【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 世界先進(jìn)國(guó)家落后約 20年。 1986年鐵道科學(xué)研究院與北京市制動(dòng)密封材料廠首次主項(xiàng)承擔(dān) 42型低摩擦系數(shù)合成閘瓦研制。在借鑒國(guó)外鐵路合成閘瓦研制經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，著手摸索、探討適合我國(guó)國(guó)情和路況的合成閘瓦。 1978年底 !通過了部級(jí)鑒定，開創(chuàng)了我國(guó)研制生產(chǎn)使用合成閘瓦的新紀(jì)元， 1984年 4月完成了蒸汽機(jī)車用合成閘瓦 .以上兩項(xiàng)獲得 了國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng) amp。 1987年 12月完成了內(nèi)、電機(jī)車低摩合成閘瓦。 1991年完成了高摩合成閘瓦的研制、鑒定任務(wù)，歷時(shí) 15年勝利完成了我國(guó)蒸汽、內(nèi)燃、電力機(jī)車和車輛高、低摩合成閘瓦的研制任務(wù)。近幾年來，隨著客車的不斷擴(kuò)編，提速和貨車重載運(yùn)輸?shù)膹?qiáng)化，又為新造機(jī)車車輛開發(fā)研制出相應(yīng)的新品種（如粉末冶金閘瓦、半金屬閘瓦和閘片等），逐步發(fā)展成為能滿足我國(guó)鐵路各類型各系列國(guó)產(chǎn)機(jī)車車車使用的摩擦材料制動(dòng)用產(chǎn)品。 合成、半金屬、粉末冶金閘瓦均由復(fù)合材料中的基體組元、摩擦組元、增強(qiáng)組元、潤(rùn)滑組元、粘結(jié)劑和填料組成由于各種組元 的配比不同，加工工藝等的不同，適用的速度也不同，所以各有自己的名稱。 制動(dòng)裝置必須滿足提速列車的制動(dòng)需求 列車的基礎(chǔ)制動(dòng)方式很多，如摩擦制動(dòng)、電阻制動(dòng)、磁軌渦流制動(dòng)等，其中以摩擦制動(dòng)應(yīng)用最廣。摩擦制動(dòng)又可分為踏面制動(dòng)與盤形制動(dòng)兩種，前者制動(dòng)元件為閘瓦與車輛踏面組成摩擦副，后者則為制動(dòng)圓盤與閘片組成的摩擦副。兩類制動(dòng)方式均要求制動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)不變、摩擦力高、耐磨損性能優(yōu)良、散熱快、無火花等，其最終目的又都是把動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，達(dá)到列車調(diào)速或停車的目的。 在我國(guó)鐵路上使用較多的有鑄鐵摩擦材料閘瓦，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià) 格低、摩擦系數(shù)較為穩(wěn)定、不受氣候影響、導(dǎo)熱性好。有 25%的制動(dòng)性能被閘瓦消散，對(duì)車輪損害小。但普通鑄鐵閘瓦摩擦系數(shù)較小，且隨著列車速度的提升而迅速降低，高速運(yùn)行時(shí)熱衰退更為明顯。為了解決這個(gè)問題，改進(jìn)其性能，提高閘瓦和摩擦系數(shù)并增加其耐磨性，科研人員開始把含磷量提高。我國(guó)70年代以前主要推廣中磷閘瓦，現(xiàn)已明令停止使用。 1985年以后，開發(fā)出 17 了高磷閘瓦。近年來又研制出超高磷閘瓦，成份中含有銅、鉻、鎳等合金元素，能滿足準(zhǔn)高速內(nèi)燃機(jī)車制動(dòng)性能的要求。 合成摩擦材料閘瓦由具有不同物理化學(xué)性能材料組分組合而成，通過改 變材質(zhì)配方和工藝，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整和改變其理化性能，達(dá)到制動(dòng)時(shí)無火花、質(zhì)量輕、高速度、摩擦系數(shù)大且不隨列車速度的改變而變化，使用壽命可達(dá)鑄鐵閘瓦的 4倍以上。其缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性差，閘瓦只能吸收制動(dòng)熱量的 15%左右，在濕潤(rùn)狀態(tài)下，摩擦系數(shù)大為下降，制動(dòng)時(shí)溫度不能超過250度。超過時(shí)磨損率急劇增加，摩擦系數(shù)也隨之改變，半金屬材料閘瓦是指材料中金屬成份達(dá)到或超過 50。 18 第二章 高速列車制動(dòng)技術(shù) 列車常用制動(dòng)方式 目前列車常用的制動(dòng)方式主要有兩種：粘著制動(dòng)和非粘著制動(dòng)。制動(dòng)力由車輪與鋼軌之間的摩擦力產(chǎn)生的制動(dòng)方 式，稱為粘著制動(dòng)，或稱摩擦制動(dòng)。施行粘著制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力受輪軌間的粘著力的限制，最大制動(dòng)力不超過粘著力。粘著制動(dòng)是目前主要的制動(dòng)方式。閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)、液力制動(dòng)、電阻制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)及再生制動(dòng)等制動(dòng)方式都屬于粘著制動(dòng)。制動(dòng)力不是通過車輪與鋼軌之間摩擦力產(chǎn)生的制動(dòng)方式，稱為非粘著制動(dòng)。軌道電磁制動(dòng)和軌道渦流制動(dòng)等都屬于非粘著制動(dòng)，其制動(dòng)力大小不受輪軌間粘著力的限制。非粘著制動(dòng)目前主要作為一種輔助的制動(dòng)方式用于粘著制動(dòng)力不夠的高速旅客列車上。下面分別對(duì)粘著制動(dòng)和非粘著制動(dòng)的常用方式作一介紹。 粘著 制動(dòng) 閘瓦制動(dòng) 閘瓦制動(dòng)是通過閘瓦壓緊輪對(duì)踏面時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力，使列車大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的制動(dòng)方式。閘瓦制動(dòng)是目前國(guó)內(nèi)列車上使用最廣泛的一種制動(dòng)方式，它的優(yōu)點(diǎn)在于制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、制動(dòng)力大、使用方便、不受天氣條件的限制、制動(dòng)時(shí)還能通過清理踏面改善車輪與鋼軌的粘著。但是閘瓦制動(dòng)也存在著很多缺點(diǎn)：摩擦系數(shù)隨速度提升而迅速下降，高速時(shí)不能充分利用輪軌間的粘著系數(shù)而使制動(dòng)效率降低，低速時(shí)又易發(fā)生沖動(dòng)及擦傷車輪踏面，使機(jī)車車輛運(yùn)行時(shí)的噪聲明顯增大。閘瓦在車輪上摩擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，磨損快， 須不定期地更換，資源消耗大?；谝陨咸攸c(diǎn)，國(guó)內(nèi)貨運(yùn)列車大都采用閘瓦制動(dòng)方式。 盤形制動(dòng) 盤形制動(dòng)是通過將閘片夾緊制動(dòng)盤，使閘片與制動(dòng)盤間產(chǎn)生摩擦而起到制動(dòng)作用。盤形制動(dòng)釋放制動(dòng)能量快，制動(dòng)閘片有相當(dāng)穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，噪聲小?；谶@些因素，使得在高速客運(yùn)列車上必須采用盤形制動(dòng)?，F(xiàn)在新造客車上基本上以盤形制動(dòng)替代了傳統(tǒng)的閘瓦制動(dòng)。但是圓盤制動(dòng)機(jī)也有一些缺點(diǎn)：因裝有制動(dòng)圓盤而增加了總質(zhì)量，因缺乏清理車輪踏面的作用而惡化了車輪與鋼軌的粘著。 19 動(dòng)力制動(dòng) 動(dòng)力制動(dòng)是指將列車的牽引動(dòng)力裝置經(jīng) 過適當(dāng)控制和轉(zhuǎn)換后進(jìn)行制動(dòng)的方式。動(dòng)力制動(dòng)由再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)兩部分組成。再生制動(dòng)在制動(dòng)時(shí)把牽引電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能并反饋給電網(wǎng)，它只能用在電力機(jī)車和電動(dòng)車上。電阻制動(dòng)是把再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能加在制動(dòng)電阻上，變成熱能并發(fā)散的制動(dòng)方式。制動(dòng)時(shí)優(yōu)先使用再生制動(dòng)，只有當(dāng)接觸網(wǎng)不能吸收再生制動(dòng)的能量時(shí)，才自動(dòng)轉(zhuǎn)換為電阻制動(dòng)。動(dòng)力制動(dòng)方式不需要消耗能源，其以環(huán)保、節(jié)能和制動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)作為輔助制動(dòng)方式廣泛應(yīng)用于以摩擦制動(dòng)為主的列車上。研究表明，列車使用動(dòng)力制動(dòng)裝置后，制動(dòng)閘瓦的磨耗速度降低了 50%，輪對(duì)輪箍 的磨耗速度降低了 30%。 液力制動(dòng) 液力制動(dòng)在制動(dòng)時(shí)油泵向液力制動(dòng)器供油，渦輪固定不動(dòng)，泵輪由慣性力帶動(dòng)并隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作油在轉(zhuǎn)子內(nèi)被加速而在定子內(nèi)又被減速，最終在泵輪和渦輪間形成環(huán)流，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，并轉(zhuǎn)化為工作油的熱能加以消散。它主要用在液力傳動(dòng)的機(jī)車上。 旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng) 旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)是在牽引電機(jī)軸或車軸上裝有作為電磁感應(yīng)體的金屬渦流盤，制動(dòng)時(shí)，盤在電磁鐵形成的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，盤表面感應(yīng)出渦流，使渦流盤發(fā)熱，將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能。 非粘著制動(dòng) 磁軌制動(dòng) 磁軌制動(dòng)是通過將安裝在列車轉(zhuǎn)向架上兩輪對(duì)之間軌面上方的電磁鐵吸附在軌道上并勵(lì)磁，使裝有磨耗板的電磁鐵以一定的吸力吸附在鋼軌上并滑行，靠磨耗板與軌面之間的摩擦使動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿⑸l(fā)。磁軌制動(dòng)為非粘著制動(dòng)，是一種提高制動(dòng)力很有效的方式，能較明顯地縮短制動(dòng)距離。運(yùn)用表明，具有磁軌制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離可以縮短 20%至 25%。目前它主要作為一種輔助制動(dòng)方式用于高速列車的緊急制動(dòng)。 軌道渦流制動(dòng) 軌道渦流制動(dòng)是將電磁鐵懸掛在位于鋼軌正上方的列車轉(zhuǎn)向架上，通過電磁鐵與鋼軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在鋼軌中感應(yīng)出渦流而產(chǎn)生阻力并使鋼軌發(fā)熱，從而把列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的制動(dòng)方式。軌道渦流制動(dòng)有下列優(yōu)點(diǎn)：磁鐵不與鋼軌接觸，不產(chǎn)生摩擦作用，噪聲小，制動(dòng)力的增加不受粘著條件的限制，制動(dòng)力大且平穩(wěn)，可減小制動(dòng)距離，改善乘車的舒適度。缺點(diǎn)：成本高 , 消耗電能大，制動(dòng)時(shí)會(huì)使鋼軌升溫，影響穩(wěn)定性。 20 我國(guó)制動(dòng)技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀 隨著機(jī)車車輛裝備的不斷發(fā)展，在制動(dòng)系統(tǒng)方面也取得了許多進(jìn)展，為在國(guó)內(nèi)開行重載列車奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。 當(dāng)然 ，隨著列車牽引重量的不斷增加和進(jìn)一步提速，現(xiàn)有設(shè)備還不能完全滿足相應(yīng)要求，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn) 。 制動(dòng)機(jī) 目前我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸貨車主要使用 120型空氣制動(dòng)機(jī)，該型制動(dòng)機(jī)采用了帶先導(dǎo)閥的二級(jí)控制機(jī)構(gòu)，大大提高了貨物列車的制動(dòng)波速，但其只是為了滿足開行萬噸列車而設(shè)計(jì)的 。 近幾年為了適應(yīng)貨物列車重載 、 快速的要求，在 120 型空氣制動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上又研制了 120K 型貨車制動(dòng)機(jī)，以縮短空走時(shí)間 。 隨著列車編組與牽引重量的進(jìn)一步增加，空氣制動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)用過程中暴露出充風(fēng)時(shí)間長(zhǎng) 、 各車輛制動(dòng)性能不一致 、 階段緩解困難 、 制動(dòng)距離加長(zhǎng) 、 縱向沖動(dòng)加大 、 設(shè)備磨損加快等問題 。 同時(shí)，由于設(shè)備的過度磨耗和過早損壞而導(dǎo)致車輛維修和運(yùn)用成本升高，因得不到最佳的制動(dòng)作用能力而導(dǎo)致貨運(yùn)運(yùn)能較低 。 要徹底改善重載貨車的制動(dòng)性能可以采用電空制動(dòng)的制動(dòng)方式 。 通過電氣信號(hào)控制空氣制動(dòng)，基本上可以實(shí)現(xiàn)同步制動(dòng)和制動(dòng)風(fēng)缸的連續(xù)充風(fēng)，并可縮短制動(dòng)距離 、 提高列車運(yùn)行速度和減輕列車縱向沖動(dòng) 。 近年來，北美和南非重載鐵路采用微機(jī)控制的直通電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 “ ECP” ）克服了自動(dòng)空氣制動(dòng)系統(tǒng)的不足，取得了很好的效果 。 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 目前，我國(guó)貨物列車采用的 制動(dòng)形式主要還是閘瓦制動(dòng)，使用鑄鐵閘瓦。對(duì)于重載運(yùn)輸而言，若裝用高摩合成閘瓦，更能發(fā)揮制動(dòng)機(jī)加速緩解的作用。這是由于高摩合成閘瓦的摩擦系數(shù)比鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)要高一倍，可以將車輛的閘瓦壓力或制動(dòng)率減半，從而減少制動(dòng)缸和基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的尺寸，減少制動(dòng)耗風(fēng)量和加速再充氣，實(shí)現(xiàn)調(diào)速時(shí)間和距離的縮短，而且極大地減輕了縱向沖動(dòng)，對(duì)于車輛設(shè)備維護(hù)以及列車運(yùn)行安全都有很好的效果。 21 傳統(tǒng)制動(dòng)控制模式分析 傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)機(jī)以壓力空氣作為動(dòng)力源和控制信號(hào)。貫穿整個(gè)列車的列車管既是制動(dòng)動(dòng)力渠道又是制動(dòng)控制信號(hào)通道。這種 制動(dòng)控制模式的一個(gè)突出缺點(diǎn)是制動(dòng)、緩解波速低 ,列車中各車輛的制動(dòng)、緩解作用一致性差 ,列車縱向沖動(dòng)大 ,客車乘坐舒適性差。這個(gè)缺點(diǎn)不可能通過改進(jìn)空氣制動(dòng)機(jī)各部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)得到根本解決。為解決這一問題 ,對(duì)原有制動(dòng)機(jī)進(jìn)行了加電控的改進(jìn) ,產(chǎn)生了電空制動(dòng)機(jī)。它是用電來傳輸制動(dòng)控制信號(hào) ,以此來大大提高信號(hào)傳輸速度 ,提高列車中各車輛的制動(dòng)、緩解作用一致性。 對(duì)自動(dòng)式電空制動(dòng)機(jī)來說 ,電傳送的實(shí)際上只是一個(gè)啟、停原有空氣分配閥動(dòng)作的開關(guān)量信號(hào) ,具體的列車管空氣壓力設(shè)定值仍要由列車管通過壓力空氣傳送。因此 ,電空制動(dòng)機(jī)只是從作用一 致性方面比空氣制動(dòng)機(jī)所改善 ,而在制動(dòng)力均勻分配、操作平穩(wěn)性等問題上 ,并沒有提供更好的解決措施。列車運(yùn)行操縱過程中 ,制動(dòng)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能主要是使列車減速和停車 ,司機(jī)所關(guān)心的 2個(gè)主要運(yùn)行參數(shù)是列車運(yùn)行速度和制動(dòng)距離。制動(dòng)距離在緊急制動(dòng)時(shí)才具有實(shí)際意義。常用制動(dòng)停車時(shí) ,司機(jī)最為關(guān)心的是機(jī)車停車位置 ,也就是列車速度降為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的空間位置 ,此時(shí)的制動(dòng)距離并不是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)。因此 ,與制動(dòng)系統(tǒng)功能最密切的參數(shù)是列車速度。 最理想的制動(dòng)控制模式是直接實(shí)時(shí)地控制列車速度 ,即直接把實(shí)時(shí)檢測(cè)到的列車運(yùn)行速度作為反饋信號(hào) ,與 制動(dòng)控制器給出的目標(biāo)速度進(jìn)行比較?？刂菩盘?hào)處理單元計(jì)算后給出新的控制指令交給制動(dòng)執(zhí)行單元 ,然后再進(jìn)行速度檢測(cè)、反饋、處理 ,形成一個(gè)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。這種理想的制動(dòng)控制模式有待進(jìn)一步開發(fā)使用。制動(dòng)時(shí)和列車速度關(guān)系最為直接的一個(gè)參數(shù)是列車減速度 ,它和列車速度之間的函數(shù)關(guān)系不受制動(dòng)機(jī)參數(shù)、粘著系數(shù)等的影響。 列車減速度和制動(dòng)力之間有著直接的函數(shù)關(guān)系 ,在車重、摩擦系數(shù)等參數(shù)已知的情況下 ,可以通過對(duì)制動(dòng)缸壓力的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)列車減速度的控制。制動(dòng)缸壓力換算到列車減速度的過程中 ,涉及車重、閘瓦與車輪或閘片與制動(dòng)盤之間摩擦系 數(shù)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率等中間參數(shù)。由于空氣和電空制動(dòng)機(jī)控制部件不具有計(jì)算功能 ,不能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)缸壓力到列車減速度的換算 ,因此 2種制動(dòng)機(jī)都只能實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)缸壓力的控制 ,且受到信號(hào)精度及制動(dòng)控制部件性能制約 ,對(duì)制動(dòng)缸壓力的控制精度不是很高。以上是傳統(tǒng)制