城際動車制動系統(tǒng)方案設(shè)計

1、西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計西 南 交 通 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計城際動車制動系統(tǒng)方案設(shè)計THE DESIGN SOLUTION OF BRAKE SYSTEMFOR INTERCITY EMU年 級:2010級學(xué) 號:姓 名: 專 業(yè):車輛工程指導(dǎo)老師: 2014 年 6 月第VIII頁西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計院 系 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 年 級 2010級 姓 名 題 目 指導(dǎo)教師評 語 指導(dǎo)教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書發(fā)題日期： 2014年2月24日 完成日期： 2014年6月10日題 目 城際動車制動系統(tǒng)

2、方案設(shè)計 1、本論文的目的、意義學(xué)生通過城際動車制動系統(tǒng)方案設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計題目，可以加深對我國高鐵客運專線CRH1、CRH2、CRH5型200250km/h EMU制動系統(tǒng)的全面了解，系統(tǒng)掌握微機控制直通制動控制工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制動性能、供風(fēng)系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動、網(wǎng)絡(luò)控制。熟悉司機室設(shè)備、數(shù)字指令信號發(fā)生/傳輸、電子制動控制單元、氣動控制單元、基礎(chǔ)制動、復(fù)合制動、防滑控制、載荷控制、輔助供風(fēng)等作用原理和技術(shù)性能參數(shù)。2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)學(xué)生應(yīng)會運用氣動控制、計算機與自動控制、電子電氣、測試、傳感器等知識，IEC 國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)和EN歐準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進行。城際動車制動系統(tǒng)方案設(shè)計。根據(jù)200250 k

3、m/h高速動車制動系統(tǒng)作用原理，設(shè)計出250km/h城際動車制動系統(tǒng)制動指令網(wǎng)絡(luò)控制圖，常用復(fù)合制動曲線圖、緊急復(fù)合制動曲線圖、安全制動曲線圖、管路布置圖、電氣原理圖，且滿足運用環(huán)境-40+50的環(huán)境要求，尤其是在橡膠件、彈簧的材質(zhì)選取，傳感器選型、電磁閥可靠性方面應(yīng)注意。在畢業(yè)設(shè)計論文的組織結(jié)構(gòu)中，應(yīng)對高速動車組制動系統(tǒng)的理論知識進行必要的文字描述和分析，并提出自己的觀點和看法，從而達到提高畢業(yè)設(shè)計論文質(zhì)量的目的。3、論文各部分內(nèi)容及時間分配（共 12 周）第一部分：緒論 1周第二部分：城際動車制動系統(tǒng)作用原理 2周第三部分：城際動車氣動控制系統(tǒng)方案設(shè)計 2周第四部分：城際動車電氣控制系統(tǒng)方

4、案設(shè)計 2周第五部分：城際動車基礎(chǔ)制動方案設(shè)計 2周第六部分：撰寫論文及修訂、打印論文 2周評閱及答辯： 1周備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘要隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴大，大城市城區(qū)及衛(wèi)星城之間的聯(lián)系日益密切。城際動車組是高速鐵路和城市軌道交通的紐帶，具有運能大、安全舒適、快捷便利和節(jié)能環(huán)保等特點，在促進區(qū)域發(fā)展、解決城際旅客運輸方面發(fā)揮越來越大的作用。隨著人們對乘坐舒適性要求的不斷提高和制動技術(shù)的發(fā)展，制動系統(tǒng)的功能已不僅僅是保證列車的安全運行，如今制動技術(shù)的研究重點已逐漸轉(zhuǎn)變到滿足列車高效性、舒適性要求上。本文以城際動車制動系統(tǒng)為研究對象。在了解國

5、內(nèi)外高速電動車組制動系統(tǒng)發(fā)展的前提下，本文深入研究了我國“和諧號”動車組的制動系統(tǒng)，分析動車制動系統(tǒng)的組成和作用原理。并結(jié)合城際動車自身的特點，確定其要實現(xiàn)的制動功能。最后，以氣動控制系統(tǒng)及基礎(chǔ)制動系統(tǒng)為重點，按照“故障到向安全”的基本設(shè)計原則，設(shè)計出一套適用于時速250km城際動車的制動系統(tǒng)。本文設(shè)計的城際動車制動系統(tǒng)為電氣指令微機控制的直通電空制動系統(tǒng)，采用空氣制動和再生制動復(fù)合制動的方式。該系統(tǒng)主要由制動控制系統(tǒng)、指令發(fā)生及傳輸裝置、基礎(chǔ)制動系統(tǒng)、風(fēng)源系統(tǒng)、防滑裝置、撒砂裝置等組成。能夠?qū)崿F(xiàn)常用制動、緊急制動、備用制動、停放制動及防滑控制等制動功能。通過制動控制系統(tǒng)計算出列車所需要的制動

6、力，并按照節(jié)能原則的控制策略對再生制動力和空氣制動力進行合理分配。制動系統(tǒng)作為動車組九大關(guān)鍵技術(shù)之一，制動性能的好壞將直接影響列車的行車安全及運行品質(zhì)。本文通過對列車制動力、列車制動率和緊急制動距離的計算，得到初速度為250km/h的緊急制動距離為2229.5m，滿足我國鐵路技術(shù)規(guī)定，從而在一定程度上驗證了本文所設(shè)計的城際動車制動系統(tǒng)方案滿足安全性要求。關(guān)鍵詞： 城際動車 制動系統(tǒng) 空氣制動 再生制動 緊急制動距離AbstractWith the rapid development of our national economy and the rapid expansion of city

7、size, the ties between big cities and satellite cities are becoming increasingly close. Intercity EMU as a bond between high-speed railway and urban rail transportation, play a more and more important role in solving trafficcongestion between cities, which has a lot of advantages such as large trans

8、port capacity, high speed, comfortable ride, safety, energy conservation and environmental protection.With the development of brake technology, peoples requirements for ride comfort continuously improve .The function of braking system is not only to ensure the safe operation of the train, now the br

9、akingtechnologys research pointhasgradually transformedtomeet theefficiency andcomfort requirements. This article takes the brake system of intercity EMUs as the research subject. After learning the development situation of braking system domesticandforeign，this article have a deep research on the b

10、raking system of CRH EMUs and analyze its system composition and function principle. Combined with the characteristics of intercity EMU itself, this article determines what braking function it needs. Finally, taking pneumatic control system and foundation brake system as the key point, according to

11、fault-safety principle, this paper designs a brake system for the 250 kilometers intercity EMU. The brake system of intercity EMU adopts direct electro-pneumatic brake with the electrical instruction computer, which uses type of air brake and regenerative braking composite braking mode. The system c

12、onsists of air supply system, brake control system, foundation brake system, instruction transmission device and anti-skid device, which can realize the brake function like common brake function, emergency braking, alternate brake and antiskid function. The brake control system calculates the requir

13、ed braking force and distributes regenerative braking force and air brake force reasonably in accordance with theenergy saving principle.Brakesystem is one of thenine key technologies ofEMU,brakingperformance will directlyinfluence thedriving safetyandrunning quality of train. In this article, throu

14、gh the calculation of train braking force, braking ratio and emergency braking distance, we get that the emergency braking distance of 250km/h is 2229.5m, meeting the requirements of railway technology in China. That verifies the brake system designed for intercity EMU in this paper meets the safety

15、 requirements in a certain extent.Key Words: intercity EMU; brake system; air brakes; regenerative braking; emergency braking distance目 錄第1章 緒論11.1 城際動車概述11.2 論文選題意義和主要研究內(nèi)容21.2.1 論文選題的意義21.2.2 本文主要研究內(nèi)容21.3 國內(nèi)外電動車組制動技術(shù)31.3.1 國外動車組制動技術(shù)31.3.2 國內(nèi)動車組制動技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀6第2章 列車制動概述82.1 制動方式的分類82.1.1 按制動力形成方式劃分82.2.2

16、按制動力的操縱方式分類112.3 制動功能的劃分12第3章 城際動車制動系統(tǒng)設(shè)計分析153.1 設(shè)計要求153.1.1 環(huán)境要求153.1.2 制動性能要求153.1.3 適用對象153.2 制動系統(tǒng)工作原理153.3 城際動車制動功能分析16第4章 城際動車制動系統(tǒng)總體設(shè)計184.1 城際列車編組184.2 城際動車制動功能的實現(xiàn)184.2.1 常用制動功能194.2.2 緊急制動功能194.2.3 停放制動功能204.2.4備用制動功能214.2.5 防滑控制功能234.2.6 載荷調(diào)整功能264.2.7 故障診斷及信息儲存功能264.3 城際動車制動系統(tǒng)組成及作用274.3.1 制動指令

17、裝置304.3.2 制動控制系統(tǒng)304.3.3 基礎(chǔ)制動裝置344.3.4 風(fēng)源系統(tǒng)364.3.5 撒砂裝置384.3.6 空氣懸掛控制裝置394.3.7 風(fēng)笛控制裝置404.3.8 受電弓升弓控制裝置41第5章 城際動車制動能力計算435.1 城際動車參數(shù)補充435.2 制動性能計算435.2.1 制動力435.2.2 制動率455.2.3 緊急制動距離45結(jié)論48致 謝49參考文獻50附錄52第1章 緒論1.1 城際動車概述隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴大，大城市城區(qū)及衛(wèi)星城之間的聯(lián)系日益密切，城際列車發(fā)揮著不可替代的作用。相較于其他列車，電動車組具有節(jié)能環(huán)保、快捷舒適、安全可

18、靠、運用靈活等明顯優(yōu)勢。一些發(fā)達國家普遍將電動車組運用在城際鐵路上，其已逐漸成為鐵路旅客運輸?shù)闹髁?。城際電動車組以公交化的運營模式，主要用于中短途城市之間的通勤和商旅。它是為促進我國區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展和滿足城市之間的頻繁往來對城軌交通的需求而研制的一種新型交通工具。城際動車作為高速鐵路和城市軌道交通的紐帶，具有載客能力強、起停速度快、快捷舒適、安全可靠和節(jié)能環(huán)保等特點。城際動車在我國的廣泛使用豐富完善了我國的軌道交通層次架構(gòu)，改變了人們的出行方式。圖1-1 CRH6A動車組目前，我國針對區(qū)域城郊城際線路專門設(shè)計制造及應(yīng)用的城際動車主要是CRH6型電動車組。該車型由南車四方股份研發(fā)設(shè)計，并于20

19、12年在青島下線。根據(jù)站點乘客群、和運輸距離的不同，CRH6型動車組又可分為200km/h的CRH6A型動車組和160km/h的CRH6F型動車組兩大類型。其中，CRH6A以“大站?！钡哪Ｊ竭\營，CRH6F以“站站?！钡哪Ｊ竭\營。 CRH6A型動車組見圖1-1。1.2 論文選題意義和主要研究內(nèi)容1.2.1 論文選題的意義隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們的生活日新月異，城市規(guī)模也不斷擴大，城市群迅速崛起，傳統(tǒng)公共交通方式已無法解決大城市之間日益突出的交通問題，嚴(yán)重制約了我國區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。因此，具有載客能力大、安全環(huán)保、快速舒適等優(yōu)點的城際動車作為解決城市交通問題的有效措施。列車的制動性能密切關(guān)系到

20、旅客的生命安全，隨著列車速度的不斷提高以及對品質(zhì)生活的追求，人們對列車制動各方面的要求也越來越高。當(dāng)前，時速350公里的京滬高鐵已經(jīng)建成并通車，其他地區(qū)的城際高鐵也在相繼建設(shè)中，與之對應(yīng)的制動系統(tǒng)的發(fā)展問題也變得越來越緊迫。一方面高速列車制動初速度不斷提高，另一方面旅客對列車乘坐舒適性和安全性要求也不斷提高。這就對制動系統(tǒng)提出了更進一步的要求，使其不僅要滿足制動時的安全性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，制動過程中還要保證旅客們舒適的乘車體驗。目前，通過“引進消化吸收再創(chuàng)新”并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 CRH系列動車組在我國已經(jīng)有了廣泛的運用。為滿足城市群崛起對軌道交通的迫切需求，進一步促進我國區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，

21、我國在原有高速電動車組的基礎(chǔ)上，針對城際旅客運輸?shù)奶攸c而設(shè)計制造的一種新型運輸工具城際動車組，其具有廣闊的發(fā)展前景，并且隨著列車運行速度的增加，對制動系統(tǒng)的要求會越來越高。因此，對城際動車制動系統(tǒng)進行分析研究可以為日后的制動系統(tǒng)設(shè)計提供一種參考方案，具有非常重要的現(xiàn)實意義。1.2.2 本文主要研究內(nèi)容本文在充分了解國內(nèi)外動車組制動系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，重點研究分析了我國CRH型高速電動車組的制動系統(tǒng)。通過對制動系統(tǒng)的組成和工作原理進行全面深入的了解，系統(tǒng)掌握微機控制直通電空制動控制工作原理和結(jié)構(gòu)組成。然后，根據(jù)城際動車組自身的特點以及其對制動系統(tǒng)性能的要求，確定其要實現(xiàn)的制動功能以及功能實現(xiàn)的方式

22、和作用原理。在現(xiàn)有動車組制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對其進行優(yōu)化改進，從氣動控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及基礎(chǔ)制動裝置等方面著手，設(shè)計出一套適用于250km/h城際動車的制動系統(tǒng)。并通過制動力、列車制動率及緊急制動距離的計算來檢驗本文設(shè)計的制動系統(tǒng)的制動性能是否滿足設(shè)計要求。1.3 國內(nèi)外電動車組制動技術(shù)1.3.1 國外動車組制動技術(shù)國外動車組主要有德國的ICE、法國的TGV和日本的新干線3 種模式，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，如今它們的高鐵技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且朝著更高的目標(biāo)不斷發(fā)展。20世紀(jì)下半葉，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展和微機控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多發(fā)達國家從新技術(shù)、新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)及安全監(jiān)控等方面入手，對

23、機車牽引動力進行了一系列創(chuàng)新和改革，并且取得重大突破。同時對制動系統(tǒng)也進行一系列的優(yōu)化和改進，為了使之更加適應(yīng)于高速列車的發(fā)展，滿足制動性能的要求，制動系統(tǒng)廣泛采用微機控制的動力制動形式。1）日本動車制動技術(shù)的發(fā)展上世紀(jì)六十年代，日本東海道新干線正式投入運營，拉開了高鐵發(fā)展的序幕，引起世界各國的關(guān)注。日本新干線0系、100系 700系、E1系 E4系均為動力分散式電動車組，其制動系統(tǒng)均采用電氣指令微機控制的直通式電空制動系統(tǒng)。動力制動采用再生制動或電阻制動，空氣制動為盤形制動。每輛車上的制動控制單元各自進行獨立的制動力計算，并進行電制動力和空氣制動力的合理分配。300系列電動車組在拖車上安裝有

24、微機控制防滑器、載荷調(diào)整裝置和踏面清掃器，并且采用旋轉(zhuǎn)渦流制動裝置；動車上安裝電子防滑器和載荷調(diào)整裝置，動力制動采用再生制動/電阻制動，空氣制動為輪盤式盤形制動裝置。其整體上采用分散式制動系統(tǒng)，使列車在高速運行的環(huán)境下仍然能平穩(wěn)準(zhǔn)確的制動，保證了列車的行車安全和旅客的乘坐舒適性。新干線300系列動車組見圖1-2。在之后研制的400系列、500系列以及開發(fā)階段的700系列中，不僅列車的運行速度提高，而且列車的運行安全進一步改善，車內(nèi)環(huán)境和乘坐舒適性都得到顯著改善。制動系統(tǒng)的功能已不僅僅是保證列車的安全運行，如今制動技術(shù)的研究重點已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螡M足列車的高效性、舒適性要求。圖1-2 日本新干線3

25、00系列動車組2）德國動車制動技術(shù)的發(fā)展相對于歐洲其他國家，德國更早地意識到高鐵建設(shè)的重要性和積極意義。但在發(fā)展初期，就其所需采用的技術(shù)方面（采用輪軌技術(shù)還是磁懸浮技術(shù)），德國內(nèi)部產(chǎn)生了嚴(yán)重的分歧，因而嚴(yán)重影響了其高鐵的發(fā)展進程。直到上世紀(jì)八十年代，這一學(xué)術(shù)爭論才宣告結(jié)束。由于德國具有堅實的工業(yè)基礎(chǔ)和較好的理論基礎(chǔ)，在接下來的高鐵發(fā)展過程中，其發(fā)展迅猛并一躍成為世界上高鐵技術(shù)最先進和使用最成熟的國家之一。德國的ICE系列高速動車組主要有ICE1、 ICE2、 ICE3、和ICE-T等車型，其系列一直是世界高速動車組的典范。ICE系列高速動車組。早期ICE1和ICE2系列均為動力集中式，相較于它

26、們，ICE3最大的特點是采用動力分散式，大大提高了列車牽引力和制動力。ICE3動車組制動時動車采用再生制動和空氣制動的復(fù)合制動，拖車采用軌道渦流制動和空氣制動。ICE3高速動車如圖1-3所示。圖1-3 德國ICE3型高速動車組3）法國動車制動技術(shù)的發(fā)展法國是世界鐵路運輸最發(fā)達的國家之一，其研制的TGV系列高速動車組是法國高鐵先進技術(shù)最好的佐證。1976年，法國開始研制交直傳動的電動車組TGV-PSE，該動車組采用電氣指令控制的空電復(fù)合制動方式。之后，法國在原來交直傳動動車組的基礎(chǔ)上又研制了交直交傳動的動車組，像TGV-A、TGV-2N系列等。1990年5月，TGV-A在大西洋線創(chuàng)造了世界輪軌系

27、統(tǒng)最高運行紀(jì)錄515.3km/h。TGV-A動車組采用微機控制模擬式電空制動系統(tǒng)，安裝電子防滑器，基礎(chǔ)制動裝置采用為鍛鋼制動盤。法國之前研制的動車組像TGV-PSE、 TGV-A及TGV-2N均為動力集中式動車組，不過近十幾年來，法國開始研制動力分散式高速動車組AGV。法國研制高速動車組的腳步不曾停留，創(chuàng)造了一個又一個記錄。在2007年4月3日，試驗高速動車組TGV-V150創(chuàng)下了世界鐵路試驗速度最高運行紀(jì)錄574.8km/h。圖1-4 法國TGV-A型高速動車組1.3.2 國內(nèi)動車組制動技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國鐵路技術(shù)的發(fā)展起步較晚，與德國、法國、日本等發(fā)達國家存在很大的差距。改革開放以來，我國經(jīng)濟

28、不斷發(fā)展，人們生活日新月異，城市化進程不斷加快，城市交通日益擁擠，我國逐漸開始認(rèn)識到動車組所具有的安全可靠、快捷舒適及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。1989年，株所和長客合作設(shè)計制一列 KDZ1型動車組。該車采用電阻制動和空氣制動的復(fù)合制動。制動時，通過置于車頂?shù)闹苿与娮鑼a(chǎn)生的熱量消散到風(fēng)中。之后，我國實施鐵路提速戰(zhàn)略，各地機車廠及科研單位也開始熱情高漲地對動車組進行研制。1998年，“廬山”號雙層內(nèi)燃動車組在南昌局投入運營。隨后，多家企業(yè)先后研制出了 “晉龍”號、“神州”號、“新曙光”號等內(nèi)燃動車組和“藍箭”號、“中華之星”等動力集中式電動車組以及“長白山”、“中原之星”和“先鋒”號動力分散式電動車組。

29、2002年11月，“中華之星”號電動車組在沈秦客運專線的最高試驗速度為321.5km/h，創(chuàng)下了當(dāng)時國內(nèi)鐵路列車最高速?！爸腥A之星”動車組制動系統(tǒng)采用微機控制直通電空制動系統(tǒng)。列車安裝載荷調(diào)整調(diào)整，制動力可以隨載重自動調(diào)整。制動系統(tǒng)為空電復(fù)合制動，優(yōu)先采用再生制動，不足部分由空氣制動補充。每輛車上的BCU根據(jù)制動指令、空氣彈簧的載重信號以及列車運行速度信號，計算出該車需要的制動力，并通過E-P閥的閉環(huán)控制自動調(diào)整制動缸壓力，從而產(chǎn)生與列車載重相適應(yīng)的制動力，使列車減速度保持在一定范圍之內(nèi)，不至于過大或過小。制動指令及相關(guān)信息通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸。同時，為了保證在故障情況下列車也能夠安全停車，制動系

30、統(tǒng)還采用備用空氣制動。圖1-5 CIT500更高速度實驗列車為提高我國高速動車設(shè)計水平和制造能力，并滿足全國鐵路第六次提速戰(zhàn)略，2004年我國開始向國外引進先進的動車組技術(shù)，制造了 CRH1、 CRH2、 CRH3和CRH5動車組，并廣泛投入使用。南車四方股份在CRH2型動車組的基礎(chǔ)上先后自主研發(fā)了 CRH380A和CRH380AL型高速動車組，并于2010年9月28日，CRH380A在滬杭客運專線上刷新了當(dāng)時世界上正常營運編組列車最高試驗速度創(chuàng)下了416.6km/h的記錄。此外，唐客、長客、四方龐巴迪等車輛廠也在研制CRH380B、CRH380BL、CRH380C. CRH380CL、CRH

31、380D和CRH380DL等多種型號的高速動車組，并且現(xiàn)在大部分車型已經(jīng)投入運營。目前，我國的高速動車組技術(shù)已逐漸成熟，逐漸躋身世界領(lǐng)先地位。在2011年1月， CRH380BL高速動車組創(chuàng)下了487.3km/h的最高試驗速度。具有更高速度實驗列車CIT500也于2011年12月在青島下線，該車設(shè)計時速500公里，在實驗室滾動臺上曾跑出605km/h的速度記錄。CIT500如圖1-5所示。在制動方面我國CRH型動車組均采用微機控制直通電空制動系統(tǒng)，采用空電復(fù)合制動方式，并優(yōu)先使用再生制動，空氣制動作為補充。第2章 列車制動概述2.1 制動方式的分類2.1.1 按制動力形成方式劃分按電動車組制動

32、力的獲取方式，可分為黏著制動和非黏著制動，這是按照制動力的形成是否依賴于輪軌之間的黏著關(guān)系而劃分的。閘瓦制動、盤形制動、電阻制動和再生制動因為其制動力的產(chǎn)生離不開輪軌間的黏著關(guān)系，因此均屬于黏著制動。而軌道電磁制動（磁軌制動、軌道線性渦流制動）、翼板制動其制動力的產(chǎn)生與輪軌間的粘著作用沒有直接關(guān)系，屬于非黏著制動。1、黏著制動1） 閘瓦制動閘瓦制動又稱踏面制動，是鐵路歷史最悠久的制動方式，目前在貨車及低速旅客列車和地鐵上仍然發(fā)揮著不可或缺的作用。杠桿機構(gòu)把制動缸推力放大，通過用鑄鐵等材料做成的閘瓦緊壓車輪踏面，產(chǎn)生摩擦，從而形成制動力，使列車減速或停車。閘瓦制動示意圖見圖2-1。圖2-1 閘瓦

33、制動示意圖2） 盤形制動盤形制動根據(jù)制動盤安裝位置的不同可以分為軸盤式和輪盤式盤形制動，它像閘瓦制動一樣，也屬于空氣制動的一種。軸盤式盤形制動示意圖見圖2-2。經(jīng)杠桿機構(gòu)將制動缸推力進行放大，通過制動閘片緊壓制動盤的側(cè)面，產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生制動作用。圖2-2 軸盤式盤形制動示意圖3） 電阻制動電阻制動在制動時將牽引電動機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機，高速旋轉(zhuǎn)的輪對帶動其發(fā)電，并將產(chǎn)生的電流通往制動電阻，使其以熱能的形式消散于大氣中，從而產(chǎn)生制動作用。 4） 再生制動再生制動在制動時也是將牽引電動機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機，高速旋轉(zhuǎn)的輪對帶動其發(fā)電，并將產(chǎn)生的電能反饋給電網(wǎng)，可以使電能循環(huán)利用。相對而言再生制動更加節(jié)約能源

34、，但反饋回電網(wǎng)的電能要馬上被其它用電設(shè)備消耗掉接，以避免電網(wǎng)電壓過高發(fā)生事故。我國的CRH系列的高速動車組電制動均采用再生制動。圖2-3 旋轉(zhuǎn)渦流原理圖5） 旋轉(zhuǎn)渦流制動在牽引電動機軸上裝金屬盤，制動時，高速旋轉(zhuǎn)的金屬盤的表面在電磁鐵形成的磁場中被感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生電磁吸力，將列車動能轉(zhuǎn)化為熱能消散于大氣，從而使列車減速或停止。旋轉(zhuǎn)渦流原理圖見圖2-3。2、非黏著制動1）磁軌制動磁軌制動將制動磁鐵安裝在轉(zhuǎn)向架側(cè)架下面同側(cè)的兩個車輪之間，制動時將其放下，利用電磁鐵和鋼軌之間強烈的吸引力緊壓鋼軌，利用磨耗板與鋼軌之間的滑動摩擦產(chǎn)生制動力。磁軌制動裝置見圖2-4。圖2-4 磁軌制動裝置2）線性渦流制動

35、 和磁軌制動相似，線性渦流制動也是把電磁鐵懸掛在轉(zhuǎn)向架側(cè)架下面同側(cè)的兩個車輪之間，制動時電磁鐵放下到貼近軌面但不與軌面接觸。列車運行時電磁鐵和鋼軌的相對運動使鋼軌感應(yīng)出渦流，進而產(chǎn)生電磁吸力，以此作為制動力來阻礙列車的運行。線性渦流制動系統(tǒng)原理見圖2-5。圖2-5 線性渦流制動系統(tǒng)原理圖3） 翼板制動 翼板制動是在制動時利用車輛外伸的翼板，人為地加大空氣阻力，從而產(chǎn)生制動作用。2.2.2 按制動力的操縱方式分類按制動力的操縱方式，動車組的制動方式可以分為空氣制動、電空制動和電制動。1）空氣制動空氣制動包含自動式空氣制動和直通式空氣制動兩種。圖2-6 直通式空氣制動直通式空氣制動機如圖2-6所示

36、，制動管里的壓縮空氣直接通向制動缸，制動管充氣制動，排氣緩解。其優(yōu)點是構(gòu)造簡單，且操縱方便。缺點是制動和緩解的時間較長，前面的車輛制動或緩解快，后部的車輛制動或緩解慢，前后時間相差大；如果制動軟管破裂或車廂斷裂，則列車制動能力會完全喪失，安全性差。圖2-7 自動式空氣制動自動式空氣制動機如圖2-7，與直通式空氣制動機相比，在每輛車上多安裝一個三通閥和一個副風(fēng)缸。三通閥分別與列車制動管、副風(fēng)缸和制動缸相連通，有充氣緩解位、制動位和保壓位三個基本檔位。列車制動管排風(fēng)制動，如果列車制動管破裂或者車廂斷裂了，則列車制動管排風(fēng)，整列車制動，安全性好。2）電空制動電空制動即電控空氣制動，它是在空氣制動的基

37、礎(chǔ)上加裝電磁閥等電氣控制部件而形成的。用電進行制動的操縱控制，但原動力依然是壓縮空氣，電空制動本質(zhì)上還是空氣制動。電空制動大大縮短了制動緩解的響應(yīng)時間，改善了列車前后部動作的一致性，顯著縮短了制動距離。目前直通電空制動已成為高速動車組中不可或缺的制動方式之一。3）電制動電制動也叫電磁制動，其操縱控制和原動力都是電。根據(jù)產(chǎn)生的電能的去處又可將電制動分為再生制動和電阻制動。再生制動與電阻制動前文已經(jīng)介紹過，在此就不再累贅。2.3 制動功能的劃分動車組的制動功能按用途可分為常用制動、緊急制動、非常制動和輔助制動四大類，其具體作用如下。1） 常用制動常用制動是在列車正常運行情況下，為調(diào)節(jié)、控制列車速度

38、而施加的制動。常用制動作用比較緩和，且制動力大小可以根據(jù)需要做適當(dāng)調(diào)節(jié)，通常只用列車制動能力的50%左右。2）緊急制動緊急制動主要用于動車組運行中出現(xiàn)影響安全的意外情況或重大故障，為使列車盡快停住而施加的制動。緊急制動作用迅猛，把列車的制動能力全部發(fā)揮出來，制動力為最大常用制動力的1.41.5倍。施加緊急制動過程中，列車將產(chǎn)生最大制動力和最大減速度，所以緊急制動是級別最高的制動方式，也是在其他制動方式都失效的情況下，動車組能安全停車的最后保障。緊急制動有空電復(fù)合緊急制動或純空氣緊急制動兩種制動模式。3）非常制動非常制動和緊急制動類似，也是在緊急情況下產(chǎn)生作用。4）輔助制動輔助制動包括備用制動、

39、停放制動保持制動、和救援/回送制動等。a.備用制動當(dāng)列車無法實施正常的制動控制時，這時可以啟用備用制動系統(tǒng)。備用制動設(shè)備有兩種控制方式：一種是備用BCU發(fā)出的電氣指令通過備用制動指令線傳輸，直接控制各車的EP閥，進而產(chǎn)生制動作用；另一種是通過制動管的增減壓來控制列車的制動和緩解，即啟用動車組內(nèi)備用的電空制動裝置進行制動。b.救援/回送制動當(dāng)列車出現(xiàn)故障，需要救援機車牽引時，可以通過救援機的制動管來控制動車組的制動作用，即為救援/回送制動。當(dāng)救援機車制動管的空氣壓力信號傳遞到動車組時，控制方式有兩種：一種是連接機車制動管與列車的制動管，通過救援機車相關(guān)的控制裝置來控制列車制動管內(nèi)的壓強；另一種則

40、是在救援機車和動車組之間加裝一個EP閥，由它來控制動車組的EP閥，實現(xiàn)列車的制動和緩解。c.停放制動為使列車能夠平穩(wěn)地停放在一定坡度的坡道上而不發(fā)生遛逸而施加的制動稱為停放制動。停放制動功能的實現(xiàn)可利用專門的彈簧停放裝置來施加；也可利用鐵靴，通過將其放入車輪踏面下面，阻止列車運動，從而產(chǎn)生制動作用。d.保持制動當(dāng)列車速度降到接近停車速度時，制動力自動減小以保證列車平穩(wěn)停車；待列車完全停止后，制動力再增大到一定水平，以防止列車溜逸。第3章 城際動車制動系統(tǒng)設(shè)計分析3.1 設(shè)計要求3.1.1 環(huán)境要求制動設(shè)備在以下溫度范圍內(nèi)正常運行。即使在低溫條件下，制動設(shè)備也不能發(fā)生故障或損壞。1) 環(huán)境溫度：

41、-4050；2) 相對濕度： 95%。3.1.2 制動性能要求1） 緊急制動平均減速度1.4m/s2；2） 常用制動平均減速度0.8m/s2；3） 制動初速為250km/h時，緊急制動距離小于3200m。3.1.3 適用對象250km/h動力分散式城際電動車組。3.2 制動系統(tǒng)工作原理目前電動動車組制動系統(tǒng)大同小異，根據(jù)不同動車組自身的特點以及要實現(xiàn)的制動功能的不同，其系統(tǒng)組成及設(shè)備的選擇有些許差別，但工作原理基本上是一樣的。一種典型的制動系統(tǒng)組成及原理如圖3-1所示，下面就其作用原理做簡要分析，為下文城際動車制動系統(tǒng)的設(shè)計奠定一定的理論基礎(chǔ)。如圖3-1所示，動車制動系統(tǒng)大體由制動指令裝置、制

42、動控制裝置、基礎(chǔ)制動裝置和風(fēng)源系統(tǒng)等組成。其中，制動控制裝置由氣動控制系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)組成，是制動系統(tǒng)的核心。動車制動系統(tǒng)采用微機控制直通電空制動系統(tǒng)，采用再生制動和空氣制動的空電復(fù)合制動，優(yōu)先采用電制動，空氣制動力的分配由微機控制完成。由司控器發(fā)出的模擬式電氣指令經(jīng)列車網(wǎng)絡(luò)傳送到各車輛的制動控制裝置。制動控制單元（BCU）在收到制動指令之后進行所需制動力的計算，并按照一定的原則，合理的分配再生制動和空氣制動力。EP閥將電信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的壓力信號，并將預(yù)控壓力信號送到中繼閥，打開制動風(fēng)缸和制動缸之間的通路。經(jīng)中繼閥流量放大的同比率壓縮空氣，再由增壓氣缸將空氣壓力放大，使制動缸獲得符合制動力要

43、求的壓力空氣。最后經(jīng)制動夾鉗壓緊制動盤，從而產(chǎn)生制動力。圖3-1 制動系統(tǒng)原理制動系統(tǒng)通過不同的制動指令，能夠?qū)崿F(xiàn)常用制動、緊急制動、輔助制動、防滑控制等不同的制動功能。其中BCU還能進行主空氣壓縮機起停控制、空氣制動與再生制動的協(xié)調(diào)控制、車門控制、信息儲存和故障診斷等一系列功能。3.3 城際動車制動功能分析城際動車組主要用于中短途城市之間、區(qū)域城郊之間的通勤和商旅，以公交化的運營模式為主。它作為高速鐵路和城市軌道交通的紐帶，具有載客量大、快捷方便、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、準(zhǔn)時舒適等特點。制動性能直接影響列車的運行品質(zhì)和行車安全，由于電動車組運行速度高、乘坐舒適性好，因此要求其制動系統(tǒng)具有性能可靠

44、、操縱靈活、控制精度高、反應(yīng)快等特點。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)已遠遠不能滿足高速列車的制動需要，目前，國內(nèi)外高速電動車組制動系統(tǒng)普遍采用微機控制的直通式電空制動系統(tǒng)。根據(jù)城際動車組自身的特點，結(jié)合國內(nèi)外電動車組制動系統(tǒng)的設(shè)計方案，針對時速250km、動力分散式的城際動車組，本文采用微機控制的模擬式直通電空制動系統(tǒng)。電制動采用再生制動，空氣制動采用盤形制動。由于采用微機處理器對所有制動設(shè)備進行控制、操縱和診斷等全面制動管理的制動系統(tǒng)，這些設(shè)備與制動程序和列車制動系統(tǒng)的通信有關(guān)，保證列車有更高的安全性、可靠性和可用性，同時還可以提供制動力控制策略。除了正常的制動系統(tǒng)外，列車制動系統(tǒng)還需要一套備用制動系統(tǒng)以保

45、證在常用制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下列車依然能夠安全運行。通過司機操作臺上的備用制動開關(guān)，司機根據(jù)需要可以在常用制動系統(tǒng)和備用制動系統(tǒng)之間進行切換。根據(jù)“故障導(dǎo)向安全”的設(shè)計原則，備用制動系統(tǒng)采用間接作用方式，完全獨立于具有微機控制的制動控制回路。由于城際動車組載客量大，空重車載重相差較大，為保證列車制動減速度的穩(wěn)定性以及旅客舒適的乘車體驗，要求制動力能夠根據(jù)列車載荷自動調(diào)整，因此，城際動車需具備載荷調(diào)整功能。要使城際動車在較短時間內(nèi)停車，要求列車具有較高的制動減速度，因此需要較高的輪軌粘著系數(shù)來滿足較大制動力的需求。為了增加輪軌黏著力，城際動車可以裝備撒砂裝置，以保證列車在惡劣環(huán)境下也能安全運行

46、。但由于粘著系數(shù)受多種因素的影響，制動過程中會出現(xiàn)車輪滑行現(xiàn)象，造成輪對擦傷、制動距離延長等嚴(yán)重后果，因此，城際動車需具備防滑功能，來避免那些不良現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，城際電動車組制動系統(tǒng)應(yīng)具有常用制動、緊急制動、停放制動、備用制動等功能。除此之外，還設(shè)有防滑控制、故障診斷與處理、信息通訊、空重車自動調(diào)整等功能。第4章 城際動車制動系統(tǒng)總體設(shè)計4.1 城際列車編組最高運營速度250km/h的城際電動車組由8節(jié)車輛編組，其中四輛動車和四輛拖車，兩動兩拖為一個動力單元，共兩個動力單元，受電弓設(shè)在2、7號車上，動車組動行時采用單弓受流，另外一個處于折疊狀態(tài)備用。兩列動車組可聯(lián)掛運行，聯(lián)掛時受電弓采取雙弓

47、受流。具體編組情況見圖4-1。圖4-1 城際列車編組其中 MC帶司機室動車M不帶司機室動車TP帶受電弓拖車T不帶受電弓拖車4.2 城際動車制動功能的實現(xiàn)通過上一章對動車制動系統(tǒng)組成及工作原理的分析，根據(jù)設(shè)計要求和城際動車自身特點，確定了其要實現(xiàn)的制動功能以及要采取的制動方式。下面就城際動車制動功能確定了如下實現(xiàn)方式，來滿足設(shè)計要求，達到所需要的制動性能。 1) 通過制動缸壓力的閉環(huán)控制、采用模擬指令信號，使制動力得到精確控制。2) 通過制動控制系統(tǒng)和牽引控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)復(fù)合制動功能，以充分發(fā)揮動力制動的作用。3) 通過微機控制和空重車調(diào)整閥的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)載荷變化自動調(diào)整制動力的作

48、用，以保證制動減速度的穩(wěn)定性。4) 通過限制減速度的變化率，以減小制動時的沖動。通過防滑控制功能，能夠避免輪軌粘著狀況不良時出現(xiàn)車輪滑行擦傷。5) 通過微機控制單元、電磁閥、壓力傳感器、壓力開關(guān)、速度傳感器等，實現(xiàn)故障診斷和安全導(dǎo)向功能，以提高制動系統(tǒng)的可靠性。4.2.1 常用制動功能常用制動是動車組正常運行時為調(diào)節(jié)速度而施加的制動，根據(jù)列車實際需要，通過司控器司機可發(fā)出不同級別的制動指令，然后通過列車網(wǎng)絡(luò)將制動指令傳遞到每輛車的制動控制單元，以此來控制常用制動實施與緩解。常用制動控制流程見圖4-2。圖4-2 常用制動流程常用制動為再生制動和空氣制動的空電復(fù)合制動。由于動車上有牽引電機，所以動

49、車上既有再生制動又有空氣制動，而拖車上只有空氣制動。常用制動力的分配本著最大程度減小機械磨耗的原則，優(yōu)先采用再生制動，在再生制動力不足的情況下，先由拖車空氣制動補充，拖車的制動力達到其需求的制動力時，整列或列車單元的制動力還不夠的話，才使用動車上的空氣制動。4.2.2 緊急制動功能在緊急制動時，列車管完全排風(fēng)，使得所有車輛產(chǎn)生最大制動力和達到最大減速度。緊急制動可以通過以下方式觸發(fā)：a) 司機按下緊急制動按鈕；b) 司機主制動手柄撥到緊急制動位置；c) 由列車保護系統(tǒng)觸發(fā)；d) 安全回路斷開；e) 旅客緊急制動；f) 列車運行時意外觸發(fā)停放制動。以上任何一種情況都可以觸發(fā)緊急制動，緊急制動一旦

50、施加就不能中止，直到列車完全停止運行。緊急制動有100%電制動+空氣制動和純空氣制動兩種模式。在緊急制動過程中，如果電制動可用，則優(yōu)先選用電-空復(fù)合制動，因為它能減少摩擦制動并實現(xiàn)能量回收。圖4-3 緊急制動控制原理緊急制動工作原理如圖4-3所示。列車安全回路采用硬線控制回路，正常運行時，安全回路處于閉合狀態(tài)，緊急電磁閥得電關(guān)閉，列車不施加緊急制動；如果車輛控制系統(tǒng)發(fā)出緊急制動請求或監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到安全隱患時，列車安全回路斷開，緊急電磁閥失電打開，列車管里的壓縮空氣迅速排向大氣，壓力快速降為0。此時，分配閥向中繼閥傳送緊急制動預(yù)控壓力，進而控制輸送到制動缸里的空氣壓力的大小，從而觸發(fā)空氣緊急制動。同時，列車安全回路的狀態(tài)信號會經(jīng)列車網(wǎng)絡(luò)反饋給制動控制單元，制動控制單元根據(jù)制動力的需求對再生制動與空氣制動力進行合理分配。并通過控制EP轉(zhuǎn)換閥形成緊急制動預(yù)控壓力，壓縮空氣通過中繼閥進入制動缸，產(chǎn)生制動作用，從而施加空電復(fù)合緊急制動?？諝饩o急制動和空電復(fù)合緊急制動這兩種緊急制動模式互為冗余。由圖4-3可見，緊急制動指令通過司機主制動手柄、緊急制動閥按鈕、列車安全監(jiān)測系統(tǒng)、列車安全回路、ATP、乘客緊急制動閥等均可通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸給制動控制單元，從而觸發(fā)空電緊急制動。另外，也可通過斷開安全回路，使緊急電磁閥失電，列車管通過緊急閥