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軌道交通包括了地鐵、輕軌、有軌電車和磁懸浮列車等。輕軌是一種電氣化鐵路系統(tǒng)，由于輕軌的機車重量和載客量都較小，列車長度、寬度都不及地鐵，使用的鐵軌質(zhì)量也較小，每米只有50公斤，而一般鐵軌每米的質(zhì)量為60公斤，由此得名“輕軌”。

地鐵也是一種電氣化鐵路系統(tǒng)，運能與輕軌相比較大。它必須有單獨的道路；車輛由多節(jié)車廂組成，速度及加速都較快；有復(fù)雜的信號系統(tǒng)；并需有較高的站臺上下客。行駛的道路一般在地面、地下和高架線上。

制動設(shè)備是具有使運動部件（或運動機械）減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置。是使機械中的運動件停止或減速的機械零件。俗稱剎車、閘。制動器主要由制架、制動件和操縱裝置等組成。有些制動器還裝有制動件間隙的自動調(diào)整裝置。為了減小制動力矩和結(jié)構(gòu)寸制動器通常裝在設(shè)備的高速軸上，但對安全性要求較高的大型設(shè)備則應(yīng)裝在靠近設(shè)備工作部分的低速軸上。

二、主要產(chǎn)品及應(yīng)用情況

城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、風(fēng)源、基礎(chǔ)制動三部分組成，是車輛產(chǎn)品中的關(guān)鍵總成之一，其價格約占整車采購價格的8%～10%左右（整車價格約占全部城市軌道交通設(shè)施機電設(shè)備價格的40%～50%）。因制動系統(tǒng)與列車的安全運行直接相關(guān)，故對其可靠性要求尤為嚴格。

三、產(chǎn)業(yè)基本屬性

軌道車輛制動設(shè)備屬于國家統(tǒng)計局行業(yè)分類：（3713）鐵路機車車輛配件制造

——指鐵道或有軌機車及其拖拽車輛的專用零配件的制造。

包括：轉(zhuǎn)向架、車軸、車輪及其零件；鐵路機車車輛制動器及零件、車鉤和其他聯(lián)結(jié)器、緩沖器及零件、風(fēng)擋、減震器等零件；貨車和機車鋼結(jié)構(gòu)、車體、連接通道等。

有軌電車已有100多年歷史。在1881年德國柏林工業(yè)博覽會期間，展示了一列3輛電車編組的小功率有軌電車，只能乘坐6人，在400m長的軌道上往返運行。這是世界上第一輛有軌電車，它給世人提供了富有創(chuàng)意的啟示。

世界上第一個投入商業(yè)運行的有軌電車系統(tǒng)是1888年美國弗吉尼亞州的里磁門德市。

此后有軌電車系統(tǒng)發(fā)展很快，在本世紀20年代，美國的有軌電車線總長達25000km。到30年代，歐洲、日本、印度和我國的有軌電車有了很大發(fā)展。1908年我國第一條有軌電車在上海建成通車，到1909年大量也建成了有軌電車，在隨后的年代里，我國的北京、天津、沈陽、哈爾濱、長春、鞍山等城市都相繼修建了有軌電車，在當(dāng)時我國城市的公共交通中發(fā)揮了骨干作用。但舊式有軌電車行駛在城市道路中間，與其他車輛混合運行，又受路口紅綠燈的控制，運行速度很慢，正點率低而且噪聲大，加減速性能較差，但仍不失為居民出行的便捷交通工具。

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，西方國家的私人小汽車數(shù)量急劇增長，大量的汽車涌上街頭，城市道路面積明顯地不夠用，于是導(dǎo)致世界上各大城市都紛紛拆除有軌電車線路。這陣風(fēng)也波及到了我國，到50年代末，我國有關(guān)的大城市已把有軌電車拆除得所剩無幾，僅剩下長春、大連和鞍山3座城市的有軌電車沒有拆光，并一直保留至今，繼續(xù)承擔(dān)著正常的公共客運任務(wù)。

但汽車數(shù)量的過度增長使城市交通又出現(xiàn)了新的問題：交通堵塞，行車速度下降，空氣污染和噪聲嚴重，在鬧市區(qū)甚至連停車也很難找到適當(dāng)?shù)胤?。?0年代初，西方一些人口密集的大城市，除考慮修建地下鐵道外，又重新把注意力轉(zhuǎn)移到地面軌道交通方式上來。

利用現(xiàn)代高科技改造和發(fā)展有軌電車系統(tǒng)，在歐美已取得了顯著成效。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在世界上已有270多座城市建有新型有軌電車系統(tǒng)，說明新型有軌電車在一些國家的城市中，正在發(fā)揮著重要作用。

1978年3月，國際公共交通聯(lián)合會（UITP）在比利時首都布魯塞爾召開會議，會上確定了新型有軌電車交通的統(tǒng)一名稱，英文為Light Rail Transit，簡稱“輕軌”，英文縮寫LRT。這里需要說明的是，在我國，根據(jù)我國《城市快速軌道交通工程項目建設(shè)標準（試行本）》，用輕軌來命名中運量的地鐵（包括地面和高架鐵路），而歐洲所說的“輕軌”，一般是特制現(xiàn)代有軌電車交通。為了與歐洲的定義兼容，所以我們提出輕軌分為兩類－準地鐵與新型有軌電車。準地鐵與地鐵的不同之處在于運量和軸重較小，曲線半徑較小以及“最大坡度”較大；此外并無多大區(qū)別，因此這里不再贅述。

新型有軌電車在世界各城市公共交通領(lǐng)域中都占有重要地位，盡管西方城市的私人小汽車擁有量還在不斷增加，但發(fā)展新型有軌電車仍然是一項重點。

如法國的第一條現(xiàn)代化有軌電車線路，于1984年在南特市建成通車，線路長度10.16km，共設(shè)22座車站，車輛采用兩端設(shè)司機室的六軸單鉸接式電動客車，每輛車滿載定員276人，單向高峰小時的客運能力為9000-18000人次。

70年代以來，現(xiàn)代有軌電車在世界各地發(fā)展很快，歐、美等經(jīng)濟發(fā)達國家已有60多座城市修建了有軌電車線路，亞洲除日本外，菲律賓馬尼拉市和我國香港屯門至元朗的新型有軌電車也很有代表性。

由于高科技的飛速發(fā)展，中等運量的軌道交通系統(tǒng)已不完全局限在傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌系統(tǒng)方面，而是形成了一個形式多樣的全新概念，如直線電機車系統(tǒng)；橡膠輪體系的新交通系統(tǒng)（AGT）；跨座式獨軌交通系統(tǒng)以及懸掛式獨軌系統(tǒng)等。略……

一、2003-2010年產(chǎn)品產(chǎn)量

2003-2010年軌道車輛制動設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計表   單位：套

二、產(chǎn)品產(chǎn)地分布

軌道車輛制動設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量地區(qū)分布圖

一、2003-2010年市場需求量

2003-2010年軌道車輛制動設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品需求量統(tǒng)計表   單位：套

二、市場需求分布

軌道車輛制動設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品需求市場分布圖

略……

鐵道部科學(xué)研究院機車車輛研究所（以下簡稱鐵科院機輛所）在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上自主研發(fā)的城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)，在天津濱?？焖佘壍谰€路上，通過了10萬公里的載重和實際載客運行考核。國家發(fā)展改革委委托中國交通運輸協(xié)會組織的專家組評審認為，該系統(tǒng)的各項技術(shù)指標達到了國外同類產(chǎn)品的水平，滿足安全性、可靠性、可維護性等要求，已具備推廣應(yīng)用的條件。這標志著我國城市軌道交通設(shè)備國產(chǎn)化又向前邁進了一步。

鐵科院機輛所是鐵路機車車輛行業(yè)綜合性研究開發(fā)機構(gòu)。2001年，國家發(fā)展改革委利用國債資金支持該所實施城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)國產(chǎn)化，項目總投資2000萬元，2003年8月完成，形成了年產(chǎn)300輛城市軌道交通車輛微機控制電控制動系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，為該所從事制動系統(tǒng)的后續(xù)研制及產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。2003年下半年，該所集中內(nèi)部研發(fā)、制造、試驗等方面的力量，吸收德國克諾爾和日本納博克等公司城市軌道制動系統(tǒng)的優(yōu)點，完成了國產(chǎn)制動系統(tǒng)所有部件和樣機的開發(fā)、試制工作。

2005年2月，國家發(fā)展改革委委托鐵道部科技司，對該所研制的制動系統(tǒng)進行了技術(shù)鑒定，鑒定結(jié)果認為，該制動系統(tǒng)的總體技術(shù)達到了國外同類產(chǎn)品的先進技術(shù)水平，建議盡快落實裝車及應(yīng)用考核的方案和措施。同年，在國家發(fā)展改革委的協(xié)調(diào)下，國產(chǎn)制動系統(tǒng)在天津濱?？焖佘壍谰€路上進行裝車運行考核，國家發(fā)展改革委委托專家組對產(chǎn)品進行裝車運行后的追蹤考核評審，包括裝車性能測試的中期評審，投入正線非載客運行的評審和投入正線載客運行等3次評審，歷時2年。在完成了國產(chǎn)制動系統(tǒng)安全運行考核10萬公里目標后，作為使用單位的天津濱?？焖侔l(fā)展有限公司對該制動系統(tǒng)的運行表現(xiàn)也給予了較高的評價。

一、電勵磁的磁軌制動器

借助磁場計算和改進線圈工藝來改善制動器的幾何形狀，在相同的粘著力和相同制動力時制動器可減輕質(zhì)量28%，安裝高度可降低25%。此外，軌距定位器使用鋁材可減輕質(zhì)量，使每一轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量減輕25kg。在用鋼部件的EMB極靴上形成熔焊是不希望的現(xiàn)象，因它可使制動力逐漸減小，最大可減小到20%，為此必須付出較多的費用。在一些信號系統(tǒng)中這種熔焊還會引起干擾，所以在這些情況下可用球墨鑄鐵（GGG40）極靴來代替磁性較好的鋼極靴。慕尼黑克諾爾制動器公司（KB）開發(fā)了一種使用燒結(jié)材料極靴的EMB，它幾乎能達到與用鋼極靴的EMB一樣的制動力。雖然磨損較大，可達到的總制動里程比用鋼極靴的EMB的要少些，但700km的總制動里程相當(dāng)于約5年的使用壽命，5年后必須更換極靴。在考慮到克服鋼部件熔焊費用、更換球墨鑄鐵極靴的或燒結(jié)材料極靴的費用的情況下，鋼、球墨鑄鐵GGG.40和燒結(jié)金屬這三種材料的壽命周期費用相差只有幾個百分點。但就制動力來說，燒結(jié)金屬明顯優(yōu)于GGG.40的。

新開發(fā)的用燒結(jié)金屬極靴的EMB于1998年首次用于批量生產(chǎn)的擺式車體的ICN列車上。

二、永久磁鐵軌道制動器（PMB）

與EMB相比，PMB的優(yōu)點是使用率高和可用作停車制動，不需要附加的安裝空間以不存在彈簧儲能制動缸的質(zhì)量。克諾爾制動器公司具有多年使用永久磁鐵軌道制動器的經(jīng)驗，在137臺瑞士Re460/Re465型機車上安裝了該公司的PMS140制動器，自1992年以來共有548個制動器成功地用于這些機車上。在這些機車上使用PMS140制動器的主要原因是，這些機車沒有安裝彈簧儲能制動缸的安裝空間，用該制動器可以提高機車的利用率，以及機車可用較高的速度行駛在另外的線路上。選用軌道制動時費用是次要的。

過去幾年中，進行這項費用大的開發(fā)工作目的在于降低費用、減輕質(zhì)量和減小安裝空間。與PMS140相比，在同時使用燒結(jié)金屬極靴時能大大改善性能和節(jié)省費用。與EMB（Nb.G1.100）相比，PMB100要貴得多。因此，PMB只限用于特殊的應(yīng)用，即使用EMB不能再進一步提高利用率的情況下（例如冗余的蓄電池供電）。

三、電勵磁的渦流制動器（EWB）

在試驗列車ICE-V和TGV上作了系統(tǒng)的試驗后，2年來在1臺TGV動力頭車上使用了電勵磁的渦流制動器（EWB）。自1997年夏季起，在1列ICE改造成試驗列車的ICE-S上對ICE3列車用的制動器作了內(nèi)容廣泛的試驗。整體托架同時構(gòu)成線圈的磁導(dǎo)軛鐵以及支承經(jīng)懸臂到輪對軸箱上的吸引力的承載部件。2個軌距保持架用于鋼軌上的平行導(dǎo)向。軌距保持架與整體托架形成一個剛性的制動框架。制動力經(jīng)兩側(cè)鉸接的制動力支座傳遞給轉(zhuǎn)向架。不施行制動時，4個氣囊利用高壓風(fēng)將制動框架保持在高位置中。在制動狀態(tài)下制動框架下落到輪對軸箱上，不勵磁時制動器和鋼軌之間的氣隙保持為7mm。

制動力在整個高速范圍內(nèi)呈理想的恒定特性，而且只在速度低于50km/h才下降。與此相反，吸引力隨速度下降漸進地降低。由于整體托架剛度是有限的，所以按下降機理在勵磁電流恒定和氣囊壓力恒定時氣隙不能再保持為恒定，這可能導(dǎo)致整體托架機械負荷很高，并出現(xiàn)與鋼軌接觸的危險。為避免這些情況，在速度200km/h～100km/h范圍中隨速度的降低不斷地升高氣囊的氣壓，在速度低于100km/h時稍許降低電氣勵磁。這樣就能使氣隙在整個速度范圍中近似保持不變，完全發(fā)揮EWB的制動能力，整體托架也不會過負荷。EWB工作所需的開環(huán)和閉環(huán)控制以及診斷在驅(qū)動控制器（ASG）和制動控制器（BSG）中完成，通過多功能列車總線（MVB）進行數(shù)據(jù)交換和控制電流和壓力的調(diào)節(jié)器。在ASG和BSG中，按線圈熱計算模型不斷計算和監(jiān)視線圈的溫度。這樣就保證了EWB在頻繁的常用制動工況下至少能快速制動，在達到與速度有關(guān)的極限溫度時EWB退回到常用制動。

比較A、B兩種不同的車輛制動系統(tǒng)的壽命周期費用（LCC）就可看出EWB在經(jīng)濟上的優(yōu)點：

電氣勵磁的渦流制動器（EWB）；ICE3制動裝置的壽命周期費用（LCC）

（1）系統(tǒng)A無EWB，每一從動輪對裝3個制動盤；

（2）系統(tǒng)B用EWB，每一從動輪對裝2個制動盤。

雖然系統(tǒng)A的購置費較低，但由于更換閘片（使用壽命約0.5年）和制動盤（使用壽命約8.5年）的維修費，其LCC大大超過系統(tǒng)B的。

四、永久勵磁的渦流制動器PWB

PWB是一種非常有吸引力的開發(fā)目標。優(yōu)化計算表明，PWB能近似達到同EWB一樣的制動力。很高的使用率可補償較小的差異，因為PWB與電源無關(guān)。其他一些優(yōu)點是，它不會有熱過負荷，可用作停車制動，總之與EWB相比不僅質(zhì)量輕，而且價格便宜。略……

一、政策規(guī)劃

目前新型城市軌道車輛國產(chǎn)制動系統(tǒng)尚沒有產(chǎn)品。但國內(nèi)并非沒有研究基礎(chǔ)。90 年代末，鐵道部在國家計委（發(fā)改委）的支持下，先后組織上海鐵道大學(xué)（現(xiàn)并入同濟大學(xué)）、鐵道科學(xué)研究院等單位聯(lián)合研制“先鋒”號、“中華之星”高速動車組，并分別研制微機控制直通電空制動系統(tǒng)。由于“先鋒”號為動力分散型電動車組（2動1拖為1個編組單元，試制列車由2個單元6輛車組成），而“中華之星”為動力集中型電動車組（試驗車2動9拖，11輛車組成），因此在制動系統(tǒng)上有所區(qū)別。但基本原理均為微機控制直通電空制動。

我國自行研發(fā)的微機控制直通電空制動系統(tǒng)的特點與國外產(chǎn)品基本相同。這2種制動系統(tǒng)已分別進行了50多萬km，歷時5年左右的運行考核（由于其他原因使列車未能長期連續(xù)運行），尤其是“先鋒”號列車2002年曾在廣（州）深（圳）線連續(xù)載客運行近半年。因此，我國自行研發(fā)適用于新型城市軌道車輛的制動系統(tǒng)是有技術(shù)基礎(chǔ)的。

下一階段，國家發(fā)展改革委將協(xié)調(diào)相關(guān)城市軌道交通設(shè)施業(yè)主單位，率先采用國產(chǎn)城市軌道車輛制動系統(tǒng)，并將研究制訂有關(guān)

二、未來重點區(qū)域分析

目前，我國已有15個城市正在申請修建地鐵和輕軌道路，線路總長為430公里，建設(shè)投資約需1400億人民幣，國家將根據(jù)資金籌措情況和軌道交通設(shè)備國產(chǎn)化進程，陸續(xù)批準這些項目的建設(shè)。據(jù)了解，國務(wù)院和國家計委己經(jīng)批準立項或者原則同意興建地鐵和輕軌道路的城市有:南京、深圳、青島、沈陽、重慶五個城市，而大連、長春、哈爾濱、鞍山、武漢、杭州、烏魯木齊等城市也正在積極籌備建設(shè)地鐵和城市輕軌道路系統(tǒng)。

我國城市軌道交通的發(fā)展趨勢說明，在進入21世紀初葉時期，將需要大量技術(shù)先進的地鐵和輕軌技術(shù)裝備。但隨著國外機電產(chǎn)品應(yīng)用高新技術(shù)的發(fā)展，軌道交通的技術(shù)裝備投資在整體工程造價中的比例己越來越大，現(xiàn)在有的項目多達60%，超過了以往土建工程費用占大頭的比例。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是，我國的一些地鐵或輕軌項目在初期發(fā)展階段還需要利用國外貸款，采用了外貸，附加條件就是要購買貸款國的技術(shù)裝備，造價也就隨之而上升。為了改變這種狀況，只有努力開拓軌道交通技術(shù)裝備國產(chǎn)化工作，不斷擴大產(chǎn)品國產(chǎn)化率，使外貸影響降到最低限度。技術(shù)裝備及產(chǎn)品的國產(chǎn)化，是發(fā)展我國軌道交通的長遠之計。

一、重點發(fā)展領(lǐng)域

1、辨析車控和架控制動控制系統(tǒng)

實際應(yīng)用中證明，對城軌車輛制動系統(tǒng)而言，車控和架控制動控制系統(tǒng)在列車制動性能方面沒有什么區(qū)別，例如制動響應(yīng)時間、制動緩解靈敏度、制動缸充排風(fēng)速度和防滑控制水平等，這是由于實際上現(xiàn)有車控制動控制系統(tǒng)的制動性能已足夠滿足對城軌制動的要求，所以制動系統(tǒng)的性能主要取決于制動管路的布置和狀態(tài)。

另外，在制動管路的布置方面，車控和架控制動控制系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，對于車控系統(tǒng)而言，與架控系統(tǒng)相比在車輛上需布置沿車長方向的制動缸管；對于架控系統(tǒng)而言，與車控系統(tǒng)相比需要設(shè)置兩個靠近轉(zhuǎn)向架的制動控制裝置；對于停放制動系統(tǒng)而言，車控和架控系統(tǒng)的管路布置是相同的，應(yīng)該說現(xiàn)有的將停放制動集成在內(nèi)的車控制動控制單元更具有優(yōu)勢。

總的來說，對于大于兩輛車編組的列車，選擇車控制動控制系統(tǒng)更加經(jīng)濟實用，對于一至兩輛車編組的列車，可以選用架控制動控制系統(tǒng)，在理論上更加安全可靠。但是，空氣制動系統(tǒng)采用車控或架控方式還應(yīng)與電氣傳動系統(tǒng)采用的控制方式和基礎(chǔ)制動配置相協(xié)調(diào)。

2、制動控制單元小型化趨勢

由上述城軌車輛制動控制單元介紹可知，與上世紀90年代NABCO的HRDA制動控制單元和KNORR的ESRA制動控制單元作相比，制動控制單元小型化已是現(xiàn)在以至未來制動控制單元的發(fā)展方向。制動控制單元小型化，如EP2002和EPAC制動控制單元，使制動控制單元成為了一個可在線更換的裝置，方便車輛的安裝和維護，減輕了車輛的重量和減少了列車庫停檢修的時間。

3、制動控制單元新解決方案的挑戰(zhàn)

我國城軌車輛大多數(shù)制動控制單元采用傳統(tǒng)的制動控制解決方案：即制動氣動裝置接受制動電子控制裝置的控制，由電空轉(zhuǎn)換閥產(chǎn)生與制動需求相一致的預(yù)控壓力，然后通過中繼閥進行流量放大，最終控制制動缸的壓力。防滑控制由制動電子控制裝置通過控制靠近轉(zhuǎn)向架的防滑閥實現(xiàn)車輪防滑。值得注意的是，一些新的制動控制單元采用了全新的制動控制解決方案，將制動缸控制和防滑控制合并在一起，從理論上是一種實踐，但由于制動缸控制和防滑控制不同的機械和氣動特性，新的制動控制解決方案面臨著較大的挑戰(zhàn)。

4、考慮制動控制系統(tǒng)的壽命成本

由于城軌交通的安全性要求較高，目前我國城軌車輛主要采用了國外的制動控制系統(tǒng)，在保證了安全性的同時，我們也不得不面對另外一個大的問題，就是產(chǎn)品的壽命周期成本。面對上述我國采用的城軌制動控制系統(tǒng)，運用一定時期的可維修性需著重考慮，所以在選用城軌制動控制系統(tǒng)時，需要研究其零部件維修的可能性，而不是自始至終整機從國外購買。

二、重點發(fā)展方向

城市軌道車輛的電氣制動與空氣制動特性配合的控制是由模擬制動機完成的.從北京、天津、上海、廣州這四個城市地鐵使用制動機情況來看:北京及天津地鐵使用的是我國自行生產(chǎn)的數(shù)字式電空制動機系統(tǒng)。它與英國西屋公司早期的制動系統(tǒng)相仿，屬于直通式電空制動制式。進入90年代后，在北京地鐵部分列車上引進了由英國西屋制動機公司生產(chǎn)的模擬式制動機系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有作用快，制動缸壓力巧級變化，并且能與電制動，空重車調(diào)整裝置，列車自動控制裝置協(xié)調(diào)配合等特點。同時使用了防滑裝置等新技術(shù)、新材料，采用電阻制動與空氣制動聯(lián)合作用的方式。上海地鐵、廣州地鐵所采用的德國克諾爾公司生產(chǎn)的模擬制動機及北京地鐵二期工程選用的日本空氣制動機公司生產(chǎn)的模擬式制動機系統(tǒng)與上面所述的英國西屋公司生產(chǎn)的制動機相仿。

從以上可以看出現(xiàn)今我國各城市地鐵裝用的制動機系統(tǒng)計有四個國家產(chǎn)品，只有國產(chǎn)的屬數(shù)字式，其余均為模擬制動機系統(tǒng)。也就是說我國用于城市軌道交通的制動機很大程度上還是依賴于進口，國外制動機雖然性能優(yōu)越，但其造價昂貴，每年國家用于這方面的外匯總量都很大。因此對模擬式制動機進行國產(chǎn)化研究與開發(fā)具有十分重要的意義。而電氣制動特性的精確控制算法及電氣制動力的精確觀測則是模擬制動機開發(fā)及車輛電氣制動特性研究的一個重要方面。略……