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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:
1
Q(£)=去优(确一诉)
厶
(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
.
2
2
12350
13625
400875
车轮的材科
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钢
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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
钢
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。
J
八
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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
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■.一、驾鬻
一
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拖车制动盘的形式/咖
拖车制动盘的材料轴重/kg?8?
mm×110蚴
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等
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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
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、
每个车轴的卡钳制动装置数量
t
、
拖车
、
2套盘形制动单元l套盘形制动单元
AMD
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制动盘的形式/蚴
制动盘的材料轴重/kg拖车
11640蚴×110
mmGcI
、J
I
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
钢
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
喀
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...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。
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(b)功辜1个翻动量
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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\
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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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(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
钢
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)
L
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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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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