第2章　城市轨道交通车辆的制动方式和制动作用

2.1　城市轨道交通车辆制动的基本思想

为了列车运行的安全，要求车辆制动系统能够在需要时，及时并且反复地提供必要的制动力。

制动过程是能量转换过程。车辆的制动是实现将列车运行过程中巨大的动能转化为其他形式的能量，从而使列车减速或停车的一种形式。对于列车车辆实施制动，无论何种方式，都必须具有把列车运行的动能转换为电能或热能，并将其消耗掉的能力。列车制动过程中动能转移的方式包含两层含义：一是“转”，即将列车的动能转化为其他形式的能量；二是“移”，即将转化出的其他形式的能量消耗掉。以闸瓦制动为例，“转”就是将列车动能通过闸瓦与车轮踏面的摩擦转化为热能，“移”就是将由动能转化成的热能耗散于大气。

城市轨道交通车辆所构成的车组是为适应城市轨道交通运输的特点而设计的，其特点是：每条线路不长，一般在20～30km左右；站间距短，一般在1～2km左右；客流量大，同一条线路因地段和时间段的不同相差巨大；乘客要求候车时间短，行车密度大，快速安全。

因此，城市轨道交通对制动系统是有明确技术要求的，一般来说具有以下几点：（1）制动减速度要求高，一般常用制动减速度需在-1～-0.8m/s2，紧急制动减速度需在-1.3～-1.2m/s2；（2）制动减速度不能因载客量的变化、轮轨间黏着的变化或局部故障而有很大变化；（3）要求停车位置准确（有的已提出到站停车位置在±20cm之内的要求）；（4）虽然制动频繁，但不能污染环境，需要节能、环保和少维修。

另外，还要求即使在制动设备发生故障或功能劣化时也必须保证制动作用，即要求制动系统应有高度的可靠性。因此，在制动系统的研究开发中必须考虑以下几个方面。

（1）安全和可靠性采用发生故障时能向安全方向动作的故障导向安全机构，进行非熟练者也能可靠地实施其功能的防止误操作设计。

（2）保证列车的顺利运行为确保正点运行，具有在需要时能够精确地提供所需制动力的能力。要防止由于各车辆因制动力的不同而发生的纵向冲动和因轮轨间黏着力不足而发生的车轮踏面擦伤等引起的平稳性恶化及对车轴等车辆部件产生附加应力的问题。

（3）采用先进技术减少维修工作量，如尽量减少磨耗部件，开发在发生故障时能够进行自检的自诊断功能等。制动部件的改进和集成，实现小型轻量化。

制动系统的设计原则如图2.1所示。

图2.1　制动系统设计原则

城市轨道交通的站距很短，一般都在1km左右。例如上海地铁1号线从虹梅南路到上海火车站共16.67km，有13个车站，平均站间距离1.39km。由于站间距离短，列车加速、减速及停车都比较频繁。为了提高运行速度、增加列车密度，必须使列车启动快、制动快、制动距离短。这就要求其制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。

城市轨道交通的客流量波动较大，空载时列车总重仅为自重，而满载时列车总重却很大。例如广州地铁的每辆动车空载质量为380kN，而满载（超员，载客432人）时总重为639.2kN。由此可知，载客量对列车的总重有较大的影响，对列车制动时要保证一定的减速度、防止车轮滑行及减轻车辆间纵向冲动都是不利的。因此，制动装置应具备在各种载荷工况下车辆制动力自动调整的性能，使车辆制动率基本保持不变，从而实现制动的准确性和停车的平稳性。

城市轨道交通车辆在部分车辆或至全部车辆上具有独立的牵引电动机，这就为采用电制动提供了基本条件。电制动的功率大，尤其是在较高速度范围内，能承担大部分的制动负荷，可以满足城轨车辆轴制动功率大的要求。电制动是一种非摩擦制动，没有摩擦副零件的磨耗和噪声，减少了维护保养和对环境的污染，因而比较经济。其再生制动可以节约能源，具有一定的经济效益和社会效益。所以，采用电制动具有积极的意义。但电制动在低速时制动力小，若既要保证电制动失效和紧急情况下的行车安全，又要满足停车和停放的要求，则摩擦制动是一种必备的制动方式。几种制动方式同时使用时要充分发挥它们的最佳作用，需要一套完善的制动控制装置来控制，使它们能很好地协调配合。

城市轨道交通车辆一般运行在人口稠密地区，并承载旅客，所以行车安全是非常重要的，也因此对其制动机有以下要求：（1）具有紧急制动性能，遇有紧急情况时，能使列车在规定距离内安全停车。（2）列车在运行中发生诸如列车分离、制动装置故障等情况时，应能自动产生紧急制动作用。（3）紧急制动作用除可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急按钮（紧急阀）等进行操纵。