《城市軌道交通車輛機械系統(tǒng)檢修》課件-項目五 城軌交通車輛制動系統(tǒng)

項目五城軌交通車輛制動系統(tǒng)城軌交通車輛制動系統(tǒng)是保證城軌交通車輛具有良好的運行性能，并安全、準點運行的基礎(chǔ)和保障。制動系統(tǒng)性能是否優(yōu)良直接影響到乘客乘坐城軌交通車輛的舒適度，還影響到城軌交通車輛運行速度的提高、運能的增長等性能指標。項目導(dǎo)入學習目標（1）掌握城軌交通車輛制動系統(tǒng)相關(guān)的基本概念。（2）掌握制動系統(tǒng)的各個組成部分的功能和制動系統(tǒng)的工作原理。（3）了解城軌交通車輛制動控制系統(tǒng)的最新技術(shù)。任務(wù)一城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識任務(wù)一1.制動與緩解制動是指人為地通過制動裝置使車輛減速或阻止其加速的過程。從能量變化的角度分析，制動過程是一個能量轉(zhuǎn)移的過程，是將車輛運行所具有的動能人為控制轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。制動力是使車輛減速或阻止其加速的外力。制動機是產(chǎn)生并控制制動力的裝置。緩解是對已經(jīng)施行制動的車輛解除或減弱其制動作用。對于運動的車輛而言，在停車后啟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。一、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基本概念任務(wù)一2.城軌交通車輛的制動裝置和制動系統(tǒng)城軌交通車輛的制動裝置是在城軌交通車輛中產(chǎn)生制動力，使列車減速、停車的一套機械、電氣裝置，一般將其機械裝置稱為基礎(chǔ)制動裝置，而將其電氣控制的部分稱為制動機。城軌交通車輛制動作用的性能優(yōu)良與否對保證城軌交通車輛安全和正點運行具有極其重要的作用，制動裝置也是保證列車與乘客的安全、提高車輛運行速度與線路輸送能力的重要條件之一?，F(xiàn)代城軌列車車輛的制動系統(tǒng)是由動力制動系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、指令和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分組成。一、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基本概念任務(wù)一2.城軌交通車輛的制動裝置和制動系統(tǒng)動力制動系統(tǒng)一般與牽引傳動系統(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。一、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基本概念（1）動力制動系統(tǒng)。任務(wù)一2.城軌交通車輛的制動裝置和制動系統(tǒng)空氣制動系統(tǒng)由供氣部分、控制部分和執(zhí)行部分組成。供氣部分有空氣壓縮機組、空氣干燥器的風缸等；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)行部分主要指基礎(chǔ)制動裝置，主要有閘瓦制動裝置和盤形制動裝置等。一、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基本概念（2）空氣制動系統(tǒng)。任務(wù)一2.城軌交通車輛的制動裝置和制動系統(tǒng)指令和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是傳遞司機指令的通道，也是制動系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞交換及制動系統(tǒng)與列車控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的總線。一、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基本概念（3）指令和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。任務(wù)一城軌交通車輛制動系統(tǒng)的作用如下：010203城軌交通車輛在運行過程中，由司機通過制動裝置使列車減速、停車或停止加速。防止城軌交通車輛在長大下坡道運行時的自動加速。防止城軌交通車輛在停車線或檢修線上的自動溜放而實施的停放制動。一、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的基本概念任務(wù)一二、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展城軌交通車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展大概經(jīng)歷了以下五個階段：01020304早期的城軌交通的有軌電車主要采用人工制動，主要制動設(shè)備有剎車鋼絲、木質(zhì)閘瓦等。近代城軌交通車輛的制動方式主要是機械式制動，主要制動設(shè)備有杠桿傳動機構(gòu)、鑄鐵閘瓦等。20世紀初借鑒鐵路機車車輛空氣制動方式，主要制動設(shè)備有空氣指令式自動空氣制動機、鑄鐵閘瓦或合成閘瓦等。20世紀30年代主要應(yīng)用電氣指令式制動控制系統(tǒng)，主要制動設(shè)備有電氣指令直通式制動機、合成閘瓦等?，F(xiàn)代計算機控制的制動系統(tǒng)，主要制動設(shè)備有計算機控制電氣指令、新型基礎(chǔ)制動裝置。05任務(wù)一（1）制動裝置要能產(chǎn)生足夠的制動力，保證城軌交通車輛在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車：一般城軌交通車輛的制動距離是300m。（2）制動裝置能方便司機靈活操縱、動作迅速、停車平穩(wěn)準確，車組前后車輛的制動、緩解作用一致。（3）新型城軌交通車輛普遍采用電制動和空氣制動的聯(lián)合制動方式。（4）能確保城軌交通車輛在長大坡道上運行時，制動力不衰減，使列車能勻速平穩(wěn)下坡。城軌交通車輛制動系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾點要求：三、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的要求任務(wù)一（5）制動裝置能根據(jù)客流量的大小，自動進行空重車制動力大小的調(diào)整，減少制動時的縱向沖擊。（6）具有緊急制動性能。遇到緊急情況時，能使電動車組在規(guī)定距離內(nèi)安全停車。緊急制動作用除由司機操作外，必要時還可由行車人員利用緊急停車按鈕（緊急閥）進行操縱。（7）電動車組在運行中發(fā)生諸如列車分離、制動系統(tǒng)故障等危及行車安全的事故時，應(yīng)自動進行緊急制動。城軌交通車輛制動系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾點要求：三、城軌交通車輛制動系統(tǒng)的要求任務(wù)一四、城軌交通車輛制動方式的分類城軌交通車輛的制動方式指城軌交通車輛制動時動能的轉(zhuǎn)移方式或制動力的獲取方式。（1）按城軌交通車輛制動時動能的轉(zhuǎn)移方式，城軌交通車輛的制動方式可以分為兩類：①摩擦制動。摩擦制動即制動時動能通過摩擦的方式轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)到空氣中，這種制動方式主要包括閘瓦制動、盤形制動和磁軌制動。②電制動，又稱動力制動。電制動即制動時將動能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，再將電能送回電網(wǎng)或變成熱能散發(fā)到空氣中。動力制動包括再生制動、電阻制動兩種形式。再生制動將動能轉(zhuǎn)化為電能后，供車輛的其他負載使用或反饋回電網(wǎng)。這種方式既能節(jié)約能源，又減少制動時對環(huán)境的污染，且基本上無磨耗。電阻制動是將發(fā)電機發(fā)出的電能加于電阻上，使電阻發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。任務(wù)一（2）按制動力的獲取方式，城軌交通車輛基礎(chǔ)制動裝置制動方式主要有黏著制動和非黏著制動兩種。城軌交通車輛主要使用黏著制動方式，城軌交通車輛廣泛使用的閘瓦制動和盤形制動均屬于黏著制動；在城軌交通車輛上用得極少，而在高速鐵路車輛上使用廣泛的磁軌制動和渦流制動屬于非黏著制動。四、城軌交通車輛制動方式的分類任務(wù)二電制動系統(tǒng)任務(wù)二城軌交通車輛通過電動機角色的轉(zhuǎn)換將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能從而使城軌交通車輛減速或停車的制動方式稱為電制動或動力制動。電制動是城軌交通車輛在常用制動下的優(yōu)先選擇，城軌交通車輛中只有帶電機驅(qū)動系統(tǒng)的動車有電制動裝置。電制動具有獨立的滑行保護和載荷校正功能，城軌交通車輛每輛動車裝備有：1個三相調(diào)頻調(diào)壓逆變器、1個牽引控制單元、1個制動電阻、4個自冷式三相交流牽引電機（即M1、M2、M3、M4，每軸一個，相互并聯(lián))。任務(wù)二一、再生制動如圖

5-3如圖5-3所示，當城軌交通車輛施行常用制動作用時，電機M變成發(fā)電機狀態(tài)運行，將車輛的動能變成電能，經(jīng)VVVF逆變器整流成直流電反饋于接觸網(wǎng)，供列車所在接觸網(wǎng)供電區(qū)段上的其他車輛牽引用和供給本車的其他系統(tǒng)，稱為再生制動。再生制動取決于第三軌(或接觸網(wǎng))的接收能力，亦即取決于網(wǎng)壓高低和負載利用能力。任務(wù)二二、電阻制動如圖

5-4如圖5-4所示，如果制動列車所在的接觸網(wǎng)供電區(qū)段內(nèi)無其他列車吸收該制動能量，VVVF則將能量反饋在線路電容上，使電容電壓迅速上升，當電容電壓達到最大設(shè)定值1500V時，DCU啟動能耗斬波器模塊A14上的門極可關(guān)斷晶閘管（gateturnoffthyristors,GTO）V1，GTO打開制動電阻RB，制動電阻RB與電容并聯(lián)，將電機上的制動能量轉(zhuǎn)變成電阻的熱能消耗掉，稱為電阻制動。任務(wù)二三、制動模式1.制動模式的種類010203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狀態(tài)。一般情況下，電制動能滿足車輛的制動要求；當電制動不能滿足制動要求時，氣制動能夠迅速、平滑地補充，實現(xiàn)混合制動作用?？焖僦苿??？焖僦苿泳哂幸韵绿攸c：電制動不起作用，僅空氣制動；受沖擊率極限的限制；主控制器手柄回“0”位，快速制動可緩解；具有防滑保護和載荷修正功能。緊急制動。緊急制動的特點如下：失電制動，得電緩解；電制動不起作用，僅空氣制動；高速斷路器斷開，受電弓降下；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%；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）；具有防滑保護和載荷修正功能。任務(wù)二1.制動模式的種類0405彈簧停放制動。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；還附加有手動緩解的功能。保壓制動。保壓制動是為防止列車在停車前的沖動，使列車平穩(wěn)停車，通過ECU內(nèi)部設(shè)定的執(zhí)行程序來控制的制動方式。三、制動模式任務(wù)二制動控制的基本原則包括常用制動優(yōu)先原則、常用制動混合原則、常用制動力的分配原則。（1）常用制動優(yōu)先原則。常用制動優(yōu)先原則為第一優(yōu)先再生制動、第二優(yōu)先電阻制動、第三優(yōu)先摩擦制動(氣制動)。（2）常用制動混合原則。三、制動模式2.城軌交通車輛制動控制原則任務(wù)二①電制動無故障狀態(tài)下的制動原則。在DCU無故障狀態(tài)情況下，電制動始終起作用，提供常用制動所需的制動力。制動指令值同時送至所有的DCU和ECU，并由它們分別根據(jù)車輛的載荷情況計算所需的制動力。②電制動與氣制動混合的控制原則。電制動與氣制動之間融和(混合)應(yīng)是平滑的，并滿足正常運行的沖擊極限。氣制動用來填補所要求的制動需求和已達到的電制動力之間的差額。三、制動模式2.城軌交通車輛制動控制原則(2)常用制動混合原則。任務(wù)二常用制動力分為電制動力和氣制動力。電制動力的分配原則：由于車輛編組每單元為三節(jié)，假設(shè)每單元自己提供制動力，總共需要300%的制動力，而電制動時只有動車能提供制動力，每單元的三節(jié)車中只有兩節(jié)動車，因此每節(jié)動車承擔150%的制動力。氣制動力的分配原則：由A、B和C車組成的單元車則需300％的氣制動力，每節(jié)車的氣制動控制單元根據(jù)本車的載荷質(zhì)量負責本車100％的制動力。三、制動模式2.城軌交通車輛制動控制原則(3)常用制動力的分配原則。任務(wù)二四、制動控制系統(tǒng)制動控制系統(tǒng)是制動系統(tǒng)在司機或其他控制裝置的控制下，產(chǎn)生、傳遞制動信號，并對各種制動方式進行制動分配、協(xié)調(diào)的部分。當以壓力空氣作為空氣制動信號傳遞和控制制動介質(zhì)時，該制動系統(tǒng)稱為空氣制動控制系統(tǒng)，又稱空氣制動機；以電氣信號來傳遞制動信號的制動控制系統(tǒng)，稱為電氣指令式制動控制系統(tǒng)。地鐵車輛普遍采用電氣指令式制動控制系統(tǒng)，而電氣指令式制動控制系統(tǒng)分為兩種類型：數(shù)字指令式制動控制系統(tǒng)和模擬指令式制動控制系統(tǒng)。任務(wù)二1.數(shù)字指令式制動控制系統(tǒng)數(shù)字指令式制動控制系統(tǒng)就是指由0到1組成的二進制數(shù)，在用3位數(shù)組合時，除了000，還有001、010、100、101、110、111共7組組合。在制動控制上，使0對應(yīng)制動控制線OFF，1對應(yīng)制動控制線（ｎ根），可以得到更多2n-1級的制動。北京地鐵曾研制和采用了這種制動機，就操作方便性來說，通常有7級制動已基本夠用。利用上述原理傳遞制動指令的控制系統(tǒng)稱為數(shù)字指令式制動控制系統(tǒng)。此種制動機與空氣制動機相比，具有制動指令傳遞速度快、制動分級多、制動力均勻等優(yōu)點，但仍然是分級控制。四、制動控制系統(tǒng)任務(wù)二2.模擬指令式制動控制系統(tǒng)模擬指令式制動控制系統(tǒng)與數(shù)字指令式制動控制系統(tǒng)基本相同。唯一的區(qū)別是從駕駛室送往各車輛的制動電氣指令是使用模擬量傳遞的，所以稱為模擬指令式制動控制系統(tǒng)。從控制系統(tǒng)可獲得無限級制動力，即可控制制動的細微調(diào)節(jié)，因此比較適宜于ATC控制的列車。四、制動控制系統(tǒng)任務(wù)二2.模擬指令式制動控制系統(tǒng)模擬指令式制動控制技術(shù)是將變量輸入計算機，計算機經(jīng)過邏輯運算控制電磁閥，由電磁閥控制氣閥，由氣閥直接控制制動缸壓力，從而達到控制制動力的目的，是一種先進的電控控制系統(tǒng)。其核心部分是電子控制單元，它輸入制動命令、電制動施加信號、車體載荷信號（即乘客的多少）、空氣制動實際值的反饋信號，經(jīng)綜合運算后輸出的電氣模擬轉(zhuǎn)換和防滑控制的電信號，控制各種電磁閥，根據(jù)制動要求和實際情況不斷調(diào)整制動缸壓力。四、制動控制系統(tǒng)任務(wù)二2.模擬指令式制動控制系統(tǒng)系統(tǒng)的另一個重要部件是制動控制單元，它由模擬控制閥、緊急制動閥、負載限壓閥、中繼閥等電磁閥組成，集成安裝在一塊內(nèi)通管路的模板上，接受電子控制單元的指令，完成電氣轉(zhuǎn)換，然后對制動風缸壓力進行制動。四、制動控制系統(tǒng)任務(wù)二四、制動控制系統(tǒng)如圖

5-5制動系統(tǒng)邏輯框圖如圖5-5所示。任務(wù)三空氣制動系統(tǒng)任務(wù)三城軌交通車輛的空氣制動系統(tǒng)又稱為機械制動系統(tǒng)或摩擦制動系統(tǒng)，是指在城軌交通車輛制動系統(tǒng)中將空氣壓力能轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)制動裝置摩擦力的制動裝置。我國的城軌交通車輛最常用的空氣摩擦制動方式是閘瓦制動方式和盤形制動方式?？諝庵苿右燥L源系統(tǒng)產(chǎn)生的壓縮空氣為動力，通過一套機械和傳動機構(gòu)將制動力進行放大和均勻分配并傳至每塊閘瓦，閘瓦再和車輪踏面（或摩擦盤）之間發(fā)生摩擦，將車輛的動能轉(zhuǎn)換為熱能消耗在大氣中。任務(wù)三一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成城軌交通車輛的空氣制動系統(tǒng)組成1供氣裝置2基礎(chǔ)制動裝置3防滑裝置4制動控制單元任務(wù)三一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成1.壓力空氣的供氣系統(tǒng)供氣系統(tǒng)的主要作用是產(chǎn)生一定壓強的壓縮空氣，并儲存在風缸中，供制動、車門控制裝置（氣動門）、車輛轉(zhuǎn)向架的空氣彈簧減振懸掛裝置等使用，供氣系統(tǒng)主要由壓縮機、空氣干燥器、壓力控制裝置和管路等組成。任務(wù)三一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成2.制動控制單元制動控制單元是城軌交通車輛制動的核心部件，它主要作用是接受計算機制動控制單元的指令，然后再指示制動執(zhí)行部件動作，完成制動作用。任務(wù)三一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成3.防滑裝置防滑裝置主要是當車輪與鋼軌黏著不良時，對制動力進行控制的裝置，防止車輪打滑擦傷車輪踏面。圖5-10所示為西安地鐵2號線的防滑裝置，每輛車的防滑控制裝置包括4個防滑排風閥和4個軸端速度傳感器，用于車輪與鋼軌黏著不良時，對制動力進行控制。任務(wù)三如圖

5-10圖5-10西安地鐵2號線的防滑裝置一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成4.基礎(chǔ)制動裝置基礎(chǔ)制動裝置是空氣制動裝置的執(zhí)行裝置，是產(chǎn)生制動力的執(zhí)行裝置。一般單元制動器都將制動缸傳動機構(gòu)、閘瓦間隙調(diào)整器以及懸掛裝置連在一起，形成一個緊湊的裝置。我國地鐵車輛采用德國克諾爾制動機廠生產(chǎn)的單元制動器較多，圖511所示為兩種不同類型的單元式制動缸，分別是PC7Y和PC7YF。任務(wù)三基礎(chǔ)制動裝置其特點如下：01020304有彈簧停車及手動輔助緩解裝置（PC7YF型）。有閘瓦間隙調(diào)整器。制動傳動效率高，在95%左右。占用空間小，安裝簡單。性能穩(wěn)定、作用可靠、維修方便。05一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三如圖

5-11圖5-11兩種不同類型的單元式制動缸一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三閘瓦就是指制動時，壓緊在車輪踏面上產(chǎn)生制動作用的制動塊。軌道交通車輛使用的閘瓦可分為兩類：鑄鐵閘瓦和合成閘瓦。鑄鐵閘瓦按含磷量不同可分中磷鑄鐵閘瓦和高磷鑄鐵閘瓦，在城軌交通車輛上使用的甚少，在此不做介紹。5.閘瓦一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三合成閘瓦由于其材料本身強度小，所以必須在其背部處襯壓一塊鋼板（鋼背）來增加它的抗壓速度。整個合成閘瓦由鋼背和摩擦體兩部分組成。鋼背內(nèi)側(cè)有槽或孔，用以提高摩擦體與鋼背的結(jié)構(gòu)強度。低磨合成閘瓦鋼背兩端的中間部分制成凸起的擋塊，兩側(cè)低平，以便與閘瓦托的四爪相結(jié)合，鋼背外側(cè)中部裝有用鋼板焊制成的閘瓦鼻子，其外形和中磷鑄鐵閘瓦相同。5.閘瓦(1)合成閘瓦的結(jié)構(gòu)。一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三由于高磨合閘瓦的摩擦系數(shù)大，因此不能與通用閘瓦相互使用。為了防止混淆，將高磨合成閘瓦鋼背兩端的中間制成低平，兩側(cè)凸起，正好與低磨合成閘瓦相反，鋼背內(nèi)側(cè)還焊有加強筋，以增加鋼背的強度。為了增加散熱面積和避免閘瓦裂損、脫落，合成閘瓦摩擦體的中間部壓成一條或兩條散熱槽。5.閘瓦(1)合成閘瓦的結(jié)構(gòu)。一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三合成閘瓦是以樹脂、石棉、石粉和硫酸鋇等材料為主熱壓而成的。合成閘瓦具有以下優(yōu)點：①摩擦性能可按需要進行調(diào)整。②耐磨性能好，使用壽命長。③對車輪踏面的磨耗小，可延長車輪使用壽命。④質(zhì)量輕。合成閘瓦的質(zhì)量一般只為鑄鐵閘瓦質(zhì)量的1/3~1/2。⑤可避免磨耗鐵粉的污損及制動噴射火星而引起的火災(zāi)事故。⑥摩擦系數(shù)比較平穩(wěn)并能保證有足夠的制動力。5.閘瓦(2)合成閘瓦的特點。一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三雖然合成閘瓦具有很多優(yōu)點，但它對車輪也有很大的影響，主要有以下幾種情況：①熱龜裂。由于閘瓦與車輪的接觸不良，因而在車輪踏面上產(chǎn)生局部過熱，形成熱斑點，在個別情況下會發(fā)生熱龜裂。②車輪的溝狀磨耗。③車輪的凹形磨耗。除上述現(xiàn)象外，合成閘瓦對車輪踏面造成的常見的影響有毛細裂紋、熱裂紋、滑行裂紋和踏面剝離等。5.閘瓦(2)合成閘瓦的缺點。一、城軌交通車輛空氣制動系統(tǒng)的組成任務(wù)三二、空氣制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理空氣制動系統(tǒng)按其作用原理不同，可分為直通式空氣制動機、自動式空氣制動機和直通式自動空氣制動機。圖5-12所示為城軌交通車輛直通式空氣制動裝置的工作原理。城軌交通車輛基礎(chǔ)制動裝置一般由單元制動缸組成，它是空氣制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件，主要由制動缸、閘瓦間隙調(diào)整器等組成。其制動過程可描述為：制動缸—活塞桿—基礎(chǔ)制動裝置—閘瓦—車輪。每輛車的轉(zhuǎn)向架上有4塊閘瓦組成，其中兩個閘瓦塊裝有附加的彈簧制動器，起停車制動的作用。單元制動缸的特點是輕便靈活、體積小、靈敏度高。任務(wù)三如圖

5-12圖5-12城軌交通車輛直通式空氣制動裝置的工作原理1—制動缸；2—制動杠桿；3—鋼軌；4—閘瓦；5—車輪二、空氣制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理任務(wù)三三、城軌交通車輛的風源系統(tǒng)城軌交通車輛風源系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、儲風缸和空氣過濾裝置、空氣管路等組成。城軌交通車輛的制動系統(tǒng)及空氣彈簧等系統(tǒng)所使用的壓縮空氣都是由空氣壓縮機生產(chǎn)的，城軌交通車輛的壓縮機主要有活塞式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機兩種。圖5-13、圖5-14所示分別為活塞式壓縮的結(jié)構(gòu)原理和實物。任務(wù)三三、城軌交通車輛的風源系統(tǒng)活塞式空氣壓縮機由固定機構(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。固定機構(gòu)包括機體、汽缸、汽缸蓋；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)、冷卻風扇；潤滑裝置包括潤滑油泵、潤滑油路等?；钊娇諝鈮嚎s機的應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟、可靠性和穩(wěn)定性好，不需特殊潤滑。任務(wù)三如圖

5-13圖5-13活塞式空氣壓縮機結(jié)構(gòu)原理1—空氣過濾器；2—電機；3—冷卻器；4—風輪+黏性聯(lián)軸節(jié)；5—聯(lián)軸節(jié)；6—機軸；7—機軸箱；8—低壓汽缸；9—安全閥；10—油表管；11—彈簧組；12—中間法蘭；13—油環(huán)三、城軌交通車輛的風源系統(tǒng)任務(wù)三如圖

5-14圖5-14活塞式空氣壓縮機實物A1—空氣入口；A2—空氣出口；A3—冷卻空氣三、城軌交通車輛的風源系統(tǒng)任務(wù)三如圖

5-15圖5-15所示為城軌交通車輛中拖車及空氣彈簧的管路。圖5-15城軌交通車輛中拖車及空氣彈簧的管路三、城軌交通車輛的風源系統(tǒng)任務(wù)四EP2002制動系統(tǒng)任務(wù)四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EP2002閥，負責空氣制動系統(tǒng)的控制、監(jiān)控及車輛控制系統(tǒng)的通信。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，一般的城軌車輛采用的是車控的形式，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)，采用架控控制方式，即1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，使故障對列車的運行影響減到最小。任務(wù)四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閥及智能閥）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閥門供風或從各處向閥門供風。整個EP2002制動系統(tǒng)包括空氣壓縮機、空氣干燥塔、大小儲風缸、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。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-16EP2002制動系統(tǒng)在整個列車控制中的位置如圖5-16所示。由圖可知，它主要由EP2002閥、制動控制模塊和其他輔助部件組成。任務(wù)四EP2002制動系統(tǒng)主要由3個排置于所需網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的核心產(chǎn)品而構(gòu)成。3個核心產(chǎn)品分別為EP2002網(wǎng)關(guān)閥（先導(dǎo)閥）、EP2002智能閥、EP2002RIO閥，3臺閥分別安裝在其所控制的轉(zhuǎn)向架上（每個轉(zhuǎn)向架上對應(yīng)一臺閥）。3臺閥通過一條CAN總線連接在一起。一個EP2002閥就相當于一般制動系統(tǒng)中的制動電子控制單元BECU和制動控制單元BCU的組合，EP2002閥集成網(wǎng)絡(luò)通信功能，具有同列車監(jiān)控系統(tǒng)及引傳動系統(tǒng)通信功能，EP2002閥自身帶有多個壓力測試接口，可以方便地測量風缸的壓力、制動缸壓力、載荷壓力、停放制動缸壓力。一、EP2002制動系統(tǒng)的組成任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成1.智能閥EP2002智能閥是一個機電一體化的部件，它包含一個氣動閥單元(PVU)和一個電子控制部分，如圖5-17所示。智能閥對相應(yīng)轉(zhuǎn)向架上制動缸壓力（BCP）進行控制,具有常用制動、緊急制動和防滑保護功能。該閥采用軟件和硬件組合的方式予以控制與監(jiān)視，從而能夠檢測到潛在的危險故障。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總線來提供的。智能閥同時根據(jù)由CAN網(wǎng)傳送過來的壓力要求對制動壓力進行調(diào)整。在智能閥內(nèi)的單獨電氣回路將進氣壓力調(diào)整至與車輛載重相應(yīng)的緊急制動缸壓力。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-17EP2002智能閥是一個機電一體化的部件，它包含一個氣動閥單元(PVU)和一個電子控制部分，如圖5-17所示。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-18圖5-18智能閥的輸入/輸出接口任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成2.網(wǎng)關(guān)閥圖5-19所示為網(wǎng)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)閥具有智能閥的所有功能。網(wǎng)關(guān)閥還通過集成的網(wǎng)絡(luò)接口卡為列車監(jiān)控和管理系統(tǒng)提供硬線接口。網(wǎng)關(guān)閥接受列車總線傳來的信息，進行制動計算并向CAN總線內(nèi)所有的EP2002閥發(fā)出制動指令。同時，網(wǎng)關(guān)閥還將CAN總線內(nèi)所有閥的狀態(tài)、診斷、健康信息通過列車總線上傳到列車管理系統(tǒng)。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-19圖5-19網(wǎng)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成3.RIO閥圖5-21所示是RIO閥的結(jié)構(gòu)示意，RIO閥除了不執(zhí)行制動控制和沒有網(wǎng)絡(luò)接口卡外，其具有與網(wǎng)關(guān)閥同樣的輸入/輸出功能。RIO閥可以讀出可編程輸入并通過CAN總線發(fā)送給網(wǎng)關(guān)閥。RIO閥可編程輸出的狀態(tài)由網(wǎng)關(guān)閥進行控制。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-21圖5-21RIO閥的結(jié)構(gòu)示意任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-22RIO閥的輸入/輸出接口如圖5-22所示。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成4.EP2002制動系統(tǒng)的供氣單元供氣單元主要由空氣壓縮機、空氣干燥器、儲風缸及供氣壓力控制裝置等組成。供氣裝置的主要作用是向列車提供壓縮空氣，即風源系統(tǒng)，它產(chǎn)生的壓縮空氣不僅是制動系統(tǒng)的風源，而且是列車其他制動設(shè)備的風源，如空氣彈簧、升弓風缸和刮水器等使用的風源。供氣單元的所有部件被集中集成在一個安裝架上。任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-23圖5-23所示為廣州地鐵3號線地鐵車輛采用EP2002制動系統(tǒng)的動車氣路原理。圖5-23廣州地鐵3號線地鐵車輛采用EP2002制動系統(tǒng)的動車氣路原理B00—制動控制模塊;B10—轉(zhuǎn)向架空氣制動切除塞門;P04—汽笛;W01—解鉤電磁閥;W03—截斷塞門任務(wù)四一、EP2002制動系統(tǒng)的組成如圖

5-245.EP2002制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)制動裝置如圖524所示為國內(nèi)某地鐵車輛的EP2002制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)制動裝置的分布。由圖可知，EP2002基礎(chǔ)制動裝置由每軸3個制動盤組成，以保證制動作用的可靠性。圖524國內(nèi)某地鐵車輛的EP2002制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)制動裝置的分布任務(wù)四EP2002制動系統(tǒng)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：01020304單點故障不會影響運營。系統(tǒng)集成度高。制動響應(yīng)時間縮短。提高制動精度。空氣消耗量減少。05二、EP2002制動系統(tǒng)的優(yōu)點任務(wù)四EP2002制動系統(tǒng)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：06070809可靠性高，故障率低?？刂凭_度高。維護工作量小?？傮w成本降低。二、EP2002制動系統(tǒng)的優(yōu)點任務(wù)四三、EP2002制動系統(tǒng)的缺點由于EP2002閥的技術(shù)含量和集成化程度很高,萬一EP2002閥出現(xiàn)故障,基本上都需要將整個閥送回制造廠家進行維修,維修周期長；而如果常規(guī)制動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,只需有經(jīng)驗的工作人員直接查找并更換故障部件如壓力傳感器、防滑閥、印刷電路板等,就可縮短維護周期,減少對車輛產(chǎn)生的影響。（1）關(guān)鍵部件維修難度大。任務(wù)四三、EP2002制動系統(tǒng)的缺點在制動控制系統(tǒng)中如果一個EP2002閥出現(xiàn)故障,只能夠用相同類型的閥進行更換；而常規(guī)制動控制系統(tǒng)中的制動電子控制單元甚至制動電子控制單元中單獨的印刷電路板在所有車上都可以互換。（2）互換性差。任務(wù)四三、EP2002制動系統(tǒng)的缺點常規(guī)制動控制系統(tǒng)中的制動電子控制單元安裝在車上電器柜內(nèi)或者車下電氣箱內(nèi),可以提供位數(shù)字的故障代碼顯示,有利于工作人員查找故障；而EP2002制動控制系統(tǒng)沒有直觀的數(shù)字故障代碼顯示功能,工作人員只能通過專用軟件才能查找故障，無形中加大了故障處理難度。（3）無直觀的故障顯示代碼。任務(wù)四四、EP2002制動系統(tǒng)的應(yīng)用由于EP2002制動控制系統(tǒng)與常規(guī)的制動系統(tǒng)相比有比較突出的優(yōu)點，目前已經(jīng)在國內(nèi)許多新建造的城軌交通車輛中獲得了廣泛的應(yīng)用。比如西安地鐵1號線、廣州地鐵3號線、上海6輛編組改8輛編組列車已采用這種制動方式，并取得了良好的效果，其中廣州地鐵3號線是世界上第一個在地鐵車輛上使用EP2002制動系統(tǒng)的城軌車輛項目。隨著EP2002制動系統(tǒng)技術(shù)的不斷改進，它將更廣泛應(yīng)用于北京、天津、南京、上海、深圳等城市的地鐵車輛上。任務(wù)五KBWB制動系統(tǒng)任務(wù)五一、KBWB制動系統(tǒng)概述KBWB模擬式電氣指令制動系統(tǒng)是由英國Westinghouse公司設(shè)計的制動系統(tǒng)，現(xiàn)已并入德國克諾爾制動機公司。該系統(tǒng)按照模塊化原則設(shè)計，將計算機制動控制單元、空氣制動控制單元、風缸和風源等設(shè)備安裝在一個高度集成的模塊內(nèi)，具有自診斷和故障保護顯示功能，因此這種城軌交通車輛的制動系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護等特點。任務(wù)五二、KBWB制動系統(tǒng)的特點BWB模擬式電氣指令制動系統(tǒng)很好地適應(yīng)了城軌交通車輛站間距短、運行速度高、加速及停車頻繁等要求，KBWB制動系統(tǒng)由電制動(動力制動)系統(tǒng)和空氣制動系統(tǒng)組成，采用PWM傳遞制動指令，制動控制單元采用4個電磁間進行EP轉(zhuǎn)換，已達到對控制室充放氣的閉環(huán)控制。KBWB模擬式電氣指令制動系統(tǒng)具有反應(yīng)迅速、制動力大、制動距離短、停車精度高、安全可靠等特點。任務(wù)五二、KBWB制動系統(tǒng)的特點（1）采用模擬式電氣指令制動控制系統(tǒng)，模擬方式為PWM。（2）采用“拖車空氣制動滯后控制”的制動控制策略，充分利用動力制動。（3）采用各兩個電磁進行充氣、排氣的精確閉環(huán)控制實現(xiàn)EP信號轉(zhuǎn)換。（4）常用制動采用空重車調(diào)整信號加計算機計算給定信號。任務(wù)五二、KBWB制動系統(tǒng)的特點（5）緊急制動為純空氣制動，采用單獨回路控制、失電控制，并根據(jù)空重車調(diào)整信號進行沖動控制。（6）防護控制采用動力制動和空氣制動分別控制。（7）整個制動系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕。（8）具有故障診斷、故障存儲及故障顯示功能，同時通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換和監(jiān)控。任務(wù)五三、KBWB制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與基本控制過程1.KBWB制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)KBWB制動系統(tǒng)按照整車模塊化設(shè)計的原則，集成化程度很高。圖5-25所示為KBWB模擬式電氣指令式制動系統(tǒng)集成化布置，由圖可知，其將計算機控制單元、空氣制動控制單元、風缸和風源等全部安裝在一個構(gòu)架上，因此結(jié)構(gòu)上講具有結(jié)構(gòu)簡單、集中、維護保養(yǎng)方便、質(zhì)量輕等特點。任務(wù)五如圖

5-25圖5-25KBWB模擬式電氣指令式制動系統(tǒng)集成化布置三、KBWB制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與基本控制過程任務(wù)五三、KBWB制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與基本控制過程2.KBWB制動系統(tǒng)的基本控制過程KBWB制動系統(tǒng)采用模擬指令式制動控制技術(shù)，將變量輸入計算機，計算機通過電磁閥控制氣閥，氣閥控制制動缸壓力，從而達到制動力控制的目的；其核心部分為電子控制單元，它將制動指令、電制動施加信號、車重載荷信號、空氣制動實際反饋信號進行綜合運算，輸出電氣模擬轉(zhuǎn)換機防滑控制信號，控制各種電磁閥、氣閥，實時調(diào)整制動缸壓力，從而實現(xiàn)不同工況下的制動目的，適用于ATC控制的列車。任務(wù)五四、KBWB制動系統(tǒng)的應(yīng)用1.上海地鐵AC03線上海軌道交通3號線又稱上海地鐵明珠線1期，其中上海南站至江灣鎮(zhèn)段于2000年11月投入運營，北延段(江灣鎮(zhèn)至江楊北路)于2006年12月投入運營。上海地鐵3號線的車輛現(xiàn)為6節(jié)編組，由法國阿爾斯通公司和南車浦鎮(zhèn)車輛有限公司聯(lián)合制造。車輛的制動系統(tǒng)采用的是由原來英國Westinghouse公司(現(xiàn)已并入克諾爾制動機公司)設(shè)計的KBWB模擬式電氣指令制動系統(tǒng)。任務(wù)五四、KBWB制動系統(tǒng)的應(yīng)用2.南京地鐵1號線南京地鐵1號線列車采用6輛A型車編組，1500V接觸網(wǎng)受電，制動系統(tǒng)采用原英國Westinghouse公司設(shè)計的KBWB模擬式電氣指令制動系統(tǒng)。圖526所示為南京地鐵1號線列車制動系統(tǒng)的組成框圖，列車的制動系統(tǒng)由電制動系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、制動控制裝置和防滑裝置組成。在兩端拖車的司機室操縱臺上，安裝有牽引/制動控制器，用于產(chǎn)生制動指令，安裝在動車上的牽引傳動系統(tǒng)在列車運行在制動工況時產(chǎn)生電氣制動力；安裝在每輛車上的空氣制動系統(tǒng)在電制動力不足時產(chǎn)生空氣制動力；任務(wù)五四、KBWB制動系統(tǒng)的應(yīng)用2.南京地鐵1號線安裝在每輛車上的制動控制裝置(BCE)實現(xiàn)對電制動、空氣制動、防滑裝置工作的控制；安裝在每輛車上的防滑裝置在某一輪對出現(xiàn)滑行時消除輪對的滑行。車輛制動系統(tǒng)采用拖車空氣制動滯后控制策略，即拖車所需制動力先由動車的再生制動承擔，然后根據(jù)電空聯(lián)合制動運算，不足部分先由動車的空氣制動力補充，動車不足以承擔的拖車所需制動力再由拖車的空氣制動力承擔。該制動系統(tǒng)實現(xiàn)了空氣制動與電制動的高度結(jié)合，不僅滿足了電制動優(yōu)先的要求，而且實現(xiàn)了電空混合制動的平滑過渡，還設(shè)有沖動限制以提高乘客乘坐舒適度。任務(wù)五如圖

5-26圖5-26南京地鐵1號線列車制動系統(tǒng)的組成框圖四、KBWB制動系統(tǒng)的應(yīng)用任務(wù)五五、KBWB制動系統(tǒng)的組成分析1.計算機制動控制單元每節(jié)車都安裝一套計算機制動控制單元用于制動控制，控制所有空氣制動的常用制動，其中包括隨制動需求信號和空氣彈簧平均壓力（車重載荷信號）變化而變化的壓力值。如果使用電制動，計算機制動控制單元（BCE）為電空混合制動提供控制界面劃分，形成完整的制動系統(tǒng)。計算機制動控制單元主要是用于提供正常的制動控制、運行管理和故障檢測、空氣壓縮機及空氣干燥器的控制，是制動需求信號與牽引傳動系統(tǒng)之間的橋梁；同時將運行管理及故障檢測信息傳遞給TIMS