城市軌道交通車輛機械檢修8.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理教學(xué)目標

掌握城軌車輛空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理。教學(xué)重點

講解城軌車輛空氣制動系統(tǒng)的組成及其作用原理。目錄空氣制動系統(tǒng)概述01供氣部分控制部分執(zhí)行部分制動防滑器02030405018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理1空氣制動系統(tǒng)概述目前，我國城軌車輛采用模擬式電-空氣控制制動系統(tǒng)比較多，它用一條電纜貫通整個列車，形成連續(xù)回路。模擬式制動系統(tǒng)的操作指令采用電控制空氣、空氣再控制空氣的方法。制動電指令利用脈沖寬度調(diào)制，能進行無級控制?？諝庵苿酉到y(tǒng)由供氣部分、控制部分和執(zhí)行部分三個主要部分組成，圖8-2所示為上述三個部分的管路連接示意圖?？諝庵苿酉到y(tǒng)每節(jié)車上都有，而供氣部分只有A車上安裝。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理2供氣部分1）電動空氣壓縮機組的基礎(chǔ)知識電動空氣壓縮機組將電動機輸出的機械能傳給氣體，借以提高氣體壓力。（1）往復(fù)活塞式空氣壓縮機。（2）螺桿式空氣壓縮機。（3）渦旋式壓縮機。2）VV120型空氣壓縮機組VV120型空氣壓縮機組如圖8-3所示。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理3）二次冷卻器城軌車輛風(fēng)源系統(tǒng)所使用的二次冷卻器（又稱為后冷卻器）均屬于表面式換熱器。它的冷卻方式是冷、熱兩種流體分別進入由固體壁面隔開、互不接觸的換熱器內(nèi)，熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鹘o冷流體，使熱流體冷卻到必要的溫度。一般城軌車輛上使用的二次冷卻器按其傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)不同可分為蛇管式二次冷卻器、翅片管式二次冷卻器及板翅式二次冷卻器。4）空氣干燥器空氣壓縮機輸出的壓縮空氣中含有較高的水分、油分和機械雜質(zhì)等，必須經(jīng)過空氣干燥器將其中的水分、油分和機械雜質(zhì)除去，才能達到車輛上用風(fēng)設(shè)備對018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理壓縮空氣的要求。液態(tài)的水、油微粒及機械雜質(zhì)在濾清器(或油水分離器)中基本被除去，壓縮空氣的相對濕度降低(通常相對濕度達35%以下)是避免用風(fēng)過程中出現(xiàn)冷凝水危害的主要方式，依靠空氣干燥器來完成。(1)基本原理?？諝飧稍锲鞯幕驹頌?吸附過程是一個平衡反應(yīng)，即在吸附劑(干燥劑)和與其接觸的壓縮空氣之間濕度趨向于平衡，而相對濕度大的壓縮空氣與吸附劑的表面接觸時，由于吸附劑具有大量微孔，與空氣的接觸面積大，吸附劑可以大量、快速地吸附壓縮空氣的水蒸氣分子，達到干燥壓縮空氣的目的;再生過程也是一個平衡反應(yīng)，用于吸附劑再生的吹掃氣體是由較高壓力的壓縮空氣膨脹而來的，膨脹時，空氣體積增大而壓力降低，獲得的吹掃氣體的相對濕度018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理較低，因而易于奪走吸附劑上已吸附的水蒸氣分子，使吸附劑恢復(fù)干燥狀態(tài)，達到再生的目的。其特點是壓力吸附與無熱再生。(2)空氣干燥器的選用條件?，F(xiàn)代化的地下鐵道運輸通常運行迅速、操縱靈活，加上自動化程度高，氣動裝置一般都具有動作精確、可靠和平穩(wěn)的特性，這些氣動裝置對壓力空氣的凈化、干燥方面都有較高的要求。因此干燥器的選用必須滿足下列條件:①空氣必須經(jīng)地鐵長期運用考核，可靠性高，能適應(yīng)復(fù)雜的實際工作環(huán)境。②結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，適于在地鐵車輛上安裝，應(yīng)能集干燥、去油污功能于一體。③于燥容量要滿足要求，并應(yīng)具備在工作中進行干燥、再生的功能。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理④工作性能穩(wěn)定、維修少、耐振動等。常用的吸附劑有硅凝膠、氧化鋁，活性炭及分子篩等。(3)雙塔式空氣干燥器空氣干燥器一般都是塔式的。當采用空氣壓縮機的排氣量相對較小時，它的停止工作間隙不能滿足單塔式干燥器再生所需的時間間隙，這時使用雙塔式(也稱雙筒式)空氣干燥器就可以解決問題。例如，廣州地鐵車輛采用德國克諾爾制動機公司生產(chǎn)的雙筒式無熱再生工況空氣干燥器，其干燥處理量為1200L/min。除了符合上述選用條件外，其最大的特點是吸附劑(干燥劑)的吸附工況與再生工況分別在兩個干燥筒內(nèi)同時進行，且循環(huán)交替工作，因而可以經(jīng)常保證其干燥功能。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理①雙塔式空氣干燥器的構(gòu)造。雙筒式空氣干燥器由干燥筒、干燥器座、雙活塞閥、電磁閥四個主要部分組分。兩個干燥筒除了裝有干燥空氣用的吸附劑外，在其下部均裝有油水分離器。干燥器座上設(shè)置有再生節(jié)流孔、兩個止回閥、一個旁通閥和一個預(yù)控制閥。電磁閥和電子循環(huán)控制器相配合，控制干燥器的干燥和再生循環(huán)。另外，每一個干燥筒還有一個壓力指示器，干燥筒的工作狀態(tài):壓力指示器紅針顯示壓力為干燥工況;相反，紅針復(fù)位則為再生工況。進氣口P，可選擇為前面或右側(cè)，排氣口P:可選擇為左側(cè)或右側(cè)。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理②雙塔式空氣干燥器的作用原理。干燥筒中的吸附劑是結(jié)晶的金屬硅酸鋁，當帶水分的壓力空氣流過吸附劑時，吸附劑具有很有規(guī)律的微孔吸附流過的空氣中的水分。而且這種硅酸鹽吸附劑的微孔大小可選擇適應(yīng)于吸附水分子，而較大的油分子卻不能同時吸附。其吸附作用的特點是在壓力下吸附，在大氣壓或負壓下再生，即壓力越高，溫度越低，單位吸附量所能吸收的水分量就越多;反之，吸附量就少。這就是壓力吸附與無熱再生。雙筒干燥器工作為干燥與再生兩個工況同時進行，壓力空氣在一個筒中流過并干燥時，另外一個筒中的吸附劑再生。從空氣壓縮機輸出的壓力空氣首先經(jīng)過裝有拉希格圈的油水分離器，除去空氣中的液態(tài)油、水、塵018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理埃等。然后，壓力空氣再流過干燥筒中的吸附劑，吸附劑吸附壓力空氣中的水分，可以使空氣干燥到相對濕度達35%以下。一部分干燥過的壓力空氣(濕度為1300^-1800)分流出來，經(jīng)過再生節(jié)流膨脹后，再流過另一個塔中已吸水飽和的吸附劑，對吸附劑進行脫水再生，再生工作后的壓力空氣(含濕量已很高)，把油水分離器中積聚下來的油、水、污穢，一同由排泄通路排出。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理3控制部分1）制動計算機控制單元ECU是用于控制電一空制動和防止車輪滑行控制的微處理機，是空氣制動管理控制的核心。制動實施時，它接收各種與制動有關(guān)的信號(如制動指令值PWM信號、電制動實際值信號、荷載信號等)，計算出一個當時所需氣制動力的制動指令，并將其輸出給BCU。同時ECU還實時監(jiān)控每根軸的轉(zhuǎn)速，一旦任一輪對發(fā)生滑行，能迅速向該輪軸的防滑閥發(fā)出指令，溝通制動缸與大氣的通路，使制動缸迅速排氣，從而解除該輪對的滑行現(xiàn)象，實現(xiàn)ECU對各輪對的單獨保護控制。另外ECU還對本車的氣動制動系統(tǒng)進行故障診斷及故障顯示。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理2）制動控制單元BCU是空氣制動的核心，它包括模擬轉(zhuǎn)換閥、緊急電磁閥、稱重閥、中繼閥、荷載壓力傳感器(將荷載壓力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號傳輸給ECU)。壓力開關(guān)等元件，這些元件集中安裝在鋁合金基板上;同時.在氣路板上裝置了一些測試口。因此，要測量各個控制壓力和制動缸壓力，只要在這塊氣路板上測試即可，便于安裝、測試、檢修維護。BCU的主要作用是將ECU發(fā)出的制動指令電信號通過模擬轉(zhuǎn)換閥轉(zhuǎn)換成與之成比例的預(yù)控制壓力Cv。這個預(yù)控制壓力是呈線性變化的，同時，也受到稱重閥和防沖動檢測裝置的檢測和限制，再通過中繼閥，溝通制動儲風(fēng)缸與制動缸的通路.并控018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理制進人制動缸的壓力;最后使制動缸C01和C03獲得符合制動指令的氣制動壓力。制動控制單元的工作原理:當壓力空氣從制動儲風(fēng)缸B4進入制動控制單元，分成三路，一路進入緊急電磁閥，一路進入模擬轉(zhuǎn)換閥.另一路進入中繼閥。整個制動控制單元猶如一個放大器。(1)模擬轉(zhuǎn)換閥是由一個電磁進氣閥(類似控導(dǎo)閥)、一個電磁排氣閥及一個壓力傳感器組成。當進氣閥的勵磁線圈收到微處理機ECU的制動指令時，吸開閥芯，使制動儲風(fēng)缸壓力空氣通過進氣閥轉(zhuǎn)變成預(yù)控制壓力Cv并送向緊急電磁閥。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理與此同時，具有Cv的壓力空氣也送向壓力傳感器和排氣閥，而壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的電信號，馬上饋送回ECU，ECU將此信號與制動指令信號相比較。當比信號大于或小于制動指令時，則分別繼續(xù)開大進氣閥或小于進氣閥并開啟排氣閥，直到預(yù)控制壓力Cv增高或降低到制動指令的要求為止。從模擬轉(zhuǎn)換閥出來的Cv壓力空氣通過管路板進人緊急電磁閥。它實際上是一個二位三通電磁閥，它的三個通道分別與模擬轉(zhuǎn)換閥輸出口、制動儲風(fēng)缸及稱重閥進口相連接。在常用制動時，緊急電磁閥勵磁，緊急電磁閥使模擬轉(zhuǎn)換閥與稱重閥相通，而切斷與制動儲風(fēng)缸的通路;018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理在緊急制動時，緊急電磁閥不勵磁，緊急電磁閥使制動儲風(fēng)缸與稱重閥直接相通，而切斷模擬轉(zhuǎn)換閥與稱重閥的通路，這時預(yù)控制壓力Cv越過模擬轉(zhuǎn)換閥而直接進人稱重閥。當預(yù)控制壓力Cw經(jīng)過緊急電磁閥時，由于閥的通道阻力使預(yù)控制壓力略有下降，這個從緊急電磁閥輸出的預(yù)控制壓力也是通過管路板進入稱重閥。3）空氣控制屏空氣控制屏是一些閥類元件的集中安裝屏，這些元件都安裝在一塊鋁合金的氣路板上，猶如電子分立元件安裝在印刷線路板上一樣，便于安裝、調(diào)試與維修。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理4執(zhí)行部分執(zhí)行部分是指從制動缸活塞推桿到閘瓦之間的一系列杠桿、拉桿、制動梁、吊桿等各種零部件所組成的機械裝置，又稱基礎(chǔ)制動裝置。它的用途是把作用在制動缸活塞上的壓力空氣推力增大適當倍數(shù)后，平均地傳遞給各塊閘瓦或閘片，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閴壕o車輪踏面或制動盤的機械力，阻止車輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生制動作用。1)閘瓦閘瓦是指制動時，壓緊在車輪踏面上以產(chǎn)生制動作用的制動塊。車輪上使用的閘瓦可分為鑄鐵閘瓦和合成閘瓦。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理

在鑄鐵閘瓦中，又可分為中磷鑄鐵閘瓦和高磷鑄鐵閘瓦。在合成閘瓦中，按其基本成分不同，可分為合成樹脂閘瓦和石棉橡膠閘瓦;按其摩擦系數(shù)不同，又可分為高摩擦系數(shù)合成閘瓦和低摩擦系數(shù)合成閘瓦(簡稱高摩合成閘瓦和低摩合成閘瓦)。中磷鑄鐵閘瓦、高磷鑄鐵閘瓦和低摩合成閘瓦，稱為通用閘瓦，可互換使用(不用改變基礎(chǔ)制動裝置的結(jié)構(gòu))。(1)鑄鐵閘瓦。與中磷鑄鐵閘瓦比較，高磷鑄鐵閘瓦主要是提高了含磷量。中磷鑄鐵閘瓦的含磷址為0.7%~1.0%，高磷鑄鐵閘瓦的含磷量為10%以上。高磷鑄鐵閘瓦的耐磨性比中磷鑄鐵閘瓦高1倍左右。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理實踐表明，高磷鑄鐵閘瓦的使用壽命，約為中磷鑄鐵閘瓦的2.5倍以上。高磷鑄鐵閘瓦還有一個優(yōu)點，就是制動時火花少。高磷鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)是隨含磷量的增加而增大，故高磷鑄鐵閘瓦的摩擦系數(shù)大于中磷鑄鐵閘瓦但其含磷量過高，將增加閘瓦的脆性。試驗證明，當閘瓦含磷量超過1.0%時，閘瓦如不加鋼背，便有裂損的可能，所以高磷鑄鐵閘瓦需采用鋼背補強。(2)合成閘瓦合成閘瓦是以樹脂、石棉、石墨、鐵粉、硫酸鋇等材料為主熱壓而成的閘瓦。合成閘瓦由于其材料本身強度小，必須在其背部襯壓一塊鋼板(鋼018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理背)來增加它的抗壓度。整個合成閘瓦由鋼背和摩擦體兩部分組成。鋼背內(nèi)側(cè)開有槽或孔，用以提高摩擦體與鋼背的結(jié)合強度。低摩合成閘瓦鋼背兩端的中間部分制成凸起的擋塊，兩側(cè)低平，以便與閘瓦托的四爪相結(jié)合，鋼背外側(cè)中部裝有用鋼板焊制成的閘瓦鼻子，其外形和中磷鑄鐵閘瓦相同。因高摩合成閘瓦的摩擦系數(shù)大，故不能與通用閘瓦互換使用。為了防止混淆，將高摩合成閘瓦鋼背兩端的中間制成低平，兩側(cè)凸起，正好與低摩合成閘瓦相反，鋼背內(nèi)側(cè)還焊有加強筋，以增加鋼背的剛度。為了增加散熱面積和避免閘瓦裂損、脫落，合成閘瓦摩擦體的中部壓成一條或兩條散熱槽。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理2)閘瓦制動基礎(chǔ)制動裝置的形式，按設(shè)置在每個車輪上的閘瓦塊數(shù)及其作用方式不同，可分為單閘瓦式、雙閘瓦式、多閘瓦式等。其中多閘瓦式應(yīng)用較少，這里不再介紹。(1)單閘瓦式。單閘瓦式基礎(chǔ)制動裝置簡稱單閘瓦式，也稱為單側(cè)制動，即只在車輪一側(cè)設(shè)有閘瓦的制動方式。單閘瓦式基礎(chǔ)制動裝置的構(gòu)造簡單，節(jié)約材料，便于檢查和修理。但其制動時，車輪只受一側(cè)的閘瓦壓力作用，使軸瓦受力偏斜，易形成軸瓦偏磨，引起熱量過大而出現(xiàn)熱軸現(xiàn)象。此外，由于制動力受到閘瓦面積和閘瓦承受壓力的限制，制動力的提高也受到限018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理制。若閘瓦單位面積承受的壓力過大，容易造成閘瓦熔化，這不僅會加速閘瓦的磨耗，還會磨耗閘瓦托，使制動力衰減，影響行車安全，有時甚至引起火災(zāi)，這種情況在長大坡道地區(qū)特別嚴重。(2)雙閘瓦式。雙閘瓦式基礎(chǔ)制動裝置，簡稱雙側(cè)閘瓦式，也稱為雙側(cè)制動，即在車輪兩側(cè)均有閘瓦的制動方式。雙側(cè)制動裝置在車輪的兩側(cè)都安裝有閘瓦，所以閘瓦的摩擦面積比單閘瓦式增加一倍，閘瓦單位面積承受的壓力較小，這不但能提高閘瓦的摩擦系數(shù)，而且散熱面積大，可降低閘瓦與車輪踏面的溫度，延長車輪的使用壽命，減少閘瓦的磨耗量，并可得到較大的制動力(在同一尺寸的制動缸與018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理同一閘瓦壓力的情況下)。同時，由于每軸的車輪兩側(cè)都有閘瓦，制動時兩側(cè)的閘瓦同時壓緊車輪，可以克服單閘瓦式車輪一側(cè)受力而引起的各種弊病。故目前一般客車和特種貨車(機械保溫車、長大貨物車等)大多采用這種基礎(chǔ)制動裝置。但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般側(cè)架式貨車轉(zhuǎn)向架不宜安裝雙閘瓦式基礎(chǔ)制動裝置。3）盤形制動裝置由于盤形制動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，能夠承受巨大的制動壓力，在新型客車上得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)我國生產(chǎn)的雙層空調(diào)客車、快速客車都采用盤形制動裝置。018.1.2空氣制動系統(tǒng)的組成及作用原理基礎(chǔ)制動裝置采用盤形制動單元，其裝置由制動缸、內(nèi)