毕业论文提速客车制动系统的研讨(编辑修改稿)

毕业论文提速客车制动系统的研讨(编辑修改稿)内容摘要：

世界先进国家落后约 20年。 1986年铁道科学研究院与北京市制动密封材料厂首次主项承担 42型低摩擦系数合成闸瓦研制。 在借鉴国外铁路合成闸瓦研制经验的同时，着手摸索、探讨适合我国国情和路况的合成闸瓦。 1978年底 !通过了部级鉴定，开创了我国研制生产使用合成闸瓦的新纪元， 1984年 4月完成了蒸汽机车用合成闸瓦 .以上两项获得 了国家科技进步奖 amp。 1987年 12月完成了内、电机车低摩合成闸瓦。 1991年完成了高摩合成闸瓦的研制、鉴定任务，历时 15年胜利完成了我国蒸汽、内燃、电力机车和车辆高、低摩合成闸瓦的研制任务。 近几年来，随着客车的不断扩编，提速和货车重载运输的强化，又为新造机车车辆开发研制出相应的新品种（如粉末冶金闸瓦、半金属闸瓦和闸片等），逐步发展成为能满足我国铁路各类型各系列国产机车车车使用的摩擦材料制动用产品。 合成、半金属、粉末冶金闸瓦均由复合材料中的基体组元、摩擦组元、增强组元、润滑组元、粘结剂和填料组成由于各种组元 的配比不同，加工工艺等的不同，适用的速度也不同，所以各有自己的名称。 制动装置必须满足提速列车的制动需求 列车的基础制动方式很多，如摩擦制动、电阻制动、磁轨涡流制动等，其中以摩擦制动应用最广。 摩擦制动又可分为踏面制动与盘形制动两种，前者制动元件为闸瓦与车辆踏面组成摩擦副，后者则为制动圆盘与闸片组成的摩擦副。 两类制动方式均要求制动时摩擦系数不变、摩擦力高、耐磨损性能优良、散热快、无火花等，其最终目的又都是把动能转变为热能，达到列车调速或停车的目的。 在我国铁路上使用较多的有铸铁摩擦材料闸瓦，其优点是价 格低、摩擦系数较为稳定、不受气候影响、导热性好。 有 25%的制动性能被闸瓦消散，对车轮损害小。 但普通铸铁闸瓦摩擦系数较小，且随着列车速度的提升而迅速降低，高速运行时热衰退更为明显。 为了解决这个问题，改进其性能，提高闸瓦和摩擦系数并增加其耐磨性，科研人员开始把含磷量提高。 我国70年代以前主要推广中磷闸瓦，现已明令停止使用。 1985年以后，开发出 17 了高磷闸瓦。 近年来又研制出超高磷闸瓦，成份中含有铜、铬、镍等合金元素，能满足准高速内燃机车制动性能的要求。 合成摩擦材料闸瓦由具有不同物理化学性能材料组分组合而成，通过改 变材质配方和工艺，在一定范围内可调整和改变其理化性能，达到制动时无火花、质量轻、高速度、摩擦系数大且不随列车速度的改变而变化，使用寿命可达铸铁闸瓦的 4倍以上。 其缺点是导热性差，闸瓦只能吸收制动热量的 15%左右，在湿润状态下，摩擦系数大为下降，制动时温度不能超过250度。 超过时磨损率急剧增加，摩擦系数也随之改变，半金属材料闸瓦是指材料中金属成份达到或超过 50。 18 第二章 高速列车制动技术 列车常用制动方式 目前列车常用的制动方式主要有两种：粘着制动和非粘着制动。 制动力由车轮与钢轨之间的摩擦力产生的制动方 式，称为粘着制动，或称摩擦制动。 施行粘着制动时，制动力受轮轨间的粘着力的限制，最大制动力不超过粘着力。 粘着制动是目前主要的制动方式。 闸瓦制动、盘形制动、液力制动、电阻制动、旋转涡流制动及再生制动等制动方式都属于粘着制动。 制动力不是通过车轮与钢轨之间摩擦力产生的制动方式，称为非粘着制动。 轨道电磁制动和轨道涡流制动等都属于非粘着制动，其制动力大小不受轮轨间粘着力的限制。 非粘着制动目前主要作为一种辅助的制动方式用于粘着制动力不够的高速旅客列车上。 下面分别对粘着制动和非粘着制动的常用方式作一介绍。 粘着 制动 闸瓦制动 闸瓦制动是通过闸瓦压紧轮对踏面时产生强大的摩擦力，使列车大部分动能转化为热能的制动方式。 闸瓦制动是目前国内列车上使用最广泛的一种制动方式，它的优点在于制造工艺简单、成本低、制动力大、使用方便、不受天气条件的限制、制动时还能通过清理踏面改善车轮与钢轨的粘着。 但是闸瓦制动也存在着很多缺点：摩擦系数随速度提升而迅速下降，高速时不能充分利用轮轨间的粘着系数而使制动效率降低，低速时又易发生冲动及擦伤车轮踏面，使机车车辆运行时的噪声明显增大。 闸瓦在车轮上摩擦时，会产生大量的热能，磨损快， 须不定期地更换，资源消耗大。 基于以上特点，国内货运列车大都采用闸瓦制动方式。 盘形制动 盘形制动是通过将闸片夹紧制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦而起到制动作用。 盘形制动释放制动能量快，制动闸片有相当稳定的摩擦因数，噪声小。 基于这些因素，使得在高速客运列车上必须采用盘形制动。 现在新造客车上基本上以盘形制动替代了传统的闸瓦制动。 但是圆盘制动机也有一些缺点：因装有制动圆盘而增加了总质量，因缺乏清理车轮踏面的作用而恶化了车轮与钢轨的粘着。 19 动力制动 动力制动是指将列车的牵引动力装置经 过适当控制和转换后进行制动的方式。 动力制动由再生制动和电阻制动两部分组成。 再生制动在制动时把牵引电机转换为发电机，将动能转换为电能并反馈给电网，它只能用在电力机车和电动车上。 电阻制动是把再生制动产生的电能加在制动电阻上，变成热能并发散的制动方式。 制动时优先使用再生制动，只有当接触网不能吸收再生制动的能量时，才自动转换为电阻制动。 动力制动方式不需要消耗能源，其以环保、节能和制动平稳等优点作为辅助制动方式广泛应用于以摩擦制动为主的列车上。 研究表明，列车使用动力制动装置后，制动闸瓦的磨耗速度降低了 50%，轮对轮箍 的磨耗速度降低了 30%。 液力制动 液力制动在制动时油泵向液力制动器供油，涡轮固定不动，泵轮由惯性力带动并随电机转动，工作油在转子内被加速而在定子内又被减速，最终在泵轮和涡轮间形成环流，产生制动力矩，并转化为工作油的热能加以消散。 它主要用在液力传动的机车上。 旋转涡流制动 旋转涡流制动是在牵引电机轴或车轴上装有作为电磁感应体的金属涡流盘，制动时，盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘表面感应出涡流，使涡流盘发热，将列车动能转换成热能。 非粘着制动 磁轨制动 磁轨制动是通过将安装在列车转向架上两轮对之间轨面上方的电磁铁吸附在轨道上并励磁，使装有磨耗板的电磁铁以一定的吸力吸附在钢轨上并滑行，靠磨耗板与轨面之间的摩擦使动能转变为热能并散发。 磁轨制动为非粘着制动，是一种提高制动力很有效的方式，能较明显地缩短制动距离。 运用表明，具有磁轨制动时，制动距离可以缩短 20%至 25%。 目前它主要作为一种辅助制动方式用于高速列车的紧急制动。 轨道涡流制动 轨道涡流制动是将电磁铁悬挂在位于钢轨正上方的列车转向架上，通过电磁铁与钢轨间的相对运动，在钢轨中感应出涡流而产生阻力并使钢轨发热，从而把列车的动能转化为热能的制动方式。 轨道涡流制动有下列优点：磁铁不与钢轨接触，不产生摩擦作用，噪声小，制动力的增加不受粘着条件的限制，制动力大且平稳，可减小制动距离，改善乘车的舒适度。 缺点：成本高 , 消耗电能大，制动时会使钢轨升温，影响稳定性。 20 我国制动技术和设备现状 随着机车车辆装备的不断发展，在制动系统方面也取得了许多进展，为在国内开行重载列车奠定了坚实的基础。 当然 ，随着列车牵引重量的不断增加和进一步提速，现有设备还不能完全满足相应要求，因此需要进一步的改进。 制动机 目前我国铁路重载运输货车主要使用 120型空气制动机，该型制动机采用了带先导阀的二级控制机构，大大提高了货物列车的制动波速，但其只是为了满足开行万吨列车而设计的。 近几年为了适应货物列车重载 、 快速的要求，在 120 型空气制动机基础上又研制了 120K 型货车制动机，以缩短空走时间。 随着列车编组与牵引重量的进一步增加，空气制动系统在运用过程中暴露出充风时间长 、 各车辆制动性能不一致 、 阶段缓解困难 、 制动距离加长 、 纵向冲动加大 、 设备磨损加快等问题。 同时，由于设备的过度磨耗和过早损坏而导致车辆维修和运用成本升高，因得不到最佳的制动作用能力而导致货运运能较低。 要彻底改善重载货车的制动性能可以采用电空制动的制动方式。 通过电气信号控制空气制动，基本上可以实现同步制动和制动风缸的连续充风，并可缩短制动距离 、 提高列车运行速度和减轻列车纵向冲动。 近年来，北美和南非重载铁路采用微机控制的直通电控空气制动系统（简称 “ ECP” ）克服了自动空气制动系统的不足，取得了很好的效果。 基础制动装置 目前，我国货物列车采用的 制动形式主要还是闸瓦制动，使用铸铁闸瓦。 对于重载运输而言，若装用高摩合成闸瓦，更能发挥制动机加速缓解的作用。 这是由于高摩合成闸瓦的摩擦系数比铸铁闸瓦的摩擦系数要高一倍，可以将车辆的闸瓦压力或制动率减半，从而减少制动缸和基础制动装置的尺寸，减少制动耗风量和加速再充气，实现调速时间和距离的缩短，而且极大地减轻了纵向冲动，对于车辆设备维护以及列车运行安全都有很好的效果。 21 传统制动控制模式分析 传统的空气制动机以压力空气作为动力源和控制信号。 贯穿整个列车的列车管既是制动动力渠道又是制动控制信号通道。 这种 制动控制模式的一个突出缺点是制动、缓解波速低 ,列车中各车辆的制动、缓解作用一致性差 ,列车纵向冲动大 ,客车乘坐舒适性差。 这个缺点不可能通过改进空气制动机各部件的机械结构得到根本解决。 为解决这一问题 ,对原有制动机进行了加电控的改进 ,产生了电空制动机。 它是用电来传输制动控制信号 ,以此来大大提高信号传输速度 ,提高列车中各车辆的制动、缓解作用一致性。 对自动式电空制动机来说 ,电传送的实际上只是一个启、停原有空气分配阀动作的开关量信号 ,具体的列车管空气压力设定值仍要由列车管通过压力空气传送。 因此 ,电空制动机只是从作用一 致性方面比空气制动机所改善 ,而在制动力均匀分配、操作平稳性等问题上 ,并没有提供更好的解决措施。 列车运行操纵过程中 ,制动系统所实现的功能主要是使列车减速和停车 ,司机所关心的 2个主要运行参数是列车运行速度和制动距离。 制动距离在紧急制动时才具有实际意义。 常用制动停车时 ,司机最为关心的是机车停车位置 ,也就是列车速度降为零时所对应的空间位置 ,此时的制动距离并不是一个关键性的参数。 因此 ,与制动系统功能最密切的参数是列车速度。 最理想的制动控制模式是直接实时地控制列车速度 ,即直接把实时检测到的列车运行速度作为反馈信号 ,与 制动控制器给出的目标速度进行比较。 控制信号处理单元计算后给出新的控制指令交给制动执行单元 ,然后再进行速度检测、反馈、处理 ,形成一个闭环速度控制系统。 这种理想的制动控制模式有待进一步开发使用。 制动时和列车速度关系最为直接的一个参数是列车减速度 ,它和列车速度之间的函数关系不受制动机参数、粘着系数等的影响。 列车减速度和制动力之间有着直接的函数关系 ,在车重、摩擦系数等参数已知的情况下 ,可以通过对制动缸压力的控制实现对列车减速度的控制。 制动缸压力换算到列车减速度的过程中 ,涉及车重、闸瓦与车轮或闸片与制动盘之间摩擦系 数、基础制动装置的传动效率等中间参数。 由于空气和电空制动机控制部件不具有计算功能 ,不能实现制动缸压力到列车减速度的换算 ,因此 2种制动机都只能实现对制动缸压力的控制 ,且受到信号精度及制动控制部件性能制约 ,对制动缸压力的控制精度不是很高。 以上是传统制。