顧培忠

（上海申通地鐵維保公司車輛分公司，上海 200237）

地鐵車輛制動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

顧培忠

（上海申通地鐵維保公司車輛分公司，上海 200237）

目前地鐵車輛制動系統(tǒng)制動方式可分為電制動和機械制動兩大類，其中，電制動又分為電阻制動和再生制動；機械制動又分為空氣制動和彈簧壓力制動。單一的制動方式已不能滿足目前地鐵車輛的運行需要，所以電制動與機械制動的結(jié)合使用，才能有效保證地鐵車輛的安全運行。而制動系統(tǒng)作為一個完整的操作、控制、執(zhí)行系統(tǒng)，需要從材質(zhì)選擇、程序控制、制動效果甚至成員舒適性等多方面做全方位的考慮。本文將主要針對制動力分配、機械制動與電制動的結(jié)合使用、制動執(zhí)行裝置閘瓦材質(zhì)選擇、車輪熱處理方式四個關(guān)鍵技術(shù)展開分析討論。

地鐵；制動系統(tǒng)；電制動；機械制動；故障分析

1 制動力分配法則

由于地鐵車輛的各個單位都有動車和拖車、動車和拖車分別采用不同的制動方式，因此如何協(xié)調(diào)車輛之間的制動力是一個重要問題。先由制動系統(tǒng)對機械制動力和電制動力踐行混合，然后進行滯后充氣分散制動，是一種比較合理的方式。應(yīng)盡可能多地利用列車電制動，盡可能少地利用機械制動。車輛負載信息是通過控制網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)模绻麆榆囯娭苿恿Σ荒軡M足制動減速，那么動車機械制動立即增加，動車電制動力和機械制動力應(yīng)最大限度地使用15%的粘著力。在超負荷條件下，如果動車制動力仍然不能滿足制動減速的要求，拖車的機械制動將會補充上來。在正常關(guān)閉電制動前，每輛動車都會發(fā)出一個信號，將信號發(fā)送到拖車上，拖車將根據(jù)信號逐漸增大，使機械制動力逐漸增大。然而，動車的機械制動力度受到該車負載的限制。因此，機械制動力在減速度約1 m/s2時限定使用10.2%的粘著力，不足的部分由拖車進行補充。當車輛速度小于10 km/h時，所有的電制動是關(guān)閉的，只有機械制動發(fā)生作用。當列車運行速度小于0.5 km/h時，機械制動力開始下降。當列車完全停止，機械制動力降低至70%的全制動力，并一直維持，直到車輛重新啟動?？焖僦苿恿统Ｓ弥苿邮峭瑯釉恚┘觾?yōu)先順序分別為再生制動、電阻制動和機械制動，但如果減速度為1.3 m/s2，快速制動的制動過程是可逆的，可以重新轉(zhuǎn)移到滑行或者牽引模式。緊急制動是不可逆的機械制動，當車輛接收到緊急制動信號時，動車和拖車立即發(fā)出的制動力大約可帶來10.2 m/s2的減速度。與此同時，動車還會發(fā)出禁止電制動啟動的信號，配合緊急制動。停車制動一般在車輛長時間停車時應(yīng)用停車的制動方式，制動力是由具有停放制動功能的踏板內(nèi)的儲能彈簧提供的，需要在≤35‰的坡道上應(yīng)用。

2 機械制動與電制動的結(jié)合使用要點

地鐵車輛運行要求較高，考慮到電制動本身的特點以及車輛運行安全要求，地鐵車輛的制動系統(tǒng)采用了電制動和機械制動相結(jié)合的制動方式。但在列車常用制動過程中，由于電制動（僅帶驅(qū)動系統(tǒng)的動車具有電制動性能）對設(shè)備沒有磨損并且節(jié)能，同時電制動還具有獨立的滑行保護和載荷校正功能，所以在電制動有效的情況下列車優(yōu)先使用動車的電制動，在電制動不能滿足制動需求時，電制動與機械制動進行復(fù)合制動。

電制動與機械制動結(jié)合的關(guān)鍵點之一是結(jié)合點的選擇。電制動在低速和高速的時候效果都非常差，在速度小于10 km/h時需要機械制動完全接管，一般速度大于160 km/h時也需要機械制動介入來達到理想的制動效果。在緊急制動時，為了避免脫弓、斷鉤、斷電等故障情況，只采用機械制動制動，而且停車前不可緩解，在盡可能減小沖擊的情況下不對沖擊進行具體限制。除緊急制動外，停放制動也只能通過機械制動來完成。

3 制動執(zhí)行裝置閘瓦材質(zhì)選擇

閘瓦是指制動時，壓緊在車輪踏面上以產(chǎn)生制動作用的制動塊。閘瓦作為制動系統(tǒng)的終端執(zhí)行機構(gòu)，其材質(zhì)選擇對閘瓦性能的影響至關(guān)重要。地鐵車輛上使用的閘瓦基本上由兩大類組成，分別是鑄鐵類和合成類。在鑄鐵類閘瓦中，磷鑄鐵類閘瓦和高磷鑄鐵類閘瓦是最主要的兩個組成部分。在合成類閘瓦中，主要由合成樹脂類閘瓦和石棉橡膠類閘瓦組成；閘瓦還可按摩擦細數(shù)高低進行區(qū)分，主要包括高摩擦系數(shù)類合成閘瓦和低摩擦系數(shù)類合成閘瓦（簡稱為高摩合成閘瓦和低摩合成閘瓦）兩種。

高磷鑄鐵類閘瓦與中磷鑄鐵類閘瓦相比，主要是提高了含磷量。中磷鑄鐵類閘瓦的為0.7%~1.0%，高磷鑄鐵類閘瓦含磷量為10%以上。高磷鑄鐵類閘瓦的耐磨性比中磷鑄鐵類閘瓦高1倍左右。而且使用實踐表明，高磷鑄鐵類閘瓦使用壽命約為中磷鑄鐵類閘瓦的2.5倍以上。高磷閘瓦還有一個優(yōu)點，就是制動時火花少。鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)隨含磷量的增加而增加的，因此高磷鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)大于中磷鑄鐵閘瓦。但含磷量過高，會增加閘瓦的脆性。試驗表明，當含磷量超過1.0%時，閘瓦如果不加鋼背，便有裂損的可能，所以高磷鑄鐵閘

瓦需要采用鋼背補強。

合成閘瓦是以樹脂、石棉、石墨、鐵粉和硫酸鋇等材料為主熱壓而成的閘瓦。合成閘瓦與鑄鐵閘瓦相比，具有以下優(yōu)點：

（1）摩擦性能可按需要進行調(diào)整。

（2）耐磨性好，使用壽命長；節(jié)約鑄鐵材料。

（3）對車輪踏面的磨耗小，可延長車輪的使用壽命。

（4）質(zhì)量輕，一般只為鑄鐵閘瓦的1/2~1/3。故可減輕車輛自重及便于更換間瓦工作，減輕檢修人員的勞動強度。

（5）可避免磨耗鐵粉的污損及因制動噴火星而引起的火災(zāi)事故。

（6）摩擦系數(shù)比較平穩(wěn)及能保證有足夠的制動力。

4 制動執(zhí)行裝置車輪熱處理工藝

車輪作為制動執(zhí)行裝置之一，與軌道及閘瓦間均存在大量摩擦，其熱處理狀態(tài)對車輪的壽命及穩(wěn)定性有至關(guān)重要的影響。

地鐵車輛專用車輪熱處理硬度要高于鐵路客車，如繼續(xù)使用鐵路車輪熱處理工藝，那顯然無法滿足地鐵車輛使用要求。因此，有必要對熱處理工藝進行調(diào)整，用于生產(chǎn)地鐵車輪，以滿足相關(guān)技術(shù)要求。首先，選取少量地鐵車輪，采用鐵路車輪的熱處理工藝進行試處理，具體熱處理溫度為885 ℃輪輞淬火+（390~410）℃回火3 h。結(jié)果表明，車輪的硬度，對鐵路車輪來說是足夠的，但對地鐵車輛車輪來說，在靠近輪緣一側(cè)的整個輪輞剖面上硬度偏低，而踏面以下又存在硬度高的問題。因此，結(jié)合地鐵車輛車輪硬度要求，通過調(diào)整淬火工作臺噴水嘴的角度和高度，改變淬火水流的和噴射角，再次對硬度進行檢驗，發(fā)現(xiàn)靠近輪緣一側(cè)的硬度值提高了很多，與踏面以下下各硬度監(jiān)測點的差異也縮小明顯，這表明用調(diào)整淬火噴水位置及噴射方向來提高輪緣一側(cè)硬度值的方法是非?？尚械?。

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