4 第四章 动车组制动系统的工作原理.pdf
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第四章第四章 动车组制动系统的组成与功能动车组制动系统的组成与功能 电制动系统电制动系统 空气制动系统空气制动系统 防滑系统防滑系统 控制系统控制系统 第一节第一节 电制动系统电制动系统 动车组采用电制动与空气制动联合作用的方式， 且以电制动为主 使用直流电机的动车组在制动时是把直流主电 动机转变为发电机，然后进行电阻制动；直流 电机的电阻制动控制是将电机与制动电阻串联， 随着速度的降低逐渐减少电阻值 使用交流感应电机的动车组利用整流器和逆变 器的组合(称为变换器)，进行VVVF（Variable Voltage Variable Frequency)控制，采用可将 能量再利用的再生制动 1. 电阻制动电阻制动 系统组成和工作过程 1. 电阻制动电阻制动 电阻制动主回路的控制过程 1. 电阻制动电阻制动 制动力的产生原理 1. 电阻制动电阻制动 制动特性 转速增加时电枢电流下降，电枢电流增加时制动力增加 在整个速度范围内都需要恒定 制动力的制动控制，则需采取 相应的措施 1. 电阻制动电阻制动 制动控制 直流电机的转矩与励磁磁通和电枢电流成正比 IkT 从高速到低速电阻制动的控制方式是，制动力产生→速 度下降→感应电压降低→制动电流减少→短接部分主电 阻；反复进行以上动作过程，可使制动力保持恒定。
恒电流控制 2 0.0036 () z z cd m RR I B V 2. 再生制动再生制动 交流电机有感应电机和同步电机两种，由于同步电机必须向转 子提供电流，以及结构复杂等原因，末在动车组上获得广泛应 用 使用感应电机的动车组，在C/I(交直流相互转换)的同时，通 过VVVF控制可以很容易地进行能源再利用的再生制动与 直流电机相比，功率相当的感应电机具有构造简单、体积小、 无换向火花以及维修工作量少等优点 再生制动系统组成和工作过程再生制动系统组成和工作过程 再生制动制动力的产生原理再生制动制动力的产生原理 感应电机定子线圈中通过的是三相交流电，它在定子中产生旋转 磁场，当定子磁场转速比转子转速慢时，磁场切割转子导线，根 据弗莱明右手法则可知，转子导体中有电流产生，产生的电流又 切割定子磁力线，由弗莱明左手法则可知会产生制动力 再生制动制动力的产生原理再生制动制动力的产生原理 再生制动制动特性再生制动制动特性 实际应用的控制范围是转差率从0到产生最大转矩的范围内 转差率 NnNs/ )( pfN/120 f—电源频率 P—感应电机的极数 再生制动再生制动的控制的控制 电制动力电制动力（（制动转矩制动转矩）） T—制动转矩制动转矩 k—电机常数电机常数 U—逆变器输出电压逆变器输出电压 finv—逆变器输出频率逆变器输出频率 fs—转差频率转差频率 )/( 2 sinv ffUkT 再生制动再生制动的控制的控制 )/( 2 sinv ffUkT 感应电机是通过 定子磁场转速N与 转子转速n的差得 到制动力。
要对制动力(转矩) 进行控制，就需 准确控制交流电 的频率f 电制动的有效利用电制动的有效利用 直流电机，在低速区制动力随列车的速度降低而减少，如 果不采取其他制动方式，列车就不可能停下来 感应电机的应用使得在全速度区域提供有效的电制动成为 可能：因感应电机是通过定子磁场转速N与转子转速托的差 获得制动力，只要二者存在转差，即使列车停止（n=0）也 可以得到制动力 第二节第二节 空气制动系统空气制动系统 虽然电制动可以提供强大的制动力，但空气制动目前 对于高速动车组来说仍然不可缺少这是因为：直流 电机的制动力随着列车速度的降低而减少；而交流电 机虽然可通过改变转差率来控制制动力的大小，理论 上可使制动力不受列车速度的限制，但从高速到停止 均能有效作用的、可靠的电制动装置尚处于研究阶段 国产CRH系列动车组的空气制动系统采用电气指令的 直通式电空制动装置 空气制动系统空气制动系统 压力空气供给系统压力空气供给系统 空气制动控制空气制动控制部分部分 基础制动装置基础制动装置 1. 压力空气供给系统压力空气供给系统 空气压缩机空气压缩机 安全阀安全阀 干燥装置干燥装置 滤油器滤油器 风缸风缸 空气压缩机空气压缩机 1.1 空气压缩机空气压缩机 往复式空气压缩机往复式空气压缩机 旋转式空气压缩机旋转式空气压缩机 旋转式空气压缩机旋转式空气压缩机 1.2 干干 燥燥 装装 置置 干燥装置是为了防止管路、风缸及用气 设备等的腐蚀以及因冬季排水阀冻结而发 生的设备故障，设置在空气压缩机输出管 路上的装置。
以前除湿使用的是吸附材料 (铝硅酸盐)，现在已开始采用体积小、质 量轻，且不需要电源的高效高分子中空丝 膜式除湿装置 有的干燥装置在吸收压缩空气中的水 分的同时，还可以吸附灰尘和油等，因 而无需再专门设置滤油装置 1.3 滤滤 油油 器器 1.4 安安 全全 阀阀 1—阀体；2—阀杆；3—压紧弹簧； 4—调节螺母；5—封口螺母；6—铅封；7—排气口； 8—阀座 安全阀安装在有空气 压缩机的车辆的总风 缸上，用于在总风缸 空气压强超过规定值 时排出多余的压缩空 气，以防损坏用气设 备以及与其连接的其 他装置 1.5 风风 缸缸 2. 空气制动控制部分空气制动控制部分 2. 空气制动控制部分空气制动控制部分 电空转换阀（电空转换阀（EP阀）阀） 中继阀中继阀 调压阀调压阀 电磁阀电磁阀 增压缸增压缸 制动缸制动缸 电空转换阀（电空转换阀（EP阀）阀） 电子制动控制装置BCU输出的空气制动指令（电空转换阀电流） 通过电磁线圈时，会产生与电流成比例的吸力，控制供气阀的开 闭，通过电空转换阀的控制，可将输入的空气压强（SR压强）变 成与电空转换阀电流成比例的输出空气压强（AC压强） 中中 继继 阀阀 中继阀将电空转换阀输出的AC压强或紧急用压力调整阀输出的紧 急制动压强作为输入压强，向增压缸输出与此控制压强相应的空 气压强(增压缸为CRH2动车组特有的结构，对于CRH1、CRH3和 CRH5动车组，此处的输出为制动缸压强)。
电电 磁磁 阀阀 通过电磁阀部线圈的励磁和消磁(得电和失电)使可动铁芯动作， 开闭供排气阀因此，动车组中的电磁阀为开关型控制件 制动缸 增压缸 增压缸是CRH2动车组特有的部件 它由气缸、油缸和活塞等构成增压缸 的活塞具有一大一小两个活塞面，分别 位于活塞杆的两端；大活塞面上作用的 是气压，小活塞面上作用的是油压增 压缸可将来自中继阀的空气压强转换为 一定倍率的油压输出到夹钳装置中由 于油的压强比气压高得多，因而油压面 的尺寸要比气压面小得多，从而使得与 其相连的夹钳机构等的尺寸也大大减小 ，以实现制动装置的小型轻量化 制动缸是产生制动原动力的部件，动车 组上的制动缸有液压制动缸(CRH2动车组 )和气压制动缸两种（CRH1、CRH3和 CRH5动车组），分别以油压和气压作为 制动原动力来驱动夹钳机构动作 3. 基础制动装置基础制动装置 传动部分传动部分 摩擦部分摩擦部分 3.1 传传 动动 部部 分分 杠杆式杠杆式 3.1 传传 动动 部部 分分 夹钳式夹钳式 3.2 摩摩 擦擦 部部 分分 制动盘制动盘 闸片闸片 3.3 空气制动部分工作原理空气制动部分工作原理 第三节第三节 防滑装置防滑装置 防滑器的用途： 当制动力大于黏着力，车轮要产生滑行时，随着 车轮转速的降低，轮瓦摩擦系数急剧增大，摩擦 力也剧增，轮轨间制动力减小。
防滑器的用途就是在这短暂的过渡阶段检测出车 轮即将发生滑行的危险，并及时动作，快速排除 制动缸内的压力空气，使制动力迅速降至小于黏 着力即可，目的是防止车轮滑行、恢复轮轨的黏 着状态 第三节第三节 防滑装置防滑装置 防滑器三个发展阶段 1、机械式防滑器 判据只有一种：车轮的角减速度 2、电子式防滑器 多种判据，零点漂移，性能不稳定 3、微机控制防滑器 简单可靠，功能强大 机械式防滑器 它判断是否要发生滑行的根据只有一种 ，即车轮的角减速度 机械式防滑器利用车轮的转动带动回转 体（惯性体），当某轮对的角减速度骤 然降低时，利用回转体与车轮的转速差 动作，打开阀门或接通电路，使该轮对 缓解机械式滑行检测器的工作原理如 图所示 机械式防滑器的灵敏度和响应速度都较 差 微机控制的防滑器优点微机控制的防滑器优点 微机控制的防滑器可对制动微机控制的防滑器可对制动、、即将滑行即将滑行、、缓解缓解、、 再粘着的全过程进行动态检测与控制再粘着的全过程进行动态检测与控制，，信息采用信息采用 脉冲处理脉冲处理，，简单可靠简单可靠，，无零点漂移无零点漂移，，故无需调节故无需调节 和补偿；和补偿； 微处理器微处理器（（MPU））的处理速度极快的处理速度极快，，可大大提高可大大提高 检测精度检测精度，，即使微小而缓慢的滑行也能及早检测即使微小而缓慢的滑行也能及早检测 出来并采取措施加以防止；出来并采取措施加以防止； 可以利用软件随时提供有关信息可以利用软件随时提供有关信息，，进行自我检查进行自我检查、、 诊断和监督诊断和监督，，必要时可对有关信息随时进行存储必要时可对有关信息随时进行存储、、 调用和显示；调用和显示； 能根据新的情况和要求很方便地改变控制判据而能根据新的情况和要求很方便地改变控制判据而 不必改动软件不必改动软件。
模拟电子防滑仪 结构组成结构组成 速度传感器 动车的速度传感器常安装在主电机的轴端，拖车则安装在车轴端部 根据感应齿盘的齿数、齿轮的齿数和车轮直径，就可计算出转速 滑行检测器 微机控制的数字式滑行检测器按一定的方法，对速度传 感器传来的车轮转动脉冲信号进行计算分析和逻辑判断， 当判断发生滑行时，就便防滑电磁阀动作，降低制动力便车轮 恢复转动，并按照“缓解—保压……再制动”的模式精确地进行控 制 防滑电磁阀 含两个电磁阀，一个叫保持阀电磁阀，控制通向制动缸 的压缩空气的通与断，另一个叫排风电磁阀，控制已经充 入制动缸的压缩空气向外排风的通与断 防滑电磁阀 无滑行现象时： 保持阀、排气阀都为失电状态而在制动位置压力空气由密封垫 片口经过排气阀面的电磁阀通到排气阀部的隔膜背压室d，使排 气阀部的隔膜关闭，a室的压力空气推开保持阀部的隔膜，流入 到出口 防滑电磁阀 有滑行现象时： 保持阀、排气阀都为得电状态保持阀激磁遮断密封垫片口和 出口，也遮断入口供给的压力空气，另一方面，排气阀激磁， 穿通出口和EX口，使制动缸的压力空气急剧排出 防滑电磁阀 保压状态： 保持阀激磁状态，排气阀去磁。
排气阀去磁遮断出口和EX口， 在制动缸的BC压力空气停止排气一方面，保持阀还继续激磁， 由入口压力空气也一直遮断，因此，存在制动缸里的压力空气 会保持一定的减压量，以便再实施制动时会快速产生制动力， 且结构上不过于降低制动缸的压力 滑行检测滑行检测 防滑控制判断依据 1、减速度控制 2、速度差控制 3、滑行率控制 动车组的防滑装置在滑行检测时，以减速度检 测方法为主，并和作为后备的速度差检测、滑 行率检测方法一起使用 减速度检测减速度检测 根据某车轮本身转动速度减 少的比率来判断是否滑行 由于轮对与车辆的质量相差 较大，其速度变化相对也快 一些，因而可及时检测到滑 行一般说来，减速度指标 可单独用来对滑行轴进行评 价，在防滑控制中应优先采 用 速度差检测速度差检测 速度差检测是以同一辆车内4个 轴的速度，以及制动指令发出后 以一定减速度减速的假想轴速度 （也称第5轴速度）中速度最高 的轴为基准，当某车轮的轮周速 度比基准轴的速度低于某一设定 值 ，就判断车轮发生了滑行 考虑到速度差指标在低速区检测灵敏度下降的问题，可在高速 区采用速度差率指标(非滑行轴与滑行轴的速度差与非滑行轴 速度的比值)，低速区采用速度差指标。
