毕业设计（论文）-有轨电车制动系统方案设计.doc

西南交通大学本科毕业设计（论文）第 页西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）有轨电车制动系统方案设计年 级:学 号:姓 名:专 业:指导老师:2009年 6 月院 系 机械工程学院 专 业 年 级 姓 名 题 目 有轨电车制动系统方案设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日西南交通大学本科毕业设计（论文）第页毕业设计（论文）任务书班 级 学生姓名 学 号 发题日期： 年 月 日 完成日期： 月 日题 目 有轨电车制动系统方案设计 1、本论文的目的、意义 学生通过有轨电车制动系统方案设计，可以加深对城市轨道车辆制动系统的全面了解，系统掌握微机控制直通电空制动系统工作原理动力制动和空气制动的复合制动方式、结构性能。熟悉司机室设备、指令发生/传输、电子制动控制ebcu、气动控制bcu、常用制动、快速制动、紧急制动、停放制动、防滑控制、载荷控制、辅助供风等作用原理和技术性能。 2、学生应完成的任务 学生应会应用启动控制、计算机与自动控制、电子电气、测试、传感器等知识，iec国际电工委员会标准进行有轨电车制动系统方案设计。根据已学习过的城市轨道交通车辆制动系统基本作用原理，设计出逻辑框图、画出作用原理图。 （a）采用微机控制直通电空制动系统；（b）采用动力制动和空气制动的复合制动方式，优先采用动力制动，动力制动不能满足制动需求时，空气制动能够自动补偿；（c）主要制动方式包括常用制动、快速制动、紧急制动、停放制动等，紧急制动为纯空气制动；（d）能够根据车辆载荷变化自动调整制动力；（e）具有冲动限制功能；（f）具有防滑控制功能：（g）具有故障诊断和故障信息储存、显示、通讯功能；（h）适应自动驾驶（ato）控制。 在毕业论文的设计中，给出清晰的论点分析，提出自己的合理的设计理念，并对有轨电车制动系统的理论知识进行必要的文字描述和分析，并提出自己的观点看法，从而达到提高毕业设计论文的质量的目的。 西南交通大学本科毕业设计（论文）第48页3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 绪论 ( 1周) 第二部分 有轨电车制动系统理论知识分析和描述，提出观点 ( 2周) 第三部分 构思设计原理方案，提出论点并进行分析 ( 3周)第四部分 原理图设计，撰写论文 ( 3周) 第五部分 撰写论文及修订，打印论文 ( 2周)评阅及答辩 （1周）备 注 上海、广州、北京地铁车辆制动系统介绍2001-2008铁道车辆，en 50155：2001-0铁路应用-铁路机车车辆用的电子设备、iec 61 373：1999-01铁路应用-铁路机车车辆设备-冲击和振动试验 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要当今社会，城市人口不断增长，城市规模越来越大，城市公共交通系统也在迅速发展，有轨电车系统作为城市轨道交通小运量系统的典型代表，在人们的日常生活出行中起着非常重要的作用。有轨电车适用于规模相对较小的城市，具有运力大、运行和建设成本低、对环境无污染、快捷、舒适的特点。制动系统作为有轨电车最为关键的设备之一，必须具有安全、快速、精确等特点。制动系统性能的好坏，关系到车辆综合技术水平和运行品质能否提高，更为重要的是它涉及到有轨电车的行车安全。本文介绍了有轨电车制动系统的组成、原理以及控制。主要包括制动基本概念，有轨电车制动系统的特点，空气制动、电气制动、复合制动、备用制动、制动指令传输等制动系统各组成部分的工作原理及控制方法，并参考“大连人”号有轨电车制动系统，将各部分组合在一起设计出有轨电车的制动系统。该系统采用微机控制直通式电空制动，主要由空气制动和动力制动两种制动装置组成，具有常用制动、紧急制动、停放制动等制动功能。常用制动时采用动力制动和空气制动的复合制动，优先采用动力制动，动力制动不足时将空气制动作为补充，紧急制动时采用纯空气制动。通过本设计，能够得出以下结论：新型有轨电车采用文中所设计的制动系统，能够满足运行当中的各种制动要求。关键词：有轨电车 制动系统 复合制动 设计abstractin todays society, the urban population increases unceasingly, the cities become bigger and bigger, urban public transport system are also developed rapidly. as the typical representative of the small-capacity urban rail transport system, the tramcar plays a very important role in peoples daily life. the tramcar is suitable for the scale of relatively small cities, with the characteristics of large capacity, low cost of operation and construction, non-polluting to the environment, quickly and comfortable.as one of the most important equipment of the tramcar, braking system must have the characteristics such as safety, fast and accurate. performance quality of braking system, whether relates the tramcar synthesis technical level and the movement quality of enhancing, more importantly, it relates to traffic safety of the tramcar.in this paper, it introduced the tramcar braking systems composition, the principle and how to control it. it mainly includes the basic concepts of brake, characteristics of tramcar braking system, the working principle and control method of all parts of the braking system, like air braking, electric braking, complex braking, spare braking, braking command transmission and so on. consulted the braking system of tramcar named “dalianren”, i designed this tramcar braking system. the system uses microcomputer control electro-pneumatic brake, its mainly constructed by air braking and dynamic braking, with the functions of normal braking, emergency braking and park braking. use complex braking which compound of air braking and dynamic braking while nomal braking, use dynamic braking first, and use air braking as supplementary when dynamic braking cant meet the requirements. use pure air braking while emergency braking.through this design, we can get some results: the braking system of this paper can meet the requirements of all braking situation of new kind tramcar.key words: tramcar braking system complex braking design目录第1章 绪论11.1选题背景：11.2国内外发展现状2第2章 有轨电车制动概述42.1制动基本概念42.1.1制动的基本概念42.1.2制动方式42.2有轨电车制动系统特点52.2.1有轨电车基本特点52.2.2有轨电车制动系统的特点52.2.3对有轨电车制动的总体要求5第3章 有轨电车制动系统的组成、原理及控制73.1空气制动73.1.1空气制动原理73.1.2空气制动控制原理93.1.3模拟型ep阀及其控制123.1.4中继阀原理163.1.5空气制动基础制动装置193.2电气制动203.2.1电气制动原理203.2.2电气制动特性213.2.3电气制动的控制223.3制动指令及其传输223.3.2电气指令模式及传输223.3.3指令方式与制动控制模式243.4复合制动243.4.1复合制动设计原则253.4.2复合制动力的控制253.4.3复合制动的粘着控制273.4.4防滑控制283.5备用制动293.5.1备用制动方式293.5.2备用制动装置30第4章 方案设计324.1制动系统组成324.1.1制动指令发生及传输系统334.1.2制动控制系统344.1.3基础制动装置354.1.4风缸364.1.5风源系统364.2 制动模式364.2.1常用制动364.2.2紧急制动374.3 功能设计374.3.1根据载荷变化调整制动力374.3.2冲动限制功能384.3.3复合制动控制384.3.4制动缸压力初跃升394.3.5制动缸压力滞后修正394.3.6 通讯功能394.3.7 监控和故障评估414.4 作用原理42结 论42致 谢44参考文献45附 录47第1章 绪论1.1选题背景：自从世界上第一个地铁系统于1863年在英国伦敦建成运行以来，尽管经历了各种曲折的发展过程，但世界各主要大城市无不以轨道交通系统作为城市骨干公共交通系统。现在的城市轨道交通系统可分为大运量系统、中运量系统、小运量系统，各自包括城市快速铁路、地下铁道；轻轨铁路、独轨系统、线性电机小截面地铁、自动导向系统；有轨电车系统。不同运量的城市轨道交通系统适用于不同规模的城市，地铁系统适用于大规模城市，在我国例如北京、上海、广州、深圳、天津、南京、杭州等大城市都已形成了一定规模的地铁系统，同时成都、沈阳、西安、宁波、重庆等城市的地铁系统正在修建过程中，对于规模相对较小的城市，有轨电车则具有很强的竞争力，有轨电车作为现代化城市轨道交通的一部分，具有运力大、运行和建设成本低、对环境无污染、快捷、舒适的特点，其中低地板有轨电车还具有乘客上下方便，甚至可以照顾到老人和残疾人的特点。所以也有很多城市在修建有轨电车系统，例如大连、长春的有轨电车一直在运行，也有部分大中城市在规划或者已经开始修建有轨电车系统。制动系统是城市轨道交通运输车辆最为关键的设备之一，制动系统性能的好坏，关系到车辆综合技术水平和运行品质能否提高，更为重要的是它涉及到城市轨道车辆的行车安全，所以制动系统是城市轨道车辆所有设备中综合技术难度最高的，因此，各国在发展城市轨道交通运输的过程中，都把提高制动技术作为一个重要项目进行研究。而作为有轨电车，对制动系统的要求更高，这是因为不同于一般的城市轨道交通系统，有轨电车不是在封闭线路上运行的，而是在路面上与汽车混跑，所以有轨电车是制动、缓解操纵最为频繁的，往往每隔几秒钟的时间就要连续进行制动和缓解操纵，而且为了能够随时停车，对制动距离要求得非常短，这就要求制动系统具有非常高的灵敏度和非常短的空走时间。作为有轨电车关键技术的制动系统，其技术水平在不断提高，国外先进的有轨电车制动系统主要采用微机控制直通电空制动或油压制动系统，采用再生制动和空气（或油压）制动的复合制动方式。近几年，国内研制的新型有轨电车，采用了大量新技术，但由于国内还没有一种能适用于现代有轨电车的先进、成熟的国产制动系统，到目前为止，制动系统是城市轨道车辆上唯一没有实现国产化运用的产品。所以研制具有自主知识产权的、达到国际先进水平的制动系统，将使我们摆脱对进口产品的依赖，不仅为国家节约大量的外汇，还会带动相关产业的发展，促进民族工业的发展。 同时，国产城市有轨电车制动系统的研制成功和推广应用，还会提高我国城轨交通制动技术的水平，使制动技术上一个新的台阶，促进技术进步。所以研制具有自主知识产权的、达到国际先进水平的制动系统，将使我们摆脱对进口产品的依赖，不仅为国家节约大量的外汇，还会带动相关产业的发展，进而促进民族工业的发展。同时，国产城市轨道交通制动系统的研制成功和推广应用，还会提高我国轨道交通制动水平的技术，促进技术进步。目前国内很多车辆厂、研究所以及部分高校都在致力于先进轨道交通制动技术的研究，相信不久的将来我国的城市轨道交通车辆就会使用技术先进并且完全国产化得制动系统。1.2国内外发展现状制动系统是城轨车辆的关键部件之一，制动系统性能的好坏，关系到车辆综合技术水平和运行品质是否可靠，因此，各国在发展城轨交通运输的过程中，都把提高制动技术作为一个重要项目进行研究。城市轨道交通车辆制动技术水平是随着城市轨道交通的发展而不断提高的，制动系统的发展经历了纯空气制动、空气制动为主电空制动为辅，直到今天的以电制动为主、空气制动为辅的过程，制动控制技术也由空气控制、电气控制发展到计算机控制。世界上第一个地铁系统于1863年在英国伦敦建成，经过一百多年的发展，各种城市轨道交通系统遍布全球，由于种种原因，欧洲发达国家及日本的城市轨道交通运输非常发达，城市轨道交通车辆种类较多，主要有地铁车辆、跨坐式（单轨）车辆、悬挂式车辆、有轨电车，其中地铁车辆是最重要的城市轨道交通车辆，其制动技术水平非常高。欧洲、日本的大部分城市轨道交通车辆制动系统采用的是德国knorr-bremse公司、法国faiveley transport公司，日本nabtesco等公司的产品，这些公司的制动系统具有行业领先的技术水平，性能先进、可靠性高，以再生制动、电阻制动组合方式的电制动是主要的制动方式，在额定满载载荷情况下，电制动的制动力可以满足车辆减速至5-10km/h之前的制动力要求。目前从技术上讲，电制动甚至可以达到使列车停车的能力。从上世纪20年代起，中国的许多大城市都建设了有轨电车系统，新中国成立以后，有轨电车系统被慢慢拆除，到今天只剩下大连和长春两座城市还在运行有轨电车。我国的城市轨道交通系统建设于1965年始于首都北京，经过40多年的发展，目前已有北京、上海、天津、广州、南京、深圳建成里程不等的地铁系统，重庆、武汉也已经开行了轻轨系统，还有成都、西安、沈阳、杭州等城市的地铁系统正在建设当中。包括地铁、轻轨以及有轨电车在内，我国已经基本实现了城市轨道交通车辆的国产化，但作为关键技术的制动系统还依赖进口，成为唯一没有实现国产化的部分，我国的地铁车辆主要采用德国knorr（克诺尔）公司，日本nabtesco（纳博泰斯克）公司的制动系统， 最新研发的大连有轨电车“大连人”号采用日本nabtesco（纳博泰斯克）公司的产品。为了在制动系统实现国产化，很多科研机构以及高校都在做这方面的研究，技术比较领先的有中国北车集团四方车辆研究所，该机构承担了国家发展和改革委员会下达的城市轨道交通车辆制动系统国产化项目，进行城市轨道交通车辆制动系统研制。西南交通大学、同济大学等高校也在做该方面的研究，并已经有了一定成果。第2章 有轨电车制动概述2.1制动基本概念2.1.1制动的基本概念列车制动是人为地利用制动力使列车减速、停车、阻止其运动或加速的统称。对于列车，人为地使其减速或阻止其加速的外力是由列车制动装置产生的，它与列车运动的方向相反，由轨道作于车轮，叫制动力。通常制动装置是指能产生制动作用的整套机构，包括制动机、基础制动装置、手制动（停放制动）装置。制动装置是通过司机操纵制动控制器发出的制动指令，指挥制动控制部分向基础制动的制动缸送风，是制动缸获得必须得空气压力，经基础制动装置的放大变换，最终形成列车制动力。制动作用的解除叫做缓解，包括分布操纵的部分解除和一次操纵的彻底解除。2.1.2制动方式制动方式可以按制动时列车动能转移方式、制动力获取方式和制动源动力的不同进行分类。（1）按制动时列车动能的转移方式不同，列车的制动可以分为摩擦制动和动力制动。摩擦制动通过摩擦把动能转化为热能，然后消散于大气；动力制动把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从列车上转移出去。常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速动车组和有轨电车制动系统中会用到磁轨制动也属于摩擦制动。常用的动力制动方式主要有电阻制动和再生制动。电阻制动是把由列车动能转化出来的电能直接消耗在随车安装的制动电阻上转化为热能，通过通风设备把热量散掉；再生制动是把电能通过牵引传动的变流器逆向变换，再把电能返回电网。2.按制动时列车制动力的获取方式不同，列车的制动可以分为粘着制动与非粘着制动，这是按照制动力产生是否依赖于轮轨之间的粘着关系而划分的。闸瓦制动、盘形制动、电阻制动和再生制动均属于粘着制动，并且制动力的大小也受粘着限制；磁轨制动则属于非粘着制动，其制动力的产生只取决于制动体和钢轨之间的摩擦或电涡流作用。3.按制动时列车制动源动力的不同，列车制动可以分为空气制动方式和电气制动方式。以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动方式，包括闸瓦制动、盘形制动等；以电位源动力的制动方式称为电气制动方式，包括动力制动、磁轨制动等。2.2有轨电车制动系统特点2.2.1有轨电车基本特点有轨电车是牵引动力和运输载体一体化的城市旅客运载工具，具有以下特点：l 成组使用、编组固定，编组较短；可单列运行，也可两列连挂运行；1. 编组各车之间采用密接式车钩，整体运用维修，大修前不解体；2. 两端均可操纵，不需转向；3. 通过网络或电缆实现同步牵引、调速、制动等重联功能。2.2.2有轨电车制动系统的特点（1）由于有轨电车是动力分散，列车制动装置是指动车制动装置和拖车制动装置的组合，它们共同形成的完整的制动系统，强调系统的概念；2.在制动控制上，采用电气制动和空气制动的复合制动，各自制动力的调整需要一个制动系统来完成；空气制动部分采用电空制动机；3.为提高乘坐舒适性，各车减速度作用一致；4.为提高经济性，应充分发挥再生制动的效果；5.进行防滑控制，充分利用粘着。2.2.3对有轨电车制动的总体要求制动是有轨电车运行的主要也是最重要工况之一，制动系统的有效性和好坏直接影响列车安全第一系列重要环节，因此制动系统必须满足响应方面得基本要求。（1）安全性要求，具有足够的制动能力，满足制动距离的要求，保证有轨电车在规定的制动距离内停车，同时要考虑因粘着不足情况下因防滑控制引起的制动距离延长；2.操纵灵活，制动减速快，制动作用灵敏可靠，有轨电车前后车辆制动、缓解作用一致；3.具有动力制动能力，在正常制动过程中，应尽量充分发挥动力制动能力，以降低运行成本；4.具有动力制动和摩擦制动的复合制动能力；5.制动系统应保证有轨电车在长大下坡道上运行时，其制动力不会衰减；6.有轨电车各车辆的制动力应尽可能一致，制动系统应根据乘客量的变化，具有载荷调整能力，以减少制动时的纵向冲动；7.具有紧急制动性能，遇到紧急情况是，能使有轨电车在规定距离内停车，紧急制动除了可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急制动按钮进行操纵；8.有轨电车在运行过程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；9.轻量化要求，除了车体、转向架这些大部件，各种车载设备也应考虑轻量化设计，制动系统的供风设备、制动控制装置等分布在各车上，也要满足轻量化要求；10.制动系统的工作状态直接关系到列车运行安全，除了要满足可靠性要求，还要易于维护保养、便于维修。第3章 有轨电车制动系统的组成、原理及控制对于有轨电车制动系统，根据其采用电气制动和空气制动复合制动的特点，可以分为电气制动和空气制动两大部分。图3-1 有轨电车制动系统组成示意图3.1空气制动3.1.1空气制动原理传统的机车车辆制动机有两种类型空气制动机和电空制动机，电空制动机是在空气制动机基础上引入电控（电磁、电子或微机控制）部分构成的，它们都可以简称为空气制动。空气制动系统的制动原动力来自压缩空气，制动力的产生依赖于轮轨接触，属于摩擦制动。其制动指令发出、传递，制动力产生、控制都需要压缩空气。空气制动系统由供风系统、制动控制装置、基础制动装置组成。供风系统由空气压缩机及其附件（干燥装置、油水分离器、调压器、安全阀）、储风缸、管路及其附件、压力表等组成，具体组成形式与产品型号有关。制动控制装置从整个控制原理上分为两类：直通式空气制动机和自动式空气制动机。3.1.1.1直通式空气制动机直通式空气制动机是通过制动阀把总风缸的压缩空气直接变成经列车管（制动管）而进入制动缸，其压强大小反映制动力大小的压缩空气，直接在制动缸得到所需制动力。直通式空气制动机的制动阀结构简单，操纵上只有制动、保压、缓解三个位置。图3-2 直通式空气制动机原理示意图直通式空气制动机的工作原理：列车管充气，制动缸增压，产生制动作用；列车管排气，制动缸减压，缓解制动。当列车分离时，列车管和制动缸处于排空状态，无制动力、无法制动。直通式空气制动机的特点：构造简单，对短编组列车来说操作灵活，可以用制动阀直接调节制动缸的压力。但对于较长编组列车，制动时，列车前部制动缸充气早、增压快；后部制动缸充气晚、增压慢；缓解时，列车前部制动缸排风早、缓解快；后部制动缸排气晚、缓解慢；容易形成较大冲动。3.1.1.2自动式空气制动机自动式空气制动机是通过制动阀改变制动管的空气压力，以此压力变化为控制信号，控制列车制动机的三通阀（或分配阀），使制动缸获得所需要的空气压力，再经过基础制动装置的。三通阀由主活塞、滑阀、节制阀等组成，外接列车管、副风缸管。自动式空气制动机的工作原理：通过三通阀的作用，列车管排气减压，制动缸充风，产生制动作用；列车管充气增压，制动缸排风、制动缓解。自动式空气制动机的特点：结构复杂，制动时，列车各车辆制动缸的充气来自就近的副风缸；缓解时，制动缸通过就近的三通阀排气，自动制动阀控制制动管的排风减压或恢复充气，列车前后部制动和缓解动作一致性较直通式好，列车冲动较小，适用于编组较长列车。有轨电车采用微机控制直通式空气制动机。图3-3 自动式空气制动机原理示意图3.1.2空气制动控制原理3.1.2.1制动控制的要求（1）制动性能要求（a）满足规定的制动距离要求从系统制动能力上，首先要满足紧急制动距离要求，另外从制动力控制上要满足定点停车等制动距离的要求。（b）满足规定的减速度要求满足具体规定的有轨电车的制动减速度、制动平均减速度的要求。2.动态性能要求1）满足制动力上升时间的要求从司机制动控制器置于制动位的瞬间到制动缸的压力上升到规定值所需的时间称为制动力上升时间。从满足紧急制动距离、减少制动空走时间及距离的角度，制动力上升时间要尽量短。2）满足制动平稳性要求制动平稳性要求采取有轨电车各车的制动力同步上升、电制动与空气制动的转换或协调要平顺、制动力与车厢重量成正比、采用密接车钩等减小纵向冲动的措施。在满足制动平稳性的前提下，制动力上升时间也不能太短，否则也会引起纵向冲动，因此对制动指令采用限制上升斜率的平滑措施。3.制动精度要求制动精度是指制动距离精度、制动减速度精度、制动调速精度。1） 制动距离精度是指在需要精确定点停车的场合，如在车站站台停靠时，车厢门要求对准站台上停车位的标志线，以利于旅客乘降。2） 制动减速度精度有轨电车的制动指令和制动力的控制都是按照减速度规定的，但制动系统最终提供给列车的是力纵向减速力，如果把指令、制动力、列车质量、列车速度视为一个控制系统的各个变量的话，那么完全可以做到用闭环系统实现既定的列车减速度，并且具有很高的精度。3） 速度控制精度在目标速度控制模式下，列车控制系统不断地向牵引或制动系统发出指令，使列车出现牵引、惰行、制动等工况，维持列车运行于目标速度，因此，速度控制精度不是单纯的制动控制精度问题，但却与制动力控制的响应和精度有关。3.1.2.2制动控制系统电气指令式制动控制系统按其电气指令传递方式可分为数字指令式制动控制系统和模拟指令式制动控制系统；按制动控制装置的不同分为电磁式空气制动控制系统、气压式制动控制系统和微机制动控制系统。3.1.2.3直通式电空制动系统电气指令式制动控制系统按其对空气制动控制方式的不同，分为自动式和直通式。自动式是在自动空气制动机的基础上增加了电气指令控制系统对列车管压力的控制，通过同时对各车辆的列车管的减压增加，使各车辆的三通阀同时作用，加快列车整体的制动及缓解速度，提高了自动空气制动机的性能。直通式是采用电信号来传递制动和缓解指令的直通空气制动系统。司机通过电气指令控制装置对各车辆的制动信号管的压力空气进行控制，用该制动管的压力使各中继阀工作，最终获得制动缸压力。直通式具有响应快、一致性好、控制方便的有点，但也存在一个致命缺点，一旦列车分离就将会失去制动能力。由于直通式制动控制系统具有上述优点，现在的有轨电车制动控制系统大多采用直通式空气制动、配以电气指令式的制动控制系统。制动控制系统是制动系统在司机和其他控制装置的控制下，产生、传递制动信号，并对各种制动方式进行制动率分配、协调的部分。目前的制动控制系统主要有空气制动控制系统和电控制动控制系统。图3-4 直通式电空制动供风系统3.1.2.4微机控制制动系统原理有轨电车各车辆上的制动控制装置由制动控制单元（brake control uint,简写bcu）、ep阀、中继阀、空重调整阀、紧急制动电磁阀等组成。当列车需要制动时，bcu根据制动指令及车中信号计算出所需的制动力，并向电气制动控制装置发出制动信号，电气制动控制装置控制电气制动产生作用，并将实际制动力的等值信号反馈到bcu，bcu进行计算，并把计算结果相应的电信号送到ep阀，ep阀将此电信号转换成相应的空气压力信号送到中继阀，中继阀进行流量放大后使制动缸获得相应的压力。拖车常用制动时，制动控制装置的动作过程与动车基本相同，由于没有电气制动，所以不必进行电气制动与空气制动的协调，所需制动力全部通过ep阀转化为相应的空气压力信号，然后由中继阀使制动缸产生相应的制动力。紧急制动时，紧急制动指令线失电，紧急制动电磁阀失电，来自紧急制动电磁阀通过向中继阀提供压力指令，中继阀根据压力指令，将总风压力送往制动缸产生制动力。3.1.2.5制动力的控制对于动力制动，可以直接通过牵引变流器控制再生制动电流来得到所需的制动力；对于空气制动，制动力是由电空制动的控制计算机计算并控制的，因此，在制动装置设计阶段，要采用反向计算，根据基础制动装置产生的制动力，结合制动力算法采用的闸瓦压力、摩擦系数、平均作用半径、车轮滚动园半径、传动效率等参数，反算出制动缸空气压力。在制动过程中，制动控制计算机则进行正向计算，根据制动指令对应的制动减速度、当前速度、列车重量，计算出制动力大小，然后进行电气制动和空气制动的分配，根据电气制动优先原则，发出电制动请求指令，再根据电制动力的反馈，决定空气制动力的大小。3.1.3模拟型ep阀及其控制模拟制动控制阀ep电空变换阀属于控制阀的一种，其作用是把制动控制单元bcu所发出的对应制动力的电流指令变换为空气压力，由于受电磁阀的控制，其空气压力能连续且无级的变化，此压力作为控制信号控制中继阀的供风、排风的工作空气压力。ep电空变换阀由电磁铁部、供气部和排气部够成，电流通过电磁铁线圈时产生吸引力打开供气阀，而供给压力空气，同时压力空气返回到电空变换阀的膜板室，将呈出与电磁阀的吸引力平衡状态时会关闭供气阀，只要改变经过电磁铁线圈的电流大小，就能控制电磁阀吸引力的大小，进而可以任意设定空气压力。3.1.3.1作用原理1.制动位当接受到电气指令，电磁阀励磁，柱塞动作使排气活塞上升，排气活塞在上升过程中，使供排气阀接触排气阀座而关闭排气孔后，压力空气从上部将供、排气阀顶开，供排气阀由供气阀脱离，从供气管路a输送过来的空气流到中继阀管路b，称为中继阀的预控压力。同时，压力空气流入到膜板上面的气室，将达到电气指令所需的压力，膜板及排气活塞被它下压，接触到排气阀座，而关闭供气通路，达到平衡位置。到平衡状态后，若增加指令电流，电磁阀的输出力使柱塞克服膜板承受的压力，上顶排气活塞，产生上述相同作用，空气流到b口通向中继阀，当中继阀管的压力达到指令电流对应的压力，就关闭供气管路，再回到平衡位置，形成阶段制动。1-电磁阀 2-柱塞 3-排气活塞 4-供排气阀 5-膜板图3-5 ep阀原理图图3-6 ep阀动作示意（充气制动位）2.保压位在平衡状态，输出侧平衡腔有与输出相同的空气压力，因此，电磁阀向上的压力大于膜板上方的空气压力，故供排气阀经过排气活塞被柱塞上顶，同时自动开始供气，直到平衡腔的压力达到规定值，形成保压位，在该位，如果出现泄露，能够自动补风。3.缓解位达到平衡状态后，若指令电流下降，电磁阀的输出力小于膜板承受的压力，下压排气活塞，与供排气阀脱离，中继阀管b的空气经过排气活塞内的通路d以及c，经过排气管路排到大气，形成阶段缓解。中继阀管的压力，即平衡腔的压力降低到等于指令电流对应的压力，排气活塞就开始上升，排气阀座落到供排气阀，使排气管路关闭，重新回到平衡位置。若指令电流归零，电磁阀的输出也为零，排气活塞受到膜板上方压力，下移使排气阀座脱离供排气阀，中继阀管路b得压力空气通过d、c通路排入大气，形成一次彻底缓解。图3-7 ep阀动作示意（保压位）图3-8 ep阀动作示意（排气缓解位）3.1.3.2模拟型ep阀的控制控制模拟型ep阀的驱动电流，就能够控制电空制动力，模拟型ep阀的特点是必须有驱动电流控制装置，在制动控制单元bcu，这是由微机进行精确的电流控制的。模拟型ep阀的优点是只要提供驱动电流，就能够产生与电流大小成比例的空气压力，很容易形成不通过微机就能够实现的备用制动。模拟型ep阀的缺点表现在两个方面，一是其响应、控制精度与ep阀的结构及性能关系很大，必须完善控制方法才能得到较好的控制精度和响应特性；二是存在特性滞后。由于模拟型ep阀的结构中存在多方面的非线性因素，如移动间隙、干摩擦、膜板和弹簧弹性的非线性等，引起控制电流增大行程和减小的返回行程，同样电流对应的输出空气压力不等的现象。滞后特性引起的制动力与制动指令的不唯一性，可以采用输出电流值补偿方法，消除电空变换阀的自身带来的滞后，通过这种补偿控制，同时也能消除后续空气压力控制阀尤其是中继阀结构特性的滞后。制动缓解时，为了使电空变换阀准确的处于缓解位，系统对电空变换阀电磁阀励磁电流进行电流偏差控制。3.1.4中继阀原理在制动控制单元bcu中，计算机完成了电气控制量到空气空置量的转换后，需要一个空气通路断面较大，能够通过较大风量的输出元件，这个功能通常由一个专用的空气压力控制阀中继阀来完成。图3-9为只具有完成比例放大，并不具备压力运送功能的中继阀。该中继阀为双膜板结构，上膜板的下腔引入来自ep阀的常用制动预控压力，下膜板的下腔引入来自紧急电磁阀的紧急制动预控压力，两张扁平膜板的有效面积相同，具有高位优先功能。由于这样两种压力（高位优先压力和二次压力）的相差，供排气阀杆滑动，从而执行供气阀的开闭以及二次压力的供给或排气。制动位：控制信号压力（ac1、ac2）通到下膜板的上下腔，供排气阀杆上移打开供气阀，来自制动风缸的压力空气（一次压力），经供气阀和供气阀座开口部变为二次压力空气（bc）流出送往制动缸管，制动缸压力上升，供排气阀为供气位，中继阀处于制动位，如图3-10所示。图3-9 中继阀原理图图3-10 中继阀原理图（制动位）保压位：制动缸压力上升时，bcf室的压力随之上升，当下膜板的上下腔的压力ac1及ac2的压力之和等于bcf室的压力时，供排气阀杆被宰弹簧力作用下向下移，供气阀被压住到供气阀座，而停止一次压力空气的流出，即停止向制动缸管充气；同时，供排气阀杆与供气阀地面接触，封闭二次空气压力不会排出，供排气阀处于为平衡位，制动缸压力维持不变，中继阀处于保压位，如图3-11所示。图3-11 中继阀原理图（保压位）缓解位：当控制信号压力（ac1、ac2）降低，供排气阀杆由于bcf室的压力而向下移动，二次压力空气经过供排气阀杆内的通路排出到大气中，供排气阀为排气位，此时制动缸压力下降，处于缓解过程，中继阀处于缓解位，如图3-12所示。图3-12 中继阀原理图（缓解位）紧急制动位：此时控制信号压力（ac1、ac2）停止下降，上下膜上移与供气阀地面接触，供排气阀又处于供、排气阀同时封闭的重叠状态，制动缸压力维持不变，中继阀又处于保压位，实现制动阶段缓解，如图3-13所示。图3-13 中继阀原理图（紧急制动位）3.1.5空气制动基础制动装置 有轨电车基础制动装置主要采用空气盘形制动器，同时采用磁轨制动器作为补充制动器，以满足制动距离的要求。图3-14 盘形制动器图3-15 磁轨制动作用原理3.2电气制动3.2.1电气制动原理电气制动（简称电制动）是动力制动的一种，是利用电力传动装置产生制动力的动力制动方式。对于牵引电机，当转差率大于1时，转子的转向与磁场旋转的转向相反。电机在正常运行时，倘若突然改变定子的相序即可获得这种运转状态，此时电机将急剧趋于停转，若不能及时切断电源，转子将加速至相反方向旋转，称为反接制动状态。如果电机在正常运转时，突然降低定子的供电频率，转子的机械惯性将使之维持在高于旋转磁场的转速上，这时转差率变为负值，进入发电机状态。电机转轴上的机械能变成电能回馈给电网或消耗在电阻上。在有轨电车下坡或高速运行需要制动时极易实现上述运行状态，称为再生制动或电阻制动。有轨电车在制动时，电传动装置，也称为牵引控制单元（tcutraction control unit），接受电制动指令，将牵引电机转变为发电机，有轨电车惯性力通过车轴驱动发电机，将动能转化为电能，再通过不同的方式处理这些电能。在电制动工况，牵引控制单元充当制动控制单元的角色。3.2.2电气制动特性电制动特性是指按预定控制规律实现的电制动力随列车速度变化的特性。根据电制动速度范围、制动功率、电空复合制动调节要求，电制动力可以调节成等制动功率或等着动力两种特性。在等制动功率特性下，在中高速范围内制动力随速度降低而增大，制动力与速度乘积等于制动功率，在低速下受最大制动电流限制，取不随速度变化的等制动力电力特性；在等制动力特性中，整个速度范围内制动力保持不变，但制动力的大小受牵引电机制动功率和制动电流的限制。图3-16 电制动特性曲线图有轨电车制动工况所需要的制动力特性与牵引特性相似，一般希望在高速下制动力要小，以减小施加制动时引起的纵向冲动，随着速度的降低，希望制动力越来越大，以满足制动距离、制动平均减速度的要求。由以上两种特性可以看出，等制动力特性一般不适合独立承担制动减速的要求，而要与具有等制动功率特性的其他制动方式复合使用。在电空复合制动模式下，电制动力可以实时调整为所需大小，而不按预定规律调整；在等速模式下，电制动力根据目标速度控制指令系统给出的减速要求，实时调节制动力的大小。3.2.3电气制动的控制由于在有轨电车上电制动通常为再生制动，电制动力的控制根据制动控制单元的控制指令、电制动允许条件、整列或单元控制模式等条件，由牵引逆变器实现。在过电分相或高压部分故障等情况下，可以切换为电阻制动，但此时必须有辅助电源维持支流环节的初始供电，以维持牵引电机的励磁分量。电制动力的大小控制是按上述制动力特性调节的，但从操纵上又可以分为独立操纵和非独立操纵。独立制动是指类似机车电阻制动或再生制动那样独立使用电制动，当电制动力不足时，再加上空气制动；非独立操纵是指在任何需要制动的时候，完全由自动控制单元决定复