动车组制动技术-空气制动系统

人力制动1814年，世界上第一列蒸汽机车诞生。

早期的蒸汽机车采用人力制动人力制动作用原理：通过杠杆原理推动闸瓦制动缺点：1、制动性能差，刹车效率低2、协调性差，纵向冲击很大

直通式空气制动空压机总风缸制动缸基础制动装置制动阀制动管威斯丁豪斯直通式空气制动的工作原理缓解位制动位保压位

直通式空气制动的空气管路空气压缩机总风缸制动阀制动缸闸瓦车轮制动管大气空气压缩机总风缸制动阀制动管大气直通式空气制动的工作原理

制动位工作原理：制动管充风空气压缩机制动缸闸瓦车轮制动管空气压缩机总风缸大气直通式空气制动的工作原理缓解位工作原理：制动管排风空气压缩机制动缸闸瓦车轮制动管大气空气压缩机总风缸大气直通式空气制动的工作原理

保压位工作原理：制动管保压空气压缩机制动缸闸瓦车轮制动管大气空气压缩机总风缸大气直通式空气制动的工作原理作用过程：制动管充风制动，排风缓解。缺点：无断钩保护，致命弱点。空气压缩机制动缸闸瓦车轮制动管空气压缩机总风缸大气直通式空气制动的工作原理直通式空气制动的工作特点作用过程：制动管充风制动，排风缓解。优点：结构简单，制动力可调。可以实现阶段制动和阶段缓解缺点：无断钩保护，存在刹车失灵的致命弱点。头脑风暴：可以通过什么方式解决直通式空气制动的致命弱点？自动式空气制动自动式空气制动：在直通式空气制动的基础上增加了三通阀和副风缸，彻底解决了直通式空气制动的致命弱点！自动式空气制动空气压缩机总风缸空气阀制动缸基础制动三通阀副风缸直通式空气制动空压机总风缸空气阀制动缸基础制动增加元件自动式空气制动的工作原理增加三通阀和副风缸制动位缓解位保压位空气压缩机总风缸调压器制动阀大气副风缸三通阀大气制动缸闸瓦车轮制动管制动阀自动式空气制动的工作原理

缓解位工作原理：制动管充风空气压缩机总风缸大气副风缸三通阀大气制动缸闸瓦车轮制动管自动式空气制动的工作原理制动位工作原理：制动管排风空气压缩机总风缸大气制动管三通阀大气制动缸闸瓦车轮自动式空气制动的工作原理空气压缩机总风缸大气制动管三通阀大气保压位工作原理：制动管保压，制动缸保压制动缸闸瓦车轮自动式空气制动的工作原理自动式空气制动工作特点：优点：解决了列车无断钩保护的问题。工作过程：制动管充风缓解，排风制动。该控制模式一直延续至今。微机直通式空气制动微机直通式空气制动的工作原理微机直通式空气制动的工作原理微机直通式空气制动的工作特点：优点：采用自动化控制手段，提高了制动响应速度和一致性，缩短了制动距离工作过程：制动风缸的高压空气由EP阀转换，经中继阀输送。课堂总结类型指令来源指令载体制动缸压力产生压力关系直通式空气制动制动阀制动管空气压强制动缸空气直接作用在制动缸充气制动、排气缓解自动式空气制动自动制动阀制动管减压量副风缸的风经三通阀在制动管压力控制下的转换减压制动、充气缓解微机直通式空气制动制动控制器模拟或数字信号制动（供给）风缸的风由EP阀转换、经中继阀输送目录一、EPLA阀的作用和结构二、EPLA阀的工作原理（重点）三、EPLA阀的滞后特性（难点）EPLA阀的作用和结构制动风缸EP阀FD-1中继阀紧急电磁阀B11阀防滑阀AC1AC2BC车下车上（红阀）车下车上（白阀）压力开关电空转换阀在图纸中的位置EPLA阀的作用和结构EPLA阀的作用和结构入口出口弹簧橡胶膜板

模拟式电空转换阀的结构设计出发点采用弹簧和橡胶膜板结构获得指定压力的高压气体

模拟式电空转换阀主要用于CRH2系列动车组中。电空转换阀安装在制动控制装置中，主要由电磁线圈、供气阀和供排气阀杆等构成。通过改变线圈中的电流，可控制电磁力的大小，使输出的空气压强实现无极调节。EPLA阀的作用和结构优点：只要提供驱动电流，就能产生于电流大小成比例的空气压力。这样就很容易形成不通过微机就能实现的备用制动。缺点：控制精度与EP阀的结构有很大的关系，必须完善控制方法才能够得到较好的控制精度和响应特性。EPLA阀的作用和结构CRH2A的电空转换阀采用的是电流型的EPLA电空转换阀，采用开环控制。其作用就是将制动控制器EBCU所发来的对应制动力的电流信号变化为空气压力信号。由于EP阀芯受电磁铁的控制，其空气压力能连续且无级的变化，由EP阀输出的压力信号传送给其下一级的控制装置——中继阀。EPLA阀的作用和结构充气制动位不稳定状态EPLA阀的工作原理保压位稳定状态EPLA阀的工作原理排气缓解位不稳定状态EPLA阀的工作原理主要参数：最高使用压力：880kPa最高输出AC压力：685kPa输入电流：0~700mA压力公差：±15kPaEPLA阀的工作原理EPLA阀的滞后特性由于EP阀的结构中存在很多方面的非线性因素，如移动间隙、干摩擦、膜板和弹簧非线性、电磁铁励磁电流和电磁力的非线性等，引起控制电流增大形成和减小返回行程，同样电流对应输出空气压力不等的现象。滞后特性会引起制动力和制动指令不一致，因此必须消除。EPLA阀的滞后特性滞后性的主要原因电磁力的非线性干摩擦力预紧力电磁力的非线性EPLA阀的滞后特性参数：B：磁感应强度H：磁场强度磁滞回曲线干摩擦力EPLA阀的滞后特性活塞运动时，阀的内部如柱塞与密封件、膜板内部等都存在摩擦，在刚加载电流时，电磁力与弹簧力合力没有增大到足够克服最大静摩擦力之前，活塞不产生运动，当电流增大到一定数值，才能克服较大的静摩擦力，当机构运动后，变成滑动摩擦力，较静摩擦力小，因此也会造成供排气运动的滞后。预紧力EPLA阀的滞后特性预紧力是复位弹簧存在的，目的是让列车正常运行时，不发生非正常的制动。当有制动指令时，复位弹簧必须具有一定的压力，是的进出风口有一定的预紧力，在非正常情况下不会打开造成漏风导致误动作，在制动化解时，也必须保证排风口打开的情况下，进风口关紧，否则会造成制动缓解慢，甚至不缓解。EP阀滞后特性EPLA阀的滞后特性

A

B

C

D空气制动指令（mA）输出空气压力（Pa）

O一个压力对应两个电流值，EBCU如何决定该输出哪个值呢？EP阀滞后性的解决方案EPLA阀的滞后特性EP阀滞后特性对电空混合的影响需进行电流偏差控制EPLA阀的滞后特性课堂总结模拟式电空转换阀结构工作原理滞后特性制动位保压位缓解位目录一、数字式电空转换阀的设计构想二、数字式电空转换阀的工作原理（重点）三、数字式电空转换阀的特点数字式电空转换阀的设计构想电气高压气体输入模拟式电空转换阀的精度和本身的结构精度有很大的关系，是否存在其他形式的方案，可以实现制动指令由电到气的转换过程呢？设定压力输出电信号电气高压气体输入可以设想采用电磁阀解决这个问题，通过控制电磁阀的导通和关断，实现输出压力的控制。设定压力输出电信号电磁阀数字式电空转换阀的设计构想固定压力固定容积活塞运动可变容积780~900KPa压力可变采用电磁阀来实现电空转换的过程存在的问题：输入的压力和容积时刻在变化。数字式电空转换阀的设计构想如何控制电磁阀的导通时间？即使前面计算的导通时间是十分精准的，但是要想控制电磁阀导通的时间刚好那么精确也很难，这对电磁阀的性能要求很高，要求电磁阀必须能非常快速的响应。

另外一个问题是控制过程中如果出现超调的问题。根据自动控制原理的基本理论，要想控制系统快速的达到目标值，在前期都会产生一定的超调，而对于只有1个电磁阀的结构，超调是致命的，因为没有地方给你降压排气，这种结构很可能就是不可行的。数字式电空转换阀的设计构想问题点总结：数字式电空转换阀的设计构想充气的时间无法精确计算电磁阀导通的时间无法精确控制超调的问题再进一步思考，首先针对排气的问题，如果再增加1个电磁阀，专门用于排气就可以解决问题。

而对于输出压力的问题，在输出端设置一个压力传感器，通过这个压力传感器来检测输出端的压力值，通过反馈的压力值来调节电磁阀的导通，就能将压力调整到目标压力值。那么此时压力传感器检测到的压力可能会出现两种情况：过高和过低。如果过低则可以通过打开电磁阀来继续充气，但是如果压力过高，可以通过用于排气的电磁阀来进行排气。数字式电空转换阀的设计构想高压气体输入设定压力输出电信号电磁阀EX压力传感器数字式电空转换阀的设计构想采用双电磁阀来解决上述问题。

在欧系的动车组制动系统中（CRH1、CRH3、CRH5），一般都是采用的数字式电空转换阀。数字式电空转换阀一般都是采用闭环控制，用通用的工业气动阀加上压力传感器和控制器，就可以很方便的构成一个数字式电空转换阀。数字式电空转换阀的工作原理数字式电空转换阀的工作原理50供气保压排气数字式电空转换阀的工作原理数字式电空转换阀有三个工况51供气数字式电空转换阀的工作原理原理：HV励磁打开充气，RV关闭；由压力传感器反馈输出压力，同时根据反馈的压力信息调整HV的通断或选择对RV进行励磁排气。52保压数字式电空转换阀的工作原理53排气数字式电空转换阀的工作原理原理：RV励磁打开排气，HV关闭；由压力传感器反馈输出压力，同时根据反馈的压力信息调整RV的通断或选择对HV进行励磁充气。数字式电空转换阀的特点优点：采用闭环控制，结构简单，可方便实现阶段制动，阶段缓解功能。指令输出2输出1反馈反馈反馈闭环控制示意图数字式电空转换阀的特点而模拟式电空阀采用的是开环控制。EBCU电磁线圈阀杆推力橡胶膜板反馈电流电磁力推力气压反馈无反馈模拟式电空转换阀的开环控制数字式电空转换阀的特点根据压力传感器反馈的信号进行调节，存在滞后性。压力传感器型号、参数存在差异，反馈的数值也会有差异压力传感器放置的位置不同，测量的压力值不同由于电磁阀开断时间的存在，系统中存在非线性的滞后环节，稳态误差不可消除电磁阀通断时间的调节，需要较复杂的算法。课堂总结数字式电空转换阀设计构想工作原理特点制动位保压位缓解位作业详见职教云第三次作业“第三章作业（电空转换阀）“目录一、中继阀的作用和结构二、中继阀的工作原理（重点）三、中继阀的特性分析59一、中继阀的作用和结构制动风缸电空转换阀（EP）制动缸课堂引入课堂思考：如果将EP阀直接接入制动缸进行充气制动，这种控制结构可能会存在什么问题呢？一、中继阀的作用和结构课堂引入方案一方案二流量放大水源水源一、中继阀的作用和结构课堂引入

中继阀是一种流量放大阀，其只具备流量放大的功能。工作时，中继阀会接收到电空转换阀或紧急电磁阀输出的压力信号并对其进行流量放大，然后输出至制动缸，实现制动的施加和缓解功能。

一、中继阀的作用和结构1.1中继阀的作用目的：增大压缩气体流量，不改变压力大小。输入：EP阀输出压力（AC1）、紧急调压阀输出压力（AC2）输出：制动压力（BC）一、中继阀的作用和结构1.1中继阀的作用制动位保持位缓解位一、中继阀的作用和结构1.2中继阀的结构662.1制动位（不稳定状态）二、中继阀的工作原理2.1制动位（不稳定状态）二、中继阀的工作原理高压气体AC1、AC2一旦进入到橡胶膜板处，下侧的压强超过上侧，橡胶膜板会被上推，带动供排气阀杆上移，从而打开供气阀。此时来自制动风缸的压缩空气SR经排气阀和阀座之间的开口输出至制动缸，使得输出的BC压力不断上升，这种状态称为供气位，如图所示。

供气位是一种不稳定的状态，此种状态下由于SR不断向BC供气，而BC端可以近似认为固定容积的容器，因此BC压力会不断上升。随着压力的上升，橡胶模板两端的压力差就会不断变小，从而导致供排气阀杆不断下移。当BC压强等于AC1或AC2的压强时，橡胶膜板上下两侧的压强基本平衡，压力也会平衡，供排气阀杆被压下，供气阀也回到阀座，关闭压缩空气SR的通路。制动位（不稳定状态）二、中继阀的工作原理课堂讨论：由于输入有AC1和AC2两个压力，当AC1＞AC2压力时，BC压力结果会等于多少？当AC1＜AC2压力时，BC压力结果会等于多少？为什么会这样？课堂思考二、中继阀的工作原理从结构和原理上比较，中继阀和模拟式电空转换阀有什么相同点？70保压位（稳定状态）此时AC1=BC+弹簧复位力二、中继阀的工作原理缓解位（不稳定状态）二、中继阀的工作原理缓解位（不稳定状态）二