城市轨道交通车辆空气制动系统的控制技术

空气制动系统按其作用原理的不同，可以分为直通式空气制动机、自动式空气制动机和直通自动式空气制动机。

1.直通式空气制动机

直通式空气制动机的结构图，如图6-13所示。

图6-13 直通式空气制动机的结构图

Ⅰ—缓解位 Ⅱ—保压位 Ⅲ—制动位 1—空气压缩机 2—总风缸 3—总风缸管 4—制动阀 5—制动管 6—制动缸 7—基础制动装置 8—制动缸缓解弹簧 9—制动缸活塞 10—闸瓦 11—制动阀Ex口 12—车轮

空气压缩机将压缩空气储入总风缸内，经总风缸管至制动阀。制动阀有缓解位、保压位和制动位3个不同位置。在缓解位时，制动管内的压缩空气经制动阀Ex（Exhaust）口排向大气；在保压位时，制动阀保持总风缸管、制动管和Ex口各不相通；在制动位时，总风缸管压缩空气经制动阀流向制动管。

（1）制动位 司机要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位，总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管。制动管是一根贯通整个列车、两端封闭的管路，压缩空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压缩空气推动制动缸活塞移动，并通过活塞杆带动基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用。制动力的大小，取决于制动缸内压缩空气的压力，由司机操纵手柄在制动位放置时间的长短而定。

（2）缓解位 要缓解时，司机将操纵手柄置于缓解位，各车辆制动缸内的压缩空气经制动管从制动阀Ex口排入大气。操纵手柄在缓解位放置的时间应足够长，使制动缸内的压缩空气排尽，压力降低至零。此时制动缸活塞借助于制动缸缓解弹簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离开车轮，实现车辆缓解。

（3）保压位 制动阀操纵手柄放在保压位时，可保持制动缸内压力不变。当司机将操纵手柄在制动位与保压位之间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来回操纵时，制动缸压力能分阶段上升或下降，即实现阶段制动或阶段缓解。

直通式空气制动机的特点如下：

1）制动管增压制动，减压缓解，列车分离时不能自动停车。

2）能实现阶段缓解和阶段制动。

3）制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间的长短来决定，因此控制不太精确。

4）制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，各制动缸的压缩空气都需经制动阀排气口排入大气。因此前后车辆制动的一致性不好。

2.自动式空气制动机

自动式空气制动机的结构图如图6-14所示。

图6-14 自动式空气制动机的结构图

Ⅰ—缓解位 Ⅱ—保压位 Ⅲ—制动位 1—空气压缩机 2—总风缸 3—总风缸管 4—制动阀 5—制动管 6—制动缸 7—基础制动装置 8—制动缸缓解弹簧 9—制动缸活塞 10—闸瓦 11—制动阀Ex口 12—车轮 13—三通阀 14—副风缸 15—给气阀 16—三通阀排气口

自动式空气制动机在直通式空气制动机的基础上增加了三个部件：在总风缸与制动阀之间增加了给气阀；在每节车辆的制动管与制动缸之间增加了三通阀和副风缸。给气阀的作用是限定制动管定压，人为规定的制动管压力，即无论总风缸压力多高，给气阀出口的压力总保持在一个设定的值。

自动式空气制动机的制动阀同样也有缓解、保压和制动3个作用位置，但内部通路与直通式空气制动机的制动阀有所不同。在缓解位时，它联通给气阀与制动管的通路；在制动位时，它使制动管与制动阀上的Ex口相通，制动管压缩空气经它排向大气；在保压位时，仍保持各路不通。

制动阀操纵手柄放在缓解位时，总风缸中的压缩空气经给气阀、制动阀送到制动管，然后通过制动管送到各车辆的三通阀，经三通阀使副风缸充气。如此时制动缸中有压缩空气，则经三通阀排气口排入大气。列车运行时，制动阀操纵手柄一般处于此位，直至副风缸充至制动管定压值。

制动阀操纵手柄放在制动位时，制动管中的压缩空气经制动阀Ex口排向大气。制动管的减压信号传至车辆的三通阀时，三通阀动作，副风缸内的压缩空气经三通阀充向制动缸。制动缸活塞推出，使制动执行机构动作，列车产生制动作用。

由此可见，自动空气制动机是依靠制动管中压缩空气的压力变化来传递制动信号，制动管增压时缓解，减压则制动，其中，三通阀是制动缸充气或排气的控制部件。

三通阀的工作原理如图6-15所示。

图6-15 三通阀的工作原理(www.xing528.com)

a）充气缓解位 b）制动位 c）保压位 1—三通阀活塞及活塞杆 2—节制阀 3—滑阀 4—副风缸 5—制动缸 6—三通阀 7—充气沟 B—间隙

三通阀由于它与制动管、副风缸和制动缸相通而得名。根据制动管压力的变化，三通阀有以下三个基本位置。

（1）充气缓解位 制动管压力增加时，在三通阀活塞两侧形成压差，三通阀活塞及活塞杆带动节制阀及滑阀一起移至右侧端位，这时充气沟露出。三通阀内形成以下两条通路：

1）制动管—充气沟—滑阀室—副风缸；

2）制动缸—滑阀座r孔—滑阀底面n槽—三通阀Ex口—大气。

第一条通路为充气通路。第二条通路为缓解通路，即所谓充气是指向副风缸充气，缓解是指制动缸缓解，副风缸内压力可一直充至与制动管的压力相等，即达到制动管定压，制动缸缓解后的最终压力为零。

（2）制动位 制动时，司机将制动阀操纵手柄放至制动位，制动管内的压力空气经制动阀排气减压。三通阀活塞左侧压力下降，右侧副风缸压力大于左侧。当两侧压差较小时，不足以推动活塞，副风缸的压力空气有通过充气沟逆流的现象。但由于制动管压力下降较快，活塞两侧的压差仍继续增加，压差达到足以克服活塞及节制阀的阻力时，活塞及活塞杆带动节制阀向左移一间隙距离，使活塞杆与滑阀之间的间隙B置于前部，活塞遮断充气沟，副风缸压力空气停止逆流，滑阀上的通孔上端开放，与副风缸相通。随着制动管压力的继续下降，活塞两侧压差加大到能够克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力时，活塞带动滑阀左移至极端位，滑阀切断制动缸通大气的通路，同时滑阀通孔下端与滑阀座制动缸孔r对准，形成副风缸向制动缸的充气通路。如果三通阀一直保持这一位置，最终将使副风缸压力与制动缸的压力平衡。

（3）保压位 在制动管减压到一定值后，司机将制动阀操纵手柄移至保压位，制动管停止减压。三通阀活塞左侧压力不再下降，但三通阀活塞仍处于左侧端的制动位，因此副风缸压力空气继续充向制动缸，活塞右侧的压力继续下降。当右侧副风缸压力稍低于左侧制动管的压力时，两侧压差达到能克服活塞和节制阀的阻力时，活塞将带着节制阀向右移一间隙距离，使滑阀与活塞杆之间的间隙位于后端，同时节制阀遮断副风缸向制动缸的充气通路，副风缸压力不再下降。由于此时活塞两侧压差较小，不足以克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力，所以活塞位于此位不再移动，制动缸保压。

当司机将制动阀操纵手柄在制动位和保压位来回扳动时，制动管压力反复减压—保压，三通阀则反复处于制动位—保压位，而制动缸压力则不断升压—保压—升压—保压，直至制动缸压力与副风缸压力平衡为止，即自动制动机具有阶段制动作用。但由于自动制动机三通阀结构的限制，其无法实现阶段缓解，而只能一次缓解（又称轻易缓解）。

3.直通自动式空气制动机

直通自动式空气制动机的结构图如图6-16所示。

图6-16 直通自动式空气制动机的结构图

Ⅰ—缓解位 Ⅱ—保压位 Ⅲ—制动位 1—空气压缩机 2—总风缸 3—总风缸管 4—制动阀 5—制动管 6—制动缸 7—基础制动装置 8—制动缸缓解弹簧 9—制动缸活塞 10—闸瓦 11—制动阀Ex口 12—车轮 13—定压风缸 14—副风缸 15—给气阀 16—三通阀排气口 17—排气阀口 18—进气阀口 19—进排气阀 20—制动缸压力活塞 21—主活塞 22—单向阀

直通自动式空气制动机与自动式空气制动机在制动机的组成上基本相同，只增加一个定压风缸13。但其三通阀的结构和原理与自动式空气制动机的三通阀有较大的区别。自动式空气制动机三通阀的主控机构是靠制动管与副风缸两者压力的差别与平衡来动作的，即为二压力机构阀。而直通自动式空气制动机三通阀的主控机构由大小两个活塞组成，它的动作是由制动缸压力活塞上侧的制动缸压力、主活塞上、下两侧的制动管压力和定压风缸的压力三者的差别与平衡来控制的，因此它属于三压力机构阀。具有以下四个作用工况：

（1）充气缓解位 司机将制动阀置于缓解位Ⅰ，总风缸的压缩空气经给气阀和制动阀充向制动管，再经制动管通向各车辆的三通阀主活塞上侧。活塞在制动管压力作用下下移，形成下列两条通路：

1）制动管压缩空气—主活塞上侧—充气沟—主活塞下侧—定压风缸；

2）制动缸的压缩空气—动缸压力活塞上侧—排气阀口—活塞杆中心孔—动缸压力活塞下侧—通阀排气口。

上述第二条通路在初充气时，由于制动缸内无压缩空气而没有排气现象。在这一位置时，定压风缸充气，制动缸缓解。而副风缸只要其压力低于制动管压力，在单向阀作用下制动管会自动向其补充压缩空气，并不受作用位置的限制。

（2）制动位 制动阀操纵手柄置于制动位Ⅲ，制动管以一定的速度减压，定压风缸的压缩空气来不及通过充气沟逆流，主活塞上下两侧形成压差，主活塞上移。首先排气阀口顶住进排气阀，关闭了制动缸与大气的通路。同时充气沟被主活塞遮断，主活塞两侧压差进一步加大，主活塞克服进排气阀弹簧压力而打开进排气阀进气口，形成副风缸通过进气阀口向制动缸充气的通路。同时制动缸压力也作用在制动缸压力活塞上侧。

（3）制动中立位 制动阀操纵手柄置于保压位Ⅱ，制动管停止减压。这时主活塞上侧压力停止下降，但三通阀仍处于制动位，副风缸继续向制动缸充气，制动缸压力活塞上侧压力也继续增加，当制动缸压力作用在制动缸压力活塞上侧产生的作用力，与进排气阀弹簧力，再加上主活塞上侧制动管压力产生的作用力，稍稍大于定压风缸压力在主活塞下侧产生的作用力时，进排气阀压向进气阀口，切断副风缸向制动缸的充气通路。这时排气阀口也没有开启，制动缸处于保压状态，三通阀处于制动中立位。若司机将制动阀操纵手柄在制动位、中立位来回扳动，三通阀将反复处于制动位与制动中立位，即得到阶段制动。

（4）缓解中立位 列车制动后充气缓解，当制动管压力尚未充至定压时，司机将制动阀操纵手柄置于中立位Ⅰ，制动管停止增压，这时由于主活塞上侧制动管压力仍小于定压风缸的压力（基本上仍保持制动管定压），因此当制动缸压力减至一定值时，作用在活塞上的制动管、制动缸和定压风缸三者压力使向上的压力略大于向下的压力，活塞上移，排气阀口关闭，但向上的力较小，不足以顶开进排气阀，制动缸保压，三通阀处于缓解中立位。

在制动管充至定压前，反复使制动管处于增压—保压状态，就能实现阶段缓解，当制动管最终充至定压，制动缸就彻底缓解完毕。

直通自动式空气制动机的特点如下：

1）能阶段制动和阶段缓解。同时，制动管要充到定压，制动缸才能完全缓解。

2）具有制动力不衰减性。即在制动中立位或缓解中立位时，当制动缸压力因漏泄等原因而下降时，三通阀能自动地给予补充压缩空气，使制动缸压力保持原值。