城轨车辆制动系统的原理分析_毕业设计

毕业设计说明书

课题名称:城轨车辆制动系

统的原理分析

专业系牵引与动力学院

2014届毕业设计任务书

一、课题名称

城轨车辆制动系统的原理分析

二、指导老师

三、设计内容与要求

1、课题概述:

近10年来,我国许多大城市都纷纷策划修建大、中运量的地铁或轻轨交通项目。已有20多个大城市都不断投人大量人力和物力,进行了不同程度的轨道交通项目建设前期工作和可行性研究。

北京城市快速轨道交通铁路,起自北京西直门,向北经学院路、大钟寺、清华园等地,然后向南经望京开发区,直至东直门,设有15座车站,呈倒“U”字形状,总投资58.64亿元,全长40.8公里,是目前国内最长的城市快速轨道交通铁路线。

从2005起到2020年的15年里,广东省将投资1390亿元,建设9条铁路,打造珠三角快速轨道交通。2020年将形成珠三角快速轨道交通系统,并打通广东通往全国各地的铁路经脉。

截至2005年年底,北京、上海、广州、天津、大连等国内20多个城市在建或准备建设和规划中新的轨道交通线,线路总长超过4000公里,预计到2050

年中国城市轨道交通线路总长将超过4500公里。

城轨交通的站距很短,一般都在1-1.5km左右。要求其制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。

城轨交通的客流量波动大,空载时列车重量仅为自重,而满载时列车重量却很大。要求制动装置应具备在各种载荷工况下车辆制动力自动调整的性能,使车辆制动率基本不变,从而实现制动的准确性和停车的平稳性。

城轨车辆在部分车辆或甚至全部车辆上具有独立的牵引电动机,具有电制动

性能。需要与空气制动协调配合。

城轨车辆一般运行在人口稠密地区,并用于承载旅客,行车安全非常重要。要求列车具有紧急制动性能。

2、设计内容与要求

1)简要介绍世界各国地铁发展的历史

(1)制动系统的初步介绍

(2)制动控制系统的组成及工作原理

(3)城市轨道交通交通车辆风源系统等装置

2)制动机种类以及相关工作原理

(1)列车车辆控制系统的分析

(2)空气制动系统的分析

3)我对地铁车辆以后发展的总结及建议

四、设计参考书

见附录

五、设计说明书要求

1.封面

2.目录

3.内容摘要(200-400字左右,中英文)

4.引言

5.正文(设计课题,内容要求,设计方案,原理分析,设计过程特点)

6.设计图纸

7. 结束语

8.附录(图表,材料清单,参考资料)

六、设计进程安排

第1周:资料准备与借阅,了解课题思路。

第2周:熟悉某一类型动车组结构和技术参数。

第3—6周:比较分析高速动车组与普通旅客车辆的结构区别,详细介绍影响高速列车安全运行的因素及采用的关键技术。

第7周:检查,完成说明书,打印,装订。

第8周:毕业答辩准备及答辩。

七、毕业设计答辩与论文要求

1、毕业设计答辩要求

答辩前三天,每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅,由指导老师写出审阅意见。

学生答辩对自述部分应写出书面提纲,内容包括课题的任务、目的和意义,采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题、质询与课题密切相关的基础理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法、鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求

文字要求:说明书要求打印(除图纸外),不能手写。文字通顺,语言流畅,排版合理,无错别字,不允许抄袭。

摘要

为适应车辆运行速度高、站间距离短、起动制动频繁等要求,地铁车辆通常采用微机控制电空制动系统,该系统具有反应迅速、制动距离短,部件集成化程度高等特点。

车辆制动过程中,电制动优先,然后施加摩擦制动,车辆正常状态下使用的是常用制动,紧急制动是在紧急状态下由司机触发或列车紧急制动环线失电而自动施加的,停放制动是制动系统自动施加的弹簧制动。

按列车动能转移方式分类

1.摩擦制动:闸瓦制动、盘形制动和磁轨制动

2.动力制动:再生制动、电阻制动

制动力形成方式分类可分为粘着制动与非粘着制动。

本次毕业论文主要通过第一章,介绍制动系统有关的名词,制动系统在轨道交通运输中的作用;介绍制动机的发展历史;制动方式及制动机的分类。

第二章介绍地铁车辆空气制动系统,是用来补充制动指令所要求的和电制动已达到最大的制动力之间的差额以及没有电制动时完全由气制动来承担的列车制动要求。

第三章介绍风源系统,主要有风管路系统和空气控制屏。

第四章介绍制动控制系统,主要有恒制动率控制和空气制动滞后控制。

第五章详细介绍了EP2002制动系统工作的过程,根据制动方式的不同,基础制动方式主要有闸瓦制动和盘式制动两种方式。

第六章主要是我个人的心得体会及总结。

关键词:制动机; 制动系统; 管路系统综合作用

ABSTRACT

Good performance of the electric locomotive air brake piping systems and the safe operation of power plays an important role in this design manual,a brief introduction of the locomotive air piping system and the locomotive brake systems, and rolling stock brake briefly described.

The design from the basic theory of braking Let's talk about the basics, introducing electric locomotive air pipe system, DK-1-type composition of

electro-pneumatic brake, the vehicle brakes and brake systems combined.

In the locomotive air pipe system, introduced in part as long as the electric locomotive air pipe system air source system, control piping systems, and auxiliary piping system components and working principle of the third chapter in the DK-1 electro - the composition of air brake on the DK-1 electro-pneumatic brake of the composition and working principle are described in detail.

Also a brief description of the 104 vehicles brakes, the main motivation for introducing 104-type vehicles, the composition of the system characteristics and working principle. Finally the combined effect of braking systems and routine test, mainly in electric locomotive as a reference, the more For details DK-1

electro-pneumatic brake combined .

KEY WORDS: motivation; braking system; a combination of pipeline system daily

引言

近10年来,我国许多大城市都纷纷策划修建大、中运量的地铁或轻轨交通项目。已有20多个大城市都不断投人大量人力和物力,进行了不同程度的轨道交通项目建设前期工作和可行性研究。

北京城市快速轨道交通铁路,起自北京西直门,向北经学院路、大钟寺、清华园等地,然后向南经望京开发区,直至东直门,设有15座车站,呈倒“U”字形状,总投资58.64亿元,全长40.8公里,是目前国内最长的城市快速轨道交通铁路线。

从2005起到2020年的15年里,广东省将投资1390亿元,建设9条铁路,打造珠三角快速轨道交通。2020年将形成珠三角快速轨道交通系统,并打通广东通往全国各地的铁路经脉。截至2005年年底,北京、上海、广州、天津、大连等国内20多个城市在建或准备建设和规划中新的轨道交通线,线路总长超过4000公里,预计到2050年中国城市轨道交通线路总长将超过4500公里。

城轨交通的站距很短,一般都在1-1.5km左右。要求其制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。

城轨交通的客流量波动大,空载时列车重量仅为自重,而满载时列车重量却很大。要求制动装置应具备在各种载荷工况下车辆制动力自动调整的性能,使车辆制动率基本不变,从而实现制动的准确性和停车的平稳性。

城轨车辆在部分车辆或甚至全部车辆上具有独立的牵引电动机,具有电制动性能。需要与空气制动协调配合。

城轨车辆一般运行在人口稠密地区,并用于承载旅客,行车安全非常重要。要求列车具有紧急制动性能。

目录

第一章制动理论基础知识 (12)

1.1 制动系统有关概念 (12)

1.1.1制动装置 (12)

1.1.2 制动力 (12)

1.1.3常用制动与紧急制动 (12)

1.1.4制动管最小有效减压量 (13)

1.2 制动机的分类 (13)

1.2.1自动空气制动机 (13)

1.3制动方式 (15)

1.4双阀口式中继阀与总风遮断阀 (15)

1.4.1.双阀口式中继阀 (16)

1.4.2总风遮断阀 (16)

1.5电动放风阀与紧急阀 (17)

1.5.1 电动放风阀 (17)

1.5.2紧急阀 (17)

1.6 109型机车分配阀 (18)

1.6.1 主阀 (18)

1.6.2 紧急增压阀 (21)

1.7空气制动的结构原理 (21)

1.7.1闸瓦制动,如图 (21)

1.8摩擦式磁轨制动 (23)

1.9涡流式磁轨制动 (23)

1.10电制动(动力制动)系统 (24)

1.10.1 再生制动 (24)

1.10.2电阻制动 (25)

1.10.3比较电阻制动与再生制动 (25)

1.10.4制动作用的基本种类 (25)

第二章地铁车辆空气制动系统 (27)

2.1空气制动系统的控制方式 (27)

2.1.1.直通式空气制动机,如图 (28)

2.1.2自动式空气制动机,如图 (28)

3.1活塞式空气压缩机 (30)

3.2 螺杆式空气压缩机 (31)

3.3 空气干燥器 (32)

3.3.1单塔式空气干燥器 (33)

3.3.2双塔式干燥器 (34)

3.4空气压缩机及管路系统 (35)

3.4.1受电弓管路图 (36)

3.4.2脚踏泵 (36)

3.4.3空气控制屏: (36)

第四章列车制动控制系统 (38)

4.1制动控制系统的组成 (38)

4.1.1电子制动控制单元 (38)

4.1.1电子制动控制单元 (38)

4.1.3电气指令单元 (41)

4.2制动控制策略 (42)

4.2.2空气制动滞后控制 (42)

4.3基础制动装置 (43)

4.3.1单元制动机 (43)

4.4防滑原理和防滑控制 (43)

4.4.1防滑控制的必要性 (44)

第五章 EP2002制动系统 (45)

5.1系统特点 (45)

5.2系统组成 (45)

5.3 EP2002阀 (45)

5.4 EP2002制动系统的控制过程和工作原理 (46)

5.4.1常用制动 (46)

5.4.2快速制动 (46)

5.4.3紧急制动 (46)

5.4.4停放制动 (46)

5.4.5保压制动 (47)

第六章总结 (47)

第一章制动理论基础知识

1.1 制动系统有关概念

1.1.1制动装置

人为地制止物体的运动,包括使其减速,阻止其运动或加速,均可称为制动。为使列车能施行制动和缓解而安装于列车上的一套设备,总称为列车制动装置。列车制动装置包括“机车制动装置”和“车辆制动装置”

1.1.2 制动力

制动力是指制动过程中所形成的可以人为控制的列车减速力。而制动系统是指能够产生可控的列车减速力,以实现和控制能量转换的装置或系统。制动系统由制动机、手制动机和基础制动装置三大部分构组成。其控制关系(即工作流程)如下:

制动机

基础制动装置

停车制动装置

无论是机车,还是车辆,都具有各自的制动系统,即各自的制动机、停车制动装置和基础制动装置。当机车、车辆编组成列车后,其各自的制动系统相互联系而构成一个统一的制动系统——列车制动系统。因此,制动系统则有了机车制动系统、车辆制动系统和列车制动系统之分。由于,制动系统的设置目的是实现列车能够按照人的意志减速或准确停车,所以,制动系统性能的好坏,不仅影响着列车制动效果,而且影响着铁路运输生产。衡量制动系统性能的优劣,主要是衡量制动机性能的好坏,性能良好的制动机对铁路运输有以下几方而的促进作用:

①保证行车安全;

②充分发挥牵引力,增大列车牵引重量,提高列车运行速度;

③提高列车的区间通过能力。

1.1.3常用制动与紧急制动

列车制动在操纵上可以分成两种:

①常用制动

正常情况下为调节或者控制列车速度,包括进站停车所施行的制动。其特点是作用比较缓和而且制动力可以调节。通常只用列车制动能力的20%~80%。多数情况下只用50%左右。

②紧急制动

紧急情况下为使列车尽快地停住而施行的制动,在我国也称为“非常制动”。其特点是作用比较猛烈,而且要把列车制动能力全部用上。

1.1.4制动管最小有效减压量

能使制动缸压力产生实际制动效果的制动管最小减压量,常规定最小有效减压量为50千帕。

1.1.5制动管最大有效减压量。

使副风缸与制动缸两者压力达到平衡时的制动管减压量。机车上规定:制动管定压为500千帕时制动管最大有效减压量为140~160千帕,制动管定压为600千帕时,制动管最大有效量为170~190千帕。

1.2 制动机的分类

①按作用对象可分为机车制动机和车辆制动机;

②按控制方式和动力来源可分为空气制动机、电空制动机和真空制动机等。空气制动机的作用动力和控制信号均为压缩空气(又称压缩空气);电空制动机的作用动力也是压缩空气,但其控制信号则为电信号;真空制动机;是以大气为原动力,以改变“真空度”来操纵控制。了解制动机的作用动力和控制信号,是分析和掌握制动机工作过程的基本前提。

无论机车制动机采用哪种制动机,都要可靠地完成以下任务:

①对列车制动系统进行灵活、准确的操纵和控制;

②向整个列车制动系统提供质量良好的动力(如压缩空气)。

1.2.1自动空气制动机

(1)基本构成

自动空气制动机是在直通式空气制动机的基础上增设一个副风缸和一个三通阀(或分配阀)而构成的。其中,副风缸是用来贮存由制动管充入的压缩空气,

并在制动时向制动缸供给压缩空气的空气源。三通阀或分配阀的用途是:在制动管充风时,向副风缸充入相同压力的压缩空气,并使制动缸排风;在制动管排风时,停止向副风缸充风,同时使副风缸向制动缸充风。

(2)基本作用原理

一、缓解状态

司机将制动阀手柄置于“缓解位”,压缩空气经制动阀向制动管充风,三通阀活塞两侧压力失去平衡而形成向右的压力差,推动活塞带动滑阀、节制阀右移,一方面开通充气沟,使制动管压缩空气经充气沟进入副风缸贮备;另一方面开通制动缸经滑阀的排风气路,使制动缸排风,最终使闸瓦离开车轮实现缓解作用。

二、制动状态

司机将制动阀手柄置于“制动位”,制动管内压缩空气经制动阀排风,三通阀活塞两侧压力失去平衡而形成向左的压力差,推动活塞左移,关闭充气沟使副风缸内的压缩空气不能向制动管逆流;同时,活塞带动滑阀、节制阀左移,使滑阀遮盖排气口以关断制动缸的排风气路,并使节制阀开通副风缸向制动缸充风的气路,随着压缩空气充入制动缸,将推动制动缸活塞右移,最终使闸瓦压紧车轮产生制动作用。

三、保压状态

司机将制动阀手柄置于“中立位”,切断制动管的充、排风通路,即制动管压力停止变化。随着制动状态时副风缸向制动缸充风的进行,副风缸压力降低,当降到稍低于制动管压力时,三通阀活塞带动节制阀微微右移,从而切断副风缸向制动缸充风的气路,使制动缸既不充风也不排风,即制动机呈保压状态。

可见,自动空气制动机具有“制动管充风-缓解,制动管排风―制动”的工作机理,因此它克服了直通式空气制动机的“列车分离时,制动系统失去制动作用”致命弱点,从而得到广泛的应用。

1城轨车辆制动装置的特点和要求:

1.城轨交通的站距很短,一般都在1-1.5km左右。要求其制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等特点。

2.城轨交通的客流量波动大,空载时列车重量仅为自重,而满载时列车重

量却很大。要求制动装置应具备在各种载荷工况下车辆制动力自动调整的性能,使车辆制动率基本不变,从而实现制动的准确性和停车的平稳性。

3.城轨车辆在部分车辆或甚至全部车辆上具有独立的牵引电动机,具有电制动性能。需要与空气制动协调配合。

4.城轨车辆一般运行在人口稠密地区,并用于承载旅客,行车安全非常重要。要求列车具有紧急制动性能。

1.3制动方式

按列车动能转移方式分类1.摩擦制动:闸瓦制动、盘形制动和磁轨制动2.动力制动:再生制动、电阻制动

制动力形成方式分类可分为粘着制动与非粘着制动

我们在第二章主要讲了空气制动系统的控制方式,其实城轨车辆的空气制动系统由供气设备、基础制动装置(常见的有闸瓦制动装置和盘行制动装置)、防滑装置和制动控制单元组成。

供气系统主要由空气压缩机、空气干燥器、压力控制装置和管路组成。供气设备除了给车辆制动系统供气外,还向车辆的空气悬架设备、车门控制装置、气动喇叭、刮水器及车钩操作气动控制设备等需要压缩空气的设备供气。

防滑装置是用于车轮与钢轨黏着不良时,对制动力进行控制的装置。它的作用:防止车轮即将抱死;避免滑动和最佳的利用黏着,以获取最短的制动距离。

制动控制单元是空气制动的核心部件,他接受微机控制单元EBCU的指令,然后再指示制动执行部件动作。其组成部分主要有:模拟转换阀、紧急阀、称重阀和均衡阀等。这些部件都安装在一块铝合金的气路板上,实现了集成化。这样可以避免管道连接而容易造成泄漏和所占空间大等问题。

1.4双阀口式中继阀与总风遮断阀

双阀口式中继阀和总风遮断阀通过阀座安装于制动屏柜上,并经阀座与总风缸管、制动管、均衡风缸管、过充风缸管、总风遮断阀管等5条空气管路连接,

因此,阀座既是安装基座,又是管路连接基座(简称管座)。

1.4.1.双阀口式中继阀

双阀口式中继阀是用来根据均衡风缸的压力变化来控制制动管压力变化的。

作用原理:双阀口式中继阀的基本作用原理为:根据均衡风缸压力变化使作用在活塞膜板两侧的作用力之差产生变化,从而使活塞膜板带动顶杆左、右移动,顶开或关闭排气阀口或供气阀口,以连通或切断制动管的排风或供风气路,实现制动管的充、排风。

1.4.2总风遮断阀

总风遮断阀用于控制总风能否通往双阀口式中继阀的供气室,即控制制动管的供气风源。

(1)构造:总风遮断阀属于阀口式空气阀。主要由以下零部件组成:

①遮断阀机构:用于连通或切断总风通往双阀口式中继阀供气室气路的执行部件。主要由遮断阀、遮断阀套、遮断阀弹簧及O形圈等组成,其中,遮断阀套为传感元件,用于感应其两侧的作用力之差,从而带动遮断阀左、右移动,以开启或关闭遮断阀口。

②阀座:单向阀座结构,与遮断阀形成遮断阀口。

③遮断活塞弹簧:简称作用弹簧,为遮断阀套的动作提供作用力。

④其他零部件:包括阀体、端盖、橡胶密封件等。

总风遮断阀各内部空间分别与3条管路连通.

①阀座右侧空间与总风缸管连通,并经遮断阀中心孔通往遮断阀套右侧空间;

②阀座左侧空间与双阀口式中继阀供气室连通;

③遮断阀套左侧空间与总风遮断阀管连通。

(2)作用原理

总风遮断阀的基本作用原理为:根据总风遮断阀管压力变化,从而使遮断阀套

带动遮断阀左右移动,开启或关闭遮断阀口,以连通或切断总风通往双阀口式中继阀供气室的气路。

1.5电动放风阀与紧急阀

1.5.1 电动放风阀

城轨车辆制动系统的原理分析_毕业设计

图5-22电动放风阀

1-紧急电空阀94YV 2-阀体3-制动管接管孔4-总风缸接管孔(1)构造

电动放风阀属于阀口式空气阀。主要由橡胶膜板(简称膜板)、铜碗、芯杆、芯杆套、放风阀(简称阀)、放风阀弹簧、阀座等组成,

(2)作用原理

电动放风阀的基本作用原理为:根据紧急电空阀94YV的得、失电,来控制电动放风阀铜碗及膜板下侧空间的充、排风,使橡胶膜板和铜碗带动芯杆上下移动,以顶开或关闭放风阀口,从而控制制动管放风气路的连通与关断。

1.5.2紧急阀

(1)构造

紧急阀由紧急阀阀体与阀座两部分组成,如图5-26所示。阀座又称管座,其内部设一个空腔-紧急室(1.5 L)。

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图5-26紧急阀

主要由:活塞膜板、活塞杆、放风阀机构、微动开关、其他零部件组成。

(2)作用原理

紧急阀的基本作用原理为:根据制动管的压力变化使作用在活塞膜板上、下两侧的作用力之差产生变化,从而使活塞膜板带动活塞杆上、下移动,关闭或顶开放风阀口,以切断或连通制动管的放风气路。

1.6 109型机车分配阀

DK-1型电空制动机的分配阀用109型机车分配阀,由主阀、安装座、安全阀组成。

1.6.1 主阀

主阀由主阀部、均衡部、紧急增压阀组成。

一,主阀部:由主活塞、主活塞杆、稳定装置、节制阀、滑阀、滑阀座组成。

二,均衡部:由均衡活塞、空心阀杆、排或供风机构组成。

三,紧急增压阀:主要由增压阀、增压阀套、增压阀弹簧等组成。

(2)作用原理

主阀部的基本作用原理为:根据制动管压力变化在主活塞上产生作用力之差,使主活塞通过主活塞杆带动节制阀或滑阀上、下移动,连通或切断相应气路,从而实现容积室和作用管的充、排风。主阀部的工作过程包括以下5个状态:

一、缓解状态:当制动管压力增加时,此時主阀开通两条通路,其一是制动管向工作风缸充气,其二,容积室排大气,最终使容积室内的空气压力排为零。均衡部活塞下移制动缸排气.

二、局减状态

109型分配阀主阀部局减状态是主阀部制动状态的过渡工作位置。连通两条气路:一是容积室向大气排风的气路;二是制动管向局减室降压的气路,以实现局部减压作用。

三、制动状态

由于局部减压作用的实现而增大了主活塞向上的作用力之差,所以,主活塞继续上移,因此连通一条气路:工作风缸向容积室充风的气路,从而使容积室压力升高而工作风缸压力降低。从而使总风向制动缸充风.

四、制动后保压状态

当司机控制制动管停止减压,并且经主阀部制动状态动作使工作风缸压力下降到接近制动管压力时,在稳定装置的稳定弹簧及主活塞、主活塞杆自重作用下,推动节制阀下移,而滑阀保持不动。工作风缸压缩空气不再进入容积室,故使制动机呈制动后保压状态。

综上,分配阀主阀部的局减、制动及制动后保压3个状态的动作是连续的,因此,可以将其合为一个工作状态——常用制动状态。

五、紧急制动状态

施行紧急制动时,制动管急剧减压至零,连通一条气路:工作风缸向容积室迅速充风的气路,从而使总风向制动缸充风。

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