（车辆工程专业论文）城市轨道低地板客车液压制动应用的研究.pdf

中文摘要 摘要：本论文的题目是城市轨道低地板客车液压制动应用的研究，论文围绕该 主题进行展开。 在第1 章绪论中，主要阐述了本论文的研究目的和意义、介绍了国内外制动 机的发展，并确定了本论文主要研究内容。 在第2 章空气系统与液压系统的区别中，结合当前最常用的空气控制系统， 从控制方式、技术特点等方面对液压控制系统和空气控制系统的各种优、缺点进 行了对比分析。从基本原理上对液压系统进行了阐述，同时提出了液压介质的要 求及各种物理化学性质。 在第3 章制动概念及轻轨车的制动要求中，则是将制动专业与液压控制系统 结合在了一起。参照相关标准、整车的要求，定义了制动概念、描述了各种制动 模式。 在第4 章液压制动描述( h & k 公司方案) 中在引用描述了h & k 公司的技术方案 后。将h & k 公司的技术方案与k n o r r 公司的技术方案进行了分析对比，最终考虑 各方面的原因综合评定后，确定采用了h & k 公司的产品。 在第5 章液压制动在长春低地板车的应用，该章首先简单介绍了长春轻轨车 的技术特点。然后结合了现在正在运行的长春轻轨车的设计过程中确定的各种方 案、参数，与其他系统的接口设计、防滑方案等方面对液压制动系统的应用进行 了阐述和论证。 在车辆组装完成后，在厂内进行的静动调试验结果也进行了总结，验证了车 辆的各项性能指标达到了预期的要求。 在第6 章国内外低地板车的发展趋势分析中，在介绍了低地板车辆的主要特 点及与其他类型地铁的比较后，介绍了国内外低地板车辆的发展趋势。为得出液 压制动应用前景广泛的结论打下基础。 在第7 章结论对于国内首个应用液压制动的项目长春轻轨进行了回述， 并结合该项目的应用状况，对本论文的研讨课题进行了总结，得出了液压制动有很 好的应用前景的结论。 关键词： 城市轨道低地板客车，液压制动，长春轻轨 分类号：u 2 3 9 5 a b s t r a c t t h i sp a p e ri se n t i t l e d ”t h es t u d yo na p p l i c a t i o no fh y d r a u l i cb r a k es y s t e m i nc i t yl r v ”t h ep a p e r ss u r r o u n dt h a tt o p i ct oc a r r yo nd i s c u s s i o n i nc h a p t e r1i n t r o d u c t i o n ，t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h ，i n t r o d u c et h es y s t e mo fb r a k ed e v e l o p e da th o m ea n da b r o a d ， a n di d e n t i f i e dt h em a i nc o n t e n to ft h i sr e s e a r c h i nc h a p t e r2w h i c hi sa b o u tt h ed i f f e r e n c eo fa i rb r a k es y s t e mf r o mh y d r a u l i c b r a k es y s t e m ，t h ep a p e rd e s c r i b e dt h e a d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fh y d r a u l i c b r a k es y s t e mw i t ha i rb r a k es y s t e m ，w h i c hc o m b i n et h em e t h o da n dt e c h n o l o g y o fa i rc o n t r 0 1 a tt h es a m et i m e ，t h ep a p e rp r o v i d et h er e q u i r e m e n to fh y d r a u l i c m e d i u ma n dc h a r a c t e ro fp h y s i c a lc h e m i s t r y i nc h a p t e r3w h i c hi sa b o u tt h ed e m a n do fb r a k ec o n c e p to fl r v , r e l a t e dt h e b r a k ep r o f e s s i o nw i t hh y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m a n dt h e n ，t h ep a p e rd e f i n e dt h e c o n c e p to fb r a k ea n dd e s c r i b e ds e v e r a lb r a k em o d u l e sd e p e n do ni n t e r f i x s t a n d a r d i nc h a p t e r4w h i c hi sa b o u tt h ed e s c r i p t i o no fh y d r a u l i cb r a k e ，d e s c r i b e dt h e t e c h n o l o g yo fh & kw i t hk n o r r s a sr e g a r d i n ga l lo ft h er e a s o n s ，w ec h o o s e t h ep r o d u c t i o no fh & k c h a p t e r5i n t r o d u c e dh y d r a u l i cb r a k eu s e di nc h a n g c h u nl r v , t h i sc h a p t e r m a i n l yu n i f i e st h ep r e s e n tt ob eu s i n gi nc h a n g c h u nl r v sd e s i g np r o c e s s i d e n t i f i e di nt h ev a r i o u s p r o g r a m m e s ，p a r a m e t e r s ，a n do t h e rs y s t e m s c o n n e c t i o nd e s i g n ，s u c ha sa n t i s k i dp r o g r a m m ea n ds oo n ，u s i n gi nt h e h y d r a u l i cb r a k i n gs y s t e mo nt h ed e s c r i p t i o na n da r g u m e n t a t i o n a f t e rt h ev e h i c l e sa s s e m b l yc o m p l e t e s ，t h es t a t i ct e s tr e s u l tw h i c hc a r r i e so nt h e f a c t o r yh a sa l s oc a r r i e do nt h es u m m a r y ，c o n f i r m e dv e h i c l e s e a c hp e r f o r m a n c e i n d e xt om e e tt h ea n t i c i p a t e dr e q u i r e m e n t s c h a p t e r6t h ea n a l y s i so fd e v e l o pc u r r e n ta b o u tt h el r va th o m ea n d a b r o a d a f t e ri n t r o d u c em a i nc h a r a c t e r i s t i co fl r va n dc o m p a r ew i t hm e t r o c a r , i n t r o d u c ed e v e l o pc u r r e n ta b o u tt h el r va th o m ea n da b r o a d i tm a k eag o o d b a s ef o rg e tc o n c l u s i o no ft h eh y d r a u l i cb r a k eh a v ea g o o df o r e g r o u n d c h a p t e r7c o n c l u s i o n r e g a r d i n gd o m e s t i cf i r s ta p p l i c a t i o nh y d r a u l i cb r a k e p r o j e c t c h a n g c h u nl r vc a r d e do nh a sr e c o u n t e dp a s te v e n t s ，a n dc o m b i n e d w i t ht h ea p p l i c a t i o no ft h ep r o j e c t ，i nt h ee n d ，t h e p a p e rw o r k e do u tt h e c o n c l u s i o no ft h es u b j e c t t h eh y d r a u l i cb r a k eh a v eag o o d f o r e g r o u n d k e yw o r d s ：c i t yl r v , h y d r a u l i cb r a k es y s t e m ，c h a n g c h u nl r v c l a s s n o - u 2 3 9 5 6 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交 通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 王伟 签字日期：z o o g 年，月i d 日 导师签名： 砖昧 擀舞酬铽再产 北京交通大学专业硕士学位论文独创性声明 独创性声明 本人声明所旱交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究丁作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 王j 专 签字日期： 2 , o og 年f 月j d 日 7 5 致谢 本论文的工作是在我的导师李长春副教授的悉心指导下完成的，李长春教授 严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年 来李长春老师对我的关心和指导。 李长春教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向李长春老师表示衷心的谢意。 李长春教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在撰写论文期间，长客股份的李毅教授级高工等同志对我论文中的关于制动 部分的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢北方交通大学和长客股份公司的领导，他们的理解和支持使我能 够在学校专心完成我的学业，同时也感谢给了我这样一个良好的学习机遇。 4 北京交通大学专业硕士学位论文 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究目的和意义 随着世界经济的飞速发展，各国人口城市化的规模随之不断扩大，城市中汽 车数量剧增，导致城市交通拥挤，汽车尾气和噪声污染加剧。据大量的统计数据 表明，城市中环境噪声的7 5 来自交通噪声，而城市环境污染的7 0 以上则来自汽 车尾气污染。自2 0 世纪7 0 年代中期以来，随着世界各国对环境保护意识的不断 提高，许多国家都投入大量人力、物力进行研究开发，积极寻求一种最佳的城市 交通系统，以改变这种局面。在众多城市交通系统中，城市轻轨运输系统以其快 捷、方便、投资少、见效快、环境污染小等特点而成为首选。自2 0 世纪8 0 年代 以来，城市轻轨车辆技术得到迅速发展。尤其是低地板轻轨车辆以其无须设置站 台、方便旅客上下车，特别是便于一些病残乘客和儿童上下车而倍受欢迎。 低地板轻轨车在欧美等国家得到了迅速发展，现世界上有近五千多辆车在运 行。我国还属于发展中国家，建地铁造价昂贵，各个城市难以承受，而修建这种 车辆线路、运量大，投资少，符合我国国情。市场前景非常好 1 2 。 目前地铁、城轨车的制动系统的动力介质均采用压力空气，利用空压机产生 的高压气体( 一般最高压力为9 0 0 k p a ) ，通过微机对各种电磁阀的动作进行控制产 生制动作用和缓解作用。国内尚无液压制动应用的经验。 而对于低地板轻轨车来说，不但车体结构与普通的地铁车存在差异，制动系 统也存在差异。主要原因是风源系统的体积过大，无法安装到车体下部。而液压 系统体积小，可就近安装到转向架上，这是低地板车采用液压系统的初衷。而液 压系统反应速度快，易实现模块化安装，并可取消车与车之间相连的软管，对整 体布局更加有利，这是其得到大规模推广的原因。 本文通过对空气制动系统与液压制动系统的对比分析，以及结合长春轻轨项 目对于目前液压系统的主要供应商k n o r r 、h a n n i n g & k a h l ( 以下简称h k ) 的技术 方案进行对比分析；并结合我公司实际，对安装低地板车的性能进行分析。对液 压制动系统的应用进行研究。 结合长春轻轨项目，首先对制动的模式进行了定义和规范，并对制动系统的 防滑进行了探讨，经论证，制定了动车不设置液压防滑的决定。 通过在长春轻轨项目上的应用，证明了液压系统体积小、安装方便、在低地 板车上具有优势及其具有广泛应用前景的结论。 北京交通大学专业硕士学位论文第1 章绪论 1 2 国内外发展概述 铁路的机车车辆是编组成列车来运行的。机车和各个车辆之间用车钩连成一 体。为了在列车上坡、下坡和通过曲线时能够自由地运动，车钩之间要相互保持 着一定的间隙。机车和各个车辆都有它自己的制动装置，但是，在编组成列车相 互接通之后，就要由机车统一操作。不能各行其是。由于列车编组很长，机车车 辆及制动机类型复杂，各车的制动能力不同，所以制动时不可能完全同步，这就 可能在各车之间发生冲撞；由于列车重量很大，速度又高，所以制动以后要经过 相当长的距离才能停住。要想提高列车牵引重量或运行速度，仅仅换大功率机车 是不够的，必须同时解决列车制动问题。 我国铁路制动工业和科技队伍都得到了很大的发展，不但能自己生产成套的 制动装置，而且还先后独立设计研制成功了车辆用的g k 、g l 、1 0 3 、1 0 4 、1 2 0 、f 一8 等型制动机，机车用的j z - 7 和d k l 型制动机，准高速列车用的j z - 7 加电控、f - 8 加电控和1 0 4 加电控等制动机。其中有些制动性能已经达到世界先进制动机的水 平。在基础制动装置方面，对盘形制动、空重车调整、闸瓦间隙自动调整、防滑 器的研制，也取得了可喜的成果r 2 1 7 。 1 2 1 国内大铁路制动机对比 国内大铁路制动机基本上采用的国产的制动机，只是在最近几年2 0 0 k m h 等 级的列车出现后，才陆续采用了国外的先进制动机。见表1 - 1 ：国内大铁路各种车 型制动机对比 2 n 卅 = ， 丑 j 】 陬 喀 山 血 s 醐 *- j 列 套 怨 年睾 臀 柩 蒋 妇 昔巳恻酶 啦 副域帷 副 甘 蜊g昌星 。 卜幅榭制 肝 状磊喇衽 娟州辍七怖世磬 酸舡l 卜g 姻 口口 螂! i g 刊1 七 暴司椰稚普搀箍 m 叮卅镁旺榭酸 罄 g 盖州蠹i i i 、_ 一l - k 扩直了o ， 忙 r 辎剞! g 屡 豫咖屡雕 鲻 幽 皿求丰h 幽 蜊 u 11 喇跫箍卜楚 制 篓三 扭 g 赣厘掌篮希 酃器： 州 旺艄母林 哩 鑫 蓑墨絮 臀 鲻辅蜊畚霎稚 妊 厘悄垦螺屡 1 1 箭il 二嚣褂 焱 塔 哦牛蠢屡艇如回 需 柩繇 榭喇霸娟牛圈 婆 程 鼍 卜旺 姻 盒 谛般1 剥虻 n卅一世 n 屡袖冥卜。水 墓善磊蔷升蝥 萋肇醺一氰营 纂辎兰篱罄超 辇=牛h 履舳垡忙 * 刖酗螂| | | 蓁萋萋蓁霎垂 齄一 腽酸疆延毯箍 辎 咖 专薹斗h 拳爨艘 鑫釜董螽曩蒌 唧娟港譬g 屡誉冁确盥榭 尔薄旺州榷制 蜊 1 1 窑根 奋 圹忙靶一乓! g 测 熙 溪蓄翼 料 恻 州 蒜弩墓g 幅 嫣 妪榭 州咏忙篮以1l 众 岛瞎艘 遨鲁。卜屡畎令抓。 鼙 陵屡。戆 忙靶屡旺岛犊虫冥雅 咏鄣需米求跫删箍屡 ，、= ， 3 旷暴测璃旺出o 螗 - j 暴 n 卜 - j 套 茸警 s 餐 需需需 年警 需臀 臀 拯 妊妊船 副 副副 啦 副 船 o 一)o 副 2oo a 一 甘 。 o 。 副* 斟妪脚 秘姆 错 一 撩 仪袋迥扑书鼙爿秘扑k暇杈饺等 寸 罄雌姆 旺 寸, r , - - 4g 制 j j 咪 u 皿 j 晤 赛g 杂 妥 列 骠戈刑 需 需 妇 卅占苫 啦 啦 匦 副 留需 o 磊倒两柑划粼 蜊晨 镫啦 【工】 旧州 水罂峨g抠 圻 舞脚 磊娟屡霉s 恹世喽 翅骚搔屡 蝰制冥 黑旺鬃州$ 辖掣耳 幽陡 g 一转 骝需 扩嚏佃r 妲芒龊船 辕屡幽孵攀鼎姗 骚睾驰 娶鄙酬枣回 赛 肄1 1邂j 衽卜睦g餐眯圈赢 幂日l i需 姐踽掣掣憾漂 巡剞卷 墼惫图屡嚣 卜鬻琏温k 釜骠 矧 茸誊焉耋 辍磊琏暴急蜊旺鲻忙 赆 旧 曩张酃咏磊霎厘乓u娶根需辍鲻务壮 纣彷 叁p 辎姆如* 莲量粪襄 、一一、， g；如副 旺 屡卷：咏母脚冥舞二 蜊 焉粤趔姆幽0 = 蚤 口o= 牛忌辫熊 q 皿： 婆 警藿 咏翅=垂函誉釜长堇鲻 辎 非删 二。蜒蜷吕 一惫 好怅旺廿 删盆 屡r 瞪罢_琏懈sikg 熹尹r 嶝瞪圈副骤降 i l ：昌幽l1 塔副j暴忙卷霎屡 g 咖1 1 1v 需。岬：卧球 屡榭蛊需磊悄温幅r 婪雩蓊菇囊 砷；收啦。霉娶蒋臀 褰妻需0 世娟 ，接姬船 辎酸涩辎：暴林 卜垦是矧g 掣巡虫：噩卜 旺琏怠喇咖g 整赳卅 眯蝌楚厘魁$ 蜂旺幂塔 屡蜊 斗h 氡最旺赠掣稃 岛晨屡g 斟鞋眯口磊 求=趟喇骤剞。拙卅 3g 罂3 甚世根路旺 。善 3 需悄椒丑、n 年令 年会暴年睾 芒 需 妥 需需 需 茸 妊 臀 需 副 妊 船姬 船 u 剥 副副 副 卜 妊 寸 。_n2 【工一o 副 *卅 料r 卅 糕暴慢幂脚暴 嵇好 粒 一 躲 议秘掣扑二f匿爿秘扑k暇权假菩 羞莨暴臀器耐卅熬谁留蝼k慢匦【上僻 卅臀 臀磊 幽州 枢母 划巷喇 托长期 g 赛 适旺需 测眯磊 鼎g 1臀靶鼎吆营斟熏螺 旺忙蚓卅翅臀馊咀：帐 世球警臀r 器累 臀 琏逝崩臀怠树针磊 鲻态拳品楚囊妲，二 ，* 毯g 忑* 趣罐 臀逊r 螺铎臀口窭 器慢涩帐* r 脚睃 井 针螬磊磊鼎剁龊酶萎普 墨纂惹鬯甚曩圣鼍蠢羹 鼎g 鞲r 御镉熙泰芝 甚型鬟慧导攘舞垂奏鋈 柑根蟊楚鳋暴：i l 裂, r | 型 彝揣鼎咖q 懈s 忙旧树耐 *戽辩咯沓邻制嘤口囊黑 辎 嘁目鼍需r 蚓涩卜臀忸 旺账导器需婶掣笾脚一 世裂鹫磊嘿需旺苣 r 蜊避球冁磊世：鍪 口a$ 温需岬，爱延臀季壁 血 蜊需磊臀窖毯冁磊譬餐 督 楚器壮磊婕螺忙羽疑删 g需g 目苌l 嫂长咏般型郴 埝 喇鎏她测磊卅辎妲 犀 星烬砸r 缺饕。臀逝臀嗡 暇缺锰釜卜豁是剞罐嫂 髓爸臀斗 1 匠取眄如 熙辎磊埒半龊悉慢酸世 盘3 餐r 镀博口g 恒旺辍 心 芒 年睾 需 姬 料 副需 瓣 艘 恒鼎 嵇姆 褂 一 捺 仪秘掣扑_千匿爿秘扑k赠杈候暑 北京交通大学专业硕士学位论文第l 章绪论 1 2 2 地铁、城轨进口制动机对比 1 2 2 1 进口制动机性能对比 与大铁路制动机不同的是，地铁城轨制动频繁，减速度要求高，对正点运营 的要求高，因此对制动机的无故障率要求高。而且地铁车采用的均是电一空制动方 式，对电器控制、电器元件的质量要求很高。因此长期以来该领域一直被国外的 供应商所占领。国外制动机供应商主要有三家，日本n a b t e s c o ( 原n a b c o ) 株式会 社、德国k n o r r 公司和欧洲的s a bw a b c o 公司他们都有多年从事设计和生产各种 城市轨道车辆及其它轨道车辆制动系统的经验，为本国及其他国家的轨道车辆提 供了大量的整套制动系统设备和部件。各制动系统生产厂家的生产能力及产品的 主要功能见表卜2 三家进口制动供应商性能指标对比： 3 0 3 1 3 2 序项目性能指标 号 f a i v e l e y ( 原 n a b t e s c o ( 原n a b c o ) k n o r r - b r e m s e s a b w a b c o ) 1 成立年份1 9 2 5 年 2 年生产能力： 制动控制装置 1 2 0 0 套 空气压缩机组6 0 0 套 各种阀类2 0 0 0 0 个 车门控制装1 2 0 0 0 个 闸瓦6 7 0 0 0 个 3在中国的应 北京复八线、北京1 3广州、上海、南 由中国为伊朗生产 用情况号线、北京八通线、大京地铁各线的一、二号线地铁 连城轨、天津滨海、重天津地铁1 号线 庆单轨北京2 、5 、1 0 号 线 4 制动指令可接收以下任一种制同左可接收和产生以下 动指令形式 任一种制动指令形 ( 1 ) 数字指令式 ( 2 ) p 1 j i m 指令( 1 ) 数字指令 ( 3 ) 列车网络线指( 2 ) p w m 指令 令( 3 ) 可接收列车网 络线指令 5电空配合功 可与牵引系统通过 同左同左 6 北京交通大学专业硕士学位论文第1 章绪论 性能指标 能( 1 ) 电流信号 ( 2 ) 电压信号 ( 3 ) p w m 信号 ( 4 ) 列车网络信号实 现电空制动的协调配 厶 口0 6各车辆间的 可在各车辆间通过可在各车辆间通可在各车辆间通过 交叉混合制( 1 ) 电流信号过( 1 )电流信号 动功能( 2 ) p w m 信号( 1 ) 电流信号( 2 ) p w m 信号 ( 3 ) r s 2 3 或( 2 ) p w m 信号( 3 ) r s 2 3 2 或 r s 4 8 5 中任意一( 3 ) r s 2 3 2 或 r s 4 8 5 种信号实现列 r s 4 8 5 ( 4 ) 列车网络线实 车中各单元组( 4 ) 列车网络现列车或列 内的交叉混合线实现列车中各单元 制动 车中各单组内的交叉 元组内的混合制动 交叉混合 制动 7冲动限制动 有有有 功能 8预压力控制有 有有 功能 9故障检测及 有有有 存储功能 1 0故障信号显 可向列车的通讯网络同左同左 示功能提供制动系统的故障 信息，由列车的显示系 统显示 l l制动系统的 可向列车的通讯网络同左同左 状态显示功提供制动系统的各种 能 状态信息，由列车的显 示系统显示 1 2 防滑控制 有有有 7 北京交通大学专业硕上学位论文第1 章绪论 性能指标 1 3空重车调整 有有有 功能 1 4 常用制动( 空 ( 1 7 2 5 ) s同左 同左 走+ 压力上 升) 时间 1 5紧急制动( 空( 1 5 2 ) s 同左同左 走+ 压力上 升) 时间 1 6 制动缓解时 3 5 s 同左同左 间 1 7配套能力 强同左同左 可提供制动控制系统、 风源系统( 空气压缩机 干燥器) 、防滑系统、 基础制动装置等全套 设备 1 8质量指标 满足要求同左同左 1 9使用经验 丰富丰富丰富 2 0供货周期( 合 6 1 2 个月8 1 8 个月8 1 8 个月 同签定后) 表1 - 2 三家进口制动供应商性能指标对比 通过以上性能分析可以看出，国外三大制动机供应商都有丰富的电空制动系 统设计和制造经验，并可灵活地接收和发出不同形式的电信号，以便与不同的牵 引及a t p 、a t c 信号生产厂家配合，实现列车制动系统与其它系统的协调配合。 从表1 - 2 可以看出，三家的产品在国内生产的各种车辆上均有所应用，电动 车组选用n a b t e s c o 、k n o r r 及f a i v e l e y 的产品均能满足我国各种轨道车辆制动系 统的使用要求。 1 2 2 2 国外城轨车制动系统的发展趋势 随着电子控制技术及材料、机械加工材料等技术的进步和发展，城轨车辆制 动系统的技术也在不断改进，其制动系统从最初极为简单的直通式空气制动机发 展到自动空气制动机、电控的自动空气制动机、数字式电空制动机、采用分立电 子元件的模拟式电空制动机，一直发展到现在采用微机控制的模拟式电空制动机， 8 北京交通大学专业硕士学位论文 第l 章绪论 近年来各厂家微机控制的模拟式电空制动机自8 0 年代问世以来其技术也在不断进 步，微机的计算速度不断提高，控制功能、检测功能不断地加强，微机及电、气 动元件的体积不断缩小、重量不断减轻，集成度越来越高，安装及检测、维修越 来越方便，控制方式也采取多样化的形式，如k n o r r 公司过去都采用单车控制方 式，目前已研制出了单转向架控制的模拟式电空制动机，这样可以减小装置的尺 寸和重量、减少车辆上的电气配线及制动配管、便于提高电空混合制动的控制及 防滑控制功能、减轻故障时的制动损失程度，提高了系统的冗余性。日本的 n a b t e s c o 及f a i v e l e y 也均在研究和开发体积更小，重量更轻、性能更优越的模 拟式电空制动系统，( 如日本n a b t e s c o 制动控制单元的重量由原来的1 0 0 多公斤 减少到现在的6 7 公斤) 。另外f a i v e l e y 及n a b t e s c o 还在研究不用压缩空气的单 元式制动缸，整个制动系统完全摆脱了传统空气制动的概念，使整个制动系统的 体积更小、重量更轻，使用和检修更为方便。 1 2 3 国内主要城轨车辆制动系统制造企业的现状及趋势 制动系统的国产化研究由来已久。研制成功的有三家，基本上都是仿制的日 本技术。 ( 1 h l 京地铁大修厂 借助北京地铁复八线的大修，北京地铁大修厂“复制了n a b c o 的部分产品。 ( 2 ) 四方研究所 在0 1 年研制并通过了部级的认证。 ( 3 ) 铁科院 在0 4 年研制通过了国家级的认证 3 3 。 目前，国内研制成功的这三家还没有过应用的业绩。 北京大修厂只是将其用在大修上。 铁科院仅在天津滨海试验了一列车。还欠成熟。 根据国家发改委支持“国产化 的精神，沈阳地铁2 号线已决定采用铁科院 的产品。相信通过实践的检验，国产化的产品会日益走向成熟。 9 北京交通大学专业硕上学位论文 第1 章绪论 1 3 本论文主要研究内容 对于液压制动系统，国内尚无先例，应对于其应用及应用前景进行研究，这 就是本论文的出发点。本论文主要研究内容： 1 3 1 空气系统与液压系统的优缺点对比 1 3 2 液压系统的特点 1 3 3 结合长春轻轨项目： 1 3 3 1 制动液压设备的选取依据； 1 3 3 2 液压制动方案的制定； 1 3 3 3 具体的应用效果 1 3 4 液压制动的应用前景分析 1 0 北京交通大学专业硕士学位论文第2 章空气系统与液压系统的区别 第2 章空气系统与液压系统的区别 2 1 控制方式 各种自动化、省力化的方式有很多，如机械方式、电气方式、电子方式、液压 方式和气动方式。这些方式都有各自的优缺点及其最适合的使用范围。见表2 1 ： 项目机械方式电气方式电子方式液压方式气动方式 驱动力不太大不太大小大( 1 0 0 k n稍大( 1 0 k n 以上)以上) 驱动速度小大大小大 响应速度 中 大大大稍大 特性受负几乎没有几乎没有几乎没有较小大 载影响 构造普通稍复杂复杂稍复杂简单 配线、管无较简单复杂复杂较复杂 温度影响普通 大大 7 0 1 0 0 防潮性普通 差差 普通注意排放冷 凝水 防腐性普通差差普通普通 防振性普通差很差普通普通 定位精度良好良好良好稍良好稍不良 维护简单有技术要求有技术要求简单简单 危险性没有特别注意漏电没有特别问注意防火几乎没有问 问题题题 信号转换 难 易易难较难 远程操作难很好很好较良好良好 动力源出 不动作不动作不动作若有蓄能器有一定应付 现故障能短时对付能力 安装自由度小有有有有 无级变速稍困难稍困难良好良好较良好 速度调整稍困难容易容易容易稍困难 价格 普通稍高高稍高普通 表2 - 1 各种传动与控制方式的比较 4 北京交通大学专业硕十学位论文第2 章空气系统与液压系统的区别 2 2 液压系统的特点 2 1 1 液压系统的优点： 5 2 1 1 1 液压执行元件的功率重量比和转矩惯性矩比( 或力质量比) 大，具有 很大的功率传递密度，可以构成体积小、重量轻、响应速度快的大功率控制单元。 电磁执行元件的功率重量比取决于铁磁材料的饱和特性和功率损耗所引起的 热量耗散。而液压执行元件的功率重量比取决于最高允许压力，实际上只受材料 安全强度极限的限制。而系统功耗所产生的热量可由液体介质带到系统散热器耗 散。因此液压执行元件的功率重量比要比电磁执行元件的功率重量比大几乎一个 数量级，液压马达的转矩惯性矩比可达直流电动机的l o 5 0 倍，其响应速度是电 气执行元件所不能比拟的。 2 1 1 2 液压控制系统的负载刚性大，精度高 由于液压执行元件的泄露很小，液体介质的体积弹性模量又很大，故具有很大 的速度负载刚性，即速度力或转速力矩曲线斜率的倒数很大，因此有可能用于开 环系统。用于闭环系统时则表现为位置刚度大，其定位精确度受负载变化的影响 小。 液压马达的开环速度刚性约为电动机的5 倍。 2 1 1 3 液压控制系统可以安全、可靠并快速地实现频繁的带负载启动和制动， 进行正、反向直线或回转运动和动力控制，而且具有很大的调速范围。 2 1 1 4 传动介质兼有润滑作用，有利于延长元件的工作寿命。 2 1 1 5 通过管道进行能量分配和传递比机械方式来得方便。 2 1 1 6 利用蓄能器很容易实现液压能的储存和系统消振等。 2 1 2 液压系统的缺点： 2 2 2 1 效率较低； 2 2 2 2 对流体介质的清洁度管理要求较高； 2 2 2 3 漏油容易污染环境，故要求系统密封严密无外泄露； 2 2 2 4 由于流体介质的工作温度范围和闪点的限制，系统存在工作温度上、下 限和抗燃、防爆等技术要求； 2 2 2 5 由于液压系统中诸环节多具有非线性特性，故系统的设计和分析较电 气控制复杂； 2 2 2 6 以液压方式实现信号的检测、处理和传递不如电气方式方便。 1 2 北京交通大学专业硕士学位论文第2 章空气系统与液压系统的区剐 2 3 空气系统的特点 2 3 1 空气系统的优点： 4 】 2 3 1 1 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，使用安全。 2 3 1 2 工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，空气本身不花钱，排气处理 简单，不污染环境，成本低。 2 3 1 3 输出力及工作速度的调节非常容易。气缸动作速度一般为5 0 5 0 0 m m s ， 比液压和电气方式的工作速度快。 2 3 1 4 可靠性高，使用寿命长，电器元件的有效动作次数约为数百万次。 2 3 1 5 利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可短时间释放能 量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的 适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。 2 3 1 6 全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方 式可在高温场合使用。 2 3 1 7 由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。 2 3 2 空气系统的缺点： 2 3 2 1 由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。 2 3 2 2 气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定 性不如液压缸。 2 3 2 3 虽然在很多场合，气缸的输出能力能满足工作要求，但其输出力比液 压缸小。 2 4 液压系统对工作介质的要求 3 】 2 4 1 粘度 粘度是选择工作介质的首要因素。在相同工作压力下，粘度越高，各部件运 动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。 反之，粘度过低会增加泵的容积损失，并使油膜支撑能力下降，而导致摩擦副间 产生赶摩擦。 一般取1 2 一l o o m f f s 。同时，在温度、压力、变化下和剪切力作用下，油的粘 度变化要小。 2 4 2 润滑性 为防止发生粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损等，以免造成泵和马达性能降低， 寿命缩短，系统产生故障，要求工作介质对元件的摩擦副有良好的润滑性和极压 1 3 北京交通人学专业硕十学位论文第2 章空气系统与液胝系统的区别 抗磨性。 2 4 3 氧化安定性 氧化会增加腐蚀性，堵塞滤油器，妨碍部件的动作以及降低系统效率。因此， 要求它具有良好的氧化安定性和热安定性。 2 4 4 剪切安定性 工作介质通过液压元件的狭窄通道( 节流间隙或阻尼孔) 时，要经受剧烈的 剪切作用，会使一些聚合型增粘剂高分子断裂，造成粘度永久性下降，在高压、 高速时，这种情况尤为严重。为延长使用寿命，要求剪切安定性好。 2 4 5 防锈和抗腐蚀性 锈蚀颗粒在系统内循环，会产生磨损和引起故障，并因其催化作用促使油品 进一步氧化，引起元件腐蚀。因此要求工作介质具有阻止与其接触的金属元件产 生锈蚀的能力和防腐蚀性。 2 4 6 抗乳化性 混有水的工作介质在泵和其它元件的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工 作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，妨碍冷却器的导热， 阻滞管道和介质在阀门内的流动，降低润滑性。 所以要求工作介质有良好的抗乳化性、水解安定性和分水性。 2 4 7 抗泡沫性 空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环，不仅 会使系统的压力和能量传递不稳定，产生滞后现象，失去可靠性和准确性，并使 润滑条件恶化，产生异常的噪声、振动和工作不正常。此外，气泡还增加了与空 气的接触面积，加速了工作介质氧化。所以要求工作介质有良好的抗泡性和空气 释放能力。 2 4 8 对密封材料的相容性 工作介质使密封材料溶胀软化或使其硬化。使密封材料的几何尺寸、机械性 能和弹性适应能力受到影响，以至密封失效，引起泄露，系统压力下降，不能正 常工作。所以要求工作介质与密封材料有良好的相容性。 2 4 9 其他要求 低温性、难燃性；在工作压力下，具有充分的不可压缩性；比热和热传导率 要大；热膨胀系数要小；具有足够的清洁度；无毒性、无臭味：储存安定性等。 1 4 北京交通大学专业硕士学位论文第2 章空气系统与液压系统的区别 2 5 液压工作介质的物理化学性质 3 2 5 1 粘度 在外力作用下，液体内某一层面与其相邻层面间发生相对运动时，沿其界面 产生内部摩擦阻力，此种性质称为粘性。表示粘性大小( 即反映此内摩擦阻力大小 程度) 的物理量称为粘度。分为 2 5 1 1 动力粘度( 绝对粘度、粘性动力系数) 2 5 1 2 运动粘度( 粘性运动系数) 运动粘度是液体在同一温度下的动力粘度与该液体密度的比值。其单位为 心s ，絮甩m m z so 2 5 1 3 条件粘度( 相对粘度) 用各种粘度计所测得的粘度，以条件单位表示。例如恩氏、赛氏、雷氏等。 其中恩氏粘度是指2 0 0 m l 的液体从恩氏粘度计中流出所需要的时间t l ( s ) ，与 2 0 0 m l 的蒸馏水在2 0 时从该恩氏粘度计中流出所需要的时间t 2 ( s ) 之比，即。e = t l t 2 粘度特性： 液压油粘度的变化对液压系统的性能有较大的影响，所以通常希望液压油具 有尽可能大的粘度指数。 ( 1 ) 粘度温度特性 各种液体的粘度随着温度升高而降低。使用时，要求液体的粘度随温度变化 愈小愈好。通常用粘度指数表示。 粘度指数高，表示粘度温度曲线平缓，粘温特性好。一般液压油的粘度指数 值要求在9 0 以上，优异的在1 0 0 以上。 国标g b t 1 9 9 5 8 8 相当于i s 0 2 9 0 9 1 9 8 1 。 ( 2 ) 粘度压力特性 压力对粘度的影响在低压时不明显，当压力大于5 0 m p a 时，其影响趋于显著。 压力升高到7 0 m p a 以上时，液体的粘度将比常压下增加4 一l o 倍。 2 5 2 温度膨胀 由温度引起的液压工作介质的体积和密度的变化。 v = v o ( 1 + a t a t ) ( m e ) p = p 。( 1 一a v a t ) ( m e ) 巩一液体膨胀系数( q ) ，一般石油型液压油：巩= ( 8 5 - 9 o ) x1 0 q 平均取8 7 x1 0 叫 c 。 北京交通大学专业硕上学位论文 第2 章空气系统与液压系统的区别 2 5 3 热导率 表示液体内热传导的难易程度。 q 。= 入a ( t ：一t 。) l( w ) l 一与热流成直角方向的物质厚度( m ) 入一热导率。一般石油型液压油：入= 0 1 1 6 - 0 1 5 1 ( w m ) k 2 5 4 比热容 单位重量或质量的液体，当温度升高1 度时所需要的热量， 一般石油型液压油：c = ( o 4 - 0 5 ) 4 1 8 7 j ( k g k ) 所有的液压油的比热容几乎都是随温度的上升而增大。 2 5 5 体积弹性模量 在压力作用下液压油的体积变化，用压缩率1 3 表示。而体积弹性模量k 就是 b 的倒数。 一般石油型液压油k ，平均为( 1 2 2 ) 1 0 3 m p a ，但由于有气泡的原因，使 k 值显著减小，建议选用( 0 7 1 4 ) 1 0 3 m p a 。 2 5 6 闪点 在规定的开形杯或闭形杯内，用规定容量的油样加热到它蒸发的油气与空气 混合后，在与规定火焰接触能发生闪光时，油样的最地温度。 开形杯比闭形杯测量结果要高出1 0 - 3 0 。c 。 石油基液压油的闪点约为2 1 0 。c ，燃点为3 1 0 - 3 6 0 。c 。 2 5 7 倾点 油液在试验条件下，冷却到能够流动的最低温度。一般倾点较凝点高2 - 3 。c 。 一般认为，在倾点以上5 。c 使用时，液压油的流动性是好的。 2 5 8 中和值 中和值是中和l g 液压油中的全部酸性物质所需氢氧化钾的毫克数。 2 5 9 腐蚀 腐蚀是液压油在规定条件下，对规定金属试片的腐蚀作用。 1 6 北京交通大学专业硕士学位论文 第3 章制动概念及轻轨车的制动要求 第3 章制动概念及轻轨车的制动要求 3 1 制动的概念【6 】 3 1 1 制动的定义 制动：对列车产生一个阻力，以便阻止正在运行的列车运动或者阻止静止的 列车运动的过程 3 1 2 制动的分类 从不同的角度，制动有很多种，下面是一个比较简单的分类方式： a d h e s i o n b r o k e d y n a m i cb r a k e ( e l e c t r obr a k e l 厂一粘着制瑭厂一电制动厂一再生制动r e q e n e r a i o n b r a k e l 电阻制动r e s i s t a n c eb r a k e 制动j m e c h a n i s mf r i c t i o nb r a k e b r a k e i卜机械摩擦糊厂踏面制动t r e a d br a k e l 盘形制动d i s cb r a k e l 机械摩擦制动广空气制动a i rbr a k e ，l 液压制动hy d r a u l i cb r a k e 。一j 祜着制瑭磁轨制动f m a q n e t i c ) tr a c kb r a k e n o n a d h e s i o nb i a k e 一 制动的过程实际上是一个能量转换过程，将巨大的动能转化为电能或者热能。 3 1 3 常用的几种制动形式 3 1 3 1 常用制动：s e r v i c eb r a k i n g 通过司机或自动驾驶装备来控制列车速度的制动模式。 3 1 3 2 停放制动：p a r k i n gb r a k e 在所定义的最大坡道、最大载荷的条件下，能使列车稳定的停放在坡道上的 制动模式。 通常应用在列车长期停放的情况。 3 1 3 3 紧急制动e m e r g e n c yb r a k i n g 1 7 北京交通大学专业硕士学位论文第3 章制动概念及轻轨车的制动要求 其主要目的是最大限度地确保乘客、员工和非铁路使用者的安全。 通常来讲，紧急制动是停车的最终手段，它能提供最大的制动减速度。 3 1 3 4 保持制动h o l d i n gb r a k e 针对规定的时间和载荷，保持列车在相对静止的制动模式 它通常应用在坡道起车时。由于牵引力的上升需要一段时间，为防止在此阶 段列车滑行，