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城市轨道交通车辆 第09章 空气管路与制动系统.ppt

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城市轨道交通车辆 第09章 空气管路与制动系统.ppt
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第九章 空气管路和制动系统,1,空气管路系统为机车车辆制动系统及全列车气动辅助装置提供洁净、干燥、气压稳定的压缩空气。制动系统在压缩空气的作用下产生机械制动力,保证机车车辆的安全可靠运行。,2,,3,第一节 列车制动的几个基本概念,制动:人为的制止物体的运动,包括使其减速、阻止其运动或加速运动。 缓解:对已经实行制动的物体,解除或减弱其制动作用。,4,制动机是产生制动原动力并进行操纵和控制的部分 。,5,基础制动装置是指传送制动原动力并产生制动力的部分。,列车制动装置:为了使列车能够施行制动或缓解而安装于列车上的一整套设备 。,制动力:由制动装置产生的与列车运行方向相反的外力。 常用制动:正常情况下为调速或进站停车所施行的制动。特点是作用缓和,制动力可调,只用到列车制动能力的20%~80%,一般只用50%。 紧急制动:紧急情况下,为了尽快停车而施行的制动,也称非常制动。作用迅猛,用尽所有的制动能力。,6,制动距离:从司机施行制动的瞬间起,到列车速度降为零的瞬间止,列车所驶过的距离。是一个综合反映列车制动装置的性能和实际制动效果的主要技术指标。,7,计算制动距离:各个国家根据自己的铁路情况制定的紧急制动的最大允许值。,制动初速度:司机施行制动的瞬间的列车速度。,8,我国对制动距离的规定 列车在任何线路坡道上的紧急制动距离限值:运行速度不超过90km/h的货物列车为800m;运行速度超过90km/h~100km/h货物列车为1100m;运行速度超过100km/h~120km/h货物列车为1400m.,9,运行速度不超过120km/h的旅客列车为800m; 运行速度超过120km/h~140km/h的旅客列车为1100m; 运行速度超过140km/h~160km/h的旅客列车为1400m; 运行速度超过160km/h~200km/h的旅客列车为2000m.,第二节 闸瓦制动与粘着,一、闸瓦制动 制动的实质: (能量的观点)将列车的动能变成别的能量或转移走。 (作用力的观点)制动装置产生与列车运行方向相反的力,是列车尽快减速或停车。,10,闸瓦制动: 用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块(闸瓦)紧压滚动着的车轮踏面,通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦将列车的动能转变为热能,消散于大气,并产生制动力。,原理:力矩平衡,11,在轮轨间保持静摩擦和忽略车轮回转惯性的情况下,制动力在数值上等于闸瓦与车轮的摩擦力。,12,二、粘着 粘着状态: 轮轨间实际并非点接触,而是椭圆形面接触,13,二、粘着 粘着状态: 列车运行中不可避免地要发生各种冲击和振动; 车轮踏面是圆锥形的,车轮在钢轨上滚动的同时,必然伴随着微量的轮轨间的纵向和横向滑动。,14,结论: 轮轨接触面不是纯粹的静摩擦状态,而是“静中有微动”或“滚中有微滑”的状态。轮轨间的这种接触状态称为粘着状态。在分析轮轨间切向作用力的问题时,不用静摩擦这个名词,而以粘着来代替它。只要轮轨间静摩擦不被破坏,制动力将随闸瓦压力的增大而增大。,15,粘着力粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。 比物理学上的最大静摩擦力要小,而且与列车运动状态有关,随列车速度的升高而降低。,16,粘着系数 粘着力与车轮与钢轨间的垂直载荷之比称为“粘着系数”。,第三节 粘着系数的影响因素和计算公式,一、粘着系数的影响因素:主要有两个:列车运行速度和车轮、钢轨的表面状况。 轮轨间表面状态包括:干湿情况、脏污程度、是否有锈、是否撒砂以及砂的数量和品质等等。这些因素的影响是非常复杂的,不可能用公式来表达。,17,列车运行速度 :列车运行速度 粘着系数随着制动过程中列车速度的降低,冲击振动以及伴随而来的纵向和横向的少量滑动都逐渐减弱,因而粘着力和粘着系数也逐渐增大,其增大的程度与机车车辆动力性能、轨道的情况等有关。,,,18,,制动粘着系数是制动装置设计中首先需要选定的最基本的参数之一。粘着系数影响因素复杂多变,故粘着系数的变化范围很大,通常给出两条曲线,即给出一个范围。,19,,二、 粘着系数的计算公式 干燥轨面:潮湿轨面:,20,,21,第四节 粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数,一、粘着限制 滑行的产生机理: 粘着状态下,制动力近似的等于闸瓦与车轮的摩擦力,摩擦力越大,制动力就越大。 当闸瓦与车轮的摩擦力矩大于粘着力对于车轮中心力矩时,车轮就会被闸瓦抱死,使车轮在钢轨上滑行,粘着状态被破坏,而此时的制动力就变成了车轮与钢轨的滑动摩擦力。,22,,滑行的危害: 车轮与钢轨的滑动摩擦力远远小于粘着力,制动力降低。 滑行会擦伤车轮。,23,,如何避免滑行:制动力(闸瓦与车轮的摩擦力)应小于粘着力。,轴制动率,24,,二、制动率 制动率用来表示车辆制动能力的大小。 轴制动率:一个制动轴上的全部闸瓦压力与该轴轴重的比值,用 表示。轴制动率是制动设计中校验有无滑行危险的重要数据。,25,,车辆制动率:一辆车总闸瓦压力与该车总重的比值。车辆制动率表示设计新车在构造速度的情况下紧急制动时在规定距离内停车所具备的制动能力。,26,,列车制动率:全列车总闸瓦压力与列车总重量之比值。列车制动率一般是计算列车制动距离的依据。,27,,制动率的取值:我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时来确定制动率的。在车辆设计中,通常希望采取较大的制动率,但决不能忽略对车辆不发生滑行条件的校核。即:一般客车制动率取70%~90%,货车取65%~75%。,28,三、闸瓦摩擦系数 影响闸瓦摩擦系数的因素 影响因素主要有四个:闸瓦材质、列车运行速度、闸瓦压强和制动初速。 闸瓦材质 铸铁闸瓦: (普通)铸铁闸瓦、中磷(铸铁)闸瓦 、高磷闸瓦 合成闸瓦(又称塑料闸瓦) 新的闸瓦材质,如烧结材料、陶瓷等。,29,铸铁闸瓦与合成闸瓦的比较 铸铁闸瓦:列车运行速度 闸瓦摩擦系数合成闸瓦:摩擦系数高 耐磨、摩擦系数随速度变化小合成闸瓦应用前景好。,,,,,30,闸瓦压强: 试验研究结果表明,铸铁闸瓦压强越大则摩擦系数越小。对于需要增大制动力的机车车辆,不能一味地增大闸瓦压力。 制动初速对闸瓦摩擦系数也有一定的负影响 。,31,第五节 其他制动方式,主要内容:铁道车辆常见的制动方式分类及其作用原理、各自的特点和具体应用中应注意的问题。,32,盘形制动 结构:在车轴上或在车轮辐板侧面装上制动盘,用制动夹钳使合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面,通过摩擦产生制动力,把列车动能转变成热能。,33,,特点: 大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 可按制动要求选择最佳摩擦材料 。 制动平稳,几乎没有噪声。 制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大,运行中还要消耗牵引功率。,34,盘形制动的制动力计算公式:发展历史:起初主要在欧洲动车组上用,与闸瓦制动相比,盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从1958年开始,试用盘形制动,真正开始使用是在广深线准高速客车上。,35,制动盘结构 带散热肋片结构—带圆形、椭圆形肋柱结构—整体不通风实体锻钢结构,36,,磁轨制动 结构: 在转向架的两个侧架下面,在同侧的两个车轮之间。各安置一个制动用的电磁铁(或称电磁靴)。 制动时将电磁靴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,并把列车动能变为热能,消散于大气。,37,磁轨制动的制动力计算公式: 特点: 制动力不受粘着的限制,高速列车加上它,就可以在粘着力以外再获得一份制动力,可缩短制动距离。 电磁铁和钢轨的磨耗较大,同时产生制动力较小 。只能作为紧急制动时的一种辅助的制动方式 。,38,轨道涡流制动 结构:与磁轨制动相似,是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。 作用原理:电磁铁在制动时放下到离轨面几毫米处而不与钢轨接触。它是利用电磁铁和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。,39,轨道涡流制动 轨道涡流制动既不受轮轨粘着限制,也没有磨耗问题。消耗电能多。,40,,旋转涡流制动 结构:在牵引电动机轴上装金属盘。 原理:制动时,金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转,盘的表面被感应出涡流,产生电磁吸力 。,41,,旋转涡流制动 通过轮轨粘着才能产生制动力,受粘着限制。 消耗的电能多。,42,,电阻制动 电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传动内燃机车。 在制动时,牵引电机进入制动工况,由轮对带动它发电,并将电流通往专门设置的电阻器,采用强迫通风,使电阻发生的热量消散于大气 。,43,,再生制动 将牵引电动机变为发电机。将电能反馈回电网。使本来由电能或位能变成的列车动能获得再生,而不是变成热能消散掉。 经济性好,技术上比较复杂。 反馈回电网的电能要马上由正在牵引运行的电力机车或电动车组接收和利用。,44,45,制动特性曲线,液力制动 广泛应用于液力传动内燃机车。 原理:在液力传动装置内安装液力制动器,制动时向它充入液体,车轮带动它旋转时液体和液体之间、液体与藕合器之间摩擦生热,再经由散热器消散于大气。,46,47,翼板制动(风阻制动)利用空气动力学的原理,在制动时展开翼板,增加运动方向上的迎风面积,利用大气与翼板的相对摩擦,将列车的动能转化为热能,并随着空气的快速流动散于大气。,48,在列车上合理设计和布置翼板,速度较高时能有效地提高运行阻力。研究表明,在200 km/h的速度下,列车减速度能提高0.17 m/s2;在250 km/h的速度下,减速度能提高0.28 rn/s2。当然,随着速度的减低,减速度的增加值也会很快地降低。因此,风阻制动在高速区段制动的效果比较明显。这种制动方式的难点是翼板的设计和布置。,49,翼板的合理设计,还可以增加制动过程中轮轨间的粘 着力,降低车轮滑行的可能。,50,摩擦制动 (利用摩擦力),电阻制动再生制动旋转涡流制动,粘着制动,闸瓦制动盘形制动液力制动,,,,,,,,,,,利用磁力 利用摩擦力 利用空气阻力,,非粘着制动,,电制动利用磁力,,动力制动(液力制动、电阻制动、再生制动),,,,,,,,轨道涡流制动 磁轨制动 翼板制动,,,车辆制动,,第六节 制动机种类,主要内容:按制动原动力和操纵控制方法的不同。机车车辆制动机可分类为手制动机、空气制动机、真空制动机、电空制动机和电(磁)制动机。,51,手制动机 是以人力为原动力,以手轮的转动方向和手力的大小来操纵控制。,52,空气制动机 是以压力空气与大气的压差为原动力,通过改变空气压强来操纵控制。直通式空气制动机 自动控制制动机 电空制动机,53,直通式空气制动机原理,,54,直通式空气制动机原理,列车管直通向制动管,制动管充气增压时制动,制动管排气减压时缓解。,55,结论: 直通式空气制动机的特点是制动管充风,产生制动作用;制动管排风,实现缓解作用。 优点是构造简单,并且既有阶段制动,又有阶段缓解,操作非常灵活方便。,56,当列车发生分离事故、制动管被拉断时,列车将彻底丧失制动能力。 不适用编组较长的列车。,57,自动空气制动机组成,58,自动空气制动机原理,59,1、缓解状态,60,2、制动状态,61,3、保压状态,62,结论:1、自动空气制动机是在直通式空气制动机的基础上增设一个副风缸和一个三通阀(或分配阀)而构成的。2、 自动空气制动机具有“制动管充风——缓解,制动管排风——制动”的工作机理。3、 当列车发生分离事故、制动管被拉断时,列车将实施制动。,63,电空制动机,电空制动机电空制动机是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成的,制动作用的操纵控制用电信号,但制动作用的原动力还是压力空气,在制动机的电控信号因故失灵时,它仍可以实行空气控制。,,64,电空制动机,,,列车电空制动,65,在列车速度很高或列车编组很长时,采用电空制动机可以大大改善列车前后部制动和缓解作用的一致性。减小了由于制动力不一致造成的车辆对牵引缓冲装置的冲击。,66,第七节 基础制动装置,一、基础制动装置的作用 组成: 包括制动缸活塞推杆以后至闸瓦及其间的一系列杠杆、拉杆、制动梁等传动部分。,67,第七节 基础制动装置,一、基础制动装置的作用 作用: 传递制动缸所产生之力至各个闸瓦; 将此力增大一定的倍数; 保证各闸瓦有较一致的闸瓦压力;,68,二、基础制动装置的种类 单侧制动和双侧制动,69,单侧制动 只在车轮的一侧设有闸瓦,普通货车。 结构简单、成本较低、检修与制造方便。 制动力较小。,双侧制动 车轮两侧配置闸瓦,客、机、特种货车。 制动力较大; 结构比较复杂;,三、制动倍率定义:制动缸活塞杆作用力经杠杆机构传到闸瓦时,由于杠杆作用扩大的理想倍数,用n来表示,是基础制动装置的重要特性。,活塞杆作用力,闸瓦理想压力总和,70,,计算方法:,转向架杠杆倍率,,,制动缸杠杆倍率,制动梁数,71,,制动倍率的取值: 倍率太大时,闸瓦磨耗对制动缸活塞行程和制动缸空气压强的影响太大; 制动倍率太小则制动力又不足。制动倍率取值必须适中,一般约在6~9之间。,72,,四、基础制动的传动效率 传动过程中的机械损耗 制动缸活塞与缸壁的摩擦; 制动缸缓解弹簧的反拨力; 传动机构各杆件联结销处的机械摩擦; 闸瓦中心低于轮心的倾斜角。,73,,定义:闸瓦实际总压力与单纯按制动倍率算得的理想值的比值,用 表示。我国在制订闸瓦摩擦系数公式时采用了规定计算值的办法。,74,第八节 风源系统,风源系统生产并存储压缩空气。风源系统包括:空气压缩机组、空气干燥器、总风缸及管路等,可分为压缩空气的生产、压力控制、净化处理、储存、风源保护等环节。,,75,压缩机用于产生压缩空气,压缩空气经主空气干燥器处理后,进入主风缸备用。通过压力传感器及控制系统,总风缸中的压力保持在750~900kPa之间。,76,,第九节 Knorr 空气制动系统,
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