高速列车概论论文制动技术

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高速列车制动技术

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交通运输工程学院 郭蒙蒙 交通设备1005 梁习峰 2013年12月23日 高速列车制动技术

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摘要 高速列车制动技术对于行车安全至关重要，在意外情况下，高速列车紧

急制动距离越短越安全，旅客的安全系数越高。制动的实质是将列车的动能转化为其他形式的能量或列车动能在制动装置间的传递与消散，高速列车的制动能力体现在停车制动过程列车的制动距离。目前国际上将列车制动方式分为热散逸形式（又分为摩擦制动—闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动和动力制动—电阻制动、轨道涡流制动、旋转涡流制动）和可用能形式（有再生制动和飞轮制动）。本文主要介绍列车制动的方式，并就我国目前高速列车制动方面采用的技术、取得的成就与国外作比较，最后提出高速列车制动技术需要研究的重点和方向。 1.高速列车制动系统 1.1 高速列车制动系统的特点

安全性高、控制准确、可靠性高、舒适度高、维修方便、系统轻量化。

1.2 高速列车制动系统的组成

高速列车制动系统由电制动系统、空气制动系统、防滑系统和控制系统组成。 1.3高速列车制动系统原理

高速列车制动时通过气控制单元控制制动缸充气或排气，产生制动和缓解作用，从而控制列车空气制动力的部分。随着列车技术的飞速发展，过去传统的单一空气制动形式已远远不能满足现在制动的要求。国外高速列车，无论是动力集中还是动力分散车组，都不是单一的空气制动，而是以空气制动为主，以动力制动、磁轨制动、涡流制动中的一种或几种电力制动为辅，相互配合来形成一个空气与电力的联合制动系统。EP单元是高速列车制动系统的重要组成部分，EP单元能够实现电力制动与空气制动的有机配合，在高速列车制动系统中，EP单元能够根据所需制动力的大小及实际电制动力的大小，由空气制动实时补足不足的部分，确保安全运行和平稳停车。随着计算机及传感器技术的发展，为了使结构小型化，许多EP控制单元采用以制动/缓解电磁阀及压力传感器组成的闭环控制系统。EP单元的微机控制部分根据列车所需制动力的大小，计算出容积室压力要达到的目标值，再根据容积室压力传感器检测出来的实际值，控制电磁阀动作，使容积室排风或充风，直到制动缸的空气接近容积室的空气压力。综上所述，EP单元可以通过控制容积室的空气压力来控制制动缸的压力，实现电信号向气体压力信号转化。

2.高速列车制动方式及研究进展 2.1 高速列车制动方式

高速列车的制动方式总体上可以分为两种：利用轮轨间粘着力的黏着方式和不依靠粘着力的非黏着方式。就目前高速列车制动系统的运用情况来说，黏着制动为当今主流，非黏着制动仍处于研究发展阶段，但有广阔的应用前景。黏着制动主要分为电制动和摩擦制动两种：摩擦制动包括盘形制动（轮盘式和轴盘式）和踏面制动；电制动包括电阻制动、再生制动和圆盘涡流制动。对非黏着制动来说，可按制动力的性质对其分为三类：利用电磁力，如涡流式轨道电磁制动；利用摩擦力，如摩擦式轨道电磁制动；利用空气阻力，如翼板制动。

踏面制动是铁路车辆最早的制动方式，但由于踏面制动的闸瓦耐热性差、磨耗高、制动效率低，目前在高速列车上除了清理踏面的作用之外，已经很少用这种制动方式提供制动力。盘形制动作为主要的空气制动装置，目前广发应用于高速列车上，拖车轮对一般同时装配轮盘制动和轴盘制动；对于动车轮对，由于受到

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电机安装空间的限制，一般只安装轮盘制动。电阻制动在制动时使动能转变为电能并通过回路中的电阻装置将电能转变为热能消耗掉；而再生制动则是将转变后的电能回馈给接触网，使能量循环利用，由于再生制动可实现对能量的循环利用，满足当今节能环保的要求，因此目前已广泛应用于高速列车并成为主要的发展方向。磁轨制动包括通过电磁力将摩擦板吸附于钢轨表面的摩擦式磁轨制动和利用涡流磁场产生制动力的涡流式磁轨制动。翼板制动利用高速下的空气阻力提供制动力，但由于其受到车辆限界和风速的限制，目前在高速列车上应用不多。 2.2 研究进展

对于目前广发应用于高速列车上的黏着制动，制动力归根结底是由轮轨的黏着力提供的。因此，对轮轨黏着极限的利用也就成为了高速列车提高制动性能的关键。根据目前最新的Polach轮轨黏降理论，计算轮轨黏着系数的公式为：

其中，f为黏着系数；KA、Ks分别为黏着区和滑动区的黏着缩减因子；ε为黏着区切应力的梯度；μ为轮轨摩擦系数，其计算公式为：

此处，μ0为 0 滑动速度下的最大摩擦系数；A 为大滑动速度下的摩擦系数与 0 滑动速度下最大摩擦系数的比值 μ ∞/μ 0；B 为摩擦力指数衰减系数；w为总蠕滑速度。

根据轮轨的特定条件，可以得到黏着系数关于蠕滑率的曲线如图所示。由该曲线可知，黏着系数在一定的蠕滑率下达到饱和，并且过大的蠕滑率使黏着系数有下降的趋势。因此，如何在黏着系数达到饱和的区间内提供制动力，正是提高制动性能的关键。

图为黏着曲线

防滑控制：

如果施加的制动力超过黏着极限就会发生滑行问题。一旦发生轮轨滑行，不但不

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