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北京地铁新线100kmh 车辆热容量问题分析
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北京地铁新线100km/h车辆热容量问题分析


试验研究

文章编号:l∞2—7602(20llJ03-∞07屯4

铁道车辆第49卷第3期2011年3月

北京地铁新线100km/h车辆热容量问题分析

王晓东

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心,山东青岛266031)

摘要:对北京地铁新线100km/h车辆热容量问题进行了分析,对4种基础制动装置的配置方案进行了探讨。

关键词:热容量;紧急制动;常用制动;轮对蹯面;制动盘;制动卡钳

中图分类号:U270.35

文献标识码:B

1概述

随着北京市郊区地铁线路的开通,越来越多线路

的地铁车辆速度等级提高到100km/h。速度从80

AW3载荷,紧急制动施加纯空气制动,常用制动采用电空混合方式(优先采用电制动,不足部分补充空气制

动)。

2.1

方案l

km/h提高到100km/h后,速度提高了25%,制动能量提高了56.25%。产生的多余制动能量需要通过电

制动转换为电能、通过基础制动装置转换为热能。

拖车转向架每轴安装2个PEC7型踏面制动单元,动车转向架每轴安装2个PEC7型踏面制动单元,参见图1所示。

根据能量守恒定律,假设车辆动能全部转化为热能,则制动过程中闸瓦与车轮摩擦产生的热量Q(£)为:



Q(£)=去优(确一诉)



(1)(2)

其中

阢=‰一口£

式中:m——车辆的质量;

矾——车辆的制动初始速度;口,——车辆的运行速度;口——车辆的减速度。

下面根据4种不同的基础制动装置配置方案进行热容量分析计算(踏面制动单元和卡钳制动单元采用德国knorr公司的产品)。

2热容量分析计算

(b)动事

目前国际上没有对踏面制动车轮最高温度的统一评价标准。根据车轮材料的特点,当车轮踏面温升超过http://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.html奥氏体化相变临界温度后,车轮踏面材料将出现奥氏体,踏面快速冷却时,奥氏体将转变为脆硬马氏体,在车轮后继滚动过程中容易导致车轮踏面剥离、脱落等,加速车轮磨损,所以要求车轮踏面最高温度应低于相变温度。本文根据TIyT2403—1993《货车高摩擦系数合成闸瓦》的要求及经验数值来评价车轮最高温度。

目前地铁制动盘的材质一般采用铸铁,其允许的工作温度为300℃左右。

计算基于:6节编组(4动2拖编组方式)的北京地铁新线100km/h车辆,最高运行速度口=lOOkm/h,

收稿日期:2010—05—07{修订日期:2010一12—22作者简介:王晓东(1977一),男.工程师。

圈l

方案1拖车踏面制动和动车踏面制动示意图

方案1计算所需的列车仿真输入参数见表l。热容量计算结果见表2。

衰1方案l计算所需的列车仿真输入参数

每个车轴的踏面制动单元数量/个拖车动车轴重/kg拖车动车

旋转质量/(轴?kg_1)拖车

动车







12350

13625

400875

车轮的材科

?



7r?

铁道车辆第49卷第3期2011年3月

注:ED一电制动。

方案1的计算结果表明:连续施加3次紧急制动后,轮对踏面承受的热应力很高,损伤的风险很高。

2.2方案2

拖车动车

旋转质量/(轴?k91)拖车动车

拖车制动闸片的材质及规格动车的闸瓦尺寸/mm车轮的材料

40087512

422

13477

拖车转向架每轴安装2套由1个AMD640的轴装铸铁制动盘和1个wZK型紧凑式制动卡钳单元组成的盘形制动单元,动车转向架每轴安http://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.html装2套PEC7型踏面制动单元,参见图2所示。

organic,400咖2×35

mm

250×80×60



840lO1001.091.320

新轮的直径/姗

环境温度/℃

最高运行速度/(km?h一1)常用制动瞬间减速度/(m?s一2)紧急制动瞬间减速度/(m?s一2)车站停车时间/5终点站停留时问/8

表4方案2拖车制动盘的热容量计算结果

120

(-)托辜

序号

T挣…

每个车轮的载荷制动盘允许施加的

(含旋转质量)/kg温度/℃紧急制动次数…’

评偷

(b)动辜

圈2方案2拖车制动盘和动车踏面制动示意图

方案2计算所需的列车仿真输入参数见表3。热容量计算结果见表4。





rⅧ动盘曩I





裹3方案2计算所需的列车仿真输入参数

每个车轴制动装置数量拖车动车

2套盘形制动单元z套踏面制动单元

AMD1‘640



■.一、驾鬻









L~



拖车制动盘的形式/咖

拖车制动盘的材料轴重/kg?8?

mm×110蚴

GcI

尸{}

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时问,.

圈3方案2拖车盘形制动单元3次紧急捌动热容量模拟计算

北京地铁新线10http://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.html0km/h车辆热容量问题分析王晓东

拖车的制动盘在电空混合制动过程中承担更多的

制动力,这样可以减少或避免动车轮对踏面的热应力车根据O.15的黏着系数充分利用空气制动,动车补充剩余的空气制动。

方案2的计算结果表明:

(1)对于紧急制动,连续施加3次对轮对踏面会

及损伤,同时也可避免拖车轮对踏面的损伤。

动车的热容量计算结果见表5。常用制动时,拖

裹5方案2动车热容量计算结果

方案3计算所需的列车仿真输入参数见表6。热容量计算结果见表7。

裹6方案3计算所需的列车仿真输入参数



p、

越霸



}’



每个车轴的卡钳制动装置数量





拖车



2套盘形制动单元l套盘形制动单元

AMD









动车





制动盘的形式/蚴

制动盘的材料轴重/kg拖车

11640蚴×110

mmGcI

、J



1213

350626

时同,I

圈4方案2动车轮对踏面制动3次紧急制动热容量模拟计算

动车

旋转质量/(轴?kg_1)

有一定程度的损伤;

(2)对于常用制动,若电制动足够好,动车无需补充空气制动,从而没有车轮的损伤;即使电制动性能不好,与方案1(仅踏面制动)相比,同样能够减少动车车轮的制动力及热应力,减少动车车轮的磨耗。

2.3方案3

拖车://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.htmlar
动车



400875

制动闸片的材质及规格车轮的材料

Organic,400

m2×35

mm



840401001.09

新轮的直径/锄

环境温度/℃

最高运行速度/(km?h一1)

拖车转向架每轴安装2套由1个AMD640的轴装铸铁制动盘和1个WZKK36型紧凑式制动卡钳单元组成的制动单元,动车转向架每轴安装1套由1个

AMD640的轴装铸铁制动盘和1个wZKK67型紧凑

常用制动瞬间减速度/(m?sq)紧急制动瞬间减速度/(m?s一2)车站停车时间/5终点站停留时间/s

1.3

20

120

式制动卡钳单元组成的制动单元,参见图5所示。

衷7方案3动车制动盘的热容量计算结果



虹辞...L

噼勒l

御旺牛翱

丰D

...L....L

(?)拉车2个翻动蠢

...L

方案3的计算结果表明:动车制动盘允许施加1次紧急制动;连续施加2次紧急制动后,制动盘温度达到300℃~350℃,制动盘的热裂纹风险增加。2.4方案4

拖车转向架每轴安装2个WMD640的轮装铸铁制动盘和2个RZSS型紧凑式制动卡钳单元,动车转向架每轴安装2个WMD640的轮装铸铁制动盘和2个RZSS型紧凑式制动卡钳单元,参见图7所示。

?9‘

旺蕈

1卫

5匕]

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(b)功辜1个翻动量

毫一口f

....L



圈5方案3拖车2个制动盘和动车1个制动盘示意图
://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.htmlpar厂\

倒动

盘曩卑













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图6方案3动车制动盘2次肇急制动热容量模拟计算

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L1



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(-)擅事2个■动量



省勘萨



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(h)动车2个翻动盘

圈7方案4拖车2个制动盘和动车2个制动盘示意圈

方案4计算所需的列车仿真输入参数见表8。

裹8方案4计算所需的列车仿真输入参数每个车轴的卡钳制动装置数量拖车2套盘形制动单元动车2套盘形制动单元

锎动盘的形式WMD如40mm×135mm

制动盘的材料GCI

轴重/kg拖车动车

旋转质量(轴?kg-1)拖车425

动车

950

制动闸片的材质及规格0rgaIIic。400cm2×24mm

车轮的材料



新轮的直径/m

840环境温度/http://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.html℃

40

最高运行速度/(km?h一1)100

常用制动瞬间减速度/(m?s一2)1.09

?j0?

铁道车辆第49卷第3期2011年3月

紧急制动瞬间减速度/(m?8—2)



车站停车时阃/s终点站停留时间/s

1心∞∞

方案4动车制动盘的热容量计算条件:(1)动车制动盘的制动力为11

855

N,动车制动盘的制动质量为8351kg;

(2)拖车制动盘的制动力为10

773

N,拖车制动

盘的制动质量为7

589kg;

(3)连续施加2次紧急制动,Ⅱ=1.42m/s2。

方案4的计算结果:动车制动盘的温度达到221℃,可以接受,参见图8。

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甚警

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时问,.

田8方案4动车2个制动盘2次紧急制动热容量模拟计算

方案4计算结果表明:

(1)制动盘允许施加的紧急制动次数为10000

次;

(2)常用制动、紧急制动对制动盘、轮对踏面的磨耗、损伤低于方案1、方案2、方案3。

3结束语

由于热容量的限制,踏面制动已经不适应80km/h以上的车辆,需要采用制动功率更大的盘形http://www.wenkuxiazai.com/doc/ce910988e53a580216fcfe93.html制动;特别是拖车,由于空气制动的频繁施加,需要采用盘形制动单元才能有效地保护车轮。

对于100km/h及以上速度等级的地铁车辆,考虑

到动车转向架空间的影响和拖车、动车的互换性,建议拖车/动车转向架每轴均配置2套轮装盘形制动单元。

(编辑:任海)

北京地铁新线100km/h车辆热容量问题分析

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

王晓东,WANGXiao-dong

南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心,山东,青岛,266031铁道车辆

ROLLINGSTOCK2011,49(3)



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