鐵道機車車輛專業論文

鐵道機車車輛專業論

文

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摘 要 介紹了應用于鐵道機車車輛上的液壓制動機的原理、特點和關鍵技術,對國內外鐵

道機車車輛采用液壓制動機的應用進行了分析,并闡述了液壓制動機的發展趨勢。

關鍵詞 液壓制動;鐵道車輛;發展

目錄

1.液壓制動的組成及基本原理............................................................................... 3

2 國內外液壓系統現狀....................................................................................... 4

2·1 液壓制動的產生.......................................................................................... 4

2·2 日本高速動車組采用的液壓制動機................................................................. 4

2·3 德國的克諾爾制動機.....................................................................................5

2·4 磁浮列車液壓制動機.................................................................................... 5

結論................................................................................................................... 5

參考文獻............................................................................................................. 5

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鐵道機車車輛液壓制動機及其國內外發展，列車運行速度越高,對車輛設備小型化、輕

量化及制動系統的性能及可靠性要求越高。采用液壓制動機來代替傳統的空氣制動機,可以

在確保具有與空氣制動裝置相同可靠性的條件下實現小型化、輕型化,同時由于液壓系統具

有快速響應的特點,可取消防滑器,并比空氣制動系統具有更好的防滑性能。為了適應高速機

車車輛以及城市軌道交通車輛整體技術的發展,世界上許多國家都對液壓制動方式進行了研

究,成為鐵路機車車輛制動技術發展的趨勢之一。

目前,隨著計算機技術、機電和自動控制技術、現代制造技術及新材料、新工藝等一系

列高新技術的蓬勃發展,液壓技術有了很大的發展。密封材料性能的提高、液壓件微型化以

及高可靠性和適用性等,都給機車車輛制動系統采用液壓技術創造了條件。

1 液壓制動的組成及基本原理

液壓制動系統一般是由油泵,蓄能器,電磁控制閥以及基礎制動裝置等部件組成。可以看出,

整個液壓制動系統按照功能來分,可以分為微機制動控制器(MBCU)、電液制動裝置及基礎制

動裝置。微機制動控制器(MBCU)的工作原理與空氣制動機基本相似,以接收常用制動指令、

緊急制動指令、電氣制動反饋、ATC信號等輸入,經過計算機處理,輸出常用制動指令、緊急

制動指令來控制相應電磁閥,完成制動力的控制。除此之外,它還要控制液壓系統的驅動和控

制,如油泵的起停控制,以及整個液壓系統的狀態檢測等,如液壓系統的各種傳感器反饋信息。

電液制動裝置由電機、油泵、蓄能器、常用制動壓力控制、緊急制動壓力控制和油箱組成。

各部分工

作原理如下。

(1)電機、油泵及蓄能器

電機、油泵將電能轉變為液壓能源,給整個制動系統提供制動能量。由于機車車輛的制

動系統是間隙性工作的,因此采用了蓄能器裝置,可有效減少電機功率,降低系統能耗。同時,

為了確保制動系統的安全性,在系統中設置了兩個蓄能器,使液壓動力源具有雙重系統。這兩

個蓄能器中的一個在常用制動時使用,另外一個在緊急制動時被使用。兩個蓄能器可同時給

緊急制動供油。即使在發生油泵停止工作等非正常狀態下,蓄能器仍然具有供3次緊急制所

需能量的能力。電機和油泵在達到系統壓力的下限值或者在發生制動作用時接通,在達到系

統壓力的上限值關閉。液壓泵采用間歇運轉可靠的活塞式油泵,為了減輕質量和防止漏油,一

般采用無管的管座安裝方式。

(2)常用制動壓力控制

壓力控制采用塵粒無法混入工作油的閉環方式,完成機車車輛常用制動壓力的控制。一

種方法使用可實現高速動作的平衡型提動閥(高速電磁閥)通過傳感器反饋而進行以車軸為

單位的數字壓力控制。另外一種方法采用電液比例壓力閥完成對制動缸壓力的控制,其可實

現制動缸壓力無級控制,以方便與ATO等系統配合使用。由于液壓油的可壓縮性很小,壓力控

制響應迅速,因此采用液壓控制方式具有消除滑行狀態的壓力控制功能。

(3)緊急制動壓力控制

在制動控制器的電源斷開或者控制油壓不足時,緊急控制使蓄能器內的壓力油流入基礎

制動裝置內,對每個轉向架進行緊急制動壓力控制,使其產生緊急制動作用。另外,在制動不緩

解和壓力不足時,通過液壓傳感器的檢測,可使其對整個機車車輛產生緊急制動作用。

(4)油箱

油液回到油箱,實現油液的回收。同時完成系統散熱。基礎制動裝置包括夾鉗和制動盤。

由于采用了液壓油缸,整個制動夾鉗體積小,可以安裝在安裝空間極小的走行裝置或轉向架

上。

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2 國內外液壓系統現狀

2·1 液壓制動的產生

20世紀60年代,第1臺液壓制動機裝置應用于有軌電車上〔2〕。它除了作為動力制動

機的補充外,首先是完成列車的停車制動功能。20世紀80年代中期開發出了用于快速交通

工具(people mover Fahrzeuge)的復合液壓制動系統〔2〕。此外,利用當時開發出的制動

液壓無級調節裝置滿足了能精確調節制動力,以確保列車停車位置準確性的要求。從1990

年前后開始,隨著低地板有軌電車的迅速發展,促使轉向架和走行裝置對安裝緊湊性要求進

一步提高,這種發展對高壓液壓部件也產生影響。低地板技術推動了液壓懸掛和水平調節系

統的發展。利用這種系統可以簡單的方法達到與采用空氣彈簧的車輛同樣的乘坐舒適性。液

壓系統通常既向制動機又向水平調節系統提供液壓能源。目前,液壓設備不僅用于有軌電車,

也用于快速交通工具、單軌鐵路車輛、地鐵列車和城市快速鐵路列車,在有軌電車線路和干

線鐵路上運行的首批雙流制列車上也裝備了這類系統。對于標準的鐵路機車車輛,如果其走

行裝置或轉向架的空間很狹小,則可安裝液壓制動裝置,這些液壓制動裝置可以利用專門的

液壓缸驅動,而這些液壓缸用于轉換執行從常規空氣制動控制系統接受到的“指令”。例如日

本的新干線高速列車和西班牙的Talgo高速列車。

目前在國內外應用的液壓制動機主要有以下幾種:

(1)日本的高速動車組液壓制動機;

(2)德國的克諾爾液壓制動機;

(3)磁浮列車采用的液壓制動機。

2·2 日本高速動車組采用的液壓制動機

日本高速動車組制動裝置的發展經由了氣液制動、

液壓制動階段。

(1)氣液制動方式

采用氣液制動方式,需要使用增壓缸將空氣壓力轉換為一定倍率的較高的液壓。增壓缸的設

置是因為受轉向架安裝空間的限制,為了得到必要的閘片壓力,需要使用體積小的采用較壓

力的液壓制動缸。另外增壓缸上還安裝有防滑閥及為解決由于防滑閥連續動作而發生不能制

動問題的給排截斷閥。圖2為氣液制動原理示意圖〔1〕。壓縮空氣由壓縮機產生,經過由貫

通全列車的總風管送到各車的總風缸,再經過兩個單向閥分別送到控制風缸和制動風缸,控

制風缸是為空氣彈簧等制動以外的系統供應壓縮空氣的風缸。制動風缸是制動專用的儲存壓

縮空氣的風缸,各車制動風缸中的壓縮空氣供給中繼閥、緊急電磁閥和電空轉換閥使用。電

空轉換閥將送來的壓縮空氣,調整到與制動指令相對應的空氣壓力,并作為指令壓力送給中

繼閥。中繼閥將電空轉換閥的輸出作為控制壓力,輸出與其相應的壓縮空氣送到增壓缸。另

外當車輛設備發生故障時,經過由緊急電磁閥的壓縮空氣作為指令壓力被送到中繼閥,此時

中繼閥與常用制動一樣,將具有相應壓力的壓縮空氣送到增壓缸。

(2)液壓制動方式

隨著日本新干線高速動車組的發展,液壓制動裝置得到了廣泛應用。液壓制動裝置最早

是在20世紀60年代開發的,并安裝在新干線上的951型動車組上進

行了試驗〔4〕。但是由于存在回油內部漏油,液壓維護等問題而未被采用。因此,開發了新一

代液壓制動裝置,在電液制動裝置的控制閥上采用了開關閥,并簡化了結構,應用了傳感器反

饋等方法,使裝置的可靠性得到了大幅度提高。新開發的液壓制動裝置在試制的500系新干

線(WIN350:西日本客運鐵路公司制造) 2號車的前轉向架上安裝,并進行了性能確認試驗,都

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取得了良好結果〔4〕。日本的TRY-Z型動車組也應用了液壓制動系統〔6〕。該制動系統由

液壓控制單元,直通式預備制動控制單元和軌道制動液壓單元三大部分組成,采用由一個共

同的液壓源向各單元中的蓄能器中儲壓的工作方式。另外在輪軸上有液壓制動鉗。液壓制動

控制單元是通過設在每根軸上的能控制制動缸壓力的常用控制閥和緊急控制閥,經在高壓優

先原則下動作的梭閥控制制動鉗動作的。無論是常用控制閥還是緊急控制閥,都能在制動指

令下,根據滑行檢測來調節制動缸壓力。直通式預備制動控制單元是將在專用的蓄能器中

所儲的壓力,通過位于液壓制動控制單元之間的梭閥去控制制動鉗動作的。

2·3 德國的克諾爾制動機

德國的克諾爾制動機公司生產的液壓系統已運用于歐洲輕軌車輛〔2〕。圖3為用于低

地板車輛制動機和水平調節系統聯合控制的電動液壓供給和控制單元,其安裝在車體上。它

將電機、油泵、蓄能器以及控制計算機(MBCU)集成在一起,與基礎制動裝置通過油管連接。

液壓浮動夾鉗(圖4)在液壓制動缸的作用下夾緊輪盤或者軸盤,產生制動力。

2·4 磁浮列車液壓制動機

西南交通大學研制的青城山旅游磁浮列車,其制動系統也采用液壓制動機。根據EMS磁

浮列車的結構量減輕了約三分之二。由于省略了配管,以及設備的簡化,使零件數量大幅度減

少。據文獻〔5〕介紹,液壓制動所需裝置比氣液制動所需裝置減小了很多,質量由原來的790

kg變為280 kg,只約為原來質量的35%。7)維修方便。液壓裝置裝在轉向架上,在進行

維修時易于拆卸,僅僅需要進行油泄漏檢查和油路空氣的排放。(8)液壓源的蓄壓特性好。比

空氣制動方式下的蓄壓時間快,具有極為良好的蓄壓特性。

結論

當前在鐵路機車車輛牽引傳動和制動系統中采用了機械、電氣、空氣和液壓等技術來傳遞各

種作用力和能量。這些技術各有所長,尤其是在大功率執行部件的安裝空間受很大限制的車

輛上,液壓技術作為理想的選擇從而脫穎而出。鐵路車輛上不可或缺的制動子系統采用液壓

技術符合這種發展趨勢。隨著我國高速動車組以及城市軌道交通的不斷發展,各種新型轉向

架對輕量化、小型化的要求越來越高,液壓制動系統必將在此方向發揮其優勢。

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