地鐵車輛制動系統關鍵技術研究

（中車長春軌道客車股份有限公司）

1 制動力分配

依托控制網絡，車輛負載信息可實現傳輸，為滿足制動減速需求，動車的電制動與機械制動應相互配合，相應制動力粘著力的最大使用限度為15%。在超負荷條件下，若動車電制動力與機械制動力并不能滿足制動減速需求，就需依靠拖車進行機械制動減速。簡而言之，在動車電制動關閉前，每輛動車均會向拖車發送一個信號，隨之拖車將增大機械制動力，以達成拖車機械制動目的。然而，由于動車負載會限制動車的機械制動力，在減速度約1m/s2時，機械制動力粘著力應限定使用10.2%，不足之處由拖車補充。若列車完全停止，其機械制動力將降低，且該制動力將降至全制動力的70%。探析列車制動原理，應從快速制動及常用制動兩個方面分析，若要劃分列車制動的優先順序，其優先順序應為再生制動、電阻制動、機械制動。若列車減速度為1．3m/s2，探析此時列車的快速制動過程，該過程就具有可逆性。簡而言之，列車制動模式可由快速制動轉移為牽引或滑行模式。而緊急制動，則屬于機械制動，該制動模式具有不可逆性。若車輛發出緊急制動信號，動車與拖車就會共同參與制動過程，在兩者共同的制動力作用下，列車的減速度可達10．2m/s2。

2 機械制動與電制動結合使用

由于地鐵車輛對運行安全有著較高的要求，其制動系統就采用了機械制動與電制動相結合的制動方式。在列車常用制動過程中，相較于機械制動，電制動具有顯著的優勢，具象體現于制動節能、制動無磨損等方面。同時，探析電制動的功能，還包括荷載校正及滑行保護功能。由此，通常情況下，對于列車駕駛員而言，其優先使用的制動方式應為電制動，若單純的電制動方式并不能滿足列車制動減速需求，列車就可自動進行復合制動，即有效結合機械制動及電制動。然而，從聯合制動角度分析，若要結合使用電制動與機械制動，相關人員應明確以上兩種制動方式在結合使用過程中的關鍵點，即是所謂的制動結合點。一旦列車處于低速或高速運行狀態，列車駕駛員若采用單純的電制動，就以保證制動效果。若列車運行速度小于10km/h，機械制動就需要完全接管車輛制動。［1］若列車運行速度大于160km/h，要達成良好的制動效果，也需要機械制動的介入。在緊急制動時，只能采用機械制動，以規避斷電、斷鉤、脫弓等故障的出現。同時，在停車前，列車運行的機械制動狀態不可緩解，不僅要盡可能的減小沖擊，還不能具體限制沖擊。除卻緊急制動外，機械制動還可完成列車的停放制動。

3 閘瓦材質選擇

在地鐵車輛制動系統中，閘瓦是重要的制動執行裝置。簡而言之，在車輪踏面上，閘瓦是產生制動作用的制動塊，可謂是地鐵車輛制動系統的終端執行機構。如此，為保證閘瓦的工作性能，應保證閘瓦材質選擇的科學性。在地鐵車輛上，所使用的閘瓦類型可分為兩類，其一為鑄鐵類，包括磷鑄鐵類閘瓦及高磷鑄鐵類閘瓦，其二為合成類，包括合成樹脂類閘瓦及石棉橡膠類閘瓦。依據摩擦系數高低，閘瓦還可劃分為高摩合成閘瓦及低摩合成閘瓦兩種類型。相較于中磷鑄鐵類閘瓦 0．7%-1．0%的含磷量，高磷鑄鐵類閘瓦的含磷量更高，多在10%以上。由此，在耐磨性層面，高磷鑄鐵類閘瓦比中磷鑄鐵類閘瓦高1倍左右。在使用壽命層面，高磷鑄鐵類閘瓦比中磷鑄鐵類閘瓦長約 2．5倍以上。在制動過程中，高磷鑄鐵類閘瓦制動所產生的火花較少。在摩擦系數層面，高磷鑄鐵類閘瓦大于中磷鑄鐵類閘瓦。然而，若鑄鐵類閘瓦含磷量過高，也會增加閘瓦的脆性。經過試驗研究，一旦鑄鐵類閘瓦的含磷量超過1．0%，就有可能在使用中引發裂損問題。由此，對于高磷鑄鐵類閘瓦而言，應將鋼背增加在閘瓦上，做好補強措施。而合成閘瓦，其材料應包括硫酸鋇、石墨、樹脂、石棉等，并采用熱壓形式制成。相較于鑄鐵閘瓦，合成閘瓦具有顯著的優點，具象體現于摩擦性能可調性、耐磨性、使用壽命長、節省鑄鐵材料、降低車輪踏面磨耗、質量輕、便于檢修、規避鐵粉污損及制動火星、摩擦系數平穩等。

4 車輪熱處理

在地鐵車輛制動系統中，車輪是重要的制動執行裝置。然而，在閘瓦與軌道之間，大量摩擦將使車輪處于熱處理狀態，進而影響車輪的穩定性及使用壽命。在車輪硬度層面，鐵路客車車輪的硬度并不符合地鐵車輛車輪的硬度要求。由此，對于地鐵車輛而言，若單純應用鐵路車輪熱處理工藝，相應的車輪硬度就無法滿足使用要求。故而，對于地鐵車輛而言，相應的車輪熱處理工藝有必要進行一系列調整，以進一步優化地鐵車輪熱處理工藝，使地鐵車輪的生產滿足地鐵車輛使用要求。首先，以鐵路車輪的熱處理工藝為基準，可試處理少量地鐵車輪。在熱處理過程中，相應人員應對熱處理溫度進行合理設置。簡而言之，將輪輞淬火溫度設置在 885℃，將回火溫度設置在390-410℃，且回火時間應為3h。［2］然而，對熱處理后的車輪進行硬度分析，在車輪輪緣一側，相應的輪輞剖面尚且存在硬度偏低的問題，而車輪踏面以下尚且存在硬度偏高的問題。故而，在淬火工作臺上，相應人員調整了噴水嘴的角度及高度。由此，在淬火水流層面，相應的高度及噴射角就產生了轉變。其后，相應人員對熱處理后的車輪進行硬度分析，在車輪輪緣一側，相應的輪輞剖面的硬度值明顯提高，在踏面以下，硬度偏高問題也得到了改善。

5 結語

綜上所述，為保證地鐵車輛的安全運行，相關人員應在地鐵車輛實驗及實踐運行中探究制動系統的關鍵技術。經過以上分析可得，應配合使用動車電制動與機械制動，并考慮拖車機械制動，以滿足地鐵車輛的制動減速需求；應立足于機械制動與電制動的優勢，并科學選擇電制動與機械制動的結合點；應探析鑄鐵類閘瓦與合成類閘瓦的特性，隨之依據地鐵車輛實際需要選擇適當的閘瓦材質；應對鐵路車輪熱處理工藝進行調整，以滿足地鐵車輛的使用要求。