《制动机的操纵与维护》 高速及重载.doc

第九章高速列车制动技术

1.概述

高速列车由动车和拖车编组而成（日本新干线的0系列高速列车例外，该高速列车由16辆动车组成，无拖车）。其编组辆数一般不会太多。高速列车的运行速度很高，其构造速度相当于我国现行的一般普通旅客列车（结构速度：100～140km/h）的2倍左右（200～300kmkm/h），故高速列车的动能很大。要在不太长的制动时间和距离内将此巨大的动能转移、消散，没有足够大的制动功率和更灵敏的制动操纵控制系统是不行的。

高速列车制动有两个主要特点：

①多种制动方式协调配合，而且普遍装有防滑器；

②列车制动操纵控制普遍采用了电控、电磁直通或微机控制电气指令式等更为灵敏、迅速的系统。

高速列车采用的制动方式共7种，可分为3类：

①受粘着限制的摩擦制动－－闸瓦（踏面）制动、盘形制动（摩擦式圆盘制动）；

②受粘着限制的动力制动－－电阻制动、再生制动、旋转涡流制动（涡流式圆盘制动）；

③不受粘着限制的非粘着制动－－磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动）、线性涡流制动（涡流式轨道电磁制动）。

高速列车的动车一般是在前两类粘着制动中各取1～2种配合使用。例如法国的TGV－A高速列车的动车就是采用“闸瓦制动+电阻制动”；日本新干线的0系和100系高速列车的动车则采用“盘形制动+电阻制动”；日本的300系、德国的ICE高速列车的动车则采用“盘形制动+再生制动”。

高速列车的拖车，因没有牵引动力装置，无法采用动力制动，故一般是在第一类和第三类中各取1种配合使用。例如日本新干线的100系和300系高速列车的拖车则采用“盘形制动+线性涡流制动”；德国的ICE高速列车的拖车则采用“盘形制动+磁轨制动”或“盘形制动+轨道涡流制动”。当然，也有些例外：法国的TGV－S高速列车的拖车采用“闸瓦制动+盘形制动”，全是第一类的；法国的TGV－A高速列车的拖车连闸瓦制动都不用，只用盘形制动。

高速列车的制动有3个明显的发展趋势：

①粘着制动始终是基础，盘形制动终究要替代闸瓦制动。因盘形制动的“摩擦副”在结构和材质上都可以双向选择，能承受较大的热负荷，车轮踏面的磨耗也可以减轻。

②在动力制动中，电阻制动逐渐被再生制动所替代。因后者可以节能，经济性比较好。

③非粘着制动是特别需要的一种制动方式。在非粘着制动中，摩擦式和涡流式基本匕平分秋色。前者要磨损电磁铁和钢轨，而后者虽无此磨损但耗电较多。

由于粘着制动是基础，为了充分利用粘着，高速列车普遍装有防滑器。多种制动方式的协调配合和装有防滑器，只能缩短有效制动距离，为了缩短制动空走时间从而缩短空走距离，高速列车的主要控制方式已由空气压力控制普遍转变为电控，即由空气制动机转变为电空制动机，由自动式转变为电磁直通式，甚至转变为电气指令式（即采用微机控制）。

高速列车制动的总目标是控制列车的制动距离，使它不至于随着列车速度的增大而增大得太多，但制动距离应随列车速度的提高而适当延长。否则制动时列车减速度就会太大，使旅客难以承受。

2.高速列车新型制动技术

（1）技术概述

采用轨道涡流制动技术的德国ICE3高速列车于2000年秋天首次投入商业运营。轨道涡流制动利用线性电机的工作原理，通过安装在列车转向架上相互串联的感应电磁铁使轨道产生涡流，涡流在钢轨上生成了与列车转向架上的制动磁铁相互反作用的电磁力来对运行着的列车实施制动。悬挂在列车转向架上的制动电磁铁正对着轨道面。由于轨道涡流制动避免了列车高速运行时车轮与闸瓦或盘形制动装置中闸片与制动盘等部件的机械磨损，以及噪音、摩擦热应力和维修工作量，从而延长了其使用寿命。

轨道涡流制动技术除了无摩擦的优点之外，另一个优点就是在列车高速运行时获得恒定的制动力，以进一步优化运行质量，改善乘车的舒适度。但轨道涡流制动技术的使用是有条件的，当列车以较低的速度运行时还需要配合使用常规的摩擦制动。

人们发现，即使是高标准的高速铁路线，在频繁实施涡流制动的线路区段也会发生制动温度超过钢轨限制温度的现象。因此在实际应用中，需要一种车载或轨道线路专用设备来监测轨道的实际温度。

（2）技术改进

为了实现商业化应用，德国铁路制定了轨道涡流制动技术的开发战略，与相关公司结成合作伙伴，并得到了联邦铁路研究院的支持。通过研究开发，他们在车辆的基础设计上使用集合式的转向架，将每个转向架构架重量降至870kg，采用牵引电动机的再生功率技术，免去了备用电池。

为了克服电磁场对轴计数器等装备的影响，德国铁路技术工人分别对两套方案进行了实验。首先是对在制动磁铁上加装作用天线的改造方案进行了实验，并取得成效。而后又直接对轴计数器进行改造，并重新设计了一个三块的多层涡流磁铁GRP箱体，摒弃了金属材质的轴计数器箱体，效果则更好。

德国铁路将涡流制动机装置安装在编有8节拖车的ICE3高速列车