基于地鐵不同制動方式的可靠性分析

林鵬飛 ??

摘 要： 隨著各大城市相繼加快地鐵建設，其制動系統的可靠性逐漸成為研究熱點與重點。本文首先分析閘瓦制動、盤形制動、磁軌制動、渦流制動、動力制動五種制動方式的原理和優缺點，然后對比分析采用不同制動方式的可靠性，得出列車在低速運營時應采用閘瓦制動或渦流制動，在中低速運營時應優先采用動力制動，在高速運營時應采用盤形制動或磁軌制動的結論。本文通過對比分析地鐵采用不同制動方式的可靠性，能夠給予地鐵制動系統的研發者提供一定的借鑒參考。

關鍵詞： 地鐵； 制動方式； 可靠性分析

【中圖分類號】 U260.35 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0213-01

1.引言

隨著國民經濟的快速發展，各大城市相繼加快地鐵建設，致使地鐵成為廣大市民的出行首選。而地鐵制動系統是保障列車安全運營的核心，其可靠性逐漸成為研究熱點與重點。

各大城市因人口、經濟、地質環境等因素，地鐵的運營速度大不相同，需要根據實際需求采用合適的列車制動方式。本文將分析對比不同制動方式的原理和優缺點，并對比其可靠性，探討不同制動方式適合的運營速度，從而給地鐵制動系統的研發者提供一定的借鑒參考。

2.地鐵不同制動方式原理分析

地鐵建設需要根據不同地質狀況、建設成本、運營速度采用不同的制動方式，目前地鐵的制動方式主要有：閘瓦制動、盤形制動、磁軌制動、渦流制動、動力制動等。

2.1閘瓦制動方式分析。

閘瓦制動主要是通過剎車制動時閘瓦與車輪踏面間的強大摩擦實現的。首先，制動系統中的空氣壓縮機將產生的壓縮空氣通過制動管輸送到制動缸中，并推動制動缸中的活塞運動，從而帶動與活塞相連的閘瓦壓緊在車輪踏面上，與車輪間產生強大的機械摩擦阻力，對列車進行剎車制動[1]。

閘瓦制動是目前地鐵上使用最廣泛的一種制動方式，其結構簡單、制造成本低、受環境影響小，但在地鐵高速運行時，存在制動效率低、發熱量大的缺陷。而且，閘瓦制動對閘瓦的材料性能要求很高，需要采用散熱性好、摩阻大、抗侵蝕的高強度復合材料，并且需要定期檢修更換，以保障地鐵制動系統運行穩定可靠。

2.2盤形制動方式分析。

盤形制動主要是通過剎車制動時閘片與制動盤間的機械摩擦實現的。在地鐵的車輪側面安裝有制動盤，列車制動系統在剎車制動時利用空氣壓縮機產生的壓縮空氣將閘片壓緊到制動盤側面，依靠閘片與制動盤間的強大摩擦阻力來制動列車。

盤形制動與閘瓦制動都屬于摩擦制動方式，但盤形制動相比閘瓦制動的散熱性好、噪聲低、成本高。而且，盤形制動的制動效率與穩定性遠高于閘瓦制動，適合于高速運行的列車制動，因此高速運營的地鐵一般采用盤形制動方式，以確保其制動穩定可靠，保障市民的生命財產安全。

2.3磁軌制動方式分析。

磁軌制動主要是通過轉向架與鋼軌間的電磁滑動摩擦實現的。在地鐵的轉向架上安裝有制動電磁鐵，在列車運行時與鋼軌間存在一定的間隙距離，可在列車制動時通電勵磁后與鋼軌緊密吸附，從而導致列車與鋼軌間產生非接觸式電磁滑動摩擦，對列車進行快速制動。

磁軌制動屬于非粘附性制動方式，制動過程中產生的熱量小、噪音低，對列車車輪的損傷較小，而且磁軌制動系統的可靠性高、不需依賴車輛供電系統、耗能較少、易于控制與操縱，在制動過程中能夠自動適應列車運行速度。近年來，隨著社會不斷加大對永磁軌道制動裝置的研發投入，磁軌制動在地鐵制動中有著廣闊的應用前景[2]。

2.4渦流制動方式分析。

渦流制動有線性渦流制動和旋轉渦流制動兩種形式，主要是通過電磁感應效應形成制動力對地鐵列車進行制動的。

線性渦流制動是將渦流電磁鐵安裝在列車底架的測梁上，使其正對鋼軌的軌頭，在列車制動時通過電控系統給渦流電磁鐵通上交變電流，因渦流電磁鐵與鋼軌間的電磁感應效應會在鋼軌中產生渦流，從而導致電磁鐵產生一個與列車運行速度相反的制動力，對行駛的列車進行剎車制動。

旋轉渦流制動是將渦流感應盤安裝在列車轉向架的車軸上，并將渦流電磁鐵安裝在渦流感應盤一側，在列車制動時通過電控系統給渦流電磁鐵通上交變電流，因渦流電磁鐵與渦流感應盤間的電磁感應效應會在渦流感應盤中產生渦流，導致與渦流感應盤相連的車軸受到一個與列車運行速度相反的制動力，從而產生制動。

渦流制動屬于非接觸性制動方式，制動過程中產生的發熱量小、噪聲低、穩定性好、可靠性高。但是，渦流制動因受到電磁力的影響，導致高速時制動效果不佳，只適合中低速制動。

2.5動力制動方式分析。

動力制動主要是將列車牽引動力經過電控系統轉換成制動動力，并通過制動閘瓦進行剎車制動的，包括再生制動和電阻制動兩部分。地鐵列車在進行動力制動時，先經過再生制動將牽引動能轉換成電能，并反饋給列車電網系統，再經過電阻制動將再生制動產生的多余電能加到制動電阻上，轉換成剎車熱能散發到空氣中[3]。動力制動實現了能源的再生利用，符合節能環保的原則，而且制動平穩可靠。

3.地鐵不同制動方式的可靠性對比分析

地鐵制動方式的可靠性是指在規定的環境條件和時間內采用不同制動方式完成規定制動功能的能力。如表1所示，從地鐵采用上述五種制動方式的對比中可知，列車低速運營時應采用閘瓦制動或渦流制動，高速運營時應采用盤形制動或磁軌制動，而動力制動是列車中低速運營時應優先采取的制動方式。

4.小結

本文先通過分析地鐵采用閘瓦制動、盤形制動、磁軌制動、渦流制動、動力制動五種方式進行制動的原理和優缺點，然后對比分析采用不同制動方式的可靠性，得出列車在低速運營時應采用閘瓦制動或渦流制動，在中低速運營時應優先采用動力制動，在高速運營時應采用盤形制動或磁軌制動的結論。本文通過對比分析地鐵采用不同制動方式的可靠性，能夠給予地鐵制動系統的研發者提供一定的借鑒參考。

參考文獻

[1] 張治國， 黃金橋， 王茹玉. 城市軌道交通車輛制動方式綜述[J]. 企業技術開發， 2015， 34（16）：64-65.

[2] 裴玉春， 吳興東， 王鵬，等. 現代有軌電車電磁軌道制動方式初探[J]. 鐵道機車車輛， 2015， 35（4）：84-86.

[3] 宗慶云. 淺析地鐵牽引供電系統再生制動儲能控制[J]. 山東工業技術， 2018（2）.