[发明专利]一种真空管道轮轨列车的制动装置

说明书

技术领域

本发明属于铁路车辆的制动技术领域，涉及一种真空管道轮轨列车的制动装置。

背景技术

大气环境中的列车，随着速度的不断提高，列车与空气之间的相互作用力越来越剧烈，气动阻力、横风效应、会车效应、隧道效应和气动噪声等显著增强。以350公里时速的动车为例，空气阻力超过列车总阻力的90%；由于列车在空气中的振动加剧，列车在轮轨上的横向及纵向滑动增强，导致轮轨的黏着系数降为低速列车的约十分之一，给列车的爬坡与制动带来严重影响；另外在强横风作用下，高速列车的气动阻力、升力和侧向力急剧增加，横向稳定性明显恶化，极易发生脱轨、倾覆事故；高速列车进入隧道产生微气压波，增加高速列车气动阻力，并严重降低车内乘客的舒适度，高速列车噪声也随着车速的提高而明显增强；此外，随着车速的提高，车顶受电弓的运行状况恶化，电弧频繁发生，接触网与受电弓滑板的热损与机械磨损加剧，由此引发的停车事故显著上升，给列车的安全运行提出了严重挑战。

由于大气环境中的列车提速面临的问题越来越多，能耗越来越大，提速获得的收益越来越小，而运行安全性面临的挑战却越来越大，迫使人们重新思考高速列车的未来，为此，美国科技狂人马斯克提出了真空管道胶囊超级列车的概念，理论时速可以达到6000公里以上，北京到纽约2小时左右到达；但是这种技术目前只停留在概念阶段，需要攻克的技术难题很多，短期内很难看到应用的前景。而建立在轮轨技术基础上的高速列车目前相对很成熟，如果将大气环境下的高速列车转移到真空管道中，面对的技术问题则要简单许多，提速到1000公里时速是完全有可能实现的。

在真空管道内，由于没有空气阻力或者空气阻力占的比例很小，列车的速度很容易达到超高速，但让高速运行的列车停下来则要比大气环境下困难得多，原因是目前大气环境中的制动手段在真空环境下几乎完全失效，因为目前的制动手段除再生制动（不包括再生电阻制动）外，其它制动手段毫无例外均是通过将列车的动能转化为热能消散于空气中得以实现的，在真空环境中，由于制动过程产生的热量无法消散，必然导致制动装置产生高温而使制动效率严重下降或完全失效。

目前，大气环境中的列车的制动方式按动能消耗方式分为摩擦制动（又称空气制动）与动力制动；摩擦制动包括闸瓦制动（踏面制动）、盘形制动、磁轨制动；动力制动包括电阻制动、再生制动、旋转涡流制动、轨道涡流制动等。按制动力形成方式又可分为粘着制动与非粘着制动，其中，闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、旋转涡流制动属粘性制动，磁轨制动与轨道涡流制动属非粘性制动。

目前大气环境中的高速列车普遍采用复合制动模式，即空气制动与动力制动结合，磁轨制动作为紧急制动的备用手段。磁轨制动是通过使列车转向架上的磁铁放下，利用磁铁与轨道之间的吸引力来产生较大的摩擦力，从而使列车减速。磁轨制动属于非黏着制动，制动力不受轮轨黏着系数的影响，制动力较稳定，但目前磁轨制动技术只能提供总制动力的10%多一点，而且磁轨制动直接与轨道摩擦，产生很大的热能，导致轨道升温，同时它对钢轨磨损较大，因此磁轨制动被更多地运用于紧急制动。

在正常情况下，大气环境中的高速列车以动力制动为主，不足部分以空气制动作为补偿。在该制动模式中，动力制动能力主要取决于动车的数量和各动车的动力制动功率。在动力分散式高速列车中，动力制动的能量占50%以上。对于动力集中式高速列车，在调速制动时，动力制动也占有较大的比例。

空气制动是大气环境中高速列车紧急制动的主要手段，而盘型摩擦着制动则是空气制动最重要的方式，盘形制动方式随着列车运行速度的提高,动能的增加,制动时产生的热能也大大增加,巨大的制动热负荷使制动盘容易产生热疲劳破坏，主要表现在交变温度和交变热应力同时作用下的机械损伤、组织蜕变和氧化腐蚀，严重时会在制动盘摩擦面上产生径向裂纹,容易导致制动盘的脆性断裂,影响行车安全，此外制动盘表面发生高温蠕变、高温氧化及摩擦热造成材料软化等问题。

动力制动虽然效率较高，在常规制动中大量使用，但因该制动装置设计复杂，安装精度高，管线多，在意外情况下，列车可能发生电气故障而导致失电，所以在紧急制动中只能作为备选手段而不能作为终极的制动手段。表1为我国高速试验列车300km/h紧急制动时各种制动方式制动力的分配比例。

表1紧急制动时各制动方式制动力占比分配（%）。