制動系統(tǒng)（總）課件講解

【知識要點】1.制動的基本概念、原理與模式2.制動系統(tǒng)的組成及各組成部分的工作原理3.防滑系統(tǒng)的工作原理【教學(xué)目標】1.能夠掌握制動的基本概念、常見的制動模式與制動方式2.能夠識別制動系統(tǒng)的基本組成部分3.能夠掌握風(fēng)源系統(tǒng)的工作原理4.能夠掌握防滑系統(tǒng)的工作原理5.能夠掌握制動控制系統(tǒng)的基本原理及過程6.能夠掌握基礎(chǔ)制動裝置的類型與結(jié)構(gòu)項目五

制動系統(tǒng)

任務(wù)一制動基礎(chǔ)知識認知一、制動的基本概念1.制動人為地施加于運動物體一個外力，使其減速、或者防止其加速、或停止運動、或施加于靜止物體以保持其靜止狀態(tài)。這種作用稱為制動作用。實現(xiàn)制動作用的力稱為制動力。制動力對被制動物體來說是一種外力。制動作用強調(diào)人為地施加的外力作用，意味著可以調(diào)整制動力的大小，即制動作用效果。2.緩解解除制動作用的過程稱為緩解。制動裝置既要能實現(xiàn)制動作用，也要能實現(xiàn)緩解作用。對于運動著的列車，欲使其減速或停車，應(yīng)根據(jù)需要施加于列車一定大小的與其運動方向相反的外力，即施行制動作用；列車在運行途中加速或啟動加速前，要解除制動作用，即施行緩解作用。、3.制動距離從列車開始制動起，直到停車，列車所走過的距離稱為制動距離。

二、制動方式制動方式指的是制動時，城軌列車動能的轉(zhuǎn)移方式或制動力的獲取方式。1.摩擦制動通過摩擦副的摩擦將列車的運動動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，逸散于大氣，從而產(chǎn)生制動作用。城軌車輛常用的摩擦制動方式主要有閘瓦制動、盤形制動和磁軌制動。圖5-1閘瓦制動原理（1）閘瓦制動閘瓦制動又稱為踏面制動，它是最常用的一種制動方式，如圖所示。制動時閘瓦壓緊車輪，車輪與閘瓦間發(fā)生摩擦，將列車的運動動能通過車輪與閘瓦間的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，逸散于空氣中?/p>

（2）盤形制動

盤形制動有軸盤式和輪盤式之分，如圖所示。一般采用軸盤式，當輪對中間由于牽引電機等設(shè)備使制動盤安裝發(fā)生困難時，可采用輪盤式。制動時，制動缸通過制動夾鉗使閘片夾緊制動盤，使閘片與制動盤間產(chǎn)生摩擦，把列車的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能通過制動盤與閘片逸散于大氣。1-輪對；2-制動盤；3-單元制動缸；4-制動夾鉗；5-牽引電機圖5-2盤形制動

（3）磁軌制動磁軌制動是一種傳統(tǒng)的制動方式，這種制動方式是在轉(zhuǎn)向架前后兩輪對之間的側(cè)梁下安裝升降風(fēng)缸，風(fēng)缸頂端裝有兩個電磁鐵，電磁鐵包括電磁鐵靴和磨耗板，電磁鐵懸掛安裝在距軌面適當高度處，制動時電磁鐵落下，并接通勵磁電源使之產(chǎn)生電磁吸力，電磁鐵吸附在鋼軌上，列車的動能通過磨耗板與鋼軌的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，逸散于大氣。

軌道電磁制動可得到較大的制動力，因此常被用作緊急制動時的一種補充制動手段。這種制動不受輪軌間黏著系數(shù)的限制，能在保證旅客舒適性條件下有效地縮短制動距離。但磨耗板與軌道摩擦產(chǎn)生的熱量很多，對鋼軌的磨損也很嚴重。但因為其制動距離短，而結(jié)構(gòu)又簡單可靠，所以這種裝置在有軌電車和輕軌上使用較多。

2.電制動將列車的動能轉(zhuǎn)移成電能的制動方式稱為電制動。電制動按照其制動原理的不同又可分為動力制動和電磁渦流制動。（1）動力制動動力制動是建立在電動機可逆性工作的基礎(chǔ)上。在牽引工況時，電動機從接觸網(wǎng)吸收電能，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，產(chǎn)生牽引力，使列車加速或在上坡的線路上以一定的速度運行；在制動工況時，列車停止從接觸網(wǎng)受電，電動機變?yōu)榘l(fā)電機工況，將列車運行的機械能轉(zhuǎn)換為電能，使列車減速或在下坡線路上以一定的限速度運行，此為動力制動在制動過程中由牽引電機轉(zhuǎn)化而來的電能通過直接反饋給供電觸網(wǎng)或消耗在電阻器上這兩種方式消耗電能。

通過轉(zhuǎn)換電路和受流器（受電弓）將電能反饋給供電觸網(wǎng)，提供給本車輔助電源或同一電網(wǎng)中相鄰運行的列車使用這種方式稱為再生制動，也稱反饋制動。一般每個動車都安裝有制動電阻箱，里面裝有足夠的制動電阻，如圖5-3所示。電阻器的材料一般采用合金帶鋼條，因為這種材料具有穩(wěn)定的電阻率和相當大的熱容性。電阻帶分組安裝在由電磁瓶絕緣的鐵架上，電阻帶之間留有很大的通風(fēng)空間。如果由于觸網(wǎng)電壓太高，不能接受電能進行反饋，電能只能通過列車上的電阻器發(fā)熱轉(zhuǎn)變成熱能散發(fā)到大氣中去，這種方式被稱為電阻制動，也稱能耗制動。圖5-3制動電阻箱

（2）電磁渦流制動電磁禍流制動就是利用電磁流在磁場下產(chǎn)生洛倫茲力，利用洛倫茲力的作用方向與物體運動的方向相反的物理原理來設(shè)計的一種電磁制動方式，這種制動方式具有無摩擦、無噪聲、體積小、制動力大的優(yōu)點。

目前，軌道交通車輛利用電磁渦流制動的方式主要有盤形渦流制動和軌道直線渦流制動1）盤形渦流制動盤形渦流制動利用安裝在車軸上的圓盤切割磁力線產(chǎn)生渦流和洛倫茲力，根據(jù)產(chǎn)生磁場的機理可分為電磁渦流盤形制動和永磁渦流盤形制動。日本新干線的高速動車組采用的是電磁渦流盤形制動原理，如圖5-4所示。1-制動圓盤；2-外圈磁極；3-內(nèi)圈磁極圖5-4渦流制動

2）軌道直線渦流制動

軌道直線渦流制動通過對安裝于轉(zhuǎn)向架兩側(cè)車輪之間的條形磁鐵勵磁，在鋼軌上產(chǎn)生渦流使車輛制動，具有無摩擦、制動迅速等優(yōu)點。同時，軌道直線渦流制動裝置可增加車輛軸重，提高車輛黏著力，其原理如圖所示。當處于制動狀態(tài)時，由于電磁鐵的N極和S極相對于鋼軌運動，在鋼軌內(nèi)產(chǎn)生交變的磁場，使鋼軌頭部產(chǎn)生渦流，渦流與電磁鐵相互作用，產(chǎn)生一個圖5-5軌道渦流制動垂直于鋼軌面的吸引力和一個與車輛運行方向相反的制動力垂直于軌面的力可增加車輛的黏著力，與車輛運行方向相反的力就是電磁渦流制動力。但軌道渦流制動如果要得到很大的渦流制動力，則需要很龐大的制動裝置。這種軌道渦流制動裝置應(yīng)用于上海磁浮列車的制動控制系統(tǒng)中。

3.風(fēng)阻制動風(fēng)阻制動是近年來發(fā)展出來的新型制動技術(shù)，它的原理就是將空氣阻力轉(zhuǎn)化為制動力，屬于非黏著制動方式。列車正常運行時，風(fēng)阻制動板收于車體內(nèi)，不會增大列車的橫截面積，因此不會增加列車的運行阻力；當列車制動時，風(fēng)阻制動板展開，列車的橫截面積隨之加大，運行中的空氣阻力也變大，從而得到了直接作用于車體自身的制動力，由此產(chǎn)生制動的作用。圖5-6日本風(fēng)阻制動的應(yīng)用日本在2005年研制的FASTECH360Z型高速列車上，就已經(jīng)安裝了形狀類似于“貓耳朵”的風(fēng)阻制動裝置，如下圖所示。

三、制動模式城軌車輛根據(jù)運行的要求，主要采用了停放制動、常用制動、快速制動、緊急制動和保壓制動等常見制動模式。1.停放制動由于車輛斷電停放時，制動缸壓力會因管路漏泄在（空氣壓縮機停電或不工作）無壓力空氣補充的情況下，逐步下降為零，使車輛失去制動力。車輛停放制動不同于車輛運行中的制動作用，它采用彈簧力來產(chǎn)生制動作用。在正常情況下，彈簧力的大小不隨時間而變化，由此獲得的制動力能要滿足列車較長時間斷電停放的要求。彈簧停放制動缸充氣時，停放制動緩解彈簧停放制動缸排氣時，停放制動施加;并且還需附加有手動緩解功能。

2.常用制動常用制動是指在正常情況下為調(diào)節(jié)或控制列車速度（包括進站停車）所施行的制動。其制動作用比較緩和；制動力可以調(diào)節(jié)，通常只用到列車制動能力的20％～80％，大多數(shù)情況下只用50％左右。在常用制動模式下，電制動和摩擦制動一般處于激活狀態(tài)。一般情況下電制動能滿足車輛制動要求，當電制動不能滿足制動要求時，摩擦制動能夠迅速、平滑地補充，實現(xiàn)混合制動作用。

3.緊急制動緊急制動屬于非常制動，是在緊急情況下為使列車盡可能快地停車而施行的一種制動。其制動作用比較迅猛，而且制動力最大。緊急制動不可自動恢復(fù)，必須停車后人工恢復(fù)。緊急制動不經(jīng)過電制動系統(tǒng)的控制，直接使空氣（摩擦）制動的緊急電磁閥失電而產(chǎn)生。因此，緊急制動具有如下特點：①電制動不起作用，僅空氣制動；②高速斷路器斷開，受電弓降下；③不受沖擊率極限的限制，在1.7s內(nèi)即可達到最大制動力的90％；④緊急制動實施后是不能撤除的，列車必須減速，直到完全停下來(零速封鎖)；

⑤具有防滑保護和載荷修正功能。

4.快速制動當主控制器手柄移到“快速制動位”時，列車將實施與緊急制動相同的快速制動?？焖僦苿恿Υ笮∨c緊急制動相當，但屬于正常制動范疇，可自動恢復(fù)?？焖僦苿泳哂腥缦绿攸c：①電制動與空氣制動同時作用；②受沖擊率極限的限制；③主控制器手柄回“零位”可緩解；④具有防滑保護和載荷修正功能。

5.保壓制動保壓制動是為防止列車在停車前的慣性沖擊力，使列車平穩(wěn)停車，通過系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的執(zhí)行程序來控制。當列車速度小于某規(guī)定值（例如8km/h），電制動逐步退出，由空氣制動替代。當列車速度接近停車時，一個小于最大制動指令70％的保壓制動指令開始自動實施，即瞬時地將制動缸壓力降低。

謝謝！

任務(wù)二風(fēng)源系統(tǒng)認知地鐵車輛的風(fēng)源系統(tǒng)為制動系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)部件提供壓縮空氣。其中的輔助系統(tǒng)包括空氣彈簧氣路、汽笛和刮雨器裝置氣路、門控和空調(diào)裝置氣路、受電弓氣路和車鉤解鉤裝置氣路等。風(fēng)源系統(tǒng)是制動系統(tǒng)的重要組成部分。風(fēng)源系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、干燥器、安全閥、主風(fēng)缸、壓力調(diào)節(jié)器、管路及截斷塞門等構(gòu)成。圖5-8風(fēng)源系統(tǒng)

風(fēng)源系統(tǒng)能為城軌列車每一單元的車輛提供足夠的壓縮空氣?？諝庥蓧嚎s機上的空氣過濾器過濾后進入壓縮機，在電動機的驅(qū)動下被壓縮的空氣經(jīng)冷卻器冷卻、干燥器干燥后，通過主風(fēng)管同時送至3個主風(fēng)缸(A、B、C車各一個)。相鄰車輛的主風(fēng)管通截斷塞門與軟管相連，以使各車輛之間的壓縮空氣保持流通，如圖所示。壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)管路壓力控制著電動機的接觸器，故空壓機的啟、停由壓力調(diào)節(jié)器控制，當主風(fēng)管壓力低于指定值時，空壓機自動啟動；當主風(fēng)管壓力高于某設(shè)定值時，則停機?？諌簷C單元的設(shè)計能力有足夠的儲備量，如果一臺空壓機單元發(fā)生故障，另一臺空壓機單元將承擔(dān)整列車全部的供氣。圖5-9風(fēng)源系統(tǒng)的工作原理圖

一、空氣壓縮機

每列車配有2臺空氣壓縮機，壓縮機的工作時允許一個壓縮機作為主壓縮機(通常模式)而另一個壓縮機作為從動模式(輔助模式)。每個車上的制動控制電子單元都能接受來自列車信號程序的壓縮機的信號，主壓縮機的信號，信號每天更換。如果列車需要的壓力空氣由一個空壓機就能滿足，則第二個空壓機就不再啟動，只有當總風(fēng)壓力低于0.75MPa，一個空壓機不能滿足要求時才啟動第二個空壓機。1.空壓機工作模式（1）常規(guī)模式當壓力降到啟動極限時空氣壓縮機開始啟動，當壓力到停機極限時空氣壓縮機開始關(guān)閉，其壓力控制就在兩個壓力極限之間。（2）輔助模式當壓力降到輔助啟動極限時空氣壓縮機開始啟動，當壓力到停機極限時空氣壓縮機開始關(guān)閉，其壓力控制就在兩個壓力極限之間。

2.供風(fēng)系統(tǒng)的壓力極限（1）安全極限:由安全調(diào)整閥控制的壓力值(主管安全閥)。（2）停機極限:由所有的模塊上空氣壓縮機停止工作時的壓力值。（3）啟動極限:由指定模塊上的空氣壓縮機開始啟動的工作壓力值。（4）輔助極限:當主風(fēng)管的壓力達到極限時，第二個空氣壓縮機開始工作時，用來控制列車主空壓機的運轉(zhuǎn)，是一種輔助模式。（5）緊急極限:當總風(fēng)管的壓力達到該極限時，緊急制動開始實施直到列車停止。3.空氣壓縮機的類型（1）活塞式壓縮機目前，城市軌道交通車輛使用的活塞式空氣壓縮機雖然類型很多，但基本結(jié)構(gòu)卻大同小異。活塞式空氣壓縮機一般均由固定機構(gòu)、運動機構(gòu)、進排氣機構(gòu)、中間冷卻裝置和潤滑裝置等組成。其中，固定機構(gòu)包括機體、氣缸、氣缸蓋，運動機構(gòu)包括曲軸、連桿、活塞，進排氣機構(gòu)包括空氣濾清器、氣閥，中間冷卻裝置包括中間冷卻器(簡稱中冷器)、冷卻風(fēng)扇，潤滑裝置包括潤滑油泵、潤滑油路等。

1-空氣過濾器；2-電機；3-冷卻器；4-葉輪；5-風(fēng)箱式連接器；6-機軸；7-曲柄軸箱；8-氣缸；9-安全閥；10-油位刻度管；11-彈簧減震器；12-對接法蘭；13-油濾器；15-止回閥；16-止回閥；A1-空氣進口；A2-空氣出口；A3-油箱通風(fēng)口；A4-冷卻空氣；A5-含油空氣；P1-低壓空氣；P2-高壓空氣；圖5-10VV120型活塞式空氣壓縮機結(jié)構(gòu)原理圖

（2）螺桿式壓縮機螺桿式壓縮機也是城軌車輛上常用的一種，其結(jié)構(gòu)如下。1-空氣濾清器；2-后冷卻器；3-冷卻器；4-油冷卻器；5-空氣供給口；6-吸氣閥；7-真空指示器；8-壓力開關(guān)；9-壓力維持閥；10-油氣簡；11-油細分離器；12-隔板；13-溫度開關(guān)；14-電加熱器(可選)；15-放油閥；16-油過濾器；17-溫控閥；18-安全閥；19-卸荷閥；20-機頭；21-離心式風(fēng)扇；22-聯(lián)軸器；23-電動機；A1-空壓機空氣入口；A2-壓縮空氣出口；A3-冷卻空氣圖5-11螺桿式空氣壓縮機結(jié)構(gòu)原理圖

二、干燥器圖5-12雙塔干燥器原理圖

圖5-13雙塔干燥器結(jié)構(gòu)圖

雙塔干燥器安裝在每一輛拖車的壓力空氣供給和制動控制合成模塊上，它的再生干燥劑采用活性氧化鋁并且安裝在空氣壓縮機的后面為全列年用風(fēng)系統(tǒng)提供干燥清潔的壓力空氣空氣干燥器單元的再生吸附功能采用雙塔干燥器并且干燥劑采用活性氧化鋁，雙塔的運轉(zhuǎn)的形式采用平行工作制，當潮濕空氣在一個塔中進行干燥時則另一個干燥塔的于燥劑正在再生。雙塔式干燥器屬于吸附式干燥器。它是通過變壓吸附原理來達到干燥效果。當潮濕的壓力空氣從空氣壓縮機中出來后進入雙塔干燥器，在這里壓力空氣中的水和油將被徹底分離出來，當壓力空氣經(jīng)過一個塔的干燥劑后，出來的壓力空氣的相對濕度為35％。

謝謝！

任務(wù)三基礎(chǔ)制動裝置基礎(chǔ)制動裝置是城市軌道交通車輛的制動系統(tǒng)中一個重要且必不可缺的組成部分，基礎(chǔ)制動系統(tǒng)是整個制動系統(tǒng)的實施和執(zhí)行部分，目前由于制造城市軌道交通車輛的廠家眾多，因此城軌列車的基礎(chǔ)制動裝置也是形式多樣。城軌車輛基礎(chǔ)制動裝置目前采用單元制動器的比較普遍，我國的廣州和上海地鐵車輛使用的是德國克諾爾制動機廠生產(chǎn)的單元制動器，而西安地鐵2號線則采用日本NABCO公司的單元式制動器，它們在結(jié)構(gòu)上大同小異。城軌車輛的每臺轉(zhuǎn)向架安裝4套單元制動器，同時對同一轉(zhuǎn)向架的4個車輪進行制動。

本節(jié)僅介紹目前較為常用的PC7Y和PC7YF型單元式制動器，它們的結(jié)構(gòu)基本一致，只是PCYF多了一個彈簧制動器(又稱為停放制動器)，主要用于車輛停放制動。

一、PC7Y型單元制動器如圖所示為PC7Y型單元制動器的結(jié)構(gòu)原理圖，由圖可知其主要由單元制動缸、活塞、活塞桿、制動杠桿、活塞彈簧、閘瓦間隙自動調(diào)節(jié)器、吊桿、扭簧、閘瓦托、閘瓦和殼體等組成。1-制動缸；2-制動活塞；3-制動活塞桿；4-制動杠桿；5-單向閘瓦間隙調(diào)整器；6-閘瓦托；7-閘瓦托吊；8-緩解彈簧；9-透氣濾清器；10-瓦托復(fù)位彈簧；11-推桿頭；12-彈簧墊；13-調(diào)整螺母；14-螺栓；15-外體；16-瓦間隙調(diào)整器體；26-螺桿；L1-制動杠桿轉(zhuǎn)動中心；R-齒輪嚙合面；Z1-嚙合錐面圖5-14PC7Y型踏面單元制動器(不帶停車制動器)

PC7Y型單元制動器在制動時，單元制動器的制動缸內(nèi)被充入壓力空氣，推動活塞移動并轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊麠U的推力。活塞桿帶動增力杠桿圍繞安裝在殼體上的銷軸轉(zhuǎn)動。由于增力杠桿的增力比為1:2.85，所以該推力通過杠桿使力擴大近3倍后傳遞給閘瓦間隙自動調(diào)整器外殼，再傳到主軸，最后傳給閘瓦；緩解時，制動缸內(nèi)的壓力空氣被排出，制動缸緩解彈簧和扭簧將主軸和活塞恢復(fù)原位，整個單元制動器恢復(fù)緩解狀態(tài)。

二、PC7YF型單元制動器PCYF型單元制動器的結(jié)構(gòu)與PC7Y型單元制動器完全一樣，只是多了一個停放制動器。停放制動器實際上是一個彈簧制動器，是利用釋放彈簧存儲的彈性勢能來推動彈簧制動缸活塞，帶動兩級杠桿使閘瓦制動的。而停放制動器的緩解需要向彈簧制動缸充氣，通過活塞移動使彈簧壓縮，從而使制動緩解。彈簧制動器一般由電磁閥來控制其充氣和排氣的。因此，司機可以在駕駛室內(nèi)控制停車制動。

1-制動缸；2-制動活塞；3-制動活塞桿；4-制動杠桿；5-閘瓦間隙調(diào)整器；6-閘瓦托；7-閘瓦托吊；10-緩解活塞；31-緩解風(fēng)缸；32-緩解活塞；33-緩解活塞桿；34-螺紋套筒；35-制動彈簧；36-緩解拉簧；37-制動杠桿圖5-15PC7YF型單元式制動器(帶停車制動器)

當壓縮空氣進入停放制動器的制動缸，其活塞被推右移，安裝在活塞內(nèi)的雙錐形彈簧受壓縮，而活塞中心線上的螺桿及螺套也被推動向后運動，但是因為螺套與機殼的距離很小，很快螺桿被機殼抵住不能再運動。此時活塞在制動缸中還有很大一段活動距離，還在繼續(xù)向前壓縮錐形彈簧。由于中間的螺桿也是大螺距非自鎖螺桿，只要外界有推力，螺桿就能自動旋入螺套內(nèi)而保持活塞繼續(xù)壓縮錐形彈簧。當錐形彈簧被壓縮到位后，活塞才停止運動。在活塞和螺桿向右運動時，與螺套尾部相連的杠桿順時針轉(zhuǎn)動，其另一端將常用制動的活塞桿向左推，使單元制動器處于制動緩解狀態(tài)。當停放制動缸排氣時，活塞在錐形彈簧的彈力作用下向左運動，螺套及螺桿也向左移動，帶動杠桿逆時針轉(zhuǎn)動，使常用制動的活塞桿向右推，單元制動器處于制動狀態(tài)。因為停放制動器在制動狀態(tài)時不需要壓縮空氣，僅靠彈簧的彈力就能使單元制動器產(chǎn)生制動作用，所以可以用于無壓縮空氣的車輛(停放的列車一般都切斷電源，因此空氣壓縮機停止工作)。

停車制動的緩解也可以由人工操作。列車在進行檢修作業(yè)時，總風(fēng)缸內(nèi)一般無壓縮空氣，車輛是被彈簧制動鎖住的。若需移動車輛，必須將停車制動釋放。這時可以將插在彈簧盤矩形齒輪內(nèi)的定位銷用專門工具拔出，即可使彈簧制動緩解。這是因為錐形彈簧組件在平時制動或緩解中被定位銷鎖住不能轉(zhuǎn)動，一旦定位銷被拔去，錐形彈簧組件即可自由轉(zhuǎn)動并伸長，同時帶動螺桿旋轉(zhuǎn)并將螺套向右移動。螺套的右移使杠桿順時針轉(zhuǎn)動，推動常用制動缸活塞桿向左移動。這時，常用制動的活塞復(fù)位彈簧及吊桿扭簧也共同發(fā)揮作用，使兩杠桿都對主制動桿產(chǎn)生向右移動的力，停車制動得到釋放。彈簧制動器經(jīng)人工緩解后不會自動復(fù)位。若要復(fù)位也很簡單，只需向彈簧制動缸充一次氣，錐形彈簧重新被壓縮，定位銷將被彈簧盤鎖住后即可

目前，大部分采用PC7Y型和PC7YF型單元制動器的地鐵或輕軌轉(zhuǎn)向架，兩臺帶彈簧動器的PC7YF型單元制動器在轉(zhuǎn)向架上是呈對角線布置的，可以分別對兩個輪對進行停車制動。另一個呈對角線布置的是兩臺PC7Y型單元制動器。列車中的每一個輪對上均設(shè)有一個帶停放制動的單元制動缸。停放制動為彈簧儲能式，充風(fēng)緩解、無風(fēng)制動。通過操縱司機室內(nèi)的停放制動施加或緩解開關(guān)，可控制停放制動施加電磁閥或緩解電磁閥的得電，達到控制停放制動的施加與緩解的目的。在停放制動缸上，還設(shè)有手動的停放緩解裝置，可通過人工操作緩解停放制動。

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任務(wù)四防滑系統(tǒng)學(xué)習(xí)現(xiàn)今城市軌道交通車輛正朝著安全性、高速性、環(huán)保性和舒適性的方向發(fā)展。其高速性也在不斷促進單軸牽引功率和制動功率的不斷提高。動力制動的實施等強力制動裝置的采用，也帶來了因制動力過大而導(dǎo)致列車制動滑行的傾向。列車制動滑行會產(chǎn)生普遍的輪軌磨耗、輪軌表面擦傷等現(xiàn)象，嚴重時還會使車輛失穩(wěn)，產(chǎn)生脹軌等事故。因此有效地防止列車制動的滑行極為重要。一、基本概念1.黏著及黏著系數(shù)黏著是表示輪軌關(guān)系的軌道交通專用術(shù)語，黏著力是指輪軌接觸面切線方向傳遞的力。輪軌之間的黏著是軌道交通車輛形成制動力和牽引力的基本依據(jù)。黏著系數(shù)是表示了輪軌黏著的利用程度，它是具有一定離散性的隨機因數(shù)，服從統(tǒng)計學(xué)上的規(guī)律。

2.車輛滑行當制動力過大，導(dǎo)致車軸的瞬間減速度值增大或者車軸轉(zhuǎn)速與列車運行速度差值突然增大，破壞了輪軌之間的黏著狀態(tài)，則判定該條輪對出現(xiàn)滑行現(xiàn)象，嚴重時會導(dǎo)致車輪被抱死。3.車輛空轉(zhuǎn)

當車輪動能大于鋼軌間粘著力時，踏面與軌面間出現(xiàn)相對滑動，車輪在驅(qū)動力矩的作用下就會發(fā)生空轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致車輪在軌道上或路面上滑轉(zhuǎn)而不前進，會造成牽引電動機高速旋轉(zhuǎn)，使電機損傷。

二、防滑系統(tǒng)的組成防滑控制裝置的基本原理就是當檢測到因外界因素或制動力過大引起黏著系數(shù)下降時，就立即實施控制，盡快使黏著恢復(fù)。典型的防滑控制系統(tǒng)主要由控制單元、速度傳感器、機械部件和防滑電磁閥組成。其中控制單元是防滑控制系統(tǒng)的核心部分。防滑控制系統(tǒng)可以通過速度傳感器檢測出列車的正常速度以及列車與被抱死車輪間的速度差。圖5-16電子防滑控制示意圖這兩個檢測信號被傳送到防滑控制系統(tǒng)的微處理器，微處理器根據(jù)比較和判斷，然后發(fā)出防滑控制指令。防滑控制系統(tǒng)的執(zhí)行裝置按防滑控制指令的要求采取措施，使該車輪的制動力迅速降低，快速解除該車輪的滑行。當滑行消失時，微處理器得到消失后的速度信間號后，重新發(fā)出指令，恢復(fù)該車輪的制動力。

1.速度傳感器用于檢測列車速度和輪對速度的裝置稱為速度傳感器，也稱為速度信號發(fā)生器。它安裝在輪對上。速度傳感器由測速齒輪和速度傳感器探頭以及電纜線所組成。圖5-17速度傳感器原理圖5-18速度傳感器安裝位置

2.防滑電磁閥防滑電磁閥(以下簡稱防滑閥)是軌道車輛中電子防滑系統(tǒng)的主要組成部分，它是防滑控制回路中的執(zhí)行機構(gòu)，防滑閥由電子開關(guān)裝置控制。當防滑控制系統(tǒng)不發(fā)出防滑指令時，防滑閥對正常的制動和緩解不產(chǎn)生影響；當防滑控制系統(tǒng)發(fā)出防滑指令時，通過控制防滑閥的勵磁線圈得電使鐵芯動作，排放制動缸壓力空氣或恢復(fù)制動缸壓力。

三、防滑控制1.速度差判據(jù)控制速度差檢測是用含假想軸在內(nèi)的5個軸中最高速度軸（基準軸速度）與某一軸的速度差△v和速度差率η來判斷是否發(fā)生滑行。速度差檢測是以一輛車內(nèi)4個軸的速度及制動指令發(fā)出后以一定減速度減速的假想軸速度中速度最高值為基準，當車輪的速度比基準值的速度低于某一值時，判斷為滑行；2.減速度判據(jù)控制減速度檢測根據(jù)車輪本身轉(zhuǎn)動速度減小的比例β來判斷是否滑行。減速度檢測可以對滑行軸單獨進行評價，它可以及時地檢測到滑行，特別是由摩擦制動造成滑行時，滑行可以用減速度檢測的方法有效地檢測出來。

圖5-19防滑控制機理

謝謝！任務(wù)五制動控制系統(tǒng)認知制動控制系統(tǒng)是空氣制動系統(tǒng)的核心，它接受司機或自動駕駛系統(tǒng)（ATO）的指令，并采集車上各種與制動有關(guān)的信號，將指令與各種信號進行計算，得出列車所需的制動力，再向動力制動系統(tǒng)和空氣制動系統(tǒng)發(fā)出制動信號。動力制動系統(tǒng)進行制動時將實際制動力的等值信號反饋給制動控制系統(tǒng)，制動控制系統(tǒng)通過運算協(xié)調(diào)動力制動和空氣制動的制動量?？諝庵苿酉到y(tǒng)將制動系統(tǒng)發(fā)來的制動力信號經(jīng)流量放大后使執(zhí)行部件產(chǎn)生相應(yīng)的制動力。這就是制動控制系統(tǒng)的主要功能。制動控制系統(tǒng)主要由電子制動控制單元（EBCU）、空氣制動單元（BCU）和電氣指令單元等組成。

圖5-20制動控制系統(tǒng)原理

1.電子制動控制單元在電子技術(shù)和微機技術(shù)的迅猛發(fā)展下，列車的制動控制由微機綜合列車運行中的所有參數(shù)，經(jīng)過判斷和運算，給制動系統(tǒng)發(fā)出精確的指令。以微機為中心的電子控制裝置被稱為電子制動控制單元（EBCU）、微機制動控制單元(MBCU)或制動控制電子裝置（BCE）等。它有以下主要功能：?（1）接受司機控制器或ATO的指令，與牽引控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)列車的制動和緩解。（2）將接收到的動力制動實際值經(jīng)EP閥轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換成氣動信號發(fā)送給空氣制動控制單元。?（3）控制供氣系統(tǒng)中空氣壓縮機組的工作周期，監(jiān)控主風(fēng)缸輸出壓力等參數(shù)。（4）在列車制動過程中始終收集列車所有輪對速度傳感器發(fā)來的速度參數(shù)，對輪對在制動過程中出現(xiàn)的滑行進行監(jiān)視。?（5）對列車制動時的各種參數(shù)和故障進行監(jiān)視與記錄。

2.空氣制動控制單元???空氣制動控制單元是制動系統(tǒng)中電氣制動和空氣制動的聯(lián)系點，也是電子、電子信號與氣動信號的轉(zhuǎn)換點?？諝饪刂崎y件由一系列閥件、管路及控制元件組成。3.電氣指令單元?現(xiàn)在城市軌道交通車輛的制動系統(tǒng)無一例外地采用電氣指令單元來快速、準確、可靠地傳遞司控器的指令。采用電氣指令可以使列車制動、緩解迅速、停車平穩(wěn)無沖動，縮短制動距離。（1）數(shù)字式電氣指令制動控制系統(tǒng)?數(shù)字式指令指開關(guān)指令的組合，屬于分檔控制。這樣的分檔制動指令通過具有多塊氣動膜板的中繼閥的動作，使制動缸獲得恒定的七級壓力。?數(shù)字式電氣指令制動控制系統(tǒng)操作靈活，可控性能好。我國自行制造的北京地鐵車輛使用的SD型制動系統(tǒng)即為數(shù)字式電氣指令制動控制系統(tǒng)。

（2）模擬式電氣指令制動控制系統(tǒng)?模擬式電氣指令制動系統(tǒng)可以實現(xiàn)無極制動和連續(xù)操縱。常用的模擬電信號有電流、電壓、頻率和脈沖等，這些模擬量可以傳遞制動控制信號。理論上，模擬式電氣指令制動控制系統(tǒng)的操縱比數(shù)字式的更方便，但它對指令傳遞的設(shè)備性能要求比較高。如果設(shè)備性能不能滿足要求，其精度會降低，從而會影響制動效果。?從目前趨勢來看，城市軌道交通車輛采用脈沖寬度調(diào)制的模擬式電氣指令制動控制系統(tǒng)，應(yīng)當是較為先進的列車制動控制系統(tǒng)。

4.制動力分配原則（1）恒制動率控制城市軌道交通車輛載客情況變化很大，無論空載、滿載或超員，都應(yīng)保證列車的減速度與司機制動命令相對應(yīng)。因此，列車控制系統(tǒng)必須檢測各界車輛的負載重量，對應(yīng)于各動車和拖車的負載重量變化而自動調(diào)整各級制動缸壓力。在運行過程中，司機控制器的各制動級位都可以保持恒定制動率，得到恒定減速度。列車控制系統(tǒng)將每節(jié)車各個空氣彈簧的壓力信號由壓力傳感器變換為電壓信號后，取平均值；按照滿載和空載極限值設(shè)置上下界，作為車輛負載信號電壓輸出。車輛負載信號與制動指令相乘得到對應(yīng)于各車負載的制動力指令曲線，將一個動車組單元中的各動車和拖車制動力指令曲線相加、放大后作為需求制動力指令送入列車制動系統(tǒng)，就能實現(xiàn)恒制動率控制。

（2）空氣制動滯后控制實現(xiàn)指令減速度目標，列車編組內(nèi)的各車有多種分擔(dān)制動力的方法。過去一般采用的控制方法就是各節(jié)車各自承擔(dān)自己需要的制動力，即均勻制動方式。采用這種控制方式，拖車所需的制動力將全部由自己的空氣制動系統(tǒng)承擔(dān)，拖車的閘瓦磨損要比有電制動的動車快得多。隨著近年來逆變控制的三相感應(yīng)電動機牽引系統(tǒng)的大量應(yīng)用，由于三相感應(yīng)電動機優(yōu)良的自身再黏著特性，使黏著系數(shù)的期望值大大提高，既可以最大限度地使用點制動力而不會發(fā)生滑行。因此，各節(jié)車在分擔(dān)制動力時，在其利用黏著不超過限制的范圍內(nèi)，提高動車的制動力而減少拖車的制動力，以實現(xiàn)最大利用動力制動的目的。所以，采用VVVF控制或斬波控制的列車，可以取得較高的期待黏著系數(shù)，在不超過黏著限制的范圍內(nèi)充分利用動車的電氣制動力，不足部分再由拖車的空氣制動力補充，這樣可以節(jié)約能源，降低拖車機械制動的磨耗。這種控制方式稱為空氣制動滯后控制。

謝謝！

任務(wù)六制動系統(tǒng)實例EP2002城軌車輛制動控制系統(tǒng)是由德國著名的城軌車輛制動機制造商克諾爾公司生產(chǎn)的城軌車輛空氣制動機的新一代產(chǎn)品，EP2002是電氣指令式制動控制系統(tǒng)，其核心部件是EP2002閥，制動系統(tǒng)的控制、監(jiān)控及車輛控制系統(tǒng)的通信均由它負責(zé)。EP2002制動控制系統(tǒng)與常規(guī)的一般的制動系統(tǒng)最大的區(qū)別在于設(shè)計、制造的思路不同常規(guī)城軌車輛采用的是車控形式，即一個制動系統(tǒng)控制單元控制一輛車的兩臺轉(zhuǎn)向架。比如克諾爾的早期產(chǎn)品和日本NABTASCO公司的制動機，而EP2002制動系統(tǒng)采用了新的理念，在其集成機電設(shè)備包中采用分散式結(jié)構(gòu)且采用架控控制方式，即一臺EP2002閥控制一個轉(zhuǎn)向架。如果一個EP2002閥出現(xiàn)故障，只需要切除一個轉(zhuǎn)向架上的空氣控制，使故障對列車運行的影響減到最小。

EP2002制動系統(tǒng)的核心部件是EP2002閥，它是一個機電一體化的模塊部件，可以進行空氣制動系統(tǒng)的控制、監(jiān)控及列車控制系統(tǒng)之間的通信。EP2002將制動控制和制動管理電子設(shè)備以及常用制動(SB)氣動閥，緊急制動(EB)氣動閥和車輪防滑保護裝置(WSP)氣動閥都集成在各轉(zhuǎn)向架(EP2002網(wǎng)關(guān)閥、RIO及智能閥)的機電設(shè)備集成包中。氣動系統(tǒng)可以通過一個中心點向各個EP2002閥門供風(fēng)或從各處向閥門供風(fēng)。整個EP2002制動系統(tǒng)包括空氣壓縮機、空氣干燥塔、大小儲風(fēng)缸、控制單元和檢測點，均采用模塊化設(shè)計。EP2002制動系統(tǒng)的主要特點可概括為:結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、安裝方式多樣使用維護方便。

圖5-21EP2002制動系統(tǒng)原理

一、核心閥件1.智能閥智能閥產(chǎn)生電控制動信號直接控制氣閥，對其控制的轉(zhuǎn)向架的電空制動和車輪滑行進行控制。智能閥通過硬連線與列車安全回路相連，當安全回路失電時，智能閥將使其控制的轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生緊急制動。輔助制動控制閥與一個智能閥共同安裝在一個安裝板上，構(gòu)成集成智能閥。1-裝置外殼；2-RBX卡；3-PSV卡；4-PVU圖5-22智能閥圖5-23氣動閥單元

智能閥是機電一體化的產(chǎn)品，EP2002S閥包括一個直接安裝在氣動伺服閥上的電子控制部分，稱為氣動閥單元(PVU)。每個閥分別按照由EP2002G閥通過CAN制動總線提供給它的制動要求來控制其所在轉(zhuǎn)向架上的制動執(zhí)行機構(gòu)中的制動缸壓力(BCP)。該裝置為每一個轉(zhuǎn)向架提供摩擦制動和緊急制動，同時還執(zhí)行每根軸的WSP控制。閥采用軟件和圖5-24EP2002智能閥功能硬件結(jié)合的方式予以控制和監(jiān)視，從而能夠檢測到潛在的危險故障。通過結(jié)合所在車軸的軸速數(shù)據(jù)和由專門的CAN制動總線傳遞的其他軸速速據(jù)，來執(zhí)行車輪防滑保護。車輪

滑動保護是采用本車取得的軸速數(shù)據(jù)和從其他閥門獲得的速度數(shù)據(jù)相結(jié)合并通過專用CAN制動總線來提供的。

2.RIO閥RIO閥除了智能閥的所有功能外，還可以通過硬線與其控制的轉(zhuǎn)向架上的牽引控制單元進行通信，使電制動和空氣制動協(xié)調(diào)工作。1-可選擇的模擬輸入輸出卡；2-BCU卡；3-裝置外殼；4-RBX卡；5-PSU卡；6-PVU圖5-25RIO閥

3.網(wǎng)關(guān)閥網(wǎng)關(guān)閥除了具有RIO閥的功能外，還具有制動管理的功能。1-可選擇的模擬輸入輸出卡；2-BCU卡；3-裝置外殼；4-可選擇的COMMS卡；5-RBX卡；6-PSU卡；7-PVU圖5-26網(wǎng)關(guān)閥

二、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EP2002制動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系到列車制動控制以及制動力分配等關(guān)鍵問題，因此非常重要。EP002制動控制系統(tǒng)具有很高的可用性和靈活性，可以與多種總線結(jié)構(gòu)兼容，如MVB總線、RS485總線、LONBUS總線和FIP總線等。制動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)置主要應(yīng)從安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面考慮，下面以6節(jié)編組的地鐵車輛為例，對目前應(yīng)用較多的2種EP2002制動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行說明。圖5-27半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是將半列車所有的EP2002閥用CAN總線相連，并由B車和C車上的兩個網(wǎng)關(guān)閥通過MVB總線(或其他總線)與列車控制系統(tǒng)進行通信，每半列車上B車和C車中的一個網(wǎng)關(guān)將被定義為主網(wǎng)關(guān);而另一個被定義為從網(wǎng)關(guān)當主網(wǎng)關(guān)閥出現(xiàn)故障時，從網(wǎng)關(guān)閥能夠自動接替主網(wǎng)關(guān)的工作，保證了系統(tǒng)的冗余性。如果MVB總線(或其他總線)出現(xiàn)故障，則網(wǎng)關(guān)將按照默認狀態(tài)工作，另外，CAN總線由兩對線組成，具有較好的冗余性。在B車和C車上各設(shè)置一個RIO閱的目的是RIO閥可以通過硬連線與其控制的轉(zhuǎn)向上的牽引控制單元進行通信，使電制動和空氣制動協(xié)調(diào)工作，根據(jù)每個項目的實際情況，在充分研究網(wǎng)關(guān)閥與車輛總線信息傳輸量的情況下，可以考慮用網(wǎng)關(guān)閥與MVB總線(或其他總線)之間的通信來代替RIO閥與其控制的轉(zhuǎn)向架牽引控制單元的通信工作，這樣B車和C車上的R1O閥就可以用智能閥來代替，增強了部件的互換性，同時也減少了備品備件的種類，經(jīng)濟性更好。

2.單節(jié)車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單節(jié)車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是將每節(jié)車上的兩個EP2002閥用CAN總線相連，并由每節(jié)車上的網(wǎng)關(guān)閥通過MVB總線(或其他總線)與列車控制系統(tǒng)進行通信。如果MVB總線出現(xiàn)故障，則網(wǎng)關(guān)閥將按照默認狀態(tài)工作。從安全性和可靠性角度進行分析，半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的從網(wǎng)關(guān)閥作為主網(wǎng)關(guān)閥的備份，具有較好的冗余性，如果CAN總線在A、B車之間斷開，將導(dǎo)致A車的空氣制動失效，但發(fā)生這種故障的概率是比較低的;而在單節(jié)車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中如果某節(jié)車上的網(wǎng)關(guān)閥出現(xiàn)故障則本節(jié)車空氣制動失效，如果某節(jié)車上的CAN總線斷開則一個轉(zhuǎn)向架上的空氣制動失效。經(jīng)過上述對比可見半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性略高于單節(jié)車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

三、以廣州地鐵為例說明EP2002制動系統(tǒng)在單節(jié)車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EP2002制動控制系統(tǒng)中，一般選擇由列車上的主車輛控制單元(VCUD)負責(zé)列車的制動管理。除緊急制動外，主VCU控制列車電制動力與空氣制動力的分配，制動力指令由列車線傳輸給VCU和網(wǎng)關(guān)閥，主VCU連續(xù)循環(huán)計算車輛系統(tǒng)所需制動力的大小，實際總制動力值由車輛的載荷所決定。主VCU再根據(jù)網(wǎng)壓、電制動/空氣制動分配特性將總制動力合理的分配給電制動控制單元和空氣制動控制單元。另外，為了使列車具有載荷補償功能和制動故障時車輛內(nèi)部制動力的合理分配，VCU和網(wǎng)關(guān)閥之間通過列車和車輛總線進行實際制動力施加值的數(shù)據(jù)交換在半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EP2002制動控制系統(tǒng)中，可以選擇由列車上的主車輛控制單元(VCUD負責(zé)列車的制動管理;也可以設(shè)置兩個半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的任何一個主網(wǎng)關(guān)閥作為整列車的主網(wǎng)關(guān)閥，負責(zé)列車的制動管理，另一個半列車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的主網(wǎng)關(guān)閥作為備份。廣州地鐵3號線車輛采用由VCU來負責(zé)列車的制動管理的工作模式，其制動控制系統(tǒng)的工作邏輯圖如圖所示

圖5-28廣州地鐵制動控制系統(tǒng)邏輯圖

1.常用制動在常用制動模式下，電制動和空氣制動一般都處于激活模式，以便電制動和空氣制動之間的及時轉(zhuǎn)換。常用制動優(yōu)先采用電制動，當電制動故障或電制動力不足時由空氣制動補充以達到要求的常用制動減速度。常用制動具有防滑控制功能并且受到?jīng)_擊極限的限制，每個EP2002閥測量其控制的轉(zhuǎn)向架的載荷，并通過局部制動控制卡傳輸數(shù)據(jù)到CAN總線。CAN總線內(nèi)的主網(wǎng)關(guān)閥通