第一节 轨道车辆制动设备产业界定及主要产品

一、产业定义

轨道交通是一种利用轨道列车进行人员运输的方式。

轨道交通包括了地铁、轻轨、有轨电车和磁悬浮列车等。轻轨是一种电气化铁路系统，由于轻轨的机车重量和载客量都较小，列车长度、宽度都不及地铁，使用的铁轨质量也较小，每米只有50公斤，而一般铁轨每米的质量为60公斤，由此得名“轻轨”。

地铁也是一种电气化铁路系统，运能与轻轨相比较大。它必须有单独的道路；车辆由多节车厢组成，速度及加速都较快；有复杂的信号系统；并需有较高的站台上下客。行驶的道路一般在地面、地下和高架线上。

制动设备是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构寸制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。

二、主要产品及应用情况

城市轨道交通车辆制动系统由控制系统、风源、基础制动三部分组成，是车辆产品中的关键总成之一，其价格约占整车采购价格的8%～10%左右（整车价格约占全部城市轨道交通设施机电设备价格的40%～50%）。因制动系统与列车的安全运行直接相关，故对其可靠性要求尤为严格。

三、产业基本属性

轨道车辆制动设备属于国家统计局行业分类：（3713）铁路机车车辆配件制造

——指铁道或有轨机车及其拖拽车辆的专用零配件的制造。

包括：转向架、车轴、车轮及其零件；铁路机车车辆制动器及零件、车钩和其他联结器、缓冲器及零件、风挡、减震器等零件；货车和机车钢结构、车体、连接通道等。

第二节 轨道车辆制动设备产业发展历程

有轨电车已有100多年历史。在1881年德国柏林工业博览会期间，展示了一列3辆电车编组的小功率有轨电车，只能乘坐6人，在400m长的轨道上往返运行。这是世界上第一辆有轨电车，它给世人提供了富有创意的启示。

世界上第一个投入商业运行的有轨电车系统是1888年美国弗吉尼亚州的里磁门德市。

此后有轨电车系统发展很快，在本世纪20年代，美国的有轨电车线总长达25000km。到30年代，欧洲、日本、印度和我国的有轨电车有了很大发展。1908年我国第一条有轨电车在上海建成通车，到1909年大量也建成了有轨电车，在随后的年代里，我国的北京、天津、沈阳、哈尔滨、长春、鞍山等城市都相继修建了有轨电车，在当时我国城市的公共交通中发挥了骨干作用。但旧式有轨电车行驶在城市道路中间，与其他车辆混合运行，又受路口红绿灯的控制，运行速度很慢，正点率低而且噪声大，加减速性能较差，但仍不失为居民出行的便捷交通工具。

随着汽车工业的迅速发展，西方国家的私人小汽车数量急剧增长，大量的汽车涌上街头，城市道路面积明显地不够用，于是导致世界上各大城市都纷纷拆除有轨电车线路。这阵风也波及到了我国，到50年代末，我国有关的大城市已把有轨电车拆除得所剩无几，仅剩下长春、大连和鞍山3座城市的有轨电车没有拆光，并一直保留至今，继续承担着正常的公共客运任务。

但汽车数量的过度增长使城市交通又出现了新的问题：交通堵塞，行车速度下降，空气污染和噪声严重，在闹市区甚至连停车也很难找到适当地方。到60年代初，西方一些人口密集的大城市，除考虑修建地下铁道外，又重新把注意力转移到地面轨道交通方式上来。

利用现代高科技改造和发展有轨电车系统，在欧美已取得了显著成效。据不完全统计，现在世界上已有270多座城市建有新型有轨电车系统，说明新型有轨电车在一些国家的城市中，正在发挥着重要作用。

1978年3月，国际公共交通联合会（UITP）在比利时首都布鲁塞尔召开会议，会上确定了新型有轨电车交通的统一名称，英文为Light Rail Transit，简称“轻轨”，英文缩写LRT。这里需要说明的是，在我国，根据我国《城市快速轨道交通工程项目建设标准（试行本）》，用轻轨来命名中运量的地铁（包括地面和高架铁路），而欧洲所说的“轻轨”，一般是特制现代有轨电车交通。为了与欧洲的定义兼容，所以我们提出轻轨分为两类－准地铁与新型有轨电车。准地铁与地铁的不同之处在于运量和轴重较小，曲线半径较小以及“最大坡度”较大；此外并无多大区别，因此这里不再赘述。

新型有轨电车在世界各城市公共交通领域中都占有重要地位，尽管西方城市的私人小汽车拥有量还在不断增加，但发展新型有轨电车仍然是一项重点。

如法国的第一条现代化有轨电车线路，于1984年在南特市建成通车，线路长度10.16km，共设22座车站，车辆采用两端设司机室的六轴单铰接式电动客车，每辆车满载定员276人，单向高峰小时的客运能力为9000-18000人次。

70年代以来，现代有轨电车在世界各地发展很快，欧、美等经济发达国家已有60多座城市修建了有轨电车线路，亚洲除日本外，菲律宾马尼拉市和我国香港屯门至元朗的新型有轨电车也很有代表性。

由于高科技的飞速发展，中等运量的轨道交通系统已不完全局限在传统的钢轮钢轨系统方面，而是形成了一个形式多样的全新概念，如直线电机车系统；橡胶轮体系的新交通系统（AGT）；跨座式独轨交通系统以及悬挂式独轨系统等。略……

第三节 轨道车辆制动设备产业产品生产现状

一、2003-2010年产品产量

2003-2010年轨道车辆制动设备产业产品产量统计表  

                                                                                                                                 单位：套

二、产品产地分布

轨道车辆制动设备产业产品产量地区分布图

第四节 轨道车辆制动设备产业市场需求现状

一、2003-2010年市场需求量

2003-2010年轨道车辆制动设备产业产品需求量统计表  

                                                                                                                                          单位：套

二、市场需求分布

轨道车辆制动设备产业产品需求市场分布图

略……

第五节 国内轨道车辆制动设备产业主要技术成果

铁道部科学研究院机车车辆研究所（以下简称铁科院机辆所）在消化吸收国外先进技术的基础上自主研发的城市轨道交通车辆制动系统，在天津滨海快速轨道线路上，通过了10万公里的载重和实际载客运行考核。国家发展改革委委托中国交通运输协会组织的专家组评审认为，该系统的各项技术指标达到了国外同类产品的水平，满足安全性、可靠性、可维护性等要求，已具备推广应用的条件。这标志着我国城市轨道交通设备国产化又向前迈进了一步。

铁科院机辆所是铁路机车车辆行业综合性研究开发机构。2001年，国家发展改革委利用国债资金支持该所实施城市轨道交通车辆制动系统国产化，项目总投资2000万元，2003年8月完成，形成了年产300辆城市轨道交通车辆微机控制电控制动系统的生产能力，为该所从事制动系统的后续研制及产业化奠定了坚实的基础。2003年下半年，该所集中内部研发、制造、试验等方面的力量，吸收德国克诺尔和日本纳博克等公司城市轨道制动系统的优点，完成了国产制动系统所有部件和样机的开发、试制工作。

2005年2月，国家发展改革委委托铁道部科技司，对该所研制的制动系统进行了技术鉴定，鉴定结果认为，该制动系统的总体技术达到了国外同类产品的先进技术水平，建议尽快落实装车及应用考核的方案和措施。同年，在国家发展改革委的协调下，国产制动系统在天津滨海快速轨道线路上进行装车运行考核，国家发展改革委委托专家组对产品进行装车运行后的追踪考核评审，包括装车性能测试的中期评审，投入正线非载客运行的评审和投入正线载客运行等3次评审，历时2年。在完成了国产制动系统安全运行考核10万公里目标后，作为使用单位的天津滨海快速发展有限公司对该制动系统的运行表现也给予了较高的评价。

第六节 国外轨道车辆制动设备产业主要技术成果

一、电励磁的磁轨制动器

借助磁场计算和改进线圈工艺来改善制动器的几何形状，在相同的粘着力和相同制动力时制动器可减轻质量28%，安装高度可降低25%。此外，轨距定位器使用铝材可减轻质量，使每一转向架的质量减轻25kg。在用钢部件的EMB极靴上形成熔焊是不希望的现象，因它可使制动力逐渐减小，最大可减小到20%，为此必须付出较多的费用。在一些信号系统中这种熔焊还会引起干扰，所以在这些情况下可用球墨铸铁（GGG40）极靴来代替磁性较好的钢极靴。慕尼黑克诺尔制动器公司（KB）开发了一种使用烧结材料极靴的EMB，它几乎能达到与用钢极靴的EMB一样的制动力。虽然磨损较大，可达到的总制动里程比用钢极靴的EMB的要少些，但700km的总制动里程相当于约5年的使用寿命，5年后必须更换极靴。在考虑到克服钢部件熔焊费用、更换球墨铸铁极靴的或烧结材料极靴的费用的情况下，钢、球墨铸铁GGG.40和烧结金属这三种材料的寿命周期费用相差只有几个百分点。但就制动力来说，烧结金属明显优于GGG.40的。

新开发的用烧结金属极靴的EMB于1998年首次用于批量生产的摆式车体的ICN列车上。

二、永久磁铁轨道制动器（PMB）

与EMB相比，PMB的优点是使用率高和可用作停车制动，不需要附加的安装空间以不存在弹簧储能制动缸的质量。克诺尔制动器公司具有多年使用永久磁铁轨道制动器的经验，在137台瑞士Re460/Re465型机车上安装了该公司的PMS140制动器，自1992年以来共有548个制动器成功地用于这些机车上。在这些机车上使用PMS140制动器的主要原因是，这些机车没有安装弹簧储能制动缸的安装空间，用该制动器可以提高机车的利用率，以及机车可用较高的速度行驶在另外的线路上。选用轨道制动时费用是次要的。

过去几年中，进行这项费用大的开发工作目的在于降低费用、减轻质量和减小安装空间。与PMS140相比，在同时使用烧结金属极靴时能大大改善性能和节省费用。与EMB（Nb.G1.100）相比，PMB100要贵得多。因此，PMB只限用于特殊的应用，即使用EMB不能再进一步提高利用率的情况下（例如冗余的蓄电池供电）。

三、电励磁的涡流制动器（EWB）

在试验列车ICE-V和TGV上作了系统的试验后，2年来在1台TGV动力头车上使用了电励磁的涡流制动器（EWB）。自1997年夏季起，在1列ICE改造成试验列车的ICE-S上对ICE3列车用的制动器作了内容广泛的试验。整体托架同时构成线圈的磁导轭铁以及支承经悬臂到轮对轴箱上的吸引力的承载部件。2个轨距保持架用于钢轨上的平行导向。轨距保持架与整体托架形成一个刚性的制动框架。制动力经两侧铰接的制动力支座传递给转向架。不施行制动时，4个气囊利用高压风将制动框架保持在高位置中。在制动状态下制动框架下落到轮对轴箱上，不励磁时制动器和钢轨之间的气隙保持为7mm。

制动力在整个高速范围内呈理想的恒定特性，而且只在速度低于50km/h才下降。与此相反，吸引力随速度下降渐进地降低。由于整体托架刚度是有限的，所以按下降机理在励磁电流恒定和气囊压力恒定时气隙不能再保持为恒定，这可能导致整体托架机械负荷很高，并出现与钢轨接触的危险。为避免这些情况，在速度200km/h～100km/h范围中随速度的降低不断地升高气囊的气压，在速度低于100km/h时稍许降低电气励磁。这样就能使气隙在整个速度范围中近似保持不变，完全发挥EWB的制动能力，整体托架也不会过负荷。EWB工作所需的开环和闭环控制以及诊断在驱动控制器（ASG）和制动控制器（BSG）中完成，通过多功能列车总线（MVB）进行数据交换和控制电流和压力的调节器。在ASG和BSG中，按线圈热计算模型不断计算和监视线圈的温度。这样就保证了EWB在频繁的常用制动工况下至少能快速制动，在达到与速度有关的极限温度时EWB退回到常用制动。

比较A、B两种不同的车辆制动系统的寿命周期费用（LCC）就可看出EWB在经济上的优点：

电气励磁的涡流制动器（EWB）；ICE3制动装置的寿命周期费用（LCC）

（1）系统A无EWB，每一从动轮对装3个制动盘；

（2）系统B用EWB，每一从动轮对装2个制动盘。

虽然系统A的购置费较低，但由于更换闸片（使用寿命约0.5年）和制动盘（使用寿命约8.5年）的维修费，其LCC大大超过系统B的。

四、永久励磁的涡流制动器PWB

PWB是一种非常有吸引力的开发目标。优化计算表明，PWB能近似达到同EWB一样的制动力。很高的使用率可补偿较小的差异，因为PWB与电源无关。其他一些优点是，它不会有热过负荷，可用作停车制动，总之与EWB相比不仅质量轻，而且价格便宜。略……

第七节 轨道车辆制动设备产业重点区域发展规划

一、政策规划

目前新型城市轨道车辆国产制动系统尚没有产品。但国内并非没有研究基础。90 年代末，铁道部在国家计委（发改委）的支持下，先后组织上海铁道大学（现并入同济大学）、铁道科学研究院等单位联合研制“先锋”号、“中华之星”高速动车组，并分别研制微机控制直通电空制动系统。由于“先锋”号为动力分散型电动车组（2动1拖为1个编组单元，试制列车由2个单元6辆车组成），而“中华之星”为动力集中型电动车组（试验车2动9拖，11辆车组成），因此在制动系统上有所区别。但基本原理均为微机控制直通电空制动。

我国自行研发的微机控制直通电空制动系统的特点与国外产品基本相同。这2种制动系统已分别进行了50多万km，历时5年左右的运行考核（由于其他原因使列车未能长期连续运行），尤其是“先锋”号列车2002年曾在广（州）深（圳）线连续载客运行近半年。因此，我国自行研发适用于新型城市轨道车辆的制动系统是有技术基础的。

下一阶段，国家发展改革委将协调相关城市轨道交通设施业主单位，率先采用国产城市轨道车辆制动系统，并将研究制订有关

二、未来重点区域分析

目前，我国已有15个城市正在申请修建地铁和轻轨道路，线路总长为430公里，建设投资约需1400亿人民币，国家将根据资金筹措情况和轨道交通设备国产化进程，陆续批准这些项目的建设。据了解，国务院和国家计委己经批准立项或者原则同意兴建地铁和轻轨道路的城市有:南京、深圳、青岛、沈阳、重庆五个城市，而大连、长春、哈尔滨、鞍山、武汉、杭州、乌鲁木齐等城市也正在积极筹备建设地铁和城市轻轨道路系统。

我国城市轨道交通的发展趋势说明，在进入21世纪初叶时期，将需要大量技术先进的地铁和轻轨技术装备。但随着国外机电产品应用高新技术的发展，轨道交通的技术装备投资在整体工程造价中的比例己越来越大，现在有的项目多达60%，超过了以往土建工程费用占大头的比例。出现这种现象的主要原因是，我国的一些地铁或轻轨项目在初期发展阶段还需要利用国外贷款，采用了外贷，附加条件就是要购买贷款国的技术装备，造价也就随之而上升。为了改变这种状况，只有努力开拓轨道交通技术装备国产化工作，不断扩大产品国产化率，使外贷影响降到最低限度。技术装备及产品的国产化，是发展我国轨道交通的长远之计。

第八节 轨道车辆制动设备产业重点发展领域及发展方向

一、重点发展领域

1、辨析车控和架控制动控制系统

实际应用中证明，对城轨车辆制动系统而言，车控和架控制动控制系统在列车制动性能方面没有什么区别，例如制动响应时间、制动缓解灵敏度、制动缸充排风速度和防滑控制水平等，这是由于实际上现有车控制动控制系统的制动性能已足够满足对城轨制动的要求，所以制动系统的性能主要取决于制动管路的布置和状态。

另外，在制动管路的布置方面，车控和架控制动控制系统各有优缺点，对于车控系统而言，与架控系统相比在车辆上需布置沿车长方向的制动缸管；对于架控系统而言，与车控系统相比需要设置两个靠近转向架的制动控制装置；对于停放制动系统而言，车控和架控系统的管路布置是相同的，应该说现有的将停放制动集成在内的车控制动控制单元更具有优势。

总的来说，对于大于两辆车编组的列车，选择车控制动控制系统更加经济实用，对于一至两辆车编组的列车，可以选用架控制动控制系统，在理论上更加安全可靠。但是，空气制动系统采用车控或架控方式还应与电气传动系统采用的控制方式和基础制动配置相协调。

2、制动控制单元小型化趋势

由上述城轨车辆制动控制单元介绍可知，与上世纪90年代NABCO的HRDA制动控制单元和KNORR的ESRA制动控制单元作相比，制动控制单元小型化已是现在以至未来制动控制单元的发展方向。制动控制单元小型化，如EP2002和EPAC制动控制单元，使制动控制单元成为了一个可在线更换的装置，方便车辆的安装和维护，减轻了车辆的重量和减少了列车库停检修的时间。

3、制动控制单元新解决方案的挑战

我国城轨车辆大多数制动控制单元采用传统的制动控制解决方案：即制动气动装置接受制动电子控制装置的控制，由电空转换阀产生与制动需求相一致的预控压力，然后通过中继阀进行流量放大，最终控制制动缸的压力。防滑控制由制动电子控制装置通过控制靠近转向架的防滑阀实现车轮防滑。值得注意的是，一些新的制动控制单元采用了全新的制动控制解决方案，将制动缸控制和防滑控制合并在一起，从理论上是一种实践，但由于制动缸控制和防滑控制不同的机械和气动特性，新的制动控制解决方案面临着较大的挑战。

4、考虑制动控制系统的寿命成本

由于城轨交通的安全性要求较高，目前我国城轨车辆主要采用了国外的制动控制系统，在保证了安全性的同时，我们也不得不面对另外一个大的问题，就是产品的寿命周期成本。面对上述我国采用的城轨制动控制系统，运用一定时期的可维修性需着重考虑，所以在选用城轨制动控制系统时，需要研究其零部件维修的可能性，而不是自始至终整机从国外购买。

二、重点发展方向

城市轨道车辆的电气制动与空气制动特性配合的控制是由模拟制动机完成的.从北京、天津、上海、广州这四个城市地铁使用制动机情况来看:北京及天津地铁使用的是我国自行生产的数字式电空制动机系统。它与英国西屋公司早期的制动系统相仿，属于直通式电空制动制式。进入90年代后，在北京地铁部分列车上引进了由英国西屋制动机公司生产的模拟式制动机系统。这种系统具有作用快，制动缸压力巧级变化，并且能与电制动，空重车调整装置，列车自动控制装置协调配合等特点。同时使用了防滑装置等新技术、新材料，采用电阻制动与空气制动联合作用的方式。上海地铁、广州地铁所采用的德国克诺尔公司生产的模拟制动机及北京地铁二期工程选用的日本空气制动机公司生产的模拟式制动机系统与上面所述的英国西屋公司生产的制动机相仿。

从以上可以看出现今我国各城市地铁装用的制动机系统计有四个国家产品，只有国产的属数字式，其余均为模拟制动机系统。也就是说我国用于城市轨道交通的制动机很大程度上还是依赖于进口，国外制动机虽然性能优越，但其造价昂贵，每年国家用于这方面的外汇总量都很大。因此对模拟式制动机进行国产化研究与开发具有十分重要的意义。而电气制动特性的精确控制算法及电气制动力的精确观测则是模拟制动机开发及车辆电气制动特性研究的一个重要方面。略……

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