一种真空管道轮轨列车的制动装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铁路车辆的制动技术领域，涉及一种真空管道轮轨列车的制动装置。
【背景技术】
[0002] 大气环境中的列车，随着速度的不断提高，列车与空气之间的相互作用力越来越 剧烈，气动阻力、横风效应、会车效应、隧道效应和气动噪声等显著增强。以350公里时速的 动车为例，空气阻力超过列车总阻力的90%;由于列车在空气中的振动加剧，列车在轮轨上 的横向及纵向滑动增强，导致轮轨的黏着系数降为低速列车的约十分之一，给列车的爬坡 与制动带来严重影响；另外在强横风作用下，高速列车的气动阻力、升力和侧向力急剧增 加，横向稳定性明显恶化，极易发生脱轨、倾覆事故;高速列车进入隧道产生微气压波，增加 高速列车气动阻力，并严重降低车内乘客的舒适度，高速列车噪声也随着车速的提高而明 显增强;此外，随着车速的提高，车顶受电弓的运行状况恶化，电弧频繁发生，接触网与受电 弓滑板的热损与机械磨损加剧，由此引发的停车事故显著上升，给列车的安全运行提出了 严重挑战。
[0003] 由于大气环境中的列车提速面临的问题越来越多，能耗越来越大，提速获得的收 益越来越小，而运行安全性面临的挑战却越来越大，迫使人们重新思考高速列车的未来，为 此，美国科技狂人马斯克提出了真空管道胶囊超级列车的概念，理论时速可以达到6000公 里以上，北京到纽约2小时左右到达;但是这种技术目前只停留在概念阶段，需要攻克的技 术难题很多，短期内很难看到应用的前景。而建立在轮轨技术基础上的高速列车目前相对 很成熟，如果将大气环境下的高速列车转移到真空管道中，面对的技术问题则要简单许多， 提速到1000公里时速是完全有可能实现的。
[0004] 在真空管道内，由于没有空气阻力或者空气阻力占的比例很小，列车的速度很容 易达到超高速且节省牵引电力，但高速列车的制动则要比大气环境下困难得多，原因是目 前的制动手段除再生制动(不包括再生电阻制动)外，其它制动手段毫无例外均是通过将列 车的动能转化为热能消散于空气中得以实现的，在真空环境中，由于制动过程产生的热量 无法消散，必然导致制动装置产生高温而使制动效率严重下降或完全失效。
[0005] 目前，大气环境中的列车的制动方式按动能消耗方式分为摩擦制动（又称空气制 动)与动力制动;摩擦制动包括闸瓦制动(踏面制动）、盘形制动、磁轨制动;动力制动包括电 阻制动、再生制动、旋转涡流制动、轨道涡流制动等。按制动力形成方式又可分为粘着制动 与非粘着制动，其中，闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、旋转涡流制动属粘性制动， 磁轨制动与轨道涡流制动属非粘性制动。
[0006] 目前大气环境中的高速列车普遍采用复合制动模式，即空气制动与动力制动结 合，磁轨制动作为紧急制动的备用手段。磁轨制动是通过使列车转向架上的磁铁放下，利用 磁铁与轨道之间的吸引力来产生较大的摩擦力，从而使列车减速。磁轨制动属于非黏着制 动，制动力不受轮轨黏着系数的影响，制动力较稳定，但目前磁轨制动技术只能提供总制动 力的10%多一点，而且磁轨制动直接与轨道摩擦，产生很大的热能，导致轨道升温，同时它对 钢轨磨损较大，因此磁轨制动被更多地运用于紧急制动。
[0007] 在正常情况下，大气环境中的高速列车以动力制动为主，不足部分以空气制动作 为补偿。在该制动模式中，动力制动能力主要取决于动车的数量和各动车的动力制动功率。 在动力分散式高速列车中，动力制动的能量占50%以上。对于动力集中式高速列车，在调速 制动时，动力制动也占有较大的比例。
[0008] 空气制动是大气环境中高速列车紧急制动的主要手段，而盘型摩擦着制动则是空 气制动最重要的方式，盘形制动方式随着列车运行速度的提高，动能的增加，制动时产生 的热能也大大增加，巨大的制动热负荷使制动盘容易产生热疲劳破坏，主要表现在交变温 度和交变热应力同时作用下的机械损伤、组织蜕变和氧化腐蚀，严重时会在制动盘摩擦面 上产生径向裂纹，容易导致制动盘的脆性断裂，影响行车安全，此外制动盘表面发生高温 蠕变、高温氧化及摩擦热造成材料软化等问题。
[0009] 动力制动虽然效率较高，在常规制动中大量使用，但因该制动装置设计复杂，安装 精度高，管线多，在意外情况下，列车可能发生电气故障而导致失电，所以在紧急制动中只 能作为备选手段而不能作为终极的制动手段。表1为我国高速试验列车300 km/h紧急制动 时各种制动方式制动力的分配比例。
[0010]表1紧急制动时各制动方式制动力占比分配(％)。
[0011] 再生制动是真空环境下唯一不产热或产热很少的一种制动方式。目前标准动车编组4 节动车的八个动轴上安装的再生制动即可提供总制动力的至少三分之一，如果在4节拖车 的八个车轴上安装同样的再生制动系统，再生制动将至少提供总制动力的三分之二。所以， 再生制动系统在真空管道轮轨列车的制动中将成为主要的制动手段。
[0012] 为避免再生制动因电网故障而失效，本发明设计了一种飞轮储能制动装置，其原 理是利用皮带传动将列车的动能从高速旋转的车轴上传递给储能飞轮，从而达到制动目 的，在拖车上安装飞轮储能装置，结合动车再生发电驱动的储能飞轮，可以将大部分制动能 量转化为飞轮的动能，在列车起动时飞轮的动能再反馈于列车，用于列车的起动加速;与传 统制动装置相比，该制动装置具有结构简单，节省能源、制动效率高、寿命长的优点。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的是提供一种真空管道轮轨列车的制动装置，以满足真空管道内超高 速列车常规及紧急制动的要求。
[0014] 所述的一种真空管道轮轨列车的制动装置，至少包括:制动盘、离合器a、带轮a、传 动带、张紧机构、带轮b、变速齿轮箱、离合器b、磁性联轴器、磁悬浮轴承、飞轮、真空腔及冷 却装置。
[0015] 所述的制动盘装配在列车的车轴上，离合器a、带轮a均装在车轴的轴承上;变速齿 轮箱、离合器b、磁性联轴器、磁悬浮轴承、飞轮、真空腔均固定在列车的底架上;离合器a的 一端与带轮a相接，另一端通过摩擦片与制动盘接合;传动带将带轮a、带轮b连接在一起;带 轮b装在变速齿轮箱的输入轴上，变速齿轮箱的输出轴盘与离合器b接合，离合器b的另一端 与磁性联轴器相接;磁性联轴器通过磁力与飞轮的转轴相连，飞轮的转轴用磁悬浮轴承支 撑。
[0016] 所述的离合器a由电脑自动控制，当列车发出制动指令时，首先离合器b首先与磁 性联轴器接合，然后离合器a与制动盘结合，车轴通过传动带、变速齿轮箱带动飞轮旋转，车 轴的动能转换为飞轮的动能，起到制动作用，当飞轮的转速达到最高值时，离合器a与制动 盘断开，离合器b与磁性联轴器断开，飞轮继续保持高速旋转;列车起动时，首先离合器a与 制动盘结合，然后离合器b与磁性联轴器接合，飞轮的动能通过齿轮箱、传动带转递给车轴， 从而将制动过程中储存的能量转换为列车的牵引动力;装置发热较多的部件均配备冷却装 置。
[0017] 所述的制动盘由高强度合金钢制成，有两个同心的环面，内环面沿轴向凸出，用于 与离合器结合，外环面用于与制动闸片摩擦。
[0018] 所述的离合器a装配于车轴的轴承上，可以为单片或多片摩擦片式离合器，优选电 磁多片式离合器;列车正常运行时为断电状态，此时离合器a与制动盘不接触;列车制动时 为通电状态，此时离合器a与制动盘接合在一起。
[0019] 所述的带轮a装配于车轴的轴承上，可绕车轴自由转动，但不能轴向移动；由高强 度合金钢制成，优选多楔带轮。
[0020] 所述的传动带为高负载、高线速度皮带，优选多楔带，骨架材料优选芳纶纤维。
[0021] 所述的变速齿轮箱输出轴竖直向上，输出轴端装有飞盘，用于与离合器b接合。
[0022] 所述的离合器b固定在列车底架的吊架上，可以为单片或多片摩擦片式离