教案动车组制动系统.docx

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教案动车组制动系统

A、组织教学（2min）

B、引入新课（5min）

《动车组制动系统》是动车组驾驶专业学生必须掌握的一门非常重要的专业学习领域课程。

C、讲授新课（77min）

第一章动车组制动系统概述

一、制动的基本概念及制动方式分类

1、列车制动的相关基本概念

制动：

人为阻止列车运动，包括使其减速、阻止其运动或加速运动。

缓解：

对以施行制动的列车，解除或减弱其制动作用。

制动装置：

为使列车施行制动或缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为“制动装置”。

制动机：

制动装置中产生制动原动力并进行操纵和控制的部分。

基础制动装置：

制动装置中传送制动原动力

并产生制动力的部分。

制动距离：

列车从其施行制动作用开始，到其完全停住所驶过的距离。

它是综合反映列车制动装置性能和实际制动效果的主要技术指标。

有时也用制动（平均）减速度作为评价指标。

制动距离较具体，制动减速度则较为抽象。

二者有如下关系：

或

为了确保行车安全，世界各国都要根据本国铁路情况（主要是列车速度、信号和制动技术等）制订出自己的制动距离（或减速度）标准——紧急（非常）制动距离最大允许值，又称“计算制动距离”。

我国《铁路技术管理管理规程》原来规定的紧急制动距离为800米，但随着列车速度的提高，制动距离的标准也要相应加长。

对国产200km的动车组，当制动初速度为160km/h时，规定紧急制动距离为1400m；当制动初速度为200km/h时，紧急制动距离为2000m。

2、制动作用的分类

动车组的制动作用按用途分四大类：

常用制动、非常制动、紧急制动、辅助制动（辅助制动又包括备用制动、救援/回送制动、停放制动和停车制动等）。

常用制动：

正常情况下调节、控制列车速度或进站停车是所施行的制动。

特点：

作用缓和，制动力可调，通常只使用列车制动力的20%~80%，多数情况下只用50%左右。

非常制动：

紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动。

特点：

列车制动能力全部用上，作用迅猛，制动力为最大常用制动力的1.4~1.5倍。

非常制动也称快速制动。

紧急制动：

也是在紧急情况下采取的制动方式。

特点与非常制动类似。

紧急制动与非常制动的区别：

非常制动一般是电、空联合制动，也可以是空气制动；而紧急制动只有空气制动作用。

辅助制动（备用制动、救援/回送制动、停放制动、停车制动）

备用制动

备用制动设备有两种控制方式：

一种是利用备用制动指令线传递备用制动控制装置发出的电气制动指令，直接控制各车的电控转换阀产生制动作用；另一种是启用动车组内备用的自动空气制动设备进行制动，即通过制动管的增减压来控制全列车的制动和缓解。

救援/回送制动

救援/回送制动是通过救援机车的制动管来控制动车组的制动作用。

当救援机车制动管的增减压信号传递至动车组时，可采用两种控制方式：

一种是将机车制动管与动车组制动管直接相连，由救援机车直接控制动车组制动管内的压强；另一种则是在救援机车和动车组之间加装一个空电转换装置，由它将机车制动管内空气压力信号转换为电气指令信号来控制动车组的电空转换阀，实现各车的制动和缓解。

停放制动：

为了是动车组能够存放在一定的坡道上不溜车而施行的制动作用。

停放制动可利用专门的弹簧停车装置使机械装置动作，也可将铁靴放入车轮踏面下面阻止列车运动。

停放制动也称驻车制动。

停车制动：

停车制动是常用制动的一项辅助功能，当列车速度降低至5km/h以下时自动减小列车制动力以平稳停车，待列车停稳后，再将制动力升高并保持一定水平，以避免列车在坡道不超过30‰坡道上溜车。

停车制动也称保持制动。

3、制动方式的分类：

制动方式有多种分类标准，这里介绍三种：

（1）按动能转移方式分：

列车制动过程中动能的转移方式包含“转”和“移”两层含义。

盘形制动：

在车轴或车轮侧面安装制动盘，用制动夹钳使两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，将列车动能转热能，消散于大气。

与闸瓦制动相比，盘形制动有下列主要优点：

a、可大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗；

b、可按制动要求选择最佳“摩擦副”；

c、制动平稳，几乎没有噪声。

电阻制动：

在制动是把原来驱动轮对的自励牵引电动机改变为它励发电机，有轮对带动发电并将电流通往专门设置的电阻器，采用强迫通风使热量消散于大气而产生制动作用。

再生制动：

将电能反馈回电网，使本来由电能变成的列车动能再生为电能。

90年代后它在各国动车组上获得了广泛应用。

磁轨制动：

在转向架两侧、轨道上方各安装一个电磁铁，制动时将它放下并利用电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，把列车动能变为热能消散于大气。

轨道涡流制动：

轨道涡流制动与磁轨制动很相似，也是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。

不同的是，轨道涡流制动的电磁铁在制动时只放到离轨面几毫米处而不会与钢轨发生接触。

它利用电磁铁与钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力，并把列车动能转换成热能消散于大气。

旋转涡流制动：

旋转涡流制动是在牵引电动机轴上装有金属盘，制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面感应出涡流，产生电磁吸力，并消散于大气，从而产生制动作用。

此种制动方式广泛应用于日本新干线100系、300系和700系动车组的拖车上。

翼板制动：

尚处于试验之中，是一种从车体上伸出翼板来增加空气阻力的制动方式，若翼板位置适当，动车组运行时的空气阻力可增加3~4倍。

（2）按制动力的形成方式

按制动力的形成方式，制动方式可分为粘着制动和非粘着制动，前者是通过轮轨间的粘着作用产生制动力，制动力的最大值受粘着力的限制：

一旦轮轨间的作用力超过了轮轨粘着的限制，就会打滑。

而非粘着制动方式则无需通过轮轨粘着产生制动力，其制动力的大小自然也不受其限制。

在各国高速动车组所采用的制动方式中，除磁轨制动和轨道涡流制动外，其他方式一般说来都属于粘着制动。

（3）按制动力的操纵控制方式

按制动力的操纵控制方式，动车组所采用的制动方式可分为空气制动、电空制动和电制动三种。

（1）空气制动

空气制动又分为直通式空气制动和自动式空气制动两种。

直通式：

空气压缩机

总风缸

制动阀

制动缸。

特点：

制动管直接通向制动缸，制动管增压制动，减压缓解。

构造简单，操纵灵活方便；有阶段制动和阶段缓解。

缺点：

列车发生分离事故，制动管被拉断时，将彻底丧失制动能力；前后部发生制动的时间差较大，会造成较强的纵向冲击，不适于编组较长的列车。

因此，列车的制动操纵后来就改用了自动式空气制动装置。

自动式：

空气压缩机

总风缸

制

动阀

三通阀

副风缸

制动缸。

特点：

制动管增压缓解，减压制动。

其优点是当列车发生分离事故，制动管被拉断时列车可自动的产生制动作用；由于各车的制动缸都由相应的副风缸供气，缓解是各制动缸的压缩空气也是从各车的三通阀处排除，使得全列车的制动和缓解一致性较好，大大缓解了列车的纵向冲击。

国产时速200km动车组中，只有CRH1和CRH5动车组将自动空气制动作为备用的制动方式，所有车型在正常情况下的空气制动都采用直通式；

（2）电空制动

电控空气制动的简称，它是在空气制动的基础上于每辆车加装电磁阀等电气控制部件而形成的。

特点：

制动的操纵控制用电，制动作用的原动力还是空气；当制动的电控失灵时，仍可实行空气压强控制，临时变成空气制动机。

（3）电制动

操纵控制和原动力都是用电的制动方式称为电磁制动，简称电制动，如前面讲的电阻制动和再生制动。

因电制动能够提供强大的制动力和其他诸多优点，已成为各种型号高速动车组的主要制动方式。

4、制动对动车组的意义

对与动车组来说，制动的重要性早已不仅仅是安全问题了，它已成为限制列车速度进一步提高的重要因素：

要想做到列车的“高速”，除了要有大的牵引功率之外，还必须有足够强的制动能力。

二、动车组制动系统的组成和特点

1、动车组制动系统的组成

动车组运行速度高，给列车的制动能力、运行平稳性等方面提出一系列问题。

因此，高速动车组必须装备高效率和高安全性的制动系统，为列车正常运行提供调速和停车制动的手段，并在意外故障或其他必要情况下具有尽可能短的制动距离。

此外，高速运行的动车组对制动系统的可靠性和舒适度也提出了更高的要求。

动车组制动系统的性能和组成与普通的旅客列车完全不同，它是一个能够提供强大制动能力并能更好利用粘着的复合制动系统，包含多个子系统，主要由电制动系统、空气制动系统、防滑装置、制动控制系统等组成，制动时采用电制动与空气制动联合作用的方式，且以电制动为主。

2、动车组制动系统的特点

（1）制动能力强、响应速度快

a、采用电、空联合制动模式，电制动优先，普遍装有防滑器。

b、操纵控制采用电控、直通或微机控制电气指令等灵敏而迅速的系统。

这些装置使制动系统的反应更为迅速，进一步缩短了制动距离。

（2）制动力分配的准确和一致性高

动车组的制动机采用微型计算机控制，可为确保列车正点运行精确提供所需的制动力。

动车组制动系统对制动力计算精确，电制动和空气制动的分配合理，使不同的运行方式达到最佳的组合效果；同时，制动指令传递的同步性提高，各车制动的一致性好。

（3）故障导向安全

制动系统的作用可靠性是列车行车安全的基本保证，特别是高速运行时，制动系统失灵的后果不堪设想。

为此，动车组制动系统的可靠性主要涉及下列两个方面：

a、多级制动控制方式：

动车组一般设有空气制动、微型计算机控制的电空制动和计算机网络三种制动控制方式。

在正常运行状态下，由计算机网络控制并传递列车各车辆的制动信息；当控制系统发生故障时，能自动转为电空制动作用；在电气故障或电空制动故障时，能依靠空气制动的制动管减压实现系统的纯空气制动作用，保证在不良状态下的制动距离。

另外，在动车组微机控制的制动控制过程中需要有大量的信息输入、数字运算和输出指令，为防止故障，在该指令系统的设计中也需考虑相应的可靠性措施。

b、制动能力的冗余

在正常条件下复合制动系统的各种制动方式应合理分担制动能量，一旦其中的某种制动方式发生故障时，其它方式应能提供补充；而且，对于空气制动应充分考虑失电情况下空走时间延长和盘形制动摩擦系数下偏差对制动距离延长的影响。

（4）制动冲动小

从列车动力学的观点出发，旅客的乘坐舒适性包括横向、垂向和纵向三个方面的指标，动车组制动作用的时间和减速度远大于普通旅客列车。

因此，动车组的制动系统采用微型计算机控制，实现制动过程的优化，在提高平均减速度的同时，限制制动减速度的变化率，减少动车组的纵向冲动，提高乘坐舒适性。

D、归纳小结（4min）

1、学习要求

2、动车组制动机制动作用的分类

3、直通式制动的特点

E、布置作业（2min）

动车组制动机制动作用的分类？

动车组制动系统的组成和特点？

F、课后分析

A、组织教学（2min）

B、复习旧课（5min）

动车组制动机作用分类

C、讲授新课（77min）

第二章动车组制动系统工作原理

一、电制动系统

空气制动能力受下列因素影响：

制动材料的摩擦性能对粘着利用的局限；制动热容量和机械制动部件磨耗寿命的限制。

不能完全满足动车组制动需要。

所以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。

应用在国产200km动车组上的电制动有电阻制动和再生制动两种，它们都是让列车的动能带动动力传动装置（牵引电动机），使其产生逆作用，将列车的动能转变为电能，再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式。

1、电阻制动

（1）系统构成

（2）工作原理

司机室或ATC装置发出指令后，制动控制装置首先对列车运行速度进行判断。

当速度大于25km/h时，制动主回路构成（PB转换器转为制动位置），然后制动接触器动作（B11闭合，P11打开，P13打开），随后依次是磁场削弱接触器打开、预励磁接触器投入，最后，断路器投入（L1闭合）。

2、再生制动

（1）系统构成

再生制动系统组成与牵引传动系统一致，包括受电弓、主变压器、变流器、逆变器和电机等。

（2）工作原理

各部件的动作和电阻制动一样，只是电枢转动产生的电能要回馈到电网。

3、电制动的控制及有效利用

对于直流电机，低速区制动力随列车的速度降低而减少，如果不采用其它制动方式，列车就不可能停下来。

而感应电机的应用使得在全速区域提供有效制动成为可能：

因感应电机是通过定子磁场N与转子转速n的差（转差）而得到制动力的，所以，只要二者存在转差，即使列车停止（n=0）时也可以得到制动力。

感应电机的制动力就是通过控制定子磁场的转速N，使其低于转子转速n而产生的，定子磁场的转速为:

因此，要实现全速度区域有效的电制动，需要正确的控制交流电的频率f。

所产生的电制动力由逆变器的输出电压、逆变器的输出频率和转差率所决定，即：

此外，要在低速时有效地使用电制动，还需要对速度进行准确地检测。

为此，近年来已开发出在低速也有很高精度的速度解析装置，今后还将进行更可靠的电制动系统研究。

二、空气制动系统

1、压缩空气供给系统

空气压缩机、干燥装置、风缸、安全阀

2、空气制动控制部分

（1）系统构成

（2）电空转换阀、中继阀、压力调整阀、增压缸、制动缸等系统主要部件作用

3、基础制动装置

（1）传动部分：

杠杆式

夹钳式基础制动装置由制动夹钳，支架和剪刀形的夹紧制动盘的本体组成，支架和本体之间用销轴联结。

本体上设有稳定制动力和防止震动的防振橡胶，本体在销轴上可以滑动，以满足轮对左、右运动的要求。

另外，本体上还有间隙调整器。

（2）摩擦部分

制动盘：

型式结构：

整体式/组装式；轴盘式/轮盘式

材料：

铸铁制动盘、铸钢制动盘、铸铁-铸钢组合制动盘、锻钢制动盘、c/c纤维复合材料制动盘、铝合金基复合材料制动盘

闸片：

材料：

合成材料闸片、烧结金属材料闸片、c/c纤维复合材料闸片、陶瓷基复合材料

制动倍率：

ΣK理——按杠杆比算得的闸片理想压力总和

P——活塞杆作用力

传动效率：

ΣK实——闸片的实际压力总和

影响因素：

结构

保养状态

列车运行状态（动、静）

4、防滑装置

（1）滑行和踏面擦伤

（2）防滑装置种类：

机械式防滑器、电子式防滑器、微机控制的防滑器

（3）微机防滑器的结构及工作原理

5、制动控制系统

动控制系统是制动系统中，在司机或自动控制装置的控制下，产生、传递制动信号，并对各种制动方式进行制动力计算、分配的部分。

（1）制动控制系统的组成

制动信号发生装置：

制动信号发生装置有自动（ATC、列车自动控制系统）和手动（制动控制手柄）两种。

制动控制手柄设置在司机座椅左前方，手柄转动时带动安装在下部的凸轮，控制各指令线电气触点的通和断，向各车发送相应的制动指令。

制动信号传输装置

制动控制装置

也称制动控制单元（BCU），它是制动控制系统中接收制动指令，并根据指令对制动力进行计算和分配的装置。

动车组所有车辆均装有BCU。

主要功能：

制动力的计算和分配；防滑控制；其它：

空气压缩机的控制等…

（2）制动控制系统的操纵方式

ATC操纵

操作手柄操纵

紧急制动的操纵

（3）制动系统与动车组其他系统的接口

与列车控制网络的接口

与列车控制系统的接口

与牵引传动系统的接口

D、归纳小结（4min）

1、学习要求

2、再生制动系统工作原理

3、制动控制系统组成

E、布置作业（2min）

1、制动控制系统组成？

2、再生制动系统工作原理

F、课后分析

A、组织教学（2min）

B、复习旧课（5min）

再生制动原理

制动控制系统组成

C、讲授新课（77min）

第三章CRH2动车组制动系统

§3-1CRH2动车组制动系统概况

CRH2动车组有两套制动系统，一套是电制动，将牵引电机转换成发电机形式工作，即再生制动。

一套是空气制动，将电指令转换成空气指令送入制动缸起制动作用。

CRH2制动系统采用复合制动模式，即再生制动+电气指令式空气制动。

动车中电制动优先，当列车速度较高时，实施电制动。

低速区域的电制动停止工作或电制动故障时，不足部分由空气制动补充实施，制动方式转换均由微机系统控制完成。

M车、T车的基础制动均采用空电变换的增压汽缸和液压卡钳装置。

一、CRH2制动系统组成

由制动控制系统，基础制动系统及空气供给系统三大部分组成

制动控制系统包括制动信号发生装置、制动信号传输装置、制动控制装置。

制动信号发生装置即司机制动控制器，安装在1、8号（T1c、T2c）车司机室操纵台；制动信号传输传输装置借助列车信息控制系统，包括中央装置，车辆终端装置，采集与传输制动指令，同时接收制动状态指令；

制动控制装置接受制动指令，实施制动力的控制，并以整体集成方式将其吊装在每辆车的地板下，其内部集成了电子控制单元和由各风动阀（电空转换阀、紧急阀、中继阀、调压阀等）组成的制动控制单元（BCU）、空气制动管路上所需要的各种阀门及风缸等。

基础制动装置位于转向架上，由带防滑阀的增压气缸及油压盘式制动装置组成。

空气供给系统由三台压缩机和干燥器（位于3、5、7号车地板下）、总风缸、制动供给风缸以及贯穿全车的总风管组成。

列车编组图

列车分为四个制动控制单元，1M1T构成一个单元，制动时在单元内再生制动优先，空气制动实行延迟充气控制，以减少闸片的磨耗。

司机制动控制器安装在司机室，制动控制器和制动缸安装布置在司机室左下部。

二、CRH2制动系统工作原理

列车常用制动时，制动指令通过常用制动指令线传输到各车辆的BCU。

空气弹簧压力通过传感器转化为与车重相关的信号，BCU根据制动指令及车重信号计算出所需制动力，并向动力制动控制装置发出制动信号。

动力制动控制装置控制动力制动产生作用，并将实际制动力的等值信号反馈至BCU，BCU进行计算，并把与计算结果相应的信号送往EP阀。

EP阀将此电信号转换成相应的空气压力信号送至中继阀，中继阀进行流量放大后使制动缸获得相应的压力，最后经制动盘液压夹钳将制动力作用到制动盘上，完成制动作用。

紧急制动时，紧急制动指令线失电，紧急电磁阀（UVR）消磁。

来自总风缸的压缩空气通过紧急制动电磁阀后，作为向中继阀提高的压力指令。

中继阀根据该压力指令，将制动供给风缸的压缩空气送往制动缸产生制动。

再生制动与空气制动的混合控制，是由微机来完成的。

它优先利用动车组的再生制动力。

在两个头车司机室内各安装一台空气制动指令转换装置，它可将连挂机车的列车管空气压力信号转换成电信号，用作动车组被救援或复挂回送时的制动控制。

三、CRH2制动系统类型

CRH2制动控制系统的制动指令发出有两种途径，一种是正常行车时的常用制动的指令由司机制动控制器发出；另一种是由列车ATP（自动列车防护系统）或LKJ2000发出的安全制动指令由通信接口接入制动指令。

四、CRH2制动方式

按动能转移方式说：

盘形制动、动力制动

按制动源动力来说：

空气制动、动力制动

按制动力形成方式：

均属粘着制动

五、CRH2制动系统功能

能够实现制动指令的发出及传输、常用制动及快速制动的控制、紧急制动的控制、辅助制动的控制、耐雪制动的控制、空气制动与再生制动的协调控制、防滑控制、增粘器（踏面清扫器）控制、受ATP/LKJ2000监控的速度控制，其中BCU还能进行主压缩机起停控制、车门控制、系统状态记录和故障诊断等一系列功能。

1、常用制动

2、快速制动

3、紧急制动

4、辅助制动

5、耐雪制动

6、停放制动

六、CRH2制动系统特点及技术指标

1、特点：

（1）常用制动采用电-空结合的复合制动方式，电制动优先，所承担的制动能量占全部制动能量的97%；

（2）常用制动按速度-粘着特性曲线进行控制，并可根据载荷变化自动调整制动力；

（3）基础制动装置采用液压夹钳装置，体积小，响应迅速；

（4）具有与列车运行控制系统ATP/LKJ2000的接口，可施行安全制动

（5）具有故障诊断和相关信息保存功能

2、技术指标

（1）动车组在平直道和额定载荷下的紧急制动距离

时速200km/h：

≤1720m

时速160km/h：

≤1070m

（2）基础制动传动效率95%以上，闸片平均摩擦系数0.25

（3）正常使用时总风管压力为780~880kPa。

充风时由0升至880kPa的时间为250.3s，由780kPa升至880kPa的时间为28.5s

（4）非常制动空走时间≤2.3s；ATP空走时间≤3.5s

D、归纳小结（4min）

1、学习要求

2、CRH2制动系统工作原理

3、CRH2制动系统组成

E、布置作业（2min）

1、CRH2制动系统工作原理

2、CRH2制动系统组成

F、课后分析

A、组织教学（2min）

B、复习旧课（5min）

CRH2制动系统的组成

CRH2制动系统的功能

C、讲授新课（77min）

§3-2CRH2电制动

电制动是将列车运动的动能转变为电能后，再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式。

因为电制动具有摩擦部件少（仅有轴承）、维修工作量少，能反复使用等许多优点，可以担负着制动减速时的大部分能量。

同时，由于可以将制动能量再利用，所以对节能是一种贡献，又因为不使用主电阻器，还可以减轻车体重量，所以是高速动车不可或缺的制动方式。

制动时，列车首先最大限度地利用电制动力制动列车，减轻拖车的空气制动负荷，这样可以减少拖车的机械制动部件的磨损。

一、结构组成

电制动系统的组成与牵引系统一致，由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。

受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1500V的交流电。

降压后的交流电再输入牵引变流器，通过一系列的处理，变成电压和频率都均可控的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。

动车组有两个相对独立的主牵引系统，两辆动车组成一个动力单元，正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以切断故障源，继续运行。

二、工作原理

CRH2动车组采用的主交流电动机是三相异步感应式电动机，在感应式电动机制动时将主电动机转变为发电机运行。

电机磁场从N极到S极构成磁通回路与在转子中通过的电流相互作用产生制动力，由于感应电动机定子线圈中通过的是三相交流电，它在定子中会产生旋转磁场，当定子磁场转速比转子的转速慢时，磁场切割转子导线，在转子导体中有电流产生，产生的电流由切割定子磁力线，从而会产生制动力。

三、主要部件技术参数

再生制动的性能曲线图所示，再生制动在常用制动为最大时的编组整体的减速特性为：

70km/h以下时：

0.747m/s2

118km/h时：

0.619m/s2

200km/h时：

0.505m/s2

按照各车的重量分配制动力。

图中显示了最大轴重为14ton的车辆的再生制动特性。

为在70km/h以下速度范围内将电车（再生制动）与其附挂车（空气制动）的减速负

荷统一，减少70km/h以上速度时机械磨损零件的保养极有利。

用再生制动力来负担附挂车的部分制动力的特性。

因此，再生制动力作用下的电车减速度负担如下。

70km/h以下时：

0.747m/s2

118km/h时：

0.699m/s2

200km/h时：

0.615m/s2

D、归纳小结（4min）

1、学习要求

2、CRH2电制动系统组成

3、CRH2电制动系统工作原理

F、课后分析

A、组织教学（2min）

B、复习旧课（5min）

CRH2动车组电制动系统主要部件功能

CRH2电制动工作原理

C、讲授新课（77min）

§3-3CRH2动车组空气制动系统

CRH2动车组的空气制动系统由压缩空气供给系统、空气制动控制部分和基础制动装置三大部分组成。

空气制动所包含的主要零部件如表：

零部件名称

所需数量

备注

T1C

M2

M1

T2

T