城市軌道交通系統(tǒng)制動概述

1、,教學(xué)目標(biāo),1.掌握制動系統(tǒng)的基本概念,1 城市軌道車輛制動系統(tǒng)概述,2.掌握制動系統(tǒng)的分類,3.了解制動系統(tǒng)應(yīng)具有的基本要求,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(shí)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(shí)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”。 現(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(luò)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,（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

2、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(jī)組、空氣干燥器和風(fēng)缸等；控制部分有電-空轉(zhuǎn)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(luò)系統(tǒng)。它既是傳送司機(jī)指令的通道，同時也是制動系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換及制動系統(tǒng)與列車控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的總線。,一、基本概念,2制動作用和緩解作用 （1）制動：人為地制止物體的運(yùn)動，包括使其減速、阻止其運(yùn)動或加速運(yùn)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(yùn)動著的列車，

3、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(yùn)動方向相反的外力，以使其實(shí)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(yùn)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(shí)質(zhì)： （1）能量的觀點(diǎn)：將列車的動能變成別的能量或轉(zhuǎn)移走。 （2）作用力的觀點(diǎn)：制動裝置產(chǎn)生與列車運(yùn)行方向相反的力，使列車盡快減速或停車。 3制動機(jī)：產(chǎn)生制動原動力并進(jìn)行操縱和控制的部分設(shè)備。,一、基本概念,4制動力：由制動裝置產(chǎn)生的與列車運(yùn)動方向相反的外力。 對軌道交通機(jī)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(yùn)行方向相反的力。 5制動力：由制動裝

4、置產(chǎn)生的與列車運(yùn)動方向相反的外力。 對軌道交通機(jī)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(yùn)行方向相反的力。 6.基礎(chǔ)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(jī)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(shí)際制動效果的主要技術(shù)指標(biāo)。,一、基本概念,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(yùn)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(yùn)行下為調(diào)解或控制動車列車速度，包括進(jìn)站停車所實(shí)施的制動，特點(diǎn)是作用緩和與制動力的可以連續(xù)調(diào)節(jié)，制動過程中能夠根據(jù)車

5、輛載荷自動調(diào)整制動力，當(dāng)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(diǎn)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(dǎo)致安全的設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)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,3快速制動 是為了使列車盡快停車而實(shí)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

6、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(diǎn)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(hù)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(nèi)部設(shè)定的執(zhí)行程序來控制。 第一階段：當(dāng)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(shí)施，即瞬

7、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(nèi)部程序?qū)⒃?km/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,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(shè)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(nèi)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(bǔ)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

8、時間斷電停放的要求。彈簧停放制動的緩解風(fēng)缸充氣時，停放制動緩解；彈簧停放制動的緩解風(fēng)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?fàn)顟B(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(dāng)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4 kmh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(diǎn)。,二.城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的制動模式,三.制動系統(tǒng)的重要作用,對軌道交通運(yùn)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

9、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(xiǎn)，若在運(yùn)行中因制動裝置故障不能停車，則后果是不堪設(shè)想的。所以我國和諧號crh動車組列車的制動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是故障導(dǎo)向安全，采用多級制動控制方式和制動能力冗余設(shè)計(jì)。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(yùn)行速度和牽引重量進(jìn)一步提高的重要因素。現(xiàn)代軌道交通列車正向著高速重載方向發(fā)展，運(yùn)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(yùn)行速度及牽引重量而沒有更大功率的制動裝置來保證，結(jié)果只能跑而不能停，其高速重載就不可能實(shí)現(xiàn)。,1.1 制動的基本概念和制動系統(tǒng)的重

10、要作用,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(yùn)行速度，提高牽引重量，即提高軌道交通運(yùn)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(qū)動功率大510倍。列車的制動能量和速度成平方關(guān)系，時速200km/h300k/h動車組的制動能量是普通列車的49倍，可見，能力強(qiáng)大的制動裝置對于保證列車高速、重載、安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。衡量一個國家的軌道交通運(yùn)輸水平，首先要看能制造多大牽引力的機(jī)車，但牽引與制動是互相促進(jìn)的，無先進(jìn)的制動技術(shù)就沒有現(xiàn)代化的軌道交通運(yùn)輸。,三.制動系統(tǒng)的重要作用,一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展,隨著20

11、世紀(jì)初科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制動技術(shù)方面，逐步發(fā)展為空氣制動機(jī)。我國旅客列車客車空氣制動機(jī)最早使用l3型客車制動機(jī)，l3是一種客車三通閥，解放后對其進(jìn)行改造命名為gl3型客車三通閥。20世紀(jì)60年代末國內(nèi)開始研制新型客貨車制動機(jī)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(shù)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(shù)鑒定，104型和f8型空氣制動機(jī)成為我國旅客列車使用的主型制動機(jī)，可混編使用。所謂的空氣制動機(jī)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(shí)現(xiàn)列車的制動和緩解作用的制動裝置。這

12、種空氣制動機(jī)被廣泛應(yīng)用于鐵路、地鐵、輕軌、獨(dú)軌等軌道交通車輛上。就是目前，空氣制動機(jī)還在我國和世界各國的機(jī)車和客、貨車輛上使用。我國上世紀(jì)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(jī)產(chǎn)品，如使用dk型電空制動機(jī)，dk型電空制動機(jī)它是由電磁閥組和制動閥控制的空氣制動。它的特點(diǎn)是當(dāng)扳動制動閥手柄進(jìn)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(yīng)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,這時，空氣制動和電氣控制作用同時產(chǎn)生，當(dāng)電制動失效時空氣制動還能發(fā)生作用。dk型電空制動機(jī)空氣制動部分是在鐵路客車原ln型空氣制動機(jī)的基礎(chǔ)上加以改造的，主控機(jī)構(gòu)先期直接采用gl3型三通

13、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(diào)整裝置，基礎(chǔ)制動裝置為踏面制動。后來對dk型電空制動機(jī)進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，仿照客車分配閥設(shè)計(jì)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,最近幾十年來，由于電力電子變流技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的加入，使電氣指令式制動控制系統(tǒng)不斷改進(jìn)、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(jī)技術(shù)的應(yīng)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(jī)開發(fā)從20世紀(jì)70年代開始，由長春客車廠與鐵道部科學(xué)研究院

14、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(jī)。此項(xiàng)技術(shù)是傳統(tǒng)的軌道機(jī)車車輛制動機(jī)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(jìn)：列車導(dǎo)線傳遞pwm（脈寬調(diào)制）控制信號，手控15級，自動駕駛64級，車輛制動機(jī)解碼，電制動優(yōu)先，電-空制動相互匹配。它具有制動壓力準(zhǔn)確、傳輸速度快、司機(jī)操作方便，可實(shí)現(xiàn)空氣制動與電氣制動自動配合的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)在凸輪變阻車、斬波調(diào)壓車、斬波調(diào)阻車上得到了廣泛應(yīng)用。但采用這種控制技術(shù)，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(jìn)行補(bǔ)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

15、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(yùn)用上存在著改進(jìn)的余地，而且在實(shí)踐中，控導(dǎo)閥的性能受材料和工藝的影響極大，所以sd型電空制動機(jī)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,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(jī)控制直通電空制動系統(tǒng)，原理基本相同，但在具體的實(shí)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(nèi) a 型車上運(yùn)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(luò)信號，它們被傳遞到每個車輛的

16、微機(jī)制動控制單元。微機(jī)制動控制單元一般單獨(dú)設(shè)置在車廂內(nèi)。而氣制動控制單元由2塊氣動集成板和風(fēng)缸等組成，分別固定在車輛底架下。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(nèi)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,二是以北京、天津?yàn)榇淼腷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(jī)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(jìn)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(dú)輪軌等項(xiàng)目上也采用了此制動系統(tǒng)。基礎(chǔ)制動根據(jù)

17、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(jī)控制直通電空制動系統(tǒng)。系統(tǒng)按整車模塊化原則設(shè)計(jì)，集成度較高。它將微機(jī)制動控制單元、氣制動控制單元、風(fēng)缸、風(fēng)源等除必須安置在轉(zhuǎn)向架附近的部件外，全部在一個安裝架上集成安裝，方便運(yùn)用維護(hù)。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(zhuǎn)換采用4個開關(guān)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,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(yīng)用，所謂架控形式，就是在一個轉(zhuǎn)向架上裝一個ep2002閥，一個ep2002閥只控制一個轉(zhuǎn)向架。如果一個ep200

18、2閥出現(xiàn)故障，只需切除一個轉(zhuǎn)向架上空氣制動控制，使故障對列車運(yùn)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(xué)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(quán)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(xiàng)重大突破，地鐵車輛制動系統(tǒng)是地鐵的關(guān)鍵部件，此項(xiàng)技術(shù)一直為國外壟斷，為徹底打破國外技術(shù)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(xiàn)。

19、,一.城市軌道交通制動系統(tǒng)的發(fā)展,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(jī)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(guān)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?xì)，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(jī)控制器發(fā)出的開關(guān)信號，控制三個電磁閥不同的開關(guān)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(jī)控制器或ato系統(tǒng)傳來的制動

20、指令信號，經(jīng)編碼器后，以脈寬調(diào)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(diào)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,（一）常用的數(shù)字式制動系統(tǒng)特點(diǎn)： 1反應(yīng)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(jìn)行調(diào)整； 3除了信號傳給系統(tǒng)外，其他部分結(jié)構(gòu)較為簡單； 4有些數(shù)字式制動系統(tǒng)如氣運(yùn)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(dú)使用的地鐵列車； 5由于制動指令是有級傳輸?shù)模c列

21、車自動駕駛系統(tǒng)一起使用的適應(yīng)性不如模擬式制動系統(tǒng)。,二.地鐵制動系統(tǒng)形式的選擇,（二）模擬式制動系統(tǒng)特點(diǎn)： 1指令傳輸系統(tǒng)簡單； 2由于采用微機(jī)控制，能容易地增加諸如根據(jù)載荷變化進(jìn)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(nèi)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(jìn)行防滑控制，不必另設(shè)防滑控制單元。 3能夠適應(yīng)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)?，能對制動系統(tǒng)精確控制。所以能更好的適應(yīng)列車自動駕駛的要求。 現(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(jié)構(gòu)和功能應(yīng)可以與模擬式相同或相近，如混合使用，適應(yīng)ato駕駛

22、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?，控制的越精確，信號線越多，信號傳輸系統(tǒng)越復(fù)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(diǎn)就是要求停車準(zhǔn)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(yīng)于地鐵列車。我國地鐵列車制動系統(tǒng)的發(fā)展方向應(yīng)是模擬式制動系統(tǒng)。,二.地鐵制動系統(tǒng)形式的選擇,四.地鐵車輛一般制動設(shè)計(jì)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

23、。 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(yùn)行時，由空氣制動代替電制動，實(shí)施保持制動使列車停車。 7.當(dāng)車輛需要運(yùn)行時，保持制動由牽引指令進(jìn)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?fàn)恳Σ蛔銜r，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,一.按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類,按照制動時列車動能的轉(zhuǎn)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(yùn)動動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣，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。 1閘瓦

24、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(yùn)動動能通過輪、瓦摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣中?2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(shí)物圖。盤形制動是在車軸上或在車輪輻板側(cè)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(cè)面，通過摩擦產(chǎn)生制動力，把列車動能轉(zhuǎn)化為熱能，消散于大氣從而實(shí)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(cè)面稱為輪盤式。非動力轉(zhuǎn)向架一般采

25、用軸盤式，動力轉(zhuǎn)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(jī)的種類,一.按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類,圖1-1 城軌車輛上采用的單元風(fēng)缸式閘瓦制動,一.按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類,（） （）,（）（） 圖12 盤形制動裝置示意圖,一.按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類,3、軌道電磁制動機(jī) 軌道電磁制動，又叫磁軌制動，如圖13所示。在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁4下通過升降風(fēng)缸2安裝有電磁鐵1，電磁鐵下設(shè)有磨耗板5。以電操縱并作為動力來源。制動時，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。其優(yōu)點(diǎn)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

26、加了車輛的自重。在高速旅客列車上與空氣制動機(jī)并用（特別是在緊急制動時），可縮短制動距離。如北京地鐵機(jī)場線由于列車運(yùn)行速度較高，最高時速可達(dá)100km/h，該車組上裝有軌道電磁制動機(jī)。,一.按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類,圖1-3 磁軌制動 1-電磁鐵；2-升降風(fēng)缸； 3-鋼軌；4-構(gòu)架側(cè)梁；5-磨耗板。,一.按城軌列車動能轉(zhuǎn)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(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，使動能轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)化為電能后，再

27、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(jì)，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(yīng)用。 2、電阻制動 電力機(jī)車、電傳動的內(nèi)燃機(jī)車、帶動力驅(qū)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(jī)變?yōu)樗麆畎l(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)生制動作用。高速時制動力大，低速時效率減低，所以與空氣制動機(jī)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。,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

28、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(diǎn)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(shí)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(shí)現(xiàn)的理想狀態(tài)。 2、滑行狀態(tài)。車輪在鋼軌上滑行，此進(jìn)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(yuǎn)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(dǎo)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(jī)的種類,二.按

29、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(shí)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(diǎn)之間的黏著力來實(shí)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(yùn)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(yùn)行速度的提高而下

30、降，各國都采用大量的試驗(yàn)來獲得經(jīng)驗(yàn)公式，比如日本新干線的黏著系數(shù)公式為： =27.2/(v+85) (干燥表面) =13.6/(v+85) (潮濕表面) 日本既有線黏著系數(shù)公式為: =0.24(1-0.0078v)/(1-0.24v) 式中v列車運(yùn)行速度(km/h)。,二.按制動力形成方式分類,我國鐵道科學(xué)研究院在進(jìn)行了大量的試驗(yàn)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： =0.0624+45.6/(v+260) (干燥表面) =0.0405+13.55/(v+120) (潮濕表面) 式中v列車運(yùn)行速度(km/h)。 并且隨著機(jī)車車輛技術(shù)的發(fā)展，該公式會有所變化。 （

31、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。,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(zhuǎn)渦流制動等均為電制動；還有機(jī)械制動、液壓制動、翼板制動等方式。 1、自動空氣制動機(jī)。是以壓縮空

32、氣為動力來源，用空氣壓力的變化來操縱的制動機(jī)。這種制動機(jī)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(yīng)用最為廣泛。我國的機(jī)車車輛均采用這種制動機(jī)。 自動空氣制動機(jī)的特點(diǎn)是制動管減壓制動，增壓緩解。因此當(dāng)列車分離時，制動機(jī)可發(fā)生制動作用，實(shí)現(xiàn)自動停車。由于這種制動機(jī)構(gòu)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(jī)，如貨車120型制動機(jī)和客車用104型、f8型制動機(jī)等，都采用這種形式。,1.3 城市軌道車輛制動機(jī)的種類,三.按制動源動力分類,2、電空制動機(jī) 電空制動機(jī)是以壓縮空氣作為動力來源，用電操縱的制動機(jī)。一般是在空氣制動機(jī)的基礎(chǔ)上加裝電磁閥等電氣控制部件，用電來操縱制動機(jī)的作用。

33、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(jī)。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(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，能自動地轉(zhuǎn)為壓縮空氣操縱。目前我國鐵路客車使用的電空制動機(jī)主要有104型電空制動機(jī)和f8型電空制動機(jī)兩種型式。城市軌道交通車輛電空制動機(jī)有dk型電空制動機(jī)、kbgm（德國knorr公司）和kbwb（英國原westinghouse公司）模擬式電空制動機(jī)、sd數(shù)字式電空制動機(jī)、架控式ep2002型和ep09型制動機(jī)等。,三.按制動源動力分類,3、軌道渦流制動 軌道渦流制動

34、與磁軌制動很相似，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(yùn)動使鋼軌感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力作為制動力，并把列車的動能轉(zhuǎn)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(jié)冰時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(zhuǎn)向架上，就采用了兩組渦流軌道制動器及兩組軸

35、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。,三.按制動源動力分類,圖1-4 軌道渦流制動原理圖,三.按制動源動力分類,4、旋轉(zhuǎn)渦流制動 旋轉(zhuǎn)渦流制動是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生制動力的。它是將制動圓盤作為可旋轉(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。旋轉(zhuǎn)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(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，從而產(chǎn)生制動作用。此種制動方式廣泛應(yīng)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(zhì)

36、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，而將空氣制動部件改進(jìn)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(jì)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(zhuǎn)向架上電液制動裝置構(gòu)成。與空氣制動相比，質(zhì)量可減輕1/3左右。如北京地鐵機(jī)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。,三.按制動源動力分類,圖1-5 旋轉(zhuǎn)渦流制動原理 圖1-6 液壓制動的控制過程,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(yàn)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。

37、若翼板的位置適當(dāng)，動車組運(yùn)行時的空氣阻力可增加34倍。2006年日本研制出利用空氣動力制動的fastech360s和其改進(jìn)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。,三.按制動源動力分類,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(zhuǎn)向架或者車軸為最小單元進(jìn)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(yīng)的控制方式是不一樣的。以單輛車、轉(zhuǎn)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(jìn)行制動力控制

38、的系統(tǒng)制動力的計(jì)算和控制以車為控制單元進(jìn)行計(jì)算和控制，而架控車輛以轉(zhuǎn)向架為單元進(jìn)行控制。車控為當(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向架。,1.3 城市軌道車輛制動機(jī)的種類,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,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(zhuǎn)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(jié)合在了安裝于每個轉(zhuǎn)向架上的單個機(jī)電一體化包（ep2002閥）中。如圖1-11所示。,四.按制動控制方式分類,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,一.城市軌道交通的特點(diǎn),1、城市軌道交通的每條路線不長，一般在2030km左右；站距很短，一般都在12km左右。如北京地鐵1號線從四惠東站到蘋果園站，全長31.04km，有26座車站，平均站間距離1.194km；而