动车组制动系统组成及原理

动车组组成及原理再生制动微机控制直通电空制动系统制动信号发生与传输部分制动控制器、调制及逻辑控制器、制动指令线微机制动控制单位(MBCU)制动和防滑控制气制动控制单元（PBCU）转向架制动系统从功能上划分：主要由电制动系统、空气制动系统、防滑装置、制动控制系统等组成，制动时采用电空制动联合作用的方式，且以电制动为主。假设动车组编组结构采用8辆编组，4动4拖。列车分4个制动控制单元，1M1T构成一个单元。动车组有两套制动系统，一套是电制动，将牵引电机转换成发电机形式工作，即再生制动；一套是空气制动，将电指令转换成空气指令送入制动缸起制动作用。制动时在单元内再生制动优先，空气制动实行延迟充气控制，以减少闸片的磨损。电制动系统的组成与牵引系统一致。空气制动系统由制动控制器、空气压缩机、干燥器、制动控制装置、制动缸及相关的电气和空气管路组成。MBCU（微机制动控制单元）的主要组成①CPU卡接收各输入信号及进行信号采集(传感器等信号)，按照程序对各输入信号进行判断、计算。输出控制指令来完成控制、安全监测及处理。可与其它计算机进行通讯。②防滑板防滑板微处理控制单元对经过调理的速度传感器信号进行采样、处理、计算判别。③I/O卡制动控制的信号经过此卡隔离变换后进入计算机系统。主要有制动级编码线、紧急制动线、动力制动状态、空电转换线等。每线对应一个指示灯，有信号则灯亮。④网卡MBCU通过网卡获取来自列车控制系统的各种信息和命令，并通过网卡向列车控制系统报告各种信息和MBCU的状态。主要功能如下：(1)接受和检测制动指令、空重车信号和速度信号。(2)根据列车运行速度、车重和制动指令计算所需的常用制动力。(3)按充分发挥动力制动能力的原则，进行动力制动与空气制动的配合控制。使空气制动力等于所需的制动力减去动力制动力。(4)为提高列车的舒适度，进行常用制动防冲动控制。(5)通过动车MBCU与拖车MBCU之间的通讯联系．实现拖车利用动车动力制动能力的滞后充气控制。(6)检测轮对速度，进行防滑控制。(7)检测制动系统状态．将有关信号向列车计算机网络报告．自动记录并显示故障信息、对特殊的故障做出应急处理PBCU（气制动控制单元）的主要组成单元①电空转换阀(EP阀)②中继阀③压力调整阀④电磁阀⑤管路⑥制动缸PBCU将制动指令由电信号转变为相应的空气压力信号，由EP阀、非常制动单元、停放制动阀、中继阀及压力传感器等组成。它与MBCU一起构成微机控制直通电空制动系统的制动缸压力控制。①电空转换阀(EP阀)电空转换阀安装在空气制动控制装置内，它由电磁线圈、供气阀和供排气阀杆等零件构成。当电子制动控制装置输出的空气制动指令(电空转换阀电流)通过电磁线圈时，会产生与电流成比例的吸力，控制供气阀的开闭。通过电空转换阀的控制。可将输入的空气压力(SR压力)变成与电空转换阀电流成比例的输出压缩空气(AC压力)。②中继阀中继阀：放在空气制动控制装置内，由供排气阀杆、供气阀、复位弹簧等构成。它将电空转换阀输出的AC压力或紧急用压力调整阀输出的紧急制动压力作为输入压力，向增压缸输出与此控制压力相应的空气压力。常用制动或非常制动时，从电空转换阀送来的AC压力进入AC室；紧急制动时，从紧急用压力调整阀送来的紧急制动压缩空气进入UB室。这些压缩空气输入后，使供排气阀杆上移，顶开供气阀；然后，SR压缩空气通过打开的供气阀口输至增压缸。中继阀③压力调整阀压力调整阀输入来自风源的压缩空气，输出用于某种用气设备的压缩空气。例如，在动车组中，B11型调压阀输入制动风缸的压缩空气，输出紧急制动用的压缩空气，B10型调压阀输入控制风缸的压缩空气，输出踏面清扫装置用的压缩空气。与EP阀利用电磁力和空气压力的差使橡胶模版动作类似，压力调整阀是利用弹簧力和空气压缩力的差使橡胶模版动作，进行空气压力的调整，弹簧力的大小可通过安装在调压阀下部的调节螺丝调节，从而实现输出不同的空气压强。④电磁阀电磁阀由供排气阀部和电磁阀部组成，它通过电磁阀部线圈的励磁和消磁使可动铁心动作，开闭供排气阀。电磁阀由ON型和OFF型两种⑤管路管路的作用是将空气压缩机输出的压缩空气送给风缸及制动控制阀等各种用气设备，各设备根据空气流量的大小，可采用相应的管路来输送压缩空气。⑥制动缸动车组上的制动缸由液压制动缸和气压制动缸两种，动车组的制动缸也采用了一定得措施来实现小型轻量化，如采用铝合金结构等。制动系统工作原理常用制动时，制动指令通过常用制动指令线传到各车辆的BCU。空气弹簧压力通过传感器转化为与车重相应的电信号，BCU根据制动指令及车重信号计算出所需的制动力，并向动力制动控制装置发出制动信号。动力制动控制装置控制动力制动产生作用，并将实际制动力的等值信号反馈至BCU，BCU进行计算，并把与计算结果以相应的电信号送往电空转换阀(EP阀)。EP阀将此电信号转换成相应的空气压力信号送至中继阀，中继阀进行流量放大后使制动缸获得相应的压力，最后经制动盘液压夹钳将制动力作用到制动盘上，完成制动作用。紧急制动时，紧急制动指令线失电，紧急制动电磁阀消磁。来自总风缸管的压缩空气通过紧急制动电磁阀后，作为向中继阀提供的压力指令。中继阀根据该压力指令，将制动风缸的压力送往制动缸产生制动。再生制动与空气制动的混合控制，是由微机来控制的。它优先利用动车的再生制动力，如果再生制动力不足，则由空气制动力来补充。空气弹簧压力（ASP）速度自动监控防护（ATP）制动控制器（常用、紧急）动力制动（再生制动）电空变换强制动优先制动指令必需的制动力的运算速度-减速度模式运算空重车制动力调整运算再生与空气制动联合运算电空转换中继阀车轴速度速度计算滑行抱死检测控制防滑阀控制防滑阀制动控制单元工作原理示意图①制动与再生制动的协调控制制动系统是在制动调速全过程、全范围内采用“T车优先延迟充气控制”。所谓“延迟充气控制”是指M车的再生制动力来承担T车所需的部分或全部的空气制动力，即“T车延迟充气控制”T车空气制动力M车空气T车必需的制动力FTM车必需的制动力FM制动力再生制动力的上限FEDCBA0FCFM100%再生制动力1M1T单元必需的制动力FMT高级位（所需制动力＞再生制动力的上限）再生点M车制动力T车制动力再生制动力空气制动力AFE0FMT-FEBFM0FTCFCFM-FCFTD0FMFT高级位时制动力的控制状态一览表T车空气制动力M车空气T车必需的制动力FTM车必需的制动力FM制动力再生制动力的上限FEDCBA0FCFM100%再生制动力1M1T单元必需的制动力FMT低级位（所需制动力＜再生制动力的上限）再生点M车制动力T车制动力再生制动力空气制动力AFE0FMT-FEBFM0FTCFCFM-FCFTD0FMFT低级位时制动力的控制状态一览表②空重车调节控制空、重车的总重不同是影响列车制动率的因素之一。BCU将来自M车和T车空气弹簧的空气压力信号（与车辆载重成正比关系），经空电转换和A/D转换送CPU进行空重车制动力自动调整处理。另外，BCU在接受到制动级别指令信号后，根据制动级别要求计算出所需的制动力值。再生制动力的计算依据现有动车组数据，每辆动车具有如下图所示的动力制动能力．当列车速度低于15km/h时，动力制动力为零；速度在l5～25km/h时，动力制动力逐渐上升；速度在25-100km/h之间，可提供的最大动力制动力为恒力；速度大于100km/h时，动力制动力大小受到恒功率线限制。FD/KN43.217.281525100250v/(m/s)图3-1动车动力制动力Brakeforceofmotorcar根据设计资料，CRH2型电动车组制动方式分为EB紧急制动和7级常用制动，减速度特性由3段直线组成，0~70km/h减速度为常数，70~118km/h和118~200km/h减速度为速度的一次函数。CRH2型电动车组的制动减速度特性参数列入表3-3。CRH2型电动车组的制动减速度特性参数2/sm制动级位速度分段0~70km/h70~118km/h118~200km/h常用制动1级0.16670.2072-0.0005787v0.1765-0.0003185v2级0.26390.3287-0.0009259v0.2779-0.0004954v3级0.36110.4502-0.0012731v0.3814-0.0006900v4级0.45830.5758-0.0016782v0.4780-0.0008493v5级0.55280.6905-0.0019676v0.5794-0.0010262v6级0.65000.8120-0.0023148v0.6829-0.0012208v7级0.74720.9336-0.0026620v0.7844-0.0013977vEB紧急制动1.12221.4017-0.0039931v1.1790-0.0021054v根据文献，可以将我国铁路制动粘着系数公式简化处理成如下式所示实用公式：潮湿轨面：干燥轨面：vz1207.1304.0vz2606.4506.0经计算，分别采用我国铁路制动粘着系数的实用公式(推荐)与试验公式计算所得的数据相当接近根据粘着系数公式绘制了的我国动车组不发生滑行的最大减速度车辆速度的关系曲线。由曲线可以看出，一般常用制动工况，理论上讲均不会发生超粘滑行现象。在制动减速度较大的情况下，则存在超粘滑行的可能，故要进行速度-减速度模式实时计算，使制动力尽可能沿着曲线进行控制，达到既缩短距离又避免轮对滑行擦伤的目的。