城轨车辆制动系统故障分析与处理..pdf

1 城轨车辆制动系统故障分析与处理 二级院校动力工程学院 班级 学生姓名 指导老师 完成日期 2 摘要 随着我国经济的高速发展， 越来越多的城市建设和开通了地铁，祖国的城轨交通 事业正在蓬勃发展。 我国近年来大力发展支持发展城市轨道交通事业，截止 2011 年 8 月，全国已建成城市轨道交通线路1568km,已建成线路 50 条，运营车站总 数 995，我国轨道交通线网总体供给能力处于高幅增长阶段，网线供给呈现快 速增加趋势。截止 2011年 8 月， 全国共有 30 个城市轨道交通近期建设规划获批。 其中，20 个城市在规划期内调整、扩大了建设规模。 “十二五”期间，我国各城 市地铁、轻轨建设里程将达到2600km ，建设投资规划将达12700亿元。预计到 20202年底，国内将有 40 个城市建设轨道交通，总里程约7000km 。 但随着 7.23 事故，上海地铁追随，人们也更加关注城轨车辆的安全问题， 而地铁的安全更多的是依靠车辆的制动系统。人为施加于运动物体使其减速 （防 止其加速） 或停止运动， 或施加于静止物体保持其静止状态，这种作用称之为制 动作用。实现制动作用的力称为制动力。解除制动作用的过程称为缓解。应此制 动系统在地铁车辆有着举足轻重的作用。 近年来，地铁车辆的快速发展，运行速度也由最初的60km/h 逐渐提高到 80 km/h 甚至更高。车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速度和及时 准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。 试想一下， 在你有 急事的时候， 坐地铁到站了， 却因为没有准确的停在预定的停车点，直接开往下 一站了，你是怎样的心情？在你坐的地铁时，制动系统出现故障，刹车不灵了， 那面对的直接是生命危险。 关键词：城轨车辆制动系统故障分析解决措施 1 目录 1.制动系统的概述 3 1.1 制动的基本概念 .3 1.2 列车制动系统 .3 1.3 城轨车辆制动模式.3 1.4 制动方式4 2.城市轨道交通车辆制动系统4 2.1 制动系统的组成 5 3.城轨车辆的供风系统6 3.1 空气压缩机.6 3.2 空气干燥器 .9 4.基础制动装置 12 4.1闸瓦制动装置.12 4.2盘制动装置15 5.KBGM模拟式电气指令制动系统 15 5.1 供气单元15 5.2 制动控制单元.17 6.制动装置故障分析与处理.22 6.1闸瓦的故障分析与处理.22 6.2紧急制动故障分析与处理23 2 总结25 致谢 26 3 1.制动系统的概述 1.1 制动的基本概念 制动是指人为施加的外力， 使运动的物体减速或阻止其加速，以及保持静止 的物体静止不变的作用。 使列车减速或阻止其加速的力称为制动力，而产生并控 制这个制动力的装置叫做制动机，也称为制动机。 列车制动必须具备两个基本条 件： 1 实现能量转换；2控制能量转换。 对已经施行了制动的列车，重新启动或再次加速，必须解除或其制动作用， 这种作用曾为只懂得缓解。 1.2 列车制动系统 为了能施行制动或缓解， 需要在列车上安装一整套完整壳操纵并能进行控制 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：控制 制动部分和制动执行部分。制动控制部分主要包括知道信号的发生与传输装置； 制动执行部分 （通常称为基础制动装置） 包括闸瓦制动和盘式制动等不同的制动 装置。 1.3 城轨车辆制动模式 城轨车辆根据运行的要求，主要采用了停放制动、常用制动、快速制动、 紧急制动和保压制动等制动模式。 1.停放制动 由于车辆断电停放时，制动缸压力会因管路泄漏在无压力空气补充的情况 下，逐步下降为零，使车辆失去制动力。在正常情况下，弹簧力的大小不随时间 而变化，由此获得的制动力能要满足列车较长时间断点听方的要求。弹簧停放制 动缸充气时，停放制动缓解；弹簧停放缸排气时，停放制动施加。 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。在常用 制动模式下，电制动和空气制动一般处于激活状态。 4 3 紧急制动 紧急制动属于非常制动， 是在紧急琴况下为列车尽可能快地停车而施行的一 种制动。它的特点是：制动作用比较迅猛，而且要把列车最大的制动里都用上， 一般比常用制动力大10%左右。 4. 快速制动 当主控制器手柄移到“快速制动位”时，列车将实施与紧急制动相同的快速 制动。 5保压制动 保压制动是为防止列车在停车前的惯性冲击力，使列车平稳停车，通过ECU 内部设定的程序来控制的。 1.4 制动方式 列车制动方式可分为摩擦制动和电制动。电制动优先于空气制动。 1.4.1 摩擦制动 城轨车辆常用的摩擦主要有闸瓦制动、盘形制动和轨道电磁制动等。 A.闸瓦制动 闸瓦制动又称为踏面制动， 它是最常用的制动方式。 制动时闸瓦压紧车轮， 车轮 与闸瓦间发生摩擦，将列车的运动动能能通过车轮与闸瓦间的摩擦转变为热能， 消散于空气中。 B.盘形制动 盘形制动有轴盘式和轮盘式。一般采用轴盘式，当轮对中间由于牵引电机等制 动盘安装发生困难时， 可采用轮盘式。 制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧 紧急制动盘， 使闸片与制动盘间长生摩擦，把列车的动能转变热能， 热能通过制 动盘与闸片消散于大气。 1.4.2 电制动 制动过程中由牵引电机转化而来的电能通过直接反馈给供电触网或消耗在电阻 器上这两种方式消耗电能。 车辆进行动力制动时， 再生制动优先， 即向供电电网 反馈电能，如果接触网电压过高或同一供电制动和电阻制动两种形式。 2.城市轨道交通车辆制动系统 2.1 制动系统的组成 根据城轨车辆的特点，制动系统一般包括下面几个部分： （1）电气制动系统。他一般与牵引系统连在一起形成主电路，包括再生反 馈电路和制动电阻器， 将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电 阻器上。 （2）空气制动系统。它由供气部分、控制部分和执行部分等组成。供气部 5 分有空气压缩机、空气干燥机和风缸等；控制部分有电空转换阀、紧急阀、称重 阀和中继阀等；执行部分就是闸瓦制动装置和盘式制动装置等。 （3）指令和通信网络系统。它既是传送司机命令的通道，同时也是制动系 统内部数据交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线。 2.2 制动控制系统的组成 制动控制系统主要又电子制动控制单元（EBCU） 、 空气制动控制单元 （BCU ） 和电气指令单元等成。 2.2.1 电子制动控制单元 电子制动控制单元又简称为BCE,它的主要功能如下： （1）. 制动模式的决策 （2）电空制动的切换 （3）监控供风系统 （4）防滑监控 （5）记录制动故障 2.2.2 空气制动控制单元 空气制动控制单元又称为BCU, 是制动系统中电气制动和空气制动的连接点， 也是电子、电气信号与气动信号的转接点。 2.2.3 电气指令单元 地铁都采用了电气指令单元来迅速、准确、可靠地传递来自于司机控制器或有自 动驾驶系统发出的指令。 按指令方式的不同又可分为数字指令式和模拟指令式制 动控制系统。 2.2.3.1数字式电气指令制动控制系统 6 数字式电气指令制动控制系统实际上是使用了3 根常用制动的电器指令线并通 过对应的 3 个常用电磁阀各自得电或失电组成的组合。0 和 1 在组成 3 位数字时， 除 000 外，还有 001、010、011、100、101、110、111 共 7 组组合。 2.2.3.2 模拟式电气指令制动控制系统 模拟式电气指令制动控制系统可以实现无制动控制和连续操纵。常用的模拟电信 号有电流、电压、频率和脉冲信号等，这些模拟量可以传递制动控制的信号。 3.城轨车辆供风系统 城轨车辆的供风系统为制动系统和辅助系统部件提供风源，是列车重要的组成部 分之一。 3.1 空气压缩机 空气压缩机是用来产生压缩空气的装置。城轨用的空气压缩机要求具有噪声 低、振动小、结构紧凑、维护方便。环境实用性强的特点，其直流驱动电机已逐 渐被交流电机驱动取代。 目前，城轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺 杆式空气压缩机两种。 3.1.1 活塞式空气压缩机 活塞式空气压缩机由固定机构、运动机构、进/排气机构、中间冷却装置和 润滑装置等及部分组成。其中固定机构包括机体、气缸、气缸盖；运动机构包括 曲轴、连杆、活塞；进 /排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中 间冷却器、冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等，如图2-1 所示。 图 3-1 活塞式空气压缩机作用原理 7 1-润滑油泵； 2-机体； 3-油压表； 4-空气滤清器； 5、8-进气阀片； 6-排气阀片； 7、9-低压活 塞； 10-高压活塞； 11-主风缸； 12-压力控制器；13-上集气箱； 14-散热管； 15-下集气箱 活塞式空气压缩机的工作原理： 电机通过联轴节驱动空压机曲轴转动，曲轴 连杆机构带动高、 低压缸活塞同时在气缸内做上下反复运动。由于曲轴中部的三 个轴颈在轴向平面内互成120°，两个低压活塞和一个高压活塞分别相隔120° 转角。当低活塞下行时， 活塞顶面与缸盖之间形成真空，经过空气滤清器的大气 推开进气阀片进入低压缸，此时排气阀在弹簧和中冷器内空气压力的作用下关 闭。当低压活塞上行时， 气缸内的空气被压缩， 其压力大于排气阀片上方压力与 排气阀弹簧的弹力之和时， 压缩排气阀弹簧推开排气阀片， 具有一定压力的空气 排出缸外，而进气阀片在气缸内压力及其弹簧的作用下关闭。两个低压缸送出低 压空气，都经气缸盖的同一通道进入中冷器。经中冷器冷却后，在进入高压缸， 进行第二次压缩， 压缩后的空气经排气阀口、 主风管路送入主风缸中储存。高压 活塞的进、排气作用与低压活塞的进、排气作用相同。 在运行中，主风缸压力保持在一定的范围，如750900kPa，它是通过空压 机压力控制器自动控制控制空压的启动或停止来实现。当主风缸的压力逐渐增 高，达到规定压力上限时， 压力控制器切断空压机驱动电机的电源，使空压机停 止工作；而随着设备的用风和管路的泄漏等，使主风缸的压力逐渐降低， 达到规 定压力下限； 压力控制器接通空压机驱动电机的电源，使空压机开始工作， 主风 缸压力回升。这样主风缸压力一直被控制在规定的范围内。 活塞式空气压缩机的应用广泛、技术成熟， 可靠性和稳定性好， 不需要特殊 润滑，性价比具有吸引力。 3.1.2 螺杆式空气压缩机 螺杆空压机与活塞空压机相同， 都属于容积式空压机。 从使用效果来看螺杆 空压机有如下优点。 (1)可靠性高。螺杆空压机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命 长，大修间隔期可达48 万小时。 (2)操作维护方便。螺杆空压机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的 专业培训，可实现无人值守运转。 (3)动力平衡好。螺杆空压机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作， 可实现无基础运转，特别适合作移动式空压机，体积小、重量轻、占地面积少。 8 (4)适应性强。螺杆空压机具有强制输气的特点，容积流最几乎不受排气压 力的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率，在空压机结构不作任何改变的情况 下，适用于多种工况。 （5）噪声低、振动小。螺杆式空气压缩机工作时，旋转部件两个螺杆的运 动没有质心位置的变动， 所以没有产生振动的干扰力。 阴、阳螺杆和机壳之间相 互密贴和啮合的间隙是通过喷油实现密封和冷却的，不产生机械接触和摩擦， 因 而噪音低。 螺杆式空气压缩机的工作原理：该压缩机的工作过程分为进气、压缩、排气 三个阶段，如图 3-2。 图 3-2 螺杆式空气压缩机系统流 1-螺杆式空气压缩机；2-联轴器； 3-冷却风机； 4-电动机； 5-空、油冷却器 (机油冷却单元 )； 6-冷却器 (压缩空气后冷单元)；7-压力开关； 8-进气阀； 9-真空指示器； 10-空气滤清器； 11-油细分离器；12-最小压力维持阀；13-安全阀； 14-温度开关； 15-视油镜； 16-泄油阀； 17-温度控制阀；18-油气筒组成；19-机油过滤器； 20-逆止阀 （1）进气过程。 螺杆空压机的工作过程详细分析之进气过程：转子转动时， 阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大， 此时转子齿沟空间与 进气口的相通， 因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时， 齿沟处于真空 状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当 气体充满了整个齿沟时， 转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封 9 闭。 （2）压缩过程。螺杆空压机的工作过程详细分析之压缩过程：阴阳转子在 吸气结束时， 其阴阳转子齿尖会与机壳封闭，此时气体在齿沟内不再外流。其啮 合面逐渐向排气端移动。 啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐件小，齿沟内的气 体被压缩压力提高。 （3）排气过程。螺杆空压机的工作过程详细分析之排气过程：当转子的啮 合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始排出， 直至齿尖与齿沟的啮 合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0，即完 成排气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长， 进气过程又再进行。 3.2 空气干燥器 空气压缩机输出的压缩空气中含有较高的水份、油份和机械杂质等， 必须经 过空气干燥器将其中的水份、 油份和机械杂质除去， 才能达到车辆上用风设备对 压缩空气的要求。 液态的水、 油微粒及机械杂质在滤清器中基本被除去，压缩空 气的相对湿度降低是避免用风过程中出现冷凝水危害的主要方式，它依靠空气干 燥器来完成。 空气干燥器的基本原理是： 吸附过程是一个平衡反应。 在吸附剂和与其接触 的压缩空气之间湿度趋向于平衡， 而相对湿度大的压缩空气与吸附剂的表面接触 时，由于吸附剂具有大量微孔，与空气的接触面积大，吸附剂可以大量、快速地 吸附压缩空气的水蒸气分子， 达到干燥压缩空气的目的。 再生过程也是一个平衡 反应，用于吸附剂再生的吹扫气体是由较高压力的压缩空气膨胀而来。膨胀时， 空气体积增大而压力降低，获得的吹扫气体的相对湿度较低。因而易于“夺”走 吸附器上已吸附的水蒸气分子，使吸附剂恢复干燥状态， 达到再生目的。 其特点 是“压力吸附与无热再生” 。 常用的吸附剂有：活性炭、氧化铝、硅凝胶及分子筛等。 空气干燥器一般都是塔式的，有单塔式和双塔式两种。 3.2.1 单塔式空气干燥器 单塔式空气干燥器是一种无热再生作用的干燥器，如图3-3 所示。它的特点 是吸附剂的吸附作用与再生作用在同一个干燥筒内进行。由油水分离器、干燥筒、 排水阀、电控阀、再生风缸和消声器等组成。在油水分离器中有许多网格圈（这 是一种用铝片或铜片做成的有缝的小圆筒），干燥器则是一个网形的大圆筒，其 10 中盛满颗粒状的吸附剂。 图 3-3 单塔式空气干燥器 1-干燥筒； 2-弹簧； 3-单向阀； 4-带孔挡板； 5-干燥筒筒体；6-吸附剂； 7-油水分离器；8-网 格圈； 9-排泄阀； 10-消音器； 11-弹簧； 12-活塞； 13-电空阀； 14-线圈； 15-排气阀； 16-衔铁； 17-带排气的截断塞门； 18-再生风缸； 19-节流孔 单塔式空气干燥原理：空气压缩机工作时，电空阀13 失电，活塞下方通过 排气阀 15 排向大气，活塞 12在弹簧力作用下关闭排泄阀9，而空压机输出的压 力空气从干燥塔中部的进口管进入干燥塔，首先到达油水分离器， 当含有油分 和机械杂质的压缩空气经过网格圈时，油滴吸附在网格圈的缝隙中， 机械杂质则 不能通过网格圈的缝隙， 这样就将压缩空气中的油分和机械杂质滤去，然后再进 入干燥筒内与吸附剂相遇， 吸附剂大量地吸收水分， 使从干燥筒上方输出的压缩 空气的相对湿度降低，达到车辆用风系统的要求。如图所示的干燥筒下方1/4 高 度处为装有网格圈8 的油水分离器， 而上方 3/4 高度处为装有吸附剂6 的空气干 燥筒 1。 干燥剂再生原理 :经过干燥的压力空气，一路经过接口及单向阀3 送往主 风缸，单向阀的作用是防止压力空气从主风缸逆流；另一路经节流孔19 充入再 生风缸 18。当空气压缩机停止工作的同时电空阀13得电，再生风缸18内得压 11 力空气经过打开的电空阀向活塞12 下部充气，活塞上移，打开排泄阀9，干燥 塔内的压力空气迅速排出，这时再生风缸内的压力空气经节流孔回冲至干燥塔 内，从而沿干燥筒、 油水分离器一直冲至干燥塔下部的积水积油腔内，在下冲过 程中，干燥空气吸收了干燥剂中水分同时还冲下了网格圈上的油滴和机械杂质， 这样干燥剂再生的同时网格圈也得以清洗。 但是采用空气压缩机的排气量相对较小时，它的停止工作间隙不能满足单塔 式干燥器再生所需的时间间隙，这时使用双塔式干燥器就能解决问题。 3.2.2 双塔式干燥器 双塔式空气干燥剂的构造如图3-4 所示。 图 3-4 双筒式空气干燥器 19-干燥筒； 19.7-吸附剂； 19.11-油水分离器；24-止回阀； 25-干燥器座； 34-双活塞阀 34.15、34.17、56、70-可诺尔 K 形环； 43-电磁阀； 50-再生节流孔； 55-预控制阀71-旁通阀； 92、93-隔热材； A-排泄口； O1O3-排气口； P1-进气口； P2-出气口 V1-V10- 阀座 双塔式空气干燥器的工作原理： 双筒干燥器工作为干燥与再生两个工况同时进行，压力空气在一个筒中流过 并干燥时，另外一个筒中的吸附剂即再生。 从空气压缩机输出的压力空气首先经 12 过装有网格圈的油水分离器，除去空气中的液态油、水、尘埃等。然后，压力空 气再流过干燥筒中的吸附剂， 吸附剂吸附压力空气中的水分。 一部分干燥过的压 力空气（约 13%18%）被分流出来 ,经过再生节流膨胀后 ,进入另一个干燥塔对已 吸水饱和的吸附剂进行脱水再生,再生工作后的压力空气经过油水分离器时，再 把积聚在网格圈上的油、水及机械杂质等。 双塔式干燥器没有再生风缸， 但是设有一个定时脉冲发生器以使两个干燥塔 的电磁阀定时地轮换开、关，以使两个塔的功能定时进行轮换。 4.基础制动装置 4.1 闸瓦制动装置 闸瓦制动也称为踏面制动，是最常用的一种制动方式。闸瓦制动装置在制动 时根据制动指令使制动缸内产生相应的制动缸压力，该压力通过制动缸使制动缸 活塞杆产生推力， 经基础制动装置中的一系列杆件的传递、分配、使每块闸瓦都 贴靠在车轮踏面上，并产生闸瓦压力。 城轨交通车辆基础制动装置是制动装置的执行部件。普遍采用单元制动器， 其 主要原因是转向架的安装空间有限，特别是动车空间相对较小， 采用单元制动器 是解决基础制动装置安装问题的有效途径。 4.1.1 单元制动器 （一）单元制动机的组成 PC7Y 型单元制动器不带停发制动器，由制动缸体、传动杠杆、缓解弹簧、 制动缸活塞、扭簧、闸瓦、闸瓦间隙调整器等组成，并带有手制动杠杆及其安装 枢轴。如图 4-1 PC7Y 型制动机 PC7YF 型单元制动器是在PC7Y 型单元制动器的基础上增加了一个用于停 放制动的弹簧制动器， 包括缓解风缸 31、缓解活塞 32、活塞杆 33、螺纹套筒 34、 停放制动弹簧 35、 缓解拉簧 36、 停放制动杠杆 37等。 如图 4-2 PC7YF 型制动机。 （二）单元制动器的工作原理 当列车制动时，如图4-1 所示，制动缸 1 充气，在压力空气的作用下，制动 缸活塞压缩缓解弹簧5 向右移，活塞杆推动制动杠杆， 而杠杆的另一端则带动闸 瓦间隙器向车轮方向推动闸瓦托及闸瓦，使闸瓦紧贴车轮。 13 缓解时，制动缸 1 排气，这时闸瓦及扎瓦上所受到的推力撤除，在制动缸缓 解弹簧及闸瓦托吊杆上端头的扭簧的反弹的作用下，闸瓦及活塞等机构复位。 （三）停发制动器 停放制动器是一套辅助制动器， 其设置的目的是在车辆停放时， 防止发生溜 车。停放制动器的结构可看图4-2，停放制动器的操作可以通过电控阀控制缓解 风缸 31 的充，排气来实现，其制动力通过弹簧产生，也称弹簧制动器。 14 图 4-1 PC7Y 型单元制动机 1- 制动缸； 2- 传动杠杆； 3- 安装在制动缸缸体上的枢轴；4- 手制动杠杆； 5- 缓解弹簧； 6- 制动缸活塞；7-扭簧； 8-闸瓦； 9-闸瓦间隙自动调整器 图 4-2 PC7YF 型单元制动机 1- 制动缸 ; 2-制动活塞 ; 3- 活塞杆 ; 4-制动杠杆 ;5- 闸瓦间隙调整器;6- 闸瓦托 ; 7- 闸瓦托吊 ; 10-吊销 ; 31- 缓解风缸 ; 32-缓解活塞 ;33- 活塞杆 ;34- 螺纹套筒 ; 35-停放制动弹簧 ; 36- 缓解拉簧 ; 37- 停放制动杠杆 停车制动器工作原理如下： 15 （1）制动状态：当弹簧制动器的缓解风缸31 排气时，停车制动弹簧35 伸 张，通过活塞杆 33带动停放制动杠杆37 推动制动杠杆 4，使闸瓦压紧车轮而产 生制动作用。随着缓解风缸压力降低， 闸瓦压力增大。当缓解风缸的风压为零时， 闸瓦压力达到最大。 车辆带风长时间停放， 制动缸及其管路压力空气泄漏，缓解 风缸压力也逐渐降低，停放制动增加，且闸瓦压力逐渐增大。 缓解状态：当停车制动器的缓解风缸31 充气时，缓解活塞 32 使停放制动弹 簧 35 压缩，活塞杆 33 带动停车制动杆 37 复位，从而松开制动杠杆4，使停放 制动缓解。 （3）人工操作：车辆停放制动施加后无司机操纵时，若需缓解，可通过拉 动辅助缓解装置缓解拉环36 实现， 此时面缓解活塞 32 和螺纹套筒 34 相对移动， 释放弹簧作用力，停车制动杠杆37 施加于制动杠杆 4 的推力消失，闸瓦压力随 之消失，达到车辆缓解。 停放制动器人工缓解后需向缓解风缸再次充气，使其复 位后，才能实现下次停放制动的施加。 4.2 盘形制动装置 盘形制动又称为摩擦式圆盘制动，是在车轴上或车轮辐板侧面装设制动盘， 用制动夹钳将合成材料制成的两个闸片紧压在制动盘侧面，通过摩擦产生制动 力，把列车动能转变热能，耗散与大气中。 与闸瓦制动相比，盘形制动有以下优点： 1 可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 2 制动平稳，几乎没有噪声。 但盘形制动也存在一些不足： 1 车轮踏面没有闸瓦的磨刮，轮黏着将恶化。 2 制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大；运动中还要消耗牵引功率， 速度越高，这种功率损失越大。 5.KBGM模拟式电气指令制动系统 5.1 供气单元 供气单元主要由 VV2301802 型活塞式空气压缩机组A1、 单塔空气干燥 器 A7 和多个、 50 L 制动储风缸和 50 L 客室风动门风缸。在每个C 车上另外还 有一个 50I。的用于空气干燥器的再生风缸。 16 由图 5-1 可见，空气压缩机组A1 要为每个车组 (ABC 或 BC)提供足 够的所需的干燥压力空气，在供气过程中由安全阀A6 和压力继电器 (气一电开 关)A13 对空气压力进行监控。安全阀的锁定值为l 000 kPa；压力继电器是空气 压缩机组电动机的控制元件， 它的开启压力为700 kPa ，切断压力为 850 kPa。整 个供气系统除了为空气制动供气外，还为受电弓升降、 客室气动门、 空气悬挂系 统和刮雨器等提供压缩空气。 单塔空气干燥器 A7 输出的压力空气通过单向阀A14 和总风管到达每辆车的 总风缸 A9、制动储风缸 B4、空气弹簧风缸和客室车门风缸。司机室驾驶台上的 双针压力表 B29 用白色和红色指针分别显示总风管压力和制动缸压力。 在空气制动系统中，由制动储风缸进入制动控制单元B6 的压力空气，在微 处理机和制动控制单元的控制下，进入各个单元制动机， 中间要经过数个截断塞 门 B9 和排气 (防滑)阀 G1 等。排气阀仅受微处理机的防滑系统控制，在制动和缓 解过程中，排气阀仅作为进出制动缸的压力空气的通道而已，不产生任何动作。 此外，总风管还通过截断塞门B2、减压阀 B12、电磁阀 B19 及双向阀 B20 通向具有弹簧 (停车)制动器的单元制动机C3。 这条通路是由司机在驾驶室内操纵 电磁阀 B19 来控制停放制动的施行或缓解的，而双向阀B20 的另一端与一般的 单元制动机 C1 相连，这主要是为了防止通常制动与停放制动同时施加而造成制 动力过大的安全回路。 17 5.2 制动控制单元 5.2.1 模拟转换阀 模拟转换阀又称为电 -气转换阀或 EP阀， 是由一个电磁进气阀 (类似控导阀 )、 一个电磁排气阀和一个气-电转换器组成，如图5-3 所示。当电磁进气阀的励磁 线圈接收到微处理机要求提供摩擦制动的电指令时，吸开阀芯，使R 口引入的 制动储风缸的压力空气通过该进气阀转变成与电指令要求相符的压力，即预控制 压力 Cv1，并送往紧急阀 (通过它的旁路 )。与此同时，具有 Cv1 的压力空气也送 往气电转换器和电磁排气阀。气-电转换器将压力信号转换成相对应的电信号， 马上反馈送回微处理器， 让微处理器将此信号与制动指令比较。如果信号大于制 动指令，则关小进气阀并开启排气阀；如果信号小于制动指令， 则继续开大进气 阀，直到预控制压力Cv1 与制动电指令的要求相符为止。从模拟转换阀出来的 Cv1 压力空气通过气路板内的气路进入紧急阀的A2 口。 5-3 模拟转换阀 l-气电转换器；2-电磁排气阀； 3-电磁进气阀 (图示线圈处于励磁状态)；4-阀座； 5-阀； 6-弹 簧； 7-阀体； R-由制动储风缸引入压力空气；Cvl- 预控制压力空气引出；D-排气口 5.2.2 紧急阀 18 5-4 紧急阀两种工况 Al- 通制动储风缸；A2- 通模拟转换阀；A3- 通称重阀； A4-控制空气的通路；O-排气口 紧急阀实际上是一个二位三通电磁阀，它有三个通路：A1 与制动储风缸相 连接，A2 与模拟转换阀输出口相连接，A3 与称重阀的进口相连接。在紧急制动 时，紧急阀不励磁（如图5-4(a)所示），滑动阀受弹簧压力滑向右侧，使制动储 风缸与称重阀直接相通， 而切断模拟转换阀与称重阀的通路，使压力空气直接通 过称重阀作用在单元制动机上。 在常用制动时，紧急阀励磁（如图 54(b)所示）， 滑动阀受控制空气压力滑向左侧，使模拟转换阀与称重阀相通， 而切断与制动储 风缸的通路，这时预控制压力Cv1 越过模拟转换阀而直接进入称重阀。当预控 制压力 Cv1 经过紧急阀时，由于阀的通道阻力使预控制压力略有下降，这个从 紧急阀输出的预控制压力称为Cv1。同样， Cv1 压力空气通过气路进人称重阀。 5.2.3 称重阀 19 5-5 称重阀 1-螺盖； 2-阀体； 3-从动活塞； 4-K 形密封圈； 5-膜板； 6-活塞； 7-调整螺钉； 8-支点滚轮； 9-杠杆； 10-调整螺钉； 11-管座； 12-弹簧； 13-空心杆； 14-活塞； 15-膜板； 16-橡胶夹心阀； 17-充气阀座； 18-排气阀座； 19-弹簧； 20-调整螺钉； 称重阀即空重车调整阀， 为杠杆膜板式。称重阀主要用来限制过大的制动力。 由于模拟转换阀输出的预控制压力Cv1 受微处理器的控制，而微处理器的制动 指令本身又是根据车辆的负载、车速和制动要求而给出的。 因此，在常用制动中 称重阀几乎不起作用， 仅起预防作用， 预防模拟转换阀控制失灵。 而称重阀主要 作用是在紧急制动时， 压力空气是从制动储风缸直接经紧急阀到达称重阀，中间 未受模拟转换阀的控制， 而紧急阀也仅仅作为通路的选择，不起压力大小的控制 作用。因此，在紧急制动时，预控制压力只受称重阀的限制，即为最大的预控制 压力如图 5-5 所示。 称重阀由左侧的负载指令部、右侧的压力调整部和下方的杠杆部组成。 与车辆负载 (车重 )成正比的由空气弹簧所输出的具有一定压力的压力空气， 经称重阀管座的接口T、阀内通路冲入活塞和膜板的上腔，在活塞和膜板上形成 向下的力，该力通过与活塞连接的作用杆作用在杠杆的左端。 杠杆的支点滚轮的位置可通过调整螺钉进行调整，从而改变力臂a、b 的大 小。由于杠杆左端受力， 通过杠杆右端及空心杆的上移，使橡胶夹心阀离开其充 20 气阀座而被顶开，于是，具有预控制压力Cv2 的压力空气经开启的夹心阀阀口 充入活塞和膜板的上腔， 当作用在活塞和膜板上的向下作用力达到某一值，从而 使杠杆处于平衡状态时， 夹心阀阀口关闭， 活塞和膜板上的空气压力为预控制压 力 Cv3 并经管座的接口及气路板内的通路引向中继阀，Cv3 作为中继阀动作的控 制压力。 5.2.4 中继阀 图 5-6 中继阀功能示意图 1-阀体； 2、3、 9 -K 形密封圈； 4-弹簧； 5-空心导向杆； 6-活塞； 7-阀底座； 8-膜板； BP-安装座； C-接口，通向各个单元制动缸；Cv-来自称重阀的预控制压力(空气 )； D1、D2-节流孔； O-排气口； R-接口，通向制动储风缸；Vl 、V2-橡胶阀； 中继阀结构如图 5-6 所示。从称重阀经节流孔进人中继阀的Cv 压力空气， 推动具有膜板的活塞上移，首先关闭了通向制动缸的排气阀口(下方的橡胶阀面 与排气阀座紧密贴合 )，然后进一步打开吸气阀 (上方的橡胶阀面离开进气阀座)， 使制动储风缸经接口R 进人中继阀的压力空气通过该开启的吸气阀口，经接口 C 充入各单元制动缸， 产生制动作用。 从上述介绍中可以看出， 中继阀能迅速进行 大流量的充、排气。大流量压力空气的压力变化是随预控制压力Cv 的变化而变 化的，并且互相问的压力传递比为1：1，即制动缸压力与 Cv 相等。因此，我们 可以把中继阀看作是一个气流放大器，相当于电子电路中的一个电流放大器。当 经过节流孔反馈到膜板活塞上腔C的制动缸压力与膜板活塞下腔的Cv压力相等 时，吸气阀口关闭。 21 如果 Cv 压力空气消失，中继阀活塞在其上方的制动缸压力空气作用下向下 移动，于是空心导向杆的下橡胶阀面离开排气阀座，排气阀口开启， 使各单元制 动缸中的压力空气经开启的排气阀口、空心导向杆中空通路及排气口O 排入大 气，列车得到缓解。 制动控制单元 BCU 各部件在气路板上的安装位置如图5-7 所示。 5-7 图BCU 各部件在气路板上的安装位置图 5.2.5 停放脉冲阀 停放脉冲阀是先导控制的二位五通阀(R、A、P、B、S)，用于气电控制回路 中，如果电脉冲被触发，则控制腔充气或排气，或按照顺序交替进行。例如，用 于单作用风缸或双作用风缸(操作弹簧驻车制动， 控制门风缸等 )。 其作用原理是： 当阀磁铁 1 和阀磁铁 2 失电时，城轨车辆处在缓解位， 即电磁铁断电， 活塞总是 处于一个端部位置 (如图 5-8 所示，活塞处于左端 )。进气口 P 和排气口 A 形成通 路。 当阀磁铁 1 得电时，控制空气经阀座 5 到活塞，使活塞移到右端位。 当电脉 冲终止时， 衔铁同其底座被弹簧压在阀座5 上，流进活塞的控制空气被切断，活 塞仍留在原处 (右端位 )。操作气流 A 经排气口 R 排人大气。当阀磁铁得电时， 压 力空气驱动活塞运动到左端位。当断电情况下， 可以手动操作脉冲电磁阀， 按下 按钮到停止位，使活塞移到左右两端中的一端，松开手后，按钮复原，活塞停留 在原处。 22 图 5-8 脉冲电磁阀 1、2-阀用电磁铁；3、4-阀盖； 5、6-阀座； 7、8-手动操作按钮；9-弹簧； 10-K 形密封环； 11-活塞； 12-底阀； A、 B-用气设备接口；O-排气口； P-压缩空气接口；R、S-排气口 6. 制动装置故障分析与处理 6.1 闸瓦的故障分析与处理 6.1.1 故障现象 2011年 11月 26日晚上， 深圳地铁检修车间的检修人员对罗宝线一期22 列 车进行日检时， 发现一块该型号闸瓦自瓦鼻处断裂，闸瓦下半部丢失， 该闸瓦安 装于拖车上只使用了3 个月。 该型号闸瓦在深圳地铁车辆上的使用总体上表现尚可，只是偶尔有小块磨 耗材料脱落及闸瓦钢背板出现小裂纹的问题。 6.1.2 故障分析 1 、闸瓦结构原因： 闸瓦的瓦鼻根部的钢背形状突然出现了变化，且瓦鼻闸瓦钎安装孔为直角形 状，容易造成所受应力过大，引起事故。 2 、加工工艺原因： 闸瓦钢背瓦鼻在制造时需要经冲孔、压型等工艺加工过程，如果工艺不当， 瓦鼻根部经过拉伸之后可能出现压痕、划伤或裂纹等缺陷，使该部位强度降低。 23 3、闸瓦与闸瓦托之间的配合问题： 如果闸瓦产品的尺寸、结构或安装等方面不符合要求，导致闸瓦托与闸瓦 组装时贴合不紧，制动时闸瓦承受较大的冲击力。 6.1.3 处理方法 1、闸瓦应储存于干燥阴凉场所的货架上，避免背板受潮生锈：闸瓦装车前 注意清除铁锈及杂质，以防堵塞定位孔； 2 、由于在运输储存过程中极少数闸瓦背板发生变形，在闸瓦撞车使用时应 注意保证闸瓦与闸瓦托之间的距离不超过2mm ； 3 、目前闸瓦背板瓦鼻处闸瓦钎安装孔直角过渡，建议改为圆角过渡， 以降 低应力集中； 4 、应对投入运营使用的闸瓦产品不定时进行随机抽样检测，以确保不同批 次闸瓦产品的疲劳强度均满足要求； 5 、任何新款闸瓦在车辆上投入使用前，必须先通过地面闸瓦疲劳强度试验 （要求达到试验 80 万次无异常）。 6.2紧急制动故障 6.2.1 故障现象 深圳地铁 1 号线运营开通以来， 列车在正线一直存在列车出站刚动车时发生 紧急制动的现象，回库检查信号ATP系统有故障代码140带识别码 3（以下简称 “紧制 140-3” ）和故障代码为140（以下简称“紧制140” ）两种 6.2.2 故障分析 经过一系列分析，我们可以得出以下结论 1）代码 140/140-3 故障与列车、具体的时间段没有特定关系。 2）代码 140/140-3 故障集中发生在列车低速运行时，多发生于出站时， 除 罗湖站外各站没有集中分布。 3 ）代码 140-3 故障发生时，车辆故障信息的环境变量中只有紧急制动，没 有常用制动和快速制动，故障原因不在车辆系统。 4 ）代码 140/140-3 故障（或低速时不明原因的紧急制动）除URM （无 ATP 保护的人工驾驶）模式外，其它模式均有发生，以ATO 模式最多。故障由信号系 统触发的可能性最大。 5 ） 紧制 140-3 必须重启 ATP ， 运行 2 个轨道信号后才能收到速度码； 紧急 140 无需重启 ATP ，运行 2 个轨道信号后可以收到速度码。 6 ）根据代码 140/140-3 紧急制动故障的以上特征和相关记录，可知此类故障在以下情况容易发生：列 车二次对标（低速）；折返站列车刚启动；出库列车刚启动 6.2.3 紧急制动的电路改进 为了理清代码 140-3 紧急制动故障车辆部门与信号部门的接口责任，对车 辆紧急制动原理图中的线路进行了改进。改进后车辆与信号接口图如图 24 25 在不改变信号设备配线的情况下，把车辆侧的02K88和其下方的二极管在 电路中移到 K6X2/6 上 面，在电路中把车辆和信号的触点完全分开，把监控点 X113-325 和 X113-318移到 K6、K7触点的上方位置，如果是因车辆原因发生的 紧急制动，即 K6X2/6 上面的电路出现断开，列车发生紧急制动后，信号监控到 此断开后， 信号也会跟随触发紧急制动；如果是因信号原因触发的紧急制动，即 K6和 K7触点出现断开，此时列车发生紧急制动，但信号没有监控到这个断开， 这样的紧急制动是不需要信号缓解的，信号HMI上也不会有紧急制动图标显示。 5 结束语 通过对紧急制动故障的调查，分析了触发代码 140-3 紧急制动的特殊 条件，并在深圳地铁车辆应急故障处理指南中明确了司机的处理方法，节约了 乘务人员处理此故障的时间， 保证了列车的正点运行。 同时通过对紧急制动环路 的电路改进， 明确了车辆系统和信号系统责任和各自负责的范围，减少了双方之 间的接口。代码 140-3 紧急制动为信号系统故障， 代码 140紧急制动为车辆紧急 回路问题。 总结 通过以上的研究，让我们了解到，我国的城轨车辆技术发展状况。城市 轨道交通车辆制动系统， 无论国外还是国内，其控制模式以及控制机理基本类似。 我认为我们应该积极的推广应用我们国家自己制动系统。 国外的城轨技术比我国地铁起步要早的多，因此国外的技术尤其独到之处， 但我国轨道技术也自有特点， 因此我们应取长补短， 取其精华， 同时发扬我国轨 道技