動(dòng)車組制動(dòng)技術(shù)-空氣制動(dòng)系統(tǒng)

人力制動(dòng)1814年，世界上第一列蒸汽機(jī)車誕生。

早期的蒸汽機(jī)車采用人力制動(dòng)人力制動(dòng)作用原理：通過杠桿原理推動(dòng)閘瓦制動(dòng)缺點(diǎn)：1、制動(dòng)性能差，剎車效率低2、協(xié)調(diào)性差，縱向沖擊很大

直通式空氣制動(dòng)空壓機(jī)總風(fēng)缸制動(dòng)缸基礎(chǔ)制動(dòng)裝置制動(dòng)閥制動(dòng)管威斯丁豪斯直通式空氣制動(dòng)的工作原理緩解位制動(dòng)位保壓位

直通式空氣制動(dòng)的空氣管路空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸制動(dòng)閥制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管大氣空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸制動(dòng)閥制動(dòng)管大氣直通式空氣制動(dòng)的工作原理

制動(dòng)位工作原理：制動(dòng)管充風(fēng)空氣壓縮機(jī)制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣直通式空氣制動(dòng)的工作原理緩解位工作原理：制動(dòng)管排風(fēng)空氣壓縮機(jī)制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管大氣空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣直通式空氣制動(dòng)的工作原理

保壓位工作原理：制動(dòng)管保壓空氣壓縮機(jī)制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管大氣空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣直通式空氣制動(dòng)的工作原理作用過程：制動(dòng)管充風(fēng)制動(dòng)，排風(fēng)緩解。缺點(diǎn)：無(wú)斷鉤保護(hù)，致命弱點(diǎn)?？諝鈮嚎s機(jī)制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣直通式空氣制動(dòng)的工作原理直通式空氣制動(dòng)的工作特點(diǎn)作用過程：制動(dòng)管充風(fēng)制動(dòng)，排風(fēng)緩解。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制動(dòng)力可調(diào)?？梢詫?shí)現(xiàn)階段制動(dòng)和階段緩解缺點(diǎn)：無(wú)斷鉤保護(hù)，存在剎車失靈的致命弱點(diǎn)。頭腦風(fēng)暴：可以通過什么方式解決直通式空氣制動(dòng)的致命弱點(diǎn)？自動(dòng)式空氣制動(dòng)自動(dòng)式空氣制動(dòng)：在直通式空氣制動(dòng)的基礎(chǔ)上增加了三通閥和副風(fēng)缸，徹底解決了直通式空氣制動(dòng)的致命弱點(diǎn)！自動(dòng)式空氣制動(dòng)空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸空氣閥制動(dòng)缸基礎(chǔ)制動(dòng)三通閥副風(fēng)缸直通式空氣制動(dòng)空壓機(jī)總風(fēng)缸空氣閥制動(dòng)缸基礎(chǔ)制動(dòng)增加元件自動(dòng)式空氣制動(dòng)的工作原理增加三通閥和副風(fēng)缸制動(dòng)位緩解位保壓位空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸調(diào)壓器制動(dòng)閥大氣副風(fēng)缸三通閥大氣制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管制動(dòng)閥自動(dòng)式空氣制動(dòng)的工作原理

緩解位工作原理：制動(dòng)管充風(fēng)空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣副風(fēng)缸三通閥大氣制動(dòng)缸閘瓦車輪制動(dòng)管自動(dòng)式空氣制動(dòng)的工作原理制動(dòng)位工作原理：制動(dòng)管排風(fēng)空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣制動(dòng)管三通閥大氣制動(dòng)缸閘瓦車輪自動(dòng)式空氣制動(dòng)的工作原理空氣壓縮機(jī)總風(fēng)缸大氣制動(dòng)管三通閥大氣保壓位工作原理：制動(dòng)管保壓，制動(dòng)缸保壓制動(dòng)缸閘瓦車輪自動(dòng)式空氣制動(dòng)的工作原理自動(dòng)式空氣制動(dòng)工作特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：解決了列車無(wú)斷鉤保護(hù)的問題。工作過程：制動(dòng)管充風(fēng)緩解，排風(fēng)制動(dòng)。該控制模式一直延續(xù)至今。微機(jī)直通式空氣制動(dòng)微機(jī)直通式空氣制動(dòng)的工作原理微機(jī)直通式空氣制動(dòng)的工作原理微機(jī)直通式空氣制動(dòng)的工作特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：采用自動(dòng)化控制手段，提高了制動(dòng)響應(yīng)速度和一致性，縮短了制動(dòng)距離工作過程：制動(dòng)風(fēng)缸的高壓空氣由EP閥轉(zhuǎn)換，經(jīng)中繼閥輸送。課堂總結(jié)類型指令來源指令載體制動(dòng)缸壓力產(chǎn)生壓力關(guān)系直通式空氣制動(dòng)制動(dòng)閥制動(dòng)管空氣壓強(qiáng)制動(dòng)缸空氣直接作用在制動(dòng)缸充氣制動(dòng)、排氣緩解自動(dòng)式空氣制動(dòng)自動(dòng)制動(dòng)閥制動(dòng)管減壓量副風(fēng)缸的風(fēng)經(jīng)三通閥在制動(dòng)管壓力控制下的轉(zhuǎn)換減壓制動(dòng)、充氣緩解微機(jī)直通式空氣制動(dòng)制動(dòng)控制器模擬或數(shù)字信號(hào)制動(dòng)（供給）風(fēng)缸的風(fēng)由EP閥轉(zhuǎn)換、經(jīng)中繼閥輸送目錄一、EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)二、EPLA閥的工作原理（重點(diǎn)）三、EPLA閥的滯后特性（難點(diǎn)）EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)制動(dòng)風(fēng)缸EP閥FD-1中繼閥緊急電磁閥B11閥防滑閥AC1AC2BC車下車上（紅閥）車下車上（白閥）壓力開關(guān)電空轉(zhuǎn)換閥在圖紙中的位置EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)入口出口彈簧橡膠膜板

模擬式電空轉(zhuǎn)換閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)采用彈簧和橡膠膜板結(jié)構(gòu)獲得指定壓力的高壓氣體

模擬式電空轉(zhuǎn)換閥主要用于CRH2系列動(dòng)車組中。電空轉(zhuǎn)換閥安裝在制動(dòng)控制裝置中，主要由電磁線圈、供氣閥和供排氣閥桿等構(gòu)成。通過改變線圈中的電流，可控制電磁力的大小，使輸出的空氣壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)。EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：只要提供驅(qū)動(dòng)電流，就能產(chǎn)生于電流大小成比例的空氣壓力。這樣就很容易形成不通過微機(jī)就能實(shí)現(xiàn)的備用制動(dòng)。缺點(diǎn)：控制精度與EP閥的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，必須完善控制方法才能夠得到較好的控制精度和響應(yīng)特性。EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)CRH2A的電空轉(zhuǎn)換閥采用的是電流型的EPLA電空轉(zhuǎn)換閥，采用開環(huán)控制。其作用就是將制動(dòng)控制器EBCU所發(fā)來的對(duì)應(yīng)制動(dòng)力的電流信號(hào)變化為空氣壓力信號(hào)。由于EP閥芯受電磁鐵的控制，其空氣壓力能連續(xù)且無(wú)級(jí)的變化，由EP閥輸出的壓力信號(hào)傳送給其下一級(jí)的控制裝置——中繼閥。EPLA閥的作用和結(jié)構(gòu)充氣制動(dòng)位不穩(wěn)定狀態(tài)EPLA閥的工作原理保壓位穩(wěn)定狀態(tài)EPLA閥的工作原理排氣緩解位不穩(wěn)定狀態(tài)EPLA閥的工作原理主要參數(shù)：最高使用壓力：880kPa最高輸出AC壓力：685kPa輸入電流：0~700mA壓力公差：±15kPaEPLA閥的工作原理EPLA閥的滯后特性由于EP閥的結(jié)構(gòu)中存在很多方面的非線性因素，如移動(dòng)間隙、干摩擦、膜板和彈簧非線性、電磁鐵勵(lì)磁電流和電磁力的非線性等，引起控制電流增大形成和減小返回行程，同樣電流對(duì)應(yīng)輸出空氣壓力不等的現(xiàn)象。滯后特性會(huì)引起制動(dòng)力和制動(dòng)指令不一致，因此必須消除。EPLA閥的滯后特性滯后性的主要原因電磁力的非線性干摩擦力預(yù)緊力電磁力的非線性EPLA閥的滯后特性參數(shù)：B：磁感應(yīng)強(qiáng)度H：磁場(chǎng)強(qiáng)度磁滯回曲線干摩擦力EPLA閥的滯后特性活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥的內(nèi)部如柱塞與密封件、膜板內(nèi)部等都存在摩擦，在剛加載電流時(shí)，電磁力與彈簧力合力沒有增大到足夠克服最大靜摩擦力之前，活塞不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電流增大到一定數(shù)值，才能克服較大的靜摩擦力，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)后，變成滑動(dòng)摩擦力，較靜摩擦力小，因此也會(huì)造成供排氣運(yùn)動(dòng)的滯后。預(yù)緊力EPLA閥的滯后特性預(yù)緊力是復(fù)位彈簧存在的，目的是讓列車正常運(yùn)行時(shí)，不發(fā)生非正常的制動(dòng)。當(dāng)有制動(dòng)指令時(shí)，復(fù)位彈簧必須具有一定的壓力，是的進(jìn)出風(fēng)口有一定的預(yù)緊力，在非正常情況下不會(huì)打開造成漏風(fēng)導(dǎo)致誤動(dòng)作，在制動(dòng)化解時(shí)，也必須保證排風(fēng)口打開的情況下，進(jìn)風(fēng)口關(guān)緊，否則會(huì)造成制動(dòng)緩解慢，甚至不緩解。EP閥滯后特性EPLA閥的滯后特性

A

B

C

D空氣制動(dòng)指令（mA）輸出空氣壓力（Pa）

O一個(gè)壓力對(duì)應(yīng)兩個(gè)電流值，EBCU如何決定該輸出哪個(gè)值呢？EP閥滯后性的解決方案EPLA閥的滯后特性EP閥滯后特性對(duì)電空混合的影響需進(jìn)行電流偏差控制EPLA閥的滯后特性課堂總結(jié)模擬式電空轉(zhuǎn)換閥結(jié)構(gòu)工作原理滯后特性制動(dòng)位保壓位緩解位目錄一、數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想二、數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理（重點(diǎn)）三、數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點(diǎn)數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想電氣高壓氣體輸入模擬式電空轉(zhuǎn)換閥的精度和本身的結(jié)構(gòu)精度有很大的關(guān)系，是否存在其他形式的方案，可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)指令由電到氣的轉(zhuǎn)換過程呢？設(shè)定壓力輸出電信號(hào)電氣高壓氣體輸入可以設(shè)想采用電磁閥解決這個(gè)問題，通過控制電磁閥的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)輸出壓力的控制。設(shè)定壓力輸出電信號(hào)電磁閥數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想固定壓力固定容積活塞運(yùn)動(dòng)可變?nèi)莘e780~900KPa壓力可變采用電磁閥來實(shí)現(xiàn)電空轉(zhuǎn)換的過程存在的問題：輸入的壓力和容積時(shí)刻在變化。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想如何控制電磁閥的導(dǎo)通時(shí)間？即使前面計(jì)算的導(dǎo)通時(shí)間是十分精準(zhǔn)的，但是要想控制電磁閥導(dǎo)通的時(shí)間剛好那么精確也很難，這對(duì)電磁閥的性能要求很高，要求電磁閥必須能非?？焖俚捻憫?yīng)。

另外一個(gè)問題是控制過程中如果出現(xiàn)超調(diào)的問題。根據(jù)自動(dòng)控制原理的基本理論，要想控制系統(tǒng)快速的達(dá)到目標(biāo)值，在前期都會(huì)產(chǎn)生一定的超調(diào)，而對(duì)于只有1個(gè)電磁閥的結(jié)構(gòu)，超調(diào)是致命的，因?yàn)闆]有地方給你降壓排氣，這種結(jié)構(gòu)很可能就是不可行的。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想問題點(diǎn)總結(jié)：數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想充氣的時(shí)間無(wú)法精確計(jì)算電磁閥導(dǎo)通的時(shí)間無(wú)法精確控制超調(diào)的問題再進(jìn)一步思考，首先針對(duì)排氣的問題，如果再增加1個(gè)電磁閥，專門用于排氣就可以解決問題。

而對(duì)于輸出壓力的問題，在輸出端設(shè)置一個(gè)壓力傳感器，通過這個(gè)壓力傳感器來檢測(cè)輸出端的壓力值，通過反饋的壓力值來調(diào)節(jié)電磁閥的導(dǎo)通，就能將壓力調(diào)整到目標(biāo)壓力值。那么此時(shí)壓力傳感器檢測(cè)到的壓力可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況：過高和過低。如果過低則可以通過打開電磁閥來繼續(xù)充氣，但是如果壓力過高，可以通過用于排氣的電磁閥來進(jìn)行排氣。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想高壓氣體輸入設(shè)定壓力輸出電信號(hào)電磁閥EX壓力傳感器數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的設(shè)計(jì)構(gòu)想采用雙電磁閥來解決上述問題。

在歐系的動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)中（CRH1、CRH3、CRH5），一般都是采用的數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥一般都是采用閉環(huán)控制，用通用的工業(yè)氣動(dòng)閥加上壓力傳感器和控制器，就可以很方便的構(gòu)成一個(gè)數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理50供氣保壓排氣數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥有三個(gè)工況51供氣數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理原理：HV勵(lì)磁打開充氣，RV關(guān)閉；由壓力傳感器反饋輸出壓力，同時(shí)根據(jù)反饋的壓力信息調(diào)整HV的通斷或選擇對(duì)RV進(jìn)行勵(lì)磁排氣。52保壓數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理53排氣數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的工作原理原理：RV勵(lì)磁打開排氣，HV關(guān)閉；由壓力傳感器反饋輸出壓力，同時(shí)根據(jù)反饋的壓力信息調(diào)整RV的通斷或選擇對(duì)HV進(jìn)行勵(lì)磁充氣。數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：采用閉環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可方便實(shí)現(xiàn)階段制動(dòng)，階段緩解功能。指令輸出2輸出1反饋反饋反饋閉環(huán)控制示意圖數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點(diǎn)而模擬式電空閥采用的是開環(huán)控制。EBCU電磁線圈閥桿推力橡膠膜板反饋電流電磁力推力氣壓反饋無(wú)反饋模擬式電空轉(zhuǎn)換閥的開環(huán)控制數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥的特點(diǎn)根據(jù)壓力傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在滯后性。壓力傳感器型號(hào)、參數(shù)存在差異，反饋的數(shù)值也會(huì)有差異壓力傳感器放置的位置不同，測(cè)量的壓力值不同由于電磁閥開斷時(shí)間的存在，系統(tǒng)中存在非線性的滯后環(huán)節(jié)，穩(wěn)態(tài)誤差不可消除電磁閥通斷時(shí)間的調(diào)節(jié)，需要較復(fù)雜的算法。課堂總結(jié)數(shù)字式電空轉(zhuǎn)換閥設(shè)計(jì)構(gòu)想工作原理特點(diǎn)制動(dòng)位保壓位緩解位作業(yè)詳見職教云第三次作業(yè)“第三章作業(yè)（電空轉(zhuǎn)換閥）“目錄一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)二、中繼閥的工作原理（重點(diǎn)）三、中繼閥的特性分析59一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)制動(dòng)風(fēng)缸電空轉(zhuǎn)換閥（EP）制動(dòng)缸課堂引入課堂思考：如果將EP閥直接接入制動(dòng)缸進(jìn)行充氣制動(dòng)，這種控制結(jié)構(gòu)可能會(huì)存在什么問題呢？一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)課堂引入方案一方案二流量放大水源水源一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)課堂引入

中繼閥是一種流量放大閥，其只具備流量放大的功能。工作時(shí)，中繼閥會(huì)接收到電空轉(zhuǎn)換閥或緊急電磁閥輸出的壓力信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行流量放大，然后輸出至制動(dòng)缸，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的施加和緩解功能。

一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)1.1中繼閥的作用目的：增大壓縮氣體流量，不改變壓力大小。輸入：EP閥輸出壓力（AC1）、緊急調(diào)壓閥輸出壓力（AC2）輸出：制動(dòng)壓力（BC）一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)1.1中繼閥的作用制動(dòng)位保持位緩解位一、中繼閥的作用和結(jié)構(gòu)1.2中繼閥的結(jié)構(gòu)662.1制動(dòng)位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理2.1制動(dòng)位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理高壓氣體AC1、AC2一旦進(jìn)入到橡膠膜板處，下側(cè)的壓強(qiáng)超過上側(cè)，橡膠膜板會(huì)被上推，帶動(dòng)供排氣閥桿上移，從而打開供氣閥。此時(shí)來自制動(dòng)風(fēng)缸的壓縮空氣SR經(jīng)排氣閥和閥座之間的開口輸出至制動(dòng)缸，使得輸出的BC壓力不斷上升，這種狀態(tài)稱為供氣位，如圖所示。

供氣位是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，此種狀態(tài)下由于SR不斷向BC供氣，而BC端可以近似認(rèn)為固定容積的容器，因此BC壓力會(huì)不斷上升。隨著壓力的上升，橡膠模板兩端的壓力差就會(huì)不斷變小，從而導(dǎo)致供排氣閥桿不斷下移。當(dāng)BC壓強(qiáng)等于AC1或AC2的壓強(qiáng)時(shí)，橡膠膜板上下兩側(cè)的壓強(qiáng)基本平衡，壓力也會(huì)平衡，供排氣閥桿被壓下，供氣閥也回到閥座，關(guān)閉壓縮空氣SR的通路。制動(dòng)位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理課堂討論：由于輸入有AC1和AC2兩個(gè)壓力，當(dāng)AC1＞AC2壓力時(shí)，BC壓力結(jié)果會(huì)等于多少？當(dāng)AC1＜AC2壓力時(shí)，BC壓力結(jié)果會(huì)等于多少？為什么會(huì)這樣？課堂思考二、中繼閥的工作原理從結(jié)構(gòu)和原理上比較，中繼閥和模擬式電空轉(zhuǎn)換閥有什么相同點(diǎn)？70保壓位（穩(wěn)定狀態(tài)）此時(shí)AC1=BC+彈簧復(fù)位力二、中繼閥的工作原理緩解位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二、中繼閥的工作原理緩解位（不穩(wěn)定狀態(tài)）二