毕业论文 地铁车辆制动系统.docx

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毕业论文地铁车辆制动系统

毕业设计说明书

课题名称：

城轨车辆制动系统的原理分析

专业系轨道交通系

班级

学生姓名

指导老师

完成日期2013。

12

2011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：

左继红

三．设计内容与要求

1.课题概要

城市轨道交通运输是我国交通运输网络的重要组成部分，它的发展与城市经济的发展息息相关。

目前,世界各地的主要政治、经济、文化等中心城市都兴建了不同形式的轨道交通运输网，有些还成为所在城市的重要景观和标志性建筑.我国北京、上海、广州、南京等城市的地下铁道已经开通，成为这些城市市内交通运输的支柱。

另外还有许多其他的城市交通网也在筹建和建设之中。

城市轨道交通运输的发展必将为我国经济的发展插上腾飞的翅膀。

地铁车辆制动系统用于保证地铁车辆的运行安全，具有多种操作模式，与传统列车制动系统相比，结构和工作原理更为复杂。

通过对此课题的学习和设计，使学生能更好的理解地铁车辆制动和空气管路系统的工作原理，培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力，提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来分析解决本专业相应问题的能力，使学生树立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序和方法，完成工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。

2.设计内容与要求

1、熟悉地铁制动在铁路运输中的作用。

2、简单介绍地铁车辆制动系统的组成。

3、详细分析地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程。

4、分析现有制动系统存在的不足之处，利用自己所学的专业知识,提出改进设计意见和具体实施方案。

四．设计参考书

1。

《城市轨道交通车辆制动技术》殳企平编著水利水电出版社

2．《列车制动》侥忠主编中国铁道出版社

3.《电力机车制动机》那利和主编中国铁道出版社

4。

5。

http：

//

6。

http：

//www.china1435。

com

7.http:

//www。

chinarailway。

com

五．设计说明书内容

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，内容与要求，设计方案，原理分析,设计过程及特点）

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:

熟悉地铁制动在铁路运输中的作用。

第3-6周：

介绍地铁车辆制动系统的组成，分析地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程。

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.

一．毕业设计答辩及论文要求

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给指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题任务,目地和意义,所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本理论,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

随着城市化进程的加快，越来越多的人们都在寻求更快捷、更环保的出行方式。

城市轨道交通由于具有方便快捷、绿色环保等诸多优点，受到了大家的广泛青睐。

而城市轨道列车的运营有别于干线铁路车辆，它需要频繁的启动、调速、制动,这就对车辆制动系统的性能提出了更高的要求.

1）为适应资源节约型和环境友好型社会建设的现实需要，城市轨道车辆所采用的制动系统应尽可能最大的利用电制动，它既能通过能量的回收而产生一定的经济效益，又能减少闸瓦的机械磨耗而降低对环境的影响。

2）为了适应短距离起停车的特点，必须使列车启动快、制动距离短。

这就要求制动系统装置具有操纵灵活，响应迅速,停车平稳、准确和制动力大等特点。

3）城市轨道车辆为动、拖车编组列车，所以要求编组列车的各车辆的制动能力尽可能一致，并且能够适应列车乘客量的变化，具有空、重车的调节功能，以降低制动时列车的纵向冲击。

本论文主要讲述了地铁制动的类型、地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程.并分析了其的优点和不足之处。

关键词:

地铁制动供风系统地铁车辆及列车制动系统的工作原理和工作过程

ABSTRACT

Withthespeedingupofurbanization,moreandmorepeoplearelookingforamoreefficient,moreenvironmentallyfriendlywaytotravel。

Urbanrailtransitwithaconvenient，greenenvironmentalprotection，andmanyotheradvantages,iswidelyfavoredbyeveryone。

Andoperationofurbanrailtrainisdifferentfromtherailwayvehicle,itrequiresfrequentstart,speedcontrol,brake,it'sontheperformanceofthevehiclebrakesystemputforwardhigherrequirements。

1）inordertomeettherealityoftheconstructionoftheresource-conservingandenvironment-friendlysocietyneeds，theurbanrailvehicles,themaximumbrakingsystemshouldbeadoptedbytheuseofelectricbraking,itcanthroughtheenergyrecyclingandproducecertaineconomicbenefits,andcanreducethemechanicalwearofbrakeshoeandreducetheimpactontheenvironment。

2）Inordertoadapttothecharacteristicsofshortonparking,mustmakethetrainstartfast,shortbrakingdistance.Thisrequiresabrakingdeviceisflexible，quickresponseandparkingsteady，accurate，andbrakingforcebig，etc。

3）forurbanrailvehicle,trailermarshaling,sorequiresmarshalingofeachvehiclebrakingabilityasconsistentaspossible,andtheabilitytoadapttothechangingofthetrainpassengershaveemptyandheavyvehicleadjustfunction，inordertoreducebrakingwhenthetrainlongitudinalimpact。

Thispapermainlytellsthestoryofthesubwaybraketype,metrovehicleandtrainbrakingsystemworkingprincipleandworkingprocess.Andanalyzestheiradvantagesanddisadvantages。

Keywords：

subwaymetrovehiclebrakeforthewindsystemandbrakingsystemworkingprincipleandworkingprocess

引言

地铁是一种独立的有轨交通系统，是线路的大部分建筑物在地下，.在我国，随着改革开放的深入进行,城市面貌也在发生变化，特别是市政建设步伐进一步加快,力度也在不断的加大,对旧城区改造也在向纵深发展.但是旧城区一般既有各种建筑物、结构物密集，市政道路多,干扰大,改建难度十分大。

由于地铁建设基本上是在地下进行,在城市的改建过程中优势比较明显,因此我国大部分城市在旧城改造规划中选择了地下铁道。

但地铁建设造价昂贵，而且建设资金基本上是有地方财政承担,所以我国目前的地铁建设大部分在沿海经济比较发达的城市进行。

如北京、上海、天津、广州都拥有地铁。

不可否认，制动系统作为城轨车辆的重要系统，直接涉及到车辆的运行性能和安全，也可以说地铁车辆制动系统对于地铁车辆安全运行有着重大的作用。

该系统包含有电制动和空气制动两种制动装置。

常用制动过程中，由于电制动对设备没有磨损并且节能，所以在电制动有效的情况下列车优先使用动车的电制动，在电制动不能为满足制动需求时,电制动与空气制动进行复合制动.

为适应资源节约型和环境友好型的社会现实的需要,制动系统为其选用电制动。

它既能通过能量的回收而产生一定的经济效益,又能减少闸瓦的机械磨耗而降低对环境的影响。

其次，制动系统还具有操纵灵活，响应快速，停车平稳,准确和制动力大等特点.这样可以让列车启动快、制动距离短，可以短距离起停车.

最后城市轨道车辆为动、拖车编组列车，所以编组列车的各车辆制动的能力尽可能一致,并且能够适应列车乘客量的变化，具有空、重车的调节功能，以降低制动时的纵向冲击，从而可以保证乘客们的安全。

除此之外，该制动系统还有其他的一些功能。

为确保列车乘坐舒适该系统具有冲动控制功能。

系统还能够通过接收输入信号检测制动是否缓解，即检测制动不能缓解功能,产生制动不能缓解状态时，它可通过强迫缓解开关给强迫缓解指令回路供电，从而控制不能缓解车辆的压力控制阀，实现缓解制动.

第一章国内外机车车辆的检修制度及发展现状

1。

1制动的基本概念

列车制动是人为地利用制动力使列车减速、停车、阻止其运动或加速的统称.

要改变运动物体的运动状态，必须对它施加外力。

对于列车，人为地使其减速或阻止其加速的外力是由列车制动装置产生的，它与列车运动方向相反，由轨道作用于车轮轮周的这种外力，叫制动力。

为了能列车施行制动作用，需要在列车上安装一套完整的制动系统（装置）.

对传统的机车车辆运用模式而言，列车制动装置是指机车制动装置、车辆制动装置的组合，通常制动装置是指能产生制动作用的整套机构,通常包括制动机、基础制动装置、停放制动（驻车）装置.

制动机是制动装置中受司机直接控制的部分,通常包括，从制动软管连接器至最终产生制动力的制动缸的一整套机构。

基础制动装置是整个制动装置中用于传递、放大制动力的一整套机构.

停放制动（也叫驻车制动或停车制动）装置是使列车在停车状态下（无动力）依然能保持制动力、避免列车溜逸的制动装置。

这种制动功能也可以借助于常规制动（行车制动）系统的全部、或其中一部分或某些部件来实现。

制动装置是通过操纵司机制动控制器（简称司控器）发出的制动指令，指挥制动控制部分向基础制动的制动缸送风，使制动缸获得必需的空气压力，经基础制动装置的放大变换，最终形成列车制动力的。

制动作用的解除叫做缓解，包括分步操纵的部分解除（称部分缓解、阶段缓解）和一次操纵的彻底解除（称彻底缓解、一次缓解）。

1.2制动力的产生

1.2.1制动力的描述

（1）制动力是由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力，是纵向力.

（2）制动力比列车运行阻力（自然产生的）大得多。

（3）列车制动减速过程中，制动力起主要作用（尽管列车运行阻力也起作用）.

（4）与牵引力一样，制动力同样受黏着限制（非黏制动除外）。

1.2.2制动力的产生

制动力可以有多种方式产生，以最传统的空气制动为例，用闸瓦压紧在车轮踏面上（参见图1-1），或用闸片压紧在制动盘面上（参见图1-2）,可以获得所需要的制动力。

1.3制动方式

制动方式可以按制动时电动车组动能转移方式、制动力获取方式和制动源动力的不同进行分类.

1.3。

1按电动车组动能转移方式分类

按制动时电动车组动能的转移方式不同，动车组的制动可以分为二类：

一类是摩擦制动方式，即通过摩擦把动能转化为热能，然后消散于大气；二是动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能,然后将电能从车上转移出去。

（1）摩擦制动

电动车组常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速电动车组中，往往还要采用磁轨制动来辅助紧急制动。

磁轨制动属于轨道电磁制动方式中的一种,也属于摩擦制动.

（2）动力制动

电动车组在制动时，将牵引电动机转变为发电机，将列车动能转化为电能，对这些电能的处理方式不同又可分成电阻制动和再生制动两种形式。

电阻制动是把列车动能转化出来的电能直接消耗在随车安装的制动电阻上转变为热能,然后再通过通风设备把热散掉;再生制动是把这种电能通过牵引传动的变流器逆向变换，再返回电网.

1。

4制动的分类

1。

4.1制动力形成方式分类

按电动车组制动力的获取方式，可分为黏着制动与非黏着制动。

这是按照制动力形成是否依赖于轮轨之间的黏着关系而划分的.

在传统的制动方式中，如闸瓦制动、盘形（包括油压卡钳盘式、涡流盘式）制动、电阻制动和再生制动均属于黏着制动，因为其制动力的产生都离不开轮轨间的黏着关系，即轮轨接触区域必须有黏着作用,并且制动力的大小受黏着限制。

相比而言，轨道电磁制动（磁轨制动、轨道线性涡流制动）则属于非黏着制动,因为其制动力的产生与轮轨间的黏着作用没有直接关系,只取决于制动体与钢轨之间因接触摩擦（如磁轨制动）所产生的制动力,或因电涡流作用（轨道线性涡流制动）而产生电磁力。

目前处于研究阶段的高速动车组制动方式中还有一种在高速下通过车体伸出的迎风扰流板而产生空气作用力的制动方式，也称翼板制动，就制动力的形成而言也属于非黏制动。

1.4.2制动源动力分类

目前电动车组所采用的制动方式中，制动的原动力主要有压缩空气和电力。

以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动方式。

如闸瓦制动、盘形制动等都为空气制动方式。

以电为源动力的制动方式称为电气制动方式,如动力制动、轨道电磁制动等均为电气制动方式。

1.5现代城轨交通车辆制动系统的主要功能和组成部分

1。

5。

1制动系统的主要功能

（1）制动系统具有足够的制动能力，能保证车辆在规定的制动距离内停车。

制动系统操作灵活、反应迅速、停车平稳。

（2）制动系统包括动力制动（电气制动）和空气制动（机械制动）两种制动方式，并且在正常制动过程中，尽量首先使用动力制动，以减少空气制动对城市的环境污染并降低车辆维修成本。

（3）制动系统具有可靠的安全保障系数,即使个别车辆发生故障或在较长距离和较大坡度的坡道上运行，也有足够的制动力保证列车可靠制动和停车.

（4）车辆具有载荷校正能力,能根据乘客载荷的变化自动调节制动力，使车辆制动力保持恒定，限制冲动力，保证乘客乘坐的舒适性。

（5）制动系统具有紧急制动功能。

紧急制动装置除由司机操作外,还可由其他行车人员操作。

1.5。

2现代城轨交通车辆的制动系统的组成

（1）动力制动系统.它一般与牵引系统连在一起形成主电路,包括再生反馈电路和制动电阻器，将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器上。

（2）空气制动系统。

它由供气部分、控制部分和执行部分（基础制动装置）等组成。

供气部分有空气压缩机组、空气干燥机和风缸等；控制部分有电—空（EP）转换阀、紧急阀、称重阀和中继阀等；执行部分就是闸瓦制动装置和盘式制动装置等。

（3）指令和通信网络系统。

它既是传送司机指令的通道，同时也是制动系统内部数据交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线.

1。

6小结

列车以很多的形式存在,比如动能转移方式、制动力获取方式和制动源动力的不同等。

列车制动系统有着操作灵活、反应迅速、停车平稳等特点。

它由动力制动、空气制动、指令和通信网络系统组成。

第二章地铁车辆电气制动系统

2.1电气制动的概念

在各种形式的制动中,电气制动是一种较理想的动力制动方式,它是建立在电动机的工作可逆性基础上的。

在牵引工况时，电动机从接触网吸收电能,将电能转换为机械能，产生牵引力,使列车加速或在上坡的线路上以一定的速度运行；在制动工况时，列车停止从接触网受电，电动机改为发电机工况，将列车运行的机械能转换为电能，产生制动力,使列车减速或在下坡线路上以一定的限速度运行.车辆进行电气制动时，首先应该是再生制动，即向供电网反馈电能。

如果触网电压过高或同一供电区段无其他车辆吸收反馈能量，则电路转为电阻制动，把能量消耗在电阻器上。

2.2再生制动

2。

2.1再生制动的概念

再生制动亦称反馈制动，是一种使用在电动车辆上的制动技术。

在制动时把车辆的动能转化及储存起来；而不是变成无用的热。

再生制动在电力机车、有轨电车、无轨电车及纯电动或混合动力汽车上常见。

电力机车、有轨电车、无轨电车通常是把产生的电能输回接触网,而汽车则可能把电能储在飞轮、电池或电容器之内。

传统的的动力制动则会把电能在电阻转成热能后逸散.

最普通的制动方法会把车的动能，以摩擦直接转化成热能。

“再生制动”和另一种原理接近,但较为简单的“动力制动”,则是把电动机转成发电机使用，把车辆的动能转成电能。

动力制动通常只会把产生的电，经过电阻转成无用的热放走。

而再生制动则会把电力储起来或透过电网送走，再生循环使用.使用再生制动的车辆仍然会有传统的摩擦制动，提供快速、强力的制动。

一般的再生制动只会把约30％的动能再生使用，其余的动能还是成为热。

这效率根据不同的使用环境而有所不同。

2.2。

2再生制动的原理

将牵引电机的电动机工况转变为发电机工况，将列出动能转化为电能，电能通过转换电器和受电弓反馈给供电触网,可提供给相邻运行的列车使用的制动方式.

再生制动的三种不同的制动控制策略：

具有最佳制动感觉的串联制动；具有最佳能量回收率的串联制动；以及并联制动。

在前轮上的再生制动比后轮上的再生制动将更为有效,同时大部分制动能量消耗在10～50km/h的车速范围内。

再生制动原理图

2.2.3再生制动的分类

（1）能量消耗型。

这种方法是在变频器直流回路中并联一个制动电阻，通过检测直流母线电压来控制一个功率管的通断。

在直流母线电压上升至700V左右时，功率管导通，将再生能量通入电阻，以热能的形式消耗掉,从而防止直流电压的上升。

由于再生能量没能得到利用，因此属于能量消耗型.同为能量消耗型,它与直流制动的不同点是将能量消耗于电机之外的制动电阻上，电机不会过热,因而可以较频繁的工作。

（2）并联直流母线吸收型.适用于多电机传动系统（如牵伸机），在这个系统中，每台电机均需一台变频器，多台变频器共用一个网侧变流器，所有的逆变部并接在一条共用直流母线上.这种系统中往往有一台或数台电机正常工作于制动状态，处于制动状态的电机被其它电动机拖动，产生再生能量，这些能量再通过并联直流母线被处于电动状态的电机所吸收.在不能完全吸收的情况下，则通过共用的制动电阻消耗掉。

这里的再生能量部分被吸收利用，但没有回馈到电网中。

（3）能量回馈型。

能量回馈型的变频器网侧变流器是可逆的，当有再生能量产生时,可逆变流器将再生能量回馈给电网，使再生能量得到完全利用。

但这种方法对电源的稳定性要求较高,一旦突然停电,将发生逆变颠覆。

再生制动可以用于所有电动机械中，而电动机械主要是旋转式,例如电动机，所以再生制动常见于电动机拖动的系统中，简称电力拖动系统.

2。

3电阻制动

2。

3。

1电阻制动的概念

又称动态制动是铁路机车的一种制动方式,广泛应用于电力机车和电传动柴油机车。

在制动过程中,将原来驱动轮对的牵引电动机转变为发电机,利用列车的惯性由轮对带动电动机转子旋转而发电，从而产生反转力矩，消耗列车的动能，达到产生制动作用的目的.而电机发出的电流通过专门设置的电阻器,采用通风散热将热量消散于大气.

由于电阻制动的原理是因为转子有电流流动，在定子的磁场产生与转动方向相反的力矩，制动力与速度成正比，因此当机车运行速度较低（～10公里/小时）的时候,由于转子转速慢，减少了产生的电流和反转力矩，会导致制动效率大幅下降甚至失效。

加馈电阻制动正是为了解决这个问题而出现，在低速制动时由机车电路系统为转子供给一定电流，增加制动力,使机车在慢速下也能进行电阻制动,有效扩大电阻制动的应用范围。

再生制动是在电阻制动基础上进一步发展而成的制动方式，将制动过程发出的电能反馈回电气化铁路供电网，使本来由电能变成的动能再生为电能，而不是变成热能消散掉。

2。

3.2电阻制动的原理

电阻制动是利用直流电机的可逆原理。

在机车需要减速时,将机车由牵引工况转换为制动工况,此时牵引电动机转换为发电机并通过轮对将列车的动能转变为电能,再通过制动电阻把电能转换为热能消耗掉，牵引电动机的转轴上产生的电磁制动转矩通过减速齿轮作用在机车动轮上形成制动力，使机车速度降低，起到制动作用。

机车在牵引工况时，牵引电动机为串励电动机.牵引整流柜输出的电流通过电空接触器流入牵引理发动机的电枢绕阻、换向极绕组和励磁绕组，于是产生电磁转矩MD。

在转矩的作用下，电动机按MD方向旋转，转速和转矩方向相同，这个转矩通过齿轮传到动轮上去，形成了牵引力FK，牵引力FK的方向与机车运行方向相同。

机车在制动工况时，牵引电动机作为发电机运用。

由于串励发电机有两个缺点，一是不能稳定的工作，二是励磁绕组与电枢绕组串联,磁通很难控制，所以在电阻制动时，把牵引电动机改接成他励发电机工作，这样可以在较大范围内均匀地调节制动力,很方便地控制机车的速度。

电机的励磁绕组仍由牵引整流柜通过电空接触器供给励磁电流而电枢绕组通过工况转换开关与制动电阻相联。

电机电枢通过齿轮被轮轴驱动，在电枢绕组内产生感应电势。

在此电势的作用下产生电流流过制动电阻。

于是电枢电流和磁通相互作用产生电磁力矩,它的方向可用左手定则判定.电磁力矩与电枢旋转方向相反，这个电磁力矩经过齿轮传递到轮对上，形成制动力。

因制动力的方向与机车运行方向相反，在此力作用下使机车运行速度降低。

电阻制动原理图

2.4小结

地铁车辆电气制动系统主要分为电气制动、再生制动和电阻制动。

在各种形式的制动中,电气制动是一种较理想的动力制动方式,它是建立在电动机的工作可逆性基础上的。

再生制动分为能量消耗型、并联直流母线吸收型和能量回馈型。

第三章空气制动系统

3.1空气制动

虽然电制动可以提供强大的制动力，但空气制动目前对于地铁来说仍然不可缺少。

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。

3。

2空气制动的分类

（1）直通式空气制动机

（2）自动空气制动机

（3）