探析城轨车辆踏面制动单元内部摩擦力对制动系统性能的影响

探析城轨车辆踏面制动单元内部摩擦力对制动系统性能的影响

孙锬

大连地铁运营有限公司     辽宁大连     116011

摘要：为了提高城轨车辆的制动系统性能，使用了理论分析和地面试验方法，这种方法充分地验证了城轨车辆的踏面制动单元和内部摩擦力情况。同时为了更好地分析制动性能和闸瓦磨耗等情况的影响，应当提出对应的解决措施，从而为制动系统设计提供了重要参考。

关键词：城轨车辆；踏面制动；内部摩擦力；制动系统；影响

城轨车辆制动系统是关键的子系统，这个部分的性能会直接地影响制动距离、ATO停车精度、轮对、踏面状态等，而其中的踏面制动单元就是制动系统的核心，主要受制动控制装置控制，从而发出制动指令，因此踏面制动单元性能，会对制动系统产生重要的影响。

1踏面制动单元的工作原理分析

踏面制动单元包括了箱体组成，还有闸瓦托和活塞组成，以及间隙调整器和丝杠等。在进行制动施加过程中，制动缸内的压缩空气会作用于制动缸活塞上，这时活塞就会克服复位弹簧弹力，同时也会垂直向下地运动，通过推动部将力放大，并将垂向运动转化成为水平运动，然后通过丝杠将力传到闸瓦托，最终由闸瓦托推动闸瓦在车轮踏面上产生制动力。在进行制动缓解时，制动缸内的压缩空气会被排空，这时活塞在弹簧力的作用下就会复位，进而缓解了弹簧作用，从而带动了闸瓦托和闸瓦，还有车轮踏面分离，从而完成了缓解作用。在制动施加的过程中，踏面制动单元的内部摩擦力会为闸瓦托推出一定阻力，而在制动缓解时摩擦力变成了闸瓦托复位阻力。因此在制动施加和缓解时，在相同的压力下，踏面制动单元输出的压力不同，并且在缓解的过程中会形成较大压力。

2验证情况分析

为了更好地验证踏面制动单元和内部摩擦力情况，就应当在制动施加，还有缓解过程中明确闸瓦压力产生的影响，基于这样的情况可以试验地面试验来明确具体情况。在试验时由于制动的缸压力，装置会向踏面制动单元施加各种级别的制动缸压力，并且通过测力装置来测量踏面制动单元的压力情况。当被测件是某种型号的踏面制动单元，或者是在国内地铁上长期批量运用，那么就表示产品性能比较稳定。在试验的过程中，应当先设置制动缸压力的目标值。然后再模拟制动过程，可以直接向踏面制动单元充入设定的压力目标值，之后通过模拟制动来缓解整个过程。但是要先充入一定量的压缩空气，通过排风缓解以后达到设定的压力目标值，每种工况可以进行3次。通过总结相关实验可以知道，施加和缓解到相同制动缸压力的情况下，就会形成不同的闸瓦压力，而且在缓解时会形成较大的闸瓦压力。同时随着制动缸压力的不断减小，施加和缓解到了相同的制动缸压力，此时的闸瓦压力差也会减小。因此在实际操作过程中，应当注意不同压力目标值的影响。

3内部摩擦力对制动性能产生的影响分析

3.1对常用制动性能产生的影响和解决方法

在城轨车辆运营中，由于调速还有停车对标的需要，列车经常要进行制动施加和缓解，但是根据前面的分析，在施加和缓解到同一制动级位时，就会形成不同的闸瓦压力，所以产生的减速度也会有一定差异，这样的情况这制动系统产生影响，从而导致控制精确性出现偏差。一般情况下列车运营时，制动级位不会超过常用最大制动级别的70%，尤其是超载工况下，制动缸的压力也会控制在300kPa左右，在这样的压力下闸瓦压力大概是3.2kN，那么这时的列车制动力差大概是44.5kN，而超载工况下的列车质量一般在310t左右，所以在进行制动施加和缓解时会形成减速度，差值可以达到0.14m/s2。在这样的情况下，制动距离会在ATO模式下停车，而这种情况会对精度产生一定影响。在空车和超载时，各级制动缸的压力作用下，减速度差也会有一定差别。为了提高制动系统精确性，对踏面制动单元应当进行更多试验，从而才可以充分掌握施加和缓解时的制动缸压力差，并且明确其中的规律，才会掌握制动施加和缓解中的各级制动缸压力目标值情况。

3.2对闸瓦磨耗的影响和解决方法

当前许多的城轨车辆，在制动系统中都设置了预压力补偿功能，这个功能在发出制动指令时，不需要施加空气制动的情况下，踏面制动单元的制动缸也会有一定压力，这样就会使闸瓦和踏面保持“似贴非贴”状态，进而消除了电制动衰减过程中的出闸时间。这时的补偿压力大小和厂家的踏面制动单元机械特性有一定的关系，通常在30kPa左右。在电、空混合制动时，电制动的反应通常较慢，一般在接收制动指令以后的1.5-2s才开始发挥作用，所以为了更好地满足总制动力需求，同时尽量地缩短制动距离，在这段时间内的各车辆，空气制动系统要根据制动需求来计算投入情况，等到电制动开始发挥作用后，制动缸的压力就会逐渐地减小，指导预补偿压力为止。根据对相关情况的总结可以知道，当制动缸的压力逐渐减小到一定程度时，闸瓦压力也会降低，这时的压力虽然对列车减速的影响较小，但是会影响制动系统性能，不仅增大了闸瓦的磨耗，也恶化了瓦轮接触状态，加剧了车轮踏面的制动热裂纹。因此在制动系统中设置预压力补偿功能的同时，建议应用电、空混合逻辑，从接收到制动指令，以及电制动开始过程中，由牵引系统发出持续的虚拟信号，之后再由牵引系统实际地输出电制动力反馈情况给制动系统，这样就可以避免空气制动补充。

3.3相关建议

通过上述分析可以了解，踏面的制动单元内部会产生一定的摩擦力，这些摩擦力会对制动系统的整体性产生一定影响，为了避免这些情况的出现，提出了一下两点建议。第一，就是在进行常用的制动控制逻辑设计过程中，应当充分考虑踏面的制动单元情况，还有内部摩擦力引起的减速度差，然后运用补偿校正来提高制动系统精确度，从而有效地确保列车的运行安全。第二，在进行电、空混合制动，或者是预压力补偿逻辑设计时，为了减少运营成本应当充分考虑踏面单元内部摩擦力情况，这样才更加符合当前的发展要求，同时也可以在一定程度上节约社会资源节，为相关技术发展起到积极的推动作用。

结束语：

随着城市化的不断发展，促进了城市轨道交通的发展，因此车辆的运行安全受到了广泛关注，在这样的形式下，应当加强对踏面制动单元的内部摩擦力的影响分析，才能有效地提高制动系统性能。

参考文献：

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