地铁空气制动原理

2.4空气制动机空气制动，又称为机械制动或摩擦制动，主要以压缩空气为动力，由车辆的风源系统供给。2.4.1直通式空气制动机直通式空气制动机工作原理如图2-9所示。空气压缩机将压缩空气储入总风缸内，经总风缸管至制动阀。制动阀有缓解位、保压位和制动位3个不同位置。在缓解位时，制动管内的压缩空气经制动阀Ex口排向大气；在保压位时，制动阀保持总风缸、制动管和Ex口各不相通；在制动位时，总风缸管压缩空气经制动阀流向制动管。图2-9直通式空气制动机Ⅰ-缓解位；Ⅱ-保压位；Ⅲ-制动位；1-空气压缩机；2-总风缸；3-制动风管；4-制动阀：5-制动管；6-制动缸；7-基础制动装置；8-制动缸缓解弹簧；9-制动缸活塞；10-闸瓦；11-制动阀EX；12-车轮（1）制动位。驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位，总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管。制动管是一根贯穿整个列车，两端封闭的管路。压缩空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压缩空气推动制动缸活塞移动，并通过活塞杆带动基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用。制动力的大小，取决于制动缸内压缩空气的压力，由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间长短而定。（2）缓解位。要缓解时，驾驶员将操纵手柄置于缓解位，各车辆制动缸内的压缩空气经制动管从制动阀Ex口排入大气。操纵手柄在缓解位放置的时间应足够长，使制动缸内的压缩空气排尽，压力降至为零。此时制动缸活塞借助于制动缸缓解弹簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离开车轮，实现车辆缓解。（3）保压位。制动阀操纵手柄放在保压位时，可保持制动缸内压力不变。当驾驶员将操纵手柄在制动位与保压位之间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来回操纵时，制动缸压力能分阶段上升或降下，即实现阶段制动或阶段缓解。直通空气制动机的特点是：（1）制动管增压制动、减压缓解、列车分离时不能自动停车。（2）能实现阶段缓解和阶段制动。（3）制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间的长短决定，因此控制不太精确。（4）制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，各制动缸的压缩空气都需要经制动阀排气口排入大气。因此前后车辆制动一致性不好。2.4.2自动式空气制动机自动式空气制动机与其他空气制动机不同的是，增加了三个部件：在总风缸与制动阀之间增加了给气阀；在每节车辆的制动管与制动缸之间增加了三通阀和副风缸。给气阀的作用是限定制动管定压，人为规定制动管压力，即无论总风缸压力多高，给气阀出口的压力总保持在一个设定值。自动空气制动机工作原理如图2-10所示。图2-10自动式空气制动机Ⅰ-缓解位；Ⅱ-保压位；Ⅲ-制动位；1-空气压缩机；2-总风缸；3-总风缸管；4-制动阀：5-制动管；6-制动缸；7-基础制动装置；8-制动缸缓解弹簧；9-制动缸活塞；10-闸瓦；11-制动阀EX口；12-车轮；13-三通阀；14-副风缸；15-给气阀；16-三通阀排气口自动式空气制动机的制动阀同样也有缓解位、保压位和制动3个作用位置，但内部通路与直通式空气制动机的制动阀有所不同。在缓解位时它联通给气阀与制动管的通路；制动位时它使制动管与制动阀上的EX口相通，制动管压缩空气经它排向大气；保压位时仍保持各路不通。制动阀操纵手柄放在缓解位时，总风缸中的压缩空气经给气阀、制动阀送到制动管，然后通过制动管送到各车辆的三通阀，经三通阀使副风缸充气。如此时制动缸中有压缩空气，则经三通阀的排气口16排入大气。列车运行时，制动阀操纵手柄一般处于缓解位，直至副风缸充至制动管定压值。制动阀操纵手柄放在制动位时，制动管内的压缩空气经制动阀EX口排向大气。制动管的减压信号传至车辆的三通阀时，三通阀动作，副风缸内的压缩空气经三通阀充向制动缸，制动缸活塞推出，使制动执行机构动作，列车产生制动作用。由此可见，自动空气制动机是依靠制动管中压缩空气的压力变化来传递制动信号，制动管增压缓解，减压则制动，其中，三通阀是制动缸充气或排气的控制部件。三通阀工作原理如图所示2-11所示。图2-11三通阀工作原理1-三通阀活塞及活塞杆；2-节制阀；3-滑阀；4-副风缸；5-制动缸；6-三通阀；i-充气沟；B-间隙三通阀由于它与制动管、副风缸和制动缸相通而得名。根据制动管压力的变化，三通阀有以下三个基本位置。a.充气缓解位。制动管压力增加时，在三通阀活塞两侧形成压差，三通阀活塞及活塞杆带动节制阀及滑阀一起移至右侧段位，这时充气沟露出。三通阀内形成以下两条通路：①制动管→充气沟→滑阀室→副风缸；②制动缸→滑阀室R孔→滑阀底面N槽→三通阀Ex口→大气。第一条为充气通路，第二条为缓解通路，所谓充气是指向副风缸充气，缓解是指制动缸缓解。副风缸内压可一直充至与制动管的压力相等，即达到制动管定压，制动缸缓解后的最终压力为零。b.制动位。制动时，驾驶员把制动阀手柄放在制动位，制动管内的压力空气经制动阀排气减压。三通阀活塞左侧压力下降，右侧副风缸压力大于左侧。当两侧压差较小时，不足以推动活塞，副风缸的压力空气有通过充气沟逆流的现象。但由于制动管内压力下降较快，活塞两侧压差继续增大，压差达到足以克服活塞及节制阀的阻力时活塞及活塞杆带动节制阀向左移一间隙距离，使活塞杆与滑阀之间的间隙B置于前部，活塞折断充气沟，副风缸压力空气停止逆流，滑阀上的通孔上端开放，与副风缸相通。随着制动管压力刀锋继续下降，活塞两侧压差加大到能够克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力时，活塞带动滑阀左移至极端位，滑阀切断制动缸通大气的通路，同时滑阀通孔下端与滑阀座制动缸孔R对准，形成副风缸向制动缸的充气通路。如果三通阀一直保持这一位置，最终将使副风缸压力与制动缸的压力平衡。c.c.保压位。在制动管减压到一定值后，驾驶员将制动阀操纵手柄移至保压位，制动管停止减压。三通阀活塞左侧压力不再下降，但三通阀活塞仍处于左极端的制动位，因此副风缸压力空气继续充向制动缸，活塞右侧的压力继续下降。当右侧副风缸压力稍低于左侧制动管的压力时，两侧压差达到能克服活塞和节制阀的阻力时，活塞将带着节制阀向右移一间隙距离，使滑阀与活塞杆之间的间隙位于后端，同时节制阀遮断副风缸向制动缸的充气通路，副风缸压力不再下降。由于此时活塞两侧压差较小，不足以克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力，所以活塞位于此位不再移动，制动缸保压。自动制动机的特点：（1）制动管减压制动、增加缓解，列车分离时能自动制动停车。（2）由于制动缸的风源与排气口离制动缸较近，其制动与缓解不再通过制动阀进行，因此制动与缓解的一致性较直通制动机好，列车纵向冲动较小，适合于较长编组的列车。（3）有阶段制动及一次缓解性能。上述的三通阀属于二压力机构的阀，还有种阀，通常称为三压力机构阀，也称分配阀，其特点是：1）具有阶段制动和阶段缓解。同时，制动管要充到定压，制动缸才能完全缓解。（2）具有制动力不衰减性。即在制动中立位或缓解中立位，当制动缸压力因泄漏等原因而下降时，三通阀能自动地给予补充压缩空气，保证制动缸压力保持原值。2.4.3电空制动机电空制动机为电控空气制动机的简称。它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。它的特点是制动作用的操纵控制用电，但制动作用的原动力还是压力空气(它与大气的压差)。在制动机的电控因故失灵时，它仍可以实行空气压强控制(气控)，临时变成空气制动机。图2-12电空制动机l-列车管；2-三通阀；3-副风缸；4-制动缸；5-加速缓解风缸；6-制动电磁阀；7-保压电磁阀；8-缓解电磁阀；9-止回阀；EX-通大气如图2-12所示，在制动时各车的制动电磁阀6的排气口同时打开，将列车管1的压力空气排往大气，产生制动作用。在缓解时各车的缓解电磁阀8的通路也同时打开，使各车的加速缓解风缸5同时向列车管1充风(加速缓解风缸5的风是在列车管1经过三通阀2向副风缸3充风时经过止回阀9充至定压的，由于止回阀的作用，制动时加速缓解风缸的风没有使用)。在列车施行阶段缓解、缓解电磁阀8的通路被关闭、列车管空气压强保持不变时，保压电磁阀7将三通阀的排气通路切断，所以，三通阀主活塞虽然仍停留在充气缓解位，制动缸经三通阀与排气口相通，但此时不通大气，制动缸空气压强能保持不变，即可以实现阶段缓解。在列车速度很高或列车编组很长、空气制动机难以满足要求时，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，显著减轻列车纵向冲击并缩短制动距离。世界各国(包括我国在内)许多高速列车(200km／h以上)和准高速(160km／h)列车都采用了电空制动机。2.5本章小结本章主要叙述的风源系统。风源系统是空气制动系统里面的重要的部分。风源系统由空气压缩机、空气干燥器以及风缸和其他空气管路部分组成。空气压缩机现在城轨里面用主要是两种：活塞式空气压缩机和螺旋式空气压缩机。城轨里面常用的活塞式空压机有VV230型和VV120型。螺旋式空压机的特点：（1）噪声小，振动小；（2）可靠性高和寿命长；（3）维护简单。根据这些特点螺旋式空压机完全符合城轨对空压机的要求，所以螺旋式空压机也是城轨车辆的最受欢迎的空压机之一。空气干燥器有单塔式和双塔式两种。它们的工作原理都差不多，就是双塔式空气干燥器是一个筒中在干燥空气时，另一个筒在将吸附剂再生，轮流工作。双塔式空气干燥器一般都用在交流传动车上。风缸是用来储存压缩空气的。其他的空气管路部件有截断塞门、脉冲电磁阀、止回阀、减压阀、空气过滤器和安全阀。制动控制系统主要有空气制动控制系统和电控控制系统。当以压力空气作为制动信号传递和制动力控制的介质时，该制动装置称为空气制动控制系统，又称空气制动机。按其作用原理原理不同，可以分为直通空气制动机、自动空气制动机和电空制动机。