有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1 有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 第 1 章 緒論 題背景： 自從世界上第一個(gè)地鐵系統(tǒng)于 1863年在英國(guó)倫敦建成運(yùn)行以來(lái)，盡管經(jīng)歷了各種曲折的發(fā)展過(guò)程，但世界各主要大城市無(wú)不以軌道交通系統(tǒng)作為城市骨干公共交通系統(tǒng)?，F(xiàn)在的城市軌道交通系統(tǒng)可分為大運(yùn)量系統(tǒng)、中運(yùn)量系統(tǒng)、小運(yùn)量系統(tǒng)，各自包括城市快速鐵路、地下鐵道；輕軌鐵路、獨(dú)軌系統(tǒng)、線性電機(jī)小截面地鐵、自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)；有軌電車系統(tǒng)。不同運(yùn)量的城市軌道交通系統(tǒng)適用于不同規(guī)模的城市，地鐵系統(tǒng)適用于大規(guī)模城市，在我國(guó)例如北京、上海、廣州、 深圳、天津、南京、杭州 等大城市都已 形成了一定規(guī)模的地鐵系統(tǒng)，同時(shí)成都、 沈陽(yáng)、西安、寧波、重慶 等城市的地鐵系統(tǒng)正在修建過(guò)程中，對(duì)于規(guī)模相對(duì)較小的城市，有軌電車則具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力， 有軌電車作為現(xiàn)代化 城市軌道 交通的一部分，具有運(yùn)力大、運(yùn)行和建設(shè)成本低、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、快捷、舒適的特點(diǎn) ，其中低地板有軌電車還具有乘客上下方便，甚至可以照顧到老人和殘疾人的特點(diǎn)。 所以也有很多城市在修建有軌電車系統(tǒng)，例如大連、長(zhǎng)春的有軌電車一直在運(yùn)行，也有部分大中城市在規(guī)劃或者已經(jīng)開(kāi)始修建有軌電車系統(tǒng)。 制動(dòng)系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)輸車輛最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，制動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，關(guān)系到車輛綜合技術(shù)水平和運(yùn)行品質(zhì)能否提高， 更為重要的是它涉及到城市軌道車輛的行車安全，所以制動(dòng)系統(tǒng)是城市軌道車輛所有設(shè)備中綜合技術(shù)難度最高的， 因此，各國(guó)在發(fā)展城市軌道交通運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，都把提高制動(dòng)技術(shù)作為一個(gè)重要項(xiàng)目進(jìn)行研究。而作為有軌電車，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求更高，這是因?yàn)椴煌谝话愕某鞘熊壍澜煌ㄏ到y(tǒng)，有軌電車不是在封閉線路上運(yùn)行的，而是在路面上與汽車混跑，所以 有軌電車是制動(dòng)、緩解操縱最為頻繁的，往往每隔幾秒鐘的時(shí)間就要連續(xù)進(jìn)行制動(dòng)和緩解操縱，而且為了能夠隨時(shí)停車，對(duì)制動(dòng)距離要求得非常短 ， 這就要求制動(dòng)系統(tǒng)具有 非常高的靈敏度和非常短的空走時(shí)間。作為有軌電車關(guān)鍵技術(shù)的制動(dòng)系統(tǒng)，其技術(shù)水平在不斷 2 提高，國(guó)外先進(jìn)的有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)主要采用微機(jī)控制直通電空制動(dòng)或油壓制動(dòng)系統(tǒng)，采用再生制動(dòng)和空氣（或油壓）制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)方式。近幾年，國(guó)內(nèi)研制的新型有軌電車，采用了大量新技術(shù)，但由于國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一種能適用于現(xiàn)代有軌電車的先進(jìn)、成熟的國(guó)產(chǎn)制動(dòng)系統(tǒng)，到目前為止，制動(dòng)系統(tǒng)是城市軌道車輛上唯一沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化運(yùn)用的產(chǎn)品。 所以 研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的制動(dòng)系統(tǒng)，將使我們擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，不僅為國(guó)家節(jié)約大量的外匯，還會(huì)帶動(dòng)相 關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展。 同時(shí)，國(guó)產(chǎn)城市有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)的研制成功和推廣應(yīng)用，還會(huì)提高我國(guó)城軌交通制動(dòng)技術(shù)的水平，使制動(dòng)技術(shù)上一個(gè)新的臺(tái)階，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。所以研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的制動(dòng)系統(tǒng)，將使我們擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，不僅為國(guó)家節(jié)約大量的外匯，還會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)城市軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)的研制成功和推廣應(yīng)用，還會(huì)提高我國(guó)軌道交通制動(dòng)水平的技術(shù)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。目前國(guó)內(nèi)很多車輛廠、研究所以及部分高校都在致力于先進(jìn)軌道交通制動(dòng)技術(shù)的研究，相信不久的 將來(lái)我國(guó)的城市軌道交通車輛就會(huì)使用技術(shù)先進(jìn)并且完全國(guó)產(chǎn)化得制動(dòng)系統(tǒng)。 內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 制動(dòng)系統(tǒng)是城軌車輛的關(guān)鍵部件之一，制動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，關(guān)系到車輛綜合技術(shù)水平和運(yùn)行 品質(zhì)是否可靠 ，因此，各國(guó)在發(fā)展城軌交通運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，都把提高制動(dòng)技術(shù)作為一個(gè)重要項(xiàng)目進(jìn)行研究。 城市軌道交通車輛制動(dòng)技術(shù)水平是隨著城市軌道交通的發(fā)展而不斷提高的，制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純空氣制動(dòng)、空氣制動(dòng)為主 電空 制動(dòng)為輔，直到今天的以電制動(dòng)為主、空氣制動(dòng)為輔的過(guò)程，制動(dòng)控制技術(shù)也由空氣控制、電氣控制發(fā)展到計(jì)算機(jī)控制。 世界上第一個(gè)地鐵系統(tǒng) 于 1863年在英國(guó)倫敦建成，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，各種城市軌道交通系統(tǒng)遍布全球，由于種種原因 ，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家及日本的城市軌道交通運(yùn)輸非常發(fā)達(dá)，城市軌道交通車輛種類較多，主要有地鐵車輛、跨坐式（單軌）車輛、懸掛式車輛、有軌電車，其中地鐵車輛是最重要的城市軌道交通車輛，其制動(dòng)技術(shù)水平非常高。歐洲、日本的大部分城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)采用的是德國(guó)法國(guó) 司 ，日本 公司的產(chǎn)品，這些公司的制動(dòng)系統(tǒng)具有行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)水平，性能先進(jìn)、可靠性高，以 再生制動(dòng)、 3 電阻制動(dòng)組合方式的電制動(dòng)是主要的制動(dòng)方式，在額定滿載載荷情況下，電制動(dòng)的制動(dòng)力可以滿足車輛減速至 5前從技術(shù)上講，電制動(dòng)甚至可以達(dá)到使列車停車的能力。 從上世紀(jì) 20 年代起，中國(guó)的許多大城市都建設(shè)了有軌電車系統(tǒng)，新中國(guó)成立以后，有軌電車系統(tǒng)被慢慢拆除，到今天只剩下大連和長(zhǎng)春兩座城市還在運(yùn)行有軌電車。我國(guó)的城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)于 1965 年始于首都北京，經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，目前已有北京、上海、天津、廣州、南京、深圳建成里程不等的地鐵系統(tǒng)，重慶、武漢也已經(jīng)開(kāi)行了輕軌系統(tǒng)，還 有成都、西安、沈陽(yáng)、杭州等城市的地鐵系統(tǒng)正在建設(shè)當(dāng)中。包括地鐵、輕軌以及有軌電車在內(nèi)，我國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通車輛的國(guó)產(chǎn)化，但作為關(guān)鍵技術(shù)的制動(dòng)系統(tǒng)還依賴進(jìn)口，成為唯一沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的部分，我國(guó)的地鐵車輛主要采用德國(guó) 諾爾）公司，日本 博泰斯克）公司的制動(dòng)系統(tǒng)， 最新研發(fā)的大連有軌電車“大連人”號(hào)采用 日本 博泰斯克）公司的產(chǎn)品。為了在制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，很多科研機(jī)構(gòu)以及高校都在做這方面的研究，技術(shù)比較領(lǐng)先的有 中國(guó)北車集團(tuán)四方車輛研究所，該機(jī)構(gòu)承擔(dān)了國(guó)家發(fā) 展和改革委員會(huì)下達(dá)的城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，進(jìn)行城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)研制。西南交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校也在做該方面的研究，并已經(jīng)有了一定成果。 第 2 章 有軌電車制動(dòng)概述 動(dòng)基本概念 動(dòng)的基本概念 列車制動(dòng)是人為 地 利用制動(dòng)力使列車減速、停車、阻止其運(yùn)動(dòng)或加速的統(tǒng)稱。對(duì)于列車，人為地使其減速或阻止其加速的外力是由列車制動(dòng)裝置產(chǎn)生的，它與列車運(yùn)動(dòng)的方向相反，由軌道作于車輪，叫制動(dòng)力。通常制動(dòng)裝置是指能產(chǎn)生制動(dòng)作用的整套機(jī)構(gòu)，包括制動(dòng)機(jī)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、手制動(dòng)（ 停放 制動(dòng)）裝置 。制動(dòng)裝置是通過(guò)司 4 機(jī)操縱制動(dòng)控制器發(fā)出的制動(dòng)指令，指揮制動(dòng)控制部分向基礎(chǔ)制動(dòng)的制動(dòng)缸送風(fēng)，是制動(dòng)缸獲得必須得空氣壓力，經(jīng)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的放大變換，最終形成列車制動(dòng)力。制動(dòng)作用的解除叫做緩解，包括分布操縱的部分解除和一次操縱的徹底解除。 動(dòng)方式 制動(dòng)方式可以按制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式、制動(dòng)力獲取方式和制動(dòng)源動(dòng)力的不同進(jìn)行分類。 （ 1） 按制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能的轉(zhuǎn)移方式不同，列車的制動(dòng)可以分為摩擦制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)。摩擦制動(dòng)通過(guò)摩擦把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后消散于大氣；動(dòng)力制動(dòng)把動(dòng)能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，然后將電能從列 車上轉(zhuǎn)移出去。 常用的摩擦制動(dòng)方式主要有閘瓦制動(dòng)和盤形制動(dòng)，在高速動(dòng)車組和有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)中會(huì)用到磁軌制動(dòng)也屬于摩擦制動(dòng)。 常用的動(dòng)力制動(dòng)方式主要有電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)。電阻制動(dòng)是把由列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化出來(lái)的電能直接消耗在隨車安裝的制動(dòng)電阻上轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)通風(fēng)設(shè)備把熱量散掉；再生制動(dòng)是把電能通過(guò)牽引傳動(dòng)的變流器逆向變換，再把電能返回電網(wǎng)。 車的制動(dòng)可以分為粘著制動(dòng)與非粘著制動(dòng)，這是按照制動(dòng)力產(chǎn)生是否依賴于輪軌之間的粘著關(guān)系而劃分的。 閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)、電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)均 屬于粘著制動(dòng)，并且制動(dòng)力的大小也受粘著限制；磁軌制動(dòng)則屬于非粘著制動(dòng)，其制動(dòng)力的產(chǎn)生只取決于制動(dòng)體和鋼軌之間的摩擦或電渦流作用。 車制動(dòng)可以分為空氣制動(dòng)方式和電氣制動(dòng)方式。 以壓縮空氣為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為空氣制動(dòng)方式，包括閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)等；以電位源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為電氣制動(dòng)方式，包括動(dòng)力制動(dòng)、磁軌制動(dòng)等。 軌電車制動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn) 軌電車基本特點(diǎn) 有軌電車是牽引動(dòng)力和運(yùn)輸載體一體化的城市旅客運(yùn)載工具，具有以下特點(diǎn)： 5 成組使用、編組固定，編組較短；可單列 運(yùn)行，也可兩列連掛運(yùn)行； 1. 編組各車之間采用密接式車鉤，整體運(yùn)用維修，大修前不解體； 2. 兩端均可操縱，不需轉(zhuǎn)向； 3. 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或電纜實(shí)現(xiàn)同步牽引、調(diào)速、制動(dòng)等重聯(lián)功能。 軌電車制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1） 由于有軌電車是動(dòng)力分散，列車制動(dòng)裝置是指動(dòng)車制動(dòng)裝置和拖車制動(dòng)裝置的組合，它們共同形成的完整的制動(dòng)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的概念； 用電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)，各自制動(dòng)力的調(diào)整需要一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成；空氣制動(dòng)部分采用電空制動(dòng)機(jī)； 車減速度作用一致； 充 分發(fā)揮再生制動(dòng)的效果； 分利用粘著。 有軌電車制動(dòng)的總體要求 制動(dòng)是有軌電車運(yùn)行的主要也是最重要工況之一，制動(dòng)系統(tǒng)的有效性和好壞直接影響列車安全第一系列重要環(huán)節(jié)，因此制動(dòng)系統(tǒng)必須滿足響應(yīng)方面得基本要求。 （ 1） 安全性要求，具有足夠的制動(dòng)能力，滿足制動(dòng)距離的要求，保證有軌電車在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車，同時(shí)要考慮因粘著不足情況下因防滑控制引起的制動(dòng)距離延長(zhǎng)； 動(dòng)減速快，制動(dòng)作用靈敏可靠，有軌電車前后車輛制動(dòng)、緩解作用一致； 正常制動(dòng)過(guò)程中，應(yīng) 盡量充分發(fā)揮動(dòng)力制動(dòng)能力，以降低運(yùn)行成本； 制動(dòng)力不會(huì)衰減； 動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)乘客量的變化，具有載荷調(diào)整能力，以減少制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng)； 6 到緊急情況是，能使有軌電車在規(guī)定距離內(nèi)停車，緊急制動(dòng)除了可由司機(jī)操縱外，必要時(shí)還可由行車人員利用緊急制動(dòng)按鈕進(jìn)行操縱； 動(dòng)系統(tǒng)故障等危及行車安全的事故時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)起緊急制動(dòng)作用 ； 了車體、轉(zhuǎn)向架這些大部件，各種車載設(shè)備也應(yīng)考慮輕量化設(shè)計(jì)，制動(dòng)系統(tǒng)的供風(fēng)設(shè)備、制動(dòng)控制裝置等分布在各車上，也要滿足輕量化要求； 了要滿足可靠性要求，還要易于維護(hù)保養(yǎng)、便于維修。 第 3 章 有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)的組成、原理及控制 對(duì)于有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)其采用電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)復(fù)合制動(dòng)的特點(diǎn)，可以分為電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩大部分。 圖 3軌電車制動(dòng)系統(tǒng)組成示意圖 7 氣制動(dòng) 氣制動(dòng)原理 傳統(tǒng)的機(jī)車車輛制動(dòng)機(jī)有兩 種類型 空氣制動(dòng)機(jī)和電空制動(dòng)機(jī)，電空制動(dòng)機(jī)是在空氣制動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上引入電控（電磁、電子或微機(jī)控制）部分構(gòu)成的，它們都可以簡(jiǎn)稱為空氣制動(dòng)。 空氣制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)原動(dòng)力來(lái)自壓縮空氣，制動(dòng)力的產(chǎn)生依賴于輪軌接觸，屬于摩擦制動(dòng)。其制動(dòng)指令發(fā)出、傳遞，制動(dòng)力產(chǎn)生、控制都需要壓縮空氣。 空氣制動(dòng)系統(tǒng)由供風(fēng)系統(tǒng)、制動(dòng)控制裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置組成。供風(fēng)系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)及其附件（干燥裝置、油水分離器、調(diào)壓器、安全閥）、儲(chǔ)風(fēng)缸、管路及其附件、壓力表等組成，具體組成形式與產(chǎn)品型號(hào)有關(guān)。制動(dòng)控制裝置從整個(gè)控制原理上分為兩類：直通式空氣制動(dòng) 機(jī)和自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)。 通式空氣制動(dòng)機(jī) 直通式空氣制動(dòng)機(jī)是通過(guò)制動(dòng)閥把總風(fēng)缸的壓縮空氣直接變成經(jīng)列車管（制動(dòng)管）而進(jìn)入制動(dòng)缸，其壓強(qiáng)大小反映制動(dòng)力大小的壓縮空氣，直接在制動(dòng)缸得到所需制動(dòng)力。直通式空氣制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱上只有制動(dòng)、保壓、緩解三個(gè)位置。 圖 3通式空氣制動(dòng)機(jī)原理示意圖 8 直通式空氣制動(dòng)機(jī)的工作原理：列車管充氣，制動(dòng)缸增壓，產(chǎn)生制動(dòng)作用；列車管排氣，制動(dòng)缸減壓，緩解制動(dòng)。當(dāng)列車分離時(shí)，列車管和制動(dòng)缸處于排空狀態(tài)，無(wú)制動(dòng)力、無(wú)法制動(dòng)。 直通式空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：構(gòu) 造簡(jiǎn)單，對(duì)短編組列車來(lái)說(shuō)操作靈活，可以用制動(dòng)閥直接調(diào)節(jié)制動(dòng)缸的壓力。但對(duì)于較長(zhǎng)編組列車，制動(dòng)時(shí)，列車前部制動(dòng)缸充氣早、增壓快；后部制動(dòng)缸充氣晚、增壓慢；緩解時(shí)，列車前部制動(dòng)缸排風(fēng)早、緩解快；后部制動(dòng)缸排氣晚、緩解慢；容易形成較大沖動(dòng)。 動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī) 自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)是通過(guò)制動(dòng)閥改變制動(dòng)管的空氣壓力，以此壓力變化為控制信號(hào)，控制列車制動(dòng)機(jī)的三通閥（或分配閥），使制動(dòng)缸獲得所需要的空氣壓力，再經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的。三通閥由主活塞、滑閥、節(jié)制閥等組成，外接列車管、副風(fēng)缸管。 自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)的工作 原理：通過(guò)三通閥的作用，列車管排氣減壓，制動(dòng)缸充風(fēng)，產(chǎn)生制動(dòng)作用；列車管充氣增壓，制動(dòng)缸排風(fēng)、制動(dòng)緩解。 自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制動(dòng)時(shí)，列車各車輛制動(dòng)缸的充氣來(lái)自就近的副風(fēng)缸；緩解時(shí)，制動(dòng)缸通過(guò)就近的三通閥排氣，自動(dòng)制動(dòng)閥控制制動(dòng)管的排風(fēng)減壓或恢復(fù)充氣，列車前后部制動(dòng)和緩解動(dòng)作一致性較直通式好，列車沖動(dòng)較小，適用于編組較長(zhǎng)列車。 有軌電車采用微機(jī)控制直通式空氣制動(dòng)機(jī)。 9 圖 3動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)原理示意圖 氣制動(dòng)控制原理 動(dòng)控制的要求 （ 1） 制動(dòng)性能要求 （ a） 滿足規(guī)定的制動(dòng)距離要求 從系統(tǒng)制動(dòng)能力上，首先要滿足緊急制動(dòng)距離要求，另外從制動(dòng)力控制上要滿足定點(diǎn)停車等制動(dòng)距離的要求。 （ b） 滿足規(guī)定的減速度要求 滿足具體規(guī)定的有軌電車的制動(dòng)減速度、制動(dòng)平均減速度的要求。 1）滿足制動(dòng)力上升時(shí)間的要求 從司機(jī)制動(dòng)控制器置于制動(dòng)位的瞬間到制動(dòng)缸的壓力上升到規(guī)定值所需的時(shí)間稱為制動(dòng)力上升時(shí)間。從滿足緊急制動(dòng)距離、減少制動(dòng)空走時(shí)間及距離的角度，制動(dòng)力上升時(shí)間要盡量短。 2）滿足制動(dòng)平穩(wěn)性要求 制動(dòng)平穩(wěn)性要求采取有軌電車各車的制動(dòng)力同步上升、電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的 轉(zhuǎn)換或協(xié)調(diào)要平順、制動(dòng)力與車廂重量成正比、采用密接車鉤等減小縱向沖動(dòng)的措施。在滿足制動(dòng)平穩(wěn)性的前提下，制動(dòng)力上升時(shí)間也不能太短，否則也會(huì)引起縱向沖動(dòng)，因此對(duì)制動(dòng)指令采用限制上升斜率的平滑措施。 制動(dòng)精度是指制動(dòng)距離精度、制動(dòng)減速度精度、制動(dòng)調(diào)速精度。 1） 制動(dòng)距離精度 是指在需要精確定點(diǎn)停車的場(chǎng)合，如在車站站臺(tái)?？繒r(shí)，車廂門要求對(duì)準(zhǔn)站臺(tái)上停車位的標(biāo)志線，以利于旅客乘降。 2） 制動(dòng)減速度精度 有軌電車的制動(dòng)指令和制動(dòng)力的控制都是按照減速度規(guī)定的，但制動(dòng)系統(tǒng)最終提 10 供給列車的是力 縱向減速力，如果把指 令、制動(dòng)力、列車質(zhì)量、列車速度視為一個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)變量的話，那么完全可以做到用閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)既定的列車減速度，并且具有很高的精度。 3） 速度控制精度 在目標(biāo)速度控制模式下，列車控制系統(tǒng)不斷地向牽引或制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，使列車出現(xiàn)牽引、惰行、制動(dòng)等工況，維持列車運(yùn)行于目標(biāo)速度，因此，速度控制精度不是單純的制動(dòng)控制精度問(wèn)題，但卻與制動(dòng)力控制的響應(yīng)和精度有關(guān)。 動(dòng)控制系統(tǒng) 電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)按其電氣指令傳遞方式可分為數(shù)字指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)和模擬指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)；按制動(dòng)控制裝置的不同分為電磁式空氣制 動(dòng)控制系統(tǒng)、氣壓式制動(dòng)控制系統(tǒng)和微機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)。 通式電空制動(dòng)系統(tǒng) 電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)按其對(duì)空氣制動(dòng)控制方式的不同，分為自動(dòng)式和直通式。 自動(dòng)式是在自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了電氣指令控制系統(tǒng)對(duì)列車管壓力的控制，通過(guò)同時(shí)對(duì)各車輛的列車管的減壓增加，使各車輛的三通閥同時(shí)作用，加快列車整體的制動(dòng)及緩解速度，提高了自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的性能。 直通式是采用電信號(hào)來(lái)傳遞制動(dòng)和緩解指令的直通空氣制動(dòng)系統(tǒng)。司機(jī)通過(guò)電氣指令控制裝置對(duì)各車輛的制動(dòng)信號(hào)管的壓力空氣進(jìn)行控制，用該制動(dòng)管的壓力使各中繼閥工作，最 終獲得制動(dòng)缸壓力。直通式具有響應(yīng)快、一致性好、控制方便的有點(diǎn)，但也存在一個(gè)致命缺點(diǎn)，一旦列車分離就將會(huì)失去制動(dòng)能力。 由于直通式制動(dòng)控制系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在的有軌電車制動(dòng)控制系統(tǒng)大多采用直通式空氣制動(dòng)、配以電氣指令式的制動(dòng)控制系統(tǒng)。 制動(dòng)控制系統(tǒng)是制動(dòng)系統(tǒng)在司機(jī)和其他控制裝置的控制下，產(chǎn)生、傳遞制動(dòng)信號(hào)，并對(duì)各種制動(dòng)方式進(jìn)行制動(dòng)率分配、協(xié)調(diào)的部分。目前的制動(dòng)控制系統(tǒng)主要有空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)和電控制動(dòng)控制系統(tǒng)。 11 圖 3通式電空制動(dòng)供風(fēng)系統(tǒng) 機(jī)控制制動(dòng)系統(tǒng)原理 有軌電車各車輛上的制 動(dòng)控制裝置由制動(dòng)控制單元（ 寫(xiě) 繼閥、空重調(diào)整閥、緊急制動(dòng)電磁閥等組成。當(dāng)列車需要制動(dòng)時(shí)，向電氣制動(dòng)控制裝置發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，電氣制動(dòng)控制裝置控制電氣制動(dòng)產(chǎn)生作用，并將實(shí)際制動(dòng)力的等值信號(hào)反饋到把計(jì)算結(jié)果相應(yīng)的電信號(hào)送到 繼閥進(jìn)行流量放大后使制動(dòng)缸獲得相應(yīng)的壓力。 拖車常用制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)控制裝置的動(dòng)作過(guò)程與動(dòng)車基本相同，由于 沒(méi)有電氣制動(dòng)，所以不必進(jìn)行電氣制動(dòng)與空氣制動(dòng)的協(xié)調(diào)，所需制動(dòng)力全部通過(guò) 后由中繼閥使制動(dòng)缸產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力。 緊急制動(dòng)時(shí)，緊急制動(dòng)指令線失電，緊急制動(dòng)電磁閥失電，來(lái)自緊急制動(dòng)電磁閥通過(guò)向中繼閥提供壓力指令，中繼閥根據(jù)壓力指令，將總風(fēng)壓力送往制動(dòng)缸產(chǎn)生制動(dòng)力。 動(dòng)力的控制 對(duì)于動(dòng)力制動(dòng)，可以直接通過(guò)牽引變流器控制再生制動(dòng)電流來(lái)得到所需的制動(dòng)力；對(duì)于空氣制動(dòng)，制動(dòng)力是由電空制動(dòng)的控制計(jì)算機(jī)計(jì)算并控制的，因此，在制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)階段，要采用反向計(jì)算，根據(jù)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置產(chǎn)生 的制動(dòng)力，結(jié)合制動(dòng)力算法采用的閘瓦壓力、摩擦系數(shù)、平均作用半徑、車輪滾動(dòng)園半徑、傳動(dòng)效率等參數(shù)，反 12 算出制動(dòng)缸空氣壓力。 在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)控制計(jì)算機(jī)則進(jìn)行正向計(jì)算，根據(jù)制動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的制動(dòng)減速度、當(dāng)前速度、列車重量，計(jì)算出制動(dòng)力大小，然后進(jìn)行電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)的分配，根據(jù)電氣制動(dòng)優(yōu)先原則，發(fā)出電制動(dòng)請(qǐng)求指令，再根據(jù)電制動(dòng)力的反饋，決定空氣制動(dòng)力的大小。 擬型 及其控制 模擬制動(dòng)控制閥 作用是把制動(dòng)控制單元 于受電 磁閥的控制，其空氣壓力能連續(xù)且無(wú)級(jí)的變化，此壓力作為控制信號(hào)控制中繼閥的供風(fēng)、排風(fēng)的工作空氣壓力。 氣部和排氣部夠成，電流通過(guò)電磁鐵線圈時(shí)產(chǎn)生吸引力打開(kāi)供氣閥，而供給壓力空氣，同時(shí)壓力空氣返回到電空變換閥的膜板室，將呈出與電磁閥的吸引力平衡狀態(tài)時(shí)會(huì)關(guān)閉供氣閥，只要改變經(jīng)過(guò)電磁鐵線圈的電流大小，就能控制電磁閥吸引力的大小，進(jìn)而可以任意設(shè)定空氣壓力。 用原理 當(dāng)接受到電氣指令，電磁閥勵(lì)磁，柱塞動(dòng)作使排氣活塞上升，排氣活塞在上升過(guò)程中，使供排氣閥接觸排氣閥座 而關(guān)閉排氣孔后， 壓力空氣從上部將供、排氣閥頂開(kāi) ，供排氣閥由供氣閥脫離，從供氣管路 b，稱為中繼閥的預(yù)控壓力。同時(shí)，壓力空氣流入到膜板上面的氣室，將達(dá)到電氣指令所需的壓力，膜板及排氣活塞被它下壓，接觸到排氣閥座，而關(guān)閉供氣通路，達(dá)到平衡位置。 到平衡狀態(tài)后，若增加指令電流，電磁閥的輸出力使柱塞克服膜板承受的壓力，上頂排氣活塞，產(chǎn)生上述相同作用，空氣流到 中繼閥管的壓力達(dá)到指令電流對(duì)應(yīng)的壓力，就關(guān)閉供氣管路，再回到平衡位置，形成階段制動(dòng)。 13 1 2 3 4 5圖 3P 閥原理圖 圖 3氣制動(dòng)位） 14 在平衡狀態(tài)，輸出側(cè)平衡腔有與輸出相同的空氣壓力，因此，電磁閥向上的壓力大于膜板上方的空氣壓力，故供排氣閥經(jīng)過(guò)排氣活塞被柱塞上頂，同時(shí)自動(dòng)開(kāi)始供氣，直到平衡腔的壓力達(dá)到規(guī)定值，形成保壓位，在該位，如果出現(xiàn)泄露，能夠自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)。 達(dá)到平衡狀態(tài)后，若指令電流下降，電磁閥的輸出力小于膜板承受的壓力，下壓排氣活塞，與供排氣閥脫離，中繼閥管 c，經(jīng)過(guò)排 氣管路排到大氣，形成階段緩解。 中繼閥管的壓力，即平衡腔的壓力降低到等于指令電流對(duì)應(yīng)的壓力，排氣活塞就開(kāi)始上升，排氣閥座落到供排氣閥，使排氣管路關(guān)閉，重新回到平衡位置。若指令電流歸零，電磁閥的輸出也為零，排氣活塞受到膜板上方壓力，下移使排氣閥座脫離供排氣閥，中繼閥管路 d、 c 通路排入大氣，形成一次徹底緩解。 圖 3壓位） 15 圖 3氣緩解位） 擬型 的控制 控制模擬型 的驅(qū)動(dòng)電流，就能夠控制電空制動(dòng)力，模擬型 的特點(diǎn) 是必須有驅(qū)動(dòng)電流控制裝置，在制動(dòng)控制單元 是由微機(jī)進(jìn)行精確的電流控制的。 模擬型 能夠產(chǎn)生與電流大小成比例的空氣壓力，很容易形成不通過(guò)微機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)的備用制動(dòng)。 模擬型 是其響應(yīng)、控制精度與 的結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系很大，必須完善控制方法才能得到較好的控制精度和響應(yīng)特性；二是存在特性滯后。 由于模擬型 的結(jié)構(gòu)中存在多方面的非線性因素，如移動(dòng)間隙、干摩擦、膜板和彈簧彈性的非線性等，引起控制電流增大行程和減小的返回行程，同樣電流對(duì)應(yīng)的輸出空氣壓 力不等的現(xiàn)象。滯后特性引起的制動(dòng)力與制動(dòng)指令的不唯一性，可以采用輸出電流值補(bǔ)償方法，消除電空變換閥的自身帶來(lái)的滯后，通過(guò)這種補(bǔ)償控制，同時(shí)也能消除后續(xù)空氣壓力控制閥尤其是中繼閥結(jié)構(gòu)特性的滯后。 制動(dòng)緩解時(shí)，為了使電空變換閥準(zhǔn)確的處于緩解位，系統(tǒng)對(duì)電空變換閥電磁閥勵(lì) 16 磁電流進(jìn)行電流偏差控制。 繼閥原理 在制動(dòng)控制單元 算機(jī)完成了電氣控制量到空氣空置量的轉(zhuǎn)換后，需要一個(gè)空氣通路斷面較大，能夠通過(guò)較大風(fēng)量的輸出元件，這個(gè)功能通常由一個(gè)專用的空氣壓力控制閥 中繼閥來(lái)完成。 圖 3例放大，并不具備壓力運(yùn)送功能的中繼閥。該中繼閥為雙膜板結(jié)構(gòu)，上膜板的下腔引入來(lái)自 膜板的下腔引入來(lái)自緊急電磁閥的緊急制動(dòng)預(yù)控壓力，兩張扁平膜板的有效面積相同，具有高位優(yōu)先功能。由于這樣兩種壓力（高位優(yōu)先壓力和二次壓力）的相差，供排氣閥桿滑動(dòng)，從而執(zhí)行供氣閥的開(kāi)閉以及二次壓力的供給或排氣。 制動(dòng)位：控制信號(hào)壓力（ 到下膜板的上下腔，供排氣閥桿上移打開(kāi)供氣閥，來(lái)自制動(dòng)風(fēng)缸的壓力空氣（一次壓力），經(jīng)供氣閥和供氣閥座開(kāi)口部變?yōu)槎螇毫諝猓?流出送往制動(dòng)缸管，制動(dòng)缸壓 力上升，供排氣閥為供氣位，中繼閥處于制動(dòng)位，如圖 3 圖 3繼閥原理圖 17 圖 3繼閥原理圖（制動(dòng)位） 保壓位：制動(dòng)缸壓力上升時(shí)， 下膜板的上下腔的壓力排氣閥桿被宰彈簧力作用下向下移，供氣閥被壓住到供氣閥座，而停止一次壓力空氣的流出，即停止向制動(dòng)缸管充氣；同時(shí)，供排氣閥桿與供氣閥地面接觸，封閉二次空氣壓力不會(huì)排出，供排氣閥處于為平衡位，制動(dòng)缸壓力維持不變，中繼閥處于保壓位，如圖 3 圖 3繼閥原理圖（保壓位） 18 緩解位：當(dāng)控制信號(hào)壓力（ 低，供排氣閥桿由于 的壓力而向下移動(dòng)，二次壓力空氣經(jīng)過(guò)供排氣閥桿內(nèi)的通路排出到大氣中，供排氣閥為排氣位，此時(shí)制動(dòng)缸壓力下降，處于緩解過(guò)程，中繼閥處于緩解位，如圖 3示。 圖 3繼閥原理圖（緩解位） 緊急制動(dòng)位：此時(shí)控制信號(hào)壓力（ 止下降，上下膜上移與供氣閥地面接觸，供排氣閥又處于供、排氣閥同時(shí)封閉的重疊狀態(tài)，制動(dòng)缸壓力維持不變，中繼閥又處于保壓位，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)階段緩解，如圖 3 圖 3繼閥原理圖（緊急制動(dòng)位） 19 氣制動(dòng)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 有軌電車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要采用空氣盤形制動(dòng)器，同時(shí)采用磁軌制動(dòng)器作為補(bǔ)充制動(dòng)器，以滿足制動(dòng)距離的要求。 圖 3形制動(dòng)器 圖 3軌制動(dòng)作用原理 氣制動(dòng) 氣制動(dòng)原理 電氣制動(dòng)（簡(jiǎn)稱電制動(dòng)）是動(dòng)力制動(dòng)的一種，是利用電力傳動(dòng)裝置產(chǎn)生制動(dòng)力的 20 動(dòng)力制動(dòng)方式。 對(duì)于牽引電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)差率大于 1時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向相反。電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，倘若突然改變定子的相序即可獲得這種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)將急劇趨于停轉(zhuǎn)，若 不能及時(shí)切斷電源，轉(zhuǎn)子將加速至相反方向旋轉(zhuǎn)，稱為反接制動(dòng)狀態(tài)。 如果電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，突然降低定子的供電頻率，轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣性將使之維持在高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速上，這時(shí)轉(zhuǎn)差率變?yōu)樨?fù)值，進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)。電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械能變成電能回饋給電網(wǎng)或消耗在電阻上。在有軌電車下坡或高速運(yùn)行需要制動(dòng)時(shí)極易實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)行狀態(tài)，稱為再生制動(dòng)或電阻制動(dòng)。 有軌電車在制動(dòng)時(shí)，電傳動(dòng)裝置，也稱為牽引控制單元（ ，接受電制動(dòng)指令，將牽引電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，有軌電車慣性力通過(guò)車軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將動(dòng)能 轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)不同的方式處理這些電能。在電制動(dòng)工況，牽引控制單元充當(dāng)制動(dòng)控制單元的角色。 氣制動(dòng)特性 電制動(dòng)特性是指按預(yù)定控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)的電制動(dòng)力隨列車速度變化的特性。根據(jù)電制動(dòng)速度范圍、制動(dòng)功率、電空復(fù)合制動(dòng)調(diào)節(jié)要求，電制動(dòng)力可以調(diào)節(jié)成等制動(dòng)功率或等著動(dòng)力兩種特性。在等制動(dòng)功率特性下，在中高速范圍內(nèi)制動(dòng)力隨速度降低而增大，制動(dòng)力與速度乘積等于制動(dòng)功率，在低速下受最大制動(dòng)電流限制，取不隨速度變化的等制動(dòng)力電力特性；在等制動(dòng)力特性中，整個(gè)速度范圍內(nèi)制動(dòng)力保持不變，但制動(dòng)力的大小受牽引電機(jī)制動(dòng)功率 和制動(dòng)電流的限制。 21 圖 3制動(dòng)特性曲線圖 有軌電車制動(dòng)工況所需要的制動(dòng)力特性與牽引特性相似，一般希望在高速下制動(dòng)力要小，以減小施加制動(dòng)時(shí)引起的縱向沖動(dòng)，隨著速度的降低，希望制動(dòng)力越來(lái)越大，以滿足制動(dòng)距離、制動(dòng)平均減速度的要求。由以上兩種特性可以看出，等制動(dòng)力特性一般不適合獨(dú)立承擔(dān)制動(dòng)減速的要求，而要與具有等制動(dòng)功率特性的其他制動(dòng)方式復(fù)合使用。 在電空復(fù)合制動(dòng)模式下，電制動(dòng)力可以實(shí)時(shí)調(diào)整為所需大小，而不按預(yù)定規(guī)律調(diào)整；在等速模式下，電制動(dòng)力根據(jù)目標(biāo)速度控制指令系統(tǒng)給出的減速要求，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)制動(dòng)力的 大小。 氣制動(dòng)的控制 由于在有軌電車上電制動(dòng)通常為再生制動(dòng)，電制動(dòng)力的控制根據(jù)制動(dòng)控制單元的控制指令、電制動(dòng)允許條件、整列或單元控制模式等條件，由牽引逆變器實(shí)現(xiàn)。 在過(guò)電分相或高壓部分故障等情況下，可以切換為電阻制動(dòng)，但此時(shí)必須有輔助電源維持支流環(huán)節(jié)的初始供電，以維持牽引電機(jī)的勵(lì)磁分量。 電制動(dòng)力的大小控制是按上述制動(dòng)力特性調(diào)節(jié)的，但從操縱上又可以分為獨(dú)立操縱和非獨(dú)立操縱。獨(dú)立制動(dòng)是指類似機(jī)車電阻制動(dòng)或再生制動(dòng)那樣獨(dú)立使用電制動(dòng)，當(dāng)電制動(dòng)力不足時(shí)，再加上空氣制動(dòng)；非獨(dú)立操縱是指在任何需要制動(dòng)的時(shí) 候，完全由自動(dòng)控制單元決定復(fù)合制動(dòng)模式下電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的時(shí)機(jī)以及制動(dòng)力大小的分配。 動(dòng)指令及其傳輸 動(dòng)操縱及制動(dòng)功能設(shè)置 制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生制動(dòng)作用的指令來(lái)自司機(jī)制動(dòng)控制器。根據(jù)行車過(guò)程中對(duì)列車減速效果的期望，司機(jī)根據(jù)操縱經(jīng)驗(yàn)，可以選擇制動(dòng)控制器的手柄位置以獲得所需的制動(dòng)力。在有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)中，通常把手柄位置信息作為制動(dòng)指令送到列車網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)主控制計(jì)算機(jī)編碼并傳輸?shù)礁鞴?jié)車的制動(dòng)控制裝置，通過(guò)計(jì)算及控制，在基礎(chǔ)制動(dòng) 22 裝置中產(chǎn)生制動(dòng)作用。 根據(jù)列車運(yùn)行減速、停車等制動(dòng)要求，制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)功能一 般分為常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)，這兩種制動(dòng)功能都可由司機(jī)在運(yùn)行中根據(jù)需要直接操縱。常用制動(dòng)使用電制動(dòng)或電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)，而緊急制動(dòng)通常只采用空氣制動(dòng)，即純空氣制動(dòng)。 氣指令模式及傳輸 有軌電車的電空系統(tǒng)采用電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)，制動(dòng)指令一般是由司機(jī)制動(dòng)控制器送出的，交給列車信息控制網(wǎng)絡(luò)傳輸給各車的制動(dòng)控制裝置。除了司機(jī)制動(dòng)控制器，制動(dòng)指令還可能來(lái)自列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置、列車自動(dòng)控制系統(tǒng)車載設(shè)備、司機(jī)安全裝置等，制動(dòng)指令經(jīng)由傳輸系統(tǒng)送到制動(dòng)控制裝置，最終在基礎(chǔ)制動(dòng)裝置產(chǎn)生制動(dòng)力。 電氣式制動(dòng) 指令按指令形式和傳輸方式可分為數(shù)字指令和模擬指令。 字指令 所謂數(shù)字指令是由 0 和 1 組成的 2 進(jìn)制數(shù)，在用 3 位數(shù)字組合時(shí)，可以形成 8種不同的組合。在制動(dòng)控制上， 0和 1分別對(duì)應(yīng)制動(dòng)控制線的通斷電，可以產(chǎn)生 7級(jí)制動(dòng)級(jí)位，如果采用更多的制動(dòng)控制線，可以得到更多的制動(dòng)級(jí)位，通常對(duì)于有軌電車來(lái)說(shuō)，常用有 7 級(jí)制動(dòng)即可滿足要求。 數(shù)字指令可以用兩種方法獲得，一是在司機(jī)制動(dòng)控制器內(nèi)部把反映司機(jī)操作位置的指令變換成標(biāo)準(zhǔn)電平的數(shù)字量，然后用數(shù)字通信方式把指令傳送給列車網(wǎng)絡(luò)，這種方式在司機(jī)制動(dòng)控制器內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)換電路或 計(jì)算機(jī)；二是在司機(jī)制動(dòng)控制器內(nèi)部先形成控制電壓的開(kāi)關(guān)量，經(jīng)過(guò)多條控制線送到列車網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)主機(jī)完成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字量的變換，這種方式不需要在司機(jī)制動(dòng)控制器內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)換電路或計(jì)算機(jī)。 擬指令 模擬指令是指用模擬電量反映司機(jī)制動(dòng)控制器的級(jí)位信息，模擬電量可采用電壓、電流、頻率、脈寬、相位等信號(hào)來(lái)傳遞制動(dòng)指令，以這些模擬量的大小來(lái)表示制 23 動(dòng)要求的大小。 在原理上，采用連續(xù)變化的模擬指令可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的無(wú)級(jí)操縱，在操縱上，采用模擬指令雖然比數(shù)字指令更為方便，但純粹的無(wú)級(jí)操縱不方便找到合適的操縱位置，因而應(yīng)用不多 ，往往在司機(jī)制動(dòng)控制器的手柄上再加上參考定位機(jī)構(gòu)。 采用模擬指令對(duì)指令傳輸?shù)脑O(shè)備性能要求很高，一旦設(shè)備性能不能滿足要求，可能造成制動(dòng)指令精度下降，影響制動(dòng)效果。 氣指令傳輸 在有軌電車上，司機(jī)制動(dòng)控制器發(fā)出的制動(dòng)指令，在正常的傳輸情況下一般交由列車信息控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成，列車網(wǎng)絡(luò)對(duì)于來(lái)自司機(jī)控制器的牽引、制動(dòng)等指令是優(yōu)先傳送的；在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，可以通過(guò)備用傳輸線向全列車傳送。 令方式與制動(dòng)控制模式 壓量指令模式 在不同的制動(dòng)系統(tǒng)中，司機(jī)制動(dòng)控制器發(fā)出的制動(dòng)指令 的形式、含義都是不同的。 對(duì)于自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)，當(dāng)司機(jī)操縱制動(dòng)手柄置于常用制動(dòng)某個(gè)位置時(shí)，自動(dòng)制動(dòng)閥對(duì)制動(dòng)管排風(fēng)減壓，壓力降低到低于定壓達(dá)到減壓量時(shí)，制動(dòng)控制裝置的控制閥把該減壓量變成制動(dòng)缸對(duì)應(yīng)的壓力。 司機(jī)操縱結(jié)果是把手柄置于制動(dòng)區(qū)某位置，這是通過(guò)把列車制動(dòng)管與自動(dòng)制動(dòng)閥的排風(fēng)口相連，把制動(dòng)管壓力降低到該位置對(duì)應(yīng)的減壓量，該減壓量信息在制動(dòng)管中以空氣壓力波形式向列車后部傳遞，每車的三通閥根據(jù)減壓量大小輸出相應(yīng)的空氣壓力到制動(dòng)缸。 自動(dòng)空氣自動(dòng)機(jī)的制動(dòng)指令是制動(dòng)管的減壓量，信息傳遞形式是壓力波，實(shí)際傳播速度低 于大氣中的聲速。 速度指令模式 對(duì)于電氣指令，當(dāng)司機(jī)操縱制動(dòng)手柄置于常用制動(dòng)某個(gè)位置時(shí)，實(shí)際就把反映手柄位的信息，以數(shù)字量形式經(jīng)列車網(wǎng)絡(luò)傳送到各車制動(dòng)控制裝置，在計(jì)算機(jī)的計(jì)算和 24 控制下，找出該級(jí)位、此時(shí)列車速度對(duì)應(yīng)的列車制動(dòng)減速度，再與車輛總重等數(shù)據(jù)計(jì)算出此時(shí)所需制動(dòng)力，控制中繼閥向制動(dòng)缸輸出相應(yīng)的空氣壓力。 采用電氣指令的空氣制動(dòng)機(jī)，其制動(dòng)指令的本質(zhì)是制動(dòng)手柄位對(duì)應(yīng)的列車制動(dòng)減速度，指令信息形式是制動(dòng)級(jí)位的數(shù)字量，傳播速度大大高于聲速，對(duì)應(yīng)了制動(dòng)控制的等制動(dòng)率控制模式。 合制動(dòng) 有軌 電車采用電氣制動(dòng)與空氣制動(dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中優(yōu)先使用電氣制動(dòng)，當(dāng)電氣制動(dòng)不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，空氣制動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)充，這種制動(dòng)方式稱為復(fù)合制動(dòng)。 合制動(dòng)設(shè)計(jì)原則 復(fù)合制動(dòng)協(xié)調(diào)方式的選擇是根據(jù)設(shè)計(jì)原則來(lái)定的，根據(jù)動(dòng)車、拖車的空氣制動(dòng)部分投入的順序和方式的不同，形成以下幾種控制原則： （ 1） 節(jié)能原則 根據(jù)制動(dòng)力的需要，先把全部制動(dòng)力由動(dòng)車電制動(dòng)承擔(dān)，在電制動(dòng)力不足的情況下，先由拖車空氣制動(dòng)補(bǔ)充，拖車的制動(dòng)力全部發(fā)揮出來(lái)，整列車或列車單元的制動(dòng)力還不夠得話，才使用動(dòng)車的空氣制動(dòng)。這樣，動(dòng)車的電制動(dòng)一直處于滿足制動(dòng) 需求的最大狀態(tài)，列車運(yùn)行總能耗最低。 按節(jié)能原則設(shè)計(jì)的制動(dòng)控制系統(tǒng)，動(dòng)車的空氣制動(dòng)最晚投入使用，保證了電氣制動(dòng)的絕對(duì)優(yōu)先，但這樣存在兩個(gè)問(wèn)題：一是只能按照一動(dòng)一拖或幾輛動(dòng)拖車為單位，或整列車進(jìn)行制動(dòng)力的協(xié)調(diào)控制，控制單元內(nèi)部尤其是動(dòng)拖車之間的制動(dòng)力與減速度要求可能不一致，有可能引起縱向沖動(dòng)，影響乘坐舒適度；二是動(dòng)車和拖車的閘瓦磨耗程度相差較大，更換周期也相差較多，增加了維修組織的復(fù)雜性以及維修成本。 在需要制動(dòng)的時(shí)候采用電氣制動(dòng)優(yōu)先，但需要空氣制動(dòng)補(bǔ)充時(shí)，始終按照動(dòng)車、拖車空氣制動(dòng)時(shí)間投入、 空氣制動(dòng)率相同的方式控制制動(dòng)力。這樣，雖然在投入順序上電制動(dòng)優(yōu)先，但由于要兼顧動(dòng)拖車等制動(dòng)率的空氣制動(dòng)力，不能完全發(fā)揮電制動(dòng)力。 25 考慮舒適性原則的時(shí)候，在任何情況下，制動(dòng)力都要與本節(jié)車的總重量相適應(yīng)，滿足統(tǒng)一的制動(dòng)減速度。這樣列車減少了引起縱向沖動(dòng)的因素，改善了乘坐舒適性，但這種設(shè)計(jì)也最大程度的限制了電制動(dòng)力的發(fā)揮。 制動(dòng)控制采用的設(shè)計(jì)原則，實(shí)際上體現(xiàn)了制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略。 合制動(dòng)作用控制 般制動(dòng)工況下的協(xié)調(diào)關(guān)系 采用節(jié)能原則作為控制策略的制動(dòng)系統(tǒng) 當(dāng)再生制動(dòng)力大 于動(dòng)車所需必要制動(dòng)力時(shí) 拖車： 把（拖車所需制動(dòng)力） -（再生制動(dòng)力） -（動(dòng)車所需必要制動(dòng)力） 的制動(dòng)力，作為補(bǔ)足空氣制動(dòng)力輸出。 計(jì)算的結(jié)果即補(bǔ)足空氣制動(dòng)力即使為零，為了保證再生制動(dòng)失效時(shí)補(bǔ)足空氣制動(dòng)的迅速響應(yīng)，要保證制動(dòng)缸有一定量的空氣壓力作為初始?jí)毫Γ@對(duì)于復(fù)合制動(dòng)控制很重要，因?yàn)樵偕苿?dòng)與空氣制動(dòng)可能經(jīng)常轉(zhuǎn)換。 動(dòng)車： 全部為再生制動(dòng)，為了保證再生制動(dòng)失效時(shí)補(bǔ)足空氣制動(dòng)的迅速響應(yīng)，要保證增壓汽缸油一定量的空氣壓力作為初始?jí)毫?，原因同上述?當(dāng)再生制動(dòng)力小于或等于動(dòng)車所需必要的制動(dòng)力時(shí) 拖車： 全部為 空氣制動(dòng)。 動(dòng)車： 把（動(dòng)車所需必要的制動(dòng)力） -（再生制動(dòng)力）的制動(dòng)力作為補(bǔ)足空氣制動(dòng)力輸出。 合模式下電氣制動(dòng)與空氣制動(dòng)切換 在有軌電車運(yùn)行過(guò)電分相區(qū)切處于再生制動(dòng)工況時(shí)，也存在一種自動(dòng)切換控制的特殊情況，此時(shí)電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的協(xié)調(diào)關(guān)系如圖所示： 26 圖 3動(dòng)過(guò)電分相時(shí)電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的協(xié)調(diào)關(guān)系 合制動(dòng)的粘著控制 動(dòng)粘著 制動(dòng)力的極限受到粘著力的限制，鑒于有軌電車的制動(dòng)系統(tǒng)本來(lái)就屬于一種分散方式布置于各車，從這一點(diǎn)看，總的制動(dòng)粘著利用率接近 100%。相比 而言，牽引粘著利用率要低的多，但由于交流異步牽引電機(jī)良好的自身再粘著性能，所以動(dòng)軸的牽引粘著利用可以高于拖車軸的制動(dòng)粘著系數(shù)，且再生制動(dòng)工況下，動(dòng)車每制動(dòng)軸的粘著仍然可以高于從軸的空氣制動(dòng)粘著。 如果基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用踏面制動(dòng)，則有利于粘著系數(shù)的提高；如果基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用盤形制動(dòng)，則需要采用增粘措施提高粘著系數(shù)，避免或減少制動(dòng)滑行的發(fā)生。 粘控制 為了提高輪軌間粘著系數(shù)，可以使用踏面清掃裝置，尤其在輪軌表面附著油污、樹(shù)葉等雜質(zhì)的情況下。設(shè)置踏面清掃裝置的主要目的是改善輪軌接觸面粘著條件，清楚表 面附著的油污等雜質(zhì)，同時(shí)可以改善車輪踏面的圓度，對(duì)車輪踏面上的微小表面損傷起到修復(fù)作用。 踏面清掃裝置為空氣直動(dòng)式，清掃裝置的動(dòng)作受控于踏面清掃控制系統(tǒng)的指令，踏面清掃的動(dòng)作在車輪發(fā)生空轉(zhuǎn)、滑行和速度在 30km/h 以上三種條件下施行。氣缸 27 內(nèi)為活塞和間隙自動(dòng)調(diào)整裝置，活塞桿頭部與閘瓦連接，閘瓦為樹(shù)脂合成材料，閘瓦可以方便的更換，打開(kāi)閘瓦托座上的鎖閉裝置，即能將閘瓦由內(nèi)向外的方向取出。 圖 3面清掃裝置的控制 滑控制 滑控制的必要性及設(shè)備 當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)給轉(zhuǎn)向架輪軸上的制動(dòng) 盤施加制動(dòng)力時(shí)，輪對(duì)轉(zhuǎn)速迅速減小。一旦制動(dòng)力過(guò)大超過(guò)輪軌接觸區(qū)域的粘著力，輪周速度與車速將出現(xiàn)速度差，車輪與軌面之間產(chǎn)生滑行，甚至車還在行駛，車輪已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即發(fā)生“抱死”?；瑒?dòng)摩擦下的制動(dòng)力會(huì)比正常粘著時(shí)減小約四倍，不但急劇減小了制動(dòng)力又延長(zhǎng)了制動(dòng)距離，危及行車安全。 車輪高速滑行會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)踏面與軌面互相擦傷，滑行距離越長(zhǎng)擦傷深度越大，可能造成車輪不易恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的嚴(yán)重后果，所以，有軌電車對(duì)制動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的滑行必須進(jìn)行有效地控制。 有軌電車采用由電氣制動(dòng)和空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)，因此電氣制動(dòng)再生制動(dòng)車輪防滑 系統(tǒng)和空氣制動(dòng)車輪防滑系統(tǒng)，均含有列車速度的測(cè)速裝置和車輪防滑（ 控制模塊。每個(gè)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制動(dòng)缸處都單獨(dú)設(shè)置有防滑控制設(shè)備。 過(guò)分析每個(gè)車軸的速度信號(hào)，推算列車速度，稱為第五軸速度，以此作為標(biāo)準(zhǔn)，凡速度低于該標(biāo)準(zhǔn)，則認(rèn)為該軸發(fā)生滑行。 28 行檢測(cè) 速度傳感器安裝在電機(jī)的非傳動(dòng)軸端。其主要用途有： （ 1）各車輪直徑大小不一致造成轉(zhuǎn)速存在差異，此差異可以通過(guò)設(shè)定控制牽引電機(jī)的逆變器頻率予以消除。逆變器頻率設(shè)定依據(jù)： 1 行進(jìn)時(shí)按 4 臺(tái)并聯(lián)電機(jī)中轉(zhuǎn)數(shù)最低的電機(jī)設(shè)定頻率； 2 再生時(shí)按 4 臺(tái)并聯(lián)電機(jī)中轉(zhuǎn)數(shù)最高的電機(jī)設(shè)定頻率。 （ 2）空轉(zhuǎn)檢測(cè) （ 3）控制制動(dòng)器 （ 4）運(yùn)行方向檢測(cè)和控制主電路 （ 1）減速度檢測(cè) 各軸的減速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，報(bào)檢測(cè)到滑行。 （ 2）速度差檢測(cè) 在發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)速度規(guī)定量的速度差時(shí)，報(bào)檢測(cè)到滑行。 行控制 對(duì)來(lái)自各軸的速度信號(hào)，對(duì)其取樣求出有軌電車基本速度，實(shí)時(shí)進(jìn)行各軸之間的相對(duì)比較，按各個(gè)軸進(jìn)行粘著恢復(fù)控制。 如果處于電氣制動(dòng)工況，檢測(cè)到滑行時(shí)則進(jìn)行再 生模式選擇；如果是空氣制動(dòng)時(shí)檢測(cè)到滑行，則控制閥輸出針對(duì)該軸制動(dòng)缸壓力的緩解指令，使制動(dòng)缸排氣。 用制動(dòng) 在制動(dòng)指令系統(tǒng)發(fā)生故障而失效，不能使用常用制動(dòng)時(shí)，為保證行車安全，要設(shè)置一套備用制動(dòng)裝置。 29 用制動(dòng)方式 用方式 正常的制動(dòng)系統(tǒng)可以采用電氣制動(dòng)指令，也可以采用空氣制動(dòng)指令兩種方式，備用制動(dòng)也可以采用以電壓為控制信號(hào)的的電氣指令備用方式或者空氣減壓指令備用方式。根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)備用的范圍，可以是只備用指令及傳輸部分，也可以備用到制動(dòng)力控制部分，甚至是備用除基礎(chǔ)制動(dòng)裝置之前的 一整套制動(dòng)控制系統(tǒng)。 第一種，只備用電氣指令及其傳輸。如果司機(jī)制動(dòng)控制器的指令產(chǎn)生部分以及網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)生故障時(shí)，用另外一套獨(dú)立的電氣指令并傳輸?shù)絺溆孟到y(tǒng)與原系統(tǒng)的接入點(diǎn)，該接入點(diǎn)在制動(dòng)控制計(jì)算機(jī)之前，制動(dòng)指令由計(jì)算機(jī)接收，制動(dòng)力的計(jì)算和 第二種，備用電氣指令及其傳輸，并延伸到 的控制。如果指令產(chǎn)生部分、網(wǎng)絡(luò)傳輸、制動(dòng)控制單元發(fā)生故障時(shí)，用另外一套獨(dú)立的電氣指令并傳輸?shù)絺溆孟到y(tǒng)與原系統(tǒng)的接入點(diǎn)，該介入點(diǎn)在制動(dòng)控制計(jì)算機(jī)之后，制動(dòng)指令由 直接接受，制動(dòng)力大小已含 在指令中，直接控制 第三種，備用除基礎(chǔ)制動(dòng)裝置之前的一整套制動(dòng)控制系統(tǒng)。用一套獨(dú)立的空氣制動(dòng)系統(tǒng)，不依賴原有系統(tǒng)的指令及傳輸、制動(dòng)控制、 換，直接產(chǎn)生空氣壓力到原有系統(tǒng)的中繼閥，備用制動(dòng)是一套完整的自動(dòng)空氣機(jī)，包含分配閥。 用功能 備用制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)功能可以和原有正常制動(dòng)系統(tǒng)一樣，維持有軌電車制動(dòng)作用和制動(dòng)效果，也可以采用部分功能備用，如只備用常用制動(dòng)，或常用制動(dòng)中的部分操作級(jí)位。由于制動(dòng)功能降級(jí)使用，在列車實(shí)際運(yùn)行中，必須降速運(yùn)行，一般通過(guò)規(guī)程規(guī)定，列車要到前方站等待救援、入段 ，備用列車投入使用。 在有軌電車上，發(fā)生故障投入備用制動(dòng)時(shí)，必然是嚴(yán)重故障發(fā)生并啟動(dòng)緊急制動(dòng)，因此需要停車，根據(jù)故障應(yīng)急處理?xiàng)l例，排除或維修故障部位，無(wú)法排除故障的設(shè)備，則采取隔離措施，然后通過(guò)人工轉(zhuǎn)換，投入備用制動(dòng)裝置。 30 用制動(dòng)裝置 用電氣指令 原指令發(fā)生裝置，多為直流控制電源經(jīng)過(guò)司機(jī)制動(dòng)控制器，形成開(kāi)關(guān)信號(hào)，即靠直流電壓的有（ 和無(wú)（ 0V） 表示制動(dòng)級(jí)位。根據(jù)國(guó)外有軌電車的運(yùn)營(yíng)和維修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一個(gè)成熟的有軌電車產(chǎn)品以及其制動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)生投入備用制動(dòng)的情況是很少的，在備 用模式下，應(yīng)采用最簡(jiǎn)單但要高度可靠的方式實(shí)現(xiàn)有限的制動(dòng)功能，而不必追求電氣指令采用可以直接傳輸?shù)矫抗?jié)車輛的信號(hào)方式。 圖 3一種備用指令形式及其產(chǎn)生電路原理圖，圖中所示的制動(dòng)備用指令電路，只能形成四級(jí)制動(dòng)，經(jīng)司機(jī)制動(dòng)控制器的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，根據(jù)司機(jī)制動(dòng)操縱級(jí)位，可以選擇四個(gè)級(jí)位作為備用制動(dòng)指令。 圖 3動(dòng)系統(tǒng)的備用指令 一般的電氣指令采用直流電源，常用 上的直流電，采用交流電源作為指令信號(hào)，有利于較長(zhǎng)距離的傳送，同時(shí)也便于改變電壓適用 圖 3指令信號(hào)，車輛制動(dòng)控制裝置內(nèi)部的接收、變換而形成的 直接反映了制動(dòng)力的大小。 31 圖 3動(dòng)系統(tǒng)的備用指令變換電路 P 閥的驅(qū)動(dòng) 在備用模式下， 自制動(dòng)備用指令電路的直流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，直接加在 補(bǔ)償因溫度變化引起驅(qū)動(dòng)電流變化，從而導(dǎo)致制動(dòng)力控制精度下降，在 電流取樣，由控制電路補(bǔ)償溫度變化引起電磁線圈電阻變化，也可以直接使用負(fù)溫度系數(shù)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。 32 第 4 章 方案設(shè)計(jì) 動(dòng)系統(tǒng)組成 有軌電車制動(dòng)系統(tǒng)采用微機(jī)控制直通電空制動(dòng)， 由空氣制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)兩種制動(dòng)裝置組成， 主要包括制 動(dòng)指令發(fā)生及傳輸系統(tǒng)，制動(dòng)控制系統(tǒng)，再生制動(dòng)裝置，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，風(fēng)源系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)附件等 。 制