城轨车辆制动系统的原理分析毕业设计Word文档下载推荐.docx
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6.
7.
5．设计说明书内容
1.封面
2.目录
3.内容摘要（200—400字左右，中英文）
4.引言
5.正文（设计课题，内容与要求，设计方案，原理分析，设计过程及特点）
6.设计图纸
7.结束语
8.附录（图表，材料清单，参考资料）
6．设计进程安排
第1周：
资料准备与借阅，了解课题思路。
第2周：
熟悉地铁制动在铁路运输中的作用。
第3-6周：
介绍地铁车辆制动系统的组成，分析地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程。
第7周：
检查，完成说明书，打印，装订。
第8周：
毕业答辩准备及答辩。
7．毕业设计答辩及论文要求
1.毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文.专题报告等必要资料交给指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题任务，目地和意义，所采用的原始资料或参考文献，设计的基本内容和主要方法，成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论，知识，设计与计算方法实验方法，测试方法，鉴别学生独立工作能力，创新能力。
摘要
近几年来，我国城市轨道交通发展迅速，为缓解城市交通压力做出重大贡献。
城轨列车制动系统作为城市轨道交通车辆的重要组成部分，为保障列车运行提供了良好的前提条件。
本文主要介绍了制动系统的分类、工作过程以及在城轨列车的作用和工作原理主要以直通空气制动机、自动空气制动机、风原系统以及电指令制动控制系进行了详细的分析。
关键词：
直通空气制动机自动空气制动机风原系统电指令制动控制系统
ABSTRACT
Inrecentyears,thedevelopmentofcityrailtransitinChinarapidly,makeamajorcontributiontoeasethetrafficpressureinthecity.
Thetrainbrakingsystemasanimportantpartofcityrailtrafficvehicle,providesgoodconditionsfortheprotectionoftrainoperation.
Thispapermainlyintroducestheclassification,workingprocessofbrakesysteminurbanrailtrainsaswellasthefunctionandworkprinciple
Mainlyinthestraightairbrake,automaticairbrake,thewindsystemandelectricalbrakingcontrolsystemcommandsareanalyzedindetail.
Keyword：
StraightairbrakeAutomaticairbrakeThewindsystemElectricbrakingcontrolsystemcommand
前言
世界上首条地下铁路系统是在1863年开通的“伦敦大都会铁路”，是为了解决当时伦敦的交通堵塞问题而建。
当时电力尚未普及，所以即使是地下铁路也只能用蒸汽机车。
而在我国，第一条地铁线路始建于1965年7月1日，1969年10月1日建成通车，这也使北京成为中国第一个拥有地铁的城市。
在随后的几十年里，地铁的发展也如雨后春笋一般，在我国各地陆陆续续都建成或在建地下轨道交通系统，比如天津地铁，广州地铁，包括即将完工通车的长沙地铁等。
如此之多的地铁在建或待建，地铁的用途是什么？
绝大多数的城市轨道交通系统都是用来运载市内通勤的乘客，而在很多场合下城市轨道交通系统都会被当成城市交通的骨干。
通常，城市轨道交通系统是许多都市用以解决交通堵塞问题的方法。
另外，城市轨道交通系统亦被用作展示国家在经济、社会以及技术上高人一等的指标。
例如前苏联的地下铁路系统便以车站装饰华丽出名，而朝鲜首都平壤的地下铁路系统亦有堂皇的装饰。
我国地铁轨道的蓬勃发展，又从一个侧面很好的反映出我国经济建设正在进入高速发展的时期，也表示出我国正在向发展中强国迈进。
对于我国而言，轨道交通建设的发展目前正处在关键时期，尤其是我国进入快速城市化阶段以后，正在迅速形成多个以特大城市为核心的大都市圈以及较为集中的城市群，结合我国人13众多和相对集中的国情，对于这类区域交通的规划，需要在更大的空间范围内考虑如何适应未来的发展趋势，建设结构合理的公共交通运输体系。
地铁车辆制动系统对于地铁车辆安全运行的作用？
随着我国经济建设的不断推进，近年来城市轨道交通快速发展，国内许多大型城市都已有了地铁或者轻轨，随着大量的轨道交通项目投入运营，人们的日常出行变得更加方便，可随之而来的对地铁车辆制动系统的担忧也困扰着人们。
制动系统作为城轨车辆的重要系统，直接涉及到车辆的运行性能和安全，影响乘客的乘坐舒适度。
因此，车辆制动系统类型的选择、性能尤为重要。
为了适应城市快速轨道车辆运行速度高、站间距离短、启动制动频繁等特点，现代城市轨道交通车辆制动系统一般均采用微机控制的电空混合制动系统。
该系统包含有电制动和空气制动两种制动装置。
常用制动过程中，由于电制动对设备没有磨损并且节能，所以在电制动有效的情况下列车优先使用动车的电制动，在电制动不能满足制动需求时，电制动与空气制动进行复合制动。
以保证列车在各种情况中能良好的控制。
第一章制动系统的概述
1.1制动基本概念
车辆制动装置是城轨车辆制动装置的基本单元。
车辆制动技术和制动机性能决定着城轨车辆的制动性能。
为适应车辆运行速度高、站间距离短、起动制动频繁等要求。
城轨车辆采用微机控制电空制动系统，该系统具有反应迅速、制动距离短、部件集成化程度高、可以实现平稳停车等特点。
车辆在制动过程中电制动优先，然后施加空气摩擦制动。
车辆正常状态下使用的空气制动是常用制动，紧急制动是在紧急情况下由司机触发或列车紧急制动环线失电而自动施加的，停放制动是制动系统自动施加的弹簧制动。
列车在运行过程中，当速度在电制动零速点（v=3km/h）与淡出点之间时，通过编码器输出“电制动力达到多大值”信号，使得电制动和空气摩擦制动混合施加。
当列车运行在恒电制动力最高速度和电制动淡出点之间时，仅使用电制动，当列车运行速度超过恒电制动力最高速度时，电制动和空气摩擦制动又混合施加。
1.2制动系统在轨道交通运输重的作用
首先，城市是相对于乡村的社会、经济大系统，从某种意义讲，其本质是时间和空间上的高效率与高效益，城市必须保持充分的活力和相当的发展空间。
实践证明，一个城市要做到这一点必须有一个高效率的城市综合交通系统作支撑。
这是因为城市交通系统是城市社会、经济大系统中的一个重要子系统。
一方面城市土地利用与开发提出相应的交通需求，需要一个高效的城市交通系统来支持；
另一方面，城市交通系统的发展，交通可达性的提高，又会反过来影响城市土地的利用与开发，引导城市形态向一定方向演化。
因此，城市要科学合理的发展、演化，除了要做好城市总体综合规划之外，还应该规划好城市交通子系统。
其次，城市是一个人口密集，各种交流活动频繁的特定空间区域。
在这个区域中交通需求集中、定时、密度大，同时还要求快速、高效、安全、方便、舒适等。
城市轨道交通系统以其高效、优质的服务和节省资源、轻度污染的特性恰好满足上述技术、经济方面的要求。
因而成为城市交通系统的骨干。
相应地，其它交通方式（如常规公交汽、电车，出租车，小汽车，自行车等）则起到补充、配合的辅助作用。
因此，一个好的城市交通系统首先要规划好、建设好和管理好其核心部分——城市轨道交通子系统。
综上所述，城市轨道交通系统在城市综合交通系统与城市发展、演化中的地位和作用主要表现在以下几个方面：
（1）它是城市综合交通系统的核心，起到客流组织的骨干作用。
城市综合交通系统具有多层次结构。
第一层次（高架或地下全隔离系统）——轨道交通、快速干道（汽车交通）；
第二层次（地面部分隔离）——轨道交通或公交干线、城市干道（汽车交通）；
第三层次（延伸至居民区及其它功能区）——公交线路、城市道路（汽车交通）。
显然，第一层次是骨架与主干（大动脉），第二层次是辅助与补充（一般血管），第三层次是集疏与延伸（毛细血管）
（2）它是城市发展与演化的必要条件。
城市轨道交通系统能够满足大运量、长距离的快速客运要求，因而可解决城市面积拓展与空间合理开发运用的客运通道问题。
（3）它是城市可持续发展的基础与保障。
在土地占用、能源消耗、空气质量、景观质量、客运质量等主要交通、环境指标方面，轨道交通可达到最优水平。
1.3制动方式的分类及其工作原理
考虑到地铁车辆本身要求的特点及其装备：
站间距离短，启动快，制动距离短，停车精度高等，同时考虑到电制动本身的特点（低速时电制动发挥不出来）以及安全要求，将制动系统设计为两大类：
电制动和空气（摩擦）制动。
1.3.1电制动
电制动是车辆在常用制动模式下的优先选择，仅带驱动系统的动车具有电制动，电制动又有再生制动和电阻制动两种形式。
电制动具有独立的滑行保护和载荷校正功能。
（1）再生制动
在各种形式的制动中，电气制动是一种较理想的动力制动方式，它是建立在电动机工作的可逆性基础上的。
在牵引工况时，电动机从接触网中吸收电能，将电能转化为机械能，产生了牵引力，使列车加速或在线路上以一定的速度运行。
在制动工况时，列车停止从接触网接收电流，电动机改为发电机运行，将列车运行的机械能转化成电能，产生制动力，使列车减速停车或者在线路上以一定的限速运行。
再生制动的三种不同的制动控制策略：
1）能量消耗型
这种方法是在变频器直流回路中并联一个制动电阻，通过检测直流母线电压来控制一个功率管的通断。
在直流母线电压上升至700V左右时，功率管导通，将再生能量通入电阻，以热能的形式消耗掉，从而防止直流电压的上升。
由于再生能量没能得到利用，因此属于能量消耗型。
同为能量消耗型，它与直流制动的不同点是将能量消耗于电机之外的制动电阻上，电机不会过热，因而可以较频繁的工作。
2）并联直流母线吸收型
适用于多电机传动系统（如牵伸机），在这个系统中，每台电机均需一台变频器，多台变频器共用一个网侧变流器，所有的逆变部并接在一条共用直流母线上。
这种系统中往往有一台或数台电机正常工作于制动状态，处于制动状态的电机被其它电动机拖动，产生再生能量，这些能量再通过并联直流母线被处于电动状态的电机所吸收。
在不能完全吸收的情况下，则通过共用的制动电阻消耗掉。
这里的再生能量部分被吸收利用，但没有回馈到电网中。
3）能量回馈型
能量回馈型的变频器网侧变流器是可逆的，当有再生能量产生时，可逆变流器将再生能量回馈给电网，使再生能量得到完全利用。
但这种方法对电源的稳定性要求较高，一旦突然停电，将发生逆变颠覆。
4）工作原理
电动机械是一个电能转化为机械能的带有运动部件的装置，常见为旋转运动，例如电动机。
而这个转化过程常见的是通过电磁场的能量变化来传递能量和转化能量的，从更直观的力学角度来讲，是磁场大小的变化。
电动机接通电源，产生电流，构建了磁场。
交变的电流产生了交变的磁场，当绕组们在物理空间上呈一定角度布置时，将产生圆形旋转磁场。
运动是相对的，等于该磁场被其空间作用范围内的导体进行了切割，于是导体两端建立了感应电动势，通过导体本身和连接部件，构成了回路，产生了电流，形成了一个载流导体，该载流导体在旋转磁场中将受到力的作用，这个力最终成为电动机输出的扭矩中的力。
当切除电源时，电动机惯性转动，此时通过电路切换，往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源，产生磁场，该磁场通过转子的物理旋转，切割定子的绕组，定子与是感应出电动势，此电动势通过电力装置接入电网，即为能量回馈。
同时转子受力减速，此为制动。
合称再生制动。
（2）电阻制动
1）电阻制动的工作原理
电阻制动是指利用直流电机的可逆原理，在电阻制动工况时，将直流牵引电动机改为直流发电机，通过轮对将列车的动能转变为电能，消耗在制动电阻上，再以热能的形式逸散到大气中。
在这过程中，牵引电动机轴上所产生的反力矩作用于机车动轮上而产生制动力。
这种制动作用称为电阻制动。
2）电阻制动的制动力的控制及工作范围
机车施行电阻制动时，要根据不同的运行情况，对机车的制动力加以控制。
因为制动力取决于电磁转矩Mz，所以对制动力的控制就是对MZ加以控制。
根据电磁感应定律，MZ与下列因素有关：
Mz=CmΦdIz
式中Cm——电机结构常数；
Φd——他励发电机励磁磁通；
Iz——制动电流（流过制动电阻的电流）
由上式可见，控制MZ的大小有两种方法：
一是改变牵引电动机的励磁磁通Φd，二是改变制动电流Iz。
在电阻制动工况时，牵引电动机的励磁磁通Φd是通过调节同步主发电机的电压来实现的。
改变同步主发电机励磁电流或控制司机手柄位置改变柴油机转速，都可以改变同步主发电机的输出电压。
改变制动电流可以通过改变制动电阻阻值来实现，为保证机车较低速度时仍有较大的制动作用，短路一半制动电阻.
1.3.2空气制动
城轨车辆的每一个车底架上都安装一个制动控制装置，从空气压缩机里产生的压力空气通过制动电控单元的计算与分配进入制动缸，从而推动闸瓦产生摩擦制动力。
空气制动又包括弹簧停放制动、紧急制动、常用制动等。
（1）弹簧停放制
通过压力空气的充排气来实现。
当总风管的压力空气增压后，压力空气充入制动缸，阻止停放制动缸弹簧制动作用的实施；
当车辆停车时，总风管的压力空气逐渐排光，停放制动缸中的压力空气也逐渐排入大气，这时停放制动由于弹簧力作用而实施。
（2）紧急制动
紧急制动是在紧急情况下施加的制动，在列车紧急制动环线失电时，自动施加或由司机按钮施加。
紧急制动只采用空气制动，而且制动命令是不可更改的。
当需要执行紧急制动时，所有车辆都按最大值施加空气摩擦制动。
紧急制动必须是安全可靠的，此时电制动是不予考虑的。
（3）常用制动
在车辆正常状态下使用的空气制动是常用制动。
在每辆车上都有一个继电器箱，内部设有反映制动缸压力状态的制动缓解控制器的压力开关触点，空气制动的施加与缓解两根列车线在经过每辆车时串入制动缓解控制器的压力开关触点，其中空气制动施加列车线串入的是常开触点，缓解串入的是常闭触点，并组成电气环路，通过制动缓解控制器内压力变化反映到相应的触点。
1.4车辆制动机的分类
制动过程是能量转换过过程。
车辆制动机是实现将列车运行过程中巨大的动能转化为其他形式的能量，从而使列车减速或停车的一种装置。
目前我国应用最广泛的摩擦制动方式，即闸瓦压车轮踏面或闸片压制动盘产生摩擦力，通过车轮踏面与钢轨之间的作用力，从而产生制动力。
摩擦制动是将列车的动能转化为热能散发于大气中，从而达到制动的目的。
车辆制动机有以下几种：
（1）人力制动
以人力作为动力来源，用人历来操纵实现制动和缓解作用的制动机为人为制动机。
人为制动机多为手动制动机，人力制动机结构简单，不受动力的限制，任何时候都可以使用，但制动力小。
目前只作为辅助制动装置，一般将用于原地制动或调车作业中使用。
（2）真空制动
以大气压力作为动力来源，用对空气抽真空的程度（真空度）来操纵制动和缓解的制动机叫真空制动机。
真空制动机，其压力最高只能达到一个大气压，制动力小；
气密性要求高。
（3）电控制动机
电控制动机是以压力空气作为动力，利用电脑系统电信号通过电磁阀来操纵的制动机。
车辆上有电控制动系统设备，每辆车的空气制动装置配套有电控电磁阀箱。
思乘人员分别操纵电控制动系统设备的制动或缓解按钮，电信号同时控制每一辆车电控电磁阀箱的相应的电磁阀动作，实现其制动装置产生相应的作用。
（4）直通空气制动机
直通空气制动机由制造压力空气的空气压缩机；
储存压力空气的总风缸；
操纵列车制动机作用的制动阀；
贯通全列车的制动管；
将空气压力转换成机械力的制动光缸等组成。
制动阀手柄置于制动位时，总风缸的压力空气经制动阀、制动管进入各车辆的制动缸，使制动缸活塞杆推动，闸瓦压紧车轮，列车产生制动作用；
制动阀手柄移至保压位时，总风缸、制动管和大气之间的通路被遮断，制动缸和制动管保持压力不变；
制动阀手柄移至缓解位时，制动管以及所有制动缸压力空气经制动阀排气口排出，制动缸活塞被缓解弹簧推回，闸瓦离开车轮踏面，列车制动状态得到缓解。
（5）自动空气制动机
空气制动机十一压缩空气为动力来源，用空气压力的变化速度来操纵的制动机。
自动空气制动机在每辆车上增加了三通阀及副风缸。
副风缸在缓解位储存好车辆制动时所需的压力空气，制动时，各制动缸的压力空气就近取自车辆的副风缸；
缓解是，各制动缸的压力空气经车辆的三通阀排气口排出。
图1.2自动空气制动装置原理图
（6）轨道电磁制动机
在每个转向架上设有可起落的电磁铁，司机操纵制动时，将悬挂在转向架上导电后起磁感应的电磁铁放下压紧钢轨，使它与钢轨发生摩擦而产生制动力。
其优点是制动力不受车轮和轨道间的粘着系数限制。
不易使车轮滑行，但重量较大，增大了车辆的自重并加速了钢轨的磨耗。
1.5小结
人为的制止列车运动，包括使其减速、阻止其运动或加速，都是制动。
反之堆积施行制动的列车，解除或减弱其制动作用，都称为缓解。
为了使列车能施加制动和缓解而安装在列车上的设备，称为制动装置。
本章主要介绍了制动的方式、城轨制动机的种类及其工作原理。
第二章风源系统
2.1概述
车辆风源系统是车辆空气管路系统的基础，也是全列车空气管路系统的基础。
一般情况下，城轨车辆采用电动车组模式，以单元进行编组，所以其风源系统也是以单元来供气，每一个单元设置一套风源系统，相邻车辆的主风管道通过截断塞门和软管相连，由两个以上单元组成的列车就具有两套以上风源系统。
风源系统主要包括：
空气压缩机组、主风缸、脚踏泵以及空气管路系统。
用风设备主要包括：
制动装置、空气悬挂装置、车门控制装置，以及风喇叭、刮雨器、受电弓气动控制设备、车钩操作气动控制设备等。
风源系统制造的压缩空气为用风设备的驱动提供动力，而压缩空气的净化和干燥处理是不可或缺的，其目的是除去压缩空气中所含有的灰尘、杂质、滴油和水分等，保证制动系统及其他用风设备能长时间可靠地工作。
风源系统主要：
主空气压缩机，简称主压缩机组、总风缸，又称主风缸、空气压力控制器，又称空气压力调节器、空气干燥器、无负载起动电磁阀。
2.2空气压缩机
空气压缩机是用来产生压缩空气的装置。
城轨用的空气压缩机要求具有噪声低、振动小、结构紧凑、维护方便。
环境实用性强的特点，其直流驱动电机已逐渐被交流电机驱动取代。
目前，城轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机两种。
图2.1空气压缩机气路示意图
1）空压机的综合作用原理
当电动机通过联轴驱动空压机曲轴旋转时，三个活塞作上、下往复运动。
当低压活塞下行时，因气缸内压力小于大气压力，外界空气经滤清器及气缸盖一级进气道，压开阀片进入气缸。
当低压活塞上行时，压缩空气顶开气阀片进入气缸盖一级排气通道，并且两个低压气缸排出的压缩空气汇集一起，进入中冷器（此时温度为130～150℃，压力为260Kpa左右）。
一级压缩后的压缩空气在中冷器中作二次往复流动，被充分冷却后（温度降至55℃，压力230Kpa）即通过气缸盖二级排气道进入高压气缸作二级压缩。
被排出的高压气缸的压缩空气最后由气缸盖二级排气通道输出，经逆止阀等进入总风缸储存备用。
图2.2空气压缩机气体压缩过程示意图
2.2.1螺杆式空气压缩机
螺杆空压机与活塞空压机相同，都属于容积式空压机。
从使用效果来看螺杆空压机有如下优点。
（1）可靠性高。
螺杆空压机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达4～8万小时。
（2）操作维护方便。
螺杆空压机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。
（3）动力平衡好。
螺杆空压机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合作移动式空压机，体积小、重量轻、占地面积少。
（4）适应性强。
螺杆空压机具有强制输气的特点，容积流最几乎不受排气压力的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率，在空压机结构不作任何改变的情况下，适用于多种工况．
（5）噪声低、振动小。
螺杆式空气压缩机工作时，旋转部件两个螺杆的运动没有质心位置的变动，所以没有产生振动的干扰力。
阴、阳螺杆和机壳之间相互密贴和啮合的间隙是通过喷油实现密封和冷却的，不产生机械接触和摩擦，因而噪音低。
螺杆式空气压缩机的工作原理：
该压缩机的工作过程分为进气、压缩、排气三个阶段，如图所示2.3流程图。
图2.3螺杆式空气压缩机系统流程图
1-螺杆式空气压缩机；
2-联轴器；
3-冷却风机；
4-电动机；
5-空、油冷却器（机油冷却单元）；
6-冷却器（压缩空气后冷单元）；
7-压力开关；
8-进气阀；
9-真空指示器；
10-空气滤清器；
11-油细分离器；
12-最小压力维持阀；
13-安全阀；
14-温度开关；
15-视油镜；
16-泄油阀；
17-温度控制阀；
18-油气筒组成；
19-机油过滤器；
20-逆止阀。
（1）进气过程。
螺杆空压机的工作过程详细分析之进气过程：
转子转动时，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子齿沟空间与进气口的相通，因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。
当气体充满了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封闭。
（2）压缩过程。
螺杆空压机的工作过
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