制动系统培训大纲

1、1制动系统概述1.1制动系统的概念及要求1.1.1制动与缓解的定义人为地使运动着的物体停止运动或减低速度，以及防止静止中的物体移动，这些作用称制动。对施加制动的物体，解除或减弱其制动作用，这些作用称为缓解。在地铁车辆中，为使车辆施加制动和缓解而安装在车辆上的整套设备，总称为制动系统。1.1.2轨道交通车辆对制动系统的要求1制动系统应具有足够的制动能力，能保证车辆在规定的要求内停车。制动系统应操作灵活、反应迅速、停车平稳。2制动方式应包括电制动和空气制动两种方式。在制动过程中，应尽量采用电制动，以减少空气制动对城市的环境污染并降低车辆维修成本。3制动系统应具有可靠的安全保障系数，即使个别车辆发生

2、故障或在较长距离和较大坡度的坡道上运行，也应有足够的制动力保证列车可靠制动和停车。4车辆应具有载荷校正能力，能根据乘客载荷的变化自动调整制动力，同时限制冲动力，保证乘客乘坐的舒适性。5制动系统必须具有紧急制动功能。1.2制动系统的发展及种类按制动系统的动力源及操纵方法可分为：1 手制动机及脚制动机2 真空制动机3 空气制动机4 电空制动机1.3制动方式1.3.1 按列车动能的转移方式按列车动能的转移方式可分为两类，即摩擦制动和动力制动。摩擦制动一般有：闸瓦制动（踏面制动）、盘形制动、磁轨制动、液力制动等。动力制动分为电阻制动和再生制动。 闸瓦制动（踏面制动）：是目前轨道交通使用最广泛的一种制动

3、方式。用合成材料制成的闸瓦压紧滚动着的车轮，使车轮与闸瓦发生摩擦，把车辆动能极大部分转变成热能，并逸散到大气中。盘形制动：用制动夹钳使闸片夹紧装于在车轴上或车轮辐板上的制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦，把车辆动能转变成热能后逸散到大气中，从而产生制动作用。电阻制动：制动时，变牵引电机为发电机，使车辆动能转变为电能并通过电阻转变为热能而逸散的制动方式叫做电阻制动。再生制动：制动时，变牵引电机为发电机，使车辆动能转变为电能并送返电网的制动方式叫做再生制动。1.3.2 按制动力形成方式按制动力形成的方式可分为：粘着制动和非粘着制动。粘着制动是目前的主要制动方式。 闸瓦制动（踏面制动）、盘形制动、液力

4、制动、电阻制动和再生制动都属于粘着制动。磁轨制动属于非粘着制动。非粘着制动主要用于粘着力不足的一种辅助制动装置。1.3.3 制动方式的设计原则在正常运行制动中优先使用动力制动，尽量发挥动力制动的作用中再生制动作用，其次采用电阻制动，最后采用空气制动的闸瓦制动（踏面制动），以减少摩擦制动产生的热量和粉尘，这是节能和环保的基本原则。1.4 制动作用的种类常用制动：采用电 空混合制动；紧急制动：采用空气制动； 快速制动：采用电空混合制动；保持制动：采用空气制动；停放制动：弹簧机械 施加，空气缓解； 回送制动 ：采用空气制动。1.5 制动常用词英文缩写Brake control unit 简称 BCU

5、, 制动控制装置；Electronic brake control unit 简称 EBCU, 电子制动控制装置。 Service Brake 简称 SB, 常用制动；Emergency Brake 简称 EB, 紧急制动；Parking Brake简称 PB, 停放制动；Air spring pressure 简称 ASP, 空气弹簧压力；Wheel slide protection简称 WSP, 车轮滑行保护；Tread brake unit 简称 TBU, 踏面制动单元。1.6压缩空气的基本知识1.6.1压力与压强 压力与压强在理论上是两个不同定义的物理量。压力是力的概念，其单位为N；压

6、强的定义则是单位面积上所受力的大小，其单位为Pa(Nm2)。而在空气制动系统中，人们习惯将“压强”物理量称为“压力”，但此“压力”本身的压强含义不变，只改变称呼，并已约定成俗。例如说总风管压力为800kPa，这里的“压力”实际指的就是“压强”1.6.2 标准大气压力地球周围大气的压力并不完全一致，因为地面高低、气温大小等都有差别，一般讲标准大气压是在纬度45，气温0C时的气压，其压力是101292Pa。在工业上，为了计算方便起见，一般取大气压为整数值100kPa 。1.6.3绝对压力与表压力绝对压力是指压缩空气的实际压力。若气体未压缩前，呈自由状态，其绝对压力即为大气压力；若处于绝对真空状态，

7、则其绝对压力为零。表压力是指压力表指示的压力值。由于压力表在大气压的作用下，指针指向零，因此，只有空气压力大于大气压时，压力表指针才能上升，也即压力表指针位于零时，其表管内就有100kPa的大气压力。所以，绝对压力与表压力的差值为大气压，即：绝对压力=表压力+100(kPa)。 在制动中所指总风管、 风缸、 制动缸等的空气压力时，均指表压力。但在利用气态方程计算，建立压力与容积的关系时，必须将表压力换算成绝对压力。1.6.4 常见单位换算1 f/cm2 =9.80665×104Pa= 98 kPa1 bar=1×105 Pa=100 kPa 1 MPa=100 kPa 1

8、kPa=100 Paf/cm2:千克力每平方厘米；Pa（N/m2）:帕斯卡；bar：巴。1.7 列车运行中受到的力列车在运行中受到方向和大小不同的各种力的作用，其中，与列车运行速度直接有关的力有三种。1.7.1 牵引力 牵引力是与列车运行方向相同并可由司机根据需要调节的外力。它是由动力装置发出的内力经传动装置传递，在轮周上形成切线力，再通过轮轨间的粘着而产生的由钢轨反作用于动车车轮轮轴上的外力。1.7.2 列车运行阻力列车在运行中将产生一种与列车运行方向相反，阻滞列车运行而且不能人为控制的外力，这种力叫做列车运行阻力。列车运行阻力依其产生原因的不同，可分为基本阻力与附加阻力两类。 基本阻力主要

9、是由列车本身各部分或与外界接触的相互摩擦以及冲击振动等所引起的，不论列车在什么情况下运行，它都存在着，也就是说，基本阻力是列车运行时始终存在的阻力。引起基本阻力的主要原因有以下四类：轴承阻力 、滚动摩擦阻力、冲击和振动引起的阻力、空气阻力 等。附加阻力只是列车在坡道、曲线上运行等特殊情况下才产生的阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力、大风阻力等。 1.7.3制动力与粘着制动力是列车制动系统产生的通过轮轨粘着关系转化而成的阻碍列车运行的外力。制动力与列车运行方向相反的、可以根据需要控制其大小的外力。在铁路（轨道交通）牵引和制动的理论中，在分析轮轨间纵向力问题时，不用“静摩擦”这个名词，而是以“粘

10、着”的概念来代替。“粘着”与“静摩擦”有着本质的不同：运动中轮轴重存在转移现象，各轮轴之间的牵引（制动）力分配不均。车辆在运行中不可避免地要产生各种冲击和振动，车轮在钢轨上滚动的同时还伴随着一定量的纵向和横行的滑行。对踏面制动或盘形制动来说就是：闸瓦作用于车轮或闸片作用于制动盘的压力（K）引起闸瓦或闸片作用与车轮或制动盘的摩擦力（K.µ(µ为车轮与闸片或制动盘与闸片的摩擦系数)）。这个摩擦力对车轮中心形成一个力矩。它的方向与车轮的旋转方向相反。它一方面起着制止车轮转动作用，使车轮获得角减速度，转速因而迅速减慢以至停车；另一方面，由于车辆重量通过各个车轮紧紧地压在钢轨上，制动

11、时车轮受到的闸瓦或闸片的摩擦力矩也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。这个反作用力就是制动力。 轮轨间的纵向水平作用力的最大值就叫（轮轨间）粘着力，粘着力与轮轨间垂直载荷的比值就叫粘着系数。 影响粘着系数的主要因素有：车轮踏面和钢轨的表面状况，车辆的运行速度和状态、线路质量等。 在一定范围内，制动力越大时，车辆能够及时停车，这样可以缩短制动距离和运行时间，提高线路通过能力。但是当车辆的制动力大于粘着力时，轮轨间的粘着关系被破坏，闸瓦将车轮抱死，使车轮发生滑行。车辆发生滑行将使闸瓦与车轮踏面发生严重磨耗。应该尽量避免发生滑行。如果制动力过小，制动距离加长，制动时间

12、增加，影响线路的通过能力。1.7.4制动距离与减速度制动距离与制动减速度是综合反映制动性能和实际制动效果的主要技术指标。在制动计算中，制动距离为制动空走距离和有效制动距离之和。 从司机实施制动开始到全列车闸瓦（闸片）同时以施加的压力压紧车轮（制动盘）的假定瞬间，这段时间叫做空走时间；在空走时间内，车辆所走过的距离称为空走距离。全列车闸瓦（闸片）同时以施加的压力压紧车轮（制动盘）的假定瞬间到列车停止所经历的时间，这段时间叫做有效制动时间；在有效制动时间内，车辆所走过的距离称为有效制动距离。在额定载员情况下，在平直线路上，车轮半磨耗状态，列车速度从最高运行速度到停车时，最大常用制动平均减速度为：不

13、小于1.0m/s2。在额定载员情况下，在平直线路上，车轮半磨耗状态，列车速度从最高运行速度到停车时，紧急制动的平均减速度为：不小于1.2m/s2。1.8制动管路的布置1.8.1制动管路总体布置原则 制动管路应沿车体底架的中间位置；制动管路的接头及弯管应尽量减少；制动管路的弯曲部分的弯曲半径应尽量大，以减少空气压力的流动阻力；弯曲处应光滑，不应有明显的凹痕以压扁现象。车控的制动机一般集中在车体中部；架控的制动机尽量靠近转向架。各制动零部件的安装位置应便于检修和运用。1.8.2制动管路的安装1.系统在装配前，接头、管路及通道必须清洗干净，不允许有任何污物。 2.管子在其端部与沿长度上应采用管卡加以

14、牢固支撑，管卡的间距满足：管子外径 10mm 管卡间距离 1.0m 1025mm 1.5m 2550 mm 2.0m3.管路的排列和走向应整齐一致，层次分明，尽量采用水平或垂直布管。1.9制动管路连接密封1：管联接用细牙普通螺纹螺纹特征代号:用字母“M”表示; 2：非螺纹密封的550圆柱管螺纹 螺纹特征代号:用字母“G”表示3：用螺纹密封的550管螺纹3.1圆柱内螺纹与圆锥外螺纹螺纹特征代号： Rp表示圆柱内螺纹；R1表示与圆柱内螺纹配合的圆锥外螺纹。 3.2圆锥内螺纹与圆锥外螺纹螺纹特征代号：RC表示圆锥内螺纹； R2表示与圆锥内螺纹配合的圆锥外螺纹。1.10 管件规格与公称通径管件规格（螺

15、纹尺寸代号）在 GB/T7306.1、 GB/T7306.2、GB/T7307明确规定。常用的管件规格（螺纹尺寸代号）有：1、3/4 、1/2 、3/8 、1/4等。 公称通径是管路系统中所有管路附件用数字表示的尺寸，公称通径是供参考用的一个方便的圆整数，与加工尺寸仅呈不严格的关系。公称通径用字母“DN”后面紧跟一个数字标志。 Dg 为老标准。代表的意义相同。在制动管路中经常采用的是:DN8、DN10、DN15、DN20、DN25。管件规格（螺纹尺寸代号）与公称通径之间的关系：管件规格 1 DN25 3/4 DN20 1/2 DN15 3/8 DN10 1/4 DN81.11制动管路的连接部件

16、1.11.1 不锈钢管空气制动管路中采用不锈钢无缝钢管。依据的标准为GB/T 14976流体输送用不锈钢无缝钢管。1.11.2截门制动管路中为了满足性能要求，采用不同种类及规格的截门。常见的有：直通式截门、常闭截门、排水截门、截断排风截门以及电控截门等。1.11.3 管路连接件车上的管路连接件有两种：带螺纹的管路连接件和无螺纹的管路连接件。 带螺纹的管路连接件依据的标准 GB/T 3287可锻铸铁管路连接件。但材质选用不锈钢材质。1.11.4 软管软管只能应用于：设备的可动元件之间；便于替换件的更换处；抑制机械振动或噪音的传递处。软管根据材质的不同，分为不锈钢软管、橡胶软管、金属橡胶软管以及带

17、金属护套的软管等等。所有空气软管安装后，管体部分无扭转现象，也不得与其它任何部件发生静态或动态的干涉摩擦，动态时不得发生被拉紧绷直的现象。在线路运行时，软管不得与车体、转向架等其它部件相磨，不得发生软管被拉紧绷直的现象。1.11.5 双针压力表双针压力表红色的指针通常连接总风管，显示总风压力；黑（白）色的指针通常连接制动缸压力，显示制动缸的压力。空气压力表的计量单位是kPa（千帕）。 2制动系统的组成及工作原理2.1 制动系统的组成制动系统由风源系统、制动控制装置、空气悬挂装置、基础制动装置、防滑控制装置及其它辅助设备组成。2.2 制动系统的工作原理以房山线制动系统为例，介绍制动系统的主要组成

18、部分及工作原理。图1 BD20-06-00-000YL M0（M3）制动原理图（适用于BD20、BD23车）；图2 BD21-06-00-000YL M1（M2）制动原理图 （适用于BD21、BD22车）；图3 BD24-06-00-000YL TC车制动原理图（适用于BD24车）；图1 BD20-06-00-000YL M0（M3）制动原理图图2 BD21-06-00-000YL M1（M2）制动原理图图3 BD24-06-00-000YL TC制动原理图3 风源系统风源系统是由电动空压机组产生压力空气，空气净化装置进行处理，风缸进行储存，为制动 、空气悬挂装置、风动门以及电气箱等用气部位输

19、出稳定、洁净的压缩空气。风源系统包括：电动空压机组、风源净化装置（干燥器、冷却器、油水分离器、主过滤器等等）、空压机启动装置、主风缸、安全阀、压力开关及管路连接件等组成。3.1电动空气压缩机组电动空气压缩机组：空气压缩机是气源装置中的主体，它是将电动机的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。它将自由状态下的大气，压缩到具有一定压力的压缩空气 。完成地铁车辆正常运营的要求。电动空气压缩机组由驱动电机和空气压缩机组成。驱动电机的按照驱动方式分为直流和交流电机。当前多采用交流电动空压机组。按照空气压缩机的工作方式，常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机，离心式压缩机以

20、及滑片式空气压缩机，涡旋式空气压缩机等等 。目前，在北京地铁运营的车辆上的空气压缩机采用的都是活塞式空气压缩机。房山线车辆采用螺杆式空气压缩机。3 .2风源净化装置空气压缩机输出的压缩空气，必须进行净化装置，使压缩空气达到要求。对压缩空气要求：固体微粒 £5 微米（£5 mg/ m3）；含油含量£0.1mg/m3 或 £(0.1ppm)；水份 相对湿度£35% 。风源净化装置的形式有：干燥器、冷却器、油水分离器、主过滤器以及过滤器等都属于风源净化装置。北京现有的地铁车辆中主要有：双塔干燥器、单塔干燥器、二次冷却器、膜式干燥器等。 3 .3总风缸

21、总风缸是贮存列车用压缩空气的压力容器。总风缸可以消除空气压缩机排出气流的脉动，同时稳定压缩空气气源系统管道的压力，缓解供需空气的流量，以外，还可以进一步冷却压缩空气的温度，分离压缩空气中所含的油分和水分的效果。总风缸的体积车辆的具体条件计算出来的。GB7928-2003 地铁车辆通用技术条件中10.7规定：“储风缸的容积应满足压缩机停止运转后列车三次紧急制动的用风量” 。3 .4安全阀安全阀在受内压的管道和容器上起保护作用。当被保护系统内介质压力升高超过规定值（即安全阀的开启压力）时，自动开启排放部分介质，防止压力继续升高，当介质压力降低到规定时（即安全阀的回座压力）时自动关闭。3 .5单向阀

22、 单向阀又称止回阀、单向止回阀或逆止阀。为防止压力空气倒流，使压力空气具有单向流动性，在空气管路中安装单向阀。在空气管路中，干燥器与主风缸之间，输入制动风缸的空气管路安装单向阀。干燥器与主风缸之间安装单向阀是为了当空压机停止工作或发生故障时，总风管路的压力空气不会回流到空压机。输入制动风缸的空气管路安装单向阀是为了如果突发故障导致总风缸（管）风压低，输入制动风缸因为有单向阀保护，空气不会倒流，仍能为常用制动和紧急制动提供压缩空气，保证列车有制动，能安全停车。3 .6减压阀在制动管路中，为保证用风设备的安全性，将总风压力压力进行降压后输送到用风设备在管路中设定减压阀。主要的用风设备：风动门、电气

23、箱、空气悬挂设备、停放控制设备等。3 .7空压机的管理根据GB7928-2003 地铁车辆通用技术条件中10.7规定：“列车应具有两台或两台以上独立的电动空气压缩机组，”。目前，车辆均安装两台空压机 。如果两台空压机同时工作，造成空压机的工作率低，反而影响空压机的性能。3 .8压力开关（压力传感器）压力开关（压力传感器）的作用是反映所安装的系统管路中的压力。在制动管路中，常见的用于检测压力的压力开关（压力传感器）有下列几种：用于检测总风压力的压力开关，当总风压力低于设定的空压机的启动压力启动空压机工作。用于检测总风压力的压力开关，当总风压力低于设定值时，车辆实施紧急制动。用于检测总风压力的压力

24、开关，当总风压力低于停放制动设定的停放实施的压力值时，车辆开始实施停放制动。用于检测制动输出管路的压力，用于判断制动力不足、缓解不良等用途的压力开关。其中很多集成在制动控制箱内。4 制动控制装置 北京地铁在线运营车辆的制动控制装置和防滑控装置有两大类：国产化系统和引进国外系统。国产化系统有：SD制动机、模拟制动机、房山线制动系统以及国内开发研制的防滑控制装置。引进国外系统有：NABCO的制动控制装置、KNORR的集中式制动控制装置和分散式控制的EP2002。防滑控制装置集成在制动控制装置内。4.1制动控制装置的组成4.2 制动控制装置具有的功能 4.2.1常用制动4.2.2 紧急制动4.2.3

25、空重车调整功能4.2.4电空协调配合功能4.2.5冲动控制功能4.2.6预压力功能4.2.7不缓解检测功能4.2.8强迫缓解功能4.2.9制动力不足检测功能4.2.10自诊断功能4.2.11监视功能 4.2.12塞门的监控4.2.13防滑控制装置1.防滑控制装置的组成2.防滑控制检测3.防滑阀5 空气悬挂装置空气悬挂装置也有称为空气弹簧装置。主要指将主风管路的压缩空气经过处理通过高度调整阀，输入空气弹簧，高度调整阀控制空气弹簧的进风或排风，保证车辆在不同载荷条件下保持同一的高度。在两个空气弹簧之间安装一个设定值 的压差阀。每节车都配备了4点控制的空气悬挂装置。每个转向架上装有两个空气弹簧 。空

26、气弹簧的压力通过空气管路输入制动控制装置，作为车重信号。高度调整阀和压差阀是空气悬挂装置中的重要部件。虽然不属于制动系统，但与制动系统有着密切关系，因为制动控制装置的车重信号取自于空气弹簧。高度调整阀与压差阀的状态好坏，直接影响到空气弹簧是否能正常工作，所以也影响到空气制动系统。5.1空气悬挂装置的组成5.2高度调整阀 高度调整阀安装在车体靠近空气弹簧的底架上，高度调整阀调整杆的一端安装在转向架上。高度调整阀主要是维持车体在不同载荷下都与轨面保持一定的高度。当车辆载荷发生变化，高度调整阀根据载荷的增减，自动增减空气弹簧的空气量，从而使空气弹簧的高度保持最佳状态，保证前后车辆之间的可靠连挂。车辆

27、直线运行时，车辆在正常的振动情况下，高度调整阀不发生进、排气作用。当车辆通过曲线时，由于车体的倾斜，使得转向架左右发生载荷增减，高度调整阀可产生进气和排气作用，使左右空气弹簧保持基本一致，从而减小车体的倾斜，保证车辆的安全运行，同时也提高乘客的舒适感。另外，空气弹簧有泄漏时，高度调整阀也可自动补风，以保证空气弹簧的正常高度。5.3压差阀(差压阀)压差阀是保证转向架两侧空气弹簧的内压力之差不能超过保证行车安全规定的某一定值的装置。左右两个空气弹簧内压之差超过定值时，压差阀维持在设定值以下。由于空气弹簧在进、排气时间和速度上的差异等原因，使得静止或运行中转向架左右两侧空气弹簧内压有区别，以及一侧空气弹簧泄漏或破损，可造成车体的异常倾斜，使车体脱轨稳定性降低，因此为保证车辆安全运行，在空气弹簧悬挂系统中必须设有压差阀。 6 停放制动控制装置停放制动是采用弹簧储能施加制动力的一种制动方式，停放制动的施加和缓解采用独立的控制线，可以满足坡道停放的需要。停放制动控制是控制车辆实施停放制动和缓解的装置。7 基础制动装置7.1基础制动装置的概述 基础制动装置的作用是：它是制动系统的执行部件。它传递由制动控制单元产生的压力，放大后传至闸瓦，使闸瓦作用