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发布时间:2020-11-21 20:45:42

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作者:尧辉明

出版社:中国铁道出版社有限公司

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城市轨道交通车辆制动系统

城市轨道交通车辆制动系统试读:

前言

国内地铁列车的最高速度一般为80km/h,地铁站间距多为1~2km,频繁启动、加速、制动和停车,工作条件苛刻,要求制动装置结构紧凑、反应迅速;地铁列车每天工作18个小时,留给维修的时间不多,要求制动装置结构简单、维护方便;为实现安全快速上下乘客,要求车辆站台停车精准、制动力控制精确。由此可见,制动系统对城市轨道交通车辆的安全、正点起着决定作用,只有了解和掌握制动系统的结构组成、工作原理及关键技术才能对城市轨道交通车辆制动系统正确运用和维修。

现有城轨车辆制动系统方面的教材大多从铁路车辆的教材演化而来,分型号介绍各类型制动器,系统性不强、知识点不突出、教材内容不紧凑,对于制动系统新技术的介绍也大多为附件式或产品说明式地堆积,学生较难理解,而且有的教材只注重实际操作,对原理性知识论述较少。作者在多年授课实践中参考各类专著、教材,确立了深入浅出、层次清晰的授课体系,并以此为基础编写了本书。

本书是高等学校城市轨道交通系列教材之一,也是城市轨道交通卓越工程师教育培养计划系列教材之一。全书共分为八章,主要内容包括城市轨道交通车辆的制动方式与制动作用、制动的基础理论、电气制动系统、空气制动机、制动控制系统、制动防滑控制系统、制动参数计算与设计。本书详细阐述了城市轨道交通车辆制动系统的各个组成部分,注重剖析制动系统各子系统的基本原理、分析制动系统的各元器件及制动作用原理,从理论到实际层层深入、循序渐进,更加便于学生学习理解。

相对于其他教材而言,本书有如下特点:(1)知识点详细,涵盖了制动系统的各个组成部分。(2)内容丰富,逻辑清晰,章节紧凑,图文并茂。(3)详细讲解了多种制动系统(包括最新的制动系统如EP2002制动系统、KBGM制动系统等)的系统组成、制动原理、控制技术及基础制动单元,同时配以大量的系统图、结构图、电路图和控制图,更加便于学生学习理解。

本书由上海工程技术大学尧辉明教授主编,同济大学谭复兴教授主审。衷心感谢谭复兴老师、郑树彬老师对本书出版给予的帮助,感谢上海申通地铁集团有限公司在本书编写过程中给予的支持和帮助,感谢蒋永亮、郑灵霞、胡雅婷、许羲、秦文琪、高利君和朱朝刚等在本书编写过程中图表制作、文字录入、校核方面的细心工作。另外,本书参考了一些国内外发表的书籍、论文和资料,在此对其作者表示诚挚的谢意。

本书的出版得到了上海工程技术大学卓越工程师教育培养计划城市轨道交通车辆工程专业建设项目和上海市教育委员会第五期重点学科建设项目的资助,在此表示感谢。

由于时间、水平有限,书中难免有不足之处,敬请读者批评指正。编者2018年2月第1章绪论

城市轨道交通具有大运量、低污染、快捷、安全、舒适、节能、准点等优点,是解决城市交通拥挤的主要手段。城市轨道交通的诸多优点,已经引起世界各国的高度重视,得到迅速发展。不少城市把地下、地面和高架铁路联成城市轨道交通网络,在大运量方面,城市轨道交通占有绝对优势,它是解决现代化城市客流量大、交通不畅的有效途径,其运输能力每小时单向运送可达10万人。

截至2017年12月31日,中国包括北京、上海、广州等35座城市开通运营轨道交通线路,共171条线路,总里程高达5083.45km,车站3269座。云计算、大数据、移动互联、人工智能、全自动运行都将进一步提升城市轨道交通运行的安全与效率。预计到2020年,我国城市轨道交通运营城市将达到50座,运营总里程突破6000km,投资超4万亿,是全世界最大的城市轨道交通市场,同时也将成为世界领域内轨道交通信息化与智能化的最高水平代表。

铁道车辆使用钢轮在钢轨上运行,具有运行阻力小、能量消耗少的优点。但在牵引或制动时,如加以过大的力则会因车轮产生空转或滑行,反而不能得到预期的牵引力或制动力。因此,要根据速度、气候、乘车率等条件对制动力加以控制。近年来,对摩擦制动开发了具有更高热容量的摩擦材料,对电制动将其改进为使发出的电能返送回电网的再生制动。此外,城市轨道交通车辆制动系统还不断进行着安全性、舒适性、操作性、高速性、响应性的改善以及部件的轻量化、减少磨耗部件的维修量、采用微处理器进行精密制动控制等方面的改进和开发。

城市轨道交通车辆制动系统对城市轨道交通车辆的安全、正点起着决定性作用,一直是车辆系统设计的关键技术和热点问题。了解和掌握城市轨道交通车辆制动系统的基本结构组成、工作原理及关键技术对制动系统的正确运用和保养维修有着举足轻重的作用。1.1城市轨道交通车辆制动系统的发展

城市轨道交通是一种独立的有轨交通系统,城市轨道交通有多种类型:地铁、轻轨、有轨电车、跨座式独轨、磁浮列车、城际列车等。

城市轨道交通车辆制动系统作为城市轨道交通车辆系统的一个重要组成部分,伴随着城市轨道交通的发展而同步前行,甚至技术要领先于其而发展。1.1.1 早期的人工制动系统时代(1881年—20世纪初期)

城市轨道交通最早在英国开始萌芽。1863年,伦敦市中心环路下面修建隧道,想让蒸汽或内燃火车在市中心的地下通行,但是火车的烟雾在隧道中弥漫,尽管有通风井,但排放烟雾问题仍然难以解决。世界上第一辆有轨电车是1881年在德国柏林工业博览会期间展示出的在400m长轨道上做往返示范运行的实验列车,紧接着1888年美国弗吉尼亚州的里磁门德市第一个投入商业运行的有轨电车产生,标志着城市轨道交通时代的来临。1890年,伦敦建成电力牵引的地下铁路,也就是真正意义上的第一条地铁。只有6.5km的短途“大都市铁道”正式通车,第一年就运载了乘客950万人,为解决交通拥堵树立了成功的典范。

最早的城市轨道交通车辆制动系统是人工制动系统,在早期的有轨电车和地铁当中使用,由于城市轨道交通车辆是沿用铁路车辆的,因此当时的城市轨道交通车辆制动系统基本和铁路车辆一样,任何铁路车辆制动新技术都会立即被应用于城市轨道交通车辆。

人工制动系统是以人力作为动力来源,用人力操纵实现制动和缓解作用的制动系统,也叫手制动系统。早期的城市轨道交通车辆,通过司机或制动员绞动制动钢丝,以手轮的转动方向和手力大小来操纵控制,每个车或几个车配备一名制动员,按司机笛声号令协同操纵,使木制的闸瓦靠紧车轮踏面,用摩擦力使车轮或车轴的转动减慢或直至停止,以达到车辆减速或停车的目的。所采用的机械装置还有杠杆拨动式闸瓦制动、手轮式棘盘链条制动等装置。这些制动系统和技术均全盘采用当时的铁路车辆最新制动系统和技术。

人工制动系统的缺点是:方法比较原始,制动力弱,作用缓慢,可靠性差,既费力又不安全,时常会发生钢丝断裂和车辆失控事故。1.1.2 单一空气制动系统时代(20世纪初期—20世纪30年代)

随着20世纪初科学技术的发展,出现了一种与人工制动系统相比,安全性和可靠性都有很大进步的空气制动系统,即所谓的空气制动机,其用压力空气作为制动的动力来源,并直接用压力空气的压力变化来实现列车的制动和缓解作用。城市轨道交通车辆很快采用了此种制动技术,制动效果和作用都得到了很大改善。

在很长的一段时间里,这种单一通过空气压力产生制动力,并由空气压力波进行控制制动和缓解的空气制动系统得到了广泛的应用。但是由于司机发出的制动指令是靠列车管内的压力变化来传递的,它的指令传递速度受空气波速的限制,一般空气压力传递指令介质的极限速度在330m/s左右。对于编组比较长的列车和制动频繁的城市轨道交通车辆来说,经常出现前后车辆制动动作在时间上的不一致,从而导致列车纵向冲动比较剧烈的情况,乘客乘坐舒适度差;同时经常损伤车钩,造成一定的机械故障,增加了检修维护工作量。

单一空气制动系统的缺点是:制动指令传递受空气压力波速限制,指令传递速度较慢,制动和缓解一致性差,易造成纵向冲动,舒适性差,易损伤车钩,易造成一定的机械故障。1.1.3 早期电磁空气制动系统时代(20世纪30年代—20世纪中期)

20世纪30年代,在欧美和日本出现了采用电信号来传递制动和缓解指令的制动控制系统,它是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成。它的特点是制动作用的操纵控制用电,但制动作用的原动力还是压力空气,这种系统被称作电磁空气制动机,简称为电空制动机。因为电信号的传输速度比空气波动速度快得多,相对于空气制动机来说,电磁空气制动系统的主要优点是:全列车制动和缓解的一致性好,制动和缓解时的纵向冲动小,制动距离短,车钩受力小,乘客乘坐舒适性好。

早在20世纪初,法国就曾经试验过AChard和Chapsal电空制动机。但由于当时的电气技术条件所限,如电源(当时都为蒸汽机车)、车与车之间的连接器、继电器等性能不可靠,严重地影响了电空制动机的作用,所以竞争不过空气制动机。美国也早在1906年出现了电空制动机,约在1934年就装设在太平洋铁路的长途快车上,1935年—1945年间芝加哥铁路和西北铁路广泛地使用电空制动机,后来由于26型制动机的出现而中断使用。但电空制动机还是受到了司机的普遍欢迎,因为其操纵方便,列车停车平稳,缺点是故障较多。日本在20世纪20年代中期,在大规模的空气制动技术进入实用阶段的同时,在数辆编组的电动车组上采用电磁阀式的自动空气制动机,通过操纵制动电磁阀和缓解电磁阀,加快对列车管减压、增压的控制。1947年,苏联在市郊电动车组上开始采用电空制动机,因为市郊列车需要正确的停靠站台和短的制动时间。

我国科研人员早在20世纪50年代末就开展对电空制动技术的研究,当时研制的ET-6型机车电空制动机曾于1959年12月牵引10辆装设电空制动机的客车在京津间进行了运行试验,取得一定的研究成果。

早期电磁空气制动系统的缺点是:电磁阀控制制动和缓解功能单一,制动力调节幅度受限,无动力制动配合,不能实现制动力精确控制。1.1.4 现代微机控制电气指令式制动系统时代(20世纪中期至今)

20世纪40年代后期,日本就已经在电动车组中发展了动力制动(电制动)与带电磁阀的直通空气制动相配合的综合制动方式。它充分利用了直通空气制动机结构简单、无分配阀作用环节的优点,又克服了这种制动机作用不一致性的缺点。该电磁阀式直通电空制动机就其性能而言,具有反应性、一致性和控制性都比较好以及使用方便等优点。

20世纪50年代以来,随着电力电子技术和微机控制技术的发展,电磁空气制动系统中的电气指令控制部分进行了很多技术革新,制动控制技术水平突飞猛进。

从20世纪60年代起,随着城市轨道交通运输的发展,地铁(地下铁道)、动车和市郊通勤车也得到迅速发展。这些车辆站距短,停车频繁,必须实现列车自动控制和与动力制动配合使用。电气和电子技术的飞速发展,特别是电气和电子产品可靠性的提高,给制动技术的发展带来了新的成就。随着反应性以及与动力制动的协调性等性能的飞跃性改善,许多性能得到进一步优化。数字式和模拟式电气指令式制动具有小型轻量化的优点,并因大幅度削减了空气配管和有利于安装等诸多特点而备受青睐,并逐渐取代了电磁阀式直通电空制动机。

随着早期单一电磁空气制动系统的大规模应用,电气指令制动控制技术就在不断地进行技术改进,从开始的单一控制电磁阀的励磁和消磁,到有效协调动力制动和空气制动,制动控制技术达到了一个新的发展水平。大功率电力电子元件的出现使电气再生制动成为可能;电力电子变流技术和微机技术在电气指令控制系统当中的应用,使得制动系统的电气制动力和空气制动力都能够得以精确控制,并且通过微机控制技术使两者之间可以根据预先理论分析的制动优化控制策略,实现有效协调工作。制动防滑系统在微机技术的应用下,也使车辆在黏着的利用方面达到了最优化。

当今一些发达国家已经研究制造出能够完全依靠电气制动来实现安全停车和制动的电动列车,可以基本替代机械制动和电阻制动,实现制动能源的大部分回收,制动技术已经达到了比较高的水平。

总之,现代的城市轨道交通车辆制动系统是一个融合多学科理论、多项科学技术的系统,制动控制已经能够达到制动力精确控制,制动系统越来越趋于节能环保,同时也更趋于人性化、安全和可靠。1.2国内外城市轨道交通车辆制动系统简介

城市轨道交通车辆作为相对环保的大流量交通工具,已被全世界各个大中城市作为解决交通问题的首选。对于事关城市轨道交通车辆安全、正点的制动系统,在新造车中,制动系统价格约占整车的10%,同时由于制动系统的寿命远低于整车寿命,在维护时制动系统部件的增购价格约为新车购置时的5倍左右。所以从整车寿命成本来讲,制动系统所占比例远在10%以上,制动系统的维修保养工作量以及对配件的需求量是巨大的。根据KNORR公司统计,2003年以来全世界铁路制动系统市场KNORR占44%,SABWABCO占15%,WABTEC占14%,日本NABCO占6%,三菱占4%,其余占17%。

我国已修建了5000多公里城市轨道交通线,这些线上城轨车辆的制动系统大都采用微机控制直通电空制动系统,原理基本相同,但在具体的实施方法上有所区别。目前我国城轨车辆主要选用国外进口的制动系统,主要包括日本NABCO制动系统、德国KNORR制动系统、英国WESTING HOUSE制动系统(现已被KNORR公司收购)和SABWABCO(FAIVELEY)制动系统。上海和广州地铁1、2号线主要选用德国KNORR公司的制动系统,该系统技术比较成熟,性能比较稳定,深圳、南京地铁车辆和大连轻轨车辆,甚至部分国内试制的高速电动车组上也采用了该制动系统。北京、天津的B型车上主要采用NABCO公司HRDA型制动系统。

以上均属于当今主型的模拟式直通电空制动系统,具有反应快速、操纵灵活以及与牵引、TCMS(列车控制管理系统)和ATC等系统协调配合等特点。1.2.1 国外城市轨道交通车辆制动系统简介

1.日本NABCO制动系统

日本NABCO制动系统主要指NABCO的HRDA型电空制动系统,1992年投入应用,是一种传统的直通电空制动系统。在我国,该电空制动系统主要应用于北京和天津的城市轨道项目。HRDA型电空制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分:电子控制装置为储有定制程序的标准机箱,气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。

该系统制动电子控制装置主要包括制动控制、防滑控制、通信及显示三个部分。制动控制可接收列车制动控制线的PWM制动指令,进行空气和电制动的混合制动计算,控制电空中继阀上电空转换(EP)阀的电流,实现对制动缸的预控压力控制;防滑控制可以测定各车轴的速度,一旦检测到有车轮滑行,便控制防滑阀降低滑行轴的制动缸压力,使滑行车轮恢复到正常的黏着状态;通信及显示用于与TMS通信及故障诊断信息的显示与存储。

制动气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀、压力传感器和气路板等组成。其中电空中继阀包括电空转换(EP)阀、紧急电磁阀和中继阀。常用制动时空气制动力是通过电空转换(EP)阀对预控压力进行控制,然后再由中继阀进行流量放大,产生与预控压力相对应的制动缸压力。紧急制动为纯空气制动模式,当接收到紧急制动指令时将空重车调整阀调整后的紧急制动预控压力直接由紧急电磁阀进入中继阀,产生能随载荷调整的紧急制动缸压力。整个气动控制装置采用模块化设计。各种阀安装在一块内部气路连接的集成气路板上,并与电子控制装置组装后可吊装在车体上的制动控制箱内。

2.德国KNORR制动系统

德国KNORR制动系统主要指KNORR的ESRA电空制动系统。该电空制动系统是一种标准化的制动系统,是传统的直通电空制动系统,可用于机车、动车组和城市轨道等项目。该电空制动系统于1993年研发,1995年投入应用。在我国,该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京和天津等地铁项目。KNORR的ESRA制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分:电子控制装置为储有定制程序的标准机箱,主要由包括微处理器的主电路板、辅助电路板和通信板组成;气动控制装置主要由电空模拟转换(EP)阀、紧急电磁阀、中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。

ESRA的制动电子控制装置和气动控制装置可分别安装也可集中安装,安装方式及位置根据客户要求。常用制动时,输入电空转换模块的电控信号基于制动指令进行了载荷调整和冲动限制;电空转换模块输出的预控压力须通过紧急阀和空重车调整阀,然后进入中继阀。紧急制动时,紧急电磁阀失电使总风不经电空转换模块直接进入空重车调整阀,产生一个经载荷调整的紧急预控压力,通过中继阀给制动缸施加紧急制动压力。

3.英国WESTING HOUSE制动系统

英国WESTING HOUSE制动系统主要指英国WESTING HOUSE(现为KNORR英国子公司)的EP2002电空制动系统,是一种基于架控的城市轨道直通电空制动系统。该电空制动系统于2000年开始研发,2005年装车应用。在我国,该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京等地铁项目。EP2002电空制动控制单元包括一系列高度机电一体化的制动控制阀,即网关阀(Gateway Valve)、扩展阀(RIO Valve)和智能阀(Smart Valve)。网关阀主要用于制动网络控制和本车制动控制,扩展阀主要用于本车制动控制和扩展电气连接,智能阀用于本车制动控制。

该系统的各阀体结构在部件级只能拆分成数百个具有基本结构体的单独零件(螺杆、垫片等);反之,这些零件必须装配起来才构成EP2002电空控制阀。因此,维修时需彻底分解,对维修条件有很高的要求。

4.SABWABCO(FAIVELEY)的EPAC制动系统

EPAC制动系统包括基于架控的EPAC电空制动系统和基于车控的EPAC Lite电空制动系统。该电空制动系统于2000年开始研发,2003年装车应用。在我国,该电空制动系统(EPAC Lite)主要应用于上海轨道交通等项目。与电空制动系统相对应,EPAC制动控制单元主要分两类:一是用于架控的EPAC制动控制单元,二是用于车控的EPAC Lite制动控制单元。

EPAC Lite制动控制单元衍生于基于架控的EPAC制动控制单元,采用模块化结构,它包括了轨道车辆摩擦制动用所有标准模块。各种模块(如常用制动控制模块、停放制动控制模块等)经有机组合后形成基于项目的不同配置。EPAC Lite是一个高度集成的电空制动单元,由多个标准化的小型气动元件、安装板和微机电控装置等组成,并集成在一个封闭的箱体内。制动风缸、空簧压力和停放风缸等为EPAC Lite的输入气路,其输出气路与制动缸和停放制动缸等相连,EPAC Lite的微机电控装置集成在内部,不需要另加制动电子控制装置。该微机电控装置使系统能响应及处理制动指令和大量的系统外界参数。从维护来说,EPAC Lite是一个在线可替代单元,方便现车维护,实现了列车下线时间最小化。EPAC Lite设有停放制动模块,停放制动由列车线来控制,是基于车辆的停放制动控制。1.2.2 我国城市轨道交通车辆制动系统简介

我国城市轨道交通车辆制动技术的起源应该追溯到20世纪60年代北京修建我国第一条地铁时。当时国内制动技术方面的主要研究人员和试验设备集中在研究所、工厂和高校等单位,由于管理体制所限,技术力量分散,造成低水平的重复竞争和有限资源(人才、财力、物力)的极大浪费,难以联合。

20世纪60年代初期,我国在广深线上的一列旅客列车上装用了直通式电空制动机,并运用了近两年,取得了很多宝贵的经验。在1980年—1982年间,进行了自动式电空制动机的试验研究,在室内进行20辆电空制动机静置试验,也取得了许多宝贵经验。

电空制动机的研制正式由国家列入科研计划,还是在“七五”期间。当时,为了减缓铁路客运运量与运能之间的尖锐矛盾,实现扩大旅客列车编组辆数,1985年国家将旅客列车电空制动机研究列入国家“七五”重点科技攻关项目。由铁道科学研究院(现中国铁道科学研究院)主持的课题组,首先召开了有关电空制动机作用制式的论证会,决定采用自动作用制式。该课题组在电空制动机的各种配件试制完毕后,在制动试验台上进行了20辆编组的单机、单车以及列车的空气专列、电空专列、空—电混编等项目的性能试验。

20世纪90年代末,铁道部在国家计委的支持下,先后组织多个单位联合研制动车组,并分别研制了微机控制直通电空制动系统。1996年4月1日,我国历史上第一列在既有线上提速到140km/h的快速列车“先行号”在沪宁线上正式运行。此后,京秦(秦皇岛)、京连(大连)也相继开出了快速列车。到1998年10月1日实施新运行图时,全国准高速列车和快速列车已增加到90对,而且新造提速机车、车辆都明确规定必须装设电空制动机,自此电空制动技术在我国铁路和城市轨道交通车辆上得到了广泛的应用。

我国城轨制动技术与世界先进水平仍有很大的差距,为快速发展铁路运输装备水平,近几年发展的动车、机车制动技术均采用引进、消化再吸收的方式。目前,我国处于引进后消化阶段,制动机研究机构还没有具备充分的自主研发能力。21世纪初期,我国开始研制DK-2型微机控制式制动机,该型制动机控制水平接近国际水平,目前该型制动机样机已研制成功,并在中国支线铁路机车上小批量装车运用。

我国轨道交通发展迅速,但是,就城市轨道交通车辆制动系统而言,目前国内还没有一套统一的标准体系。2015年7月1日,中国城市轨道交通协会技术装备专业委员会颁布中城装备[2015]60号文,发布了《城市轨道交通车辆电空制动系统通用技术规范》《城市轨道交通车辆电空制动系统装车后的检验规则》《城市轨道交通车辆空气制动防滑系统技术规范》3个系统性的技术规范,并于2015年10月1日正式试行。相关规范的试行,对于规范市场行为,规范制动系统的生产、运用、检修等,有着非常重要的意义。后期,关于制动系统的部件类技术规范,包括风源装置、制动控制单元、基础制动类部件(制动夹钳单元、踏面制动单元、制动盘、闸瓦、闸片),也即将发布。

1.DK型自动式电磁空气制动系统

20世纪60年代,鉴于当时的技术条件,在我国的地铁列车上采用了DK型自动式电磁空气制动系统,基础制动装置为踏面制动。其技术脱胎于干线旅客列车的LN型制动机。主控机构先期直接采用GL3型三通阀,60年代末又设计制造了膜板分配阀,在操纵灵活性和可靠性上较GL3型三通阀有所提高。该制动系统在电阻制动与空气制动的匹配上采用切换方式,因而制动力控制性能较差。

2.SD型数字式气压计算型电控制动系统

随着晶闸管斩波技术的发展,地铁车辆逐步采用斩波控制动力制动(再生制动或电阻制动)。但采用这种控制技术,动力制动的制动力在制动初期上升较慢,而列车快要停车时又衰减较快,需要空气制动力作及时补偿。为此我国有关工厂、高校和科研院所一起,研制了SD型数字式气压计算型电控制动系统。该制动系统由制动控制器、空重车调整阀、七级中继阀、控导阀、空电转换器、紧急电磁阀、备用电磁阀、双向阀、故障缓解电磁阀等组成。制动控制器在司机的操纵下向动力制动控制单元和七级中继阀发出相应的制动或缓解指令。该制动系统较DK型自动式电磁空气制动系统在动力制动与空气制动的配合、制动和缓解的一致性,与列车自动控制装置的接驳等性能上具有明显优势。但由于其数字式气压控制型的特点,决定了它在制动力的精确控制、动力制动能力的充分运用上存在着改进的余地,而且在实践中,控导阀的性能受材料和工艺的影响极大。

3.AR12电气控制型模拟指令式制动系统

AR12电气控制型模拟指令式制动系统由制动控制器、编码器、解码器、EP单元、中继阀、台车中继阀、制动缸等组成。

制动控制器是司机操纵列车进行制动或缓解作用的装置。它与列车自动运行系统(ATO)一样,发出数字量信号给编码器。编码器接收到该信号后转换并输出相应的脉宽调制(PWM)信号到每辆车的解码器。解码器除接受来自编码器的指令外,还接收来自空气弹簧的压力信号;然后由逻辑电路得出所需的制动力,输出电制动指令到动力制动装置,同时接收动力制动装置反馈的实际电制动力信号;再由逻辑电路输出一个相应的电信号去控制EP单元。EP阀在解码器的控制下产生常用制动预控压力信号。

该制动系统采用了电气控制和模拟信号传递,因此可以做到动力制动与空气制动的连续配合,制动力控制更为方便。但由于该制动系统采用电子逻辑电路进行控制,因此难以实现拖车利用动车电力制动能力,并且系统的通用性不强,尤其是它不能实现故障的实时监控。

4.微机控制直通电空制动系统

20世纪90年代后,我国出现了修建城市轨道交通的高潮。除了长春轻轨车辆的制动系统采用了AR12电气控制型模拟指令式制动系统之外,其他城市轨道车辆的制动系统均采用国外引进的制动系统。

主要有德国KNORR和日本NABCO等公司的产品。这些制动系统均采用了微机控制直通电空制动系统。制动控制器(有可能与牵引控制器合二为一)或列车自动运行系统(ATO)给出制动或缓解指令至调制及逻辑控制器,在不同系统该指令采用的信号不同,有采用模拟信号的,也有采用数字信号的。调制及逻辑控制器将指令转换成PWM信号传递(也有系统将其上网,通过列车网络传递)或直接传递(数字信号)到每辆车的微机制动控制单元。

微机制动控制单元根据指令及车重计算所需的制动力,并根据充分利用动力制动能力的原则发出动力制动和空气制动指令;同时它还对制动系统进行实时监测,并将检测结果通过列车网络传送给相应的系统;它还检测轮对速度,对防滑阀进行控制,以防止车辆滑行。空气制动控制单元由气动元件组成,它负责将空气制动指令转换成相应的制动缸压力控制信号,同时将相关压力转换成电信号反馈给微机制动控制单元。1.2.3 我国城市轨道交通车辆制动技术应用现状

目前我国城市轨道交通车辆主要选用国外进口的制动系统,主要包括德国KNORR制动系统、日本NABCO制动系统、英国WESTING HOUSE制动系统和SABWABCO(FAIVELEY)制动系统。由于不同制动系统的风源和基础制动单元差别不大,下面主要对这些制动系统的控制系统或单元进行介绍。

1.以上海和广州地铁1、2号线为代表的德国KNORR公司的制动系统

德国KNORR公司的城市轨道交通车辆制动系统是目前国内A型车上运用最广的制动系统,为模拟式制动系统,制动指令采用PWM信号或网络信号传递。微机制动控制单元一般单独设置在车厢内;而空气制动控制单元由2块气动集成板和风缸等组成,分别固定在车辆底架上,系统结构紧凑。目前深圳、南京地铁车辆和大连轻轨车辆,甚至部分国内试制的高速电动车组上也采用了该制动系统。

2.以北京、天津为代表的B型车上采用较多的NABCO公司的HRDA型制动系统

HRDA型制动系统为数字式制动系统,常用制动指令采用3根指令线编码,共7级。微机制动控制单元与空气制动控制单元集成在一起,固定于车辆底架上。由于采用了流量比例阀进行EP控制,因此空气制动控制单元较为简单。该制动系统批量采购价相对较低,在武汉轻轨和重庆独轮轨等项目上也采用了此制动系统。基础制动装置根据车辆类型的不同有所区别。

3.以上海3、5号线为代表的英国WESTING HOUSE公司的微机控制直通电空制动系统

英国WESTING HOUSE公司的微机控制直通电空制动系统按整车模块化原则设计,集成度较高。它将微机制动控制单元、空气制动控制单元、风缸、风源等除必须安置在转向架附近的部件外全部集成安装在一个安装架上,方便运用维护。该系统同样采用PWM信号传递制动指令,为模拟式制动系统。EP转换采用4个开关电磁阀闭环控制的方法。1.2.4 我国城市轨道交通车辆制动技术现状的思考和展望

如果自主开发出适用于新型城市轨道交通车辆的制动系统产品,将有利于提高目前城市轨道交通车辆的国产化率,降低整车成本(包括新车购置和维修成本),消除运用维护的后顾之忧,然而现在尚未出现这样的产品,究其原因有多种多样,但总结起来主要有两个方面:一是技术;二是观念。这两者又是互相影响的,技术制约了观念的提升;反过来观念又限制了技术的发展。

技术方面主要有两个问题:首先是系统概念和经验,从高速列车的实践来看,系统概念与国外比较有差距,但不大。尤其对城市轨道交通车辆,已有十几年国外产品的运用经验,因此达到国外90年代末的水平不是大问题。但开发新型城市轨道交通车辆制动系统的经验却是我们所没有的,需要从实践中培养。当然借鉴国外经验将使我们少走弯路。其次,零部件的可靠性问题,比较我国现有产品(用于高速列车)与国外产品的差距,主要的问题并不在于性能或由速度引起的变化,而是在于零部件的可靠性,并由零部件可靠性引起的系统可靠性问题。但这一问题也是可以解决的,方法一是努力提高零部件的可靠性,可以通过零部件的全球采购和国内零部件厂家的技术提升来实现;方法二是利用系统设计完善和冗余来提高整个系统的可靠性。

为适应城市轨道交通新形势的发展,我国应根据当前的实际情况,以项目形式,积极联合国内主要研发力量,自主开发适用于新型城市轨道交通车辆的制动系统,以满足我国日益增长的轨道交通需求,同时使我国的制动技术得到新的发展。思考题

1.人工制动系统的缺点是什么?

2.空气制动机的工作原理是什么?

3.HRDA型制动系统由哪些部分组成?

4.EP2002电空控制单元的制动控制阀有哪些?

5.SD控制系统有哪些优点?

6.现代计算机控制电气指令式制动系统在结构上相对于早期电空制动系统有什么改进?

7.现代计算机控制系统的优势是什么?

8.早期电磁空气制动系统的缺点是什么?

9.AR12电气控制型模拟指令式制动系统的结构是什么?

10.电磁空气制动机的原理是什么?

11.我国自主研发新型轨道交通制动技术面临的主要问题有哪些?第2章城市轨道交通车辆的制动方式和制动作用2.1城市轨道交通车辆制动的基本思想

为了列车运行的安全,要求车辆制动系统能够在需要时,及时并且反复地提供必要的制动力。

制动过程是能量转换过程。车辆的制动是实现将列车运行过程中巨大的动能转化为其他形式的能量,从而使列车减速或停车的一种形式。对于列车车辆实施制动,无论何种方式,都必须具有把列车运行的动能转换为电能或热能,并将其消耗掉的能力。列车制动过程中动能转移的方式包含两层含义:一是“转”,即将列车的动能转化为其他形式的能量;二是“移”,即将转化出的其他形式的能量消耗掉。以闸瓦制动为例,“转”就是将列车动能通过闸瓦与车轮踏面的摩擦转化为热能,“移”就是将由动能转化成的热能耗散于大气。

城市轨道交通车辆所构成的车组是为适应城市轨道交通运输的特点而设计的,其特点是:每条线路不长,一般在20~30km左右;站间距短,一般在1~2km左右;客流量大,同一条线路因地段和时间段的不同相差巨大;乘客要求候车时间短,行车密度大,快速安全。

因此,城市轨道交通对制动系统是有明确技术要求的,一般来说具有以下几点:(1)制动减速度要求高,一般常用制动减速度需在-122~-0.8m/s ,紧急制动减速度需在-1.3~-1.2m/s ;(2)制动减速度不能因载客量的变化、轮轨间黏着的变化或局部故障而有很大变化;(3)要求停车位置准确(有的已提出到站停车位置在±20cm之内的要求);(4)虽然制动频繁,但不能污染环境,需要节能、环保和少维修。

另外,还要求即使在制动设备发生故障或功能劣化时也必须保证制动作用,即要求制动系统应有高度的可靠性。因此,在制动系统的研究开发中必须考虑以下几个方面。(1)安全和可靠性采用发生故障时能向安全方向动作的故障导向安全机构,进行非熟练者也能可靠地实施其功能的防止误操作设计。(2)保证列车的顺利运行为确保正点运行,具有在需要时能够精确地提供所需制动力的能力。要防止由于各车辆因制动力的不同而发生的纵向冲动和因轮轨间黏着力不足而发生的车轮踏面擦伤等引起的平稳性恶化及对车轴等车辆部件产生附加应力的问题。(3)采用先进技术减少维修工作量,如尽量减少磨耗部件,开发在发生故障时能够进行自检的自诊断功能等。制动部件的改进和集成,实现小型轻量化。

制动系统的设计原则如图2.1所示。图2.1 制动系统设计原则

城市轨道交通的站距很短,一般都在1km左右。例如上海地铁1号线从虹梅南路到上海火车站共16.67km,有13个车站,平均站间距离1.39km。由于站间距离短,列车加速、减速及停车都比较频繁。为了提高运行速度、增加列车密度,必须使列车启动快、制动快、制动距离短。这就要求其制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。

城市轨道交通的客流量波动较大,空载时列车总重仅为自重,而满载时列车总重却很大。例如广州地铁的每辆动车空载质量为380kN,而满载(超员,载客432人)时总重为639.2kN。由此可知,载客量对列车的总重有较大的影响,对列车制动时要保证一定的减速度、防止车轮滑行及减轻车辆间纵向冲动都是不利的。因此,制动装置应具备在各种载荷工况下车辆制动力自动调整的性能,使车辆制动率基本保持不变,从而实现制动的准确性和停车的平稳性。

城市轨道交通车辆在部分车辆或至全部车辆上具有独立的牵引电动机,这就为采用电制动提供了基本条件。电制动的功率大,尤其是在较高速度范围内,能承担大部分的制动负荷,可以满足城轨车辆轴制动功率大的要求。电制动是一种非摩擦制动,没有摩擦副零件的磨耗和噪声,减少了维护保养和对环境的污染,因而比较经济。其再生制动可以节约能源,具有一定的经济效益和社会效益。所以,采用电制动具有积极的意义。但电制动在低速时制动力小,若既要保证电制动失效和紧急情况下的行车安全,又要满足停车和停放的要求,则摩擦制动是一种必备的制动方式。几种制动方式同时使用时要充分发挥它们的最佳作用,需要一套完善的制动控制装置来控制,使它们能很好地协调配合。

城市轨道交通车辆一般运行在人口稠密地区,并承载旅客,所以行车安全是非常重要的,也因此对其制动机有以下要求:(1)具有紧急制动性能,遇有紧急情况时,能使列车在规定距离内安全停车。(2)列车在运行中发生诸如列车分离、制动装置故障等情况时,应能自动产生紧急制动作用。(3)紧急制动作用除可由司机操纵外,必要时还可由行车人员利用紧急按钮(紧急阀)等进行操纵。2.2制动方式

制动方式是指列车制动时制动力的产生方法。轮轨式铁路交通车辆的制动方式有两种:一种是利用轮轨间黏着力的黏着方式;另一种是不依靠黏着力的非黏着方式。现代的城市轨道交通车辆一般都使用的制动方式是黏着方式,非黏着方式现处于开发研究阶段。黏着力随速度的提高而降低,所以当列车运行速度提高时要灵活地采用非黏着制动方式,无论何种方式,都必须具有把列车运行的动能转换为电能或热能,并将这部分能量消耗掉的能力。城市轨道交通车辆的制动方式如图2.2所示。图2.2 城市轨道交通车辆制动方式

制动方式可分为三大类:

第一类是摩擦制动,分为闸瓦制动和盘形制动;

第二类是动力制动,分为电阻制动、再生制动和风阻制动;

第三类是电磁制动,分为磁轨制动、轨道涡流制动和圆盘涡流制动。

电磁制动中的磁轨制动和轨道涡流制动,由于制动力不需要经过轮轨接触黏着关系来进行力的传递,所以这两种制动方式又属于非黏着制动;而摩擦制动、动力制动和圆盘涡流制动,均需要通过轮轨黏着关系进行力的传递,这几种制动方式属于黏着制动,其制动力的产生都要受产生制动力的那些车轴的轮轨间黏着力的限制。同一根轴上各种黏着制动力之和不能超过该轴轮轨间的最大黏着力。此外,圆盘涡流制动、电阻制动、再生制动都是让动车的动轮对带动其动力传动装置,让它产生逆作用,消耗或回收列车动能,习惯上常统称为“动力制动”。2.2.1 闸瓦制动

闸瓦制动,又称踏面制动,是自有铁路以来使用最广泛的一种制动方式,属于黏着制动方式。闸瓦制动是用铸铁或合成材料制成的瓦状制动块紧压滚动着的车辆踏面,这种制动块通常称作闸瓦,通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦将列车的动能转变为热能,消散于大气,并产生制动力。这种制动方式的制动力大小可以通过闸瓦与车轮间的压力进行调节。闸瓦制动原理如图2.3所示。图2.3 闸瓦制动原理

闸瓦制动方式结构简单,制动效果好,尤其是单元制动机的闸瓦制动方式在城市轨道交通车辆得到了广泛的应用。

闸瓦制动有以下缺点:(1)制动力的大小受轮轨间的黏着力限制。(2)闸瓦的摩擦系数随着列车速度的增大而减小,高速时易产生制动力不足,低速时制动力又过大。(3)由于直接摩擦车轮踏面,易造成踏面磨损,增加检修维护工作量。(4)由于踏面摩擦产生很大热量,散发于大气,易造成隧道升温、能源浪费。2.2.2 盘形制动

盘形制动又称摩擦式圆盘制动,在车轴上或在车轮辐板侧面装上制动盘,一般为铸铁圆盘,制动夹钳用合成材料制成,两个闸片紧压制动盘侧面,通过摩擦产生制动力,把列车动能转变成热能,消散于大气。盘形制动装置如图2.4所示。

盘形制动一般可分为两种类型:制动盘安装在车轴上的叫轴盘式,制动盘安装在车轮上的叫轮盘式。盘形制动装置由单元制动缸、夹钳装置闸片和制动盘组成,单元制动缸中包含闸调器,夹钳装置由吊杆、闸瓦托、杠杆和支点拉板组成。夹钳的悬挂方式为制动缸浮动三点悬挂,即两闸瓦托的吊杆为两悬挂点,另一悬挂点是支点拉板。

与闸瓦制动相比,盘形制动主要有以下优点:(1)结构比较简单,可以缩小副风缸和制动缸的容积,节省压缩空气。(2)各种拉杆杠杆可以小型化,直接安装在转向架上,能减轻车辆自重。(3)可大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗,减轻维修工作量,延长车轮使用寿命。(4)制动性能比较稳定,可减少车辆纵向冲动,几乎没有噪声。(5)可以增大制动力,缩短制动距离,并可延长闸片的使用寿命,也可按制动要求选择最佳“摩擦副”。(6)制动缸安装在转向架上,制动时动作迅速,可提高制动效率。

但是,盘形制动也有其缺点:(1)车轮踏面没有闸瓦的磨刮,轮轨黏着将恶化,所以,还要考虑加装踏面清扫器(或称清扫闸瓦),或采用以盘形制动为主、盘形制动加闸瓦制动的混合制动方式;否则,即使有防滑器,制动距离也比闸瓦制动要长。(2)制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大,运行中还要消耗牵引功率。

因此,与闸瓦制动相比,盘形制动的优势更加明显,在城市轨道交通车辆当中的应用更加广泛。

盘形制动的制动力图2.4 盘形制动装置1—制动缸;2—拉杆;3—水平杠杆;4—缓解弹簧;5—制动闸片;6—制动盘;7—中间拉杆;8—水平杠杆拉杆;9—转臂

式中,K为闸片压力;φ为闸片摩擦系数;r为闸片作用半径;R为车轮(滚动圆)半径。2.2.3 电阻制动

电阻制动是在制动时将原来驱动轮对的自励牵引电动机变为他励发电机或由交流牵引电动机变为交流发电机,由轮对带动发电,并将电流通往专门设置的阻器,使电阻器发热,将电能转换为热能,采用强迫通风使热量消散于大气,从而生制动作用。电阻制动一般能提供较稳定的制动力,但是车辆底架上需安装体较大的电阻器箱。电阻制动制动力产生原理如图2.5所示。图2.5 电阻制动制动力产生原理

这种制动方式的优点是制动效率比较高,不会发生长时间抱死车轮的现象,高速时制动力大;但低速时效率较低,一般均与空气制动同时配合使用。2.2.4 再生制动

与电阻制动相似,再生制动也是将牵引电动机变为发电机,不同的是,它是将电能反馈回电网或供给本列车的辅助供电系统,使本来由电能变成的列车动能再生为电能,而不是变成热能消耗掉。这种制动方式比较节能和环保,是目前城市轨道交通车辆制动技术的发展方向之一。

再生制动比电阻制动更加经济,但是技术上比较复杂,并且需要满足一定的再生条件才能够实现。如果列车所在的供电区段上没有其他列车处于牵引状态,而辅助供电系统的用电量不能完全消耗再生的电能,电荷就会在电容上聚集。当电荷聚集到一定程度时,制动斩波器开始工作,它将多余的电能送到制动电阻上消耗掉。2.2.5 磁轨制动

磁轨制动又称摩擦式轨道电磁制动,在转向架的两个侧架下面、在同侧的两个车轮之间,各安装一个制动用的电磁铁(又称电磁靴),制动时将它放下与钢轨相吸,通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力,并把列车的动能转变为热能,消散于大气。磁轨制动装置如图2.6、图2.7所示。图2.6 磁轨制动装置一1—电磁铁;2—升降风缸;3—钢轨;4—转向架构架;5—磨耗板图2.7 磁轨制动装置二1—电磁铁;2—升降风缸;3—钢轨;4—励磁线圈;5—磨耗板;6—工作磁通;7—漏磁通;mymyP —钢轨对电磁板的吸引力;R —电磁板对钢轨的吸引力2.2.6 轨道涡流制动

轨道涡流制动又称线性涡流制动或涡流式轨道电磁制动。它与磁轨制动很相似,也是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。

制动时,把电磁铁下到离轨面几毫米处而不与钢轨接触,利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流,产生电磁吸力作为制动力,并把列车的动能变为热能消散于大气。这种制动方式不通过轮轨黏着,没有磨耗问题。但是,它消耗电能太多,约为磁轨制动的10倍,电磁铁发热也很厉害,所以,它也只是作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。2.2.7 圆盘涡流制动

圆盘涡流制动是在牵引电动机轴上装金属盘,采用圆盘形感应盘和环状分布的电磁铁及安装机构,当列车运动时,圆盘形感应金属盘随着车轴高速旋转,当涡流制动器电源接通,励磁电磁铁产生磁通在电磁铁与感应盘的气隙中建立移动磁场,使感应盘内产生感应电动势与涡流。涡流产生的磁场使气隙中的合成磁场发生畸变,气隙中的磁力线发生倾斜,在旋转的切线方向产生制动力矩。从能量的观点来看,列车的动能通过电磁铁与感应盘之间的电磁耦合转移为感应金属盘的热能,通过辐射、对流和传导消散于大气,从而产生制动作用。

与盘形制动(摩擦式圆盘制动)相比,圆盘涡流制动的圆盘虽然没有装在轮对上,但同样要通过轮轨黏着才能产生制动力,也要受黏着限制。而且,与轨道涡流制动相似,圆盘涡流制动消耗的电能也较多。2.2.8 翼板制动

翼板制动尚处于试验当中,是一种从车体上伸出翼板来增加空气阻力的制动方式。若翼板的位置适当,动车组运行时的空气阻力可增加3~4倍。2006年日本研制出利用空气动力制动的Fastech360S型和其改进Fastech360Z型,并已通过400km时速的安全测试,装有空气动力制动装置的列车制动距离在时速360km与时速275km时大致相同。

列车制动时,翼板可增加较大的空气阻力,翼板制动理想状态下与空气制动和电气制动共同作用可使现有列车的制动距离缩短至原来的1/4~1/3,并制动成功,即使用翼板制动后,制动力可以达到现有制动方式的3~4倍。经过实验测试,当列车速度为200km/h时,采用2翼板制动可使列车减速度提高0.17m/s ,当列车速度为250km/h时,2减速度可提高0.28m/s 。

翼板制动具有以下优点:(1)以空气为原动力,用电气控制进行操控动作,节省能源。(2)制动力可以达到现有制动方式的3~4倍。(3)采用模板结构,结构简单,可靠性高,没有材料磨耗,运行维护简单。(4)在列车顶部的翼板还可以增加列车的轮轨黏着力等。2.3制动作用

对于运动着的铁路列车,我们欲使其减速或停车,就要根据需要施加于列车一定大小的与其运动方向相反的外力,以使其实现减速或停车作用,即施行制动作用;列车制动停车后,启动加速前或运行途中限速制动后加速前,均要解除制动作用,即施行缓解作用。制动作用的种类如图2.8所示。图2.8 制动作用的种类2.3.1 常用制动

常用制动是正常情况下为调节或控制列车速度,包括进站停车所施行的制动。只是满足列车正常运行中的减速和停车作用,其特点是作用比较缓和而且制动力可以调节,通常只用列车制动能力的20%~80%,多数情况下只用50%左右。2.3.2 停放制动

由于车辆断电停放时,制动缸压力会因管路漏泄在(空气压缩机停电或不工作)无压力空气补充的情况下,逐步下降为零,使车辆失去制动力。停放制动就是车辆失电停车时在车库或线路上的制动作用,起“铁鞋”作用。此时最上面的停放制动缸的活塞左侧无压缩空气,活塞右侧的停放弹簧压迫活塞向左侧移动,并带动两级放大杠杆通过间隙调整器使闸瓦压迫车轮踏面,保持车轮不滚动,只有当我们需要释放停放制动时,向停放制动缸活塞右侧充风,使之压迫活塞压缩停放弹簧,才能消除停放制动,所以在列车运行和制动过程中,停放制动缸内始终充有压力空气处于消除停放制动状态。停放制动不同于车辆运行中的制动作用,它采用弹簧力来产生制动作用。在正常情况下,弹簧力的大小不随时间而变化,由此获得的制动力能满足列车较长时间断电停放的要求。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,停放制动施加并且还需附加有手动缓解功能。

在轻轨、地铁、动车组空气制动的基础制动设计中,动车、拖车的每个转向架上都设置一个带停放制动的踏面制动单元,以保证失电停放需要。2.3.3 快速制动

快速制动是正常情况下为快速地调节或控制列车速度,而使列车尽可能快地减速所施行的制动。其特点是作用比较迅猛,制动时为全空气制动,无电气制动,也受冲击率极限的限制,主控制器手柄回“零”位可以进行回复缓解,且具有载荷修复和防滑保护功能。2.3.4 紧急制动

紧急制动是紧急情况下为使列车尽可能快地停车而施行的制动。其特点是作用比较迅猛,而且要把列车制动能力全部用上,一般情况下制动力要比常用制动力大10%左右。实施紧急制动时,电气制动力不起作用,只有空气制动,列车的高速断路器断开,受电弓降下,不受冲击率极限的限制,在1.7s内即可达到最大制动力的90%。

紧急制动模式下,车辆设有失电制动、得电缓解的紧急空气制动系统,贯穿整个列车的DC110V连续电源线,控制该制动作用的发生,线路一旦断开(如接触网停电),所有车辆立即实施紧急制动,以确保列车安全。紧急制动不经过电制动系统(ECU)的控制,直接使空气制动(PBCU)的紧急电磁阀失电而产生紧急制动力。

紧急制动实施后是不能撤除的,列车必须减速,直到完全停下来,并进行零速封锁,紧急制动同时具有防滑保护功能和载荷修正功能。

紧急制动有两种启动方式:

1.司机操纵紧急制动按钮或列车计算机启动

司机可通过操纵紧急制动按钮至紧急位施加紧急制动。此时,紧急制动阀打开,单元制动机制动缸迅速充满制动压缩空气实施紧急制动。

2.乘客启动

列车各车厢都装有紧急制动手柄,当乘客或乘务人员扳动时,紧急制动阀打开,实施紧急制动,列车停车。除非迫不得已,一般乘客不得擅动紧急制动手柄。2.3.5 保压制动

保压制动是为防止列车在停车前的惯性冲击力,使列车平稳停车而对列车施行的制动作用。一般通过ECU内部设定的执行程序来控制其制动作用。

一般保压制动分两个阶段实施:

第一阶段:当列车制动到速度小于8km/h时,牵引控制单元DCU触发保压制动信号,同时输出给电制动系统ECU,这时由DCU控制的电制动逐步退出,由ECU控制的气制动替代。

第二阶段:当列车速度小于0.5km/h接近停车时,一个小于最大制动指令70%的保压制动指令由ECU开始自动实施,即瞬时地将制动缸压力降低。

如果由于故障,ECU未接收到保压制动触发信号,ECU内程序将在8km/h的速度时自行触发。2.3.6 备用制动

当常用制动电路或各车辆中的制动控制装置发生故障,不能实施常用制动时,可以使用备用制动系统,对列车实施制动作用,列车通过备用制动指令线,利用头车制动控制器产生的交流模拟电压信号,直接控制电空转换阀,使车辆产生制动作用。2.3.7 救援制动装置

制动指令方式不同的车辆连挂时使用的装置,称为救援制动装置。它的作用主要是让在干线上不能运行的故障列车能读取救援列车的制动信号,而且救援列车也可以向不同指令方式的被救援列车发送制动指令,从而使故障列车能在故障时根据救援列车制动指令来产生制动作用。2.3.8 止轮器

止轮器的作用是在编组列车停放时,将其放在头车的轮轨之间,以防止车轮转动。思考题

1.城轨车辆制动的基本思想是什么?

2.城轨车辆的制动方式有哪些?请列举几个。

3.制动的作用方式有哪些?分别在什么情况下使用?

4.制动方式可以分为几类?

5.城轨车辆对制动系统有哪些要求?

6.闸瓦制动的基本原理是什么?

7.盘形制动相对于闸瓦制动有什么优点?

8.再生制动的基本原理是什么?

9.翼板制动通过什么获得制动力?

10.再生制动和电阻制动的区别是什么?

11.止轮器的作用是什么?

12.写出停放制动的工作原理。第3章制动的基础理论3.1制动的基本概念

所谓制动,就是人为地施加于运动物体,使其减速或防止其加速或停止运动;或施加于静止物体保持其静止状态。制动效能的大小和制动施加的时机由人为掌控,而这种作用过程被称为制动作用。同时,轨道列车的制动也可理解为实现将列车运行过程中巨大的动能转化为其他形式的能量,从而使列车减速或停车的作用过程。对已经施行制动的物体,解除或减弱其制动作用的过程称为制动缓解。

在制动时由制动装置产生的、大小可人为控制的、能产生制动作用或实现制动作用的外力称为制动力。对城市轨道交通车辆而言,制动力是制动时由制动装置产生作用后而引起的钢轨施加于车轮的与列车运行方向相反的力。3.1.1 制动装置

为使列车能施行制动和缓解而安装于列车上的一整套设备,称为

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