城轨车辆制动系统毕业论文.docx

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城轨车辆制动系统毕业论文

摘要

为使列车能实施制动和缓解而安装于列车上的一整套装置称为制动系统。

由于城市轨道交通车辆与铁路车辆的编组形式不同，一般都采用动力分散型的动车组形式，所以可以分为动车制动装置和拖动制动装置。

一套列车制动装置至少包括两个部分，即制动控制部分和制动执行部分。

制动控制部分由制动信号发生与传输装置以及制动控制装置组成。

目前，制动控制部分主要有空气制动控制部分和电空制动控制部分两大类。

制动执行部分通常称为基础制动装置，包括闸瓦制动，盘形制动，磁轨制动等不同方式。

本论文将以城市轨道交通车辆制动系统为论述对象，从基本概念和基础理论入手，解释制动系统的组成及主要零部件的功能和结构。

关键词：

城轨制动系统控制原理

引言

城市轨道交通系统是城市最为重要的基础设施之一，城市内人员的流动、物质的运输依靠城市交通来完成，城市交通体系直接展示城市的面貌和活力，体现城市的承载能力，关系着城市的环境，进而影响着城市的可持续发展；而城市公共交通则是城市轨道交通系统的重要组成部分绝大多数居民的出行依靠公共交通，因此，城市公共交通是维持城市居民工作、学习和生活正常秩序的重要保障。

自1863年世界上第一条地下铁路在伦敦正式运营之后，城市轨道交通系统得到了较快的发展，城市轨道交通己成为世界各主要特大城市倍受青睐的一种交通方式。

目前己有43个国家和地区的320座城市修建了轨道交通，其中115座城市修建了地铁，国际上200万人口以上的超级特大城市基本上都修建了地铁，并且是城市交通的主力。

我国由于经济实力和技术水平的限制，中国城市轨道交通建设起步较晚，但速度之快、规模之大。

根据2013年7月5日发布的《中国城市发展报告（2012）》显示，目前我国内地已有北京、上海等17个城市开通70条轨道交通运营线路，总运营里程2064公里，其中2012年新增投运里程321公里。

随着2012年众多城市地铁项目提前获批，以及今年仍有大量项目获得许可，“十二五”规划确定实现3000公里的全国城市轨道交通运营里程，有望突破上升至4000公里左右。

由于站间距短、列车加速、减速及停车频繁。

为了提高运行速度，增加列车密度，必须使列车起动快、制动快，制动距离短。

这就要求其制动具有操作灵活。

动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。

近年来，地铁车辆的快速发展，运行速度也由最初的60km/h逐渐提高到80km/h、100km/h甚至更高。

车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速度和及时准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。

试想一下，在你有急事的时候，坐地铁到站了，却因为没有准确的停在预定的停车点，直接开往下一站了，你是怎样的心情？

在你坐的地铁时，制动系统出现故障，刹车不灵了，那面对的直接是生命危险。

第3章总结23

参考文献24

第1章制动系统概述

人为地制止物体的远动，包括使其减速、阻止其运动或者加速，均可以称之为“制动”。

为使列车能实施制动和缓解而安装于列车上的一整套装置，总称为列车制动装置。

有时，制动与制动装置均简称为闸。

实施制动简称为上闸，也可简称为下闸。

使制动得到缓解简称为松闸。

在铁路上，可分为机车制动装置和车辆制动装置。

由于城市轨道交通车辆与铁路车辆的编组形式不同，一般都采用动力分散型的动车组形式，所以可分为动车制动装置和拖车制动装置。

城市轨道交通车辆操纵全列车制动功能的设备安装在列车两端的带司机室的头车上。

头车既可以是拖车也可以是动车，我国城市轨道交通车辆头车一般是拖车。

一套列车制动装置至少包括两个部分，即制动控制部分和制动执行部分。

制动控制部分由制动信号发生与传输装置以及制动控制装置组成。

目前，制动控制部分主要有空气制动控制部分和电空制动控制部分两大类。

制动执行部分通常称为基础制动装置，包括闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动等不同方式。

过去由于列车上安装的制动装置比较简单、直观，而且用压缩空气传递制动信号，因此称其为一套制动装置。

但是随着高速动车组和轨道交通车辆技术的发展，制动装置中越来越多地采用了电气信号和电气驱动设备。

微机和电子设备的出现使制动装置变得无触点化和集成化，并且使制动控制功能融入了其他电路不能独立划分。

因此，只能按现代方法将具有制动功能的电子线路、电气线路和气动控制部分归结为一个系统，统称为列车制动系统。

当以压力空气作为制动信号传递和制动力控制的介质时，该制动装置称为空气制动控制系统，又称空气制动机。

以电气信号来传递制动信号的制动控制系统，称为电气指令式制动控制系统，其制动力的提供可以是压力空气、电磁力、液压等方式。

现代轨道交通车辆的制动系统是由动力制动系统、空气制动系统以及指令和通信网络系统三部分组成的。

（1）动力制动系统。

它一般与牵引系统连在一起形成主电路，包括再生反馈电路和制动电阻器，将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器上。

（2）空气制动系统。

它由供气部分、控制部分和执行部分等组成。

供气部分有空气压缩机组、空气干燥器和风缸等；控制部分有电—空转换阀（EP）、紧急阀、称重阀和中继阀等；执行部分有闸瓦制动装置和盘形制动装置等。

（3）指令和通信网络系统。

它既是传送司机指令的通道，也是制动系统内部数据交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线

1.1城轨车辆制动系统的制动模式

根据车辆的运行要求，制动系统采用以下几种制动模式。

（1）常用制动。

正常运行下为调解或控制列车速度，包括进站停车所实施的制动，特点是作用比较缓和，制动力可以连续调节，制动过程中能够根据车辆载荷自动调整制动力（当常用制动力最大时即为常用全制动）。

（2）紧急制动。

在紧急情况下为使列车尽快停止而施行的制动，特点是作用比较迅速，而且将列车制动能力全部使用，通过故障导致安全的设计原则为“失电制动，得电缓解”的紧急空气制动系统。

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，其制动力与快速制动相同。

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，而且停车前不可缓解，在尽可能减小冲动的情况下不对冲动进行具体限制。

（3）快速制动。

快速制动是为了使列车尽快停车而实施的制动，其制动力高于常用全制动（上海、广州快速制动力高于常用全制动22％）。

这种制动方式是在紧急情况下，制动系统各部分作用均正常时所采取的“种制动方式，其特点是与常用制动相同，制动过程可以施行缓解。

受冲击率极限的限制，主控制器手柄回“0”位，可缓解，具有防滑保护和载荷修正功能。

（4）弹簧停放制动。

为防止车辆在线路停放过程中发生溜滑，城轨车辆设置停放制动装置。

停放制动通常是将弹簧停放制动器的弹簧压力通过问瓦作用于车轮踏面来形成制动力。

以前停放制动也称停车制动或弹簧停车制动，但在地铁列车中，停车制动是另外一个概念，所以为区别开来，称停放制动较好。

库内停车时可以解决因制动缸压力会因管路漏泄，无压力空气补充而逐步下降到零．使车辆失去制动力的停放问题。

在正常情况下，弹簧力的大小不随时间而变化，由此获得的制动力能满足列车较长时间断电停放的要求。

弹簧停放制动的缓解风缸充气时，停放制动缓解；弹簧停放制动的缓解风缸排气时，停放制动施加；还附加有手动缓解的功能。

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。

（5）停车制动。

对于地铁列车来说，通常把停车前的这—段空气制动过程称为停车制动或保持制动。

当停车制动位列车减速到极低速度以后，为减小冲动，制动力会有所降低。

上海地铁和广州地铁是在减速至4km/h左右，制动力降至70％。

停车制动具有常用制动的特点。

1.2城轨车辆制动系统的历史沿革

一、早期的制动方式

自1881年德国柏林有了世界上第一辆有轨电车后，世界各大城市相续开始了大规模的城轨交通的建设。

对于城轨车辆来说，除了要承载更多的乘客外，还有一项重要任务，那就是要使其运动中的车辆能够安全的减速和停车，也就必须要对车辆实施制动。

最早的有轨电车是以人工制动的。

司机绞动刹车钢丝，使木制的闸瓦紧靠车轮踏面，用摩擦力使车轮或车轴转动减慢直至停止，以达到车辆减速或停车的目的。

当然，这种原始的制动方式既费力又不安全，时常会发生钢丝断裂和车辆失控事故。

人们逐渐认识到，为了让车辆以一定速度安全运行，必须使其具有同样的减速和停车能力，必须重视对车辆制动的改进。

忽视车辆制动将会发生危险，甚至造成旅客生命和财产的损失。

因此，对制动机的研制成为近代铁路和城轨交通的一个大热门，有时甚至比电气牵引上的发明更引人关注。

1863年，伦敦在市中心环路下面修建隧道，拟让火车在市中心的地下通行。

但是火车的烟雾在隧道中弥漫，尽管有通风井，但是排放烟雾问题仍然难以解决。

直到1890年，伦敦才建成电力牵引的地下铁路，这就是意义上的第一条地铁。

地铁在20世纪初的欧美地区的城市得到迅速发展。

由于地铁车辆是沿用铁路车辆的，因此任何火车制动新技术会立即被利用于地铁列车。

当时火车一般使用一般使用人工机械制动，例如杠杆拨动式闸瓦制动装置。

二、现代化的制动系统

随着20世纪初科学技术的发展，铁路车辆上出现了空气制动机。

所谓空气制动机就是利用压力空气作为制动的动力的来源，并用压力空气的压力变化来实现列车的制动和缓解装置。

这种空气制动机被广泛应用于铁路、地铁。

这相比人工机械制动，安全性和可靠性有了很大的进步。

20世纪30年代，在欧美地区和日本出现了采用电信号来传递和缓解指令的制动控制系统，这是制动系统的一次改革，因为电信号的传输速度比空气波速快得多。

采用电信号的制动控制系统被称为电气指令式制动控制系统。

20世纪50年代，国外城轨车辆在大规模采用电磁空气制动机的同时，还采用电气指令制动控制系统协调动力制动和空气制动。

最近几十年来，由于电力电子交流技术和微机技术的加入，使电气指令式制动控制系统不断改进、发展。

大功率电力电子元件的出现使电气再生制动成为可能，微机技术的应用使制动防滑系统更加完善。

1.3国内外的制动系统

目前，我国城轨车辆制动系统主要分为国内和国外产品，国内制动系统为铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的制动系统，国外制动系统主要包括德国的KNORR制动系统、日本NABTESCO制动系统和英国WESTINGHOUSE制动系统。

以上均属于当今主型的模拟式直通电空制动系统，具有反应快速、操纵灵活。

一、国产制动系统

由铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的国产制动系统，已成功运用于各城市的地铁车辆中，如天津滨海线所采用的制动系统。

该系统采用微机控制的模拟式电－空制动系统，制动控制系统采用车控方式，即每辆车都配有一套电空制动控制装置（EBCU），空气簧压力取自前后转向架各1点，将其平均后进行控制，EBCU内设有监控终端，具有自诊断和故障记录功能。

二、德国KNORR制动系统

德国KNORR制动系统主要指KNORR的ESRA电空制动系统。

该电空制动系统是一种标准化的制动系统，是传统的直通电空制动系统，可用于机车、动车组和城轨等项目。

该电空制动系统1993年研发，1995年投入应用。

在我国，该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京和天津等地铁项目。

三、日本NABTESCO制动系统

日本NABCO制动系统主要指NABCO的HRDA型电空制动系统，1992年投入应用，是一种传统的直通电空制动系统。

在我国，该电空制动系统主要应用于北京和天津的城轨项目。

四、英国WESTINGHOUSE制动系统

英国WESTINGHOUSE制动系统主要指英国WESTINGHOUSE（现为KNORR英国子公司）的EP2002电空制动系统，是一种基于架控的城轨直通电空制动系统。

该电空制动系统2000年开始研发，2005年装车应用。

在我国，该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京等地铁项目。

1.4制动方式及制动机的分类

制动过程是人为产生并控制列车减速力的大小，从而控制列车减速运行或阻止它加速的过程。

制动过程中所需要的作用动力和控制信号的不同是区别不同