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有轨电车制动系统设计方案1选题背景:1863、、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,开头修建有轨电车系统。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,的行车安全,所以制动系统是城市轨道车辆全部设备中综合技术难度最高的,因此,提高,国外先进的有轨电车制动系统主要承受微机掌握直通电空制动或油压制动系〔或油压〕制动的复合制动方式。近几年,国研制的型有进民族工业的进展。同时,国产城市有轨电车制动系统的研制成功和推广应用,还辆就会使用技术先进并且完全国产化得制动系统。国外进呈现状动技术作为一个重要工程进展争论。1863〔单轨〕车辆、平格外高。欧洲、日本的大局部城市轨道交通车辆制动系统承受的是德国FAIVELEYTRANSPORTNABTESCO这些公司的制动系统具有行业领先的技术水平,性能先进、牢靠性高,以再生制动、至可以到达使列车停车的力量。20城市轨道交通系统建设于196540、,我国的地铁车辆主要承受德国KNORR〔克诺尔〕公司,日本NABTESCO〔纳博泰斯克〕NABTESCO〔纳博泰斯克肯定成果。2制动根本概念制动的根本概念〔停放制动〕装置。制动装置是通过司动作用的解除叫做缓解,包括分布操纵的局部解除和一次操纵的彻底解除。制动方式进展分类。〔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发电机转化为电能,然后将电能从列车上转移出去。系统中会用到磁轨制动也属于摩擦制动。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。制动,这是依据制动力产生是否依靠于轮轨之间的粘着关系而划分的。之间的摩擦或电涡流作用。方式。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。有轨电车制动系统特点有轨电车根本特点成组使用、编组固定,编组较短;可单列运行,也可两列连挂运行;编组各车之间承受密接式车钩,整体运用修理,大修前不解体;两端均可操纵,不需转向;通过网络或电缆实现同步牵引、调速、制动等重联功能。有轨电车制动系统的特点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;一个制动系统来完成;空气制动局部承受电空制动机;为提高乘坐舒适性,各车减速度作用全都;为提高经济性,应充分发挥再生制动的效果;进展防滑掌握,充分利用粘着。对有轨电车制动的总体要求影响列车安全第一系列重要环节,因此制动系统必需满足响应方面得根本要求。〔1〕安全性要求,具有足够的制动力量,满足制动距离的要求,保证有轨电车长;用全都;低运行本钱;具有动力制动和摩擦制动的复合制动力量;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;载荷调整力量,以削减制动时的纵向冲动;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展操纵;故时,应能自动起紧急制动作用;计,制动系统的供风设备、制动掌握装置等分布在各车上,也要满足轻量化要求;要易于维护保养、便于修理。3章有轨电车制动系统的组成、原理及掌握分为电气制动和空气制动两大局部。3-1有轨电车制动系统组成示意图空气制动空气制动原理〔电磁、电子或微机掌握〕局部构成的,它们都可以简称为空气制动。摩擦制动。其制动指令发出、传递,制动力产生、掌握都需要压缩空气。压缩机及其附件〔枯燥装置、油水分别器、调压器、安全阀、储风缸、管路及其附分为两类:直通式空气制动机和自动式空气制动机。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〔制动置。3-2直通式空气制动机原理示意图制动力、无法制动。部制动缸排气晚、缓解慢;简洁形成较大冲动。自动式空气制动机号,掌握列车制动机的三通阀〔或安排阀,使制动缸获得所需要的空气压力,再经风,产生制动作用;列车管充气增压,制动缸排风、制动缓解。用于编组较长列车。有轨电车承受微机掌握直通式空气制动机。3-3自动式空气制动机原理示意图空气制动掌握原理制动掌握的要求制动性能要求满足规定的制动距离要求定点停车等制动距离的要求。满足规定的减速度要求2.动态性能要求满足制动力上升时间的要求从司机制动掌握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力上升时间要尽量短。满足制动平稳性要求此对制动指令承受限制上升斜率的平滑措施。3.制动精度要求1〕制动距离精度停车位的标志线,以利于旅客乘降。制动减速度精度并且具有很高的精度。速度掌握精度是单纯的制动掌握精度问题,但却与制动力掌握的响应和精度有关。制动掌握系统电气指令式制动掌握系统按其电气指令传递方式可分为数字指令式制动掌握系统、气压式制动掌握系统和微机制动掌握系统。直通式电空制动系统式。自动式是在自动空气制动机的根底上增加了电气指令掌握系统对列车管压力的车整体的制动及缓解速度,提高了自动空气制动机的性能。但也存在一个致命缺点,一旦列车分别就将会失去制动力量。直通式空气制动、配以电气指令式的制动掌握系统。动掌握系统和电掌握动掌握系统。3-4直通式电空制动供风系统微机掌握制动系统原理有轨电车各车辆上的制动掌握装置由制动掌握单元〔BrakeControlUint,简写BC、EPBCU依据制动指令及车号计算出所需的制动力,并向电气制动掌握装置发出制动信号,电气制动掌握装置掌握电气制动产生作用,并将实际制动力的等值信号反响到EP所以不必进展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。力。制动力的掌握对于动力制动,可以直接通过牵引变流器掌握再生制动电流来得到所需的制动算出制动缸空气压力。动力的大小。模拟型EP模拟制动掌握阀EPBCUEP小,就能掌握电磁阀吸引力的大小,进而可以任意设定空气压力。作用原理制动位当承受到电气指令,电磁阀励磁,柱塞动作使排气活塞上升,排气活塞在上升过供排气阀由供气阀脱离,从供气管路ab,称为中继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,到达平衡位置。b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 膜板图3-5EP阀原理图3-6EP〔充气制动位〕保压位3.缓解位排气活塞,与供排气阀脱离,中继阀管bdc,经过排气管路排到大气,形成阶段缓解。bd、c3-7EP〔保压位〕3-8EP〔排气缓解位〕EP掌握模拟型EPEP阀的特点是必需BCU,这是由微机进展准确的电流掌握的。EP压力,很简洁形成不通过微机就能够实现的备用制动。EP滞后。EP时也能消退后续空气压力掌握阀尤其是中继阀构造特性的滞后。磁电流进展电流偏差掌握。中继阀原理空气压力掌握阀——中继阀来完成。图3-9EP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。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二3-103-9中继阀原理图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3-113-11中继阀原理图〔保压位〕3-123-12中继阀原理图〔缓解位〕3-133-13中继阀原理图〔紧急制动位〕空气制动根底制动装置制动器,以满足制动距离的要求。3-14盘形制动器3-15磁轨制动作用原理电气制动电气制动原理〔简称电制动动力制动方式。1停转,假设不能准时切断电源,转子将加速至相反方向旋转,称为反接制动状态。易实现上述运行状态,称为再生制动或电阻制动。〔TCU—tractioncontroluni,承受电制动指令,将牵引电机转变为发电机,有轨电车惯性力通过车轴驱动掌握单元充当制动掌握单元的角色。电气制动特性受牵引电机制动功率和制动电流的限制。3-16电制动特性曲线图合使用。制动力的大小。电气制动的掌握掌握指令、电制动允许条件、整列或单元掌握模式等条件,由牵引逆变器实现。电源维持支流环节的初始供电,以维持牵引电机的励磁重量。由自动掌握单元打算复合制动模式下电制动与空气制动的时机以及制动力大小的分配。制动指令及其传输制动操纵及制动功能设置装置中产生制动作用。动。电气指令模式及传输制动力。电气式制动指令按指令形式和传输方式可分为数字指令和模拟指令。数字指令所谓数字指令是由0和1组成的2进制数,在用3位数字组合时,可以形成87这种方式不需要在司机制动掌握器部安装转换电路或计算机。模拟指令模拟指令是指用模拟电量反映司机制动掌握器的级位信息,模拟电量可承受电动要求的大小。因而应用不多,往往在司机制动掌握器的手柄上再加上参考定位机构。能造成制动指令精度下降,影响制动效果。电气指令传输传送的;在设备消灭故障的状况下,可以通过备用传输线向全列车传送。指令方式与制动掌握模式减压量指令模式该减压量变成制动缸对应的压力。力到制动缸。播速度低于大气中的声速。减速度指令模式算出此时所需制动力,掌握中继阀向制动缸输出相应的空气压力。的等制动率掌握模式。复合制动动不能满足制动要求时,空气制动自动补充,这种制动方式称为复合制动。复合制动设计原则投入的挨次和方式的不同,形成以下几种掌握原则:〔1〕节能原则的最大状态,列车运行总能耗最低。程度相差较大,更换周期也相差较多,增加了修理组织的简单性以及修理本钱。在需要制动的时候承受电气制动优先,但需要空气制动补充时,始终依据动车、3.舒适性原则但这种设计也最大程度的限制了电制动力的发挥。制动掌握承受的设计原则,实际上表达了制动系统的掌握策略。复合制动作用掌握一般制开工况下的协调关系承受节能原则作为掌握策略的制动系统拖车:〕-{〔再生制动力〕-〔动车所需必要制动力〕}的制动力,作为补足空气制动力输出。很重要,由于再生制动与空气制动可能常常转换。动车:压汽缸油肯定量的空气压力作为初始压力,缘由同上述。拖车:动车:把〔动车所需必要的制动力〕-〔再生制动力〕的制动力作为补足空气制动力输出。复合模式下电气制动与空气制动切换特别状况,此时电制动与空气制动的协调关系如下图:3-17自动过电分相时电制动与空气制动的协调关系复合制动的粘着掌握制动粘着方式布置于各车,从这一点看,总的制动粘着利用率接近100%。相比而言,牵引粘着仍旧可以高于从轴的空气制动粘着。承受盘形制动,则需要承受增粘措施提高粘着系数,避开或削减制动滑行的发生。增粘掌握损伤起到修复作用。30km/h以便利的更换,翻开闸瓦托座上的锁闭装置,即能将闸瓦由向外的方向取出。3-18踏面清扫装置的掌握防滑掌握防滑掌握的必要性及设备行车安全。必需进展有效地掌握。〔WSP〕掌握模块。每个根底制动装置的制动缸处都单独设置有防滑掌握设备。速度,以此作为标准,凡速度低于该标准,则认为该轴发生滑行。滑行检测速度传感器速度传感器安装在电机的非传动轴端。其主要用途有:电机的逆变器频率予以消退。逆变器频率设定依据:1424空转检测掌握制动器2.滑行检测减速度检测各轴的减速度超过规定值时,报检测到滑行。速度差检测在发生标准速度规定量的速度差时,报检测到滑行。滑行掌握相比照较,按各个轴进展粘着恢复掌握。检测到滑行,则掌握阀输出针对该轴制动缸压力的缓解指令,使制动缸排气。备用制动置一套备用制动装置。备用制动方式备用方式用制动也可以承受以电压为掌握信号的的电气指令备用方式或者空气减压指令备用掌握局部,甚至是备用除根底制动装置之前的一整套制动掌握系统。络传输发生故障时,用另外一套独立的电气指令并传输到备用系统与原系统的接入点,该接入点在制动掌握计算机之前,制动指令由计算机接收,制动力的计算和EP阀的掌握照旧考原来的制动掌握计算机进展。EPEPEP动系统,不依靠原有系统的指令及传输、制动掌握、EP转换,直接产生空气压力到原有系统的中继阀,备用制动是一套完整的自动空气机,包含安排阀。备用功能规定,列车要到前方站等待救援、入段,备用列车投入使用。则实行隔离措施,然后通过人工转换,投入备用制动装置。备用制动装置备用电气指令必追求电气指令承受可以直接传输到每节车辆的信号方式。图3-19是一种备用指令形式及其产生电路原理图,图中所示的制动备用指令电以选择四个级位作为备用制动指令。3-19制动系统的备用指令令信号,有利于较长距离的传送,同时也便于转变电压适用EP阀的驱动掌握调整。3-20成的EP阀驱动信号,它直接反映了制动力的大小。3-20制动系统的备用指令变换电路EPEPEP补偿。4制动系统组成制动装置,风源系统,气动系统附件等。〔再生制动和电阻制动〕和空气制动的复合制动,紧急制动时只承受空气制动。4-1制动系统工作原理示意图制动指令发生及传输系统(1)司机掌握器装有接触开关,用于产生制动指令信号。4DC24V471DC24V状态。紧急制动开关紧急制动开关用于产生紧急制动信号。每端驾驶室一个。紧急制动开关、总风压力开关,紧急制动电磁阀并联在回路上。制动指令线微机掌握单元BECU与牵引掌握单元之间的通讯信号包括:动力制动指令信号PWM、动力制动力反响信号(PWM)、载荷信号。BECU2PWM22±3VDC,500±10Hz,0kN=10%PWM,50kN=80%PWM。2PWM,22±3VDC,500±10Hz,0kN=10%PWM,50kN=80%PWM。2PWM,22±3VDC,500±10Hz,0~10t=10%,50t=80%。制动掌握系统微机掌握单元BECUBCU进而掌握制动力。硬件组成如下:PS1、PS2MXI、RS485能。CPU1ADDI制动掌握单元BCU传感器、预掌握压力开关、压力测试借口等组成。载荷压力载荷压力总风与制动缸接线排空簧压力接口平均阀传感器接口传感器集成板模拟转换阀紧急阀压力开关预控压力接口空重车阀中继阀4-2BCU受空重车调整阀掌握。大气。根底制动装置承受高摩合成闸片。风缸水塞门。风源系统机承受螺杆压缩机,承受单塔空气枯燥器。制动模式〔再生制动和电阻制动气制动。常用制动能够依据车辆载荷变化自动调整制动力;制动过程具有防冲动限制功能。总制动力应满足制动力需求。(1)动力制动常用制动时,承受动力制动和空气制动的复合制动,动力制动承受再生制动,BECU〔7。复合制动当制动力需求超过动力制动力量,制动力缺乏局部由空气制动补偿。实际动力制动力由牵引掌握单元以PWM信号形式反响给BECU。制动力。常用制动时空气制动的切换需求。紧急制动施的制动。只承受空气制动,停车前不行缓解。在以下状况下产生紧急制动:司机将制动手柄移至紧急位;按紧急开关,或意外脱弓;总风压力过低;紧急制动电路中失电或失去动力。功能设计依据载荷变化调整制动力单元。紧急制动时,由空重车调整阀调整制动力。BECU4~20mABECU,0~10bar。载荷信号在每个车站停车时检测,当车辆重启动时即储存下来。BECU计算的车辆总重量为车辆实际重量〔由压力传感器测得〕加旋转质量之和。车辆总重乘以要求的减速度即得到所需制动力。〔司机掌握器〕×〔车辆总重+车辆旋转质量〕AW2牵引掌握单元的载荷输入信号要该载荷信号。该信号为PWMDC22±3V500±10Hz0-10t=10%50t=80%AW2冲动限制功能复合制动掌握动力制动的制动指令动力制动的制动指令由BECU计算并传给牵引掌握单元。承受PWM信号,电压DC223V,频率50010Hz,占空比0kN=10%PWM,50kN=80%PWM。BECUDC22±3V动力制动力=制动指令×〔车辆总重+旋转质量〕0。此时,动力制动由空气制动取代。动力制动反响值BECU。承受PWM信号,电压DC223V,频率50010Hz,占空比0kN=10%PWM,50kN=80%PWM。再生制动和空气制动平稳转换在再生制动与空气制动的转换过程中,保持总制动力和减速度与制动指令相吻合,实现二者的平稳转换。制动缸压力初跃升小了空气制动力产生的延迟时间,即缩短空走时间。制动缸压力滞后修正转制动时,很简洁造成同一制动指令下制动缸压力不同,影响掌握精度,因此,承受通讯功能本地通讯,RS485(1)RS232(2)RS485〔Monitor〕进展远程通讯,实现在线网络监控功能。车载状况下,通过该485串行口依据通讯协议与车载Monitor进展通讯。每BECU障类型及其相邻时刻的制动状态信息。1空气制动故障1空气制动故障再生制动模式指令特别电磁阀故障AS2 制动缸压力传感器故障载荷压力信号故障再生制动反响指令特别3制动力缺乏检测不缓解检测常用制动指令〔线〕1、2、3状态4紧急制动指令状态数据去除空簧压力:50~560kPa供给应牵引掌握单元的变载荷信号:0~102%再生制动力模式指令:0~102%再生制动反响指令:0~102%AC:0~765kPaBC:0~765kPa5〕作用试验完整试验常用全制动试验工程供给应牵引的变载荷指令上限值:0~102%供给应牵引的变载荷指令下限值:0~102%再生制动力指令值上限值:0~102%再生制动力指令值下限值:0~102%AC预控压力设计上限值:0~765kPaAC预控压力设计下限值:0~765kPaBC制动缸压力设计上限值:0~765kPaBC制动缸压力设计下限值:0~765kPaBECU31〔50ms〕的制动系统状态BECUMonitor恳求信息后,返回指定的故障信息数据记录。485BECU485功能。监控和故障评估阀和压力开关等完成。故障信息能够显示并与监控设备进展通讯。主要故障信息如下:序号代码代码意义1EEEE空气制动故障2EEFA紧急阀故障3LOA载荷压力传感器信号特别或ECP板故障4LOAO供给应牵引掌握的载荷信号特别5EFE充气电磁阀故障或ECP板、MXI板故障6PFE排气电磁阀故障或ECP板、MXI板故障7FBOD再生制动指令或MXI板故障8FEOA预控压力信号故障或ECP板故障9FEO8制动缸压力信号故障或ECP板故障10FBOF再生制动反响信号或MXI板故障11EPS压力开关故障12A2RAM13A0ROM14B2RAM15B0RAM16EET通讯故障17EE7O继电器输出故障188888自检状态19
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