城市軌道交通車輛構(gòu)造第8周第1次課件

城市軌道交通車輛構(gòu)造郝瑞朝交通學(xué)院一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類

按照制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能的轉(zhuǎn)移方式不同可以分為摩擦制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)。1．摩擦制動(dòng)。通過摩擦副的摩擦將列車的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用。城軌車輛常用的摩擦制動(dòng)方式主要有閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)和磁軌制動(dòng)。（1）閘瓦制動(dòng)。又稱踏面制動(dòng)，它是一種最常用的一種制動(dòng)方式，如圖6-1所示。制動(dòng)時(shí)閘瓦壓緊車輪，輪、瓦之間發(fā)生摩擦，將列車的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能通過輪、瓦摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣中。?）盤形制動(dòng)。如圖6-2所示。圖6-2（a）為軸盤式整體制動(dòng)盤；圖6-2（b）為輪盤式制動(dòng)盤在車輪上安裝情況。圖6-2（c）為安裝輪盤式制動(dòng)盤的輪對(duì)；圖6-2（d）為制動(dòng)盤在輪對(duì)上安裝的實(shí)物圖。盤形制動(dòng)是在車軸上或在車輪輻板側(cè)面安裝制動(dòng)盤，用制動(dòng)夾鉗使用合成材料制成的兩個(gè)閘片緊壓制動(dòng)盤側(cè)面，通過摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力，把列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，消散于大氣從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)盤安裝在車軸上稱為軸盤式，制動(dòng)盤安裝在車輪側(cè)面稱為輪盤式。非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架一般采用軸盤式，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由于軸身上裝有齒輪箱，安裝制動(dòng)盤困難，所以采用輪盤式。6.2城市軌道交通車輛制動(dòng)機(jī)的種類一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類圖6-1城軌車輛上采用的單元風(fēng)缸式閘瓦制動(dòng)一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類

（ａ）（ｂ）

（ｃ）（ｄ）圖6—2盤形制動(dòng)裝置示意圖一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類

圖6-3磁軌制動(dòng)原理1-升降風(fēng)缸；2、5-電磁鐵；3、8-磨耗板；4-勵(lì)磁線圈；6、9-工作磁通；7、11-漏磁通；10-鋼軌。

（3）軌道電磁制動(dòng)機(jī)（如圖6—3所示）軌道電磁制動(dòng)，又叫磁軌制動(dòng)。在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁下通過升降風(fēng)缸安裝有電磁鐵，電磁鐵下設(shè)有磨耗板。以電操縱并作為動(dòng)力來源。制動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)電后起磁感應(yīng)的電磁鐵放下壓緊鋼軌，使它與鋼軌發(fā)生摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力不受輪軌間粘著的限制，不易使車輪滑行。但重量較大增加了車輛的自重。在高速旅客列車上與空氣制動(dòng)機(jī)并用（特別是在緊急制動(dòng)時(shí)），可縮短制動(dòng)距離。如北京地鐵機(jī)場(chǎng)線由于列車運(yùn)行速度較高，最高時(shí)速可達(dá)100km/h，該車組上裝有軌道電磁制動(dòng)機(jī)。2．動(dòng)力制動(dòng)。也稱電制動(dòng)，列車制動(dòng)時(shí)，將牽引電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能對(duì)這些電能不同處理方式形成了不同方式的動(dòng)力制動(dòng)。城軌車輛上采用的動(dòng)力制動(dòng)的形式主要有再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)，都是非接觸式制動(dòng)方式。

一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類

（1）再生制動(dòng)再生制動(dòng)是利用電機(jī)的可逆性原理。電動(dòng)車組在牽引工況運(yùn)行時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，軸上輸出牽引力矩以驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行；電動(dòng)車組在電制動(dòng)時(shí)，列車的慣性力帶動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)，此時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使列車動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽偈闺娔芊答伝仉娋W(wǎng)，可提供給相鄰運(yùn)行的列車使用。使?fàn)恳姍C(jī)軸上產(chǎn)生反向力矩并作用于輪對(duì)，形成制動(dòng)力，使列車減速或在下坡道上以一定的速度運(yùn)行。這種制動(dòng)叫再生制動(dòng)。（2）電阻制動(dòng)電力機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、帶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的動(dòng)車組和城市軌道車輛（動(dòng)車）等，在制動(dòng)時(shí)，使自勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)樗麆?lì)發(fā)電機(jī)，將發(fā)出的電能消耗于電阻器上，采用強(qiáng)迫通風(fēng)，使熱量消散于大氣而產(chǎn)生制動(dòng)作用。高速時(shí)制動(dòng)力大，低速時(shí)效率減低，所以與空氣制動(dòng)機(jī)同時(shí)采用。電阻制動(dòng)一般能提供較穩(wěn)定的制動(dòng)力，但車輛底架下需要安裝體積較大的電阻箱，增加了車輛的自重。一、按城軌列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式分類二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類

在目前列車所采用的制動(dòng)方式中，制動(dòng)的源動(dòng)力主要有壓縮空氣的壓力和電磁力。以壓縮空氣為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為空氣制動(dòng)，如閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)等都為空氣制動(dòng)方式；以電磁力為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為電制動(dòng)，動(dòng)力制動(dòng)、軌道電磁制動(dòng)、軌道渦流制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)等均為電制動(dòng)；還有機(jī)械制動(dòng)、液壓制動(dòng)、翼板制動(dòng)等方式。1．自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)。是以壓縮空氣為動(dòng)力來源，用空氣壓力的變化來操縱的制動(dòng)機(jī)。應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)的機(jī)車車輛均采用這種制動(dòng)機(jī)。自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是制動(dòng)管減壓制動(dòng)，增壓緩解。因此當(dāng)列車分離時(shí)，制動(dòng)機(jī)可發(fā)生制動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車。由于這種制動(dòng)機(jī)構(gòu)造和作用都比較完善，目前我國(guó)車輛上使用的各型空氣制動(dòng)機(jī)，如貨車120型制動(dòng)機(jī)和客車用104型、F8型制動(dòng)機(jī)等，都采用這種型式。6.2城市軌道交通車輛制動(dòng)機(jī)的種類

2．電空制動(dòng)機(jī)電空制動(dòng)機(jī)是以壓縮空氣作為動(dòng)力來源，用電操縱的制動(dòng)機(jī)。一般是在空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上加裝電磁閥等電氣控制部件，用電來操縱制動(dòng)機(jī)的作用。它可以提高列車前后部車輛制動(dòng)和緩解作用的一致性，減少車輛間的沖擊，使制動(dòng)距離顯著縮短。所以許多高速列車都采用這種制動(dòng)機(jī)。為防止電控系統(tǒng)發(fā)生故障使列車失去制動(dòng)控制，現(xiàn)今的電空制動(dòng)機(jī)仍保留著壓縮空氣操縱裝置，以備在電控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)地轉(zhuǎn)為壓縮空氣操縱。目前我國(guó)鐵路客車使用的電空制動(dòng)機(jī)主要有104型電空制動(dòng)機(jī)和F8型電空制動(dòng)機(jī)兩種型式。城市軌道交通車輛電空制動(dòng)機(jī)有KBGM（德國(guó)KNORR公司）和KBWB（英國(guó)原Westinghouse公司）模擬式電空制動(dòng)機(jī)、架控式EP2002型和EP09型制動(dòng)機(jī)等。3．軌道渦流制動(dòng)軌道渦流制動(dòng)與磁軌制動(dòng)很相似，也是把電磁鐵懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁下面同側(cè)的兩個(gè)車輪之間。不同的是，軌道渦流制動(dòng)的電磁鐵在制動(dòng)時(shí)只放到離軌面7~10mm處而不會(huì)與鋼軌發(fā)生接觸。軌道渦流制動(dòng)原理如圖6-4所示。二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類圖6-4軌道渦流制動(dòng)原理圖軌道渦流制動(dòng)是利用電磁鐵和鋼軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使鋼軌感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力作為制動(dòng)力，并把列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能消散于大氣。作為非黏著制動(dòng)方式的渦流軌道制動(dòng)具有對(duì)鋼軌無磨耗，高速時(shí)制動(dòng)力大，制動(dòng)力可控制，可在常用制動(dòng)時(shí)作用，結(jié)冰時(shí)沒有任何失效的危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在高速列車上渦流軌道制動(dòng)方式比磁軌制動(dòng)方式得到更多的采用。如德國(guó)300km/h的ICE3型高速動(dòng)車組的拖車每臺(tái)轉(zhuǎn)向架上，就采用了兩組渦流軌道制動(dòng)器及兩組軸盤式鑄鋼盤形制動(dòng)裝置；上海磁浮列車的制動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是軌道直線渦流制動(dòng)。4．旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生制動(dòng)力的。它是將制動(dòng)圓盤作為可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體安裝在車軸上，電磁鐵固定在轉(zhuǎn)向架上，并應(yīng)防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)原理如圖6-5所示。制動(dòng)時(shí)金屬盤在電磁鐵形成的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，盤的表面被感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力，并消散于大氣中，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用。此種制動(dòng)方式廣泛應(yīng)用于日本新干線100系、300系和700系動(dòng)車組的拖車上。二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類圖6-5旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)原理圖6-6液壓制動(dòng)的控制過程

5．液壓制動(dòng)為了確保行車安全，在高速動(dòng)車組上都裝有傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)。但是空氣制動(dòng)系統(tǒng)有質(zhì)量重、體積大和響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)輕量化和高響應(yīng)特性，而將空氣制動(dòng)部件改進(jìn)為液壓部件。液壓制動(dòng)的控制過程如圖6-6所示。制動(dòng)電子控制單元將制動(dòng)指令、電制動(dòng)的反饋信號(hào)和液壓傳感器信號(hào)計(jì)算、處理控制。液壓制動(dòng)系統(tǒng)由裝在車體上的制動(dòng)電子控制單元和裝在轉(zhuǎn)向架上電液制動(dòng)裝置構(gòu)成。與空氣制動(dòng)相比，質(zhì)量可減輕1/3左右。如北京地鐵機(jī)場(chǎng)線的制動(dòng)系統(tǒng)采用電液盤型制動(dòng)和磁軌制動(dòng)系統(tǒng)的混合制動(dòng)，電制動(dòng)優(yōu)先。6．翼板制動(dòng)（如圖6-7所示）翼板制動(dòng)尚處于試驗(yàn)之中，是一種從車體上伸出翼板來增加空氣阻力的制動(dòng)方式。若翼板的位置適當(dāng)，動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)的空氣阻力可增加3~4倍。2006年日本研制出利用空氣動(dòng)力制動(dòng)的Fastech360S和其改進(jìn)Fastech360Z型，并已通過400Km/h時(shí)速的安全測(cè)試，裝有空氣動(dòng)力制動(dòng)裝置的列車制動(dòng)距離在時(shí)速360Km/h與時(shí)速275Km/h是大致相同。二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類二、按制動(dòng)源動(dòng)力分類圖6-7翼板制動(dòng)一、空氣壓縮機(jī)1.活塞式空氣壓縮機(jī)（1）構(gòu)造組成：由固定機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)、中間冷卻裝置和潤(rùn)滑裝置等幾部分組成。其中，固定機(jī)構(gòu)包括機(jī)體、氣缸、氣缸蓋；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括曲軸、連桿、活塞；進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)包括空氣濾清器、氣閥；中間冷卻裝置包括中間冷卻器（簡(jiǎn)稱中冷器）、冷卻風(fēng)扇；潤(rùn)滑裝置包括潤(rùn)滑油泵、潤(rùn)滑油路等，如圖6-9所示。6.3供風(fēng)系統(tǒng)一、空氣壓縮機(jī)6.3供風(fēng)系統(tǒng)圖6-9活塞式空氣壓縮機(jī)作用原理1-潤(rùn)滑油泵；2-機(jī)體；3-油壓表；4-空氣濾清器；5、8-進(jìn)氣閥片；6-排氣閥片；7、9-低壓活塞；10-高壓活塞；11-主風(fēng)缸；12-壓力控制器；13-上集氣箱；14-散熱管；15-下集氣箱。（2）工作原理：電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)高、低壓缸活塞同時(shí)在氣缸內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于曲軸中部的三個(gè)軸頸在軸向平面內(nèi)互成1200，兩個(gè)低壓缸活塞和一個(gè)高壓缸活塞分別相隔1200轉(zhuǎn)角。當(dāng)?shù)蛪夯钊滦袝r(shí)，活塞頂面與缸蓋之間形成真空，經(jīng)空氣濾清器的大氣推開進(jìn)氣閥片（進(jìn)氣閥片彈簧被壓縮）進(jìn)入低壓缸，此時(shí)排氣閥在彈簧和中冷器內(nèi)空氣壓力的作用下關(guān)閉。當(dāng)?shù)蛪夯钊闲袝r(shí)，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮，其壓力大于排氣閥片上方壓力與排氣閥彈簧的彈力之和時(shí)，壓縮排氣閥彈簧而推開排氣閥片，具有一定壓力的空氣排出缸外，而進(jìn)氣閥片在氣缸內(nèi)壓力及其彈簧的作用下關(guān)閉。兩個(gè)低壓缸送出的低壓空氣，都經(jīng)氣缸蓋的同一通道進(jìn)入中冷器。經(jīng)中冷器冷卻后，再進(jìn)入高壓缸，進(jìn)行第二次壓縮，壓縮后的空氣經(jīng)排氣口、主風(fēng)管路送入主風(fēng)缸中儲(chǔ)存。高壓活塞的進(jìn)、排氣作用與低壓活塞的進(jìn)、排氣作用相同。在運(yùn)用中，主風(fēng)缸壓力保持在一定的范圍，如750～900Kpa，它是通過空壓機(jī)壓力控制器（調(diào)壓器）自動(dòng)控制空壓機(jī)的啟動(dòng)或停止來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)主風(fēng)缸的壓力逐漸增高，達(dá)到規(guī)定壓力上限時(shí)，壓力控制器切斷空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源，使空壓機(jī)停止工作；而隨著設(shè)備的用風(fēng)和管路的泄漏等，使主風(fēng)缸的壓力逐漸降低，達(dá)到規(guī)定壓力下限時(shí)，壓力控制器接通空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源，使空壓機(jī)開始工作，主風(fēng)缸壓力又回升。這樣主風(fēng)缸壓力一直被控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。一、空氣壓縮機(jī)

2.螺桿式空氣壓縮機(jī)（1）用途和功能

①用途：TSAG-0.9ARII型螺桿式空氣壓縮機(jī)組，是專為地鐵或輕軌車設(shè)計(jì)的電動(dòng)空氣壓縮設(shè)備，主要用途是為地鐵或輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)提供潔凈的壓縮空氣。其結(jié)構(gòu)組成如圖6-10所示。②結(jié)構(gòu)：TSAG-0.9ARII型螺桿式空氣壓縮機(jī)組由五大主要部件構(gòu)成：驅(qū)動(dòng)裝置、空氣壓縮機(jī)體、風(fēng)冷卻裝置、空氣凈化裝置和吊架，它們用螺栓連接在一起組成一個(gè)緊湊單元。結(jié)構(gòu)原理如圖6-11所示。它的主機(jī)是雙回轉(zhuǎn)軸容積式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)子為一對(duì)互相嚙合的螺桿，螺桿具有非對(duì)稱嚙合型面。主動(dòng)轉(zhuǎn)子為陽螺桿，從動(dòng)轉(zhuǎn)子為陰螺桿。常用的主副螺桿齒數(shù)比依壓縮機(jī)容量而有所不同，為4：5、4：6、或5：6。兩個(gè)互相嚙合的轉(zhuǎn)子在一個(gè)只留有進(jìn)氣口的鑄鐵殼體里面旋轉(zhuǎn)，螺桿的嚙合和螺桿與殼體之間的間隙通過精密加工嚴(yán)格控制，并在工作時(shí)向螺桿內(nèi)噴壓縮機(jī)油，使間隙被密封，并將兩轉(zhuǎn)子的嚙合面隔離防止機(jī)械接觸摩擦。另外，不斷噴入的機(jī)油與壓縮空氣混合，用來帶走壓縮過程所產(chǎn)生的熱量，維持螺桿副長(zhǎng)期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)螺桿副嚙合旋轉(zhuǎn)時(shí)，它從進(jìn)氣口吸氣，經(jīng)過壓縮從排氣口排出，得到具有一定壓力的壓縮空氣。一、空氣壓縮機(jī)一、空氣壓縮機(jī)圖6-10TSAG-0.9ARII型螺桿式空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)圖1-電動(dòng)機(jī)；2-中托架；3-蝸殼；4-擴(kuò)壓器；5-冷卻器；6-冷卻系統(tǒng)；7-機(jī)體油氣桶部分；8-壓力維持閥；9-真空指示器；10-進(jìn)氣閥；11-機(jī)頭；12-油氣桶油過濾器；13-視油鏡；14-空氣過濾器一、空氣壓縮機(jī)圖6-11螺桿式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖螺桿副是一對(duì)齒數(shù)比為4：6以特定螺旋角互相嚙合的螺桿。其中陽螺桿（通常作驅(qū)動(dòng)螺桿）為凸形不對(duì)稱齒，而陰螺桿（常用作從動(dòng)螺桿）為瘦齒形彎曲齒。兩螺桿的齒斷面形線是專門設(shè)計(jì)并經(jīng)過精密磨削加工的，在嚙合過程中兩齒間始終保持“零”間隙密貼，形成空氣的擠壓空腔。③功能：驅(qū)動(dòng)裝置：法蘭式三相交流電動(dòng)機(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)體：空氣壓縮機(jī)頭裝入空氣壓縮機(jī)的油氣筒中，油氣筒內(nèi)還裝有油分離系統(tǒng)。這個(gè)主要組件還另外裝有用于過濾、控制和監(jiān)控潤(rùn)滑油的各元件。中托架和蝸殼：組成了一個(gè)剛性很好的結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)使組件具有自支撐作用。蝸殼中容納了離心式風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝在電動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)螺桿組之間的聯(lián)軸器上。擴(kuò)壓器連接蝸殼與冷卻器，冷卻器起冷卻壓縮空氣和潤(rùn)滑油的雙重作用。這個(gè)復(fù)合的部件借助離心式風(fēng)扇供給的冷卻空氣來交換壓縮作用所產(chǎn)生的熱量。吊架：驅(qū)動(dòng)裝置、空氣壓縮機(jī)機(jī)體及冷卻裝置三大部件是采用彈性減振墊平穩(wěn)地吊掛在鋼制吊架上，吊架上方有8個(gè)安裝孔用于與車輛固定。（2）螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作原理：該壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、壓縮、排氣三個(gè)階段，流程圖6-12所示。一、空氣壓縮機(jī)一、空氣壓縮機(jī)圖6-12螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖1-螺桿式空氣壓縮機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-冷卻風(fēng)機(jī)；4-電動(dòng)機(jī)；5-空、油冷卻器（機(jī)油冷卻單元）；6-冷卻器（壓縮