城市轨道交通车辆第章空气管路与制动系统

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– 磁轨制动的制动力计算公式：
BK
– 特点：
• 制动力不受粘着的限制，高速列车加上它，就 可以在粘着力以外再获得一份制动力，可缩短 制动距离。
• 电磁铁和钢轨的磨耗较大，同时产生制动力较 小 。只能作为紧急制动时的一种辅助的制动方 式。
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• 轨道涡流制动
– 结构：与磁轨制动相似，是把电磁铁悬挂 在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。
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• 手制动机
– 是以人力为原动力，以手轮的转动方向和手力 的大小来操纵控制。
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• 空气制动机 是以压力空气与大气的压差为原动力，
通过改变空气压强来操纵控制。
– 直通式空气制动机 – 自动控制制动机 – 电空制动机
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直通式空气制动机原理
•
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直通式空气制动机原理
列车管直通向制动管，制动管充气增压时制动 ，制动管排气减压时缓解。
– 闸瓦材质
• 铸铁闸瓦： (普通)铸铁闸瓦、中磷(铸铁)闸瓦 、 高磷闸瓦
• 合成闸瓦(又称塑料闸瓦) • 新的闸瓦材质，如烧结材料、陶瓷等。
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铸铁闸瓦与合成闸瓦的比较
–铸铁闸瓦：
列车运行速度
闸瓦摩擦系数
–合成闸瓦：
摩擦系数高 耐磨、摩擦系数随速度变化小
合成闸瓦应用前景好。
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– 闸瓦压强：
第九章 空气管路和制动系统
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空气管路系统为机车车辆制动系统及全列 车气动辅助装置提供洁净、干燥、气压稳定的 压缩空气。
制动系统在压缩空气的作用下产生机械制 动力，保证机车车辆的安全可靠运行。
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空气管路与制动系统
风源系统
制动控制系统
基础制动
辅助功能
空气压缩机 空气干燥器
总风缸
制动控制器 制动机
制动轮盘 闸片
运行速度超过90km/h~100km/h货物列车 为1100m;
运行速度超过100km/h~120km/h货物列 车为1400m.
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• 运行速度不超过120km/h的旅客列车为 800m；
• 运行速度超过120km/h~140km/h的旅客列 车为1100m;
• 运行速度超过140km/h~160km/h的旅客列 车为1400m;
– 原理：力矩平衡
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• 在轮轨间保持静摩擦和忽略车轮回转惯性的情况 下，制动力在数值上等于闸瓦与车轮的摩擦力。
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二、粘着 • 粘着状态：
– 轮轨间实际并非点接触， 而是椭圆形面接触
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二、粘着 • 粘着状态：
– 列车运行中不可避免地要发生各种冲击和 振动；
– 车轮踏面是圆锥形的，车轮在钢轨上滚动 的同时，必然伴随着微量的轮轨间的纵向 和横向滑动。
0
制
0
动 -50
力
(k N制) -100
动 力 -150
[k
N] -200
50
100
-250
-300
-350 速 度 [公 里 /小 时 ]
150
200
速度（km/h）
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• 液力制动
– 广泛应用于液力传动内燃机车。 – 原理：在液力传动装置内安装液力制动器，
制动时向它充入液体，车轮带动它旋转时 液体和液体之间、液体与藕合器之间摩擦 生热，再经由散热器消散于大气。
列车运动状态有关,随列车速度的升高而降低。
• 粘着系数
粘着力与车轮与钢轨间 的垂直载荷之比称为“粘着 系数”。
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第三节 粘着系数的影响因素和计算公式
一、粘着系数的影响因素： 主要有两个：列车运行速度和车轮、钢
轨的表面状况。 • 轮轨间表面状态包括：干湿情况、脏污程
度、是否有锈、是否撒砂以及砂的数量和 品质等等。这些因素的影响是非常复杂的， 不可能用公式来表达。
旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸 力。
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• 旋转涡流制动
– 通过轮轨粘着才能产生制动力，受粘着限制。 – 消耗的电能多。
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• 电阻制动
– 电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传 动内燃机车。
– 在制动时，牵引电机进入制动工况，由轮对带 动它发电，并将电流通往专门设置的电阻器， 采用强迫通风，使电阻发生的热量消散于大 气。
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• 制动率的取值：
我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时 来确定制动率的。在车辆设计中，通常希望采 取较大的制动率，但决不能忽略对车辆不发生 滑行条件的校核。即：
0
K
一般客车制动率取70％～90％，货车取65％～75％。
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三、闸瓦摩擦系数 • 影响闸瓦摩擦系数的因素
影响因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行 速度、闸瓦压强和制动初速。
• 运行速度超过160km/h~200km/h的旅客列 车为2000m.
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第二节 闸瓦制动与粘着
一、闸瓦制动 • 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。
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• 闸瓦制动：
– 用铸铁或其他材 料制成的瓦状制 动块(闸瓦)紧压 滚动着的车轮踏 面，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。
粘着制动
车 辆 制 动
摩擦制动 （利用摩擦力）
闸瓦制动 盘形制动 液力制动
电制动 利用磁力
电阻制动 再生制动 旋转涡流制动
非粘着制动
利用磁力 利用摩擦力 利用空气阻力
轨道涡流制动 磁轨制动 翼板制动
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第六节 制动机种类
• 主要内容：按制动原动力和操纵控制方法 的不同。机车车辆制动机可分类为手制动 机、空气制动机、真空制动机、电空制动 机和电(磁)制动机。
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• 列车运行速度 ：
列车运行速度 粘着系数
随着制动过程中列车速度的降低，冲击振 动以及伴随而来的纵向和横向的少量滑动都逐渐 减弱，因而粘着力和粘着系数也逐渐增大，其增 大的程度与机车车辆动力性能、轨道的情况等有 关。
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制动粘着系数是制动装置设计中首先需要 选定的最基本的参数之一。粘着系数影响 因素复杂多变，故粘着系数的变化范围很 大，通常给出两条曲线，即给出一个范围。
• 试验研究结果表明，铸铁闸瓦压强越大则摩擦 系数越小。
• 对于需要增大制动力的机车车辆，不能一味 地增大闸瓦压力。
– 制动初速对闸瓦摩擦系数也有一定的负影 响。
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第五节 其他制动方式
• 主要内容：铁道车辆常见的制动方式分类 及其作用原理、各自的特点和具体应用中 应注意的问题。
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• 盘形制动 – 结构： 在车轴上或 在车轮辐板侧面 装上制动盘，用 制动夹钳使合成 材料制成的两个 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。
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结论：
轮轨接触面不是纯粹的静摩擦状态，而是 “静中有微动”或“滚中有微滑”的状态。 轮轨间的这种接触状态称为粘着状态。在分 析轮轨间切向作用力的问题时，不用静摩擦 这个名词，而以粘着来代替它。只要轮轨间 静摩擦不被破坏，制动力将随闸瓦压力的增 大而增大。
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• 粘着力
– 粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。 – 比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与
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• 滑行的危害：
– 车轮与钢轨的滑动摩擦力远远小于粘着力， 制动力降低。
– 滑行会擦伤车轮。
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• 如何避免滑行：
制动力（闸瓦与车轮的摩擦力）应小 于粘着力。
轴制 动率
K N K
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二、制动率 制动率用来表示车辆制动能力的大小。
• 轴制动率：一个制动轴上的全部闸瓦压力
与该轴轴重的比值，用 0 表示。
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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
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• 磁轨制动
– 结构：
• 在转向架的两个侧架下面，在同侧的两个车轮之间。 各安置一个制动用的电磁铁(或称电磁靴)。
• 制动时将电磁靴放下并利用电磁吸力紧压钢轨，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，并把列车动能变为热能，消散于大气。
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电空制动机
–电空制动机 电空制动机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的，制动作用的操纵控制用电信号， 但制动作用的原动力还是压力空气，在制动机的电控信 号因故失灵时，它仍可以实行空气控制。
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二、 粘着系数的计算公式
• 干燥轨面： 0.0624 45.6
V260
• 潮湿轨面：
0.0405 13.5
V120
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第四节 粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数
一、粘着限制 • 滑行的产生机理：
– 粘着状态下，制动力近似的等于闸瓦与车轮的 摩擦力，摩擦力越大，制动力就越大。
– 当闸瓦与车轮的摩擦力矩大于粘着力对于车轮 中心力矩时，车轮就会被闸瓦抱死，使车轮在 钢轨上滑行，粘着状态被破坏，而此时的制动 力就变成了车轮与钢轨的滑动摩擦力。
撒砂 停放制动 升弓控制
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第一节 列车制动的几个基本概念
• 制动：人为的制止物体的运动，包括使其 减速、阻止其运动或加速运动。
• 缓解：对已经实行制动的物体，解除或减 弱其制动作用。
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• 列车制动装置：为了使列车能够施行制动或缓解而安 装于列车上的一整套设备 。
– 制动机是产生制动原动力并进行操纵和控制的部分 。 – 基础制动装置是指传送制动原动力并产生制动力的部
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– 特点：
• 大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 • 可按制动要求选择最佳摩擦材料 。 • 制动平稳，几乎没有噪声。 • 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。
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– 盘形制动的制动力计算公式：
BK
r R
– 发展历史：起初主要在欧洲动车组上用，与闸瓦制 动相比，盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从 1958年开始，试用盘形制动，真正开始使用是在广 深线准高速客车上。
自动空气制动机原 理
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1、Βιβλιοθήκη Baidu解状态
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2、制动状态
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3、保压状态
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• 结论：
• 1、自动空气制动机是在直通式空气制动机 的基础上增设一个副风缸和一个三通阀(或分 配阀)而构成的。
• 2、 自动空气制动机具有“制动管充风—— 缓解，制动管排风——制动”的工作机理。
• 3、 当列车发生分离事故、制动管被拉断时， 列车将实施制动。
– 作用原理：电磁铁在制动时放下到离轨面 几毫米处而不与钢轨接触。它是利用电磁 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。
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• 轨道涡流制动
– 轨道涡流制动既不受轮轨粘着限制，也没 有磨耗问题。消耗电能多。
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• 旋转涡流制动
– 结构：在牵引电动机轴上装金属盘。 – 原理：制动时，金属盘在电磁铁形成的磁场中
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翼板制动（风阻制动） 利用空气动力学的原理，在制动时
展开翼板，增加运动方向上的迎风面积，利用 大气与翼板的相对摩擦，将列车的动能转化为 热能，并随着空气的快速流动散于大气。
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在列车上合理 设计和布置翼48
翼板的合理设计，还可以增加制动过程中轮轨间 的粘 着力，降低车轮滑行的可能。
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动力制动（液力制动、电阻制动、再生制动）
分。
5
• 制动力：由制动装置产生的与列车运行方 向相反的外力。
• 常用制动：正常情况下为调速或进站停车 所施行的制动。特点是作用缓和，制动力 可调，只用到列车制动能力的20％～80％， 一般只用50％。
• 紧急制动：紧急情况下，为了尽快停车而 施行的制动，也称非常制动。作用迅猛， 用尽所有的制动能力。
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• 结论： • 直通式空气制动机的特点是制动管充风，
产生制动作用；制动管排风，实现缓解作 用。 • 优点是构造简单，并且既有阶段制动，又 有阶段缓解，操作非常灵活方便。
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• 当列车发生分离事故、制动管被拉断时， 列车将彻底丧失制动能力。
• 不适用编组较长的列车。
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自动空气制动机组成
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轴制动率是制动设计中校验有无滑行危险的重要数据。
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• 车辆制动率：
一辆车总闸瓦压力与该车总重的比值。
K
Qg 车辆制动率表示设计新车在构造速度的 情况下紧急制动时在规定距离内停车所具 备的制动能力。
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• 列车制动率：
全列车总闸瓦压力与列车总重量之比值。
K
GP
g
列车制动率一般是计算列车制动距离的依据。
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制动初速度：司机施行制动的瞬间的列车速度。
• 制动距离：从司机施行制动的瞬间起，到列车速度降为零的 瞬间止，列车所驶过的距离。是一个综合反映列车制动装置 的性能和实际制动效果的主要技术指标。
• 计算制动距离：各个国家根据自己的铁路情况制定的紧急制
动的最大允许值。
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• 我国对制动距离的规定
• 列车在任何线路坡道上的紧急制动距离限 值: 运行速度不超过90km/h的货物列车为 800m；
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• 再生制动
– 将牵引电动机变为发电机。将电能反馈回电网。 使本来由电能或位能变成的列车动能获得再生， 而不是变成热能消散掉。
– 经济性好，技术上比较复杂。 – 反馈回电网的电能要马上由正在牵引运行的电
力机车或电动车组接收和利用。
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制动特性曲线 再 生 制 动 力 22,5-29 kV 7 辆 编 组