城轨电空联合制动.docx

第 5 章 电空联合制动（克诺尔电空制动机）我国城轨车辆大多采用了德国克诺尔制动机公司生产的模拟式电空制动装 置，它通过列车总线贯通整个列车，形成连续回路该模拟制动装置的操作是采 用电控制空气、空气再控制空气的方式制动的电指令是利用脉冲宽度调制，能 进行无极控制空气制动装置主要由风源及管路系统、控制部分和执行部分三个主要部分组 成控制部分是制动装置的核心，由带有防滑控制的制动微机控制单元 ECU、 制动控制单元BCU、空气控制屏等组成5.1制动控制单元 BCU5.1.1 制动控制单元的组成与控制关系制动控制单元BCU是空气制动的核心，主要由模拟转换阀、紧急电磁阀、 称重阀、均衡阀（中继阀）、载荷压力传感器（将载荷压力转换成相应的电信号 传输给ECU）、压力开关等元件组成制动控制单元由模块化设计，所有的元件 都安装在一个铝合金集成板上这样设计的主要目的是集成板便于从车上拆卸和 更换，维修检查或大修时不会影响车辆的运行图5-1 所示为制动控制单元气路 简图图5-2 所示是制动控制单元示意图图 5-1 制动控制单元气路简图a—模拟转换阀；e—紧急电磁阀；c—称重阀；d—均衡阀；f—载荷压力传感器； h—压力开关；j、k、i、m、n—压力测试接口a©©0 ©賣您垃I 询筑和1图 5-2 制动控制单元原理示意图制动控制单元的工作原理如下：当压力空气从制动储风缸 B04 进入制动控 制单元B06后，一路进入紧急电磁阀e、一路进入模拟转换阀a、另一路进入均 衡阀 d。

5.1.2 模拟转换阀模拟转换阀的组成（如图 5-3）由稳压气室、电磁进气阀、电磁排气阀、气 电转换器组成图5-3模拟转换阀1—稳压气室 2—电磁进气阀 3—电磁排气阀 4—气电转换器作用原理：当微处理机发出制动指令时，进气阀的励磁线圈得电励磁，顶杠 克服进气阀弹簧力，压开阀芯，打开进气阀，使制动贮风缸的压力空气通过进气 阀进入模拟转化阀输出口，作为预防控制压力Cv1输出Cv1 一路送向紧急阀e， 同时Cv1也送向气电转换器和排气阀口，气电转换器将该压力信号转换成相对应 的电信号，并馈送回微处理机，微处理机将此信号与制动指令对应的参考值比较 当小于参考值时，则继续开放进气阀口，预防控制压力Cv1继续增高；而当大于 参考值时，则关闭进气阀并打开排气阀，压力空气排向大气，预控制压力Cv1降 低，当cv1降到符合制动指令的要求时，进气阀和排气阀均处于关闭状态作用：使制动贮风缸的压力空气所产生的压力信号转化成相对应的电信号， 并馈送回微处理机，微处理机将此信号与制动指令对应的参考值比较5.1.3 紧急阀紧急阀（如图5-4 所示）是一个电磁阀控制的二位三通阀，它的三个阀口分别图 5-4 紧急阀5—空心阀弹簧 9—活塞 18—电磁阀 23—空心阀杆 3a、3b、3c、16、25—K 形密封圈 VI、V2、V3、V4—阀口制动贮风缸A1、模拟转换阀输出口 A2及称重阀输入口 A3。

它主要由空心阀、 阀座、空心阀弹簧、活塞、活塞杆、活塞杆反拨弹簧和电磁阀组成其中空心阀 还起到阀口作用，而活动杆顶部做成阀口结构在常用制动时，紧急阀的电磁阀 得电励磁，阀芯吸起,，打开下阀口，VI，由A4输入的控制压力空气送入活塞 右侧，推动活塞、活塞杆和空心阀左移，一方面关闭制动贮风缸A1气路，另一一 方面开放A2与A3通路，这时由模拟转换阀输出的预控制压力Cv2.同样，Cv2压 力空气也是通过气路板内部管道进入称重阀在紧急制动时，紧急阀失电，其电磁阀阀芯在其反力弹簧作用下，关闭下阀 口，切断控制压力的通路A4活塞右侧压力空气经电磁阀上阀口 V2排入大气 于是空心阀在弹簧作用下右移，关闭A2与A3通路，而活塞在弹簧作用下继续 右移，活塞杆顶部离开空心阀，打开 A1 与 A3 通路，制动贮风缸压力空气就越 过模拟转换阀而直接进入称重阀作用：在制动时候，通过紧急阀的电磁阀的得失电，控制制动贮风缸压力空 气进入称重阀的方式5.1.4 称重阀称重阀的结构、原理为杠杠模板式结构其结构原理（如图 5-5 所示），主 要由负载指令部、压力调整部和杠杠部组成结构：①负载指令部：主动活塞、 主动活塞模板、从动活塞、K型密封圈及调整弹簧I、调整螺钉等部分组成②压 力调整部：橡胶夹心法、均衡活塞、空心阀杆、阀座、调整弹簧II和调整螺钉等 组成③杠杆部：由杠杠、滚轮支点和调整螺钉组成。

CD6£TO图 5-5 称重阀1.1—主动活塞 1.2—主动活塞模板 1.3—K 形密封圈 1.4—从动活塞 1.5—阀体 1.6—阀盖1.7—调整弹簧I 2.1—橡胶夹心阀2.2—均衡活塞模板 2.3—均衡活塞2.4—顶杆 2.5—调整弹簧II 3.1—杠杆3.2—滚轮支点作用原理：与负载重量成正比的空气压力信号（空气弹簧压力）T输入到主动活 塞的上部，将主动活塞向下推,活塞杆顶在杠杠左端，使杠杠左端下降而右端上 升，绕支点沿逆时针方向转动，同时右侧压力调整弹簧II的向上作用力，也推动 杠杠右端上升，从而使空心阀杆向上运动，推开夹心阀，开放充气阀口，由紧急 阀来预控制压力Cv2经充气阀座，成为预控制压力Cv3输出到均衡阀同时该压 力送到均衡活塞上方，当均衡活塞上方空气压力和下方空气顶杠压力平衡时，夹 心阀在夹心阀弹簧作用下关闭，停止向均衡阀供风当乘客减少时，空气弹簧压力 T 下降，均衡活塞上方的空气压力大于下方顶杠 推力，于是均衡活塞下移，空心阀杆离开夹心阀， Cv3 压力空气经空心阀杆阀口 排向大气，直到均衡活塞上下方压力达到平衡，均衡活塞重新上移，关闭排气阀 口当空气弹簧压力很低，直至破损而无压力时，从动活塞向上的作用力不足以 平衡调整弹簧的力，由两个调整弹簧的作用力使称重阀输出压力保持一定的值。

由于克诺尔模拟制动机的模拟转换阀输出的预控制压力是受微处理机控制 的，而微处理机的制动指令本身就是根据车辆的负载、车速和制动要求而给出， 因此，在常用制动中称重阀几乎不起作用，仅起预防作用，以防模拟转换阀失灵 其主要作用是在紧急制动发生时体现由于紧急制动时预防制动压力是从制动贮 风缸直接经紧急阀到达称重阀，中间没有经过模拟转换阀的控制，而紧急阀也仅 仅作为通路的选择，不起控制空气大小的作用所以在紧急制动时，预控制压力 Cv2 流经称重阀时，也受到其的通道阻力，压力有所下降，成为预控制压力 Cv3 并通过管路板进入均衡阀作用：称重阀的作用是根据车辆载重的变化，即根据乘客的多少自动调整车 辆的最大制动力5.1.5 均衡阀克诺尔模拟制动机的空气制动装置是一个间接控制的直通式制动机即由制 动控制单元 BCU 控制预控制压力，再由均衡阀根据预控制压力的大小控制车辆 制动缸的充风和排风作用，即均衡阀起到“放大”的作用结构：均衡阀由带橡胶阀面的空心导向杆、模板活塞、进 /排气阀座、弹簧 等部分组成如图 5-6 所示图 5-6 均衡阀1—均衡阀座 2—连接座 VI、V2—阀口 1.2 —阀体1.6—导向杆弹簧1.7—空心导向 杆1.9—均衡活塞 K1、K2、K3—K型密封圈 D1、D2—节流孔 M1—橡胶膜板作用原理：由D2孔进入均衡阀的预控制压力Cv3,推动具有模板的活塞（均 衡活塞）上移，首先关闭了通向制动缸的排气阀口 V2，然后进一步打开进气阀 口 V1,使制动贮风缸来的压力空气经接口 R进入均衡阀，再经打开的进气阀口 V1，接口 C充入制动缸，使制动缸压力上升，闸瓦压向车轮，列车产生制动作 用。

同时该压力经节流孔D1充入均衡活塞上方，平衡下侧压力当上下侧压力 平衡时，均衡活塞回到平衡位置，导向杆在弹簧力的作用下重新关闭进气口 V1， 制动缸压力停止上升从上述可知，均衡阀能迅速的进行大流量的充、排气大流量压力空气的压 力变化是随预控制压力Cv3的变化而变化的，并且两者之压力比为1： 1，即制动 缸压力与Cv3相等，从而实现了小流量压力空气控制大流量压力空气的作用同样模拟转换阀接到微处理机发出的缓解指令后，将其排气阀打开，使预控 制压力Cv1、Cv2、Cv3均通过此阀口向大气排出由于Cv3压力空气排出，均衡 阀活塞在其上方制动缸压力空气作用下下移，于是均衡阀中的进气阀关闭，而排 气阀打开，使制动缸的压力空气经开启的排气阀排出，列车缓解作用：根据预控制压力的大小控制车辆制动缸的充风和排风作用，即均衡阀 起到“放大”的作用5.2 空气控制屏空气控制屏是一些阀类元件的集中安装屏，这些元件都安装在一块铝合金的 气路板上，便于安装、调试与维修空气控制屏的主要组成元件如图5-7所示及其功能如下：1、制动控制元件BO2-截断塞门，可用来切除制动系统管路与主风管的通路，便于测试与检 修；BO3-止回阀，防止制动系统管路的压力空气逆流；BO7-压力测试点，此处 可以得到主风管压力；BO8-压力开关，用于监控主风管压力，当主风管压力低 于600kPa时,列车将自动实施紧急制动，并牵引封锁，当主风管压力高于700 kPa 时，列车解除牵引封锁；B12-减压阀，将主风管压力空气减压至630 kPa。

B19- 脉冲阀，用于控制停放制动的施加与缓解；B21 -压力开关，用于控制停放制动指 示灯的动作，当压力低于350 kPa时，停放制动指示灯（蓝灯）亮，表示停放制 动以施加；当压力高于4509 kPa时，停放制动指示灯灭，表示停放制动已缓解; B20-双向阀，防止常用制动与停放制动同时施加时而造成制动力过大；B22-压力 测试点，此处可以得到停放制动的压力图 5-7 空气控制屏的主要组成元件2、车门控制单元T03-止回阀，防止车门控制系统管路的压力空气逆流；T06-减压阀，将主风 管压力空气减至350 kPa，供车门控制系统使用；T07-安全阀，防止车门控制系 统压力过大；T08-截断塞门，可用来切除车门控制系统管路与主风管的通路，便 于测试与检修3、空气弹簧控制单元L02-截断塞门，可用来切除空气弹簧控制系统管路与主风管的通路，便于测 试与检修4、车间外接供气元件X01-截断塞门，可用来切除车间外供气管路与主风管的通路；X02 -车间外 接供气快速接头空气控制屏Z01与外界设备的接口是：接口 1与主风管相连； 接口 2 与踏面单元制动器的弹簧制动缸相连；接口 3 与踏面单元制动器的制动缸 相连；接口 4 通往门控设备及空调；接口 5 与门控风缸 T04 相连；接口 6 与制 动贮风缸B04相连；接口 7通往防滑阀G01的控制管路；接口 8通往空气弹簧。

5.3 制动微处理机控制系统制动控制系统有一个用于控制电空制动和防止车轮滑行控制的微处理机，常 称为制动微机控制单元（ECU）它是空气制动管路控制的核心制动实施时， 它接收各种与制动有关的信号（如制动指令PWM信号、电制动实际值信号、载 荷信号等），计算出一个当时所需空气制动力的制动指令，并将其输出给 BCU 同时 ECU 还实施监控每根轴的转速，一旦任一轮对发生滑行，能迅速向该轮轴 的防滑阀（G01）发出指令，沟通制动缸与大气的通路，使制动缸能迅速的排气， 从而解除该轮对的滑行现象，实现ECU对各轮对滑行的单独保护控制此外， 制动微处理机控制系统还具有本车的控制系统故障诊断功能和故障存储功能 制动微处理机控制系统对每一辆车都是独立的ECU 的基本结构：外形成单层机箱结构形式，共装有13 块标准的印刷电路 板，分别是：SV板为电源板；SSI板为信号的输入/输出；EPA板为电气模拟信 号的输入；AA板为电气模拟信号的输出；AD板为模拟信号与数字信号的转换； AE板为模拟输入信号的处理；DI模板为故障诊断；CP。