城际动车制动系统方案设计

西南交通大学本科毕业设计西 南 交 通 大 学本科毕业设计城际动车制动系统方案设计THE DESIGN SOLUTION OF BRAKE SYSTEMFOR INTERCITY EMU年 级:2010级学 号:姓 名: 专 业:车辆工程指导老师: 2014 年 6 月第VIII页西南交通大学本科毕业设计院 系 机械工程学院 专 业 车辆工程 年 级 2010级 姓 名 题 目 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 毕业设计任务书发题日期： 2014年2月24日 完成日期： 2014年6月10日题 目 城际动车制动系统方案设计 1、本论文的目的、意义学生通过城际动车制动系统方案设计。毕业设计题目，可以加深对我国高铁客运专线CRH1、CRH2、CRH5型200250km/h EMU制动系统的全面了解，系统掌握微机控制直通制动控制工作原理、系统结构、制动性能、供风系统、基础制动、网络控制。熟悉司机室设备、数字指令信号发生/传输、电子制动控制单元、气动控制单元、基础制动、复合制动、防滑控制、载荷控制、辅助供风等作用原理和技术性能参数。2、学生应完成的任务学生应会运用气动控制、计算机与自动控制、电子电气、测试、传感器等知识，IEC 国际电工委员会标准和EN欧准标准进行。城际动车制动系统方案设计。根据200250 km/h高速动车制动系统作用原理，设计出250km/h城际动车制动系统制动指令网络控制图，常用复合制动曲线图、紧急复合制动曲线图、安全制动曲线图、管路布置图、电气原理图，且满足运用环境-40+50的环境要求，尤其是在橡胶件、弹簧的材质选取，传感器选型、电磁阀可靠性方面应注意。在毕业设计论文的组织结构中，应对高速动车组制动系统的理论知识进行必要的文字描述和分析，并提出自己的观点和看法，从而达到提高毕业设计论文质量的目的。3、论文各部分内容及时间分配（共 12 周）第一部分：绪论 1周第二部分：城际动车制动系统作用原理 2周第三部分：城际动车气动控制系统方案设计 2周第四部分：城际动车电气控制系统方案设计 2周第五部分：城际动车基础制动方案设计 2周第六部分：撰写论文及修订、打印论文 2周评阅及答辩： 1周备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘要随着我国国民经济的快速发展，城市规模迅速扩大，大城市城区及卫星城之间的联系日益密切。城际动车组是高速铁路和城市轨道交通的纽带，具有运能大、安全舒适、快捷便利和节能环保等特点，在促进区域发展、解决城际旅客运输方面发挥越来越大的作用。随着人们对乘坐舒适性要求的不断提高和制动技术的发展，制动系统的功能已不仅仅是保证列车的安全运行，如今制动技术的研究重点已逐渐转变到满足列车高效性、舒适性要求上。本文以城际动车制动系统为研究对象。在了解国内外高速电动车组制动系统发展的前提下，本文深入研究了我国“和谐号”动车组的制动系统，分析动车制动系统的组成和作用原理。并结合城际动车自身的特点，确定其要实现的制动功能。最后，以气动控制系统及基础制动系统为重点，按照“故障到向安全”的基本设计原则，设计出一套适用于时速250km城际动车的制动系统。本文设计的城际动车制动系统为电气指令微机控制的直通电空制动系统，采用空气制动和再生制动复合制动的方式。该系统主要由制动控制系统、指令发生及传输装置、基础制动系统、风源系统、防滑装置、撒砂装置等组成。能够实现常用制动、紧急制动、备用制动、停放制动及防滑控制等制动功能。通过制动控制系统计算出列车所需要的制动力，并按照节能原则的控制策略对再生制动力和空气制动力进行合理分配。制动系统作为动车组九大关键技术之一，制动性能的好坏将直接影响列车的行车安全及运行品质。本文通过对列车制动力、列车制动率和紧急制动距离的计算，得到初速度为250km/h的紧急制动距离为2229.5m，满足我国铁路技术规定，从而在一定程度上验证了本文所设计的城际动车制动系统方案满足安全性要求。关键词： 城际动车 制动系统 空气制动 再生制动 紧急制动距离AbstractWith the rapid development of our national economy and the rapid expansion of city size, the ties between big cities and satellite cities are becoming increasingly close. Intercity EMU as a bond between high-speed railway and urban rail transportation, play a more and more important role in solving trafficcongestion between cities, which has a lot of advantages such as large transport capacity, high speed, comfortable ride, safety, energy conservation and environmental protection.With the development of brake technology, peoples requirements for ride comfort continuously improve .The function of braking system is not only to ensure the safe operation of the train, now the brakingtechnologys research pointhasgradually transformedtomeet theefficiency andcomfort requirements. This article takes the brake system of intercity EMUs as the research subject. After learning the development situation of braking system domesticandforeign，this article have a deep research on the braking system of CRH EMUs and analyze its system composition and function principle. Combined with the characteristics of intercity EMU itself, this article determines what braking function it needs. Finally, taking pneumatic control system and foundation brake system as the key point, according to fault-safety principle, this paper designs a brake system for the 250 kilometers intercity EMU. The brake system of intercity EMU adopts direct electro-pneumatic brake with the electrical instruction computer, which uses type of air brake and regenerative braking composite braking mode. The system consists of air supply system, brake control system, foundation brake system, instruction transmission device and anti-skid device, which can realize the brake function like common brake function, emergency braking, alternate brake and antiskid function. The brake control system calculates the required braking force and distributes regenerative braking force and air brake force reasonably in accordance with theenergy saving principle.Brakesystem is one of thenine key technologies ofEMU,brakingperformance will directlyinfluence thedriving safetyandrunning quality of train. In this article, through the calculation of train braking force, braking ratio and emergency braking distance, we get that the emergency braking distance of 250km/h is 2229.5m, meeting the requirements of railway technology in China. That verifies the brake system designed for intercity EMU in this paper meets the safety requirements in a certain extent.Key Words: intercity EMU; brake system; air brakes; regenerative braking; emergency braking distance目 录第1章 绪论11.1 城际动车概述11.2 论文选题意义和主要研究内容21.2.1 论文选题的意义21.2.2 本文主要研究内容21.3 国内外电动车组制动技术31.3.1 国外动车组制动技术31.3.2 国内动车组制动技术发展现状6第2章 列车制动概述82.1 制动方式的分类82.1.1 按制动力形成方式划分82.2.2 按制动力的操纵方式分类112.3 制动功能的划分12第3章 城际动车制动系统设计分析153.1 设计要求153.1.1 环境要求153.1.2 制动性能要求153.1.3 适用对象153.2 制动系统工作原理153.3 城际动车制动功能分析16第4章 城际动车制动系统总体设计184.1 城际列车编组184.2 城际动车制动功能的实现184.2.1 常用制动功能194.2.2 紧急制动功能194.2.3 停放制动功能204.2.4备用制动功能214.2.5 防滑控制功能234.2.6 载荷调整功能264.2.7 故障诊断及信息储存功能264.3 城际动车制动系统组成及作用274.3.1 制动指令装置304.3.2 制动控制系统304.3.3 基础制动装置344.3.4 风源系统364.3.5 撒砂装置384.3.6 空气悬挂控制装置394.3.7 风笛控制装置404.3.8 受电弓升弓控制装置41第5章 城际动车制动能力计算435.1 城际动车参数补充435.2 制动性能计算435.2.1 制动力435.2.2 制动率455.2.3 紧急制动距离45结论48致 谢49参考文献50附录52第1章 绪论1.1 城际动车概述随着我国国民经济的快速发展，城市规模迅速扩大，大城市城区及卫星城之间的联系日益密切，城际列车发挥着不可替代的作用。相较于其他列车，电动车组具有节能环保、快捷舒适、安全可靠、运用灵活等明显优势。一些发达国家普遍将电动车组运用在城际铁路上，其已逐渐成为铁路旅客运输的主力军。城际电动车组以公交化的运营模式，主要用于中短途城市之间的通勤和商旅。它是为促进我国区域经济快速发展和满足城市之间的频繁往来对城轨交通的需求而研制的一种新型交通工具。城际动车作为高速铁路和城市轨道交通的纽带，具有载客能力强、起停速度快、快捷舒适、安全可靠和节能环保等特点。城际动车在我国的广泛使用丰富完善了我国的轨道交通层次架构，改变了人们的出行方式。图1-1 CRH6A动车组目前，我国针对区域城郊城际线路专门设计制造及应用的城际动车主要是CRH6型电动车组。该车型由南车四方股份研发设计，并于2012年在青岛下线。根据站点乘客群、和运输距离的不同，CRH6型动车组又可分为200km/h的CRH6A型动车组和160km/h的CRH6F型动车组两大类型。其中，CRH6A以“大站停”的模式运营，CRH6F以“站站停”的模式运营。 CRH6A型动车组见图1-1。1.2 论文选题意义和主要研究内容1.2.1 论文选题的意义随着我国经济的迅速发展，人们的生活日新月异，城市规模也不断扩大，城市群迅速崛起，传统公共交通方式已无法解决大城市之间日益突出的交通问题，严重制约了我国区域经济的发展。因此，具有载客能力大、安全环保、快速舒适等优点的城际动车作为解决城市交通问题的有效措施。列车的制动性能密切关系到旅客的生命安全，随着列车速度的不断提高以及对品质生活的追求，人们对列车制动各方面的要求也越来越高。当前，时速350公里的京沪高铁已经建成并通车，其他地区的城际高铁也在相继建设中，与之对应的制动系统的发展问题也变得越来越紧迫。一方面高速列车制动初速度不断提高，另一方面旅客对列车乘坐舒适性和安全性要求也不断提高。这就对制动系统提出了更进一步的要求，使其不仅要满足制动时的安全性、稳定性、准确性，制动过程中还要保证旅客们舒适的乘车体验。目前，通过“引进消化吸收再创新”并具有自主知识产权的 CRH系列动车组在我国已经有了广泛的运用。为满足城市群崛起对轨道交通的迫切需求，进一步促进我国区域经济的快速发展，我国在原有高速电动车组的基础上，针对城际旅客运输的特点而设计制造的一种新型运输工具城际动车组，其具有广阔的发展前景，并且随着列车运行速度的增加，对制动系统的要求会越来越高。因此，对城际动车制动系统进行分析研究可以为日后的制动系统设计提供一种参考方案，具有非常重要的现实意义。1.2.2 本文主要研究内容本文在充分了解国内外动车组制动系统发展的基础上，重点研究分析了我国CRH型高速电动车组的制动系统。通过对制动系统的组成和工作原理进行全面深入的了解，系统掌握微机控制直通电空制动控制工作原理和结构组成。然后，根据城际动车组自身的特点以及其对制动系统性能的要求，确定其要实现的制动功能以及功能实现的方式和作用原理。在现有动车组制动系统的基础上，对其进行优化改进，从气动控制系统、电气控制系统及基础制动装置等方面着手，设计出一套适用于250km/h城际动车的制动系统。并通过制动力、列车制动率及紧急制动距离的计算来检验本文设计的制动系统的制动性能是否满足设计要求。1.3 国内外电动车组制动技术1.3.1 国外动车组制动技术国外动车组主要有德国的ICE、法国的TGV和日本的新干线3 种模式，经过近几十年的发展，如今它们的高铁技术已经相当成熟，并且朝着更高的目标不断发展。20世纪下半叶，随着电子技术的快速发展和微机控制技术的广泛应用，许多发达国家从新技术、新材料、新工艺、新结构及安全监控等方面入手，对机车牵引动力进行了一系列创新和改革，并且取得重大突破。同时对制动系统也进行一系列的优化和改进，为了使之更加适应于高速列车的发展，满足制动性能的要求，制动系统广泛采用微机控制的动力制动形式。1）日本动车制动技术的发展上世纪六十年代，日本东海道新干线正式投入运营，拉开了高铁发展的序幕，引起世界各国的关注。日本新干线0系、100系 700系、E1系 E4系均为动力分散式电动车组，其制动系统均采用电气指令微机控制的直通式电空制动系统。动力制动采用再生制动或电阻制动，空气制动为盘形制动。每辆车上的制动控制单元各自进行独立的制动力计算，并进行电制动力和空气制动力的合理分配。300系列电动车组在拖车上安装有微机控制防滑器、载荷调整装置和踏面清扫器，并且采用旋转涡流制动装置；动车上安装电子防滑器和载荷调整装置，动力制动采用再生制动/电阻制动，空气制动为轮盘式盘形制动装置。其整体上采用分散式制动系统，使列车在高速运行的环境下仍然能平稳准确的制动，保证了列车的行车安全和旅客的乘坐舒适性。新干线300系列动车组见图1-2。在之后研制的400系列、500系列以及开发阶段的700系列中，不仅列车的运行速度提高，而且列车的运行安全进一步改善，车内环境和乘坐舒适性都得到显著改善。制动系统的功能已不仅仅是保证列车的安全运行，如今制动技术的研究重点已逐渐转变为如何满足列车的高效性、舒适性要求。图1-2 日本新干线300系列动车组2）德国动车制动技术的发展相对于欧洲其他国家，德国更早地意识到高铁建设的重要性和积极意义。但在发展初期，就其所需采用的技术方面（采用轮轨技术还是磁悬浮技术），德国内部产生了严重的分歧，因而严重影响了其高铁的发展进程。直到上世纪八十年代，这一学术争论才宣告结束。由于德国具有坚实的工业基础和较好的理论基础，在接下来的高铁发展过程中，其发展迅猛并一跃成为世界上高铁技术最先进和使用最成熟的国家之一。德国的ICE系列高速动车组主要有ICE1、 ICE2、 ICE3、和ICE-T等车型，其系列一直是世界高速动车组的典范。ICE系列高速动车组。早期ICE1和ICE2系列均为动力集中式，相较于它们，ICE3最大的特点是采用动力分散式，大大提高了列车牵引力和制动力。ICE3动车组制动时动车采用再生制动和空气制动的复合制动，拖车采用轨道涡流制动和空气制动。ICE3高速动车如图1-3所示。图1-3 德国ICE3型高速动车组3）法国动车制动技术的发展法国是世界铁路运输最发达的国家之一，其研制的TGV系列高速动车组是法国高铁先进技术最好的佐证。1976年，法国开始研制交直传动的电动车组TGV-PSE，该动车组采用电气指令控制的空电复合制动方式。之后，法国在原来交直传动动车组的基础上又研制了交直交传动的动车组，像TGV-A、TGV-2N系列等。1990年5月，TGV-A在大西洋线创造了世界轮轨系统最高运行纪录515.3km/h。TGV-A动车组采用微机控制模拟式电空制动系统，安装电子防滑器，基础制动装置采用为锻钢制动盘。法国之前研制的动车组像TGV-PSE、 TGV-A及TGV-2N均为动力集中式动车组，不过近十几年来，法国开始研制动力分散式高速动车组AGV。法国研制高速动车组的脚步不曾停留，创造了一个又一个记录。在2007年4月3日，试验高速动车组TGV-V150创下了世界铁路试验速度最高运行纪录574.8km/h。图1-4 法国TGV-A型高速动车组1.3.2 国内动车组制动技术发展现状我国铁路技术的发展起步较晚，与德国、法国、日本等发达国家存在很大的差距。改革开放以来，我国经济不断发展，人们生活日新月异，城市化进程不断加快，城市交通日益拥挤，我国逐渐开始认识到动车组所具有的安全可靠、快捷舒适及节能环保等优势。1989年，株所和长客合作设计制一列 KDZ1型动车组。该车采用电阻制动和空气制动的复合制动。制动时，通过置于车顶的制动电阻将产生的热量消散到风中。之后，我国实施铁路提速战略，各地机车厂及科研单位也开始热情高涨地对动车组进行研制。1998年，“庐山”号双层内燃动车组在南昌局投入运营。随后，多家企业先后研制出了 “晋龙”号、“神州”号、“新曙光”号等内燃动车组和“蓝箭”号、“中华之星”等动力集中式电动车组以及“长白山”、“中原之星”和“先锋”号动力分散式电动车组。2002年11月，“中华之星”号电动车组在沈秦客运专线的最高试验速度为321.5km/h，创下了当时国内铁路列车最高速。“中华之星”动车组制动系统采用微机控制直通电空制动系统。列车安装载荷调整调整，制动力可以随载重自动调整。制动系统为空电复合制动，优先采用再生制动，不足部分由空气制动补充。每辆车上的BCU根据制动指令、空气弹簧的载重信号以及列车运行速度信号，计算出该车需要的制动力，并通过E-P阀的闭环控制自动调整制动缸压力，从而产生与列车载重相适应的制动力，使列车减速度保持在一定范围之内，不至于过大或过小。制动指令及相关信息通过列车网络传输。同时，为了保证在故障情况下列车也能够安全停车，制动系统还采用备用空气制动。图1-5 CIT500更高速度实验列车为提高我国高速动车设计水平和制造能力，并满足全国铁路第六次提速战略，2004年我国开始向国外引进先进的动车组技术，制造了 CRH1、 CRH2、 CRH3和CRH5动车组，并广泛投入使用。南车四方股份在CRH2型动车组的基础上先后自主研发了 CRH380A和CRH380AL型高速动车组，并于2010年9月28日，CRH380A在沪杭客运专线上刷新了当时世界上正常营运编组列车最高试验速度创下了416.6km/h的记录。此外，唐客、长客、四方庞巴迪等车辆厂也在研制CRH380B、CRH380BL、CRH380C. CRH380CL、CRH380D和CRH380DL等多种型号的高速动车组，并且现在大部分车型已经投入运营。目前，我国的高速动车组技术已逐渐成熟，逐渐跻身世界领先地位。在2011年1月， CRH380BL高速动车组创下了487.3km/h的最高试验速度。具有更高速度实验列车CIT500也于2011年12月在青岛下线，该车设计时速500公里，在实验室滚动台上曾跑出605km/h的速度记录。CIT500如图1-5所示。在制动方面我国CRH型动车组均采用微机控制直通电空制动系统，采用空电复合制动方式，并优先使用再生制动，空气制动作为补充。第2章 列车制动概述2.1 制动方式的分类2.1.1 按制动力形成方式划分按电动车组制动力的获取方式，可分为黏着制动和非黏着制动，这是按照制动力的形成是否依赖于轮轨之间的黏着关系而划分的。闸瓦制动、盘形制动、电阻制动和再生制动因为其制动力的产生离不开轮轨间的黏着关系，因此均属于黏着制动。而轨道电磁制动（磁轨制动、轨道线性涡流制动）、翼板制动其制动力的产生与轮轨间的粘着作用没有直接关系，属于非黏着制动。1、黏着制动1） 闸瓦制动闸瓦制动又称踏面制动，是铁路历史最悠久的制动方式，目前在货车及低速旅客列车和地铁上仍然发挥着不可或缺的作用。杠杆机构把制动缸推力放大，通过用铸铁等材料做成的闸瓦紧压车轮踏面，产生摩擦，从而形成制动力，使列车减速或停车。闸瓦制动示意图见图2-1。图2-1 闸瓦制动示意图2） 盘形制动盘形制动根据制动盘安装位置的不同可以分为轴盘式和轮盘式盘形制动，它像闸瓦制动一样，也属于空气制动的一种。轴盘式盘形制动示意图见图2-2。经杠杆机构将制动缸推力进行放大，通过制动闸片紧压制动盘的侧面，产生摩擦，从而产生制动作用。图2-2 轴盘式盘形制动示意图3） 电阻制动电阻制动在制动时将牵引电动机转变为发电机，高速旋转的轮对带动其发电，并将产生的电流通往制动电阻，使其以热能的形式消散于大气中，从而产生制动作用。 4） 再生制动再生制动在制动时也是将牵引电动机转变为发电机，高速旋转的轮对带动其发电，并将产生的电能反馈给电网，可以使电能循环利用。相对而言再生制动更加节约能源，但反馈回电网的电能要马上被其它用电设备消耗掉接，以避免电网电压过高发生事故。我国的CRH系列的高速动车组电制动均采用再生制动。图2-3 旋转涡流原理图5） 旋转涡流制动在牵引电动机轴上装金属盘，制动时，高速旋转的金属盘的表面在电磁铁形成的磁场中被感应出涡流，产生电磁吸力，将列车动能转化为热能消散于大气，从而使列车减速或停止。旋转涡流原理图见图2-3。2、非黏着制动1）磁轨制动磁轨制动将制动磁铁安装在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间，制动时将其放下，利用电磁铁和钢轨之间强烈的吸引力紧压钢轨，利用磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力。磁轨制动装置见图2-4。图2-4 磁轨制动装置2）线性涡流制动 和磁轨制动相似，线性涡流制动也是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间，制动时电磁铁放下到贴近轨面但不与轨面接触。列车运行时电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，进而产生电磁吸力，以此作为制动力来阻碍列车的运行。线性涡流制动系统原理见图2-5。图2-5 线性涡流制动系统原理图3） 翼板制动 翼板制动是在制动时利用车辆外伸的翼板，人为地加大空气阻力，从而产生制动作用。2.2.2 按制动力的操纵方式分类按制动力的操纵方式，动车组的制动方式可以分为空气制动、电空制动和电制动。1）空气制动空气制动包含自动式空气制动和直通式空气制动两种。图2-6 直通式空气制动直通式空气制动机如图2-6所示，制动管里的压缩空气直接通向制动缸，制动管充气制动，排气缓解。其优点是构造简单，且操纵方便。缺点是制动和缓解的时间较长，前面的车辆制动或缓解快，后部的车辆制动或缓解慢，前后时间相差大；如果制动软管破裂或车厢断裂，则列车制动能力会完全丧失，安全性差。图2-7 自动式空气制动自动式空气制动机如图2-7，与直通式空气制动机相比，在每辆车上多安装一个三通阀和一个副风缸。三通阀分别与列车制动管、副风缸和制动缸相连通，有充气缓解位、制动位和保压位三个基本档位。列车制动管排风制动，如果列车制动管破裂或者车厢断裂了，则列车制动管排风，整列车制动，安全性好。2）电空制动电空制动即电控空气制动，它是在空气制动的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成的。用电进行制动的操纵控制，但原动力依然是压缩空气，电空制动本质上还是空气制动。电空制动大大缩短了制动缓解的响应时间，改善了列车前后部动作的一致性，显著缩短了制动距离。目前直通电空制动已成为高速动车组中不可或缺的制动方式之一。3）电制动电制动也叫电磁制动，其操纵控制和原动力都是电。根据产生的电能的去处又可将电制动分为再生制动和电阻制动。再生制动与电阻制动前文已经介绍过，在此就不再累赘。2.3 制动功能的划分动车组的制动功能按用途可分为常用制动、紧急制动、非常制动和辅助制动四大类，其具体作用如下。1） 常用制动常用制动是在列车正常运行情况下，为调节、控制列车速度而施加的制动。常用制动作用比较缓和，且制动力大小可以根据需要做适当调节，通常只用列车制动能力的50%左右。2）紧急制动紧急制动主要用于动车组运行中出现影响安全的意外情况或重大故障，为使列车尽快停住而施加的制动。紧急制动作用迅猛，把列车的制动能力全部发挥出来，制动力为最大常用制动力的1.41.5倍。施加紧急制动过程中，列车将产生最大制动力和最大减速度，所以紧急制动是级别最高的制动方式，也是在其他制动方式都失效的情况下，动车组能安全停车的最后保障。紧急制动有空电复合紧急制动或纯空气紧急制动两种制动模式。3）非常制动非常制动和紧急制动类似，也是在紧急情况下产生作用。4）辅助制动辅助制动包括备用制动、停放制动保持制动、和救援/回送制动等。a.备用制动当列车无法实施正常的制动控制时，这时可以启用备用制动系统。备用制动设备有两种控制方式：一种是备用BCU发出的电气指令通过备用制动指令线传输，直接控制各车的EP阀，进而产生制动作用；另一种是通过制动管的增减压来控制列车的制动和缓解，即启用动车组内备用的电空制动装置进行制动。b.救援/回送制动当列车出现故障，需要救援机车牵引时，可以通过救援机的制动管来控制动车组的制动作用，即为救援/回送制动。当救援机车制动管的空气压力信号传递到动车组时，控制方式有两种：一种是连接机车制动管与列车的制动管，通过救援机车相关的控制装置来控制列车制动管内的压强；另一种则是在救援机车和动车组之间加装一个EP阀，由它来控制动车组的EP阀，实现列车的制动和缓解。c.停放制动为使列车能够平稳地停放在一定坡度的坡道上而不发生遛逸而施加的制动称为停放制动。停放制动功能的实现可利用专门的弹簧停放装置来施加；也可利用铁靴，通过将其放入车轮踏面下面，阻止列车运动，从而产生制动作用。d.保持制动当列车速度降到接近停车速度时，制动力自动减小以保证列车平稳停车；待列车完全停止后，制动力再增大到一定水平，以防止列车溜逸。第3章 城际动车制动系统设计分析3.1 设计要求3.1.1 环境要求制动设备在以下温度范围内正常运行。即使在低温条件下，制动设备也不能发生故障或损坏。1) 环境温度：-4050；2) 相对湿度： 95%。3.1.2 制动性能要求1） 紧急制动平均减速度1.4m/s2；2） 常用制动平均减速度0.8m/s2；3） 制动初速为250km/h时，紧急制动距离小于3200m。3.1.3 适用对象250km/h动力分散式城际电动车组。3.2 制动系统工作原理目前电动动车组制动系统大同小异，根据不同动车组自身的特点以及要实现的制动功能的不同，其系统组成及设备的选择有些许差别，但工作原理基本上是一样的。一种典型的制动系统组成及原理如图3-1所示，下面就其作用原理做简要分析，为下文城际动车制动系统的设计奠定一定的理论基础。如图3-1所示，动车制动系统大体由制动指令装置、制动控制装置、基础制动装置和风源系统等组成。其中，制动控制装置由气动控制系统和微机控制系统组成，是制动系统的核心。动车制动系统采用微机控制直通电空制动系统，采用再生制动和空气制动的空电复合制动，优先采用电制动，空气制动力的分配由微机控制完成。由司控器发出的模拟式电气指令经列车网络传送到各车辆的制动控制装置。制动控制单元（BCU）在收到制动指令之后进行所需制动力的计算，并按照一定的原则，合理的分配再生制动和空气制动力。EP阀将电信号转化为相应的压力信号，并将预控压力信号送到中继阀，打开制动风缸和制动缸之间的通路。经中继阀流量放大的同比率压缩空气，再由增压气缸将空气压力放大，使制动缸获得符合制动力要求的压力空气。最后经制动夹钳压紧制动盘，从而产生制动力。图3-1 制动系统原理制动系统通过不同的制动指令，能够实现常用制动、紧急制动、辅助制动、防滑控制等不同的制动功能。其中BCU还能进行主空气压缩机起停控制、空气制动与再生制动的协调控制、车门控制、信息储存和故障诊断等一系列功能。3.3 城际动车制动功能分析城际动车组主要用于中短途城市之间、区域城郊之间的通勤和商旅，以公交化的运营模式为主。它作为高速铁路和城市轨道交通的纽带，具有载客量大、快捷方便、安全可靠、节能环保、准时舒适等特点。制动性能直接影响列车的运行品质和行车安全，由于电动车组运行速度高、乘坐舒适性好，因此要求其制动系统具有性能可靠、操纵灵活、控制精度高、反应快等特点。传统的制动系统已远远不能满足高速列车的制动需要，目前，国内外高速电动车组制动系统普遍采用微机控制的直通式电空制动系统。根据城际动车组自身的特点，结合国内外电动车组制动系统的设计方案，针对时速250km、动力分散式的城际动车组，本文采用微机控制的模拟式直通电空制动系统。电制动采用再生制动，空气制动采用盘形制动。由于采用微机处理器对所有制动设备进行控制、操纵和诊断等全面制动管理的制动系统，这些设备与制动程序和列车制动系统的通信有关，保证列车有更高的安全性、可靠性和可用性，同时还可以提供制动力控制策略。除了正常的制动系统外，列车制动系统还需要一套备用制动系统以保证在常用制动系统出现故障的情况下列车依然能够安全运行。通过司机操作台上的备用制动开关，司机根据需要可以在常用制动系统和备用制动系统之间进行切换。根据“故障导向安全”的设计原则，备用制动系统采用间接作用方式，完全独立于具有微机控制的制动控制回路。由于城际动车组载客量大，空重车载重相差较大，为保证列车制动减速度的稳定性以及旅客舒适的乘车体验，要求制动力能够根据列车载荷自动调整，因此，城际动车需具备载荷调整功能。要使城际动车在较短时间内停车，要求列车具有较高的制动减速度，因此需要较高的轮轨粘着系数来满足较大制动力的需求。为了增加轮轨黏着力，城际动车可以装备撒砂装置，以保证列车在恶劣环境下也能安全运行。但由于粘着系数受多种因素的影响，制动过程中会出现车轮滑行现象，造成轮对擦伤、制动距离延长等严重后果，因此，城际动车需具备防滑功能，来避免那些不良现象的出现。因此，城际电动车组制动系统应具有常用制动、紧急制动、停放制动、备用制动等功能。除此之外，还设有防滑控制、故障诊断与处理、信息通讯、空重车自动调整等功能。第4章 城际动车制动系统总体设计4.1 城际列车编组最高运营速度250km/h的城际电动车组由8节车辆编组，其中四辆动车和四辆拖车，两动两拖为一个动力单元，共两个动力单元，受电弓设在2、7号车上，动车组动行时采用单弓受流，另外一个处于折叠状态备用。两列动车组可联挂运行，联挂时受电弓采取双弓受流。具体编组情况见图4-1。图4-1 城际列车编组其中 MC带司机室动车M不带司机室动车TP带受电弓拖车T不带受电弓拖车4.2 城际动车制动功能的实现通过上一章对动车制动系统组成及工作原理的分析，根据设计要求和城际动车自身特点，确定了其要实现的制动功能以及要采取的制动方式。下面就城际动车制动功能确定了如下实现方式，来满足设计要求，达到所需要的制动性能。 1) 通过制动缸压力的闭环控制、采用模拟指令信号，使制动力得到精确控制。2) 通过制动控制系统和牵引控制系统的协调配合，实现复合制动功能，以充分发挥动力制动的作用。3) 通过微机控制和空重车调整阀的作用，能够实现根据载荷变化自动调整制动力的作用，以保证制动减速度的稳定性。4) 通过限制减速度的变化率，以减小制动时的冲动。通过防滑控制功能，能够避免轮轨粘着状况不良时出现车轮滑行擦伤。5) 通过微机控制单元、电磁阀、压力传感器、压力开关、速度传感器等，实现故障诊断和安全导向功能，以提高制动系统的可靠性。4.2.1 常用制动功能常用制动是动车组正常运行时为调节速度而施加的制动，根据列车实际需要，通过司控器司机可发出不同级别的制动指令，然后通过列车网络将制动指令传递到每辆车的制动控制单元，以此来控制常用制动实施与缓解。常用制动控制流程见图4-2。图4-2 常用制动流程常用制动为再生制动和空气制动的空电复合制动。由于动车上有牵引电机，所以动车上既有再生制动又有空气制动，而拖车上只有空气制动。常用制动力的分配本着最大程度减小机械磨耗的原则，优先采用再生制动，在再生制动力不足的情况下，先由拖车空气制动补充，拖车的制动力达到其需求的制动力时，整列或列车单元的制动力还不够的话，才使用动车上的空气制动。4.2.2 紧急制动功能在紧急制动时，列车管完全排风，使得所有车辆产生最大制动力和达到最大减速度。紧急制动可以通过以下方式触发：a) 司机按下紧急制动按钮；b) 司机主制动手柄拨到紧急制动位置；c) 由列车保护系统触发；d) 安全回路断开；e) 旅客紧急制动；f) 列车运行时意外触发停放制动。以上任何一种情况都可以触发紧急制动，紧急制动一旦施加就不能中止，直到列车完全停止运行。紧急制动有100%电制动+空气制动和纯空气制动两种模式。在紧急制动过程中，如果电制动可用，则优先选用电-空复合制动，因为它能减少摩擦制动并实现能量回收。图4-3 紧急制动控制原理紧急制动工作原理如图4-3所示。列车安全回路采用硬线控制回路，正常运行时，安全回路处于闭合状态，紧急电磁阀得电关闭，列车不施加紧急制动；如果车辆控制系统发出紧急制动请求或监控系统监测到安全隐患时，列车安全回路断开，紧急电磁阀失电打开，列车管里的压缩空气迅速排向大气，压力快速降为0。此时，分配阀向中继阀传送紧急制动预控压力，进而控制输送到制动缸里的空气压力的大小，从而触发空气紧急制动。同时，列车安全回路的状态信号会经列车网络反馈给制动控制单元，制动控制单元根据制动力的需求对再生制动与空气制动力进行合理分配。并通过控制EP转换阀形成紧急制动预控压力，压缩空气通过中继阀进入制动缸，产生制动作用，从而施加空电复合紧急制动。空气紧急制动和空电复合紧急制动这两种紧急制动模式互为冗余。由图4-3可见，紧急制动指令通过司机主制动手柄、紧急制动阀按钮、列车安全监测系统、列车安全回路、ATP、乘客紧急制动阀等均可通过列车网络传输给制动控制单元，从而触发空电紧急制动。另外，也可通过断开安全回路，使紧急电磁阀失电，列车管通过紧急阀