制动文章作业.doc

动车组制动系统
高速列车的制动能量和速度的平方成正比，传统的纯空气制动已不能满足需要，因其制动能力由于以下因素而受到影响：
 1制动热容量和机械制动部件磨耗寿命的限制
 2摩擦材料的性能对粘着利用的局限性，以及对旅客乘坐舒适性的不利影响
3 纯空气制动作用情况下，紧急制动距离不可避免的延长
因此，高速列车必须采用能提供强大制动力并能更好利用粘着的复合制动系统；制动时电制动与空气制动联合作用，且以电制动为主。
电制动是将列车的动能转变为电能后，再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式，应用在200公里动车组上的主要有电阻制动和再生制动两种。
电阻制动和再生制动都是让列车的动轮带动动力传动装置（牵引电动机），让其产生逆作用，消耗或回收列车动能，习惯上也称为动力制动。
下面分别就这两种制动方式加以介绍：
一、电阻制动
司机室或ATC装置发出制动指令后，制动控制装置首先对列车运行速度进行判断。当速度大于25km/h时，制动主回路构成（PB转换器转为制动位置），然后制动接触器动作（B11闭合、P11打开、P13打开），随后依次是励磁削弱接触器打开、预励磁接触器投入，最后，断路器投入（L1闭合）。
此时，由电枢绕组、励磁绕组和主电阻器构成电阻制动主回路，并使电流向增加原牵引时剩磁的方向流动，再由主电阻器最终将电枢转动发出的电能变为热能消散掉。
二、再生制动
与电阻制动相比，再生制动的主回路中没有了主电阻器。制动时回路中各部件的动作与电阻制动时一样，只是电枢转动产生的电能要回馈到电网。
电制动具有摩擦部件少（仅有轴承）、维修工作量少、可以反复使用等优点，担负着动车组制动减速时的大部分能量。但由于增加了控制装置和制动电阻等设备，使重量增加；而且，如果条件不具备就不能产生制动作用（即电制动失效）。因此，为提高可靠性，高速动车组的制动控制系统具有在电制动系统不能正常工作时，自动切换到摩擦制动系统的功能。
三、电制动的控制
列车的电制动线是在制动控制器置于非常制动位或在ATC制动指令时得电。但在低速时电制动力下降，如列车中各车的电制动转换不一致，列车有可能因各车辆制动力不同而造成纵向冲动；所以，在列车速度降低到一定值时，要将电制动同时转为空气制动。
虽然电制动可以提供强大的制动力，但目前空气制动对于高速动车组来说仍然不可或缺。这是因为：直流电机的制动力随着列车速度的降低而减少，如不采取其他制动方式，列车就不可能完全停下来。而交流电机虽然可通过改变转差来控制制动力的大小，理论上可使制动力不受列车速度的限制，但从高速到停止均能有效作用的、可靠的电制动装置尚处于研究阶段。我们将该装置分为压力空气供给系统、空气制动控制部分和基础制动装置三部分。

动车组运行速度高，会给列车的制动能力、运行平稳性等方面提出一系列问题。（由于列车制动能量和速度的平方成正比，时速200km以上的动车组的制动能量是普通列车的4倍以上。）因此，动车组制动系统的性能和组成，与我国目前的旅客列车完全不同。

高速动车组必须装备高效率和高安全性的制动系统，为列车正常运行提供调速和停车制动的手段；并在意外故障或其它必要情况下具有尽可能短的制动距离。一般说来，动车组的制动系统应具有如下特点：

一、安全性高

高速动车组制动系统的制动能力强，反应速度快，具有相当高的安全性；在结构上具体表现在以下两个方面：

       （一）采用电、空联合制动模式，电制动优先，而且普遍装有防滑器。电制动与空气制动结合可保证列车在较大的速度范围内都有充足的制动力，而防滑器的安装可使轮轨间的粘着力得到充分运用，进而有效地缩短制动距离。电制动由于操纵控制方便，并且可以大大减少空气制动系统零部件的磨耗，因而得以优先使用。

       （二）操纵控制采用电控、直通或微机控制电气指令式等灵敏而迅速的系统。这些装置使制动系统的反应更为迅速，进一步缩短了制动距离。

二、控制准确

制动作用采用微机控制，可为确保列车正点运行精确地提供所需制动力；对复合制动的模式进行合理设计，使不同型式的制动力达到最佳的组合作用。

三、舒适度高

高速动车组制动作用的时间和减速度远大于普通的旅客列车，因此采取了相应措施来提高旅客乘坐的纵向舒适度；其制动平均减速度、最大减速度和纵向冲动的指标均高于普通的旅客列车。所采取的措施主要有：

（一）采用微机控制的电气指令制动系统可实现制动过程的优化控制，并在提高平均减速度的同时尽量减少减速度的变化率；

（二）减少列车中不同车辆制动力的差别，以缓和车辆之间的纵向冲击力。

（三）防滑装置还可避免因轮轨间粘着力不足而产生车轮踏面擦伤，继而防止列车运行平稳性恶化，提高乘坐舒适性，以及避免对车轴等部件产生附加应力的问题。

四、可靠性高

（一）采用“故障导向安全”机构（fail-safe），以便在制动系统发生故障时，能向安全方向动作。

如高速动车组一般设有空气制动、微机控制的电空制动和计算机网络三种制动控制方式。在正常运行情况下，由计算机网络控制并传递全列车各车辆的制动信息。当该控制系统发生故障时，能自动转为电空制动作用。在电气故障或电空制动故障时，能依靠纯空气制动来保证不良状态下的制动距离。

此外，在高速动车组微机控制的制动控制过程中需要有大量的信息输入、数字运算和输出指令，为防止故障，在该指令系统的设计中也考虑了相应的可靠性措施。

（二）进行“防止误操作”设计（fool-proof），使得非熟练操作者也能可靠地实施制动系统的功能。

五、维修方便

动车组在设计时开发了在故障时能够进行自检的自诊断功能等，并减少了磨耗件，大大减少了维修工作量

六、制动装置轻量化

制动系统采用模块化设计，并改进和集成制动部件，以实现小型轻量化。

如高速动车组可将空气制动的电气-空气-液压方式变换为电气-液压直接变换方式，省却副风缸、增压缸和大量空气配管；以实现小型轻量化，可将质量减轻约2/3。又比如在动车组的空气制动控制装置中，各种阀、塞门多采用单元化方式集中安装在铝合金安装板的前面，以减轻质量和减少维护、检修工作量。
长期以来，世界各国对列车制动已经进行了深入的研究，开发了多种适合于不同运行工况的制动材料。
制动盘材料曾使用过普通铸铁、普通铸钢、低合金铸铁。此后，由于列车轻量化的需要，又相继研究开发了特殊合金铸钢、低合金锻钢、铸铁—铸钢组合材料、c/c纤维复合材料和铝合金基复合材料。
制动盘材料大致分为两大类，即铁系金属材料制动盘和复合材料制动盘。
1．  铸铁制动盘
铸铁制动盘具有摩擦性好、耐磨、耐热、抗热裂、抗变形及可铸性好等优点。
2．  铸钢制动盘
合金铸钢制动盘能够大量吸收制动能量，并具有以下特点：
a)         较高的温度稳定性和较少的热裂纹趋势；
b)        对潮湿环境的敏感性较低；
c)        在高制动力时，闸片磨耗较少；
d)        在高温时具有较均匀的摩擦系数。
与锻钢盘相比，尽管铸钢盘的制造成本较低，但批量生产时，其质量较难控制。
3．  铸铁—铸钢组合制动盘
铸铁—铸钢组合制动盘是以铸铁作为摩擦材料制成摩擦盘、而以铸钢作为补强材料制成盘毂的制动盘。这两种材料组合在一起，从整体上兼顾了铸铁稳定而较高的摩擦性能和钢较好的耐龟裂特性。
4．  锻钢制动盘
锻钢具有良好的机械性能，同时具有较高的抗热龟裂性。锻钢制动盘在研制初期存在着因制动摩擦热而引起变形大的问题，但通过改变形状或施加反向预变形等措施可以达到实用化程度。
5．  c/c纤维复合材料
c/c纤维复合材料是用碳纤维强化碳母材得到的复合材料。它具有密度小（1.75左右）、重量轻、耐热裂及在高速下很好的制动性能等特点。此种材料已在飞机和赛车上经过实际应用的考验。与传统的铁系制动盘相比，有常用制动时磨损量大、摩擦特性容易受温度影响等缺点。
6．  铝合金基复合材料制动盘
铝合金基复合材料以铝合金为母材，并加入陶瓷粒子使之均匀分布，以改善其耐磨性。