车辆摩擦材料的发展现状（精选五篇）

第一篇：车辆摩擦材料的发展现状

车辆摩擦材料的发展现状

------《汽车摩擦学》结课论文

现如今，随着汽车工业的快速崛起，车辆的制造逐步向环保、高速和安全的方向发展，这对车辆的制动系统的稳定性和可靠性的要求越来越高，而车辆中使用的摩擦材料的性能直接影响着车辆行驶过程中的安全和舒适性。汽车制动的实质是把汽车的大部分的动能通过刹车片和制动件之间的摩擦转化为热能，大部分的热能又被制动器吸收引起温度升高的过程。

1.摩擦材料发展史

摩擦材料可以粗略地划分为以下几个阶段:(1)1930年前，主要以石棉长纤维添加其他线类编织浸渍方式为主。

(2)1930年，研制出一种柔性树脂粘合剂，具有很好的热稳定性，使得干法工艺有掺进更多填料的可能，并研制出鼓式制动片，在后续的30年，石棉原料仍然占据主导地位。

(3)1950年，美国SKWEllMAN公司率先研制了用铁粉、石墨和其他填料加树脂作粘合剂热压的摩擦材料，即半金属摩擦材料。1970年，半金属摩擦材料被用于盘式制动器，至今仍被广泛应用。

(4)1960年以来，由于汽车技术的不断改进，对制动器摩擦性能的要求越来越高，石棉摩擦材料已经不能满足汽车的发展要求，尤其是石棉对环境污染和对人体健康问题的提出，迫使许多发达国家汽车公司开始研究并寻求石棉材料的替代品，如复合纤维摩擦材料等。这些新型摩擦材料具有良好的摩擦磨损性能，适应时代发展的需要。1980年以来，盘式制动器和新型摩擦制动衬片得到快速发展并大规模地应用到汽车制动系统，人们更加关注汽车的舒适、环保、安全、轻量化等方面，摩擦材料行业不得不加快新型材料的开发，提高刹车材料的制动性能。另外，20世纪70年代中期研究者提出无石棉材料存在一些缺点，如半金属摩擦材料的钢纤维容易生锈，且对制动盘有一定的损伤;摩擦热引起制动密封圈软化和制动液“气阻现象”。纤维增强摩擦材料和复合纤维摩擦材料也存在一系列问题，如玻璃纤维浸润性不佳以及制造工艺复杂等。复合纤维摩擦材料成本高，应针对这一问题加以改进，完善制备工艺。随后出现的第二代和第三代半金属摩擦材料具有低导热率、低噪声等优点。

2.摩擦材料的种类和制备过程

按发展过程摩擦材料可以分为石棉摩擦材料和非石棉摩擦材料。石棉摩擦材料按使用条件可分为干式和湿式两种；非石棉摩擦材料种类多，根据基体材质的不同可以分为金属基、半金属基、非金属基三类。2.1金属基摩擦材料

金属基摩擦材料主要有熔铸金属和粉末冶金摩擦材料两种。熔铸金属主要指钢、铸铁、青铜等，但单体金属摩擦材料由于易粘结和高温高速下摩擦系数低等缺点而逐渐被淘汰。粉末冶金摩擦材料又称为烧结摩擦材料，是将铁基、铜基粉状物料混合、压型，并在高温下烧结而成。根据基体的类型一般可把粉末冶金摩擦材料分为铁基、铜基及铜铁基3种常用类型。铁基摩擦材料有较高的耐热性、高温强度、硬度及热稳定性，经济性较好;铜基摩擦材料的摩擦因数稳定且较小，导热率高，耐磨性好;铁铜基粉末冶金摩擦材料中铁和铜的含量差不多，兼有铁、铜优异的力学、导热性能和耐磨性能，在湿式和干式条件下都能应用。粉末冶金材料适用于较高温度下的制动与传动工况条件，如飞机、载重汽车、重型工程机械的制动与传动。

2.2半金属基摩擦材料 半金属基摩擦材料是以金属纤维代替石棉纤维的无石棉摩擦材料。其材质配方主要为粘结剂，石墨粉、腰果壳油等减磨剂，其余为橡胶粉铁质金属物(如还原铁粉、铁钢合金 纤维、泡沫铁粉)，半金属摩擦材料因此而得名。其主要特点是导热系数大，耐热性好，吸收功率高，能满足汽车在高速、重负荷运行时的制动工况要求，但其存在制动低频噪音、边 角脆裂等缺点。

2.3非金属基摩擦材料

采用改性的高温树脂及橡胶作勤结剂，将纤维质增强材料与增磨剂、减磨剂配料及混合后，通过压制成形或热压及固化而成。其增强材料已经改为非石棉纤维，现应用较为普遍的有有机纤维(芳族聚酞胺纤维及其浆粕、碳纤维等)、金属纤维(钢纤维、铜纤维等)和无机矿物材料(玻璃纤维、硅灰石纤维等矿物)。在高温条件下具有质量轻、耐高温能力强、使用寿命长等特点，使其在交通运输中得到广泛应用，以飞机刹车为例:在波音747飞机上采用碳/碳复合刹车材料后，相比金属刹车，质量下降816.5kg，而热库是金属刹车的3~5倍，在2000℃下材料强度不发生任何变化，3000℃以下模量反而增加，可在2200℃下安全工作，该条件下材料没发现黏结变形。

2.4摩擦材料制备工艺

摩擦材料的制备过程主要分为配方筛选和批量生产，选用适当的配方，经测试满足需求后，投入批量生产。

主要的生产环节包括以下几步:(1)检验材料。对采用的原材料进行检验，根据其物理化学指标特性，对在配方中的比例进行必要的调整。

(2)配料。按照配方确定的比例进行计量。目前有人工计量和计算机自动配料系统自动计量两种，后者先进可靠。

(3)混料。将配好的原料进行混合。分为湿法混料和半干法混料。常用混料机有三轴螺旋式、二轴式、犁耙式(较常用)。

(4)压制成形。分为顶模一步成形法和板式模二步成形法。一步成形法就是将料装进模具，直接热压成形;二步法则是先将原料预压成毛坯，再装入热压模热压成形。

(5)热处理。将热压成形的摩擦材料放进能够编程控温的热处理箱中进行热处理，使摩擦材料中的树脂等有机组分的化学反应完全充分。

(6)外形加工。对产品进行必要的修整加工，如磨表面、倒角、喷漆等。

一般地，经上述加工制成的摩擦材料，其摩擦磨损性能已经确定，后续加工只能改变其外观而不能改变其力学性能，但是“表面烧蚀处理”工序有助于摩擦材料工作初期的能稳定。所谓烧蚀处理就是摩擦材料在出厂前经过600~700℃高温处理，使表面有机物迅速分解气化，防止制动初期气垫和热衰退的产生。

3.影响材料摩擦磨损性能的因素

摩擦材料通常由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂、工艺性能调节剂组成。这4种原料在配方中并非单一地起作用，好的配方在于恰到好处地发挥各种材料的互相作用能，确保摩擦材料在使用温度范围内有合适并相对稳定的摩擦性能和较长的磨损寿命。

粘结剂一般选用热固性树脂和橡胶，作用是将配方中的组分粘结在一起，形成具有足够强度、适当硬度、耐高温和耐磨的固体。树脂种类与含量对摩擦材料力学性能和磨损性能有重要影响，如腰果壳油改性酚醛树脂为基体的摩擦材料的摩擦磨损性能优于纯酚醛树脂基摩擦材料的性能，树脂粘结剂含量增加时，摩擦材料的力学性能提高。当树脂粘结剂的含量为9%~12%时，摩擦材料具有优异的摩擦磨损性能;树脂粘结剂的含量小于6%时，摩擦系数较低且不稳定;树脂粘结剂的含量大于15%时，材料发生热衰退现象。增强纤维必须有足够的强度和好的耐热性和耐磨性，而且不能刮伤对偶。玻璃纤维、矿物纤维、芳纶纤维和片状硅石等组成的多维复合增强体系具有“微米和纳米”尺度，“一维(纤维)和二维(片状)”形态，“无机和有机”材质等特点，经过优化配方制成的优化多维

2-73复合增强汽车摩擦材料的冲击强度为0.54J/cm，总磨损率为1.35X10cm/(N·m).摩擦系数的变异系数为5.86%，满足了汽车摩擦材料在力学、摩擦磨损等各方面性能的要求。

摩擦性能调节剂可以提高和稳定摩擦系数，如非金属矿物BaSO4、铁及铁墨、Al2O3、陶土，它们的主要作用是使刹车具有足够的摩擦系数，不仅在常温段，而且在400~500℃的高温区段都能产生满足需要的制动力。对于石墨、云母、滑石等，其硬度很低，起润滑摩擦表面、稳定摩擦系数的作用。

工艺性能调节剂有脱模剂和特殊填加剂。脱模剂使产品在生产过程中顺利脱模;特殊填加剂改善粘合剂性能，提高材料性能。

4.摩擦材料性能的评价与测试方法

摩擦材料性能分为理化性能和摩擦磨损性能。

在理化性能中，摩擦材料可压缩性越来越引起人们的重视。随着研究与使用的深入，人们发现制动器衬片的可压缩性不但影响汽车制动踏板行程、制动液需液量、制动滞后特性，也影响制动的平顺性和舒适性，对ABS系统将影响其工作特性，更重要的是可压缩性与密度密切相关，从而影响制动器的固有频率，容易产生摩擦振动和噪声。通过可压缩性的测试，可间接获得有关制动噪声的信息。因此，摩擦材料可压缩性的评价和测试将成为一个重要课题。

摩擦磨损特性是摩擦材料最基本也是最重要的性能。评价摩擦磨损特性有许多方法，常用的有3种:采用标准试样形式的小样试验;采用实际制动总成件和对偶件，并模拟实际使用条件的惯性台架试验;装车后的使用试验。对于摩擦材料企业来说，更注重于小样试验和惯性台架实验。

小样试验的试验条件与摩擦衬片工作时的实际工况条件有一定差别，但简捷、快速、费用低，主要用于企业生产质量控制、配方研究及新产品开发的前期阶段。

目前，在亚洲一些国家和地区，如中国、日本、马来西亚、台湾等地，小样试验主要参照日本在20世纪40年代建立并经多次修改的JISD-411-88的试验方法和标准进行，其试验设备是定速试验机。北美国家的小样试验采用美国汽车工程师协会(SAE)制定的SAEJ661试验规范，其试验设备主要是CHASE试验机，此外还有FAST试验机和MM1000试验机。欧洲国家不进行小样试验，只采用台架试验。

台架试验相对于小样试验来说，具有优良的模拟性和数据重现性，但试验过程复杂、周期长、费用高。台架试验的目的在于选择摩擦副的合理结构，校验试验数据和在模拟实际工况条件下摩擦件的可靠性。因此，惯性台架试验机是制动器制动性能试验中最具权威性的测试设备。目前国内外的惯性台架实验几乎都采用德国的KRAUSS型试验机，该机国内己经能够生产，如吉林大学机电所的JF132、JF122等机型，其执行的标准有德国大众公司的P-V W3112、P-V W3212，配飞轮惯量系统后，可执行VW-TL110美国SAEJ212、中国QC/T582-99、QC/T564-99等。

目前，惯性台架己不局限于制动器常规测试，其功能得到不断扩展，如JF122C型惯性台架具有ABS和ASR测试功能，JF122N惯性台架具有NVH功能。

20世纪90年代以前，全世界流行的基本都是机械模拟式台架。近年来，随电子及计算机控制技术的飞速发展，电模拟机械惯量的技术也日趋成熟，电模拟式台架开始成为主流

经过试验研究发现，不同试验方法的试验数据可比性差，即使是同为小样试验的定速试验和CHASE试验也是如此，更不用说小样试验与台架试验的可比性了。其主要原因是试验方法、试验工况及测试目的不同。

通过比较小样试验与台架试验的优缺点，研究人员开始研究一种新的试验方法—采用相似理论的缩比台架试验，按比例截取摩擦衬片的一部分作为试验对象，在缩比台架试验台上，执行1:1台架的试验方法，如SAEJ2681等。按照相似理论，缩比台架试验与1:1台架将具有很好的数据可比性。缩比台架试验可大幅降低试验设备投资和试验的成本，是摩擦磨损性能测试的又一重要手段。

在与国外同行的交流中了解到，目前，欧美一些国家正在起草一个新标准IS015484(草稿)，该标准实施的目的是建立一个统一的摩擦材料摩擦磨损试验规范，以台架试验为主，限制甚至取消所有的小样试验，目前，正处于试验数据积累阶段。这说明摩擦材料性能评价方法和试验规范有统一的趋势。

5.摩擦材料的现状和发展趋势

科学技术的进步促进了汽车工业的飞速发展，摩擦材料的工作条件越来越苛刻。传统的石棉摩擦材料制品因高速制动而出现瞬时高温，使表面易产生严重的热衰退，对环境有很大污染，已经不适应时代的发展要求，新型耐高温无石棉摩擦材料，如用玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维替代石棉的进程得到快速发展。

1990年以来，西方发达国家着手研制低密度、高耐磨性和高温稳定的炭纤维增韧陶瓷基刹车材料，德国斯图加特大学和德国航天研究所等单位的研究人员开始进行C/C-SiC复合材料应用于摩擦领域的研究，并研制出C/C-SiC刹车片应用于保时捷轿车中，美国橡树岭国家实验室与HoneywellAdvanced Composite等公司合作正在研制低成本的C/C-SiC复合材料刹车片。近年来，以Al2O3陶瓷为基体的摩擦材料在摩擦领域中得到认可。Al2O3基陶瓷摩擦材料成本低，使用寿命长，用其取代纤维/树脂基材料，可使制动系统的使用寿命延长至少半年，而且使摩擦材料在高速工作状况下的摩擦性能得到改善。Tucci则研究了滑动系统中摩擦表面的第二相和物质转移;国内陈志刚、陈晓虎等先后以Al2O3为基材添加润滑组元，研究探索陶瓷基摩擦材料的摩擦磨损特性及组分构成形态，为新型陶瓷摩阻材料的研发提供了科学依据。

少纤维或无纤维摩擦材料、纳米摩擦材料等新型材料正处在探索研究阶段，该摩擦材料具有无金属、无Kevlar等化学纤维、无石棉和天然纤维的特点，有望进入摩擦材料领域。随着人们环保意识的增强，新型无污染绿色环保摩擦材料将会成为摩擦业界研究的重点。

6.结语

目前，国外已开发研制了多种无石棉汽车摩擦材料以及许多先进的制造技术和设备，但摩擦材料的综合性能仍有待进一步全面提高为了适应我国汽车工业发展的要求和环保要求，我国的汽车摩擦材料行业应加快改革，改善管理，改进工艺，调整产品结构，提高产品质量，大力开发新型无石棉摩擦材料，积极参与国际竞争。

2016.04.12

第二篇：摩擦学的现状与前沿

摩擦学的现状与前沿

—— 机自09-8班姚安03091131

摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视，摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。研究现状与发展趋势

现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为：

(1)在以往分学科研究的基础上，形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍，有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了摩擦学机理研究的深入发展。

(2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及，以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究，促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。

(3)随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合，甚至以控制性能为目标的研究模式发展。此外，摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。

（4）交叉学科的发展。摩擦学作为一门技术基础学科往往与其他学科相互交叉渗透从而形成新的研究领域，这是摩擦学发展的显著特点。主要的交叉学科如下:摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学及微机械学等。

当今，相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用，主要表现在以下方面。

1.1 流体润滑理论

以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。现代计算机科学和数值分析技术的迅猛发展，对于许多复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定量计算 目前薄膜润滑研究尚处于起步阶段，在理论和应用上都将成为今后润滑研究的新领域。

1.2 材料磨损与表面处理技术

现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。表面处理技术或称表面改性是近20年来摩擦学研究中发展最为迅速的领域之一。它利用各种物理、化学或机械的方法使材料表面层获得特殊的成分、组织结构和性能，以适应综合性能的要求。就学科发展趋势而言，复合性材料的研究是材料科学的重点方向，而表面改性技术实质上就是研制表里具有不同材质的复合性材料，因而受到摩擦学者广泛的重视。

1.3 纳米摩擦学

纳米摩擦学提供了一种新的思维方式和研究模式，即从原子分子尺度上揭示摩擦磨损与润滑机理，从而建立材料微观结构与宏观特性之间的构性关系，这将更加符合摩擦学的研究规律.目前，纳米摩擦学的主要研究内容包括材料微观摩擦磨损机理与控制，以及表面和界面分子工程即通过材料表面微观改性和纳米涂层，或者建立有序分子膜润滑，以获得优异的减摩耐磨性能。当前的应用研究主要集中在计算机磁记录装置以及超精密和微型机械。纳米摩擦学是摩擦学研究的热点领域，迄今已有大量的研究报告发表，并出版了专著。

第三篇：搅拌摩擦焊 研究现状

搅拌摩擦焊技术在国内外的发展状况

搅拌摩擦焊的技术特点是焊接金属不熔化，焊缝为锻造的细晶组织，并且作业环境不受限，适合于大型结构的焊接，同时工艺参数少、参数裕度大，焊接质量稳定，是一项高效、低成本、环保的固相焊接新技术。

正是由于搅拌摩擦焊所具有的这些技术特色和优点，这项技术被称之为焊接技术的一场革命，也使得这项技术从发明至今的短短十几年内，得到了其它焊接方法从未有过的快速发展，尤其是在国外，搅拌摩擦焊技术发展和工业应用的速度之快令人瞠目结舌。首先表现在搅拌摩擦焊应用的材料上，除了各种铝合金、镁合金和铜合金以外、钛、钢甚至高温合金等高熔点高热强金属材料的搅拌摩擦焊技术研究甚至工业应用也已经开始。当前，搅拌摩擦焊单道一次焊透铝板的能力为最厚100mm、最薄0.5mm，焊接铜板最厚达50mm，焊钛合金最厚达25mm。从焊接方法的发展来看，搅拌摩擦焊已从最初的一体式搅拌头焊接方法发展衍生出了分体搅拌头（可回抽搅拌头，固定轴肩搅拌头）式搅拌摩擦焊、双焊接头（同面共主轴反向旋转，双面双主轴）搅拌摩擦焊、双轴肩搅拌摩擦焊、高转速搅拌摩擦焊以及搅拌摩擦点焊等。由于搅拌摩擦焊是通过搅拌工具施加的运动和作用力使被焊材料形成焊缝的，焊接过程中的作用力很大，因此焊接设备本身刚性一般都很大、很笨重。但国外搅拌摩擦焊设备已从最初的类铣床结构发展出了动龙门动横梁多轴联动搅拌摩擦焊设备、机器人搅拌摩擦焊设备、移动式搅拌摩擦焊设备甚至便携式搅拌摩擦焊设备。焊接设备的发展，也使搅拌摩擦焊的适用对象从简单规则形状焊缝发展到了空间曲线焊缝的焊接和外场的维修补焊。最后，从工业应用来看，搅拌摩擦焊已在先进国家的航空、航天、兵器、电力电子、石油化工、船舶、轨道交通、汽车等制造领域得到了大量应用，应用部位已从非承力、次承力结构发展到关键承力结构上，搅拌摩擦焊在国外铝、镁等轻合金结构制造上正在成为主导甚至必选的制造技术手段。

（相对于国外先进工业国家的工业基础和技术实力，虽然搅拌摩擦焊这项专利技术是英国焊接研究所1991年发明的，但我国早在1996年就已开始这项焊接技术的研究，并且在近十年来取得了飞速的发展和技术进步。）至今我国已有近40家科研院所、高校和生产企业从事搅拌摩擦焊技术研究和工程化应用，取得了显著的技术突破和成果。典型实例包括搅拌摩擦焊制造的东风系列导弹、航天运载火箭、铝合金高速船舶等已成功发射或试航，北京赛福斯特技术有限公司等单位已经采用搅拌摩擦焊批量生产电力电子行业的散热器、船用大型铝合金带筋壁板、铝合金云爆弹等。当前，针对大型飞机、新型军用飞机、大型运载火箭、高速列车的搅拌摩擦焊技术应用研究也已经开始。随着搅拌摩擦焊技术研究和工程应用在我国如火如荼地展开，相信在不远的将来，这项革命性的焊接技术一定会在我国工业制造领域绽放异彩、建造奇勋。

第四篇：国内外铁道车辆空调的发展现状

国内外铁道车辆空调的发展现状 前言

随着铁道车辆的高速发展和人民生活水的提高，旅客列车的乘坐舒适性越来越好，空调机组在铁道车辆上以得到广泛的应用。我国的列车空调技术起步晚，现在还相对处于落后状态。但这些年我国列车空调技术发展速度也很快，技术也越来越成熟。特别是90年代末以后，随着科学技术的不断发展，列车空调技术不断得到完善，但仍然还存在着一些问题。主题

一．国内铁道车辆空调的发展 1．普通旅客列车空调

20世纪80年代以来，我国铁路空调列车得到了迅猛发展。我国除50——70年代末,引进和个别厂家制造、安装分装式空调外,目前我国铁路空调列车普遍采用车顶单元式空调机组。通过近几年的应用实践表明，该空调机组基本上能满足夏、冬两季的供冷和供热要求，为旅客提供了比较舒适的乘车环境。但与世界先进国家相比，无论是在技术还是在工艺方面，我国铁路客车空调仍然处于相对落后的状态并存在着诸多方面的问题。我国铁路客车空调装置的结构形式主要分为：分装式和车顶单元集中式两种类型。分装式空调机组通常是将压缩机、冷凝器、冷凝风机和储液罐安装在车下，而将通风机、蒸发器、膨胀阀和空气预热器等置于车顶的一端。这些机组的形式主要有KK一

30和KK一50型。目前除了由西德进口的客车仍采用这些类型外，国产客车的空调机组己逐步被车顶单元集中式所取代。

分装式机组的主要缺点是体积大，拆装困难和检修不方便，同时由于制冷设备管路较长，接头较多，容易产生泄漏。车顶单元集中式空调机组是将压缩机、冷凝风机、气液分离器、干燥过滤器、毛细管(或膨胀阀)、通风机、蒸发器和空气预热器中在一个箱体里组成一个完整的单元，安装在车体的一端或两端，有的置于车体的中部。目前这类空调机组有KLD一

29、KLD一

40、KLP4.7A型等。集中式空调机组的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，机组互换性好和检修方便，同时，因空调机组安装与车上，还可与避免车体排放的废水和脏物对冷凝器的腐蚀，延长机组的使用寿命。集中式空调机组一体化以后，制冷设备管路大为缩短，不但可以节省大量的有色金属，还可以减少泄漏。实际上，我国空调车所装配的单元集中式空调机组均采用全封闭式制冷压缩机，能量调节采用停、开压缩机的办法来实现。以空调硬座车为例，每台机组有两台制冷压缩机，每车共四台制冷压缩机，可实现输气量的100%、75%、50%、25%、0五档调节。但实际的运行过程中，只能实现100%、50%、O三档调节。输气量的调节也就是压缩机的启动，由温度控制器启动其停机温度点，根据车内热负荷的变化可以不开压缩机至全开压缩机来实现输气量调节。

2．高速列车空调高速列车空调的布置，由于速度高，必须降低安装重心。动车普遍采用车下安装单元式空调机组并设计诱导通风方式。CRH1动车组空调系统：司机室空调系统采用单元式空调机组；且安装了地板加热器。进入司机室的气流通过置于车顶和天花板之间的风道进行分配，且具有回风功能。客室调系统共有两台空调机组，采用的是分体式空调，压缩机和冷凝器单元安装在车下，空气处理单元安装在车内。气流通过置于车顶和天花板之间的矩形风道进行分配，并具有回风功能。车厢两端的车顶设置有排气单元。通过安装在车辆侧墙内的加热器实现车内供热，并可通过空调系统控制器进行控制。

CRH2动车组的空调系统主要由空调装置、换气装置及通风系统构成；空调装置由空调机组及车上配电柜内的空调显示设定器组成；为了降低车体的重心，适应动车组高速运行，空调机组和通风系统的主要风道分别设置在地板下及地板中间。司机室空调系统采用分体式结构(变频式)。司机室制冷设备由室外机、２台室内机、电源箱、变压器、控制面板5部分组成。制冷动作为3段手动调节风量的温度控制。CRH2型动车组在车底下部安装供排气一体的换气装置。换气装置采用变频器控制送风机的运行转速，运行速度高于160km/h时，风机高速运行；低于

160km/h时，风机低速运行。通过提高送风机的风压，能够更好地抑制客室内压力的变动，同时确保客室内换气量的要求。

CRH3动车组空调系统组成：安装在车顶的单元式空调机组；安装在车顶并贯穿于整车的供风道；空调机组两侧的新、回风混合箱；安装在车下的废排单元和布置在车内的废排风道。在制冷模式下，大约有75％以上的风量通过中间管道输送，外侧的暖气管道输送25％。废排风道分布在内墙和地板之间的列车两 侧。CRH5 型动车组的空调系统具有一些优点：新风量可调；双制冷系统；整体噪声小；具有防止车内压力波动功能；更多的安全保护；先进的控制系统和网络通讯功能；采用先进的涡旋压缩机和环保型制冷剂。

3.地铁车辆空调地铁是采用第3轨供电的方式，这种方式在车顶不必设受电弓，可以使地铁隧道的尺寸减小，车顶的尺寸也可以接近隧道的尺寸。这样，在车顶安置空调极为困难。所以，空调大都采用嵌入车体两端上部的形式。

广州地铁二号线列车的每个空调单元由两个相对独立的制冷回路组成，每一个独立的制冷回路都有其各自的压缩机、膨胀阀、冷凝器。蒸发器位于空调单元的前后侧，冷凝器位于空调单元的左右侧，两个制冷回路在两个蒸发器中并行布置，互不相交；而一号线空调每个单元中只有一条制冷回路。对比两种不同布置的空调系统，二号线列车空调系统设计更加完善。当某些故障使某压缩机必须停止运行时，对于一号线列车空调系统，此时此空调单元的制冷过程会全部停止；而对于二号线列车空调系统,此时空调单元中的一个机组的制冷过程会停止,而另一个

机组会继续运行，这样就避免车厢内出现明显的温差带。二号线空调系统的紧急逆变器安装在车底；一号线空调系统的紧急逆变器安装在车顶空调单元内部。就两种紧急逆变器安装位置而言，安装在车底部分的紧急逆变器更可靠一些，因为安装在空调单元内部的紧急逆变器在空调运行时，其周围空气的湿较大、温度较高，这就要求紧急逆变器需要更高的IP防护等级虽然提高的IP等级，但在此种高温、高湿度的环境下终究会对紧急逆变器有所影响；而对于安装在车底的紧急逆变器，其运行的外界环境就相对好一些，稳定性更高，并且维修更换起来的工作量会相对减少。二号线列车空调系统的制冷压缩机采用涡旋式压缩机。一号线列车空调系统的制冷压缩机采用全封闭式螺杆式压缩机，压缩机、螺杆机构及供油系统组装在一个密封的机壳内。螺杆式压缩机具有结构简单、易损件少、压比大、对湿压缩不敏感、平衡性能好等特点。由过往几年的乘客集中反映来看，不同地铁线路，甚至同一路线不同车厢内的体感不一是最受关注的问题。某号线热似火山，某号线又冷似冰箱某节车厢冷死了，某节车厢又热晕了„„为了解决乘客舒适乘车问题，上海地铁已有60%的列车完成了空调系统的更新换代，可以实现司机根据实际情况对温度进行微调，不过，由于需要乘客集体反映或者需要列车到终点后再行调节等问题，该举措效果还是不甚明显。今年，为了进一步解决该问题，申通地铁公司早早就开展了空调检测与清洁。上海地铁全网络2500节车厢、5000个空调机组，将全部进行例行检查、功能测试和深度清洁。

每周更换一次海绵滤网，每月进行一次彻底清洁，保证空调的洁净和作业正常。同时，上海地铁已有60%的列车完成了空调系统的更新换代，可以实现司机根据实际情况对温度进行微调。

我们的司机可对列车内的空调温度进行一个区间值的微调，比如说室外是35℃，那这个区间就是22-27℃。”比如2号线列车，以往的“西门子”列车，采用的是旋钮式人工控制各节列车空调的系统，要调节每节车厢的温度，司机或者检修人员需要进入车厢，手动调节旋钮。这样的操作，在早晚高峰乘客聚集时，显然难以实现；而更新为新的司机室集中控制空调的“阿尔斯通”等车型后，司机在驾驶室内就可以通过触摸屏，在19-27℃范围内，即时调节整列车的温度。二．

国外铁道车辆空调的发展在日本,最初在铁道车辆上安装空是在当时的特快列车上，用以调节车厢内的温、湿度，以提高乘坐舒适度,至今已有50多年的历史。当时,开发有各种各样的调，但直到1964年东京奥运会开幕之前，才在东海道新干线整列车上安装空调装置，当时将空调安装在车顶，近来，随着列车的高速化，空调几乎都安装在车辆地板下。日本东武铁道100系新型特快列车专用的新型空调系统：为了在一年四季都不使空调机闲置，采用热泵式空调机，并装用了变压变频能童调节装置，以便根据空调负荷精确地调节空调机的能量。这种热泵可在-20℃的情况下起动、运转。另外，为弥补低温时的能量不足，以及在梅雨期进行除湿时不致过冷，空调装置内还安装了PTC加热器。1970年起，通勤车上也开始安装空调，从而大大改善了上、下班高峰时的车内环境。在车辆的车顶上设置1台，空调控制器设置在空调附近的顶棚部，省略了与空调装置连接的配线。此外，运用模糊推论、全自动功能、加热除湿功能等，根据季节与乘客的状况进行控制。其缺点是：首先车辆顶部受到车辆限界的限制，其安装空间有限，其次是使车辆的重 心提高，不利于高速化。三.列车空调现存的问题

1.新风量不足我国铁路客运存在运量和运能的矛盾，因此空调列车经常出现超员现象，特别是在春运、寒暑假等假日，超员达30%以上，这就要求增加新风量来削弱这一影响，而目前列车上的新风量是不可调节的，这一缺陷也将导致新风量不足。要使车厢内的各项污染物均达到合格的要求，按照CO2浓度指标所确定的新风量最多。因此，车厢内新风量主要是依据车厢内的CO2浓度来确定，而列车上的新风量是不可调节的。因此，建议通过在列车上增设二氧化碳浓度传感器控制系统，传感器根据车厢内的二氧化碳浓度来调节新风量，使车厢内的二氧化碳浓度维持在设定浓度值及其以下，以保证车厢内良好的空气品质，改善旅客的乘车环境。

2.通风系统存在缺陷空调列车的通风系统由送风、回风和排风三部分组成。空气的送入、回流和排出，必然会引起车内空气的扰动，引起车内的空调温度的波动，影响人体的热舒适感觉。例如，软卧车在夏季运行时，其车顶风道前部（靠近通风机出口）的风压大于后部，因此送风口送风量不均匀，结果导致处于风道尾部的乘客感到闷热；对于采用孔板送风的硬卧车，由于设于车厢上侧的孔板向下吹冷风，结果导致上铺的乘客感觉过冷。由于阴雨天气和晚间，人们活动次数少，新陈代谢速度

慢，按照设定的温度工作，会使乘客感到寒冷。这些问题是可以解决的，在车上安装温度传感器调节系统，传感器时刻对车内温度进行监控，对空调进行自动调节，以适应人们的需要，夜间自动调节温度低一些。对于卧铺车厢，应该在每个床位上方中部设置孔板式风道，以改变上铺冷的问题。总结

铁路客运作为我国最主要的一种客运方式，如何在新形势下改善旅客乘车环境将成为一个迫切需要解决的问题。并且列车空调一旦发生故障，后果是很严重的。据美国媒体报道，德国当局7月11日宣布，德国至少3趟列车因遭遇高温天气而出现故障，列车内空调停止运行，52名乘客因高温身体出现不适，其中8人中暑虚脱，另有44人也需要医疗救助。报道指出，德国这种现代化的高速列车采用了封闭式车窗，无法打开，因此一旦空调系统崩溃，车厢内的空气循环将受到严重影响。

3趟列车当地时间10日晚从柏林开往德国西部，其中2辆列车的空调系统在即将到站时出现故障停止运行，另外1辆列车的空调在抵达比勒费尔德市之前，开始制热而非制冷。当局派出

91名前往比勒费尔德火车站，对出现头晕目眩、头疼、呼吸困难等症状的乘客进行救援。德国联邦铁路公司表示，此次问题是由于天气太热，车外温度过高引起的。当地救援小组的负责人表示，故障列车内的气温高达50摄氏度。可见，列车空调对旅客旅途的生命安全也是相当重要的，大力发展列车空调也极有必要。

第五篇：国内外铁道车辆空调的发展现状综述

国内外铁道车辆空调的发展现状

前言

随着铁道车辆的高速发展和人民生活水平的提高，旅客列车的乘坐舒适性越来越好，空调机组在铁道车辆上以得到广泛的应用。我国的列车空调技术起步晚，现在还相对处于落后状态。但这些年我国列车空调技术发展速度也很快，技术也越来越成熟。特别是90年代末以后，随着科学技术的不断发展，列车空调技术不断得到完善，但仍然还存在着一些问题。

主题

一． 国内铁道车辆空调的发展

1．普通旅客列车空调

20世纪80年代以来，我国铁路空调列车得到了迅猛发展。我国除50——70年代末,引进和个别厂家制造、安装分装式空调外,目前我国铁路空调列车普遍采用车顶单元式空调机组。通过近几年的应用实践表明，该空调机组基本上能满足夏、冬两季的供冷和供热要求，为旅客提供了比较舒适的乘车环境。但与世界先进国家相比，无论是在技术还是在工艺方面，我国铁路客车空调仍然处于相对落后的状态并存在着诸多方面的问题。

我国铁路客车空调装置的结构形式主要分为：分装式和车顶单元集中式两种类型。分装式空调机组通常是将压缩机、冷凝器、冷凝风机和储液罐安装在车下，而将通风机、蒸发器、膨胀阀和空气预热器等置于车顶的一端。这些机组的形式主要有KK一30和KK一50型。目前除了由西德进口的客车仍采用这些类型外，国产客车的空调机组己逐步被车顶单元集中式所取代。分装式机组的主要缺点是体积大，拆装困难和检修不方便，同时由于制冷设备管路较长，接头较多，容易产生泄漏。车顶单元集中式空调机组是将压缩机、冷凝风机、气液分离器、干燥过滤器、毛细管(或膨胀阀)、通风机、蒸发器和空气预热器等集中在一个箱体里组成一个完整的单元，安装在车体的一端或两端，有的置于车体的中部。目前这类空调机组有KLD一

29、KLD一40、KLP4.7A型等。集中式空调机组的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，机组互换性好和检修方便，同时，因空调机组安装与车上，还可与避免车体排放的废水和脏物对冷凝器的腐蚀，延长机组的使用寿命。集中式空调机组一体化以后，制冷设备管路大为缩短，不但可以节省大量的有色金属，还可以减少泄漏。实际上，我国空调车所装配的单元集中式空调机组均采用全封闭式制冷压缩机，能量调节采用停、开压缩机的办法来实现。以空调硬座车为例，每台机组有两台制冷压缩机，每车共四台制冷压缩机，可实现输气量的100%、75%、50%、25%、0五档调节。但实际的运行过程中，只能实现100%、50%、O三档调节。输气量的调节也就是压缩机的启动，由温度控制器启动其停机温度点，根据车内热负荷的变化可以不开压缩机至全开压缩机来实现输气量调节。2．高速列车空调

高速列车空调的布置，由于速度高，必须降低安装重心。动车普遍采用车下安装单元式空调机组并设计诱导通风方式。

CRH1动车组空调系统：司机室空调系统采用单元式空调机组；且安装了地板加热器。进入司机室的气流通过置于车顶和天花板之间的风道进行分配，且具有回风功能。客室空调系统共有两台空调机组，采用的是分体式空调，压缩机和

冷凝器单元安装在车下，空气处理单元安装在车内。气流通过置于车顶和天花板之间的矩形风道进行分配，并具有回风功能。车厢两端的车顶设置有排气单元。通过安装在车辆侧墙内的加热器实现车内供热，并可通过空调系统控制器进行控制。

CRH2动车组的空调系统主要由空调装置、换气装置及通风系统构成；空调装置由空调机组及车上配电柜内的空调显示设定器组成；为了降低车体的重心，适应动车组高速运行，空调机组和通风系统的主要风道分别设置在地板下及地板中间。司机室空调系统采用分体式结构(变频式)。司机室制冷设备由室外机、２台室内机、电源箱、变压器、控制面板5部分组成。制冷动作为3段手动调节风量的温度控制。CRH2型动车组在车底下部安装供排气一体的换气装置。换气装置采用变频器控制送风机的运行转速，运行速度高于160km/h时，风机高速运行；低于160km/h时，风机低速运行。通过提高送风机的风压，能够更好地抑制客室内压力的变动，同时确保客室内换气量的要求。

CRH3动车组空调系统组成：安装在车顶的单元式空调机组；安装在车顶并贯穿于整车的供风道；空调机组两侧的新、回风混合箱；安装在车下的废排单元和布置在车内的废排风道。在制冷模式下，大约有75％以上的风量通过中间管道输送，外侧的暖气管道输送25％。废排风道分布在内墙和地板之间的列车两侧。

CRH5型动车组的空调系统具有一些优点：新风量可调；双制冷系统 ；整体噪声小；具有防止车内压力波动功能；更多的安全保护；先进的控制系统和网络通讯功能；采用先进的涡旋压缩机和环保型制冷剂。

3.地铁车辆空调

地铁是采用第3轨供电的方式，这种方式在车顶不必设受电弓，可以使地铁隧道的尺寸减小，车顶的尺寸也可以接近隧道的尺寸。这样，在车顶安置空调极为困难。所以，空调大都采用嵌入车体两端上部的形式。

广州地铁二号线列车的每个空调单元由两个相对独立的制冷回路组成，每一个独立的制冷回路都有其各自的压缩机、膨胀阀、冷凝器。蒸发器位于空调单元的前后侧，冷凝器位于空调单元的左右侧，两个制冷回路在两个蒸发器中并行布置，互不相交；而一号线空调每个单元中只有一条制冷回路。对比两种不同布置的空调系统，二号线列车空调系统设计更加完善。当某些故障使某压缩机必须停止运行时，对于一号线列车空调系统，此时此空调单元的制冷过程会全部停止；而对于二号线列车空调系统,此时空调单元中的一个机组的制冷过程会停止,而另一个机组会继续运行，这样就避免车厢内出现明显的温差带。二号线空调系统的紧急逆变器安装在车底；一号线空调系统的紧急逆变器安装在车顶空调单元内部。

就两种紧急逆变器安装位置而言，安装在车底部分的紧急逆变器更可靠一些，因为安装在空调单元内部的紧急逆变器在空调运行时，其周围空气的湿度较大、温度较高，这就要求紧急逆变器需要更高的IP防护等级，虽然提高的IP等级，但在此种高温、高湿度的环境下终究会对紧急逆变器有所影响；而对于安装在车底的紧急逆变器，其运行的外界环境就相对好一些，稳定性更高，并且维修更换起来的工作量会相对减少。二号线列车空调系统的制冷压缩机采用涡旋式压缩机。一号线列车空调系统的制冷压缩机采用全封闭式螺杆式压缩机，压缩机、螺杆机构及供油系统组装在一个密封的机壳内。螺杆式压缩机具有结构简单、易损件少、压比大、对湿压缩不敏感、平衡性能好等特点。

由过往几年的乘客集中反映来看，不同地铁线路，甚至同一路线不同车厢内的体感不一是最受关注的问题。某号线热似火山，某号线又冷似冰箱；某节车厢冷死了，某节车厢又热晕了„„为了解决乘客舒适乘车的问题，上海地铁已有60%的列车完成了空调系统的更新换代，可以实现司机根据实际情况对温度进行微调，不过，由于需要乘客集体反映或者需要列车到终点后再行调节等问题，该举措效果还是不甚明显。

今年，为了进一步解决该问题，申通地铁公司早早就开展了空调检测与清洁。上海地铁全网络2500节车厢、5000个空调机组，将全部进行例行检查、功能测试和深度清洁。每周更换一次海绵滤网，每月进行一次彻底清洁，保证空调的洁净和作业正常。

同时，上海地铁已有60%的列车完成了空调系统的更新换代，可以实现司机根据实际情况对温度进行微调。我们的司机可对列车内的空调温度进行一个区间值的微调，比如说室外是35℃，那这个区间就是22-27℃。”比如2号线列车，以往的“西门子”列车，采用的是旋钮式人工控制各节列车空调的系统，要调节每节车厢的温度，司机或者检修人员需要进入车厢，手动调节旋钮。这样的操作，在早晚高峰乘客聚集时，显然难以实现；而更新为新的司机室集中控制空调的“阿尔斯通”等车型后，司机在驾驶室内就可以通过触摸屏，在19-27℃范围内，即时调节整列车的温度。

二． 国外铁道车辆空调的发展

在日本,最初在铁道车辆上安装空调是在当时的特快列车上，用以调节车厢内的温、湿度，以提高乘坐舒适度,至今已有50多年的历史。当时,开发有各种各样的空调，但直到1964年东京奥运会开幕之前，才在东海道新干线整列车上安装空调装置，当时将空调安装在车顶，近来，随着列车的高速化，空调几乎都安装在车辆地板下。日本东武铁道100系新型特快列车专用的新型空调系统：为了在一年四季都不使空调机闲置，采用热泵式空调机，并装用了变压变频能童调节装置，以便根据空调负荷精确地调节空调机的能量。这种热泵可在-20℃的情况下起动、运转。另外，为弥补低温时的能量不足，以及在梅雨期进行除湿时不致过冷，空调装置内还安装了PTC加热器。1970年起，通勤车上也开始安装空调，从而大大改善了上、下班高峰时的车内环境。在车辆的车顶上设置1台，空调控制器设置在空调附近的顶棚部，省略了与空调装置连接的配线。此外，运用模糊推论、全自动功能、加热除湿功能等，根据季节与乘客的状况进行控制。其缺点是：首先车辆顶部受到车辆限界的限制，其安装空间有限，其次是使车辆的重心提高，不利于高速化。

三.列车空调现存的问题

1.新风量不足

我国铁路客运存在运量和运能的矛盾，因此空调列车经常出现超员现象，特别是在春运、寒暑假等假日，超员达30%以上，这就要求增加新风量来削弱这一影响，而目前列车上的新风量是不可调节的，这一缺陷也将导致新风量不足。要使车厢内的各项污染物均达到合格的要求，按照CO2浓度指标所确定的新风量最多。因此，车厢内新风量主要是依据车厢内的CO2浓度来确定，而列车上的新风量是不可调节的。因此，建议通过在列车上增设二氧化碳浓度传感器控制系统，传感器根据车厢内的二氧化碳浓度来调节新风量，使车厢内的二氧化碳浓度维持在设定浓度值及其以下，以保证车厢内良好的空气品质，改善旅客的乘车环境。

2.通风系统存在缺陷

空调列车的通风系统由送风、回风和排风三部分组成。空气的送入、回流和

排出，必然会引起车内空气的扰动，引起车内的空调温度的波动，影响人体的热舒适感觉。例如，软卧车在夏季运行时，其车顶风道前部（靠近通风机出口）的风压大于后部，因此送风口送风量不均匀，结果导致处于风道尾部的乘客感到闷热；对于采用孔板送风的硬卧车，由于设于车厢上侧的孔板向下吹冷风，结果导致上铺的乘客感觉过冷。由于阴雨天气和晚间，人们活动次数少，新陈代谢速度慢，按照设定的温度工作，会使乘客感到寒冷。这些问题是可以解决的，在车上安装温度传感器调节系统，传感器时刻对车内温度进行监控，对空调进行自动调节，以适应人们的需要，夜间自动调节温度低一些。对于卧铺车厢，应该在每个床位上方中部设置孔板式风道，以改变上铺冷的问题。

总结

铁路客运作为我国最主要的一种客运方式，如何在新形势下改善旅客乘车环境将成为一个迫切需要解决的问题。并且列车空调一旦发生故障，后果是很严重的。据美国媒体报道，德国当局7月11日宣布，德国至少3趟列车因遭遇高温天气而出现故障，列车内空调停止运行，52名乘客因高温身体出现不适，其中8人中暑虚脱，另有44人也需要医疗救助。报道指出，德国这种现代化的高速列车采用了封闭式车窗，无法打开，因此一旦空调系统崩溃，车厢内的空气循环将受到严重影响。3趟列车当地时间10日晚从柏林开往德国西部，其中2辆列车的空调系统在即将到站时出现故障停止运行，另外1辆列车的空调在抵达比勒费尔德市之前，开始制热而非制冷。当局派出91名前往比勒费尔德火车站，对出现头晕目眩、头疼、呼吸困难等症状的乘客进行救援。德国联邦铁路公司表示，此次问题是由于天气太热，车外温度过高引起的。当地救援小组的负责人表示，故障列车内的气温高达50摄氏度。

可见，列车空调对旅客旅途的生命安全也是相当重要的，大力发展列车空调也极有必要。

参考文献

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