城轨车辆制动系统毕业设计说明书.docx

1、城轨车辆制动系统毕业设计说明书毕业设计说明书课题名称：城轨车辆制动系统分析2014届毕业设计任务书一、课题名称：城轨车辆制动系统的原理分析二、指导老师：三、设计内容与要求1.课题概要城市轨道交通运输是我国交通运输网络的重要组成部分，它的发展与城市经济的发展息息相关。目前，世界各地的主要政治、经济、文化等中心城市都兴建了不同形式的轨道交通运输网，有些还成为所在城市的重要景观和标志性建筑。我国北京、上海、广州、南京等城市的地下铁道已经开通，成为这些城市市内交通运输的支柱。 另外还有许多其他的城市交通网也在筹建和建设之中。城市轨道交通运输的发展必将为我国经济的发展插上腾飞的翅膀。地铁车辆制动系统用于

2、保证地铁车辆的运行安全，具有多种操作模式，与传统列车制动系统相比，结构和工作原理更为复杂。通过对此课题的学习和设计，使学生能更好的理解地铁车辆制动和空气管路系统的工作原理，培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力，提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来分析解决本专业相应问题的能力，使学生树立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法 ，完成工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。2.设计内容与要求1、熟悉地铁制动在铁路运输中的作用。2、简单介绍地铁车辆制动系统的组成。3、详细分析地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程。4分析现有制动系统存在的不足之处，利用自己所学的专业知识，提

3、出改进设计意见和具体实施方案。四、设计参考书1.城市轨道交通车辆制动技术 殳企平编著 水利水电出版社2.列车制动 侥忠主编 中国铁道出版社3.电力机车制动机 那利和主编 中国铁道出版社4. 5 .6. 7. 五、设计说明书内容1.封面2.目录3.内容摘要（200400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）六、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。

4、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。七、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，内容包括课题的任务、目的和意义，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。2.毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字

5、，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。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

6、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 ABSTRACTA device for making train can carry out the brake and release and is installed on the train called brake system. Because the grouping form city track traffic vehicle and

7、 railway vehicle is different, generally by the EMU power dispersed, so can be divided into the electric braking device and a driving brake device. A train braking device at least comprises two parts, namely the brake control and brake actuator. The brake control section consists of a brake signal g

8、eneration and transmission device and brake control device. At present, the brake control part of the main air brake control part and the electro pneumatic braking control part two categories. Brake actuator is usually referred to as the foundation braking device, including brake, disc brake, magnet

9、ic rail braking in different ways.This paper will take the city rail transit vehicle braking system as research object, starting from the basic concepts and basic theory, to explain the function and the structure and main components of the brake system.Key word： Urban rail brake system control theor

10、y 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

11、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，

12、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80 km/h、100 km/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

13、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

14、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，

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、，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

21、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

22、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

23、。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

24、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

25、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制动机的重要标志。例如：1、空气制动机的作用动力和控制信号均为压缩空气（又称压力空气）；2、电空制动机的作用动力也是压力空气，但其控制信号则为电信号。因此了解制动机的作用动力和控制信号是分析和掌握该制动机工作过程的基本前提。1.4.1 制动方式理论上，常以制动方式区别不同方式的制动。 制动方式是指制动过程中列车动能的转移方式或制动力的形成方式。按照列车动能转移方式的不同，制动方式可分为热逸散和将动能转换成有用能两种基本方式。分类如下： 闸瓦制动 固体摩擦制动 盘形制

26、动 摩擦制动 轨道电磁制动 液体摩擦制动热逸散 电阻制动 动力制动 旋转涡流制动 轨道涡流制动 再生制动能量转换 飞轮储能制动按照制动力形成方式不同，制动方式又可分为黏着制动和非黏着制动。制动里的形成是通过轮轨间黏着来实现的制动，称之为黏着制动；反之，不通过轮轨间的黏着来形成制动力的制动，称之为非黏着制动。制动类型分类备注黏着制动摩擦制动闸瓦制动广泛应用盘形制动动力制动电阻制动在电力机车上普遍采用再生制动在电力机车上采用加馈电阻制动在电力机车上普遍采用惯性制动飞轮储能制动非黏着制动磁轨摩擦制动在高速机车，动车组上采用，目前尚未普及磁轨涡流制动分阻制动及喷气制动1.4.2 制动机分类 制动机包括

27、：（1）按作用对象可分为机车制动机和车辆制动机；（2）按控制方式和动力来源可分为空气制动机、电空制动机和真空制动机等。无论机车制动机采用何种制动机（如空气制动机、电空制动机等），都要可靠的完成以下任务：（1）对列车制动系统进行灵活、准确的操纵和控制；（2）向整个列车制动系统提供质量良好的动力（如压力空气）。1.5 城轨车辆制动系统的要求和组成 城市轨道的交通的特点是安全、快捷、准时、方便。它的站距比较短，行车速度快，乘客上下数量波动大，发车频率高。因此对车辆启动、加速和制动都是有很高的要求。特别是对制动，出于安全考虑，必须做到万无一失。1.5.1 城轨车辆制动系统的的要求综合起来，城轨车辆制动

28、系统应满足一下的要求：（1） 制动系统应具有足够的制动能力，能保证车辆在规定的制动距离内停车。制动系统应操作灵活、反应迅速、停车平稳。（2） 制动系统应包括电气制动和空气制动两种制动方式，并且在正常制动过程中，优先电气制动，减少空气制动对环境的污染并且降低车辆维修成本。（3） 制动系统应具有可靠的安全系数，即使个别车辆发生故障或者在坡道上运行，也应有足够的制动力，保证列车可靠制动停车。（4） 车辆应具有载荷矫正能力，能更具乘客载荷量自动调节制动力，使车辆制动力恒定，保证乘客的舒适性。（5） 制动系统必须具有紧急制动或者快速制动功能。除了由司机操作外，还可由其他工作人员操作。1.5.2 城轨车辆

29、制动系统的组成根据城轨车辆的特点，制动系统一般包括下面几个部分：（1）电气制动系统。他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、空气干燥机和风缸等；控制部分有电空转换阀、紧急阀、称重阀和中继阀等；执行部分就是闸瓦制动装置和盘式制动装置等。（3）指令和通信网络系统。它既是传送司机命令的通道，同时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。1.6 本章小结本章主要是简单的描述了制动系统。通过本章可以了解到制动系统的

30、基本概念，什么是制动，制动机的历史，国内外的制动系统和制动方式及制动机的分类和城市轨道车辆制动系统的主要功能和组成。制动是人为的使列车的减速或阻止其加速的过程。从能量的角度看我们转移来看可以分成热逸散和将动能转换成有用能两种。在城轨里采用的热逸散的制动有闸瓦制动、盘形制动和电阻制动；能量转换的制动就是再生制动。制动机的分类是看动力源和控制方式来分，比如电制动的动力源是电，而空气制动机的的动力源是空气，电空制动机的动力源是空气但是它是通过电信号来触发的。制动机从历史发展从手制动机发展到直通空气制动机，再发展到自动空气制动，一直到现在的电空制动机等等。国外的制动机是很多的，德国的KNORR制动系统

31、、日本NABTESCO制动系统和英国WESTINGHOUSE制动系统等等，他们都被上海地铁、广州地铁、北京地铁等等广泛应用。城轨的制动系统由电气制动系统，空气制动系统，指令和通信网络系统组成。它的要求很多有（1）拥有足够的制动力（2）要拥有电制动和空气制动（3）车辆要具有载荷矫正能力（4）要拥有可靠的安全保障系数（5）要具有紧急制动能力。第2章 风源系统及空气制动机一般情况下，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。2.1 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。2.1.1 活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机由固定机构、运动机构、进/排气机构、中间冷却装置和润滑装置等及部分组成。其中固定机构包括机体、气缸、气缸盖；运动机构包括曲轴、连杆、活塞；进/排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中间冷却器、冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等，如图2-1所示。