《电空制动原理》PPT课件.ppt

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1、第四章 电空制动控制原理,本章内容,第一节 空气制动力控制,制动控制系统与指令方式相适应1、自动空气制动机以制动管减压量作为指令 对应的制动控制部分，只能采用能够感受空气压力差的制动阀2、采用电气指令方式的制动控制系统，只能采用能够识别电气信号的控制装置,一、制动控制的要求1、制动性能要求（1）满足轨道的制动距离要求（2）满足规定的减速度要求2、动态性能要求（1）满足制动力上升时间的要求（2）满足制动平稳性要求各车制动力同步上升，电制动与空气制动转换或协同要平滑,3、制动精度要求（1）制动距离精度（2）制动减速度精度（3）速度控制精度,二、制动控制系统1、按电气指令式类型分数字指令模式、模拟指

2、令模式2、按制动控制装置类型分电磁控制制动机、气压控制型系统、电气控制型系统（1）电磁控制制动机：只适用于仅有空气制动方式的制动系统中，用电磁阀控制给制动缸施加空气压力,（2）气压控制型系统和电气控制型系统适用于既有空气制动又有电气制动方式的制动系统中，能够方便的进行电气制动与空气制动的制动力协调在气压控制型的系统中靠气压和阀进行协调配合在电气控制型的系统中靠电气进行协调配合,目前动车组的制动控制系统大多采用电气控制型系统，由于采用计算机，所以也叫微机控制型3、直通式电空制动系统电气指令制动控制系统按其对空气制动控制方式的不同，分为自动式和直通式,自动式：在自动空气制动机的基础上增加了电气指令

3、控制系统对列车管压力的控制，通过同时对各车辆的列车管的减压增压，使各车辆的三通阀同时使用，加快列车整体的制动及缓解速度，提高了自动空气制动机的性能。,直通式：采用电信号来传递制动和缓解指令的直通空气制动系统。司机通过电气指令控制装置对个车辆的制动信号管的压力空气进行控制，用该制动管的压力使各中继阀工作，最终获得制动管压力。,直通式特点：优点：响应快、一致性好、控制方便缺点：一旦人车分离，列车就失去了制动能力。为了克服缺点，一般与自动制动机好座位紧急制动控制用的常带电的电路环线并用，如果发生列车非正常分离，电路环线断线失电，各车紧急制动电磁阀失电引起紧急制动停车,三、制动力的控制1、制动力的计算

4、制动力控制的前提是列车具有统一的制动减速度,列车制动力与减速度的关系表达式为：,为了保证动车组编组中具有不同重量的各车的减速度一致，应该？质量大的车制动力也相应要大质量小的车制动力也相应要小,2、制动力的控制方法动力制动-通过牵引变流器控制再生制动电流来得到所需的制动力空气制动-通过电空制动的计算机计算并控制的,在制动装置的设计阶段，要采用反向计算，即根据基础制动装置产生的制动力，结合制动力是实算法采用的闸瓦的压力和摩擦系统、平均作用半径、车轮滚动圆半径、传动效率等参数，反算出制动缸空气压力,根据制动缸空气压力（简称BC压力），反推出电空转换阀（EP阀）的控制电量（反应制动力大小的模拟量或数字

5、量）由此也就形成了因EP阀控制方式不同而对应的控制模式：模拟型EP阀、开关式EP阀,在实车施行制动的过程中，制动控制计算机则进行正向计算根据制动指令对应的制动减速度、列车当前车速和重量，计算出制动力大小，然后进行电制动和空气制动的分配。根据电制动优先原则，发出电制动请求指令，根据电制动力的反馈，决定空气制动力,3、控制系统模式（1）恒制动率模式无论空载、满员、超员，都保证列车在同一速度下的减速度与司机制动控制器手柄的位置的对应关系不变。恒功率制动控制常作成开环控制，指根据制动减速的形成控制量即制动力。,由于制动控制计算机的传感器采样、计算和控制周期很短，对设计和调试完善的制动控制系统，计算机不

6、断地更新制动力，并不会有大的误差。（2）空气制动延后控制操纵制动时，总是先用电气再生制动，制动力不足时再用空气制动补充,两种策略1）空气制动延后等磨耗控制拖车空气制动与动车空气制动均匀补充的控制策略2）空气制动延后拖车空气制动优先补充控制在需要空气制动作补充时，拖车空气制动优先补充，拖车空气制动全部发挥后，若制动力不足，则由动车空气制动连续补充,4、制动力调整与定速模式列车制动力由司机控制器的操纵位置决定，在定速模式下，制动力是否是不变的呢？,制动力由司机制动控制器的操纵位置决定在列车运行定速模式（目标速度模式），为维持列车稳定的运行速度，牵引控制单元和制动控制单元交替产生牵引力或制动力，以适

7、应线路阻力的变化这时的制动力控制指令由列车控制网络的控制计算机发出，经网络传输，由牵引控制单元和制动控制单元根据指令执行,5、制动力的调整和停车位置控制动车门停止位置与安全门或屏蔽门的精确对位,四、制动控制单元BCUBrake Control Unit制动控制单元制动控制装置的组成制动控制装置的作用,制动控制装置：制动控制器、空气制动上所需的各种阀门及风缸制动控制装置进行下述制动作用的控制：常用制动、快速制动、紧急制动、耐雪制动,常用制动及快速制动控制制动控制器接受光纤及硬导线发来的常用制动或快速制动指令，接合运行速度、空气弹簧压力、再生制动力等各项因素，算出空气制动力，然后输出控制电流紧急制

8、动控制紧急电磁阀立即发出动作把紧急制动控制风压宋到中继阀，在中继阀放大后，使压力空气送到制动缸,第二节 模拟型EP阀及其控制,模拟型EP电空变换阀属于控制阀的一种作用：把制动控制器BCU发来的对应制动力的电流指令变换为空气压力。控制效果：空气压力能连续且无级地变化后续：该压力作为控制信号控制中继阀的供风、排气的工作空气压力。,EP阀,由电磁铁部、供气部、排气部构成原理：电流通过电磁铁线圈时产生吸引力打开供气阀，而供给压力。只要改变电流通道电磁铁线圈的电流大小，就能控制电磁阀吸引力的大小，进而可以任意设定空气压力,动画,一、模拟型EP阀作用原理,模拟型EP阀是一种专用电磁阀，组成部分见4-1制动

9、位、保压位、缓解位,制动、保压位,接收到电气指令电磁阀励磁柱塞动作使排气活塞上升供排气阀接触排气阀座而关闭排气孔以压力上顶供排气阀从供气管路a输送来的空气流到中继阀管路b，成为中继阀的预控压力同时压力空气流入到橡胶膜板上面腔室，将达到电气指令所需的压力模板及排气活塞被它压下，供排气阀也同时下降，接触到排气阀座，而关闭供气通路，达到平衡位置,管路a,管路b,排气口,缓解位：阶段缓解、一次缓解,阶段缓解：指令电流下降，电磁阀的输出力小于膜板承受力，下压排气活塞，与供排气阀脱离，中继阀管b的空气经排气活塞通路排到大气。平衡腔的压力降低到等于指令电流对应的压力，排气阀座落到供排气阀，使排气管路关闭，重

10、新回到平衡位置,一次缓解：指令电流归零，电磁阀的输出也为零，排气活塞受到膜板上方压力，下移时排气阀座脱离供排气阀，管路b的压力通过排气管路排到大气，形成彻底缓解,二、模拟型EP阀的控制,要想控制电空制动力，如何实现呢？控制模拟型EP阀的驱动电流，就能够控制电空制动力。所以：模拟型EP阀的特点是必须有驱动电流控制装置在制动控制单元，这是由微机进行精确的电流控制的,小结,模拟型EP阀优点：只要提供驱动电流，就能够产生与电流大小成比例的空气压力，这样很容易形成不通过微机就能够实现的备用制动缺点：模拟EP阀响应、控制精度与EP阀的结构和性能关系很大，必须完善控制方法才能得到较好的控制精度和响应特性存在

11、特性滞后,由于模拟EP阀的结构中存在多方面的非线性因素，如移动间隙、干摩擦、膜板和弹簧弹性的非线性，电磁铁励磁电流与电磁力的非线性等，引起控制电流增大行程和检修的返回行程，同样电流对应的输出空气压力不等的现象，类似于回差,滞后补偿前,控制电流增加,控制电流降低,EP 阀滞后及其补偿控制,可见：滞后特性引起制动力与制动指令的不唯一性，因此必须予以消除可采用输出电流值补偿的方法，消除滞后作用,缓解保证控制制动缓解时，为了使电空变换阀处于缓解位，系统对电空变换阀电磁阀励磁电流进行电流偏差控制,EP阀的控制特性分析：滞后特性：1、模拟型EP阀的响应、控制精度与EP阀的结构及其性能关系很大，必须完善控制

12、方法才能得到较好的控制精度和响应特性2、存在滞后特性,引起滞后的因素：电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起滞后干摩擦的影响预紧力的影响,电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起滞后（1）导体的磁化与外加此处的增加不是线性关系，而且磁化所产生的磁感应强度不会随着外磁场的增强而无限增强。图4-11,（2）磁滞性是指导磁体中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的特性，导磁体在交变磁场中反复磁化时，B-H曲线是一条闭合曲线，成为磁滞回线，图4-12,制动过程中，制动指令为电流信号，电磁力的产生则是电流通过电磁铁产生的，给电磁阀供电，形成电磁场，具有一定的磁场强度，在该磁场中的导磁体产生一定的磁感应强度，通常

13、情况下：电磁力磁感应强度磁场强度励磁电流,由于导体的非线性、磁饱和性、磁滞性，所得到的电磁力与电流的关系、磁场强度与磁感应强度的关系都存在着回滞和非线性。为改变由于电磁部分造成的空气压力的滞后特性，对比例电磁铁要求有如下几点：,具有水平吸力特性把电流信号按比例地、连续的转换成力的输出具有足够的输出力和行程，结构紧凑，体积小线性好，死区小，灵敏度高，滞后小动态性能好，响应速度快在允许温升下能够稳定的工作能承受高压，抗干扰性好,引起滞后的因素：电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起滞后干摩擦的影响预紧力的影响,干摩擦的影响：活塞运动时，阀的内部如柱塞与密封件、膜板内部等都存在摩擦静摩擦力滑动摩擦力,刚

14、加载电流时，电磁力与弹簧力合力没有增大到足够克服最大静摩擦力之前，活塞并不产生运动；当电流增大到一个数值时，才能够克服较大的静摩擦力,当机构运动后，变成滑动摩擦力，较静摩擦力小，也会造成供排气阀的滞后,引起滞后的因素：电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起滞后干摩擦的影响预紧力的影响,预紧力是复位弹簧所有的，目的是让列车在正常运行时，不发生非正常制动，图4-13图中，a口为通风源，在未发出制动指令时，复位弹簧必须有一定的压力，使得进出风口有一定的预紧力，在非正常情况下不会打开造成漏风导致误动作，在制动缓解时，也必须保证排风口打开的情况下，进风口关进，否则会造成制动缓解慢，甚至不缓解,EP阀的控制特

15、性分析：二、EP阀的上电初态,当司机插上钥匙，手柄回拨到快速位，电流沿X轴由0增加到209，再沿着P=1.5I-306的直线，增加到EP所在的电流值，滞后司机再将手柄回转到运转位，电流由于滞后特性，沿着P=1.5I-284回到189，此时，无制动力存在,电流的闭环控制电磁线圈与一标准电阻串联，计算机通过传感器检测标准电阻上的电流变化，调整控制电流的输出空气压力的自反馈EP阀的输出部分就是一个反馈回路，控制供气阀的开关,EP阀的控制特性分析：三、EP阀的闭环反馈控制,第三节 开关型EP阀及其控制,一、开关型EP阀的组成二、开关型EP阀的控制三、开关型EP阀的缺点四、模拟型EP阀和开关型EP阀的比

16、较,一、开关型EP阀的组成气动阀、空气压力传感器、控制计算机图4-16G：空气压力传感器（P/I），电量送到控制计算机，根据预定的空气压力控制A1和A2的开关，控制输出压力A1和A2为二位二通电磁换向阀E：控制紧急制动空气压力的二位三通电磁换向阀,控制过程：常用制动位：制动环路带电，E励磁，切断制动风缸经E的输出空气通路，计算机给出空气压力计算值后，A1首先由励磁变为失电，来自制动风缸的空气经过A1送到E,输出建立空气压力，同时A2也由励磁变为失电，切断输出经A2的排风通路，当输出侧空气压力达到预定值时，压力传感器G给出相应压力信号，计算机控制A1得电励磁，停止供风，输出侧的空气压力即送到中继

17、阀作为预控压力。EP阀处于保压状态,缓解：计算机控制A2得电励磁，输出侧空气经A2排风，压力降低，达到预定值时，A2失电，EP阀重新处于保压状态。,开关型阀优点：能方便地实现阶段制动、阶段缓解、自动补风保压缺点：输出侧空气压力的控制离不开计算机的控制,第三节 开关型EP阀及其控制,一、开关型EP阀的组成二、开关型EP阀的控制三、开关型EP阀的缺点四、模拟型EP阀和开关型EP阀的比较,二、开关型EP阀的控制开关型EP阀要接合A1、A2电磁阀及压力传感器由制动计算机形成反馈控制简单的开关控制动态响应及静态精度都不好，在实际工程应用中，较多采用以下两种：带阈值的开关控制采用基于PWM的高速开关型比例

18、控制,带阈值的开关控制：设置一定的开关阈值，以避免过多的震荡和冲击，基本控制动作依然是在传感器监视下，对A1、A2实行开关控制，提高对阈值的调整，可以在电磁阀的23次动作即能够建立预定压力,采用基于PWM的高速开关型比例控制采用高速电磁阀，每次打开充气电磁阀的时间根据控制脉冲宽度决定高速电磁阀的开关响应速度可高达1ms，在脉宽调制下，实现对空气压力的控制,第三节 开关型EP阀及其控制,一、开关型EP阀的组成二、开关型EP阀的控制三、开关型EP阀的缺点四、模拟型EP阀和开关型EP阀的比较,三、开关型EP阀的缺点EP阀的控制根据容积风缸压力传感器反馈的压力信号进行闭环控制，而压力信号又有一定的滞后

19、不同型号的压力传感器，精度、温度系数存在差异，压力反馈也存在差异压力传感器不同的安装位置影响实测的压力值数字式电空阀是闭合控制，控制精度较高，但电磁阀的开断时间的存在，系统中存在非线性滞后环节，存在稳态误差是不可消除的,第三节 开关型EP阀及其控制,一、开关型EP阀的组成二、开关型EP阀的控制三、开关型EP阀的缺点四、模拟型EP阀和开关型EP阀的比较,四、模拟型EP阀和开关型EP阀的比较模拟型：容易实现连续性，控制原理简单，减少电磁阀的控制次数，精度较高。开关型：能够实时监测压力，具有一定的滞后和误差,第四节 中继阀,在制动控制单元内，计算机完成了电气控制量到空气控制量的转换后，需要一个空气通

20、路断面较大，能够通过较大风量的输出组件,一、中继阀的结构原理1、结构特点：形式多样性与EP阀配合使用完成流量的比例发大，不具备压力放大功能,总风遮断阀,双阀口式中继阀,管座,2、作用原理A：制动位工作压力（AC1、AC2）将进入到扁平膜板处，供排气阀杆上移打开供气阀一次压力空气（SR）经供气阀和阀体的供气阀开口变为二次空气压力（BC）并流出,制动管,风缸,B：保压位AC1及AC2两室的压力等于BCF室的压力，供排气阀杆被弹簧力压下，供气阀被压到供气阀座，关闭一次压力空气的通路此时，供气阀杆接触供气阀，二次压力空气也不排出，这种状态称为保压位,C:缓解位降低工作压力空气（AC1、AC2），供排气阀柱由于BCF室的压力空气而下移，二次压力空气经供排气阀内的通路排入大气，这种状态称“排气位”,二、中继阀的特性分析1、阀控制的滞后特性从司机发出制动指令到列车实施制动，存在一个时间上的滞后，原因包括：指令的编码译码、电气指令转换为气压指令（EP阀）、气压指令的传输,2、容积造成的滞后EP阀和中继阀的腔体都有一定的容积，来自风源的风要先充满容腔，还有中继阀到增压缸的管路，管路中的压力达到所需压力需要消耗时间，在空油转换装置中气缸内的体积充满压力也需要时间,本章结束,