基于地鐵不同制動(dòng)方式的可靠性分析

林鵬飛 ??

摘 要： 隨著各大城市相繼加快地鐵建設(shè)，其制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性逐漸成為研究熱點(diǎn)與重點(diǎn)。本文首先分析閘瓦制動(dòng)、盤(pán)形制動(dòng)、磁軌制動(dòng)、渦流制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)五種制動(dòng)方式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，然后對(duì)比分析采用不同制動(dòng)方式的可靠性，得出列車(chē)在低速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用閘瓦制動(dòng)或渦流制動(dòng)，在中低速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用動(dòng)力制動(dòng)，在高速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用盤(pán)形制動(dòng)或磁軌制動(dòng)的結(jié)論。本文通過(guò)對(duì)比分析地鐵采用不同制動(dòng)方式的可靠性，能夠給予地鐵制動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)者提供一定的借鑒參考。

關(guān)鍵詞： 地鐵； 制動(dòng)方式； 可靠性分析

【中圖分類(lèi)號(hào)】 U260.35 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2236-1879（2018）11-0213-01

1.引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各大城市相繼加快地鐵建設(shè)，致使地鐵成為廣大市民的出行首選。而地鐵制動(dòng)系統(tǒng)是保障列車(chē)安全運(yùn)營(yíng)的核心，其可靠性逐漸成為研究熱點(diǎn)與重點(diǎn)。

各大城市因人口、經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)環(huán)境等因素，地鐵的運(yùn)營(yíng)速度大不相同，需要根據(jù)實(shí)際需求采用合適的列車(chē)制動(dòng)方式。本文將分析對(duì)比不同制動(dòng)方式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)比其可靠性，探討不同制動(dòng)方式適合的運(yùn)營(yíng)速度，從而給地鐵制動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)者提供一定的借鑒參考。

2.地鐵不同制動(dòng)方式原理分析

地鐵建設(shè)需要根據(jù)不同地質(zhì)狀況、建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)速度采用不同的制動(dòng)方式，目前地鐵的制動(dòng)方式主要有：閘瓦制動(dòng)、盤(pán)形制動(dòng)、磁軌制動(dòng)、渦流制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)等。

2.1閘瓦制動(dòng)方式分析。

閘瓦制動(dòng)主要是通過(guò)剎車(chē)制動(dòng)時(shí)閘瓦與車(chē)輪踏面間的強(qiáng)大摩擦實(shí)現(xiàn)的。首先，制動(dòng)系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)將產(chǎn)生的壓縮空氣通過(guò)制動(dòng)管輸送到制動(dòng)缸中，并推動(dòng)制動(dòng)缸中的活塞運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與活塞相連的閘瓦壓緊在車(chē)輪踏面上，與車(chē)輪間產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械摩擦阻力，對(duì)列車(chē)進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)[1]。

閘瓦制動(dòng)是目前地鐵上使用最廣泛的一種制動(dòng)方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、受環(huán)境影響小，但在地鐵高速運(yùn)行時(shí)，存在制動(dòng)效率低、發(fā)熱量大的缺陷。而且，閘瓦制動(dòng)對(duì)閘瓦的材料性能要求很高，需要采用散熱性好、摩阻大、抗侵蝕的高強(qiáng)度復(fù)合材料，并且需要定期檢修更換，以保障地鐵制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

2.2盤(pán)形制動(dòng)方式分析。

盤(pán)形制動(dòng)主要是通過(guò)剎車(chē)制動(dòng)時(shí)閘片與制動(dòng)盤(pán)間的機(jī)械摩擦實(shí)現(xiàn)的。在地鐵的車(chē)輪側(cè)面安裝有制動(dòng)盤(pán)，列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)在剎車(chē)制動(dòng)時(shí)利用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣將閘片壓緊到制動(dòng)盤(pán)側(cè)面，依靠閘片與制動(dòng)盤(pán)間的強(qiáng)大摩擦阻力來(lái)制動(dòng)列車(chē)。

盤(pán)形制動(dòng)與閘瓦制動(dòng)都屬于摩擦制動(dòng)方式，但盤(pán)形制動(dòng)相比閘瓦制動(dòng)的散熱性好、噪聲低、成本高。而且，盤(pán)形制動(dòng)的制動(dòng)效率與穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于閘瓦制動(dòng)，適合于高速運(yùn)行的列車(chē)制動(dòng)，因此高速運(yùn)營(yíng)的地鐵一般采用盤(pán)形制動(dòng)方式，以確保其制動(dòng)穩(wěn)定可靠，保障市民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.3磁軌制動(dòng)方式分析。

磁軌制動(dòng)主要是通過(guò)轉(zhuǎn)向架與鋼軌間的電磁滑動(dòng)摩擦實(shí)現(xiàn)的。在地鐵的轉(zhuǎn)向架上安裝有制動(dòng)電磁鐵，在列車(chē)運(yùn)行時(shí)與鋼軌間存在一定的間隙距離，可在列車(chē)制動(dòng)時(shí)通電勵(lì)磁后與鋼軌緊密吸附，從而導(dǎo)致列車(chē)與鋼軌間產(chǎn)生非接觸式電磁滑動(dòng)摩擦，對(duì)列車(chē)進(jìn)行快速制動(dòng)。

磁軌制動(dòng)屬于非粘附性制動(dòng)方式，制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量小、噪音低，對(duì)列車(chē)車(chē)輪的損傷較小，而且磁軌制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性高、不需依賴(lài)車(chē)輛供電系統(tǒng)、耗能較少、易于控制與操縱，在制動(dòng)過(guò)程中能夠自動(dòng)適應(yīng)列車(chē)運(yùn)行速度。近年來(lái)，隨著社會(huì)不斷加大對(duì)永磁軌道制動(dòng)裝置的研發(fā)投入，磁軌制動(dòng)在地鐵制動(dòng)中有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。

2.4渦流制動(dòng)方式分析。

渦流制動(dòng)有線性渦流制動(dòng)和旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)兩種形式，主要是通過(guò)電磁感應(yīng)效應(yīng)形成制動(dòng)力對(duì)地鐵列車(chē)進(jìn)行制動(dòng)的。

線性渦流制動(dòng)是將渦流電磁鐵安裝在列車(chē)底架的測(cè)梁上，使其正對(duì)鋼軌的軌頭，在列車(chē)制動(dòng)時(shí)通過(guò)電控系統(tǒng)給渦流電磁鐵通上交變電流，因渦流電磁鐵與鋼軌間的電磁感應(yīng)效應(yīng)會(huì)在鋼軌中產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致電磁鐵產(chǎn)生一個(gè)與列車(chē)運(yùn)行速度相反的制動(dòng)力，對(duì)行駛的列車(chē)進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)是將渦流感應(yīng)盤(pán)安裝在列車(chē)轉(zhuǎn)向架的車(chē)軸上，并將渦流電磁鐵安裝在渦流感應(yīng)盤(pán)一側(cè)，在列車(chē)制動(dòng)時(shí)通過(guò)電控系統(tǒng)給渦流電磁鐵通上交變電流，因渦流電磁鐵與渦流感應(yīng)盤(pán)間的電磁感應(yīng)效應(yīng)會(huì)在渦流感應(yīng)盤(pán)中產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致與渦流感應(yīng)盤(pán)相連的車(chē)軸受到一個(gè)與列車(chē)運(yùn)行速度相反的制動(dòng)力，從而產(chǎn)生制動(dòng)。

渦流制動(dòng)屬于非接觸性制動(dòng)方式，制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)熱量小、噪聲低、穩(wěn)定性好、可靠性高。但是，渦流制動(dòng)因受到電磁力的影響，導(dǎo)致高速時(shí)制動(dòng)效果不佳，只適合中低速制動(dòng)。

2.5動(dòng)力制動(dòng)方式分析。

動(dòng)力制動(dòng)主要是將列車(chē)牽引動(dòng)力經(jīng)過(guò)電控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成制動(dòng)動(dòng)力，并通過(guò)制動(dòng)閘瓦進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)的，包括再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)兩部分。地鐵列車(chē)在進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng)時(shí)，先經(jīng)過(guò)再生制動(dòng)將牽引動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，并反饋給列車(chē)電網(wǎng)系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)電阻制動(dòng)將再生制動(dòng)產(chǎn)生的多余電能加到制動(dòng)電阻上，轉(zhuǎn)換成剎車(chē)熱能散發(fā)到空氣中[3]。動(dòng)力制動(dòng)實(shí)現(xiàn)了能源的再生利用，符合節(jié)能環(huán)保的原則，而且制動(dòng)平穩(wěn)可靠。

3.地鐵不同制動(dòng)方式的可靠性對(duì)比分析

地鐵制動(dòng)方式的可靠性是指在規(guī)定的環(huán)境條件和時(shí)間內(nèi)采用不同制動(dòng)方式完成規(guī)定制動(dòng)功能的能力。如表1所示，從地鐵采用上述五種制動(dòng)方式的對(duì)比中可知，列車(chē)低速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用閘瓦制動(dòng)或渦流制動(dòng)，高速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用盤(pán)形制動(dòng)或磁軌制動(dòng)，而動(dòng)力制動(dòng)是列車(chē)中低速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采取的制動(dòng)方式。

4.小結(jié)

本文先通過(guò)分析地鐵采用閘瓦制動(dòng)、盤(pán)形制動(dòng)、磁軌制動(dòng)、渦流制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)五種方式進(jìn)行制動(dòng)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，然后對(duì)比分析采用不同制動(dòng)方式的可靠性，得出列車(chē)在低速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用閘瓦制動(dòng)或渦流制動(dòng)，在中低速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用動(dòng)力制動(dòng)，在高速運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用盤(pán)形制動(dòng)或磁軌制動(dòng)的結(jié)論。本文通過(guò)對(duì)比分析地鐵采用不同制動(dòng)方式的可靠性，能夠給予地鐵制動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)者提供一定的借鑒參考。

參考文獻(xiàn)

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