地铁车辆等磨耗及等黏着制动方式研究

地铁车辆等磨耗及等黏着制动方式研究

齐庆玺,管硕,李桢

青岛地铁运营有限公司，山东 青岛 266000

摘要：本文对地铁车辆制动方式进行了介绍，基于雨雪天气车轮打滑的问题，重点分析了空气制动情况下，等磨耗及等黏着两种制动方式的区别，通过研究两种方式下的空气制动力分配情况以及对生产运作的影响，最终得出较优的方案。

关键词：地铁车辆；制动；等磨耗；等黏着

一、地铁车辆制动方式概述

目前，地铁列车的制动力分配方式主要包括按整列分配和按单元分配2种方式，为了充分发挥整列车的电制动能力，越来越多的列车采用按整列分配制动力。列车制动力主要由电制动力和空气制动力构成，其中动车可提供电制动力和空气制动力，而拖车只能提供空气制动力。空气制动力的施加可分为等黏着和等磨耗两种不同的方式。

等黏着制动方式在制动过程中各车的黏着利用率相同，具有充分利用黏着、减小滑行概率的特点；等磨耗方式使各车的闸片正压力相同，从而达到磨损一致，便于日常统计维护。

二、车辆制动原理分析

（一）电制动原理

动车转向架带有牵引电机，在给车辆提供必要的牵引驱动力的同时，当列车需要减速时，还以使电机工作在发电机模式下，将列车动能转变为电能反馈到电网或通过电阻发热的形式消散于大气。电机工作在发电机模式时给列车提供了一个制动力，以此达到制动的目的。正常情况下，地铁车辆一般具有较强的电制动能力，这种制动方式没有机械磨损，制动力大，效率高，且可以实现这类车型动能的回收。

（二）空气制动原理

列车制动过程中当电制动力不足，或列车电制动出现故障无法施加需要补充空气制动时，目前国内地铁通常采用以下两种方式:

1.等黏着施加方式

该方式下优先以拖车空气制动作为补充，直至拖车空气制动力达到轮轨黏着力限制，如果此时制动力还不能使列车达到规定减速度，则再以动车空气制动力作为补充；该方式下动车、拖车的轮轨黏着力基本保持一致，因此称之为等黏着控制方式。

2.等磨耗施加方式

将需要补充的空气制动力在各车平均分配，即动车、拖车均施加相同的空气制动力。该方式下动车、拖车空气制动制动盘压力基本一致，空气制动过程对动车、拖车制动盘的磨耗也基本一致，因此称之为等磨耗制动。

三、列车空气制动力分配

（一）列车制动力的构成

列车制动力的大小主要取决于制动指令和车辆载荷等因素，在不超轮轨黏着极限的情况下，列车制动力需求为：

FBreak=(m+mr)×a

其中m为车辆载荷，mr为列车的旋转质量（与AW0状态下的车辆载荷成一定的比例，通常情况下，拖车为AW0载荷的5％左右，动车为AW0载荷的10％），a为实际制动减速度。

列车在制动过程中制动力可由以下公式来表示：

FBreak=FM-ED+FM-EP+FT-EP

式中：

FM-ED—列车中所有动车的电制动力，取：

FM-ED＝

FM-EP—列车中所有动车的空气制动力，取：

FM-EP＝

FT-EP—列车中所有拖车的空气制动力。

在实际运营过程中，为了防止滑行，同时要充分利用电制动力，每一辆车，每一时刻都必须满足以下关系式：

式中：—动车在最大黏着情况下的电制动力；

—拖车在最大黏着情况下的空气制动力；

μ—最大黏着系数。

地铁车辆采用复合制动方式，优先使用电制动力，以实现能量的再利用和降低能耗，减少空气制动的利用率，降低机械部件的磨耗，延长部件的使用寿命，降低运营成本。在电制动力不足的情况下，剩余的制动力由空气制动补足。

（二）制动力分配方式

如果电制动力满足列车制动需求时，列车制动力FBreak=FM-ED，空气制动不施加制动力，但为了降低响应时间，空气制动可施加预压力。如果电制动力不能满足列车制动需求，但能满足动车的制动需求时，2种分配方式存在以下差异：

1.等黏着分配方式

如果电制动力不能满足列车制动需求，但能满足动车的制动需求时，列车制动力FBreak=FM-ED+FT-EP，即优先由拖车空气制动补偿，动车不施加空气制动。如果电制动力不能满足动车制动需求时，列车制动力FBreak=FM-ED+FT-EP+FM-EP，即拖车按制动指令施加空气制动，动车空气制动补足不足部分。

2.等磨耗分配方式

如果电制动力不能满足列车制动需求，但能满足动车的制动需求时，列车制动力FBreak=FM-ED+FT-EP+FM-EP，空气制动需要补足不足部分，在不超黏着极限的情况下，各车辆平均施加空气制动，由于动车的制动力由电制动力和空气制动力构成，因此动车率先达到黏着极限，动车达到黏着极限后不再增加制动力，不足部分由拖车空气制动施加。

四、等磨耗对实际生产运作的影响分析

（一）闸片磨耗情况分析

通过数据统计，电客车等磨耗制动在短时间内对闸片磨耗量影响很小。由此可得出电客车闸片使用寿命长，更换周期长。另外，根据实际闸片更换工艺制动闸片的更换使用简单工具即可更换，且作业时间短。所以制动方式对制动闸片的磨耗影响不大。

（二）车轮打滑故障分析

高架户外线路在雨雪天气电客车易造成车轮打滑，导致列车进站欠标现象。初步分析欠标原因：由于雨雪天气原因轨道黏着系数低，列车在制动时产生打滑现象，导致列车触发防滑保护，进而切除电制动。低速制动阶段，由于制动系统的机械特性，制动缸压力误差值大于信号系统的限定值，车辆无法完全精确响应信号系统的制动要求，造成欠标等情况。

制动系统设有载荷补偿功能。由于地铁车辆载客量大，乘客上下频繁，因此要求制动过程中能够根据车辆载荷变化自动调整制动力，称之为载荷调整功能。制动系统设有滑行保护功能。制动力形成是通过轮轨之间的黏着产生的，轮轨之间能够达到的最大制动力是轮轨之间最大黏着力。当制动力达到最大黏着力之后，若继续增加制动力，车轮将被闸瓦或闸片“抱死”，车轮的制动力将立即减小，这种现象称为“滑行”。地铁车辆具有较高的制动减速度，需要较高的黏着系数，但由于黏着系数受车轮与钢轨表面状态，线路质量、气候因素与天气状况等各种因素影响，制动过程中车轮滑行时有发生，造成制动距离延长及轮对擦伤，严重影响行车安全，因此地铁车辆需具备车轮防滑功能。

五、等黏着制动形式性能分析

因等磨耗制动在轨道黏着系数低，列车在制动时产生打滑时，因为电制动切除（电制动具有停车精度高的特性），低速制动阶段，空气制动的制动缸压力误差较大，车辆无法精确停车。

从轮轨黏着角度分析，在黏着系数降低时，等黏着制动可有效避免电制动的自动切除，以提高电客车停车精度。

下面按照制动过程100%电制动力的情况分析，快速制动模式按等黏着制动分配车辆制动力，在黏着系数较低的条件下，等黏着分配空气制动力的情况下可充分利用轮轨黏着力，有效避免车轮打滑。等磨耗分配空气制动力的情况下，列车动车架的制动力易超过轮轨之间最大的黏着极限。

六、结论

本文基于等磨耗及等黏着制动方式理论及性能研究，地铁车辆在使用电空混合制动控制系统的情况下，当施加空气制动时，可以采用等黏着的施加方式，也可以采用等磨耗的施加方式。并得出以下结论：

1.在电制动力能够满足黏着极限的情况下，列车电制动正常工作，且按正常制动级位进行停车制动的条件下，等黏着和等磨耗两种纯空气的制动方式效果大致相同。

2.轮轨黏着条件恶劣，黏着系数较低时，采用等黏着的施加方式能够有效利用拖车轴黏着力，可降低动车轴打滑的概率。

3.采用等磨耗的施加方式，拖车、动车车轮制动盘及闸片磨耗速度基本一致。但闸片更换周期长，工艺简单。因由于动车会频繁同时施加电、空两种制动方式，其总制动力大于拖车，动车车轮踏面发生擦伤及车轴打滑概率要远大于拖车。

综上所述，地铁车辆在高架线路可考虑采用等黏着制动方式，合理分配列车制动力，有效控制雨雪天气“车轮打滑”情况。

参考文献

[1]刘卓.地铁车辆制动系统空气制动施加方式及特点分析[J].铁道机车车辆，2011.