城轨车辆制动系统-毕业论文.doc

。 -可编辑修改- 摘摘 要要 为使列车能实施制动和缓解而安装于列车上的一整套装置称为制动系统。由 于城市轨道交通车辆与铁路车辆的编组形式不同，一般都采用动力分散型的动车 组形式，所以可以分为动车制动装置和拖动制动装置。一套列车制动装置至少包 括两个部分，即制动控制部分和制动执行部分。制动控制部分由制动信号发生与 传输装置以及制动控制装置组成。目前，制动控制部分主要有空气制动控制部分 和电空制动控制部分两大类。制动执行部分通常称为基础制动装置，包括闸瓦制 动，盘形制动，磁轨制动等不同方式。 本论文将以城市轨道交通车辆制动系统为论述对象，从基本概念和基础理论 入手，解释制动系统的组成及主要零部件的功能和结构。 关关键词键词： ：城轨 制动系统 控制原理 。 -可编辑修改- 引引 言言 城市轨道交通系统是城市最为重要的基础设施之一，城市内人员的流动、物 质的运输依靠城市交通来完成，城市交通体系直接展示城市的面貌和活力，体现 城市的承载能力，关系着城市的环境，进而影响着城市的可持续发展；而城市公共 交通则是城市轨道交通系统的重要组成部分绝大多数居民的出行依靠公共交通， 因此，城市公共交通是维持城市居民工作、学习和生活正常秩序的重要保障。自 1863 年世界上第一条地下铁路在伦敦正式运营之后，城市轨道交通系统得到了较 快的发展，城市轨道交通己成为世界各主要特大城市倍受青睐的一种交通方式。 目前己有 43 个国家和地区的 320 座城市修建了轨道交通，其中 115 座城市修建 了地铁，国际上 200 万人口以上的超级特大城市基本上都修建了地铁，并且是城 市交通的主力。我国由于经济实力和技术水平的限制，中国城市轨道交通建设起 步较晚，但速度之快、规模之大。根据 2013 年 7 月 5 日发布的中国城市发展报告 （2012）显示，目前我国内地已有北京、上海等 17 个城市开通 70 条轨道交通运营 线路，总运营里程 2064 公里，其中 2012 年新增投运里程 321 公里。随着 2012 年 众多城市地铁项目提前获批，以及今年仍有大量项目获得许可， “十二五”规划确定 实现 3000 公里的全国城市轨道交通运营里程，有望突破上升至 4000 公里左右。 由于站间距短、列车加速、减速及停车频繁。为了提高运行速度，增加列车密度， 必须使列车起动快、制动快，制动距离短。这就要求其制动具有操作灵活。动作迅 速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。 近年来，地铁车辆的快速发展，运行速度也由最初的 60km/h 逐渐提高到 80 km/h、100 km/h 甚至更高。车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速 度和及时准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。试想一下， 在你有急事的时候，坐地铁到站了，却因为没有准确的停在预定的停车点，直接开 往下一站了，你是怎样的心情？在你坐的地铁时，制动系统出现故障，刹车不灵了， 那面对的直接是生命危险。 。 -可编辑修改- 目目 录录 第第 1 章章 制制动动系系统统概述概述 .1 1.1 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的制的制动动模式模式.2 1.2 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的的历历史沿革史沿革.3 1.3 国内外的制国内外的制动动系系统统.4 1.4 制制动动方式及制方式及制动动机的分机的分类类.4 1.4.1 制制动动方式方式 .5 1.4.2 制制动动机分机分类类 .6 1.5 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的要求和的要求和组组成成.6 1.5.1 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的的要求的的要求 .6 1.5.2 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的的组组成成 .6 1.6 本章小本章小结结.7 第第 2 章章 风风源系源系统统及空气制及空气制动动机机 .8 2.1 空气空气压缩压缩机机.8 2.1.1 活塞式空气活塞式空气压缩压缩机机 .8 2.1.2 螺杆式空气螺杆式空气压缩压缩机机 .9 2.2 空气干燥器空气干燥器.11 2.2.1 单单塔式空气干燥器塔式空气干燥器 .11 2.2.2 双塔式干燥器双塔式干燥器 .13 2.3 风风缸及其他空气管路部件缸及其他空气管路部件.14 2.4 空气制空气制动动机机.16 2.4.1 直通式空气制直通式空气制动动机机 .16 2.4.2 自自动动式空气制式空气制动动机机 .18 2.4.3 电电空制空制动动机机 .21 2.5 本章小本章小结结.22 第第 3 章章 总总 结结 .23 参考文献参考文献 .24 。 -可编辑修改- 第第 1 章章 制制动动系系统统概述概述 人为地制止物体的远动，包括使其减速、阻止其运动或者加速，均可以称之为 “制动”。为使列车能实施制动和缓解而安装于列车上的一整套装置，总称为列车 制动装置。有时，制动与制动装置均简称为闸。实施制动简称为上闸，也可简称为 下闸。使制动得到缓解简称为松闸。 在铁路上，可分为机车制动装置和车辆制动装置。由于城市轨道交通车辆与 铁路车辆的编组形式不同，一般都采用动力分散型的动车组形式，所以可分为动 车制动装置和拖车制动装置。城市轨道交通车辆操纵全列车制动功能的设备安装 在列车两端的带司机室的头车上。头车既可以是拖车也可以是动车，我国城市轨 道交通车辆头车一般是拖车。一套列车制动装置至少包括两个部分，即制动控制 部分和制动执行部分。制动控制部分由制动信号发生与传输装置以及制动控制装 置组成。目前，制动控制部分主要有空气制动控制部分和电空制动控制部分两大 类。制动执行部分通常称为基础制动装置，包括闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动等 不同方式。 过去由于列车上安装的制动装置比较简单、直观，而且用压缩空气传递制动 信号，因此称其为一套制动装置。但是随着高速动车组和轨道交通车辆技术的发 展，制动装置中越来越多地采用了电气信号和电气驱动设备。微机和电子设备的 出现使制动装置变得无触点化和集成化，并且使制动控制功能融入了其他电路不 能独立划分。因此，只能按现代方法将具有制动功能的电子线路、电气线路和气动 控制部分归结为一个系统，统称为列车制动系统。 当以压力空气作为制动信号传递和制动力控制的介质时，该制动装置称为空 气制动控制系统，又称空气制动机。以电气信号来传递制动信号的制动控制系统， 称为电气指令式制动控制系统，其制动力的提供可以是压力空气、电磁力、液压等 方式。 现代轨道交通车辆的制动系统是由动力制动系统、空气制动系统以及指令和 通信网络系统三部分组成的。 （1）动力制动系统。它一般与牵引系统连在一起形成主电路，包括再生反馈电 路和制动电阻器，将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器 上。 （2）空气制动系统。它由供气部分、控制部分和执行部分等组成。供气部分有 空气压缩机组、空气干燥器和风缸等；控制部分有电空转换阀(EP)、紧急阀、称 。 -可编辑修改- 重阀和中继阀等；执行部分有闸瓦制动装置和盘形制动装置等。 （3）指令和通信网络系统。它既是传送司机指令的通道，也是制动系统内部数 据交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线 1.1 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的制的制动动模式模式 根据车辆的运行要求，制动系统采用以下几种制动模式。 （1）常用制动。正常运行下为调解或控制列车速度，包括进站停车所实施的制 动，特点是作用比较缓和，制动力可以连续调节，制动过程中能够根据车辆载荷自 动调整制动力(当常用制动力最大时即为常用全制动)。 （2）紧急制动。在紧急情况下为使列车尽快停止而施行的制动，特点是作用比 较迅速，而且将列车制动能力全部使用，通过故障导致安全的设计原则为“失电制 动，得电缓解”的紧急空气制动系统。紧急制动是在列车遇到紧急情况或发生其他 意外情况时，为使列车尽快停车而实施的制动，其制动力与快速制动相同。紧急制 动时考虑了脱弓、断钩、断电等故障情况，故只采用空气制动，而且停车前不可缓 解，在尽可能减小冲动的情况下不对冲动进行具体限制。 （3）快速制动。快速制动是为了使列车尽快停车而实施的制动，其制动力高于 常用全制动(上海、广州快速制动力高于常用全制动 22)。这种制动方式是在紧 急情况下，制动系统各部分作用均正常时所采取的“种制动方式，其特点是与常用 制动相同，制动过程可以施行缓解。受冲击率极限的限制，主控制器手柄回“0”位， 可缓解，具有防滑保护和载荷修正功能。 （4）弹簧停放制动。为防止车辆在线路停放过程中发生溜滑，城轨车辆设置停 放制动装置。停放制动通常是将弹簧停放制动器的弹簧压力通过问瓦作用于车轮 踏面来形成制动力。以前停放制动也称停车制动或弹簧停车制动，但在地铁列车 中，停车制动是另外一个概念，所以为区别开来，称停放制动较好。库内停车时可 以解决因制动缸压力会因管路漏泄，无压力空气补充而逐步下降到零使车辆失 去制动力的停放问题。在正常情况下，弹簧力的大小不随时间而变化，由此获得的 制动力能满足列车较长时间断电停放的要求。弹簧停放制动的缓解风缸充气时， 停放制动缓解；弹簧停放制动的缓解风缸排气时，停放制动施加；还附加有手动缓 解的功能。停放制动是列车停车后，为使列车维持静止状态所采取的一种制动方 式。 （5）停车制动。对于地铁列车来说，通常把停车前的这段空气制动过程称为 停车制动或保持制动。当停车制动位列车减速到极低速度以后，为减小冲动，制动 。 -可编辑修改- 力会有所降低。上海地铁和广州地铁是在减速至 4km/h 左右，制动力降至 70。 停车制动具有常用制动的特点。 1.2 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的的历历史沿革史沿革 一、早期的制动方式 自 1881 年德国柏林有了世界上第一辆有轨电车后，世界各大城市相续开始 了大规模的城轨交通的建设。对于城轨车辆来说，除了要承载更多的乘客外，还有 一项重要任务，那就是要使其运动中的车辆能够安全的减速和停车，也就必须要 对车辆实施制动。最早的有轨电车是以人工制动的。司机绞动刹车钢丝，使木制的 闸瓦紧靠车轮踏面，用摩擦力使车轮或车轴转动减慢直至停止，以达到车辆减速 或停车的目的。当然，这种原始的制动方式既费力又不安全，时常会发生钢丝断裂 和车辆失控事故。人们逐渐认识到，为了让车辆以一定速度安全运行，必须使其具 有同样的减速和停车能力，必须重视对车辆制动的改进。忽视车辆制动将会发生 危险，甚至造成旅客生命和财产的损失。因此，对制动机的研制成为近代铁路和城 轨交通的一个大热门，有时甚至比电气牵引上的发明更引人关注。 1863 年，伦敦在市中心环路下面修建隧道，拟让火车在市中心的地下通行。 但是火车的烟雾在隧道中弥漫，尽管有通风井，但是排放烟雾问题仍然难以解决。 直到 1890 年，伦敦才建成电力牵引的地下铁路，这就是意义上的第一条地铁。 地铁在 20 世纪初的欧美地区的城市得到迅速发展。由于地铁车辆是沿用铁 路车辆的，因此任何火车制动新技术会立即被利用于地铁列车。当时火车一般使 用一般使用人工机械制动，例如杠杆拨动式闸瓦制动装置。 二、现代化的制动系统 随着 20 世纪初科学技术的发展，铁路车辆上出现了空气制动机。所谓空气制 动机就是利用压力空气作为制动的动力的来源，并用压力空气的压力变化来实现 列车的制动和缓解装置。这种空气制动机被广泛应用于铁路、地铁。这相比人工机 械制动，安全性和可靠性有了很大的进步。 20 世纪 30 年代，在欧美地区和日本出现了采用电信号来传递和缓解指令的 制动控制系统，这是制动系统的一次改革，因为电信号的传输速度比空气波速快 得多。采用电信号的制动控制系统被称为电气指令式制动控制系统。 20 世纪 50 年代，国外城轨车辆在大规模采用电磁空气制动机的同时，还采 用电气指令制动控制系统协调动力制动和空气制动。最近几十年来，由于电力电 子交流技术和微机技术的加入，使电气指令式制动控制系统不断改进、发展。大功 。 -可编辑修改- 率电力电子元件的出现使电气再生制动成为可能，微机技术的应用使制动防滑系 统更加完善。 1.3 国内外的制国内外的制动动系系统统 目前，我国城轨车辆制动系统主要分为国内和国外产品，国内制动系统为铁 道科学研究院机车车辆研究所所研制的制动系统，国外制动系统主要包括德国的 KNORR 制动系统、日本 NABTESCO 制动系统和英国 WESTINGHOUSE 制动系 统。以上均属于当今主型的模拟式直通电空制动系统，具有反应快速、操纵灵活。 一、国产制动系统 由铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的国产制动系统，已成功运用于各 城市的地铁车辆中，如天津滨海线所采用的制动系统。该系统采用微机控制的模 拟式电空制动系统，制动控制系统采用车控方式，即每辆车都配有一套电空制 动控制装置(EBCU)，空气簧压力取自前后转向架各 1 点，将其平均后进行控制， EBCU 内设有监控终端，具有自诊断和故障记录功能。 二、德国 KNORR 制动系统 德国 KNORR 制动系统主要指 KNORR 的 ESRA 电空制动系统。该电空制动 系统是一种标准化的制动系统，是传统的直通电空制动系统，可用于机车、动车组 和城轨等项目。该电空制动系统 1993 年研发，1995 年投入应用。在我国，该电空 制动系统主要应用于上海、广州、北京和天津等地铁项目。 三、日本 NABTESCO 制动系统 日本 NABCO 制动系统主要指 NABCO 的 HRDA 型电空制动系统，1992 年 投入应用，是一种传统的直通电空制动系统。在我国，该电空制动系统主要应用于 北京和天津的城轨项目。 四、英国 WESTINGHOUSE 制动系统 英国 WESTINGHOUSE 制动系统主要指英国 WESTINGHOUSE(现为 KNORR 英国子公司)的 EP2002 电空制动系统，是一种基于架控的城轨直通电空 制动系统。该电空制动系统 2000 年开始研发，2005 年装车应用。在我国，该电空 制动系统主要应用于上海、广州、北京等地铁项目。 1.4 制制动动方式及制方式及制动动机的分机的分类类 制动过程是人为产生并控制列车减速力的大小，从而控制列车减速运行或阻 止它加速的过程。制动过程中所需要的作用动力和控制信号的不同是区别不同制 。 -可编辑修改- 动机的重要标志。例如：1、空气制动机的作用动力和控制信号均为压缩空气（又称 压力空气）；2、电空制动机的作用动力也是压力空气，但其控制信号则为电信号。 因此了解制动机的作用动力和控制信号是分析和掌握该制动机工作过程的基本前 提。 1.4.1 制制动动方式方式 理论上，常以制动方式区别不同方式的制动。 制动方式是指制动过程中列车 动能的转移方式或制动力的形成方式。按照列车动能转移方式的不同，制动方式 可分为热逸散和将动能转换成有用能两种基本方式。 分类如下： 闸瓦制动 固体摩擦制动 盘形制动 摩擦制动 轨道电磁制动 液体摩擦制动 热逸散 电阻制动 动力制动 旋转涡流制动 轨道涡流制动 再生制动 能量转换 飞轮储能制动 按照制动力形成方式不同，制动方式又可分为黏着制动和非黏着制动。制动 里的形成是通过轮轨间黏着来实现的制动，称之为黏着制动；反之，不通过轮轨间 的黏着来形成制动力的制动，称之为非黏着制动。 。 -可编辑修改- 制动类型分类备注 闸瓦制动 摩擦制动 盘形制动 广泛应用 电阻制动在电力机车上普遍采用 再生制动在电力机车上采用动力制动 加馈电阻制动 黏着制动 惯性制动飞轮储能制动 在电力机车上普遍采用 磁轨摩擦制动 磁轨涡流制动非黏着制动 分阻制动及喷气制动 在高速机车，动车组上 采用，目前尚未普及 1.4.2 制制动动机分机分类类 制动机包括：（1）按作用对象可分为机车制动机和车辆制动机；（2）按控制方式 和动力来源可分为空气制动机、电空制动机和真空制动机等。 无论机车制动机采用何种制动机（如空气制动机、电空制动机等），都要可靠 的完成以下任务：（1）对列车制动系统进行灵活、准确的操纵和控制；（2）向整个列 车制动系统提供质量良好的动力（如压力空气）。 1.5 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的要求和的要求和组组成成 城市轨道的交通的特点是安全、快捷、准时、方便。它的站距比较短，行车速 度快，乘客上下数量波动大，发车频率高。因此对车辆启动、加速和制动都是有很 高的要求。特别是对制动，出于安全考虑，必须做到万无一失。 1.5.1 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的的的要求的要求 综合起来，城轨车辆制动系统应满足一下的要求： （1） 制动系统应具有足够的制动能力，能保证车辆在规定的制动距离内停车。 制动系统应操作灵活、反应迅速、停车平稳。 （2） 制动系统应包括电气制动和空气制动两种制动方式，并且在正常制动过 。 -可编辑修改- 程中，优先电气制动，减少空气制动对环境的污染并且降低车辆维修成本。 （3） 制动系统应具有可靠的安全系数，即使个别车辆发生故障或者在坡道上 运行，也应有足够的制动力，保证列车可靠制动停车。 （4） 车辆应具有载荷矫正能力，能更具乘客载荷量自动调节制动力，使车辆 制动力恒定，保证乘客的舒适性。 （5） 制动系统必须具有紧急制动或者快速制动功能。除了由司机操作外，还 可由其他工作人员操作。 1.5.2 城城轨车辆轨车辆制制动动系系统统的的组组成成 根据城轨车辆的特点，制动系统一般包括下面几个部分： （1）电气制动系统。他一般与牵引系统连在一起形成主电路，包括再生反馈电 路和制动电阻器，将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器 上。 （2）空气制动系统。它由供气部分、控制部分和执行部分等组成。供气部分有 空气压缩机、空气干燥机和风缸等；控制部分有电空转换阀、紧急阀、称重阀和中 继阀等；执行部分就是闸瓦制动装置和盘式制动装置等。 （3）指令和通信网络系统。它既是传送司机命令的通道，同时也是制动系统内 部数据交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线。 1.6 本章小本章小结结 本章主要是简单的描述了制动系统。通过本章可以了解到制动系统的基本概 念，什么是制动，制动机的历史，国内外的制动系统和制动方式及制动机的分类和 城市轨道车辆制动系统的主要功能和组成。 制动是人为的使列车的减速或阻止其加速的过程。从能量的角度看我们转移 来看可以分成热逸散和将动能转换成有用能两种。在城轨里采用的热逸散的制动 有闸瓦制动、盘形制动和电阻制动；能量转换的制动就是再生制动。制动机的分类 是看动力源和控制方式来分，比如电制动的动力源是电，而空气制动机的的动力 源是空气，电空制动机的动力源是空气但是它是通过电信号来触发的。 制动机从历史发展从手制动机发展到直通空气制动机，再发展到自动空气制 动，一直到现在的电空制动机等等。 国外的制动机是很多的，德国的 KNORR 制动系统、日本 NABTESCO 制动 。 -可编辑修改- 系统和英国 WESTINGHOUSE 制动系统等等，他们都被上海地铁、广州地铁、北 京地铁等等广泛应用。 城轨的制动系统由电气制动系统，空气制动系统，指令和通信网络系统组成。 它的要求很多有（1）拥有足够的制动力（2）要拥有电制动和空气制动（3）车辆要具 有载荷矫正能力（4）要拥有可靠的安全保障系数（5）要具有紧急制动能力。 。 -可编辑修改- 第第 2 章章 风风源系源系统统及空气制及空气制动动机机 一般情况下，城轨车辆采用电动车组模式，以单元进行编组，所以其风源系统 也是以单元来供气。 2.1 空气空气压缩压缩机机 空气压缩机是用来产生压缩空气的装置。城轨用的空气压缩机要求具有噪声 低、振动小、结构紧凑、维护方便。环境实用性强的特点，其直流驱动电机已逐渐 被交流电机驱动取代。目前，城轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺杆 式空气压缩机两种。 2.1.1 活塞式空气活塞式空气压缩压缩机机 活塞式空气压缩机由固定机构、运动机构、进/排气机构、中间冷却装置和润 滑装置等及部分组成。其中固定机构包括机体、气缸、气缸盖；运动机构包括曲轴、 连杆、活塞；进/排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中间冷却器、 冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等，如图 2-1 所示。 图 2-1 活塞式空气压缩机作用原理 1-润滑油泵；2-机体；3-油压表；4-空气滤清器；5、8-进气阀片；6-排气阀片；7、9-低压活塞；10-高 压活塞；11-主风缸；12-压力控制器；13-上集气箱；14-散热管；15-下集气箱 活塞式空气压缩机的工作原理：电机通过联轴节驱动空压机曲轴转动，曲轴 连杆机构带动高、低压缸活塞同时在气缸内做上下反复运动。由于曲轴中部的三 个轴颈在轴向平面内互成 120，两个低压活塞和一个高压活塞分别相隔 120转角。 当低活塞下行时，活塞顶面与缸盖之间形成真空，经过空气滤清器的大气推开进 气阀片进入低压缸，此时排气阀在弹簧和中冷器内空气压力的作用下关闭。当低 压活塞上行时，气缸内的空气被压缩，其压力大于排气阀片上方压力与排气阀弹 。 -可编辑修改- 簧的弹力之和时，压缩排气阀弹簧推开排气阀片，具有一定压力的空气排出缸外， 而进气阀片在气缸内压力及其弹簧的作用下关闭。两个低压缸送出低压空气，都 经气缸盖的同一通道进入中冷器。经中冷器冷却后，在进入高压缸，进行第二次压 缩，压缩后的空气经排气阀口、主风管路送入主风缸中储存。高压活塞的进、排气 作用与低压活塞的进、排气作用相同。 在运行中，主风缸压力保持在一定的范围，如 750900kPa，它是通过空压机 压力控制器自动控制控制空压的启动或停止来实现。当主风缸的压力逐渐增高， 达到规定压力上限时，压力控制器切断空压机驱动电机的电源，使空压机停止工 作；而随着设备的用风和管路的泄漏等，使主风缸的压力逐渐降低，达到规定压力 下限；压力控制器接通空压机驱动电机的电源，使空压机开始工作，主风缸压力回 升。这样主风缸压力一直被控制在规定的范围内。 活塞式空气压缩机的应用广泛、技术成熟，可靠性和稳定性好，不需要特殊润 滑，性价比具有吸引力。 2.1.2 螺杆式空气螺杆式空气压缩压缩机机 螺杆空压机与活塞空压机相同，都属于容积式空压机。从使用效果来看螺杆 空压机有如下优点。 (1)可靠性高。螺杆空压机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长， 大修间隔期可达 48 万小时。 (2)操作维护方便。螺杆空压机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专 业培训，可实现无人值守运转。 (3)动力平衡好。螺杆空压机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可 实现无基础运转，特别适合作移动式空压机，体积小、重量轻、占地面积少。 (4)适应性强。螺杆空压机具有强制输气的特点，容积流最几乎不受排气压力 的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率，在空压机结构不作任何改变的情况下， 适用于多种工况。 （5）噪声低、振动小。螺杆式空气压缩机工作时，旋转部件两个螺杆的运动没 有质心位置的变动，所以没有产生振动的干扰力。阴、阳螺杆和机壳之间相互密贴 和啮合的间隙是通过喷油实现密封和冷却的，不产生机械接触和摩擦，因而噪音 低。 。 -可编辑修改- 螺杆式空气压缩机的工作原理：该压缩机的工作过程分为进气、压缩、排气三 个阶段，如图 2-2。 图 2-2 螺杆式空气压缩机系统流 1-螺杆式空气压缩机；2-联轴器；3-冷却风机；4-电动机；5-空、油冷却器(机油冷却单元)；6-冷却 器(压缩空气后冷单元)；7-压力开关；8-进气阀；9-真空指示器；10-空气滤清器； 11-油细分离器；12-最小压力维持阀；13-安全阀；14-温度开关；15-视油镜；16-泄油阀； 17-温度控制阀；18-油气筒组成；19-机油过滤器；20-逆止阀 （1）进气过程。螺杆空压机的工作过程详细分析之进气过程：转子转动时，阴 阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子齿沟空间与进 气口的相通，因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态， 当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当气体充满 了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封闭。 （2）压缩过程。螺杆空压机的工作过程详细分析之压缩过程：阴阳转子在吸气 结束时，其阴阳转子齿尖会与机壳封闭，此时气体在齿沟内不再外流。其啮合面逐 渐向排气端移动。啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐件小，齿沟内的气体被压 缩压力提高。 （3）排气过程。螺杆空压机的工作过程详细分析之排气过程：当转子的啮合端 面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始排出，直至齿尖与齿沟的啮合面 移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为 0，即完成排 。 -可编辑修改- 气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气 过程又再进行。 2.2 空气干燥器空气干燥器 空气压缩机输出的压缩空气中含有较高的水份、油份和机械杂质等，必须经 过空气干燥器将其中的水份、油份和机械杂质除去，才能达到车辆上用风设备对 压缩空气的要求。液态的水、油微粒及机械杂质在滤清器中基本被除去，压缩空气 的相对湿度降低是避免用风过程中出现冷凝水危害的主要方式，它依靠空气干燥 器来完成。 空气干燥器的基本原理是：吸附过程是一个平衡反应。在吸附剂和与其接触 的压缩空气之间湿度趋向于平衡，而相对湿度大的压缩空气与吸附剂的表面接触 时，由于吸附剂具有大量微孔，与空气的接触面积大，吸附剂可以大量、快速地吸 附压缩空气的水蒸气分子，达到干燥压缩空气的目的。再生过程也是一个平衡反 应，用于吸附剂再生的吹扫气体是由较高压力的压缩空气膨胀而来。膨胀时，空气 体积增大而压力降低，获得的吹扫气体的相对湿度较低。因而易于“夺”走吸附器 上已吸附的水蒸气分子，使吸附剂恢复干燥状态，达到再生目的。其特点是“压力 吸附与无热再生”。 常用的吸附剂有：活性炭、氧化铝、硅凝胶及分子筛等。 空气干燥器一般都是塔式的，有单塔式和双塔式两种。 2.2.1 单单塔式空气干燥器塔式空气干燥器 单塔式空气干燥器是一种无热再生作用的干燥器，如图 2-3 所示。它的特点 是吸附剂的吸附作用与再生作用在同一个干燥筒内进行。由油水分离器、干燥筒、 排水阀、电控阀、再生风缸和消声器等组成。在油水分离器中有许多网格圈（这是 一种用铝片或铜片做成的有缝的小圆筒），干燥器则是一个网形的大圆筒，其中盛 满颗粒状的吸附剂。 。 -可编辑修改- 图 2-3 单塔式空气干燥器 1-干燥筒；2-弹簧；3-单向阀；4-带孔挡板；5-干燥筒筒体；6-吸附剂；7-油水分离器；8-网格圈；9- 排泄阀；10-消音器；11-弹簧；12-活塞；13-电空阀；14-线圈； 15-排气阀；16-衔铁；17-带排气的截断塞门；18-再生风缸；19-节流孔 单塔式空气干燥原理：空气压缩机工作时，电空阀 13 失电，活塞下方通过排 气阀 15 排向大气，活塞 12 在弹簧力作用下关闭排泄阀 9，而空压机输出的压力 空气从干燥塔中部的进口管进入干燥塔，首先到达油水分离器，当含有油分和 机械杂质的压缩空气经过网格圈时，油滴吸附在网格圈的缝隙中，机械杂质则不 能通过网格圈的缝隙，这样就将压缩空气中的油分和机械杂质滤去，然后再进入 干燥筒内与吸附剂相遇，吸附剂大量地吸收水分，使从干燥筒上方输出的压缩空 气的相对湿度降低，达到车辆用风系统的要求。如图所示的干燥筒下方 1/4 高度 处为装有网格圈 8 的油水分离器，而上方 3/4 高度处为装有吸附剂 6 的空气干燥 筒 1。 干燥剂再生原理:经过干燥的压力空气，一路经过接口及单向阀 3 送往主风 缸，单向阀的作用是防止压力空气从主风缸逆流；另一路经节流孔 19 充入再生风 缸 18。当空气压缩机停止工作的同时电空阀 13 得电，再生风缸 18 内得压力空气 经过打开的电空阀向活塞 12 下部充气，活塞上移，打开排泄阀 9，干燥塔内的压 。 -可编辑修改- 力空气迅速排出，这时再生风缸内的压力空气经节流孔回冲至干燥塔内，从而沿 干燥筒、油水分离器一直冲至干燥塔下部的积水积油腔内，在下冲过程中，干燥空 气吸收了干燥剂中水分同时还冲下了网格圈上的油滴和机械杂质，这样干燥剂再 生的同时网格圈也得以清洗。 但是采用空气压缩机的排气量相对较小时，它的停止工作间隙不能满足单塔 式干燥器再生所需的时间间隙，这时使用双塔式干燥器就能解决问题。 2.2.2 双塔式干燥器双塔式干燥器 双塔式空气干燥剂的构造如图 2-4 所示。 图 2-4 双筒式空气干燥器 19-干燥筒；19.7-吸附剂；19.11-油水分离器；24-止回阀；25-干燥器座；34-双活塞阀 34.15、34.17、56、70-可诺尔 K 形环；43-电磁阀；50-再生节流孔；55-预控制阀 71-旁通阀； 92、93-隔热材；A-排泄口；O1O3-排气口；P1-进气口；P2-出气口 V1-V10-阀座 双塔式空气干燥器的工作原理： 双筒干燥器工作为干燥与再生两个工况同时进行，压力空气在一个筒中流过 并干燥时，另外一个筒中的吸附剂即再生。从空气压缩机输出的压力空气首先经 过装有网格圈的油水分离器，除去空气中的液态油、水、尘埃等。然后，压力空气 。 -可编辑修改- 再流过干燥筒中的吸附剂，吸附剂吸附压力空气中的水分。一部分干燥过的压力 空气（约 13%18%）被分流出来,经过再生节流膨胀后,进入另一个干燥塔对已吸水 饱和的吸附剂进行脱水再生,再生工作后的压力空气经过油水分离器时，再把积聚 在网格圈上的油、水及机械杂质等。 双塔式干燥器没有再生风缸，但是设有一个定时脉冲发生器以使两个干燥塔 的电磁阀定时地轮换开、关，以使两个塔的功能定时进行轮换。 2.3 风风缸及其他空气管路部件缸及其他空气管路部件 1、风缸是用于储存压缩空气的，用钢板制成，具有很高的耐压性，是一种高 压容器。车载风缸有各种用途，比如上海直流制列车每节车上有四个风缸：总风缸， 空气悬挂系统风缸、制动风缸、气动车门风缸、再生储风缸（带有空气干燥塔的 C 车），以上海地铁 1 号线直流列车为例，每节车上有四个风缸：一个 250L 总风缸， 一个 100L 空气悬挂系统风缸，一个 50L 制动风缸，以及一个 50L 气动车门风缸。 此外，带有空气干燥塔的 C 车增加一个再生储风缸。而上海地铁交流制列车每节 车上有五个风缸：一个 100L 主风缸，一个 100L 副风缸，一个 60L 气动车门风缸， 以及两个空气悬挂系统风缸。如图 2-5。 图 2-5 风缸结构 1-端盖 2-缸体 3-管接头 4-排水堵 2、 （1）截断塞门：它安装在制动支管上，当列车中的车辆因特殊情况或列车检 修作业需要停止车辆空气制动系统的作用时，关闭该车的截断塞门，切断车辆制 动机与制动主管的压缩空气通路，同时排出副风缸和制动缸的压缩空气，使制动 机缓解，以便于检修人员的安全操作。截断塞门有两种不同的结构形式：一种是锥 芯独立式；另一种是球芯式。如图 2-6 和 2-7。 。 -可编辑修改- 图 2-6 锥芯独立式截断塞门 1-阀体 2-塞门芯 3-盖 4-弹簧 5-手把 图 2-7 带排气口的截断塞门 （2）脉冲电磁阀：它是先导控制的二位三通阀，它是由一个气动往复阀芯和用 于预控的电磁阀组成。而且，它还配有附加的手动控制。 脉冲电磁阀用于气电控制回路中，如果电脉冲触发，则控制腔充气或排气，或 按顺序交替进行，双塔式干燥塔要用到。 （3）止回阀：它安装于只允许空气从一个方向流入且反向截止的空气管路，以 避免降压。 。 -可编辑修改- （4）减压阀：它的作用是调节压缩空气系统中的空气压力。 （5）空气过滤器：空气过滤器用于压缩空气制动系统，气动车门机构等，可以 保护这些敏感的设备不受损坏。空气过滤器对在多尘环境下运行的列车的制动系 统的可靠性具有极其重要的作用。 （6）安全阀：它是空气制动系统中保证空气压力不至于过高的部件。设定压力 通过调节螺母来调节。如图 2-8。 图 2-8 安全阀 1-阀体 2-活塞 3-弹簧 4-顶杆 5-调节螺母 6-上盖 B-排气口 V-发口 2.4 空气制空气制动动机机 空气制动，又称为机械制动或摩擦制动，主要以压缩空气为动力，由车辆的风 源系统供给。 2.4.1 直通式空气制直通式空气制动动机机 直通式空气制动机工作原理如图 2-9 所示。 空气压缩机将压缩空气储入总风缸内，经总风缸管至制动阀。制动阀有缓解 位、保压位和制动位 3 个不同位置。在缓解位时，制动管内的压缩空气经制动阀 。 -可编辑修改- Ex 口排向大气；在保压位时，制动阀保持总风缸、制动管和 Ex 口各不相通；在制 动位时，总风缸管压缩空气经制动阀流向制动管。 图 2-9 直通式空气制动机 -缓解位；-保压位；-制动位；1-空气压缩机；2-总风缸；3-制动风管；4-制动阀： 5-制动管；6-制动缸；7-基础制动装置；8-制动缸缓解弹簧；9-制动缸活塞；10-闸瓦； 11-制动阀 EX；12-车轮 （1）制动位。驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位，总风缸的压 缩空气经制动阀进入制动管。制动管是一根贯穿整个列车，两端封闭的管路。压缩 空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压缩空气推动制动缸活塞移动，并通过活 塞杆带动基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用。制动力的大小，取决于 制动缸内压缩空气的压力，由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间长短而定。 （2）缓解位。要缓解时，驾驶员将操纵手柄置于缓解位，各车辆制动缸内的压 缩空气经制动管从制动阀 Ex 口排入大气。操纵手柄在缓解位放置的时间应足够 长，使制动缸内的压缩空气排尽，压力降至为零。此时制动缸活塞借助于制动缸缓 解弹簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离开车轮，实现车辆缓解。 （3）保压位。制动阀操纵手柄放在保压位时，可保持制动缸内压力不变。当驾 驶员将操纵手柄在制动位与保压位之间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来回 操纵时，制动缸压力能分阶段上升或降下，即实现阶段制动或阶段缓解。 直通空气制动机的特点是： （1）制动管增压制动、减压缓解、列车分离时不能自动停车。 （2）能实现阶段缓解和阶段制动。 （3）制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间的长短决定，因此控制不 。 -可编辑修改- 太精确。 （4）制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，各制动缸的压 缩空气都需要经制动阀排气口排入大气。因此前后车辆制动一致性不好。 2.4.2 自自动动式空气制式空气制动动机机 自动式空气制动机与其他空气制动机不同的是，增加了三个部件：在总风缸 与制动阀之间增加了给气阀；在每节车辆的制动管与制动缸之间增加了三通阀和 副风缸。给气阀的作用是限定制动管定压，人为规定制动管压力，即无论总风缸压 力多高，给气阀出口的压力总保持在一个设定值。 自动空气制动机工作原理如图 2-10 所示。 图 2-10 自动式空气制动机 -缓解位；-保压位；-制动位；1-空气压缩机；2-总风缸；3-总风缸管；4-制动阀： 5-制动管；6-制动缸；7-基础制动装置；8-制动缸缓解弹簧；9-制动缸活塞；10-闸瓦； 11-制动阀 EX 口；12-车轮；13-三通阀；14-副风缸；15-给气阀；16-三通阀排气口 自动式空气制动机的制动阀同样也有缓解位、保压位和制动 3 个作用位置， 但内部通路与直通式空气制动机的制动阀有所不同。在缓解位时它联通给气阀与 制动管的通路；制动位时它使制动管与制动阀上的 EX 口相通，制动管压缩空气经 它排向大气；保压位时仍保持各路不通。 制动阀操纵手柄放在缓解位时，总风缸中的压缩空气经给气阀、制动阀送到 制动管，然后通过制动管送到各车辆的三通阀，经三通阀使副风缸充气。如此时制 动缸中有压缩空气，则经三通阀的排气口 16 排入大气。列车运行时，制动阀操纵 手柄一般处于缓解位，直至副风缸充至制动管定压值。 制动阀操纵手柄放在制动位时，制动管内的压缩空气经制动阀 EX 口排向大 。 -可编辑修改- 气。制动管的减压信号传至车辆的三通阀时，三通阀动作，副风缸内的压缩空气经 三通阀充向制动缸，制动缸活塞推出，使制动执行机构动作，列车产生制动作用。 由此可见，自动空气制动机是依靠制动管中压缩空气的压力变化来传递制动 信号，制动管增压缓解，减压则制动，其中，三通阀是制动缸充气或排气的控制部 件。 三通阀工作原理如图所示 2-11 所示。 图 2-11 三通阀工作原理 1-三通阀活塞及活塞杆；2-节制阀；3-滑阀；4-副风缸；5-制动缸； 6-三通阀；i-充气沟；B-间隙 三通阀由于它与制动管、副风缸和制动缸相通而得名。根据制动管压力的变 化，三通阀有以下三个基本位置。 a.充气缓解位。制动管压力增加时，在三通阀活塞两侧形成压差，三通阀活塞 及活塞杆带动节制阀及滑阀一起移至右侧段位，这时充气沟露出。三通阀内形成 以下两条通路： 制动管充气沟滑阀室副风缸； 制动缸滑阀室 R 孔滑阀底面 N 槽三通阀 Ex 口大气。 第一条为充气通路，第二条为缓解通路，所谓充气是指向副风缸充气，缓解是 指制动缸缓解。副风缸内压可一直充至与制动管的压力相等，即达到制动管定压， 制动缸缓解后的最终压力为零。 b.制动位。制动时，驾驶员把制动阀手柄放在制动位，制动管内的压力空气经 制动阀排气减压。三通阀活塞左侧压力下降，右侧副风缸压力大于左侧。当两侧压 差较小时，不足以推动活塞，副风缸的压力空气有通过充气沟逆流的现象。但由于 制动管内压力下降较快，活塞两侧压差继续增大，压差达到足以克服活塞及节制 。 -可编辑修改- 阀的阻力时活塞及活塞杆带动节制阀向左移一间隙距离，使活塞杆与滑阀之间的 间隙 B 置于前部，活塞折断充气沟，副风缸压力空气停止逆流，滑阀上的通孔上 端开放，与副风缸相通。随着制动管压力刀锋继续下降，活塞两侧压差加大到能够 克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力时，活塞带动滑阀左移至极端位，滑阀切断制动 缸通大气的通路，同时滑阀通孔下端与滑阀座制动缸孔 R 对准，形成副风缸向制 动缸的充气通路。如果三通阀一直保持这一位置，最终将使副风缸压力与制动缸 的压力平衡。 c.保压位。在制动管减压到一定值后，驾驶员将制动阀操纵手柄移至保压位， 制动管停止减压。三通阀活塞左侧压力不再下降，但三通阀活塞仍处于左极端的 制动位，因此副风缸压力空气继续充向制动缸，活塞右侧的压力继续下降。当右侧 副风缸压力稍低于左侧制动管的压力时，两侧压差达到能克服活塞和节制阀的阻 力时，活塞将带着节制阀向右移一间隙距离，使滑阀与活塞杆之间的间隙位于后 端，同时节制阀遮断副风缸向制动缸的充气通路，副风缸压力不再下降。由于此时 活塞两侧压差较小，不足以克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力，所以活塞位于此位 不再移动，制动缸保压。 自动制动机的特点： （1）制动管减压制动、增加缓解，列车分离时能自动制动停车。 （2）由于制动缸的风源与排气口离制动缸较近，其制动与缓解不再通过制动 阀进行，因此制动与缓解的一致性较直通制动机好，列车纵向冲动较小，适合于较 长编组的列车。 （3）有阶段制动及一次缓解性能。 上述的三通阀属于二压力机构的阀，还有种阀，通常称为三压力机构阀，也称 分配阀，其特点是： （1）具有阶段制动和阶段缓解。同时，制动管要充到定压，制动缸才能完全缓 解。 （2）具有制动力不衰减性。即在制动中立位或缓解中立位，当制动缸压力因泄 漏等原因而下降时，三通阀能自动地给予补充压缩空气，保证制动缸压力保持原 值。 2.4.3 电电空制空制动动机机 。 -可编辑修改- 电空制动机为电控空气制动机的简称。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的。它的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(它与大气的压差)。在制动机的电控因故失灵时，它仍可以 实行空气压强控制(气控)，临时变成空气制动机。 图