城市轨道交通制动装置：保证安全运行

人为地使列车减速或阻止其加速的行为称为制动。对于城市轨道交通车辆来说，制动装置是保证列车车辆安全运行所必不可少的设备。在动车、拖车上均应设置制动装置，以使运行中的列车按需要减速或在规定的距离内停车。

1.制动装置的特点

城市轨道交通一般站间距离较短、调速及制动频繁，所以列车在正常运营时，为了提高行车速度，列车必须启动快、制动距离短。为适应这一特点，城市轨道交通车辆制动装置必须具备以下特点：

（1）城市轨道交通站间距一般为1km左右，因此制动装置应具有操纵灵活，制动减速度大，动作灵敏、可靠，停车平稳、准确，车组前后车辆制动、缓解作用一致等特点。

（2）城市轨道交通的客流量波动大，因此制动装置的制动力应能随着载荷的变化而自动调整，保证停车的准确性和平稳性。

（3）城市轨道交通具有摩擦制动与动力制动两种制动形式，两者应互相配合，并尽量充分发挥动力制动能力，以减少对城市环境的污染，降低运行成本。

（4）制动系统应具有防滑功能。

（5）为防止列车运行中发生危及行车安全的事故，列车应具有自动施加紧急制动的功能。

2.车辆的制动方式

车辆的制动方式可分别按动力获取的方式和动能转移的方式进行分类。

1）按动力获取的方式分类

按照动力获取方式的不同，车辆的制动方式可分为黏着制动和非黏着制动。

（1）黏着制动。

列车制动时车轮在钢轨上滚动，由于车辆重力的作用，车辆与钢轨的接触处形成椭圆形的接触面，此时轮轨接触处既不是静止状态也不是滑动状态，而是“静中有微动”或“滚中有微滑”的状态，在铁路术语中称这种状态为黏着状态。黏着状态下车轮与钢轨间的最大水平作用力又称为黏着力。依靠黏着滚动的车轮与钢轨黏着点之间的黏着力来实现车辆的制动，称为黏着制动，如闸瓦制动。列车采用黏着制动时，能够获得的最大制动力不会大于黏着力。

（2）非黏着制动。

在制动时，钢轨作用在机车、车辆上的制动力不是通过车轮与钢轨的滚动接触点（黏着点）的制动方式，称为非黏着制动。非黏着制动的制动力不受轮轨间黏着力的限制。轨道电磁制动与轨道涡流制动属于非黏着制动。以轨道电磁制动为例，钢轨给出的制动力是通过吊挂在转向架上的电磁铁而作用于车辆上的，所以制动力的大小不受轮轨间的黏着力的限制，这是超出黏着力以外获得制动力的一种制动方式。非黏着制动目前主要用于黏着状态下制动力不够的高速旅客列车，作为一种辅助的制动方式。

2）按动能转移的方式分类

按照动能转移的方式，车辆的制动方式可分为摩擦制动和动力制动。

摩擦制动方式中，动能通过摩擦副的摩擦转变为热能，消散于大气中，主要有闸瓦制动、盘形制动；动力制动方式中，动能通过发电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去，主要有再生制动、电阻制动。

（1）闸瓦制动。

闸瓦制动又称为踏面制动，是最常用的一种制动方式，如图5-23（a）所示。制动时，机械杆件的传递使闸瓦压紧车轮，轮、瓦间发生摩擦，电动车组的动能大部分通过轮、瓦间的摩擦变成热能，经车轮与闸瓦最终逸散到大气中去。

（2）盘形制动。(www.xing528.com)

盘形制动有轴盘式制动和轮盘式制动之分，一般采用轴盘式盘形制动装置。轴盘式制动和轮盘式制动分别如图5-23（b）、（c）所示。根据制动需要，可在一根车轴上布置2个、3个，甚至4个制动盘。当轮对中间由于牵引电动机等设备使制动盘安装发生困难时，可采用轮盘式盘形制动装置。制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦，把电动车组的动能转变为热能，热能通过制动盘与闸片散于大气中。盘形制动装置代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦，因此不存在对车轮的热影响；同时减少了车轮的磨耗，延长了车轮的使用寿命并改善了运行性能，保证了行车安全。

图5-23　盘形制动

（3）再生制动。

再生制动时，电动机变成发电机状态运行，将车辆的动能变成电能，经DCU/M逆变器整流成直流电并反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的其他车辆牵引用和供给本列车的其他系统（如辅助系统等）。再生制动取决于接触网的接收能力，即取决于网压高低和载荷利用能力。当列车所在的接触网供电区段内无车时，也就是负载利用能力较低时，再生制动效果会降低，并且随着速度的降低，再生制动力会逐渐减小。显然这种方式既能节约能源，又能减少制动时对环境的污染，并且基本上无磨耗。因此，城市轨道交通车辆普遍采用这种制动方式。

（4）电阻制动。

如果制动列车所在的接触网供电区段内无其他列车吸收制动能量，那么网压会迅速上升，当网压达到最大设定值1 800V时，DCU/M打开制动电阻，将电动机上的制动能量转变成电阻的热能消耗掉，即电阻制动，也称为能耗制动。电阻制动一般能提供较稳定的制动力，但需要在车辆底架下安装体积较大的电阻箱，如图5-24所示。

图5-24　制动电阻器的结构

再生制动与电阻制动之间的转换由DCU/M控制，能保证它们连续交替使用，转换平滑，变化过程不被人所感受到。当列车高速运行时，动车采用再生制动，将列车动能转换成电能；当再生的电能无法再回收时，再生制动能够平滑地过渡到电阻制动。

在列车制动过程中，首先应充分利用电制动，电制动由列车的动车承担。在电制动初期，动车的电动机转变为发电机，将列车制动产生的动能经过转换，变成直流电输送回接触网和供给本列车的辅助系统，这时发生的是再生制动。如果列车所在的接触网供电区段内没有其他列车吸收该制动能量，而辅助系统的用电量不能完全消耗再生的电能，则将多余的电能送到制动电阻上消耗掉，这个过程称为电阻制动。随着列车的速度下降，其电制动力也将不断地减弱，当列车速度降低至一定值时，电制动已不能满足制动所需要的要求，这时电制动力将逐渐被切除，所有的制动力由摩擦制动来承担，同时列车进入停车制动的程序。因此，在列车制动过程中，再生制动、电阻制动、摩擦制动分别为第一优先级制动、第二优先级制动和第三优先级制动。

3.车辆的制动操纵模式

车辆的制动操纵模式主要有常用制动、紧急制动、快速制动和停放制动四种类型。

1）常用制动

常用制动是指在正常运行情况下，调节列车运行速度或使列车在预定地点停车的制动。常用制动时，首先充分利用电制动，若电制动力不能满足制动需求，则由摩擦（空气）制动加以补偿，以满足列车的制动需求。

2）紧急制动

紧急制动是指在紧急情况下使列车迅速减速并达到在最短距离内紧急停车的制动。紧急制动时，完全利用摩擦制动，在相同载荷的情况下，其制动力高于常用制动。列车一旦施加紧急制动，其制动指令将直至列车停止，中途是不可撤销的。

3）快速制动

快速制动的制动力与紧急制动的制动力一样，但与紧急制动不同的是，快速制动时电制动和气制动配合施加。在制动过程中，驾驶员可以在任何时候撤销快速制动指令，恢复列车的运行，

4）停放制动

列车静止停放时，为防止停放列车溜车所施加的制动称为停放制动。