【摘要】
通过分析列车制动系统的工作形式，分析了空气制动器存在的问题；在此基础上设计了液压式列车制动装置，分析了液压制动器的工作原理，并设计了液压系统原理图。对液压制动器的蓄能器减振系统工作过程进行了分析，对液压蓄能器的减振过程进行了受力分析、系统刚度计算和固有频率计算分析。由计算结果可知所设计的液压式列车制动器从原理上可满足列车制动的技术要求。
【关键词】
列车制动；液压制动装置；液压减振
0 前言
随着列车技术发展的高速化和智能化，列车运行的安全性也越来越成为行业关注的重点。列车制动技术及装备是列车安全运行的主要保障之一，发生紧急情况时，列车的制动时间越短、距离越短、越平稳，列车本身及乘客也越安全，因此，列车的制动装置已成为各国研究的重要领域。目前业内研究的新型制动方式有磁轨制动、涡流制动等，目的都是充分利用轮轨的黏着力，减轻制动摩擦副的制动热负荷，进而满足紧急制动距离要求。目前列车上应用的主要制动装置仍是空气制动装置。空气制动装置体积大且灵敏度不高，具有一定缺陷性。考虑到液压传动形式可以兼顾气压传动系统的快速性和系统控制的高频响、高可靠特性，本文针对列车用液压制动装置进行了一定的探索研究。
1 液压制动器减振系统工作原理
液压减振系统由蓄能器、液压油缸和单向阀组成。其中蓄能器不再是传统意义上的能量储存元件，而是相当于弹簧的弹性元件。
设备起动后，液压泵给油缸3和蓄能器1供油，随着系统压力的升高，活塞杆推动制动器工作，通过机械连杆机构，把力传递给盘片，并使盘片与轮轴产生摩擦力，进而逐步实现制动。在液压缸推动制动器工作的过程中，由于车轮转向、跳动等情况而产生的扭矩及径向跳动力通过连杆机构传递给液压缸的活塞杆，使油缸活塞产生位移，油缸无杆腔的油液流回蓄能器，制动器工作不平稳所产生的力即被蓄能器吸收。当制动工作后，偏载力和扭矩消失，蓄能器重新向油缸充液。整个工作过程可被视作蓄能器吸收压力波动和制动器油缸及盘片振动的减振过程。
2 减振系统受力计算及刚度分析
液压减振系统的刚度直接影响到减振的效果，因此有必要对其刚度进行计算分析，弄清楚影响系统刚度的主要因素，从而在工作现场有目的地对设备进行调节，以达到较好的减振效果。
液压减振系统的蓄能器采用惯性小、反映灵敏、结构紧凑、质量较轻的皮囊式蓄能器。其工作原理为：在气囊中充入氮气，利用气体的可压缩性，以油液为介质，靠气体的弹性变形储存和释放能量，来吸收由于偏载及设备振动产生的力。
2.1 减振系统的受力分析
设蓄能器在充气状态时的绝对压力为p0，气体体积为V0。在减振系统调节初始位置时，泵输出的油液进入蓄能器的压缩气囊，在压力作用下活塞运动到平衡位置，此时气体的绝对压力变成p1，体积变成V1。当制动器工作的时候，由于偏载力的作用，油缸活塞产生位移x，油缸无杆腔部分油液被挤压到蓄能器的压缩皮囊内，皮囊内的气体绝对压力升高到px，气体体积压缩到Vx。由于氮气的气体性质接近理想气体，根据Boyle-Mariotte关于理想气体变化规律得到：
减振系统的固有频率决定其响应速度，为了提高系统的响应速度，应提高系统的固有频率。由于折算到活塞杆上的负载质量由设备的构造及工作环境决定，故影响实际系统固有频率的可变因素主要是蓄能器的初始充气压力和蓄能器的容积，即这两个参数决定了减振系统的刚度，其变化规律为：随着蓄能器初始充气压力的减小，液压减振系统的弹性力和刚度系数相应地增加，反之则减小；随着蓄能器容积的增大，液压减振系统的弹性力和刚度系数相应地减小，反之则增大。
3 结论
（1）设计了液压式列车制动装置，分析了其工作原理，设计了液压系统原理图；
（2）对液压制动器的蓄能器减振系统工作过程进行了分析；
（3）对液压蓄能器的减振过程进行了受力分析、系统刚度计算和固有频率计算分析；
（4）所设计的液压式列车制动器从原理上可满足列车制动的技术要求。
参考文献：
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