城市轨道交通车辆-制动

制动系统城市轨道车辆交通工程教研室第五节制动系统人为地使列车减速或阻止其加速叫做制动。为了施行制动而在轨道车辆上装设的由一整套零部件组成的装置称为制动装置。列车安全运行所必不可少的装置。不仅在动车上设制动装置，而且在拖车上也要设制动装置，这样才能使运行中的车辆按需要减速或在规定的距离内停车。城市轨道交通车辆的制动系统应具备以下条件：a.具有足够的制动能力，保证车组在规定的制动距离内停车。b.操纵灵活，制动减速大，作用灵敏可靠，车组前后车辆制动、缓解作用一致。c.由于运行于城市，一般要求具有电（动力）制动功能，并且在正常制动过程中，应尽量充分发挥电制动能力，以减少对城市环境的污染和降低运行成本。还应具有电制动与摩擦制动协调配合的制动功能。d.制动系统应保证列车在长大下坡道上制动时，其制动力不会衰减。e.电动车组各车辆的制动能力应尽可能一致，制动系统应根据乘客量的变化，具有空重车调整能力，以减少制动时的纵向冲动。f.具有紧急制动能力。遇有紧急情况时，能使城轨列车在规定距离内安全停车。紧急制动作用除可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急按钮进行操纵。g.城轨列车在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动起紧急制动作用。一、制动方式要改变运动物体的运动状态，必须对它施加外力。人为地使动车组减速或阻止其加速的外力称为制动力。制动方式可按制动时动能转移方式、制动力获取方式或按制动源动力的不同进行分类。动能转移方式：摩擦制动、电力制动制动力获取方式：粘着制动、非粘着制动制动原动力：空气制动和电制动摩擦制动列车的动能通过摩擦转变为热能。城市轨道交通车辆常用的摩擦制动方式有闸瓦制动和盘形制动;在路面行驶的轨道交通车辆制动系统中还有轨道电磁制动等方式。也称为基础制动形式。a.闸瓦制动：又称为踏面制动。它是最常用的一种制动方式。1—制动缸；2—基础制动装置；3—闸瓦；4—车轮；5—钢轨。注意：在闸瓦与车轮这一对摩擦副中，车轮由于主要承担着车辆走行功能，因此其材料不能随意改变。要改善闸瓦制动的性能，只能通过改变闸瓦材料的方法。早期的闸瓦材料主要是铸铁。为了改善摩擦性能和增加耐磨性，目前城市轨道交通车辆中大多采用合成闸瓦。b.盘形制动：盘形制动装置如图所示，它有轴盘式和轮盘式之分。一般拖车采用轴盘式盘形制动装置，对于动车由于轮对中间设有牵引电机等设备使安装制动设备较困难，一般采用轮盘式盘形制动装置。制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，在闸片与制动盘间产生摩擦，把电动车组的动能转变为热能，热能通过制动盘和闸片散于大气。因盘形制动能双向选择摩擦副，所以可以得到比闸瓦制动大得多的制动功率。1—轮对；2—制动盘；3—制动缸；4—制动夹钳；5—牵引电机。SW-200转向架的盘型制动装置盘形制动机的特点1)盘形制动装置代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦，因而不存在对车轮的热影响，同时也减少了车轮的磨耗，延长了车轮的使用寿命和改善了运行品质，保证了行车安全。2)盘形制动的散热性能比较好，所以摩擦系数稳定，能得到较恒定的制动力。它的热容量允许它具有较高的制动功率。3)由于可以自由地选择制动盘和闸片的材料，使这一对摩擦副具有最佳的制动参数。可以获得较高的摩擦系数，并且比较稳定。因此可以减小闸片压力，制动缸及杠杆的尺寸都可以缩小，减轻了制动装置的重量。4)盘形制动运用经济。一般来说，盘形制动的闸片面积比闸瓦制动的闸瓦面积大，承受的单位面积压力小，它的磨耗率也小。5)盘形制动代替闸瓦制动后，使轮轨间的粘着系数有所降低。C.轨道电磁制动:在转向构架侧梁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，制动时将电磁铁放下，使磨耗板与钢轨吸住，电动车组的动能通过磨耗板与钢轨的磨擦转化为热能，然后经钢轨和磨耗板最终散于大气。轨道电磁制动能得到较大的制动力，因此常被城轨车辆用作紧急制动的一种补充制动手段。1—电磁铁；2—升降风缸；3—钢轨；4—转向架构架侧梁；5—磨耗板。动力制动电（动力）制动是在制动时，将牵引电机变为发电机，使列车动能转化电能。对这些电能的不同处理方式形成了不同方式的电制动。城市轨道交通车辆上采用的电制动形式主要有电阻制动和再生制动。a:电阻制动：将发电机发出的电能送到电阻器中，使电阻器发热，即将电能转变为热能。电阻器上的热能靠风扇强迫通风或走行风而散于大气中。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。b: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供给其它列车使用。显然这种方式即能节约能源，又减少制动时对环境的污染，并且基本上无磨耗。因此是一种较为理想的制动方式。城市轨道交通车辆一般采用再生制动、电阻制动、和摩擦制动三种制动方式。他们分别是第一、第二和第三优先级制动，并且还采用了程序制动措施：1）充分利用电制动，尽量减少气制动2）随着列车的速度下降，其电制动力也将不断地减弱，当列车速度降低至一定的速度时，电制动力已不能再满足制动所需的要求，这时所有的制动力由摩擦制动来承担粘着制动制动时，车轮与钢轨之间有3种可能的状态：纯滚动状态：车轮与钢轨的接触点无相对滑动，车轮在钢轨上作纯滚动。这时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。滑行状态：车轮在钢轨上滑行，这时车轮与钢轨之间的制动力为二者的动摩擦力。这是一种必须避免的状态，由于动摩擦系数远小于静摩擦系数，因此一旦发生这种工况，制动力将大大减小，制动距离延长；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。粘着状态：由于车辆重力的作用，车辆与钢轨的接触处为一椭圆形的接触面。制动时车轮在钢轨上处于连滚带滑（基本上是滚动）的状态。这种状态称为粘着状态。粘着状态下,车轮与钢轨间的最大水平作用力称为粘着力。粘着力与轮轨间垂直载荷的比值，称为粘着系数。依靠粘着滚动的车轮与钢轨粘着点之间的粘着力来实现车辆的制动称为粘着制动。粘着制动时，为了能得到较大的制动力，需要具有较高的粘着系数。然而粘着系数受电动车组运行速度、气候条件、轮轨表面状态以及是否采取增粘措施等诸多因素的影响，是一个离散性很大的参数。所以目前尚未有粘着系数的理论公式。非粘着制动制动时，制动力大小不受粘着力限制的制动方式称为非粘着制动。即非粘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、踏面制动、电阻制动和再生制动均属于粘着制动；而磁轨制动则属于非粘着制动。二、制动系统组成：基础制动装置和制动机基础制动装置是空气制动的执行设备，所有的空气制动力均是通过基础制动装置产生的，基础制动装置大致可分为杠杆式基础制动装置和单元式基础制动装置2大类。多半安装在转向架构架上。杠杆式基础制动装置杠杆式基础制动装置结构简单、维修方便、造价低廉，所以在过去很长一段时间内被国内、外城轨客车大量采用。它主要由固定杠杆（1）、下推杆（2）、安全吊（3）、移动杠杆（4）、拉环（5）、水平杠杆（6）、闸瓦及吊（7）及制动缸（8）等零部件组成。其结构见图5-39。1—固定杠杆；2—下推杆；3—安全吊；4—移动杠杆；5—拉环；6—水平杠杆；7—闸瓦及吊；8—制动缸。缓解位车辆正常运行或施行空气制动时，弹簧停放制动缸内的活塞20，在总风压力下，使之向上移动，压缩停放制动器主弹簧21，使小调整活塞40及调整螺杆22、调整螺母23上移到顶端，使弹簧停放制动器处于缓解位，此时，调整螺杆22与下部制动单元的制动活塞无作用力。左图为车辆正常运行，不施行制动作用时，制动单元处于缓解状态。右图为车辆正常运行，施行制动作用时，制动单元处于空气制动状态。自动空气制动机工作原理DK型电空制动机1—风喇叭；2—足踏阀；3—制动阀；4—均力风缸；5—S-16压力调节器；6—YC-100双针双管压力表；7—总风缸截断塞门；8—副风缸；9—附加风缸；10—远心集尘器；11—容量风缸；12—支管滤尘器；13—GL3型三通阀；14—压力开关；15—电动空气压缩机；16—空重车调整装置；17—止回阀；18—油水分离器；19—总风缸；20—空气散热器；21—保安阀；22—M-3型减压阀；23—远心集尘器；24—制动缸；25—电磁阀组。空气制动部分的作用原理充气缓解位当制动阀手柄置于此位置时，接通了以下通路：总风缸内的压力空气（800kPa），由减压阀减至500kPa后，经制动阀向均力风缸及列车管充气，使列车管增压，三通阀发生动作，呈充气缓解位。列车管中的压力空气便经三通阀充入副风缸和附加风缸。由于三通阀的作用，容量风缸通过三通阀内部的缓解通路，经制动阀与大气相通（可把容量风缸看作是原LN型车辆制动机中的制动缸）。由于容量风缸的降压，通过空重车调整装置的作用，而将制动缸的压力空气排入大气，起缓解作用。常用制动位当制动阀手柄置于此位置时，接通以下通路：均力风缸通大气。由于均力风缸的减压，列车管随之相应减压，引起三通阀动作，处于常用制动位。副风缸的压力空气经三通阀的通路充入容量风缸。由于容量风缸的增压，经空重车调整装置的作用，均衡杆a上移，顶开进气阀，于是总风缸的压力空气进入制动缸，发生制动作用。