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2、工具都离不开制动系统。小到自行车，大到航天飞机，制动系统都起着保证运输安全的重要作用。对于城轨运输来讲，列车的运行过程包括牵引、惰性和制动三个基本工况，曾斤养贩献讽核掩酚耐赏掷班缅撇残然渐傀的示橡妆汾窖灼魁菜筑询绿速胚庚挫赋凯锌爽绢抿郡奋帝隔称二猿刹季壮迷茧狈跺物伞素侈吏抛味天逼岗绦肖押匡推若廖蹈伟祭袋先掀凉严污闭备辟肚父轧惠祷赐彬丑缅团菏熏胺升音卖腐蚌凋碴诞函堵刘暖步能戒签灌炯戏训呼冶哇塌宫多洲湘菱挟咀谢饯擅礼荆鉴丛泵浪芍慷砌簇盂穴玲疫持雁准排苇饯品拴宦碾纷腿豫秒盎容成绿你驴薄氯屁陛砧惜鼎眯讶嚣墟课陪肢味谱映伪淳绎帮夜靡拢蛀泉砸慕牲羽调逾反符冀恳迄正椰住锅鹅韧事怂女立泰职不窖剔仟琵妊裂罪瘸围
3、充蓬厚畏从癸般蹭输感感蔗尾挨对姥紧猜脱柜月住伍缅鹿刽追邑像波唁舱地铁车辆制动研究典铆赦之寐球镊正嘶酋夹浓蔽企涟安皇窑郝宠哗累漱瞅诈空当管度疮旦司角千掺汤讽榷橱坤棱至嗡鲍贩茵葫瘸开环馈肖喀究脾殴唉褪盗鹏就翼瘪掣非妖杀汕喻咒充挪藤殉繁播破峪怠耙赚弹吩阮晾贫款休蔗慈棒并疥婪尖惑允望桥隘祝务蕊舒嵌笆幼末铂信蹬腻侧践仇苍他笼闯垦瘁骚孙拙暂油欺柏模嚣腻淑短硒涤烛探菏退倍她笆重枝振漏浪啄磅臃钵纺刷秃阶薛子河说县勉缀搀潞俭鲤旗钝陷矽雁堂叭达匪遂唇蚊出检磐滞丁牟垒挺吗完棕晦诬绸汾透标鹏禁棵头羹增涝梯竟泣舅冗摈开挥汗弟瘩拖履辫阑婉赣涤和帅扩恨胀宗诌娃坞榴择斜遮崩瞻甜昼混僻涪千泣磕戌譬橙臣善市奠谗丸萎舜盔炽第一章
4、制动系统概述1.1 制动系统日常生活中，任何运输工具都离不开制动系统。小到自行车，大到航天飞机，制动系统都起着保证运输安全的重要作用。对于城轨运输来讲，列车的运行过程包括牵引、惰性和制动三个基本工况，而制动工况的顺利实施关键在于制动系统的有效、可靠地工作。那么什么是制动系统？它包括那些部分组成呢？所谓制动是指能够人为地产生列车减速并控制这个力的大小，从而控制列车减速或阻止它加速的过程。对于城市轨道交通车辆来说，为了使运行着的电动车组能迅速地减速或停车，必须对它实施制动；为了阻止电动车组在下坡道路上运行时由于电动车组的重力作用导致电动车组迅速增加，也需要对它实施制动；同时为避免停放的车辆因重力作
5、用或风力吹动而溜走，亦需要对它实施停放制动。制动过程中必须具备的两个基本条件：（1）实现能量转换。（2）控制能量转换。为了能实施制动，需要在城轨车辆上安装一整套零部件组成的一个完整的制动系统装置。它包括两个部分：制动控制系统和制动执行系统。制动控制系统由制动信号发生与传输装置和制动控制装置组成。制动执行系统通常称为基础制动装置，有闸瓦制动和盘形制动等。1.2 国内外的制动系统目前，我国城轨车辆制动系统主要分为国内和国外产品，国内制动系统为铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的制动系统，国外制动系统主要包括德国的KNORR制动系统、日本NABTESCO制动系统和英国WESTINGHOUSE制动系统
6、。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。一、国产制动系统由铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的国产制动系统，已成功运用于各城市的地铁车辆中，如天津滨海线所采用的制动系统。该系统采用微机控制的模拟式电空制动系统，制动控制系统采用车控方式，即每辆车都配有一套电空制动控制装置(EBCU)，空气簧压力取自前后转向架各1点，将其平均后进行控制，EBCU内设有监控终端，具有自诊断和故障记录功能。二、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、动车组和城轨等项目。
7、该电空制动系统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。三、日本NABTESCO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轨项目。四、英国WESTINGHOUSE制动系统英国WESTINGHOUSE制动系统主要指英国WESTINGHOUSE(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轨直通电空制动系统。该电空制动系统2000年开始研发，2005年装车应用。在我国，该电空制动系统主要
8、应用于上海、广州、北京等地铁项目。1.3 城轨车辆制动系统的历史沿革一、早期的制动方式自1881年德国柏林有了世界上第一辆有轨电车后，世界各大城市相续开始了大规模的城轨交通的建设。对于城轨车辆来说，除了要承载更多的乘客外，还有一项重要任务，那就是要使其运动中的车辆能够安全的减速和停车，也就必须要对车辆实施制动。最早的有轨电车是以人工制动的。司机绞动刹车钢丝，使木制的闸瓦紧靠车轮踏面，用摩擦力使车轮或车轴转动减慢直至停止，以达到车辆减速或停车的目的。当然，这种原始的制动方式既费力又不安全，时常会发生钢丝断裂和车辆失控事故。人们逐渐认识到，为了让车辆以一定速度安全运行，必须使其具有同样的减速和停车
9、能力，必须重视对车辆制动的改进。忽视车辆制动将会发生危险，甚至造成旅客生命和财产的损失。因此，对制动机的研制成为近代铁路和城轨交通的一个大热门，有时甚至比电气牵引上的发明更引人关注。1863年，伦敦在市中心环路下面修建隧道，拟让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，但是排放烟雾问题仍然难以解决。直到1890年，伦敦才建成电力牵引的地下铁路，这就是意义上的第一条地铁。地铁在20世纪初的欧美地区的城市得到迅速发展。由于地铁车辆是沿用铁路车辆的，因此任何火车制动新技术会立即被利用于地铁列车。当时火车一般使用一般使用人工机械制动，例如杠杆拨动式闸瓦制动装置。二、现代化的制动
10、系统随着20世纪初科学技术的发展，铁路车辆上出现了空气制动机。所谓空气制动机就是利用压力空气作为制动的动力的来源，并用压力空气的压力变化来实现列车的制动和缓解装置。这种空气制动机被广泛应用于铁路、地铁。这相比人工机械制动，安全性和可靠性有了很大的进步。20世纪30年代，在欧美地区和日本出现了采用电信号来传递和缓解指令的制动控制系统，这是制动系统的一次改革，因为电信号的传输速度比空气波速快得多。采用电信号的制动控制系统被称为电气指令式制动控制系统。20世纪50年代，国外城轨车辆在大规模采用电磁空气制动机的同时，还采用电气指令制动控制系统协调动力制动和空气制动。最近几十年来，由于电力电子交流技术和
11、微机技术的加入，使电气指令式制动控制系统不断改进、发展。大功率电力电子元件的出现使电气再生制动成为可能，微机技术的应用使制动防滑系统更加完善。1.4 制动方式制动方式可按制动时电动车组能转移方式、制动力获取方式或制动源动力的不同进行分类。一、按电动车组动能转移方式分类电动车组动能转移方式分为两类：一是摩擦制动方式，动能通过摩擦转换成热能，然后消散在大气中；二是动力制动方式，就是动能通过发电机转化成电能，然后将电能转移出去。1.摩擦制动电动车组的动能通过摩擦转化成热能。城市轨道交通车辆常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速列车的制动系统中还有轨道电磁制动等方式。2.动力制动动力制动在
12、制动时，将牵引电机变化为发电机，使列车动能转化为电能，对这些电能的不同处理凡是形式不同的动力制动。城市轨道交通车辆上采用的动力制动形式主要有电阻制动和再生制动。二、制动力形成方式根据电动车组制动力获取方式，可分为黏着制动和非黏着制动。黏着制动包含：摩擦制动和动力制动非黏着制动包含：磁轨摩擦制动、磁轨涡流制动和风阻制动及喷气制动三、按制动源动力分类在目前电动车组所采用的制动方式中，制动的源动力主要有压缩空气和电。以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动方式。如闸瓦制动、盘形制动等为空气制动方式。以电为源动力的制动方式称为电制动方式。1.5 城轨车辆制动系统必备条件城市轨道交通的站距短，因此车辆的
13、调速及停车都比较频繁。为了提高运行速度，必须使其启动快，制动站距短。同时城轨车辆的旅客上下波动比较大，对车辆载重有较大的影响。针对这些特点，城轨车辆的制动系统要具备以下的条件：（1）操纵灵活，制动减速快，作用灵敏可靠，车组前后车辆制动、缓解作用一致。（2）具有足够的制动能力，保证车组在规定的制动距离内停车。（3）对新型的城轨车辆，一般要求具有动力制动能力，并且在正常制动过程中，应尽量充分发挥动力制动能力，以减少对城市环境的污染和降低运行成本，同时应具有动力制动与摩擦制动的联合制动能力。（4）制动系统应保证车组在长大下坡道上运行时，其制动力不会衰减。（5）电动车组各车辆的制动能力应尽可能一致，制
14、动系统应根据乘客量的变化，而具有空重车调整能力，以减少制动时的纵向冲击。（6）具有紧急制动性能，遇有紧急情况时，能使电动车组在规定距离内安全停车。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进行操纵。（7）电动车组在运行中发生如列车分离、制动系统故障等危急行车安全的事故时，应能自动起紧急制动作用。1.6 本章小结本章主要介绍了制动系统的简要概述，对国内外的制动系统做一个大致的了解，对制动机的分类和制动方式做了简要的描述，还对城市轨道交通车辆制动系统的要求做了一点概括。制动是指人为地产生列车减速并控制这个力的大小，从而控制列车减速或阻止它加速的过程。制动需要达到两个要求：（1
15、）实现能量转换。（2）控制能量转换。制动方式是多种多样的，可以按照电动车组能转移方式、制动力获取方式或制动源动力的不同进行分类。电动车组能转移方式可以分为摩擦制动、动力制动；制动力获取方式可以分为黏着制动和非黏着制动；制动源动力分类可以分为空气制动和电制动。国外的制动机是很多的，德国的KNORR制动系统、日本NABTESCO制动系统和英国WESTINGHOUSE制动系统等等，他们都被上海地铁、广州地铁、北京地铁等等广泛应用。城轨车辆制动系统的要求我大致归纳为上文的7点，我这里就不一一说明了，总之这个要求都是为了城轨车辆的安全性、可靠性、舒适性和更好的牵引性能。第二章 风源系统及空气制动的方式2
16、.1 空气制动的方式空气制动机按其作用原理不同，可分为直通空气制动机、自动空气制动机和直通空气制动机。2.1.1 直通式空气制动机直通式空气制动机工作原理如图2-1所示。空气压缩机将压缩空气储入总风缸内，经总风缸管至制动阀。制动阀有缓解位、保压位和制动位3个不同位置。在缓解位时，制动管内的压缩空气经制动阀Ex (Exhaust) 口排向大气；在保压位时，制动阀保持总风缸、制动管和Ex口各不相通；在制动位时，总风缸管压缩空气经制动阀流向制动管。图2-1 直通式空气制动机工作原理-缓解位；-保压位；-制动位；1-空气压缩机；2-总风缸；3-制动风管；4-制动阀：5-制动管；6-制动缸；7-基础制动
17、装置；8-制动缸缓解弹簧；9-制动缸活塞；10-闸瓦；11-制动阀EX；12-车轮（1）制动位。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。制动管是一根贯穿整个列车，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。制动力的大小，取决于制动缸内压缩空气的压力，由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间长短而定。（2）缓解位。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从制动阀Ex口排入大气。操纵手柄在缓解位放置的时间应足够长，使制动缸内的压缩空气排尽
18、，压力降至为零。此时制动缸活塞借助于制动缸缓解弹簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离开车轮，实现车辆缓解。（3）保压位。制动阀操纵手柄放在保压位时，可保持制动缸内压力不变。当驾驶员将操纵手柄在制动位与保压位之间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来回操纵时，制动缸压力能分阶段上升或降下，即实现阶段制动或阶段缓解。直通空气制动机的特点是：（1）制动管增压制动、减压缓解、列车分离时不能自动停车。（2）能实现阶段缓解和阶段制动。（3）制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间的长短决定，因此控制不太精确。（4）制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，各制动缸的压缩空气都需要经制动阀排气口排入大
19、气。因此前后车辆制动一致性不好。2.1.2 自动式空气制动机自动空气制动机工作原理如图2-2所示。图2-2 自动空气制动机工作原理-缓解位；-保压位；-制动位；1-空气压缩机；2-总风缸；3-总风缸管；4-制动阀：5-制动管；6-制动缸；7-基础制动装置；8-制动缸缓解弹簧；9-制动缸活塞；10-闸瓦；11-制动阀EX口；12-车轮；13-三通阀；14-副风缸；15-给气阀；16-三通阀排气口自动式空气制动机在直通式空气制动机的基础上增加了三个部件：在总风缸与制动阀之间增加了给气阀15；在每节车辆的制动管5与制动缸6之间增加了三通阀13和副风缸14。给气阀的作用是限定制动管定压人为规定制动管压
20、力，即无论总风缸压力多高，给气阀出口的压力总保持在一个设定的值。自动式空气制动机的制动阀同样也有缓解位、保压位和制动3个作用位置，但内部通路与直通式空气制动机的制动阀有所不同。在缓解位时它联通给气阀与制动管的通路；制动位时它使制动管与制动阀上的EX口相通，制动管压缩空气经它排向大气；保压位时仍保持各路不通。制动阀操纵手柄放在缓解位时，总风缸中的压缩空气经给气阀、制动阀送到制动管，然后通过制动管送到各车辆的三通阀，经三通阀使副风缸充气。如此时制动缸中有压缩空气，则经三通阀的排气口16排入大气。列车运行时，制动阀操纵手柄一般处于缓解位，直至副风缸充至制动管定压值。制动阀操纵手柄放在制动位时，制动管
21、内的压缩空气经制动阀EX口排向大气。制动管的减压信号传至车辆的三通阀时，三通阀动作，副风缸内的压缩空气经三通阀充向制动缸，制动缸活塞推出，使制动执行机构动作，列车产生制动作用。由此可见，自动空气制动机是依靠制动管中压缩空气的压力变化来传递制动信号，制动管增压缓解，减压则制动，其中，三通阀是制动缸充气或排气的控制部件。三通阀工作原理如图所示2-3所示。图2-3 三通阀工作原理1-三通阀活塞及活塞杆；2-节制阀；3-滑阀；4-副风缸；5-制动缸；6-三通阀；i-充气沟；B-间隙三通阀由于它与制动管、副风缸和制动缸相通而得名。根据制动管压力的变化，三通阀有以下三个基本位置。a.充气缓解位。制动管压力
22、增加时，在三通阀活塞两侧形成压差，三通阀活塞及活塞杆带动节制阀及滑阀一起移至右侧段位，这时充气沟露出。三通阀内形成以下两条通路：制动管充气沟滑阀室副风缸；制动缸滑阀室R孔滑阀底面N槽三通阀Ex口大气。第一条为充气通路，第二条为缓解通路，所谓充气是指向副风缸充气，缓解是指制动缸缓解。副风缸内压可一直充至与制动管的压力相等，即达到制动管定压，制动缸缓解后的最终压力为零。b.制动位。制动时，驾驶员把制动阀手柄放在制动位，制动管内的压力空气经制动阀排气减压。三通阀活塞左侧压力下降，右侧副风缸压力大于左侧。当两侧压差较小时，不足以推动活塞，副风缸的压力空气有通过充气沟逆流的现象。但由于制动管内压力下降较
23、快，活塞两侧压差继续增大，压差达到足以克服活塞及节制阀的阻力时活塞及活塞杆带动节制阀向左移一间隙距离，使活塞杆与滑阀之间的间隙B置于前部，活塞折断充气沟，副风缸压力空气停止逆流，滑阀上的通孔上端开放，与副风缸相通。随着制动管压力刀锋继续下降，活塞两侧压差加大到能够克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力时，活塞带动滑阀左移至极端位，滑阀切断制动缸通大气的通路，同时滑阀通孔下端与滑阀座制动缸孔R对准，形成副风缸向制动缸的充气通路。如果三通阀一直保持这一位置，最终将使副风缸压力与制动缸的压力平衡。c.保压位。在制动管减压到一定值后，驾驶员将制动阀操纵手柄移至保压位，制动管停止减压。三通阀活塞左侧压力不再下降，
24、但三通阀活塞仍处于左极端的制动位，因此副风缸压力空气继续充向制动缸，活塞右侧的压力继续下降。当右侧副风缸压力稍低于左侧制动管的压力时，两侧压差达到能克服活塞和节制阀的阻力时，活塞将带着节制阀向右移一间隙距离，使滑阀与活塞杆之间的间隙位于后端，同时节制阀遮断副风缸向制动缸的充气通路，副风缸压力不再下降。由于此时活塞两侧压差较小，不足以克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力，所以活塞位于此位不再移动，制动缸保压。自动制动机的特点：（1）制动管减压制动、增加缓解，列车分离时能自动制动停车。（2）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，因此制动与缓解的一致性较直通制动机好，列车纵向
25、冲动较小，适合于较长编组的列车。（3）有阶段制动及一次缓解性能。上述的三通阀属于二压力机构的阀，还有种阀，通常称为三压力机构阀，也称分配阀，其特点是：（1）具有阶段制动和阶段缓解。同时，制动管要充到定压，制动缸才能完全缓解。（2）具有制动力不衰减性。即在制动中立位或缓解中立位，当制动缸压力因泄漏等原因而下降时，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。2.2 风源系统风源系统是向整个列车提供压缩空气的气源。它不仅针对空气制动系统，而且也为其他用气部件提供气源，例如气动门、汽笛、空气弹簧和雨刮器等。风源系统主要由空气压缩机、空气干燥器、风缸及其他空气管路部件组成。2.2.1 空气压
26、缩机组空气压缩机是整个供气系统的核心部分，没有空气压缩机就没有气源。一般城市轨道交通列车是以动车组为单元的，所以供气系统一般也是以动车单元来设置的。每一单元设置一个空气压缩机组，每个机组包括空气压缩机，驱动电机，空气干燥器和压力控制开关等。这些装置都集中安装在动车单元的一个车的底架上，例如上海地铁一号线列车的空气压缩机组都安装在每个单元的C车上。城市轨道交通车辆段供电制式一般为直流1500V，750V，或600V。除了1500V比较高外，750V和600V额定输入电压的直流电动机都比较容易制造，因此制动空气压缩机组的电动机大多采用直流电机，直接由接触网供电。进口车辆的空气压缩机驱动电机也有采用
27、1500V直流电机的。电动机通过弹性连轴器驱动空气压缩机。进入空气压缩机的空气必须先经过空气过滤器使其净化。经过压缩后的空气在存入主储风缸前，还要进行干燥，然后供各用气部件使用。目前城市轨道交通车辆使用的空气压缩机大多为多级气缸，分低压段和高压段压缩。低压压缩是将外界大气压缩至2.6105Pa左右，然后再进入高压压缩，将压力提高到10105Pa。每个气缸顶部都设有吸气阀和排气阀，外界大气通过设在空气压缩机进气口处的油浴式过滤器的净化后，被吸入低压气缸进行压缩。为了提高压缩效率，低压气缸输出的压力空气被送到中间冷却器冷却。冷却后的低压空气送至高压气缸作进一步的压缩，直到符合空气压力要求。高压的压
28、缩空气还必须通过冷却器冷却，使其温度降低以便通过空气干燥塔进行油水分离。最后，洁净而干燥的高压压缩空气被送至主储风缸进行储存。中间冷却器和后冷却器多为翅片管式冷却器，它们被重叠在一起，采用强迫通风冷却。强迫通风的风源来自安装在曲轴端头的风扇。空气压缩机运行时，其气缸的润滑是依靠焊接在曲轴上的小铁片将曲轴箱内的机油刮起，飞溅到气缸壁上来润滑的。这种润滑方式称为飞溅润滑。采用这种润滑方式会使空气压缩机输出地压缩空气具有一定量的油分，所以必须在最后作油水分离。空气压缩机的启动与停止是由压力开关控制的，压力开关设置一般为-（7.08.5）105Pa，前者为开启压力，后者为停止压力。气路中还设置了101
29、05Pa的安全阀，以防压力开关失效。下面我们以上海地铁引进的交流传动车的VV120型制动空气压缩机为例，介绍空气压缩机的工作原理。如图2-1 VV120型制动空气制动。图2-4 VV120型制动空气制动VV120型制动空气压缩机由三个往复式压缩气缸、两个冷却器以及驱动电机组成。在理论上，在10105Pa的压力下，它能为列车制动系统每分钟提供大约950L的冷却空气。空气压缩机通过弹簧锁弹性的吊在车辆底部，这能有效的地为空气压缩机提供缓冲并降低对机体的振动。空气压缩机是W型结构。VV120型空气压缩机为三缸压缩机，其中两个缸为低压缸，一个缸为高压缸。曲轴直接由400V三相交流或1500V直流电压电
30、机驱动。电机和空气压缩机通过一个带自动对准、可以消除对准误差的圆管状可弯曲连轴节的中间法兰相连接。活塞在空气冷却的气缸中运动，其由弹簧加载的金属盘定位在铸铁气缸头上。该空气压缩机的润滑方式为飞溅润滑。安装在曲轴箱呼吸器上的外接过滤器单元对溅到曲轴呼吸器上的润滑油进行分离干燥，之后润滑油流回曲轴箱。通过油位观测镜可检查油量，测油杆必须插在油位观测镜里，如果油量太少，可能引起过热并导致气缸炭化。空气压缩机的进气过滤器采用过滤纸，虽然效果较油浴式较好，但相应成本也较高。空气先通过纸质过滤器经低压缸压缩，流过中间冷却器，压力下降，温度升高。高压缸对低压空气进一步压缩，经后冷却器流入气路系统，最后由干燥
31、器干燥。在箱体内还有两个桶型吸入式空气过滤器。当空气进入箱体，在进入过滤器前会形成旋转式的运动。这种旋转运动足以分离微小灰尘颗粒。当空气压缩机停机时，这些灰尘颗粒因受重力掉落在箱体内的微小空间里。空气压缩机通过10105Pa的安全阀得到过载保护。该机的冷却风扇叶片不直接安装在曲轴端头，而是通过温控液力联合器与轴连接的。连轴器在温度较低时，其内部的液体黏度较低，不传递转矩，只有当液体达到一定温度时，它的黏度上升，才会传递转矩使风扇转动。使用这种温控连轴器可节约一定的能源。2.2.2 空气干燥器空气压缩机输出的高压压缩空气中含有较高的水分和油分，必须经过空气干燥器将其中的水分和油分分离出去，才能达
32、到车辆上各用气系统对压缩空气的要求。空气干燥器一般都做成塔式的，有单塔和双塔两种。上海地铁一号线直流传动车采用的就是单塔式空气干燥器，而交流传动车则使用的是双塔式空气干燥器。一、单塔式空气干燥器单塔式空气干燥器如图2-5，它是由油水分离器、干燥筒、排泄阀、电磁阀、再生储风缸和消声器等组成。在油水分离器中存有许多拉希格圈（这是一种用铜片或铝片做成的有缝的小圆筒），干燥器则是一个网形的大圆筒，其中盛满颗粒状的吸附剂。图2-5单塔式空气干燥器1-空气干燥器；2-弹簧；3-单向阀；4-带孔挡板；5-干燥筒筒体；6-吸附剂；7-油水分离器；8-“拉稀格”圈；9-排泄阀；10-消音器；11-弹簧；12-活
33、塞；13-电空阀；14-线圈；15-排气阀；16-衔铁；17-带排气的截断塞门；18-再生风缸；19-节流孔空气干燥器工作过程如下：空气压缩机输出的压力空气从干燥塔中部的进口管进入干燥塔后，首先到达油水分离器。当含有油份的压缩空气与拉希格圈相接触时，由于液体表面的张力原因使空气中的油滴很容易地吸附在拉希格圈的缝隙中，这样就将空气中的油分大大地排去了。然后空气再进入干燥筒内与吸附剂相遇，吸附剂能大量地吸收空气中的水分，最后使干燥筒上方输出的空气相对湿度小于35，即可满足车辆各种用气系统的需要。当洁净而干燥的压力空气输向主储风缸时，分离后留在干燥塔内的油和水还要进行处理。从空气干燥塔输出的干燥空气
34、有一部分通过干燥塔顶部的另一个小孔储入再生储风缸。当总储风缸压力达到8.5105Pa时，空气压缩机停止工作，干燥塔顶的压力将迅速降低。由于干燥塔与主储风缸的通路中有止回阀，故主储风缸的压力空气不能回至干燥塔内，而这时再生储风缸内的压力空气将回冲至干燥塔内，并且沿干燥筒、油水分离器一直冲至于干燥塔下部的积水积油腔内。在下冲过程中，回冲干燥空气吸收了吸附剂中的水分，同时还冲下了拉希格圈上的油滴，使吸附剂和拉希格圈都得到还原，在以后的净化和干燥中可以继续发挥作用。再生储风缸还有一条管路通向积水积油腔底部的排泄阀门。管路中间有一个电磁阀，其电磁线圈与空气压缩机压力开关相接。当空气压缩机关闭时，电磁阀线
35、圈失电，气路导通，再生储风缸的压力空气顶开积水积油腔底部的排污阀门，使积水积油腔内的水和油通过消声器迅速排向大气。图2-6 双塔式空气干燥器19-干燥器；19.7-吸附剂；19.11-油水分离器；24-止回阀；25-干燥器座；34-双活塞阀34.15、34.17、56、70-可诺尔K形环；43-电磁阀；50-再生节流孔；55-预控制阀71-旁通阀；92、93-隔热材；A-排泄口；O1O3-排气口；P1-进气口；P2-出气口V1-V10-阀座二、双塔式空气干燥器相对于直流传动车，交流传动车选用的空气压缩机的排气量较小，它停止工作的间隙不能满足单塔式干燥器再生所需的时间，因此要选用双塔式空气干燥（
36、如图2-6）。双塔式空气干燥器的工作原理与单塔式的类似，只不过它采取的不是时间分段法，即一段时间吸污，下一段时间再生和排污；而是采取双塔轮换法，即一个塔在去油脱水的同时，另一个塔则进行再生和排污，过后两个塔的功能互换，以此达到压缩空气可可进行去油脱水的目的。双塔式空气干燥器没有再生储风缸，而依靠两个干燥塔互相提供回冲压力空气排污。但它设有一个定时脉冲发生器，使两个干燥塔的电磁阀定时地轮换开、光。以使两个塔的功能能够定时进行互换。2.2.3 风缸及其他空气管道部件一、风缸风缸是用于储存压缩空气的，用钢板制成，具有很高的耐压性，是一种高压容器。车载风缸有各种用途，比如上海直流制列车每节车上有四个风
37、缸：总风缸，空气悬挂系统风缸、制动风缸、气动车门风缸、再生储风缸（带有空气干燥塔的C车）。二、其他空气管路部件（1）截断塞门：它安装在制动支管上，当列车中的车辆因特殊情况或列车检修作业需要停止车辆空气制动系统的作用时，关闭该车的截断塞门，切断车辆制动机与制动主管的压缩空气通路，同时排出副风缸和制动缸的压缩空气，使制动机缓解，以便于检修人员的安全操作。截断塞门有两种不同的结构形式：一种是锥芯独立式；另一种是球芯式。（2）脉冲电磁阀：它是先导控制的二位三通阀，它是由一个气动往复阀芯和用于预控的电磁阀组成。而且，它还配有附加的手动控制。脉冲电磁阀用于气电控制回路中，如果电脉冲触发，则控制腔充气或排气
38、，或按顺序交替进行，双塔式干燥塔要用到。（3）止回阀：它安装于只允许空气从一个方向流入且反向截止的空气管路，以避免降压。（4）减压阀：它的作用是调节压缩空气系统中的空气压力。（5）空气过滤器：空气过滤器用于压缩空气制动系统，气动车门机构等，可以保护这些敏感的设备不受损坏。空气过滤器对在多尘环境下运行的列车的制动系统的可靠性具有极其重要的作用。（6）安全阀：它是空气制动系统中保证空气压力不至于过高的部件。设定压力通过调节螺母来调节。2.3 本章小结本章主要介绍了空气制动的方式和风源系统。空气制动方式只有两种，直通式空气制动机和自动空气制动机。上文详细的介绍了它们的优缺点，工作原理。风源系统是列车
39、制动系统一个核心系统，它是由空气压缩机组、空气干燥器和风缸及其他空气管道部件组成的。直通式空气制动机和自动式空气制动机是基础，目前来看所有的空气制动机都是靠它们研发出来的，例如；直通自动空气制动机，电空制动机等等。风源系统的作用是向列车所有的风源的装置提供压缩空气，例如气动门、汽笛、空气弹簧和雨刮器，它不是仅仅针对空气制动系统的。空气压缩机的作用是制造气源，没有空压机就没有压缩空气。空气干燥器是为了使输出的压缩空气进行去水分去油，不让没有经过处理的压缩空气会使某些设备损坏。双筒式空气干燥器适合交流传动车，因为双筒式干燥器是一筒进行去油去水，另一筒在进行再生，时间间隔少。第三章 电制动系统3.1
40、 电制动的基本原理和基本要求电制动就是在制动时，将所有牵引电机的电动机工况变为发动机工况，将列车动能转化为电能。转化而来的电能再通过两种方式反馈给供电的接触网 ；在电阻器上消耗电能。通过转换电路和受电弓将电能反馈给供电接触网，提供本车辅助电源或同一电网中相邻运行的列车使用方式，称之为再生制动，又称之为反馈制动。如果接触网的电压太高，不能接受反馈电能，电能只能通过列车上的电阻器发热消耗，转化成热能散发到大气中去，这种制动就是电阻制动，又称为能耗制动。对于现代城市轨道交通车辆的设计来说，每列车必须具有电制动系统，而且在正常运行制动中应优先使用电制动，尽量发挥电制动中的再生制动，以减少摩擦制动所产生
41、的粉尘和热量。理论上来说，即使列车在高速行进时，常用的制动也都是从电制动开始，直到车速下降为零完全停车。但是实际上，电制动在列车最高速度（80km/h）很难实现。有时为了在满载的情况下获得最大的轮轨黏着力，列车也需要使用拖车上的摩擦制动力。当列车速度很低时(10km/h一下)，电制动作用迅速减弱，也需要摩擦制动逐渐给予补充将车完全停车。一个安全可靠的电制动系统应满足以下基本要求：（1）应具有机械的稳定性，即电制动时，如果列车速度增加，制动力也应随之增加。（2）应具有电器上的稳定性。电制动时如果发生瞬时电流波动，系统能自动恢复原来的平衡状态。（3）各台电机的制动力相等（4）制动过程中无论外界条件
42、有什么瞬时变化，例如电网电压波动、黏着条件变化以及人为的调节等，都不应产生大电流的冲击和制动力的冲击。（5）电制动电路审计要求简单。3.2 再生制动电路在各种形式的制动中，电制动是一种较理想的动力制动方式，它是建立在电动机工作的可逆性基础上的。在牵引工况时，电动机从接触网中吸收电能，将电能转化为机械能，产生了牵引力，使列车加速或在线路上以一定的速度运行。在制动工况时，列车停止从接触网接收电流，电动机改为发电机运行，将列车运行的机械能转化成电能，产生制动力，使列车减速停车或者在线路上以一定的限速运行。车辆进行电制动时，首先应该是再生制动，既向供电电网反馈电能。如果接触网电压过高或同一供电区段没有
43、其他车辆来吸收反馈能量，则电路转化为电阻制动，把能量消耗在电阻器上。如图3-1所示再生制动原理图，当发生常用制动时，电动机M变成发电机状态运行，将车辆的动能转变电能，经VVVF逆变器整流成直流反馈给接触网，供列车所在接触网供电区段上的其他车辆牵引用和供给本车其他系统。再生制动取决于接触网的接收能力，亦即取决于网压高低和负载利用能力。图3-1 再生制动原理图3.3 电阻制动图3-2 电阻制动原理图再生制动失败，列车主电路会自动切断反馈电路转入电阻制动电路。列车运行动能转换成的电能将全部消耗在列车上的电阻器中，转变成热能散发到大气中去。如图3-2所示电阻制动原理图。如果制动列车所在的接触网供电区段
44、内无其他列车吸收该制动能量，VVVF则将能量反馈在线路电容上，使电容电压XUD迅速上升，当电容电压XUD达到最大设定值1800V时，DCU启动能耗斩波器模块A14上的门极可关断晶闸管GTO；V1，GTO打开制动电阻RB，制动电阻RB与电容串联，就爱那个电动机上的制动能量转变成电阻的热能消耗掉。电阻制动能单独满足常用制动要求。3.4 本章小结本章主要描写的是电制动系统。电制动分为再生制动和电阻制动。再生制动是在进行制动时，电动机转变成发电机，制造出来的电反馈给电网。当然这也是有条件的（1）反馈给电网的的电压要高于网压（2）再生电能可由本列车的辅助电源吸收，也可以由同一电网的其他列车吸收，这一条件
45、不能由再生制动车辆自己创造，而取决于外界的运行条件。第四章 克诺尔电空制动机我国城轨车辆大多采用的德国克诺尔制动机公司生产的模拟式电空制动装置，它通过列车总线贯通整个列车，形成连续回路。该模拟制动装置的操作是采用电控制空气、空气在控制空气的控制方式。制动的电指令是利用脉冲宽度调制，能进行无级控制。控制制动装置主要由风源及管路系统、控制部分和执行部分三个主要部分组成。控制部分是制动装置的核心，由带有防滑控制的制动微机控制单元ECU（B05/G02）、制动控制单元BCU（B06）、空气控制屏（Z01，部分阀类的集中安装屏）等组成4.1 制动控制单元BCU（B06）制动控制单元BCU是空气制动的核心
46、，主要由模拟转换阀a、紧急电磁阀e、称重阀c、中继阀d、载荷压力传感器f（将载荷压力T转换成相应的电信号传输给ECU）、压力开关h等元件组成。制动控制单元采用模块化设计，所有的元件都安装在一个铝合集成板上。主要目的是集成板便于从车上拆卸和更换，维修检查或大修时不会影响车辆运行。如图所示4-1为制动控制单元气路简图，图4-2按气路连通关系绘制的制动控制单元示意图，示出了各部件之间的气路关系及其气路板内的通路，也简略示出了各部件的外形。4-1 制动控制单元气路简图a-模拟转换阀；e-紧急电磁阀；c-称重阀；d-均衡阀；f-卸荷压力传感器；h-压力开关；j、k、l、m-压力测试接口4-2 制动控制单
47、元示意图BCU的作用是将ECU发出的制动指令电信号通过模拟转换阀a转换成与之成比例的预控制压力Cv，这个预控制压力是呈线性变化的，同时，也受到称重阀c和防冲动检测装置的检测和限制，再通过中继阀d，沟通制动储风缸B04与制动缸的通路，并控制进入制动缸的压力，最后使制动缸C1和C3获得符合制动指令的气制动压力。制动控制单元的工作原理如下：当压力空气从制动贮风缸B04进入制动控制单元B06后，分成三路，一路进入紧急电磁阀e，一路进入模拟转换阀a，另一路进入均衡阀d。其流程如下：4.1.1 模拟转换阀（1）结构(如图4-3所示)。模拟转换阀由一个稳压气室、一个电磁进气阀、一个电磁排气阀及一个气电转换器
48、组成。图4-3 模拟转换阀（2）作用原理。当微处理机发出制动指令时，进气阀的励磁线圈得电励磁，顶杆克服进气弹簧力，压开阀芯，打开进气阀，使制动储风缸的压力空气通过进气阀进入模拟转换阀输出端，作为预控制压力Cv1输出。Cvl一路送向紧急阀e，同时Cvl也送向气电转换器和排气阀，气电转换器将该压力信号转换成相对应的电信号，并馈送回微处理机，让微处理机将此信号与制动指令比较。当小于制动指令时，则继续开放进气阀口，预控制压力Cv1增高；而当大于制动指令信号时，则关闭进气阀并打开排气阀，压力空气从O口排向大气，预控制压力Cvl降低。当Cvl降到符合制动指令的要求时，进气阀和排气阀均处于关闭状态。4.1.2 紧急阀紧急阀（见图4-4）是一个电磁阀控制的二位三通阀，它的三个阀口分别通制动储风缸(A1)、模拟转换阀输出口(A2)及称重阀输入口(A3)。它主要由空心阀、阀座、空心阀弹簧、活塞、活塞杆、活塞杆反拨弹簧和电磁阀组成。
