動車組制動技術(shù)-空氣制動系統(tǒng)

人力制動1814年，世界上第一列蒸汽機車誕生。

早期的蒸汽機車采用人力制動人力制動作用原理：通過杠桿原理推動閘瓦制動缺點：1、制動性能差，剎車效率低2、協(xié)調(diào)性差，縱向沖擊很大

直通式空氣制動空壓機總風缸制動缸基礎(chǔ)制動裝置制動閥制動管威斯丁豪斯直通式空氣制動的工作原理緩解位制動位保壓位

直通式空氣制動的空氣管路空氣壓縮機總風缸制動閥制動缸閘瓦車輪制動管大氣空氣壓縮機總風缸制動閥制動管大氣直通式空氣制動的工作原理

制動位工作原理：制動管充風空氣壓縮機制動缸閘瓦車輪制動管空氣壓縮機總風缸大氣直通式空氣制動的工作原理緩解位工作原理：制動管排風空氣壓縮機制動缸閘瓦車輪制動管大氣空氣壓縮機總風缸大氣直通式空氣制動的工作原理

保壓位工作原理：制動管保壓空氣壓縮機制動缸閘瓦車輪制動管大氣空氣壓縮機總風缸大氣直通式空氣制動的工作原理作用過程：制動管充風制動，排風緩解。缺點：無斷鉤保護，致命弱點。空氣壓縮機制動缸閘瓦車輪制動管空氣壓縮機總風缸大氣直通式空氣制動的工作原理直通式空氣制動的工作特點作用過程：制動管充風制動，排風緩解。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制動力可調(diào)?？梢詫崿F(xiàn)階段制動和階段緩解缺點：無斷鉤保護，存在剎車失靈的致命弱點。頭腦風暴：可以通過什么方式解決直通式空氣制動的致命弱點？自動式空氣制動自動式空氣制動：在直通式空氣制動的基礎(chǔ)上增加了三通閥和副風缸，徹底解決了直通式空氣制動的致命弱點！自動式空氣制動空氣壓縮機總風缸空氣閥制動缸基礎(chǔ)制動三通閥副風缸直通式空氣制動空壓機總風缸空氣閥制動缸基礎(chǔ)制動增加元件自動式空氣制動的工作原理增加三通閥和副風缸制動位緩解位保壓位空氣壓縮機總風缸調(diào)壓器制動閥大氣副風缸三通閥大氣制動缸閘瓦車輪制動管制動閥自動式空氣制動的工作原理

緩解位工作原理：制動管充風空氣壓縮機總風缸大氣副風缸三通閥大氣制動缸閘瓦車輪制動管自動式空氣制動的工作原理制動位工作原理：制動管排風空氣壓縮機總風缸大氣制動管三通閥大氣制動缸閘瓦車輪自動式空氣制動的工作原理空氣壓縮機總風缸大氣制動管三通閥大氣保壓位工作原理：制動管保壓，制動缸保壓制動缸閘瓦車輪自動式空氣制動的工作原理自動式空氣制動工作特點：優(yōu)點：解決了列車無斷鉤保護的問題。工作過程：制動管充風緩解，排風制動。該控制模式一直延續(xù)至今。微機直通式空氣制動微機直通式空氣制動的工作原理微機直通式空氣制動的工作原理微機直通式空氣制動的工作特點：優(yōu)點：采用自動化控制手段，提高了制動響應(yīng)速度和一致性，縮短了制動距離工作過程：制動風缸的高壓空氣由EP閥轉(zhuǎn)換，經(jīng)中繼閥輸送。課堂總結(jié)類型指令來源指令載體制動缸壓力產(chǎn)生壓力關(guān)系直通式空氣制動制動閥制動管空氣壓強制動缸空氣直接作用在制動缸充氣制動、排氣緩解自動式空氣制動自動制動閥制動管減壓量副風缸的風經(jīng)三通閥在制動管壓力控制下的轉(zhuǎn)換減壓制動、充氣緩解微機直通式空氣制動制動控制器模擬或數(shù)字信號制動（供給）風缸的風由EP閥轉(zhuǎn)換、經(jīng)中繼閥輸送目錄一、EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)二、EPLA閥的工作原理（重點）三、EPLA閥的滯后特性（難點）EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)制動風缸EP閥FD-1中繼閥緊急電磁閥B11閥防滑閥AC1AC2BC車下車上（紅閥）車下車上（白閥）壓力開關(guān)電空轉(zhuǎn)換閥在圖紙中的位置EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)入口出口彈簧橡膠膜板

模擬式電空轉(zhuǎn)換閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)點采用彈簧和橡膠膜板結(jié)構(gòu)獲得指定壓力的高壓氣體

模擬式電空轉(zhuǎn)換閥主要用于CRH2系列動車組中。電空轉(zhuǎn)換閥安裝在制動控制裝置中，主要由電磁線圈、供氣閥和供排氣閥桿等構(gòu)成。通過改變線圈中的電流，可控制電磁力的大小，使輸出的空氣壓強實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)優(yōu)點：只要提供驅(qū)動電流，就能產(chǎn)生于電流大小成比例的空氣壓力。這樣就很容易形成不通過微機就能實現(xiàn)的備用制動。缺點：控制精度與EP閥的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，必須完善控制方法才能夠得到較好的控制精度和響應(yīng)特性。EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)CRH2A的電空轉(zhuǎn)換閥采用的是電流型的EPLA電空轉(zhuǎn)換閥，采用開環(huán)控制。其作用就是將制動控制器EBCU所發(fā)來的對應(yīng)制動力的電流信號變化為空氣壓力信號。由于EP閥芯受電磁鐵的控制，其空氣壓力能連續(xù)且無級的變化，由EP閥輸出的壓力信號傳送給其下一級的控制裝置——中繼閥。EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)充氣制動位不穩(wěn)定狀態(tài)EPLA閥的工作原理保壓位穩(wěn)定狀態(tài)EPLA閥的工作原理排氣緩解位不穩(wěn)定狀態(tài)EPLA閥的工作原理主要參數(shù)：最高使用壓力：880kPa最高輸出AC壓力：685kPa輸入電流：0~700mA壓力公差：±15kPaEPLA閥的工作原理EPLA閥的滯后特性由于EP閥的結(jié)構(gòu)中存在很多方面的非線性因素，如移動間隙、干摩擦、膜板和彈簧非線性、電磁鐵勵磁電流和電磁力的非線性等，引起控制電流增大形成和減小返回行程，同樣電流對應(yīng)輸出空氣壓力不等的現(xiàn)象。滯后特性會引起制動力和制動指令不一致，因此必須消除。EPLA閥的滯后特性滯后性的主要原因電磁力的非線性干摩擦力預(yù)緊力電磁力的非線性EPLA閥的滯后特性參數(shù)：B：磁感應(yīng)強度H：磁場強度磁滯回曲線干摩擦力EPLA閥的滯后特性活塞運動時，閥的內(nèi)部如柱塞與密封件、膜板內(nèi)部等都存在摩擦，在剛加載電流時，電磁力與彈簧力合力沒有增大到足夠克服最大靜摩擦力之前，活塞不產(chǎn)生運動，當電流增大到一定數(shù)值，才能克服較大的靜摩擦力，當機構(gòu)運動后，變成滑動摩擦力，較靜摩擦力小，因此也會造成供排氣運動的滯后。預(yù)緊力EPLA閥的滯后特性預(yù)緊力是復(fù)位彈簧存在的，目的是讓列車正常運行時，不發(fā)生非正常的制動。當有制動指令時，復(fù)位彈簧必須具有一定的壓力，是的進出風口有一定的預(yù)緊力，在非正常情況下不會打開造成漏風導(dǎo)致誤動作，在制動化解時，也必須保證排風口打開的情況下，進風口關(guān)緊，否則會造成制動緩解慢，甚至不緩解。EP閥滯后特性EPLA閥的滯后特性

A

B

C

D空氣制動指令（mA）輸出空氣壓力（Pa）

O一個壓力對應(yīng)兩個電流值，EBCU如何決定該輸出哪個值呢？EP閥滯后性的解決方案EPLA閥的滯后特性EP閥滯后特性對電空混合的影響需進行電流偏差控制EPLA閥的滯后特性課堂總結(jié)模擬式電空轉(zhuǎn)換閥結(jié)構(gòu)工作原理滯后特性制動位保壓位緩解位目錄一、數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想二、數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理（重點）三、數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想電氣高壓氣體輸入模擬式電空轉(zhuǎn)換閥的精度和本身的結(jié)構(gòu)精度有很大的關(guān)系，是否存在其他形式的方案，可以實現(xiàn)制動指令由電到氣的轉(zhuǎn)換過程呢？設(shè)定壓力輸出電信號電氣高壓氣體輸入可以設(shè)想采用電磁閥解決這個問題，通過控制電磁閥的導(dǎo)通和關(guān)斷，實現(xiàn)輸出壓力的控制。設(shè)定壓力輸出電信號電磁閥數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想固定壓力固定容積活塞運動可變?nèi)莘e780~900KPa壓力可變采用電磁閥來實現(xiàn)電空轉(zhuǎn)換的過程存在的問題：輸入的壓力和容積時刻在變化。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想如何控制電磁閥的導(dǎo)通時間？即使前面計算的導(dǎo)通時間是十分精準的，但是要想控制電磁閥導(dǎo)通的時間剛好那么精確也很難，這對電磁閥的性能要求很高，要求電磁閥必須能非常快速的響應(yīng)。

另外一個問題是控制過程中如果出現(xiàn)超調(diào)的問題。根據(jù)自動控制原理的基本理論，要想控制系統(tǒng)快速的達到目標值，在前期都會產(chǎn)生一定的超調(diào)，而對于只有1個電磁閥的結(jié)構(gòu)，超調(diào)是致命的，因為沒有地方給你降壓排氣，這種結(jié)構(gòu)很可能就是不可行的。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想問題點總結(jié)：數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想充氣的時間無法精確計算電磁閥導(dǎo)通的時間無法精確控制超調(diào)的問題再進一步思考，首先針對排氣的問題，如果再增加1個電磁閥，專門用于排氣就可以解決問題。

而對于輸出壓力的問題，在輸出端設(shè)置一個壓力傳感器，通過這個壓力傳感器來檢測輸出端的壓力值，通過反饋的壓力值來調(diào)節(jié)電磁閥的導(dǎo)通，就能將壓力調(diào)整到目標壓力值。那么此時壓力傳感器檢測到的壓力可能會出現(xiàn)兩種情況：過高和過低。如果過低則可以通過打開電磁閥來繼續(xù)充氣，但是如果壓力過高，可以通過用于排氣的電磁閥來進行排氣。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想高壓氣體輸入設(shè)定壓力輸出電信號電磁閥EX壓力傳感器數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計構(gòu)想采用雙電磁閥來解決上述問題。

在歐系的動車組制動系統(tǒng)中（CRH1、CRH3、CRH5），一般都是采用的數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥一般都是采用閉環(huán)控制，用通用的工業(yè)氣動閥加上壓力傳感器和控制器，就可以很方便的構(gòu)成一個數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理50供氣保壓排氣數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥有三個工況51供氣數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理原理：HV勵磁打開充氣，RV關(guān)閉；由壓力傳感器反饋輸出壓力，同時根據(jù)反饋的壓力信息調(diào)整HV的通斷或選擇對RV進行勵磁排氣。52保壓數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理53排氣數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理原理：RV勵磁打開排氣，HV關(guān)閉；由壓力傳感器反饋輸出壓力，同時根據(jù)反饋的壓力信息調(diào)整RV的通斷或選擇對HV進行勵磁充氣。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點優(yōu)點：采用閉環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡單，可方便實現(xiàn)階段制動，階段緩解功能。指令輸出2輸出1反饋反饋反饋閉環(huán)控制示意圖數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點而模擬式電空閥采用的是開環(huán)控制。EBCU電磁線圈閥桿推力橡膠膜板反饋電流電磁力推力氣壓反饋無反饋模擬式電空轉(zhuǎn)換閥的開環(huán)控制數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點根據(jù)壓力傳感器反饋的信號進行調(diào)節(jié)，存在滯后性。壓力傳感器型號、參數(shù)存在差異，反饋的數(shù)值也會有差異壓力傳感器放置的位置不同，測量的壓力值不同由于電磁閥開斷時間的存在，系統(tǒng)中存在非線性的滯后環(huán)節(jié)，穩(wěn)態(tài)誤差不可消除電磁閥通斷時間的調(diào)節(jié)，需要較復(fù)雜的算法。課堂總結(jié)數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥設(shè)計構(gòu)想工作原理特點制動位保壓位緩解位作業(yè)詳見職教云第三次作業(yè)“第三章作業(yè)（電空轉(zhuǎn)換閥）“目錄一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)二、中繼閥的工作原理（重點）三、中繼閥的特性分析59一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)制動風缸電空轉(zhuǎn)換閥（EP）制動缸課堂引入課堂思考：如果將EP閥直接接入制動缸進行充氣制動，這種控制結(jié)構(gòu)可能會存在什么問題呢？一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)課堂引入方案一方案二流量放大水源水源一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)課堂引入

中繼閥是一種流量放大閥，其只具備流量放大的功能。工作時，中繼閥會接收到電空轉(zhuǎn)換閥或緊急電磁閥輸出的壓力信號并對其進行流量放大，然后輸出至制動缸，實現(xiàn)制動的施加和緩解功能。

一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)1.1中繼閥的作用目的：增大壓縮氣體流量，不改變壓力大小。輸入：EP閥輸出壓力（AC1）、緊急調(diào)壓閥輸出壓力（AC2）輸出：制動壓力（BC）一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)1.1中繼閥的作用制動位保持位緩解位一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)1.2中繼閥的結(jié)構(gòu)662.1制動位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理2.1制動位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理高壓氣體AC1、AC2一旦進入到橡膠膜板處，下側(cè)的壓強超過上側(cè)，橡膠膜板會被上推，帶動供排氣閥桿上移，從而打開供氣閥。此時來自制動風缸的壓縮空氣SR經(jīng)排氣閥和閥座之間的開口輸出至制動缸，使得輸出的BC壓力不斷上升，這種狀態(tài)稱為供氣位，如圖所示。

供氣位是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，此種狀態(tài)下由于SR不斷向BC供氣，而BC端可以近似認為固定容積的容器，因此BC壓力會不斷上升。隨著壓力的上升，橡膠模板兩端的壓力差就會不斷變小，從而導(dǎo)致供排氣閥桿不斷下移。當BC壓強等于AC1或AC2的壓強時，橡膠膜板上下兩側(cè)的壓強基本平衡，壓力也會平衡，供排氣閥桿被壓下，供氣閥也回到閥座，關(guān)閉壓縮空氣SR的通路。制動位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理課堂討論：由于輸入有AC1和AC2兩個壓力，當AC1＞AC2壓力時，BC壓力結(jié)果會等于多少？當AC1＜AC2壓力時，BC壓力結(jié)果會等于多少？為什么會這樣？課堂思考二、中繼閥的工作原理從結(jié)構(gòu)和原理上比較，中繼閥和模擬式電空轉(zhuǎn)換閥有什么相同點？70保壓位（穩(wěn)定狀態(tài)）此時AC1=BC+彈簧復(fù)位力二、中繼閥的工作原理緩解位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理緩解位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二