地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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摘要:為滿足地鐵車輛的運(yùn)行需要，其制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)采用多樣化的制動(dòng)方式?；诖?，本文分析了地鐵車輛制動(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、車輪熱處理等方面進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞:地鐵車輛;制動(dòng)系統(tǒng);閘瓦;車輪

1制動(dòng)力分配

依托控制網(wǎng)絡(luò)，車輛負(fù)載信息可實(shí)現(xiàn)傳輸，為滿足制動(dòng)減速需求，動(dòng)車的電制動(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)車電制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力并不能滿足制動(dòng)減速需求，就需依靠拖車進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)減速。簡(jiǎn)而言之，在動(dòng)車電制動(dòng)關(guān)閉前，每輛動(dòng)車均會(huì)向拖車發(fā)送一個(gè)信號(hào)，隨之拖車將增大機(jī)械制動(dòng)力，以達(dá)成拖車機(jī)械制動(dòng)目的。然而，由于動(dòng)車負(fù)載會(huì)限制動(dòng)車的機(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%，不足之處由拖車補(bǔ)充。若列車完全停止，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)澐至熊囍苿?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)。若列車減速度為1．3m/s2，探析此時(shí)列車的快速制動(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。若車輛發(fā)出緊急制動(dòng)信號(hào)，動(dòng)車與拖車就會(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)方式并不能滿足列車制動(dòng)減速需求，列車就可自動(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)。一旦列車處于低速或高速運(yùn)行狀態(tài)，列車駕駛員若采用單純的電制動(dòng)，就以保證制動(dòng)效果。若列車運(yùn)行速度小于10km/h，機(jī)械制動(dòng)就需要完全接管車輛制動(dòng)。［1］若列車運(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)，在停車前，列車運(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)還可完成列車的停放制動(dòng)。

3閘瓦材質(zhì)選擇

在地鐵車輛制動(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。在地鐵車輛上，所使用的閘瓦類型可分為兩類，其一為鑄鐵類，包括磷鑄鐵類閘瓦及高磷鑄鐵類閘瓦，其二為合成類，包括合成樹(shù)脂類閘瓦及石棉橡膠類閘瓦。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型。相較于中磷鑄鐵類閘瓦0．7%-1．0%的含磷量，高磷鑄鐵類閘瓦的含磷量更高，多在10%以上。由此，在耐磨性層面，高磷鑄鐵類閘瓦比中磷鑄鐵類閘瓦高1倍左右。在使用壽命層面，高磷鑄鐵類閘瓦比中磷鑄鐵類閘瓦長(zhǎng)約2．5倍以上。在制動(dòng)過(guò)程中，高磷鑄鐵類閘瓦制動(dòng)所產(chǎn)生的火花較少。在摩擦系數(shù)層面，高磷鑄鐵類閘瓦大于中磷鑄鐵類閘瓦。然而，若鑄鐵類閘瓦含磷量過(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車輪熱處理

在地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)中，車輪是重要的制動(dòng)執(zhí)行裝置。然而，在閘瓦與軌道之間，大量摩擦將使車輪處于熱處理狀態(tài)，進(jìn)而影響車輪的穩(wěn)定性及使用壽命。在車輪硬度層面，鐵路客車車輪的硬度并不符合地鐵車輛車輪的硬度要求。由此，對(duì)于地鐵車輛而言，若單純應(yīng)用鐵路車輪熱處理工藝，相應(yīng)的車輪硬度就無(wú)法滿足使用要求。故而，對(duì)于地鐵車輛而言，相應(yīng)的車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)化地鐵車輪熱處理工藝，使地鐵車輪的生產(chǎn)滿足地鐵車輛使用要求。首先，以鐵路車輪的熱處理工藝為基準(zhǔn)，可試處理少量地鐵車輪。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)熱處理后的車輪進(jìn)行硬度分析，在車輪輪緣一側(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)熱處理后的車輪進(jìn)行硬度分析，在車輪輪緣一側(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，為保證地鐵車輛的安全運(yùn)行，相關(guān)人員應(yīng)在地鐵車輛實(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)車電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)，并考慮拖車機(jī)械制動(dòng)，以滿足地鐵車輛的制動(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)探析鑄鐵類閘瓦與合成類閘瓦的特性，隨之依據(jù)地鐵車輛實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)拈l瓦材質(zhì);應(yīng)對(duì)鐵路車輪熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整，以滿足地鐵車輛的使用要求。

參考文獻(xiàn):

［1］顧培忠．地鐵車輛制動(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．

作者:宗慶云 任成偉 單位:中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司