城市軌道交通車輛構(gòu)造第8周第1次課件

城市軌道交通車輛構(gòu)造郝瑞朝交通學(xué)院一、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。1．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6-1所示。制動時閘瓦壓緊車輪，輪、瓦之間發(fā)生摩擦，將列車的運(yùn)動動能通過輪、瓦摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消散于大氣中。?）盤形制動。如圖6-2所示。圖6-2（a）為軸盤式整體制動盤；圖6-2（b）為輪盤式制動盤在車輪上安裝情況。圖6-2（c）為安裝輪盤式制動盤的輪對；圖6-2（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。6.2城市軌道交通車輛制動機(jī)的種類一、按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類圖6-1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

（ａ）（ｂ）

（ｃ）（ｄ）圖6—2盤形制動裝置示意圖一、按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類

圖6-3磁軌制動原理1-升降風(fēng)缸；2、5-電磁鐵；3、8-磨耗板；4-勵磁線圈；6、9-工作磁通；7、11-漏磁通；10-鋼軌。

（3）軌道電磁制動機(jī)（如圖6—3所示）軌道電磁制動，又叫磁軌制動。在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁下通過升降風(fēng)缸安裝有電磁鐵，電磁鐵下設(shè)有磨耗板。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)。2．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。

一、按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類

（1）再生制動再生制動是利用電機(jī)的可逆性原理。電動車組在牽引工況運(yùn)行時，牽引電動機(jī)做電動機(jī)運(yùn)行，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，軸上輸出牽引力矩以驅(qū)動列車運(yùn)行；電動車組在電制動時，列車的慣性力帶動牽引電動機(jī)，此時牽引電動機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使列車動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再使電能反饋回電網(wǎng)，可提供給相鄰運(yùn)行的列車使用。使?fàn)恳姍C(jī)軸上產(chǎn)生反向力矩并作用于輪對，形成制動力，使列車減速或在下坡道上以一定的速度運(yùn)行。這種制動叫再生制動。（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（動車）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，增加了車輛的自重。一、按城軌列車動能轉(zhuǎn)移方式分類二、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)。是以壓縮空氣為動力來源，用空氣壓力的變化來操縱的制動機(jī)。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，都采用這種型式。6.2城市軌道交通車輛制動機(jī)的種類

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。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KBGM（德國KNORR公司）和KBWB（英國原Westinghouse公司）模擬式電空制動機(jī)、架控式EP2002型和EP09型制動機(jī)等。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(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6-4所示。二、按制動源動力分類二、按制動源動力分類圖6-4軌道渦流制動原理圖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盤式鑄鋼盤形制動裝置；上海磁浮列車的制動控制系統(tǒng)采用的是軌道直線渦流制動。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6-5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，并消散于大氣中，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。二、按制動源動力分類二、按制動源動力分類圖6-5旋轉(zhuǎn)渦流制動原理圖6-6液壓制動的控制過程

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)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6-6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)場線的制動系統(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。6．翼板制動（如圖6-7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。若翼板的位置適當(dāng)，動車組運(yùn)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(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。二、按制動源動力分類二、按制動源動力分類圖6-7翼板制動一、空氣壓縮機(jī)1.活塞式空氣壓縮機(jī)（1）構(gòu)造組成：由固定機(jī)構(gòu)、運(yùn)動機(jī)構(gòu)、進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)、中間冷卻裝置和潤滑裝置等幾部分組成。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（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，如圖6-9所示。6.3供風(fēng)系統(tǒng)一、空氣壓縮機(jī)6.3供風(fēng)系統(tǒng)圖6-9活塞式空氣壓縮機(jī)作用原理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。（2）工作原理：電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動空壓機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動高、低壓缸活塞同時在氣缸內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動。由于曲軸中部的三個軸頸在軸向平面內(nèi)互成1200，兩個低壓缸活塞和一個高壓缸活塞分別相隔1200轉(zhuǎn)角。當(dāng)?shù)蛪夯钊滦袝r，活塞頂面與缸蓋之間形成真空，經(jīng)空氣濾清器的大氣推開進(jìn)氣閥片（進(jìn)氣閥片彈簧被壓縮）進(jìn)入低壓缸，此時排氣閥在彈簧和中冷器內(nèi)空氣壓力的作用下關(guān)閉。當(dāng)?shù)蛪夯钊闲袝r，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮，其壓力大于排氣閥片上方壓力與排氣閥彈簧的彈力之和時，壓縮排氣閥彈簧而推開排氣閥片，具有一定壓力的空氣排出缸外，而進(jìn)氣閥片在氣缸內(nèi)壓力及其彈簧的作用下關(guān)閉。兩個低壓缸送出的低壓空氣，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，再進(jìn)入高壓缸，進(jìn)行第二次壓縮，壓縮后的空氣經(jīng)排氣口、主風(fēng)管路送入主風(fēng)缸中儲存。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)用中，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（調(diào)壓器）自動控制空壓機(jī)的啟動或停止來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)主風(fēng)缸的壓力逐漸增高，達(dá)到規(guī)定壓力上限時，壓力控制器切斷空壓機(jī)驅(qū)動電機(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)定壓力下限時，壓力控制器接通空壓機(jī)驅(qū)動電機(jī)的電源，使空壓機(jī)開始工作，主風(fēng)缸壓力又回升。這樣主風(fēng)缸壓力一直被控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。一、空氣壓縮機(jī)

2.螺桿式空氣壓縮機(jī)（1）用途和功能

①用途：TSAG-0.9ARII型螺桿式空氣壓縮機(jī)組，是專為地鐵或輕軌車設(shè)計(jì)的電動空氣壓縮設(shè)備，主要用途是為地鐵或輕軌車輛制動系統(tǒng)提供潔凈的壓縮空氣。其結(jié)構(gòu)組成如圖6-10所示。②結(jié)構(gòu)：TSAG-0.9ARII型螺桿式空氣壓縮機(jī)組由五大主要部件構(gòu)成：驅(qū)動裝置、空氣壓縮機(jī)體、風(fēng)冷卻裝置、空氣凈化裝置和吊架，它們用螺栓連接在一起組成一個緊湊單元。結(jié)構(gòu)原理如圖6-11所示。它的主機(jī)是雙回轉(zhuǎn)軸容積式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)子為一對互相嚙合的螺桿，螺桿具有非對稱嚙合型面。主動轉(zhuǎn)子為陽螺桿，從動轉(zhuǎn)子為陰螺桿。常用的主副螺桿齒數(shù)比依壓縮機(jī)容量而有所不同，為4：5、4：6、或5：6。兩個互相嚙合的轉(zhuǎn)子在一個只留有進(jìn)氣口的鑄鐵殼體里面旋轉(zhuǎn)，螺桿的嚙合和螺桿與殼體之間的間隙通過精密加工嚴(yán)格控制，并在工作時向螺桿內(nèi)噴壓縮機(jī)油，使間隙被密封，并將兩轉(zhuǎn)子的嚙合面隔離防止機(jī)械接觸摩擦。另外，不斷噴入的機(jī)油與壓縮空氣混合，用來帶走壓縮過程所產(chǎn)生的熱量，維持螺桿副長期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)螺桿副嚙合旋轉(zhuǎn)時，它從進(jìn)氣口吸氣，經(jīng)過壓縮從排氣口排出，得到具有一定壓力的壓縮空氣。一、空氣壓縮機(jī)一、空氣壓縮機(jī)圖6-10TSAG-0.9ARII型螺桿式空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)圖1-電動機(jī)；2-中托架；3-蝸殼；4-擴(kuò)壓器；5-冷卻器；6-冷卻系統(tǒng)；7-機(jī)體油氣桶部分；8-壓力維持閥；9-真空指示器；10-進(jìn)氣閥；11-機(jī)頭；12-油氣桶油過濾器；13-視油鏡；14-空氣過濾器一、空氣壓縮機(jī)圖6-11螺桿式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖螺桿副是一對齒數(shù)比為4：6以特定螺旋角互相嚙合的螺桿。其中陽螺桿（通常作驅(qū)動螺桿）為凸形不對稱齒，而陰螺桿（常用作從動螺桿）為瘦齒形彎曲齒。兩螺桿的齒斷面形線是專門設(shè)計(jì)并經(jīng)過精密磨削加工的，在嚙合過程中兩齒間始終保持“零”間隙密貼，形成空氣的擠壓空腔。③功能：驅(qū)動裝置：法蘭式三相交流電動機(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)體：空氣壓縮機(jī)頭裝入空氣壓縮機(jī)的油氣筒中，油氣筒內(nèi)還裝有油分離系統(tǒng)。這個主要組件還另外裝有用于過濾、控制和監(jiān)控潤滑油的各元件。中托架和蝸殼：組成了一個剛性很好的結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)使組件具有自支撐作用。蝸殼中容納了離心式風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝在電動機(jī)和空氣壓縮機(jī)螺桿組之間的聯(lián)軸器上。擴(kuò)壓器連接蝸殼與冷卻器，冷卻器起冷卻壓縮空氣和潤滑油的雙重作用。這個復(fù)合的部件借助離心式風(fēng)扇供給的冷卻空氣來交換壓縮作用所產(chǎn)生的熱量。吊架：驅(qū)動裝置、空氣壓縮機(jī)機(jī)體及冷卻裝置三大部件是采用彈性減振墊平穩(wěn)地吊掛在鋼制吊架上，吊架上方有8個安裝孔用于與車輛固定。（2）螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作原理：該壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、壓縮、排氣三個階段，流程圖6-12所示。一、空氣壓縮機(jī)一、空氣壓縮機(jī)圖6-12螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖1-螺桿式空氣壓縮機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-冷卻風(fēng)機(jī)；4-電動機(jī)；5-空、油冷卻器（機(jī)油冷卻單元）；6-冷卻器（壓縮