城市軌道交通系統(tǒng)制動概述

教學目標1.掌握制動系統(tǒng)的基本概念

單元1城市軌道車輛制動系統(tǒng)概述2.掌握車輛制動系統(tǒng)的分類3.了解制動系統(tǒng)應具有的基本要求

1編輯課件一.基本概念

1．列車制動系統(tǒng)和列車制動裝置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，總稱為“列車制動裝置”，有時，“制動”與“制動裝置”均簡稱為“閘”，實施制動簡稱為“上閘”，亦可簡稱為“下閘”，使制動得到緩解簡稱為“松閘”?，F(xiàn)代軌道交通車輛的制動系統(tǒng)是由動力制動系統(tǒng)和空氣制動系統(tǒng)及指令和通信網(wǎng)絡系統(tǒng)三部分組成的。

1.1制動的基本概念和制動系統(tǒng)的重要作用2編輯課件（1）動力制動系統(tǒng)。它一般與牽引系統(tǒng)連在一起形成主電路，包括再生反饋電路和制動電阻器，將動力制動產(chǎn)生的電能反饋給供電接觸網(wǎng)或消耗在制動電阻器上。（2）空氣制動系統(tǒng)。它由供氣部分、控制部分和執(zhí)行部分等組成。供氣部分有空氣壓縮機組、空氣干燥器和風缸等；控制部分有電-空轉換閥（EP）、緊急閥、稱重閥和中繼閥等；執(zhí)行部分有閘瓦制動裝置和盤形制動裝置等。（3）指令和通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。它既是傳送司機指令的通道，同時也是制動系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)交換及制動系統(tǒng)與列車控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的總線。一、基本概念3編輯課件2．制動作用和緩解作用（1）制動：人為地制止物體的運動，包括使其減速、阻止其運動或加速運動，均可稱之為“制動”（2）緩解：對已經(jīng)施行制動的物體，解除或減弱其制動作用，均可稱之為“緩解”對于運動著的列車，欲使其減速或停車，就要根據(jù)需要施加于列車一定大小的與其運動方向相反的外力，以使其實現(xiàn)減速或停車作用，即施行制動作用；列車制動停車后起動加速前或運行途中限速制動后加速前均要解除制動作用，即施行緩解作用

3.制動的實質：

（1）能量的觀點：將列車的動能變成別的能量或轉移走。（2）作用力的觀點：制動裝置產(chǎn)生與列車運行方向相反的力，使列車盡快減速或停車。3．制動機：產(chǎn)生制動原動力并進行操縱和控制的部分設備。

一、基本概念4編輯課件4．制動力：由制動裝置產(chǎn)生的與列車運動方向相反的外力。對軌道交通機車車輛而言，制動力是制動時由制動裝置產(chǎn)生作用后而引起的鋼軌施加于車輪的與列車運行方向相反的力。5．制動力：由制動裝置產(chǎn)生的與列車運動方向相反的外力。對軌道交通機車車輛而言，制動力是制動時由制動裝置產(chǎn)生作用后而引起的鋼軌施加于車輪的與列車運行方向相反的力。6.基礎制動裝置：傳送制動原動力并產(chǎn)生制動力的制動執(zhí)行裝置7.制動距離：從司機施行制動的瞬間起（將制動手柄移至制動位），到列車速度降為零列車所行駛的距離，其綜合反映列車制動裝置的性能和實際制動效果的主要技術指標。

一、基本概念5編輯課件二.城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的制動模式

根據(jù)車輛的運行要求，制動系統(tǒng)采用以下幾種制動模式：1．常用制動正常運行下為調解或控制動車列車速度，包括進站停車所實施的制動，特點是作用緩和與制動力的可以連續(xù)調節(jié)，制動過程中能夠根據(jù)車輛載荷自動調整制動力，當常用制動力最大時即為常用全制動。2．緊急制動緊急情況下為使列車盡快停止而施行的制動，特點是作用比較迅速，而且將列車制動能力全部使用，通過故障導致安全的設計原則為“失電制動，得電緩解”的緊急空氣制動系統(tǒng)。緊急制動是在列車遇到緊急情況或發(fā)生其他意外情況時，為使列車盡快停車而實施的制動。其制動力與快速制動相同。緊急制動時考慮了脫弓、斷鉤、斷電等故障情況，故只采用空氣制動，而且停車前不可緩解，在盡可能減小沖動的情況下不對沖動進行具體限制。1.1制動的基本概念和制動系統(tǒng)的重要作用6編輯課件3．快速制動是為了使列車盡快停車而實施的制動，其制動力高于常用全制動(上海、廣州快速制動力高于常用全制動22%)。這種制動方式在緊急情況下、制動系統(tǒng)各部分作用均正常時所采取的一種制動方式，其特點是與常用制動相同，制動過程可以施行緩解。受沖擊率極限的限制，主控制器手柄回“0”位，可緩解，具有防滑保護和載荷修正功能。4．保壓制動保壓制動是為防止車輛在停車前的沖動，使車輛平穩(wěn)停車，通過ECU內部設定的執(zhí)行程序來控制。第一階段：當列車制動到速度8Km/h，DCU觸發(fā)保壓制動信號，同時輸出給ECU，這時，由DCU控制的電制動逐步退出，而由ECU控制的氣制動來替代。第二階段：接近停車時（列車速度0.5Km/h），一個小于制動指令（最大制動指令的70%）的保壓制動由ECU開始自動實施，即瞬時地將制動缸壓力降低。如果由于故障，ECU未接收到保壓制動觸發(fā)信號，ECU內部程序將在8Km/h的速度時自行觸發(fā)。二.城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的制動模式7編輯課件5．彈簧停放制動為防止車輛在線路停放過程中，發(fā)生溜逸，城軌車輛設置停放制動裝置。停放制動通常是將彈簧停放制動器的彈簧壓力通過閘瓦作用于車輪踏面來形成制動力。以前停放制動也有叫停車制動或彈簧停車制動，但在地鐵列車中，停車制動是另外一個概念，所以為區(qū)別開來，叫停放制動較好。庫內停車時可以解決因制動缸壓力會因管路漏泄，無壓力空氣補充而逐步下降到零，使車輛失去制動力的停放問題。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滿足列車較長時間斷電停放的要求。彈簧停放制動的緩解風缸充氣時，停放制動緩解；彈簧停放制動的緩解風缸排氣時，停放制動施加；還附加有手動緩解的功能。停放制動是列車停車后，為使列車維持靜止狀態(tài)所采取的一種制動方式。6.停車制動對于地鐵列車來說，通常把停車前的這一段空氣制動過程稱為停車制動或保持制動。當停車制動使列車減速到極低速度以后。為減小沖動。制動力會有所降低，上海和廣州地鐵是在減速至4km／h左右，制動力降至70KPa(提供的資料是70？)，停車制動具有常用制動的特點。二.城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的制動模式8編輯課件三.制動系統(tǒng)的重要作用

對軌道交通運輸來講，制動系統(tǒng)有著非常重要的作用。制動系統(tǒng)作用的可靠性是列車行車安全的基本保證。列車因故障不能出發(fā)不會有什么危險，若在運行中因制動裝置故障不能停車，則后果是不堪設想的。所以我國和諧號CRH動車組列車的制動控制系統(tǒng)設計理念是故障導向安全，采用多級制動控制方式和制動能力冗余設計。安全第一，“不止不行”。對現(xiàn)代軌道交通而言，制動的重要作用早就不僅僅是安全的問題了，制動已經(jīng)成為限制列車運行速度和牽引重量進一步提高的重要因素?，F(xiàn)代軌道交通列車正向著高速重載方向發(fā)展，運行速度越高，牽引重量越大，需要的制動力也就越大，如果只提高運行速度及牽引重量而沒有更大功率的制動裝置來保證，結果只能跑而不能停，其高速重載就不可能實現(xiàn)。1.1制動的基本概念和制動系統(tǒng)的重要作用9編輯課件

所以，制動裝置的重要作用在于：一方面使列車在任何情況下減速或停車，確保行車安全；另一方面也是提高列車運行速度，提高牽引重量，即提高軌道交通運輸能力的重要手段。從安全的目的出發(fā)，一般列車的制動功率要比驅動功率大5～10倍。列車的制動能量和速度成平方關系，時速200km/h～300k/h動車組的制動能量是普通列車的4～9倍，可見，能力強大的制動裝置對于保證列車高速、重載、安全運行有著至關重要的意義。衡量一個國家的軌道交通運輸水平，首先要看能制造多大牽引力的機車，但牽引與制動是互相促進的，無先進的制動技術就沒有現(xiàn)代化的軌道交通運輸。三.制動系統(tǒng)的重要作用10編輯課件一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展隨著20世紀初科學技術的發(fā)展，制動技術方面，逐步發(fā)展為空氣制動機。我國旅客列車客車空氣制動機最早使用L3型客車制動機，L3是一種客車三通閥，解放后對其進行改造命名為GL3型客車三通閥。20世紀60年代末國內開始研制新型客貨車制動機—103型貨車分配閥和104型客車分配閥。104型客車分配閥于1975年通過鐵道部的技術鑒定，在客車上得到全面推廣使用，從此GL3型三通閥停止生產(chǎn)，1989年鐵道部又通過F8型客車分配閥技術鑒定，104型和F8型空氣制動機成為我國旅客列車使用的主型制動機，可混編使用。所謂的空氣制動機就是用壓力空氣作為制動的動力來源，并用壓力空氣的壓力變化來實現(xiàn)列車的制動和緩解作用的制動裝置。這種空氣制動機被廣泛應用于鐵路、地鐵、輕軌、獨軌等軌道交通車輛上。就是目前，空氣制動機還在我國和世界各國的機車和客、貨車輛上使用。我國上世紀60年代未開通的北京地鐵，用的全是國產(chǎn)車，配自制的制動機產(chǎn)品，如使用DK型電空制動機，DK型電空制動機它是由電磁閥組和制動閥控制的空氣制動。它的特點是當扳動制動閥手柄進行空氣制動的同時，裝在制動閥上面的電空制動控制器相應地發(fā)生作用。1.2城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展歷程11編輯課件

這時，空氣制動和電氣控制作用同時產(chǎn)生，當電制動失效時空氣制動還能發(fā)生作用。DK型電空制動機空氣制動部分是在鐵路客車原LN型空氣制動機的基礎上加以改造的，主控機構先期直接采用GL3型三通閥，由于城市軌道交通車輛空重車重量相差較大，所以加裝了空重車調整裝置，基礎制動裝置為踏面制動。后來對DK型電空制動機進行了進一步改進，仿照客車分配閥設計了膜板分配閥，在操作靈活性和可靠性方面與GL3型三通閥相比有了較大的提高。但DK型制動系統(tǒng)在電阻制動與空氣制動的匹配上采用切換方式，因而制動力控制性能較差。一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展12編輯課件最近幾十年來，由于電力電子變流技術和微機技術的加入，使電氣指令式制動控制系統(tǒng)不斷改進、發(fā)展，大功率電力電子元件的出現(xiàn)使電氣再生制動成為可能，微機技術的應用使制動防滑系統(tǒng)更加精確和完善。數(shù)字式電空制動機開發(fā)從20世紀70年代開始，由長春客車廠與鐵道部科學研究院合作研究開發(fā)地鐵車輛用的SD型數(shù)字式直通電空制動機。此項技術是傳統(tǒng)的軌道機車車輛制動機在地鐵上的一個飛躍。該制動系統(tǒng)縮短了空走時間和制動距離，改善了車輛制動的一致性，其性能比較先進：列車導線傳遞PWM（脈寬調制）控制信號，手控15級，自動駕駛64級，車輛制動機解碼，電制動優(yōu)先，電-空制動相互匹配。它具有制動壓力準確、傳輸速度快、司機操作方便，可實現(xiàn)空氣制動與電氣制動自動配合的優(yōu)點。這項技術在凸輪變阻車、斬波調壓車、斬波調阻車上得到了廣泛應用。但采用這種控制技術，動力制動的制動力在制動初期上升較慢，而列車快要停車時又衰減較快，需要空氣制動力進行補充。該制動系統(tǒng)較DK型自動式電磁空氣制動系統(tǒng)在動力制動與空氣制動的配合、制動和緩解的一致性、與控制、動力制動能力的充分運用上存在著改進的余地，而且在實踐中，控導閥的性能受材料和工藝的影響極大，所以SD型電空制動機系統(tǒng)已被逐步淘汰。一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展13編輯課件

十幾年來，我國已修建了近千公里城市軌道交通線。這些線上城軌車輛的制動系統(tǒng)大都采用微機控制直通電空制動系統(tǒng)，原理基本相同，但在具體的實施方法上有所區(qū)別。主要有以下四種形式。一是以上海和廣州1、2號線為代表的德國KNORR公司的城市軌道車輛制動系統(tǒng)，它是目前國內A型車上運用最廣的制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)為模擬式制動系統(tǒng)，制動指令采用PWM信號或網(wǎng)絡信號，它們被傳遞到每個車輛的微機制動控制單元。微機制動控制單元一般單獨設置在車廂內。而氣制動控制單元由2塊氣動集成板和風缸等組成，分別固定在車輛底架下。系統(tǒng)結構緊湊。目前深圳、南京地鐵車輛和大連輕軌車輛，甚至部分國內試制的高速電動車組上也采用了該制動系統(tǒng)。一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展14編輯課件二是以北京、天津為代表的B型車上采用較多的日本NABCO公司生產(chǎn)的HRDA型制動系統(tǒng)。系統(tǒng)為數(shù)字式制動系統(tǒng)。即常用制動指令采用3根指令線編碼，共7級。微機制動控制單元與氣制動控制單元集成在一起，固定于車輛底架下面。由于采用了流量比例閥進行EP控制，因此氣制動控制單元較為簡單。在武漢輕軌和重慶獨輪軌等項目上也采用了此制動系統(tǒng)?；A制動根據(jù)車輛的不同有所區(qū)別。

三是以上海3號線、5號線為代表的原英國Westinghouse公司的微機控制直通電空制動系統(tǒng)。系統(tǒng)按整車模塊化原則設計，集成度較高。它將微機制動控制單元、氣制動控制單元、風缸、風源等除必須安置在轉向架附近的部件外，全部在一個安裝架上集成安裝，方便運用維護。該系統(tǒng)同樣采用PWM信號傳遞制動指令，為模擬式制動系統(tǒng)。EP轉換采用4個開關電磁閥閉環(huán)控制的方法。一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展15編輯課件四是德國KNORR公司生產(chǎn)的架控式EP2002型制動系統(tǒng)，目前得到了廣泛應用，所謂架控形式，就是在一個轉向架上裝一個EP2002閥，一個EP2002閥只控制一個轉向架。如果一個EP2002閥出現(xiàn)故障，只需切除一個轉向架上空氣制動控制，使故障對列車運行的影響減至最小。中國廣州地鐵3號線是世界上第一個使用EP2002型制動系統(tǒng)的用戶。

五是廣州地鐵公司與鐵道部科學研究院在2008年12月開始研制開發(fā)的架控式EP09型制動系統(tǒng)，在2010年8月10日通過專家評審，現(xiàn)已在廣州地鐵3號線、北京地鐵15號線上裝車使用，性能可靠。具有完全自主知識產(chǎn)權的EP09型架控式制動系統(tǒng)的研制成功，是在變壓變頻交流傳動系統(tǒng)、微處理器模擬直通電空制動系統(tǒng)上的一項重大突破，地鐵車輛制動系統(tǒng)是地鐵的關鍵部件，此項技術一直為國外壟斷，為徹底打破國外技術壟斷，為我國城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)國產(chǎn)化做出了突出貢獻。一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展16編輯課件二.地鐵制動系統(tǒng)形式的選擇常用的地鐵制動系統(tǒng)主要有數(shù)字式和模擬式兩種形式，二者的主要區(qū)別在于制動指令的傳輸方式上，對于數(shù)字式而言是將司機控制器或ATO（列車自動駕駛）系統(tǒng)傳來的制動指令信號，通過代表不同意義的信號線輸出信號（如開關指令）來劃分成不同的制動等級，控制后部車輛制動裝置，制動指令（制動力指令值）是有級傳輸?shù)?，常用制動指令劃分越細，所需要的信號線越多，如SD型制動系統(tǒng)采用七級模板閥控制即通過司機控制器發(fā)出的開關信號，控制三個電磁閥不同的開關組合，產(chǎn)生七個等級的制動控制壓力。模擬式制動系統(tǒng)是用模擬量作為制動指令，通常是將司機控制器或ATO系統(tǒng)傳來的制動指令信號，經(jīng)編碼器后，以脈寬調制（PWM）信號形式或直流電壓方式等，經(jīng)列車指令控制線傳到后部車輛，脈寬調制信號以占空比的大小代表不同的制動指令。制動指令（制動力指令值）是無級傳輸?shù)?。如上海、廣州地鐵及北京地鐵新造車均采用了模擬式制動系統(tǒng)。1.2城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展歷程17編輯課件（一）常用的數(shù)字式制動系統(tǒng)特點：1．反應迅速，可靠性好；2．電信號沒有臨界限制，制動力一般只根據(jù)載荷變化進行調整；3．除了信號傳給系統(tǒng)外，其他部分結構較為簡單；4．有些數(shù)字式制動系統(tǒng)如氣運算型等，空氣制動與動力制動的混合使用比較困難，特別適合于動力制動和空氣制動單獨使用的地鐵列車；5．由于制動指令是有級傳輸?shù)?，與列車自動駕駛系統(tǒng)一起使用的適應性不如模擬式制動系統(tǒng)。二.地鐵制動系統(tǒng)形式的選擇18編輯課件（二）模擬式制動系統(tǒng)特點：1．指令傳輸系統(tǒng)簡單；2．由于采用微機控制，能容易地增加諸如根據(jù)載荷變化進行控制；減速度控制和減速度微分控制等功能。能夠控制列車或列車基本單元內的制動力分配，如動力制動剩余制動力可用于施車制動，也可對動力制動和空氣制動進行防滑控制，不必另設防滑控制單元。3．能夠適應空氣制動和動力制動的混合作用；4．由于制動指令是無級傳輸?shù)模軐χ苿酉到y(tǒng)精確控制。所以能更好的適應列車自動駕駛的要求?，F(xiàn)在的數(shù)字式制動系統(tǒng)除了指令傳輸外，其余部分的結構和功能應可以與模擬式相同或相近，如混合使用，適應ATO駕駛等。但是，對于數(shù)字式而言，無論如何其制動指令是有級傳輸?shù)牡模刂频脑骄_，信號線越多，信號傳輸系統(tǒng)越復雜，越容易發(fā)生故障。模擬式的信號傳輸系統(tǒng)簡單，而且從理論上講，可以做到無級傳輸，有利于精確控制。而地鐵列車一個重要特點就是要求停車準確，所以，制動力的精確控制非常重要。因此，模擬式制動系統(tǒng)更適應于地鐵列車。我國地鐵列車制動系統(tǒng)的發(fā)展方向應是模擬式制動系統(tǒng)。二.地鐵制動系統(tǒng)形式的選擇19編輯課件四.地鐵車輛一般制動設計原則1.電制動為主。2.緊急制動由空氣制動提供。3.車輛停放時制動由彈簧力提供，壓縮空氣緩解。4.在電制動不足情況下，動車與拖車分別根據(jù)各自車輛所接收的制動指令，同時施加空氣制動。5.在電制動失效或緊急制動過程中，空氣制動將代替電制動，且根據(jù)車輛載重施加空氣制動。6.低速運行時，由空氣制動代替電制動，實施保持制動使列車停車。7.當車輛需要運行時，保持制動由牽引指令進行緩解，并隨著車輛牽引力的不斷增大，保持制動逐漸緩解，可以防止牽引力不足時，制動完全緩解造成的車輛后退。1.2城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展歷史20編輯課件一.按城軌列車動能轉移方式分類按照制動時列車動能的轉移方式不同可以分為摩擦制動和動力制動。（一）摩擦制動。通過摩擦副的摩擦將列車的運動動能轉變?yōu)闊崮埽⒂诖髿?，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。1．閘瓦制動。又稱踏面制動，它是一種最常用的一種制動方式，如圖1-1所示。制動時閘瓦壓緊車輪，輪、瓦之間發(fā)生摩擦，交列車的運動動能通過輪、瓦摩擦轉變?yōu)闊崮?，消散于大氣中?．盤形制動。如圖1-2所示。圖1-2（a）為軸盤式整體制動盤；圖1-2（b）為輪盤式制動盤在車輪上安裝情況。圖1-2（c）為安裝輪盤式制動盤的輪對；圖1-2（d）為制動盤在輪對上安裝的實物圖。盤形制動是在車軸上或在車輪輻板側面安裝制動盤，用制動夾鉗使用合成材料制成的兩個閘片緊壓制動盤側面，通過摩擦產(chǎn)生制動力，把列車動能轉化為熱能，消散于大氣從而實現(xiàn)制動。制動盤安裝在車軸上稱為軸盤式，制動盤安裝在車輪側面稱為輪盤式。非動力轉向架一般采用軸盤式，動力轉向架由于軸身上裝有齒輪箱，安裝制動盤困難，所以采用輪盤式。1.3城市軌道車輛制動機的種類21編輯課件一.按城軌列車動能轉移方式分類

圖1-1城軌車輛上采用的單元風缸式閘瓦制動22編輯課件一.按城軌列車動能轉移方式分類

（ａ）（ｂ）

（ｃ）（ｄ）圖1—2盤形制動裝置示意圖23編輯課件一.按城軌列車動能轉移方式分類

3、軌道電磁制動機軌道電磁制動，又叫磁軌制動，如圖1—3所示。在轉向架構架側梁4下通過升降風缸2安裝有電磁鐵1，電磁鐵下設有磨耗板5。以電操縱并作為動力來源。制動時，將導電后起磁感應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。其優(yōu)點是制動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機并用（特別是在緊急制動時），可縮短制動距離。如北京地鐵機場線由于列車運行速度較高，最高時速可達100km/h，該車組上裝有軌道電磁制動機。24編輯課件一.按城軌列車動能轉移方式分類

圖1-3磁軌制動

1-電磁鐵；2-升降風缸；3-鋼軌；4-構架側梁；5-磨耗板。25編輯課件一.按城軌列車動能轉移方式分類

（二）動力制動。也稱電制動，列車制動時，將牽引電機變?yōu)榘l(fā)電機，使動能轉化為電能對這些電能不同處理方式形成了不同方式的動力制動。城軌車輛上采用的動力制動的形式主要有再生制動和電阻制動，都是非接觸式制動方式。1、再生制動再生制動是把列車的動能通過電機轉化為電能后，再使電能反饋回電網(wǎng)。顯然，再生制動比電阻制動更加經(jīng)濟，既節(jié)約能源，又減少制動時對環(huán)境的污染，并且基本上無磨耗。因此，90年代后在各國的動車組和城市軌道交通車輛上獲得了廣泛應用。2、電阻制動電力機車、電傳動的內燃機車、帶動力驅動的動車組和城市軌道車輛等，在制動時，使自勵牽引電動機變?yōu)樗麆畎l(fā)電機，將發(fā)出的電能消耗于電阻器上，采用強迫通風，使熱量消散于大氣而產(chǎn)生制動作用。高速時制動力大，低速時效率減低，所以與空氣制動機同時采用。電阻制動一般能提供較穩(wěn)定的制動力，但車輛底架下需要安裝體積較大的電阻箱，增加了車輛自重。26編輯課件二.按制動力形成方式分類根據(jù)列車制動力的獲取方式不同，可分為黏著制動與非黏著制動。（一）黏著制動。制動時，（以閘瓦制動為例）車輪與鋼軌之間有三種可能的狀態(tài)：1、純滾動狀態(tài)。車輪與鋼軌的接觸點無相對滑動，車輪在鋼軌上做純滾動。這時，車輪與閘瓦之間為動摩擦，車輪與鋼軌之間為靜摩擦，車輪與鋼軌之間可能實現(xiàn)的最大制動力是輪軌之間的最大靜摩擦力。這是一種難以實現(xiàn)的理想狀態(tài)。2、滑行狀態(tài)。車輪在鋼軌上滑行，此進車輪與鋼軌之間的滑動摩擦為列車制動力。這是一種必須避免的事故狀態(tài)，由于滑動摩擦系數(shù)遠小于靜摩擦系數(shù)，因此一旦發(fā)生這種工況，制動力，制動力將大大減小，制動距離會延長；同時車輪在鋼軌上長距離滑行，將導致車輪踏面的擦傷，危及行車安全。1.3城市軌道車輛制動機的種類27編輯課件二.按制動力形成方式分類

3、黏著狀態(tài)。列車制動時，車輪與鋼軌的接觸處即非靜止，亦非滑動，車輪在鋼軌上滾動的同時又有滑動趨勢，這種狀態(tài)稱為黏著狀態(tài)。黏著狀態(tài)下車輪與鋼軌間的最大水平作用力稱為黏著力。制動時，可能實現(xiàn)的最大制動力不會超過黏著力。黏著力與輪軌間垂直載荷的比值，稱為黏著系數(shù)。依靠黏著滾動的車輪與鋼軌黏著點之間的黏著力來實現(xiàn)車輛制動稱為黏著制動。黏著制動時，為了能得到較大的制動力，需要具有較高的黏著系數(shù)。然而黏黏著系數(shù)受列車運行速度、氣候條件、輪軌表面狀態(tài)以及是否采取增黏措施等諸多因素的影響，是一個有很大的離散性參數(shù)。所以目前尚未有黏著系數(shù)的理論公式。輪軌間的黏著系數(shù)隨列車運行速度的提高而下降，各國都采用大量的試驗來獲得經(jīng)驗公式，比如日本新干線的黏著系數(shù)公式為：ψ=27.2/(v+85)(干燥表面)ψ=13.6/(v+85)(潮濕表面)日本既有線黏著系數(shù)公式為:ψ=0.24×(1-0.0078v)/(1-0.24v)式中v—列車運行速度(km/h)。28編輯課件二.按制動力形成方式分類

我國鐵道科學研究院在進行了大量的試驗研究后，提出了我國干線列車（速度120km/h以下）的黏著系數(shù)公式：ψ=0.0624+45.6/(v+260)(干燥表面)ψ=0.0405+13.55/(v+120)(潮濕表面)式中v—列車運行速度(km/h)。并且隨著機車車輛技術的發(fā)展，該公式會有所變化。（二）非黏著制動。列車制動時，制動力大小不受黏著力的限制的制動方式稱為非黏著制動的制動力不從輪軌之間獲取，因而它可以得到較大的制動力。顯然，在上面曾經(jīng)介紹的制動方式中，閘瓦制動、盤形制動、電阻制動和再生制動均屬于黏著制動；而磁軌制動屬于非黏著制動。29編輯課件三.按制動源動力分類在目前列車所采用的制動方式中，制動的源動力主要有壓縮空氣的壓力和電磁力。以壓縮空氣為源動力的制動方式稱為空氣制動，如閘瓦制動、盤形制動等都為空氣制動方式；以電磁力為源動力的制動方式稱為電制動，動力制動、軌道電磁制動、軌道渦流制動、旋轉渦流制動等均為電制動；還有機械制動、液壓制動、翼板制動等方式。1、自動空氣制動機。是以壓縮空氣為動力來源，用空氣壓力的變化來操縱的制動機。這種制動機能夠較好地滿足現(xiàn)代軌道交通對制動性能的要求，所以應用最為廣泛。我國的機車車輛均采用這種制動機。自動空氣制動機的特點是制動管減壓制動，增壓緩解。因此當列車分離時，制動機可發(fā)生制動作用，實現(xiàn)自動停車。由于這種制動機構造和作用都比較完善，目前我國車輛上使用的各型空氣制動機，如貨車120型制動機和客車用104型、F8型制動機等，都采用這種形式。1.3城市軌道車輛制動機的種類30編輯課件三.按制動源動力分類

2、電空制動機電空制動機是以壓縮空氣作為動力來源，用電操縱的制動機。一般是在空氣制動機的基礎上加裝電磁閥等電氣控制部件，用電來操縱制動機的作用。它可以提高列車前后部車輛制動和緩解作用的一致性，減少車輛間的沖擊，使制動距離顯著縮短。所以許多高速列車都采用這種制動機。為防止電控系統(tǒng)發(fā)生故障使列車失去制動控制，現(xiàn)今的電空制動機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，能自動地轉為壓縮空氣操縱。目前我國鐵路客車使用的電空制動機主要有104型電空制動機和F8型電空制動機兩種型式。城市軌道交通車輛電空制動機有DK型電空制動機、KBGM（德國KNORR公司）和KBWB（英國原Westinghouse公司）模擬式電空制動機、SD數(shù)字式電空制動機、架控式EP2002型和EP09型制動機等。31編輯課件三.按制動源動力分類

3、軌道渦流制動軌道渦流制動與磁軌制動很相似，也是把電磁鐵懸掛在轉向架構架側梁下面同側的兩個車輪之間。不同的是，軌道渦流制動的電磁鐵在制動時只放到離軌面7-10mm處而不會與鋼軌發(fā)生接觸。軌道渦流制動原理如圖1-4所示。軌道渦流制動是利用電磁鐵和鋼軌的相對運動使鋼軌感應出渦流，產(chǎn)生電磁吸力作為制動力，并把列車的動能轉換為熱能消散于大氣。作為非黏著制動方式的渦流軌道制動具有對鋼軌無磨耗，高速時制動力大，制動力可控制，可在常用制動時作用，結冰時沒有任何失效的危險等優(yōu)點。因此在高速列車上渦流軌道制動方式比磁軌制動方式得到更多的采用。如德國300km/h的ICE3型高速動車組的拖車每臺轉向架上，就采用了兩組渦流軌道制動器及兩組軸盤式鑄鋼盤形制動裝置；上海磁浮列車的的制動控制系統(tǒng)采用的是軌道直線渦流制動。32編輯課件三.按制動源動力分類

圖1-4軌道渦流制動原理圖33編輯課件三.按制動源動力分類

4、旋轉渦流制動旋轉渦流制動是利用電磁感應產(chǎn)生制動力的。它是將制動圓盤作為可旋轉的導體安裝在車軸上，電磁鐵固定在轉向架上，并應防止其轉動。旋轉渦流制動原理如圖1-5所示。制動時金屬盤在電磁鐵形成的磁場中旋轉，盤的表面被感應出渦流，產(chǎn)生電磁吸力，并消散于大氣，從而產(chǎn)生制動作用。此種制動方式廣泛應用于日本新干線100系、300系和700系動車組的拖車上。5、液壓制動為了確保行車安全，在高速動車組上都裝有傳統(tǒng)的空氣制動系統(tǒng)。但是空氣制動系統(tǒng)有質量重、體積大和響應速度慢等缺點。為了實現(xiàn)輕量化和高響應特性，而將空氣制動部件改進為液壓部件。液壓制動的控制過程如圖1-6所示。制動電子控制單元將制動指令、電制動的反饋信號和液壓傳感器信號計算、處理控制。液壓制動系統(tǒng)由裝在車體上的制動電子控制單元和裝在轉向架上電液制動裝置構成。與空氣制動相比，質量可減輕1/3左右。如北京地鐵機場線制動系統(tǒng)采用電液盤型制動和磁軌制動系統(tǒng)的混合制動，電制動優(yōu)先。34編輯課件三.按制動源動力分類

圖1-5旋轉渦流制動原理圖1-6液壓制動的控制過程35編輯課件三.按制動源動力分類

6、翼板制動（如圖1-7所示）翼板制動尚處于試驗之中，是一種從車體上伸出翼板來增加空氣阻力的制動方式。若翼板的位置適當，動車組運行時的空氣阻力可增加3—4倍。2006年日本研制出利用空氣動力制動的Fastech360S和其改進Fastech360Z型，并已通過400Km/h時速的安全測試，裝有空氣動力制動裝置的列車制動距離在時速360Km/h與時速275Km/h是大致相同。36編輯課件三.按制動源動力分類

37編輯課件四.按制動控制方式分類總體控制方式：車控、架控、軸控三種形式。制動系統(tǒng)制動力的控制以單輛車、轉向架或者車軸為最小單元進行控制稱為總體控制方式，制動過程中根據(jù)制動力最小控制單元的不同對應的控制方式是不一樣的。以單輛車、轉向架或車軸為制動力控制最小單元分別稱作車控、架控、軸控，比如車控方式進行制動力控制的系統(tǒng)制動力的計算和控制以車為控制單元進行計算和控制，而架控車輛以轉向架為單元進行控制。車控為當前高速列車和城軌車輛的主流，架控以EP2002和EP09為典型。1、車控式圖1-8為車控制動系統(tǒng)示意圖，圖1-9為車控式制動系統(tǒng)原理圖。車控方式（集中式）制動系統(tǒng)包括集中氣動控制、集中電子控制和本車轉向架氣動控制閥。制動控制是由一個電子控制單元（包括制動控制電子裝置和防滑電子裝置）控制一節(jié)車兩個轉向架。1.3城市軌道車輛制動機的種類38編輯課件四.按制動控制方式分類

圖1-8車控式制動系統(tǒng)示意圖圖1-9車控式制動系統(tǒng)原理圖39編輯課件

2、架控式（如圖1-10所示）架控式制動控制是指一個電子控制單元控制一個轉向架。如德國克諾爾公司生產(chǎn)的EP2002型制動系統(tǒng)和我國鐵科研和廣州地鐵公司共同研制的EP09型制動系統(tǒng)都是架控式。架控（分布式）制動系統(tǒng)將制動控制和帶氣動閥的制動管理電子裝置結合在了安裝于每個轉向架上的單個機電一體化包（EP2002閥）中。如圖1-11所示。四.按制動控制方式分類40編輯課件

四.按制動控制方式分類圖1-10架控式制動系統(tǒng)示意圖圖1-11架控式制動系統(tǒng)原理圖41編輯課件一.城市軌道交通的特點

1、城市軌道交通的每條路線不長，一般在20—30km左右；