完整版城轨制动系统毕业设计.docx

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完整版城轨制动系统毕业设计

第一章制动系统的概述

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间。

实施制动简称为上闹，也可简称为下闸。

使制动得到缓解简称为松闹。

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。

（3）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制动机发展史

1825年9月27日，在英国的斯多克顿至达林顿之间建成了世界上第一条铁路，于是世界上第一列蒸汽机车牵引的列车开始运营。

但是所使用的制动机是人力制动机。

在工作中，需要设置多名制动员，当运行中的列车需要制动时，司机发出信号，由制动员分别操纵每一节车上的手制动机进行制动。

可见，人力制动不仅使工作在较恶劣环境中制动员的劳动强度增大，更主要是大大降低了车辆制动的同时性，从而造成严重的制动冲击，影响制动效果。

1869年，美国工程师乔治·韦斯汀豪斯发明了世界上第一台空气制动机——直通式空气制动机。

直通式空气制动机属于气动装置，并且由司机单独操纵，所以与人力制动机相比，大大提高了列车制动的同时性，减小了制动冲击，改善了列车的制动效果。

但是，由于直通式空气制动机自身的工作机理，使其在运行过程中，存在着致命的弱点——当列车分离时，列车将失去制动作用。

1872年，乔治·韦斯汀豪在直通式空气制动机的基础上，研制了一种新型的空气制动机——自动空气制动机。

自动空气制动机克服了直通式空气制动机的致命缺陷，从而在铁路运输中，得到了广泛的应用，甚至直到科技发展的今天，世界各国铁路运输的列车所使用的空气制动机，其工作原理均源自自动式空气制动机。

20世纪60年代，随着科学技术的发展，电空制动技术在铁路运输中广泛应用，产生了电空制动机，从而改善了制动机的工作性能，为铁路运输提供了更为可靠的安全措施。

1.3制动方式

制动方式是指列车制动时制动力获得的方法按制动力的形成方式。

制动方式可分成摩擦制动和非摩擦制动两大类。

1.3.1摩擦制动

摩擦制动是通过物体间的相互摩撩，将物体的动能转化为热能，从而产生调动作用。

摩擦制动可分为以下几种。

（一）闸瓦制动。

闸瓦制动是在制动时使闸瓦与车轮踏面接触，利用闹瓦与车轮踏面的摩擦，将列车的动能转化为热能，最终逸散在大气中。

其制动力的大小可以通过问瓦与车轮问的压力进行调节。

由于这种制动方式结构比较简单，制动效果较好，因此，这是目前机车、车辆普遍采用的制动方法。

但这种制动方法存在以下缺点：

一是制动力的大小受轮轨问的黏着力限制。

二是闸瓦的摩擦系数是非线性的，且随着列车速度的增大而减小，应用中表现为高速时制动力不足，低速时制动力过大；三是增加了车轮踏面的磨损。

（二）盘形制动。

制动时，使制动钳夹紧固定在车轴或车轮上的制动盘，利用制动钳上摩擦片与制动盘的摩擦，将列车的动能转化为热能并散发到大气中，达种制动方式即为盘形制动，盘形制动的摩擦系数比较稳定，且减小了车轮踏面的磨损，是高速旅客列车采用的一种制动方法，但其结构比较复杂。

（三）磁轨制动。

磁轨制动又称轨道电磁制动。

制动时，将电磁铁放下与钢轨相吸，通过电磁铁与钢轨的摩擦产生制动力。

这种制动方法与闸瓦制动、盘形制动相比，制动力的大小不受轮轨间的摩擦力限制，有利于缩短制动距离，但钢轨的磨损严重。

1.3.2非摩擦制动

非摩擦制动是指制动时通过非接触的方式产生制动力，目前城轨上常用的非摩擦制动有以下几种。

（一）电阻制动电阻制动是电传动内燃机车、电力机车广泛采用的辅助制动方法。

制动时，将牵引电机转换为发电机，把列车的动能转换为电能．再由电阻器转换为热能散发到大气中。

制动时，制动力的大小可以由牵引电机中的励磁电流进行控制。

（二）再生制动再生制动与电阻制动类似，所不同的是，再生制动可将牵引电机发出的电能通过电力设备反馈回供电系统加以利用。

制动力的大小可以进行调节。

它是现代电力机车和电动车组广泛采用的一种辅助制动方法。

1.4制动机的分类

制动机按用处可分为机车制动机、客货车制动机及高速列车制动机；其动力来源可分为手制动机、真空制动机、空气制动机、电空制动机等。

（一）手制动机。

以人力作为动力来源，用手来操纵划动和缓解的制动机叫手制动机。

手制动机结构简单不受动力的限制，任何时候都可使用，但制动力小，目前只作为辅助制动装置，一般仅用于原地制动或在调车作业中使用。

（二）真空制动机。

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。

真空制动机压力最高只能达到一个大气压，制动力小，气密性要求高。

要增大制动力只能通过扩大制动缸的直径或者提高制动倍率来实现。

这样．不仅增加了车辆自重，调整制动缸活塞行程的工作量大量增加，而且列车编组长度也受到限制。

我国只在部分援外车辆上安装这种制动祝。

比如20世纪70年代援助坦桑尼亚—赞比亚的铁路车辆安装的即为真空制动机。

（三）空气制动机。

空气制动机是指以压缩空气为动力来源，用空气压力的变化来操纵的制动机。

空气制动机根据不同的作用原理又可分为直通式空气制动机、自动式空气制动机和直通自动空气制动机。

（四）电空制动机。

电空制动机是以压缩空气作为原动力，利用电来操纵的制动机。

这种制动机的主要优点是全列车能迅速发生制动和缓解作用，列车前后部制动机动作一致性较好。

制动距离短，适用于高速旅容列车。

1.5制动系统的重要作用

对轨道交通来讲，制动系统有着非常重要的作用。

制动系统作用的可靠性是列车行车安全的基本保证。

列车因故障不能出发不会有什么危险，若在运行中因制动装置故障不能停车，则后果是不堪设想的。

所以我国和谐号CRH动车组列车的制动控制系统设计理念是故障导向安全，采用多级制动控制方式和制动能力冗余设计。

安全第一．“不止不行”。

对现代轨道交通而言，制动的重要作用早就不仅仅是安全的问题了，制动已经成为限制列车运行速度和牵引力进一步提高的重要因素。

现代轨道交通列车正朝着高速重载方向发展，运行速度越高，牵引力越大，需要的制动力也就越大。

如果只提高运行速度及牵引力而没有更大功率的制动装置来保证，结果只能跑而不能停，其高速重载就不可能实现。

所以．制动装置的重要作用在于：

一方面使列车在任何情况下减速或停车，确保行车安全；另一方面也是提高列车运行速度、提高牵引力（即提高轨道交通运输能力）的重要手段。

从安全的目的出发，一般列车的制动功率要比驱动功率大5～10倍。

列车的制动能量和速度成平方关系，时速200～300km/h动车组的制动能量是普通列车的4～9倍。

可见，能力强大的制动装置对于保证列车高速、重载、安全运行有着至关重要的意义。

衡量一个国家的轨道交通水平，首先要看能制造多大牵引力的机车。

而牵引与制动是互相促进的，没有先进的制动技术就没有现代化的轨道交通。

1.6本章小结

这一章主要写制动系统的概述，写到了制动的概念，制动机的历史，制动的方式，制动机的分类和制动机的重要性。

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”。

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。

城轨的制动模式有常用制动、快速制动、紧急制动、弹簧停放制动、停车制动等。

制动方式可以按照摩擦制动和非摩擦制动分。

摩擦制动包括了盘形制动、闸瓦制动、磁轨制动。

磁轨制动一般用在高铁、动车。

非摩擦制动城轨里常用的是再生制动和电阻制动。

对城轨来讲，制动系统是起着非常重要的作用的，制动系统作用的可靠性是列车行车安全的基本保证。

而且现在牵引和制动是相关的，没有良好的制动，那有非常好的牵引，也是运用不起来的。