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城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)緒論 1 第一節(jié)列車制動(dòng)的幾個(gè)基本概念制動(dòng) 人為的制止物體的運(yùn)動(dòng) 包括使其減速 阻止其運(yùn)動(dòng)或加速運(yùn)動(dòng) 緩解 對(duì)已經(jīng)實(shí)行制動(dòng)的物體 解除或減弱其制動(dòng)作用 列車制動(dòng)裝置 為了使列車能夠施行制動(dòng)或緩解而安裝于列車上的一整套設(shè)備 2 制動(dòng)機(jī)是產(chǎn)生制動(dòng)原動(dòng)力并進(jìn)行操縱和控制的部分 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是指?jìng)魉椭苿?dòng)原動(dòng)力并產(chǎn)生制動(dòng)力的部分 機(jī)車制動(dòng)裝置能夠操縱機(jī)車本身和全列車的制動(dòng)作用 車輛制動(dòng)裝置只能控制車輛本身的制動(dòng)作用 3 制動(dòng)力 由制動(dòng)裝置產(chǎn)生的與列車運(yùn)行方向相反的外力 常用制動(dòng) 正常情況下為調(diào)速或進(jìn)站停車所施行的制動(dòng) 特點(diǎn)是作用緩和 制動(dòng)力可調(diào) 只用到列車制動(dòng)能力的20 80 一般只用50 緊急制動(dòng) 緊急情況下 為了盡快停車而施行的制動(dòng) 也稱非常制動(dòng) 作用迅猛 用盡所有的制動(dòng)能力 4 制動(dòng)距離 從司機(jī)施行制動(dòng)的瞬間起 到列車速度降為零的瞬間止 列車所駛過(guò)的距離 是一個(gè)綜合反映列車制動(dòng)裝置的性能和實(shí)際制動(dòng)效果的主要技術(shù)指標(biāo) 計(jì)算制動(dòng)距離 各個(gè)國(guó)家根據(jù)自己的鐵路情況制定的緊急制動(dòng)的最大允許值 我國(guó) 技規(guī) 規(guī)定 列車在任何線路坡道上的緊急制動(dòng)距離為800m 5 二 列車制動(dòng)的分類 一 按列車制動(dòng)方式不同分類從能量的觀點(diǎn)看 制動(dòng) 的實(shí)質(zhì)就是將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯e的能量或轉(zhuǎn)移走 從作用力的觀點(diǎn)看 制動(dòng) 就是讓制動(dòng)裝置產(chǎn)生與列車運(yùn)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(dá)到上述目的 鐵路機(jī)車車輛上采用了不同的制動(dòng)方式 主要有閘瓦制動(dòng) 盤形制動(dòng) 磁軌制動(dòng) 軌道渦流制動(dòng) 旋轉(zhuǎn)渦流制功 電阻制動(dòng) 再生制動(dòng) 液力制動(dòng) 逆汽制動(dòng)等 7 1 閘瓦制動(dòng) 踏面制動(dòng) 它是自有鐵路以來(lái)使用最廣泛的制動(dòng)方式 用鑄鐵或其他摩擦材料制成的瓦狀制動(dòng)塊 閘瓦 緊壓滾動(dòng)著的車輪踏面 通過(guò)閘瓦與車輪踏面的機(jī)械摩擦 將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱消散于大氣并產(chǎn)生制動(dòng)力 8 2 盤形制章 摩擦式圓盤制動(dòng) 它是在車軸上或在車輪輻板側(cè)面安裝制動(dòng)盤 一般為鑄鐵圓盤 用制動(dòng)夾鉗使以合成材料制成的兩個(gè)閘片緊壓制動(dòng)盤側(cè)面 通過(guò)摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力 把列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能 消散于大氣從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 9 10 11 3 磁軌制動(dòng) 又稱摩擦式軌道電磁制動(dòng) 在轉(zhuǎn)向架側(cè)架下面同側(cè)的兩個(gè)車輪之間 各安置一個(gè)制動(dòng)用的電磁鐵 又稱電磁靴 制動(dòng)時(shí)將它放下并利用電磁吸力緊壓鋼軌 通過(guò)電磁鐵上磨耗板與鋼軌間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力 把列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能 消散于大氣 12 4 軌道渦流制動(dòng) 又稱線性渦流制動(dòng)或渦流式軌道磁制動(dòng) 也是把電磁鐵懸掛在轉(zhuǎn)向架側(cè)架下面同側(cè)的兩個(gè)車輪之間 不同的是 制動(dòng)時(shí)電磁鐵不放在鋼軌上 利用電磁鐵與鋼軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)使鋼軌感應(yīng)出渦流 產(chǎn)生電磁吸力作為制動(dòng)力 把列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能 消散于大氣 13 14 5 旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng) 又稱渦流式圓盤制動(dòng) 在牽引電動(dòng)機(jī)軸上裝金屬盤 制動(dòng)時(shí)金屬盤在電磁鐵形成的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn) 盤的表面被感應(yīng)出渦流 產(chǎn)生電磁吸力并發(fā)熱消散于大氣 從而起制動(dòng)作用 圓盤雖然沒(méi)有裝在輪對(duì)上 但同樣要通過(guò)輪軌粘著才能產(chǎn)生動(dòng)力 也要受粘著限制 而且 消耗的電能也很多 15 6 電阻制動(dòng)廣泛用于電力機(jī)車 電動(dòng)車組和電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車 在制時(shí)將原來(lái)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)的自激牽引電動(dòng)機(jī)改變?yōu)樗さ陌l(fā)電機(jī)發(fā)電 并將電流通往專門設(shè)置的電阻器 采用強(qiáng)迫通風(fēng) 使電阻器發(fā)生的熱量消于大氣 從而產(chǎn)生制動(dòng)作用 16 7 再生制動(dòng)也是將牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī) 不同的是 它將電能反饋回電網(wǎng)使用 在經(jīng)濟(jì)上是合算的 但技術(shù)上比較復(fù)雜 而且它只能用于電網(wǎng)供電的電力機(jī)車和電動(dòng)車組 17 8 液力制動(dòng)應(yīng)用于液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車上 在液力傳動(dòng)裝置內(nèi)裝液力制動(dòng)器 液力耦合器 制動(dòng)時(shí)向它充入液體 車輪帶動(dòng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)作用 18 9 逆汽制動(dòng) 反汽制動(dòng) 它是蒸汽機(jī)車特有的 俗稱 打倒汽 它是在機(jī)車前進(jìn)中突然把遮斷手把 斷汽手把 從 前進(jìn)位 拉到 逆行位 將蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)檎羝麎嚎s機(jī) 從而產(chǎn)生制動(dòng)作用 逆汽制動(dòng)容易頂彎?rùn)C(jī)車搖桿 還會(huì)把煙箱燃?xì)?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(dòng)方式失靈而且十分危險(xiǎn)時(shí)才可以使用逆汽制動(dòng) 事后還必須及時(shí)報(bào)告 申明使用理由并對(duì)機(jī)車進(jìn)行認(rèn)真的檢查和維修 19 二 按制動(dòng)原動(dòng)力和控制方式的不同分類按制動(dòng)原動(dòng)力和操縱控制方式的不同 鐵路機(jī)車車輛制動(dòng)機(jī)可分為 手制動(dòng)機(jī) 空氣制動(dòng)機(jī) 電空制動(dòng)機(jī) 電磁制動(dòng)機(jī)和真空制動(dòng)機(jī) 20 1 手制動(dòng)機(jī)手制動(dòng)機(jī)是以人力制動(dòng)原動(dòng)力 以手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和手力大小來(lái)操縱控制 構(gòu)造簡(jiǎn)單 費(fèi)用低廉 是鐵路歷史上使用最久遠(yuǎn) 生命力最頑強(qiáng)的制動(dòng)機(jī) 鐵路發(fā)展初期 機(jī)車車輛上只有這種制動(dòng)機(jī) 每車或幾個(gè)車配備一名制動(dòng)員 按司機(jī)笛聲號(hào)令協(xié)同操縱 由于制動(dòng)力弱 動(dòng)作緩慢 不便于司機(jī)直接操縱 所以很快就被非人力制動(dòng)機(jī)取而代之 手制動(dòng)機(jī)成輔助的備用制動(dòng)機(jī) 21 2 空氣制動(dòng)機(jī)空氣制動(dòng)機(jī)是壓力空氣作為制動(dòng)原動(dòng)力 以改變壓力空氣的壓強(qiáng)來(lái)操縱控制 制動(dòng)力大 操縱控制就靈敏便利 中國(guó)鐵路習(xí)慣把壓力空氣簡(jiǎn)稱為 風(fēng) 把空氣制動(dòng)簡(jiǎn)稱為 風(fēng)閘 空氣制動(dòng)機(jī)又分直通式和自動(dòng)式兩大類 直通式空氣制動(dòng)機(jī)已不再采用 22 自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī) 參看圖4 與直通式相比 自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)在每輛車上多一個(gè)三通閥 一個(gè)副風(fēng)缸 三通 者 一通列車管 二通副風(fēng)缸 三通制動(dòng)缸 23 當(dāng)制動(dòng)閥手柄置于緩解位 時(shí) 總風(fēng)缸的風(fēng)經(jīng)制動(dòng)閥進(jìn)到列車管 充風(fēng)增壓 并進(jìn)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(jìn)入副風(fēng)缸 此時(shí) 制動(dòng)缸經(jīng)三通閥 緩解槽和排氣孔 通大氣 如制動(dòng)缸原來(lái)在制動(dòng)狀態(tài)則可得到緩解 當(dāng)制動(dòng)閥手柄置于制動(dòng)位 時(shí) 列車管經(jīng)制動(dòng)閥通大氣 排風(fēng)減壓 副風(fēng)缸的風(fēng)壓將三通閥 主 活塞推向左極端 制動(dòng)位 從而打開(kāi)了三通閥上通往制缸的孔路 使副風(fēng)缸的風(fēng)可通往制動(dòng)缸 產(chǎn)生制動(dòng)作用 當(dāng)制動(dòng)閥手柄置于保壓位 時(shí) 列車管既不通總風(fēng)缸也不通大氣 列車管空氣強(qiáng)保持不變 此時(shí) 副風(fēng)缸仍繼續(xù)向制動(dòng)缸供風(fēng) 副風(fēng)缸空氣壓強(qiáng)仍在下降 24 當(dāng)副風(fēng)缸的空氣壓強(qiáng)降至列車管空氣壓強(qiáng)略低時(shí) 列車管風(fēng)壓會(huì)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(dòng)缸的孔被關(guān)閉 遮斷 副風(fēng)缸停止向制動(dòng)缸供風(fēng) 副風(fēng)缸空氣壓強(qiáng)不再下降 處于保壓狀態(tài) 制動(dòng)缸空氣壓強(qiáng)不再上升 也處于保壓狀態(tài) 如在制動(dòng)缸升壓過(guò)程中將手柄反復(fù)置于制動(dòng)位和保壓位 則制動(dòng)缸空氣壓強(qiáng)變可分階段上升 即實(shí)現(xiàn)階段制動(dòng) 25 但是 如果在制動(dòng)缸降壓過(guò)程中將制動(dòng)閥手柄由緩解位移至保壓位 則列車管和副風(fēng)缸雖能停止充風(fēng)增壓 三通閥 主 活塞都仍停留在右極端 緩解位 制動(dòng)缸的風(fēng)仍繼續(xù)排向大氣 直至完全緩解 制動(dòng)閥手柄反復(fù)在緩解位和保壓位之間移動(dòng) 只能使列車管和副風(fēng)缸的風(fēng)壓呈階段式上升 都不能使制動(dòng)缸實(shí)現(xiàn)階段緩解 即只能實(shí)現(xiàn) 一次徹底緩解 又稱 輕易緩解 26 由此可見(jiàn) 自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是列車管排氣 減壓 時(shí)制動(dòng)缸充氣 增壓 發(fā)生緩解 優(yōu)點(diǎn)是 當(dāng)列車發(fā)生分離事故 制動(dòng)軟管被拉斷時(shí) 列車管風(fēng)將急劇下降 三通閥 主 活塞將自動(dòng)而迅速地左移到制動(dòng)位 由于各車都有副風(fēng)缸分別向制動(dòng)缸供風(fēng) 制動(dòng)缸動(dòng)作較快 故列而且列車前后部開(kāi)始制動(dòng)作用的時(shí)間表差小 即制動(dòng)和緩解的一致性較好 適用于編組較長(zhǎng)的列車 因此在世界各國(guó) 包括中國(guó) 鐵路上得到最廣級(jí)最持久的應(yīng)用 27 3 電空制動(dòng)機(jī)它是電控空氣制動(dòng)的簡(jiǎn)稱 是在空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)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(diǎn)是制動(dòng)作用的操縱控制用 電控 但制動(dòng)作用原動(dòng)力還是壓力空氣 而且 在制動(dòng)機(jī)的電控因故失靈時(shí) 它仍可實(shí)行 氣控 空氣壓強(qiáng)控制 臨時(shí)變成空氣制動(dòng)機(jī) 28 29 施行電空制動(dòng)時(shí)貫通全列車的制動(dòng)導(dǎo)線使各車的制動(dòng)電磁閥6的排氣口同時(shí)打開(kāi) 將列車管1的壓力空氣排往大氣 產(chǎn)生制動(dòng)作用 施行緩解時(shí)貫通全列車的緩解導(dǎo)線使各車的緩解電磁閥8的通路同時(shí)打開(kāi) 各車的加速緩解風(fēng)缸5同時(shí)向列車管1充風(fēng) 加速緩解風(fēng)缸的風(fēng)是在初充氣或上次緩解時(shí)列車管1經(jīng)過(guò)三通閥2向副風(fēng)缸3充風(fēng)的同時(shí)經(jīng)過(guò)止回閥9充至定壓的 由于止回閥的作用 制動(dòng)時(shí)加速緩解風(fēng)缸的風(fēng)沒(méi)有使用 30 在列車施行階段緩解時(shí) 緩解電磁閥8的通路被關(guān)閉 列車管空氣壓保捧不變時(shí) 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(dòng)缸經(jīng)三通閥與排氣口相通 但此時(shí)不通大氣 制動(dòng)缸空氣壓強(qiáng)能保持不變 即可以實(shí)現(xiàn)階段緩解 在列車速度很高或編組長(zhǎng) 空氣制動(dòng)機(jī)難以滿足要求時(shí) 采用電空制動(dòng)機(jī)可以大大改善列車前后部制動(dòng)和緩解作用的一致性 顯著減輕列車縱向沖擊 并縮短制動(dòng)距離 31 世界上許多高速列車 200km h 以上都采用了電空制動(dòng)機(jī) 中國(guó)廣深線準(zhǔn)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(dòng)機(jī) 32 5 電 磁 制動(dòng)機(jī)它的操縱控制和原動(dòng)力都用電 例如軌道渦流制動(dòng)和旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)這兩種制動(dòng)方式 其制動(dòng)機(jī)就都屬于電 磁 制動(dòng) 機(jī) 的范疇 33 6 真空制動(dòng)機(jī)它的特點(diǎn)是以大氣 與真空的壓差 為原動(dòng)力 以改變 真空度 來(lái)操縱控制 參看圖6 機(jī)車上裝有直空泵 抽氣機(jī) 1 真空 制動(dòng)閥2 真空制動(dòng)主管3貫通全列車 又稱 真空列車管 每車都裝有1 2個(gè)真空制動(dòng)缸4 缸的左側(cè)有支管與主管相連通 缸內(nèi)有制動(dòng)缸活塞5 活塞左側(cè)裝有球形止回閥6 34 當(dāng)制動(dòng)閥手柄置于緩解位時(shí) 真空泵與列車管連通 列車管和制動(dòng)缸內(nèi)的空氣都被抽走 列車管和制動(dòng)缸內(nèi)上下兩方都保持高度真空 約510mmHg 相當(dāng)于絕對(duì)壓強(qiáng)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(jī)車車輛緩解狀態(tài) 35 當(dāng)制動(dòng)閥手柄置于緩解位時(shí) 真空泵與列車管連通 列車管和制動(dòng)缸內(nèi)的空氣都被抽走 列車管和制動(dòng)缸內(nèi)上下兩方都保持高度真空 約510mmHg 相當(dāng)于絕對(duì)壓強(qiáng)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(jī)車車輛緩解狀態(tài) 36 真空制動(dòng)機(jī)在許多發(fā)展中國(guó)家鐵路上至今仍是主要制動(dòng)機(jī) 例如亞洲的巴基斯坦 孟加拉國(guó) 斯里蘭卡 泰國(guó) 非洲的贊比亞等 中國(guó)援建的坦贊鐵路所用貨車上也裝有兩個(gè)真空制動(dòng)缸的真空制動(dòng)機(jī) 中國(guó)提供給坦贊鐵路的DFH1和DFH2型液力傳動(dòng)采用了由中國(guó)設(shè)計(jì)制造的JZ 6型真空空氣兩用的制動(dòng)機(jī) 37 真空制動(dòng)機(jī)在非人力制動(dòng)機(jī)中構(gòu)造較簡(jiǎn)單 價(jià)格較便宜 維修也較方便 它既能階段制動(dòng) 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(dòng)距離不超過(guò)80km h的緊急制動(dòng)距離不超過(guò)800m 但是 由于大氣壓強(qiáng)本身有限 絕對(duì)真空 又很難運(yùn)到 而且 需要較大的制動(dòng)缸和較粗的列車管 所以 有些采用真空制動(dòng)的鐵路 隨著牽引重量和運(yùn)行速度的提高 已經(jīng)正在向空氣制動(dòng)過(guò)渡 38 39 40 41 42 43 44