【正文】 有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案第1章 緒論：自從世界上第一個(gè)地鐵系統(tǒng)于1863年在英國(guó)倫敦建成運(yùn)行以來(lái)，盡管經(jīng)歷了各種曲折的發(fā)展過程，但世界各主要大城市無(wú)不以軌道交通系統(tǒng)作為城市骨干公共交通系統(tǒng)。現(xiàn)在的城市軌道交通系統(tǒng)可分為大運(yùn)量系統(tǒng)、中運(yùn)量系統(tǒng)、小運(yùn)量系統(tǒng)，各自包括城市快速鐵路、地下鐵道；輕軌鐵路、獨(dú)軌系統(tǒng)、線性電機(jī)小截面地鐵、自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)；有軌電車系統(tǒng)。不同運(yùn)量的城市軌道交通系統(tǒng)適用于不同規(guī)模的城市，地鐵系統(tǒng)適用于大規(guī)模城市，在我國(guó)例如北京、上海、廣州、深圳、天津、南京、杭州等大城市都已形成了一定規(guī)模的地鐵系統(tǒng)，同時(shí)成都、沈陽(yáng)、西安、寧波、重慶等城市的地鐵系統(tǒng)正在修建過程中，對(duì)于規(guī)模相對(duì)較小的城市，有軌電車則具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，有軌電車作為現(xiàn)代化城市軌道交通的一部分，具有運(yùn)力大、運(yùn)行和建設(shè)成本低、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、快捷、舒適的特點(diǎn)，其中低地板有軌電車還具有乘客上下方便，甚至可以照顧到老人和殘疾人的特點(diǎn)。所以也有很多城市在修建有軌電車系統(tǒng)，例如大連、長(zhǎng)春的有軌電車一直在運(yùn)行，也有部分大中城市在規(guī)劃或者已經(jīng)開始修建有軌電車系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)輸車輛最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，制動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，關(guān)系到車輛綜合技術(shù)水平和運(yùn)行品質(zhì)能否提高，更為重要的是它涉及到城市軌道車輛的行車安全，所以制動(dòng)系統(tǒng)是城市軌道車輛所有設(shè)備中綜合技術(shù)難度最高的，因此，各國(guó)在發(fā)展城市軌道交通運(yùn)輸?shù)倪^程中，都把提高制動(dòng)技術(shù)作為一個(gè)重要項(xiàng)目進(jìn)行研究。而作為有軌電車，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求更高，這是因?yàn)椴煌谝话愕某鞘熊壍澜煌ㄏ到y(tǒng)，有軌電車不是在封閉線路上運(yùn)行的，而是在路面上與汽車混跑，所以有軌電車是制動(dòng)、緩解操縱最為頻繁的，往往每隔幾秒鐘的時(shí)間就要連續(xù)進(jìn)行制動(dòng)和緩解操縱，而且為了能夠隨時(shí)停車，對(duì)制動(dòng)距離要求得非常短，這就要求制動(dòng)系統(tǒng)具有非常高的靈敏度和非常短的空走時(shí)間。作為有軌電車關(guān)鍵技術(shù)的制動(dòng)系統(tǒng)，其技術(shù)水平在不斷提高，國(guó)外先進(jìn)的有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)主要采用微機(jī)控制直通電空制動(dòng)或油壓制動(dòng)系統(tǒng)，采用再生制動(dòng)和空氣（或油壓）制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)方式。近幾年，國(guó)內(nèi)研制的新型有軌電車，采用了大量新技術(shù)，但由于國(guó)內(nèi)還沒有一種能適用于現(xiàn)代有軌電車的先進(jìn)、成熟的國(guó)產(chǎn)制動(dòng)系統(tǒng)，到目前為止，制動(dòng)系統(tǒng)是城市軌道車輛上唯一沒有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化運(yùn)用的產(chǎn)品。所以研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的制動(dòng)系統(tǒng)，將使我們擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，不僅為國(guó)家節(jié)約大量的外匯，還會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展。 同時(shí)，國(guó)產(chǎn)城市有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)的研制成功和推廣應(yīng)用，還會(huì)提高我國(guó)城軌交通制動(dòng)技術(shù)的水平，使制動(dòng)技術(shù)上一個(gè)新的臺(tái)階，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。所以研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的制動(dòng)系統(tǒng)，將使我們擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，不僅為國(guó)家節(jié)約大量的外匯，還會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)城市軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)的研制成功和推廣應(yīng)用，還會(huì)提高我國(guó)軌道交通制動(dòng)水平的技術(shù)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。目前國(guó)內(nèi)很多車輛廠、研究所以及部分高校都在致力于先進(jìn)軌道交通制動(dòng)技術(shù)的研究，相信不久的將來(lái)我國(guó)的城市軌道交通車輛就會(huì)使用技術(shù)先進(jìn)并且完全國(guó)產(chǎn)化得制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)是城軌車輛的關(guān)鍵部件之一，制動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，關(guān)系到車輛綜合技術(shù)水平和運(yùn)行品質(zhì)是否可靠，因此，各國(guó)在發(fā)展城軌交通運(yùn)輸?shù)倪^程中，都把提高制動(dòng)技術(shù)作為一個(gè)重要項(xiàng)目進(jìn)行研究。城市軌道交通車輛制動(dòng)技術(shù)水平是隨著城市軌道交通的發(fā)展而不斷提高的，制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純空氣制動(dòng)、空氣制動(dòng)為主電空制動(dòng)為輔，直到今天的以電制動(dòng)為主、空氣制動(dòng)為輔的過程，制動(dòng)控制技術(shù)也由空氣控制、電氣控制發(fā)展到計(jì)算機(jī)控制。世界上第一個(gè)地鐵系統(tǒng)于1863年在英國(guó)倫敦建成，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，各種城市軌道交通系統(tǒng)遍布全球，由于種種原因，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家及日本的城市軌道交通運(yùn)輸非常發(fā)達(dá)，城市軌道交通車輛種類較多，主要有地鐵車輛、跨坐式（單軌）車輛、懸掛式車輛、有軌電車，其中地鐵車輛是最重要的城市軌道交通車輛，其制動(dòng)技術(shù)水平非常高。歐洲、日本的大部分城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)采用的是德國(guó)KNORRBREMSE公司、法國(guó)FAIVELEY TRANSPORT公司，日本NABTESCO等公司的產(chǎn)品，這些公司的制動(dòng)系統(tǒng)具有行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)水平，性能先進(jìn)、可靠性高，以再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)組合方式的電制動(dòng)是主要的制動(dòng)方式，在額定滿載載荷情況下，電制動(dòng)的制動(dòng)力可以滿足車輛減速至510km/h之前的制動(dòng)力要求。目前從技術(shù)上講，電制動(dòng)甚至可以達(dá)到使列車停車的能力。從上世紀(jì)20年代起，中國(guó)的許多大城市都建設(shè)了有軌電車系統(tǒng)，新中國(guó)成立以后，有軌電車系統(tǒng)被慢慢拆除，到今天只剩下大連和長(zhǎng)春兩座城市還在運(yùn)行有軌電車。我國(guó)的城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)于1965年始于首都北京，經(jīng)過40多年的發(fā)展，目前已有北京、上海、天津、廣州、南京、深圳建成里程不等的地鐵系統(tǒng)，重慶、武漢也已經(jīng)開行了輕軌系統(tǒng)，還有成都、西安、沈陽(yáng)、杭州等城市的地鐵系統(tǒng)正在建設(shè)當(dāng)中。包括地鐵、輕軌以及有軌電車在內(nèi)，我國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通車輛的國(guó)產(chǎn)化，但作為關(guān)鍵技術(shù)的制動(dòng)系統(tǒng)還依賴進(jìn)口，成為唯一沒有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的部分，我國(guó)的地鐵車輛主要采用德國(guó)KNORR（克諾爾）公司，日本NABTESCO（納博泰斯克）公司的制動(dòng)系統(tǒng)， 最新研發(fā)的大連有軌電車“大連人”號(hào)采用日本NABTESCO（納博泰斯克）公司的產(chǎn)品。為了在制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，很多科研機(jī)構(gòu)以及高校都在做這方面的研究，技術(shù)比較領(lǐng)先的有中國(guó)北車集團(tuán)四方車輛研究所，該機(jī)構(gòu)承擔(dān)了國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)下達(dá)的《城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化》項(xiàng)目，進(jìn)行城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)研制。西南交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校也在做該方面的研究，并已經(jīng)有了一定成果。第2章 有軌電車制動(dòng)概述列車制動(dòng)是人為地利用制動(dòng)力使列車減速、停車、阻止其運(yùn)動(dòng)或加速的統(tǒng)稱。對(duì)于列車，人為地使其減速或阻止其加速的外力是由列車制動(dòng)裝置產(chǎn)生的，它與列車運(yùn)動(dòng)的方向相反，由軌道作于車輪，叫制動(dòng)力。通常制動(dòng)裝置是指能產(chǎn)生制動(dòng)作用的整套機(jī)構(gòu)，包括制動(dòng)機(jī)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、手制動(dòng)（停放制動(dòng)）裝置。制動(dòng)裝置是通過司機(jī)操縱制動(dòng)控制器發(fā)出的制動(dòng)指令，指揮制動(dòng)控制部分向基礎(chǔ)制動(dòng)的制動(dòng)缸送風(fēng)，是制動(dòng)缸獲得必須得空氣壓力，經(jīng)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的放大變換，最終形成列車制動(dòng)力。制動(dòng)作用的解除叫做緩解，包括分布操縱的部分解除和一次操縱的徹底解除。制動(dòng)方式可以按制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式、制動(dòng)力獲取方式和制動(dòng)源動(dòng)力的不同進(jìn)行分類。（1）按制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能的轉(zhuǎn)移方式不同，列車的制動(dòng)可以分為摩擦制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)。摩擦制動(dòng)通過摩擦把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后消散于大氣；動(dòng)力制動(dòng)把動(dòng)能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，然后將電能從列車上轉(zhuǎn)移出去。常用的摩擦制動(dòng)方式主要有閘瓦制動(dòng)和盤形制動(dòng)，在高速動(dòng)車組和有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)中會(huì)用到磁軌制動(dòng)也屬于摩擦制動(dòng)。常用的動(dòng)力制動(dòng)方式主要有電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)。電阻制動(dòng)是把由列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化出來(lái)的電能直接消耗在隨車安裝的制動(dòng)電阻上轉(zhuǎn)化為熱能，通過通風(fēng)設(shè)備把熱量散掉；再生制動(dòng)是把電能通過牽引傳動(dòng)的變流器逆向變換，再把電能返回電網(wǎng)。，列車的制動(dòng)可以分為粘著制動(dòng)與非粘著制動(dòng)，這是按照制動(dòng)力產(chǎn)生是否依賴于輪軌之間的粘著關(guān)系而劃分的。閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)、電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)均屬于粘著制動(dòng)，并且制動(dòng)力的大小也受粘著限制；磁軌制動(dòng)則屬于非粘著制動(dòng)，其制動(dòng)力的產(chǎn)生只取決于制動(dòng)體和鋼軌之間的摩擦或電渦流作用。，列車制動(dòng)可以分為空氣制動(dòng)方式和電氣制動(dòng)方式。以壓縮空氣為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為空氣制動(dòng)方式，包括閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)等；以電位源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為電氣制動(dòng)方式，包括動(dòng)力制動(dòng)、磁軌制動(dòng)等。有軌電車是牽引動(dòng)力和運(yùn)輸載體一體化的城市旅客運(yùn)載工具，具有以下特點(diǎn)：l 成組使用、編組固定，編組較短；可單列運(yùn)行，也可兩列連掛運(yùn)行；1. 編組各車之間采用密接式車鉤，整體運(yùn)用維修，大修前不解體；2. 兩端均可操縱，不需轉(zhuǎn)向；3. 通過網(wǎng)絡(luò)或電纜實(shí)現(xiàn)同步牽引、調(diào)速、制動(dòng)等重聯(lián)功能。（1）由于有軌電車是動(dòng)力分散，列車制動(dòng)裝置是指動(dòng)車制動(dòng)裝置和拖車制動(dòng)裝置的組合，它們共同形成的完整的制動(dòng)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的概念；，采用電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)，各自制動(dòng)力的調(diào)整需要一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成；空氣制動(dòng)部分采用電空制動(dòng)機(jī)；，各車減速度作用一致；，應(yīng)充分發(fā)揮再生制動(dòng)的效果；，充分利用粘著。制動(dòng)是有軌電車運(yùn)行的主要也是最重要工況之一，制動(dòng)系統(tǒng)的有效性和好壞直接影響列車安全第一系列重要環(huán)節(jié)，因此制動(dòng)系統(tǒng)必須滿足響應(yīng)方面得基本要求。（1）安全性要求，具有足夠的制動(dòng)能力，滿足制動(dòng)距離的要求，保證有軌電車在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車，同時(shí)要考慮因粘著不足情況下因防滑控制引起的制動(dòng)距離延長(zhǎng)；，制動(dòng)減速快，制動(dòng)作用靈敏可靠，有軌電車前后車輛制動(dòng)、緩解作用一致；，在正常制動(dòng)過程中，應(yīng)盡量充分發(fā)揮動(dòng)力制動(dòng)能力，以降低運(yùn)行成本；；，其制動(dòng)力不會(huì)衰減；，制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)乘客量的變化，具有載荷調(diào)整能力，以減少制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng)；，遇到緊急情況是，能使有軌電車在規(guī)定距離內(nèi)停車，緊急制動(dòng)除了可由司機(jī)操縱外，必要時(shí)還可由行車人員利用緊急制動(dòng)按鈕進(jìn)行操縱；、制動(dòng)系統(tǒng)故障等危及行車安全的事故時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)起緊急制動(dòng)作用；，除了車體、轉(zhuǎn)向架這些大部件，各種車載設(shè)備也應(yīng)考慮輕量化設(shè)計(jì)，制動(dòng)系統(tǒng)的供風(fēng)設(shè)備、制動(dòng)控制裝置等分布在各車上，也要滿足輕量化要求；，除了要滿足可靠性要求，還要易于維護(hù)保養(yǎng)、便于維修。第3章 有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)的組成、原理及控制對(duì)于有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)其采用電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)復(fù)合制動(dòng)的特點(diǎn)，可以分為電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩大部分。圖31 有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)組成示意圖傳統(tǒng)的機(jī)車車輛制動(dòng)機(jī)有兩種類型—空氣制動(dòng)機(jī)和電空制動(dòng)機(jī)，電空制動(dòng)機(jī)是在空氣制動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上引入電控（電磁、電子或微機(jī)控制）部分構(gòu)成的，它們都可以簡(jiǎn)稱為空氣制動(dòng)?？諝庵苿?dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)原動(dòng)力來(lái)自壓縮空氣，制動(dòng)力的產(chǎn)生依賴于輪軌接觸，屬于摩擦制動(dòng)。其制動(dòng)指令發(fā)出、傳遞，制動(dòng)力產(chǎn)生、控制都需要壓縮空氣。空氣制動(dòng)系統(tǒng)由供風(fēng)系統(tǒng)、制動(dòng)控制裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置組成。供風(fēng)系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)及其附件（干燥裝置、油水分離器、調(diào)壓器、安全閥）、儲(chǔ)風(fēng)缸、管路及其附件、壓力表等組成，具體組成形式與產(chǎn)品型號(hào)有關(guān)。制動(dòng)控制裝置從整個(gè)控制原理上分為兩類：直通式空氣制動(dòng)機(jī)和自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)。直通式空氣制動(dòng)機(jī)是通過制動(dòng)閥把總風(fēng)缸的壓縮空氣直接變成經(jīng)列車管（制動(dòng)管）而進(jìn)入制動(dòng)缸，其壓強(qiáng)大小反映制動(dòng)力大小的壓縮空氣，直接在制動(dòng)缸得到所需制動(dòng)力。直通式空氣制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱上只有制動(dòng)、保壓、緩解三個(gè)位置。圖32 直通式空氣制動(dòng)機(jī)原理示意圖直通式空氣制動(dòng)機(jī)的工作原理：列車管充氣，制動(dòng)缸增壓，產(chǎn)生制動(dòng)作用；列車管排氣，制動(dòng)缸減壓，緩解制動(dòng)。當(dāng)列車分離時(shí)，列車管和制動(dòng)缸處于排空狀態(tài)，無(wú)制動(dòng)力、無(wú)法制動(dòng)。直通式空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)短編組列車來(lái)說操作靈活，可以用制動(dòng)閥直接調(diào)節(jié)制動(dòng)缸的壓力。但對(duì)于較長(zhǎng)編組列車，制動(dòng)時(shí)，列車前部制動(dòng)缸充氣早、