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城轨车辆制动系统 董英荣2016 10 11 山东交通职业学院 1 掌握城轨制动概念及要求 教学目标 2 熟悉城轨制动方式及模式 3 掌握制动系统工作原理 4 了解城轨车辆制动新技术 目录 一 城轨制动基础知识 制动是指人为地使列车减速或阻止其加速的过程 一 城轨制动基础知识 缓解 对已经施行制动的物体 解除或减弱其制动作用 均可称之为 缓解 列车制动停车后起动加速前或运行途中限速制动后加速前均要解除制动作用 即施行缓解作用 使列车减速或阻止其加速的力称为制动力 而产生并控制这个制动力的装置叫做制动机 也称制动装置 基础制动装置 传送制动原动力并产生制动力的制动执行装置 一 城轨制动基础知识 城轨车辆基础制动装置及作用原理 制动缸 杠杆 闸瓦 车轮 钢轨 一 城轨制动基础知识 制动距离 从司机施行制动的瞬间起 将制动手柄移至制动位 到列车速度降为零列车所行驶的距离 计算制动距离 各个国家根据自己的铁路情况制定的紧急制动的最大允许值 我国 技规 规定 列车在任何线路坡道上的紧急制动距离为800m 一 城轨制动基础知识 车辆制动系统的作用是产生制动力 使列车减速或停车 制动系统作用 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动系统的要求 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动方式 按电动车辆动能的转移方式 制动分为两类 1 机械制动 摩擦制动 空气制动 把动能通过摩擦的方式转变为热能后 散发到空气中 动能热能 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动方式 2 电制动 动力制动 把动能通过发电机转化为电能后 再将电能送回电网或变成热能散发到空气中 动能电能电网或热能 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动模式 常用制动 正常运行下为调解或控制动车列车速度 包括进站停车所实施的制动特点是作用缓和 制动力可连续调节 载荷修正当常用制动力最大时即为常用全制动 紧急制动 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 特点是作用比较迅速 而且将列车制动能力全部使用 而且停车前不可缓解 不对冲击率进行具体限制 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 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动模式 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动模式 快速制动 紧急情况下 制动系统各部分作用均正常时所采取的一种制动方式电制动不起作用 仅空气制动 制动过程可以施行缓解 受冲击率限制 具有防滑保护和载荷修正功能 弹簧制动 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 停放制动通常是将弹簧停放制动器的弹簧压力通过闸瓦作用于车轮踏面来形成制动力 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动模式 保压制动 保压制动是为防止车辆在停车前的冲动 使车辆平稳停车 通过ECU内部设定的执行程序来控制 第一阶段 当列车制动到速度8Km h 触发保压制动信号 这时 电制动逐步退出 而由气制动来替代 第二阶段 接近停车时 列车速度0 5Km h 一个小于制动指令 最大制动指令的70 的保压制动开始自动实施 即瞬时地将制动缸压力降低 一 城轨制动基础知识 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动控制方式 常用制动优先原则第一优先再生制动第二优先电阻制动第三优先摩擦制动 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动控制方式 常用制动混合原则 1 电制动无故障状态下的制动原则在DCU无故障状态情况下 电制动始终起作用 提供常用制动所需的制动力 制动指令值同时送至所有的DCU和ECU 并由它们分别根据车辆的载荷情况计算所需的制动力 2 电制动与气制动混合的控制原则电制动和气制动之间融和 混合 应是平滑的 并满足正常运行的冲击极限 气制动用来填补所要求的制动需求和已达到的电制动力之间的差额 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动控制方式 常用制动力分配原则 1 电制动力的分配原则 由于车辆编组每单元为三节 假设每单元自己提供制动力 总共需要300 的制动力 而电制动时只有动车能提供制动力 每单元的三节车中只有两节动车 因此每节动车承担150 的制动力 2 气制动力的分配原则 由A B和C车组成的单元车则需300 的气制动力 每节车的 气制动控制单元 根据本车的载荷重量负责本车100 的制动力 一 城轨制动基础知识 城轨车辆制动控制方式 300 0 0 500 0 100 0 500 100 想一想 目录 二 空气制动系统 空气制动 又称为机械制动或摩擦制动 城市轨道交通车辆常用的摩擦制动方式主要有 闸瓦制动盘形制动轨道电磁制动 二 空气制动系统 空气制动系统的组成 城轨车辆的空气制动系统由供气设备 基础制动装置 常见的有闸瓦制动装置 盘形制动装置 防滑装置和制动控制单元组成 二 空气制动系统 空气制动系统的组成 1 供气系统主要由空气压缩机 空气干燥器 压力控制装置和管路组成 2 防滑装置用于车轮与钢轨黏着不良时 对制动力进行控制的装置 3 制动控制单元是空气制动的核心部件 他接受微机制动控制单元的指令 然后再指示制动执行部件动作 二 空气制动系统 直通式空气制动的结构原理 二 空气制动系统 制动阀有缓解位 保压位和制动位3个不同位置 直通式空气制动的结构原理 二 空气制动系统 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 制动管是一根贯通整个列车 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 制动力大小 取决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的长短而定 直通式空气制动的结构原理 二 空气制动系统 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问应足够长 使制动缸内的压缩空气排尽 压力降低至零 此时制动缸活塞借助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 直通式空气制动的结构原理 二 空气制动系统 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问应足够长 使制动缸内的压缩空气排尽 压力降低至零 此时制动缸活塞借助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 直通式空气制动的结构原理 二 空气制动系统 保压位制动阀操纵手柄放在保压位时 制动阀保持总风缸管 制动管和EX口各部相通 可保持制动缸内压力不变 驾驶员将操纵手柄靠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 制础缸压力能分阶段上升或下降 即实现阶段制动或阶段缓解 直通式空气制动的结构原理 二 空气制动系统 自动空气制动机的结构原理 自动式空气制动机在直通式空气制动机的基础上增加了置三个部件 1 给气阀 在总风缸与制动阀之间 作用是限定制动管定压 2 三通阀 在每节车辆的制动管与制动缸之间 作用是制动缸充气或排气的控制部件 3 副风缸 在每节车辆的制动管与制动缸之间 作用是提供压缩空气 二 空气制动系统 自动空气制动机的结构原理 二 空气制动系统 自动空气制动机的结构原理 制动管减压制动 增压缓解 列车分离时能自动制动停车 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 有阶段制动及一次缓解性能 二 空气制动系统 自动空气制动机的结构原理 二 空气制动系统 制动位 二 空气制动系统 缓解位 二 空气制动系统 制动保压位 二 空气制动系统 空气制动的分类 1 闸瓦制动2 盘形制动3 轨道电磁制动城市轨道交通车辆常用的摩擦制动方式主要有 闸瓦制动 盘形制动和轨道电磁制动 轨道电磁制动运用在高速列车的制动系统中 二 空气制动系统 闸瓦制动 闸瓦制动过程 制动缸 活塞杆 基础制动装置 闸瓦 车轮每个动车和拖车转向架上各有4块闸瓦组成 其中两个闸瓦块装有附加的弹簧制动器 起停车制动的作用 二 空气制动系统 闸瓦制动 二 空气制动系统 盘形制动 盘形制动分为轴盘式和轮盘式两种 一般采用轴盘式盘形制动当轮对中间因牵引电机等设备的安装而使制动盘安装发生困难时 可采用轮盘式盘形制动 二 空气制动系统 盘形制动 二 空气制动系统 盘形制动 制动缸 活塞杆 两根杠杆 夹钳 闸片 制动盘 二 空气制动系统 盘形制动 二 空气制动系统 盘形制动 二 空气制动系统 盘形制动 二 空气制动系统 磁轨制动 图1 3磁轨制动1 电磁铁 2 升降风缸 3 钢轨 4 构架侧梁 5 磨耗板 二 空气制动系统 磁轨制动 轨道电磁制动 又叫磁轨制动 在转向架构架侧梁4下通过升降风缸2安装有电磁铁1 电磁铁下设有磨耗板5 以电操纵并作为动力来源 制动时 将导电后起磁感应的电磁铁放下压紧钢轨 使它与钢轨发生摩擦而产生制动 其优点是制动力不受轮轨间粘着的限制 不易使车轮滑行 但重量较大增加了车辆的自重 在高速旅客列车上与其他空气制动机并用 特别是在紧急制动时 可缩短制动距离 如北京地铁机场线由于列车运行速度较高 最高时速可达100km h 该车组上装有轨道电磁制动机 目录 三 电制动 制动系统转移动能的能力称为制动功率 一般的 在一定的安全制动距离下 列车的制动功率是其速度的三次函数 现代化轨道交通车辆的速度都很高 列车质量也很大 其制动功率如果仅仅以一种机械的方式实现转移是很难达到的 三 电制动 现在最多采用的是闸瓦制动 但其摩擦产生的热能在闸瓦和车轮踏面间积聚 温度急剧升高 严重时高温可熔化闸瓦或烧灼踏面 同时 闸瓦与车轮踏面摩擦后会产生粉尘和热量 对环境有严重的污染 而且 频繁和过量的使用摩擦制动 将使闸瓦更换频繁 车辆踏面的维修大量增加 为了减少机械摩擦 应尽量采用无污染的制动方式 目前最好的方法就是使用电制动 三 电制动 根据能量的去向 分为 电阻制动 再生制动 电制动按照其制动原理的不同 动力制动 电磁涡流制动 三 电制动 动力制动 就是列车制动时 将所有牵引电机的电动机工况转变为发电机工况 电动车组中既有动车又有拖车 除了拖车没有电动机只能使用摩擦制动外 所有动车都可以进行动力制动 并且还可以承担部分拖车的制动力 动力制动 三 电制动 电磁涡流制动就是利用电磁涡流在磁场下产生洛伦兹力 利用洛伦磁力的作用方向与物体运动的方向相反的物理原理来设计的一种电池制动方式 这种制动方式具有无摩擦 无噪声 体积小 制动力大的优点 目前 轨道交通车辆利用电磁涡流制动的方式主要有盘形涡流制动和轨道直线涡流制动 电磁涡流制动 三 电制动 在制动工况时 列车停止从接触网受电 电动机改为发电机工况 将列车运行的机械能转换为电能 反馈电网 产生制动力 使列车减速或在下坡线路上以一定的限速