基于地铁不同制动方式的可靠性分析

林鹏飞 ��

摘 要： 随着各大城市相继加快地铁建设，其制动系统的可靠性逐渐成为研究热点与重点。本文首先分析闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动、涡流制动、动力制动五种制动方式的原理和优缺点，然后对比分析采用不同制动方式的可靠性，得出列车在低速运营时应采用闸瓦制动或涡流制动，在中低速运营时应优先采用动力制动，在高速运营时应采用盘形制动或磁轨制动的结论。本文通过对比分析地铁采用不同制动方式的可靠性，能够给予地铁制动系统的研发者提供一定的借鉴参考。

关键词： 地铁； 制动方式； 可靠性分析

【中图分类号】 U260.35 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）11-0213-01

1.引言

随着国民经济的快速发展，各大城市相继加快地铁建设，致使地铁成为广大市民的出行首选。而地铁制动系统是保障列车安全运营的核心，其可靠性逐渐成为研究热点与重点。

各大城市因人口、经济、地质环境等因素，地铁的运营速度大不相同，需要根据实际需求采用合适的列车制动方式。本文将分析对比不同制动方式的原理和优缺点，并对比其可靠性，探讨不同制动方式适合的运营速度，从而给地铁制动系统的研发者提供一定的借鉴参考。

2.地铁不同制动方式原理分析

地铁建设需要根据不同地质状况、建设成本、运营速度采用不同的制动方式，目前地铁的制动方式主要有：闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动、涡流制动、动力制动等。

2.1闸瓦制动方式分析。

闸瓦制动主要是通过刹车制动时闸瓦与车轮踏面间的强大摩擦实现的。首先，制动系统中的空气压缩机将产生的压缩空气通过制动管输送到制动缸中，并推动制动缸中的活塞运动，从而带动与活塞相连的闸瓦压紧在车轮踏面上，与车轮间产生强大的机械摩擦阻力，对列车进行刹车制动[1]。

闸瓦制动是目前地铁上使用最广泛的一种制动方式，其結构简单、制造成本低、受环境影响小，但在地铁高速运行时，存在制动效率低、发热量大的缺陷。而且，闸瓦制动对闸瓦的材料性能要求很高，需要采用散热性好、摩阻大、抗侵蚀的高强度复合材料，并且需要定期检修更换，以保障地铁制动系统运行稳定可靠。

2.2盘形制动方式分析。

盘形制动主要是通过刹车制动时闸片与制动盘间的机械摩擦实现的。在地铁的车轮侧面安装有制动盘，列车制动系统在刹车制动时利用空气压缩机产生的压缩空气将闸片压紧到制动盘侧面，依靠闸片与制动盘间的强大摩擦阻力来制动列车。

盘形制动与闸瓦制动都属于摩擦制动方式，但盘形制动相比闸瓦制动的散热性好、噪声低、成本高。而且，盘形制动的制动效率与稳定性远高于闸瓦制动，适合于高速运行的列车制动，因此高速运营的地铁一般采用盘形制动方式，以确保其制动稳定可靠，保障市民的生命财产安全。

2.3磁轨制动方式分析。

磁轨制动主要是通过转向架与钢轨间的电磁滑动摩擦实现的。在地铁的转向架上安装有制动电磁铁，在列车运行时与钢轨间存在一定的间隙距离，可在列车制动时通电励磁后与钢轨紧密吸附，从而导致列车与钢轨间产生非接触式电磁滑动摩擦，对列车进行快速制动。

磁轨制动属于非粘附性制动方式，制动过程中产生的热量小、噪音低，对列车车轮的损伤较小，而且磁轨制动系统的可靠性高、不需依赖车辆供电系统、耗能较少、易于控制与操纵，在制动过程中能够自动适应列车运行速度。近年来，随着社会不断加大对永磁轨道制动装置的研发投入，磁轨制动在地铁制动中有着广阔的应用前景[2]。

2.4涡流制动方式分析。

涡流制动有线性涡流制动和旋转涡流制动两种形式，主要是通过电磁感应效应形成制动力对地铁列车进行制动的。

线性涡流制动是将涡流电磁铁安装在列车底架的测梁上，使其正对钢轨的轨头，在列车制动时通过电控系统给涡流电磁铁通上交变电流，因涡流电磁铁与钢轨间的电磁感应效应会在钢轨中产生涡流，从而导致电磁铁产生一个与列车运行速度相反的制动力，对行驶的列车进行刹车制动。

旋转涡流制动是将涡流感应盘安装在列车转向架的车轴上，并将涡流电磁铁安装在涡流感应盘一侧，在列车制动时通过电控系统给涡流电磁铁通上交变电流，因涡流电磁铁与涡流感应盘间的电磁感应效应会在涡流感应盘中产生涡流，导致与涡流感应盘相连的车轴受到一个与列车运行速度相反的制动力，从而产生制动。

涡流制动属于非接触性制动方式，制动过程中产生的发热量小、噪声低、稳定性好、可靠性高。但是，涡流制动因受到电磁力的影响，导致高速时制动效果不佳，只适合中低速制动。

2.5动力制动方式分析。

动力制动主要是将列车牵引动力经过电控系统转换成制动动力，并通过制动闸瓦进行刹车制动的，包括再生制动和电阻制动两部分。地铁列车在进行动力制动时，先经过再生制动将牵引动能转换成电能，并反馈给列车电网系统，再经过电阻制动将再生制动产生的多余电能加到制动电阻上，转换成刹车热能散发到空气中[3]。动力制动实现了能源的再生利用，符合节能环保的原则，而且制动平稳可靠。

3.地铁不同制动方式的可靠性对比分析

地铁制动方式的可靠性是指在规定的环境条件和时间内采用不同制动方式完成规定制动功能的能力。如表1所示，从地铁采用上述五种制动方式的对比中可知，列车低速运营时应采用闸瓦制动或涡流制动，高速运营时应采用盘形制动或磁轨制动，而动力制动是列车中低速运营时应优先采取的制动方式。

4.小结

本文先通过分析地铁采用闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动、涡流制动、动力制动五种方式进行制动的原理和优缺点，然后对比分析采用不同制动方式的可靠性，得出列车在低速运营时应采用闸瓦制动或涡流制动，在中低速运营时应优先采用动力制动，在高速运营时应采用盘形制动或磁轨制动的结论。本文通过对比分析地铁采用不同制动方式的可靠性，能够给予地铁制动系统的研发者提供一定的借鉴参考。

参考文献

[1] 张治国， 黄金桥， 王茹玉. 城市轨道交通车辆制动方式综述[J]. 企业技术开发， 2015， 34（16）：64-65.

[2] 裴玉春， 吴兴东， 王鹏，等. 现代有轨电车电磁轨道制动方式初探[J]. 铁道机车车辆， 2015， 35（4）：84-86.

[3] 宗庆云. 浅析地铁牵引供电系统再生制动储能控制[J]. 山东工业技术， 2018（2）.