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城市轨道交通车辆构造连苏宁主编第五章制动系统【问题导入】城市轨道交通车辆运行过程中，制动系统是一个重要的组成部分，它是车辆安全运行的保证，在紧急情况下能迅速停车，对减少事故和人员伤亡有着重要的意义。那么制动系统有哪些种类？制动系统的结构和工作原理又是怎样？现在最先进的制动系统是什么样子？通过这一章的学习，我们就能解决这些问题。第五章制动系统【学习目标】1.能掌握制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义。2.能熟悉空气制动系统的组成和分类。3.能掌握风源系统的种类和主要部件的工作原理。4.能熟悉基础制动装置的组成和工作原理。5.能掌握KBWB模拟式电气指令制动系统的组成和工作原理。6.能掌握EP2002制动控制系统的组成和工作原理。【教学建议】1.教学场地：在教室、互联网多媒体教室及城市轨道交通车辆制动系统实训室中进行，课后可实地参观。2.设备要求：至少具有能连接互联网的多媒体教室一个，车辆制动系统的仿真模型一套，或能放视频投影的设备及课件、视频介绍一套。3.课时要求：课堂讲授8课时；模拟操作2课时。。第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义一、概述1)操纵灵活，制动减速快，作用灵敏可靠，车组前后车辆制动、缓解作用一致2)具有足够的制动力，保证车组在规定的制动距离内停车。3)对新型的城市轨道交通车辆，一般要求具有动力制动能力，并且在正常制动过程中，应尽量充分发挥动力制动能力，以减少对城市环境的污染和降低运行成本。4)制动系统应保证车组在较长、较陡下坡道上运行时，其制动力不会衰减。5)电动车组各工况下的制动能力应尽可能一致。6)具有紧急制动性能。7)电动车组在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危急行车安全的事故时，应能自动起动紧急制动作用。二、制动方式1.摩擦制动第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义图5-1闸瓦制动示意图1—制动缸2—基础制动装置3—闸瓦4—车轮5—钢轨(1)闸瓦制动闸瓦制动又称踏面制动，是最常用的一种制动方式。(2)盘形制动盘形制动可分为轴盘式和轮盘式，如图5-2所示。图5-2盘形制动a)轴盘式b)轮盘式第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义图5-3盘形制动结构1—轮对2—单元制动缸3—吊杆4—制动夹钳5—闸瓦托6、7—杠杆8—支点拉板第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义(3)轨道电磁制动(又称为磁轨制动)如图5-4所示，在转向架构架侧梁下通过升降风缸安装有电磁铁，电磁铁下设有磨耗板。图5-4轨道电磁制动1—电磁铁2—升降风缸3—钢轨4—转向架构架侧梁5—磨耗板第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义2.动力制动(1)电阻制动将发电机发出的电能加于电阻器中，使电阻器发热，即电能转变为热能。(2)再生制动在以上的各种制动方式中，电动车组具有的动能最终都转化为热能而消散于大气中。第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义图5-5电-空制动与列车速度、需求制动力关系图第一节制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义第二节空气制动系统一、空气制动系统的组成二、空气制动系统的控制方式1.直通式空气制动机图5-6直通式空气制动机的结构Ⅰ—缓解位Ⅱ—保压位Ⅲ—制动位1—空气压缩机2—总风缸3—总风缸管4—制动阀5—制动管6—制动缸7—基础制动装置8—制动缸缓解弹簧9—制动缸活塞10—闸瓦11—制动阀Ex口12—车轮第二节空气制动系统(1)制动位驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位，总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管。(2)缓解位要缓解时，驾驶员将操纵手柄置于缓解位，各车辆制动缸内的压缩空气经制动管从制动阀Ex口排入大气。(3)保压位制动阀操纵手柄放在保压位时，可保持制动缸内压力不变。1)制动管增压制动、减压缓解，列车分离时不能自动停车。2)能实现阶段缓解和阶段制动。第二节空气制动系统3)制动力大小靠驾驶员操纵手柄在制动位放置时间的长短决定，因此控制不太精确。4)制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，各制动缸的压缩空气都需经制动阀排气口排入大气。2.自动式空气制动机第二节空气制动系统图5-7三通阀的工作原理a)充气缓解位b)制动位c)保压位1—三通阀活塞及活塞杆2—节制阀3—滑阀4—副风缸5—制动缸6—三通阀7—充气沟B—间隙r—滑阀座制动缸孔Z—制动缸管第二节空气制动系统(1)充气缓解位制动管压力增加时，在三通阀活塞两侧形成压差，三通阀活塞及活塞杆带动节制阀及滑阀一起移至右侧端位，这时充气沟露出。①制动管→充气沟→滑阀室→副风缸；②制动缸→滑阀座r孔→滑阀底面n槽→三通阀Ex口→大气。(2)制动位制动时，驾驶员将制动阀操纵手柄放至制动位，制动管内的压力空气经制动阀排气减压。(3)保压位在制动管减压到一定值后，驾驶员将制动阀操纵手柄移至保压位，制动管停止减压。第二节空气制动系统3.直通自动式空气制动机图5-8直通自动式空气制动机的结构1—空气压缩机2—总风缸3—总风缸管4—制动阀5—制动管6—制动缸7—基础制动装置8—制动缸缓解弹簧9—制动缸活塞10—闸瓦11—制动阀Ex口12—车轮13—定压风缸14—副风缸15—给气阀16—三通阀排气口17—排气阀口18—进气阀口19—进排气阀20—制动缸压力活塞21—主活塞22—单向阀第二节空气制动系统(1)充气缓解位驾驶员将制动阀置于缓解位I，总风缸的压缩空气经给气阀和制动阀充向制动管，再经制动管通向各车辆的三通阀主活塞上侧。①制动管压缩空气主活塞上侧→充气沟→主活塞下侧定压风缸；②制动缸的压缩空气→制动缸压力活塞上侧→排气阀口→活塞杆中心孔→制动缸压力活塞下侧→三通阀排气口。(2)制动位制动阀操纵手柄置于制动位Ⅲ，制动管以一定的速度减压，定压风缸的压缩空气来不及通过充气沟逆流，主活塞上、下两侧形成压差，主活塞上移。第二节空气制动系统(3)制动中立位制动阀操纵手柄置于保压位Ⅱ，制动管停止减压。(4)缓解中立位列车制动后充气缓解，当制动管压力尚未充至定压时，驾驶员将制动阀操纵手柄置于中立位，制动管停止增压。1)能阶段制动和阶段缓解。2)具有制动力不衰减性性能。第二节空气制动系统第三节风源系统图5-9空气制动系统的布置图一、制动管路系统的组成图5-10带有空气压缩机组的拖车管路系统A—供风系统B—制动系统C—基础制动G—防滑系统L—空气簧系统W—车钩X—车间供气第三节风源系统图5-11空气簧管路第三节风源系统二、空气压缩机1.活塞式空气压缩机(1)VV230/180—2型活塞式空气压缩机该空气压缩机排气量为1500L/min，输出压力为1100kPa，转速为1520r/min，用1500V直流电动机M通过弹性联轴节直接驱动。(2)VV120/150—1型活塞式空气压缩机此压缩机为三个缸，其中两个缸为低压缸，一个为高压缸，两级压缩带有两个空气冷却器，如图5-12所示。第三节风源系统图5-12VV120/150—1型活塞式空气压缩机的结构1—进风口过滤器2—电动机3—过渡法兰4—波纹管联轴节5—油位指示器管6—曲轴7—曲轴箱8—风扇叶轮+柔性连接9—冷却器10—出风阀11—吸入阀12—安全阀13—气缸14—集油器A1—进风口A2—出风口A3—冷却空气第三节风源系统2.螺杆式空气压缩机(1)螺杆式空气压缩机的特点1)噪声低、振动小。2)可靠性高和寿命长。3)维护简单。(2)螺杆式空气压缩机的结构螺杆式空气压缩机的主机是双回转轴容积式压缩机，转子为一对互相啮合的螺杆，螺杆具有非对称啮合型面。第三节风源系统图5-13螺杆式空气压缩机的螺杆副第三节风源系统图5-14螺杆式空气压缩机的结构1—螺杆式空气压缩机2—联轴器3—冷却风机4—电动机5—空、油冷却器(机油冷却单元)6—冷却器(压缩空气后冷却单元)7—压力开关8—进气阀9—真空指示器10—空气滤清器11—油细分离器12—最小压力维持阀13—安全阀14—温度开关15—视油镜16—泄油阀17—温度控制阀18—油气筒19—机油过滤器20—逆止阀第三节风源系统(3)螺杆式空气压缩机的工作原理该压缩机的工作过程分为吸气、压缩和排气三个阶段，其结构如图5-14所示。1)吸气过程。2)压缩过程。3)排气过程。第四节电制动系统第五章制动系统图5-15再生制动的结构示意图一、再生制动第五章制动系统图5-16电阻制动结构示意图二、电阻制动第五节基础制动装置一、单元制动器概述1.单元制动器的特点1)有弹簧停车制动及手动辅助缓解装置(PC7YF型)；2)有闸瓦间隙调整器；3)制动传动效率高，均在95％左右；4)占用空间小，安装简单；5)性能稳定，作用可靠，维修方便。2.单元制动器的主要技术参数表5-1PC7Y型、PC7YF型单元制动器的主要技术参数图5-17PC7Y型单元制动器(不带停车制动器)1—制动缸缸体2—传动杠杆3—安装在制动缸缸体上的枢轴4—手制动杠杆5—缓解弹簧6—活塞7—扭簧8—闸瓦9—闸瓦间隙自动调整器第五节基础制动装置二、PC7Y型单元制动器图5-18闸瓦间隙自动调整器第五节基础制动装置图5-19PC7YF型单元制动器(带弹簧制动器)1—弹簧制动器2—制动缸活塞3—缓解弹簧4—锁紧簧片5—闸瓦6—开口销7—调整螺母8—皮腔9—弹簧制动器的弹簧10—弹簧制动器的活塞11—紧急缓解拉环12—杠杆13—闸瓦间隙自动调整器的推杆14—滤清器F—压力空气向弹簧制动器充气时的接口C—压力空气向制动缸充气时的拉接口三、PC7YF型单元制动器第五节基础制动装置四、闸瓦1.闸瓦的分类2.铸铁闸瓦3.合成闸瓦(1)合成闸瓦的优点1)摩擦性能可按需要进行调整。2)耐磨性能好，使用寿命长。3)对车轮踏面的磨耗小，可延长车轮使用寿命。4)质量轻。第五节基础制动装置5)可避免磨耗铁粉的污损及因制动喷射火星而引起的火灾事故。6)摩擦因数比较平稳并能保证有足够的制动力。(2)合成闸瓦的结构合成闸瓦由于其材料本身强度小，所以必须在其背部衬压一块钢板(钢背)来增加它的抗压强度。第五节基础制动装置图5-20合成闸瓦a)低摩合成闸瓦b)高摩合成闸瓦1—钢背2—摩擦体3—散热槽4—冲孔(3)合成闸瓦的缺点1)热龟裂。2)车轮的沟状磨耗。3)车轮的凹形磨耗。第五节基础制动装置第六节制动控制系统一、数字指令式制动控制系统二、模拟指令式制动控制系统图5-21制动系统逻辑框图图5-22KBWB模拟式电气指令制动系统集成化布置图一、概述第七节KBWB模拟式电气指令制动系统二、空气制动系统构成1.微机制动控制单元2.空气制动控制单元第七节KBWB模拟式电气指令制动系统图5-23空气制动控制单元(BCU)1—制动风缸接口２—制动机消声器3—空气簧接口4—制动机压力接口5—主风缸压力接口6—停车制动测试点7—停车风缸接口8—停车制动缓解开关9—停车制动消声器10—停车制动截断塞门11—主风缸测试点12—主风缸截断塞门13—制动机压力测试点14—制动机压力开关15—空气簧压力转换器16—空气簧压力测试点17—主控阀18—称重阀第七节KBWB模拟式电气指令制动系统(1)EP控制板EP控制板是空气制动控制单元(BCU)的基座。(2)称重阀称重阀是一种混合压力限制装置，它接受来自空气簧系统的控制压力信号(车辆的载重信号)，限制BCU向单元制动机输出的空气压力。第七节KBWB模拟式电气指令制动系统图5-24称重阀第七节KBWB模拟式电气指令制动系统(3)主控阀主控阀(见图5-25)与电-气转换器、制动储风缸、空气簧、单元制动机和称重阀等制动设备气路连接。第七节KBWB模拟式电气指令制动系统图5-25主控阀第七节KBWB模拟式电气指令制动系统1)电-气转换部分。2)输出放大部分。(4)BCU的工作原理常用制动时，BCE发出充气指令，两个充气电磁阀得电，开始对控制腔室X充气。第七节KBWB模拟式电气指令制动系统图5-26常用制动时主控阀和称重阀的状态第七节KBWB模拟式电气指令制动系统图5-27紧急制动时主控阀和称重阀的状态第七节KBWB模拟式电气指令制动系统3.防滑控制单元1)任意一根车轴的减速度是否超过了先前设定的参数。2)