呼职院电力机车制动机讲义11高速列车和重载列车制动

1、模块十一 高速列车和重载列车制动为了提高铁路的运输能力，货物列车一直在向“重载列车”方向发展，旅客列车现在正向“高速列车”方向发展。无论重载列车和高速列车，制动都是一个非常关键的问题。本章着重介绍了我国重载列车和高速列车制动装置的使用情况和发展方向。项目一 高速列车制动一、概述高速列车由动车和拖车编组而成（日本新干线的0系列高速列车例外，该高速列车由16辆动车组成，无拖车）。其编组辆数一般不会太多。高速列车的运行速度很高，其构造速度相当于我国现行的一般普通旅客列车（结构速度：100140km/h）的2倍左右（200300km/h），故高速列车的动能很大。要在不太长的制动时间和距离内将此巨大的动能转移、消散，没有足够大的制动功率和更灵敏的制动操纵控制系统是不行的。高速列车制动有两个主要特点：1多种制动方式协调配合，而且普遍装有防滑器；2列车制动操纵控制普遍采用了电控、电磁直通或微机控制电气指令式等更为灵敏、迅速的系统。高速列车采用的制动方式共七种，可分为三类：1受粘着限制的摩擦制动闸瓦（踏面）制动、盘形制动（摩擦式圆盘制动）；2受粘着限制的动力制动电阻制动、再生制动、旋转涡流制动（涡流式

2、圆盘制动）；3不受粘着限制的非粘着制动磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动）、线性涡流制动（涡流式轨道电磁制动）。高速列车的动车（具有牵引动力装置的车辆）一般是在前两类粘着制动中各取12种配合使用。例如法国的TGVA高速列车的动车就是采用“闸瓦制动+电阻制动”；日本新干线的0系和100系高速列车的动车则采用“盘形制动+电阻制动”；日本的300系、德国的ICE高速列车的动车则采用“盘形制动+再生制动”。高速列车的拖车，因没有牵引动力装置，无法采用动力制动，故一般是在第一类和第三类中各取1种配合使用。例如日本新干线的100系和300系高速列车的拖车则采用“盘形制动+线性涡流制动”；德国的ICE高速列车的拖车则采用“盘形制动+磁轨制动”或“盘形制动+轨道涡流制动”。当然，也有些例外：法国的TGVS高速列车的拖车采用“闸瓦制动+盘形制动”，全是第一类的，法国的TGVA高速列车的拖车连闸瓦制动都不用，只用盘形制动。高速列车的制动有三个明显的发展趋势：1粘着制动始终是基础，盘形制动终究要替代闸瓦制动，因盘形制动的“摩擦副”在结构和材质上都可以双向选择，能承受较大的热负荷，车轮踏面的磨耗也可以减轻。2在动力

3、制动中，电阻制动逐渐被再生制动所替代，因后者可以节能，经济性比较好。3非粘着制动是特别需要的一种制动方式。在非粘着制动中，摩擦式和涡流式基本上平分秋色。前者要磨损电磁铁和钢轨，而后者虽无此磨损但耗电较多。由于粘着制动始终是基础，为了充分利用粘着，高速列车普遍装有防滑器。多种制动方式的协调配合和装有防滑器，只能缩短有效制动距离，为了缩短制动空走时间从而缩短空走距离，高速列车的主要控制方式已由空气压力控制（气控）普遍转变为电控，即由空气制动机转变为电空制动机，由自动式转变为电磁直通式，甚至转变为电气指令式（即采用微机控制）。高速列车制动的总目标是控制列车的制动距离，使它不至于随着列车速度的增大而增大得太多，但制动距离应随列车速度的提高而适当延长。否则制动时列车减速度就会太大，使旅客难以承受。二、高速列车新型制动技术1技术概述采用轨道涡流制动技术的德国ICE3高速列车于2000年秋天首次进入商业运营。轨道涡流制动利用线性电机的工作原理，通过安装在列车转向架上相互串联的感应电磁铁使轨道产生涡流，涡流在钢轨上生成了与列车转向架上的制动磁铁相互反作用的电磁力来对运行着的列车实施制动。悬挂在列车转向

4、架上的制动电磁铁正对着轨道面。由于轨道涡流制动避免了列车高速运行时车轮与闸瓦或盘形制动装置中闸片与制动盘等部件的机械磨损，以及噪音、摩擦热应力和维修工作量，从而延长了使用寿命。轨道涡流制动技术除了无摩擦的优点之外，另一个优点就是在列车高速运行时获得恒定的制动力，进一步优化运行质量，改善乘车的舒适度。但轨道涡流制动技术的使用是有条件的，当列车以较低的速度运行时还要配合使用常规的摩擦制动。但人们发现，即使是高标准的高速铁路线，在频繁实施涡流制动的线路区段也会发生制动温度超过钢轨限制温度的现象。因此在实际应用中，需要一种车载或轨道线路专用设备来监测轨道的实际温度。2技术改进为了实现商业化应用，德国铁路制定了轨道涡流制动技术的开发战略，与相关公司结成合作伙伴，并得到了联邦铁路研究院的支持。通过研究开发，他們在车辆的基础设计上使用集合式的转向架，将每个转向架构架重量降至870kg，采用牵引电动机的再生功率技术，免去了备用电池。为了克服电磁场对轴计数器等装备的影响，德国铁路技术工人分别对两套方案进行了实验。首先是对在制动磁铁上加装作用天线的改造方案进行了实验，并取得成效。而后又直接对轴计数器进行改

5、造，并重新设计了一个三块的多层涡流磁铁GRP箱体，摒弃了金属材质的轴计数器箱体，效果则更好。德国铁路将涡流制动机装置安装在编有8节拖车的ICE3高速列车的转向架上。每一节SGP500拖车的转向架上安装有两条1540mm长的带有8个线圈的磁铁，并由牵引变压器的降压经变流器提供励磁电流。正常情况下，该制动磁铁处于上部的位置，当实施制动时，制动磁场就会下降到距离轨道顶面7mm高的。当然，该制动磁铁的制动间隙必须要随着轮缘的磨耗而进行调整。当涡流制动磁铁被激活时，随着列车速度的降低，会产生一个很大的向上的吸力作用到轨道上，其结果是引起转向架的集合支撑构架向下发生一些弯曲。德国铁路规定涡流制动装置使用的速度范围最低点为50km/h，为此他们从设计上提高了转向架构架的刚度，另一方面，当列车速度降为10050km/h之间时，相应地将涡流制动电流控制在常用直的65%左右。 3轨道涡流制动技术使用条件（1）在ICE3高速铁路上使用涡流制动技术要对线路基础设施进行相应的改造，更换轴计数器、磁铁接触器和速度检测等设备。（2）由于只有当轨道能够承受因频繁实施涡流制动，而轨道温升在其材料稳定的允许范围以内时才能

6、使用该装置。因此，要对高速铁路的基础设施进行相应的改造，装备监视轨道实际温度的LZB列车感应控制装置和速度检测等设备。（3）装备涡流制动装置的ICE3高速列车将在两种模式的线路上运行，一种是容许使用涡流制动进行紧急制动的高速线路；另一种是装有LZB列车感应控制装置的线路，条件是：B70W型轨枕、UIC60型轨道、平直线路，轨道温度不超过75，石渣轨道线路，列车速度大于160km/h。（4）实际应用中，ICE3型高速列车的涡流制动装置是与常规的动能制动和空气制动结合使用的。对于标定重量为465 t，时速300公里的ICE3高速列车而言，动能制动和涡流制动并用。在列车速度为230km/h以上时，涡流制动装置产生的制动力起主导作用，这种制动效应将一直持续到使列车速度降到50km/h。此后，安装在驱动轴和从动轴上的盘形空气制动装置再将列车进一步减速，直到列车停车为止。项目二 准高速列车的电空制动机广深线是我国第一条列车速度达到160km/h（准高速）的线路。根据有关会议精神，广深线160km/h旅客列车的电空制动机应是自动制动机，在电操纵为主的同时要保持原空气制动机的全部作用，在电路发生故障时

7、，空气制动机应仍然有效，并能在列车尾部加挂非电空制动的车辆。广深线160km/h旅客列车的制动机还应满足下列各项技术要求：1机车用的DK-1型电空制动机或加装电控以后的JZ-7型空气制动机（即JZ-7 +电控），应能同时适用于操纵“F8+电控”和“104+电控”，而且两者应能混编运行。2电空制动系统采用自动制动式、得电作用式，并具有阶段缓解和自动补风的性能。3采用“单管制”（即制动管），贯通全列车，并应能满足制动机性能要求。4控制线路采用五线制，并具有故障显示功能。各车辆电空制动连接线及插座的结构尺寸及安装位置要统一。5电操纵电源电压为DC110V，蓄电池供电时不应低于DC77V。6车辆制动方式采用盘形制动+踏面制动，以盘形为主，并加装防滑器。7采用统一的闸瓦、闸片和闸片托，统一制动盘基本尺寸和安装位置尺寸。8防滑器采用轴控制式，输入电源为AC220V。下面介绍各种准高速列车的电空制动机：一、JZ7 + 电控JZ7 +电控是一种以电控为主、气控为辅的机车电空制动机。它是在原有的JZ7型空气制动机基础上加装空电转换阀、继电器控制箱、电空阀（有时也称为电磁阀，共有6个闭式电空阀：1个电空制

8、动限流电空阀、1个电空制动排气电空阀、2个总风遮断电空阀和2个紧急制动电空阀）、压力开关（包括均衡风缸压力开关、过充管压力开关、制动管压力开关和紧急制动压力开关）、导线等部件而组成的。空电转换阀安装在每个司机室的操纵台内靠副司机侧，其膜板的一侧通均衡风缸，另一侧通制动管，具体作用是把空气的压差迅速转换成电信号，以便用它来操纵车辆电空阀的的动作。导线为五线制，即导线有五根，分别为：制动导线、缓解导线、保压导线（供104+电控用）、紧急（制动）导线（104+电控把它作为检查线）和110V的电源负线。JZ7 +电控型电空制动机在操纵时，手柄操纵方法与JZ7型空气制动机一样。但在操纵前，首先要确认自动制动阀中的客货车转换阀必须置于“客车位”，使之具有阶段缓解性能；其次把电空制动机的电源开关闭合。JZ7 +电控型电空制动机各位置的作用原理简介如下：当自动制动阀手柄置于运转位时，均衡风缸充风，同时也进入空电转换阀膜板的均衡风缸侧，推动膜板向制动管侧移动，从而使缓解继电器得电，电流经缓解导线使车辆缓解电空阀得电，从而使车辆制动机缓解。当制动管充风增压到与均衡风缸平衡时，空电转换阀膜板反向移动到保压位

9、，使保压继电器得电。保压导线得电，保压电空阀得电，缓解继电器失电，使车辆制动机实现缓解保压。当制动管压力达到或接近定压时，制动管压力开关的作用可使保压电空阀失电，这样可使自阀手柄在运转位正常运用时所有电空阀都不得电。当自动制动阀手柄置于常用制动区时，均衡风缸减压，空电转换阀膜板的均衡风缸侧也减压，膜板向均衡风缸侧移动，从而使制动继电器得电，并通过制动导线使车辆的制动电空阀得电，于是使全部车辆发生制动作用。当制动管压力减压到与均衡风缸平衡时，空电转换阀膜板反向移动到保压位，使保压继电器、保压导线和保压电空阀得电，使车辆制动机实现制动保压作用。当自动制动阀手柄由最小有效减压位分阶段向右移动，空电转换阀将反复由制动继电器得电到保压继电器得电，从而形成阶段制动作用；如果手柄由最大有效减压位分阶段向左移动，空电转换阀将反复由缓解继电器得电到保压继电器得电，从而形成阶段缓解作用。当自动制动阀手柄置于紧急制动位时，均衡风缸减压，空电转换阀膜板的均衡风缸侧也减压，膜板向均衡风缸侧移动，从而使制动继电器、制动导线和制动电空阀得电；同时由于自动制动阀在紧急位，进入撒砂管的总风也进入紧急压力开关，使紧急继电器得电，经紧急导线传到车辆紧急电空阀，从而得到紧急制动作用。当自动制动阀手柄置于过充位时，由于均衡风缸只能达到定压，而制动管可过充到比定压高3040kPa左右，这样，空电转换阀膜板就会移动到制动位去，从而使制动继电器得电，为此在电路上安装了过充压力开关，过充时可切断制动继电器通向制动导线的电流，使它不起制动作用。二、F8 +电控F8+电控是一种以电控为主、气控为辅的客车电空制动机。它是在原有的F8型空气制动机的基础上加装一个电空阀箱而成的。电空阀箱是单独设置和安装的，它与原F8阀之间只用管路连接，如图81所示。F8+电控制动机共有三个闭式电空阀（如图112所示）：常用制动电空阀SV、缓解电空阀RV和紧急（制动）电空阀EV。前两个装在一个连接阀体上，紧急电

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