第九章 高速和重载列车制动

第九章
高速和重载列车制动
主要内容： 高速列车制动的特点； 重载列车制动要解决的问题； 电空制动的原理； 防滑器的工作原理；
第一节

高速列车制动
一、高速列车的特点： 运行速度超过200km/h，制动功率与速 度的3次方成正比； 编组辆数不会太多；
注：国际上高速铁路的定义：既有线改
列车管减压和增压速度都很低； 列车管的减压和增压速度沿管长方向的衰 减都比较严重。
四、重载列车制动装置应具有的特点：
要有很高的制动波速和较高的缓解波速；
现代制动机的紧急制动波速已达285m/s， 提高空间有限。 制动缸采用变速充气方法 ，达到减轻制动冲 击、又不延长制动距离的目的； 采用摩擦系数较大的闸瓦，可改用较小的制动 缸和副风缸，使重载列车的初充风时间不致太 长；
作用方式： 制动缸2的活塞杆推出时，使装在两个闸片 托5上的闸片4同时夹紧制动盘1两侧的摩 擦面。 合成闸片： 由合成摩擦材料和带有燕尾的钢背热压而 成。 散热槽的作用： 增加摩擦面的贴合性、便于排除磨屑和 散热。
二、制动盘的结构型式： 按摩擦面的配置，制动盘可分为单摩擦面和 双摩擦面两类； 按盘安装的位置可分为轴盘式和轮盘式： 轴盘式制动盘装在轴上： 采用锻钢盘毂作为车轴与铸铁盘之间的 过渡零件，在铸铁盘的螺栓连接处要加 装弹性套。 轮盘式制动盘装在轮上： 在车底空间紧张的动车上采用，而且大 多是单摩擦面的。
采用性能良好的空重车自动调整装置，保证空
车不滑行，重车具有足够的制动力；
列车管内壁和各个连接管器要具有较小的气体
流动阻抗；
要用密封式制动缸且有良好的压力保持性能； 牵引组合列车的处于列车中部的机车应当装有
中继制动装置或同步制动装置；
五、我国货车制动机的演变过程： K G K 103 120
二、重载列车的纵向冲动
适应3～4kt货列的制动装置
不安全因素
6kt重载
制动波速降低； 缓解波速急剧降低； 冲动急剧增加；
产生原因： 空气波有一个传播的过程，会造成沿列车长 度的制动或缓解作用的不同时性： 制动机的不同时性； 制动缸压力上升或下降的速率； 制动缸压力变化的一致性（同时性）； 全车制动缸压力都达到指定值以后，单位制 动力沿列车长度的不均匀分布； 各车辆之间的非刚性连接 ；
四、F-8加电控： 结构：
原有的F－8型空气制动机； 电空阀箱： 电磁阀共有三个：常用制动电磁阀、缓
解电磁阀、紧急(制动)电磁阀； 放大阀和限压阀； 采用五线制：实际上只用制动、缓解、 紧急和零线四线，保证与104加电控混 编，制动保压线仍应保持贯通；
管路连接方案
作用原理：
F－8加电控示意图
防止车轮滑行 ，但不能改善粘着。
基本原理： 通过检测车轮角减速度等判据，对车轮的 运动状态做出判断，如果车轮即将滑行， 则在车轮由滚动转入滑行的过渡阶段排制 动缸内的压力空气来减小制动力，使轮轨 之间恢复粘着状态。防滑器只能有效地利 用轮轨间的粘着力而不能增大粘着力。
二、高速列车制动的特点： 多种制动方式协调配合，普遍装有防滑 器； 列车制动操纵控制普遍采用了电控、直 通或微机控制电气指令式等更为灵敏而 迅速的系统。 粘着系数随速度的提高而下降，高速列 车对制动力的需求非常大，轮轨间的制 动力与粘着力的矛盾比较突出。
三、高速列车采用的制动方式： 制动方式的分类：
目前，在列车编组100辆、轴重21t、牵引 重量8400t的条件下，空气制动系统尚能够满 足运用需要。随着列车编组与牵引重量的增
加，纯粹的空气制动系统很难承受。
第三节
准高速列车电空制动机
一、电空制动机： 定义：
电空制动机是电控空气制动机的简称。它
是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电 器部件而形成的。
在制动机的发展中起到承上启下的作用。
二、准高速客运制动系统方案：
在电操纵为主的同时要保持原空气制动机的全
部作用 。
DK-1型电空制动机或JZ-7型空气制动机加装
电控，应能同时适用于操纵F-8加电控和104加 电控。 采用得电作用式，具有阶段缓解和自动补风性
能。
列车管只有一根且满足制动机性能要求。
一个研究列车纵向冲击力的公式：
前苏联教授卡洛瓦茨基（定性分析 ）
R k z l n / z
2
闸瓦压力上升获下降速率
制动波速
三、重载列车制动要解决的问题： 列车的纵向冲击； 重载编组辆数多，副风缸多、列车管总 容积很大，从而还带来其他问题：
初充风时间特别长； 在同样的机车制动阀排风和充风速度下，
制动电磁阀得电，列车管压力空气经过
制动电磁阀的阀口和缩孔堵排出大气， 使全列车各个车辆和机车同步发生制动 作用； 缓解： 缓解电磁阀得电，缓解风缸的定压空气 可经过缓解电磁阀的阀口充入列车管， 产生局部增压作用，使全列车各个车辆 和机车同步发生缓解作用；
保压：
保压电磁阀得电，104阀容积室排气口的
外接管不能通过此电磁阀口和缩孔堵排风， 从而实现电空制动的缓解保压作用；
104型制动机是间接作用的二压力制动机
为了使之具有阶段缓解性能，特设缓解风缸。
第四节 盘形制动装置
一、盘形制动装置构造作用示例： 悬挂方式：
制动缸固定式： 制动缸浮动式 杠杆支点拉板8 与杠杆6、7 组 成一把夹钳，以 三点悬挂在转向 架构架上。
特点： 原动力仍然是压力空气与大气压强的压差；
保留了原自动空气制动机的减压制动、增
压缓解以及列车分离时能够自动制动的一 切特性； 制动作用的操纵控制用电，用电信号代替 气压信号传递制动指令，弥补空气制动作 用同时性差的缺点。 在制动机的电控部分因故失灵时，可临时 转变为空气压强控制的空气制动机。
制动阶段的划分及性质： 基本概念： 缓冲器弹簧被压缩到静平衡位置时的压 缩量称为静压缩量，列车纵向力称为最 大静压缩力； 由静平衡位置到动平衡位置所增加的压 缩量称为动压缩量，所增加的列车纵向 力称为最大动压缩力；
阶段的划分及性质：
第一制动阶段：第一辆车制动缸压强开
始上升起，到最后一辆车制动缸压强开 始上升止； 第二制动阶段：第一阶段末到第一辆车 制动缸压强升到最大值止； 第三制动阶段：第二阶段末到最后一辆 车制动缸压强升到最大值止； 第四制动阶段：由第三阶段末到列车停 住；
控制线路采用五线制，并具有故障显示功能。 电操纵电源电压为直流110V，蓄电池供电时不低下
77V。
采用统一的闸瓦、闸片和闸片托组成 。 防滑器采用轴控(制)式，输入电源为交流220 v。
三、JZ－7加电控：
特点：
以电控为主、气控为辅的机车电空制 动机。 组成： 原有的JZ—7型空气制动机； 空电转换阀 空气的压差 电信号 操纵电磁阀 继电器控制箱、电磁阀、压力开关； 导线：制动导线、缓解导线、保压导线、 紧急导线和零线。
作用原理： 自动制动阀手柄置于运转位： 均衡风缸充气，空电转换阀膜板的均衡 风缸侧充气，推动膜板，使缓解继电器 得电，电流经缓解导线使车辆缓解电磁 阀得电，从而使车辆制动机缓解； 列车管充气增压到与均衡风缸平衡时， 保压导线得电，保压电磁阀得电，车辆 制动机实现缓解保压；
列车管压强达到或接近定压，压力开关
三、盘形加踏面的混合制动装置： 踏面制动单元： 盘形制动单元：
四、应用实例
第五节 防 滑 器
一、滑行： 定义：
在车轮滚动过程中轮轨之间纵向发生相对
滑动(严重的而不是轻微的相对滑动)。
分类： 牵引状态下发生：轮周牵引力超过了粘着 限制，叫“空转”或“打飞轮”； 制动状态下发生：制动力超过了粘着限制， 叫“滑行”或“抱死轮”；
常用制动：
列车管压力空气经机车排气； 经每个车辆的常用电磁阀排入大气； 缓解： 工作风缸压力空气经缩孔堵和缓解电磁
阀流向列车管。 紧急制动： 紧急电磁阀励磁，副风缸压力空气经过 较大的通路截面进入制动缸。
改进： 为了减轻与104加电控混编时的纵向冲动，
F-8加电控把紧急制动时的制动缸升压时间 放长了一些；
受粘着限制的摩擦制动： 闸瓦制动、盘形制动。
受粘着限制的动力制动：
电阻制动、再生制动、旋转涡流制动。 不受粘着限制的非粘制动： 磁轨制动、线性涡流制动。
高速列车多种制动方式的配合： 动车一般是在前两类(粘着制动)中各取1～ 2 种配合使用； 例：法国的TGV-A采用“闸瓦制动十电阻 制动”。 拖车无法采用动力制动，一般是在第一类和 第三类中各取一种配合使用； 例：法国的TGV—N采用“盘形制动十磁 轨制动” 每种列车几乎都有三种制动方式，基本是 受 粘着限制的摩擦制动为基础，动车加动力制 动，拖车加非粘制动。
复合制动
磁轨制动结构原理
高速列车采用的制动方式：
制动机比较：
四、发展趋势： 闸瓦制动已经逐渐被盘形制动所代替， 或者退居次要地位。 在动力制动中，电阻制动逐渐被再生制 动所代替。 在非粘制动中，摩擦式和涡流式基本上 平分秋色、不相上下。
五、高速列车的制动距离 多种制动方式协调配合和装设防滑器， 只能缩短有效制动距离； 采用电控、直通或微机控制电气指令式 的控制手段，可以缩短空走距离； 制动距离随列车速度的提高而适当延长 是不可避免的，也是必需的。否则，制 动时列车减速度就会太大，使旅客难以 承受。
自阀手柄置于紧急制动位： 制动电磁阀得电； 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
紧急电磁阀，从而得到紧急制动作用。 自阀手柄置于过充位： 均衡风缸只能达到定压，列车管压力可比 定压高40kPa左右； 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；
的作用可使保压电磁阀失电。自阀手柄 在运转位时所有电磁阀都不带电。 自阀手柄移到常用制动区： 均衡风缸减压，空电转换阀的膜板均衡 风缸侧也减压，使制动继电器得电，通 过制动导线使车辆的制动电磁阀得电， 使全部车辆发生制动作用； 当列车管压强减到与均衡风缸平衡时， 使保压继电器、保压导线和保压电磁阀 得电，实现制动保压作用。