城市軌道-地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

PAGEPAGEIV地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)摘要隨著城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大和城市人口的增加，運(yùn)輸問題日益嚴(yán)重，地鐵的特點(diǎn)是速度、精確度、舒適度、能耗低和污染低，它已成為發(fā)展公路運(yùn)輸?shù)闹行?，我們的許多大中型城市已經(jīng)開始或正在計(jì)劃建造一個(gè)地鐵系統(tǒng)，剎車系統(tǒng)是地鐵車輛的一個(gè)重要組成部分，地鐵的制動(dòng)能力與地鐵的運(yùn)營安全和運(yùn)輸能力有關(guān)。由于該市各地鐵站之間的距離很短，因此需要有速度和高停車位，以使地鐵車輛能夠更快地運(yùn)行，從而提高其運(yùn)輸能力。城市軌道交通車輛載客量大，乘客上下頻繁，一些地鐵車輛還設(shè)有站臺(tái)屏蔽門，為方便乘客上下，要求停車距離準(zhǔn)確。本文針對(duì)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)方案進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)。本章主要介紹了空氣制動(dòng)系統(tǒng)的組成，從直通式空氣制動(dòng)機(jī)、自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)、直通自動(dòng)式制動(dòng)空氣等方面分析了空氣制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式，并探討了城軌車輛風(fēng)源系統(tǒng)，并對(duì)地鐵車輛的制動(dòng)性能參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文首先介紹了課題的研究背景及意義，然后探討了地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，根據(jù)載荷變化調(diào)整制動(dòng)力，并對(duì)制動(dòng)缸壓力滯后進(jìn)行了修正。關(guān)鍵詞：地鐵；制動(dòng)系統(tǒng)；空氣制動(dòng)

abstractWiththerapidexpansionofurbanscaleandtheincreaseofurbanpopulation,transportationproblemsarebecomingmoreandmoreserious.Metroischaracterizedbyspeed,accuracy,comfort,lowenergyconsumptionandlowpollution.Ithasbecomethecenterofdevelopinghighwaytransportation.Manylargeandmedium-sizedcitieshavebegunorareplanningtobuildasubwaysystem,brakesystem.AsanimportantpartofMetrovehicles,thebrakingcapacityofMetroisrelatedtotheoperationsafetyandtransportationcapacityofmetro.Becauseoftheshortdistancebetweenrailwaystationsinthecity,thereisaneedforspeedandhighparkingspacetoenablemetrovehiclestorunfasterandthusimprovetheirtransportcapacity.Urbanrailtransitvehiclescarryalargenumberofpassengers,andpassengersgetupanddownfrequently.Somemetrovehiclesalsohaveplatformscreeningdoors.Inordertofacilitatepassengerstogetupanddown,parkingdistanceisrequiredtobeaccurate.Inthispaper,thebrakingsystemofmetrovehiclesisdesigned.Thischaptermainlyintroducesthecompositionoftheairbrakesystem,analysesthecontrolmodeoftheairbrakesystemfromtheaspectsofdirectairbrake,automaticairbrakeanddirectautomaticbrakeair,discussestheairsourcesystemofurbanrailvehicles,anddesignsthebrakingperformanceparametersofMetrovehicles.Firstly,thispaperintroducestheresearchbackgroundandsignificanceofthesubject,andthendiscussesthedesignofthebrakesystemofmetrovehiclesindetail,adjuststhebrakeforceaccordingtothechangeofload,andcorrectsthepressurelagofthebrakecylinder.Keywords:Subway;brakesystem;airbrake

目錄摘要 Iabstract II第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2地鐵車輛制動(dòng)發(fā)展現(xiàn)狀 1第二章空氣制動(dòng)系統(tǒng)的概述 32.1空氣制動(dòng)系統(tǒng)的組成 32.2空氣制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式 32.2.1直通式空氣制動(dòng)機(jī) 32.2.2自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī) 52.2.3直通自動(dòng)式制動(dòng)空氣 72.3城軌車輛風(fēng)源系統(tǒng) 72.3.1空氣壓縮機(jī) 82.3.2空氣干燥器 112.3.3風(fēng)缸及其他空氣管路部件 112.4地鐵車輛的制動(dòng)性能參數(shù)設(shè)計(jì) 122.5本章小結(jié) 13第三章地鐵車輛的制動(dòng)設(shè)計(jì) 143.1制動(dòng)概況 143.2空氣制動(dòng)的設(shè)計(jì) 153.2.1空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 163.2.2空氣干燥器的選擇和設(shè)計(jì) 173.2.3風(fēng)缸的設(shè)計(jì) 193.2.4制動(dòng)控制單元設(shè)計(jì) 193.2.5單元制動(dòng)器設(shè)計(jì) 243.3空氣制動(dòng)工作方式 263.4車輛制動(dòng)微處理機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 273.5電空制動(dòng)控制系統(tǒng) 273.6電空制動(dòng)控制工作方式 283.7本章小結(jié) 29第四章計(jì)算與校核 304.1地鐵車輛制動(dòng)能力初步設(shè)計(jì)和計(jì)算 304.2制動(dòng)距離計(jì)算 344.3本章小結(jié) 35第五章結(jié)論與展望 365.1結(jié)論 365.2展望 36參考文獻(xiàn) 37致謝 39PAGE34第一章緒論1.1研究背景及意義空氣制動(dòng)又稱為機(jī)械制動(dòng)或摩擦制動(dòng)。制動(dòng)控制單元是空氣制動(dòng)的核心部件，它接受微機(jī)制動(dòng)控制單元（EBCU）的指令，然后再指示制動(dòng)執(zhí)行部件動(dòng)作。其組成部分有：模擬轉(zhuǎn)換閥、緊急閥、稱重閥和均勻閥等。這些部件都安裝在一塊鋁合金的氣路板上，實(shí)現(xiàn)了集成化。這樣避免用管道連接而造成容易泄露和占用空間大等問題。1.2地鐵車輛制動(dòng)發(fā)展現(xiàn)狀皮曉龍（2015）研究了常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)和階段制動(dòng)工況下制動(dòng)缸壓力與Cv壓力變化特性，并進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證。分析結(jié)果表明：在常用、緊急制動(dòng)時(shí)，Cv壓力比制動(dòng)缸壓力響應(yīng)快，最大延時(shí)不超過0.5s,穩(wěn)定時(shí)兩者壓力相等；緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸壓力上升至定壓的時(shí)間小于1.5s,常用制動(dòng)時(shí)小于2.2s;階段制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸壓力與Cv壓力跟隨性較好。試驗(yàn)中，制動(dòng)穩(wěn)定后的cv壓力比制動(dòng)缸高約15kpa，這是由于繼動(dòng)閥內(nèi)橡膠件的阻尼作用所致，但是這個(gè)并不會(huì)影響中斷閥的正常使用。韓曉明（2015）為研究節(jié)流孔孔徑大不對(duì)中繼閥性能的影響并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)中繼閥的結(jié)構(gòu)工作原理，采用AMESim創(chuàng)建CRH2動(dòng)車組（ElectricMultipleUnit,EMU）FD-1型中繼閥仿真模型，并在此基礎(chǔ)上搭建簡化的CRH2動(dòng)車組空氣制動(dòng)系統(tǒng)模型。張立國（2016）著重介紹了HX_D3D型交流傳動(dòng)客運(yùn)電力機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)方案。為保證運(yùn)行安全、可靠、平穩(wěn)舒適，機(jī)車采用成熟先進(jìn)的智能制動(dòng)控制系統(tǒng)，基礎(chǔ)制動(dòng)采用大功率輪裝制動(dòng)盤，粉末冶金閘片，同時(shí)具備后備制動(dòng)、地鐵車輛電空制動(dòng)、雙管供風(fēng)、空氣防滑等技術(shù)。牟明明（2017）首先對(duì)HXN5型機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)使用中出現(xiàn)的主要問題進(jìn)行分析、整改。對(duì)比分析了空氣制動(dòng)系統(tǒng)與SS4G型電力機(jī)車DK-1制動(dòng)系統(tǒng)，闡述HXN5型機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越性。王雯（2017）利用Simulationx仿真軟件對(duì)工礦窄軌土渣車的空氣制動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)前以及改進(jìn)方案進(jìn)行仿真，與實(shí)際測試值進(jìn)行比較，可以得出正確的結(jié)論，即關(guān)于在優(yōu)化這一空氣制動(dòng)系統(tǒng)過程中采用仿真程序的說明將作為優(yōu)化系統(tǒng)的參考，希望能給工業(yè)界的同行們一個(gè)思路。

第二章空氣制動(dòng)系統(tǒng)的概述2.1空氣制動(dòng)系統(tǒng)的組成城市軌道交通車輛的空氣制動(dòng)系統(tǒng)由供氣系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、防滑裝置和制動(dòng)控制單元組成。供氣系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、空氣干燥劑、壓力控制裝置和管路組成，供氣系統(tǒng)除了給車輛制動(dòng)系統(tǒng)供氣外，還向車輛的空氣懸架設(shè)備，車門控制裝置（氣動(dòng)門），氣動(dòng)喇叭，刮水器及車鉤操作氣動(dòng)控制設(shè)備等需要壓縮空氣的設(shè)備供氣?；A(chǔ)制動(dòng)裝置是空氣制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)執(zhí)行裝置，通常被稱為基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。根據(jù)制動(dòng)方式不同，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要有閘瓦制動(dòng)和盤形制動(dòng)兩種形式。由于城市軌道交通車輛的車底架下安裝的設(shè)備較多，沒有很大的空間來安裝閘瓦和盤形制動(dòng)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，因此大多數(shù)城軌車輛采用單元制動(dòng)機(jī)。防滑裝置適用于車輪與鋼軌黏著不良時(shí)，對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行控制的裝置。它的作用是：防止車輪即將抱死；避免滑動(dòng)并最佳地利用粘著力，以獲取最短的制動(dòng)距離。制動(dòng)控制單元是空氣制動(dòng)的核心部件，它接受微機(jī)制動(dòng)控制單元（EBCU）的指令，然后再指示制動(dòng)執(zhí)行部件動(dòng)作。其組成部分有：模擬轉(zhuǎn)換閥、緊急閥、稱重閥和均勻閥等。這些部件都安裝在一塊鋁合金的氣路板上，實(shí)現(xiàn)了集成化。這樣避免用管道連接而造成容易泄露和占用空間大等問題。2.2空氣制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式2.2.1直通式空氣制動(dòng)機(jī)直通式空氣控制機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。制動(dòng)閥有保壓位、緩解位和制動(dòng)位三個(gè)不同位置。在緩解位時(shí)，制動(dòng)管內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)制動(dòng)閥Ex口排向大氣；在保壓位時(shí)，制動(dòng)閥保持總風(fēng)缸管、制動(dòng)管和Ex口各不相同；在制動(dòng)位時(shí)，總風(fēng)缸管壓縮空氣經(jīng)制動(dòng)閥流向制動(dòng)管。圖2-1直通式空氣制動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)Ⅰ-緩解位Ⅱ-保壓位Ⅲ-制動(dòng)位1-空氣壓縮機(jī)2-總風(fēng)缸3-總風(fēng)缸管4-制動(dòng)閥5-制動(dòng)管6-制動(dòng)缸7-基礎(chǔ)制動(dòng)裝置8-制動(dòng)缸緩解彈簧9-制動(dòng)缸活塞10-閘瓦11-制動(dòng)閥Ex口12-車輪（1）制動(dòng)位：駕駛員在要實(shí)施制動(dòng)時(shí)，首先把操作手柄放在制動(dòng)位，總風(fēng)缸的壓縮空氣經(jīng)制動(dòng)閥進(jìn)入制動(dòng)管。制動(dòng)管是一根貫通整個(gè)地鐵車輛、兩端封閉的管路。制動(dòng)力的大小，取決于制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣的壓力，由駕駛員操縱手柄在制動(dòng)位放置時(shí)間長短而定。（2）緩解位：要緩解時(shí)把操作手柄放在緩解位，各制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)制動(dòng)管從制動(dòng)閥EX口排入大氣。操縱手柄置于緩解位放置時(shí)間足夠長，則制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣可排盡，壓力降低至零。此時(shí)制動(dòng)缸活塞借助于制動(dòng)缸緩解彈簧的復(fù)原力，使活塞回到緩解位，閘瓦離開車輪，實(shí)現(xiàn)車輛緩解。（3）保壓位：制動(dòng)閥操縱手柄放在保壓位時(shí)，可保持制動(dòng)缸內(nèi)壓力不變。當(dāng)司機(jī)將操縱手柄在制動(dòng)位于保壓位之間來回操縱、或在緩解位于保壓位之間來回操縱時(shí)，制動(dòng)缸壓力能分階段的上升或下降，即使現(xiàn)階段制動(dòng)或階段緩解。直通式空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)如下：1、制動(dòng)管增壓制動(dòng)、減壓緩解，地鐵車輛分離時(shí)不能自動(dòng)停車2、能實(shí)現(xiàn)階段緩解和階段制動(dòng)。3、制動(dòng)力大小靠駕駛員操縱手柄在制動(dòng)位放置時(shí)間長短決定，因此控制不太精確。4、制動(dòng)時(shí)全地鐵車輛制動(dòng)缸的壓縮空氣都由總風(fēng)缸供給；緩解時(shí)，各制動(dòng)缸的壓縮空氣都需經(jīng)制動(dòng)閥排氣口排入大氣。因此車輛前后車輛制動(dòng)的一致性不好。2.2.2自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)在直通式空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了三個(gè)部件：在總風(fēng)缸與制動(dòng)閥間增加了給氣閥；在每節(jié)車廂的制動(dòng)管和制動(dòng)缸之間增加了三通閥和副風(fēng)缸。給氣閥的作用是限定制動(dòng)管定壓，人為規(guī)定制動(dòng)管壓力，即無論總風(fēng)缸壓力多高，給氣閥出口的壓力總保持在一個(gè)設(shè)定值。自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)閥同樣有緩解、保壓和制動(dòng)三個(gè)作用位置，但內(nèi)部通路與直通式空氣制動(dòng)的制動(dòng)閥有所不同。在緩解位時(shí)它聯(lián)通給氣閥與制動(dòng)管通；制動(dòng)位時(shí)它使制動(dòng)管與制動(dòng)閥上的Ex口相通，制動(dòng)管壓縮空氣經(jīng)它排向大氣；保壓位時(shí)仍保持各路不通。三通閥的工作原理如圖2-2所示a）充氣緩解位b）制動(dòng)位c）保壓位1-三通閥活塞及活塞桿2-節(jié)制閥3-滑閥4-副風(fēng)缸5-制動(dòng)缸6-三通閥7-充氣溝B-間隙r-滑閥座制動(dòng)缸孔Z-制動(dòng)缸管圖2-2三通閥的工作原理三通閥由與其他制動(dòng)管、副風(fēng)缸和制動(dòng)缸相通而得名。根據(jù)制動(dòng)管壓力的變化三通閥有以下三個(gè)基本位置。（1）充氣緩解位當(dāng)制動(dòng)管壓力升高時(shí)，三通閥活塞兩側(cè)形成壓差。三通閥的活塞和活塞桿共同驅(qū)動(dòng)控制閥和滑閥向右端移動(dòng)。此時(shí)，充氣槽露出。第一條通路為充氣通路第二條通路為緩解通路，所謂充氣是指向副風(fēng)缸充氣，緩解是指制動(dòng)缸緩解。副風(fēng)缸內(nèi)壓力可一直充至與制動(dòng)管的壓力相等，即達(dá)到制動(dòng)管定壓，制動(dòng)缸緩解后的最終壓力為零。（2）制動(dòng)位制動(dòng)管內(nèi)壓力空氣經(jīng)制動(dòng)閥排氣減壓。三通閥活塞左側(cè)壓力下降，右側(cè)副風(fēng)缸壓力大于左側(cè)。當(dāng)兩側(cè)壓差較小時(shí)，不足以推動(dòng)活塞，副風(fēng)缸的壓力空氣有通過充氣溝逆流的現(xiàn)象。隨著制動(dòng)管壓力的繼續(xù)下降，活塞兩側(cè)壓差加大到能夠克服滑閥與滑閥座之間的摩擦力時(shí)，活塞帶動(dòng)滑閥移至極端位，滑閥切斷制動(dòng)缸通大氣的通路，同時(shí)滑閥孔下端與滑閥座制動(dòng)缸孔r對(duì)準(zhǔn)，形成副風(fēng)缸向制動(dòng)缸的充氣通路。如果三通閥一直保持這個(gè)位置，最終將使副風(fēng)缸壓力與制動(dòng)缸的壓力平衡。（3）保壓位在制動(dòng)管減壓到一定值后，駕駛員將制動(dòng)閥操縱手柄放到保壓位，制動(dòng)管停止減壓。當(dāng)右側(cè)副風(fēng)缸壓力稍低于左側(cè)制動(dòng)管的壓力時(shí)，兩側(cè)壓差達(dá)到能克服活塞和節(jié)制閥的阻力時(shí)，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(shí)節(jié)制閥遮斷副風(fēng)缸向制動(dòng)缸的充氣通路，副風(fēng)缸壓力不再下降。由于此時(shí)活塞兩側(cè)壓差較小，不足以克服滑閥與滑閥座之間的摩擦力，所以活塞位于此為不再移動(dòng)，制動(dòng)缸保壓。但由于三通閥結(jié)構(gòu)的限制，無法實(shí)現(xiàn)階段緩解，而只能一次緩解（又稱輕易緩解）。2.2.3直通自動(dòng)式制動(dòng)空氣直通自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示圖2-3直通自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)注：1—空氣壓縮機(jī)2—總風(fēng)缸3—總風(fēng)缸管4—制動(dòng)閥5—制動(dòng)管6—制動(dòng)7—基礎(chǔ)制動(dòng)裝置8—制動(dòng)缸緩解彈簧9—制動(dòng)缸活塞10—閘瓦11—制動(dòng)閥Ex口12—車輪13—定壓風(fēng)缸14—副風(fēng)缸15—給氣閥16—三通閥排氣口17—排氣閥口18—進(jìn)氣閥口19—進(jìn)排氣閥20—制動(dòng)缸壓力活塞21—主活塞22—單向閥直通式空氣制動(dòng)機(jī)三通閥的主控機(jī)構(gòu)由大小兩個(gè)活塞組成。其作用受制動(dòng)缸壓力活塞上側(cè)制動(dòng)缸壓力、主活塞上下兩側(cè)制動(dòng)管壓力和增壓氣缸壓力的差和平衡控制，屬于三壓機(jī)構(gòu)閥。直通自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)具有四個(gè)作用工況制動(dòng)緩解位、制動(dòng)位、制動(dòng)中立位和緩解中立位。直通自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)如下：1、能階段制動(dòng)和階段緩解。同時(shí)，制動(dòng)管要充到定壓，制動(dòng)缸才能完全緩解。2、具有制動(dòng)力不衰減性性能。2.3城軌車輛風(fēng)源系統(tǒng)風(fēng)源系統(tǒng)主要包括：空氣壓縮機(jī)組、主風(fēng)缸、腳踏泵以及空氣管路系統(tǒng)。用風(fēng)設(shè)備主要包括：制動(dòng)裝置、空氣懸掛裝置、車門控制裝置，以及風(fēng)喇叭、刮雨器、受電弓氣動(dòng)控制設(shè)備、車鉤操作氣動(dòng)控制設(shè)備等。2.3.1空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)是用來產(chǎn)生壓縮空氣的裝置。城軌用的空氣壓縮機(jī)要求具有噪聲低、振動(dòng)小、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便。環(huán)境實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，其直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)已逐漸被交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)取代。目前，城軌車輛中采用的主要有活塞式空氣壓縮機(jī)和螺桿式空氣壓縮機(jī)兩種。（1）活塞式空氣壓縮機(jī)活塞式空氣制動(dòng)機(jī)由固定機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)、中間冷卻裝置和潤滑裝置等及部分組成。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、冷卻風(fēng)扇；潤滑裝置包括潤滑油泵、潤滑油路等，如圖2-4所示。圖2-4活塞式空氣壓縮機(jī)作用原理注：1-潤滑油泵；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-下集氣箱兩個(gè)低壓缸送出低壓空氣，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，在進(jìn)入高壓缸，進(jìn)行第二次壓縮，壓縮后的空氣經(jīng)排氣閥口、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)行中，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)壓力控制器自動(dòng)控制控制空壓的啟動(dòng)或停止來實(shí)現(xiàn)。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；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)缸壓力回升。這樣主風(fēng)缸壓力一直被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。活塞式空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，可靠性和穩(wěn)定性好，不需要特殊潤滑，性價(jià)比具有吸引力。（2）螺桿式空氣壓縮機(jī)螺桿空壓機(jī)與活塞空壓機(jī)相同，都屬于容積式空壓機(jī)。從使用效果來看螺桿空壓機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）可靠性高。螺桿空壓機(jī)零部件少，沒有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá)4～8萬小時(shí)。（2）操作維護(hù)方便。螺桿空壓機(jī)自動(dòng)化程度高，操作人員不必經(jīng)過長時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。螺桿式空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件兩個(gè)螺桿的運(yùn)動(dòng)沒有質(zhì)心位置的變動(dòng)，所以沒有產(chǎn)生振動(dòng)的干擾力。陰、陽螺桿和機(jī)殼之間相互密貼和嚙合的間隙是通過噴油實(shí)現(xiàn)密封和冷卻的，不產(chǎn)生機(jī)械接觸和摩擦，因而噪音低。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作原理：該壓縮機(jī)的工作過程分為進(jìn)氣、壓縮、排氣三個(gè)階段，如圖所示2-5流程圖。圖2-5螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖注：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（壓縮空氣后冷單元）；7-壓力開關(guān)；8-進(jìn)氣閥；9-真空指示器；10-空氣濾清器；11-油細(xì)分離器；12-最小壓力維持閥；13-安全閥；14-溫度開關(guān)；15-視油鏡；16-泄油閥；17-溫度控制閥；18-油氣筒組成；19-機(jī)油過濾器；20-逆止閥2.3.2空氣干燥器液態(tài)的水、油微粒及機(jī)械雜質(zhì)在濾清器中基本被除去，壓縮空氣的相對(duì)濕度降低是避免用風(fēng)過程中出現(xiàn)冷凝水危害的主要方式，它依靠空氣干燥器來完成?？諝飧稍锲鞯幕驹硎牵何竭^程是一個(gè)平衡反應(yīng)。再生過程也是一個(gè)平衡反應(yīng)，用于吸附劑再生的吹掃氣體是由較高壓力的壓縮空氣膨脹而來。膨脹時(shí)，空氣體積增大而壓力降低，獲得的吹掃氣體的相對(duì)濕度較低。因而易于“奪”走吸附器上已吸附的水蒸氣分子，使吸附劑恢復(fù)干燥狀態(tài)，達(dá)到再生目的。其特點(diǎn)是“壓力吸附與無熱再生”。常用的吸附劑有：活性炭、氧化鋁、硅凝膠及分子篩等。2.3.3風(fēng)缸及其他空氣管路部件（1）風(fēng)缸：風(fēng)缸是用于儲(chǔ)存壓縮空氣的，用鋼板制成，具有很高的耐壓性，是一種高壓容器。車載風(fēng)缸有各種用途，比如上海直流制地鐵車輛每節(jié)車上有四個(gè)風(fēng)缸：總風(fēng)缸，空氣懸掛系統(tǒng)風(fēng)缸、制動(dòng)風(fēng)缸、氣動(dòng)車門風(fēng)缸、再生儲(chǔ)風(fēng)缸（帶有空氣干燥塔的C車）。（2）其他空氣管路部件：①脈沖電磁閥：它是先導(dǎo)控制的二位三通閥，它是由一個(gè)氣動(dòng)往復(fù)閥芯和用于預(yù)控的電磁閥組成。而且，它還配有附加的手動(dòng)控制。脈沖電磁閥用于氣電控制回路中，如果電脈沖觸發(fā)，則控制腔充氣或排氣，或按順序交替進(jìn)行，雙塔式干燥塔要用到。②止回閥：它安裝于只允許空氣從一個(gè)方向流入且反向截止的空氣管路，以避免降壓。③減壓閥：它的作用是調(diào)節(jié)壓縮空氣系統(tǒng)中的空氣壓力。④空氣過濾器：空氣過濾器用于壓縮空氣制動(dòng)系統(tǒng)，氣動(dòng)車門機(jī)構(gòu)等，可以保護(hù)這些敏感的設(shè)備不受損壞?？諝膺^濾器對(duì)在多塵環(huán)境下運(yùn)行的地鐵車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性具有極其重要的作用。⑤安全閥：它是空氣制動(dòng)系統(tǒng)中保證空氣壓力不至于過高的部件。設(shè)定壓力通過調(diào)節(jié)螺母來調(diào)節(jié)。2.4地鐵車輛的制動(dòng)性能參數(shù)設(shè)計(jì)地鐵車輛制動(dòng)減速度及列車沖動(dòng)限制符合GB/T7928-2003規(guī)定。列車縱向沖擊率不應(yīng)大于1m/s3。常用制動(dòng)在正常運(yùn)行狀態(tài)使用，由司機(jī)將司控器手柄置制動(dòng)位或ATO施加。常用制動(dòng)時(shí)，電制動(dòng)優(yōu)先，空氣制動(dòng)根據(jù)減速要求提供剩余的減速力。最大常用制動(dòng)平均減速度為1.0m/s3。常用制動(dòng)時(shí)電制動(dòng)力受踏面粘著限制。常用制動(dòng)具有防滑保護(hù)和受沖動(dòng)限制，常用制動(dòng)可恢復(fù)。緊急制動(dòng)平均減速率設(shè)計(jì)為1.2m/s3，僅由空氣制動(dòng)完成。每種操作模式（自動(dòng)和手動(dòng)模式）總能施加緊急制動(dòng)。當(dāng)司機(jī)主控制器位于快速制動(dòng)位時(shí)，列車施加快速制動(dòng)。快速制動(dòng)設(shè)計(jì)以緊急制動(dòng)減速率（l.2m/s3）制動(dòng)而不斷開安全回路?？焖僦苿?dòng)設(shè)計(jì)為緊急情況下一種制動(dòng)方式，快速制動(dòng)具有防滑保護(hù)，并受沖動(dòng)限制?？焖僦苿?dòng)由電制動(dòng)和電空制動(dòng)產(chǎn)生。快速制動(dòng)命令是可恢復(fù)的。停放制動(dòng)僅在靜止時(shí)采用，防止停放的列車滾動(dòng)。應(yīng)保證超載（AW3載荷）的列車停在不超過40%0的坡道上。整個(gè)制動(dòng)裝置的控制采用二級(jí)控制，簡述為“電控制空氣，空氣再控制空氣”即為“電子控制單元”控制“氣路控制單元”，控制空氣再控制執(zhí)行空氣。電空控制系統(tǒng)方框圖如圖2-6所示，圖中輸入信號(hào)的功能如下：圖2-6電空制動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖2.5本章小結(jié)本章主要介紹了空氣制動(dòng)系統(tǒng)的組成，從直通式空氣制動(dòng)機(jī)、自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)、直通自動(dòng)式制動(dòng)空氣等方面分析了空氣制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式，并探討了城軌車輛風(fēng)源系統(tǒng)，并對(duì)地鐵車輛的制動(dòng)性能參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

第三章地鐵車輛的制動(dòng)設(shè)計(jì)這一章，主要是根據(jù)前面第二章有關(guān)地鐵車輛的參數(shù)以及第三章有關(guān)國內(nèi)地鐵車輛制動(dòng)的了解，和第四章對(duì)于車輛制動(dòng)的計(jì)算，進(jìn)行地鐵車輛制動(dòng)方面的設(shè)計(jì)。3.1制動(dòng)概況通過對(duì)地鐵制動(dòng)的了解，我們知道動(dòng)車的制動(dòng)方式，當(dāng)高速時(shí)，采用再生制動(dòng)，將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能；當(dāng)再生的電能無法再回收時(shí)，則采用電阻制動(dòng)。當(dāng)車速低于10km/h時(shí)，則電制動(dòng)切除，全部采用空氣制動(dòng)。一般地鐵列車設(shè)計(jì)中的最高速度為80km/h，平均速度為35km/h。車輛自重，動(dòng)車為38.5t，拖車為33t。滿載時(shí)，動(dòng)車為57.5t，拖車為51.9t（每輛車的定員均為310人）。超載時(shí)，動(dòng)車為63.6t，拖車為58.1t（每輛車為410人），這為重載工況。列車的平均制動(dòng)率應(yīng)保證在整個(gè)速度范圍內(nèi)的平均減速度達(dá)1.15m/s2，制動(dòng)初速為50km/h、60km/h、40km/h和20km/h時(shí)達(dá)到停車的時(shí)間要求分別為19.3士15%s、14.5士15%s、11.1士15%s和5.6士15%s（反應(yīng)時(shí)間除外）。本文設(shè)計(jì)的制動(dòng)為模擬式電空氣控制制動(dòng)系統(tǒng)，它用一條電纜貫通整個(gè)列車，形成連續(xù)回路。模擬式制動(dòng)系統(tǒng)的操作指令是采用電控制空氣、空氣再控制空氣的方法。制動(dòng)電指令是利用脈沖寬度調(diào)制，能進(jìn)行無級(jí)控制。制動(dòng)方式有再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)和空氣（摩擦）制動(dòng)三種，它們分別為第一、第二和第三優(yōu)先制動(dòng)。再生制動(dòng)取決于接觸網(wǎng)的接收能力，亦即取決于網(wǎng)壓高低和負(fù)載利用能力；電阻制動(dòng)承擔(dān)電機(jī)電流中不能再生的那部分制動(dòng)電流。再生制動(dòng)電流加電阻制動(dòng)電流等于制動(dòng)控制要求的總電流，此電流受電機(jī)電壓的限制。當(dāng)?shù)罔F列車速度降到6km/h，電制動(dòng)被全部切除時(shí)，所有給定的制動(dòng)力全由空氣制動(dòng)提供。3.2空氣制動(dòng)的設(shè)計(jì)空氣制動(dòng)是個(gè)很主要的部分，設(shè)計(jì)時(shí)我將空氣制動(dòng)分成三個(gè)部分：供氣部分、控制部分、執(zhí)行部分。如圖5.1所示。其中，圖5.1a示出供氣部分（A類部件）和受電弓氣動(dòng)升降部件（U類部件）的管路連接示意圖，圖5.1b示出空氣制動(dòng)系統(tǒng)?？諝庵苿?dòng)系統(tǒng)每輛車上均有，而供氣部件只有C車上有，受電弓氣動(dòng)升降部件只有B車上有。各主要組成部件的名稱和用途如下。圖5.1a地鐵車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)3.2.1空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)空氣壓縮機(jī)是用來制造空氣制動(dòng)系統(tǒng)和其他各種氣動(dòng)器件（例如空氣彈簧，客室的風(fēng)動(dòng)車門等）所需的壓力空氣。為了能滿足制動(dòng)需要，本文設(shè)計(jì)一個(gè)活塞式空壓機(jī)，它的排氣量為1500L/min；輸出壓力為1100kpa（11bar）；轉(zhuǎn)速為1520r/min；用1500V直流電動(dòng)機(jī)M通過彈性聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)。四個(gè)氣缸（其中三個(gè)低壓缸的直徑為95mm，一個(gè)高壓缸的直徑為85mm），兩級(jí)壓縮帶有兩個(gè)空氣冷卻器（中間冷卻和后冷卻），并用風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。此壓縮機(jī)的主要特點(diǎn)是它的缸體與曲軸箱不連成一體，這樣的設(shè)計(jì)便于缸套的安裝和調(diào)換。圖5.1b3.2.2空氣干燥器的選擇和設(shè)計(jì)空氣干燥器采用單筒式無熱再生工況的干燥裝置（圖5.2），它的特點(diǎn)是吸附劑（干燥劑）的吸附作用與再生作用只在一個(gè)干燥筒內(nèi)進(jìn)行。無熱再生工況干燥法的基本原理是：利用吸附劑具有大量微孔的特點(diǎn)，吸附壓力空氣中的水蒸汽分子，達(dá)到干燥空氣的目的。圖5.2空氣干燥器1-空氣干燥器；2-彈簧；3-單向閥；4-帶孔擋板；5-干燥筒筒體；6-吸附劑；7-油水分離器；8-“拉希格”圈；9-排泄閥；10-消音器；11-彈簧；12-活塞；13-電空閥；14-線圈；15-排氣閥；16-銜鐵；17帶排氣的截?cái)嗳T；18-再生風(fēng)缸；19-節(jié)流孔3.2.3風(fēng)缸的設(shè)計(jì)在每輛車上設(shè)四個(gè)風(fēng)缸（參圖5.1），其中，一個(gè)250L的總風(fēng)缸，一個(gè)100L的空氣懸掛系統(tǒng)（空氣彈簧）風(fēng)缸，一個(gè)50L制動(dòng)貯風(fēng)缸和一個(gè)50L的客室風(fēng)動(dòng)門的風(fēng)缸。另外，C車上還得增加一個(gè)50L的再生風(fēng)缸。3.2.4制動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)制動(dòng)控制單元是空氣制動(dòng)的核心，主要有模擬轉(zhuǎn)換閥a、緊急閥e、稱重閥。、均衡閥d等組成。這些部件都安裝在一塊鋁合金的氣路板上。猶如電子分立元件安裝在印刷線路板上一樣。同時(shí)在氣動(dòng)線路板上安裝了一些測試接口（I、K、L、M、N），只要在氣動(dòng)線路板上測試，就可以方便地測量各個(gè)控制壓力和制動(dòng)缸壓力。同樣，整個(gè)氣路板的安裝、調(diào)試和檢修都很方便。制動(dòng)控制單元的主要功能是通過模擬轉(zhuǎn)換閥A將微處理器B5/G2發(fā)出的電子模擬制動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的預(yù)控（空氣）壓力。預(yù)控壓力呈線性變化，也受到稱重的影響閥門。和防沖動(dòng)檢測裝置的檢測和限制，最后使制動(dòng)缸C1和C3獲得符合制動(dòng)指令的氣制動(dòng)壓力。整個(gè)制動(dòng)控制單元猶如一個(gè)放大器。模擬轉(zhuǎn)換閥（圖5.3）是由一個(gè)電磁進(jìn)氣閥（類似控導(dǎo)閥）、一個(gè)電磁排氣閥及一個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器組成。圖5-3模擬轉(zhuǎn)換閥1-閥體；2-電阻進(jìn)氣閥（線圈處于勵(lì)磁狀態(tài)）；3-電磁排氣閥；4-氣電轉(zhuǎn)換器；0-排氣口；Cv1-預(yù)控制壓力；R-由控制貯風(fēng)缸引入降低到制動(dòng)指令的要求為止。從模擬轉(zhuǎn)換閥出來的Cv1，壓力空氣通過管路板進(jìn)入緊急閥（圖5.4）。它實(shí)際上是一個(gè)二位三通電磁閥，它的三個(gè)通道分別與模擬轉(zhuǎn)換閥輸出口、制動(dòng)貯風(fēng)缸及稱重閥進(jìn)口相連接。在常用制動(dòng)時(shí)，緊急閥勵(lì)磁，緊急閥使模擬轉(zhuǎn)換閥與圖5-4緊急閥結(jié)構(gòu)圖5-空心閥彈簧；9-活塞；18-電磁閥；23-空心閥桿；3a、3b、3c、16、25-K形密封圈；V1、V2、V3、V4-閥口由于緊急制動(dòng)前的控制壓力直接從緊急閥門的制動(dòng)和制動(dòng)容器中到達(dá)加壓閥，該中心不受模擬轉(zhuǎn)換閥門的控制，緊急閥門僅作為一種訪問選擇使用，不允許使用壓力大小控制系統(tǒng)。所以，在緊急制動(dòng)時(shí)，預(yù)控制壓力只受稱重閥的限制，即為最大的預(yù)控制壓力。圖5.5稱重閥同樣，預(yù)控制力Cv2流經(jīng)稱重閥時(shí)也受到閥的通道阻力，壓力有所下降，成為預(yù)控制壓力Cv2，并且通過管路板進(jìn)入均衡閥（如圖5.6）。圖5.6均衡閥1-均衡閥；2-連接座；V1、V2閥口；1.2-閥體；1.6導(dǎo)向桿彈簧；1.7-空心導(dǎo)向桿；1.9-均衡活塞；K1-K2-K3-形密封圈；D1、D2節(jié)流孔；M1-橡膠模板從D2孔進(jìn)入均衡器的Cv3壓力空氣，推動(dòng)具有模板的活塞上移，首先關(guān)閉同鄉(xiāng)制動(dòng)缸的排氣閥V2，然后進(jìn)一步打開進(jìn)氣閥V1，使制動(dòng)貯風(fēng)缸經(jīng)接口R進(jìn)入均衡閥的壓力空氣通過進(jìn)氣閥V1經(jīng)接口C充入制動(dòng)缸，制動(dòng)缸活塞被退出，帶動(dòng)閘瓦緊貼車輪產(chǎn)生制動(dòng)作用。從上述中可以看出，均衡閥能迅速進(jìn)行大流量的充排氣。大流量壓力空氣的壓力變化是隨著預(yù)控制壓力Cv3的變化而變化，并且相互間的壓力傳遞比為1：1，即制動(dòng)缸壓力與Cv3相等。3.2.5單元制動(dòng)器設(shè)計(jì)該裝置的彈簧制動(dòng)器是一種杠桿裝置，它利用彈簧力推杠桿，將柏油閘門放在車輪上，并為剎車制造閘門壓力，主要是在車輛停車時(shí)使用。而它的緩解，則需要使用壓力空氣向彈簧制動(dòng)器中充氣才能使彈簧壓縮，從而使制動(dòng)緩解。因此，彈簧制動(dòng)器也使用電磁閥進(jìn)行控制，其操作也集中在駕駛室里進(jìn)行。。單元制動(dòng)器由制動(dòng)缸、傳遞杠桿、閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和復(fù)原機(jī)構(gòu)等組成。閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)在閘瓦磨耗后能對(duì)增大的閘瓦間隙自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使之符合規(guī)定的間隙大小。復(fù)原機(jī)構(gòu)在更換閘瓦時(shí)用。圖5-8單元制動(dòng)器具有彈簧制動(dòng)器的單元制動(dòng)器還具有附加的功能，即以彈簧作動(dòng)力的組合件，并帶有可自動(dòng)復(fù)位的人工輔助緩解裝置。當(dāng)制動(dòng)缸排氣時(shí)，活塞的緩解彈簧及扭簧使傳動(dòng)組合件復(fù)位，從而達(dá)到制動(dòng)緩解目的。閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器中的推桿的伸長是用于修正由于閘瓦磨耗所增加的間隙，其作用原理與英國SAB的間隙調(diào)整器相同。在更換磨耗到限的瓦時(shí)，必須使推桿復(fù)位，這個(gè)機(jī)構(gòu)允許在不卸下螺栓或防塵皮腔的情況下而使推桿復(fù)位。型單元制動(dòng)器中的彈簧制動(dòng)器及傳動(dòng)組合件，其彈簧力是通過離合器、非自鎖螺紋推桿及牽引套筒傳到制動(dòng)缸。3.3空氣制動(dòng)工作方式供氣系統(tǒng)A1（圖1a）要為三輛車組提供足夠的所需的干燥壓力空氣，在供氣過程中有安全閥A6和氣電開關(guān)A13對(duì)空氣壓力的監(jiān)控。安全閥的鎖定值為10bar（l000kPa），氣電開關(guān)是空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)的控制元件，它的開啟壓力為7.0bar，切斷壓力為8.5bar。整個(gè)供氣系統(tǒng)為空氣制動(dòng)、受電弓升降、客室氣動(dòng)門、空氣懸掛系統(tǒng)、刮雨器及空調(diào)系統(tǒng)的緊急回風(fēng)門的關(guān)閉等提供壓力空氣?？諝飧稍锲鬏敵龅膲毫諝馔ㄟ^單向閥A14和主風(fēng)管MRE到達(dá)每輛車的總風(fēng)缸、制動(dòng)貯風(fēng)缸、空氣彈簧風(fēng)缸和車門風(fēng)缸。駕駛室內(nèi)的雙針壓力表的白色指針顯示主風(fēng)管壓力，紅色指針顯示制動(dòng)缸壓力。主風(fēng)管還通過截止閥U1、單向閥U4.2二位三通電磁閥U3至受電弓氣缸。當(dāng)電磁閥U3的勵(lì)磁線圈得電時(shí)，電磁閥導(dǎo)通，主風(fēng)管向受電弓氣缸充氣，使受電弓升高；當(dāng)勵(lì)磁線圈失電時(shí)，閥芯動(dòng)作，切斷與主風(fēng)管的通路而使受電弓氣缸排氣，受電弓落弓。當(dāng)火車處于弧形狀態(tài)，主氣缸內(nèi)沒有壓力空氣（例如，火車長時(shí)間停留），火車必須從一個(gè)弧形起頭，可以用一個(gè)踏板泵向電弧缸提供風(fēng)力，當(dāng)然，在向風(fēng)進(jìn)氣之前，必須手動(dòng)啟動(dòng)電磁閥門的核心，以便使管子運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)受電弓升起與接觸網(wǎng)相碰，空壓機(jī)立即工作，使總風(fēng)缸充氣，并可停止腳踏泵供氣。3.4車輛制動(dòng)微處理機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在地鐵車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)中，必須有一個(gè)用于控制電空制動(dòng)和防止車輪滑行控制的微處理機(jī)。在本文的設(shè)計(jì)中，上述微處理器是由Knoll設(shè)計(jì)的，目的是在火車運(yùn)行時(shí)將所有與剎車有關(guān)的參數(shù)信號(hào)傳送到微處理器。微處理器立即計(jì)算出一個(gè)制動(dòng)指令，該指令具有當(dāng)時(shí)所需的制動(dòng)力，從一個(gè)空轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)到另一個(gè)空轉(zhuǎn)發(fā)器，成為一個(gè)與電壓指令成比例的空氣壓力調(diào)節(jié)器，這反過來又能使制動(dòng)瓶充滿壓力空氣，使制動(dòng)瓶的壓力與空氣壓力控制相適應(yīng)。3.5電空制動(dòng)控制系統(tǒng)電空制動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖如圖5-9所示。圖中的輸入信號(hào)的功能如下：（1）制動(dòng)指令：此指令是微處理機(jī)根據(jù)變速制動(dòng)要求，即司機(jī)施行制動(dòng)的百分比（常用全制動(dòng)為100%）所下達(dá)的指令。它可以是各種形式的，例如模擬電流、七級(jí)數(shù)字信號(hào)等，而上海地鐵車輛所使用的是最常用的脈寬調(diào)制信號(hào)。（2）制動(dòng)信號(hào)：這個(gè)信號(hào)是制動(dòng)指令的一個(gè)輔助信號(hào)。它是對(duì)運(yùn)行的列車指示要制動(dòng)了。（3）電制動(dòng)關(guān)閉信號(hào)：此信號(hào)為信息信號(hào)，它的出現(xiàn)就意味著空氣制動(dòng)要立即替補(bǔ)即將消失的電制動(dòng)。（4）緊急制動(dòng)信號(hào)：這是一個(gè)安全保護(hù)信號(hào)，它可以跳過電子制動(dòng)控制系統(tǒng)，直接驅(qū)動(dòng)制動(dòng)控制單元中的緊急閥動(dòng)作。（5）保持制動(dòng)：這個(gè)信號(hào)能防止車輛在停止前的沖動(dòng)，能使車輛平穩(wěn)地停車。它的功能分為三個(gè)階段：第一階段：當(dāng)動(dòng)車車速低于10km/h時(shí)，保持制動(dòng)并開始接受摩擦制動(dòng)力，而電制動(dòng)逐步消失。在保持制動(dòng)出現(xiàn)后，電制動(dòng)的減小延遲0.25S。動(dòng)車和拖車的摩擦制動(dòng)力只可達(dá)到制動(dòng)指令的70%。第二階段：當(dāng)車速低于4km/h時(shí)，一個(gè)小于制動(dòng)指令的保持制動(dòng)的級(jí)開始實(shí)施，即瞬時(shí)地將制動(dòng)缸壓力降低。這個(gè)保持制動(dòng)的級(jí)取決于制動(dòng)指令。這個(gè)級(jí)與時(shí)間有關(guān)，是由停車檢測根據(jù)最初的狀態(tài)來決定的。3.6電空制動(dòng)控制工作方式當(dāng)微處理器根據(jù)制動(dòng)要求發(fā)出制動(dòng)指令，并伴有制動(dòng)信號(hào)時(shí)，該信號(hào)使開關(guān)線路R接通，使制動(dòng)指令通過RL和RZ進(jìn)入脈沖限制器，以便檢測減速變化率是否過大。通過防沖動(dòng)限制器的制動(dòng)指令立即又到達(dá)負(fù)載補(bǔ)償器，此補(bǔ)償器實(shí)際就是一個(gè)負(fù)載檢測器。它根據(jù)負(fù)載信號(hào)貯存器中所貯存的負(fù)載大小，檢測制動(dòng)指令的大小，然后檢測調(diào)整好的指令送至開關(guān)線路R:。為了防止制動(dòng)力過大，R3只有當(dāng)電制動(dòng)關(guān)閉信號(hào)觸發(fā)下才導(dǎo)通，否則是斷開的。通過R3的指令又被送至制動(dòng)力作用器（這里的制動(dòng)力還是電信號(hào)），中途還經(jīng)過R；。制動(dòng)力作用器將指令信號(hào)轉(zhuǎn)化為制動(dòng)力。為了縮短空走時(shí)間，因此作用器的初始階段有一段陡峭的線段，然后再轉(zhuǎn)向較平坦斜線平穩(wěn)地上升，直至達(dá)到指令要求。從作用器出來的電信號(hào)被送至電一氣轉(zhuǎn)換器。這個(gè)轉(zhuǎn)換器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，再由這個(gè)控制電流去控制制動(dòng)控制單元BCU中的模擬轉(zhuǎn)換閥。并且接受模擬轉(zhuǎn)換閥反饋回來的電信號(hào)，從而進(jìn)一步調(diào)整控制電流。它并沒有真正將電信號(hào)（弱電）轉(zhuǎn)換成控制空氣壓力。從電一空氣轉(zhuǎn)換器輸出的控制電流直接控制BCU中的模擬轉(zhuǎn)換閥，這就完成了微處理機(jī)對(duì)BCU的控制。當(dāng)然在列車速度低于4km/h時(shí)，制動(dòng)指令將被保持制動(dòng)的級(jí)（與制動(dòng)指令相對(duì)應(yīng)）所替代，這在前面已有敘述。圖5.9電空制動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖3.7本章小結(jié)制動(dòng)作用器初始階段有一段陡峭線段，這是由于躍升元件所導(dǎo)致的。跳變?cè)且环N非穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它可以由電制動(dòng)停車信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)和制動(dòng)指令信號(hào)的任意信號(hào)觸發(fā)，從而輸出高電平。類似地，這個(gè)高電平可以觸發(fā)旁路或門電路輸出一個(gè)高電平，使得R4動(dòng)作，導(dǎo)致制動(dòng)動(dòng)作直接接收到負(fù)載信號(hào)，導(dǎo)致直線段變陡。

第四章計(jì)算與校核4.1地鐵車輛制動(dòng)能力初步設(shè)計(jì)和計(jì)算地鐵車輛分為兩個(gè)移動(dòng)單元和一個(gè)牽引單元。每個(gè)單元由一輛帶司機(jī)室的拖車、一輛受電弓車輛和一輛非受電弓車輛組成。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：最高運(yùn)行速度80km/h；常用制動(dòng)減速度1.0m/s2；常用制動(dòng)沖擊率小于0.75m/s3；緊急制動(dòng)減速度1.20m/s2；每輛拖車自重AWo33t；每輛動(dòng)車自重AWo38t；供電DC1500V。采用三相異步交流電動(dòng)牽引，VVVF主電路控制設(shè)計(jì)。載荷設(shè)計(jì)：AW1工況—拖車、動(dòng)車均56位坐客，60㎏/人；AW2工況—除坐客外，站客6人/m2，拖車、動(dòng)車站立面積均42mAW3工況—為超員情況，站客9人/m2；由表5.1知：在AW1時(shí)載重∶自重≌1∶10；在AW2時(shí)載重∶自重≌1∶2；在AW3時(shí)載重∶自重≌1∶1.4。因此在制動(dòng)力的設(shè)計(jì)中，乘客的多少是必須計(jì)入的。在牽引制動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，除了考慮載荷所占分量外，由于車組車體相對(duì)比較輕，動(dòng)車每輛除輪對(duì)外，還有牽引電機(jī)和傳動(dòng)齒輪箱。在設(shè)計(jì)過程中要將車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量考慮進(jìn)去。根據(jù)相關(guān)資料顯示，動(dòng)車在此按其空載質(zhì)量的14%考慮，拖車按其空載質(zhì)量的6%考慮。忽略空氣阻力和隧道阻力，并按平直道考慮。表5.1載荷工況T拖車M動(dòng)車全列定員全列重量AW033.0t0人38.0t0人0人218tAW136.36t坐56人41.36t坐56人336人238.16tAW251.48t坐56人，站252人56.48t坐56人，站252人1848人328.88tAW359.04t坐56人，站378人64.04t坐56人站252人2604人374.24t車組所需制動(dòng)力BB=Ma（式5.1）式中a—平均減速度；M—制動(dòng)總載荷；即M=M分（列車總的質(zhì)量負(fù)載）＋R（列車全部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載），那么：每輛動(dòng)車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載：RM=38000×14%＝5320（kg）每輛拖車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載：RT=33000×6%＝1980（kg）故在不同質(zhì)量負(fù)載工況下，每輛動(dòng)車拖車的制動(dòng)總負(fù)載見表5.2（單位：kg）表5.2制動(dòng)總負(fù)載負(fù)載工況T拖車M動(dòng)車AW03498043320AW25346062800AW36102069360在常用制動(dòng)減速度1.0m/s2的要求下，每輛車所需要制動(dòng)力為：每輛拖車：BW0=34980×1=34980（N）BW1=38340×1=38340（N）BW2=53460×1=53460（N）BW3=61020×1=61020（N）每輛動(dòng)車：BW0=43320×1=43320（N）BW1=46680×1=46680（N）BW2=62800×1=62800（N）BW3=69360×1=69360（N）在緊急制動(dòng)減速度1.20m/s2的要求下，每輛車所需要制動(dòng)力為：每輛拖車：BW0=34980×1.2=41976（N）BW1=38340×1.2=46008（N）BW2=53460×1.2=64152（N）BW3=61020×1.2=73224（N）每輛動(dòng)車：BW0=43320×1.2=51984（N）BW1=46680×1.2=56016（N）BW2=62800×1.2=75360（N）BW3=69360×1.2=83232（N）每輛車輪所需負(fù)擔(dān)的制動(dòng)力為每輛車的1/8，采用840mm輪徑，行車最高速度為80km/h，基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)按單側(cè)踏面制動(dòng)設(shè)計(jì)。采用高磨合成閘瓦平均摩擦系數(shù)μ=0.25。則每個(gè)輪的制動(dòng)力：B=F×μ（式5.2）式中F—每個(gè)輪上閘瓦壓力；μ—平均摩擦系數(shù)；表5.3每個(gè)輪上所需閘瓦壓力F車輛制動(dòng)常用制動(dòng)常用制動(dòng)緊急制動(dòng)緊急制動(dòng)載荷工況拖車每輪拖車每輪拖車每輪拖車每輪AW017490216602098825992AW119170233402300428008AW226730314003207637680AW330510346803661241616踏面制動(dòng)單元為7英寸缸，制動(dòng)倍率3.7，傳動(dòng)效率95%，缸活塞推出平均阻力為1200N，制動(dòng)單元空氣壓力P為：P×π/4×（2.54×7）2×3.7×0.95=F（式5.3）在緊急制動(dòng)AW3動(dòng)車情況下（所需閘瓦壓力為最大壓力F），由表5.3：F=41616N，則P=500kPa表5.4每個(gè)7英寸缸所需空氣壓力P（單位：kPa）車輛制動(dòng)常用制動(dòng)常用制動(dòng)緊急制動(dòng)緊急制動(dòng)載荷工況拖車每輪每缸動(dòng)車每輪每缸拖車每輪每缸動(dòng)車每輪每缸AW0218267260318AW1238287283342AW2327381389455AW3370420442500地鐵車輛緊急制動(dòng)不涉及電制動(dòng)，其制動(dòng)能力由空氣制動(dòng)系統(tǒng)完成。緊急制動(dòng)力的計(jì)算是計(jì)算所能達(dá)到的最大閘瓦力。電制動(dòng)力是由牽引電機(jī)產(chǎn)生的，當(dāng)牽引電機(jī)轉(zhuǎn)到電制動(dòng)工況時(shí)，在電樞形成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過減速器阻礙車輪向前滾動(dòng)，牽引電機(jī)與小傳動(dòng)齒輪同軸，大傳動(dòng)齒輪與車軸同軸。設(shè)傳動(dòng)比i，車輪直徑d（m），傳動(dòng)效率為Ki，電機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為M（vi）（kN·m）輪周點(diǎn)制動(dòng)力b（vi），見式5.4b（vi）×d/2＝i×M（vi）×Ki（式5.4）在電制動(dòng)力的發(fā)生中，車輪的磨耗會(huì)對(duì)電制動(dòng)力值產(chǎn)生影響，采用直徑為840mm的新輪，半磨耗為805mm，全磨耗為770mm。按電機(jī)工程學(xué)知識(shí)，制動(dòng)時(shí)車輛速度從80km/h逐漸降至0，牽引電機(jī)制動(dòng)工況可分為三個(gè)區(qū)段：（1）恒制動(dòng)功率區(qū)（80km/h降至50km/h）在此區(qū)段電機(jī)功率保持不變，而制動(dòng)力矩從80km/h的1.25kN·m，隨速度的下降逐漸上升到最大值2.0kN·m。（2）恒制動(dòng)力區(qū)（50km/h降至6km/h）制動(dòng)力矩一直保持2.0kN·m。（3）降制動(dòng)力區(qū)（6km/h降至0）當(dāng)速度降至6km/h時(shí)電制動(dòng)力喪失，此段無電制動(dòng)力。將以上電機(jī)電制動(dòng)力矩代入公式，設(shè)傳動(dòng)比i=6.3，傳動(dòng)效率Ki=0.9，輪徑為0.84m，b80=2×1.25×6.3×0.9/0.84=16.88（kN）；b50b6=2×2.0×6.3×0.9/0.84=27（kN）。這是每根動(dòng)車軸輪對(duì)上的不同速度區(qū)段的電制動(dòng)力，在常用制動(dòng)減速1m/s2時(shí)，在各種載荷工況下每輛車所需的制動(dòng)力，那么全列的制動(dòng)力為：

表5.5一列車常用制動(dòng)所需總制動(dòng)力AW034980×2+43320×4=243240AW138340×2+46680×4=263400AW253460×2+62800×4=358120AW361020×2+69360×4=399480如果將全列所需制動(dòng)的總制動(dòng)力全部由電制動(dòng)承擔(dān)，即分?jǐn)偟?6根動(dòng)軸輪對(duì)上，則每軸各載荷工況所需制動(dòng)力：AW0=243240/16=15203（N）；AW1=263400/16=16462（N）；AW2=358120/16=22383（N）；AW3=399480/16=24968（N）。由數(shù)據(jù)知，在80km/h降至50km/h速度范圍內(nèi)AW2、AW3載荷工況時(shí)有部分電制動(dòng)力是不夠的，而在6km/h降至0時(shí)需要空氣制動(dòng)。計(jì)算表明在所設(shè)計(jì)車輛中，電制動(dòng)力是相當(dāng)充足的，在整個(gè)制動(dòng)過程中基本不需要空氣制動(dòng)，只有在80km/h降至50km/h高速度和6km/h以下低速度用空氣制動(dòng)擦輪對(duì)踏面。對(duì)于動(dòng)軸占多數(shù)的車組，動(dòng)輪的黏著一般式夠得，在常用制動(dòng)中電制動(dòng)起重要作用，因此閘瓦磨耗極少。在兩動(dòng)一拖時(shí)，若拖車無制動(dòng)力，那么牽引和制動(dòng)時(shí)，一輛動(dòng)車的黏著要負(fù)擔(dān)本車和半拖車。當(dāng)一輛動(dòng)車不起作用時(shí)，要求一列AW3載荷的列車能夠運(yùn)行一個(gè)來回，速度限制在60km/h；當(dāng)列車電制動(dòng)失效時(shí)，摩擦制動(dòng)能夠完全擔(dān)負(fù)起整列車的制動(dòng)作用；當(dāng)兩輛動(dòng)車不起作用，該列車能運(yùn)行到下一站，并且將空車運(yùn)行到車庫；當(dāng)列車僅剩1/3的動(dòng)力情況下，AW3載荷的列車能夠在38‰的坡道上啟動(dòng)。最大速度：50.5km/h。當(dāng)列車電制動(dòng)失效時(shí)，摩擦制動(dòng)能夠完全擔(dān)負(fù)起整列車的制動(dòng)作用。4.2制動(dòng)距離計(jì)算這樣，列車制動(dòng)過程簡化為兩個(gè)階段：從制動(dòng)時(shí)刻到假設(shè)制動(dòng)力突然增大的時(shí)刻，變?yōu)闊o制動(dòng)力的空行過程。它所經(jīng)過的時(shí)間是空走時(shí)間，用tk表示，在此期間它所走的距離是空走距離，用sk表示，從突然增加的時(shí)刻開始。從瞬間到列車停車的這段時(shí)間，成為保持整列車預(yù)定閘瓦壓力的有效制動(dòng)過程。它經(jīng)過的時(shí)間是有效制動(dòng)時(shí)間。在此期間行駛的距離稱為te表示的有效制動(dòng)距離，se表示的制動(dòng)距離稱為有效制動(dòng)距離。sb=sk+se（式5.5）列車在空走時(shí)間內(nèi)是在惰行：sk=1000×v0×tk/（60×60）=v0×tk/3.6；（式5.6）在電空制動(dòng)下：tk=2－0.08ij；（式5.7）式5.7中，ij—加速坡度千分?jǐn)?shù)，當(dāng)ij＞0時(shí)，規(guī)定按ij=0計(jì)算。則：tk=2（s）；sk=80×2/3.6=44（m）?？兆唠A段到突增那一瞬間列車速度v。則有公式5.8得：2as=v2-v02（式5.8）v=19.5（m/s）；將v=19.5（m/s），代入公式5.8得：se=158（m）；根據(jù)公式5.5得：sb=202（m）。列車在緊急制動(dòng)時(shí)，整列車平均減速度＞1.3m/s2，在設(shè)計(jì)中選為a=1.33m/s2，則列車緊急制動(dòng)距離有公式5.sb=v02/2a（式5.9得：sb=186（m）