城市轨道交通车辆-制动

❖ 城市轨道交通车辆的制动系统应具备以下条件：
❖ a.具有足够的制动能力，保证车组在规定的 制动距离内停车。
❖ b.操纵灵活，制动减速大，作用灵敏可靠， 车组前后车辆制动、缓解作用一致。
❖ c. 由于运行于城市，一般要求具有电（动力） 制动功能，并且在正常制动过程中，应尽量充 分发挥电制动能力，以减少对城市环境的污染 和降低运行成本。还应具有电制动与摩擦制动 协调配合的制动功能。
❖ 非粘着制动
❖ 制动时，制动力大小不受粘着力限制的制动 方式称为非粘着制动。即非粘着制动的制动 力不从轮轨之间获取，因而它可以得到较大 的制动力。
❖ 显然，在上面曾经介绍的制动方式中，闸瓦 制动、踏面制动、电阻制动和再生制动均属 于粘着制动；而磁轨制动则属于非粘着制动。
二、制动系统
❖ 组成：基础制动装置和制动机
❖ g . 城轨列车在运行中发生诸如列车分离、 制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能 自动起紧急制动作用。
一、制动方式
❖ 要改变运动物体的运动状态，必须对它施 加外力。人为地使动车组减速或阻止其加速 的外力称为制动力。制动方式可按制动时动 能转移方式、制动力获取方式或按制动源动 力的不同进行分类。
❖ d. 制动系统应保证列车在长大下坡道上制动 时，其制动力不会衰减。
❖ e. 电动车组各车辆的制动能力应尽可能一致， 制动系统应根据乘客量的变化，具有空重车调 整能力，以减少制动时的纵向冲动。
❖ f. 具有紧急制动能力。遇有紧急情况时，能 使城轨列车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。
❖ 1）充分利用电制动，尽量减少气制动
❖ 2）随着列车的速度下降，其电制动力也将不 断地减弱，当列车速度降低至一定的速度时 ，电制动力已不能再满足制动所需的要求， 这时所有的制动力由摩擦制动来承担
粘着制动
❖ 制动时，车轮与钢轨之间有3种可能的状态：
❖ 纯滚动状态：车轮与钢轨的接触点无相对滑动，车 轮在钢轨上作纯滚动。这时车轮与钢轨之间为静摩 擦，车轮与钢轨之间可能实现的最大制动是轮轨之 间的最大静摩擦力。这是一种难以实现的理想状态。
3)由于可以自由地选择制动盘和闸片的材料，使这 一对摩擦副具有最佳的制动参数。可以获得较高的 摩擦系数，并且比较稳定。因此可以减小闸片压力， 制动缸及杠杆的尺寸都可以缩小，减轻了制动装置 的重量。
4)盘形制动运用经济。
一般来说，盘形制动的闸片面积 比闸瓦制动的闸瓦面积大，承受的 单位面积压力小，它的磨耗率也小。
❖ 基础制动装置是空气制动的执行设备，所有 的空气制动力均是通过基础制动装置产生的， 基础制动装置大致可分为杠杆式基础制动装 置和单元式基础制动装置2大类。多半安装在 转向架构架上。
杠杆式基础制动装置
❖ 杠杆式基础制动装置结构简单、维修方便、 造价低廉，所以在过去很长一段时间内被国 内、外城轨客车大量采用。它主要由固定杠 杆（1）、下推杆（2）、安全吊（3）、移动 杠杆（4）、拉环（5）、水平杠杆（6）、闸 瓦及吊（7）及制动缸（8）等零部件组成。 其结构见图5-39。
制动系统
城市轨道车辆
交通工程教研室
第五节 制动系统
❖ 人为地使列车减速或阻止其加速叫做制 动。为了施行制动而在轨道车辆上装设 的由一整套零部件组成的装置称为制动 装置。
❖ 列车安全运行所必不可少的装置。不仅 在动车上设制动装置，而且在拖车上也 要设制动装置，这样才能使运行中的车 辆按需要减速或在规定的距离内停车。
❖ b. 盘形制动：盘形制动装置如图所示，它有 轴盘式和轮盘式之分。一般拖车采用轴盘式 盘形制动装置，对于动车由于轮对中间设有 牵引电机等设备使安装制动设备较困难，一 般采用轮盘式盘形制动装置。制动时，制动 缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，在闸片 与制动盘间产生摩擦，把电动车组的动能转 变为热能，热能通过制动盘和闸片散于大气。 因盘形制动能双向选择摩擦副，所以可以得 到比闸瓦制动大得多的制动功率。
集尘器；24—制动缸；25—电磁阀组。
空气制动部分的作用原理
❖ 充气缓解位
❖ 当制动阀手柄置于此位置时，接通了以下通路：
❖ 总风缸内的压力空气（800 kPa），由减压阀减至 500 kPa后，经制动阀向均力风缸及列车管充气， 使列车管增压，三通阀发生动作，呈充气缓解位。 列车管中的压力空气便经三通阀充入副风缸和附加 风缸。
1—轮对；2—制动盘；3—制动缸；4—制动夹钳；5—牵引电机。
SW-200 转向架的盘型制动装置
盘形制动机的特点
1)盘形制动装置代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦， 因而不存在对车轮的热影响，和改善了运行品质， 保证了行车安全。
2)盘形制动的散热性能比较好，所以摩擦系数稳定， 能得到较恒定的制动力。它的热容量允许它具有较 高的制动功率。
1—制动缸；2—基础制动装置；3—闸瓦；4—车轮； 5—钢轨。
❖ 注意：在闸瓦与车轮这一对摩擦副中，车轮 由于主要承担着车辆走行功能，因此其材料 不能随意改变。要改善闸瓦制动的性能，只 能通过改变闸瓦材料的方法。早期的闸瓦材 料主要是铸铁。为了改善摩擦性能和增加耐 磨性，目前城市轨道交通车辆中大多采用合 成闸瓦。
❖ 动能转移方式：摩擦制动、电力制动 ❖ 制动力获取方式：粘着制动、非粘着制动 ❖ 制动原动力：空气制动和电制动
摩擦制动
❖ 列车的动能通过摩擦转变为热能。城市轨道 交通车辆常用的摩擦制动方式有闸瓦制动和 盘形制动;在路面行驶的轨道交通车辆制动系 统中还有轨道电磁制动等方式。也称为基础 制动形式。
❖ a. 闸瓦制动：又称为踏面制动。它是最常用 的一种制动方式。
❖ 滑行状态：车轮在钢轨上滑行，这时车轮与钢轨之 间的制动力为二者的动摩擦力。这是一种必须避免 的状态，由于动摩擦系数远小于静摩擦系数，因此 一旦发生这种工况，制动力将大大减小，制动距离 延长；同时车轮在钢轨上长距离滑行，将导致车轮 踏面的擦伤，危及行车安全。
❖ 粘着状态：由于车辆重力的作用，车辆与钢轨 的接触处为一椭圆形的接触面。制动时车轮在 钢轨上处于连滚带滑（基本上是滚动）的状态。 这种状态称为粘着状态。粘着状态下,车轮与钢 轨间的最大水平作用力称为粘着力。粘着力与 轮轨间垂直载荷的比值，称为粘着系数。依靠 粘着滚动的车轮与钢轨粘着点之间的粘着力来 实现车辆的制动称为粘着制动。粘着制动时， 为了能得到较大的制动力，需要具有较高的粘 着系数。然而粘着系数受电动车组运行速度、 气候条件、轮轨表面状态以及是否采取增粘措 施等诸多因素的影响，是一个离散性很大的参 数。所以目前尚未有粘着系数的理论公式。
❖ 由于三通阀的作用，容量风缸通过三通阀内部的缓 解通路，经制动阀与大气相通（可把容量风缸看作 是原LN型车辆制动机中的制动缸）。由于容量风缸 的降压，通过空重车调整装置的作用，而将制动缸 的压力空气排入大气，起缓解作用。
❖ 常用制动位
❖ 当制动阀手柄置于此位置时，接通以下通路：
❖ 均力风缸通大气。由于均力风缸的减压，列 车管随之相应减压，引起三通阀动作，处于 常用制动位。
❖1—电磁铁；2—升降风缸； ❖3—钢轨；4—转向架构架侧梁；5—磨耗板。
动力制动
❖ 电（动力）制动是在制动时，将牵引电机变为发电 机，使列车动能转化电能。对这些电能的不同处理 方式形成了不同方式的电制动。城市轨道交通车辆 上采用的电制动形式主要有电阻制动和再生制动。
❖ a: 电阻制动：将发电机发出的电能送到电阻器中， 使电阻器发热，即将电能转变为热能。电阻器上的 热能靠风扇强迫通风或走行风而散于大气中。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。
❖ 左图为车辆正常运行，不施行制动作用时， 制动单元处于缓解状态。右图为车辆正常运 行，施行制动作用时，制动单元处于空气制 动状态。
自动空气制动机工作原理
DK型电空制动机
1—风喇叭；2—足踏阀；3—制动阀；4—均力风缸；5—S-16压力调节器；6— YC-100双针双管压力表；7—总风缸截断塞门；8—副风缸；9—附加风缸；10— 远心集尘器；11—容量风缸；12—支管滤尘器；13—GL3 型三通阀；14—压力 开关；15—电动空气压缩机；16—空重车调整装置；17—止回阀；18—油水分离 器；19—总风缸；20—空气散热器；21—保安阀；22—M-3型减压阀；23—远心
5)盘形制动代替闸瓦制动后，使 轮轨间的粘着系数有所降低。
❖ C.轨道电磁制动: 在转向构架侧梁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，制动时将电磁铁放下，使磨耗板与钢轨 吸住，电动车组的动能通过磨耗板与钢轨的 磨擦转化为热能，然后经钢轨和磨耗板最终 散于大气。轨道电磁制动能得到较大的制动 力，因此常被城轨车辆用作紧急制动的一种 补充制动手段。
1—固定杠杆；2—下推杆；3—安全吊；4—移动杠杆；5—拉环；6—水平杠杆； 7—闸瓦及吊；8—制动缸。
缓解位
❖ 车辆正常运行或施行空气制动时，弹簧停放 制动缸内的活塞20，在总风压力下，使之向 上移动，压缩停放制动器主弹簧21，使小调 整活塞40及调整螺杆22、调整螺母23上移到 顶端，使弹簧停放制动器处于缓解位，此时， 调整螺杆22与下部制动单元的制动活塞无作 用力。
❖ b: 再生制动：再生制动是把列车的动能通过电机转 化为电能后，再使电能反馈回电网供给其它列车使 用。显然这种方式即能节约能源，又减少制动时对 环境的污染，并且基本上无磨耗。因此是一种较为 理想的制动方式。
❖ 城市轨道交通车辆一般采用再生制动、电阻 制动、和摩擦制动三种制动方式。他们分别 是第一、第二和第三优先级制动，并且还采 用了程序制动措施：
❖ 副风缸的压力空气经三通阀的通路充入容量 风缸。
❖ 由于容量风缸的增压，经空重车调整装置的 作用，均衡杆a上移，顶开进气阀，于是总风 缸的压力空气进入制动缸，发生制动作用。