制动系统概述

3.1系统组成
• 电制动 • 空气制动 • 防滑系统
• 制动控制系统
3.2制动作用的种类
• • • • • • • 常用制动 紧急制动 安全制动 停放制动 保持制动 救援/回送制动 防冰制动
常用制动
常用制动可以通过以下部件启动：
1.制动控制器；
2.速度控制系统； 3. 救援回送控制面板； 4. ATC/ATP列车自动驾驶/列车自动保护系统。
紧急制 动距离/m
4000
3870
3500
3600
紧急制动平均 减速度/m/s2
0.87
0.73
1.0
1.1
1.2
1.0
0.95
0.87
1.40
初速/km/h
300
270
300
280
330
320
300
300
200
三、CRH1制动系统概况
• 制动系统概况 • 电制动系统 • 空气制动系统 • 防滑装置 • 制动控制
不溜车 • 当系统风压低于350kPa时自动作用
保持制动
• 常用制动的辅助功能
• 5km/h以下自动实施
• 摩擦制动力
• 为了停车平稳
• 避免列车在坡度不超过30 ‰的坡道上溜车
• 若保持制动系统作用力不够，将启动安全
制动
救援/回送制动
• 通过空电转换装置使动车组将来自普通机车的列 车管压力变化信息转换为相应的电信号； • 可使用外部3相电源或靠动车组自身发电。
2.2基础制动系统—大功率盘形制动装置
关键问题：Δ增加制动盘热强度，减少热裂纹 Δ减轻制动盘重量，降低簧下质量
制动盘、闸片材质 片状石墨铸铁盘—合金铸铁盘—高强度铸钢盘—
锻钢盘—碳素纤维复合盘、铝合金基百度文库合盘、陶
瓷合金复合盘 合成闸片—粉末冶金闸片
制动盘结构 带散热肋片结构—带圆形、椭圆形肋柱结 构—整体不通风实体锻钢结构
常用制动 中 继 阀 制动电空阀 风缸
电 空 转 制动缓解传感器 换 装 置
辅助 继电器
(4)三种制动控制系统的比较
共同点： 微处理器作为控制中心 电气指令、通过EP单元，制动由空气完成 故障导向安全 优先采用电制动 制动与中央诊断系统兼容 不同点： 日本—数字式电气指令直通式电空制动，基本上采用控制 导线控制 德国—模拟式电气指令自动式电空制动，可采用网络控制。 法国—模拟式电气指令直通式电空制动，可采用网络控制
(258) 300
(270) 300
300
350
330
350
350
制动控制 装置
备用制动
数字式电 气指令直 通式 简单电空 直通式 再生+轮 盘(2)
同左
同左
模拟式电 气指令直 通式 空气制动
同左
模拟式电 气指令自 动式 空气制动
同左
模拟式电 气指令直 通式 同左 再生+电 阻 +轮盘 (2)+轴盘 (1) 轴盘(4)
–盘形制动和闸瓦制动
二、世界高速列车制动技术
1、高速列车制动系统必须具备的条件
1.1尽可能缩短制动距离以保障行车安全
区间长度 司机室显示速度
安全区 (连续制动)
占领区间
缩短制动距离的措施
(1)减少列车空走时间 高速列车(16辆编组)空走时间值
电 空 制 动
表1
空气制动 列车管压力 控制 3.5 9.5
同左
同左
同左
同左 再生+电 阻 +轮盘 (2)
动车制动
再生+轮 盘(2)
再生+轮 盘(2)
再生+轮 盘(2)
再生+电 阻+轮盘(2)
再生+轮 盘(2)
拖车制动
/ (全动车)
轮盘(2)+ 涡流盘(1)
轮盘(2)+ 轴盘(2)
轴盘(4)
轴盘(2)+ 涡流轨
轴盘(2)+ 涡流轨
轴盘(3)
制动距离
日本 项目 500 系 700 系 法国 TGV-2N ICE 2 290 0 德国 ICE 3 350 0 ICE35 0 3900 西班 牙 AVE 意大利 ETR50 0 4000 瑞典 X200 0 1190
制动系统概述
一、制动基础知识
1、列车制动装置
制动机：产生制动原动力并进行操纵和控制
的部分 。 基础制动装置：传送制动原动力并产生制动
力的部分。
2、制动机
直通
自动式
3、制动方式
• 制动的实质： –（能量的观点）将列车的动能变成别的能量 或转移走。
–（作用力的观点）制动装置产生与列车运行
方向相反的力，是列车尽快减速或停车。
2.6

2. 4
13.6 v B5
2.0
1.5
(2)
粘着系数
采用高性能的防滑装置
0.15
0.10
0.05 0 50 100 150 200 250 300 350 V(km/h)
(3)采用非粘着制动方式
涡流轨道制动
磁轨制动
1.3司机操纵制动系统灵活可靠，能适应列 车自动控制的要求
ATC ATO 制动平滑
防冰制动
• 防止制动盘结冰
• 空气制动
制动系统的特点及性能
• 系统特点 制动机由TCMS控制，TCMS同每辆车上的BCU通信 除停放制动外，制动机在任何情况下都要根据 载荷进行制动 具有与ATP及LKJ-2000的接口，实施安全制动 设有DSD安全制动装置
• 性能（最大重量、正常轨道条件下；无论混 合制动还是空气制动）
速度(km/h)
日本新干线高速列车
速度
制 动 力
速 度
电气制动
空气制动 空气制动
时间
2.6世界300km/h及以上高速列车制动系统比 较
日本 国别 500系 700系 E2-1000 TGV-2N AGV ICE3 ICE350 Talgo350 法国 德国 西班牙
最高设计 速度(km/h)
300
项目
电气指令式 电磁直通式 自动制动式 空走时间s 制动卸压力 上升时间s 0.1 1.2 0.2 2.2 1.0 5.0
(2) 采用大功率盘形制动机
国际铁盟规定：安全制动—动力失效下保证制动 距离
56t客车
270km/h→0
1.7×108J=400升水0 →100℃沸腾
(3)采用复合制动方式
ToK
制动力(kN)
0
50
100
150
200
250
300
350 速度(km/h)
涡流盘形制动
结构 原理
涡流磁铁(固定) 涡流盘形制动
涡流盘(转动)
涡流
日本300系、700系拖车上采用、达到与动力车再 生制动类似效果
涡流盘形制动
2.4动力制动—电阻、再生
再生制动优点：制动力可达制停、提高制动效率安 全性电网装机容量减少3～4%。全 面采用。
2.3非粘着制动—磁轨制动、电磁涡流轨道制动
必要性：高速时粘着系数下降至0.08～0.09 为得到较短制动距离，保证行车安全
磁轨制动
优点 消耗功率小1m:1kW 轨面清扫增粘 簧下质量不增加 缩短制动距离25%～30% 缺点 钢轨磨耗、发热 制动力不能调整 速度越高制动越弱 每辆车增重1t 结冰危险 常用制动不用
风源
(3)
法国TGV高速列车制动控制系统
速 度 列车管压力 传感器 工 况 微处理器制 动电子控制 器 紧急制动开关 电空转换阀(EP) 紧急制动 风缸
制动 控制器 牵引/制动 控制器 司机阀 紧急制 动按钮 列车管 紧急传感器 制动缸 防滑排风伐
止 回 电 空 阀
电空截止阀
电阻制动
紧急制动断电器
(1)日本高速动车组的制动控制系统
电力制动与空气制动协调方式 电空切换式 电空运算式 制动力的分配方式： 均衡制动控制 滞后充气制动控制：
T车空气 制动力 再生 制动 力粘 着限界 (FE)
集中控制 分散控制
MT 组合 单元 所需 制动 力 (FMT)
T车所需 制动力 (FT)
M车所需 制动力 (FM)
拖车：ICE1、ICE2：4个带通风轴盘式铸铁盘+合 成闸片 ICE3： 2个铸钢轴盘+粉末冶金闸片 ICE350：3个锻钢轴盘+粉末冶金闸片
法国高速基础制动
TGV-PSE 动车：闸瓦 拖车：每轴4个通风式铸 铁盘+合成闸片+闸瓦 TGV-A 动车：粉末冶金闸瓦。拖车：每轴4个 不通风锻钢盘+粉末冶金闸片 TGV-2N 动车：轮盘式盘形制动：拖车、同 TGV-A
日本高速基础制动
锻钢轮盘，粉末冶金闸片
油压增压缸、踏面清扫器(增粘)
闸瓦吊 杆
油压出口
清扫闸 瓦
闸瓦钎
螺杆
套 茼
活塞环
固 定 螺 栓 (4 个)
浮动式杠杆 对夹式杠杆
油压制动缸
调节套茼
夹 钳
连结杆 闸 片
德国高速基础制动
动力车 ICE1、ICE2每轴2套合金铸钢不通风盘 +粉末冶金闸片 ICE3、ICE350每轴2套锻钢轮盘+粉末 冶金闸片
1.4尽量降低制动系统的簧下重量
动轴轮对空心轴制动盘
轻质大功率制动盘，如碳素纤维复合制动盘， 复合陶瓷制动盘
2、国外高速列车制动系统的分析
500系
ICE3
TGV
2.1列车制动控制系统
电磁直通式 电空制动 电气指令式 [自动、直通] 数字式 模拟式
共同特点： 采用微机控制 优先使用动力制动、协调配合 可司机操纵，或ATC 制动力平稳无冲动
400
300
200 150
100 60
10o 101 102 103 104 105 106 107 108 寿命次数
空气盘形制动+电气动力制动(再生、电阻、 涡流盘)+非粘着制动(涡流轨、磁轨)
1.2保证高速制动时车轮不滑行
(1) 按速度控制制动力的大小以充分利用粘着
α (km/h/s) 0.08 0.06 2.0 μ 0.04 1.0 0.02 0 100 200 300 V(km/h) 0系列
常用制动特点
电空混合制动，电制动优先 有效平均减速度为0.8 m/s2
紧急制动
紧急制动的启动有两种方式： 1. 司机启动紧急制动：
①计算机控制以达到可能的最短的停车距离。
②由牵引／制动控制器启动。
2. 乘客启动的紧急制动： ① 如果乘客／乘务人员要进行紧急制动，系统能 在10秒内实施常用制动。 ② 同时，司机桌子上的一个相应信号灯应亮起 来，向司机表明有乘客／乘务人员启动了紧急 制动。 ③ 在所规定的10秒内，当司机发现在线路的某 个位置不适合停车时可以通过按压阻止按钮超 过3秒钟，以控制乘客的紧急制动要求。 ④ 如果司机在所规定的10秒内没有控制紧急制 动，系统会启动紧急制动机。在紧急制动中的 冲动不控制。
M空车空气 制动力
再生制动力
0 D
(FC) C
(FM) 100%
(FE)
B
A
(2)
DBHU
德国ICE高速列车制动控制系统
MCU
EP
EP
列车管
电空转换阀(EP阀)
螺线管线圈式EP阀 闭环控制EP阀
大气 微 机 控 制 单 元 缓解电磁阀
压力 传感器
空气制动信号 备用制动信号
容积室 制动电磁阀
中继阀
涡流轨道制动
涡流轨道制动
优点 钢轨无磨耗 高速时制动力大 可控制 结冰的有制动力 缺点 功耗大，1m：37kW 钢轨严重发热 50km/h以下不能工 作 对轨道电路影响 增加簧下质量2.4t
适用条件：无缝轨道线路，采用LZB信号系统
涡流轨道磁轨制动比较
12 10 8 6 4 2
200km/h，2000m 160km/h，1400m
电阻制动：法国本土高速列车采用，可作为安全
制动。
ETR450、ETR500、AVE也采用电阻制动
ICE350、Talgo350作为安全制动也采用
电阻制动。
2.5复合制动有机组合
(1)法国TGV
紧急
常用
法国TGV
50
40
300 20 10
0 KN
40 30
100
200
300V(km/h)
20
10
0
安全制动
• 产生条件 与安全性有关的系统中发生非常严重 故障 （失去联络、系统压力低等） 安全制动的控制电源切断 列车分离 ATP制动需要 司机安全装置（DSD）制动需要 司机紧急按下停车按钮 列车回送救援安全制动需要
停放制动
• 通过弹簧力产生制动作用，可通过压力空气或手
动缓解
• 使具有最大载荷的列车停在坡度为30‰的坡道上
100
200
300V(km/h) 速度
制动力Fb(KN)
德国ICE
400 360 320 210 240 200 160 120 8 0 40 0 0 40
80 200 240 280 中间拖车的盘形制动
驱动头车的动力制动 整列车的运行阻 力 120 160
V(km/h)
900,00 1.90 800,00 1.80 1.70 1.60 700,00 1.50 1.40 600,00 制动 力 (KN500,00 ) 400,00 300,00 涡流轨道制动 200,00 再生制动 1.30 1.20 盘形制动 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 100,00 阻力 0,00 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 0.20 0.10 0.00 330 减速 度 (m/s2)