中国铁路呼和浩特局集团公司包头车辆段 内蒙古包头市 014010
摘要：我国列车制动技术中，有140多年都是采用的空气制动系统，本文阐述了列车制动系统的历史和现状，并且对列车制动技术的未来发展进行探索和分析。随着发展，人们对于列车安全性和舒适性等性能的需求逐渐增加，这就要求在轨道运输发展中必须对列车的制动技术进行优化和改进，并且未来的列车制动技术发展趋势必将是电气化和智能化。而电机械制动技术可以使列车制动不再依赖压力空气等作用介质，因此将全面提升制动系统电气化程度，使制动系统逐渐智能化，以适应轨道交通的绿色、安全行驶的要求。
关键词：列车制动；电气化；智能化；发展趋势
前言：
随着我国经济的不断发展，我国的高速铁路技术、城市轨道交通以及货物运输在一定程度上也得到了很大的发展。标准动车组、全自动驾驶地铁列车、低地板现代有轨电车、跨座式和悬挂式单轨列车、高速磁浮和中低速磁浮列车等众多新车型全部下线运行，以安全、舒适、高效为关键的制动系统的技术领域和核心子系统同时面临着新的发展要求，需要进一步加深电气化程度，加快系统智能化的进程，实现在高要求的现代社会，满足功能、提升性能到最终实现智能的突破。
一、列车制动系统发展历史
列车制动系统从出现以来，主要有：手制动机、真空制动机、空气制动机（直通制动机、自动制动机、直通自动制动机）、电空制动机、微机控制电空制动系统以及液压制动系统和电机械制动系统等形式（详图1列车制动系统分类）。手制动机主要是以人力作为制动原力，只有在铁路发展初期的时候应用较广泛，现在主要用来调车作业和停放制动。真空制动主要是以大气和真空的压差为原动力，制动力有很大的局限性，现在已经基本进入成熟期，发展为空气制动机。液压制动系统一般是用于低地板有轨电车等不容易安装、空间有限的车型。本节主要是分析目前应用比较多的空气制动系统和未来新发展的电机械制动系统。
详图1列车制动系统分类
1.空气制动系统
1869年，以压力空气为作用介质来操作的制动机被外国人用于列车，这种制动机属于直通制动机，而直通制动机在安全性和一致性方面都存在缺陷。因此，在1872年时，外国人又发明了自动制动机，出现了第一套三通阀。直到今日，空气制动机虽然分为自动式和直通式，三通阀或者分配阀又分为二压力机构和三压力机构，但是以自动制动机和直通自动制动机为原理的技术，仍然在全国各地被广泛使用。
空气制动的控制系统经历了从空气制动控制（如图2Ⅰ）到电气指令式控制的发展历程，而指令式制动又经历了电磁控制（如图2Ⅱ）、气压控制（如图2Ⅲ）到电气控制（如图2Ⅳ）的演变过程。空气制动控制系统是以压力空气作为制动信号传递和制动力的控制介质，它的列车管既要传递制动控制信号还要输送压力空气。而电气指令式制动控制系统是用电气信号来传递制动信号的，主要由总风管为列车各处供风，制动缸的直接风源是制动供风缸。换句话说，随着列车制动的不断发展，制动指令已经完成了电气化的演变，但是从制动指令到制动力的施加仍然需要经过电空转换环节和压力空气环节。首先要将电气信号转为压力信号，用于闸瓦一踏面的摩擦和闸片一制动盘摩擦后，在轮轨接触处产生制动力。
图2Ⅰ空气制动控制 图2Ⅱ电磁控制
图2Ⅲ气压控制电气指令式 图2Ⅳ电气控制型电气指令二、列车制动系统技术现状
根据制动系统主要生产企业情况可知国际上制动系统产品主要是由德国、法国、日本等国家供应。这些国家的特点都是能够提供全套列车的制动系统产品，他们的制动系统被广泛的应用于轨道机车车辆、城轨车辆、动车等，在高速客运和重载货运等技术方面都具有非常高的技术水平，他们拥有完善的研发、制造和试验手段，列车制动系统技术的国际市场几乎被国外这几家企业垄断。
国内的制动系统主要是由中国南车株机公司、常州南车铁马科技实业有限公司、北京纵横机电技术开发公司等提供。国内的这几家公司具有先进的技术和产品。但是我国企业没有在市场上占有优势，加上相关政策的影响，我国的国内市场也逐渐被国际公司垄断。
三、列车制动技术发展趋势
1.性能需求推动制动系统电气化
重载、高速列车已经逐渐成为当今轨道交通技术发展的主流，而任何载运工具都离不开制动系统，对于轨道车辆而言，确保车辆安全，保证列车在任何突发紧急情况下都能在安全距离内停车，已经是制动系统最重要的使命。随着科学技术的不断进步，列车所采用的制动方式也越来越丰富，从传统的机械驱动踏面控制已经逐渐向依赖电能和电机的电阻制动发展。但是电制动存在自身的局限性，难以成为安全制动方式，因此踏面制动和盘形制动仍然是当今普遍认可的列车安全制动方式。
传统的踏面制动或盘形制动大多通过空气制动机实施。但由于空气制动机制动波速较低，难以适应铁路高速、重载的发展趋势。因此无论是高速动车组还是城轨列车都已普遍采用电信号传递制动指令，以提高制动波速；甚至在货物列车上，也已开始探索制动指令电气化。
2.轨道运输发展趋势将智能化
近年来随着高科技的发展和智能系统的开发，数字铁路、智能铁路等智能运输系统越来越成熟，铁路运输也已经逐渐走向智能化，因此轨道运输的发展趋势必将更加智能化。而目前我国中车集团基于数字互联网提出了一些新一代智慧列车的构想，就是让列车能够实现无人驾驶、自行控制、自行恢复等。为了能够将构想变为现实，实现列车的高度智能化，作为关键子系统之一的制动系统首先要完成电气化，才能最终实现列车智能化。
在高速客运和城市轨道等交通领域，列车制动系统出现了分布式和网络式的发展趋势，车控和架控等控制方式不断成熟，列车的制动内网通讯技术也不断完善，这极大地推动了列车制动系统的电气化和智能化进程。尤其是在重载运输中，运输车的载重不断的增加，编组越来越长。为了解决长大货物列车制动时纵向冲动较大的问题，我国已经逐步研发出了无限遥控机车操纵技术和电空制动两类新的制动控制系统。中车青岛四方车辆研究所等企业也开始了ecp制动系统的研制，而且有的已经通过了技术评审，这就为智能控制发展提供了有效平台。
结语：
提高列车制动技术发展水平，最根本的就是制动系统的智能化，保证列车的安全性和舒适性。而电气化是智能化的前提，二者密不可分，一定会成为列车制动技术未来的长期发展方向。
论文作者:王子明
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第34期
论文发表时间:2019/11/15
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