单元一制动基础知识ppt课件.ppt

,教学目标,1.掌握制动系统的基本概念,单元1 城市轨道车辆制动系统概述,2.掌握车辆制动系统的分类,3.了解制动系统应具有的基本要求,一.基本概念,1列车制动系统和列车制动装置 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”，亦可简称为“下闸”，使制动得到缓解简称为“松闸”。 现代轨道交通车辆的制动系统是由动力制动系统和空气制动系统及指令和通信网络系统三部分组成的。,1.1 制动的基本概念和制动系统的重要作用,（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，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。,一、基本概念,2制动作用和缓解作用 （1）制动：人为地制止物体的运动，包括使其减速、阻止其运动或加速运动，均可称之为“制动” （2）缓解：对已经施行制动的物体，解除或减弱其制动作用，均可称之为“缓解” 对于运动着的列车，欲使其减速或停车，就要根据需要施加于列车一定大小的与其运动方向相反的外力，以使其实现减速或停车作用，即施行制动作用；列车制动停车后起动加速前或运行途中限速制动后加速前均要解除制动作用，即施行缓解作用,3.制动的实质： （1）能量的观点：将列车的动能变成别的能量或转移走。 （2）作用力的观点：制动装置产生与列车运行方向相反的力，使列车尽快减速或停车。 4制动机：产生制动原动力并进行操纵和控制的部分设备。 5制动力：由制动装置产生的与列车运动方向相反的外力。 对轨道交通机车车辆而言，制动力是制动时由制动装置产生作用后而引起的钢轨施加于车轮的与列车运行方向相反的力。,5制动力：由制动装置产生的与列车运动方向相反的外力。 对轨道交通机车车辆而言，制动力是制动时由制动装置产生作用后而引起的钢轨施加于车轮的与列车运行方向相反的力。6.基础制动装置：传送制动原动力并产生制动力的制动执行装置7.制动距离：从司机施行制动的瞬间起（将制动手柄移至制动位），到列车 速度降为零列车所行驶的距离，其综合反映列车制动装置的性能和实际制动效果的主要技术指标。,二.城市轨道交通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动车列车速度，包括进站停车所实施的制动，特点是作用缓和与制动力的可以连续调节，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 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 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% )。这种制动方式在紧急情况下、制动系统各部分作用均正常时所采取的一种制动方式，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保压制动 保压制动是为防止车辆在停车前的冲动，使车辆平稳停车，通过ECU内部设定的执行程序来控制。 第一阶段：当列车制动到速度8Km/h，DCU触发保压制动信号，同时输出给ECU，这时，由DCU控制的电制动逐步退出，而由ECU控制的气制动来替代。 第二阶段：接近停车时（列车速度0.5Km/h），一个小于制动指令（最大制动指令的70%）的保压制动由ECU开始自动实施，即瞬时地将制动缸压力降低。如果由于故障，ECU未接收到保压制动触发信号，ECU内部程序将在8Km/h的速度时自行触发。,5弹簧停放制动 为防止车辆在线路停放过程中，发生溜逸，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闸瓦作用于车轮踏面来形成制动力。以前停放制动也有叫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，叫停放制动较好。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。 6. 停车制动 对于地铁列车来说，通常把停车前的这一段空气制动过程称为停车制动或保持制动。当停车制动使列车减速到极低速度以后。为减小冲动。制动力会有所降低，上海和广州地铁是在减速至4 kmh左右，制动力降至70KPa (提供的资料是70？)，停车制动具有常用制动的特点。,三.制动系统的重要作用,对轨道交通运输来讲，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重量进一步提高的重要因素。现代轨道交通列车正向着高速重载方向发展，运行速度越高，牵引重量越大，需要的制动力也就越大，如果只提高运行速度及牵引重量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，提高牵引重量，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510倍。列车的制动能量和速度成平方关系，时速200km/h300k/h动车组的制动能量是普通列车的49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运输水平，首先要看能制造多大牵引力的机车，但牵引与制动是互相促进的，无先进的制动技术就没有现代化的轨道交通运输。,一.城市轨道交通制动系统的发展,随着20世纪初科学技术的发展，制动技术方面，逐步发展为空气制动机。我国最早使用L3型三通阀客车制动机。20世纪60年代末103型货车分配阀和104型客车分配阀,104得到全面推广使用，从此GL3型三通阀停止生产，1989年铁道部又通过F8型客车分配阀技术鉴定，104型和F8型空气制动机成为我国旅客列车使用的主型制动机，可混编使用。 所谓的空气制动机就是用压力空气作为制动的动力来源，并用压力空气的压力变化来实现列车的制动和缓解作用的制动装置。这种空气制动机被广泛应用于铁路、地铁、轻轨、独轨等轨道交通车辆上。空气制动机在我国和世界各国的机车和客、货车辆上使用。我国上世纪60年代未开通的北京地铁使用DK型电空制动机，DK型电空制动机它是由电磁阀组和制动阀控制的空气制动。它的特点是当扳动制动阀手柄进行空气制动的同时，装在制动阀上面的电空制动控制器相应地发生作用。,1.2 城市轨道交通车辆制动系统的发展历程,这时，空气制动和电气控制作用同时产生，当电制动失效时空气制动还能发生作用。 DK型电空制动机空气制动部分是在铁路客车原LN型空气制动机的基础上加以改造的，主控机构先期直接采用GL3型三通阀，由于城市轨道交通车辆空重车重量相差较大，所以加装了空重车调整装置，基础制动装置为踏面制动。后来对DK型电空制动机进行了进一步改进，仿照客车分配阀设计了膜板分配阀，在操作灵活性和可靠性方面与GL3型三通阀相比有了较大的提高。但DK型制动系统在电阻制动与空气制动的匹配上采用切换方式，因而制动力控制性能较差。,一.城市轨道交通制动系统的发展,最近由于电力电子变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精确和完善。数字式电空制动机开发从20世纪70年代开始，由长春客车厂与铁道部科学研究院合作研究开发地铁车辆用的SD型数字式直通电空制动机。此项技术是传统的轨道机车车辆制动机在地铁上的一个飞跃。该制动系统缩短了空走时间和制动距离，改善了车辆制动的一致性，其性能比较先进：列车导线传递PWM（脉宽调制）控制信号，手控15级，自动驾驶64级，车辆制动机解码，电制动优先，电-空制动相互匹配。它具有制动压力准确、传输速度快、司机操作方便，可实现空气制动与电气制动自动配合的优点。这项技术在凸轮变阻车、斩波调压车、斩波调阻车上得到了广泛应用。但采用这种控制技术，动力制动的制动力在制动初期上升较慢，而列车快要停车时又衰减较快，需要空气制动力进行补充。该制动系统较DK型自动式电磁空气制动系统在动力制动与空气制动的配合、制动和缓解的一致性、 与控制、动力制动能力的充分运用上存在着改进的余地，而且在实践中，控导阀的性能受材料和工艺的影响极大，所以SD型电空制动机系统已被逐步淘汰。,一.城市轨道交通制动系统的发展,十几年来，我国已修建了近千公里城市轨道交通线。这些线上城轨车辆的制动系统大都采用微机控制直通电空制动系统，原理基本相同，但在具体的实施方法上有所区别。主要有以下四种形式。 一是以上海和广州 1、2 号线为代表的德国 KNORR公司的城市轨道车辆制动系统，它是目前国内 A 型车上运用最广的制动系统。该系统为模拟式制动系统， 制动指令采用 PWM 信号或网络信号，它们被传递到每个车辆的微机制动控制单元。微机制动控制单元一般单独设置在车厢内。而气制动控制单元由2块气动集成板和风缸等组成，分别固定在车辆底架下。系统结构紧凑。目前深圳、南京地铁车辆和大连轻轨车辆，甚至部分国内试制的高速电动车组上也采用了该制动系统。,一.城市轨道交通制动系统的发展,二是以北京、天津为代表的B型车上采用较多的日本NABCO公司生产的HRDA型制动系统。系统为数字式制动系统。即常用制动指令采用3根指令线编码，共7级。微机制动控制单元与气制动控制单元集成在一起，固定于车辆底架下面。由于采用了流量比例阀进行EP控制，因此气制动控制单元较为简单。在武汉轻轨和重庆独轮轨等项目上也采用了此制动系统。基础制动根据车辆的不同有所区别。 三是以上海3号线、5号线为代表的原英国 Westinghouse 公司的微机控制直通电空制动系统。系统按整车模块化原则设计，集成度较高。它将微机制动控制单元、气制动控制单元、风缸、风源等除必须安置在转向架附近的部件外，全部在一个安装架上集成安装，方便运用维护。该系统同样采用PWM信号传递制动指令，为模拟式制动系统。EP转换采用4个开关电磁阀闭环控制的方法。,一.城市轨道交通制动系统的发展,四是德国KNORR公司生产的架控式EP2002型制动系统，目前得到了广泛应用，所谓架控形式，就是在一个转向架上装一个EP2002阀，一个EP2002阀只控制一个转向架。如果一个EP2002阀出现故障，只需切除一个转向架上空气制动控制，使故障对列车运行的影响减至最小。中国广州地铁3号线是世界上第一个使用EP2002型制动系统的用户。 五是广州地铁公司与铁道部科学研究院在2008年12月开始研制开发的架控式EP09型制动系统，在2010年8月10日通过专家评审，现已在广州地铁3号线、北京地铁15号线上装车使用，性能可靠。具有完全自主知识产权的EP09型架控式制动系统的研制成功，是在变压变频交流传动系统、微处理器模拟直通电空制动系统上的一项重大突破，地铁车辆制动系统是地铁的关键部件，此项技术一直为国外垄断，为彻底打破国外技术垄断，为我国城市轨道交通车辆制动系统国产化做出了突出贡献。,一.城市轨道交通制动系统的发展,二.地铁制动系统形式的选择,常用的地铁制动系统主要有数字式和模拟式两种形式， 二者的主要区别在于制动指令的传输方式上，对于数字式而言是将司机控制器或ATO（列车自动驾驶）系统传来的制动指令信号，通过代表不同意义的信号线输出信号（如开关指令）来划分成不同的制动等级，控制后部车辆制动装置，制动指令（制动力指令值）是有级传输的，常用制动指令划分越细，所需要的信号线越多，如SD型制动系统采用七级模板阀控制即通过司机控制器发出的开关信号，控制三个电磁阀不同的开关组合，产生七个等级的制动控制压力。 模拟式制动系统是用模拟量作为制动指令，通常是将司机控制器或ATO系统传来的制动指令信号，经编码器后，以脉宽调制（PWM）信号形式或直流电压方式等，经列车指令控制线传到后部车辆，脉宽调制信号以占空比的大小代表不同的制动指令。制动指令（制动力指令值）是无级传输的。如上海、广州地铁及北京地铁新造车均采用了模拟式制动系统。,1.2 城市轨道交通车辆制动系统的发展历程,（一）常用的数字式制动系统特点： 1反应迅速，可靠性好； 2电信号没有临界限制，制动力一般只根据载荷变化进行调整； 3除了信号传给系统外，其他部分结构较为简单； 4有些数字式制动系统如气运算型等，空气制动与动力制动的混合使用比较困难，特别适合于动力制动和空气制动单独使用的地铁列车； 5由于制动指令是有级传输的，与列车自动驾驶系统一起使用的适应性不如模拟式制动系统。,（二）模拟式制动系统特点： 1指令传输系统简单； 2由于采用微机控制，能容易地增加诸如根据载荷变化进行控制；减速度控制和减速度微分控制等功能。能够控制列车或列车基本单元内的制动力分配，如动力制动剩余制动力可用于施车制动，也可对动力制动和空气制动进行防滑控制，不必另设防滑控制单元。 3能够适应空气制动和动力制动的混合作用； 4由于制动指令是无级传输的，能对制动系统精确控制。所以能更好的适应列车自动驾驶的要求。 现在的数字式制动系统除了指令传输外，其余部分的结构和功能应可以与模拟式相同或相近，如混合使用，适应ATO驾驶等。但是，对于数字式而言，无论如何其制动指令是有级传输的的，控制的越精确，信号线越多，信号传输系统越复杂，越容易发生故障。模拟式的信号传输系统简单，而且从理论上讲，可以做到无级传输，有利于精确控制。因此，模拟式制动系统更适应于地铁列车。我国地铁列车制动系统的发展方向应是模拟式制动系统。,四.地铁车辆一般制动设计原则,1.电制动为主。 2.紧急制动由空气制动提供 。 3.车辆停放时制动由弹簧力提供，压缩空气缓解。 4.在电制动不足情况下，动车与拖车分别根据各自车辆所接收的制动指令，同时施加空气制动。 5.在电制动失效或紧急制动过程中，空气制动将代替电制动，且根据车辆载重施加空气制动。 6.低速运行时，由空气制动代替电制动，实施保持制动使列车停车。 7.当车辆需要运行时，保持制动由牵引指令进行缓解，并随着车辆牵引力的不断增大，保持制动逐渐缓解，可以防止牵引力不足时，制动完全缓解造成的车辆后退。,1.2 城市轨道交通车辆制动系统的发展历史,一.按城轨列车动能转移方式分类,按照制动时列车动能的转移方式不同可以分为摩擦制动和动力制动。 （一）摩擦制动。通过摩擦副的摩擦将列车的运动动能转变为热能，消散于大气，从而产生制动作用。城轨车辆常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动、盘形制动和磁轨制动。 1闸瓦制动。又称踏面制动，它是一种最常用的一种制动方式，如图1-1所示。制动时闸瓦压紧车轮，轮、瓦之间发生摩擦，交列车的运动动能通过轮、瓦摩擦转变为热能，消散于大气中。 2盘形制动。如图1-2所示。图1-2（a）为轴盘式整体制动盘；图1-2（b）为轮盘式制动盘在车轮上安装情况。图1-2（c）为安装轮盘式制动盘的轮对；图1-2（d）为制动盘在轮对上安装的实物图。盘形制动是在车轴上或在车轮辐板侧面安装制动盘，用制动夹钳使用合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转化为热能，消散于大气从而实现制动。制动盘安装在车轴上称为轴盘式，制动盘安装在车轮侧面称为轮盘式。非动力转向架一般采用轴盘式，动力转向架由于轴身上装有齿轮箱，安装制动盘困难，所以采用轮盘式。,1.3 城市轨道车辆制动机的种类,一.按城轨列车动能转移方式分类,图1-1 城轨车辆上采用的单元风缸式闸瓦制动,一.按城轨列车动能转移方式分类,（） （）,（）（）图12 盘形制动装置示意图,一.按城轨列车动能转移方式分类,3、轨道电磁制动机 轨道电磁制动，又叫磁轨制动，如图13所示。在转向架构架侧梁4下通过升降风缸2安装有电磁铁1，电磁铁下设有磨耗板5。以电操纵并作为动力来源。制动时，将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。其优点是制动力不受轮轨间粘着的限制，不易使车轮滑行。但重量较大增加了车辆的自重。在高速旅客列车上与空气制动机并用（特别是在紧急制动时），可缩短制动距离。如北京地铁机场线由于列车运行速度较高，最高时速可达100km/h，该车组上装有轨道电磁制动机。,一.按城轨列车动能转移方式分类,图1-3 磁轨制动 1-电磁铁；2-升降风缸； 3-钢轨；4-构架侧梁；5-磨耗板。,一.按城轨列车动能转移方式分类,（二）动力制动。也称电制动，列车制动时，将牵引电机变为发电机，使动能转化为电能对这些电能不同处理方式形成了不同方式的动力制动。城轨车辆上采用的动力制动的形式主要有再生制动和电阻制动，都是非接触式制动方式。 1、再生制动 再生制动是把列车的动能通过电机转化为电能后，再使电能反馈回电网。显然，再生制动比电阻制动更加经济，既节约能源，又减少制动时对环境的污染，并且基本上无磨耗。因此，90年代后在各国的动车组和城市轨道交通车辆上获得了广泛应用。 2、电阻制动 电力机车、电传动的内燃机车、带动力驱动的动车组和城市轨道车辆等，在制 动时，使自励牵引电动机变为他励发电机，将发出的电能消耗于电阻器上，采用强迫通风，使热量消散于大气而产生制动作用。高速时制动力大，低速时效率减低，所以与空气制动机同时采用。电阻制动一般能提供较稳定的制动力，但车辆底架下需要安装体积较大的电阻箱，增加了车辆自重。,二.按制动力形成方式分类,根据列车制动力的获取方式不同，可分为黏着制动与非黏着制动。 （一）黏着制动。制动时，（以闸瓦制动为例）车轮与钢轨之间有三种可能的状态： 1、纯滚动状态。车轮与钢轨的接触点无相对滑动，车轮在钢轨上做纯滚动。这时，车轮与闸瓦之间为动摩擦，车轮与钢轨之间为静摩擦，车轮与钢轨之间可能实现的最大制动力是轮轨之间的最大静摩擦力。这是一种难以实现的理想状态。 2、滑行状态。车轮在钢轨上滑行，此进车轮与钢轨之间的滑动摩擦为列车制动力。这是一种必须避免的事故状态，由于滑动摩擦系数远小于静摩擦系数，因此一旦发生这种工况，制动力，制动力将大大减小，制动距离会延长；同时车轮在钢轨上长距离滑行，将导致车轮踏面的擦伤，危及行车安全。,1.3 城市轨道车辆制动机的种类,二.按制动力形成方式分类,3、黏着状态。列车制动时，车轮与钢轨的接触处即非静止，亦非滑动，车轮在钢轨上滚动的同时又有滑动趋势，这种状态称为黏着状态。黏着状态下车轮与钢轨间的最大水平作用力称为黏着力。制动时，可能实现的最大制动力不会超过黏着力。黏着力与轮轨间垂直载荷的比值，称为黏着系数。依靠黏着滚动的车轮与钢轨黏着点之间的黏着力来实现车辆制动称为黏着制动。黏着制动时，为了能得到较大的制动力，需要具有较高的黏着系数。然而黏黏着系数受列车运行速度、气候条件、轮轨表面状态以及是否采取增黏措施等诸多因素的影响，是一个有很大的离散性参数。所以目前尚未有黏着系数的理论公式。轮轨间的黏着系数随列车运行速度的提高而下降，各国都采用大量的试验来获得经验公式，比如日本新干线的黏着系数公式为： =27.2/(v+85) (干燥表面) =13.6/(v+85) (潮湿表面) 日本既有线黏着系数公式为: =0.24(1-0.0078v)/(1-0.24v) 式中v列车运行速度(km/h)。,二.按制动力形成方式分类,我国铁道科学研究院在进行了大量的试验研究后，提出了我国干线列车（速度120km/h以下）的黏着系数公式：=0.0624+45.6/(v+260) (干燥表面) =0.0405+13.55/(v+120) (潮湿表面)式中v列车运行速度(km/h)。 并且随着机车车辆技术的发展，该公式会有所变化。 （二）非黏着制动。列车制动时，制动力大小不受黏着力的限制的制动方式称为非黏着制动的制动力不从轮轨之间获取，因而它可以得到较大的制动力。 显然，在上面曾经介绍的制动方式中，闸瓦制动、盘形制动、电阻制动和再生制动均属于黏着制动；而磁轨制动属于非黏着制动。,三.按制动源动力分类,在目前列车所采用的制动方式中，制动的源动力主要有压缩空气的压力和电磁力。以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动，如闸瓦制动、盘形制动等都为空气制动方式；以电磁力为源动力的制动方式称为电制动，动力制动、轨道电磁制动、轨道涡流制动、旋转涡流制动等均为电制动；还有机械制动、液压制动、翼板制动等方式。 1、自动空气制动机。是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。这种制动机能够较好地满足现代轨道交通对制动性能的要求，所以应用最为广泛。我国的机车车辆均采用这种制动机。 自动空气制动机的特点是制动管减压制动，增压缓解。因此当列车分离时，制动机可发生制动作用，实现自动停车。由于这种制动机构造和作用都比较完善，目前我国车辆上使用的各型空气制动机，如货车120型制动机和客车用104型、F8型制动机等，都采用这种形式。,1.3 城市轨道车辆制动机的种类,三.按制动源动力分类,2、电空制动机 电空制动机是以压缩空气作为动力来源，用电操纵的制动机。一般是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件，用电来操纵制动机的作用。它可以提高列车前后部车辆制动和缓解作用的一致性，减少车辆间的冲击，使制动距离显著缩短。所以许多高速列车都采用这种制动机。为防止电控系统发生故障使列车失去制动控制，现今的电空制动机仍保留着压缩空气操纵装置，以备在电控系统发生故障时，能自动地转为压缩空气操纵。目前我国铁路客车使用的电空制动机主要有104型电空制动机和F8型电空制动机两种型式。城市轨道交通车辆电空制动机有DK型电空制动机、KBGM（德国KNORR公司）和KBWB（英国原Westinghouse公司）模拟式电空制动机、SD数字式电空制动机、架控式EP2002型和EP09型制动机等。,三.按制动源动力分类,3、轨道涡流制动 轨道涡流制动与磁轨制动很相似，也是把电磁铁悬挂在转向架构架侧梁下面同侧的两个车轮之间。不同的是，轨道涡流制动的电磁铁在制动时只放到离轨面7-10mm处而不会与钢轨发生接触。轨道涡流制动原理如图1-4所示。轨道涡流制动是利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力，并把列车的动能转换为热能消散于大气。作为非黏着制动方式的涡流轨道制动具有对钢轨无磨耗，高速时制动力大，制动力可控制，可在常用制动时作用，结冰时没有任何失效的危险等优点。因此在高速列车上涡流轨道制动方式比磁轨制动方式得到更多的采用。如德国300km/h的ICE3型高速动车组的拖车每台转向架上，就采用了两组涡流轨道制动器及两组轴盘式铸钢盘形制动装置；上海磁浮列车的的制动控制系统采用的是轨道直线涡流制动。,三.按制动源动力分类,图1-4 轨道涡流制动原理图,三.按制动源动力分类,4、旋转涡流制动 旋转涡流制动是利用电磁感应产生制动力的。它是将制动圆盘作为可旋转的导体安装在车轴上，电磁铁固定在转向架上，并应防止其转动。旋转涡流制动原理如图1-5所示。制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力，并消散于大气，从而产生制动作用。此种制动方式广泛应用于日本新干线100系、300系和700系动车组的拖车上。5、液压制动 为了确保行车安全，在高速动车组上都装有传统的空气制动系统。但是空气制动系统有质量重、体积大和响应速度慢等缺点。为了实现轻量化和高响应特性，而将空气制动部件改进为液压部件。液压制动的控制过程如图1-6所示。制动电子控制单元将制动指令、电制动的反馈信号和液压传感器信号计算、处理控制。液压制动系统由装在车体上的制动电子控制单元和装在转向架上电液制动装置构成。与空气制动相比，质量可减轻1/3左右。如北京地铁机场线制动系统采用电液盘型制动和磁轨制动系统的混合制动，电制动优先。,三.按制动源动力分类,图1-5 旋转涡流制动原理 图1-6 液压制动的控制过程,三.按制动源动力分类,6、翼板制动（如图1-7所示） 翼板制动尚处于试验之中，是一种从车体上伸出翼板来增加空气阻力的制动方式。若翼板的位置适当，动车组运行时的空气阻力可增加34倍。2006年日本研制出利用空气动力制动的Fastech360S和其改进Fastech360Z型，并已通过400Km/h时速的安全测试，装有空气动力制动装置的列车制动距离在时速360Km/h与时速275Km/h是大致相同。,三.按制动源动力分类,四.按制动控制方式分类,总体控制方式：车控、架控、轴控三种形式。 制动系统制动力的控制以单辆车、转向架或者车轴为最小单元进行控制称为总体控制方式，制动过程中根据制动力最小控制单元的不同对应的控制方式是不一样的。以单辆车、转向架或车轴为制动力控制最小单元分别称作车控、架控、轴控，比如车控方式进行制动力控制的系统制动力的计算和控制以车为控制单元进行计算和控制，而架控车辆以转向架为单元进行控制。车控为当前高速列车和城轨车辆的主流，架控以EP2002和EP09为典型。 1、车控式 图1-8为车控制动系统示意图，图1-9为车控式制动系统原理图。 车控方式（集中式）制动系统包括集中气动控制、集中电子控制和本车转向架气动控制阀。制动控制是由一个电子控制单元（包括制动控制电子装置和防滑电子装置）控制一节车两个转向架。,1.3 城市轨道车辆制动机的种类,四.按制动控制方式分类,图1-8车控式制动系统示意图,图1-9 车控式制动系统原理图,2、架控式（如图1-10所示） 架控式制动控制是指一个电子控制单元控制一个转向架。如德国克诺尔公司生产的EP2002型制动系统和我国铁科研和广州地铁公司共同研制的EP09型制动系统都是架控式。 架控（分布式）制动系统将制动控制和带气动阀的制动管理电子装置结合在了安装于每个转向架上的单个机电一体化包（EP2002阀）中。如图1-11所示。,四.按制动控制方式分类,四.按制动控制方式分类,图1-10 架控式制动系统示意图,图1-11 架控式制动系统原理图,一.城市轨道交通的特点,1、城市轨道交通的每条路线不长，一般在2030km左右；站距很短，一般都在12Km左右。如北京地铁1号线从四惠东站到苹果园站，全长31.04Km，有26座车站，平均站间距离1.194Km；而哈尔滨地铁1号线全长17.44km，共有18座车站，平均站间距离不到1km。由于站间距离短，列车加速、减速及停车都比较频繁。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。由于地铁车站都设有屏蔽门，所以停车精度要求也高。这就要求车辆制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳、准确、制动功率和制动力大等特点。,1.4 城市轨道交通的特点和制动系统应具备的条件,2、城市轨道列车的乘客量波动大，无乘客时仅车辆自重，相对来说是比较轻的。为了降低能耗，车辆车体自重较小。乘客在总重中占相当份额，如地铁系统的A型车辆定员为310人，而在超员的情况下（AW3工况下，9人/m2）每节车辆装载旅客达430人左右。因此，乘客量对车辆总重有较大的影响，容易引起制动率的变化，而制动率又是表征制动能力的重要参数，制动率如变化大，对列车制动时保证一定的减速度、防止车轮滑行及减轻车辆间纵向冲动都是不利的。因此，在城轨动车组制动系统中都设有空重车自动调整装置，使制动系统具备在各种载客的工况下使车辆制动率基本恒定的性能。 3、城市轨道电动列车在部分车辆或甚至所有车辆上具有独立的牵引电动机，这就为采用电制动提供了基本条件。电制动功率大，尤其是在较高速度范围内，能承担大部分的制动负荷，可以满足城轨车辆轴制动功率大的要求；电制动是非摩擦制动，没有摩擦副零件的磨耗和噪声，减少了维护保养和对环境的污染，因而比较经济；使用再生制动可以节约能源，具有一定的经济和社会效益，所以，采用电制动具有积极的意义。但电制动在低速时制动力小，而且要保证电制动失效和紧急情况下的行车安全，又要满足停车和停放的要求，所以摩擦制动是一种必备的制动方式。在几种制动方式同时安装和使用时，要充分发挥它们的最佳作用，需要一套完善的制动控制装置来控制，使它们协调配合。,一.城市轨道交通的特点,4、城市轨道交通行车密度大，乘客要求候车时间短，且快速安全，运营时间长，留给轨道线路和车辆的检修作业的时间很短，因而采用较强的轨道结构部件，采用整体道床的较多。车辆的日常维修（日检）一般都在夜间进行。 5、我国拥有轨道交通的城市都是国际化程度较高，社会经济发展较快，人口密度较大（城区人口300万人以上），城市交通出行存在一定困难的城市。如我国的北京、天津、上海、广州、香港、澳门、台北等城市城市轨道交通发展的比较早；具有建成一条线或正在开始第二条线建设城市轨道交通的城市有南京、深圳、重庆、武汉、长春、大连、沈阳、西安、长沙、哈尔滨等。,一.城市轨道交通的特点,1解释名词：制动、缓解、列车制动系统、制动力、制动装置、制动距离。2制动装置一般包括哪几部分？3按动力的来源分车辆制动机有哪些种类？它们各有什么特点？4车辆制动机的基本作用有哪些？5什么是再生制动和电阻制动？黏着制动和非黏着制动？6城市轨道交通有何特点？7城市轨道交通车辆制动系统应具备哪些条件？8城市轨道交通车辆制动系统有哪些制动模式？9. 城市轨道交通制动系统的组成？,复习思考题,名词解释：制动、缓解、制动力、制动装置、制动距离、现代轨道交通制动系统。 1.制动：人为地制止物体的运动，包括使其减速、阻止其 运动或加速运动，均可称之为“制动” 2.缓解：对已经施行制动的物体，解除或减弱其制动作用， 均可称之为“缓解” 3.制动力：由制动装置产生的与列车运动方向相反的外力。 4.基础制动装置：传送制动原动力并产生制动力的制动执 行装 置 5.制动距离：从司机施行制动的瞬间起（将制动手柄移至 制动位），到列车 速度降为零列车所行驶的距离。 6.现代轨道交通车辆的制动系统是由动力制动系统、空气 制动系统及指令和通信网络系统三部分组成的。,简答：1.制动的实质： （1）能量的观点：将列车的动能变成别的能量或转移走。 （2）作用力的观点：制动装置产生与列车运行方向相反的力，使列车尽快减速或停车 2.制动作用和缓解作用 对于运动着的列车，欲使其减速或停车，就要根据需要施加于列车一定大小的与其运动方向相反的外力，以使其实现减速或停车作用，即施行制动作用； 列车制动停车后起动加速前或运行途中限速制动后加速前均要解除制动作用，即施行缓解作用,城市轨道交通车辆制动系统,列车制动装置包含制动控制部分 和制动执行部分 制动控制部分由信号发生与传输装置以及 制动控制装置组成 制动执行部分通常称为基础制动装置 (传送制动原动力并产生制动力的制动执行装 置).,机车制动装置：能够操纵机车本身和全列车的制动作用 。车辆制动装置：只能控制车辆本身的制动作用。,城市轨道交通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动车列车速度。 特点是作用缓和与制动力的可以连续调节，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（不可恢复的，停车后人工恢复） 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 是为了使列车尽快停车而实施的制动。 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。 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% )。 这种制动方式在紧急情况下、制动系统各部分作用均正常时所采取的一种制动方式，,4停放制动-弹簧停放制动 ( 铁鞋) 为防止车辆在线路停放过程中，发生溜逸，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闸瓦作用于车轮踏面来形成制动力。 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。 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。,5保持制动 (停车制动) 通常把停车前的这一段空气制动过程称为停车制动或保持制动。 为减小冲动。制动力会随着车速的降低而有所降低， 上海和广州地铁是在减速至4 kmh左右，制动力降至70KPa。,重点掌握粘着状态：轮轨间接触状态为粘着状态。轮轨间非点接触，是椭圆形面接触； 列车运行中要发生各种冲击和振动； 车轮踏面是圆锥形的，车轮在钢轨上滚动的同时，伴随微量的轮轨间的纵向和横向滑动。 粘着力 粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。 比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与列车运动状态有关、随列车速度的升高而降低。粘着系数 粘着力与车轮与钢轨间的垂直载荷之比称为“粘着系数”。影响黏着系数的因素（1.2.3.4）,2.蠕滑,由于车轮和钢轨都是弹性体，滚动时轮轨接触处会产生弹性变形，这种新的弹性变形会使接触面发生微量滑动，称之为“蠕滑”（CREEP）。 蠕滑的产生是由于在车轮接触面的前部产生压缩，后部产生拉伸；而在钢轨接触面的前部产生拉伸，后部产生压缩。 随着动轮的滚动，车轮上原来被压缩的金属陆续放松，并被拉伸； 而钢轨上原来被拉伸的金属陆续被压缩，因而在接触面的后部出现滑动。,7.制动机的稳定性、安定性与灵敏度（1）稳定性 当制动管减压速率低于某一数值范围时，制动机将不发生制动作用的性能，称为制动机的稳定性。 也就是说，要使制动机可靠地产生制动作用，除了要有一定的制动管减压量外，还需要一定的减压速率，两者缺一不可。其数值范围因各型制动机而不同。 我国规定：制动管减压速率或漏泄小于20kPa/min。（2）安定性 常用制动时不发生紧急制动作用的性能，称为制动机的安定性。 即:当制动管减压速率在1040 kPa /s范围时，紧急阀不应动作。（3）灵敏度 当制动管减压速率达到一定数值范围时，制动机必须产生制动作用的性能，称为制动机的灵敏度。一般地，常用制动灵敏度为1040 kPa /s；紧急制动灵敏度为70 kPa /s。 上述三者之间相互联系，在同一制动机上必须协调一致，保证三者之间有明显的隔离区间，否则将使制动机无法正常工作。,1.简述城市轨道交通车辆列车制动的组成和分类。 现代轨道交通车辆的制动系统是由动力制动系统、空气制动系统及指令和通信网络系统三部分组成的。分为: 常用制动、紧急制动、快速制动和停放制动和保持制动 2.简述制动力的形成及其影响因素。 闸瓦制动原理;黏着影响因素3.简述空气波、制动波及其列车制动时的纵向动力作用。 纵向动力:对于空气制动机，在施行制动或缓解时所产