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地铁车辆制动系统关键技术研究

摘要:为满足地铁车辆的运行需要,其制动系统应采用多样化的制动方式。基于此,本文分析了地铁车辆制动系统的关键技术,从制动力分配、机械制动与电制动结合使用、闸瓦材质选择、车轮热处理等方面进行了探究。

关键词:地铁车辆;制动系统;闸瓦;车轮

1制动力分配

依托控制网络,车辆负载信息可实现传输,为满足制动减速需求,动车的电制动与机械制动应相互配合,相应制动力粘着力的最大使用限度为15%。在超负荷条件下,若动车电制动力与机械制动力并不能满足制动减速需求,就需依靠拖车进行机械制动减速。简而言之,在动车电制动关闭前,每辆动车均会向拖车发送一个信号,随之拖车将增大机械制动力,以达成拖车机械制动目的。然而,由于动车负载会限制动车的机械制动力,在减速度约1m/s2时,机械制动力粘着力应限定使用10.2%,不足之处由拖车补充。若列车完全停止,其机械制动力将降低,且该制动力将降至全制动力的70%。探析列车制动原理,应从快速制动及常用制动两个方面分析,若要划分列车制动的优先顺序,其优先顺序应为再生制动、电阻制动、机械制动。若列车减速度为1.3m/s2,探析此时列车的快速制动过程,该过程就具有可逆性。简而言之,列车制动模式可由快速制动转移为牵引或滑行模式。而紧急制动,则属于机械制动,该制动模式具有不可逆性。若车辆发出紧急制动信号,动车与拖车就会共同参与制动过程,在两者共同的制动力作用下,列车的减速度可达10.2m/s2。

2机械制动与电制动结合使用

由于地铁车辆对运行安全有着较高的要求,其制动系统就采用了机械制动与电制动相结合的制动方式。在列车常用制动过程中,相较于机械制动,电制动具有显著的优势,具象体现于制动节能、制动无磨损等方面。同时,探析电制动的功能,还包括荷载校正及滑行保护功能。由此,通常情况下,对于列车驾驶员而言,其优先使用的制动方式应为电制动,若单纯的电制动方式并不能满足列车制动减速需求,列车就可自动进行复合制动,即有效结合机械制动及电制动。然而,从联合制动角度分析,若要结合使用电制动与机械制动,相关人员应明确以上两种制动方式在结合使用过程中的关键点,即是所谓的制动结合点。一旦列车处于低速或高速运行状态,列车驾驶员若采用单纯的电制动,就以保证制动效果。若列车运行速度小于10km/h,机械制动就需要完全接管车辆制动。[1]若列车运行速度大于160km/h,要达成良好的制动效果,也需要机械制动的介入。在紧急制动时,只能采用机械制动,以规避断电、断钩、脱弓等故障的出现。同时,在停车前,列车运行的机械制动状态不可缓解,不仅要尽可能的减小冲击,还不能具体限制冲击。除却紧急制动外,机械制动还可完成列车的停放制动。

3闸瓦材质选择

在地铁车辆制动系统中,闸瓦是重要的制动执行装置。简而言之,在车轮踏面上,闸瓦是产生制动作用的制动块,可谓是地铁车辆制动系统的终端执行机构。如此,为保证闸瓦的工作性能,应保证闸瓦材质选择的科学性。在地铁车辆上,所使用的闸瓦类型可分为两类,其一为铸铁类,包括磷铸铁类闸瓦及高磷铸铁类闸瓦,其二为合成类,包括合成树脂类闸瓦及石棉橡胶类闸瓦。依据摩擦系数高低,闸瓦还可划分为高摩合成闸瓦及低摩合成闸瓦两种类型。相较于中磷铸铁类闸瓦0.7%-1.0%的含磷量,高磷铸铁类闸瓦的含磷量更高,多在10%以上。由此,在耐磨性层面,高磷铸铁类闸瓦比中磷铸铁类闸瓦高1倍左右。在使用寿命层面,高磷铸铁类闸瓦比中磷铸铁类闸瓦长约2.5倍以上。在制动过程中,高磷铸铁类闸瓦制动所产生的火花较少。在摩擦系数层面,高磷铸铁类闸瓦大于中磷铸铁类闸瓦。然而,若铸铁类闸瓦含磷量过高,也会增加闸瓦的脆性。经过试验研究,一旦铸铁类闸瓦的含磷量超过1.0%,就有可能在使用中引发裂损问题。由此,对于高磷铸铁类闸瓦而言,应将钢背增加在闸瓦上,做好补强措施。而合成闸瓦,其材料应包括硫酸钡、石墨、树脂、石棉等,并采用热压形式制成。相较于铸铁闸瓦,合成闸瓦具有显著的优点,具象体现于摩擦性能可调性、耐磨性、使用寿命长、节省铸铁材料、降低车轮踏面磨耗、质量轻、便于检修、规避铁粉污损及制动火星、摩擦系数平稳等。

4车轮热处理

在地铁车辆制动系统中,车轮是重要的制动执行装置。然而,在闸瓦与轨道之间,大量摩擦将使车轮处于热处理状态,进而影响车轮的稳定性及使用寿命。在车轮硬度层面,铁路客车车轮的硬度并不符合地铁车辆车轮的硬度要求。由此,对于地铁车辆而言,若单纯应用铁路车轮热处理工艺,相应的车轮硬度就无法满足使用要求。故而,对于地铁车辆而言,相应的车轮热处理工艺有必要进行一系列调整,以进一步优化地铁车轮热处理工艺,使地铁车轮的生产满足地铁车辆使用要求。首先,以铁路车轮的热处理工艺为基准,可试处理少量地铁车轮。在热处理过程中,相应人员应对热处理温度进行合理设置。简而言之,将轮辋淬火温度设置在885℃,将回火温度设置在390-410℃,且回火时间应为3h。[2]然而,对热处理后的车轮进行硬度分析,在车轮轮缘一侧,相应的轮辋剖面尚且存在硬度偏低的问题,而车轮踏面以下尚且存在硬度偏高的问题。故而,在淬火工作台上,相应人员调整了喷水嘴的角度及高度。由此,在淬火水流层面,相应的高度及喷射角就产生了转变。其后,相应人员对热处理后的车轮进行硬度分析,在车轮轮缘一侧,相应的轮辋剖面的硬度值明显提高,在踏面以下,硬度偏高问题也得到了改善。

5结语

综上所述,为保证地铁车辆的安全运行,相关人员应在地铁车辆实验及实践运行中探究制动系统的关键技术。经过以上分析可得,应配合使用动车电制动与机械制动,并考虑拖车机械制动,以满足地铁车辆的制动减速需求;应立足于机械制动与电制动的优势,并科学选择电制动与机械制动的结合点;应探析铸铁类闸瓦与合成类闸瓦的特性,随之依据地铁车辆实际需要选择适当的闸瓦材质;应对铁路车轮热处理工艺进行调整,以满足地铁车辆的使用要求。

参考文献:

[1]顾培忠.地铁车辆制动系统关键技术分析[J].中国设备工程,2016(07):64+67.

[2]张哲.地铁牵引电传动系统与其控制技术研究[D].北京交通大学,2015.

作者:宗庆云 任成伟 单位:中车长春轨道客车股份有限公司

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