轨道车辆制动毕业论文

铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗 摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数 量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。 关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗 众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生 的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮 轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源 很多,耗资也很大。 随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损 所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各 种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损 后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。在这 方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出 过惨重代价。例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂 而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡, 84人重伤,直接经济损失约2亿马克。 与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我 国的一项基本战略决策。为了节约能源,降低铁路 运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车 辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。应当 采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失 降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。 1 铁路钢轨的磨耗 据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30% 的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有 60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨 损带来的损失很大。 1.1 钢轨损伤的形态 铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态 主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢 轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重 载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢 轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见 图1)。 1.2 钢轨的年消耗量 据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材 每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其 中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~ 80万t/年。 据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更 换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中,因 钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤,占钢轨总损伤 量的80%以上,即40亿元左右。 2 机车车辆车轮的磨损 车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列 车运行中,车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨 耗,而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。 2.1 车轮损伤的形态 据失效分析统计,铁道机车车辆车轮损伤的主 要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏 面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车 轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动 热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、 内部缺陷应力集中等。 2.2 车轮的消耗 目前,我国铁路机车、客车和货车约有500万 个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗,主要是指 磨损后车轮的维修和更换 以2006年为例,全路的机车、客车和货车就消 耗新轮63·1万只,平均以0·5万元/只计算,所需费 用约为31·55亿元。 在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程 应用咨询项目”时,笔者曾于2006年11月赴北京 铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部 件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解 到:以DF4型机车为例,由于车轮维修或全部更换, 该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别 为3·3万元和42·4万元,这尚不包括因修理或更换 时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮 与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车 保有量17 500台推算,仅机车车轮的维修费用就近 5·8亿元。 2.3 制动闸瓦的消耗 在机车车辆制动系统的摩擦制动中,主要有踏 面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速 客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外,其 他的机车车辆都是采用踏面制动,这对车轮的磨耗 是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦,可以获得 较高的黏着系数且摩擦系数稳定,但是磨耗快,成 本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例,在1 个大修期内,每台DF4型机车需更换闸瓦8次, DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此,每台机车的 换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现 有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算,这些 机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万 3 降低轮轨磨耗的技术措施 我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应 注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的 能量中,约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有 关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~ 1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施,都会直接或 间接地节约能源。” 针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费 用高的现象,如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面 打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装 置等现有的成熟技术,不但可以明显改善轮轨摩擦 磨损的现状,而且可以节约能源和原材料,大大降 低消耗,取得显著的经济效益。 3.1 采用淬火钢轨与维护 钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复 杂的系统问题,根据不同的线路或区段,合理地选 择钢轨,有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨 就很少发生波磨,因为它有较高的强度和硬度。因 此,建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢 轨。此外,轨面打磨也是主要防护手段,轨面打磨 可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的 磨损。实践表明,它可延长波磨轨寿命50%以上。 从调查得知,若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的 钢轨打磨等技术,仅钢轨材料一项每年就可节约费 用20亿元左右,因减磨而节约的能耗费用也是很 大的。 3.2 采用磨耗型车轮踏面 车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和 轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使 用与维修都有相应的标准,如《DF4型内燃机车段 修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大 于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面 时,踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过 这些标准,就会危及行车安全。 早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使 用初期磨损很快,当磨损到一定程度后,磨损速率 开始减缓,踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试 验发现,如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车 轮踏面廓形,可有效地减轻轮轨接触应力,迅速降 低轮轨磨耗,有效延长轮轨使用寿命。 四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路 局的机车车轮外形轮廓实测的基础上,设计了小半 径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运 用结果表明,应用该外形设计后,与原锥型踏面车 轮相比,轮缘减磨可达30%~70%. 一些铁路局根据各自所管辖线路的特点,也分 别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研 发的ST系列磨耗型踏面,就取得了很好的减磨效 果(参见表5)。 表5 上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比 由表5可知,采用ST-2型踏面后,机车每万公 里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm,降低 了38%,车轮踏面剥离的故障也明显减少。 据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮 踏面,每台机车每年可节约费用1·5万元。 3.3 采用径向转向架 传统的机车转向架,因传递牵引力和保证直线 上走行性能的需要,各轴基本上是被约束成相互平 行的。在通过曲线时,这种刚性定位的轮对与钢轨 之间会形成明显的冲角,从而使轮、轨都产生严重 的磨耗。曲线半径越小,磨耗越严重。为降低轮、 轨的磨耗,近年来国内外开展了机车径向转向架研 究,并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲 线时的运行示意图见图3。 再举几个例子,以说明装用径向转向架后轮缘 的磨耗情况。 戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转 向架的DF8B型7001号机车,在上海铁路局进行的 线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向 架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比,前者的轮 缘磨耗仅为16%。【下转第8页】 【上接第4页】 资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统 转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。 测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而 言,轮缘磨耗至少降低了45%。 大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转 向架机车,在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据 表明,与装用传统转向架相比,机车车轮的轮缘磨 耗下降了74%。 据有关资料分析:若采用径向转向架技术,每 台机车每年可节约费用5·8万元。 3.4 安装轮轨润滑装置 润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路 节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电 力机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少磨耗和 阻力,降低机车能耗。” 以丰台机务段为例,安装轮轨自动润滑装置取 得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁 道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后,使 每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万 km,车轮寿命由30万km延长至80万km。 除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益 和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换 轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车,每年 可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路 17 500台机车推算,每年可直接节省旋轮(或换轮) 费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说 明:通过安装轮轨自动润滑装置,对轮轨进行润滑 后,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分 可观。 4 结语 综上所述,在铁路运输中,机车车辆轮轨的摩 擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车 轮磨损,不但增加了材料的消耗,提高了修理成本 而且降低了运输的效率,增加了能源的消耗。为此 提出以下建议。 (1)从设计、制造到运输、修理,所有与此相关 的人员,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,都应当 高度重视,并采取相应的对策。 (2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措 施,应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进 行适当的热处理和打磨,开发新型闸瓦,扩大磨耗 型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应 用等。 (3)在今后的技术引进或产品自主创新的研 发中,应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的 研究。与此同时,应寻求和开发更适应轮轨摩擦副 的新材料、新技术、新工艺,以延长关键摩擦磨损件 的使用寿命,进而达到节能、降耗和增效的目的。

汽车因为车轮的转动才能够在道路上行驶，当汽车要停下来时，怎么办呢？驾驶者不可能像动画片中一样的把脚伸到地面去阻止汽车前进，这时候就得依靠车上的刹车装置，来使汽车的速度降低以及停止了。 刹车装置藉由刹车片和轮鼓或碟盘之间产生摩擦，并在摩擦的过程中将汽车行驶时的动能转变成热能消耗掉。常见的刹车装置有“鼓式刹车”和“盘式刹车”二种型式，它们的基本特色如下： 一、鼓式刹车： 在车轮毂里面装设二个半圆型的刹车片，利用“杠杆原理”推动刹车片使刹车片与轮鼓内面接触而发生摩擦。 二、盘式刹车： 以刹车卡钳控制两片刹车片去夹住轮子上的刹车碟盘。在刹车片夹住碟盘时，其二者间会产生摩擦。 汽车在湿滑或结冰的低摩擦路面上行驶时，如果发生过度刹车的情况，则车轮会被刹车装置锁死而失去抓地力，导致车辆失去控制方向的能力。为了使车辆在这种危险的路面上能够有效控制前进的方向，于是研发出ABS“防抱死刹车系统”。 性能越来越强的ABS“防抱死刹车系统”，在游刃有余之际还可以让TCS-Traction Control System“循迹控制系统”和VSC-Vehicle Stability Control“车辆稳定控制系统”（等同于ESP）来控制车辆在行驶时的循迹性能，以及控制车辆在过弯时的稳定性能。 鼓式刹车应用在汽车上面已经近一世纪的历史了，但是由于它的可靠性以及强大的制动力，使得鼓式刹车现今仍配置在许多车型上 （多使用于后轮）。鼓式刹车是藉由液压将装置于刹车鼓内之刹车片往外推，使刹车片与随着车轮转动的刹车鼓之内面发生摩擦，而产生刹车的效果。 鼓式刹车的刹车鼓内面就是刹车装置产生刹车力矩的位置。在获得相同刹车力矩的情况下，鼓式刹车装置的刹车鼓的直径可以比盘式刹车的刹车盘还要小上许多。因此载重用的大型车辆为获取强大的制动力，只能够在轮圈的有限空间之中装置鼓式刹车。 鼓式刹车的作用方式： 简单的说，鼓式刹车就是利用刹车鼓内静止的刹车片，去摩擦随着车轮转动的刹车鼓，以产生摩擦力使车轮转动速度降低的刹车装置。 在踩下刹车踏板时，脚的施力会使刹车总泵内的活塞将刹车油往前推去并在油路中产生压力。压力经由刹车油传送到每个车轮的刹车分泵活塞，刹车分泵的活塞再推动刹车片向外，使刹车片与刹车鼓的内面发生摩擦，并产生足够的摩擦力去降低车轮的转速，以达到刹车的目的。 鼓式刹车之优点： 1.有自动刹紧的作用，使刹车系统可以使用较低的油压，或是使用直径比刹车碟小很多的刹车鼓。 2.手刹车机构的安装容易。有些后轮装置盘式刹车的车型，会在刹车盘中心部位安装鼓式刹车的手刹车机构。 3.零件的加工与组成较为简单，而有较为低廉的制造成本。 鼓式刹车的缺点： 1.鼓式刹车的刹车鼓在受热后直径会增大，而造成踩下刹车踏板的行程加大，容易发生刹车反应不如预期的情况。因此在驾驶采用鼓式刹车的车辆时，要尽量避免连续刹车造成刹车片因高温而产生热衰退现象。 2.刹车系统反应较慢，刹车的踩踏力道较不易控制，不利于做高频率的刹车动作。 3.构造复杂零件多，刹车间隙须做调整，使得维修不易。 由于车辆的性能与行驶速度与日遽增，为增加车辆在高速行驶时刹车的稳定性，盘式刹车已成为当前刹车系统的主流。由于盘式刹车的刹车盘暴露在空气中，使得盘式刹车有优良的散热性，当车辆在高速状态做急刹车或在短时间内多次刹车，刹车的性能较不易衰退，可以让车辆获得较佳的刹车效果，以增进车辆的安全性。 并且由于盘式刹车的反应快速，有能力做高频率的刹车动作，因此许多车款采用盘式刹车与ABS系统以及VSC、TCS等系统搭配，以满足此类系统需要快速做动的需求。 盘式刹车的作用方式： 顾名思义，盘式刹车以静止的刹车盘片，夹住随着轮胎转动的刹车碟盘以产生摩擦力，使车轮转动速度将低的刹车装置。 当踩下刹车踏板时，刹车总泵内的活塞会被推动，而在刹车油路中建立压力。压力经由刹车油传送到刹车卡钳上之刹车分泵的活塞，刹车分泵的活塞在受到压力后，会向外移动并推动刹车片去夹紧刹车盘，使得刹车片与刹车盘发生摩擦，以降低车轮转速，好让汽车减速或是停止。 盘式刹车的优点： 1.盘式刹车散热性较鼓式刹车佳，在连续踩踏刹车时比较不会造成刹车衰退而使刹车失灵的现象。 2.刹车盘在受热之后尺寸的改变并不使踩刹车踏板的行程增加。 3.盘式刹车系统的反应快速，可做高频率的刹车动作，因而较为符合ABS系统的需求。 4.盘式刹车没有鼓式刹车的自动煞紧作用，因此左右车轮的刹车力量比较平均。 5.因刹车盘的排水性较佳，可以降低因为水或泥沙造成刹车不良的情形。 6.与鼓式刹车相比较下，盘式刹车的构造简单，且容易维修。 盘式刹车的缺点： 1.因为没有鼓式刹车的自动煞紧作用，使盘式刹车的刹车力较鼓式刹车为低。 2.盘式刹车的刹车片与刹车盘之间的摩擦面积较鼓式刹车的小，使刹车的力量也比较小。 3.为改善上述盘式刹车的缺点，因此需较大的踩踏力量或是油压。因而必须使用直径较大的刹车盘，或是提高刹车系统的油压，以提高刹车的力量。 4. 手刹车装置不易安装，有些后轮使用盘式刹车的车型为此而加设一组鼓式刹车的手刹车机构。 5.刹车片之磨损较大，致更换频率可能较高。 [编辑本段]汽车零部件行业发展趋势 汽车零部件生产企业脱离整车企业并形成专业化零部件集团，正成为一种全球化趋势。国际著名的汽车及零部件企业，几乎都在中国建立了合资或独资企业，引进技术合资企业已超过1000家。国内一批科技含量高、效益好、规模大的汽车及零部件企业逐步成长起来。随着国际上汽车行业开始实行零部件“全球化采购”策略及国际跨国汽车企业推行本土化策略，国内市场将出现巨大的零部件配件缺口。到2010年，中国汽车零部件国内产值将达到7000亿元左右。 目前，虽然全球经济整体下滑，但根据近四到五年的实际采购实践，中国采购的成果并不像大量公司预测的那样乐观，几乎80%以上的公司没有达到他们采购量和采购降成本的目标。而随着人民币升值和出口退税率的下降，中国采购面临的压力更大，国际采购商已经将目光同时转移到越南、印度、泰国、澳大利亚等其它国家与地区。从以上看来，中国的汽车零部件产业在当前的金融危机下仍将加速增长。

如果可以的话，以某一款车来叙述，会显得更加的专业

空气制动很多使用的是德国可诺尔公司的制动系统，最新的是EP2002数字制动系统，可以有效防止车辆的滑行和空转现象。再生制动就是制动时将电动机转变成发电机利用列车的惯性运动发电并把发出的电能反馈给接触网（接触轨），在接触网（接触轨）电压超过限定值的时候通过制动斩波器将电机发出的电能送给制动电阻转化为热能消耗到空气中。一般情况下优先使用电制动，在电制动不足以满足制动要求的时候，才使用空气制动。制动优先级为：再生制动，电阻制动，空气制动