（车辆工程专业论文）轻轨车液压与磁轨制动系统.pdf

韭塞奎显太差童些亟堂焦论塞虫室燕翌 中文摘要 摘要：轻轨车( u g h tk a i l t r a n s i t ，简称l r t ) 是一种以电力驱动、具高容量及 安静平稳性能，且符合环保概念之城市内大众轨道运输系统是一种兼具公车与铁 路列车特性的运输工具。其最大的特点之一是被要求有接近2 0 m s 2 的减速度且较 短的制动距离。 本文以长春轻轨为例子，着重阐述了现代轻轨车制动系统的参数选择与设计。 长春轻轨的制动系统采用了接口简单的高度模块化设计，以便于适应现代制动系 统的特殊要求。车辆的设计速度为7 0 k m h ，相应的装配了三种相互独立的制动系 统，分别是：电制动( e d ) ；电液制动( e h ) ；电磁轨道制动( m g ) 。 制动系统包括了在动力转向架上的电液被动式摩擦制动( e h ) ，拖车转向架( 3 - 8 ) 上的主动作用模拟制动装置，动力转向架装备了两阶段液压的弹簧作用的制动系 统，在拖车转向架上的制动系统提供车轮防滑控制与定点制动作用，同时也包括 负载补偿 本文同时对目前最先进的轻轨车制动系统作了详细的介绍，同时也引入了如 “安全制动”等新的制动概念。 关键词；轻轨车；制动；参数；设计；液压；磁轨；防滑 a b s t r a c t a b s t r a c t ： l i g h tr a i lt r a n s i t ( a b b r e v i a t i o n ：l r t ) i sak i n do fp o p u l a rr a i lt r a n s p o r t a t i o n t o o l sw h i c hw e r ep u s hb yp o w e ra n da l s os u i tt oe n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nc o n c e p t ，w i t h h i g hc a p a c i t y s i l e n ta n ds m o o t hp e r f o r m a n c e ，1 1 1 eo n eo fb i g g e s tc h a r a c t e rr e q u i r e d i sn e a rt o2 0 m s 2d e c e l e r a t i o na n ds h e f tb r a k ed i a t a n c o t h i sp a p e ru s e dc h a n g c h u nl r va se x a m p l e ，e s p e c i a l l ye x p o u n d e db r a k es y s t e m d e s i g na n dp a r a m e t e rc h o o s e dm e t h o do f m o d e ml r v t h eb r a k es y s t e mo f c a h n g c h u n l r va d o p t e ds i m p l ei n t e r f a c ea n dh i g h l ym o d u l a rd e s i g n ，i no r d e rt os a t i s f y t h e s p e c i a lr e q u i r e m e n to fm o d e mb r a k es y s t e m t h ev e h i c l ei sp l a n n e df o rat o ps p e e do f 7 0k m h , a n di sa c c o r d i n g l ye q u i p p e dw i t ht h r e eb r a k es y s t e m sw h i c ha l ei n d e p e n d e n t o f o n ea n o t h e r t h e s ea f et h ee l e c t r od y n a m i c ( e d ) b r a k e ，e l e c t r oh y d r a u l i c ( e h ) b r a k e a n de l e c t r om a g n e t i ct r a c kb r a k e ( m g b r a k e ) t h eb r a k es y s t e mc o n s i s t so fa ne l e c t r oh y d r a u l i cp a s s i v ef r i c t i o nb r a k e ( e hb r a k e ) i n t h em o t o rb o - g i e s t h et r a i l e rb o g l ef i b ) f e a t u r e sa na n a l o g u e a c t i v e - a c t u a t e db r a k e , w h i l et h em o t o rb o g i e sa r ee q u i p p e dw i t l lat w os t e ph y d r a u l i cs p r i n g - a c t u a t e db r a k e s y s t e m t h eb r a k es y s t e m si nt h et r a i l e rb o g i eo f f e rw h e e ls l i d ec o n t r o la n ds e t - p o i n t b r a k i n g , a n da l ea l s ol o a d c o r r e c t e d a tt h es a m et i m et h ep a p e ri n t r o d u c e dt h em o d e m e s tb l a k es y s t e mo fl r vp r e s e n t l y , a l s oi n t r o d u c e ds o m en e w c o n c e p tf o rb r a k es y s t e m , l i k e s a f eb r a k e k e y w o r d s ：l i g h tr a i lt r a n s i t ；b r a k e ；p a r a m e t e r ；d e s i g n ； h y d r a u l i cb r a k e ；m a g n e t i ct r a c kb r a k e ；w h e e ls l i d e p r o t e c t i o n 致谢 本论文的工作是在我的导师任尊松教授的悉心指导下完成的，任尊松教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 任尊松老师对我的关心和指导。 任尊松教授悉心指导我们完成了该项目的研发工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向任尊松老师表示衷心的谢意。 学院的领导对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 序 本文是以德国k n o t t 公司为长春轻轨车设计的制动系统为基础，经过作者本人 的编辑整理，使用k n o t t 公司专业的制动计算软件做了该系统的制动计算。同时也 为大家介绍了目前规外最先进的轻轨车制动系统。 1 1 轻轨车的概述 1 绪论 轻轨交通( l i g h t r a i l t r a n s i t ，简称l r t ) 是一种以电力驱动、具高容量及 安静平稳性能，且符合环保概念之都会区大众轨道运输系统，其车辆施加于轨道 上的荷重，相对于传统铁路系统而言要柬得低，是一种兼具公车与铁路列车特性 的运输工具。其运量介于公车与地铁系统f a j ，且可以得较短的制动距离。 目前世界各城市营运的轻轨，简单的有路面的有轨电车，顶级的为完全与其 它车流立体隔离、有专用路权的捷运型态，其运量不逊于地铁。严格而言，轻轨 运输系统只是大众捷运运输系统的一种型式。 轻轨铁路起源于德国，1 9 6 8 年德国法兰克福和汉诺威2 座城市率先把有轨电 车线路进行现代化改造，与部分新建的地下交通系统结合起来，并设计了新型有 轨电车，这就是1 9 6 8 年研制的u 2 型轻轨车辆。 轻轨主要有三个特点：一是用轻型钢轨修建轨道，二是用轻型车辆运输旅客， 三是主要用于城市( 包括郊区) 旅客运输。因此，有些国家把它称为“城市铁路”。 轻轨铁路适于中等客运量，具有很好的灵活性，可以与任何类型的城市轨道交通 网络相连。车辆能够根据客流需要，以单车或编组方式在城市街道钢轨，以及高 架桥和隧道内轨道上行驶。现代化的轻轨交通，是一种集多专业先进技术于一身 的系统工程在信号自动控制和集中调度配合下，能快速而安全地完成客运交通 任务。 轻轨运输系统的路权设计，区分有专用路权( a 型路权) 、隔离路权( b 型路权) 及共用路权( c 型路权) 等三种型式。专用路权多以高架或地下型式建造，具完全独 占性之路权；隔离路权以栅栏或高低差与其他车流隔离之地面车道，具半独占性； 共用路权则以平面方式建於一般道路上，轨道与一般车流混合於街道上，为非独 占性路权。在实际应用上，轻轨系统大都配合当地环境现况，以不同路权型式混 合设计之面貌存在。 轻轨铁路与地铁相比，有许多优越性，第一，造价较低。如将地铁的造价作 为1 0 0 的话，轻轨一般只有3 0 左右。第二，适应性强。根据地铁的特点和要求， 地铁主要在地下修建，而轻轨技术比较简单，不仅适合在地面修建，必要时还可 以在地下或空中发展。第三，运量适中。地铁运量很大，只适合在大城市发展， 而轻轨的运量可以满足更多城市交通运输的需求。有鉴于国内都市大众运输系统 的需求日趋增大，而传统建於地下之重轨捷运的成本过高且建设时程长，为避免 无法及时完成，并减轻财政负担，在都会区引进轻轨运输系统，不失为解决其交 通问题的良策之一。 轻轨系统的车辆采用钢轨钢轮式，通常一列车以1 一节车厢连接，最小转弯 半径可在2 0 公尺以下，最高速度可达6 0 1 0 0 公里4 , 时，每小时单向运量约为 3 0 0 睢2 0 0 0 0 人次。而供电系统通常使用6 0 0 伏特或7 5 0 伏特的直流电，并普遍使 用悬垂线吊架方式的架空线供电至列车集电弓。 1 2 轻轨车的演进 1 2 17 0 年代 轻轨车的设计是基于一倜简单灵活的概念，系统本身被设计位于车道上，而 且具备相当简易的车辆型式，如图1 1 所示。 1 2 28 0 年代 幽1 17 0 年代轻轨车 轻轨车用以解泱城市交通问题。但当时的车站大部分为低月台设计，而车辆 为高底盘，因此乘客必须步上阶梯以进入车辆，对于残障人士相当不方便，如图 1 2 所示。 图l 2 8 0 年代轻轨车 2 韭哀一窑煎太堂童些 亟堂僮 诠塞 1 2 3 9 0 年代 轻轨车的设计9 0 年代早期是一个最重要发展，包括了高月台的车站构建以便 于所有乘客的上下车，如图1 3 所示。 图1 3 9 0 年代轻轨车 1 2 a2 1 世纪 具备高乘载量，且考量人性化、使用环境的舒适及融入城市街景，使车辆、 月台设计兼具人性与资金节约，如图1 4 所示。 图1 , 4 最新的轻轨车 1 3 长春轻轨车概述 长春轻轨车是目前国内技术最先进、外形最美观、重量最轻、档次最高的7 0 低地板轻轨车，它采用了铝合金车体、液压制动等多项新技术。 长春轻轨是国内第一个批量生产的7 0 低地板轻轨车项目，车辆用于长春轻 轨二期工程。长春轻轨二期工程是长春市城市轨道交通规划的二号线，从卫星路 到净月潭，全长1 7 k m 。列车为两动一拖三辆编组，每辆车之问通过铰接轴承连接。 列车全长2 8 3 2 m ，宽2 6 5 m ，设计速度为8 0 k m h 设计速度为8 0 k m h 。这列车作 为国内技术最先进的低地板轻轨车，具有五大特点：一是节约投资，方便乘客。 该车为7 0 低地板结构，即低地板区达到客室面积的7 0 。低地板区和门口部位 的地板面距离轨道面只有3 8 0 毫米，可以不设专用站台，大大降低了线路造价， 而且极大地方便了乘客上下通行，这在国内也是首次使用这项技术。二是“绿色 环保”。该车采用弹性车轮，能够大大降低车辆在运行过程中对环境的噪音污染。 通常地铁在地上运行过程中客室的噪音在7 5 分贝左右，而该车在调试运行中的噪 音仅为6 5 分贝；同时由于车的轴重轻，使该车在与其它城轨车同等速度下能够节 省牵引力从而节约能源，因而有“绿色交通工具”之称。三是制动系统先进。该 车采用了目前世界上最先进的液压制动系统，液压制动系统与传统的空气制动系 统相比，具有在同等功率的情况下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑；工 作平稳，惯性小，反应快，易于实现快速启动和频繁转换方向等优点。此外，车 辆还采用了盘形制动、磁轨制动系统以及撒沙装置，使整车的减速度可以达到2 0 ， 远远大于传统地铁车辆( 一般为1 2 ) ，安全性能进一步提高。四是牵引和网络控 制系统先进。车辆的牵引系统采用国外成熟技术，整个系统可以做到变频变压无 级调速，并在制动时向电网反馈电能。网络控制系统采用总线网络控制，既保证 了车辆各个系统的协调性，又能保证车辆控制的空间，增加了车辆运行的安全性、 可靠性。五是车端连接系统先进。车辆之间采用多自由度的铰接结构连接，车顶 端部设有目前欧洲最先迸的变阻尼的油压减振器，能够使车辆在运行速度高时提 高运行的平稳性；在运行速度低时增强曲线通过性能，保证运行顺畅。 4 2 1 制动系统说明 2 1 1 制动系统 2 长春轻轨车制动系统 长春轻轨的制动系统采用了接口简单的高度模块化设计，以便于适应现代制 动系统的特殊要求。车辆的设计速度为8 0 k m h ，相应的装配了三种相互独立的制 动系统。分别是： 电锚4 动f e d ) 謦 电液制动( e h ) 电磁轨道制动( m c l 制动系统包括了在动力转向架上的电液被动式摩擦制动( e h ) 。拖车转向架( t b ) 上的主动作用式模拟制动装置起作用，动力转向架装备了两阶段液压的弹簧作用 的制动系统。在拖车转向架上的制动系统提供车轮防滑控制与定点制动，同时也 包括负载补偿，如图2 1 所示。 主动式的模拟制动用于高载荷水平的常用制动和紧急制动。动力转向架上的 被动制动时基于弹簧作用原理( 故障制动) 和设定的保持，停车和停放制动作用， 而且如果当一个或两个动力转向架上的再生制动故障时，起到安全和替代制动功 能的作用等等。 本制动系统提供如下的功能： 常用制动 紧急制动 安全制动 停车制动施加 代替故障的电制动的常用制动 代替故障的电制动的紧急制动 停放制动施加 l 常用制动 在动力转向架仅仅是再生制动，当载荷条件大于a w 2 的条件下拖车转 向架补充额外的电液制动。 在速度低于7 k m h 时的停车制动时，动力转向架也起摩擦制动。 6 疆稠梧螺峨需器卅磊搿稚半=匝 扯塞窑通太茎 童些 亟 堂僮i 幺塞 25 0 电制动力故障的常用制动 限速- 4 0 虹洒。 保持电制动在另一个动力转向架。 在拖车转向架上旖加有负载补偿和车轮防滑保护作用的电液制动。 在故障的转向架上被动的电液制动采用第一阶制动力接管损失的再生 制动力( 无防滑保护) 3 紧急制动( 电制动十液压制动+ 磁轨制动) 动力转向架上的再生制动。 在拖车转向架上旌加有负载补偿和车轮防滑保护作用的电液制动。 撤砂。 所有转向架上的磁轨制动。 45 0 电制动力失效的紧急制动，液压制动 限速3 0 h n l i 。 在故障的转向架上施加弹簧制动。 在拖车转向架上施加有负载补偿和车轮防滑保护作用的电液制动。 撤砂。 所有转向架上的磁轨制动。 5 停放制动的施加 在动力转向架上施加弹簧作用的电液制动的最大的制动力。 6 停车制动的施加( v s7 k 删均 在设定的低速范围内停车制动通过动力转向架上的摩擦制动( 电液制 动) 与拖车转向架上的根据车辆载荷调整的附加的电液制动力。 保持制动设定在静止时在动力转向架上旖加最大的弹簧制动力。 7 安全制动 使用司机按钮或安全回路。 如果紧急制动回路打开，在动力转向架上的电液单元中的模拟转换器 失电，因而在动力转向架施加最大的制动力( 无负载补偿和车轮防滑保 护作用) 。 所有转向架上的磁轨制动。 7 2 1 2 辅助缓解概念 l 用液压手动泵的液压缓解 如果车辆需要被救援牵引，动力转向架上的被动制动能被缓解，通过连接一 个液压手动泵到连接阀上 h o h 。通过手动泵的作用，在制动夹钳的辅助缓解回路 上建立一个液态的压力，从而取消制动压力。手动泵仅仅当辅助缓解回路没有压 力的时候被连接和断开。当没有手动泵连接到连接阀上时，一个小的缸体 h 0 2 确 保没有压力被建立在辅助缓解回路上。 注意：车辆被辅助的液压力缓解后，此时无制动并且电液制动也不起作用。 必须采取措施以防止车辆溜动。 2 弹簧制动的机械辅助缓解 当动力转向架上的被动式弹簧制动夹钳被布置在易接近的位置，它能通过一 个小工具机械地缓解( 例如在车间更换闸片) 。 注意：车辆被机械地缓解后，此时无制动并且电液制动也不起作用。必须采 取措施以防止车辆溜动。 2 1 3 功能描述 制动系统被细分成如下功能模块： b 电子液压制动控制 c 盘形制动 g 车轮防滑控制 m 电磁轨道制动 两个动力转向架和拖车转向架有不同的制动系统。 1 动力转向架的制动系统 动力转向架有被动式的电子液压制动系统，执行的功能被如下的功能部件表 现出来。 所有的输入信号被液匝控制模块处理，h c m b 0 4 。 控制信号被电子液压单元h g e 2 8 - u b 0 3 转换成精确和连续的液压制 动压力。 被动式的弹簧制动夹钳h c i p 2 8 c 0 1 。 轴装式的灰铸铁制动盘尺寸为3 5 0 x 5 8 m m c 0 4 ( 1 ) 电液制动控制【模块b 】 这个模块包括的装置被用作制动控制： 8 电子液压制动单元( e h u ) h g e 2 8 一u b 0 3 和电子制动控制h c m b 0 4 。 电子制动控制h c m b 0 4 1 每一个安装在动力转向架上的e h u 被具备一系列的电子控制功能液压控制模 块h c m 控制。 被提供给不同的制动阶段并且被车辆控制所传输的信号通过h c m 被转换成 适合液压单元的信号。 此外h c m 还提供缓解压力控制三步作用： 第一步降级模式( 再生制动故障) ， 第二步在速度低于7 k m h 是施加停车制动， 第三步保持制动最大的制动压力( 与停放制动等值) h c m 还具有蓄能压力控制与马达泵控制功能。 通过h c m 失电( 例如安全制动施加) ，e h u 的模拟转换器失电从而弹簧制动 被激活，达到最大的制动力。 电子液压供应与控制单元h g e 2 8 0 8 0 3 1 e h u 主要包括以下主要部件： 2 4 v 直流电机液压泵 油缸，包括：空气滤清器，油缸阀和油面视镜 带旁路的滤清器 限压阀 蓄能器压力单向阀 维护用手阀 蓄能器压力传感器 模拟转换器。包括：供给阀，油缸阀和制动压力传感器 直流电机驱动的液压泵被h c m 控制从而保持正确的蓄能压力( 3 1 2 0 1 5 0 b a r ) 当电机没有可靠的电源供应，连接在e h u 的s 接口端的2 8 l 膜式蓄能器始 终允许缓解制动。 通过h c m ，需要的压力被提供给e h u 。这个压力通过模拟转换器设定并且传 递给连接在端口b 上的相应的制动夹钳。 当安全制动发生时，通常模拟转换器失电打开并且油压通过油缸阀被缓解( 安 全导向原则) 。 液压泵控制模块p s m b 1 7 1 每个e h u 上的电机通过泵控制模块 b 1 7 被h c m 接通和切断。p s m 还具备其 它的功能，限制启动电流特别是低温条件下，以防止电机损坏。 ( 2 ) 盘形制动【模块q 液压制动夹钳h c i p 2 8 c 0 1 1 9 制动夹钳由浮动部分和夹钳杠杆结合而成。它通过一个吊座被安装在轴箱上。 制动力通过一个单独的活塞缸在活塞的单侧产生，并且装有闸片间隙自动调整器， 能自动调整磨耗后的闸片间隙。每个盘上的最大的闸片压力总计大约为5 6 - - - 6 0 k n 。 这种制动夹钳的本质特征： 能自动调整磨耗后的闸片间隙，保持闸片间隙恒定 缓解弹簧制动用的辅助液压力由完全独立的液压回路产生( 例如：液压 缓解单元连接在“h ”接口上) 易于更换闸片 很低的滞后现象 机械缓解后( 例如：更换闸片) 通过施加几次液压制动作用，夹钳的制动 力能被恢复 附带的合成闸片的表面积为1 2 0 e r a 2 制动盘3 5 0 x 5 8 【c 0 4 】 动力转向架上的每一根轴上都安装- j 3 5 0 x 5 8 m m 的轴装式制动盘。制动盘安装 在钢质的盘箍上。制动盘设计采用7 专利的散热筋布置，具有很高的热反射作用 与很低的旋转能量。摩擦盘由灰铸铁制成。 ( 3 ) 电子磁轨制动 m 0 1 】【模块m 】 每一个动力转向架上都安装了两套刚性的电磁轨道制动装置。名义粘着力接 近6 6 l d q 。 电磁轨道制动的本质特性： 独立于轮轨问的制动力 独立于轮轨间的粘着 清扫轨面有助于提高粘着 低悬挂位置的设计 快速制动作用 由于预载弹簧而易于安装 易于调整悬挂高度 2 拖车转向架的制动系统 拖车转向架安装了类似的杠杆机构，并且具有主动式的电子液压制动系统， 在常用制动和紧急制动时具有负载补偿与车轮防滑控制功能。 全部的输入信号通过微机控制器处理。 制动与防滑保护集成在一个电子单元中。 控制信号通过模拟转换器被转换成非常精确与连续的液压制动压力。 i o 液压制动压力被模拟转换器平均地控制，任何时候车轮防滑控制都是 激活的。 主动式的制动夹钳单元h f 2 a 1 5 。 轮装式的制动盘尺寸为3 9 0 x 6 0 m m 。 自动诊断功能。 ( 1 ) 电子液压制动控制【模块b 】 这个模块包括的装置被用作制动控制： 电子制动控制k b g m h ( e s r a ) b 0 1 】 电子液压供应与控制单元h o e2 8 u b 0 2 】 液压泵控制模块p s m b 1 7 1 电子制动控制和车轮防滑控制单元k b g m - h ( e s r a ) 【b 0 1 】 这个装置被放置在一个1 9 英寸的盒子中并且在前面板上设罨电气接口。它被 设计为可用2 4 v a - 3 0 蓄电池电源。全部的工作在2 4 v 电压下的控制信号输入被保 护而不受1 5 0 0 v 电压的干扰。模块化的k b g m h 微处理器控制单元包含制动控制 与车轮防滑控制的电子元件。电子部分处理宽范围的输入信号，形成一个制动设 定点，这个制动设定点通过在控制单元f b 0 2 】中的相关的模拟转换器被转换成一个 压力。此外还承担提供冲动限制，施加停车制动和负载补偿的任务。综合的车轮 防滑控制器用制动制动压力调整制动力以适应不充分的轮轨间粘着，在拖车转向 架上最大限度的利用轮轨闻的粘着以达到较短的制动距离。通过这种方式抑制车 轮抱死并且消除擦轮的风险 电子液压供应与控制单元h g e - 2 8 u t b 0 2 安装在拖车转向架上的电子液压供应单元h g e 2 8 u b 0 2 - 与动力转向架上的 类型相同。拖车转向架特别的是，蓄能器技术具有提供临时的几千瓦的能量的优 势，这个能量超过电动泵能实现的功率( p 缓解压 r e l e a s e d 力 u b a t ； 制动压力 b r a k e a p p l i e d 中央控制单元继电器输 u b a t 0 ( u b a 0 e h b r a k e c c u出 b r a k e r e l e a s e d 列车控制二进制 u b a t 0 ( u b a t ) e h - b r a k e r e l e a s e d 缓解压力 p u m p m o t o r 泵控制模块 二进制 u b a t 0 ( u b a t ) u b a t = p u m p 泵马达控 m o t o r o h p s m制 0 1 0 0 压力建立 a sv a l v e 液压单元 脉宽调制 0 1 0 0 p w m 1 9 毡塞銮塑盔堂童些亟堂僮监塞 p r e s s u r e 阀 b u i l d u p 0 1 0 0 泄压阔 a tv a l v e 液压单元脉宽调制0 1 0 0 p m p r e s s u r e d i s c h a r g e 2 0 2 3 制动系统的主要零部件清单 制动系统主要零部件清单如表2 6 所示。 表2 6 制动系统主要零部件清单 代号名称附注 b o l制动控制单元k b g m - h b 0 2 液压单元h e - 2 8 u 0 8 b 0 3 液压单元h e - 2 8 u ，0 7 b 0 4 液压控制模块h c m b 0 5液压软管e n 8 5 3 i s n b 0 6 液压快速接头 b 0 7 液压快速接头 b 0 8 液压快速接头e n 8 5 3 i s n b 0 9膜式蓄能器 b l l 液压软管e n 8 5 3 i s n b 1 2 液压软管e n 8 5 3 i s n b 1 3 液压快速接头 b 1 4 测试接头 b 1 7 电子单元p s m 5 0 1 泵控制模块 b 1 8安全制动按钮 b 1 9 继电器安全制动用 0 0 l 制动夹钳h c l p 2 8 n c 0 2 闸片塔1 2 0 c 0 3闸片塔1 2 0 c 0 4 制动盘w 2 6 0 8 0 5 8 x g g h c 0 6 制动夹钳h f 2 a 1 5 c 0 7 制动夹钳h f 2 a 1 5 c 0 8闸片k r s l 2 0 c 0 9 制动盘f 3 9 0 8 0 6 0 m k u h g o l 速度传感器 g 0 3 测速齿轮 h o l 连接阀e v 5 0 1 h 0 2油缸 0 5 l 2 1 韭塞窑迪盔堂童些亟堂焦迨塞 h 0 3 适配器 h 0 5 液压软管e n 8 5 3 一i s n m 0 l电磁轨道制动m b 5 4 r 6 3 1 2 4 制动系统主要部件分布 制动系统主要部件分布如图2 6 所示。 梧求车嚣陬州口n匝 拙哀奎亟态堂童些亟堂 熊论塞 2 5 转向架上的布置 转向架上制动系统主要部件分布如图2 7 所示。 图2 7 液压制动和悬挂系统的布置 液压制动与悬挂系统的所有部件均为模块化设计，具有重量轻，结构紧凑的 特点，而且都安装在转向架上，使车辆制造商设计和制造低地板车辆成为现实。 2 6 主要部件的结构与原理 2 6 1 动力转向架制动盘 轮装一体式制动盘，如图2 8 所示。 专利的散热筋布置 高散热率 旋转低能量 一体式设计 图2 8 动车制动盘 韭塞銮逼太堂童些熟 堂焦逭塞 2 6 2 拖车转向架制动盘 轮装两片式制动盘，如图2 9 所示。 专利的散热筋布置 高散热率 旋转低能量 两片式设计阻止了热传递到盘箍( 防止 盘箍弛缓) 开口环结构( 更换摩擦环不需要拆卸 盘箍) 凸缘安装结构 2 6 3 拖车转向架夹钳h f 2 a 1 5 型 h f 2 a 1 5 型拖车转向架夹钳如图2 1 0 所示。 图2 1 0 拖车转向架夹钳机 图2 9 拖车制动盘 2 6 4 动车转向架夹钳h c l p 2 8 n 型 h c l p 2 8 n 型动车转向架夹钳如图2 1 l 所示。 图2 1 1 动力转向架夹钳 2 6 5 磁孰制动 m b 5 4 r 6 3 1 型电磁滑轨如图2 1 2 所示。 图2 1 2 电磁滑轨m b 5 4 r 6 3 1 型 电磁滑轨在转向架上的安装如图2 1 3 所示。 在转向架上的安装预加载弹簧 图2 1 3 磁轨割动在转向檠上豹安装 电磁滑轨性能曲线如图2 1 4 所示。 0 p - 1 0 0 2 0 0 1 、 l 1 、 05 01 0 01 5 02 0 0 2 5 03 0 03 5 0 图2 1 4 磁轨制动的摩擦系数与速度的关系曲线 从该曲线图可以看出，磁轨制动的摩擦系数是随着速度的增加而衰减，类似 于踏面制动。 2 6 6 膜式蓄能器 蓄能器内部是等温变化： p + v n = 定值 等温：n = 1 绝热线：n = ) c = 1 , 4 蓄能器的结构如图2 1 5 所示。 亭 图2 1 5 膜式蓄能器 韭毫窑亟太堂童些甄堂焦j 幺 奎 3 1 缩写和符号清单 3 制动计算 计算用缩写和特殊符号如表3 1 所示。 表3 1 缩写和特殊符号说明 符号含义单位 n 倾角 as 列车平均减速度 m s 2 a e 瞬间减速度比例 m s 2 aeg 列车瞬间减速度 m s 2 ak 活塞面积 c m 2 dr 车轮直径 m m fa 每个转向架的轮轨反作用力 n fb 制动盘制动力 n fh 每个转向架的保压制动力 在轮径上)n f - i 址 整列车的保压制动力( 轨接触点)n fh a 坡道本身作用在列车上的力n fh ae x t 列车延坡道向下的分力n fh a ：g 坡道上作用在车上的合力n fm g 每个磁轨的吸力( 磁轨制动)n f p 每个制动盘上的停放制动力n f 砌内部反作用力n fv 制动系统作用在轮径上的合减速力n fve d 再生制动作用在轮径上的减速力n fve p 电空制动制动作用在轮径上的减速力n 鼍，m g _ g磁轨制动的平均瞬间减速力 n g 重力常数m s 2 f l g s t 有效传动比 q - g有效齿轮传动比 id 力压强比率系数 n b a r i _ g s t 总的传动倍率 ig 有效齿轮传动系数 韭塞窑适盔堂童丝亟堂焦监塞 ik 力压强比率系数 n b a r kb 闸片作用在每个制动盘或车轮踏面上的有效摩擦面积 c m 2 l v 每个转向架上静态负载分配 p _ b d 动态摩擦系数 “_ b s 静态摩擦系数 肛_ m g 磁轨制动和轨道之间的平均摩擦系数( 与制动距离有关) p _ s 轮轨间需要的粘着系数 m每个转向架的质量( 不包括转动惯量) k g mr每个转向架的转动惯量 k g m全部车辆的重量( 不包括转动惯量) k g mr 整列车的总的转动惯量k g nm g磁铁数量 np带停放制动的转向架数量 nr 转向架数量 ns 每个转向架的制动盘踏面制动数量 ns p 每个转向架的停放制动盘踏面制动数量 p _ b 闸片压力n | m pc制动缸压力 b a r p _ d b v 制动缸内剩余压力 b a r rm平均摩擦半径 r h o 转动惯量的比例 s 可达到的制动距离 m s j 玉 停放制动安全因素 t 1 0 空走时间( 至1 0 制动力) s t 1 0a 空走时间( 包括冲击极限) s t 1 0n空走时间( 不包括冲击极限) s t 9 0 制动建立时间( 至如制动力) s t 9 0a 制动建立时间( 包括冲击极限) 3 t 9 0n制动建立时问( 不包括冲击极限)s v 初始车速 i o n h w 每个转向架的制动重量( 包括转动惯量)k g ws 电空作用在每个制动盘或车轮上的制动重量( 包括转动惯量) k g w 整列车的全部制动重量( 包括转动惯量) k g 韭 塞窑煎本堂童些亟堂位硷窑 3 2 计算说明 此计算显示了在最大负载，平均减速度和瞬间减速度的情况下可以达到的制 动距离。 以下的计算是本项目制动设计的基础，能够：在给定假设条件和边际条件下 确定车的减速度。本文件的不同位置，不同的制动混合按照技术规格书计算。不 同于单纯制动计算本计算基于实际的设定值( 如制动缸压力) 和操作点。 制动计算的变量按照字母顺序排列。公式显示了计算所用的值，因此计算方 法是清楚的。 计算书中不同的情况并行计算， 不同的转向架或制动单元彼此相连， 三种 不同的负载列在下面的三行中。一个变量可能是一个数值，反应不同转向架，制动 系统和负载的组合。 3 3 车辆基础数据 3 3 1 车辆结构 车辆结构如图3 1 所示。 图3 1 车辆编组结构 车辆主要参数如表3 2 所示。 表3 2 车辆主要参数 车轴代号 m b 2 a 2 m b 2 a 1t b a 2t b a lm b l a 2m b l a l 车轴的数量n - - r 1 11111 带停放制动的车轴 1 10011 数n _ p 每轴停放制动盘的 1 10o11 数量： 轮直径( 新) ( m m ) 6 6 06 6 06 6 06 6 06 6 06 6 0 最大轨道坡度：t 孤= 3 5 0 錾 塞銮适盔堂童些亟竺焦j 金塞 3 3 2 列车重量 总的移动重量m ( 不包括转动惯量) ： 车辆重量a w 0 ：4 2 5 0 0k g 车辆重量a w 2 ： 5 7 6 7 8k g 车辆重量a w 3 ： 6 1 5 2 2k g 每轴的静负载分配l v 如表3 3 所示。 表3 3 每轴的静负载分配 车辆载荷条件 m b 2 a 2m b 2 a lt b a 2t b a lm b i a 2m b i a l a w o ： 1 7 ，0 6 1 7 0 6 1 5 8 8 1 5 8 8 1 7 0 6 1 7 0 6 a w 2 1 6 1 9 1 6 1 9 1 7 6 3 1 7 6 3 1 6 ，1 9 1 6 1 9 a w 3 1 5 ，9 0 1 5 9 0 1 8 , 2 1 1 8 , 2 1 1 5 9 0 1 5 9 0 每轴的车辆重量m 不包括转动惯量) 如表3 4 所示。 表3 4 每轴的静负载分m g ( 不包括转动惯量) ( k g ) 车辆载荷条件 m b 2 a 2m b 2 a lt b a 2t b a lm b l a 2m b i a l a w o ：7 2 5 07 2 5 0s 7 5 06 7 5 07 2 5 07 2 5 0 a w 29 3 3 69 3 3 61 0 1 6 71 0 1 6 79 3 3 69 3 3 6 a w 39 7 8 09 7 8 01 1 2 0 11 1 2 0 1 9 7 8 09 7 8 0 1 1 1 = m + l v nr ； 每轴的转动惯量i n _ r 如表3 5 所示。 表3 5 每轴的转动惯量( k g ) ( 3 ，1 ) m b 2 a 2m b 2 a lt b a 2t b a l m b i a 2m b l a l 5 0 05 0 02 5 02 5 05 0 05 ( 3 2 ) 毡基銮煎太髦童业亟堂位i 幺塞 每轴的制动重量w ( 包括转动惯量) 如表3 6 所示。 表3 6 每轴的制动重量w 车辆载荷条件m b 色心m b 2 a lt b a 2t b a lm b l a 2m b l a l a w o ：7 7 5 07 7 5 07 0 0 07 0 0 07 7 5 07 7 5 0 a w 29 8 3 69 8 3 61 0 4 1 71 0 4 1 79 8 3 69 8 3 6 a w 3 1 0 2 8 01 0 2 8 01 1 4 5 l1 1 4 5 l1 0 2 8 01 0 2 8 0 w 2m + mr 全部车辆的转动惯量：mr = 2 5 0 0 蚝 m r = s u m ( n _ r + m _ r 、 总的制动重量w ( 包括转动惯量) ： 车辆重量a w 0 ： 车辆重量a w 2 ： 车辆重量a w 3 ： w = m + mr 4 5 0 0 0 k g 6 0 1 7 8 k g 6 4 0 2 2 k g 3 3 3 制动装置 1 电子液压制动装置的参数如表3 7 所示。 表3 7 电子液压制动装置的参数 ( 3 3 ) ( 3 4 ) ( 3 5 ) m b 2 a 2 d 田2 a lt b a 2t b a lm b l a 2h m i a l 制动单元类型 h c i p 2 8h c l p 2 8h f 2 a 1 5h f 2 a 1 5 h c l p 2 8h c l p 2 8 制动单元的制动 s p r a p l 啊a p t p r e a p p l ，p r e a p p l s p r a p l s p r a p l 力形式 最大的应用压力l o ol o o1 0 0l o ol o o1 0 0 p _ cm a x ( b a r ) 有效的活塞面积 4 44 43 5 53 5 54 44 4 ( 常用制动回路) a _ k ( 竹 总的传动倍率2 22 2 2 2 i _ g s t 有效的传动倍率ll1l1l t l 肇t 内部的回弹力- 3 0 0 0 0- 3 0 0 0 0 4 0 0 4 0 03 0 0 0 0- 3 0 0 0 0 j e 塞銮塑太堂童 些 亟堂 焦 途塞 f 翼( n ) 力，压力系数i - d l 8 8 0- 8 8 07 1 07 1 08 8 08 8 0 ( n r o a r ) 附加数值j - d 6 0 0 0 06 0 0 0 0- 8 0 08 0 06 0 0 0 06 0 0 0 0 ( n ) 有效齿轮传送 lill1l ig 有效齿轮效率 llilll q _ g 每制动盘有效的 2 4 0 2 4 02 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0 闸片面积l o ( c 一) 每轴的制动盘数 ll22ll f l - s 摩擦半径r _ m 1 4 71 4 7 1 6 0 1 6 0 1 4 7 1 4 7 ( n u n ) 停放制动力( 每盘 5 6 0 0 0 5 6 0 0 0 o 0 5 6 0 0 0 5 6 0 0 0 的夹紧力) f _ p ( n ) i d = a k + 1 0 + n ( c m a r ) 】+ if = s t + 1 _ , s s t j = - fp d4 is s t 吧笋t 每制动盘闸片力的等式：f _ b = i _ d + pc + l p ： 摩擦系数如表3 8 所示。 表3 8 摩擦系数 ( 3 6 ) ( 3 7 ) ( 3 8 ) m b z a 2m b 2 a lt b a 2t b a lm b l a 2m b l a l 动态摩擦系数 o 3 5o 3 5 o 3 5 o 3 5 o 3 5 o 3 5 l j _ b d 静态摩擦系数 0 3 0 0 3 0o 3 0o 3 0o 3 0o 3 0 p , _ b s 制动施加时间( 反应时间) 包括冲动限制： 空走时间：t 1 吖= 0 5 0s z r 出 女 磨 广 l h c i p 2 8 l 制动建立时间( 自1 0 至9 0 0 4 制动力) ： ( t 9 0 - t 1 0 ) a = 1 0 0s - 不包括冲动限制： 空走时间：t 1 0n = 0 3 0s 制动建立时间( 自1 0 至9 0 制动力) ： ( t 9 0 一t 1 0 ) _ n = o 4 0s 各制动发生器的特性曲线如图3 2 所示。 制动缸压力( b a r ) 图3 2 各制动发生器的特性曲线 2 磁轨制动( m g ) 制动模式：仅磁轨制动系统制动，在平直的轨道上制动。 磁轨制动的形式：s n 磁铁类型：实心的 韭塞至逼盔堂童些亟堂 焦 鎏塞 每块磁铁的吸力( k n o r r 提供) ：f m g = 6 3 0 0 0n 每列车的磁体数量：n _ m g = 4 空走时间：t 1 0 = o 3 0s 制动建立时间( 自1 0 至9 0 制动力) ：( t g o t l o ) = o 3 0 s 磁轨制动性能参数如表3 9 所示。 表3 9 磁轨制动性能参数 初始车速v ( 7 0 k n o b ) 2 03 04 05 06 07 0 平均摩擦系数( 与制动距离有 o 1 5 30 1 3 20 “6o 1 0 40 0 9 4 0 0 8 6 关) ( 取决于最初和最终的速 度v = 0 k m h ) 车辆的平均制动力( 与制动 3 8 6 4 l3 3 3 5 02 9 3 3 42 6 1 8 l2 3 6 4 02 1 5 4 9 距离有关) ，m g _ g 阑 a w o平均的瞬时减速度o 8 60 7 4o 6 so 5 8o 5 3 0 4 8 a w 2 j 暑 0 6 4 o 5 5 o 4 9 0 a 4 o 3 9 o 3 6 a w 3( m s 2 ) o 6 0 o 5 20 4 6o 4 l o 3 7 0 3 4 a w d平均减速度o 7 5o 6 9o 6 20 5 60 5 l0 4 7 a w 2a - 8 ( 初始车速v )o ，5 8o 5 20 4 7o - 4 20 3 8o 3 5 鼎3o 5 50 4 9 0 4 4 o 4 00 3 6o 3 3 fym g g = f _ m g + f _ m g , e nm g a j j 2 ，n q 卫w a s ；1 【( 1 a _ e _ g ) + ( t 1 0 + t g o )