機(jī)電類的畢業(yè)設(shè)計(jì)

-22-第一章緒論1.1課題背景隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展，列車牽引質(zhì)量和速度得到了很大的提升，制動(dòng)技術(shù)也有很大的發(fā)展。在基礎(chǔ)制動(dòng)方面，盤型制動(dòng)除了在雙層客車和低重心列車上使用過以外，現(xiàn)已在25.5m新型客車上使用；貨車用空重車自動(dòng)調(diào)整裝置以及客、貨車合成閘瓦也都在積極研制，并在部分車輛上應(yīng)用；閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整期、空氣式防滑器等也已在部分新造車輛上使用；磁軌摩擦制動(dòng)也正在摸索研究。城軌車輛的運(yùn)行需要對(duì)其施加牽引力，當(dāng)然，車輛的減速與停車要對(duì)其施加制動(dòng)力，在某種程度上，制動(dòng)力比牽引力更為重要，試想如果列車突然失去制動(dòng)力，乘客的生命財(cái)產(chǎn)將受到嚴(yán)重的威脅。為了能讓車輛以一定的速度運(yùn)行，且能在規(guī)定的地點(diǎn)停車或者降到一定的速度，這就必須重視對(duì)車輛制動(dòng)的研究與改進(jìn)。車輛的制動(dòng)直接關(guān)系到乘客的生命，故對(duì)制動(dòng)機(jī)的改進(jìn)在鐵路和城市軌道行業(yè)里成為一個(gè)大熱門，有時(shí)甚至比電氣牽引上的發(fā)明更為矚目。1.2城市軌道交通車輛制動(dòng)的發(fā)展1.2.1早期的制動(dòng)方式自1881年德國(guó)柏林有了第一輛有軌電車以后，世界各大城市相機(jī)開始了大規(guī)模的城軌交通的建設(shè)。對(duì)于城軌交通車輛來說，除了要承載更多的乘客外，還要一項(xiàng)重要的任務(wù)，那就是要使運(yùn)動(dòng)中的車輛能夠安全的減速和停車，也就是必須要對(duì)車輛施行制動(dòng)。最早的有軌電車是以人工制動(dòng)的。司機(jī)絞動(dòng)剎車鋼絲，使木制的閘瓦靠緊車輪踏面，用摩擦力是車輪或車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)減慢直至停止，以達(dá)到車輛減速和停車的目的。當(dāng)然，這種原始的制動(dòng)方式既費(fèi)力又不安全，時(shí)常會(huì)發(fā)生鋼絲斷裂和車輛失控事故。人們逐漸認(rèn)識(shí)到，為了保證安全，必須重視對(duì)制動(dòng)的改進(jìn)與創(chuàng)新。1863年，倫敦在市中心環(huán)路下面修建隧道，擬讓火車在市中心的地下通行。但是火車的煙霧在隧道中彌漫，盡管有通風(fēng)井，但排放煙霧問題仍然難以解決。直到1890年，倫敦才建成電力牽引的地下鐵路，這就是真正意義上的第一條地鐵。地鐵在20世紀(jì)初的美國(guó)地區(qū)的城市得到迅速發(fā)展。由于地鐵車輛是沿用鐵路車輛的，因此任何火車制動(dòng)新技術(shù)出現(xiàn)都會(huì)立刻被應(yīng)用于地鐵列車。當(dāng)時(shí)火車一般使用人工機(jī)械制動(dòng)，例如杠桿撥動(dòng)式閘瓦制動(dòng)裝置、手輪式棘盤鏈條制動(dòng)機(jī)等。這種人工機(jī)械制動(dòng)機(jī)，有的甚至現(xiàn)在還在被鐵路車輛使用，當(dāng)然他只是在空氣制動(dòng)機(jī)發(fā)生障礙、調(diào)車作業(yè)或就地停放時(shí)使用。1.2.2現(xiàn)代化的制動(dòng)系統(tǒng)隨著20世紀(jì)初科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵路車輛上出現(xiàn)了空氣制動(dòng)機(jī)。所謂空氣制動(dòng)機(jī)，就用壓力空氣作為制動(dòng)的制動(dòng)力來源，并且壓力空氣的壓力變化來實(shí)現(xiàn)列車的制動(dòng)和緩解作用的制動(dòng)裝置。這種空氣制動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于鐵路、地鐵、城市高架鐵路以及其他軌道交通車輛。至今，空氣制動(dòng)機(jī)還在我國(guó)和世界各國(guó)鐵路機(jī)車和火車上使用。雖然空氣制動(dòng)機(jī)與人工機(jī)械制動(dòng)相比，安全性和可靠性都有了很大的提高，但由于司機(jī)發(fā)出的制動(dòng)指令是靠列車管內(nèi)的壓力變化來傳遞的，它的指令傳遞速度受空氣波速的限制，也就是說其極限速度在330m/s左右。因此，對(duì)一列幾百米長(zhǎng)的列車來說，仍有可能造成前后車輛制動(dòng)和緩解動(dòng)作在時(shí)間上的不一致。在多數(shù)情況下，由此造成的列車縱向沖動(dòng)和對(duì)車鉤的損傷已達(dá)到非常嚴(yán)重的程度。20世紀(jì)30年代，在歐美地區(qū)和日本出現(xiàn)了采用電信號(hào)來傳遞制動(dòng)和緩解指令的制動(dòng)控制系統(tǒng)，這是制動(dòng)系統(tǒng)的一次革命，因?yàn)殡娦盘?hào)的傳輸速度比空氣波速度快的多。采用電信號(hào)的制動(dòng)控制系統(tǒng)被稱為電氣指令式知道那個(gè)控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)人們將制動(dòng)的動(dòng)力來源仍采用壓力空氣，但控制方式采用電器指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)的列車制動(dòng)機(jī)稱為電磁空氣制動(dòng)機(jī)。電磁空氣制動(dòng)機(jī)在每節(jié)車輛都設(shè)有制動(dòng)、緩解電磁閥。它們通過司機(jī)制動(dòng)控制器進(jìn)行勵(lì)磁和消磁，從而控制列車制動(dòng)或緩解。相對(duì)于空氣制動(dòng)機(jī)來說，電氣指令式制動(dòng)控制的主要優(yōu)點(diǎn)是：全列車制動(dòng)和緩解的一致性好，因此，制動(dòng)和緩解時(shí)的縱向沖動(dòng)小，制動(dòng)距離短。車鉤受力小，乘客乘坐舒適性好。20世紀(jì)50年代，國(guó)外城軌交通車輛在大規(guī)模采用電磁空氣制動(dòng)機(jī)的同時(shí)，還采用電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)，使制動(dòng)控制技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水平。最近幾十年來，由于電力電子元件的出現(xiàn)使電氣再生制動(dòng)稱為可能，微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使制動(dòng)防滑系統(tǒng)更加完善，城軌車輛制動(dòng)技術(shù)正朝安全、可靠、人性化和環(huán)保的目標(biāo)不斷前進(jìn)。1.3本論文的研究?jī)?nèi)容和方法本文是從制動(dòng)的概念開始，先對(duì)城軌交通車輛的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了解，限于文章篇幅，這里著重討論制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)裝置。首先是研究單元制動(dòng)機(jī)的原理，弄懂原理后對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出大致的示意圖，在不斷的完善各個(gè)細(xì)節(jié)。通過該單元制動(dòng)機(jī)在城軌交通車輛上的安裝空間進(jìn)行總體的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)；根據(jù)各個(gè)零部件所起的作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成各個(gè)零部件設(shè)計(jì)后，利用UG軟件進(jìn)行建模并完成裝配。第二章虛擬樣機(jī)2.1虛擬樣機(jī)的背景圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、樣機(jī)制造，測(cè)試改進(jìn)、定型生產(chǎn)等步驟是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式所要經(jīng)過的步驟，往往要多次制造樣機(jī)再加上反復(fù)測(cè)試才能滿足設(shè)計(jì)的要求，這種方式既費(fèi)時(shí)也費(fèi)力，更重要的是成本高。采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一設(shè)計(jì)方式。這個(gè)過程可以歸納為：設(shè)計(jì)——試驗(yàn)——設(shè)計(jì)，大大縮短研發(fā)周期，以及降低研發(fā)資本。眾所周知，任何一項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)生及廣泛推廣都有眾多原因，其中市場(chǎng)變化和技術(shù)本身的發(fā)展是最為重要的。在經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，信息技術(shù)迅速發(fā)展，加快了知識(shí)的傳遞，提高了各個(gè)領(lǐng)域的更新頻率。產(chǎn)品的生命周期變得更短，用戶也希望定做個(gè)性化的產(chǎn)品，市場(chǎng)變得很快。企業(yè)要盈利，得有響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力，在別人沒有生產(chǎn)出新產(chǎn)品之前，能以最短的時(shí)間開發(fā)出高質(zhì)量以及用戶能接受的新產(chǎn)品。全球知識(shí)經(jīng)濟(jì)的興起標(biāo)志著產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)已從原來的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化含量的競(jìng)爭(zhēng)，高科技產(chǎn)品將成為市場(chǎng)的主流和企業(yè)成功的關(guān)鍵然而，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過程與新的市場(chǎng)需求不相適應(yīng)，所以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造方式并無法滿足這些要求。如果對(duì)實(shí)際樣機(jī)的驗(yàn)證猶如小孩玩的積木那樣簡(jiǎn)單，那問題就容易多了，但復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)用集木是不可能搭出來的，并且，實(shí)際樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)過程中毀壞了并不能像堆積那樣推倒了又可以搭起來。所以，計(jì)算機(jī)在這里就起到了作用，我們掌握結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及定義了描述機(jī)械系統(tǒng)的方法，通過計(jì)算機(jī)，我們?nèi)绱罘e木一樣把機(jī)械系統(tǒng)組裝起來，做出虛擬樣機(jī)。之前也說過，技術(shù)本身的發(fā)展也是一個(gè)很重要的背景。近幾十年來，建模與仿真技術(shù)飛快發(fā)展，分布式交互仿真技術(shù)向人們展示了建模與仿真技術(shù)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析帶來的巨大幫助，這些復(fù)雜系統(tǒng)足以與生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜型媲美。而仿真技術(shù)以及相關(guān)的建模和優(yōu)化技術(shù)正是21世紀(jì)信息技術(shù)統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合的橋梁，是使企業(yè)產(chǎn)生最大經(jīng)濟(jì)效益的核心技術(shù)。另外，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和可視化技術(shù)在娛樂界的普及帶給人們感官上的強(qiáng)烈震撼。三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)的推廣也促使虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展與成熟。以及與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)的成熟及大規(guī)模推廣應(yīng)用是分不開的。2.2虛擬樣機(jī)的定義和特點(diǎn)1.虛擬樣機(jī)的定義虛擬樣機(jī)技術(shù)是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析和評(píng)估機(jī)械系統(tǒng)的性能，從而為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。它基于產(chǎn)品計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，是虛擬樣機(jī)支持并行工程方法學(xué)。涉及多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是基于先進(jìn)的建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真技術(shù)、信息管理技術(shù)、交互式用戶界面技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù)。2.虛擬樣機(jī)的特點(diǎn)虛擬樣機(jī)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1)強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)層次上模擬產(chǎn)品的外觀、功能以及特定環(huán)境下的行為。2）可以輔助物理樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試。3）可以在相同時(shí)間內(nèi)“試驗(yàn)”更多的設(shè)計(jì)方案，從而易于獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。4）用于產(chǎn)品開發(fā)的全生命周期，并隨著產(chǎn)品生命周期的演進(jìn)而不斷豐富和完善。5）與常規(guī)的仿真相比，其涉及的設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣，考慮也比較周全，因而可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。6）支持產(chǎn)品的全方位測(cè)試、分析與評(píng)估。支持不同領(lǐng)域人員對(duì)同一虛擬產(chǎn)品并行的測(cè)試、分析與評(píng)估。7）可以減少產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，使產(chǎn)品盡快上市。8）可以減少產(chǎn)品開發(fā)后期的設(shè)計(jì)更改，進(jìn)而使整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)周期最小化。9）減少了設(shè)計(jì)費(fèi)用。虛擬樣機(jī)技術(shù)在改善產(chǎn)品開發(fā)模式上具有很大的潛力。盡管虛擬樣機(jī)技術(shù)在現(xiàn)階段有一些局限性，但其應(yīng)用前景是好的。2.3虛擬樣機(jī)的應(yīng)用首先我先舉出一個(gè)關(guān)于虛擬樣機(jī)的一個(gè)成功的例子。美國(guó)波音飛機(jī)公司的波音777飛機(jī)師世界上首架以無圖紙方式研發(fā)及制造的飛機(jī)，其設(shè)計(jì)、裝配、性能評(píng)價(jià)及分析均采用虛擬樣機(jī)技術(shù)。這不但使研發(fā)周期大大縮短（其中制造周期縮短50%）、研發(fā)成本大大降低（如減少設(shè)計(jì)更改費(fèi)用94%），而且還確保了最終產(chǎn)品一次安裝成功。虛擬樣機(jī)在里面所起的作用是不言而喻的。虛擬樣機(jī)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，涉及汽車制造、工程機(jī)械、航空航天、造船、航海、機(jī)械電子和通用機(jī)械等眾多領(lǐng)域。主要有一下幾個(gè)方面。產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)以前，汽車外形造型設(shè)計(jì)多采用泡沫塑料制作外形模型，要通過多次評(píng)測(cè)和修改，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。采用虛擬技術(shù)的外形設(shè)計(jì)，可隨時(shí)修改、評(píng)測(cè)。產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)在復(fù)雜產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)中，通過虛擬樣機(jī)技術(shù)可以直觀的進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免可能出現(xiàn)的干涉和其他不合理問題。產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就能展示出產(chǎn)品的行為，動(dòng)態(tài)表現(xiàn)產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)建工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等問題。產(chǎn)品裝配仿真機(jī)械產(chǎn)品的配合性和可裝配性是設(shè)計(jì)人員常易出錯(cuò)的地方，以往要到產(chǎn)品最后裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致零件的報(bào)廢和工期延誤，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)損失。采用虛擬裝配可以在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)的正確性，避免損失。虛擬樣機(jī)與產(chǎn)品工作性能測(cè)評(píng)首先進(jìn)行產(chǎn)品的立體建模，然后將這個(gè)模型置于虛擬環(huán)境中控制、仿真和分析，可以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)設(shè)計(jì)的方案、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行仿真，解決大多數(shù)問題，提高一次試驗(yàn)成功率。第三章制動(dòng)裝置制動(dòng)裝置是使車輛減速停放，保證列車安全運(yùn)行不可或缺的裝置。必須對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)使得車輛能夠在很短的時(shí)間內(nèi)減速或者在規(guī)定的路段內(nèi)停車；另一方面，車輛運(yùn)行在下坡道時(shí)，也需要對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作；同時(shí)為了避免停放的車輛因風(fēng)力和重力或其他因素而溜走，也需要對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作。3.1制動(dòng)裝置的特點(diǎn)城市軌道交通站與站之間的距離比較短，并且有頻繁的調(diào)速及制動(dòng)，所以列車在正常運(yùn)行時(shí)，為了提高旅行速度，列車必須啟動(dòng)快、制動(dòng)距離短。再加上城市軌道車輛的乘客量波動(dòng)大。在沒有沒有乘客時(shí)（空車工況），載荷僅為車輛自身重量，相對(duì)來說質(zhì)量是比較小的，而在超載的情況下，相對(duì)來說，質(zhì)量較大，乘客在總重量中占的份額較大。將鋁合金或薄壁不銹鋼型材運(yùn)用到軌道車輛車體上，使其自重減小，從而減少耗能。乘客對(duì)車輛總重量也是有較大的影響的，會(huì)引起質(zhì)量的較大變化，從而引起制動(dòng)率的變化，而制動(dòng)率有是制動(dòng)能力的重要參數(shù)，制動(dòng)率如果變化太大，對(duì)動(dòng)車組的制動(dòng)有不利影響，比如：車輪滑行、車輛間縱向沖動(dòng)以及減速度的變化。城市軌道動(dòng)車組在部分車輛或者在所有車輛上都裝有獨(dú)立的牽引電動(dòng)機(jī)，這就為電制動(dòng)提供了基本條件。為適應(yīng)這些特點(diǎn)，一般城市軌道交通車輛制動(dòng)裝置必須具備以下條件：（1）靈活的操作，較大制動(dòng)減速度，作用靈敏可靠，具有達(dá)到當(dāng)代的先進(jìn)指標(biāo)的制動(dòng)波速、緩解波速，車組前后車輛制動(dòng)緩解作用要一致，要有足夠的制動(dòng)穩(wěn)定性和安定性。；（2）準(zhǔn)確停車，就是說制動(dòng)能力足夠大，使列車在規(guī)定的距離內(nèi)停車；（3）電力（電力）制動(dòng)功能是新型城市軌道交通車輛的總體要求，并在正常制動(dòng)過程中，我們應(yīng)該充分發(fā)揮電制動(dòng)能力，減少城市環(huán)境污染，降低運(yùn)行成本，但也有電制動(dòng)與摩擦制動(dòng)協(xié)調(diào)剎車的功能，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，充分發(fā)揮各種制動(dòng)控制的作用并加強(qiáng)其協(xié)調(diào)配合，以獲得最佳的制動(dòng)性能（4）即使在較長(zhǎng)的下坡道上制動(dòng)，制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力也不會(huì)衰減；（5）每輛電動(dòng)車組應(yīng)具有一致的制動(dòng)能力，隨著乘客量的變化，制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能力也應(yīng)該有相應(yīng)的變化，并且具有空重車調(diào)整能力，使得在制動(dòng)時(shí)所發(fā)生的縱向沖動(dòng)得到減少；（6）具有緊急制動(dòng)能力，在緊急情況下，比如列車分離或制動(dòng)系統(tǒng)故障等危急行車安全的事故時(shí)，應(yīng)能夠在無人操作的情況下自動(dòng)進(jìn)行緊急制動(dòng)；3.2制動(dòng)裝置的組成列車制動(dòng)裝置是使列車能夠施行制動(dòng)和緩解的一整套設(shè)備。城市軌道交通車輛制動(dòng)裝置一般分為兩大部分：制動(dòng)控制系統(tǒng)：制動(dòng)原動(dòng)力由它產(chǎn)生，并進(jìn)行操作和控制。電控制氣，氣再控制氣的制動(dòng)控制方式是城市軌道交通控制系統(tǒng)所常用的方式。首先司機(jī)在制動(dòng)時(shí)通過手柄，改變主控制器上可變電阻的阻值，基準(zhǔn)值發(fā)生器（又稱為參考值轉(zhuǎn)換器），通過分析可變阻值上的信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM）；該脈寬調(diào)制信號(hào)通過列車指令線，被送入氣制動(dòng)電子控制單元（BECU）；，脈寬調(diào)制信號(hào)由氣制動(dòng)電子控制單元轉(zhuǎn)換成一系列相對(duì)應(yīng)的數(shù)字指令信號(hào)和模擬指令信號(hào)；這些信號(hào)對(duì)氣制動(dòng)控制單元（BCU）進(jìn)行操作、控制，使氣制動(dòng)控制單元和制動(dòng)等級(jí)相對(duì)應(yīng)的預(yù)控壓力。制動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)：制動(dòng)原動(dòng)力由它傳送并產(chǎn)生制動(dòng)力。按動(dòng)能的轉(zhuǎn)移方式，制動(dòng)方式分為：動(dòng)力（電）制動(dòng)和機(jī)械（摩擦）制動(dòng)表3-1制動(dòng)的分類摩擦制動(dòng)列車的動(dòng)能通過摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋ｉl瓦制動(dòng)又稱踏面制動(dòng)，這種制動(dòng)方式是最常用的。，車輪踏面被閘瓦緊壓著，閘瓦是用某種材料制成的瓦狀制動(dòng)塊，列車的動(dòng)能因閘瓦與車輪踏面的機(jī)械摩擦而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟⒂诖髿?，制?dòng)力因此產(chǎn)生。盤型制動(dòng)分為軸盤式和輪盤式兩種。在制動(dòng)的狀態(tài)下，制動(dòng)缸通過制動(dòng)夾鉗實(shí)施制動(dòng)，制動(dòng)盤被閘片加緊，閘片和制動(dòng)盤之間發(fā)生摩擦，列車的動(dòng)能因此轉(zhuǎn)化為熱能消散于大氣，并產(chǎn)生制動(dòng)力。一般情況下，盤型制動(dòng)的制動(dòng)功率比閘瓦制動(dòng)的制動(dòng)功率大得多。磁軌制動(dòng)在制動(dòng)的狀態(tài)下，電磁鐵被下放，磨耗板與鋼軌吸合，磨耗板和鋼軌產(chǎn)生摩擦，列車的動(dòng)能因此轉(zhuǎn)換為熱能，然后經(jīng)磨耗板和鋼軌消散終于大氣中。磁軌制動(dòng)能得到較大的制動(dòng)力，但由于對(duì)鋼軌有比較大的損傷，因此常做為高速列車緊急制動(dòng)的一種補(bǔ)充制動(dòng)手段。動(dòng)力制動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)是將牽引機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，使列車動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N制動(dòng)方式。電阻制動(dòng)將發(fā)電機(jī)輸出的電能加于電阻器中，使電阻器產(chǎn)生熱能，電能因此轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。而這些熱能在外加風(fēng)扇通風(fēng)的作用下消散在大氣中。電阻制動(dòng)能獲得穩(wěn)定的制動(dòng)力，但在列車底架下安裝電阻箱需要有較大的空間再生制動(dòng)再生制動(dòng)是將列車的動(dòng)能通過電機(jī)（將電機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)）轉(zhuǎn)換成電能（其電壓高于網(wǎng)壓是），反饋至電網(wǎng)上供其他列車應(yīng)用。再生制動(dòng)是一種較為理想的制動(dòng)方式，這是因?yàn)樵偕苿?dòng)既可以節(jié)約能源，減少對(duì)環(huán)境的污染，并且基本上不存在磨耗。3.3城軌制動(dòng)方式城市軌道交通車輛一般采用三種制動(dòng)方式——屬于第一優(yōu)先級(jí)制動(dòng)的再生制動(dòng)、屬于第二優(yōu)先級(jí)制動(dòng)的電阻制動(dòng)、和屬于第三優(yōu)先級(jí)制動(dòng)的摩擦（閘瓦）制動(dòng)。并且程序制動(dòng)措施也應(yīng)用在在制動(dòng)技術(shù)上：充分利用電制動(dòng)，盡量減少氣制動(dòng)，即在制動(dòng)力未達(dá)到制動(dòng)指令的75%時(shí)，同時(shí)在粘著力允許的條件下用足電制動(dòng)，當(dāng)兩節(jié)動(dòng)車的電制動(dòng)力能滿足一組車（二動(dòng)一拖三輛車）的制動(dòng)要求時(shí)，則這一組車就不再使用氣制動(dòng)，反之，則要使用一些氣制動(dòng)，以補(bǔ)足電制動(dòng)的不足。其電制動(dòng)力隨著列車的速度下降而不斷的減弱，當(dāng)列車速度降低至一定的速度（10km/h）時(shí)，電制動(dòng)力已不能再滿足制動(dòng)所需要求時(shí)，這時(shí)電制動(dòng)力將逐漸被切除，所有的制動(dòng)力則由摩擦制動(dòng)來承擔(dān)。列車進(jìn)入停站制動(dòng)的程序：在列車在接近車站的區(qū)間及站臺(tái)區(qū)域設(shè)置標(biāo)志器（傳感器），這些標(biāo)志器（傳感器）用來反映離對(duì)位點(diǎn)距離，如圖2-1，它們分別設(shè)置于離對(duì)位停車點(diǎn)350m、150m、25m、和8m處，另外在對(duì)位停車點(diǎn)還設(shè)有對(duì)位天線。當(dāng)列車經(jīng)過標(biāo)志器時(shí)，設(shè)置在地面上的標(biāo)志器被設(shè)置在列車車底下的標(biāo)志器檢測(cè)天線激勵(lì)，發(fā)生電磁感應(yīng)，感應(yīng)信號(hào)被標(biāo)志器的諧振電路返回到車上，從而告知列車已到達(dá)某個(gè)地點(diǎn)，啟動(dòng)列車閘缸按照預(yù)置值制動(dòng)，通過逐級(jí)制動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)列車精確停站，同時(shí)由于實(shí)行多級(jí)制動(dòng)，減小列車的沖擊，提高了列車停站過程中的舒適性。圖2-1臺(tái)階式車站程序?qū)ξ煌＼嚇?biāo)志器布置示意圖第四章軌道交通車輛的制動(dòng)計(jì)算城市軌道交通車輛一般是電動(dòng)車組，其制動(dòng)計(jì)算問題根據(jù)不同的計(jì)算目的有不同的計(jì)算類型。通常有如下幾種軌道交通車輛制動(dòng)計(jì)算類型：（1）計(jì)算制動(dòng)距離，此種類型是在已知電動(dòng)車組的制動(dòng)初速度、制動(dòng)能力及制動(dòng)區(qū)間的線路狀態(tài)等參數(shù)的情況下。（2）計(jì)算在該區(qū)間制動(dòng)允許的初速（及制動(dòng)限速），此種類型是在已知電動(dòng)車組的制動(dòng)初速度、制動(dòng)能力以及要求的制動(dòng)距離的情況下。（3）計(jì)算電動(dòng)車組應(yīng)具有的制動(dòng)能力，此種類型是在已知電動(dòng)車組的制動(dòng)初速、制動(dòng)區(qū)間的線路狀態(tài)等參數(shù)以及要求的制動(dòng)距離。無論是哪種計(jì)算類型，關(guān)鍵是制動(dòng)距離的計(jì)算。制動(dòng)距離的計(jì)算是有牛頓第二定律導(dǎo)出的：………………(4-1)式中，F(xiàn)——制動(dòng)時(shí)電動(dòng)車組的減速力，單位N；m——電動(dòng)車組的質(zhì)量，單位t；a——電動(dòng)車組的減速度，單位；v——電動(dòng)車組的速度，km/h；t——制動(dòng)時(shí)間，單位s。變形可以得到，…………………(4-2)而制動(dòng)距離，帶入dt得………………(4-3)式中，S——制動(dòng)距離，單位m；v——制動(dòng)末速度，單位km/h；v0——制動(dòng)初速度，單位km/h。4.1制動(dòng)時(shí)電動(dòng)車組的減速力電動(dòng)車組處在制動(dòng)工況時(shí)，所受到的與其運(yùn)動(dòng)相關(guān)的力有一下兩個(gè)：（1）制動(dòng)力B。他是由司機(jī)或自動(dòng)駕駛裝置控制，通過電動(dòng)車組的制動(dòng)裝置產(chǎn)生的阻止電動(dòng)車組運(yùn)行的外力，它的方向與電動(dòng)車組運(yùn)行的方向相反，可由司機(jī)或者自動(dòng)駕駛裝置控制和調(diào)節(jié)。（2）運(yùn)行阻力W。它是由電動(dòng)車組的內(nèi)部或者外部的各種原因自然產(chǎn)生的阻礙電動(dòng)車組運(yùn)行的外力，它的方向與電動(dòng)車組運(yùn)行的方向相反。其大小不受司機(jī)或自動(dòng)駕駛裝置控制。所以電動(dòng)車組制動(dòng)時(shí)的減速力為：F=B+W……………(4-4)4.1.1運(yùn)行阻力及其計(jì)算運(yùn)行阻力分為基本阻力和附加阻力之分。電動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)始終存在的阻力稱為基本阻力，這是因?yàn)檩唽?duì)軸承的摩擦、車輪與鋼軌的摩擦和運(yùn)行時(shí)的空氣阻力等原因。而由于坡道、曲線和隧道等原因產(chǎn)生的，只有在特殊情況下才有的阻力稱為附加阻力。運(yùn)行阻力往往與電動(dòng)車組的自重成正比，所以在制動(dòng)計(jì)算中常常用單位車中的阻力來計(jì)算，稱為單位阻力；相應(yīng)的基本阻力與車自重之比稱為單位基本阻力，用W0表示，單位N/t；附加阻力與車自重之比為單位附加阻力，比如Wi表示單位坡道阻力，Wr表示單位曲線阻力等，它們的單位均為N/t。1）基本阻力計(jì)算由于影響基本阻力的因素很多且極為復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)用中很難用理論公式進(jìn)行計(jì)算，通常按照大量的試驗(yàn)綜合得出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。21、21型客車（）：W0=16.28+0.0736v+0.001521……(4-5)25B、25G型客車（）：W0=17.85+0.0981v+0.001422……(4-6)準(zhǔn)高速單層客車（）W0=15.79+0.0392v+0.001853……(4-7)準(zhǔn)高速雙層客車（）W0=12.16+0.0343v+0.001540……(4-8)日本新干線0系電動(dòng)車組：W0=11.77+0.1521v+0.001436……(4-9)日本新干線100系電動(dòng)車組：W0=12.50+0.0160v+0.001449……(4-10)日本新干線0系電動(dòng)車組：W0=11.54+0.1511v+0.000883……(4-11)法國(guó)TGV電動(dòng)車組（2輛動(dòng)車、8輛拖車）：W0=7.132+0.0785v+0.001450……(4-12)德國(guó)ICE電動(dòng)車組（2輛動(dòng)車、14輛拖車）W0=11.381+0.0520v+0.001177…(4-13)意大利ETR500電動(dòng)車組：W0=5.984+0.1001v+0.001109……(4-14)2）附加阻力計(jì)算①坡道阻力其實(shí)就是電動(dòng)車組在坡道上，因其重力沿坡道方向的分力。當(dāng)電動(dòng)車組上坡時(shí)，坡道阻力與電動(dòng)車組的運(yùn)行方向相反，阻力是正值；反之，坡道阻力是負(fù)值。顯然坡道阻力的大小與坡道的坡度有很大的關(guān)系。坡度指的是坡道的終點(diǎn)對(duì)起點(diǎn)的高度差比上兩點(diǎn)的距離，其值以千分?jǐn)?shù)計(jì)，即：圖2-2坡道阻力……………………(4-15)式中BC——標(biāo)高差，單位為m；AB——坡道長(zhǎng)度，單位為m。若是上坡道，其標(biāo)高差為正值，故其坡度為正值；若為下坡道，其標(biāo)高差為負(fù)值，故其坡度為負(fù)值?！?4-16)式中m——電動(dòng)車組質(zhì)量，單位t；單位坡道阻力（N/t）為………………(4-17)即有電動(dòng)車組的單位坡道阻力在數(shù)值上等于坡度乘以重力加速度。②曲線阻力計(jì)算電動(dòng)車組在進(jìn)入曲線運(yùn)行時(shí)車輪輪緣壓向外軌產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，車輪在軌面產(chǎn)生橫向滑動(dòng)，以及車輛心盤和旁承因轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦等。這樣因摩擦磨損的增加而造成的阻力稱為曲線阻力。曲線阻力與電動(dòng)車組運(yùn)行的速度、曲線的外軌超高及曲線半徑等許多因素有關(guān)，難以用理論的方法推導(dǎo)，往往按大量試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。單位曲線阻力（N/t）是曲線半徑的函數(shù)，其公式如下：…………………(4-18)式中R——曲線半徑，單位m；A——用試驗(yàn)的方法測(cè)出的常數(shù)，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)軌距A=700.當(dāng)然各國(guó)也有差異，大約為450-800。③加算坡道單位阻力計(jì)算當(dāng)坡道與曲線同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，電動(dòng)車組在該區(qū)段的單位附加阻力為單位坡道阻力加上單位曲線阻力。出于方便，常將單位曲線阻力看成相當(dāng)?shù)膯挝黄碌雷枇?，并且與實(shí)際的單位坡道阻力相加，稱為加算坡道單位阻力（N/t）,即…………………(4-19)其中………………(4-20)式中——加算坡道的坡度，。3）電動(dòng)車組運(yùn)行阻力計(jì)算電動(dòng)車組運(yùn)行阻力計(jì)算公式如下：………………(4-21)式中W0——基本阻力，單位N；Wj——附加阻力，單位N；m——電動(dòng)車組質(zhì)量，單位t。電動(dòng)車組單位運(yùn)行阻力（N/t）：4.1.2制動(dòng)力和閘瓦力計(jì)算通過計(jì)算，算出最大閘瓦力F現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的編組以6節(jié)編組為多，叫常見的六節(jié)編組是4動(dòng)2拖，排列形式是動(dòng)-拖-動(dòng)-動(dòng)-拖-動(dòng)，以二動(dòng)一拖為一單元。有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：表3-1地鐵技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)最高運(yùn)行速度120km/h常用的制動(dòng)減速度1.0m/常用的制動(dòng)沖擊率小于緊急制動(dòng)減速度1.2m/每輛拖車自重33t每輛動(dòng)車自重38t載荷設(shè)計(jì)：工況——空載工況——拖車和動(dòng)車均56位坐客，工況——除坐客外，站客，拖車、動(dòng)車站立面積均42工況——超員情況，站客表3-2地鐵工況車況工況T拖車M動(dòng)車全列定員全列重量33.0t0人38.0t0人0人218t36.36t坐56人41.36t坐56人336人238.16t51.48t坐56人站252人56.48t坐56人站252人1848人328.88t59.04t坐56人站378人64.04t坐56人站378人2604人374.24t可知：在工況時(shí)，載重:自重1:10在工況時(shí)，載重:自重1:2在工況時(shí)，載重:自重1:1.4因此在制動(dòng)力的設(shè)計(jì)中，乘客的數(shù)量是必須要計(jì)入的。輕軌地鐵制動(dòng)的設(shè)計(jì)要求比較精確，因此要將車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量考慮進(jìn)去。根據(jù)有關(guān)資料提供，動(dòng)車在此按其空載質(zhì)量的14%考慮，拖車按其空載質(zhì)量的9%考慮。作為初步設(shè)計(jì)，車組所需制動(dòng)力在不同質(zhì)量負(fù)載工況下，每輛動(dòng)車、拖車的制動(dòng)總負(fù)載如下：表3-3每輛動(dòng)車、拖車總負(fù)載車況工況T拖車M動(dòng)車3498043320383404668053460628006102069360在常用制動(dòng)減速度1.0m/的要求下，每輛車所需要的制動(dòng)力：每輛拖車：………………(4-20)每輛動(dòng)車：………………(4-21)在常用制動(dòng)減速度1.2m/的要求下，每輛車所需要的制動(dòng)力：每輛拖車：……….(4-22)每輛動(dòng)車：……….(4-23)每個(gè)車輪所需要承受的制動(dòng)力為每車的1/8,根據(jù)資料，采用840mm的車輪，行車最高速度為120km/h,基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)按單側(cè)踏面制動(dòng)設(shè)計(jì)，如圖：圖3-1單側(cè)踏面知道那個(gè)設(shè)計(jì)，平均摩擦系數(shù)=0.25.在各種載荷下，每個(gè)車輪所需閘瓦力F如表：表3-4閘瓦力車輛制動(dòng)載荷工況常用制動(dòng)緊急制動(dòng)拖車每輪動(dòng)車每輪拖車每輪動(dòng)車每輪174902166020988259921917023340230042800826730314003207637680305103468036612416164.2制動(dòng)距離的計(jì)算制動(dòng)距離是指電動(dòng)車組在司機(jī)將制動(dòng)控制器手柄置于制動(dòng)位的瞬間至電動(dòng)車組停車的時(shí)間內(nèi)所走過的距離。制動(dòng)距離是反應(yīng)制動(dòng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。由于在實(shí)施制動(dòng)時(shí)，動(dòng)車組中各車輛的制動(dòng)力產(chǎn)生的其實(shí)時(shí)間并不是完全同步的，尤其是制動(dòng)力的上升也不可能同步。因此，從動(dòng)車組開始制動(dòng)到制動(dòng)力上升到最大值是一個(gè)過程，不是瞬間完成的。如圖3-2中實(shí)線所示。為了便于計(jì)算，我們常常假定動(dòng)車組各車輛的制動(dòng)力在制動(dòng)開始后的某一瞬間同時(shí)產(chǎn)生并且立即達(dá)到最大值，如圖3-2中虛線所示。這樣動(dòng)車組的制動(dòng)距離分為兩段：第一段是從實(shí)施制動(dòng)開始到時(shí)間，圖3-2動(dòng)車組制動(dòng)力的變化稱為空走過程，稱為空走時(shí)間，動(dòng)車組在空走時(shí)間內(nèi)所運(yùn)行的距離稱為空走距離；第二段從這個(gè)假設(shè)的瞬間開始到動(dòng)車組停車，稱為實(shí)制動(dòng)過程，其經(jīng)歷的時(shí)間稱為實(shí)制動(dòng)時(shí)間，該過程動(dòng)車組在實(shí)制動(dòng)時(shí)間的過程中所運(yùn)行的距離稱為實(shí)制動(dòng)距離。因此，制動(dòng)時(shí)動(dòng)車組的制動(dòng)距離為……………………(4-24)上述制動(dòng)距離計(jì)算是否準(zhǔn)確，關(guān)鍵在于空走時(shí)間的確定，因此空走時(shí)間必須按制動(dòng)距離等效的原則來確定，即實(shí)際的制動(dòng)距離等于空走距離與實(shí)制動(dòng)距離的和。4.2.1空走距離的計(jì)算根據(jù)上述假設(shè)，在空走過程中電動(dòng)車組處于自由狀態(tài)，處于無牽引力的工況，也沒有制動(dòng)力，但有運(yùn)行阻力作用于動(dòng)車組。在運(yùn)行阻力的作用下，電動(dòng)車組的速度人會(huì)發(fā)生變化。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化運(yùn)算，常常假定在空走過程中，電動(dòng)車組的運(yùn)行速度不變，運(yùn)行阻力的影響用修正空走時(shí)間的方法解決?？兆呔嚯x的計(jì)算公式可以簡(jiǎn)化如下：………(4-25)式中——制動(dòng)初速，單位km/h；——空走時(shí)間，單位s?？兆邥r(shí)間由理論很難推導(dǎo)出來，一般通過大量試驗(yàn)，根據(jù)制動(dòng)距離等效的原則歸納出經(jīng)驗(yàn)公式。比如以下經(jīng)驗(yàn)公式（僅供參考）：旅客列車緊急制動(dòng)：……………(4-26)旅客列車常用制動(dòng)：……………(4-27)式中——加算坡道的坡度，r——列車管減壓量，單位kPa；n——編組節(jié)數(shù)。4.2.2實(shí)制動(dòng)距離的計(jì)算在實(shí)制動(dòng)過程中，動(dòng)車組在制動(dòng)力、運(yùn)行阻力的作用下，運(yùn)行速度從降低到零。因此，實(shí)制動(dòng)距離可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：……………(4-28)式中出現(xiàn)了1.06的因子，在制動(dòng)力的計(jì)算中，為了簡(jiǎn)便我們忽略了回轉(zhuǎn)質(zhì)量，但回轉(zhuǎn)質(zhì)量實(shí)際上消耗了一部分的制動(dòng)功率。一般車輛回轉(zhuǎn)折算質(zhì)量約為車輛實(shí)際質(zhì)量的6%，因此，在實(shí)制動(dòng)距離的計(jì)算中，以1.06作為車輛質(zhì)量的修正系數(shù)，即用1.06倍的動(dòng)車組的質(zhì)量代替動(dòng)車組的實(shí)際質(zhì)量。式中：為制動(dòng)力，為基本阻力，為附加阻力。第五章基礎(chǔ)制動(dòng)裝置5.1PC7YF型踏面單元制動(dòng)器原理圖及原理1）緩解過程：當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入彈簧制動(dòng)器閘缸，彈簧制動(dòng)器的活塞向前（向左方向）運(yùn)動(dòng)；此時(shí)安裝在活塞內(nèi)的雙錐形彈簧受壓縮，而安裝在活塞中心線上的螺桿和螺套也因活塞的運(yùn)動(dòng)而向著停車制動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槁萏着c機(jī)殼的距離很小，所以螺套與機(jī)殼很快地相接觸，從而螺套受到阻擋而停止向前。彈簧制動(dòng)器活塞還有很大的運(yùn)動(dòng)距離，活塞繼續(xù)向前，由于中間的螺桿是大螺距非自鎖螺桿，故螺桿可在螺套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而繼續(xù)前進(jìn)，活塞繼續(xù)壓縮錐形彈簧。當(dāng)彈簧壓縮到位時(shí)，活塞停止前進(jìn)。此時(shí)處于制動(dòng)緩解狀態(tài)。2）制動(dòng)工程：當(dāng)彈簧制動(dòng)器閘缸排氣時(shí)，在錐形彈簧的作用下，活塞后退（向缸底運(yùn)動(dòng)），鑲嵌在活塞底部的彈簧盤將帶著螺桿和螺套一同后退，最后使閘瓦在彈簧的彈力作用下緊貼在車輪踏面上。在這個(gè)過程中需要注意一個(gè)問題，為什么這個(gè)非自鎖螺桿沒有發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)？這就要清楚這一部分的結(jié)構(gòu)了，螺桿頭部與彈簧盤之間存有一對(duì)錐形離合器，當(dāng)彈簧盤帶動(dòng)螺桿后退時(shí)，這對(duì)錐形離合器就合上了，使得彈簧盤與螺桿之間不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面，彈簧盤與錐形彈簧是緊連接，故錐形彈簧不動(dòng)轉(zhuǎn)，彈簧盤便不轉(zhuǎn)動(dòng)，圖4-1單元制動(dòng)機(jī)示意圖1-調(diào)整螺母；2-閘瓦；3-制動(dòng)復(fù)位彈簧；4-常用制動(dòng)缸；5-常用制動(dòng)活塞；6-彈簧制動(dòng)器活塞桿；7-彈簧制動(dòng)器；8-彈簧制動(dòng)器彈簧；9-緊急緩解拉環(huán)；10-停車制動(dòng)杠桿；11-制動(dòng)杠桿；12-閘瓦間隙調(diào)制器；13-皮腔；從而螺桿不會(huì)動(dòng)；再看看錐形彈簧的另一端，錐形彈簧的另一端的彈簧盤套在閘缸蓋上的導(dǎo)向管上，是屬于動(dòng)連接，且彈簧盤的外側(cè)都裝有平面推力軸承，因此個(gè)彈簧組件是可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的。但在右端的彈簧盤帶有一圈矩形齒，這時(shí)，安裝在外殼上的定位銷正好是插在矩形齒中，使得彈簧盤不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣整個(gè)彈簧組件都不能轉(zhuǎn)動(dòng)。所以當(dāng)彈簧制動(dòng)器閘缸排氣時(shí)，活塞能帶動(dòng)螺桿后退，從而使杠桿運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)彈簧制動(dòng)。1-調(diào)整螺母；2-閘瓦；3-制動(dòng)復(fù)位彈簧；4-常用制動(dòng)缸；5-常用制動(dòng)活塞；6-彈簧制動(dòng)器活塞桿；7-彈簧制動(dòng)器；8-彈簧制動(dòng)器彈簧；9-緊急緩解拉環(huán)；10-停車制動(dòng)杠桿；11-制動(dòng)杠桿；12-閘瓦間隙調(diào)制器；13-皮腔；3）人工緩解在進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，缸體內(nèi)是處于大氣壓狀態(tài)，整個(gè)車輛是處于停車制動(dòng)狀態(tài)的，若需要移動(dòng)車輛，則必須將停放制動(dòng)釋放才能移動(dòng)車輛，這時(shí)可將插在彈簧盤矩形齒內(nèi)的定位銷用人工方式將其拔出，這樣便可緩解彈簧制動(dòng)。之前不能移動(dòng)車輛，是因?yàn)閺椈山M件不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺桿不能與螺套相對(duì)滑動(dòng)，所以處于制動(dòng)狀態(tài)?，F(xiàn)在將定位銷拔去，使得整個(gè)彈簧組件可以轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)閘瓦在常用制動(dòng)的活塞復(fù)位彈簧和扭簧的作用下，是兩杠桿都有回復(fù)到緩解位的力，然而，停放制動(dòng)的活塞螺桿又無自鎖能力，螺套反而將推動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使得杠桿能推動(dòng)螺套向前運(yùn)動(dòng)，使制動(dòng)得到緩解。5.2間隙調(diào)整器的工作原理在制動(dòng)過程中，閘瓦與車輪踏面摩擦，因此存在磨損，隨著磨損的加大，車輪踏面與閘瓦的距離不斷加大。為了保證達(dá)到設(shè)計(jì)的制動(dòng)功效，則必須使車輪踏面與閘瓦的距離保持一定的距離。間隙調(diào)整器就是起到這個(gè)作用。下圖是間隙調(diào)整器的工作原理圖。圖4-2間隙調(diào)整器工作示意圖1-吊桿；2-扭桿；3-活塞；4-常用制動(dòng)復(fù)位彈簧；5-機(jī)殼；6-調(diào)節(jié)套筒；7-聯(lián)合器套筒；8-非自鎖螺桿；9-聯(lián)合器螺母；10-滾針軸承；11-滾針軸承；12-皮腔；13-行程限位套；14-止擋環(huán)；15-調(diào)節(jié)彈簧；16-推力螺母；17-復(fù)位螺母；18-錐形聯(lián)合器；19：閘瓦托；20-軸銷；21-螺桿頭；22-皮腔支持板未磨損狀態(tài)①制動(dòng)過程：跨在調(diào)節(jié)套筒6上，通過調(diào)節(jié)套筒6兩側(cè)的銷軸帶動(dòng)調(diào)節(jié)套筒6一起向車輪方向運(yùn)動(dòng)（我們?cè)O(shè)這個(gè)方向?yàn)榍斑M(jìn)方向）。在前進(jìn)過程中，在行程限位套筒13兩側(cè)設(shè)有兩銷軸，且此銷軸鑲嵌在調(diào)節(jié)套筒6兩側(cè)的壁長(zhǎng)槽中，兩銷軸首先受到外殼止擋環(huán)14的阻擋，因此行程限位套筒13停止向前；而調(diào)整器的其他部件未受阻擋而繼續(xù)前進(jìn)，此時(shí)，行程限位套筒前端與推力螺母16相嚙合的一副傘形離合器分開而其前端與套筒接觸，聯(lián)合器螺母9與聯(lián)合器套筒7仍處于接觸狀態(tài)，這此，若閘瓦與車輪的間隙處于正常情況下，則閘瓦與車輪踏面緊貼。其制動(dòng)力傳遞路線如下：杠桿撥叉→調(diào)節(jié)套筒→預(yù)緊力彈簧→聯(lián)合器套筒→聯(lián)合器螺母→螺桿→閘瓦托→閘瓦當(dāng)制動(dòng)缸繼續(xù)增大壓力且達(dá)到其要求的壓力時(shí)，調(diào)節(jié)套筒繼續(xù)前進(jìn)，推力螺母前端面與調(diào)節(jié)套筒分離，推力螺母與調(diào)節(jié)套筒的錐形聯(lián)合器合上，制動(dòng)杠桿直接通過調(diào)節(jié)套筒和推力螺母將力傳給螺桿，直到閘瓦與踏面之間的壓力達(dá)到要求。其制動(dòng)力傳遞路線如下：杠桿撥叉→調(diào)節(jié)套筒→推力螺母→螺桿→閘瓦托→閘瓦②緩解過程：當(dāng)制動(dòng)緩解時(shí)，在常用制動(dòng)缸活塞彈簧與吊桿扭簧的作用下，活塞復(fù)位使制動(dòng)杠桿又帶著間隙調(diào)整器的調(diào)節(jié)套筒向后運(yùn)動(dòng)，此時(shí)推力螺母與調(diào)節(jié)套筒的錐形聯(lián)合器分離，各部件的運(yùn)動(dòng)與制動(dòng)是一個(gè)逆過程，直到恢復(fù)到制動(dòng)前的狀態(tài)，緩解完成。磨損狀態(tài)①制動(dòng)過程：前部分的運(yùn)動(dòng)與未磨損狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)相同，只是因閘瓦的磨損，此時(shí)閘瓦與車輪踏面仍有間隙，調(diào)節(jié)套筒還要繼續(xù)前進(jìn)，直至閘瓦與車輪踏面密貼并達(dá)到要求的壓力。此時(shí)聯(lián)合器套筒前端與限位套筒后端相碰而使聯(lián)合器套筒受阻停止前進(jìn)，螺桿在套筒、推力螺母的作用下繼續(xù)前進(jìn)，調(diào)整螺母隨著螺桿前進(jìn)并與聯(lián)合器套筒的錐形離合器分開，但受到聯(lián)合器套筒前端的帶有滾針軸承的止擋環(huán)的阻擋而不能繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)螺桿繼續(xù)向前時(shí)，直到閘瓦與車輪踏面緊貼，并達(dá)到要求的壓力，完成制動(dòng)。這個(gè)過程使得調(diào)整螺母勢(shì)必會(huì)與螺桿發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，這是因?yàn)槁菽概c螺桿是非自鎖傳動(dòng)，這就使得調(diào)整螺母在螺桿上的相對(duì)位置后移了，便使調(diào)整螺母與推力螺母之間的距離變大了。②緩解過程：這個(gè)過程與未磨損時(shí)的過程一樣，只不過在緩解過程中，因螺桿相對(duì)于調(diào)整螺母移動(dòng)了一段距離，故當(dāng)推力螺母與調(diào)節(jié)套筒的錐形聯(lián)合器分離時(shí)，推力螺母的傘形聯(lián)合器沒有合上，推力螺母可以繞螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。在調(diào)節(jié)彈簧的作用下，推力螺母發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使推力螺母相對(duì)于螺桿后移，直到推力螺母的傘形聯(lián)合器合上，推力螺母才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，推力螺母與調(diào)整螺母的距離又保持原來的大小。這兩個(gè)螺母在螺桿上的位置都后移了，后移的距離就是閘瓦磨損的厚度。此時(shí)的狀態(tài)是，在調(diào)節(jié)彈簧的作用下推力螺母的傘形聯(lián)合器合上，在調(diào)整套筒的預(yù)緊彈簧作用下，聯(lián)合器套筒與調(diào)整螺母的錐形離合器也合上，調(diào)整螺母與推力螺母都不能轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，螺桿相對(duì)整個(gè)間隙調(diào)整器伸出了一段距離，大小等于閘瓦所磨損的厚度，這樣便完成了一次補(bǔ)償過程。5.3建立踏面單元制動(dòng)器虛擬樣機(jī)的模型虛擬樣機(jī)是數(shù)字化產(chǎn)品模型在外觀，功能和行為上以模擬真實(shí)的產(chǎn)品，它集成了相關(guān)工程領(lǐng)域的發(fā)展模式，利用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)的測(cè)試，分析和評(píng)估產(chǎn)品的性能，模擬產(chǎn)品的制造、維修和回收利用的整個(gè)生命周期的相關(guān)技術(shù)，在設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)的變化中以選擇最優(yōu)方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。利用UG構(gòu)建了單元制動(dòng)機(jī)各零部件的三維模型,并完成虛擬裝配。完成其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及完善。（1）間隙調(diào)制器間隙調(diào)制器在單元制動(dòng)機(jī)的動(dòng)作中占有很大的作用，主要起到的作用是補(bǔ)償閘瓦的磨損。在設(shè)計(jì)的過程中，各個(gè)零件的制造精度高，表面質(zhì)量也要達(dá)到要求的精度，這樣才能保證各個(gè)零件能順利起到各自的作用。各個(gè)零件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)小，比如聯(lián)合器螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍在1mm內(nèi)。裝配圖及UG爆炸圖如圖所示：圖4-3間隙調(diào)制器裝配圖1-非自鎖螺桿；2-調(diào)節(jié)套筒后蓋；3-調(diào)節(jié)套筒前蓋；4-推力螺母；5-半圓頭螺釘M3；6-調(diào)節(jié)彈簧；7-行程限位套；8-調(diào)節(jié)彈簧擋板；9-滾針軸承BK0408；10-調(diào)節(jié)螺母；11-聯(lián)合器彈簧；12-聯(lián)合器套筒；13-半圓頭螺釘M2圖4-4間隙調(diào)制器爆炸圖（2）閘瓦及閘瓦托閘瓦是壓緊車輪踏面的制動(dòng)塊，是直接與踏面進(jìn)行接觸摩擦的。閘瓦應(yīng)有以下特點(diǎn)：摩擦系數(shù)高，受速度的影響小，對(duì)車輪踏面的傷害小，耐磨性能好，重量輕。閘瓦托，用于支撐閘瓦，其結(jié)構(gòu)應(yīng)使得重量輕，并且有一定的強(qiáng)度，剛性好，受力良好等特點(diǎn)，固定閘瓦穩(wěn)定可靠。圖4-5閘瓦圖4-6閘瓦托（3）杠桿PC7FY型單元制動(dòng)機(jī)具有停車制動(dòng)的功能，故運(yùn)用到兩個(gè)杠桿，用于傳力與增力。具有足夠的強(qiáng)度，且結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到增力。兩杠桿的設(shè)計(jì)都存在一定問題，需要解決。杠桿的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證杠桿在制動(dòng)過程中不會(huì)橫向彎曲，騎跨在間隙調(diào)制器上的杠桿結(jié)構(gòu)較另一杠桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其橫跨距離大，不易傳力。圖4-7上杠桿圖4-8下杠桿（4）錐形彈簧組件螺桿與左彈簧盤形成一對(duì)錐形離合器，使得螺桿在與左彈簧盤壓緊時(shí)，兩者不會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而能使停車制動(dòng)有效。錐形彈簧與左右彈簧盤緊聯(lián)接，三者不可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只能一個(gè)整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，左右彈簧盤分別聯(lián)有推力球軸承，推力球軸承的作用是使錐形彈簧組件旋轉(zhuǎn)更容易，右彈簧盤設(shè)計(jì)成矩形齒，由緊急拉環(huán)卡住，使整個(gè)錐形彈簧組件不能旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)要停車緩解時(shí)，則把緊急拉環(huán)拉開，錐形彈簧組件在彈簧彈力的作用下，可旋轉(zhuǎn)，則螺桿不能通過導(dǎo)向桿傳遞力，故無制動(dòng)力。如圖：圖4-9錐形彈簧組件（5）單元制動(dòng)機(jī)虛擬裝配圖4-10單元制動(dòng)機(jī)裝配圖5.4踏面單元制動(dòng)器的維修出于單元制動(dòng)機(jī)直接關(guān)系到列車運(yùn)行的安全，所以對(duì)制動(dòng)機(jī)的維修要求是比較高的。（1）清洗作業(yè)1）可以用化學(xué)清洗劑對(duì)制動(dòng)機(jī)的金屬部件進(jìn)行清洗，使用的清洗劑應(yīng)該在不同的溫度下都能保持較好的清洗和除油性能。最好在70-80清洗，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)清洗的效果比較好，清洗完成后，必須立即用壓縮空氣吹干。2）橡膠件和塑料件必須全部更換。3）在保持外表面干燥的前提下，用鋼絲刷除去外表面上的銹跡和附著物。（2）檢查與修理在把所有部件清洗完成后，首先進(jìn)行的是目測(cè)檢查。及時(shí)更換損壞的零件，比如裂紋、嚴(yán)重腐蝕或者螺紋變形等等。其中必須要更換的部件如下：墊片、六角螺母、軟管夾、簧環(huán)、O型圈、皮腔、環(huán)、彈簧墊片、干燥軸襯、止動(dòng)螺栓、軸襯、密封環(huán)、外包裝、擋圈、滑塊、過濾器、軸襯、彈簧