浅谈地铁车辆基础制动装置
一、 概述
随着我国城市化进程的发展，城市吸引力不断扩大，人口集聚力不断增强，大、中城市人口数量屡创新高。为了更好的缓解城市交通拥堵的问
题
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，许多城市选择了建设轨道交通来改善交通状况。地铁车辆的运行速度也由最初的60km/h，逐渐提高到80 km/h、100 km/h，甚至更高。车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速度和及时准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。
制动系统是地铁车辆安全可靠运行的基本保障，通常包括空气制动机、基础制动装置、手制动机。基础制动装置是确保地铁车辆行车安全的最重要的
措施
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之一，它最基本的功能是吸收制动动能并将之转化为热能散发到空气中。基础制动装置分为两类，一类是由踏面和闸瓦组成摩擦副的踏面制动，一类是由制动盘和闸片组成摩擦副的盘形制动。
二、 地铁车辆制动的特点
地铁与铁路虽都属于轨道交通，但地铁车辆主要在城市内运营与铁路运输还是存在一些区别，在车辆制动方面主要有以下特点：
1、制动频繁
地铁车站之间距离较近，平均在1公里左右，这必然带来车辆须频繁启动、制动，以满足乘客上、下车的需要。而铁路运输两个车站之间的距离通长在几十公里以上。
2、制动减速度大
地铁站间距短，要提高乘客旅行速度只有增加启动加速度和制动减速度。因此地铁车辆紧急制动平均减速度一般要求大于等于1.2m/s2, 而铁路机车车辆和动车组的紧急制动平均减速度一般为0.7－1.2 m/s2。
3、制动精度高
地铁车站站台上均安装有屏蔽门系统，因此车辆定点停车的精度要求比铁路机车车辆和动车组高，一般在±300mm左右。
这些特点要求地铁车辆制动系统须有稳定的摩擦副和良好的控制精度能力以及承受频繁制动热负荷的性能。
三、 盘形制动与踏面制动比较
1、 制动对车轮的影响
（1）踏面制动的热负荷
从热应力角度考虑：评价赫兹接触应力和热应力共同作用引起的车轮损伤, 如图1 所示, 图中横坐标为车轮踏面最大热应力,纵坐标为轮轨接触最大赫兹接触压力, 区域A 是常用制动区, 区域B 是少量制动区, 区域C 是危险区。[ 1]
图1 车轮热损伤评价示意
在制动频繁、热负荷较大的城轨车辆上，使用热负荷性能较高的合成闸瓦，导致制动过程中产生总热能的90%以上被车轮吸收。[2]因此当车轮踏面最高热应力位于赫兹接触应力和热应力共同作用的危险区域，导致车轮踏面异常损伤。在上海地铁、广州地铁、北京地铁均批量出现过车轮踏面非正常磨耗。（见图2）车轮踏面异常磨耗将会恶化轮轨匹配关系，严重影响行车安全。
图2 车轮踏面非正常磨耗
（2）盘形制动
由于盘形制动是由制动盘和闸片组成摩擦副，制动过程中产生的热能对车轮不产生直接影响。
2、 轮缘润滑对制动系统的影响
（1） 踏面制动
在曲线多、弯曲半径小的城轨线路上，为了减少轮缘和钢轨的磨损和降低车辆通过曲线时的噪声，均采用轮缘润滑。由于润滑剂残留在车轮踏面和钢轨上，降低了轮轨间的粘着系数和摩擦系数，使制动力难以保证，列车紧急制动距离将被延长。这给高密度行车的地铁车辆运行留下了安全隐患。
（2）盘形制动
盘形制动的摩擦系数不受轮轨间的状态影响，制动力在曲线上不会发生可以得到保证。
3、 成本的影响
车辆基础制动装置的成本是包含设备购置费和运营成本的全寿命成本。
（1） 踏面制动
踏面制动的全寿命成本主要由设备购置费、闸瓦消耗、车轮磨损等构成。经过某条使用踏面制动地铁线路统计1年有526条轮对需要旋修，其中274条轮对发生非正常磨耗，占52.1%。全年旋修轮对每条平均被切削8.89mm。地铁车辆的车轮直径一般为840mm，磨耗到限的车轮直径是770mm，则1条轮对1年被切削量占12.7%。这大大缩短了轮对的使用寿命，增加轮对成本。
（2）盘形制动
盘形制动的全寿命成本主要由设备购置费、闸片消耗。采用盘形制动，将减少车轮踏面非正常磨耗，延长轮对镟修周期，有利于延长车轮使用寿命。
从设备购置费来看，盘形制动要比踏面制动高出20%左右。
从材料消耗来看，虽然每辆车使用的闸片数量比闸瓦大，但由于闸片使用寿命普遍高于闸瓦，因此费用基本相同。
从长期运营来看，踏面制动缩短了轮对的使用寿命，增加了轮对成本的支出。
4、 结论
（1）在地铁车辆运行速度在100km/h及以上的城市轨道交通线路上，应采用盘形制动方式。
（2）在曲线多、弯曲半径小的城市轨道交通线路，采用盘形制动更加安全。
（3）根据我国各地城市轨道交通车辆的运营情况，综合分析运营维护成本可以看出，采用盘形制动方式综合性价比更好。
[1]G. Donzella[ 意大利] . 闸瓦制动对实心车轮残余应力水平的影响[ J] . 国外机车车辆工艺, 2000, ( 5) : 38- 45.
[2]王京波. 合成闸瓦对车轮热影响的研究[ J] . 铁道机车车辆, 2003, 23( 2) : 77- 82.
浙公网安备 33021202002483