【正文】 ................................................50致 謝 .......................................................................51參考文獻 .....................................................................521第 1 章 制動系統(tǒng)概述人為地制止物體的遠動，包括使其減速、阻止其運動或者加速，均可以稱之為“制動” 。使制動得到緩解簡稱為松閘。頭車既可以是拖車也可以是動車，我國城市軌道交通車輛頭車一般是拖車。制動執(zhí)行部分通常稱為基礎(chǔ)制動裝置，包括閘瓦制動、盤形制動、磁軌制動等不同方式。因此，只能按現(xiàn)代方法將具有制動功能的電子線路、電氣線路和氣動控制部分歸結(jié)為一個系統(tǒng)，統(tǒng)稱為列車制動系統(tǒng)。（1）動力制動系統(tǒng)。供氣部分有空氣壓縮機組、空氣干燥器和風(fēng)缸等；控制部分有電—空轉(zhuǎn)換閥(EP)、緊急2閥、稱重閥和中繼閥等；執(zhí)行部分有閘瓦制動裝置和盤形制動裝置等。正常運行下為調(diào)解或控制列車速度，包括進站停車所實施的制動，特點是作用比較緩和，制動力可以連續(xù)調(diào)節(jié)，制動過程中能夠根據(jù)車輛載荷自動調(diào)整制動力(當(dāng)常用制動力最大時即為常用全制動)。緊急制動時考慮了脫弓、斷鉤、斷電等故障情況，故只采用空氣制動，而且停車前不可緩解，在盡可能減小沖動的情況下不對沖動進行具體限制。受沖擊率極限的限制，主控制器手柄回“0”位，可緩解，具有防滑保護和載荷修正功能。以前停放制動也稱停車制動或彈簧停車制動，但在地鐵列車中，停車制動是另外一個概念，所以為區(qū)別開來，稱停放制動較好。停放制動是列車停車后，為使列車維持靜止狀態(tài)所采取的一種制動方式。上海地鐵和廣州地鐵是在減速至 4km/h 左右，制動力降至70％。最早的有軌電車是以人工制動的。忽視車輛制動將會發(fā)生危險，甚至造成旅客生命和財產(chǎn)的損失。直到 1890 年，倫敦才建成電力牽引的地下鐵路，這就是意義上的第一條地鐵。二、現(xiàn)代化的制動系統(tǒng)隨著 20 世紀初科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵路車輛上出現(xiàn)了空氣制動機。20 世紀 30 年代，在歐美地區(qū)和日本出現(xiàn)了采用電信號來傳遞和緩解指令的制動控制系統(tǒng)，這是制動系統(tǒng)的一次改革，因為電信號的傳輸速度比空氣波速快得多。大4功率電力電子元件的出現(xiàn)使電氣再生制動成為可能，微機技術(shù)的應(yīng)用使制動防滑系統(tǒng)更加完善。該系統(tǒng)采用微機控制的模擬式電－空制動系統(tǒng)，制動控制系統(tǒng)采用車控方式，即每輛車都配有一套電空制動控制裝置(EBCU)，空氣簧壓力取自前后轉(zhuǎn)向架各 1 點，將其平均后進行控制，EBCU 內(nèi)設(shè)有監(jiān)控終端，具有自診斷和故障記錄功能。在我國，該電空制動系統(tǒng)主要應(yīng)用于上海、廣州、北京和天津等地鐵項目。該電空制動系統(tǒng) 2022 年開始研發(fā)，2022 年裝車應(yīng)用。例如：空氣制動機的作用動力和控制信號均為壓縮空氣（又稱壓力空氣） ；電空制動機的作用動力也是壓力空氣，但其控制信號則為電信號。按照列車動能轉(zhuǎn)移方式的不同，制動方式可分為熱逸散和將動能轉(zhuǎn)換成有用能兩種基本方式。無論機車制動機采用何種制動機（如空氣制動機、電空制動機等） ，都要可靠的完成以下任務(wù)：（1）對列車制動系統(tǒng)進行靈活、準確的操縱和控制；（2）向整個列車制動系統(tǒng)提供質(zhì)量良好的動力（如壓力空氣） 。特別是對制動，出于安全考慮，必須做到萬無一失。（3） 制動系統(tǒng)應(yīng)具有可靠的安全系數(shù)，即使個別車輛發(fā)生故障或者在坡道上運行，也應(yīng)有足夠的制動力，保證列車可靠制動停車。 城軌車輛制動系統(tǒng)的組成根據(jù)城軌車輛的特點，制動系統(tǒng)一般包括下面幾個部分：（1）電氣制動系統(tǒng)。供氣部分有空氣壓縮機、空氣干燥機和風(fēng)缸等；控制部分有電空轉(zhuǎn)換閥、緊急閥、稱重閥和中繼閥等；執(zhí)行部分就是閘瓦制動裝置和盤式制動裝置等。通過本章可以了解到制動系統(tǒng)的基本概念，什么是制動，制動機的歷史，國內(nèi)外的制動系統(tǒng)和制動方式及制動機的分類和城市軌道車輛制動系統(tǒng)的主要功能和組成。制動機的分類是看動力源和控制方式來分，比如電制動的動力源是電，而空氣制動機的的動力源是空氣，電空制動機的動力源是空氣但是它是通過電信號來觸發(fā)的。它的要求很多有（1）擁有足夠的制動力（2）要擁有電制動和空氣制動（3）車輛要具有載荷矯正能力（4）要擁有可靠的安全保障系數(shù)（5）要具有緊急制動能力。環(huán)境實用性強的特點，其直流驅(qū)動電機已逐漸被交流電機驅(qū)動取代。圖 21 活塞式空氣壓縮機作用原理1潤滑油泵；2機體；3 油壓表；4 空氣濾清器；8進氣閥片；6排氣閥片；9低壓活塞；10高壓活塞；11主風(fēng)缸；12壓力控制器；13 上集氣箱；14 散熱管；15下集氣箱活塞式空氣壓縮機的工作原理：電機通過聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動空壓機曲軸轉(zhuǎn)動，曲軸連桿機構(gòu)帶動高、低壓缸活塞同時在氣缸內(nèi)做上下反復(fù)運動。當(dāng)?shù)突钊滦袝r，活塞頂面與缸蓋之間形成真空，經(jīng)過空氣濾清器的大氣推開進氣閥片進入低壓缸，此時排氣閥在彈簧和中冷器內(nèi)空氣壓力的作用下關(guān)閉。高壓活塞的進、排氣作用與低壓活塞的進、排氣作用相同。活塞式空氣壓縮機的應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，可靠性和穩(wěn)定性好，不需要特殊潤滑，性價比具有吸引力。螺桿空壓機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達 4～8 萬小時。螺桿空壓機沒有不平衡慣性力，機器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，特別適合作移動式空壓機，體積小、重量輕、占地面積少。螺桿式空氣壓縮機工作時，旋轉(zhuǎn)部件兩個螺桿的運動沒有質(zhì)心位置的變動，所以沒有產(chǎn)生振動的干擾力。螺桿空壓機的工作過程詳細分析之進氣過程：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉(zhuǎn)子齒溝空間與進氣口的相通，因在排氣時齒溝的氣體被完全排出，排氣完成時，齒溝處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)至進氣口時，外界氣體即被吸入，沿軸向進入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。其嚙合面逐漸向排氣端移動。 空氣干燥器空氣壓縮機輸出的壓縮空氣中含有較高的水份、油份和機械雜質(zhì)等，必須經(jīng)過空氣干燥器將其中的水份、油份和機械雜質(zhì)除去，才能達到車輛上用風(fēng)設(shè)備對壓縮空氣的要求。再生過程也是一個平衡反應(yīng)，用于吸附劑再生的吹掃氣體是由較高壓力的壓縮空氣膨脹而來。常用的吸附劑有：活性炭、氧化鋁、硅凝膠及分子篩等。由油水分離器、干燥筒、排水閥、電控閥、再生風(fēng)缸和消聲器等組成。干燥劑再生原理:經(jīng)過干燥的壓力空氣，一路經(jīng)過接口 Ⅱ及單向閥 3 送往主風(fēng)缸，單向閥的作用是防止壓力空氣從主風(fēng)缸逆流；另一路經(jīng)節(jié)流孔 19 充入再生風(fēng)缸 18。圖 24 雙筒式空氣干燥器19干燥筒；； ；24止回閥；25 干燥器座；34雙活塞閥、570可諾爾 K 形環(huán)；43電磁閥；50 再生節(jié)流孔；55預(yù)控制閥 71旁通閥；993隔熱材；A 排泄口；O1 ～O3 排氣口；P1進氣口；P2出氣口 V1V10閥座雙塔式空氣干燥器的工作原理：雙筒干燥器工作為干燥與再生兩個工況同時進行，壓力空氣在一個筒中流過并干燥時，另外一個筒中的吸附劑即再生。雙塔式干燥器沒有再生風(fēng)缸，但是設(shè)有一個定時脈沖發(fā)生器以使兩個干燥塔的電磁閥定時地輪換開、關(guān)，以使兩個塔的功能定時進行輪換。而上海地鐵交流制列車每節(jié)車上有五個風(fēng)缸：一個 100L 主風(fēng)缸，一個 100L 副風(fēng)缸，一個 60L 氣動車門風(fēng)缸，以及兩個空氣懸掛系統(tǒng)風(fēng)缸。如圖 26 和 27。（3）止回閥：它安裝于只允許空氣從一個方向流入且反向截止的空氣管路，以避免降壓。（6）安全閥：它是空氣制動系統(tǒng)中保證空氣壓力不至于過高的部件。 直通式空氣制動機直通式空氣制動機工作原理如圖 29 所示。圖 29 直通式空氣制動機Ⅰ緩解位；Ⅱ 保壓位；Ⅲ 制動位；1空氣壓縮機；2總風(fēng)缸；3制動風(fēng)管；4制動閥：5制動管；6制動缸；7基礎(chǔ)制動裝置；8制動缸緩解彈簧；9 制動缸活塞；10閘瓦；11制動閥 EX；12車輪（1）制動位。制動力的大小，取決于制動缸內(nèi)壓縮空氣的壓力，由駕駛員操縱手柄在制動位放置時間長短而定。此時制動缸活塞借助于制動缸緩解彈簧的復(fù)原力，使活塞回到緩解位，閘瓦離開車輪，實現(xiàn)車輛緩解。直通空氣制動機的特點是：（1）制動管增壓制動、減壓緩解、列車分離時不能自動停車。因此前后車輛制動一致性不好。圖 210 自動式空氣制動機Ⅰ緩解位；Ⅱ保壓位；Ⅲ制動位；1空氣壓縮機；2總風(fēng)缸；3總風(fēng)缸管；4制動閥：5制動管；6制動缸；7基礎(chǔ)制動裝置；8制動缸緩解彈簧；9制動缸活塞；10閘瓦；11制動閥 EX 口；12車輪；13三通閥；14副風(fēng)缸；15給氣閥；16三通閥排氣口自動式空氣制動機的制動閥同樣也有緩解位、保壓位和制動 3 個作用位置，但內(nèi)部通路與直通式空氣制動機的制動閥有所不同。列車運行時，制動閥操縱手柄一般處于緩解位，直至副風(fēng)缸充至制動管定壓值。三通閥工作原理如圖所示 211 所示。制動管壓力增加時，在三通閥活塞兩側(cè)形成壓差，三通閥活塞及活塞桿帶動節(jié)制閥及滑閥一起移至右側(cè)段位，這時充氣溝露出。但由于制動管內(nèi)壓力下降較快，活塞兩側(cè)壓差繼續(xù)增大，壓差達到足以克服活塞及節(jié)制閥的阻力時活塞及活塞桿帶動節(jié)制閥向左移一間隙距離，使活塞桿與滑閥之間的間隙 B 置于前部，活塞折斷充氣溝，副風(fēng)缸壓力空氣停止逆流，滑閥上的通孔上端開放，與副風(fēng)缸相通。在制動管減壓到一定值后，駕駛員將制動閥操縱手柄移至保壓位，制動管停止減壓。自動制動機的特點：（1）制動管減壓制動、增加緩解，列車分離時能自動制動停車。同時，制動管要充到定壓，制動缸才能完全緩解。它是在空氣制動機的基礎(chǔ)上加裝電磁閥等電氣控制部件而形成的。在緩解時各車的緩解電磁閥 8 的通路也同時打開，使各車的加速緩解風(fēng)缸 5 同時向列車管 1 充風(fēng)(加速緩解風(fēng)缸 5 的風(fēng)是在列車管 1 經(jīng)過三通閥 2 向副風(fēng)缸 3 充風(fēng)時經(jīng)過止回閥 9 充至定壓的，由于止回閥的作用，制動時加速緩解風(fēng)缸的風(fēng)沒有使用)。 本章小結(jié)22本章主要敘述的風(fēng)源系統(tǒng)。城軌里面常用的活塞式空壓機有 VV230 型和 VV120 型。它們的工作原理都差不多，就是雙塔式空氣干燥器是一個筒中在干燥空氣時，另一個筒在將吸附劑再生，輪流工作。制動控制系統(tǒng)主要有空氣制動系統(tǒng)和電控控制系統(tǒng)。根據(jù)制動方式不同，基礎(chǔ)制動裝置主要有閘瓦制動和盤形制動兩種形式。城軌車輛采用的單元制動機有兩種：帶停放單元制動機和不帶停放的單元制動機。如圖 32 PC7YF 型制動機。停放制動器的結(jié)構(gòu)可看圖 32，停放制動器的操作可以通過電控閥控制緩解風(fēng)缸 31 的充，排氣來實現(xiàn)，其制動力通過彈簧產(chǎn)生，也稱彈簧制動器。 4制動杠桿。 10吊銷。34螺紋套筒。隨著緩解風(fēng)缸壓力降低，閘瓦壓力增大。（3）人工操作：車輛停放制動施加后無司機操縱時，若需緩解，可通過拉動輔助緩解裝置緩解拉環(huán) 36 實現(xiàn)，此時面緩解活塞 32 和螺紋套筒 34 相對移動，釋放彈簧作用力，停車制動杠桿 37 施加于制動杠桿 4 的推力消失，閘瓦壓力隨之消失，達到車輛緩解。在鑄鐵閘瓦中，又可分為中磷鑄鐵閘瓦和高磷鑄鐵閘瓦。中磷鑄鐵閘瓦的為 ％～％，高磷鑄鐵閘瓦含磷量為 10％以上。鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)隨含磷量的增加而增加的，因此高磷鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)大于中磷鑄鐵閘瓦。26合成閘瓦與鑄鐵閘瓦相比，具有的優(yōu)點：（1）摩擦性能可按需要進行調(diào)整。故可減輕車輛自重及便于更換間瓦工作，減輕檢修人員的勞動強度。合成閘瓦由鋼背和摩擦體兩部分組成，如圖 33 所示。為防止混淆，將高摩合成閘瓦鋼背兩端的中間部制成低平，兩側(cè)凸起，正與低摩合成閘瓦相反。圖 33 合成閘瓦1鋼背；2摩擦體；3散熱槽；4 沖孔27 盤形制動閘瓦制動是結(jié)構(gòu)雖然簡單可靠，但其制動公路不大。當(dāng)熱容量超過一定標準極限，就不能使用閘瓦制動裝置，必須采取較大制動功率的盤形制動了。非動力轉(zhuǎn)向架的拖車一般采用軸盤式，當(dāng)動力轉(zhuǎn)向架輪對之間由于牽引電機等設(shè)備使設(shè)備盤的安裝發(fā)生困難時，可采用輪盤式，如動車。這對于城市軌道交通車輛時速高，載客多、啟動制動頻繁的行車特點，更具有安全保障作用?；A(chǔ)制動裝置是制動裝置的執(zhí)行裝置。閘瓦間隙自動調(diào)節(jié)器是用于自動調(diào)節(jié)閘瓦和車輪的之間的間隙的，它們之間的距離一般為 6～10mm。29第 4 章 電制動 電制動的必要性和基本要求 電制動的必要性現(xiàn)在最多采用的閘瓦制動，但其摩擦產(chǎn)生的熱能在閘瓦和車輪踏面間積聚，溫度急劇升高，嚴重時高溫可熔化閘瓦或燒灼踏面。電動車組中既有動車又有拖車，除了拖車沒有電動機只能使用摩擦外，所有動車都可以動力制動，并且還可以承擔(dān)部分拖車的制動力。即電制動時，如果列車速度增加，制動力也應(yīng)隨之增加。(4)制動過程中無論外界條件有什么瞬時變化，例如，電網(wǎng)電壓波動、黏著條件變化以及人為的調(diào)節(jié)等，都不應(yīng)產(chǎn)生大電流的沖擊和制動力的沖擊。因此，電阻制動又稱為能耗制動。圖 41 直流制列車的直流斬波控制電阻制動電路在常規(guī)電阻制動中，電動機的電樞電流隨著機車速度的減小而減小，機車輪周制動力也隨著機車的速度變化而變化。一般來說，相控機車上不另設(shè)加饋電源，而是使用牽引時整流調(diào)壓電路在制動工況作為加饋電源。故機車速度低于一定值時，就切除加饋制動，改用空氣制動制停機車。這種制動電路的缺點是不能進行再生制動。電阻材料一般采用合金帶鋼條，這種合金帶鋼條不僅具有穩(wěn)定的電阻率，而且具有相當(dāng)大的熱容性。強迫風(fēng)冷可以使電阻帶的溫度迅速下降。所以要盡量減少電阻制動，提高再生制動。如果觸網(wǎng)電壓過高或同一供電區(qū)段無其他車輛吸收反饋能量，則