機(jī)，目前尚未開始批量生產(chǎn)。空重車自動調(diào)整裝置與閘瓦間隙自動調(diào)整

35、器合稱兩器?？罩剀囌{(diào)整裝置就是根據(jù)車輛載重量的不同來調(diào)整閘瓦壓力，以保持車輛的制動率不隨載重量的變化而變化，以減小列車制動時(shí)的縱向沖動和輪對擦傷。20世紀(jì)50年代推廣的GK型客車制動機(jī)，其空重車位采用手動調(diào)整方式，不僅耗費(fèi)大量人力，而且易于失調(diào)、誤調(diào)，導(dǎo)致制動機(jī)發(fā)生不應(yīng)有的故障。70年代后期，鐵道科學(xué)研究院開始對兩級自動調(diào)整裝置進(jìn)行研制。早期產(chǎn)品有400A型、400B型、KZW-4型無級調(diào)整裝置，現(xiàn)又研制成功KZW- 4GAB (KZW

36、-4GCD)型空重車自動調(diào)整裝置。同時(shí)，眉山車輛廠也研制成功TWG-1型空重車自動調(diào)整裝置，并在提速客車和普通貨客車上推廣使用。</p><p>　　從1980年開始，我國鐵路開始研制貨車閘瓦間隙自動調(diào)整器(又稱閘調(diào)器)， 并先后在哈爾濱、沈陽、北京、上海、廣州、成都、鄭州等鐵路局的部分列車上裝車試驗(yàn)。1982年7月通過鐵道部部級鑒定，定名為ST1-600型雙向閘瓦間隙自動調(diào)整器，并進(jìn)行批量生產(chǎn)和在貨車上推廣應(yīng)用

37、。在ST1-600型閘調(diào)器之后，又成功研制了ST2-250型閘調(diào)器。</p><p>　　1.2列車提速促進(jìn)我國鐵路科技和管理水平提高</p><p>　　鐵路列車速度是一個(gè)國家鐵路技術(shù)水平的最重要的標(biāo)志！新中國成立之初，鐵路旅客列車的平均運(yùn)行時(shí)速只有20.9km， 直到二十世紀(jì)九十年代初也只提高到48.3km。2004年4月18日鐵路大提速后，全路旅客列車平均技術(shù)速度達(dá)到,75.6km，

38、平均旅行時(shí)速達(dá)到65.7km，部分列車在個(gè)別區(qū)段瞬時(shí)速度已達(dá)200km。1998年在旅客列車正線綜合性能試驗(yàn)時(shí)，在許昌至小商橋站區(qū)間最高試驗(yàn)速度達(dá)到,240km，創(chuàng)造了我國鐵路第一速度記錄。這次試驗(yàn)的成功，不僅標(biāo)志著我國鐵路將來運(yùn)營速度達(dá)到240km，也標(biāo)志著我國鐵路將跨入世界高速鐵路行列。</p><p>　　提速是一項(xiàng)宏偉的現(xiàn)代化工程，確保提速安全萬無一失，為此它對線路基礎(chǔ)、機(jī)車、車輛、通信信號、運(yùn)輸組織等提

39、出了全方位的創(chuàng)新要求。它涉及技術(shù)裝備、 安全控制、運(yùn)輸組織、生產(chǎn)力布局調(diào)整、維修體制改革、服務(wù)質(zhì)量提升、運(yùn)輸產(chǎn)品優(yōu)化等方方面面。任何方面出現(xiàn)問題，都會牽一發(fā)而動全身，影響全路提速工作的順利圓滿完成。為了達(dá)到以上目標(biāo)，十幾萬鐵路員工與施工隊(duì)伍與萬里鐵道線上，在極其艱苦的條件下，在異常緊張的時(shí)間內(nèi)，展開了一場空前規(guī)模的大會戰(zhàn)。客車提速必然會壓縮和減少貨車的運(yùn)行空間!，即降低列車密度和運(yùn)輸能力。唯一的辦法是靠管理技術(shù)提高運(yùn)輸密度，如京滬線以全

40、國2%的營業(yè)線路完成了全國10.2%的旅客周轉(zhuǎn)量和7.2%的貨物周轉(zhuǎn)量，成為我國乃至世界上客貨運(yùn)輸最繁忙的干線。這就是靠管理技術(shù)、提高運(yùn)輸能力換來的。</p><p>　　1.3 列車提速不斷提高我國機(jī)車制動裝置水平</p><p>　　前蘇聯(lián)在列車上使用6kb-10,合成閘瓦的經(jīng)驗(yàn)表明，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)幾乎不變。具有較高的制動效能，初速為160km/h的客車，停車制動距離在平道

41、上是1400m，該經(jīng)驗(yàn)正好與我國現(xiàn)行的鐵路技術(shù)管理規(guī)程第189條，運(yùn)行速度,140km/h至160km/h的旅客列車緊急制動距離限值為1400m相同。該距離比鑄鐵閘瓦縮短了30%，我國研制合成閘瓦較世界先進(jìn)國家落后約20年。1986年鐵道科學(xué)研究院與北京市制動密封材料廠首次主項(xiàng)承擔(dān)4-2型低摩擦系數(shù)合成閘瓦研制。在借鑒國外鐵路合成閘瓦研制經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，著手摸索、探討適合我國國情和路況的合成閘瓦。1978年底!通過了部級鑒定，開創(chuàng)了我國研制

42、生產(chǎn)使用合成閘瓦的新紀(jì)元，1984年4月完成了蒸汽機(jī)車用合成閘瓦.以上兩項(xiàng)獲得了國家科技進(jìn)步獎& 1987年12月完成了內(nèi)、電機(jī)車低摩合成閘瓦。1991年完成了高摩合成閘瓦的研制、鑒定任務(wù)，歷時(shí)15年勝利完成了我國蒸汽、內(nèi)燃、電力機(jī)車和車輛高、低摩合成閘瓦的研制任務(wù)。近幾年來，隨著客車的不斷擴(kuò)編，提速和貨車重載運(yùn)輸?shù)膹?qiáng)化，又為新造機(jī)車車輛開發(fā)研制出相應(yīng)的新品種（如粉末冶金閘瓦、半金屬閘瓦和閘片等），逐步</p>&

43、lt;p>　　合成、半金屬、粉末冶金閘瓦均由復(fù)合材料中的基體組元、摩擦組元、增強(qiáng)組元、潤滑組元、粘結(jié)劑和填料組成由于各種組元的配比不同，加工工藝等的不同，適用的速度也不同，所以各有自己的名稱。</p><p>　　1.4 制動裝置必須滿足提速列車的制動需求</p><p>　　列車的基礎(chǔ)制動方式很多，如摩擦制動、電阻制動、磁軌渦流制動等，其中以摩擦制動應(yīng)用最廣。摩擦制動又可分為踏面制

44、動與盤形制動兩種，前者制動元件為閘瓦與車輛踏面組成摩擦副，后者則為制動圓盤與閘片組成的摩擦副。兩類制動方式均要求制動時(shí)摩擦系數(shù)不變、摩擦力高、耐磨損性能優(yōu)良、散熱快、無火花等，其最終目的又都是把動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，達(dá)到列車調(diào)速或停車的目的。</p><p>　　在我國鐵路上使用較多的有鑄鐵摩擦材料閘瓦，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、摩擦系數(shù)較為穩(wěn)定、不受氣候影響、導(dǎo)熱性好。有25%的制動性能被閘瓦消散，對車輪損害小。但普通鑄鐵閘瓦

45、摩擦系數(shù)較小，且隨著列車速度的提升而迅速降低，高速運(yùn)行時(shí)熱衰退更為明顯。為了解決這個(gè)問題，改進(jìn)其性能，提高閘瓦和摩擦系數(shù)并增加其耐磨性，科研人員開始把含磷量提高。我國70年代以前主要推廣中磷閘瓦，現(xiàn)已明令停止使用。1985年以后，開發(fā)出了高磷閘瓦。近年來又研制出超高磷閘瓦，成份中含有銅、鉻、鎳等合金元素，能滿足準(zhǔn)高速內(nèi)燃機(jī)車制動性能的要求。</p><p>　　合成摩擦材料閘瓦由具有不同物理化學(xué)性能材料組分組合而

46、成，通過改變材質(zhì)配方和工藝，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整和改變其理化性能，達(dá)到制動時(shí)無火花、質(zhì)量輕、高速度、摩擦系數(shù)大且不隨列車速度的改變而變化，使用壽命可達(dá)鑄鐵閘瓦的4倍以上。其缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性差，閘瓦只能吸收制動熱量的15%左右，在濕潤狀態(tài)下，摩擦系數(shù)大為下降，制動時(shí)溫度不能超過250度。超過時(shí)磨損率急劇增加，摩擦系數(shù)也隨之改變，半金屬材料閘瓦是指材料中金屬成份達(dá)到或超過50。</p><p>　　第二章 高速列車制動技術(shù)

47、</p><p>　　2.1 列車常用制動方式</p><p>　　目前列車常用的制動方式主要有兩種：粘著制動和非粘著制動。制動力由車輪與鋼軌之間的摩擦力產(chǎn)生的制動方式，稱為粘著制動，或稱摩擦制動。施行粘著制動時(shí)，制動力受輪軌間的粘著力的限制，最大制動力不超過粘著力。粘著制動是目前主要的制動方式。閘瓦制動、盤形制動、液力制動、電阻制動、旋轉(zhuǎn)渦流制動及再生制動等制動方式都屬于粘著制動。制動力

48、不是通過車輪與鋼軌之間摩擦力產(chǎn)生的制動方式，稱為非粘著制動。軌道電磁制動和軌道渦流制動等都屬于非粘著制動，其制動力大小不受輪軌間粘著力的限制。非粘著制動目前主要作為一種輔助的制動方式用于粘著制動力不夠的高速旅客列車上。下面分別對粘著制動和非粘著制動的常用方式作一介紹。</p><p>　　2.1.1 粘著制動</p><p>　　2.1.1.1 閘瓦制動</p><p&

49、gt;　　閘瓦制動是通過閘瓦壓緊輪對踏面時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力，使列車大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能的制動方式。閘瓦制動是目前國內(nèi)列車上使用最廣泛的一種制動方式，它的優(yōu)點(diǎn)在于制造工藝簡單、成本低、制動力大、使用方便、不受天氣條件的限制、制動時(shí)還能通過清理踏面改善車輪與鋼軌的粘著。但是閘瓦制動也存在著很多缺點(diǎn)：摩擦系數(shù)隨速度提升而迅速下降，高速時(shí)不能充分利用輪軌間的粘著系數(shù)而使制動效率降低，低速時(shí)又易發(fā)生沖動及擦傷車輪踏面，使機(jī)車車輛運(yùn)行時(shí)的噪聲明顯增

50、大。閘瓦在車輪上摩擦?xí)r，會產(chǎn)生大量的熱能，磨損快，須不定期地更換，資源消耗大?；谝陨咸攸c(diǎn)，國內(nèi)貨運(yùn)列車大都采用閘瓦制動方式。</p><p>　　2.1.1.2 盤形制動</p><p>　　盤形制動是通過將閘片夾緊制動盤，使閘片與制動盤間產(chǎn)生摩擦而起到制動作用。盤形制動釋放制動能量快，制動閘片有相當(dāng)穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，噪聲小?；谶@些因素，使得在高速客運(yùn)列車上必須采用盤形制動?，F(xiàn)在新造客車

51、上基本上以盤形制動替代了傳統(tǒng)的閘瓦制動。但是圓盤制動機(jī)也有一些缺點(diǎn)：因裝有制動圓盤而增加了總質(zhì)量，因缺乏清理車輪踏面的作用而惡化了車輪與鋼軌的粘著。</p><p>　　2.1.1.3 動力制動</p><p>　　動力制動是指將列車的牽引動力裝置經(jīng)過適當(dāng)控制和轉(zhuǎn)換后進(jìn)行制動的方式。動力制動由再生制動和電阻制動兩部分組成。再生制動在制動時(shí)把牽引電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，將動能轉(zhuǎn)換為電能并反饋給電網(wǎng)

52、，它只能用在電力機(jī)車和電動車上。電阻制動是把再生制動產(chǎn)生的電能加在制動電阻上，變成熱能并發(fā)散的制動方式。制動時(shí)優(yōu)先使用再生制動，只有當(dāng)接觸網(wǎng)不能吸收再生制動的能量時(shí)，才自動轉(zhuǎn)換為電阻制動。動力制動方式不需要消耗能源，其以環(huán)保、節(jié)能和制動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)作為輔助制動方式廣泛應(yīng)用于以摩擦制動為主的列車上。研究表明，列車使用動力制動裝置后，制動閘瓦的磨耗速度降低了50%，輪對輪箍的磨耗速度降低了30%。</p><p>　　

53、2.1.1.4 液力制動</p><p>　　液力制動在制動時(shí)油泵向液力制動器供油，渦輪固定不動，泵輪由慣性力帶動并隨電機(jī)轉(zhuǎn)動，工作油在轉(zhuǎn)子內(nèi)被加速而在定子內(nèi)又被減速，最終在泵輪和渦輪間形成環(huán)流，產(chǎn)生制動力矩，并轉(zhuǎn)化為工作油的熱能加以消散。它主要用在液力傳動的機(jī)車上。</p><p>　　2.1.1.5 旋轉(zhuǎn)渦流制動</p><p>　　旋轉(zhuǎn)渦流制動是在牽引電機(jī)軸或

54、車軸上裝有作為電磁感應(yīng)體的金屬渦流盤，制動時(shí)，盤在電磁鐵形成的磁場中旋轉(zhuǎn)，盤表面感應(yīng)出渦流，使渦流盤發(fā)熱，將列車動能轉(zhuǎn)換成熱能。</p><p>　　2.1.2 非粘著制動</p><p>　　2.1.2.1 磁軌制動</p><p>　　磁軌制動是通過將安裝在列車轉(zhuǎn)向架上兩輪對之間軌面上方的電磁鐵吸附在軌道上并勵磁，使裝有磨耗板的電磁鐵以一定的吸力吸附在鋼軌上并滑

55、行，靠磨耗板與軌面之間的摩擦使動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿⑸l(fā)。磁軌制動為非粘著制動，是一種提高制動力很有效的方式，能較明顯地縮短制動距離。運(yùn)用表明，具有磁軌制動時(shí)，制動距離可以縮短20%至25%。目前它主要作為一種輔助制動方式用于高速列車的緊急制動。</p><p>　　2.1.2.2 軌道渦流制動</p><p>　　軌道渦流制動是將電磁鐵懸掛在位于鋼軌正上方的列車轉(zhuǎn)向架上，通過電磁鐵與鋼軌間的相

56、對運(yùn)動，在鋼軌中感應(yīng)出渦流而產(chǎn)生阻力并使鋼軌發(fā)熱，從而把列車的動能轉(zhuǎn)化為熱能的制動方式。軌道渦流制動有下列優(yōu)點(diǎn)：磁鐵不與鋼軌接觸，不產(chǎn)生摩擦作用，噪聲小，制動力的增加不受粘著條件的限制，制動力大且平穩(wěn)，可減小制動距離，改善乘車的舒適度。缺點(diǎn)：成本高, 消耗電能大，制動時(shí)會使鋼軌升溫，影響穩(wěn)定性。</p><p>　　2.2 我國制動技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀</p><p>　　隨著機(jī)車車輛裝備的不斷

57、發(fā)展，在制動系統(tǒng)方面也取得了許多進(jìn)展，為在國內(nèi)開行重載列車奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，隨著列車牽引重量的不斷增加和進(jìn)一步提速，現(xiàn)有設(shè)備還不能完全滿足相應(yīng)要求，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)。</p><p><b>　　2.2.1 制動機(jī)</b></p><p>　　目前我國鐵路重載運(yùn)輸貨車主要使用120型空氣制動機(jī)，該型制動機(jī)采用了帶先導(dǎo)閥的二級控制機(jī)構(gòu)，大大提高了貨物列車的制動

58、波速，但其只是為了滿足開行萬噸列車而設(shè)計(jì)的。近幾年為了適應(yīng)貨物列車重載、快速的要求，在120 型空氣制動機(jī)基礎(chǔ)上又研制了120K 型貨車制動機(jī)，以縮短空走時(shí)間。隨著列車編組與牽引重量的進(jìn)一步增加，空氣制動系統(tǒng)在運(yùn)用過程中暴露出充風(fēng)時(shí)間長、各車輛制動性能不一致、階段緩解困難、制動距離加長、縱向沖動加大、設(shè)備磨損加快等問題。同時(shí)，由于設(shè)備的過度磨耗和過早損壞而導(dǎo)致車輛維修和運(yùn)用成本升高，因得不到最佳的制動作用能力而導(dǎo)致貨運(yùn)運(yùn)能較低。要徹底改

59、善重載貨車的制動性能可以采用電空制動的制動方式。通過電氣信號控制空氣制動，基本上可以實(shí)現(xiàn)同步制動和制動風(fēng)缸的連續(xù)充風(fēng)，并可縮短制動距離、提高列車運(yùn)行速度和減輕列車縱向沖動。近年來，北美和南非重載鐵路采用微機(jī)控制的直通電控空氣制動系統(tǒng)（簡稱“ECP”）克服了自動空氣制動系統(tǒng)的不足，取得了很好的效果。</p><p>　　2.2.2 基礎(chǔ)制動裝置</p><p>　　目前，我國貨物列車采用的制

60、動形式主要還是閘瓦制動，使用鑄鐵閘瓦。對于重載運(yùn)輸而言，若裝用高摩合成閘瓦，更能發(fā)揮制動機(jī)加速緩解的作用。這是由于高摩合成閘瓦的摩擦系數(shù)比鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)要高一倍，可以將車輛的閘瓦壓力或制動率減半，從而減少制動缸和基礎(chǔ)制動裝置的尺寸，減少制動耗風(fēng)量和加速再充氣，實(shí)現(xiàn)調(diào)速時(shí)間和距離的縮短，而且極大地減輕了縱向沖動，對于車輛設(shè)備維護(hù)以及列車運(yùn)行安全都有很好的效果。</p><p>　　2.2.3　傳統(tǒng)制動控制模式分

61、析</p><p>　　傳統(tǒng)的空氣制動機(jī)以壓力空氣作為動力源和控制信號。貫穿整個(gè)列車的列車管既是制動動力渠道又是制動控制信號通道。這種制動控制模式的一個(gè)突出缺點(diǎn)是制動、緩解波速低,列車中各車輛的制動、緩解作用一致性差,列車縱向沖動大,客車乘坐舒適性差。這個(gè)缺點(diǎn)不可能通過改進(jìn)空氣制動機(jī)各部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)得到根本解決。為解決這一問題,對原有制動機(jī)進(jìn)行了加電控的改進(jìn),產(chǎn)生了電空制動機(jī)。它是用電來傳輸制動控制信號,以此來大

62、大提高信號傳輸速度,提高列車中各車輛的制動、緩解作用一致性。</p><p>　　對自動式電空制動機(jī)來說,電傳送的實(shí)際上只是一個(gè)啟、停原有空氣分配閥動作的開關(guān)量信號,具體的列車管空氣壓力設(shè)定值仍要由列車管通過壓力空氣傳送。因此,電空制動機(jī)只是從作用一致性方面比空氣制動機(jī)所改善,而在制動力均勻分配、操作平穩(wěn)性等問題上,并沒有提供更好的解決措施。列車運(yùn)行操縱過程中,制動系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能主要是使列車減速和停車,司機(jī)所關(guān)

63、心的2個(gè)主要運(yùn)行參數(shù)是列車運(yùn)行速度和制動距離。制動距離在緊急制動時(shí)才具有實(shí)際意義。常用制動停車時(shí),司機(jī)最為關(guān)心的是機(jī)車停車位置,也就是列車速度降為零時(shí)所對應(yīng)的空間位置,此時(shí)的制動距離并不是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)。因此,與制動系統(tǒng)功能最密切的參數(shù)是列車速度。</p><p>　　最理想的制動控制模式是直接實(shí)時(shí)地控制列車速度,即直接把實(shí)時(shí)檢測到的列車運(yùn)行速度作為反饋信號,與制動控制器給出的目標(biāo)速度進(jìn)行比較?？刂菩盘柼幚韱卧?/p>

64、計(jì)算后給出新的控制指令交給制動執(zhí)行單元,然后再進(jìn)行速度檢測、反饋、處理,形成一個(gè)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。這種理想的制動控制模式有待進(jìn)一步開發(fā)使用。制動時(shí)和列車速度關(guān)系最為直接的一個(gè)參數(shù)是列車減速度,它和列車速度之間的函數(shù)關(guān)系不受制動機(jī)參數(shù)、粘著系數(shù)等的影響。</p><p>　　列車減速度和制動力之間有著直接的函數(shù)關(guān)系,在車重、摩擦系數(shù)等參數(shù)已知的情況下,可以通過對制動缸壓力的控制實(shí)現(xiàn)對列車減速度的控制。制動缸壓力換算

65、到列車減速度的過程中,涉及車重、閘瓦與車輪或閘片與制動盤之間摩擦系數(shù)、基礎(chǔ)制動裝置的傳動效率等中間參數(shù)。由于空氣和電空制動機(jī)控制部件不具有計(jì)算功能,不能實(shí)現(xiàn)制動缸壓力到列車減速度的換算,因此2種制動機(jī)都只能實(shí)現(xiàn)對制動缸壓力的控制,且受到信號精度及制動控制部件性能制約,對制動缸壓力的控制精度不是很高。以上是傳統(tǒng)制動機(jī)的局限性,這些局限性是由當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平?jīng)Q定的。</p><p>　　無論是空氣制動機(jī)或者是電空制動機(jī)

66、,在整個(gè)鐵路事業(yè)發(fā)展過程中都發(fā)揮了巨大的作用,而且在現(xiàn)在的鐵路運(yùn)輸中仍發(fā)揮著重要作用。但是隨著鐵路運(yùn)輸向高速重載的方向發(fā)展以及機(jī)車車輛對制動裝置性能要求的逐步提高,它們已不能滿足新的要求。在高速列車制動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,仍繼承了傳統(tǒng)制動控制的一些基本思想。隨著現(xiàn)代控制技術(shù)、電子技術(shù)的引入和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,列車制動控制系統(tǒng)較以往發(fā)生了很大的變化。</p><p>　　2.2.4 高速列車制動控制</p>

67、<p>　　2.2.4.1 直通與自動</p><p>　　直通與自動是和空氣制動機(jī)密切相關(guān)的兩個(gè)概念，通常用它們來劃分不同的制動機(jī)。直通是指制動時(shí)將總風(fēng)缸的壓力空氣直接充入制動缸，即制動缸的直接風(fēng)源是總風(fēng)缸。自動是指列車管破裂或列車分離時(shí)制動機(jī)能自動實(shí)施制動。由二者的含義可以看出,直通是就空氣制動機(jī)作用方式而言的,而自動是就制動機(jī)功能而言的,二者不是對立的兩個(gè)概念。</p><

68、p>　　最初的直通式制動機(jī)在列車管破裂或列車分離時(shí)，由于每輛車和制動風(fēng)源的聯(lián)系被切斷，列車會失去制動能力。為解決這一問題，在每輛車上裝設(shè)了獨(dú)立的制動動力儲備單元，即副風(fēng)缸。這樣，制動時(shí)即使失去總風(fēng)缸風(fēng)源的支持，每輛車仍能靠所儲存的壓力空氣實(shí)現(xiàn)制動，制動機(jī)具備了“自動”功能。此后所有形式的制動機(jī)都保留了這一功能。列車管破襲或列車分離屬列車運(yùn)行中的緊急情況。這時(shí)制動機(jī)收到的信號為列車管減壓，為實(shí)現(xiàn)自動功能，制動機(jī)必須以此作為制動信號。

69、相應(yīng)地，常用制動也采用了列車管減壓制動的方式。這一方式導(dǎo)致制動過程中副風(fēng)缸壓力空氣得不到補(bǔ)充。由于自動制動機(jī)發(fā)展初期為直接作用方式，三通閥的動作要靠副風(fēng)缸與列車管空氣壓力的平衡關(guān)系來控制，因此在制動過程中，必須切斷副風(fēng)缸與列車管的通路。間接作用方式制動機(jī)的發(fā)展使副風(fēng)缸解脫出來，不再參與三通閥或分配閥的動作控制。但由于列車管減壓制動方式和制動單管制(貫穿整個(gè)列車的只有一根列車管，不再用總風(fēng)管)兩個(gè)條件的限制，制動時(shí)副風(fēng)缸壓力空氣仍得不到補(bǔ)

70、充。制動時(shí)副風(fēng)制壓力得不到補(bǔ)充給自動式空氣制動機(jī)的應(yīng)用帶來一個(gè)問題。制動時(shí)副風(fēng)缸壓力空氣充入制動缸,緩解時(shí)列車管向副風(fēng)缸充氣，副風(fēng)缸充</p><p>　　空氣制動控制系統(tǒng)中電指令的引入為解決這一問題提供了可能性。電空制動機(jī)實(shí)現(xiàn)了控制信號的部分獨(dú)立，但還不能徹底解決這一問題。直通電空制動機(jī)實(shí)現(xiàn)了控制信號和制動動力源的徹底分離，壓力空氣不再參與制動控制，使這一問題得到解決。直通電空制動機(jī)和原來的自動空氣制動機(jī)相比較

71、，主要有以下不同：用電指令取代空氣壓力信號作為控制信號；用總風(fēng)管代替了列車管；用制動儲風(fēng)缸代替了副風(fēng)缸。每節(jié)車的制動儲風(fēng)缸通過單向閥與總風(fēng)管相連，制動時(shí)，制動儲風(fēng)缸充氣，保持和總風(fēng)缸相同的空氣壓力值，制動機(jī)為“直通式”?？傦L(fēng)管破裂或列車分離時(shí)，制動機(jī)接到電信號實(shí)施制動，由于單向閥的作用，制動儲風(fēng)缸壓力空氣不會向總風(fēng)管逆流，制動機(jī)具有“自動”功能。</p><p>　　由以上分析可以看出，隨著制動機(jī)的發(fā)展“直通”的

72、含義也在發(fā)生著變化。過去對“直通”的理解是從制動機(jī)作用方式上講的，它使制動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單?，F(xiàn)在，可以從功能上重新認(rèn)識它的含義，它使制動機(jī)具有制動能力不衰減性。直通電空制動機(jī)把直通與自動很好地統(tǒng)一了起來，因此把這種制動機(jī)稱為“直通自動電空制動機(jī)”更為恰當(dāng)。直通電空制動機(jī)是高速列車制動機(jī)發(fā)展的方向，在國外已被廣泛采用，我國正在研制的200km/h電動車組也采用了這種制動機(jī)。</p><p>　　2.2.4.2 電氣指令式

73、制動</p><p>　　電氣指令式制動系統(tǒng)的特點(diǎn)為：制動控制器給出的控制指令為電信號，通過電器設(shè)備電信號傳輸?shù)矫抗?jié)車，每節(jié)車的制動控制單元將電指令轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的空氣壓力信號，再用此信號控制中繼閥(空氣流量放大閥)動作,進(jìn)而控制制動缸充、排氣，實(shí)現(xiàn)制動與緩解。電氣指令式制動具有動作反應(yīng)快、作用一致性好、可控制性強(qiáng)、電制動與空氣制動容易協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。從制動控制指令發(fā)生和傳輸?shù)慕嵌葋砜矗姎庵噶钍街苿涌煞譃閿?shù)字式和模擬式

74、兩大類。再根據(jù)空電制動配合運(yùn)算的方式不同，前者又可分為切換閥式、氣運(yùn)算式和電運(yùn)算式三種。</p><p>　　2.3 制動裝置性能的改進(jìn)</p><p>　　目前國內(nèi)外列車普遍采用的制動方式是摩擦制動，主要有閘瓦制動和盤形制動。而其它的制動方式如電阻制動、再生制動、軌道電磁制動等仍只作為輔助制動，因此閘瓦制動方式和盤形制動方式性能的改進(jìn)是研究的重點(diǎn)。</p><p>

75、;　　2.3.1 閘瓦制動方式</p><p>　　閘瓦的制動能力主要由閘瓦與車輪之間的摩擦來決定。為了改進(jìn)閘瓦制動效能, 常用的方法是通過使用新材料來改變閘瓦與車輪之間的摩擦和粘著力[ 2] 。目前研究較多的主要是中磷閘瓦、高磷閘瓦、合成閘瓦和橡膠巖棉閘瓦。</p><p>　　2.3.1.1 中、高磷閘瓦</p><p>　　自60 年代以來, 我國準(zhǔn)軌列車使用

76、的閘瓦多為含磷量為0.7%—1.0%的中磷鑄鐵閘瓦。實(shí)踐證明，中磷閘瓦在使用中存在較多缺點(diǎn)，尤其是耐磨性能差，使用壽命短。而高磷閘瓦在耐磨耗、耐高溫、摩擦系數(shù)穩(wěn)定性及效益等方面均優(yōu)于中磷閘瓦，耐磨性為中磷閘瓦的2.5—3.0倍。但高磷閘瓦由于材質(zhì)脆性大、高溫強(qiáng)度低、導(dǎo)熱性能差，所以在制動時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　2.3.1.2 合成閘瓦</p><p>　　針對高、中磷鑄鐵閘瓦

77、的缺欠, 國外早已開展了對高摩擦系數(shù)合成閘瓦的研究, 歐美一些發(fā)達(dá)國家, 如美國已采用合成閘瓦替代鑄鐵閘瓦。高摩擦系數(shù)合成閘瓦制動力大，磨耗量較小，使用壽命長。另外，制動時(shí)噪聲小，無火花粉塵，制造成本低。合成閘瓦主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 具有平穩(wěn)的摩擦系數(shù)并能充分利用粘著力提高制動力，縮短制動距離。</p><p>　　(2) 耐磨、使用壽命長、對車輪磨損少。合成閘瓦的使

78、用壽命一般比鑄鐵閘瓦長3—10 倍。因而可大大減少更換閘瓦的工作量，降低鐵路運(yùn)營成本。</p><p>　　(3) 重量輕。合成閘瓦重量僅為鑄鐵閘瓦的1.4—1.3, 便于更換閘瓦，減輕勞動強(qiáng)度。</p><p>　　(4) 制動時(shí)無火花，可避免發(fā)生火災(zāi)事故，有利安全運(yùn)行。</p><p>　　合成閘瓦也有其不足之處：</p><p>　　(

79、1) 在實(shí)際運(yùn)用中普遍存在著中部比兩端磨耗快及容易產(chǎn)生破裂、掉塊。</p><p>　　(2) 使用高磨合成閘瓦比鑄鐵閘瓦更易發(fā)生動輪弛緩。</p><p>　　2.3.1.3 橡膠巖棉閘瓦</p><p>　　橡膠巖棉閘瓦的耐磨程度高于合成閘瓦和中磷閘瓦，耐磨性為合成閘瓦的2 倍，為中磷閘瓦的5倍以上，具有制造成本低、耐磨性能強(qiáng)、使用壽命長、更換方便及效益顯著等特

80、點(diǎn)。</p><p>　　2.3.1.4 金屬陶瓷閘瓦</p><p>　　金屬陶瓷閘瓦與鑄鐵閘瓦相比，具有較高的摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)與抱閘力之間的關(guān)系良好，使用壽命長。雖然金屬陶瓷早已成功地應(yīng)用于高效圓盤制動機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)，但因制造復(fù)雜而導(dǎo)致其價(jià)格昂貴。材料硬度高而難以磨合是金屬陶瓷閘瓦不能均勻貼合到車輪踏面上的原因，因此在安裝新閘瓦后不可避免地會出現(xiàn)偏高的接觸應(yīng)力區(qū)。金屬陶瓷的導(dǎo)熱性比灰鑄鐵差

81、，因此傳入車輪的制動能量比采用灰鑄鐵制動閘瓦時(shí)大15%。</p><p>　　2.3.2 盤形制動方式</p><p>　　盤形制動方式的改進(jìn)主要通過改變制動盤閘片的性能來實(shí)現(xiàn)，目前研究較多的是金屬制動閘片、陶瓷材料制動閘片和炭纖維制動閘片。國外營運(yùn)的高速列車盤式制動仍在使用鍛鋼盤與鐵銅粉末冶金閘片。為進(jìn)一步提高制動盤的能量和降低盤重，研究主要集中在高能量制動盤和中能量制動盤上。研究表明，

82、炭纖維復(fù)合材料密度低、制動能量高, 但在摩擦系數(shù)穩(wěn)定性和制造成本方面仍有大量的工作要做。陶瓷材料具有優(yōu)良的高溫摩擦磨損性能，但仍沒有解決大尺寸部件的脆性問題。材料表面強(qiáng)化技術(shù)可大大改善制動盤表面的摩擦磨損性能，所要解決的問題是涂層與基體間結(jié)合的可靠性問題。鋁基強(qiáng)化復(fù)合材料可降低重量50%以上， 但其使用溫度相對較低，限制了它在更大的范圍內(nèi)推廣使用。國外炭纖維制動閘片的應(yīng)用研究明顯加快，國外制動閘片已經(jīng)開始從使用半金屬制動片為主轉(zhuǎn)向使用少

83、金屬片甚至炭纖維片。</p><p>　　2.4 制動裝置的故障及檢測</p><p><b>　　2.4.1 故障</b></p><p>　　目前貨運(yùn)列車普遍采用的是閘瓦制動方式，較大的制動能力和較低的成本使其得以普遍采用，但也存在著諸多問題。</p><p>　　2.4.1.1 閘瓦抱死</p>&l

84、t;p>　　當(dāng)施行緩解時(shí)，閘瓦未能離開車輪踏面，這一故障稱為閘瓦抱死。閘瓦抱死時(shí)由于閘瓦與輪箍間的劇烈摩擦，導(dǎo)致大量發(fā)熱，致使輪箍溫度升高、膨脹，嚴(yán)重的還使輪箍外串，造成脫線事故，因而閘瓦抱死對行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。</p><p>　　2.4.1.2 閘瓦脫離</p><p>　　由于列車在高速運(yùn)行過程中頻繁制動，閘瓦所受的沖擊力非常大，容易使閘瓦松動，造成閘瓦脫離，嚴(yán)重影響行車安

85、全。</p><p>　　2.4.1.3 閘瓦偏磨</p><p>　　閘瓦偏磨將減小閘瓦與車輪踏面的接觸面積，使得閘瓦的制動能力下降。閘瓦任一側(cè)厚度磨到極限后整塊閘瓦即需報(bào)廢，導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和運(yùn)營費(fèi)用的增加。閘瓦偏磨在其它國家也有報(bào)道。日本《車輛工學(xué)》對日本車輛運(yùn)用檢測現(xiàn)場的統(tǒng)計(jì)表明，所換閘瓦約85%是由于偏磨造成的。偏磨也增加了列車的運(yùn)行阻力，降低了鐵路的運(yùn)能。如果能解決偏磨現(xiàn)象，可使

86、目前機(jī)車提高牽引噸位7.1%以上。</p><p><b>　　2.4.2 檢測</b></p><p>　　閘瓦的制動工作狀況直接影響著列車的行駛速度和行車安全，因此對閘瓦的狀況進(jìn)行及時(shí)有效地監(jiān)控檢測顯得格外重要。目前國內(nèi)仍采用人工檢測方式，不僅勞動強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間多，而且檢測精度低，對列車的安全性構(gòu)成了一定的威脅，因此迫切需要研制高效的自動檢測裝置。</p&

87、gt;<p>　　目前國外已開發(fā)出一些使用各種傳感器進(jìn)行閘瓦在線自動檢測的設(shè)備，而其在國內(nèi)尚處于研究開發(fā)中。閘瓦自動化檢測的應(yīng)用是未來鐵路行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。鑒于目前這種狀況，國內(nèi)很多專家學(xué)者都對閘瓦自動檢測技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，研究成果主要有：</p><p>　　(1) 列車制動性能檢測儀，可檢測閘瓦是否緩解。檢測時(shí)將壓力開關(guān)放在閘瓦和制動盤中間來判斷列車制動缸的狀態(tài)。</p>&

88、lt;p>　　(2) 測力閘瓦，由測力閘瓦體和一個(gè)單觸點(diǎn)傳感器組成。在防止車輪擦傷、防滑和高速列車制動性能的研究等方面提供了基礎(chǔ)性的檢測手段。</p><p>　　上述閘瓦檢測裝置功能單一，難以提高檢測自動化程度。目前很多專家學(xué)者已開始研制多功能、高效率的閘瓦在線自動檢測裝置，主要采用高精度激光位移傳感、高速CCD視覺傳感和計(jì)算機(jī)圖像處理等光機(jī)電一體化技術(shù)來研制列車閘瓦自動檢測裝置。</p>

89、<p>　　自動檢測裝置應(yīng)具備以下功能：檢測閘瓦是否脫離；檢測閘瓦的厚度；檢測閘瓦是否正常緩解；檢測閘瓦是否偏磨；檢測閘瓦是否出現(xiàn)裂紋。由于列車運(yùn)行現(xiàn)場和閘瓦狀態(tài)的復(fù)雜性，要研制出具備上述功能的裝置是十分困難的，需要采用多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉技術(shù)來完成。</p><p>　　2.5 國外列車制動新技術(shù)</p><p>　　2.5.1 ECP制動系統(tǒng)</p><p&

90、gt;　　隨著列車編組輛數(shù)加大，前、后部制動和緩解的時(shí)間差就大，列車縱向沖擊力加大。此外，由于列車輛數(shù)多帶來的副風(fēng)缸和列車制動管總?cè)莘e加大會產(chǎn)生一系列的問題，如列車制動距離加長、各車輛制動性能不一致、司機(jī)操縱列車?yán)щy和列車縱向沖動過大等。同時(shí)，車輪和閘瓦的過度磨耗以及車輪熱負(fù)荷等因素將導(dǎo)致車輛的維修和運(yùn)用成本較高，得不到最佳的制動作用力而導(dǎo)致貨運(yùn)運(yùn)能較低等等都是由空氣制動系統(tǒng)的不足引起的。而解決這一問題的最理想辦法便是應(yīng)用直通式電控空氣

91、制動系統(tǒng)（簡稱“ECP”）。</p><p>　　近年來，北美和南非通過運(yùn)用ECP，在既有線路條件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了20000t～40000t的重載列車運(yùn)輸。就目前而言，ECP 制動系統(tǒng)主要有改善列車操縱、減少車輛維修費(fèi)用、縮短運(yùn)轉(zhuǎn)周期、節(jié)省能源消耗、降低動力分配控制費(fèi)用的優(yōu)勢，并為車輛添加傳感器和傳動機(jī)構(gòu)功能提供了一種可行方法，這些都是普通空氣制動所不具備的。</p><p>　　根據(jù)AAR

92、S-4200標(biāo)準(zhǔn)，ECP 制動系統(tǒng)是機(jī)車和車輛上一套完整的貨車制動設(shè)備，以壓縮空氣為動力，由機(jī)車發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)信號控制常用制動和緊急制動。它是在整列車上安裝一根雙股（直徑為8mm）電纜，縱貫機(jī)車和車輛。利用該電纜，可將機(jī)車上的230V DC 電源傳到車輛，實(shí)現(xiàn)機(jī)車和車輛雙向數(shù)據(jù)的交換。制動指令以數(shù)據(jù)的形式從牽引機(jī)車傳出，同時(shí)作用在每輛車上。當(dāng)ECP 處于制動模式時(shí)制動管成為總風(fēng)管，不同于傳統(tǒng)的空氣制動系統(tǒng), 不再通過減壓產(chǎn)生制動指令信號,從

93、而保持了ECP 的階段緩解能力,使列車操作和速度控制更為靈活。其組件包括車輛控制設(shè)備CCD、頭端單元HEU、尾部設(shè)施EOT、車輛ID 模塊CID、機(jī)車ID、模塊LID、電源裝置、電源控制器PSC、接線盒和首-尾終端等。其中，機(jī)車制動裝置主要包括HEU、LID、230V直流電源等，車輛制動裝置主要有CCD、CID 以及管路集成裝置等。主要組件功能分述如下：</p><p>　　（1）CCD：確認(rèn)和接受電信號,并在車

94、輛上控制常用制動和緊急制動。</p><p>　?。?）HEU：是安裝在機(jī)車內(nèi)的制動系統(tǒng)控制裝置，用來控制ECP 制動系統(tǒng)。</p><p>　　（3）EOT：作為整個(gè)列車管的末端，其作用是確定列車的完整性和列車管的連通狀況，并監(jiān)控和報(bào)告制動管壓力。</p><p>　　（4）CID：用于儲存車輛自身的具體參數(shù)，并提供給CCD。</p><p&g

95、t;　?。?）LID：用于儲存機(jī)車自身的具體參數(shù)，并提供給HEU 和PSC。</p><p>　?。?）PSC：與列車總線通信網(wǎng)相連，根據(jù)HEU 命令來操作控制列車總線電源。</p><p>　?。?）列車總線：是一根縱貫全列車的雙芯電纜，傳送列車總線電源和網(wǎng)絡(luò)通信信號。</p><p>　　對于ECP 系統(tǒng)，直接引進(jìn)并不可行，這是由于美國的停車距離是3000m，而

96、我國的停車距離則為800m~1400m，而且美國車輛的常用制動機(jī)和緊急制動機(jī)是分開的，與我國重載貨車所用的120 型制動機(jī)在兼容性上存在一定的問題，這些都是引入電子制動技術(shù)需要考慮的因素。</p><p>　　2.5.2 電力機(jī)械式制動機(jī)</p><p>　　傳統(tǒng)機(jī)車的制動系統(tǒng)多采用空氣壓力，其制動裝置的構(gòu)成復(fù)雜且都是一些笨重配件，占用空間大并增加了自重。日本NABTESCO公司以環(huán)境協(xié)調(diào)

97、型的新一代不使用氣壓控制車輛為目標(biāo)，開發(fā)了電力機(jī)械式制動系統(tǒng)。它是由制動指令裝置和電動彈簧制動裝置（EBI）組成，可以實(shí)現(xiàn)常用制動、緊急制動、安全制動、停放制動以及手動緩解等多種制動模式。電動彈簧制動裝置作為列車的制動裝置，內(nèi)置了電動機(jī)與進(jìn)行控制運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，在接到制動指令后按照機(jī)械動作產(chǎn)生制動力。它具有響應(yīng)快速、安全性高、可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架及軸為單位的控制的特點(diǎn)。另外，列車制動指令的傳遞與電空制動方式相同，能夠適應(yīng)制動指令與電制動的協(xié)調(diào)控

98、制，是作為補(bǔ)足制動指令供給EBI的。</p><p><b>　　第三章 總結(jié)與展望</b></p><p>　　3.1列車提速與制動裝置必須和諧發(fā)展、相輔相成</p><p>　　速度是交通運(yùn)輸?shù)撵`魂，是社會進(jìn)步的重要窗口，沒有速度就沒有效益，沒有速度就沒有生命力。當(dāng)前世界上除了非洲一些國家外，幾乎各國的鐵路都普遍開行快速旅客列車，提高列車速

99、度已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的一種潮流和趨勢。我國鐵路通過實(shí)施提速工程已從過去“大重量、高密度、中低速度”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱焖俣?、大重量、高密度”的運(yùn)輸新模式。筆者認(rèn)為相互關(guān)聯(lián)的三個(gè)要素不是簡單地進(jìn)行了位移，而是更尊重客觀。實(shí)際把速度放在了起主導(dǎo)作用的第一制約要素"列車提速除了對線路基礎(chǔ)、動力牽引、客貨車輛、通信信號、供電設(shè)施、安全裝備等進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新外，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和選取制動裝置就成為一項(xiàng)必不可少和重要任務(wù)。因?yàn)闄C(jī)車車輛制動系統(tǒng)中處在關(guān)鍵

100、位置，消耗量最大的配件是閘瓦和閘片，它們的質(zhì)量也是確保設(shè)計(jì)成效和運(yùn)輸安全，提高運(yùn)輸質(zhì)量重要的一環(huán)。</p><p>　　3.2 制動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　空氣制動控制系統(tǒng)中電指令的引入使直通與自動統(tǒng)一起來。電氣指令式直通空氣制動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)迅速、控制方便、與電制動容易配合等優(yōu)點(diǎn)。另外隨著列車電氣化的發(fā)展,空氣制動控制電氣化也是必然趨勢,它使空氣制動系統(tǒng)開放化,易于

101、實(shí)現(xiàn)與列車牽引等設(shè)備的接口,使列車運(yùn)行向著自動操縱的方向發(fā)展。</p><p>　　縱觀國外幾十年的空氣制動控制發(fā)展歷程,從完全的空氣制動到直通電空制動,經(jīng)歷了許多中間形式的制動控制方式,如簡單的電磁閥式、電子電路式等,最后都朝著以微機(jī)為基礎(chǔ)的直通電空方向發(fā)展。目前我國的空氣制動控制技術(shù)與國外相比還有很大的差距。今后在設(shè)計(jì)空氣制動系統(tǒng)時(shí),應(yīng)該高起點(diǎn),充分借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),少走彎路,并結(jié)合我國國情進(jìn)行創(chuàng)新,盡快使

102、我國的高速列車制動技術(shù)躋身于世界先進(jìn)水平的行列。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 張開文.制動M. 北京:中國鐵道出版社 ,1993.4～12 ,125～131.</p><p>　　2 智廉清 ,吳培元 ,林臺平等.近代鐵道制動技術(shù)M. 北京:中國鐵道出版社 ,1983.6～17.</p>