[原创]动车组制动系统的组成与功能.pdf

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1、原创动车组制动系统的组成与功能 动车组制动概述 高速列车的制动能量和速度的平方成正比，传统的纯空气制动已不能满足需要，因其制动能力由于以下因素而受到影响:1 制动热容量和机械制动部件磨耗寿命的限制 2 摩擦材料的性能对粘着利用的局限性，以及对旅客乘坐舒适性的不利影响 3 纯空气制动作用情况下，紧急制动距离不可避免的延长 因此，高速列车必须采用能提供强大制动力并能更好利用粘着的复合制动系统;制动时电制动与空气制动联合作用，且以电制动为主。复合制动系统通常由电制动系统、空气制动系统、防滑装置、制动控制系统等组成，下面就这几部分分别加以介绍:电制动 空气制动 防滑装置 制动控制系统 电制动 电制动是

2、将列车的动能转变为电能后，再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式，应用在200 公里动车组上的主要有电阻制动和再生制动两种。下面分别就这两种制动方式加以介绍:一、电阻制动 工作原理 司机室或 ATC 装置发出制动指令后，制动控制装置首先对列车运行速度进行判断。当速度大于25km/h时，制动主回路构成(PB 转换器转为制动位置)，然后 制动接触器动作，随后依次是励磁削弱接触器打开、预励磁接触器投入，最后，断路器投入。此时，由电枢绕组、励磁绕组和主电阻器构成电阻制动主回路，并使电流向增加原牵引时剩磁的方向流动，再由主电阻器最终将电枢转动发出的电能变为热能消散掉。二、再生制动 工作原理 与电阻制动相

3、比，再生制动的主回路中没有了主电阻器。制动时回路中各部件的动作与电阻制动时一样，只是电枢转动产生的电能要回馈到电网。电制动具有摩擦部件少(仅有轴承)、维修工作量少、可以反复使用等优点，担负着动车组制动减速时的大部分能量。但由于增加了控制装置和制动电阻等设备，使重量增加;而且，如果条件不具备就不能产生制动作用(即电制动失效)。因此，为提高可靠性，高速动车组的制动控制系统具有在电制动系统不能正常工作时，自动切换到摩擦制动系统的功能。三、电制动的控制 列车的电制动线是在制动控制器置于非常制动位或在 ATC 制动指令时得电。但在低速时电制动力下降，如列车中各车的电制动转换不一致，列车有可能因各车辆制动

4、力不同而造成纵向冲动;所以，在列车速度降低到一定值时，要将电制动同时转为空气制动。空气制动系统 虽然电制动可以提供强大的制动力，但目前空气制动对于高速动车组来说仍然不可或缺。这是因为:直流电机的制动力随着列车速度的降低而减少，如不采取其他制动方式，列车就不可能完全停下来。而交流电机虽然可通过改变转差来控制制 动力的大小，理论上可使制动力不受列车速度的限制，但从高速到停止均能有效作用的、可靠的电制动装置尚处于研究阶段。如前所述，动车组空气制动系统一般采用电气指令的直通式电空制动装置。在本书中，我们将该装置分为压力空气供给系统、空气制动控制部分和基础制动装置三部分加以讲述。一、压力空气供给系统由空

5、气压缩机 安全阀 干燥装置 三室风缸组成。二、空气制动控制部分 (一)空气制动控制装置 在较早的动车组中，各种空气制动控制装置是分别用管路连接起来的;而目前运用的各种动车组，其各种阀、塞门多采用单元化方式集中安装在铝合金安装板的前面，以减轻质量和减少维护、检修工作量。另外，为了检查的方便，在空气制动控制装置上还设置了测试口。(二)电空转换阀(EP 阀)电空转换阀安装在空气控制装置内，它由电磁线圈和给排阀等零部件构成。当制动电子控制装置输出的空气制动指令量(电空转换阀电流)通过电磁线圈时就会产生与电流成比例的吸力，控制给排阀的开闭。通过电空转换阀的控制，可将最大900kPa 的输入空气压力(SR

6、 压力)变成与电空转换阀电流成比例的输出压力空气(AC压力)。(三)中继阀 中继阀设在制动控制装置内，由给排阀杆、给排阀、复位弹簧等构成。它将电空转换阀输出的 AC 压力和紧急电磁阀输出的紧急制动压力作为控制压力，向增压缸提供与此控制压力相应的增压缸空气压力。(四)压力调整阀 压力调整阀输入总风缸的压力空气，输出紧急制动用的压力空气(根据车辆的 不同设置一种或两种压力值)或踏面清扫装置用的压力空气。它利用弹簧力和空气压力的差使膜板动作，进行空气压力调整。弹簧力大小可通过安装在调整阀下部的调整螺钉来调整。(五)电磁阀 电磁阀由给排阀部和电磁阀部组成。它通过电磁阀部线圈的励磁、消磁(得电或失电)使

7、可动铁心动作来开闭给排阀。电磁阀有 ON 型和 OFF 型两种。电磁阀的形式用奇数和偶数表示。ON 型电磁阀(代号为奇数)在电磁阀励磁时输入口和输出口之间连通，同时排气口关闭;在消磁时输入孔关闭，同时输出口与排气口相通。OFF型电磁阀(代号为偶数)与 ON 型电磁阀各通路的通断情况完全相反。(六)截断塞门 截断塞门是为了在需要时将压力空气截断或排出而串在连接三室风缸、空气制动控制装置及增压缸等装置的管路前、后的部件。(七)增压缸 增压缸由空气缸、液压缸和防滑电磁阀等构成。用于将空气压力转换为一定倍率的较高的液压，从而得到所需的闸片压力。另外，增压缸上还装有访滑阀以及为解决由于访滑阀连续动作而产

8、生不能制动问题的给排截断阀。(八)制动缸 动车组上的制动缸多为液压制动缸，按基础制动装置的动作方式大致可分为杠杆式和夹钳式，而后者又可分为浮动型和对置型两种。液压制动缸的缸径和数量根据其结构和需要的制动力而定。(九)管路 管路的作用是将空气压缩机输出的压缩空气送给三室风缸及制动装置等各种用风设备。制动用压缩空气的流向为:空气压缩机?总风缸管?制动风缸?中继阀?增压缸。三、基础制动装置 (一)夹钳装置 现在的动车组一般不再使用传统的杠杆式传动装置，而是普遍使用夹钳式装置。该装置制动夹钳、支架和剪刀形的夹紧制动盘的本体组成，支架和本体之间用销轴联结。(二)制动盘 按摩擦面的配置，制动盘可分为单摩擦

9、面和双摩擦面两种。按盘本身的结构，可分为整体式和由两个“半圆盘”用螺栓组装而成的“对半式”，这种对半分开式便于制动盘磨耗到限时更换，不需退轮。按盘安装的位置可分为轴盘式和轮盘式，前者装在轴上，后者装在轮的两侧;动车组中的拖车一般采用轴盘式盘型制动装置，而动车采用轮盘式制动装置，因动车的车轴上要安装驱动装置，没有安装置动盘的位置。(三)制动闸片 闸片的形状均呈月牙形或扇形也有对称分成两半的，其好处是容易拆卸，特别适用于闸片与轨面空间很小的条件。动车组中的空气制动系统是这样协同工作的:压缩空气由电动空气压缩机产生，经由贯通全列车的总风管送到各车的总风缸，再经两个单向阀分别送到控制风缸和制动风缸。各

10、车制动风缸中的压缩空气供给中继阀、紧急电磁阀和电空转换阀使用。电控转换阀将送来的压缩空气调整到与制动指令相对应的空气压力，并作为指令压力送给中继阀。中继阀将电空转换阀的输出作为控制压力，输出与其相应的压缩空气送到增压缸(当车辆设备发生故障时，经由紧急电磁阀的压缩空气作为指令压力被送到中继阀，此时中继阀与常用制动一样，将具有相应压力的压缩空气送到增压缸)。在对增压缸空气压力进行控制时，用根据制动指令、速度和载重计算出的制动力减去电制动的反馈量后，得到实际需要的空气制动力。将此变换为电空转换阀的电流，由电空转换阀产生与其电流成比例的空气压力，并将此压力作为中继阀的控制压力，通过中继阀产生增压缸空气

11、压力。紧急制动时，从紧急用压力调整阀输出的控制压力，经紧急电磁阀通往中继阀，中继阀对电空转换阀和压力调整阀的空气压力进行比较，将二者中压力较大者作为增压缸空气压力输出)。中继阀输出的增压缸空气压力经由制动软管从车体送到转向架上增压缸的输入侧，在增压缸的输出侧就会产生比空气压力高且与空气压力成比例的液压，送给制动夹钳装置(液压制动缸)，使其产生动作。防滑装置 一、滑行和踏面擦伤 滑行就是由于车轮被“抱死”，而导致转动速度急剧减小的现象;轮轨之间的滑动会延长制动距离并使踏面擦伤(磨平)。踏面擦伤后，不仅降低乘车的舒适性，也会给转向架部件带来附加的冲击力，使其寿命缩短。所以，必须防止滑行现象的发生。

12、二、防滑装置的种类 (一)机械式防滑器 最早出现的滑防装置是机械式的。它判断是否要发生滑行的根据只有一种，即车轮的角减速度;当有轮对的角减速度骤然降低时，防滑器会将其检测出，并动作使该轮对缓解。(二)电子式防滑器 防滑装置发展的第二阶段是电子式防滑器。它可以采用多种检测滑行的判据，具有较高的灵敏度和动作速度;缺点是电子元件的零点漂移不易清除，需进行大量调整工作，而且易受环境影响，性能不稳定，维修量较大。(三)微机控制的防滑器 随着微型计算机技术的发展，防滑器进入了微机控制阶段。微机控制的防滑器可对制动、即将滑行、缓解、再粘着的全过程进行动态检测与控制，信息采用脉冲处理，简单可靠，无零点漂移，故

13、无需调节和补偿。更重要的是微处理器(MPU)的处理速度极快，可大大提高检测精度，即使微小而缓慢的滑行也能及早检测出来并采取措施加以防止。第四节 制动控制 一、制动系统的总体构成 动车组制动系统的结构为数字式电器指令直通电空制动控制系统。除了前述的空气制动系统、电气制动系统以及防滑装置外，系统中还包括制动控制器、列车线和制动电子控制装置等重要组成部分，分述如下:(一)制动控制器 设在司机座椅的左前方，手柄逆时针转动时带动安装在下部的凸轮，控制各指令线电气触点的通/断，向各车发送相应的制动指令。(二)列车线 列车线不但负责将制动控制器的制动指令传送给列车中所有车辆，还负责将各车的信息传递给司机室。

14、为减轻质量，动车组的列车线现在多采用光缆。(三)制动电子控制装置 动车组中所有车辆均装有制动电子控制装置，它根据输入的制动指令信号、速度信号和载荷信号输出决定电制动力和空气制动力的制动模式信号。此装置除产生制动模式信号外，还利用计算机进行防滑、空气压缩机和电空混合制动的控制，它相当于制动系统的“大脑”。制动电子控制装置具有以下功能:1.发出电制动和空气制动指令;2.紧急制动控制;3.空气压缩机控制;4.防滑控制。(四)继电器 制动控制电路中采用了很多继电器来进行逻辑判断和控制。为保证发生故障时动作的可靠性及制动逻辑作用，这些继电器均带有多个触点。制动控制系统对常用制动、紧急制动、非常制动、备用

15、制动、救援制动和 ATC制动等 6 种制动作用进行控制的详细情况如下:(一)常用制动 常用制动时，司机制动控制器使电制动指令线制动级位指令线，通过这些列车指令线向所有车辆传送数字制动指令。各车的制动电子控制装置接收到制动指令后，根据制动级别、列车速度和载重信号等，按照所设定的减速度进行速度-粘着的模式计算出所需的电制动力。并遵照优先使用电制动的原则进行制动力控制，电制动不足时以空气制动补偿。(二)紧急制动 列车的紧急制动系统独立于常用制动和非常制动之外，紧急制动控制电路是从头车的制动控制器开始到最后尾车再返回头车的一根往复的列车线 153 号线从制动控制器开始，经由头车继电器及总风压力开关到达

16、列车尾部。154 号线是紧急制动返回线，它经由紧急开关及各车的紧急电磁阀，将头车的 JTR 继电器励磁。当发生如下情况时，紧急制动系统就发生作用:1.制动控制器手柄处于取出位;2.总风缸的空气压力低于 600kPa;3.列车分离;4.某车辆设备故障。(三)非常制动 非常制动指令线 152 号线和非常制动电磁阀都为常带电。当出现以下非常情况时:1.制动控制器处于非常制动位置;2.ATC 非常制动指令;3.紧急控制电路继电器消磁;152 号指令线断电，非常制动电磁阀失电动作，产生非常制动作用，压力空气经非常制动电磁阀进入中继阀。非常制动时，制动力为 100%的电制动力加上 40%或50%的空气常用

17、制动力;当电制动力等于 0 时，为 140%或 150%的空气常用制动力。为了较好利用不同速度区段的轮轨粘着，设置了二级压力，分别由高压用和低压用压力调整阀调定。由速度控制回路控制速度切换电磁阀动作。非常制动没有空重车调整。(四)备用制动 备用制动在动车组的常用制动系统和紧急制动系统发生故障时使用。在使用备用制动功能时，备用制动控制电路根据制动控制器发出的指令，从头车对全列的EP 阀直接进行控制，控制增压缸空气压力，产生空气制动作用。备用制动只有空气制动，且无空重车调整。(五)救援/回送制动 动车组在使用救援制动功能时，可使制动指令方式不同的车之间相互读取制动指令。这种功能是为使用空气指令的机

18、车救援/回送使用电气指令的动车组而设的。(六)ATC 制动控制 ATC 制动指令有常用最大制动和非常制动两种。它通过比较来自轨道电路信号(ATC 信号)的允许速度和列车实际速度来决定制动指令的级别，当列车速度超过允许速度时，则产生制动作用;制动指令一直持续起作用，直至列车速度降低到最高允许速度以下。制动材料 制动盘材料 长期以来，世界各国对列车制动已经进行了深入的研究，开发了多种适合于不同运行工况的制动材料。制动盘材料曾使用过普通铸铁、普通铸钢、低合金铸铁。此后，由于列车轻量化的需要，又相继研究开发了特殊合金铸钢、低合金锻钢、铸铁铸钢组合材料、c/c 纤维复合材料和铝合金基复合材料。制动盘材料大致分为两大类，即铁系金属材料制动盘和复合材料制动盘。由于动车组是全新的铁路客车，我们通过借鉴国外动车组检修的经验，总结中国铁路客车几十年检修实践和管理体会，全面推行新的检修体系。对于动车组的制动系统，也按照一级至五级维修共五个等级进行检修。同时，逐步实现检修方式制造化。其主要形式是换件修、集中修、状态修和均衡修。动车组检修作业方式在“检修基地”主要表现为检查、拆装、检测、试验，除转向架以外，其它大部件检修采用换件的方式，委托该部件的制造工厂承担。