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1、城市轨道交通车辆 防滑原理和防滑控制,许建林,项目描述,现今城市轨道交通车辆正朝着安全性、高速性、环保性和舒适性的方向发展。其高速性也在不断促进单轴牵引功率和制动功率的不断提高。 动力制动的实施等强力制动装置的采用，带来了因制动力过大而导致列车制动滑行的倾向。 列车制动滑行会产生普遍的轮轨发热、轮轨表面擦伤等现象，严重时还会使线路失稳，产生所谓的胀轨等事故。因此有效地防止列车制动的滑行极为重要。,项目教学目标,掌握制动过程中车轮的防滑原理和防滑控制； 学会学习方法和养成自主学习能力、搜集资料的方法和加工资料的能力； 具有求知欲、乐于探索的精神，具有一定的分析能力，善于总结经验和创新； 具有工作
2、责任感，能进行自我批评的检查； 具有良好的心理素质和协作精神。,目 录,任务一：车辆防滑控制系统,任务二：防滑控制,任务三：防滑系统的基本要求,项目 实施,【知识准备】 制动系统 如图所示。,任务一：车辆防滑控制系统,电气指令单元 （司机控制器/ATO）,电子制动控制单元（EBCU/BCE/MBCU）,空气制动控制单元（BCU）,供气系统,防滑装置,基础制动装置,动力制动,牵引控制系统 （DCU）,【知识准备】 轮对滑行即黏着失去的根本原因是制动力大于所能实现的黏着力。而恢复黏着的有效手段就是降低制动力，以满足制动力小于所能实现的黏着力。 黏着一旦被破坏，单靠轮轨系统本身是不可能恢复的，需要借
3、助外部机构才能使黏着恢复。电子防滑控制装置就是帮助轮轨间恢复黏着的外部装置之一。 防滑控制装置的基本原理就是当检测到因外界因素或制动力过大引起黏着系数下降时，就立即实施控制，尽快使黏着恢复。这种恢复应尽量接近当时条件所允许的最佳黏着，即黏着恢复必须充分提高黏着利用率。,任务一：车辆防滑控制系统,【知识准备】 防滑系统是制动控制系统的一部分，它可独立工作，在每根车轴上都设有一个对应的排气阀G1，它们由防滑系统所控制。 当某一轮对上的车轮的制动力过大而使车轮滑行时，防滑系统所控制的、与该轮对应的排气阀G1迅速连通制动缸与大气的通路，使制动缸迅速排气，从而解除了该轮的滑行现象。当滑行消失时，微处理器
4、得到消失后的速度信号后，重新发出指令，恢复该车轮的制动力。 防滑系统通过车轮测速装置始终监视着同一车辆上4个轮对的转速，并控制着4个对应的排气阀G1。,任务一：车辆防滑控制系统,任务一：熟悉空气制动系统组成,活动一：防滑系统,1. 防滑系统作用 防滑系统用于车轮与钢轨粘着不良时，对制动力进行控制。它的作用是： 防止轮子即将抱死。 避免滑行。 最佳地利用粘着，以获得最短的制动距离。,任务一：熟悉空气制动系统组成,活动一：防滑系统,2. 防滑系统组成 典型的防滑控制系统主要由控制单元、速度传感器、机械部件和防滑电磁阀组成。其中控制单元是防滑控制系统的核心部分，如图所示。,任务一：车辆防滑控制系统,
5、活动二：速度传感器,用于检测列车速度和轮对速度的装置称为速度传感器，也称为速度信号发生器。它安装在轮对上，其结构如图所示。 速度传感器由测速齿轮和速度传感器探头以及电缆线所组成。测速齿轮与速度传感器探头之间有一个空隙，永磁式的传感器会在间隙中感应磁力线。 当车轮旋转时，齿顶、齿根交替切割磁力线，从而在永磁式的传感器中产生一个频率正比于运行速度的电脉冲信号。这个电脉冲信号就是送入微处理器的速度信号。,任务一：车辆防滑控制系统,活动三：防滑电磁阀,防滑电磁阀（以下简称防滑阀）是轨道车辆中电子防滑系统的主要组成部分。它是防滑控制回路中的执行机构。 防滑阀由电子开关装置控制，借助防滑阀，制动气缸压力C
6、能够逐级降低或者再次升高到由控制阀设定的数值D。 目前地铁车辆使用的电磁阀主要有GVl2A、GVl2A-1A、GVl2-18、GVl2-2、GVl2-ESRA等。,任务一：车辆防滑控制系统,活动三：防滑电磁阀,1结构 防滑阀主要由一个带有两个换向膜板的通道板、一个双阀用电磁铁、两个将阀用电磁铁与通道板连接在一起的侧板和一个阀门支架组成。 通道板上有两个阀座（VD和VC）。每个阀座都能够通过PD膜板打开或关闭。PD膜板可以接通或者断开从D室C室（到制动气缸）的连接。PC膜板可以使C室和O（空气）相连。 双阀用电磁铁由两个二位三通换向阀（VM1和VM2）组成。其线圈在一个共用的塑料外壳里。用于电气
7、连接的触销被浇铸在外壳上。,通道板,双阀 电磁阀,侧板,侧板,阀门支架,电气连接触销,任务一：车辆防滑控制系统,活动三：防滑电磁阀,1结构,任务一：车辆防滑控制系统,活动三：防滑电磁阀,2（气）通路 防滑阀D室与控制阀或压力转换器进行气动连接； C室与其控制的制动气缸连接。 电磁阀在未励磁状态下，两个电枢通过电枢弹簧的弹力将外面的阀口密封；内部的阀口被打开，如图所示。 两个侧板中包括膜板控制室SD和SC以及通向双阀用电磁铁的输入管路。阀门拧在阀门支架上。支架上有D和C管路的两个连接螺纹口。阀门从支架上拆下后，喷嘴dD和dC便很容易接近（并非所有的型号都配备喷嘴）。 与防滑电子装置的电气连接采用
8、三芯线。在防滑阀上设置了一个三极插头分离点。芯线和芯线是用来对排气和进气的两个阀用电磁铁进行控制，芯线工是共用回路。,任务一：车辆防滑控制系统,活动二：防滑电磁阀,3作用原理 （1）无防滑系统的制动和缓解（阀用电磁铁VM1和VM2不励磁） 缓解状态 缓解状态下如图所示，阀门处于无压状态。PD膜板通过锥形弹簧保留在阀座VD上。,通路： （1）D电磁铁VM1内部阀口控制室SC。 （2）控制室SD 电磁铁VM2内部阀口O。,任务一：车辆防滑控制系统,活动二：防滑电磁阀,3作用原理 （1）无防滑系统的制动和缓解（阀用电磁铁VM1和VM2不励磁） 制动 制动状态下如图所示，D管路内的压力作用于PD膜板，
9、由于控制室SD仍然没有压力，膜板顶着锥形弹簧压向右侧末端，阀座VD开启。 D管路内的压力通过开启的VM1内部阀口控制室SC。D管路内的压力（与阀口 C的面积有关）作为一种闭合力作用于PC膜板，阀座VC被关闭，D与C管路间的通道开通。车辆可以无阻碍地进行制动。,任务一：车辆防滑控制系统,活动二：防滑电磁阀,3作用原理 （1）无防滑系统的制动和缓解（阀用电磁铁VM1和VM2不励磁） 制动后缓解 在制动解除时阀门仍保持上述制动状态中所述位置，即D与C之间的通道保持开通状态。 D管路内压力排出时， C管路内压力VD阀座（开启）D管路，随着D管路内压力不断降低。 当锥形弹簧的弹力超过了D管路内压力（与膜
10、板的有效面积有关），PD膜板关闭。,任务一：车辆防滑控制系统,活动二：防滑电磁阀,3功能说明 （2）通过防滑系统缓解（阀用电磁铁VM1和VM2励磁） D管路内的压力通过VM2控制室SD，使PD隔膜上压力平衡，锥形弹簧将隔膜压到阀座VD上。D管路内通C管路的压力被遮断。 控制室SC通过VM1外部阀口O，控制室SC排气。C管路内的压力将PC隔膜压向左面。阀座VC打开；C压力通过VC 0，制动缸缓解。,任务一：车辆防滑控制系统,活动二：防滑电磁阀,3功能说明 （3）通过防滑系统再次制动（阀用电磁铁VM1和VM2不励磁） 控制室SD排气，SC进气。 作用参见（1）无防滑系统的制动和缓解（阀用电磁铁VM
11、1和VM2不励磁）制动内容所述。,任务一：车辆防滑控制系统,活动二：防滑电磁阀,3功能说明 （4）通过防滑系统保持压力恒定阀用电磁铁VM1不励磁，VM2励磁。 给两个控制室（SD、SC）加载D管路内的压力。如图所示，隔板将阀座VD和VC关闭。C管路内压力与D管路内和O的通道都关闭。 通过有效操作阀用电磁铁的控制不仅可以在排气阶段也可以在进气阶段产生恒压等级。 因此，可以根据防滑系统调节逻辑的要求，快速（无级地）或慢速（一级一级地）增压或降压。 进气或排气的压力梯度（无级）是由喷嘴dD和dC决定的。喷嘴的大小取决于需控制的C管路容积（并非所有型号都配有喷嘴）。,任务一：车辆防滑控制系统,活动三：
12、防滑电磁阀,4防滑电磁阀在车辆上的安装 将防滑阀固定在车身上时须使排气口方向向下。 为了保持尽可能低的无效时间和气流损失，须注意要使通向受控的制动气缸的输入管路要短而且不能被节流。 防滑阀（除GVl2A外）在阀门支架上有一个C管路压力的测量接口。这个测量接口在车辆投入使用之前必须密闭起来。 具体的安装尺寸和技术数据请参见相关的安装图纸。,任务二：防滑控制,【知识准备】 列车防滑控制的逻辑框图,防滑控制系统在判断滑行时，使用了多种判据。这些判据主要有速度差、减速度、减速度微分和滑移率等。其中速度差和减速度使用最为普遍。 无论采用哪一种判断依据，都把防滑和充分利用黏着作为主要目的，有时两种防滑系统
13、采用相同的判据，但效果却不同，这主要是由于判据参数的选取以及对制动力的控制的过程不同造成的。 防滑控制的关键是：首先要正确判断滑行即将开始的时刻。判断提前，会使制动力损失过大，无法充分利用轮轨间的黏着，使制动距离延长；判断错后，就会产生滑行，造成踏面擦伤，起不到防滑作用。,任务二：防滑控制,【知识准备】 综上所述，根据轮轨间极限摩擦力水平，滑行控制的主要出发点是：在合理控制滑移率量值的基础上，充分利用和挖掘列车的黏着潜力，通过控制制动力使车轮滑移率保持在一定范围内，完全能在防止滑行的基础上，充分利用黏着，防止制动距离延长过大。,任务二：防滑控制,活动一：速度差判据控制,速度差是根据某一根轴的速
14、度与列车运行速度的差值。防滑时可针对速度差制定滑行检测标准。 速度差控制就是当一辆车的四条轮对中的一条轮对发生滑行时，该轮对轴的速度必然低于其他没有滑行的轮对车轴的速度，将该轴速度与各轴速度进行比较并判定滑行轴的速度与参考轴的速度的差值，当比较差值大于滑行判定标准时，该车的防滑装置动作，降低所控制的该轴制动缸压力，此时该轴的减速度逐渐减小；当比较差值达到某个预定值时，防滑装置将使制动缸保压，让车轴速度逐渐恢复；当其速度差值小于滑行判定标准时，防滑装置将使制动缸压力恢复。,任务二：防滑控制,活动一：速度差判据控制,能否精确地测定轮对间的速度差值是系统能否正常工作的关键。在检测轮径速度差时，必须考
15、虑此轮径差异的因素，并对轮径差异设置校正功能。我国列车运行允许的轮径差同一车辆为10 mm，同一转向架为7 mm。实践表明，轮对在连续滑行时，采用速度差判据控制，它需要把各根车轴联系在一起。同时，由于它往往受速度范围的制约且对于车轮磨耗造成的轮对圆周尺寸的误差特别敏感，因此速度差标准的制定和设计是个复杂的问题。,任务二：防滑控制,活动二：减速度判据控制,减速度判据进行控制就是当减速度值大于预定值时，防滑装置降低它所控制的制动缸压力；当减速度值逐渐减小，恢复到预定值时，防滑装置将使制动缸保压；当减速度值进一步恢复，小于预定值时，防滑装置将使制动缸压力逐渐恢复。 当车轮速度发生突变时，减速度值也相
16、应增大。 减速度的标准是相对独立的，被检测的轴与其他轴无关。由于具有这个特点，所以绝大多数防滑控制系统（无论是机械离心式防滑器或电子防滑器）都采用此标准作为判据。 减速度判据值的确定对黏着利用也十分重要，部分防滑控制系统一般在减速度达到34 km/s2时降低制动缸压力，而且作为定值，不受速度变化的影响。,任务二：防滑控制,活动三：减速度微分判据控制,使用减速度判据不足之处：由于防滑机械部分动作的延迟使制动缸的压力变化作用滞后。 当减速度达到判据标准时，防滑装置动作，但需经过延迟时间后制动缸压力才开始变化，而这段延迟时间内减速度的变化快慢会不同，即减速度的微分不同。结果是有可能造成减速度变化快的，防滑作用不良，而减速度变化慢的，黏着利用不良。,任务二：防滑控制,活动三：减速度微分判据控制,
