城市轨道交通是一种独有的有轨交通系统,已经逐渐成为城市现代化建设的“标配”。地铁是人们较为熟悉的类型之一,此外,还有很多种类型:轻轨、有轨电车、跨座式独轨、磁浮列车。制动系统是整个轨交系统中最重要的系统,制动系统的维保工作在一定程度上存在着技术壁垒。从其发展的脉络来看,制动系统技术的变革,往往也紧跟着城市轨道交通的更新迭代。
早期的人工制动系统是以人力作为动力来源,采用人力操纵实现制动和缓解作用,也叫手制动系统。每辆车或者几辆车都需要配备一名制动员,按司机笛声号令协同操作,制动力的强度取决于制动员的力气大小。这种以人力操控的制动方法,原始又费力,且容易受外界因素影响,因此时常发生钢丝断裂和车辆失控的事故。
随着20世纪初科学技术的发展,出现了一种与人工制动系统相比,安全性和可靠性都有很大进步的空气制动系统,这种系统利用空气作用作为制动的动力来源,并直接用压力空气和压力变化来实现列车的制动和缓解作用。由于制动指令床底受空气压力波速限制,指令传递速度较慢,制动和缓解一致性差,容易造成纵向冲动,舒适性差,易损坏车钩,易造成一定的机械故障,影响列车的正常运行。
20世纪30年代,在欧美和日本出现了采用电信号来传递制动和缓慢指令的制动控制系统,这是制动系统技术发展史上第一次真正利用电力技术来实现制动和缓慢指令。它是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成。特点是制动作用的操纵控制用电,但制动作用的原动力还是压力空气,简称为电空制动机。因为电信号的传输速度比空气波动速度快得多,相对于空气制动机来说,电磁空气制动系统的优点显著,如全列车自动和缓解的一致性好,制动和缓解时的纵向冲动小,制动距离短,车钩受力小乘客乘坐舒适性好等。同时,早期电磁空气制动系统的电磁阀控制和缓解功能单一,制动力调节幅度受限,无动力制动配合,无法实现制动力精确控制。
我国科研人员在20世纪50年代末就开展对电空制动技术的研究,当时研制的ET-6型机车电空制动机曾于1959年12月牵引10量装设电空制动机的客车在京津间进行了运行试验,取得了一定的研究成果。
20世纪40年代后期,日本就已经在电动车组中发展了动力制动(电制动)与带电礠阀的直通空气制动相配合的综合制动方式。它充分利用了直通空气制动机结构简单、无发配阀作用缓解的优点,又克服了这种制动机作用不一致性的缺点。该电磁阀式直通电空制动机就其性能而言,具有反应性、一致性和控制性都比较好以及使用方便等优点。
20世纪50年代以来,随着电力电子技术和微机控制技术的发展,电磁空气制动系统的电气指令控制部门进行了很多技术革新,制动控制技术水平突飞猛进。
从20世纪60年代起,地铁、动车发展迅速,由于这些车辆站距短,停车频繁,必须实现列车自动控制和动力制动配合使用。电气和电子技术的飞速发展,特别是电气和电子产品可靠性的提高,给制动技术的发展带来了新的成就。数字式和模拟式电气制令式制动系统出现了,并逐渐取代了电磁阀式直通电空制动机。
轨道交通车辆制动系统发展至今,已经达到了较高的水平。从一开始的人力操控到自动化制动,过程融合了多门学科理论和多项科学技术。未来,制动系统将越来越趋于节能环保,同时也更趋于人性化、安全和可靠,而与其息息相关的制动系统维保工作也将不断发展,向更加精确化的技术迈进。