1、制動技術(shù),殷世波,第一章 列車制動總論,學(xué)習(xí)內(nèi)容：制動的基本概念、制動方式 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：粘著的概念及應(yīng)用,第一節(jié) 列車制動的幾個基本概念,制動：人為的制止物體的運(yùn)動，包括使其減速、阻止其運(yùn)動或加速運(yùn)動。 緩解：對已經(jīng)實(shí)行制動的物體，解除或減弱其制動作用。 列車制動裝置：為了使列車能夠施行制動或緩解而安裝于列車上的一整套設(shè)備 。,制動機(jī)是產(chǎn)生制動原動力并進(jìn)行操縱和控制的部分 。 基礎(chǔ)制動裝置是指傳送制動原動力并產(chǎn)生制動力的部分。 機(jī)車制動裝置能夠操縱機(jī)車本身和全列車的制動作用 。 車輛制動裝置只能控制車輛本身的制動作用。,制動力：由制動裝置產(chǎn)生的與列車運(yùn)行方向相反的外力。 常用制動：正常情況下為調(diào)

2、速或進(jìn)站停車所施行的制動。特點(diǎn)是作用緩和，制動力可調(diào)，只用到列車制動能力的2080，一般只用50。 緊急制動：緊急情況下，為了盡快停車而施行的制動，也稱非常制動。作用迅猛，用盡所有的制動能力。,制動距離：從司機(jī)施行制動的瞬間起，到列車速度降為零的瞬間止，列車所駛過的距離。是一個綜合反映列車制動裝置的性能和實(shí)際制動效果的主要技術(shù)指標(biāo)。 計(jì)算制動距離：各個國家根據(jù)自己的鐵路情況制定的緊急制動的最大允許值。我國技規(guī)規(guī)定：列車在任何線路坡道上的緊急制動距離為800m。,緊急制動限速：為保證緊急制動距離而對列車在坡道上運(yùn)行速度的限制。 常用制動限速：由常用制動時(shí)力的平衡關(guān)系而決定的另一種制動限速。,第二

3、節(jié) 閘瓦制動與粘著,一、閘瓦制動 制動的實(shí)質(zhì)： （能量的觀點(diǎn)）將列車的動能變成別的能量或轉(zhuǎn)移走。 （作用力的觀點(diǎn)）制動裝置產(chǎn)生與列車運(yùn)行方向相反的力，是列車盡快減速或停車。,閘瓦制動： 用鑄鐵或其他材料制成的瓦狀制動塊(閘瓦)緊壓滾動著的車輪踏面，通過閘瓦與車輪踏面的機(jī)械摩擦將列車的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣，并產(chǎn)生制動力。,原理：力矩平衡,在輪軌間保持靜摩擦和忽略車輪回轉(zhuǎn)慣性的情況下，制動力在數(shù)值上等于閘瓦與車輪的摩擦力。,二、粘著 粘著狀態(tài)： 輪軌間實(shí)際并非點(diǎn)接觸，而是橢圓形面接觸； 列車運(yùn)行中不可避免地要發(fā)生各種沖擊和振動； 車輪踏面是圓錐形的，車輪在鋼軌上滾動的同時(shí)，必然伴隨著微量的輪

4、軌間的縱向和橫向滑動。,結(jié)論： 輪軌接觸面不是純粹的靜摩擦狀態(tài)，而是“靜中有微動”或“滾中有微滑”的狀態(tài)。輪軌間的這種接觸狀態(tài)稱為粘著狀態(tài)。在分析輪軌間切向作用力的問題時(shí)，不用靜摩擦這個名詞，而以粘著來代替它。只要輪軌間靜摩擦不被破壞，制動力將隨閘瓦壓力的增大而增大。,粘著力 粘著狀態(tài)下輪軌間切向摩擦力最大值。 比物理學(xué)上的最大靜摩擦力要小，而且與列車運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)、隨列車速度的升高而降低。 粘著系數(shù) 粘著力與車輪與鋼軌間的垂直載荷之比稱為“粘著系數(shù)”。,計(jì)算粘著系數(shù) 制動力和慣性力不是作用在同一水平面內(nèi)，造成各個車輪對鋼軌的法向反力并不相等，粘著力的計(jì)算不方便。 假定垂直載荷固定不變，認(rèn)為粘著

5、力的變化僅僅由于粘著系數(shù)的變化引起的。粘著系數(shù)為假定值，稱為計(jì)算粘著系數(shù)。 計(jì)算粘著系數(shù)與假定不變的垂直載荷的乘積等于實(shí)際的粘著力，所以這個假定用于粘著力計(jì)算是可行的。,第四節(jié) 粘著限制、制動率和閘瓦摩擦系數(shù),一、粘著限制 滑行的產(chǎn)生機(jī)理： 粘著狀態(tài)下，制動力近似的等于閘瓦與車輪的摩擦力，摩擦力越大，制動力就越大。 當(dāng)閘瓦與車輪的摩擦力矩大于粘著力對于車輪中心力矩時(shí)，車輪就會被閘瓦抱死，使車輪在鋼軌上滑行，粘著狀態(tài)被破壞，而此時(shí)的制動力就變成了車輪與鋼軌的滑動摩擦力。,二、制動率 制動率用來表示車輛制動能力的大小。 軸制動率：一個制動軸上的全部閘瓦壓力與該軸軸重的比值，用 表示。 軸制動率是制

6、動設(shè)計(jì)中校驗(yàn)有無滑行危險(xiǎn)的重要數(shù)據(jù)。,車輛制動率： 一輛車總閘瓦壓力與該車總重的比值。 車輛制動率表示設(shè)計(jì)新車在構(gòu)造速度的情況下緊急制動時(shí)在規(guī)定距離內(nèi)停車所具備的制動能力。,列車制動率： 全列車總閘瓦壓力與列車總重量之比值。 列車制動率一般是計(jì)算列車制動距離的依據(jù)。,制動率的取值： 我國現(xiàn)行制動設(shè)計(jì)中是以車輛為空車狀態(tài)時(shí)來確定制動率的。在車輛設(shè)計(jì)中，通常希望采取較大的制動率，但決不能忽略對車輛不發(fā)生滑行條件的校核。即： 一般客車制動率取7090，貨車取6575。,三、閘瓦摩擦系數(shù) 影響閘瓦摩擦系數(shù)的因素 影響因素主要有四個：閘瓦材質(zhì)、列車運(yùn)行速度、閘瓦壓強(qiáng)和制動初速。 閘瓦材質(zhì) 鑄鐵閘瓦： (

7、普通)鑄鐵閘瓦、中磷(鑄鐵)閘瓦 、高磷閘瓦 合成閘瓦(又稱塑料閘瓦) 新的閘瓦材質(zhì)，如燒結(jié)材料、陶瓷等。,鑄鐵閘瓦與合成閘瓦的比較 鑄鐵閘瓦： 列車運(yùn)行速度 閘瓦摩擦系數(shù) 合成閘瓦： 摩擦系數(shù)高 耐磨、隨速度變化小 缺點(diǎn)：對踏面有影響。 合成閘瓦應(yīng)用前景好，應(yīng)投入對合成材料（閘瓦）和鋼（車輪踏面） 深入研究。,閘瓦壓強(qiáng)： 試驗(yàn)研究結(jié)果表明，鑄鐵閘瓦壓強(qiáng)越大則摩擦系數(shù)越小。 對于需要增大制動力的機(jī)車車輛，不能一味地增大閘瓦壓力。 制動初速對閘瓦摩擦系數(shù)也有一定的負(fù)影響 。 列車運(yùn)行速度：負(fù)影響且影響非常大。,第五節(jié) 其他制動方式,主要內(nèi)容：鐵道車輛常見的制動方式分類及其作用原理、各自的特點(diǎn)和具

8、體應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：用能量的觀點(diǎn)來分析具體的制動方式。,盤形制動 結(jié)構(gòu)： 在車軸上或在車輪輻板側(cè)面裝上制動盤，用制動夾鉗使合成材料制成的兩個閘片緊壓制動盤側(cè)面，通過摩擦產(chǎn)生制動力，把列車動能轉(zhuǎn)變成熱能。,特點(diǎn)： 大大減輕車輪踏面的熱負(fù)荷和機(jī)械磨耗。 可按制動要求選擇最佳摩擦副 。 制動平穩(wěn)，幾乎沒有噪聲。 輪軌粘著將惡化。 制動盤使簧下重量及其引起的沖擊振動增大，運(yùn)行中還要消耗牽引功率。,發(fā)展歷史：起初主要在歐洲動車組上用，與閘瓦制動相比，盤形制動更適用于高速列車。我國鐵路從1958年開始，曾先后兩次試用過盤形制動，真正最后來用是在廣深線準(zhǔn)高速客車上。,磁軌制動 結(jié)構(gòu)： 在轉(zhuǎn)向架

9、的兩個側(cè)架下面，在同側(cè)的兩個車輪之間。各安置一個制動用的電磁鐵(或稱電磁靴)。 制動時(shí)將電磁靴放下并利用電磁吸力緊壓鋼軌，通過電磁鐵上的磨耗板與鋼軌之間的滑動摩擦產(chǎn)生制動力，并把列車動能變?yōu)闊崮?，消散于大氣?電磁鐵的懸掛方式： 低懸掛方式的電磁鐵距離軌面610毫米處，制動時(shí)，電磁鐵勵磁，以電磁鐵和鋼軌的吸力克服彈簧力。 適用于低速車輛 高懸掛方式，制動電磁鐵通過兩個提升缸懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，距離軌面約120160毫米，其升降由提升缸來控制。 適用于高速車輛,特點(diǎn)： 制動力不受粘著的限制，高速列車加上它，就可以在粘著力以外再獲得一份制動力，可縮短制動距離。 電磁鐵和鋼軌的磨耗較大，同時(shí)產(chǎn)生制動

10、力較小 。只能作為緊急制動時(shí)的一種輔助的制動方式 。,軌道渦流制動 結(jié)構(gòu)：與磁軌制動相似，是把電磁鐵懸掛在轉(zhuǎn)向架側(cè)架下面同側(cè)的兩個車輪之間。 作用原理：電磁鐵在制動時(shí)放下到離軌面幾毫米處而不與鋼軌接觸。它是利用電磁鐵和鋼軌的相對運(yùn)動使鋼軌感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力作為制動力。 軌道渦流制動既不受輪軌粘著限制，也沒有磨耗問題。消耗電能多。,旋轉(zhuǎn)渦流制動 結(jié)構(gòu)：在牽引電動機(jī)軸上裝金屬盤。 原理：制動時(shí)金屬盤在電磁鐵形成的磁場旋轉(zhuǎn)，盤的表面被感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力 。 通過輪軌粘著才能產(chǎn)生制動力，受粘著限制。 消耗的電能多。,電阻制動 電阻制動廣泛用于電力機(jī)車、電動車組和電傳動內(nèi)燃機(jī)車。 在制動時(shí)將

11、原來驅(qū)動輪對的自勵的牽引電動機(jī)改變?yōu)樗麆畎l(fā)電機(jī)，由輪對帶動它發(fā)電，并將電流通往專門設(shè)置的電阻器，采用強(qiáng)迫通風(fēng)，使電阻發(fā)生的熱量消散于大氣 。,再生制動 將牽引電動機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。但將電能反饋回電網(wǎng)。使本來由電能或位能變成的列車動能獲得再生，而不是變成熱能消散掉。 經(jīng)濟(jì)性好，技術(shù)上比較復(fù)雜。 反饋回電網(wǎng)的電能要馬上由正在牽引運(yùn)行的電力機(jī)車或電動車組接收和利用。,液力制動 廣泛應(yīng)用于液力傳動內(nèi)燃機(jī)車。 原理：在液力傳動裝置內(nèi)安裝液力制動器，制動時(shí)向它充入液體，車輪帶動它旋轉(zhuǎn)時(shí)液體和液體之間、液體與藕合器之間摩擦生熱，再經(jīng)由散熱器消散于大氣。 車輛方面，國外也有人在研究使用這種制動方式(把液力藕合器裝

12、在空心的車軸內(nèi))。,逆汽制動 飛輪貯能制動 制動時(shí)，把列車動能轉(zhuǎn)移入飛輪貯存，啟動加速時(shí)使該能量放出以節(jié)約能源。飛輪質(zhì)量較大，傳動裝置也復(fù)雜。,摩擦制動 熱散逸制動 制動方式 電阻制動 列車動能變成可用能,第六節(jié) 制動機(jī)種類,主要內(nèi)容：按制動原動力和操縱控制方法的不同。機(jī)車車輛制動機(jī)可分類為手制動機(jī)、空氣制動機(jī)、真空制動機(jī)、電空制動機(jī)和電(磁)制動機(jī)。本節(jié)的內(nèi)容是對這些制動機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及工作原理進(jìn)行初步的認(rèn)識。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：空氣制動機(jī)。,手制動機(jī) 是以人力為原動力，以手輪的轉(zhuǎn)動方向和手力的大小來操縱控制。 發(fā)展及應(yīng)用： 主要的制動機(jī) 配角,空氣制動機(jī) 是以壓力空氣與大氣的壓差原動力，通過改變

13、空氣壓強(qiáng)來操縱控制。 直通式空氣制動機(jī) 列車管直通向制動管，制動管充氣增壓，發(fā)生制動；制動管排氣時(shí)減壓。 優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，并且既有階段制動，又有階段緩解，操作非常靈活方便。,當(dāng)列車發(fā)生分離事故、制動管被拉斷時(shí)，列車將徹底喪失制動能力。 不適用編組較長的列車。 隨著高速列車制動技術(shù)的發(fā)展，很多高速動車組的空氣制動系統(tǒng)均采用直通空氣制動機(jī)。,自動式空氣制動機(jī) 結(jié)構(gòu) 每輛車多了一個三通閥、一個副風(fēng)缸和一個供給閥。 三通”指的是：一通列車管，二通副風(fēng)缸，三通制動缸。,工作原理： 列車管的空氣壓力發(fā)生變化引起制動控制閥（三通閥或分配閥）動作，實(shí)現(xiàn)車輛的制動或緩解作用。 三通閥主活塞的位置由列車管和副風(fēng)缸

14、左右兩個空氣壓力決定。,列車管增壓：列車管 副風(fēng)缸 制動缸 大氣 列車管減壓： 副風(fēng)缸 制動缸 特點(diǎn)： 制動主管排氣減壓時(shí)制動缸增壓，發(fā)生制動，制動主管充氣增壓時(shí)制動缸減壓，發(fā)生緩解。 列車發(fā)生分離事故，列車能夠迅速制動停車。,只能階段制動而不能階段緩解 列車管是副風(fēng)缸的唯風(fēng)源，列車管一旦停止增壓，副風(fēng)缸就跟著停止增壓，無法將三通閥主活塞反推至中間位置(保壓位)。 如果能使副風(fēng)缸的風(fēng)源多元化，即制動后列車管充氣(增壓)時(shí)還有別的風(fēng)源也幫助向副風(fēng)缸充氣，則階段緩解也可以實(shí)現(xiàn)。,直通自動空氣制動機(jī)： 列車管減壓制動，增壓緩解 。 在制動過程中，若制動缸因泄漏而導(dǎo)致壓力下降時(shí)，副風(fēng)缸可以及時(shí)補(bǔ)風(fēng)，保

15、持制動缸的壓力； 副風(fēng)缸風(fēng)壓低于列車管的壓力時(shí)，可由列車管補(bǔ)充； 列車管又可由總風(fēng)缸經(jīng)制動閥自動補(bǔ)充 。,真空制動機(jī) 基本原理： 以大氣(與真空的壓差)為原動力，以改變真空度來操縱控制。 機(jī)車上設(shè)有真空泵、制動閥、真空制動缸，車輛上僅設(shè)有真空制動缸，列車管貫通全列車。 緩解：真空泵將列車管和制動缸內(nèi)的空氣抽走 。 制動：列車管與大氣相通。,特點(diǎn)： 構(gòu)造簡單、維修方便，既能夠階段制動，也能夠階段緩解。 制動力不大，而且海拔越高，制動力越小，要提高制動力則需要較大的制動缸和較粗的列車管。 列車前后沖動較大。 這種制動機(jī)是英國鐵路在1844年首先應(yīng)用的，現(xiàn)在，真空制動機(jī)主要在一些發(fā)展中國家應(yīng)用。,電

16、空制動機(jī) 是在空氣制動機(jī)的基礎(chǔ)上加裝電磁閥等電氣控制部件而形成的。 制動作用的操縱控制用電，但制動作用的原動力還是壓力空氣(它與大氣的壓差)。 在制動機(jī)的電控因故失靈時(shí)，它仍可以實(shí)行空氣壓強(qiáng)控制(氣控)，臨時(shí)變成空氣制動機(jī)。,工作原理 ：,制動時(shí)各車的制動電磁閥的排氣口同時(shí)打開，將列車管的壓力空氣排往大氣，產(chǎn)生制動作用。 緩解時(shí)各車的緩解電磁閥的通路也同時(shí)打開，使各車的加速緩解風(fēng)缸同時(shí)向列車管充風(fēng) 。 列車施行階段緩解、緩解電磁閥的通路被關(guān)閉、列車管空氣壓強(qiáng)保持不變時(shí)，保壓電磁閥將三通閥的排氣通路切斷，可以實(shí)現(xiàn)階段緩解。,在列車速度很高或列車編組很長、空氣制動機(jī)難以滿足要求時(shí)，采用電空制動機(jī)可

17、以大大改善列車前后部制動和緩解作用的致性。我國廣深線準(zhǔn)高速（160 km/h)旅客列車部采用了電空制動機(jī)。,電磁制動機(jī) 操縱控制和原動力都用電的制動機(jī)稱為電磁制動機(jī) 。 制動機(jī)和基礎(chǔ)制動已很難截然分開 。 例如軌道渦流制動和旋轉(zhuǎn)渦流制動。,第七節(jié) 基礎(chǔ)制動裝置,一、基礎(chǔ)制動裝置的作用 組成： 包括制動缸活塞推桿以后至閘瓦及其間的一系列杠桿、拉桿、制動梁等傳動部分。 作用： 傳遞制動缸所產(chǎn)生之力至各個閘瓦； 將此力增大一定的倍數(shù)； 保證各閘瓦有較一致的閘瓦壓力；,二、基礎(chǔ)制動裝置的種類 單側(cè)制動和雙側(cè)制動 只在車輪的一側(cè)設(shè)有閘瓦，普通貨車。 結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、檢修與制造方便。 容易使軸承偏磨；

18、 制動力較小。 車輪兩側(cè)配置閘瓦，客、機(jī)、特種貨車。 制動力較大；沒有軸承偏磨的缺點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般側(cè)架式貨車轉(zhuǎn)向架不易實(shí)現(xiàn)；,制動力較大；沒有軸承偏磨的缺點(diǎn)。 雙側(cè)制動需要較多的桿件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般側(cè)架式貨車轉(zhuǎn)向架不易實(shí)現(xiàn) 。,按傳動機(jī)構(gòu)，分為散開式和單元式。 散開式 ： 全車只有一個較大的制動缸，在制動缸和各閘瓦之間有很多的杠桿和拉桿。 單元式： 制動缸較小而且數(shù)量較多，各個制動缸分別設(shè)置在各個輪對的附近。,三、制動倍率 定義：制動缸活塞桿作用力經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)傳到閘瓦時(shí)，由于杠桿作用擴(kuò)大的理想倍數(shù)，用n來表示，是基礎(chǔ)制動裝置的重要特性。,活塞桿作用力,閘瓦理想壓力總和,計(jì)算方法：,轉(zhuǎn)

19、向架杠桿倍率,制動缸杠桿倍率,制動梁數(shù),制動倍率的取值: 倍率太大時(shí)，閘瓦磨耗對制動缸活塞行程和制動缸空氣壓強(qiáng)的影響太大； 制動倍率太小則制動力又不足。 制動倍率取值必須適中，一般約在69之間。,四、閘瓦懸吊對閘瓦壓力的影響 要考慮的問題： 緩解時(shí)閘瓦應(yīng)在重力作用下離開車輪。 無論車輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，閘瓦壓力應(yīng)保持一致。 解決問題的方法： 閘瓦托吊桿與鉛垂線成 角。 將閘瓦下移，使閘瓦托和車輪中心的連線向下傾斜。,現(xiàn)采用的懸吊方法： 和 角約為 15； 或取閘瓦中心比車輪 中心低40110mm ； 閘瓦托吊長度以按車 輪半徑的80取值較 為適宜。,閘瓦中期磨耗,五、基礎(chǔ)制動的傳動效率

20、 傳動過程中的機(jī)械損耗 制動缸活塞與缸壁的摩擦； 制動缸緩解彈簧的反撥力； 傳動機(jī)構(gòu)各桿件聯(lián)結(jié)銷處的機(jī)械摩擦； 閘瓦中心低于輪心的傾斜角。,第八節(jié) 閘瓦壓力的空重車調(diào)整,學(xué)習(xí)主要內(nèi)容：空重車調(diào)整的原理及具體實(shí)現(xiàn)的方法； 學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 調(diào)整制動缸空氣壓強(qiáng)；,一、概述 空重車調(diào)整的必要性： 貨車載重不斷增長貨車自重系數(shù)逐漸下降空車與重車的總重差別越來越大。 貨車的制動率如按空車設(shè)計(jì)，則重車時(shí)制動率將嚴(yán)重不足； 如按重車設(shè)計(jì)則空車時(shí)又將因制動率太大而發(fā)生滑行擦傷。,空重車調(diào)整裝置的分類： 人工調(diào)整 空重車調(diào)整裝置 自動調(diào)整 二級調(diào)整 空重車調(diào)整裝置 多級調(diào)整 無級調(diào)整,二、結(jié)構(gòu)形式及調(diào)整原理 調(diào)整制動

21、缸活塞面積 可用差壓缸或雙缸實(shí)現(xiàn)二級調(diào)整。 重車位時(shí)B室大氣，壓力空氣只進(jìn)A 空車位A和B室均有壓力空氣進(jìn)入。,美國ABCL差壓式制動缸 空車的制動缸活塞桿作用力和閘瓦壓力都只有重車的40。,調(diào)整制動缸空氣壓強(qiáng) “分流”法 設(shè)置一個人工調(diào)整的空重車塞門或者可按車輛載重狀態(tài)自動調(diào)整空重車載荷傳感閥，空車時(shí)，讓本來該供給制動缸的風(fēng)“分流”部分到“降壓風(fēng)缸”去。,s1型載荷傳感閥 GK型制動機(jī)的空車壓強(qiáng)也是利用降壓風(fēng)缸,“截流”法 活塞8、活塞桿4及其上的支點(diǎn)5隨車輛載重及枕簧的下沉量變化而上下移動 。 副風(fēng)缸的壓力空氣由三通閥充入測重閥 支點(diǎn)5的位置決定制動缸的壓強(qiáng)。,三、結(jié)論 自動空重車調(diào)整的原理是：根據(jù)車輛載重變化的枕簧高度變化，作為控制信號，去控制設(shè)在分配閥與制動缸之間的一個中繼閥，再由中繼閥來控制制動缸鞲鞴面積的大小或制動缸壓力的大小。 一般客車因空重差別不大，不用調(diào)整。雙層客車、城市地面輕軌車輛和地鐵車輛空重差別也很大，也要有空重車自動調(diào)整裝置。 提高重車制動率則制動功率增加，要注意車輪熱負(fù)荷的增加，另外閘瓦的磨耗也會加劇。,第九節(jié)