軌道交通制動(dòng)原理概述及專利申請(qǐng)分析

汪煜婷 靳宇 王成

摘要：本文主要針對(duì)輪式制動(dòng)、其它制動(dòng)方式的制動(dòng)原理進(jìn)行概述，并選擇了VEN專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)（簡(jiǎn)稱：CNABS）作為檢索基礎(chǔ)，針對(duì)二者專利申請(qǐng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

關(guān)鍵詞：輪式制動(dòng);其它制動(dòng)方式;專利申請(qǐng)

前言

軌道交通制動(dòng)方式有很多種類型，其中輪式制動(dòng)是本領(lǐng)域中最常見(jiàn)、應(yīng)用最普遍的類型之一。近些年，軌道交通領(lǐng)域還出現(xiàn)了一些其它的制動(dòng)方式類型，如翼板制動(dòng)、電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)等，它們一般作為輔助的制動(dòng)方式，以與軌道車輛主要的制動(dòng)方式如輪式制動(dòng)配合使用，以進(jìn)一步保證制動(dòng)效果。本文主要針對(duì)輪式制動(dòng)、其它制動(dòng)方式的制動(dòng)原理進(jìn)行概述，并就其專利申請(qǐng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.制動(dòng)原理概述

輪式制動(dòng)，指的是制動(dòng)元件與輪緣、鼓輪或類似元件的內(nèi)、外圓周相互作用的制動(dòng)方式，其根據(jù)作用位置的不同可分為：與外圓周相互作用、與內(nèi)圓周相互作用兩類。其中與外圓周相互作用的制動(dòng)方式根據(jù)制動(dòng)元件的類型不同又可分為帶式制動(dòng)、閘瓦制動(dòng);與內(nèi)圓周相互作用的制動(dòng)方式主要體現(xiàn)為鼓式制動(dòng)。

1.1輪式制動(dòng)原理

與外圓周相互作用的制動(dòng)方式根據(jù)制動(dòng)元件的類型不同又可分為帶式制動(dòng)、閘瓦制動(dòng)。帶式制動(dòng)，指的是采用制動(dòng)帶作為制動(dòng)元件，其與輪緣、鼓輪或類似元件的外圓周相互摩擦作用的制動(dòng)方式，圖1示出了帶式制動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，車輪外側(cè)設(shè)有帶式制動(dòng)器，帶式制動(dòng)器的內(nèi)部為制動(dòng)片，外部為制動(dòng)帶，制動(dòng)帶的一端通過(guò)固定軸固定，另一端通過(guò)制動(dòng)桿和制動(dòng)缸連接在一起，通過(guò)外層的制動(dòng)帶對(duì)內(nèi)層制動(dòng)片的壓縮，進(jìn)而緊壓車輪外圓周表面，實(shí)現(xiàn)摩擦制動(dòng)。閘瓦制動(dòng)，指的是采用閘瓦作為制動(dòng)元件，其與輪緣、鼓輪或類似元件的外圓周相互摩擦作用的制動(dòng)方式，圖2示出了閘瓦制動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，制動(dòng)缸通過(guò)制動(dòng)杠桿連接車輪上的閘瓦，從而帶動(dòng)閘瓦緊壓車輪外圓周表面，實(shí)現(xiàn)摩擦制動(dòng)。

與內(nèi)圓周相互作用的制動(dòng)方式主要體現(xiàn)為鼓式制動(dòng)，一般為內(nèi)張式，也即制動(dòng)塊設(shè)置在制動(dòng)輪內(nèi)側(cè)，在制動(dòng)的時(shí)候制動(dòng)塊向外擴(kuò)張開(kāi)來(lái)，進(jìn)而緊壓在制動(dòng)輪的內(nèi)圓周表面，達(dá)到制動(dòng)目的。圖3示出了閘瓦制動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，凸輪軸的旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動(dòng)剎車襯墊的往外張移，利用剎車襯墊上所設(shè)的剎車片對(duì)車輪鼓產(chǎn)生磨擦制動(dòng)力，以達(dá)到剎車作用。

1.2其它制動(dòng)方式制動(dòng)原理

其它制動(dòng)方式一般作為輔助的制動(dòng)方式，以與軌道車輛主要的制動(dòng)方式如輪式制動(dòng)配合使用，以進(jìn)一步保證制動(dòng)效果，其主要包括翼板制動(dòng)、電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)等。以下對(duì)上述三種制動(dòng)方式的制動(dòng)原理進(jìn)行概述。

翼板制動(dòng)，指的是從車體上伸出翼板來(lái)增加空氣阻力的制動(dòng)方式，若翼板的位置適當(dāng)，列車運(yùn)行時(shí)的空氣阻力可增加3-4倍。圖4示出了翼板制動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，在列車機(jī)車和車廂頂部安裝翼板，翼板通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的伸縮進(jìn)行開(kāi)閉控制，在列車正常運(yùn)行時(shí)，翼板處于收起關(guān)閉狀態(tài)，與車頂外表面融為一體，不會(huì)帶來(lái)額外阻力;當(dāng)列車進(jìn)站需要制動(dòng)時(shí)，翼板由驅(qū)動(dòng)器打開(kāi)，與來(lái)流方向成一定角度（一般呈60°～90°），提供空氣制動(dòng)阻力。

電阻制動(dòng)，是指在制動(dòng)時(shí)將原來(lái)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)的牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，由輪對(duì)帶動(dòng)發(fā)電，并將電流通往專門設(shè)置的電阻器，采用強(qiáng)迫通風(fēng)使熱量耗散于大氣，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用，該制動(dòng)方式已在各國(guó)動(dòng)車組上被大量應(yīng)用。圖4示出了電阻制動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，制動(dòng)電源、制動(dòng)電阻和牽引電機(jī)三者順序連接成閉合回路，其中制動(dòng)電源可為機(jī)車主電路原有的晶閘管、整流管等構(gòu)成的半控橋牽引電源，牽引電機(jī)由勵(lì)磁繞組和電樞組成，電阻制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，電流通往制動(dòng)電阻，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為制動(dòng)電阻產(chǎn)生的熱能，從而達(dá)到制動(dòng)效果。

與電阻制動(dòng)相似，再生制動(dòng)也是將牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。不同的是，它將電能反饋回電網(wǎng)，使本來(lái)由電能變成的列車動(dòng)能再生為電能，而不是變成熱能耗散掉。顯然，再生制動(dòng)比電阻制動(dòng)更加經(jīng)濟(jì)。因此，20世紀(jì)90年代后再生制動(dòng)在各國(guó)動(dòng)車組上獲得了廣泛應(yīng)用。圖5示出了再生制動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，在軌道車輛的再生制動(dòng)工況，牽引電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，對(duì)軌道車輛進(jìn)行制動(dòng)，回饋的制動(dòng)能量一部分通過(guò)隔離轉(zhuǎn)換單元向蓄電池充電，一部分通過(guò)牽引逆變器、四象限整流器、牽引變壓器、交流開(kāi)關(guān)回饋至接觸網(wǎng)中，從而達(dá)到制動(dòng)效果。

2.專利申請(qǐng)情況概述

圖5示出了輪式制動(dòng)各技術(shù)分支分別在華和全球的專利申請(qǐng)情況，圖6示出了其它制動(dòng)各技術(shù)分支分別在華和全球的專利申請(qǐng)情況，。

可見(jiàn)，閘瓦式制動(dòng)在所有輪式制動(dòng)中具有很大的占比，該制動(dòng)方式也是目前軌道車輛中使用最為廣泛的制動(dòng)方式;翼板制動(dòng)在其它制動(dòng)方式中具有相對(duì)較大的專利申請(qǐng)量。

結(jié)語(yǔ)

輪式制動(dòng)中的閘瓦式及盤式制動(dòng)中的軸盤式是目前軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)中最常用的制動(dòng)方式;翼板制動(dòng)在其它制動(dòng)方式中具有相對(duì)較大的專利申請(qǐng)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭俊彬等，動(dòng)車組牽引與制動(dòng)[M].中國(guó)鐵道出版社，2009，3-11.