城轨车辆的制动系统和普通列车有什么区别?
根据制动时列车动能的传递方式,不同城轨车辆的制动主要可分为摩擦制动和电制动。
首先,摩擦制动
通过摩擦副的摩擦,将列车的动能转化为热能,逃逸到大气中,从而产生制动作用。城轨车辆常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动、盘式制动和轨道电磁制动。
(1)制动蹄制动
闸瓦制动又称踏面制动,是最常见的制动方式。制动时,闸瓦压住车轮,车轮与闸瓦摩擦,通过车轮与闸瓦的摩擦,将列车的动能转化为热能,消散在空气中。
在车轮和闸瓦的摩擦副中,由于车轮主要承担车辆的行驶功能,其他材料不能随便更换。要提高闸瓦的制动性能,只能改变闸瓦材料。目前,大多数城市轨道车辆使用合成闸瓦。而合成闸瓦导热性差,所以也使用导热性好、摩擦性能好的粉末冶金闸瓦。
在闸瓦制动中,当制动功率较大时,产生的热量无法逃逸到大气中,而是积聚在闸瓦和车轮踏面上,使其温度升高,摩擦力减小,严重时会导致闸瓦熔化,轮毂松弛。所以制动闸瓦时制动力是有限制的。
(2)盘式制动器)
盘式制动器可分为轴盘式和轮盘式。一般采用轴盘式。当轮对中间因牵引电机等设备而难以安装制动盘时,可采用轮盘式。制动时,制动缸通过制动钳夹紧制动盘,使制动盘与制动盘之间产生摩擦,将列车的动能转化为热能,通过制动盘和制动盘逃逸到大气中。
(3)轨道电磁制动
轨道电磁制动也叫磁轨制动。这是一种传统的制动方式。这种制动方式是在转向架的前后轮之间安装一个升降气缸。气缸顶部装有两块电磁铁,包括电磁铁靴和摩擦片。电磁铁悬挂在离轨道表面适当的高度。制动时,电磁铁下落,与励磁电源相连,产生电磁引力。电磁铁吸附在钢轨上,列车的动能通过磨耗板与钢轨的摩擦转化为热能,逃逸到大气中。钢轨电磁制动能获得较大的制动力,因此常作为紧急制动时的辅助制动。这种制动不受轮轨粘着系数的限制,在保证乘客舒适性的情况下,能有效缩短制动距离。当磨耗板与钢轨摩擦产生大量热量时,钢轨上的磨损也很严重。但由于制动距离短,结构简单可靠,这种装置在有轨电车和轻轨上应用广泛。
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第二,电力制动
从能量的角度来看,制动的本质是将列车的动能转化为其他形式的能量。制动系统传递动能的能力成为制动力。一般在一定的安全制动距离下,列车的制动力是其速度的三次函数。现代轨道交通车辆速度很高,列车质量也很大。仅通过机械方式很难实现制动力的传递。
目前应用最广泛的机械摩擦制动方式是闸瓦制动。但受到制动功率的限制,制动蹄和车轮踏面磨损产生的粉尘和热量也会对环境造成严重污染,尤其是在通风条件较差的隧道内,会对乘客和设备造成严重影响。此外,频繁使用摩擦制动会使制动蹄频繁更换,增加车轮踏面修正量,不仅维修费用高,而且车辆维修时间很长,车辆使用频率也会降低。
为了减少机械摩擦,应尽量采用无污染的制动方式,目前最好的方法是采用电制动。电制动根据其制动原理的不同可分为动力制动和电磁涡流制动。
(1)动态制动
由于现代城市轨道交通车辆普遍采用电力牵引电动车组和DC或交流电机作为牵引动力,动力制动已成为城市轨道交通车辆的发展趋势。动车组里既有动车,也有拖车。除了挂车没有电机,只能用摩擦制动外,所有的动车都可以进行动力制动,也可以承受部分挂车的制动力。
(2)
电磁涡流制动
为了充分发挥轨道电磁制动的优点,避免其缺点,设计了电磁涡流制动。
电磁涡流制动是利用电磁涡流在磁场下产生的洛仑兹力,以及洛仑兹力的方向与物体运动方向相反的物理原理设计的一种电池制动方式。这种制动方式具有无摩擦、无噪音、体积小、制动力大的优点。目前,轨道交通车辆采用电磁涡流制动的方式主要有盘式涡流制动和轨道线性涡流制动。
1,盘式涡流制动
盘式涡流制动是利用安装在车轴上的圆盘切割磁力线产生涡流和洛仑兹力。根据产生磁场的机理,可分为电磁涡流盘式制动和永磁涡流盘式制动。
日本新干线高速动车组采用电磁涡流制动原理。
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永磁涡流盘式制动器利用永磁体产生电磁场,制动盘在磁场中产生涡流,阻止磁场增大,产生制动力矩,产生制动效果。
盘式涡流制动器结构类似于机械盘式制动器,但制动盘和刹车片之间没有磨损。对于列车制动,也受到轮轨粘着系数的限制。