第二章自動空氣制動機綜述

1、1第二章 自動空氣制動機綜述列車制動主講教師：曹興瀟2.0 自動空氣制動機A、機構(gòu)空壓機、總風缸、總風缸管、給氣閥給氣閥、制動閥、列車管、三通閥三通閥（因與列車管、制動缸和副風缸相通而得名） 、副風缸副風缸、制動缸。B、特點（1）列車管減壓制動，增壓緩解，列車分離能）列車管減壓制動，增壓緩解，列車分離能制動停車。（放風制動，充風緩解）制動停車。（放風制動，充風緩解）（2）制動缸距風源和排氣口較近，制動和緩解）制動缸距風源和排氣口較近，制動和緩解一致性好。一致性好。（3）可實現(xiàn)階段制動，但不能實現(xiàn)階段緩解。）可實現(xiàn)階段制動，但不能實現(xiàn)階段緩解。C、工作原理 （1）緩解位：）緩解位：空氣空氣空壓機

2、空壓機總風缸總風缸總風管總風管 給氣閥（限制列車管壓力）給氣閥（限制列車管壓力） 制動閥（手制動閥（手把在緩解位）把在緩解位）列車管列車管 三通閥（緩解位）三通閥（緩解位） 副風缸充氣副風缸充氣制動缸中的壓縮空氣制動缸中的壓縮空氣三通閥（緩解位）三通閥（緩解位） 三通閥排氣口三通閥排氣口大氣大氣制動缸減壓緩解。制動缸減壓緩解。（2）制動位：）制動位：列車管內(nèi)的壓縮空氣列車管內(nèi)的壓縮空氣列車管列車管 制動閥（手把在制動位）制動閥（手把在制動位）大氣大氣列車管減列車管減壓壓 副風缸內(nèi)的壓縮空氣副風缸內(nèi)的壓縮空氣三通閥（制動位）三通閥（制動位） 制動缸制動缸制動缸增壓制動。制動缸增壓制動。（3）保壓

3、位：）保壓位：制動閥（手把在保壓位）制動閥（手把在保壓位） 列車管定壓列車管定壓三通閥（保壓位）三通閥（保壓位） 制動缸定壓產(chǎn)制動缸定壓產(chǎn)生持續(xù)制動效果。生持續(xù)制動效果。（4）階段制動：）階段制動：制動閥在保壓位和制動位之間切換制動閥在保壓位和制動位之間切換產(chǎn)生階段制動效果。產(chǎn)生階段制動效果。6l緩解穩(wěn)定性: 列車管微量漏泄或壓強波動，主活塞兩側(cè)壓差不能克服其移動阻力，分配閥不發(fā)生“自然制動”的性能。要求減壓速度臨界值為0.5-1.0KPa/sl制動靈敏度: 列車管減壓速度大時主活塞兩側(cè)壓差能迅速擴大到能推動主活塞移動、產(chǎn)生制動。要求減壓速度臨界值為5-10KPa/s2.1 緩解穩(wěn)定性和制動靈

4、敏度7 制動靈敏度: 列車管減壓速度大時主活塞兩側(cè)壓差能迅速擴大到能推動主活塞移動、產(chǎn)生制動2.1 緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度8 緩解穩(wěn)定性: 列車管微量漏泄或壓強波動，主活塞兩側(cè)壓差不能克服其移動阻力，分配閥不發(fā)生“自然制動”的性能。 2.1緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度9l緩解穩(wěn)定性: 列車管微量漏泄或壓強波動，主活塞兩側(cè)壓差不能克服其移動阻力，分配閥不發(fā)生“自然制動”的性能。要求減壓速度臨界值為0.5-1.0KPa/sl制動靈敏度: 列車管減壓速度大時主活塞兩側(cè)壓差能迅速擴大到能推動主活塞移動、產(chǎn)生制動。要求減壓速度臨界值為5-10KPa/s2.1緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度10l列車管減壓是靠機車制動閥

5、排風來實現(xiàn)的。 為了區(qū)別常用制動和緊急制動，列車管排風速度不同，使列車管獲得了兩種不同的減壓速度。l但機車的排風速度不等同于列車管的減壓速度，隨著車輛編組的加長，列車管總?cè)莘e增大，相同的排風口和排風速度下，列車管的減壓速度會越來越低。2.2 列車管局部減壓與常用急制動112.2 列車管局部減壓與常用急制動l若要保持一定的減壓速度，就要相應(yīng)的加大排風口和排風速度，當列車很長，機車排風口過大，排風速度太快，沿列車長度的衰減也很快，列車后部的壓力空氣向前涌時列車前部的空氣壓強將回升，發(fā)生自然“緩解”。l解決的辦法是：在機車制動閥排風減壓后，每輛車的三通閥動作，使列車管壓力在該閥處也獲得一個排氣出口。

6、122.2 列車管局部減壓與常用急制動局部減壓受列車管控制的、安裝于機車車輛上的、只能控制本車制動作用的閥，排列車管的風時，既為“局部減壓”（簡稱“局減”）或“附加排氣”。132.2 列車管局部減壓與常用急制動l第二代三通閥：即快動三通閥。l 特點： 兩個制動位常用制動位緊急制動位 發(fā)生局減作用142.2 列車管局部減壓與常用急制動第三代三通閥：具有兩種局減作用的三通閥. 常用制動常用急制動常用制動局減緊急制動緊急制動局減15l 以上是為改善制動時列車前后部一致性對分配閥進行的改進，歸納為：l 緊急制動位具有局減作用 既有緊急制動局減又有常用制動局減 （簡稱急制動） 常用制動、緊急制動分別控制

7、；常用位的列車管局部減壓分成兩階段進行。 2.2 列車管局部減壓與常用急制動16 改善緩解時列車前后部一致性對分配閥進行的改進，有兩種方法： 1. 減速充氣緩解 2. 加速緩解2.4 減速充氣緩解與加速緩解17l減速充氣緩解2.4 減速充氣緩解與加速緩解主活塞18l加速緩解 局部增壓：受列車管控制的，只控制本車作用的閥，在列車管充氣緩解時也給列車管充氣增壓，簡稱“局增”。2.4 減速充氣緩解與加速緩解19l常用制動安定性：列車管常用減壓時不發(fā)生緊急制動作用的性能為常用制動安定性。l緊急制動靈敏度：列車管減壓速度達到緊急制動要求時必須產(chǎn)生緊急制動。2.3 常用安定性和緊急靈敏度20l常用制動安定

8、性 減壓速度臨界值在31-36KPa/sl緊急制動靈敏度 減壓速度臨界值在50-80KPa/s2.3 常用安定性和緊急靈敏度210.51.0510 3136 5080 列車管減壓速度kPa/s 臨界值緩解穩(wěn)定性： 保證低于此值不發(fā)生自然制動。緊急靈敏度： 保證達到此值必須啟動緊急制動。常用安定性： 保證低于此值只能起常用制動。制動靈敏度： 保證達到此值必須啟動制動。臨界值臨界值臨界值2.3 常用安定性和緊急靈敏度二壓力機構(gòu)二壓力機構(gòu) 1.1.概念：概念： 三壓力機構(gòu)三壓力機構(gòu) 按參與主活塞按參與主活塞( (主控機構(gòu)主控機構(gòu)) ) 平衡的壓力多少，分為平衡的壓力多少，分為直接作用直接作用 間接作

9、用間接作用 按按( (列列) )壓力和主活塞動作是否直壓力和主活塞動作是否直 接控制接控制( (制制) )的制動和緩解，分為的制動和緩解，分為2.52.5、二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的、二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟軟”和和“硬硬”23二壓力機構(gòu)：利用兩種壓力(列車管、副風缸或工作風缸)的差別或平衡而發(fā)生制動、緩解、保壓作用。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”24二壓力機構(gòu)：充氣緩解2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”25二壓力機構(gòu)：制動位2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”26二壓力機構(gòu)：保壓位2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的

10、“軟”和“硬”272.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”l列車管減壓排風，是使三通閥主活塞發(fā)生動作的第一個條件但不是唯一條件，還需要有兩個條件：1、足夠快的減壓速度。2、一定的動作時間。282.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”l二壓力機構(gòu)特點：l1、主活塞的動作與否決定于作用在它兩側(cè)的空氣壓力平衡與否。 一側(cè)是列車管的空氣壓力，另一側(cè)是副風缸的空氣壓力。主活塞直接控制著制動缸的制動和緩解l2、副風缸不僅參與主活塞的平衡，又在制動時向制動缸供風，供風量與制動缸容積無關(guān)。292.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”l3. 制動與否還決定于列車管減壓速度。

11、當減壓速度低于緩解穩(wěn)定性的臨界值時，副風缸來得及逆流，減壓量即使很大也不起制動作用。l4. 具有輕易緩解性能。30l三壓力機構(gòu)（分配閥）是利用列車管、制動缸和工作風缸三者之間形成的壓力差別或壓力平衡而發(fā)生制動、緩解、保壓作用。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”31l無風狀態(tài)下，主活塞及活塞桿因自重落下，供排氣閥和充氣止回閥在自重和彈簧壓力的作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，制動缸經(jīng)活塞桿中心孔和徑向孔通大氣。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”32l初充氣時，從列車管來的壓力空氣進到主活塞上方，并向上頂開充氣止回閥，一路進工作風缸，一路進副風缸，使兩者都充到定壓，充氣止回閥

12、在彈簧作用下關(guān)閉，制動機處于緩解狀態(tài)。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”332.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”l制動時，列車管減壓，工作風缸的空氣壓力推動主活塞上移，排氣的小閥口關(guān)閉，活塞桿繼續(xù)上移，打開副風缸通往制動缸的供氣大閥口，制動機處于制動狀態(tài)。此時，制動缸風壓也向下作用于第二活塞。342.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”l階段制動 當列車管停止減壓，第二活塞受到的向下作用力與列車管風壓向下作用于主活塞的力加在一起，等于工作風缸風壓向上作用于主活塞的力時，供排氣閥在其上方的彈簧作用下關(guān)閉供氣的大閥口，使制動缸空氣壓力不再上升，制動機處

13、于保壓狀態(tài)。之后如讓列車管追加減壓，則制動機將重復(fù)上述動作，可實現(xiàn)階段制動。35l緩解時，列車管增壓，向下作用于主活塞的力增大，主活塞及活塞桿下移，活塞桿上端排氣的小閥口開放，制動缸的壓力空氣經(jīng)活塞桿中心孔和徑向孔排大氣，制動機處于緩解狀態(tài)。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”36l階段緩解 列車管增壓，制動機處于緩解狀態(tài)。此時，由于向下作用于第二活塞的力減小，當列車管停止減壓，向下作用于第二活塞的力減小到可以抵消列車管增壓的影響時，主活塞和活塞桿上移，重新回到保壓位，關(guān)閉排氣的小閥口，使制動缸停止排風減壓，制動機處于緩解保壓狀態(tài)。列車追加增壓制動機重復(fù)上述動作，實現(xiàn)階段緩解。

14、2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”372.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”l制動缸空氣壓強隨列車管空氣壓強的分段增加而成比例的分段降低，當列車管空氣壓強升至定壓（與工作風缸空氣壓強相等時），制動缸徹底緩解。38382.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬” 特點特點(1)主活塞的動作與否決定于三種壓力的平衡與否。主活塞的動作與否決定于三種壓力的平衡與否。 一是一是(列列) ，二是，二是(工工)，三是，三是(制制)。 (2) (副副)只承擔在制動時向只承擔在制動時向(制制)供風的任務(wù)而不參與主活塞的平衡供風的任務(wù)而不參與主活塞的平衡(改由改由工作風缸來

15、承擔工作風缸來承擔)。(3)具有階段緩解。具有階段緩解。 如果能在緩解初期就讓主活塞上下方連通，使如果能在緩解初期就讓主活塞上下方連通，使(工工)的風逆流的風逆流到到(列列)，起局部增壓作用，可變成一次輕易緩解。，起局部增壓作用，可變成一次輕易緩解。(4) 具有徹底的制動力不衰減性。即，自動補風作用。具有徹底的制動力不衰減性。即，自動補風作用。(5) 制動與否只取決于列車管減壓量而與減壓速度無關(guān)，即制動與否只取決于列車管減壓量而與減壓速度無關(guān)，即“緩慢緩慢減壓也制動減壓也制動”。4. 4. 制動機性能的制動機性能的“軟軟”和和“硬硬” 硬性硬性: :(1) 緩慢減壓也制動緩慢減壓也制動; (2

16、) 不輕易緩解不輕易緩解, 有階段緩解。當有階段緩解。當(列列)達到定壓，才完達到定壓，才完全緩解。全緩解。(3) (列列)定壓不能更改。定壓不能更改。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬” 軟性軟性: :(1) 緩慢減壓不制動，具有穩(wěn)定性緩慢減壓不制動，具有穩(wěn)定性 (2) 一次緩解完畢一次緩解完畢(輕易緩解輕易緩解)。(3) 可適應(yīng)不同的可適應(yīng)不同的(列列)定壓。定壓。 半硬性制動機半硬性制動機: :有有“硬硬”特征，也有特征，也有“軟軟”特征。特征。2.5二壓力、三壓力機構(gòu)和制動機性能的“軟”和“硬”41直接控制式： 直接控制式分配閥制動缸的制動和緩解都是由列車管空氣壓力和主

17、活塞動作直接控制的。2.6 列車管空氣壓強對制動缸的間接控制直接控制式三壓力閥原理圖42間接控制式分配閥：將直接作用的一個三通閥改成間接作用的兩個三通閥。2.6 列車管空氣壓強對制動缸的間接控制432.6 列車管空氣壓強對制動缸的間接控制l主閥部或均衡部：三通一通列車管，二通工作風缸，三通作用室。列車管壓強和主活塞動作控制的是作用室和作用風缸的壓力。442.6 列車管空氣壓強對制動缸的間接控制l作用部：另一部分三通，一通作用室，二通總風缸，三通制動缸。45間接控制式分配閥：列車管壓力和主活塞動作控制的是容積室壓力，制動缸的制動和緩解是由容積室壓力和第二活塞的動作控制產(chǎn)生的。2.6 列車管空氣壓

18、強對制動缸的間接控制46l間接控制式：2.6 列車管空氣壓強對制動缸的間接控制47l間接控制式：l 特點： 1. 長大下坡道制動缸漏泄時副風缸可以自動給制動缸補風； 2. 閘瓦磨耗后，制動缸行程增大時，制動缸壓強不會降低。 3. 一種間接控制式分配閥能適應(yīng)多種尺寸的制動缸充、排氣要求； 4. 能方便的實現(xiàn)空重車調(diào)整；2.6 列車管空氣壓強對制動缸的間接控制48我國對各類閥的習慣叫法l分配閥：自動空氣制動機中用于控制壓縮空氣的分配，實現(xiàn)制動和緩解作用的部件。 我國通常叫法是： 二壓力機構(gòu)間接控制式分配閥、三壓力機構(gòu)或二、三壓力混合機構(gòu)的分配閥稱為分配閥。l三通閥：結(jié)構(gòu)簡單的二壓力機構(gòu)直接控制式分

19、配閥稱為三通閥。l控制閥：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的二壓力機構(gòu)直接控制式分配閥稱為控制閥，如120型控制閥，它比三通閥多增設(shè)了一個加速緩解風缸。492.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系克拉貝隆理想氣體狀態(tài)方程 pV = GRT氣體容積的變化熱工學基礎(chǔ)絕熱變化等溫變化502.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系列車制動計算中，按照等溫變化進行考慮 波義耳馬略特定律： p V = C p空氣的絕對壓強（kPa） V空氣的容積（L） C常數(shù)絕對壓強和表壓強 絕對壓強=表壓強+100kPa 一標準大氣壓= 100kPa512.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系1.制動缸壓強計算兩個忽略: 1. 忽略副風缸的逆流

20、2. 忽略局減兩個假定：1. pf= p0 2. pf = p0rpf副風缸額定的絕對壓強（kPa）Pf 副風缸減壓后的絕對壓強（kPa）p0列車管額定的絕對壓強（kPa）r列車管減壓量（kPa）522.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系rVVpzfz=pfVf = pf Vf pzVzp0Vf = ( p0r) Vf pzVz p0Vf = p0Vf rVf + pzVz rVf = pzVz Vf 副風缸容積(L) r列車管減壓量（kPa）pz制動缸的絕對壓強（kPa）Vz制動后的制動缸容積 (L) 532.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系rVVpzfz= 絕對壓強=表壓強+100kPa

21、pz制動缸空氣壓強，既表壓強（kPa）100rVVpzfz=（kPa） ( 23 ) Vf ：Vz = 3.25：1 pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )542.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )二、列車管最小有效減壓量 rmin（kPa） 能使制動缸的空氣壓強剛好使閘瓦壓緊車輪的列車管減壓量即為列車管最小有效減壓量 rmin55 制動缸緩解彈簧一般按制動缸活塞的“背壓”為35 kPa 設(shè)計。 則 pz = 3.25 r 100 = 35 （kPa） r = 135 / 3.25 = 42 （kPa） 單車試驗時的列車

22、管最小有效減壓量 rmin規(guī)定為40 kPa，列車試驗時和列車運行中規(guī)定為50 kPa，編組60輛以上的為70 kPa。pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )2.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系56 隨著列車管減壓量的增大，制動缸的壓強也可不斷增大，但是，當副風缸制動缸充氣沖到兩者壓強相等，這時列車管減壓量稱為最大的有效減壓量rmax，制動缸壓強是常用制動時的最大壓強。在此之后，列車管如再繼續(xù)減壓，制動缸壓強也不會再增加。在最大有效減壓量以上做增的減壓量是無效減壓量。pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )2.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系57 pfVf

23、 = Pf Vf pzVz p0Vf = pz Vf pzVz p0Vf = pz （Vf Vz） (25) 制動缸最大絕對壓強 (26)+=0zffzpVVVp2.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系58三、列車管最大有效減壓量 rmax（kPa） 剛好能使制動缸獲得最大壓力的制動管減壓量為列車管最大有效減壓量 rmax 。 既 pf = pz 2.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系59100 100)p(VVVp0zffz+=100100125. 325. 30ppz制動缸最大相對壓強(表壓強)帶入容積比 Vf ：Vz = 3.25：1(27)(28)(26)+=0zffzpVVVp2.8

24、列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系602.8 列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系z3.25p(500 100) 100360 3.25 1（kPa）(28)當列車管定壓為500 kPa時：最大有效減壓量： rmax = 500360 = 140 （kPa）100100p125. 325. 3p0z例：某制動機容積比為3.25，列車管定壓為500k pa，當列車管減壓量為170 kpa，制動缸的壓強_61100100125. 325. 30ppz1003.25rzp622.9 空氣波和空氣波速空氣波：空氣壓強變化沿列車管由前向后逐層傳播的現(xiàn)象稱為空氣波。 列車管減壓制動時空氣波是一種減壓波；列車管增壓緩

25、解時空氣波是一種增壓波?？諝獠ㄋ伲嚎諝獠▎挝粫r間傳播的距離。63t壓降通過長度b所需的時間P1過渡段前方空氣壓強1過渡段前方空氣密度P0過渡段后方空氣壓強0過渡段后方空氣密度A列車管斷面積q氣體流動速度WKB空氣波速 2.9 空氣波和空氣波速64bwbAqAKB101)142(101tbAbAqA t = b/ WKB（2-15）KBwq101根據(jù)氣體連續(xù)流動原理，單位時間內(nèi)從這個過渡段流出的質(zhì)量等于其減少的質(zhì)量。2.9 空氣波和空氣波速65App)(10bwqwbqtqKBKB0 根據(jù)牛頓定律，作用于過渡段的合力應(yīng)等于被加速的質(zhì)量乘其加速度。氣體加速度：過渡段的合力：被加速的質(zhì)量：bAm t

26、 = b/ WKB2.9 空氣波和空氣波速66式（215）乘式（216）可得 (1.q).( P0P1 )=(01）wKB.1.q.wKB =（01） (1.q) wKB2P0P1 =（01）wKB2)152(101KBwqP0P1 =1 . q . WKB (216) pppwKB101022.9 空氣波和空氣波速67p wlim02KB=2KBdpw (2-17)d當0時 pppwKB101022.9 空氣波和空氣波速68)182(1pnCnCnddpnnp氣體的絕對壓強（Pa）C常數(shù)n絕對曲線指數(shù)對于空氣而言 n=1.4根據(jù)氣體的絕熱定律 p=Cn將上式求導(dǎo)數(shù)可得 npC2.9 空氣波和

27、空氣波速69)182(1pnCnCnddpnnp氣體的絕對壓強（Pa）C常數(shù)n絕對曲線指數(shù)對于空氣而言 n=1.4根據(jù)氣體的絕熱定律 p=Cn將上式求導(dǎo)數(shù)可得 2.9 空氣波和空氣波速70令 代表空氣比重（N / m3）則可得密度 =/ g (kg / m3) 將其代入（218）可得)182( pnddp)192( gpnddp2.9 空氣波和空氣波速712KBdpw (2-17)ddpn g p (2-19)d 2KBn g pw (2-20) 將式（219）代入式（217）可得04p (2-21)10g 令0代表標準大氣壓時的空氣比重（N / m3）可得 2.9 空氣波和空氣波速722KB

28、n g pw (2-20) 04p (2-21)10g 024042KBgn10pg10pgn w=將式（221）代入式（220）可得42KB00101.4 9.81w 1160 (2-22)2.9 空氣波和空氣波速73KB01w 1160 (m/s) (2-22)當空氣溫度為0時，0 = 12.25（N / m3）代入（222） WKB 331 （m / s）2.9 空氣波和空氣波速74用實驗的方法測得 KBKBKBLw (m/s) (2-23)tLKB空氣波傳播距離（m），既從機車制動閥口至列車管尾端的列車管長；tKB空氣波傳播時間（s），從機車制動閥開始排氣至列車管尾端開始排氣為止。 2.9 空氣波和空氣波速75在制動時，影響空氣波速的主要因素：1. 制動支管的容積；2. 副風缸或工作風缸等沿充氣通路的“逆流”；3. 三通閥或分配閥的主活塞被推向列車管一側(cè)時；4. 三通閥或分配閥的局部減壓。2.9 空氣波和空氣波速762.10 制動波和制動波速制動波：列車制動時，制動作用沿列車長度由前向后的傳遞現(xiàn)象稱為