列车牵引与制动-第一章

第二章列车制动总论一、学习内容：制动有关的基本概念及意义；常见的制动方式；基础制动及制动机种类；二、学习难点：粘着的概念及应用第一节制动一般概念及意义2.1制动的一般概念（1）“制动”：人为地施加于运动物体，使其减速(含防止其加速)或停止运动或施加于静止物体，保持其静止状态。这种作用被称为制动作用。简称“制动”。（2）“缓解”：对已经施行的列车，解除或减弱其制动作用，均可称之为“缓解”。（3）“制动装置”：为使列车能施行制动和缓解而安装于列车上的由一整套零部件组成的装置，称为制动装置。由制动装置产生的与列车运行方向相反的外力，称为“制动力”。制动装置一般可分三大组成部分：1）制动机：产生制动原动力并受司机进行操纵和控制的部分。通常包括从制动软管连接器至制动缸的一整套机构。2）基础制动装置：即制动装置中用于传递、扩大制动力的一整套杆件连接装置。3）手制动机：即制动装置中以人力作为产生制动力的原动力部分。列车制动装置见图片（4）“制动距离”：从司机施行制动(将制动阀手柄移至制动位)的瞬间起，到列车速度降为零的瞬间止，列车所驶过的距离。它是综合反映列车制动装置的性能和实际制动效果的主要技术指标。根据我国原《技规》“列车在任何线路坡道上的紧急制动距离规定为800米”。但是，在设计机车车辆时要求的只是在空旷的平直道(即无隧道、无坡道、无弯道)以“构造速度”运行时，其紧急制动距离不超过800米。计算制动距离的规定，应该与列车运行速度和机车车辆制动机的发展水平相适应。为适应提速列车的需要，1999年新《技规》规定：列车在任何线路坡道上的紧急制动距离限值：旅客列车：120km/h——800m；140km/h——1100m；160km/h——1400m；200km/h——2000m；250km/h——2700m；300km/h——3700m；普通货物列车：90km/h——800m；快运货物列车：120km/h——1100m。列车制动在操纵上按用途可分为两种：（5）“常用制动”：正常情况下为调节或控制列车速度，包括进站停车所施行的制动。其特点是作用比较缓和且制动力可以调节，多数情况下只用50％左右。（6）“紧急制动”：紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动，其特点是作用比较迅猛，而且要把列车制动力全部用上。（7）“最大有效减压量(列车管）”：制动缸达到最大平衡压力瞬间所对应的列车管减压量。（8）“局部减压量（列车管）”：列车管除机车制动阀造成以外，由其他方式导致的减压借以提高减压速度，促使后部车辆产生制动作用的现象。（9）“局部增压（列车管）”：列车管除机车制动阀造成以外，由其他方式导致的增压借以提高缓解速度，促使后部车辆迅速缓解的现象。（10）“紧急制动限速”：为保证紧急制动距离而对列车在坡道上运行速度的限制。（11）“常用制动限速”：由常用制动时力的平衡关系而决定的另一种制动限速。（12）“制动方式”：将列车动能转移的方式或制动力获取的方式。2.2制动在铁路运输中的意义铁路是国民经济的大动脉，是我国主要的现代化交通工具，对经济、社会和科技发展，满足人民物质和文化生活需要起着非常重要的作用。它具有高度集中、各工作环节紧密联系的特点。假如在某一个点上出现问题，就有可能影响到全线，甚至更大范围的堵塞和瘫痪，真是牵一发而动全身。所以畅通是铁路运输的基本要求，安全是铁路运输的永恒主题。现代交通运输在运送旅客方面必须提高和改善快速、舒适、安全、准确、方便、经济等指标。我们知道：“时间就是生命，时间就是效益”。因此，提高列车运行速度和牵引重量是提高铁路运输能力、实现铁路运输现代化的重要内容，但是，安全是第一位。列车制动技术是铁路运输“重载、高速”这一发展战略目标实现的关键性前提条件之一，是铁路运输安全的重要保证。如果没有性能良好的机车车辆制动装置，要提高列车速度和牵引重量以及保证列车运输安全都是不可能的。综上所述：制动在铁路运输中的意义可概括如下：（1）确保铁路运输的安全；（2）提高列车的技术速度；（3）提高铁路的运输能力；第二节闸瓦制动与粘着一、闸瓦制动•制动的实质：–（能量的观点）将列车的动能变成别的能量或转移走。–（作用力的观点）制动装置产生与列车运行方向相反的力，是列车尽快减速或停车。•闸瓦制动：–瓦状制动块(闸瓦)紧压车轮踏面；–通过机械摩擦将列车的动能转变为热能，产生制动力。闸瓦车轮•在轮轨间保持静摩擦和忽略车轮回转惯性的情况下，制动力在数值上等于闸瓦与车轮的摩擦力。KKB二、粘着•粘着状态：轮轨间接触状态为粘着状态。–轮轨间非点接触，是椭圆形面接触；–列车运行中要发生各种冲击和振动；–车轮踏面是圆锥形的，车轮在钢轨上滚动的同时，伴随微量的轮轨间的纵向和横向滑动。•粘着力–粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。–比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与列车运动状态有关、随列车速度的升高而降低。•粘着系数粘着力与车轮与钢轨间的垂直载荷之比称为“粘着系数”。•计算粘着系数（规定的假定值）–制动力和惯性力不是作用在同一水平面内，造成各个车轮对钢轨的法向反力并不相等。–假定垂直载荷固定不变，认为粘着力的变化仅由粘着系数的变化引起的。粘着系数为假定值。–计算粘着系数与假定不变的垂直载荷的乘积等于实际的粘着力。第三节粘着系数的影响因素和计算公式一、粘着系数的影响因素：主要有两个：列车运行速度和车轮、钢轨的表面状况。–轮轨间表面状态包括：干湿情况、脏污程度、是否有锈、是否撒砂以及砂的数量和品质等等。这些因素的影响是非常复杂的，不可能用公式来表达。•列车运行速度：–列车运行速度越高，粘着系数越小；–原因：随着列车速度的降低，冲击振动以及的纵向和横向的少量滑动都逐渐减弱，因而粘着力和粘着系数也逐渐增大。二、粘着系数的计算公式2606.450624.0V1205.130405.0V制动粘着系数是制动装置设计中首先需要选定的最基本的参数之一。干燥轨面：潮湿轨面：•美国西屋空气制动机公司、日本、前苏联以及欧洲其他一些国家的制动粘着系数或其计算公式。•我国对粘着系数的取值不大不小，介于中间，应该说比较合理。第四节粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数一、粘着限制•滑行的产生机理：–粘着状态下，制动力近似的等于闸瓦与车轮的摩擦力，摩擦力越大，制动力就越大。–当闸瓦与车轮的摩擦力矩大于粘着力对于车轮中心力矩时，车轮就会被闸瓦抱死，使车轮在钢轨上滑行，粘着状态被破坏，而此时的制动力就变成了车轮与钢轨的滑动摩擦力。•滑行的危害：–车轮与钢轨的滑动摩擦力远远小于粘着力，制动力降低。–滑行会擦伤车轮。•如何避免滑行：制动力（闸瓦与车轮的摩擦力）应小于粘着力。KNK轴制动率二、制动率制动率用来表示车辆制动能力的大小。•轴制动率：一个制动轴上的全部闸瓦压力与该轴轴重的比值，用表示。制动率是制动设计中校验有无滑行危险的重要数据。0•车辆制动率：一辆车总闸瓦压力与该车总重的比值。车辆制动率表示设计新车在构造速度的情况下紧急制动时在规定距离内停车所具备的制动能力。gQK•列车制动率：全列车总闸瓦压力与列车总重量之比值。列车制动率一般是计算列车制动距离的依据。gPGK•制动率的取值：我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时来确定制动率的。在车辆设计中，通常希望采取较大的制动率，但决不能忽略对车辆不发生滑行条件的校核。即：一般客车制动率取70％～90％，货车取65％～75％。K0三、闸瓦摩擦系数•影响闸瓦摩擦系数的因素影响因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行速度、闸瓦压强和制动初速。–闸瓦材质•铸铁闸瓦：(普通)铸铁闸瓦、中磷(铸铁)闸瓦、高磷闸瓦•合成闸瓦(又称塑料闸瓦)•新的闸瓦材质，如烧结材料、陶瓷等。铸铁闸瓦与合成闸瓦的比较–铸铁闸瓦：列车运行速度闸瓦摩擦系数–合成闸瓦：摩擦系数高耐磨、随速度变化小缺点：对踏面有影响。合成闸瓦应用前景好，应投入对合成材料（闸瓦）和钢（车轮踏面）深入研究。–闸瓦压强：•试验研究结果表明，铸铁闸瓦压强越大则摩擦系数越小。•对于需要增大制动力的机车车辆，不能一味地增大闸瓦压力。–制动初速对闸瓦摩擦系数也有一定的负影响。–列车运行速度：负影响且影响非常大。•闸瓦摩擦系数公式–室内1：1的制动摩擦副试验台和在现场线路上进行成组车辆的“溜放试验”来实测。–规定动效率计算值：客车定为0.85，货车当时定为0.95。高磷闸瓦)120(0012.01006010017100710082.00vvvKKk第五节其他制动方式•主要内容：铁道车辆常见的制动方式分类及其作用原理、各自的特点和具体应用中应注意的问题。•学习重点：用能量的观点来分析具体的制动方式。•制动方式：•1、制动的理解：–力–能量：动能的转移。–空气扩散–动能热能–摩擦副吸收转移–向摩擦副输入的能量超过其散热能力与其热容量，则会导致摩擦副的破坏。–––摩擦副承受热负荷的能力–研究–不同车辆的制动功率及动能日、德进行了深入研究–部分研究结果：–轴制动功率的限制(21吨轴重)–铸铁闸瓦＜122kw/闸瓦•合成闸瓦＜170kw/闸瓦•盘形制动＜400kw/盘•制动速度的限制(21吨轴重)•铸铁闸瓦极限速度为110km/h以下•合成闸瓦极限速度为120km/h以下•盘形制动极限速度为250km/h•2、常见制动方式–闸瓦制动–盘型制动–磁轨制动–轨道涡流制动–旋转涡流制动–电阻制动–低速区制动力随列车速度降低而减小。–再生制动••目前我国车辆上仍采用自动空气制动机为基础的闸瓦制动或盘型制动。如何对从高速到停止均能有效的利用电制动•3、制动方式分类：粘着制动与非粘制。•粘着制动是主要的制动方式，非粘制动作为补充。包括：磁轨制动和线性涡流制动•盘形制动–结构：在车轴上或在车轮辐板侧面装上制动盘，用制动夹钳使合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转变成热能。–特点：•大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。•可按制动要求选择最佳摩擦副。•制动平稳，几乎没有噪声。•轮轨粘着将恶化。•制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大，运行中还要消耗牵引功率。–盘形制动的制动力计算公式：–发展历史：起初主要在欧洲动车组上用，与闸瓦制动相比，盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从1958年开始，曾先后两次试用过盘形制动，真正最后来用是在广深线准高速客车上。RrKB•磁轨制动–结构：•在转向架的两个侧架下面，在同侧的两个车轮之间。各安置一个制动用的电磁铁(或称电磁靴)。•制动时将电磁靴放下并利用电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，并把列车动能变为热能，消散于大气。–电磁铁的悬挂方式：•低悬挂方式的电磁铁距离轨面6～10毫米处，制动时，电磁铁励磁，以电磁铁和钢轨的吸力克服弹簧力。适用于低速车辆•高悬挂方式，制动电磁铁通过两个提升缸悬挂在转向架构架上，距离轨面约120～160毫米，其升降由提升缸来控制。适用于高速车辆–磁轨制动的制动力计算公式：–特点：•制动力不受粘着的限制，高速列车加上它，就可以在粘着力以外再获得一份制动力，可缩短制动距离。•电磁铁和钢轨的磨耗较大，同时产生制动力较小。只能作为紧急制动时的一种辅助的制动方式。KB•轨道涡流制动–结构：与磁轨制动相似，是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。–作用原理：电磁铁在制动时放下到离轨面几毫米处而不与钢轨接触。它是利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力。–轨道涡流制动既不受轮轨粘着限制，也没有磨耗问题。消耗电能多。•旋转涡流制动–结构：在牵引电动机轴上装金属盘。–原理：制动时金属盘在电磁铁形成的磁场旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力。–通过轮轨粘着才能产生制动力，受粘着限制。–消耗的电能多。•电阻制动–电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传动内燃机车。–在制动时将原来驱动轮对的自励的牵引电动机改变为他励发电机，由轮对带动它发电，并将电流通往专门设置的电阻器，采用