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城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)緒論 1 第一節(jié)列車制動的幾個基本概念制動 人為的制止物體的運動 包括使其減速 阻止其運動或加速運動 緩解 對已經(jīng)實行制動的物體 解除或減弱其制動作用 列車制動裝置 為了使列車能夠施行制動或緩解而安裝于列車上的一整套設備 2 制動機是產(chǎn)生制動原動力并進行操縱和控制的部分 基礎制動裝置是指傳送制動原動力并產(chǎn)生制動力的部分 機車制動裝置能夠操縱機車本身和全列車的制動作用 車輛制動裝置只能控制車輛本身的制動作用 3 制動力 由制動裝置產(chǎn)生的與列車運行方向相反的外力 常用制動 正常情況下為調速或進站停車所施行的制動 特點是作用緩和 制動力可調 只用到列車制動能力的20 80 一般只用50 緊急制動 緊急情況下 為了盡快停車而施行的制動 也稱非常制動 作用迅猛 用盡所有的制動能力 4 制動距離 從司機施行制動的瞬間起 到列車速度降為零的瞬間止 列車所駛過的距離 是一個綜合反映列車制動裝置的性能和實際制動效果的主要技術指標 計算制動距離 各個國家根據(jù)自己的鐵路情況制定的緊急制動的最大允許值 我國 技規(guī) 規(guī)定 列車在任何線路坡道上的緊急制動距離為800m 5 二 列車制動的分類 一 按列車制動方式不同分類從能量的觀點看 制動 的實質就是將列車動能轉變?yōu)閯e的能量或轉移走 從作用力的觀點看 制動 就是讓制動裝置產(chǎn)生與列車運行方向相反的外力 使列車速度控制在允許范圍內(nèi) 6 為達到上述目的 鐵路機車車輛上采用了不同的制動方式 主要有閘瓦制動 盤形制動 磁軌制動 軌道渦流制動 旋轉渦流制功 電阻制動 再生制動 液力制動 逆汽制動等 7 1 閘瓦制動 踏面制動 它是自有鐵路以來使用最廣泛的制動方式 用鑄鐵或其他摩擦材料制成的瓦狀制動塊 閘瓦 緊壓滾動著的車輪踏面 通過閘瓦與車輪踏面的機械摩擦 將列車動能轉化為熱消散于大氣并產(chǎn)生制動力 8 2 盤形制章 摩擦式圓盤制動 它是在車軸上或在車輪輻板側面安裝制動盤 一般為鑄鐵圓盤 用制動夾鉗使以合成材料制成的兩個閘片緊壓制動盤側面 通過摩擦產(chǎn)生制動力 把列車動能轉化為熱能 消散于大氣從而實現(xiàn)制動 9 10 11 3 磁軌制動 又稱摩擦式軌道電磁制動 在轉向架側架下面同側的兩個車輪之間 各安置一個制動用的電磁鐵 又稱電磁靴 制動時將它放下并利用電磁吸力緊壓鋼軌 通過電磁鐵上磨耗板與鋼軌間的滑動摩擦產(chǎn)生制動力 把列車動能轉化為熱能 消散于大氣 12 4 軌道渦流制動 又稱線性渦流制動或渦流式軌道磁制動 也是把電磁鐵懸掛在轉向架側架下面同側的兩個車輪之間 不同的是 制動時電磁鐵不放在鋼軌上 利用電磁鐵與鋼軌相對運動使鋼軌感應出渦流 產(chǎn)生電磁吸力作為制動力 把列車動能轉化為熱能 消散于大氣 13 14 5 旋轉渦流制動 又稱渦流式圓盤制動 在牽引電動機軸上裝金屬盤 制動時金屬盤在電磁鐵形成的磁場中旋轉 盤的表面被感應出渦流 產(chǎn)生電磁吸力并發(fā)熱消散于大氣 從而起制動作用 圓盤雖然沒有裝在輪對上 但同樣要通過輪軌粘著才能產(chǎn)生動力 也要受粘著限制 而且 消耗的電能也很多 15 6 電阻制動廣泛用于電力機車 電動車組和電傳動內(nèi)燃機車 在制時將原來驅動輪對的自激牽引電動機改變?yōu)樗さ陌l(fā)電機發(fā)電 并將電流通往專門設置的電阻器 采用強迫通風 使電阻器發(fā)生的熱量消于大氣 從而產(chǎn)生制動作用 16 7 再生制動也是將牽引電動機變?yōu)榘l(fā)電機 不同的是 它將電能反饋回電網(wǎng)使用 在經(jīng)濟上是合算的 但技術上比較復雜 而且它只能用于電網(wǎng)供電的電力機車和電動車組 17 8 液力制動應用于液力傳動內(nèi)燃機車上 在液力傳動裝置內(nèi)裝液力制動器 液力耦合器 制動時向它充入液體 車輪帶動它旋轉時液體與液體之間 液體與耦合器之間摩擦生熱 再經(jīng)由散熱器消散于大氣 從而產(chǎn)生制動作用 18 9 逆汽制動 反汽制動 它是蒸汽機車特有的 俗稱 打倒汽 它是在機車前進中突然把遮斷手把 斷汽手把 從 前進位 拉到 逆行位 將蒸汽發(fā)動機變?yōu)檎羝麎嚎s機 從而產(chǎn)生制動作用 逆汽制動容易頂彎機車搖桿 還會把煙箱燃氣 煤渣 灰渣等吸入汽缸 損壞汽缸壁 所以一般情況下禁止使用 只是在主要制動方式失靈而且十分危險時才可以使用逆汽制動 事后還必須及時報告 申明使用理由并對機車進行認真的檢查和維修 19 二 按制動原動力和控制方式的不同分類按制動原動力和操縱控制方式的不同 鐵路機車車輛制動機可分為 手制動機 空氣制動機 電空制動機 電磁制動機和真空制動機 20 1 手制動機手制動機是以人力制動原動力 以手輪的轉動方向和手力大小來操縱控制 構造簡單 費用低廉 是鐵路歷史上使用最久遠 生命力最頑強的制動機 鐵路發(fā)展初期 機車車輛上只有這種制動機 每車或幾個車配備一名制動員 按司機笛聲號令協(xié)同操縱 由于制動力弱 動作緩慢 不便于司機直接操縱 所以很快就被非人力制動機取而代之 手制動機成輔助的備用制動機 21 2 空氣制動機空氣制動機是壓力空氣作為制動原動力 以改變壓力空氣的壓強來操縱控制 制動力大 操縱控制就靈敏便利 中國鐵路習慣把壓力空氣簡稱為 風 把空氣制動簡稱為 風閘 空氣制動機又分直通式和自動式兩大類 直通式空氣制動機已不再采用 22 自動空氣制動機 參看圖4 與直通式相比 自動空氣制動機在每輛車上多一個三通閥 一個副風缸 三通 者 一通列車管 二通副風缸 三通制動缸 23 當制動閥手柄置于緩解位 時 總風缸的風經(jīng)制動閥進到列車管 充風增壓 并進入三通閥 將其中的 主 活塞推至右極端 緩解位 并經(jīng)三通閥活塞套上部的 充氣溝 進入副風缸 此時 制動缸經(jīng)三通閥 緩解槽和排氣孔 通大氣 如制動缸原來在制動狀態(tài)則可得到緩解 當制動閥手柄置于制動位 時 列車管經(jīng)制動閥通大氣 排風減壓 副風缸的風壓將三通閥 主 活塞推向左極端 制動位 從而打開了三通閥上通往制缸的孔路 使副風缸的風可通往制動缸 產(chǎn)生制動作用 當制動閥手柄置于保壓位 時 列車管既不通總風缸也不通大氣 列車管空氣強保持不變 此時 副風缸仍繼續(xù)向制動缸供風 副風缸空氣壓強仍在下降 24 當副風缸的空氣壓強降至列車管空氣壓強略低時 列車管風壓會將三通閥 主 活塞向右反推至中間位置 中立位或保壓位 剛好使三通閥通制動缸的孔被關閉 遮斷 副風缸停止向制動缸供風 副風缸空氣壓強不再下降 處于保壓狀態(tài) 制動缸空氣壓強不再上升 也處于保壓狀態(tài) 如在制動缸升壓過程中將手柄反復置于制動位和保壓位 則制動缸空氣壓強變可分階段上升 即實現(xiàn)階段制動 25 但是 如果在制動缸降壓過程中將制動閥手柄由緩解位移至保壓位 則列車管和副風缸雖能停止充風增壓 三通閥 主 活塞都仍停留在右極端 緩解位 制動缸的風仍繼續(xù)排向大氣 直至完全緩解 制動閥手柄反復在緩解位和保壓位之間移動 只能使列車管和副風缸的風壓呈階段式上升 都不能使制動缸實現(xiàn)階段緩解 即只能實現(xiàn) 一次徹底緩解 又稱 輕易緩解 26 由此可見 自動式空氣制動機的特點是列車管排氣 減壓 時制動缸充氣 增壓 發(fā)生緩解 優(yōu)點是 當列車發(fā)生分離事故 制動軟管被拉斷時 列車管風將急劇下降 三通閥 主 活塞將自動而迅速地左移到制動位 由于各車都有副風缸分別向制動缸供風 制動缸動作較快 故列而且列車前后部開始制動作用的時間表差小 即制動和緩解的一致性較好 適用于編組較長的列車 因此在世界各國 包括中國 鐵路上得到最廣級最持久的應用 27 3 電空制動機它是電控空氣制動的簡稱 是在空氣制動機的基礎上加裝電磁閥等電氣控制部件而形成的 參看圖5 它的特點是制動作用的操縱控制用 電控 但制動作用原動力還是壓力空氣 而且 在制動機的電控因故失靈時 它仍可實行 氣控 空氣壓強控制 臨時變成空氣制動機 28 29 施行電空制動時貫通全列車的制動導線使各車的制動電磁閥6的排氣口同時打開 將列車管1的壓力空氣排往大氣 產(chǎn)生制動作用 施行緩解時貫通全列車的緩解導線使各車的緩解電磁閥8的通路同時打開 各車的加速緩解風缸5同時向列車管1充風 加速緩解風缸的風是在初充氣或上次緩解時列車管1經(jīng)過三通閥2向副風缸3充風的同時經(jīng)過止回閥9充至定壓的 由于止回閥的作用 制動時加速緩解風缸的風沒有使用 30 在列車施行階段緩解時 緩解電磁閥8的通路被關閉 列車管空氣壓保捧不變時 保壓電磁閥7將三通閥排氣通路切斷 所以三通閥 主 活塞雖然仍停留在充氣緩解位 制動缸經(jīng)三通閥與排氣口相通 但此時不通大氣 制動缸空氣壓強能保持不變 即可以實現(xiàn)階段緩解 在列車速度很高或編組長 空氣制動機難以滿足要求時 采用電空制動機可以大大改善列車前后部制動和緩解作用的一致性 顯著減輕列車縱向沖擊 并縮短制動距離 31 世界上許多高速列車 200km h 以上都采用了電空制動機 中國廣深線準高速 160km h 旅客列車和某些干線的提速客車也采用了電空制動機 32 5 電 磁 制動機它的操縱控制和原動力都用電 例如軌道渦流制動和旋轉渦流制動這兩種制動方式 其制動機就都屬于電 磁 制動 機 的范疇 33 6 真空制動機它的特點是以大氣 與真空的壓差 為原動力 以改變 真空度 來操縱控制 參看圖6 機車上裝有直空泵 抽氣機 1 真空 制動閥2 真空制動主管3貫通全列車 又稱 真空列車管 每車都裝有1 2個真空制動缸4 缸的左側有支管與主管相連通 缸內(nèi)有制動缸活塞5 活塞左側裝有球形止回閥6 34 當制動閥手柄置于緩解位時 真空泵與列車管連通 列車管和制動缸內(nèi)的空氣都被抽走 列車管和制動缸內(nèi)上下兩方都保持高度真空 約510mmHg 相當于絕對壓強33kPa 活寒因自重落下 圖中右半部的狀態(tài) 活塞桿向外 圖中為向下 伸出 此為機車車輛緩解狀態(tài) 35 當制動閥手柄置于緩解位時 真空泵與列車管連通 列車管和制動缸內(nèi)的空氣都被抽走 列車管和制動缸內(nèi)上下兩方都保持高度真空 約510mmHg 相當于絕對壓強33kPa 活寒因自重落下 圖中右半部的狀態(tài) 活塞桿向外 圖中為向下 伸出 此為機車車輛緩解狀態(tài) 36 真空制動機在許多發(fā)展中國家鐵路上至今仍是主要制動機 例如亞洲的巴基斯坦 孟加拉國 斯里蘭卡 泰國 非洲的贊比亞等 中國援建的坦贊鐵路所用貨車上也裝有兩個真空制動缸的真空制動機 中國提供給坦贊鐵路的DFH1和DFH2型液力傳動采用了由中國設計制造的JZ 6型真空空氣兩用的制動機 37 真空制動機在非人力制動機中構造較簡單 價格較便宜 維修也較方便 它既能階段制動 也能階段緩解 而且可保證牽引重量為1000t的貨物列車制初速為80km h的緊急制動距離不超過80km h的緊急制動距離不超過800m 但是 由于大氣壓強本身有限 絕對真空 又很難運到 而且 需要較大的制動缸和較粗的列車管 所以 有些采用真空制動的鐵路 隨著牽引重量和運行速度的提高 已經(jīng)正在向空氣制動過渡 38 39 40 41 42 43 44