有轨电车制动系统方案设计(7)

西南交通大学本科毕业设计（论文） 装置中产生制动作用。

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根据列车运行减速、停车等制动要求，制动系统的制动功能一般分为常用制动和紧急制动，这两种制动功能都可由司机在运行中根据需要直接操纵。常用制动使用电制动或电制动与空气制动的复合制动，而紧急制动通常只采用空气制动，即纯空气制动。

3.3.2电气指令模式及传输

有轨电车的电空系统采用电气指令式制动控制系统，制动指令一般是由司机制动控制器送出的，交给列车信息控制网络传输给各车的制动控制装置。除了司机制动控制器，制动指令还可能来自列车运行监控记录装置、列车自动控制系统车载设备、司机安全装置等，制动指令经由传输系统送到制动控制装置，最终在基础制动装置产生制动力。

电气式制动指令按指令形式和传输方式可分为数字指令和模拟指令。 3.3.2.1数字指令

所谓数字指令是由0和1组成的2进制数，在用3位数字组合时，可以形成8种不同的组合。在制动控制上，0和1分别对应制动控制线的通断电，可以产生7级制动级位，如果采用更多的制动控制线，可以得到更多的制动级位，通常对于有轨电车来说，常用有7级制动即可满足要求。

数字指令可以用两种方法获得，一是在司机制动控制器内部把反映司机操作位置的指令变换成标准电平的数字量，然后用数字通信方式把指令传送给列车网络，这种方式在司机制动控制器内部安装转换电路或计算机；二是在司机制动控制器内部先形成控制电压的开关量，经过多条控制线送到列车网络，由网络主机完成标准数字量的变换，这种方式不需要在司机制动控制器内部安装转换电路或计算机。 3.3.2.2模拟指令

模拟指令是指用模拟电量反映司机制动控制器的级位信息，模拟电量可采用电压、电流、频率、脉宽、相位等信号来传递制动指令，以这些模拟量的大小来表示制

西南交通大学本科毕业设计（论文） 动要求的大小。

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在原理上，采用连续变化的模拟指令可以实现制动的无级操纵，在操纵上，采用模拟指令虽然比数字指令更为方便，但纯粹的无级操纵不方便找到合适的操纵位置，因而应用不多，往往在司机制动控制器的手柄上再加上参考定位机构。

采用模拟指令对指令传输的设备性能要求很高，一旦设备性能不能满足要求，可能造成制动指令精度下降，影响制动效果。 3.3.2.3电气指令传输

在有轨电车上，司机制动控制器发出的制动指令，在正常的传输情况下一般交由列车信息控制网络来完成，列车网络对于来自司机控制器的牵引、制动等指令是优先传送的；在设备出现故障的情况下，可以通过备用传输线向全列车传送。

3.3.3指令方式与制动控制模式

3.3.3.1减压量指令模式

在不同的制动系统中，司机制动控制器发出的制动指令的形式、含义都是不同的。 对于自动空气制动机，当司机操纵制动手柄置于常用制动某个位置时，自动制动阀对制动管排风减压，压力降低到低于定压达到减压量时，制动控制装置的控制阀把该减压量变成制动缸对应的压力。

司机操纵结果是把手柄置于制动区某位置，这是通过把列车制动管与自动制动阀的排风口相连，把制动管压力降低到该位置对应的减压量，该减压量信息在制动管中以空气压力波形式向列车后部传递，每车的三通阀根据减压量大小输出相应的空气压力到制动缸。

自动空气自动机的制动指令是制动管的减压量，信息传递形式是压力波，实际传播速度低于大气中的声速。 3.3.3.2减速度指令模式

对于电气指令，当司机操纵制动手柄置于常用制动某个位置时，实际就把反映手柄位的信息，以数字量形式经列车网络传送到各车制动控制装置，在计算机的计算和

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控制下，找出该级位、此时列车速度对应的列车制动减速度，再与车辆总重等数据计算出此时所需制动力，控制中继阀向制动缸输出相应的空气压力。

采用电气指令的空气制动机，其制动指令的本质是制动手柄位对应的列车制动减速度，指令信息形式是制动级位的数字量，传播速度大大高于声速，对应了制动控制的等制动率控制模式。

3.4复合制动

有轨电车采用电气制动与空气制动，在运行过程中优先使用电气制动，当电气制动不能满足制动要求时，空气制动自动补充，这种制动方式称为复合制动。

3.4.1复合制动设计原则

复合制动协调方式的选择是根据设计原则来定的，根据动车、拖车的空气制动部分投入的顺序和方式的不同，形成以下几种控制原则： （1）节能原则

根据制动力的需要，先把全部制动力由动车电制动承担，在电制动力不足的情况下，先由拖车空气制动补充，拖车的制动力全部发挥出来，整列车或列车单元的制动力还不够得话，才使用动车的空气制动。这样，动车的电制动一直处于满足制动需求的最大状态，列车运行总能耗最低。

按节能原则设计的制动控制系统，动车的空气制动最晚投入使用，保证了电气制动的绝对优先，但这样存在两个问题：一是只能按照一动一拖或几辆动拖车为单位，或整列车进行制动力的协调控制，控制单元内部尤其是动拖车之间的制动力与减速度要求可能不一致，有可能引起纵向冲动，影响乘坐舒适度；二是动车和拖车的闸瓦磨耗程度相差较大，更换周期也相差较多，增加了维修组织的复杂性以及维修成本。 2.等磨耗原则

在需要制动的时候采用电气制动优先，但需要空气制动补充时，始终按照动车、拖车空气制动时间投入、空气制动率相同的方式控制制动力。这样，虽然在投入顺序上电制动优先，但由于要兼顾动拖车等制动率的空气制动力，不能完全发挥电制动力。 3.舒适性原则

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考虑舒适性原则的时候，在任何情况下，制动力都要与本节车的总重量相适应，满足统一的制动减速度。这样列车减少了引起纵向冲动的因素，改善了乘坐舒适性，但这种设计也最大程度的限制了电制动力的发挥。

制动控制采用的设计原则，实际上体现了制动系统的控制策略。

3.4.2复合制动作用控制

3.4.2.1一般制动工况下的协调关系

采用节能原则作为控制策略的制动系统 当再生制动力大于动车所需必要制动力时 拖车：

把（拖车所需制动力）-{（再生制动力）-（动车所需必要制动力）}的制动力，作为补足空气制动力输出。

计算的结果即补足空气制动力即使为零，为了保证再生制动失效时补足空气制动的迅速响应，要保证制动缸有一定量的空气压力作为初始压力，这对于复合制动控制很重要，因为再生制动与空气制动可能经常转换。

动车：

全部为再生制动，为了保证再生制动失效时补足空气制动的迅速响应，要保证增压汽缸油一定量的空气压力作为初始压力，原因同上述。

当再生制动力小于或等于动车所需必要的制动力时 拖车：

全部为空气制动。 动车：

把（动车所需必要的制动力）-（再生制动力）的制动力作为补足空气制动力输出。

3.4.2.2复合模式下电气制动与空气制动切换

在有轨电车运行过电分相区切处于再生制动工况时，也存在一种自动切换控制的特殊情况，此时电制动与空气制动的协调关系如图所示：

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图3-17 自动过电分相时电制动与空气制动的协调关系

3.4.3复合制动的粘着控制

3.4.3.1制动粘着

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