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SD型数字式电气指令制动控制系统的分析毕 业 论 文题 目：SD型数字式电气指令制动控制系统的分析 作 者：* 学 号：*系 ：*专 业：机车车辆班 级：*指导者： 华亮 评阅者： 年 月 SD型数字式电气指令制动控制系统的分析摘要 本文主要阐述了SD型数字式电气指令制动控制系统的基本原理和特点以及它的系统组成，通过对SD型数字式电气指令制动控制系统制动原理和制动过程的了解从而更深入的了解其制动的优点，有助于我们对城市轨道交通车辆的制动控制系统的掌握和学习。这样对于我们日后的工作也有较好的帮助，融理论于现实中去，理论与现实相结合，从而更好的工作。当我们真正掌握了SD型数字式电气指令制动控制系统的组成和结构以及其原理和工作过程，那么对于日后我们对于这一系统的维修生涯也将会起到至关重要的作用，从而使得这一系统在城市轨道车辆中得到更好的应用，使得我们的城市轨道交通得到更好的发展。关键词 制动控制器 空重车调整阀 七级中继阀 控导阀 空电转换阀 电磁阀 气动阀 运转位 常用制动位 紧急制动位 目 次1 引言.12 基本原理和特点.23 系统组成及作用.2 3.1空重车调整阀.2 3.2七级中继阀.4 3.3控导阀.6 3.4空电转换器.7 3.5电磁阀及气动阀.74制动原理和过程.9 4.1运转位.9 4.2常用制动位.10 4.3紧急制动位.105 结论.116 致谢.127 参考文献.13 1 引言自1881年德国柏林有了世界第一辆有鬼电车后，世界各大城市相继开始了大规模的城市轨道交通的建设。对于城市轨道车辆来说，除了要承载更多的乘客外，还有一项重要任务，那就是要使运动中的车辆能够安全的减速和停车，也就是必须要对车辆施行制动。而在制动过程中，发展与改善制动控制系统技术则是我们的重要任务，也是我们的必要责任，这是对城市轨道车辆安全行驶的责任，也是对每一个乘客的责任。随着社会的进步以及城市轨道交通的发展，对于城市轨道车辆的要求也是日益提升，当然，制动控制技术也理所当然的成为我们关注的焦点，所以一套完善的制动控制系统是必要的。20世纪50年代，国外城市轨道交通车辆在大规模采用电磁空气制动机的同时，还采用电气指令制动控制系统协调动力制动和空气制动，使制动控制技术达到了一个新的水平。最近几十年来，由于电力电子变流技术和微机技术的加入，使电气指令式制动控制系统不断改进、发展。大功率电力电子元件的出现使电气再生制动成为可能，微机技术的应用使制动制动防滑系统更加精确完善，城市轨道车辆制动技术正朝着安全、可靠、人性化和环保的目标不断前进。最近20年来，城市轨道交通逐步采用功率电子逆变器进行制动（包括再生制动和电阻制动），但在施行制动过程中，开始的电制动电流上升有一定的延迟，而接近停车时，电制动电流下降又很快。为了适应城市轨道交通车辆的这种特殊要求，早期北京地铁使用了SD型数字式电气指令制动控制系统。本文主要针对SD型数字式电气指令制动控制系统的基本原理和特点以及它的系统组成、制动原理、制动过程进行详细的分析与探讨，从而使得我们对SD型数字式电气指令制动控制系统更进一步的了解，继而能够更好的学习和掌握这一重要的制动控制技术。2 基本原理和特点 制动控制器在司机的操纵下向列车的制动控制系统发车制动或缓解命令，即向电制动控制单元和七级中继阀发出指令。空重车调整阀相当于一个称重装置，它根据空气弹簧的压力信号，也就是车辆负载的大小，输出相应的空气压力，并经七级中继阀来控制进入制动的空气压力，使车辆保持恒定的制动率。此外，控导阀（EP阀）也将电制动的信号变为空气压力值输入到七级中继阀的混合器中，通过混合器的减法运算，减去电制动产生的制动力，是七级中继阀最终输出的是补充电制动不足部分的空去制动压力值。因此，七级中继阀实际上相当于一个空 去加减法运算器。与以往各种自动式电空制动机相比，SD型电空制动机具有以下优点：（1） 该制动系统有空重车调整装置，可根据车辆负载调节制动力，因此能实现列车恒定减速度，减少列车纵向冲动，使停车平稳。（2） 常用制动控制有七级，各级空气压力值变化均衡、上升时间基本一致，调速稳定、准确，操纵灵活、方便。（3） 与列车自动控制系统的连接十分容易，与电制动配合简单。在保证电制动优先作用下，空气制动能自动进行补偿，从而使列车制动力基本保持不变。这样既减少了闸瓦磨耗，又提高了乘客的舒适度。（4） 对制动和缓解指令反应快，作用迅速，空走时间短，因此制动距离短。（5） 设有紧急制动电磁阀，当列车紧急制动时，列车能迅速调用全部空气制动能力施行紧急制动。（6） 设有备用制动系统，当常用制动系统发生故障时，可启用备用制动系统，保证列车不中断运行。（7） 系统结构简单，集成度高，重量较低，维修简单。当然，SD型电空制动机也有缺点，由于采用有级控制，决定了它的控制精度较低。此外，控导阀的制作较复杂，因此其受材料和工艺的影响极大。3 系统组成及其作用 3.1 空重车调整阀空重车调整阀的作用是根据车辆的载重变化，即根据乘客的多少，自动输出一个空气压力信号，并通过七级中继阀使车辆保持恒定的制动率。空重车调整阀的输入信号是车辆上二系弹簧（空气弹簧）传来的压力信号。考虑到车辆载重的不平衡，采取前后转向架对角的两个空气弹簧压力为输入信号与乘客的多少成一定比例关系。空重车调整阀由上部的压力供排部分、中部的弹簧调整部分和下部的空气弹簧压力平均运算部分共同组成。压力供排部分由弹簧、給排阀、均衡活塞杆、节流孔、均衡活塞和膜板组成。弹簧调整部分由上调整弹簧、上调整螺母、下调整弹簧和下调整螺母组成。空气弹簧压力平均计算部分由活塞杆、大活塞、大膜板、小活塞和小膜板组成。空重车调整阀共有五条空气通路：通路（24）连接总风缸；通路（27）连接空重车调整阀输出；中间孔通大气；P1和P2分别连接两个转向架空气弹簧的压力信号输出。当车辆处于空车状态时，由于空气弹簧的空去压力作用，将大膜板和小膜板向上推，其向上的推力与下调整弹簧的反力相平衡，使大膜板和小膜板处于水平位置，这时活塞杆刚好与均衡活塞杆相接触而无作用力，因此不能推动均衡活塞杆向上移动。空重车调整阀的输出压力可由上调整弹簧来调整，在上调整弹簧作用下，均衡活塞杆向上移动，打开給排阀，同时关闭了通大气的通路，使压力空气经过打开的給排阀，在经过通路（27）供给七级中继阀。同时，由总风缸传来的压力空气又经过节流孔送到均衡活塞的上方。活塞上方的空去压力与下方的上调整弹簧的作用相平衡时，均衡活塞下移，給排阀在弹簧的作用下向下移动而关闭阀口，停止向通路（27）供风，即不向七级中继阀输出压力空气。七级中继阀输出压力空气值相当于上调在弹簧的调整压力值。当空气弹簧压力为0.26MPa时，空重车调整阀输出压力设计值为0.3MPa。当车载加重时，空气弹簧压力随乘客增加而升高，作用在大膜板和小膜板下部的空气压力也随着增大，下调在弹簧受压缩，使活塞杆推动均衡活塞上衣，关闭通大气的通路，同时打开給排阀，使总风缸的压力空气经过通路（24）向通路（27）供风，流向七级中继阀。同时，经节流孔流向均衡活塞的上方。当活塞上方作用力与空去弹簧作用力及调整弹簧的作用力相平衡时，空重车调整阀停止输出空气压力。当两个空气弹簧压力均为0.42MPa时，空重车调整阀输出压力设计值为0.42MPa。当乘客减少时，空气弹簧压力也随着下降，均衡活塞向下作用力就大于空气弹簧及上调整弹簧的向上作用力，于是均衡活塞下移，給排阀断开通路（24）至通路（27）的空气通路。而均衡活塞杆向下移动离开了給排阀，通路（27）的空气压力经均衡活塞杆的空气孔排向大气。知道均衡活塞杆上方所受的空气压力与空气弹簧作用在大膜板和小膜板的力相平衡为止，于是均衡活塞杆再次上移，使其与給排阀接触，切断大气通路成为平衡状态。如果因为空气弹簧破裂而无空气压力时，由于上调整弹簧的作用，能在任何情况下保证空重车调整阀输出空车时的压力为0.3MPa。3.2 七级中继阀3.2.1 七级中继阀的构造七级中继阀的上部是三个常用电磁阀（CZF1、CZF2、CZF3)和压力给排部分，中部是混合器，下部是膜板组。常用电磁阀是三个Q23*D型电磁阀，工作电压为直流110V。它由阀体、线圈、铁芯和弹簧组成。此外，它有三个空气通道，由空重车调整阀输出的压力空气由通道（28）进入电磁阀下部阀口，上部阀口通大气，侧面通路则通向膜板组的膜板室。压力给排部分是连通总风缸到制动缸或制动缸通大气的结构，它由給排阀弹簧、給排阀、大阀口、作用杆、节流孔、均衡活塞和均衡膜板组成。当膜板室充入压力空气时，作用杆向上移动，首先关闭排气阀口，然后打开給排阀，再打开大阀口，使从通路（43）传来的压力空气经通路（20）进入制动缸。当膜板室的压力空气排出时，作用杆向下移动，給排阀落在大阀口上，作用杆上的排气口离开了給排阀，使制动缸的压力空气经排气口排于大气。当均衡膜板上方M室的压力空气与作用在膜板组上的压力空气平衡时，作用杆处于中间位置，給排阀压在大阀口上，作用杆上的排气口仍与給排阀接触，制动缸压力空气处于保压状态。給排阀柱塞上装有两个O形密封圈，柱塞上方与制动缸相通，其目的是为了减少給排阀的背压。作用杆上装有两个O形密封圈，作用杆的空心通路与大气相通，均衡活塞下方通大气。作用杆下端与混合器活塞杆相接触。混合器由活塞杆、活塞和混合器膜板组成。膜板上方N室通控导阀，膜板下方E室通紧急电磁阀。 膜板组由三个膜板及活塞组成，即常用制动膜板组活塞和常用上膜板、中活塞和常用中膜板、下活塞和常用下膜板。膜板组构成三个空气室，即C1、C2、C3，它们分别与CZF1、CZF2和 CZF3三个常用电磁阀相通。七级中继阀的阀座上有六条通路（见图3-3）：通路（28）与空重车调整阀连通；通路（13）与控导阀连通；通路（43)与总风缸连通；通路（20）与制动缸连通；通路（8）与紧急电磁阀连通；还有一条与大气连通。3.2.1 七级中继阀的作用常用制动时由司机操纵控制器，使三个常用电磁阀CZF1、CZF2、CZF3交替励磁和消磁，三个膜板室C1、C2和C3分别充气和排气。根据其组合的不同，制动缸有七个压力值。当发出一级制动指令信号时，仅CZF1常用电磁阀励磁，此时空重车调整阀的输出压力空气经CZF1电磁阀的下发口进入C1室，空气压力 作用在常用上膜板和常用中膜板上，常用上膜板受向上作用力，而常用中膜板受向下作用力。由于两个膜板面积比为S上：S中=7:6，所以常用上膜板作用力大于常用中膜板作用力，使膜板组收到向上的作用力，该作用力为一个逐级增量值，它通过活塞杆传递给作用杆，使作用杆向上移动，打开給排阀，使总风缸内的空气压力通过大阀口进入制动缸和給排阀的上端，并经节流孔进入均衡活塞的上方M 室，以实现平衡作用。当进入制动缸的压力空气，即作用在均衡膜板上的压力空气与作用在膜板组上的压力空气的作用力平衡时，作用杆向下移动，在給排阀弹簧的作用下关闭大阀口，使七级中继阀处于保压状态，制动缸压力保持不变。当制动缸压力需要增高或降低时，給排阀均能自动排除增高的压力空气或自动补偿降低的压力空气。以保持制动缸压力不变。缓解时，CZF1电磁阀消磁，C1室内的压力空气经CZF1电磁阀的上方排气口排向大气。由于均衡膜板收到向下的空气压力作用，此时，推动均衡活塞及作用杆向下移动，作用杆与給排阀离开，打开了制动缸通大气的通路，制动缸的空气经通路（20），再经作用杆内的空心通路排向大气，同时給排阀上端和均衡活塞M室的空气经节流孔排向大气，使制动缸呈缓解状态。紧急电磁阀是经常励磁的，当实行紧急制动时，紧急电磁阀消磁，由空重车调整阀输出的压力空气经通路（8）进入七级中继阀E室，推动均衡活塞上移，打开給排阀，这时与常用制动时的动作过程一样，是总风缸压力空气通向制动缸。同时制动缸的压力空气经节流孔进入均衡活塞上方的M室。紧急制动时制动缸压力比常用制动七级的压力高10%左右。当常用制动后转紧急制动时，为了防止压力叠加，C1、C2和C3室内没有压力空气。3.3 控导阀控导阀是一个电-空转换装置，它将电制动时（再生制动和电阻制动）检测出的电流信号按一定的比例关系变换为空气压力信号，然后将该压力信号在七级中继阀的混合器内与制动控制器所操纵相应级别的空气指令压力值作比较，以便确定空气制动来补偿电制动力的不足。这样就可以达到空气制动和电制动的协调配合，在整个制动过程中保持制动力不变。控导阀由空气作用部分和电磁部分组成。空气作用部分主要由弹簧、給排阀、作用杆、节流孔、活塞和膜板组成。它有两条通路，其中通路（48）与总风缸管相通，通路（14）与七级中继阀的混合器N室相通。电磁部分主要由顶杆、外壳、线圈、铁芯、钢球和引线组成。3.4 空电转换器空电转换器是将空气压力变换成电信号的空点转换装置，它的作用是将空重车调整阀的输出空气压力转换成电信号，以供给动车进行牵引和电制动使用，使牵引力和电制动力也随着车辆载重不同来改变。这样一来，空电转换器能根据载重的大小来调整牵引力和电制动的制动力。空电转换器由压力传感部分和差动变压器部分组成。压力传感部分由S形膜板、活塞、杆、弹簧和阀体组成。空电转换器仅有一条连通空重车调整阀的通路。从空重车调整阀输出的空气压力经该通路到达活塞下方的腔室内。差动变压器部分是把压力传感部分的机械位移量转换为相应的电压或电流值。差动变压器的线圈采用二段式，初级线圈供给400Hz、24V交流电；次级的两组线圈是反接的铁芯处于中间状态时，其输出的电压为零。差动变压器部分主要由引线抽头、线圈、铁芯和外壳组成。3.5 电磁阀及气动阀3.5.1 紧急电磁阀紧急电磁阀（GZF）是当常用制动发生故障时，为保证行车安全使列车紧急停车的一种电磁阀。电磁阀一般在下述情况下发生紧急制动作用：（1） 司机控制器手柄转至紧急位时。（2） 整列车中某个车钩分离时。（3） 主控制线路断线时。（4） 常用制动电气指令突然中断时。（5） 列车自动控制系统发出紧急制动指令时。 紧急电磁阀是经常带电的制动装置，它的电磁铁可在79至127V的电压范围内工作，其工作范围大于直流110V电压波动（79-124V)。紧急电磁阀主要由阀体、线圈、铁芯、上阀口、阀、弹簧和下阀口等组成，它有两个接口（55）和（58），还有一条经上阀口上部直通大气的通路。紧急电磁阀通常是带电的，线圈通有110V的直流电，此案去通电后产生磁力，把铁芯压在下阀口上，关闭通路（58），使通路（55）与大气相通，这样使七级中继阀的紧急室E通向大气。当进行紧急制动时，电磁阀无电消磁，则弹簧推动阀，关闭上阀口，使通路（58）与通路（55）连通，这样，由空重车调整阀输出的压力与七级中继阀的E室相通，产生紧急制动。当紧急电磁阀恢复供电后，铁芯又被吸而向下移动，推动阀，关闭下部阀口，切断通路（55）和通路（58），并使通路（55）与大气连通，七级中继阀紧急室E的压力空气经七级中继阀输出接口（8）进入紧急电磁阀的通路（55）再排向大气，制动机缓解。3.5.2 故障缓解电磁阀故障缓解电磁阀（QZF）的构造与紧急电磁阀完全相同，它主要是为了切断由空重车调整阀到紧急电磁阀的空气通路，并可以使紧急制动后的制动机缓解，即排出七级中继阀E室内的压力空气。当紧急制动后常用制动又不能使用时，便可使用故障缓解电磁阀进行缓解，使故障缓解电磁阀励磁，压下阀，关闭下阀口。由于故障缓解电磁阀的上阀口与紧急电磁阀的下阀口连通，因此紧急电磁阀接口（58）就与大气连通，紧急电磁阀铁芯下落，使七级中继阀E室的空气压力仍经接口（8）和紧急电磁阀通路（55）排向大气，从而使车辆强迫缓解。在使用备用制动系统工程中，故障缓解电磁阀一直处于励磁状态。3.5.3 安全阀使用备用制动系统时，因总风缸管直接向制动缸充风，为防止制动缸压力过高，而设置了安全阀。安全阀由调整螺柱、阀体、弹簧和钢球组成。当使用备用制动系统时，若制动缸压力超过规定压力（规定压力值为3.0MPa），压力空气推开钢球并压缩弹簧将超过规定压力的空气排向大气。调整螺柱可以调整弹簧对钢球的压力，通常调到规定的安全压力。压力调好后应施加铅封。4 制动原理和过程SD型数字式电气指令制动控制系统的制动原理和过程4.1 运转位制动控制器手柄置于运转位时，七级中继阀的常用电磁阀CZF1、CZF2、CZF3均消磁，仅通常情况下带电的紧急电磁阀CZF励磁。七级中继阀各膜板室的压力空气分别由各常用电磁阀的排气口排向大气，制动缸的压力空气经双向阀、七级中继阀作用杆的空心通路排向大气，制动机呈缓解状态。其通路如下。（1） 七级中继阀膜板室C1、C2、C3的压力空气分别通过CZF1、CZF2、CZF3通向大气。七级中继阀E室的压力空气经通路（8）和通路（55）进入紧急电磁阀GZF后通向大气。七级中继阀N 室的压力空气经输出通路（13）和控导阀输入口（14），再经控导阀作用杆通向大气。（2） 制动缸的压力空气经双向阀的通路（17）和通路（19）与七级中继阀的输入口（20）进入七级中继阀的作用杆空心通路再通向大气。（3） 空重车调整阀根据空气弹簧的压力（即车辆载重）输出相应压力的压力空气，经下列通路输送到各处，以备应用：1） 通过空重车调整阀的输出口（27）进入七级中继阀的输入口（28）到CZF1、CZF2、CZF3各阀口下。2） 通过空重车调整阀的输出口（27）经空点转换器输入口（32）到D室。3） 通过空重车调整阀的输出口（27）经故障缓解电磁阀输入口（62）和输出口（59），到紧急电磁阀输入口（58），再到紧急电磁阀的下阀口。此时，控导阀、备用制动电磁阀、备用保压电磁阀和故障缓解电磁阀均不发生作用。4.2 常用制动位 常用制动位在与电制动配合使用的工况下，制动控制器手柄在常用制动1至7级，电制动发生作用。这时经制动电流检测线路检测出的电制动电流信号送入控导阀，通过控导阀把电流信号转换成空气压力，此压力空气进入七级中继阀的混合器，其空气通路如下：（1）总风缸管经输入口（48）进入控导阀的給排阀，再经过（14）、（13）口进入七级中继阀混合器N室。（2）总风缸管经输入口（48）进入控导阀的給排阀，在进入平衡膜板上侧室。（3）进入七级中继阀混合器N室的压力空气向下的作用力与膜板组向上的作用力相减之后，此作用力之差使膜板上移，作用杆顶开給排阀，总风缸向制动缸充气。制动缸压力即为补偿电制动力不足所需要的压力。4.3 紧急制动位当制动控制器手柄置于紧急制动位时，七级中继阀的三个常用电磁阀全部失礠，紧急电磁阀也失礠，制动机发生紧急制动作用，其空气通路如下。空重车调整阀经（27）、（62）口进入故障缓解电磁阀，再经（58）、（59）口进入紧急电磁阀，在经过（55）、（8）口进入七级中继阀E室。由于E室充气，混合器活塞向上移动，作用杆被推上移，顶开給排阀，打开下列通路：（1） 总风缸管经（43）口到七级中继阀的給排阀口，再经（20）、（19）口进入双向阀，再经过（17）口进入制动缸。（2） 总风缸管经（43）口到七级中继阀的給排阀口，再到M室。（3） 总风缸管经（43）口到七级中继阀的給排阀口，再到給排阀柱塞上侧室。制动缸可得到较常用制动7级时高10%左右的压力。 当正常制动系统或电气线路发生故障、列车分离和不按规定放置头中尾开关时，紧急电磁阀无电，发生紧急制动作用。当列车处于常用制动状态而发生紧急制动时，三个常用电磁阀断电失礠，膜板C1、C2、C3中的压力空气都排向大气，仅E室充有压力空气，这就避免了紧急制动和常用制动同时作用。4.4 备用制动运行中，当常用制动系统失灵时，司机可以操纵备用制动系统继续运行。备用制动开关有四个位置，即运转位、故障缓解位、保压位和制动位。在使用正常制动系统时，备用开关应置于运转位，备用制动电磁阀BZF1和备用保压电磁阀BZF2均无电，其铁芯和柱塞处于上端位置，其通路是：总风缸管经（40）口到备用制动电磁阀BZF1。故障缓解电磁阀QZF也是无电失磁，其铁芯处于上端位置，故通大气的通路被切断，（62）口至（59）口通路开放。当正常制动系统因故失灵，发生紧急制动后，使用备用制动系统时，先将备用制动开关置于故障缓解位，故障缓解电磁阀QZF通电激磁后，铁芯被吸下，其阀关闭通路（62），沟通下列通路：七级中继阀E室经（8）、（55）口到紧急电磁阀GZF（失磁），再经（58）、（59）口到故障缓解电磁阀QZF阀口，再通向大气。E室压力空气排入大气，因而制动缸内压力空气经（17）口进入双向阀，再经（19）、（20）口进入七级中继阀，通过作用杆空心通路通向大气。备用制动开关置于保压位时，备用制动电磁阀BZF1断电失磁，备用保压电磁阀BZF2和故障缓解电磁阀QZF通电激磁。（40）口与（37）口、（36）口与（33）口之间的通路均被切断，制动缸压力停止上升，呈制动保压状态。当保压制动开关置于故障缓解位时，备用制动电磁阀BZF1和备用保压电磁阀BZF2均无电失磁，它们沟通下列通路：制动缸经（17）口双向阀（63）口（33）口备用保压电磁阀BZF2（36）口（37）口备用制动电磁阀BZF1（38）口大气。结论 本文主要针对SD型数字式电器指令制动控制系统的结构组成及其作用和工作过程与原理做一个比较详细的概述，通过对每一结构系统的解释让我们更加理解这一新型制动控制技术，从而更好的去学习和掌握它，适应新社会的每一步，为我们今后的机车车辆制动控制技术的发展做出一定的贡献。致 谢 经过了许多天的查找资料和打写，我的论文终于要问世了，在论文即将完成之际，我特地在此诚挚的感谢我可敬的师长、同学、朋友，是你们给了我无言的帮助！谢谢你们！ 参考文献 1、机车车辆及地下铁道车辆电空制动机（夏寅荪 编著）中国铁道出版社1994年； 2、城市轨道车辆制动（吴萌岭 编著）上海铁道大学1995年； 3、制动新技术（钱立新 编著）上海铁道学院1991年； 4、城市轨道交通车辆（张振淼 编著）中国铁道出版社2005； 5、城市轨道交通车辆制动技术（殳企平 编著）上海工程技术大学2005。