城市軌道交通系統(tǒng)論文

..摘要為使列車能實施制動和緩解而安裝于列車上的一整套裝置稱為制動系統(tǒng)。由于城市軌道交通車輛與鐵路車輛的編組形式不同，一般都采用動力分散型的動車組形式，所以可以分為動車制動裝置和拖動制動裝置。一套列車制動裝置至少包括兩個局部，即制動控制局部和制動執(zhí)行局部。制動控制局部由制動信號發(fā)生與傳輸裝置以及制動控制裝置組成。目前，制動控制局部主要有空氣制動控制局部和電空制動控制局部兩大類。制動執(zhí)行局部通常稱為根底制動裝置，包括閘瓦制動，盤形制動，磁軌制動等不同方式。本論文將以城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)為論述對象，從根本概念和根底理論入手，解釋制動系統(tǒng)的組成及主要零部件的功能和構造。關鍵詞：城軌制動系統(tǒng)控制原理引言城市軌道交通系統(tǒng)是城市最為重要的根底設施之一，城市人員的流動、物質的運輸依靠城市交通來完成，城市交通體系直接展示城市的面貌和活力，表達城市的承載能力，關系著城市的環(huán)境，進而影響著城市的可持續(xù)開展；而城市公共交通那么是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成局部絕大多數(shù)居民的出行依靠公共交通，因此，城市公共交通是維持城市居民工作、學習和生活正常秩序的重要保障。自1863年世界上第一條地下鐵路在倫敦正式運營之后，城市軌道交通系統(tǒng)得到了較快的開展，城市軌道交通己成為世界各主要特大城市倍受青睞的一種交通方式。目前己有43個國家和地區(qū)的320座城市修建了軌道交通，其中115座城市修建了地鐵，國際上200萬人口以上的超級特大城市根本上都修建了地鐵，并且是城市交通的主力。我國由于經濟實力和技術水平的限制，中國城市軌道交通建立起步較晚，但速度之快、規(guī)模之大。根據(jù)2013年7月5日發(fā)布的"中國城市開展報告〔2012〕"顯示，目前我國地已有、等17個城市開通70條軌道交通運營線路，總運營里程2064公里，其中2012年新增投運里程321公里。隨著2012年眾多城市地鐵工程提前獲批，以及今年仍有大量工程獲得許可，"十二五〞規(guī)劃確定實現(xiàn)3000公里的全國城市軌道交通運營里程，有望突破上升至4000公里左右。由于站間距短、列車加速、減速及停車頻繁。為了提高運行速度，增加列車密度，必須使列車起動快、制動快，制動距離短。這就要求其制動具有操作靈活。動作迅速、停車平穩(wěn)準確、制動率及制動功率相對較大等特點。近年來，地鐵車輛的快速開展，運行速度也由最初的60km/h逐漸提高到80km/h、100km/h甚至更高。車輛在高速運行中必須依賴制動系統(tǒng)調節(jié)列車運行速度和及時準確地在預定地在預定地點停車，保證列車平安正點地運行。試想一下，在你有急事的時候，坐地鐵到站了，卻因為沒有準確的停在預定的停車點，直接開往下一站了，你是怎樣的心情？在你坐的地鐵時，制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，剎車不靈了，那面對的直接是生命危險。目錄TOC\o"1-3"\u第1章制動系統(tǒng)概述 、〔1〕截斷塞門：它安裝在制動支管上，當列車中的車輛因特殊情況或列車檢修作業(yè)需要停頓車輛空氣制動系統(tǒng)的作用時，關閉該車的截斷塞門，切斷車輛制動機與制動主管的壓縮空氣通路，同時排出副風缸和制動缸的壓縮空氣，使制動機緩解，以便于檢修人員的平安操作。截斷塞門有兩種不同的構造形式：一種是錐芯獨立式；另一種是球芯式。如圖2-6和2-7。圖2-6錐芯獨立式截斷塞門1-閥體2-塞門芯3-蓋4-彈簧5-手把圖2-7帶排氣口的截斷塞門〔2〕脈沖電磁閥：它是先導控制的二位三通閥，它是由一個氣動往復閥芯和用于預控的電磁閥組成。而且，它還配有附加的手動控制。脈沖電磁閥用于氣電控制回路中，如果電脈沖觸發(fā)，那么控制腔充氣或排氣，或按順序交替進展，雙塔式枯燥塔要用到。〔3〕止回閥：它安裝于只允許空氣從一個方向流入且反向截止的空氣管路，以防止降壓?！?〕減壓閥：它的作用是調節(jié)壓縮空氣系統(tǒng)中的空氣壓力?！?〕空氣過濾器：空氣過濾器用于壓縮空氣制動系統(tǒng)，氣動車門機構等，可以保護這些敏感的設備不受損壞?？諝膺^濾器對在多塵環(huán)境下運行的列車的制動系統(tǒng)的可靠性具有極其重要的作用?！?〕平安閥：它是空氣制動系統(tǒng)中保證空氣壓力不至于過高的部件。設定壓力通過調節(jié)螺母來調節(jié)。如圖2-8。圖2-8平安閥1-閥體2-活塞3-彈簧4-頂桿5-調節(jié)螺母6-上蓋B-排氣口V-發(fā)口2.4空氣制動機空氣制動，又稱為機械制動或摩擦制動，主要以壓縮空氣為動力，由車輛的風源系統(tǒng)供給。2.4.1直通式空氣制動機直通式空氣制動機工作原理如圖2-9所示。空氣壓縮機將壓縮空氣儲入總風缸，經總風缸管至制動閥。制動閥有緩解位、保壓位和制動位3個不同位置。在緩解位時，制動管的壓縮空氣經制動閥Ex口排向大氣；在保壓位時，制動閥保持總風缸、制動管和Ex口各不相通；在制動位時，總風缸管壓縮空氣經制動閥流向制動管。圖2-9直通式空氣制動機Ⅰ-緩解位；Ⅱ-保壓位；Ⅲ-制動位；1-空氣壓縮機；2-總風缸；3-制動風管；4-制動閥：5-制動管；6-制動缸；7-根底制動裝置；8-制動缸緩解彈簧；9-制動缸活塞；10-閘瓦；11-制動閥EX；12-車輪〔1〕制動位。駕駛員要實施制動時，首先把操縱手柄放在制動位，總風缸的壓縮空氣經制動閥進入制動管。制動管是一根貫穿整個列車，兩端封閉的管路。壓縮空氣由制動管進入各個車輛的制動缸，壓縮空氣推動制動缸活塞移動，并通過活塞桿帶動根底制動裝置，使閘瓦壓緊車輪，產生制動作用。制動力的大小，取決于制動缸壓縮空氣的壓力，由駕駛員操縱手柄在制動位放置時間長短而定?！?〕緩解位。要緩解時，駕駛員將操縱手柄置于緩解位，各車輛制動缸的壓縮空氣經制動管從制動閥Ex口排入大氣。操縱手柄在緩解位放置的時間應足夠長，使制動缸的壓縮空氣排盡，壓力降至為零。此時制動缸活塞借助于制動缸緩解彈簧的復原力，使活塞回到緩解位，閘瓦離開車輪，實現(xiàn)車輛緩解?！?〕保壓位。制動閥操縱手柄放在保壓位時，可保持制動缸壓力不變。當駕駛員將操縱手柄在制動位與保壓位之間來回操縱，或在緩解位與保壓位之間來回操縱時，制動缸壓力能分階段上升或降下，即實現(xiàn)階段制動或階段緩解。直通空氣制動機的特點是：〔1〕制動管增壓制動、減壓緩解、列車別離時不能自動停車?！?〕能實現(xiàn)階段緩解和階段制動?！?〕制動力大小靠司機操縱手柄在制動位放置時間的長短決定，因此控制不太準確?！?〕制動時全列車制動缸的壓縮空氣都由總風缸供給；緩解時，各制動缸的壓縮空氣都需要經制動閥排氣口排入大氣。因此前后車輛制動一致性不好。2.4.2自動式空氣制動機自動式空氣制動機與其他空氣制動機不同的是，增加了三個部件：在總風缸與制動閥之間增加了給氣閥；在每節(jié)車輛的制動管與制動缸之間增加了三通閥和副風缸。給氣閥的作用是限定制動管定壓，人為規(guī)定制動管壓力，即無論總風缸壓力多高，給氣閥出口的壓力總保持在一個設定值。自動空氣制動機工作原理如圖2-10所示。圖2-10自動式空氣制動機Ⅰ-緩解位；Ⅱ-保壓位；Ⅲ-制動位；1-空氣壓縮機；2-總風缸；3-總風缸管；4-制動閥：5-制動管；6-制動缸；7-根底制動裝置；8-制動缸緩解彈簧；9-制動缸活塞；10-閘瓦；11-制動閥EX口；12-車輪；13-三通閥；14-副風缸；15-給氣閥；16-三通閥排氣口自動式空氣制動機的制動閥同樣也有緩解位、保壓位和制動3個作用位置，但部通路與直通式空氣制動機的制動閥有所不同。在緩解位時它聯(lián)通給氣閥與制動管的通路；制動位時它使制動管與制動閥上的EX口相通，制動管壓縮空氣經它排向大氣；保壓位時仍保持各路不通。制動閥操縱手柄放在緩解位時，總風缸中的壓縮空氣經給氣閥、制動閥送到制動管，然后通過制動管送到各車輛的三通閥，經三通閥使副風缸充氣。如此時制動缸中有壓縮空氣，那么經三通閥的排氣口16排入大氣。列車運行時，制動閥操縱手柄一般處于緩解位，直至副風缸充至制動管定壓值。制動閥操縱手柄放在制動位時，制動管的壓縮空氣經制動閥EX口排向大氣。制動管的減壓信號傳至車輛的三通閥時，三通閥動作，副風缸的壓縮空氣經三通閥充向制動缸，制動缸活塞推出，使制動執(zhí)行機構動作，列車產生制動作用。由此可見，自動空氣制動機是依靠制動管中壓縮空氣的壓力變化來傳遞制動信號，制動管增壓緩解，減壓那么制動，其中，三通閥是制動缸充氣或排氣的控制部件。三通閥工作原理如下圖2-11所示。圖2-11三通閥工作原理1-三通閥活塞及活塞桿；2-節(jié)制閥；3-滑閥；4-副風缸；5-制動缸；6-三通閥；i-充氣溝；B-間隙三通閥由于它與制動管、副風缸和制動缸相通而得名。根據(jù)制動管壓力的變化，三通閥有以下三個根本位置。a.充氣緩解位。制動管壓力增加時，在三通閥活塞兩側形成壓差，三通閥活塞及活塞桿帶動節(jié)制閥及滑閥一起移至右側段位，這時充氣溝露出。三通閥形成以下兩條通路：①制動管→充氣溝→滑閥室→副風缸；②制動缸→滑閥室R孔→滑閥底面N槽→三通閥Ex口→大氣。第一條為充氣通路，第二條為緩解通路，所謂充氣是指向副風缸充氣，緩解是指制動缸緩解。副風缸壓可一直充至與制動管的壓力相等，即到達制動管定壓，制動缸緩解后的最終壓力為零。b.制動位。制動時，駕駛員把制動閥手柄放在制動位，制動管的壓力空氣經制動閥排氣減壓。三通閥活塞左側壓力下降，右側副風缸壓力大于左側。當兩側壓差較小時，缺乏以推動活塞，副風缸的壓力空氣有通過充氣溝逆流的現(xiàn)象。但由于制動管壓力下降較快，活塞兩側壓差繼續(xù)增大，壓差到達足以克制活塞及節(jié)制閥的阻力時活塞及活塞桿帶動節(jié)制閥向左移一間隙距離，使活塞桿與滑閥之間的間隙B置于前部，活塞折斷充氣溝，副風缸壓力空氣停頓逆流，滑閥上的通孔上端開放，與副風缸相通。隨著制動管壓力刀鋒繼續(xù)下降，活塞兩側壓差加大到能夠克制滑閥與滑閥座之間的摩擦力時，活塞帶動滑閥左移至極端位，滑閥切斷制動缸通大氣的通路，同時滑閥通孔下端與滑閥座制動缸孔R對準，形成副風缸向制動缸的充氣通路。如果三通閥一直保持這一位置，最終將使副風缸壓力與制動缸的壓力平衡。c.保壓位。在制動管減壓到一定值后，駕駛員將制動閥操縱手柄移至保壓位，制動管停頓減壓。三通閥活塞左側壓力不再下降，但三通閥活塞仍處于左極端的制動位，因此副風缸壓力空氣繼續(xù)充向制動缸，活塞右側的壓力繼續(xù)下降。當右側副風缸壓力稍低于左側制動管的壓力時，兩側壓差到達能克制活塞和節(jié)制閥的阻力時，活塞將帶著節(jié)制閥向右移一間隙距離，使滑閥與活塞桿之間的間隙位于后端，同時節(jié)制閥遮斷副風缸向制動缸的充氣通路，副風缸壓力不再下降。由于此時活塞兩側壓差較小，缺乏以克制滑閥與滑閥座之間的摩擦力，所以活塞位于此位不再移動，制動缸保壓。自動制動機的特點：〔1〕制動管減壓制動、增加緩解，列車別離時能自動制動停車?！?〕由于制動缸的風源與排氣口離制動缸較近，其制動與緩解不再通過制動閥進展，因此制動與緩解的一致性較直通制動機好，列車縱向沖動較小，適合于較長編組的列車?！?〕有階段制動及一次緩解性能。上述的三通閥屬于二壓力機構的閥，還有種閥，通常稱為三壓力機構閥，也稱分配閥，其特點是：〔1〕具有階段制動和階段緩解。同時，制動管要充到定壓，制動缸才能完全緩解。〔2〕具有制動力不衰減性。即在制動中立位或緩解中立位，當制動缸壓力因泄漏等原因而下降時，三通閥能自動地給予補充壓縮空氣，保證制動缸壓力保持原值。2.4.3電空制動機電空制動機為電控空氣制動機的簡稱。它是在空氣制動機的根底上加裝電磁閥等電氣控制部件而形成的。它的特點是制動作用的操縱控制用電，但制動作用的原動力還是壓力空氣(它與大氣的壓差)。在制動機的電控因故失靈時，它仍可以實行空氣壓強控制(氣控)，臨時變成空氣制動機。圖2-12電空制動機l-列車管；2-三通閥；3-副風缸；4-制動缸；5-加速緩解風缸；6-制動電磁閥；7-保壓電磁閥；8-緩解電磁閥；9-止回閥；EX-通大氣如圖2-12所示，在制動時各車的制動電磁閥6的排氣口同時翻開，將列車管1的壓力空氣排往大氣，產生制動作用。在緩解時各車的緩解電磁閥8的通路也同時翻開，使各車的加速緩解風缸5同時向列車管1充風(加速緩解風缸5的風是在列車管1經過三通閥2向副風缸3充風時經過止回閥9充至定壓的，由于止回閥的作用，制動時加速緩解風缸的風沒有使用)。在列車施行階段緩解、緩解電磁閥8的通路被關閉、列車管空氣壓強保持不變時，保壓電磁閥7將三通閥的排氣通路切斷，所以，三通閥主活塞雖然仍停留在充氣緩解位，制動缸經三通閥與排氣口相通，但此時不通大氣，制動缸空氣壓強能保持不變，即可以實現(xiàn)階段緩解。在列車速度很高或列車編組很長、空氣制動機難以滿足要求時，采用電空制動機可以大大改善列車前后部制動和緩解作用的一致性，顯著減輕列車縱向沖擊并縮短制動距離。世界各國(包括我國在)許多高速列車(200km／h以上)和準高速(160km／h)列車都采用了電空制動機。2.5本章小結本章主要表達的風源系統(tǒng)。風源系統(tǒng)是空氣制動系統(tǒng)里面的重要的局部。風源系統(tǒng)由空氣壓縮機、空氣枯燥器以及風缸和其他空氣管路局部組成?？諝鈮嚎s機現(xiàn)在城軌里面用主要是兩種：活塞式空氣壓縮機和螺旋式空氣壓縮機。城軌里面常用的活塞式空壓機有VV230型和VV120型。螺旋式空壓機的特點：〔1〕噪聲小，振動?。弧?〕可靠性高和壽命長；〔3〕維護簡單。根據(jù)這些特點螺旋式空壓機完全符合城軌對空壓機的要求，所以螺旋式空壓機也是城軌車輛的最受歡送的空壓機之一?？諝饪菰锲饔袉嗡胶碗p塔式兩種。它們的工作原理都差不多，就是雙塔式空氣枯燥器是一個筒中在枯燥空氣時，另一個筒在將吸附劑再生，輪流工作。雙塔式空氣枯燥器一般都用在交流傳動車上。風缸是用來儲存壓縮空氣的。其他的空氣管路部件有截斷塞門、脈沖電磁閥、止回閥、減壓閥、空氣過濾器和平安閥。制動控制系統(tǒng)主要有空氣制動系統(tǒng)和電控控制系統(tǒng)。當以壓力空氣作為制動信號傳遞和制動力控制的介質時，該制動裝置稱為空氣制動控制系統(tǒng)，又稱空氣制動機。按其作用原理原理不同，可以分為直通空氣制動機、自動空氣制動機和電空制動機。第3章總結為了適應城市快速軌道車輛運行速度高、站間距離短、啟動制動