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任务五制动系统及制动机部件的检修【知识要点】1．了解城市轨道交通车辆制动的概念和特点。2．熟悉城市轨道交通车辆制动控制方式、制动类型、（常用）制动的控制原则。3．了解城市轨道交通车辆制动模式。4．熟知制动系统性能。5．熟知城市轨道交通车辆制动系统的组成及各组成部分的结构及工作原理。6．熟知城市轨道交通车辆制动系统各组成部分的检查修理及系统测试。【项目任务】1．分组讨论熟悉城市轨道交通车辆制动的概念、特点。2．认识相关的检测设备及检修过程中需要使用的工具、工装设备等。3．了解城市轨道交通车辆制动的控制方式、制动的类型和控制原则。4．通过分解、组装了解制动系统及各组成部分的作用、结构及工作原理。5．独立完成制动系统各部件的检测，并掌握检修方法。【项目准备】1．所需工具、设备：个人工具箱、17内六角扳手、管钳、毛刷、强光手电、秒表、空气压缩机测试试验台、压力露点计或相对湿度计、温度计、BCU专用测试试验台、KNORRK型环专用安装工具、取膜器、活塞检查环规。2．所需物品：研磨砂纸、各种油脂、空气压缩机油、滤芯、干净抹布、聚四氟乙烯生料带、肥皂水。【相关理论知识】城市轨道交通车辆运行及其装备的要求较高，同时又具有站间距离短、起动快、制动距离短、停车精度高、每节动车装备有四台交流驱动电动机等特点。同时考虑到电制动本身的特点（低速时电制动发挥不出来）以及车辆运行安全要求，城市轨道交通车辆的制动系统采用了电制动和空气（摩擦）制动相结合的制动方式。但其中的电制动又是车辆在常用制动下的优先选择（仅带驱动系统的动车具有电制动性能），电制动还具有独立的滑行保护和载荷校正功能。电制动又有再生制动和电阻制动两种形式，电制动原理如图4-44所示。每节动车与电制动有关的装备有：制动微处理器，一个三相调频调压逆变器(VVVF)，一个牵引控制单元(DCU)，一个制动电阻，四个自冷式三相交流电机Mi、M2、M3、M4（每轴一个，相互并联）。当发生常用制动时，电动机M变成发电机状态运行，将车辆的动能变成电能，经VVVF逆变器整流成直流电反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的其他车辆牵引用和供给本车的其他系统（如辅助系统等），此即再生制动。再生制动能力取决于接触网的接收能力，亦即取决于网压高低和负载利用能力。如果制动列车所在的接触网供电区段内无其他列车吸收该制动能量，VVVF三相调图4-44电制动原理图频调压逆变器则将能量反馈在线路电容上，使电容电压XUD迅速上升，当XUD达到最大设定值1800V时，DCU起动能耗斩波器模块A14上的门极关断GTO(V1)晶闸管，GTO打开制动电阻(RB)，制动电阻(RB)与电容并联，将电动机上的制动能量转变成电阻的热能消耗掉，此即电阻制动（亦称能耗制动），电阻制动能单独满足常用制动的要求。电阻制动是承担电动机电流中不能再生的那部分制动电流。再生制动电流加电阻制动电流等于制动控制要求的总电流，此电流受电动机电压的限制。再生制动与电阻制动之间的转换由DCU控制，能保证它们连续交替使用，转换平滑，变化率不能为人所感受到。当高速时，动车采用再生制动，将列车动能转换成电能；当再生制动无法再回收时（如当网压上升到1800V时），再生制动能够平滑地过渡到电阻制动。电制动具有独立的滑行保护功能。由于四台电动机是并联连接的，因此当DCU检测出任意一根轴发生滑行时，DCU能对四台电动机进行同步控制，同时降低或切除四台电动机的电制动力。而空气（摩擦）制动是用来补充制动指令所要求的和电制动已达到最大的制动力之间的差额以及没有电制动时完全由气制动来承担的列车制动要求。电制动和空气制动之间的混合制动是平滑的，并满足正常运行的冲击极限。每节车设计有独自的气制动控制部件，每根轴设计有独立的防滑装置，由ECU实时监控每根轴的转速，一旦任一轮对发生滑行，能迅速向该轴的防滑电磁阀G01发出指令，沟通制动缸与大气的通路，使制动缸排气，从而解除该轮对的滑行现象。制动执行部件采用单元制动缸，有普通单元制动缸PC7Y型和带停放制动器的单元缸（也称弹簧制动器）PC7YF型两种。城市轨道交通车辆制动系统主要性能如下：(1)常用制动平均减速度（从80km/h到0，包括响应时间）a=1.0(1+15％)m/s²(2)接触网吸收能力：0～1000/0(3)常用制动冲击限制：0.75m/s²(4)电制动转折点（可调）：0～12km/h(5)紧急制动减速度：α≥1.2rm/s2紧急制动距离（制动初速度为80km/h）：AWO～AW2载荷时，制动距离≤204m；AW3载荷时，制动距离≤215m。目前城市轨道交通车辆一般采用模拟式指令式电一空制动系统，它用一条列车控制线贯通整列车，形成连续回路。模拟制动系统的操作指令是采用模拟电指令控制压力空气，由压力空气再控制压力空气的控制方式。制动的电指令是采用脉冲宽度调制信号，能进行无级制动控制。车辆制动系统的气路部分由供气设备、制动控制单元(BCU)、基础制动装置、微机控制单元(EBCU)和防滑系统等组成。供气设备还向车辆的空气悬挂设备、车门控制装置以及气动喇叭、刮水器、受电弓气动控制设备、车钩操作气动控制设备等进行供气（其气路总图见图4-45）。图4-45拖车管路系统图A-供风系统B-制动系统c-基础制动G一防滑系统L-空气簧系统W-车钩x-车间供气上海地铁车辆，采用了德国克诺尔(Knorr)制动机公司生产的模拟式电一空制动机，它通过列车总线贯通整个列车，采用电控制空气、空气再控制空气的控制方式。其中，ECU为制动微机控制单元、BCU为制动控制单元、DCU为牵引控制单元。制动的电指令是利用脉冲宽度调制。【项目实施】下面以上海地铁为例主要介绍空气制动系统的检修。一、供气设备的检修（一）空气压缩机的检修如图4-46为VV120空气压缩机原理图，图4-47为VV120空气压缩机外形图。图4-46VV120空气压缩机原理图1-风扇叶轮2-曲轴箱3-曲轴4-油计量器5-联轴节6-中央法兰7-弹性装置8-气缸9-安全阀10-空气滤清器11-排气阀12-进气阀13-油收集器Al-空气进口A2-空气出口图4-47VV120空气压缩机外形图上海地铁列车大多以A、B、C三辆车为一个单元，所以其供气也是以单元来设计的，每一单元设置一套空气压缩机组，其中包括驱动电动机、压缩机、干燥器、压力控制开关等。车辆的制动系统及其他一些子系统所使用的压缩空气都是由压缩机组生产的。电动机通过联轴节直接驱动空气压缩机。空气压缩机生产的压缩空气必须经过空气干燥器后才能使其成为洁净的干燥的压缩空气供各用气系统使用。目前上海地铁多采用VV120型空气压缩机，因该压缩机结构紧凑且无架悬挂，特别适用于车下安装。VV120型空气压缩机是两级压缩机，低压级有两个风缸，高压级有一个风缸，每个风缸有一个进气阀和排气阀。低压缸吸入空气并由滤气器清洁，经过压缩后进人中间冷却器进行冷却，再进入高压缸进一步压缩。在进入气路系统前，高压缸排出的高温、高压气体仍需要进入冷却器进行二次冷却。对空气压缩机的检修要求如下：1．空气压缩机分解(1)先把空气压缩机单元从车体上拆下。(2)然后将空气压缩机与电动机分解开。(3)分解空气压缩机。2．空气压缩机各零部件清洗(1)压缩机分解后所有金属部件，用碱性清洁剂清洗。(2)橡胶件清洗，需要用温热的肥皂水，以减少对橡胶件的腐蚀，再用清水冲洗，最后用压缩空气吹干。(3)然后清洗空气压缩机外表及冷却器叶片并对需要润滑的零部件进行润滑。3．检查内部零件是否有损坏清洗完成后，首先要对压缩机的零部件进行目测检查，检查是否存在裂纹、变形或锈蚀等损伤。4．重要部件检修对于下列重要的部件，还必须进行详细的检查和测量，并根据需要，给予修复或更换。(1)曲轴检修：1)检查曲轴有无裂纹。2)检查曲轴的螺纹是否有损坏。3)检查连杆支承点有无磨耗，某些轻微拉伤可经抛光修复。4)如果支承点磨耗严重或是褪色严重，或是实际尺寸已超出极限，则要更换整个曲轴。(2)活塞和活塞销检修：1)检查活塞表面，如出现较大的拉伤，则要更换整个活塞。2)检查活塞销有无拉伤和擦伤。其表面应该平滑无拉伤，否则应更换活塞销。3)如果活塞或活塞销的实际尺寸超出了其报废尺寸的极限，则应更换该活塞或活塞销。注意：如果要更换活塞，应整套更换连杆活塞总成，包括活塞环、活塞销和保持圈。在空气压缩机大修时，以下部件必须更换：轴承、针套、连杆轴承的导向环、活塞环、吸气／排气阀、锁紧环、弹簧垫圈、轴密封环、密封圈、0形环和轴承环等。5．空气压缩机测试在空气压缩机装配完成后，应检验空气压缩机的功能是否正常。因此需要有专用试验台，对空气压缩机单元的相关功能进行测试，在试验中，主要测量、控制下列参数：(1)吸气口温度（即环境温度）。(2)第一级压缩（低压压缩）后温度（未经冷却）。(3)第一级压缩（低压压缩）后温度（经冷却）。(4)第二级压缩（高压压缩）后温度（未经冷却）。(5)第二级压缩（高压压缩）后温度（经冷却）。(6)空载情况下的输出压力。(7)满负载情况下的输出压力。(8)电动机转速。注：先将空气压缩机热机运行20min，空气压缩机油至热油状态，热后放油，注意热油防止烫伤。将3L空气压缩机油注入空气压缩机冲洗，起动空气压缩机，将油打热后放出（注油和放油时，应对角注放）。然后再注入3L空气压缩机油冲洗，打热后放出。冲洗完毕后，将3.5～3.7L空气压缩机油注入空气压缩机。新油加注更换完毕。新车运行3000km，更换空气压缩机油，其他车辆空气压缩机的压缩机运行2000h或一年应更换机油，也可视机油乳化情况提前更换。（二）空气干燥器检修‘空气压缩机输出的高压力的压缩空气中含有较高的水分和油分，必须经过空气干燥器将其中的水分和油分排去才能达到车辆上各用气系统对压缩空气的要求。空气干燥器一般都是塔式的，有单塔式和双塔式两种。目前上海地铁双塔式干燥器使用的比较多。双塔式空气干燥器，如图4-48所示。它是由油水分离器、干燥筒、排水阀、止回阀和消声器等组成的。在油水分离器中存有许多拉希格圈（这是一种用铜片或铝片做成的有微小缝隙的小圆筒），干燥器则是一个网形的大圆筒，其中盛满颗粒状的干燥剂。空气干燥器无需特殊保养，一般只做常规检查。由于空气干燥器里没有移动部件，因此一般不会有磨损的问题。如果发生故障需要修理时，需作如下检修。1．空气干燥器分解检查拆开空气干燥器，必须首先要对分解后的干燥过滤器零部件进行清洁，并检查是否有裂纹、变形或锈蚀等损伤。2．干燥剂更换如果在排水阀的出口处有白色沉淀物或是干燥剂过饱和，必须检查干燥剂，如有必要则要更换。一般来说，干燥剂每4~5年需要更换一次。3．拉希格圈清洗用于吸油的拉希格圈，可以用碱性清洁剂清洗，再用清水洗涤，最后用压缩空气吹干即可。4．进行功能测试干燥过滤器组装完成后，应对它的功能进行测试，测试应在专用试验设备上进行。试验主要检查干燥器是否有泄漏、排泄功能是否正常、消声器的工作效果等。按照设计要求，经过干燥的压缩空气，其相对湿度应小于35%，这是必须要测试的项目，可以使用压力露点计或相对湿度计来检查其是否达到要求。图4-48双塔式空气干燥器作用原理（干燥筒7a为吸附工况，干燥筒7b为干燥工况）1-电磁阀2-预控制阀3-克诺尔K型环4-止回阀5-油水分离器6-吸附剂7-干燥筒8-干燥器座9-旁通阀10-双活塞阀11-隔热材料12-再生节流孔A-排泄口01～03-排气口P1-进气口P2-出气口v1～v1o一阀座（三）干式空气滤清器的维护及更换说明(1)遵守产品安全手册要求，检修工作只允许由受过专业培训的人员在授权车间进行，使用KNORR原装备件，必须保证在两次检修之间供气设备功能正常。(2)内置干式空气滤清器可通过观察作为附加装置的真空指示器，当发现滤清器内侧脏污时及时保养维护。注：压缩机组运行1000h或最迟12个月后更换干式空气滤清器。二、制动控制单元BCU的检修制动控制单元是空气制动的核心部分，它接受制动系统微处理器(EBCU)的指令，然后再指示制动执行部件动作。其组成部分主要有：模拟转换阀、紧急阀、称重阀、均