地铁制动系统论文

设计（论文）任务与要求：

在规定的时间内独立或合作完成毕业论文，打印并装订成册，论文格式符合要求，论文内容应包含如下内容：

1、列车制动系统概述（制动的定义、专业名词、制动的类型）

2、制动系统的组成及工作原理

3、制动系统部件及功能说明

1）供风单元的组成及功能说明2）EBCU的组成及功能说明3）BCU的组成及功能说明 4)踏面制动单元的组成及功能说明

4、制动模式及气路分析

设计（论文）依据的原始资料：

1、《庞巴迪车辆维修手册》

2、《深圳地铁车辆大修作业指导书》

设计（论文）文件的组成和要求：

1、论文内容必须符合毕业设计（设计）任务书的要求。

2、论文字数不低于8000字。

3、论文选材要科学严谨，材料的组织要突出层次和条理性。

4、论文安下列顺序装订：论文封面－任务书－目录－摘要（关键词）－正文－感言－参考文献－评定书。

参考资料：

1、《庞巴迪车辆维修手册》

2、《深圳地铁车辆大修作业指导书》

3、《城市轨道交通车辆运行与维修》何宗华主编中国建筑工业出版社

4、《地铁车辆构造》杨晓林主编校本教材

任务下达时间：

年月日毕业设计开始与完成任务日期：

年月日至年月日系部专业教学指导委员会

系部主任审批意见

签字年月日

目录

一．地铁车辆制动系统的概述

1.1制动的概念

1.2列车制动系统

1.3城市轨道车辆的的制动模式

二．地铁车辆制动系统的组成及其功能说明

2.1制动控制部分

2.2制动执行部分

四．地铁车辆制动系统的故障与维护

五．感言

参考文献

评定书

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。

本文介绍了深圳地铁车辆制动系统的主要性能及采用的德国克诺尔制动机公司生产的模沙拟式电控制动系统的主要组成部件及作用原理。其中，微处理制动控制与车轮滑行控制电子单元，以及制动控制单元BCU 是该模拟式电控制动系统的核心控制部件。制动控制单元的所有部件集中地装在一个单独的具有气路的集成板上，进行模块化设计, 结构紧凑，便于检修维护。

关键词：地铁制动供风系统地铁制动系统的功能

第一章：地铁车辆制动系统的概述

1.1制动的概念

制动是指人为的施加外力。使运动的物体减速或阻止其加速，以及保持静止不变的作用。城市轨道交通车辆施行制动的目的在于①使列车能迅速地减速或停车；②防止列车在下坡道时由于列车的重力作用导致列车速度增加；③列车停稳后，避免停放的列车因重力作用或风力作用而溜车。

1.2列车制动系统

为了能施行制动或缓解制动，需要在列车上安装一整套完整可操纵并能进行控制和执行的系统总称为列车制动系统。一套列车制动装置至少包括两个部分：制动执行部分和制动控制部分，制动控制部分主要包括制动信号的发生传输装置；制动执行部分包括闸瓦制动和盘形制动等不同的制动装置。

1.3城市轨道车辆的的制动模式

①停放制动

由于车辆断电停放时，制动缸压力会因管路漏泄在屋压力空气补充的情况下，逐步下降为0，使车辆完全失去动力。车辆停放制动不同于车辆运行中的制动作用，它采用弹簧来产生制动作用。在正常情况下，弹簧力的大小不随时间的变化而变化，由此获得的制动力要能满足列车较长时间断电停放的要求。弹簧停放制动缓解；弹簧停放制动气缸排气时，停放制动施加；并且还需附加有手动缓解功能。

②常用制动

常用制动是指在正常情况下为调节或控制列车速度所施行的制动，它的特点是：制动作用比较缓和；制动力可以调节，通常只用到列车制动能力的20%~80%，大多数的情况下只用50%左右。

③紧急制动

紧急制动属于非常制动，是在紧急情况下为使列车尽可能快地停车而施行的一种制动。他的特点是：制动力作用比较迅猛，而且要把列车最大的制动能力都用上，一般情况下制动力要比常用制动力大10%左右。

④快速制动

当主控制器手柄移动到“快速制动位”时，列车将实施与紧急制动相同的快速制动。快速指定的特点是：具有防滑保护和载荷修正功能，主控制器手柄回“零位”可缓解。

⑤保压制动

保压制动是为防止在列车在停车前的惯性冲击力，使列车平稳停车，通过ECU 内部设定的执行程序来控制。

第二章：地铁车辆制动系统的组成及功能

2.1制动控制部分

电子制动控制系统（EBCU ）、电-空制动控制单元（BCU ）、辅助控制单元、防滑控制等组成制动控制部分。

（1）电子制动控制系统（EBCU ）

每辆车有一个电子制动控制单元（EBCU ），用于整个空气制动系统及WSP 电子控制。

EBCU 使用快速连接的多芯插

头实现电气连接，安装和拆卸方

便，无气动连接。

EBCU 通过MVB 数据总线实现

与列车控制诊断系统的数据交

换，同时EBCU 有连接便携式电脑

的串行端口。所有气动参数的信

号均以压力传感器或压力开关的

电信号形式传送。EBCU 在所有车

型之间可以互换，其电路板在车与车之间也具有互换性。各车EBCU 在列车控制中的地址由外设电路决定。

（2）电-空制动控制单元（BCU ）

图7-9 EBCU 实物图

电-空制动控制单元（BCU ）（参见图7-11）主要包括模拟转换器(B01.06.a)、紧急制动电磁阀(B01.06.e)、中继阀(B01.06.d)、限压阀(B01.06.c)等控制元件。

制动控制单元气路说明（参见图7-12）：非紧急制动情况下，模拟转换器(B01.06.a)根据EBCU 的计算将空气制动所需的电信号转换成一定比例的预控压力CV ，预控压力CV 经由紧急电磁阀(B01.06.e)，再经过载荷限压阀(B01.06.c)的调整到中继阀(B01.06.d)，中继阀根据CV 压力的大小调整开度，从而使主风管的压缩空气通过中继阀向制动缸充风。紧急制动时紧急制动电磁阀(B01.06.e)失电，压缩空气直接经紧急电磁阀通向限压阀和中继阀，按照载荷比例施加紧急制动。

（3）辅助控制单元

图7-11 电-空制动控制单元（BCU ）

图7-12 BCU 气路图

图7-13 辅助控制单元

图7-14 辅助控制单元气路图

辅助控制单元（参见图7-13）主要由截断塞门（B01.07.a）、单向阀（B01.07.b）、双向阀（B01.07.f）、停放制动脉冲阀（B01.07.e）、R压力开关（B01.07.c）、常用制动压力开关（B01.07.l ，B01.07.n）、停放制动压力开关（B01.07.g）、截断塞门（B01.07.i）组成。

辅助控制单元气路说明（参见图7-14）：截断塞门（B01.07.a）可以截断主风缸对制动系统的供风；截断塞门（B01.07.i）可以截断主风缸对空气悬挂系统的供风；停放制动脉冲阀（B01.07.e）控制停放制动的施加/缓解；压力开关B01.07.l ，B01.07.n分别监测两个转向架的常用制动缸压力（制动缸压力大于1.2bar，制动施加，气制动施加灯亮；制动缸压力小于0.8bar，制动缓解，气制动缓解灯亮）；压力开关B01.07.g监测整车停放制动缸的压力（停放制动缸压力大于4.5bar，停放制动缓解，停放制动缓解灯亮；停放制动缸压力小于3.5bar，停放制动施加，停放制动施加灯亮）；双向阀（B01.07.f）在特定情况下，可以沟通常用制动缸和停放制动缸，以防止过大的制动力施加在轮对踏面上；R压力开关（B01.07.c）监测本车制动储风缸的压力，以确保列车在制动储风缸压力低于6.0bar时能自动安全运行。如果制动储风缸压力低于6.0bar而车辆正在运行，那么在下一站停车时，启动连锁作用会阻止车辆的运行。如果车辆静止时制动储风缸的压力低于6.0bar，则启动连锁立即作用阻止车辆运行。当制动储风缸的压力高于7.0bar时，启动连锁自动撤消。

2.2制动执行部分

制动执行系统由踏面制动单元和牵引电机组成。踏面制动单元有带停放制动

1 活塞垫圈 9 调节装置 17 吊杆

2 活塞 10 六角复位螺栓 18 摩擦构件

3 活塞复位弹簧 11 球形杆头 19 吊耳销

4 活塞销 12 扭转销 20 扭簧

5 凸轮盘 13 闸瓦楔块 21 套

6 轴承销 14 闸瓦垫 22 波纹管

7 凸轮滚子 15 闸瓦 23 气缸盖

8 止推环 16 连杆销 24 风源口

和不带停放制动两种结构，各制动方式的优先顺序依次为：再生制动，电阻制动，空气制动。

（1）踏面制动单元（不带停放）的结构

踏面制动单元主要包括以下组件：

①制动气缸和活塞(2)。

②两个对称安装的凸轮盘（5）可传送制动力。

③调节装置（9）会根据闸瓦和轮对的磨损情况对闸瓦间隙进行自动调节。

④在更换闸瓦后，需用六角复位螺栓（10）重置机械装置，使主轴复位。

（2）踏面制动单元（不带停放）的工作原理

①. 制动施加

压缩空气通过气孔（24）进入制动气缸给活塞（2）充气，启动制动。活塞的运动传至两个对称安装在套（21）上的凸轮盘（5）上。凸轮盘沿着滚子（7）滑动并将整个调节装置（9）、主轴和闸瓦垫一起推动至制动位置。当闸瓦（15）与轮对接触时，制动力就产生了。调节装置（9）由球形杆头（11）和止推环（8）固定。这样可使力平均分布到两个凸轮滚子（7）上，并防止在调节装置（9）的主轴上形成弯矩。

②. 制动缓解

将踏面制动单元的制动气缸完全排气，缓解制动。所有的零件都通过复位弹簧（3）回到启动位置。闸瓦垫（14）由一个装有弹簧的壳形联轴节和摩擦构件（18）固定在吊杆（17）上与轮对平行的位置。这样设置可防止在缓解制动时，闸瓦只在轮对的一侧摩擦引起倾斜。

第三章:供风系统

3.1、供风和制动系统设备的配置

深圳地铁一号线一期工程车辆为6辆车编组，连接方式为：-A+B+C=C+B+A-。

供风和制动系统设备在整车的配置情况如下（参见图7-1）：

A –供风设备

配备在MC C B –制动控制模块

配备在TC A ；MC B,C C –踏面制动单元

配备在TC A ；MC B,C G –防滑设备

配备在TC A ；MC B,C K –箱体通风设备

配备在MC B,C L –空气悬挂设备

配备在TC A ；MC B,C P –汽笛系统

配备在TC A U –受电弓执行机构

配备在MC B W –连接设备 配备在TC A ；MC B,C

3.2供风和制动系统的主要参数

（1）制动减速度

① 常用制动瞬时最大减速度为1.10m/s 2。

② 紧急制动、快速制动瞬时最大减速度为1.41m/s 2。

图7-1 列车示意图

（2）冲击率：0.75m/s3。

（3）制动压力参数(表7-1)

表7-1 制动压力参数（V=0km/h，AW0）

常用制动pC 快速制动pC 紧急制动pC

Tc（拖车) 1.35 1.88 2.6

Mc（动车） 1.59 2.22 3.0

（4）供风单元的技术参数（表7-2）

表7-2 空压机的技术参数

进气量920 l/min ±7%

送流量750 l/min

工作压力10 bar

额定轴速1450 rpm

工作温度范围-25/+50°C

油容量max/ min 3.7 l / 1.5 l

额定电机输出7.5kW ±6%

电压400V ± 5% /50Hz ?

控制电压110VDC

工作重量290kg ±5%

（5）系统中压缩空气的相对湿度≤35%。

3.3供风和制动系统的工作原理

（1）供风和制动系统工作原理图解（图7-2）

①. 供风系统整合成供风模块安装在C车上，向主风缸供风并通过主风管（MRE）等设备与其它车相连。

②. EBCU和BCU控制整个制动系统。EBCU接收到制动请求、电制动反馈、载荷压力等电信号，通过调试计算得出制动力值，然后传送信号给BCU,BCU把电信号转换成压力信号。

③. 列车单独具备“得电缓解/失电施加”的紧急制动回路。

④. 每轴上安装两套踏面制动单元，其中一套带有停放制动缸。

（2）供风和制动系统的气路说明（附录7-1、附录7-2、附录7-3）

供风和制动系统分为三级供风：第一级，无条件的给制动系统供风，以确保列车随时能够施加制动从而保障运营的安全。 第二级，只有 MRE 压力大于6.5bar 时，才给空气悬挂系统供风（此功能由溢流阀B01.31实现）。第三级，只有 MRE 压力大于7.5bar 时，才给箱体供风（此功能由溢流阀K02实现）。

①. A 组—供风设备

大气通过空气过滤器进入空气压缩机(A01.01)，压缩后经过空气干燥器单元(A01.04)、油过滤器(A01.05)，从而使压缩空气的温度及含油量满足使用要求。DV 防滑阀 BCU 制动控制单元

EBCU 电子制动控制单元 PBV 停放制动脉冲阀

主风管压力

R

停放制动压力

预控压力

Cvx

载荷压力

T 制动缸压力C

注：此颜色代码并非标准，只用于培训说明

供风系统 DCV 双向阀

图7-2 供风和制动系统工作原理示意图 EBCU BCU PBV

MRE

VTCU

DCV

DV DV 电信号 紧急制动环路

压缩空气经过主风管（MRE）向所有气动设备供风。MRE的压力和常用制动缸压力可由安装在司机室的双针压力表（B29）显示。

②. B组—制动控制设备

制动控制系统主要由电子制动控制的单元（EBCU）、电-空制动控制单元(BCU)、辅助控制单元组成。每辆车的EBCU（B05）单独放置，BCU(B01.06)、辅助控制单元(B01.07)和其它控制阀件整合成制动控制模块安装在每辆车底。每个制动控制模块上有一个100升的主风缸(B01.10)，向受电弓执行机构、气笛系统、空气悬挂设备、防滑阀(G01)、电-空制动控制单元(B01.06)、及辅助控制单元(B01.07)、制动储风缸(B01.04) 等供风。

电-空制动控制单元（BCU）气路的主要功能：形成并调整预控压力，实现对制动缸的充气/排气。辅助控制单元气路的主要功能：控制停放制动的施加/缓解，监测常用制动缸/停放制动缸的压力，监测主风管的压力。

③. C组—踏面制动单元

踏面制动设备包括一个采用弹簧执行机构(C03)的停放制动单元及不带弹簧

机构的常用制动单元(C01)。停放制动单元配有手动缓解装置。

④. G组—防滑设备

每辆车有4个防滑阀（每轴一个）。防滑所需要的轴速的实际值由速度传感器(G03)监测并把速度信号传输至EBCU (B05)，EBCU将其与列车的减速度、速度比较，进行防滑控制。

⑤. K组—箱体通风设备

K组设备仅装于动车上，由空气过滤器(K01)，溢流阀(K02)，减压阀(K03)及截断塞门(K04)、节流阀（K05）组成，其主要功能是使较小的气流由该设备吹向箱体（电气设备安装处）内，以保持箱体内无尘等。

⑥. L组—空气悬挂设备

MRE通过溢流阀(B01.31)向空气弹簧储风缸供风（B01.37），空簧储风缸向空

气悬挂系统供风。空气悬挂设备主要由高度阀(L07)、差压阀（L08）、辅助气缸(L12)、气囊(L09)等组成。

⑦. P组—汽笛系统

P组设备仅安装在拖车A车上，主要由气笛操纵阀(P03)、气笛(P04)组成。

⑧. U组—受电弓执行设备

U组设备仅安装在动车B车上，主要由截断塞门(U01)、止回阀(U04)、电磁阀(U03)及人工操纵的脚踏泵 (U05)组成。列车上没有压缩空气时，推动受电弓的风将由脚踏泵 (U05)提供。

⑨. W组—连接设备

W组设备主要由软管(W25) 、截断塞门 (W27)以及每个C 车一位端上的半自动解钩按钮（W03）组成。

3.4供风模块的结构及工作原理

图7-3 供风模块实物图

空气压缩机与空气预处理设备一起组成供风模块（参见图7-3）。TCA+MCB+MCC 作为一个单元，每个单元有一个供风模块，它安装在“C”车底架上，并通过主风

管（MRE ）等设备与其它车相连，向各个用风系统供风。主风管和主风缸的压力由压力传感器、压力开关来监控。

正常情况下，主风管的压力信息由压力传感器（A01.08）监控并将其传给列车控制单元（VTCU ），VTCU 控制空压机电机的启停。当主风缸压力低于7.5bar 时空压机开始工作，当主风缸压力升到9.0bar 时压缩机停止工作。

一般只有前导C 车上的空气压缩机启动而另外一台不使用（在相反方向运行时使用另一台压缩机）。当列车压缩空气消耗过大，主风缸压力下降到6.5bar 以下时，第二台空气压缩机启动，两台空气压缩机同时工作。当前导方向的压缩机故障时，由另外一台空压机代替其工作。

供风模块的气路说明（参见图7-4）：压缩空气通过软管(A01.02)和止回阀(A01.14)0到达空气干燥单元 (A01.04)。安全阀(A01.03)保护其下部气路安全。空气干燥器去除压缩空气的水分，通过低压露点停止水气凝结(相对湿度≤35%)。油过滤器(A01.05)减少油性浮粒并把压缩空气中的杂质过滤到较少水平。安全阀 (A01.11)保护其下部气路安全。

A01.01 空压机

A01.03/ A01.11 安全阀

A01.04 空气干燥器

A01.05 油过滤器

A01.06/ A01.10 截断塞门

A01.07 测试点

A01.08 压力传感器

A01.09 压力开关

A01.12 电子开关

A01.14 止回阀

A01.15 外部供风口

图7-4 供风模块气路图

第四章:地铁车辆制动系统的故障与维护

我国地铁建设事业在最近的十年内，取得了非常大的进步，针对地铁车辆空气制动系统常见的故障与维护现状进行分析，并给出一些相关的维护建议。

地铁车辆空气制动系统常见故障与维护现状。地铁内燃机车空气制动系统常见的故障主要有两种：第一种现象就是在七步闸试验的过程中，出现故障，并且具有重复性，将部件拆开之后，会发现内部的配件已经有些损坏，如金属件磨损超限、橡胶膜板破裂及“0＂型圈损坏等等，这时候只需要更换配件即可，此类事故出现的概率较小。第二种现象就是七步闸在试验的过程中，能够运转正常，但是，在拆卸之后，会发现少量的杂质和油水在里面，这时候，只需要进行简单的清洗并吹干即可。针对第一种情况，主要以预防为主，具体预防措施：1.在定期检查的过程中，一旦发现不良的配件，或者可预测到的破损部件进行及时的更换。

2.在对机车进行大范围的检修时，及时对易损的日常磨损部件进行更换工作，并且对全部的风源管路进行彻底的清洗，还有对所有的逆止阀、截止阀和三通阀进行更新。第二种情况发生的概率较低，并且也不容易察觉，但是，故障一旦发生，就会因为处理超时而造成严重的事故发生。导致第二种情况发生的原因主要是其中的空气管路系统变“脏”导致的，由于在运行使用的过程中，会有一些灰尘、沙粒及各种金属氧化物等成分进入风源管路，从而导致“脏”的出现。因此，这种情况下，重在防治。

空气管路系统“脏”的具体原因

(一)来自空气中的沙尘

现在的地铁轨道，很多都设置在地面上，致使制动风源源于外部空气，当空气中的沙尘过多的时候，过滤系统不能完全的进行阻隔，长久使用之后，就会在管路中出现大量的沙尘沉积。尤其是在一些干燥多沙及隧道内的地区。

(二)在检修过程中异物掉入管路中

当工作人员对部件进行拆卸的时候，管口暴露在外面，这段时间内，由于工作的疏忽大意，就会有一些异物掉入到管口之中，而又没有及时的发现，就会为日后的地铁运行带来严重的安全隐患。

(三)列车管回风带入杂质

在牵引列车时，由于地铁的列车管内较“脏”，大量杂质堆积，在地铁制动的过程中，列车管通过机车中继阀排风，就避免不了会将机车的后面几位的列车管内的一部分杂质带入到机车的列车管内，如果摘车后维护人员没有及时开启折角塞门进行吹扫，就会使列车管内杂质越积越多。

(四)空气管道内壁氧化脱落后形成金属氧化物

空气管路中的油水成分偏多，尤其是当含有大量的水分时，尽管对制动机的性能造成不了严重的直接影响，但是，却可以使管道内壁的物质发生氧化，形成的金属氧化物在脱落之后就会对制动机的安全性能产生严重影响。

空气管路“脏”的治理措施

(一)加大对空气管路系统的维护和保养

定期检查空压机的空气滤清器，保证状态良好。内燃机车的空压机滤清器采用油浴湿式滤清

器，利用吸风口的风速产生的离心力将泥土分离出来落入油中，剩余微尘再经滤网过滤来达到滤清效果。空压机的空气滤清器是风源系统的第一道过滤防线，必须经常检查，保持良好状态。检查内容应包括：滤网完好无破损，上部装用密封垫；油种为压缩机油，并保持清洁；油位应保持在滤网下座上方 5~10 毫米。油位太高，油易被吸入管路中污染压缩空气，油位太低或无油则吸附不住沙尘，达不到滤清效果。

(二)常开排水阀，减少管路中的油水含量

在有风情况下定期打开两个总风缸、油水分离器、离心集尘器和均衡风缸的排水塞门，以排除积存在内的油水杂质。最好是在机车起动后，出库前及机车进库后，停机前各排一次水，直到不见白色雾状气体喷出为止。

(三)运用中经常监控空压机的风缸及活塞环的状态

这主要是为了防止风泵的风缸及活塞环状态变差而产生泵油作用，从而将风泵润滑油泵入总风缸中污染制动空气。这可以从风泵的打风时间来判断，如发现打风时间明显增加，应及时报修，检修人员在排除风阀故障和管路漏泄后就应检查活塞环状态，并更换不良的活塞环。

(四)应保持经常吹扫列车管的习惯

为了减少车辆列车管回风而带进机车列车管内的杂质，规定维护人员应常吹列车管，即在列车摘挂后的单机状态下，将自阀置于运转位，分别启闭一端和二端的折角塞门以吹扫列车管内的杂质，保持列车管内清洁干净。

(五)在风源系统中加装空气干燥设备

在风源系统中加装一套空气干燥器，滤去水汽，就会大大延缓管道内壁氧化锈蚀速度。在冬季也会减弱风路系统各排水阀冻结程度。

(六) 定期对空气管路系统进行吹扫

为了保持制动管路的清洁，除维护人员的不定期简单吹扫，还要制定合理的彻底吹扫周期和范围。彻底吹扫应包括总风管路的吹扫、列车管路的吹扫、作用管的吹扫、两司机室自阀与中继阀相连小管的吹扫、制动缸管的吹扫。