¿Cuál es la diferencia entre el sistema de frenado de los vehículos ferroviarios urbanos y el de los trenes ordinarios?
Según el método de transmisión de la energía cinética del tren durante el frenado, el frenado de diferentes vehículos ferroviarios urbanos se puede dividir principalmente en frenado por fricción y frenado eléctrico.
En primer lugar, el frenado por fricción
Mediante la fricción del par de fricción, la energía cinética del tren se convierte en energía térmica y escapa a la atmósfera, produciéndose así un efecto de frenado. Los métodos de frenado por fricción comúnmente utilizados para vehículos ferroviarios urbanos incluyen principalmente el frenado con zapatas, el frenado con disco y el frenado electromagnético de vía.
(1) Frenado con zapata de freno
El frenado con zapata de freno, también conocido como frenado con banda de rodadura, es el método de frenado más común. Al frenar, las zapatas de freno presionan las ruedas y las ruedas rozan contra las zapatas de freno. A través de la fricción entre las ruedas y las zapatas de freno, la energía cinética del tren se convierte en energía térmica, que se disipa en el aire.
En el par de fricción entre ruedas y zapatas de freno, dado que las ruedas son las principales responsables de la función de conducción del vehículo, no se pueden reemplazar otros materiales casualmente. Para mejorar el rendimiento de frenado de la zapata de freno, sólo se puede cambiar el material de la zapata de freno. Actualmente, la mayoría de vehículos ferroviarios urbanos utilizan zapatas de freno sintéticas. Las zapatas de freno sintéticas tienen poca conductividad térmica, por lo que también se utilizan zapatas de freno de pulvimetalurgia con buena conductividad térmica y buenas propiedades de fricción.
En el frenado con zapata, cuando la potencia de frenado es grande, el calor generado no puede escapar a la atmósfera, sino que se acumula en la zapata y la banda de rodadura de la rueda, provocando un aumento de la temperatura y de la fuerza de fricción. Reducido, en casos severos provocará que las zapatas de freno se derritan y el cubo de la rueda se afloje. Por lo tanto, la fuerza de frenado se limita al frenar las zapatas de freno.
(2) Freno de disco)
Los frenos de disco se pueden dividir en tipo de disco de eje y tipo de disco de rueda. Generalmente se utiliza el tipo eje-disco. Cuando es difícil instalar un disco de freno en el medio del juego de ruedas debido a equipos como un motor de tracción, se puede utilizar el tipo de disco de rueda. Al frenar, el cilindro de freno sujeta el disco de freno a través de la pinza de freno, provocando fricción entre el disco de freno y el disco de freno, convirtiendo la energía cinética del tren en energía térmica, que escapa a la atmósfera a través del disco de freno y el disco de freno. .
(3) Frenado electromagnético de vía
El frenado electromagnético de vía también se denomina frenado magnético de carril. Este es un método de frenado tradicional. Este método de frenado consiste en instalar un cilindro elevador entre las ruedas delanteras y traseras del bogie. En la parte superior del cilindro se instalan dos electroimanes, incluidas zapatas electromagnéticas y placas de fricción. El electroimán está suspendido a una altura adecuada de la superficie de la vía. Al frenar, el electroimán cae y se conecta a la fuente de alimentación de excitación para generar atracción electromagnética. El electroimán se adsorbe en el riel y la energía cinética del tren se convierte en energía térmica a través de la fricción entre la placa de desgaste y el riel y se escapa a la atmósfera. El frenado electromagnético del riel puede obtener una mayor fuerza de frenado, por lo que a menudo se utiliza como frenado auxiliar durante el frenado de emergencia. Este tipo de frenado no está limitado por el coeficiente de adherencia rueda-riel y puede acortar efectivamente la distancia de frenado garantizando al mismo tiempo la comodidad de los pasajeros. Cuando la fricción entre la placa de desgaste y el riel genera mucho calor, el desgaste del riel también es grave. Sin embargo, debido a su corta distancia de frenado y su estructura simple y confiable, este dispositivo se usa ampliamente en tranvías y trenes ligeros.
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En segundo lugar, frenado eléctrico
Desde el punto de vista energético, la esencia del frenado es convertir la energía cinética del tren en otras formas. energía. La capacidad del sistema de frenos para transferir energía cinética se convierte en la fuerza de frenado. Generalmente, bajo una determinada distancia de frenado segura, la fuerza de frenado de un tren es una función cúbica de su velocidad. La velocidad de los vehículos ferroviarios modernos es muy alta, al igual que la masa de los trenes. Es difícil lograr la transmisión de la fuerza de frenado únicamente por medios mecánicos.
El método de frenado por fricción mecánica más utilizado en la actualidad es el frenado con zapatas. Sin embargo, limitados por la potencia de frenado, el polvo y el calor generados por el desgaste de las zapatas de freno y de las bandas de rodadura también causarán una grave contaminación al medio ambiente, especialmente en túneles con malas condiciones de ventilación, lo que tendrá un grave impacto sobre los pasajeros y los equipos. . Además, el uso frecuente del frenado por fricción provocará el reemplazo frecuente de las zapatas de freno y aumentará la cantidad de corrección de la banda de rodadura de las ruedas. No solo el costo de mantenimiento será alto, sino que el tiempo de mantenimiento del vehículo será prolongado y la frecuencia de uso del vehículo también será mayor. reducido.
Para reducir la fricción mecánica, se deben utilizar en la medida de lo posible métodos de frenado libres de contaminación. En la actualidad, el mejor método es utilizar el frenado eléctrico. El frenado eléctrico se puede dividir en frenado dinámico y frenado electromagnético por corrientes parásitas según diferentes principios de frenado.
(1) Frenado dinámico
Dado que los vehículos ferroviarios urbanos modernos generalmente utilizan unidades eléctricas múltiples de tracción eléctrica y motores de CC o CA como potencia de tracción, el frenado dinámico se ha convertido en una parte importante del sistema urbano. Transporte ferroviario. Tendencias en el desarrollo de vehículos.
En la UEM hay tanto automóviles como remolques. A excepción del remolque, que no tiene motor y sólo puede utilizar el frenado por fricción, todos los vehículos de motor pueden realizar un frenado dinámico y también pueden soportar parte de la fuerza de frenado del remolque.
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Frenado electromagnético por corrientes parásitas
Para aprovechar al máximo las ventajas del frenado electromagnético orbital y evitar sus deficiencias, el frenado electromagnético por corrientes parásitas está diseñado.
El frenado por corrientes parásitas electromagnéticas es un método de frenado con batería diseñado utilizando la fuerza de Lorentz generada por corrientes parásitas electromagnéticas bajo un campo magnético, y el principio físico de que la dirección de la fuerza de Lorentz es opuesta a la dirección del movimiento de el objeto. Este método de frenado tiene las ventajas de no tener fricción, no hacer ruido, tener un tamaño pequeño y una gran fuerza de frenado. En la actualidad, los métodos de frenado electromagnético por corrientes parásitas utilizados en vehículos de tránsito ferroviario incluyen principalmente el frenado por corrientes parásitas de disco y el frenado por corrientes parásitas lineales de vía.
1. Freno de disco por corrientes parásitas
El freno de disco por corrientes parásitas utiliza un disco instalado en el eje para cortar líneas de fuerza magnéticas para generar corrientes parásitas y fuerzas de Lorentz. Según el mecanismo de generación del campo magnético, se puede dividir en freno de disco electromagnético de corrientes parásitas y freno de disco de corrientes parásitas de imán permanente.
Las EMU de alta velocidad Shinkansen de Japón adoptan el principio de frenado electromagnético por corrientes parásitas.
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El freno de disco de corrientes parásitas con imán permanente utiliza imanes permanentes para generar campos electromagnéticos. Los discos de freno generan corrientes parásitas en el campo magnético para evitar que el campo magnético aumente y genere frenado. Torque y generar efecto de frenado.
La estructura de los frenos de disco por corrientes parásitas es similar a la de los frenos de disco mecánicos, pero no hay desgaste entre el disco de freno y las pastillas de freno. El frenado del tren también está limitado por el coeficiente de adherencia rueda-carril.