第一章制动系统概述课件

交流电力机车 制动系统机车：牵引或推送铁路车辆运行，而本身不装载营业载荷的自推进车辆，俗称火车头。机车的分类：铁路机车的分类大致以运用和牵引动力划分。从运用上划分，客运机车、货运机车和调车机车。按牵引动力划分，蒸汽机车、内燃机车和电力机车。电力机车的分类：1、按用途分：客运电力机车：用来牵引客运列车，其特点是牵引力不大，运行速度高。货运电力机车：用来牵引重载货物列车，其特点是牵引力大，速度不高。客货两用电力机车：用来牵引客运或货运列车。其牵引力和速度介于客、货电力机车之间。调车电力机车：用来在站场上编组列车。机车的功率不大，速度和牵引力均较低。2、按传动形式分：（1）具有个别传动的电力机车：电力机车每一轮对都由单独的牵引电动机驱动。这些轮对称为动轮或动轴。（2）具有组合传动的电力机车：电力机车上某几个轮对互相连接成组，然后由一台牵引电动机驱动。3、按供电电流制分：直流供电-直流牵引电动机驱动的直直型电力机车；交流供电-直流牵引电动机驱动的交直型电力机车；交流供电-变流器环节-三相交流异步电动机驱动的交直交型电力机车；交流供电-变频器环节-三相交流同步电动机驱动的交交型电力机车。电动车组电力牵引系统结构框图任务一 制动系统的重要意义制动：人为地使运动物体减速或阻止其加速。缓解：对已经实施了制动的列车，解除或减弱其制动作用。制动力：制动过程中所形成的可以人为控制的列车减速力。制动系统：能够产生可控制的列车减速力，以实现和控制能量转换的装置或系统。列车制动装置：在列车上安装的由一整套零部件组成的一个完整的制动装置。动力分散型列车 动力分散型列车包含动车组和城市轨道交通车辆，其制动在操纵上按用途可分为五种：1、常用制动 2、紧急制动 3、快速制动 4、停放制动 5、保持制动制动距离：从司机实施制动（将司机控制手柄推至制动位）的瞬间起，到列车速度将为零的瞬间止，列车在这段时间内所驶过的距离。制动距离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。制动系统在列车运行中的重要意义n制动过程必须具备两个基本条件：（1）实现能量转换（2）控制能量转换性能良好的制动机对铁路运输有以下几方面的促进作用：（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列车的运行过程包括牵引、惰行和制动三个基本工况。制动系统控制关系（即工作流程）如图所示：制动机基础制动装置手制动机制动系统控制关系任务二 制动机的发展简史1825年9月27日，在英国的斯托克顿至达灵顿之间建成了世界上第一条铁路，于是世界上第一列由蒸汽机车牵引的列车开始运营。当时使用的制动机是人力制动机，即手制动机。1869年，美国工程师乔治.韦斯订豪斯发明了世界上第一台空气制动机直通式空气制动机属于气动装置，由司机单独操纵。1872年，乔治.韦斯订豪斯在直通式制动机的基础上，研制出了一种新型的空气制动机自动式空气制动机。20世纪60年代，随着科学技术的发展，电空制动技术在铁路运输中广为应用，产生了电空制动机，从而改善了制动机的工作性能，为铁路运输提供了更为可靠的安全措施。目前，在我国电力机车上使用的电空制动机有：DK-1型电空制动机、DK-2型电空制动机、CCB-型电空制动机（微机控制制动系统）和法维莱Eurotrol电空制动机。任务三 制动方式的分类和制动机的分类一、制动方式的分类 制动方式可按制动时列车动能转移方式、制动力获取方式或制动源动力的不同进行分类。（一）按列车动能转移方式分类 列车动能的转移方式可以分为两类：一是摩擦制动方式，即动能通过摩擦副的摩擦转变为热能，然后消散于大气。二是动能制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从列车上转移出去。1-轮对；2-单元制动缸；3-吊杆；4-制动夹钳；5-闸片托；6、7-杠杆；8-支点拉板（二）按制动力形成方式分类（三）按制动源动力分类二、制动机分类与闸瓦制动相比，盘形制动有下列优点：（1）可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。（2）可按制动要求选择最佳“摩擦副”，盘形制动的制动盘可以设计成带有散热筋，旋转时它具有半强迫通风的作用，以改善散热性能，适宜于高速、重载行车。（3）制动平稳，几乎没有噪声。盘形制动的不足之处：（1）车轮踏面没有闸瓦的磨刮，轮轨黏着将恶化。所以，为了防止高速滑行，既要考虑采用高质量的防滑装置，也要考虑加装踏面清扫器，或采用以盘形为主、盘形加闸瓦的混合制动方式，否则即使安装有防滑器，制动距离也比采用闸瓦制动时要长。（2）制动盘使簧下质量及其引起的冲击振动增大；运行中还要消耗牵引功率，速度愈高，此种功率损失亦愈大。任务四 空气制动机的基本作用原理一、直通式空气制动机的基本构成和作用原理直通式空气制动机具有以下特点：（1）由于制动缸的充、排风都需要经过制动管来完成。制动管充风，产生制动作用；制动管排风，实现缓解作用。恰恰是直通式空气制动机的这一特点，使其存在着“列车分离时，列车制动系统失去制动作用”的致命弱点，这也是直通式空气制动机遭淘汰的根本原因。（2）由于制动管又细又长，所以必然导致直通式空气制动机的制动时，前部车辆的制动缸充风快、压力高，而后部车辆的制动缸充气慢、压力低，仍然使列车前、后部各车辆的制动同步性较差，从而造成较大的列车制动冲击。二、自动式空气制动机的基本构成和作用原理任务五 常用名词术语一、压力与压强压力：物体间的相互作用力；单位为牛顿（N）。压强：单位面积上所受力的大小；单位为帕（Pa，N/）二、绝对压力及表压力绝对压力：压力空气的实际压力。表压力：压力表指示的压力值。绝对压力=表压力+大气压三、二压力机构及三压力机构制动机二压力机构制动机：根据两种压力之间的压力差来控制三通阀或分配阀的主活塞动作，以实现制动、缓解与保压作用的制动机。三压力机构制动机：根据三种压力之间的变化来控制分配阀的主活塞动作，以实现制动、缓解与保压作用的制动机。任务六 制动缸压力的计算以及制动管最小有效减压量、最大有效减压量的确定一、空气制动机的工作过程 空气制动机的工作过程是利用压力空气的压力和与容积的变化关系来实现的。理想气体状态变化满足状态方程：PV=GRTP-气体的压力；V-气体的容积；T-气体的温度；G-气体的摩尔数；R-普适气体恒量。根据波义耳-马略特定律，空气压力与容积之间的关系为：PV=常量 P压力空气的压力（绝对压力）；V压力空气的容积。即有：P1V1=P2V2二、制动缸压力的计算 常用制动过程中，分析制动机制动管、副风缸和制动缸之间的变化关系时，应考虑下列因素：（1）当制动管的减压量非常小时，三通阀的充气沟作为制动管与副风缸的连通通路并未被主活塞切断，制动管与副风缸的空气压力是平衡的。（2）制动时，进入制动缸的空气量等于副风缸排出的空气量，而副风缸减压后的压力与制动管压力相平衡。（3）在制动计算时，副风缸与制动缸的容积之比选取3.25:1。以副风缸内的压力空气为研究对象，根据波义耳-马略特定律列方程式：化简得或1、GK型车辆制动机对于GK型车辆制动机，其副风缸与制动缸的容积比为2、机车109型分配阀 根据波义耳-马略特定律，经必要的参数修正得到下式：P1制动缸表压力(kPa);Pr容积室表压力；r-列车制动管减压量(kPa);2.6-修正比例系数。三、制动管最小有效减压量 以GK型车辆制动机为例，介绍最小有效减压量rmin的确定方法。实践表明，只有制动缸压力达到35kPa以上时，才足以克服制动缸缓解弹簧对活塞的背压以及各种摩擦等阻力，产生有效的制动作用。则有 Pmin=35kPa 将Pmin值代入式P=3.25r-100中可得：Pmin=3.25 rmin-100 所以 rmin=41.5kPa以上计算结果说明：当制动管减压量小于41.5kPa时，GK型车辆制动机不足以产生有效制动。四、制动管最大有效减压量1、GK型车辆制动机制动管最大有效减压量的确定以副风缸内的压力空气为研究对象，根据波义耳-马略特定律列方程：2、机车制动管最大有效减压量的确定 以工作风缸内的压力空气为研究对象，根据波义耳-马略特定律列方程：任务七 空气波、制动波以及列车制动时的纵向动力作用一、空气波和空气波速1、空气波 空气波：空气的压力波动沿制动管的长度方向由前向后传播所形成的波。2、空气波速空气波速是指空气波的传播速度。一般地，空气波速为330m/s左右。二、制动管减压速度 空气波传到列车中任一分配阀后，该阀主活塞外侧（制动管一侧）即开始减压。但是，要使主活塞动作，还必须使主活塞两侧形成一定的压力差，而且压力差要累积到大于主活塞的移动阻力，主活塞才能移到制动位，才能沟通作为风源的副风缸压力空气进入制动缸的通路，从而实现制动作用。此压力差的建立取决于制动管的减压速度。减压速度大，压力差建立就快，反之就慢。如果减压速度过低，由于副风缸压力空气经充气通路逆流入制动管，主活塞两侧的压力差就建立不起来，阀就不能产生动作。三、制动波和制动波速（一）制动波 制动波：制动作用沿列车长度方向由前向后逐次传播的现象。（二）制动波速制动波速：衡量制动波传播速度的物理量。制动波速是综合评定制动机性能的重要指标四、缓解波和缓解波速 缓解波：缓解作用沿制动管长度方向由前向后逐次传播的现象。缓解波速：缓解波传播的速度。五、制动机的稳定性、安定性与灵敏度1、制动机稳定性：当制动管减压速率低于某一数值范围时，制动机将不发生制动作用的性能。2、制动机的安定性：常用制动时不发生紧急制动作用的性能。3、制动机的灵敏度：当制动管减压速率达到一定数值范围时，制动机必须产生制动作用的性能。六、列车制动时的纵向动力作用 列车制动或缓解时发生强烈纵向动力作用的主要原因是：沿列车长度的制动或缓解作用的不同时性。（一）制动阶段的划分及其性质第一制动阶段由司机扳动制动阀手柄至制动位时开始，到最后一辆车制动缸压力开始上升的瞬间为止。第二制动阶段由最后一辆车制动缸压力开始上升起，到第一辆车制动缸压力上升到最大值为止。第三制动阶段由第一辆车制动缸压力上升到最大值的瞬间起，到最后一辆车的制动缸压力上升到最大值为止。第四制动阶段由最后一辆车的制动缸压力上升到最大值时起，到列车完全停车或缓解为止。（二）产生动力作用的原因及减小列车制动时的纵向动力作用的方法列车制动时产生纵向动力作用的主要原因：1、制动作用沿列车长度方向的不同时性，即列车前部制动力形成得早，上升得快，后部则晚而慢。2、全列车制动缸的压力都达到指定值以后，单位制动力（列车每吨重量的制动力）沿列车长度方向的不均匀分布。这是由于列车中车辆类型和装载状态不同而造成的。3、各车辆之间的非刚性连接（缓冲器可压缩，车钩与车钩之间有自由间隙）使由于前两种原因产生的纵向动力作用更剧烈。减小列车制动时的纵向动力作用的方法：（1）提高制动波速和延长制动缸充风时间都可以减轻列车制动时的纵向动力作用。但提高制动波速还可以缩短制动距离，而延长制动缸充风时间却会导致制动距离延长。要想在不延长制动距离的条件下减轻制动时的纵向动力作用，只有首先大力提高制动波速，同时适当科学地延长制动缸充风时间，如采用“先快后慢”的变速充风。（2）发展大吨位车辆比增加编组辆数对减轻制动冲动更为有利。（3）由于闸瓦摩擦系数随列车速度的降低而增大，故在闸瓦压力相同的条件下，低速时制动冲击力更大。（4）列车在拉伸状态下制动，其纵向冲击力比在压缩状态下大很多。