1、城市轨道交通车辆城市轨道交通机车车辆制动系统制动系统 王勇麟 付杰1主要学习内容主要学习内容v一、一、空气制动系统的控制方式v二、电制动电制动v三、制动模式三、制动模式2（一）直通式空气制动机（一）直通式空气制动机（二）自动空气制动机（二）自动空气制动机（三）直通自动空气制动机（三）直通自动空气制动机 一、空气制动系统的控制方式3 （一）直通式空气制动机原理图4 直通空气制动机特点是：v 制动管增压制动、减压缓解，列车分离时不能自动停车。v 能实现阶段缓解和阶段制动。v 制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间长短决定，因此控制不太精确。v 制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，
2、各制动缸的压缩空气都须经制动阀排气口排人大气。因此前后车辆的制动的一致性不好。5（一）直通式空气制动机原理图6 制动阀制动阀v 制动阀有缓解位、保压位和制动位制动阀有缓解位、保压位和制动位3个不个不同位置。同位置。7 （1 1）制动位）制动位v 驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管制动位总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管。制动管是一根贯通整个列车、两端封闭的管路。制动管是一根贯通整个列车、两端封闭的管路，压缩空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压，压缩空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压缩空气推动制动缸活塞移动，并通
3、过活塞杆带动缩空气推动制动缸活塞移动，并通过活塞杆带动基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用。v 制动力大小，取决制动缸内压缩空气的压力。v由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间的长短而定，8(2)(2)缓解位缓解位v 要缓解时，驾驶员将操纵手柄置于缓解要缓解时，驾驶员将操纵手柄置于缓解位，各车辆制动缸内的压缩空气经制动管位，各车辆制动缸内的压缩空气经制动管从制动阀从制动阀EX口排入大气。口排入大气。v 操纵手柄在缓解位放置的时问应足够长操纵手柄在缓解位放置的时问应足够长，使制动缸内的压缩空气排尽，压力降低，使制动缸内的压缩空气排尽，压力降低至零。此时制
4、动缸活塞借助制动缸缓解弹至零。此时制动缸活塞借助制动缸缓解弹簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离开车轮，实现车辆缓解。开车轮，实现车辆缓解。9(3)(3)保压位保压位v 制动阀操纵手柄放在保压位时，制动阀操纵手柄放在保压位时，制动阀保制动阀保持总风缸管、制动管和持总风缸管、制动管和EX口各部相通，口各部相通，可可保持制动缸内压力不变保持制动缸内压力不变 。v 驾驶员将操纵手柄靠在动位与保压位之驾驶员将操纵手柄靠在动位与保压位之间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来回操纵时，制础缸压力能分阶段上升或下回操纵时，制础缸压力能分阶
5、段上升或下降，即实现阶段制动或阶段缓解。降，即实现阶段制动或阶段缓解。10自动式与直通式制动机的区别自动式与直通式制动机的区别v 自动式空气制动机在直通式空气制动机自动式空气制动机在直通式空气制动机的基础上增加了置三个部件：的基础上增加了置三个部件：v（1）给气阀：在总风缸与制动阀之间；作）给气阀：在总风缸与制动阀之间；作用是限定制动管定压。用是限定制动管定压。v（2）三通阀：在每节车辆的制动管与制动）三通阀：在每节车辆的制动管与制动缸之间；作用是制动缸充气或排气的控制缸之间；作用是制动缸充气或排气的控制部件。部件。v（3）副风缸：在每节车辆的制动管与制动）副风缸：在每节车辆的制动管与制动缸之
6、间；作用是提供压缩空气。缸之间；作用是提供压缩空气。11 （二）自动空气制动机原理图12 自动空气制动机特点v制动管减压制动、增压缓解，列车分离时能自动制动停车。v由于制动缸的风源与排气口离制动缸较近，其制动与缓解不再通过制动阀进行，因此制动与缓解一致性较直通制动机好，列车纵向冲动较小，适合于较长编组的列车。v有阶段制动及一次缓解性能。13（二）自动空气制动机原理图14三通阀工作原理（a）充气缓解位 （b）制动位 （c）保压位15(1(1）制动位）制动位16 （2 2）缓解位）缓解位17(3)(3)保压位保压位18 （三）直通自动空气制动机原理图19 直通自动空气制动机的特点v具有阶段制动和阶
7、段缓解。同时，制动管要充到定压，制动缸才能完全缓解。v具有制动力不衰减性。即在制动中立位或缓解中立位时，当制动缸压力因漏泄等原因而下降时，三通阀能自动地给予补充压缩空气，保证制动缸压力保持原值。20（1 1）充气缓解位）充气缓解位v 将制动阀打到缓解位，总风缸的压缩空气经给气阀和制动将制动阀打到缓解位，总风缸的压缩空气经给气阀和制动阀充向制动管，再经制动管通向各车辆的三通阀活塞上。阀充向制动管，再经制动管通向各车辆的三通阀活塞上。因此形成两条通路。因此形成两条通路。v 制动管的压缩空气制动管的压缩空气主活塞上侧主活塞上侧充气沟充气沟主活塞下侧主活塞下侧定风缸。定风缸。v 制动缸的压缩空气制动缸
8、的压缩空气制动缸压力活塞上侧制动缸压力活塞上侧排气阀口排气阀口活活塞中心口塞中心口制动缸压力活塞下侧制动缸压力活塞下侧三通阀排气口。三通阀排气口。21222324二、电制动二、电制动v 目前最好的方法就是使用动力制动。目前最好的方法就是使用动力制动。v 除了拖车没有电动机只能使用摩擦制动除了拖车没有电动机只能使用摩擦制动外，所有动车都可以进行动力制动外，所有动车都可以进行动力制动(电气制电气制动动)，并且还可以承担部分拖车的制动力。，并且还可以承担部分拖车的制动力。v 动力制动，就是在列车制动时，将所有牵动力制动，就是在列车制动时，将所有牵引电机的电动机工况转变为发电机工况引电机的电动机工况转
9、变为发电机工况 25电制动特点电制动特点v 电阻制动是承担电动机电流中不能再生电阻制动是承担电动机电流中不能再生的那部分制动电流。的那部分制动电流。v 再生制动电流加电阻制动电流等于制动再生制动电流加电阻制动电流等于制动控制要求的总电流，此电流受电动机电压控制要求的总电流，此电流受电动机电压的限制。的限制。v 再生制动与电阻制功之间的转换由再生制动与电阻制功之间的转换由DCU控制，能保证它们连续交替使用，转换平控制，能保证它们连续交替使用，转换平滑。滑。26滑行保护功能滑行保护功能v 电制动具有独立的滑行保护功能。电制动具有独立的滑行保护功能。v 由于四台电动机是并联连接的刚此当由于四台电动机
10、是并联连接的刚此当DCU检测出任意一根轴发生滑行时，检测出任意一根轴发生滑行时，DCU只能对四台电动机进行同步控制，同时降只能对四台电动机进行同步控制，同时降低或切除四台电动机的电制动力。低或切除四台电动机的电制动力。27动力制动动力制动v（1）电阻制动。将发电机发出的电能加于）电阻制动。将发电机发出的电能加于电阻器中，使电阻器发热，即电能转变为电阻器中，使电阻器发热，即电能转变为热能。电阻器上的热能靠风扇强迫通风而热能。电阻器上的热能靠风扇强迫通风而散于大气中。电阻制动一般能提供较稳定散于大气中。电阻制动一般能提供较稳定的制动力，但车辆底架下需要安装体积较的制动力，但车辆底架下需要安装体积较
11、大的电阻箱。大的电阻箱。v（2）再生制动。再生制动是把电动车组的）再生制动。再生制动是把电动车组的动能通过发电机转换为电能后，再使电能动能通过发电机转换为电能后，再使电能反馈回电网，进行回收使用。反馈回电网，进行回收使用。28（二）电阻制动 如果制动列车所在的接触网供电区段内无如果制动列车所在的接触网供电区段内无其它列车吸收该制动能量，其它列车吸收该制动能量，VVVF则将能量反则将能量反馈在线路电容上，使电容电压馈在线路电容上，使电容电压XUD迅速上升迅速上升，当，当XUD达到最大设定值达到最大设定值1800V时，时，DCU启动启动能耗斩波器模块能耗斩波器模块A14上的门极可关断晶闸管上的门极
12、可关断晶闸管GTO：V1，GTO打开制动电阻打开制动电阻RB，制动电阻，制动电阻RB与电容并联，将电机上的制动能量转变成与电容并联，将电机上的制动能量转变成电阻的热能消耗掉，此即电阻制动（亦称能耗电阻的热能消耗掉，此即电阻制动（亦称能耗制动）。制动）。29机械摩擦制动的缺点机械摩擦制动的缺点 v 目前，最多采用的机械摩擦制动方式是闸瓦制目前，最多采用的机械摩擦制动方式是闸瓦制动。但是热能散发的速度与动能转化热能的速度动。但是热能散发的速度与动能转化热能的速度相比要慢得多，因而热量在闸瓦和车轮踏面间积相比要慢得多，因而热量在闸瓦和车轮踏面间积聚，温度急剧升高，严重时高温可熔化闸瓦或烧聚，温度急剧
13、升高，严重时高温可熔化闸瓦或烧灼踏面。灼踏面。v 采用踏面摩擦制动功率是有一定限制的。采用踏面摩擦制动功率是有一定限制的。v 闸瓦与车轮踏面摩擦后产生的粉尘和热量对环闸瓦与车轮踏面摩擦后产生的粉尘和热量对环境是有严重污染的。特别粉尘和热量在通风条件境是有严重污染的。特别粉尘和热量在通风条件不好的隧道内集聚，将对乘客和设备产生严重影不好的隧道内集聚，将对乘客和设备产生严重影响。响。30制动电阻器箱制动电阻器箱v 一般每个动车都安装有制动电阻器箱，里一般每个动车都安装有制动电阻器箱，里面装有足够的制动电阻。电阻材料一般采面装有足够的制动电阻。电阻材料一般采用合金带钢条这种合金带钢条不仅具有用合金带
14、钢条这种合金带钢条不仅具有稳定的电阻率，而且有相当大的热容性。稳定的电阻率，而且有相当大的热容性。31v 当发生常用制动时，电动机当发生常用制动时，电动机M变成发电机状态变成发电机状态运行，将车辆的动能变成电能，经运行，将车辆的动能变成电能，经VVVF逆变器逆变器整流成直流电反馈于接触网，供列车所在接触网整流成直流电反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的其它车辆牵引用和供给本车的其它供电区段上的其它车辆牵引用和供给本车的其它系统（如辅助系统等），此即再生制动。系统（如辅助系统等），此即再生制动。再生制动再生制动32三、制动模式v1弹簧停放制动v2紧急制动 v3快速制动v4常用制动v5保压制
15、动33 弹簧停放制动v弹簧停放制动缸充气时，停放制动缓解；弹簧停放制动缸充气时，停放制动缓解；弹簧停放制动缸排气时，停放制动施加；弹簧停放制动缸排气时，停放制动施加；还附加有手动缓解的功能。还附加有手动缓解的功能。34 紧急制动（1）“失电制动，得电缓解失电制动，得电缓解”（2）电制动不起作用，仅空气制动；）电制动不起作用，仅空气制动；（3）高速断路器断开，受电弓降下；）高速断路器断开，受电弓降下；（4）不受冲击率极限的限制，在）不受冲击率极限的限制，在1.7s内即可达到最大制内即可达到最大制动力的动力的90%；（5）紧急制动实施后是不能撤除的，列车必须减速，直）紧急制动实施后是不能撤除的，列
16、车必须减速，直到完全停下来（零速封锁）；到完全停下来（零速封锁）；（6）具有防滑保护和载荷修正功能。）具有防滑保护和载荷修正功能。3536 快速制动v（1）电制动不起作用，仅空气制动；）电制动不起作用，仅空气制动；v（2）受冲击率极限的限制；）受冲击率极限的限制；v（3）主控制器手柄回）主控制器手柄回“0”位，可缓解；位，可缓解；v（4）具有防滑保护和载荷修正功能。）具有防滑保护和载荷修正功能。37 常用制动v在常用制动模式下，电制动和空气（摩擦）制动在常用制动模式下，电制动和空气（摩擦）制动一般都处于激活状态。一般情况下（车载一般都处于激活状态。一般情况下（车载AW2以以下，速度下，速度8k
17、m/h（可调）以上），电制动能满足（可调）以上），电制动能满足车辆制动要求，当电制动不能满足制动要求时，车辆制动要求，当电制动不能满足制动要求时，气制动能够迅速、平滑地补充，实现混合制动作气制动能够迅速、平滑地补充，实现混合制动作用。用。3839 保压制动v保压制动是为防止列车在停车前的冲动，保压制动是为防止列车在停车前的冲动，使列车平稳停车，通过使列车平稳停车，通过ECU内部设定的执内部设定的执行程序来控制。行程序来控制。40 制动有关原则1、(常用)制动优先原则2、(常用)制动混合原则3、(常用)制动力的分配原则411(常用)制动优先原则 v第一优先再生制动。第一优先再生制动。v第二优先电
18、阻制动第二优先电阻制动。v第三优先踏面磨擦制动第三优先踏面磨擦制动(气制动气制动)。42v(1)电制动无故障状态下的制动原则电制动无故障状态下的制动原则v 在在DCU无故障状态情况下，电制动始终起作用，提供常用无故障状态情况下，电制动始终起作用，提供常用制动所需的制动力制动所需的制动力(AW0AW2)。制动指令值同时送至所。制动指令值同时送至所有的有的DCU和和ECU，并由它们分别根据车辆的载荷情况计，并由它们分别根据车辆的载荷情况计算所需的制动力。算所需的制动力。v(2)电制动与气制动混合的控制原则电制动与气制动混合的控制原则v 电制动和气制动之间融和电制动和气制动之间融和(混合混合)应是平
19、滑的，并满足正常应是平滑的，并满足正常运行的冲击极限。气制动用来填补所要求的制动需求和已运行的冲击极限。气制动用来填补所要求的制动需求和已达到的电制动力之间的差额。达到的电制动力之间的差额。2(常用)制动混合原则433(常用)制动力的分配原则v 电制动力的分配原则：电制动力的分配原则：由于车辆编组每单元为三节，由于车辆编组每单元为三节，假设每单元自己提供制动力，总共需要假设每单元自己提供制动力，总共需要300%的制动的制动力，而电制动时只有动车能提供制动力，每单元的三力，而电制动时只有动车能提供制动力，每单元的三节车中只有两节动车，因此每节动车承担节车中只有两节动车，因此每节动车承担150%的制的制动力。动力。v 气制动力的分配原则：气制动力的分配原则：由由A、B和和C车组成的单元车则车组成的单元车则需需300的气制动力，每节车的的气制动力，每节车的(气制动控制单元气制动控制单元)根据根据本车的载荷重量负责本车本车的载荷重量负责本车100的制动力。的制动力。44
