城市轨道交通列车制动力的产生
城市轨道交通车辆电气牵引制动功能及原理浅析
城市轨道交通车辆电气牵引制动功能及原理浅析摘要:列车牵引制动控制系统是列车各系统中的关键部分,它控制着列车的启动和停止。
列车能实现运营,列车牵引制动控制系统有着不可取代的作用。
本文结合城市轨道交通车辆电气牵引制动的特点,针对车辆电气牵引制动的功能及原理进行了分析。
关键词:城市轨道交通车辆牵引制动1 引言列车牵引制动控制系统是指为实现列车牵引和制动控制相关功能而设计的相关联控制电路系统,其采用的主要部件为司控器、继电器(包括延时继电器)、行程开关、按钮开关、旋钮开关以及连接用的导线等;在该系统中,继电器是实现各项逻辑功能的主要部件,通过确定继电器的线圈得电吸合的条件以及其触头开关所关联的功能电路,则可以实现电路一定的逻辑功能,以达到列车整体性牵引、制动控制的条件,并将该信息反馈到列车通信控制系统,通过其内部的预设控制程序运算,最终来实现对列车的有效控制;按钮和旋钮则为某一状态设置装置,由列车操作人员根据实际需要进行某一特定设置而对其进行操作,其控制电路输出为导通信号或中断信号。
在该系统中,按实现的功能来分,可分为激活列车控制电路、高速断路器控制电路、牵引控制电路、制动控制电路、安全监控电路等几个组成部分,其中激活列车控制电路是最为根本的控制电路,该部分电路启动后,其他部分电路的功能才具备动作条件,其他部分电路则是具体功能性控制电路;按控制的范围来分,可分为列车级控制电路、单节车级控制电路,其中列车级控制电路主要是实现对全列车相关设备如受流器、高速断路器等的功能控制,而单节车级控制电路主要是指对本节车各子系统控制相关电路,如空气制动单元智能阀、网关阀与制动指令的连接电路等。
总体上来看,所有电路不能机械地进行分割成块,它是有机地、系统地、具有层次地组合在一起的整体电路,以有效实现列车牵引制动及监控等控制功能。
在对各部分电路进行分析时,要先纵览全局,从整体上理解电路的作用,再细化各部分电路的相关逻辑控制功能,有针对性的分析。
城轨车辆制动方式介绍
城轨车辆制动方式按照制动时列车动能的转移方式不同城轨车辆的制动主要可以分为摩擦制动和电制动。
一,摩擦制动通过摩擦副的摩擦将列车的运动动能转变为热能,逸散于大气,从而产生制动作用。
城轨车辆常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动,盘形制动和轨道电磁制动。
(一)闸瓦制动闸瓦制动又称为踏面制动,它是最常见的一种制动方式。
制动时闸瓦压紧车轮,车轮与闸瓦发生摩擦,将列车的运动动能通过车轮与闸瓦间的摩擦转变为热能,逸散于空气中。
在车轮与闸瓦这一对摩擦副中,由于车轮主要承担着车辆行走功能,因此其他材料不能随便改变。
要改善闸瓦制动的性能,只能通过改变闸瓦材料的方法。
目前城轨车俩中大多数采用合成闸瓦。
但合成闸瓦的导热性较差,因此也有采用导热性能良好,且具有良好的摩擦性能的粉末冶金闸瓦。
在闸瓦制动中,当制动功率较大时,产生的热量来不及逸散到大气,而在闸瓦与车轮踏面上积聚,使他们的温度升高,摩擦力下降,严重时会导致闸瓦熔化和轮毂松弛等,因此,在闸瓦制动时,对制动功率有限制。
(二)盘形制动)盘形制动有轴盘式和轮盘式之分,一般采用轴盘式,当轮对中间由于牵引电机等设备使制动盘安装发生困难时,可采用轮盘式。
制动时,制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘,使闸片与制动盘间产生摩擦,把列车的动能转变为热能,热能通过制动盘与闸片逸散于大气。
(三)轨道电磁制动轨道电磁制动也叫磁轨制动。
是一种传统的制动方式,这种制动方式是在转向架前后两轮之间安装包升降风缸,风缸顶端装有两个电磁铁,电磁铁包括电磁铁靴和摩擦板,电磁铁悬挂安装在距轨道面适当高度处,制动时电磁铁落下,并接通励磁电源使之产生电磁吸力,电磁铁吸附在钢轨上,列车的动能通过磨耗板与钢轨的摩擦转化为热能,逸散于大气。
轨道电磁制动可得到较大的制动力,因此常被用作于紧急制动时的一种补充制动,这种制动不受轮轨间黏着系数的限制,能在保证旅客舒适性条件下有效地缩短制动距离。
当磨耗板与轨道摩擦产生的热量多,对钢轨的磨损也很严重。
地铁车辆制动系统工作原理
地铁车辆制动系统工作原理摘要:随着城市规模的快速发展和城市人口的不断增多,所面临的交通问题也越来越严重。
本文对地铁车辆的制动功能设计进行了说明,并介绍了制动指令的相关设计,最后介绍了混合制动控制系统设计及相关控制策略,以供读者参考关键词:地铁车辆;制动系统随着我国经济建设的不断推进,近年来城市轨道交通快速发展,国内许多大型城市都已有了地铁或者轻轨,随着大量的轨道交通项目投入运营,人们的日常出行变得更加方便,可随之而来的担忧也困扰着人们:“我们经常乘坐的地铁会不会刹车失灵呢、会不会追尾呢?”1.地铁车辆的制动功能设计地铁车辆采用减速度控制模式,制动指令为电气指令,即制动系统根据电气减速度指令施加制动力。
乘客通过站台固定区域上下车,因而地铁车辆每次停站位置要求准确无误,为满足此要求,ATO系统或司机根据停车距离给定列车减速度电气指令,地铁车辆制动过程中必须能够根据减速度指令快速施加相应制动力,即制动响应准确、迅速。
制动系统设有载荷补偿功能。
由于城市轨道交通车辆载客量大,乘客上下频繁,因此要求制动过程中能够根据车辆载荷变化自动调整制动力,称之为载荷调整功能。
常用制动具有防冲动限制功能。
制动指令是电气信号,制动指令变化瞬间可以完成,如果制动力跟随制动指令迅速变化,就可能造成冲动,引起乘客不适,而且常用制动需频繁施加,为减少制动时的冲动以避免制动力变化过快引起乘客不适,常用制动过程中需限制制动力的变化速率,称之为冲动限制功能。
2.制动系统功能2.1常用制动常用制动采用模拟电气指令方式,是由微处理器控制的直通式电空制动,它采用减速度控制模式,其制动力随输入指令大小无级控制,制动控制单元根据减速度指令和车辆实际载重来计算目标制动力,产生相应的减速度。
常用制动具有冲击率限制功能,以改善乘坐的舒适性;常用制动采用空电混合制动并优先使用电制动,不足部分由空气制动补足,以尽可能减少空气制动的负荷。
2.2快速制动当司机操作主控制器手柄使其处于快速制动位时快速制动被触发。
城市轨道交通车辆—制动系统
2)滑行状态。车轮在钢轨上滑行,此时车轮与钢轨之间的滑动摩擦力为列车制动力。这是一种必 须避免的事故状态,由于滑动摩擦系数远小于静摩擦系数,因此一旦发生滑行,制动力将大大减 少,制动距离会延长;同时车轮在钢轨上的长距离滑行,将导致车轮踏面的擦伤,危及行车安全。
制动类型
电制动
再生制动 (动能→ 牵引电机→电能→接触网)
1)再生制动。当车辆施加常用制动时,牵引电机变成发电机状态,将车辆的 动能转变成电能,电能经过整流后反馈至接触网,供列车所在的接触网供电 分区上其它车辆牵引和供本车其它系统(辅助系统等)使用,即再生制动。 再生制动取决于接触网的接收能力,也取决于网压的高低和载荷利用能力。
以电磁力为源动力的制动方式称为电制动;
空气(摩擦)制动
以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动,如踏面 制动、盘式制动等都为空气制动方式;
其他制动
还有机械制动、液压制动等方式。
制动源动力 不同
城市轨道交通车辆牵引电传动系统采用先进的调频调压交流感应电机驱 动系统,在高速时具有良好的电制动性能。
但是由于电制动的效率随着运行速度的降低而降低,所以在车速降低到 一定程度后必须采用空气制动系统。
列车制动时,将牵引电机变为发电机,动能转化为 电能。
动能转移方 式不同
制动类型
粘着制动 利用轮、轨之间的粘着力来实现制动。
制动力获取 方式不同
非粘着制动 制动力的提供不再依靠轮轨之间的粘着力,可获得超过轮轨粘着 力的制动力。
城市轨道车辆制动系统原理分析
2014届毕业设计说明书课题名称:城轨车辆制动系统分析二级院校铁道牵引与动力学院班级宁波检修11级学生姓名周旺指导老师左继红完成日期 2013.122014届毕业设计任务书一、课题名称:城轨车辆制动系统的原理分析二、指导老师:左继红三、设计内容与要求1.课题概要城市轨道交通运输是我国交通运输网络的重要组成部分,它的发展与城市经济的发展息息相关。
目前,世界各地的主要政治、经济、文化等中心城市都兴建了不同形式的轨道交通运输网,有些还成为所在城市的重要景观和标志性建筑。
我国北京、上海、广州、南京等城市的地下铁道已经开通,成为这些城市市内交通运输的支柱。
另外还有许多其他的城市交通网也在筹建和建设之中。
城市轨道交通运输的发展必将为我国经济的发展插上腾飞的翅膀。
地铁车辆制动系统用于保证地铁车辆的运行安全,具有多种操作模式,与传统列车制动系统相比,结构和工作原理更为复杂。
通过对此课题的学习和设计,使学生能更好的理解地铁车辆制动和空气管路系统的工作原理,培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力,提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来分析解决本专业相应问题的能力,使学生树立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序和方法,完成工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。
2.设计内容与要求1、熟悉地铁制动在铁路运输中的作用。
2、简单介绍地铁车辆制动系统的组成。
3、详细分析地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程。
4分析现有制动系统存在的不足之处,利用自己所学的专业知识,提出改进设计意见和具体实施方案。
四、设计参考书1.《城市轨道交通车辆制动技术》殳企平编著水利水电出版社2.《列车制动》侥忠主编中国铁道出版社3.《电力机车制动机》那利和主编中国铁道出版社4. /ec/C356/kcms-2.htm5 .6. 7. 五、设计说明书内容1.封面2.目录3.内容摘要(200—400字左右,中英文)4.引言5.正文(设计课题,内容与要求,设计方案,原理分析,设计过程及特点)6.设计图纸7.结束语8.附录(图表,材料清单,参考资料)六、设计进程安排第1周:资料准备与借阅,了解课题思路。
城市轨道交通车辆制动技术项目1 轨道交通车辆制动技术概论
力)也在起作用,但起主要作用的还是列车制动力(人为阻力)。
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2.制动能力 城市轨道交通车辆在设计和制造过程中,列车的最高运行速度和 牵引功率需要得到充分考虑和计算,而制动能力更是需要认真计算和 校核的技术参数之一。列车的最大速度与牵引功率有关,但它更应该 受到制动能力的限制。 列车的制动能力是指该列车的制动系统能使其在规定的安全范 围内或规定的安全制动距离内可靠地把车停下来的能力。一般来说, 城市轨道交通系统都有明确的车辆运行规程,特别对列车制动能力有 严格的要求和规定。例如,要求列车在紧急情况下的制动距离(紧急 制动距离)不得超过某一规定值。我国的上海地铁规定:列车在满载 乘客的条件下,在任何运行速度下,其紧急制动距离不得超过180m。 这个距离要比启动加速度短得多。因此,从安全的目的出发,一般列
1.能叙述制动、缓解、制动装臵等重要的基本概念。 2.能分析城市轨道交通车辆制动系统的组成。
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任务1
城轨制动技术的基本认知
【活动场景】 在城市轨道交通车辆检修基地或在城轨制动模型室或有多媒体 能展示城轨车辆制动作用的教室或现场进行教学。 【任务要求】 1.了解城市轨道交通车辆制动的基本知识。
2.能知道城轨车辆制动装臵的基本作用、基本结构与基本特点等。
轨列车的制动装臵分为动车制动装臵和拖车制动装臵两种类型,各型
车一般都有基础制动的装臵,但动车和拖车制动控制单元有一定的 区别。
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②制动系统。城市轨道交通车辆制动装臵至少包括两个部分,制 动控制部分和制动执行部分。制动控制部分由制动信号发生与输出 装臵以及制动控制装臵组成;制动执行部分通常称为基础制动装臵,
包括闸瓦制动和盘式制动等不同方式。在传统意义上,列车上安装的
制动装臵比较简单、直观,采用压缩空气传递信号,因此我们称其为列 车制动装臵。但是随着轨道交通技术的发展,制动装臵中越来越多地 采用了电气信号和电气驱动设备,微机和电子设备的出现使制动装臵 变得无触点化和集成化,并且使制动控制功能融入了其他电路而不能 独立划分。因此,我们只能按现代化方法将具有制动功能的电子线 路、电气线路和气动控制部分归结为一个系统,统称为轨道交通车辆 制动系统。 由此可见,对城市轨道交通车辆来讲称之为制动系统比制动装臵 要更准确些。
城市轨道交通车辆构造与检修单元7-城市轨道交通车辆制动系统检修【可编辑全文】
任务1 城市轨道交通车辆制动系统的组成
【任务目标】 1.掌握制动系统在城市轨道交通车辆运行中的重要意义。 2.熟悉空气制动系统的组成和分类。 3.掌握风源系统的种类和主要部件的工作原理。 4.熟悉基础制动装置的组成和工作原理。 【任务分析】 通过本任务的学习,重点掌握城市轨道车辆制动系统的组成,掌握 制动的种类,本任务的难点是制动优先原则的掌握。
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图7.4 再生制动原理图
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(2)电阻制动 如果制动列车所在的接触网供电区段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 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 (能耗制动),电阻制动能单独满足常用制动的要求。 电阻制动是承担电机电流中不能再生的那部分制动电流。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,此电流受电机电 压的限制。再生制动与电阻制动之间的转换由DCU控制,能保证它们 连续交替使用,转换平滑,变化率不能为人所感受。当高速时,动车采 用再生制动,将列车动能转换成电能;当再生制动无法再回收时(如当 网压上升到1800V时),再生制动能够平滑地过渡到电阻制动。
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(三)快速制动 当主控制器手柄移到“快速制动”位时,列车将实施减速度与紧急 制动相同的快速制动。快速制动具有以下特点: ①电制动不起作用,仅空气制动。 ②受冲击率极限的限。 ③主控制器手柄回“0”位,可缓解。 ④具有防滑保护和载荷修正功能。
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(四)常用制动 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[车载为定员AW2以下,速度8km/h(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,空气制动能 够迅速、平滑地补充,实现混合制动作用。
城市轨道交通制动系统
城市轨道交通制动系统1、制动与缓解(1)制动。
制动是指人为地通过制动装置使车辆减速或阻止其加速的过程。
从能量变化角度分析,制动过程是一个能量转移的过程,即将列车运行的动能人为控制地转化成其他形式能量的过程。
而制动力则是指使车辆减速或阻止其加速的外力,制动机是产生并控制制动力的装置。
(2)缓解。
缓解是对已经施行制动的列车,解除或减弱其制动作用。
对于运动的列车而言,列车在停车后启动加速前或列车在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。
2、制动装置与制动系统(1)制动装置。
制动装置是在车辆中产生制动力,使列车减速、停车的一套机械、电气装置,一般将机械装置称为基础制动装置,而将电气控制的部分称为制动机。
制动作用的性能对保证车辆安全和正点运行具有极其重要的作用,制动装置也是提高列车运行速度和线路输送能力的重要条件之一。
(2)制动系统。
①制动系统的组成。
制动系统由动力制动系统、空气制动系统及指令和通信网络系统组成。
动力制动系统。
动力制动系统一般与牵引系统连在一起形成主电路,包括再生反馈电路和制动电阻器,将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器上。
空气制动系统。
空气制动系统由供气部分、控制部分和执行部分组成。
供气部分有空气压缩机组、空气干燥器的风缸等;控制部分有电-空转换阀、紧急阀、称重阀、中继阀等;执行部分主要是指基础制动装置,主要有闸瓦制动装置、盘形制动装置等。
指令和通信网络系统。
指令和通信网络系统是传递司机指令的通道,也是制动系统内部数据传递交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线。
②制动系统的作用。
制动系统的主要作用如下:车辆在运行过程中,司机通过制动装置使列车减速、停车或停止加速。
防止车辆在长大下坡道运行时加速。
防止城轨车辆在停车线或检修线上自动溜放而实施停放作用等。
列车制动方式分类、原理及其应用
(2)再生制动
• 再生制动是把电动车组的动能 通过电机转化为电能后,再使 电能反馈回电网提供给别的列 车使用。
3.电磁制动
(1)磁轨制动
在转向架构架侧梁4下通过升降风 缸2安装有电磁铁1,电磁铁下设 有磨耗板5。制动时将电磁铁放下 ,使磨耗板与钢轨3吸住,列车的 动能通过磨耗板与钢轨的摩擦转 化为热能。其优点是制动力不受 轮轨之间的粘着系数的影响,轨 道电磁制动能得到较大的制动力 ,但重量较大,增加了车辆的自 重,也加速了钢轨的磨耗。因此 ,轨道电磁制动常被高速列车用 作紧急制动时的一种补充制动手 段。
2.动力制动
动力制动:动力制动在制动时,将牵引电机变为发电机 ,使列车动能转化为电能,对这些电能的不同处理方式 形成了不同方式的动力制动。城市轨道交通车辆上采用 主要有电阻制动和再生制动。 (1)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 的制动力,但车辆底架下需要 安装体积较大的电阻箱。
跟据列车管压力的变化,三通阀有3个基本位置。 1)充气缓解位:列车管压力增加时,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极端位,这时充气沟露出。三通阀内 形成以下两条通路: ①列车管→充气沟 →滑阀室→ 副风缸; ②制动缸→滑阀座→滑阀→三通阀Ex口→大气。 2)制动位:制动时,司机将制动阀手把放至制动位,列车管内压缩空气经制 动阀排气减压。三通阀活塞带动滑阀、节制阀左移,副风缸向制动缸充气,产 生制动作用。 3)保压位:在列车管减压到一定值后,司机将制动阀手把移至保压位,列车 管停止减压。活塞左侧压力不再下降,但三通阀仍处于制动位,副风缸压缩空 气继续充向制动缸,活塞右侧压力继续下降。当右侧副风缸压力稍低于左侧列 车管的压力时,活塞将带着节制阀向右移一间隙距离,节制阀遮断副风缸向制 动缸的充气通路,副风缸、列车管、制动缸压力均不变。
城市轨道交通车辆--制动与供风系统
第六章 制动与供风系统
供风系统是向整个列车提供压缩空气的风源。供风系统 制造的压缩空气为用风设备的驱动提供动力,而压缩空气 的净化和干燥处理是不可或缺的,其目的是除去压缩空气 中所含有的灰尘、杂质、油滴和水分等,保证制动系统及 其他用风设备能长时间可靠地工作。为得到清洁、干燥的 压缩空气,一般供气系统主要是由空气压缩机组、空气干 燥器、二次冷却器、风缸、压力传感器、压力控制器、安 全阀等空气管路辅助元件组成的。
(a)
(b)
(c) 图1—2 盘形制动装置示意图
(d)
第六章 制动与供风系统
第六章 制动与供风系统
轨道电磁制动机 轨道电磁制动,又叫磁轨制动,优点是制动力不受轮轨
间粘着的限制,不易使车轮滑行。但重量较大增加了车辆 的自重。在高速旅客列车上与空气制动机并用(特别是在 紧急制动时),可缩短制动距离。如北京地铁机场线由于 列车运行速度较高,最高时速可达100km/h,该车组上装 有轨道电磁制动机。
第六章 制动与供风系统
二、制动系统特点及要求
1.城轨交通的站距很短,一般都在1-1.5km左右。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。 2.城轨交通的客流量波动大,空载时列车重量仅为自重,而满 载时列车重量却很大。要求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,使车辆制动率基本不变,从而实 现制动的准确性和停车的平稳性。 3.城轨车辆在部分车辆或甚至全部车辆上具有独立的牵引电动 机,具有电制动性能。需要与空气制动协调配合。 4.城轨车辆一般运行在人口稠密地区,并用于承载旅客,行车 安全非常重要。要求列车具有紧急制动性能。
第六章 制动与供风系统
一、空气压缩机
空气压缩机(简称空压机)是用来制造压缩空气(也称压力空 气)的装置。城轨车辆采用的空气压缩机要求具有噪声低、振 动小、结构紧凑、维护方便、环境实用性强的特点。目前,城 轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机 两种。
浅谈地铁列车紧急制动的原因及处理措施
浅谈地铁列车紧急制动的原因及处理措施摘要:介绍了深圳地铁五号线ATP系统的组成,分析了地铁列车紧制的主要原因,并提出了相对措施。
关键词:ATP设备;紧急制动;措施自从1969年1月北京第一条地铁线路建成通车以来,目前全国有近30个城市和地区都在进行轨道交通的建设、规划,涉及的线路项目达110多条,地铁建设进入一个大跨越时期。
作为地铁列车运行的“大脑”——ATP(列车自动防护)系统,对列车的安全运行起着决定性的作用,在出现不安全因素的情况下通过列车实施紧急制动的方式来保证列车安全稳定的运行;但如果列车频繁出现紧急制动的情况,可能引起大面积晚点,必将给地铁运营效率带来严重的影响。
这里以深圳地铁五号线为例,详细的阐述列车车载信号系统产生紧急制动的原因及处理措施。
1.ATP设备介绍深圳地铁五号线采用的URBALISTM系统,它是一套基于无线通信的移动闭塞系统(CBTC),它包括ATP/ATO(列车自动防护/驾驶)、CBI(计算机联锁)、ATS(列车自动监督)和MSS(维护支持系统),该系统可以实现全线有人/无人自动驾驶。
其系统结构如下图所示图1系统结构图其中车载信号系统采用的是阿尔斯通的MASTRIATMATP/ATO(列车自动防护/列车自动驾驶)系统,包括轨旁ATP设备和车载ATP设备:1.1轨旁ATP设备安装在设备室内的轨旁ATP设备主要包括:ZC:区域控制器,处理线路占用信息、自动防护和进路等信息,根据CC(车载计算机)设备发送的列车精确位置信息,为每列列车计算保护区域,即AP(自动防护区域),并通过无线传输向每列车发送其EOA(移动授权终点,列车可安全运行到的最远的位置)。
LC:线路控制器;LC设备管理整个线路的临时限速,负责存储、更新ATS (列车自动监控)发送的TSR(临时限速)请求。
DSU:数据存储单元,用于向CC设备上传新版本的应用软件和静态线路描述(SGD),同时也可对这些文件的升级进行管理和控制。
城市轨道交通桥梁设计中的车辆制动力
城市轨道交通桥梁设计中的车辆制动力曹雪琴!)朱金龙")(!)同济大学桥梁工程系,"###$",上海;")同济大学工程力学与技术系,"###$",上海!第一作者,教授)!列车在桥上紧急制动的基本机理列车制动分一般制动(或称正常制动)与紧急制动两种。
列车的紧急制动对轨道、桥跨结构、支座以及墩台作用有纵向力,在城市轨道交通桥梁设计中必须加以考虑。
!"!闸瓦与车轮间摩擦系数(!!)单轮在制动状态时,闸瓦以法向力!压向轮缘,车轮与钢轨间有轴重"和纵向力#(图!)。
按动力学平衡有:!!!"#$"#%&’!(")则$’(!!!"#%&)/"(#)式中:#为车轮与轨道间纵向力;!!为闸瓦与轮缘间摩擦系数;$为轮对角减速度;%为车轮缘半径;&为车轮转动惯性矩。
图!单轮制动状态力学图式!由列车制动缸压力决定,在制动过程中,基本不变。
!!则与制动前速度’#以及制动过程中列车瞬时速度’有关。
由图"可知,在制动过程中随着车速’的降低,!!逐渐增大。
当车轮停止滚动瞬间,!!达最大值。
式(%)、(&)表示地铁车辆的!!值:!!’!(#$)%/("!!)#!*)(*’!"&$’(·)*";+"&$!()(+)!!’+!/("!!)*)(*"&$’(·)*";+"&$!()(&)制动煞停(’’#)时,式(%)、式(&)的!!值相等。
!"#车轮与轨道间粘着系数(#)图"!!(’###############################################关系曲线图)(地铁)速度在*#!+#,-/.;/(轻轨)主要作为郊区交通工具,速度也在*#!+#,-/.。
城市轨道交通列车制动力计算
城市轨道交通列车制动力计算以闸瓦制动为例,如图所示,制动时,设每个轮对的闸瓦压力为K,车轮与闸瓦的摩擦系数为φ。
制动前,列车以速度v运行,轮对以角速度ω在轨面上滚动。
制动时,闸瓦作用于车轮踏面的压力K引起闸瓦作用于轮对的摩擦力Kφ,这个摩擦力对轮对中心形成一个力矩KφR,它的方向与轮对转动方向相反。
上述摩擦力矩起着两方面的作用:一方面,阻止轮对转动,使轮对获得角减加速度β,轮对转速因而迅速减慢以至停止转动;另一方面,由于轮对的转动被阻止,势必引起轮轨间的相对滑动趋势,从而使轮轨之间产生相互作用力,即由于闸瓦摩擦力矩的存在而在轮轨接触点引起了车轮对钢轨的纵向水平作用力和钢轨对车轮的反作用力B。
反作用力B对于轮对及本列车来说都是与列车运行方向相反的外力,起着阻碍列车运行的作用,使列车获得减加速度a,这就是制动力。
根据上图,将轮对作为分离体,建立力矩平衡方程可以得到制动力大小,即式中,R为车轮半径;l为轮对的转动惯量。
在式中,lβ所占的比例很小,为了简化起见,通常忽略不计(假定l=0),留到计算转动距离时再加考虑。
这样,转动力在数值上等于闸瓦摩擦力,即全列车的制动力为:从上式(可以看到,制动力B随着车轮和闸瓦间摩擦力的增大而增大。
但也不是无限制的增大,制动力要受到黏着力的限制,即或式中,Fψ为轮轨间的黏着力;N为钢轨对轮对轴重的反作用力;ψ为轮对间的黏着常数。
令δ0=KN,称为轴制动率。
因此,黏着条件可表示为:由于制动方式不同,制动力的计算方式也有所不同。
这里仅就空气制动和动力制动的制动力计算做简单介绍。
一、空气制动的制动力计算闸瓦制动时,当各节车的车轮闸瓦间摩擦系数相同时,制动力计算公式为:车轮与闸瓦的摩擦系数φ主要由闸瓦的材料决定,式(2-33)~式(2-39)仅供参考。
中磷铸铁闸瓦:高磷铸铁闸瓦:低摩合成闸瓦:高摩合成闸瓦:式中,K为闸瓦压力;v为列车运行瞬时速度;v0为制动初速度。
闸瓦压力的大小与基础制动形式和制动缸压力大小有关。
城轨道交通列车制动力计算
城轨道交通列车制动力计算城市轨道交通列车制动力是指列车在车站或信号点停车时所施加的制动力。
正确计算列车制动力对于保证列车安全停车、减小制动器磨损以及提高运行效率都具有重要意义。
下面将详细介绍城市轨道交通列车制动力的计算方法。
首先,城市轨道交通列车制动力的计算涉及到多个因素,包括列车速度、列车质量、制动系数和制动距离等。
1.列车速度:列车速度是列车制动力计算的重要参数。
通常,列车速度越高,所需制动力越大。
制动力与速度之间存在非线性关系,即列车速度越高,所需制动力的增加幅度也越大。
2.列车质量:列车质量是指列车自身的重量,也是制动力计算的关键因素。
列车质量越大,所需制动力也越大。
列车质量通常包括列车车体重量、乘客和货物的重量等。
3.制动系数:制动系数是指列车制动器施加的制动力与列车质量之间的比值。
制动系数决定了列车所需的制动力大小。
制动系数通常由设计标准或制动器制造商提供,不同的制动器具有不同的制动系数。
4.制动距离:制动距离是指列车从开始制动到完全停车所需行驶的距离。
制动距离的计算与列车速度、列车质量、制动系数以及车辆动力性能等因素相关。
制动距离的计算通常根据列车制动器的特性曲线进行估算。
在进行城市轨道交通列车制动力计算时,可以按照以下步骤进行操作:1.确定列车速度:根据列车所在线路的设计速度以及实际运行速度,确定列车的设计速度。
2.确定列车质量:根据列车车体重量、乘客和货物的重量以及其他相关参数,计算出列车的总质量。
3.确定制动系数:根据制动器的技术参数,选择合适的制动系数。
4.估算制动距离:根据列车速度、列车质量、制动系数以及车辆动力性能等因素,通过制动器的特性曲线估算出列车的制动距离。
5.计算制动力:根据列车所需的制动距离和制动时间,通过制动力=(列车总质量x制动距离)/制动时间进行计算。
需要注意的是,城市轨道交通列车制动力的计算是一个复杂的工程问题,需要结合具体的列车类型、制动系统和运行条件等因素进行综合考虑。
城市轨道交通系统制动12动车组制动系统
图12-1 制动系统组成
二.动车组制动系统的特点
(一)制动能力强、响应速度快 1、采用电、空联合制动模式,电制动优先,且普遍装有防滑器。 电制动与空气制动结合可保证列车在低速到高速的整个速度范围内都 有充足的制动力,而防滑装置的安装可使轮轨间的黏着力得到充分运 用,从而有效地缩短制动距离。 2、操纵控制采用电控、直通或微机控制电气指令式等灵敏而迅 速的系统。这些装置使制动系统的反应更为迅速,进一步缩短了制动 距离。 (二)制动力计算和分配的准确性高 1、制动作用采用微机控制,可为保证列车正点运行精确提供所 需制动力,确保列车正点运行。 2、制动系统对电制动和空气制动的分配合理,使不同的制动方 式达到最佳的组合效果。 3、制动指令传递的同步性高,各车制动的一致性好。
v轮心 相对
轮心
100%
式中——轮心速度; ——轮轨接触点相对于轮心的速度。 当λ=0时,轮对为纯滚动状态;λ=1时,轮对为完全滑行状态。
(四)、制动控制系统 1、组成 制动控制系统是制动系统中,在司机或自动控制装置的控制下,产生、 传递制动信号,并对各种制动方式进行制动力计算、分配的部分。典型结构 框图如图12-13所示。 (1)、制动信号发生装置:自动(ATC)装置和手动(司机制动控制手 柄)两种。 (2)、制动信号传输装置:即列车线,有普通电线和光缆两大类,动车 组主要采用光缆。列车线既负责将制动信号发生装置发出的制动指令传送给 列车中所有车辆,也负责将各车的信息传给司机室。 (3)、信号的类型:模拟信号和数字信号两种。模拟信号以电压、电流、 频率、脉宽等模拟量的大小表示不同的制动要求;可实现无级精确操纵。数 字信号以若干指令线不同的通、断组合表示不同的制动要求;特点反应迅速、 可靠性好。 (4)、制动控制装置 制动控制装置也称电子制动控制装置和电子制动控制单元(BCU),它 是制动控制系统中接收制动指令,并根据指令对制动力进行计算和分配的装 置。它相当于制动系统的大脑,其功能可归结为制动控制、防滑控制和辅助 控制等。
浅析城轨车辆空气制动力分配方案及应用
环球市场/理论探讨-96-浅析城轨车辆空气制动力分配方案及应用李瑞平西安市地下铁道有限责任公司运营分公司摘要:随着城市化范围的扩大,城市人口增加,城市生活节奏也在不断加快。
城市轨道车辆在城市运行中发挥着重要作用。
对制动力分配方案的研究,在提升制动效率,保障车辆形式安全方面都有重要价值。
粘着系数、运营要求等多方面因素都是指定制动力分配方案时需要考虑的因素。
本文简要阐述了城轨车辆制动力的构成以及其分配,并分析了不同分配方式下车辆制动力情况。
关键词:城轨车辆;空气制动力;分配方案;粘着系数1 引言城轨车辆作为交通工具的一种,在城市交通中发挥着十分重要的作用。
确保城轨车辆的安全行驶始终是首要的工作。
为了保障城轨车辆运行安全,设置了多重安全系统,空气制动系统就是其中一个重要的组成部分。
空气制度系统可以使城轨车辆进行制动。
现阶段,我国城轨车辆制动力分配的方式主要有按单元和按整列分配两种。
其中,按整列分配方式的应用更为普遍。
电制动力和空气制动是城轨车辆制动力的主要构成。
而空气制动力的分配又包含等黏着和等磨耗等方式。
前者可以保持各车黏着利用率的相同,能够降低车辆制动过程中滑行的概率。
后者主要保持各车闸瓦正压力的相同,可以为车辆维护提供便利。
2 城轨车辆制动力的构成目前,我国城轨车辆的制动多为复合方式。
以电制动力作为首先采用的方式,对能量进行再次利用,以此减少能源的消耗和空气制动的利用概率,避免对机械比肩造成磨损和消耗,使部件使用年限得以延长,进而达到节省车辆运营资金消耗的目的。
如果电制动力无法达到制动要求,这时需要采用空气制度方式对制动力进行补充。
3 城轨车辆制动力的分配3.1等黏着分配在电制动力可以达到城轨列车制动要求的情况下,列车制动力可用F Brake = F M-ED 表示,此时,空气制动未进行参与。
但为了减少制动响应用时间,可以使空气制动施加预压力。
在电制动力可以达到动车制动要求却无法满足整列车制动要求的情况下,列车制动力可以用F Brake = F M-ED + F T-EP 表示,在该条件下,空气制动未参与动车制动,由拖车空气制动进行优先补偿。
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城市轨道交通列车制动力的产生目前,城市轨道交通中除了橡胶车轮列车和磁悬浮列车等特殊交通系统外,绝大部分列车采用的是钢轨钢轮的走行方式。
因此,首先要来研究钢轨与钢轮之间的相互关系,以及它们在运行中的各种工况。
对由一根车轴与两个车轮组成,其在钢轨上运行时,一般承受垂直荷载、纵向荷载和横向荷载。
垂直荷载来自车辆对轮对的正压力,纵向荷载主要来自牵引及制动,横向荷载来自车辆的蛇行运动。
牵引时,牵引电动机通过传动机构将牵引动力传递给动车的动力轮对(动轮对),通过车轮和钢轨的相互作用产生使车辆运动的反作用力。
根据物理学中有关机械摩擦的理论,轮轨间的切向作用力就是静摩擦力。
而最大静摩擦力就是钢轨对车轮的反作用力的法向分力与静摩擦系数的乘积。
稳态前进的非动力轮对的车轮在不制动时,其纵向切向力平衡轴承阻力和蛇行时的惯性力。
因此,无论是动轮对还是从动轮对都存在着纵向切向力,它导致了轮轨之间的纵向相对运动。
但实际上,事情并非那么简单,动轮与钢轨间切向作用力的最大值与物理学上的最大静摩擦力相比要小一些,情况也更复杂一些。
在分析轨道车辆的轮轨关系时,通常必须引入两个十分重要的概念,即黏着和蠕滑。
一、黏着图为某城市轨道交通列车的动车以速度v在直线线路上运行时,它的一个动轮对的受力情况(图中忽略了其内部的各种摩擦阻力,为了更清楚地表示该图中的各种关系,我们把实际上相互接触的车轮与钢轨稍稍分开画出)。
在图中,Pi为作用在钢轨上的正压力,又称为轮对的轴重;Mi为牵引电动机作用在动轮对上的驱动转矩,可以用一对力(Fi′和Fi)形成的力偶代替。
力Fi′和Fi分别作用在轮轴中心的O点和轮轨接触处的O′点,其大小为:式中,Ri为动轮半径。
在正压力Pi的作用下,车轮与钢轨的接触部分紧紧压在一起。
Fi使车轮上的O′点具有向左运动的趋势,并通过O′点作用在钢轨上。
fi ′表示车轮作用在钢轨上的力,fi ′=Fi 。
由于轮轨接触处存在着摩擦力,车轮上O′点向左运动的趋势将引起向右的静摩擦力fi,即钢轨对车轮的反作用力,fi =fi ′。
因此,车轮上的O′点受到两个相反方向的力Fi和fi的作用,而且fi=Fi。
所以,O′点保持相对静止,轮轨之间没有相对滑动,在力Fi ′的作用下,轮对做纯滚动运动。
由于正压力而保持车轮与钢轨接触处相对静止的现象称为黏着,黏着状态下的静摩擦力fi称为黏着力。
轮轨间的黏着与静力学中静摩擦的物理性质十分相似。
驱动转矩Mi产生的切向力Fi增大时,黏着力fi也随之增大,并保持与Fi相等。
当切向力Fi增大到某个数值时,黏着力fi达到最大值。
此后,切向力Fi如果再增大,fi反而迅速减小。
试验证明,黏着力fi的最大值fmax与动轮对的正压力Pi成正比,其比例常数称为黏着系数,用μ表示,即表明,在轴重一定的条件下,轮轨间的最大黏着力由轮轨间系数的大小决定。
当轮轨间出现最大黏着力时,若继续加大驱动转矩,一旦切向力Fi大于最大黏着力,车轮上的O′点将向左移动,轮轨间出现相对滑动,黏着状态被破坏。
这时,车轮与钢轨的相对运动由纯滚动变为既有滚动也有滑动。
此时,钢轨对车轮的反作用力由静摩擦力变为滑动摩擦力,其值迅速减小,并使车轮的转速上升,造成空转。
当车轮出现空转时,轮轨间只能依靠滑动摩擦力传递切向力,因而传递切向力的能力大大减小,并且会造成车轮踏面和轨面的擦伤。
因此,牵引运动应尽量防止出现车轮的空转。
黏着系数是由轮轨间的物理状态确定的。
加大每个轮对作用在钢轨上的压力,即增加轴重,可以提高每个动轮对的黏着力和牵引力。
但是,轴重也受到钢轨、路基和桥梁等各种条件的限制,不可能无限制的增加。
城市轨道交通列车由于采用动车组形式,动轮对数量比一般铁路列车多,动力和黏着力比较分散,牵引力总量又很容易达到,与铁路列车的动轮对和牵引力都集中在机车头的情况相比,城市轨道交通列车利用黏着条件就相对好得多,因而对保护轮轨间的正常作用是很有利的。
二、蠕滑传统理论认为,车轮相对钢轨滚动时,接触面处于一种干摩擦的黏着状态,除非制动力或牵引力大于黏着力时才会转入滑动摩擦状态。
但是现代研究表明,由于车轮和钢轨都是弹性体,滚动时轮轨接触处会产生弹性变形,这种新的弹性变形会使接触面发生微量滑动,称为蠕滑。
对蠕滑进行研究和分析可以进一步深化对黏着的认识。
在车轮上正压力的作用下,轮轨接触处产生弹性变形,形成椭圆形的接触面。
从微观上仔细观察,两个接触面是粗糙不平的。
由于切向力的作用,车轮在钢轨上滚动时,车轮和钢轨的粗糙接触面间产生新的弹性变形,接触面间出现微量滑动,即蠕滑。
蠕滑的产生主要是由于在车轮接触面的前部产生压缩,后部产生拉伸;而在钢轨接触面的前部产生拉伸,后部产生压缩。
随着车轮的滚动,车轮上原来被压缩的金属陆续放松,并被拉伸;而钢轨上原来被拉伸的金属陆续被压缩,因而在接触面的后部出现滑动。
如图,切向力在接触面上形成两个性质不同的状态和区域:接触面的前部,轮轨间没有相对滑动,称为滚动区,用阴影线表示;接触面的后部,轮轨间有相对滑动,称为滑动区。
这两个区域的大小随切向力的变化而变化。
当切向力增大时,滑动区面积增大,滚动区面积减小;当切向力超过某一极限值时,滚动区面积为零,只剩下滑动区,整个接触面间出现相对滑动,轮轨间的黏着被破坏,车轮在钢轨上开始明显打滑,即出现空转。
蠕滑是滚动体的正常滑动。
车轮在滚动过程中必然会产生蠕滑现象。
伴随着蠕滑产生静摩擦力,轮轨之间才能传递切向力。
由于蠕滑的存在,牵引时车轮的滚动圆周速度将比其轮心前进速度大。
这两种速度之间的差值称为蠕滑速度,并以一个无量纲比值蠕滑率σ来表示蠕滑的大小,即式中,ω为车轮转动的角速度;Ri为车轮的半径;v为车轮轮心前进速度。
轮轨间由于摩擦产生的切向力反过来作用于驱动机构,随着切向力的增大,驱动机构内的弹性应力也增大。
当切向力达到极限时,由于蠕滑的积累波及整个接触面,发展成为真滑动;积累的能量使车轮本身加速,这时驱动机构内的弹性应力被解除。
由于车轮的惯性和驱动机构的弹性,在轮轨间出现滑动—黏着—再滑动—再黏着的反复振荡过程,一直持续到重新在驱动机构中建立起稳定的弹性应力为止。
三、制动力的形成与牵引运行类似,制动力的形成也是通过轮轨间的黏着产生的。
为了降低列车运行速度或者为了停车,必须用外力将列车动能移走。
这个移走列车动能的过程称为制动。
一般城市轨道交通列车的制动方式有三类,即摩擦制动(包括闸瓦制动和盘式制动)、动力制动(包括再生制动和电阻制动)和电磁制动(包括磁轨制动和涡流制动)。
其中,摩擦制动和动力制动都是通过轮轨黏着产生制动力的。
下面以闸瓦制动为例,说明通过轮轨黏着产生制动力的过程。
图所示为一个轮对利用闸瓦制动产生制动力的示意图假设一个轮对上有两块闸瓦,在忽略其他各种摩擦阻力的情况下,轮对在平直道上滚动惰行。
若每块闸瓦以压力压向车轮踏面,闸瓦和踏面间引起与车轮转动方向相反的滑动摩擦力2Kφk(φk为车轮踏面与闸瓦间的滑动摩擦系数)。
对于列车来说,该摩擦力是内力,不能使列车减速,可是它通过轮轨间的黏着引起与列车运动方向相反的外力,以此来实现列车的减速或停车。
滑动摩擦力2Kφk对车轮的作用效果相当于制动转矩Mb,即用类似牵引力形成的分析方法,转矩Mb可以用轴心和轮轨接触处的力偶(Bi,Bi′)代替。
力偶的力臂为车轮半径Ri,作用力Bi=Bi′=MbRi=2Kφk。
轮轨接触处因轮对的正压力Pi而存在黏着,切向力Bi将引起钢轨对车轮的静摩擦反作用力B,B=Bi=2Kφk。
B作用在车轮踏面的O′点处,作用方向与列车运行方向相反,是阻止列车运行的外力,称为制动力。
制动力B也是轮轨间的黏着力,因而也受到黏着条件的限制,即式中,Pi为动车或拖车轮对的轴重;μi为制动时轮对间的黏着系数。
整个列车的总闸瓦制动力为所有轮对闸瓦制动力之和。
制动力的大小可以采用增加或减小闸瓦的压力来调节,但不得大于黏着条件所允许的最大值。
否则,车轮被闸瓦“抱死”,车轮与钢轨间产生相对滑动,车轮的制动力变为滑动摩擦力,数值立即减小,产生滑行。
滑行是与牵引时的空转相对应的一种黏着状态被破坏的现象。
滑行时,制动力大大下降,制动距离增加,还会造成车轮踏面与钢轨的擦伤,因此必须尽量避免。
动力制动产生制动力的过程与摩擦制动产生制动力的过程基本类似,只是动力制动的制动转矩是由电动机(这时电动机处于发电机状态)产生的,而不是由闸瓦产生的。
但它们都是通过轮轨黏着产生的。
因此,牵引力、摩擦制动力和动力制动力都是黏着力,它们与黏着关系密切。
充分利用好黏着条件,不仅是牵引必须注意的,对于制动来说也是同样重要的。
滑行和空转都是必须避免的。
唯一不受黏着条件限制的制动是电磁制动。
电磁制动有两种形式,即磁轨制动和涡流制动。
磁轨制动是将带有磨耗板的电磁铁落在钢轨上,接通励磁电流,使电磁铁紧紧吸附在钢轨上,并通过磨耗板与轨面产生制动力。
涡流制动的电磁铁没有磨耗板,它将电磁铁落在距轨面7~10 mm处,电磁铁与钢轨间的相对运动引起电涡流作用形成制动力。
磁轨制动在欧洲的轻轨车辆或有轨电车上经常能看见,主要用于紧急制动;磁轨制动应用最多的是高速列车和磁悬浮列车。
四、黏着控制的必要性和黏着控制系统现代城市轨道交通列车上多装有防空转检测保护装置,使动车在空转刚刚发生时就能检测出来,并能自动采取措施,消除空转,以保证列车正常运行。
1、黏着控制的必要性。
城市轨道交通列车在设计时虽然充分考虑了轮轨之间的黏着作用,但是没有黏着控制系统的动车只能靠其自然特性运行,难以运用到黏着极限,即使短时达到较大的牵引力也难以维持,因为轮对空转随时可能发生,因此只能远离黏着极限使用。
同样,在列车制动时,若无防滑行保护装置,一旦制动力大于轮轨黏着极限就会出现滑行,将导致轮对擦伤和制动距离增加。
因此,在现代车辆的控制中,一般都设有黏着控制系统——防空转/滑行保护系统。
2、黏着控制系统。
目前,国内外常见的黏着控制系统主要是校正型和蠕滑率控制型两大类。
城市轨道交通的动车要求具有良好的防空转和防滑行性能,大多采用校正型黏着控制系统。
当城市轨道交通列车产生空转时,会产生如下信号:空转轮对转速不正常地大幅度上升;空转牵引电动机电流不正常地大幅度下降;串联电路中一台电动机的端电压迅速上升,而另一台电动机的端电压迅速下降;轮对空转前有某种一定频率的扭振。
黏着控制系统通过检测装置测得上述空转信号。
当动车牵引力超过黏着值,空转或空转趋势达到一定程度时,黏着控制系统快速并深度削减动轮驱动转矩,使空转得到强烈的抑制;进入黏着恢复区后,迅速恢复牵引力;当回升到空转前转矩的一定比例时,再以缓慢速率增长,以便寻找一个黏着极限点。
采用这种短时超越黏着的最大值,又不让空转发展的简单办法,可使轮轨经常处于高黏着区,而每次校正削减造成的牵引力损失都减到最小。