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1、1第二章 自动空气制动机综述列车制动主讲教师：曹兴潇2.0 自动空气制动机A、机构空压机、总风缸、总风缸管、给气阀给气阀、制动阀、列车管、三通阀三通阀（因与列车管、制动缸和副风缸相通而得名） 、副风缸副风缸、制动缸。B、特点（1）列车管减压制动，增压缓解，列车分离能）列车管减压制动，增压缓解，列车分离能制动停车。（放风制动，充风缓解）制动停车。（放风制动，充风缓解）（2）制动缸距风源和排气口较近，制动和缓解）制动缸距风源和排气口较近，制动和缓解一致性好。一致性好。（3）可实现阶段制动，但不能实现阶段缓解。）可实现阶段制动，但不能实现阶段缓解。C、工作原理 （1）缓解位：）缓解位：空气空气空压机
2、空压机总风缸总风缸总风管总风管 给气阀（限制列车管压力）给气阀（限制列车管压力） 制动阀（手制动阀（手把在缓解位）把在缓解位）列车管列车管 三通阀（缓解位）三通阀（缓解位） 副风缸充气副风缸充气制动缸中的压缩空气制动缸中的压缩空气三通阀（缓解位）三通阀（缓解位） 三通阀排气口三通阀排气口大气大气制动缸减压缓解。制动缸减压缓解。（2）制动位：）制动位：列车管内的压缩空气列车管内的压缩空气列车管列车管 制动阀（手把在制动位）制动阀（手把在制动位）大气大气列车管减列车管减压压 副风缸内的压缩空气副风缸内的压缩空气三通阀（制动位）三通阀（制动位） 制动缸制动缸制动缸增压制动。制动缸增压制动。（3）保压
3、位：）保压位：制动阀（手把在保压位）制动阀（手把在保压位） 列车管定压列车管定压三通阀（保压位）三通阀（保压位） 制动缸定压产制动缸定压产生持续制动效果。生持续制动效果。（4）阶段制动：）阶段制动：制动阀在保压位和制动位之间切换制动阀在保压位和制动位之间切换产生阶段制动效果。产生阶段制动效果。6l缓解稳定性: 列车管微量漏泄或压强波动，主活塞两侧压差不能克服其移动阻力，分配阀不发生“自然制动”的性能。要求减压速度临界值为0.5-1.0KPa/sl制动灵敏度: 列车管减压速度大时主活塞两侧压差能迅速扩大到能推动主活塞移动、产生制动。要求减压速度临界值为5-10KPa/s2.1 缓解稳定性和制动灵
4、敏度7 制动灵敏度: 列车管减压速度大时主活塞两侧压差能迅速扩大到能推动主活塞移动、产生制动2.1 缓解稳定性和制动灵敏度8 缓解稳定性: 列车管微量漏泄或压强波动，主活塞两侧压差不能克服其移动阻力，分配阀不发生“自然制动”的性能。 2.1缓解稳定性和制动灵敏度9l缓解稳定性: 列车管微量漏泄或压强波动，主活塞两侧压差不能克服其移动阻力，分配阀不发生“自然制动”的性能。要求减压速度临界值为0.5-1.0KPa/sl制动灵敏度: 列车管减压速度大时主活塞两侧压差能迅速扩大到能推动主活塞移动、产生制动。要求减压速度临界值为5-10KPa/s2.1缓解稳定性和制动灵敏度10l列车管减压是靠机车制动阀
5、排风来实现的。 为了区别常用制动和紧急制动，列车管排风速度不同，使列车管获得了两种不同的减压速度。l但机车的排风速度不等同于列车管的减压速度，随着车辆编组的加长，列车管总容积增大，相同的排风口和排风速度下，列车管的减压速度会越来越低。2.2 列车管局部减压与常用急制动112.2 列车管局部减压与常用急制动l若要保持一定的减压速度，就要相应的加大排风口和排风速度，当列车很长，机车排风口过大，排风速度太快，沿列车长度的衰减也很快，列车后部的压力空气向前涌时列车前部的空气压强将回升，发生自然“缓解”。l解决的办法是：在机车制动阀排风减压后，每辆车的三通阀动作，使列车管压力在该阀处也获得一个排气出口。
6、122.2 列车管局部减压与常用急制动局部减压受列车管控制的、安装于机车车辆上的、只能控制本车制动作用的阀，排列车管的风时，既为“局部减压”（简称“局减”）或“附加排气”。132.2 列车管局部减压与常用急制动l第二代三通阀：即快动三通阀。l 特点： 两个制动位常用制动位紧急制动位 发生局减作用142.2 列车管局部减压与常用急制动第三代三通阀：具有两种局减作用的三通阀. 常用制动常用急制动常用制动局减紧急制动紧急制动局减15l 以上是为改善制动时列车前后部一致性对分配阀进行的改进，归纳为：l 紧急制动位具有局减作用 既有紧急制动局减又有常用制动局减 （简称急制动） 常用制动、紧急制动分别控制
7、；常用位的列车管局部减压分成两阶段进行。 2.2 列车管局部减压与常用急制动16 改善缓解时列车前后部一致性对分配阀进行的改进，有两种方法： 1. 减速充气缓解 2. 加速缓解2.4 减速充气缓解与加速缓解17l减速充气缓解2.4 减速充气缓解与加速缓解主活塞18l加速缓解 局部增压：受列车管控制的，只控制本车作用的阀，在列车管充气缓解时也给列车管充气增压，简称“局增”。2.4 减速充气缓解与加速缓解19l常用制动安定性：列车管常用减压时不发生紧急制动作用的性能为常用制动安定性。l紧急制动灵敏度：列车管减压速度达到紧急制动要求时必须产生紧急制动。2.3 常用安定性和紧急灵敏度20l常用制动安定
8、性 减压速度临界值在31-36KPa/sl紧急制动灵敏度 减压速度临界值在50-80KPa/s2.3 常用安定性和紧急灵敏度210.51.0510 3136 5080 列车管减压速度kPa/s 临界值缓解稳定性： 保证低于此值不发生自然制动。紧急灵敏度： 保证达到此值必须启动紧急制动。常用安定性： 保证低于此值只能起常用制动。制动灵敏度： 保证达到此值必须启动制动。临界值临界值临界值2.3 常用安定性和紧急灵敏度二压力机构二压力机构 1.1.概念：概念： 三压力机构三压力机构 按参与主活塞按参与主活塞( (主控机构主控机构) ) 平衡的压力多少，分为平衡的压力多少，分为直接作用直接作用 间接作
9、用间接作用 按按( (列列) )压力和主活塞动作是否直压力和主活塞动作是否直 接控制接控制( (制制) )的制动和缓解，分为的制动和缓解，分为2.52.5、二压力、三压力机构和制动机性能的、二压力、三压力机构和制动机性能的“软软”和和“硬硬”23二压力机构：利用两种压力(列车管、副风缸或工作风缸)的差别或平衡而发生制动、缓解、保压作用。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”24二压力机构：充气缓解2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”25二压力机构：制动位2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”26二压力机构：保压位2.5二压力、三压力机构和制动机性能的
10、“软”和“硬”272.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”l列车管减压排风，是使三通阀主活塞发生动作的第一个条件但不是唯一条件，还需要有两个条件：1、足够快的减压速度。2、一定的动作时间。282.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”l二压力机构特点：l1、主活塞的动作与否决定于作用在它两侧的空气压力平衡与否。 一侧是列车管的空气压力，另一侧是副风缸的空气压力。主活塞直接控制着制动缸的制动和缓解l2、副风缸不仅参与主活塞的平衡，又在制动时向制动缸供风，供风量与制动缸容积无关。292.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”l3. 制动与否还决定于列车管减压速度。
11、当减压速度低于缓解稳定性的临界值时，副风缸来得及逆流，减压量即使很大也不起制动作用。l4. 具有轻易缓解性能。30l三压力机构（分配阀）是利用列车管、制动缸和工作风缸三者之间形成的压力差别或压力平衡而发生制动、缓解、保压作用。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”31l无风状态下，主活塞及活塞杆因自重落下，供排气阀和充气止回阀在自重和弹簧压力的作用下处于关闭状态，制动缸经活塞杆中心孔和径向孔通大气。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”32l初充气时，从列车管来的压力空气进到主活塞上方，并向上顶开充气止回阀，一路进工作风缸，一路进副风缸，使两者都充到定压，充气止回阀
12、在弹簧作用下关闭，制动机处于缓解状态。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”332.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”l制动时，列车管减压，工作风缸的空气压力推动主活塞上移，排气的小阀口关闭，活塞杆继续上移，打开副风缸通往制动缸的供气大阀口，制动机处于制动状态。此时，制动缸风压也向下作用于第二活塞。342.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”l阶段制动 当列车管停止减压，第二活塞受到的向下作用力与列车管风压向下作用于主活塞的力加在一起，等于工作风缸风压向上作用于主活塞的力时，供排气阀在其上方的弹簧作用下关闭供气的大阀口，使制动缸空气压力不再上升，制动机处
13、于保压状态。之后如让列车管追加减压，则制动机将重复上述动作，可实现阶段制动。35l缓解时，列车管增压，向下作用于主活塞的力增大，主活塞及活塞杆下移，活塞杆上端排气的小阀口开放，制动缸的压力空气经活塞杆中心孔和径向孔排大气，制动机处于缓解状态。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”36l阶段缓解 列车管增压，制动机处于缓解状态。此时，由于向下作用于第二活塞的力减小，当列车管停止减压，向下作用于第二活塞的力减小到可以抵消列车管增压的影响时，主活塞和活塞杆上移，重新回到保压位，关闭排气的小阀口，使制动缸停止排风减压，制动机处于缓解保压状态。列车追加增压制动机重复上述动作，实现阶段缓解。
14、2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”372.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”l制动缸空气压强随列车管空气压强的分段增加而成比例的分段降低，当列车管空气压强升至定压（与工作风缸空气压强相等时），制动缸彻底缓解。38382.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬” 特点特点(1)主活塞的动作与否决定于三种压力的平衡与否。主活塞的动作与否决定于三种压力的平衡与否。 一是一是(列列) ，二是，二是(工工)，三是，三是(制制)。 (2) (副副)只承担在制动时向只承担在制动时向(制制)供风的任务而不参与主活塞的平衡供风的任务而不参与主活塞的平衡(改由改由工作风缸来
15、承担工作风缸来承担)。(3)具有阶段缓解。具有阶段缓解。 如果能在缓解初期就让主活塞上下方连通，使如果能在缓解初期就让主活塞上下方连通，使(工工)的风逆流的风逆流到到(列列)，起局部增压作用，可变成一次轻易缓解。，起局部增压作用，可变成一次轻易缓解。(4) 具有彻底的制动力不衰减性。即，自动补风作用。具有彻底的制动力不衰减性。即，自动补风作用。(5) 制动与否只取决于列车管减压量而与减压速度无关，即制动与否只取决于列车管减压量而与减压速度无关，即“缓慢缓慢减压也制动减压也制动”。4. 4. 制动机性能的制动机性能的“软软”和和“硬硬” 硬性硬性: :(1) 缓慢减压也制动缓慢减压也制动; (2
16、) 不轻易缓解不轻易缓解, 有阶段缓解。当有阶段缓解。当(列列)达到定压，才完达到定压，才完全缓解。全缓解。(3) (列列)定压不能更改。定压不能更改。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬” 软性软性: :(1) 缓慢减压不制动，具有稳定性缓慢减压不制动，具有稳定性 (2) 一次缓解完毕一次缓解完毕(轻易缓解轻易缓解)。(3) 可适应不同的可适应不同的(列列)定压。定压。 半硬性制动机半硬性制动机: :有有“硬硬”特征，也有特征，也有“软软”特征。特征。2.5二压力、三压力机构和制动机性能的“软”和“硬”41直接控制式： 直接控制式分配阀制动缸的制动和缓解都是由列车管空气压力和主
17、活塞动作直接控制的。2.6 列车管空气压强对制动缸的间接控制直接控制式三压力阀原理图42间接控制式分配阀：将直接作用的一个三通阀改成间接作用的两个三通阀。2.6 列车管空气压强对制动缸的间接控制432.6 列车管空气压强对制动缸的间接控制l主阀部或均衡部：三通一通列车管，二通工作风缸，三通作用室。列车管压强和主活塞动作控制的是作用室和作用风缸的压力。442.6 列车管空气压强对制动缸的间接控制l作用部：另一部分三通，一通作用室，二通总风缸，三通制动缸。45间接控制式分配阀：列车管压力和主活塞动作控制的是容积室压力，制动缸的制动和缓解是由容积室压力和第二活塞的动作控制产生的。2.6 列车管空气压
18、强对制动缸的间接控制46l间接控制式：2.6 列车管空气压强对制动缸的间接控制47l间接控制式：l 特点： 1. 长大下坡道制动缸漏泄时副风缸可以自动给制动缸补风； 2. 闸瓦磨耗后，制动缸行程增大时，制动缸压强不会降低。 3. 一种间接控制式分配阀能适应多种尺寸的制动缸充、排气要求； 4. 能方便的实现空重车调整；2.6 列车管空气压强对制动缸的间接控制48我国对各类阀的习惯叫法l分配阀：自动空气制动机中用于控制压缩空气的分配，实现制动和缓解作用的部件。 我国通常叫法是： 二压力机构间接控制式分配阀、三压力机构或二、三压力混合机构的分配阀称为分配阀。l三通阀：结构简单的二压力机构直接控制式分
19、配阀称为三通阀。l控制阀：结构比较复杂的二压力机构直接控制式分配阀称为控制阀，如120型控制阀，它比三通阀多增设了一个加速缓解风缸。492.8 列车管减压量与制动缸压强的关系克拉贝隆理想气体状态方程 pV = GRT气体容积的变化热工学基础绝热变化等温变化502.8 列车管减压量与制动缸压强的关系列车制动计算中，按照等温变化进行考虑 波义耳马略特定律： p V = C p空气的绝对压强（kPa） V空气的容积（L） C常数绝对压强和表压强 绝对压强=表压强+100kPa 一标准大气压= 100kPa512.8 列车管减压量与制动缸压强的关系1.制动缸压强计算两个忽略: 1. 忽略副风缸的逆流
20、2. 忽略局减两个假定：1. pf= p0 2. pf = p0rpf副风缸额定的绝对压强（kPa）Pf 副风缸减压后的绝对压强（kPa）p0列车管额定的绝对压强（kPa）r列车管减压量（kPa）522.8 列车管减压量与制动缸压强的关系rVVpzfz=pfVf = pf Vf pzVzp0Vf = ( p0r) Vf pzVz p0Vf = p0Vf rVf + pzVz rVf = pzVz Vf 副风缸容积(L) r列车管减压量（kPa）pz制动缸的绝对压强（kPa）Vz制动后的制动缸容积 (L) 532.8 列车管减压量与制动缸压强的关系rVVpzfz= 绝对压强=表压强+100kPa
21、pz制动缸空气压强，既表压强（kPa）100rVVpzfz=（kPa） ( 23 ) Vf ：Vz = 3.25：1 pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )542.8 列车管减压量与制动缸压强的关系pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )二、列车管最小有效减压量 rmin（kPa） 能使制动缸的空气压强刚好使闸瓦压紧车轮的列车管减压量即为列车管最小有效减压量 rmin55 制动缸缓解弹簧一般按制动缸活塞的“背压”为35 kPa 设计。 则 pz = 3.25 r 100 = 35 （kPa） r = 135 / 3.25 = 42 （kPa） 单车试验时的列车
22、管最小有效减压量 rmin规定为40 kPa，列车试验时和列车运行中规定为50 kPa，编组60辆以上的为70 kPa。pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )2.8 列车管减压量与制动缸压强的关系56 随着列车管减压量的增大，制动缸的压强也可不断增大，但是，当副风缸制动缸充气冲到两者压强相等，这时列车管减压量称为最大的有效减压量rmax，制动缸压强是常用制动时的最大压强。在此之后，列车管如再继续减压，制动缸压强也不会再增加。在最大有效减压量以上做增的减压量是无效减压量。pz = 3.25 r 100 （kPa） ( 24 )2.8 列车管减压量与制动缸压强的关系57 pfVf
23、 = Pf Vf pzVz p0Vf = pz Vf pzVz p0Vf = pz （Vf Vz） (25) 制动缸最大绝对压强 (26)+=0zffzpVVVp2.8 列车管减压量与制动缸压强的关系58三、列车管最大有效减压量 rmax（kPa） 刚好能使制动缸获得最大压力的制动管减压量为列车管最大有效减压量 rmax 。 既 pf = pz 2.8 列车管减压量与制动缸压强的关系59100 100)p(VVVp0zffz+=100100125. 325. 30ppz制动缸最大相对压强(表压强)带入容积比 Vf ：Vz = 3.25：1(27)(28)(26)+=0zffzpVVVp2.8
24、列车管减压量与制动缸压强的关系602.8 列车管减压量与制动缸压强的关系z3.25p(500 100) 100360 3.25 1（kPa）(28)当列车管定压为500 kPa时：最大有效减压量： rmax = 500360 = 140 （kPa）100100p125. 325. 3p0z例：某制动机容积比为3.25，列车管定压为500k pa，当列车管减压量为170 kpa，制动缸的压强_61100100125. 325. 30ppz1003.25rzp622.9 空气波和空气波速空气波：空气压强变化沿列车管由前向后逐层传播的现象称为空气波。 列车管减压制动时空气波是一种减压波；列车管增压缓
25、解时空气波是一种增压波。空气波速：空气波单位时间传播的距离。63t压降通过长度b所需的时间P1过渡段前方空气压强1过渡段前方空气密度P0过渡段后方空气压强0过渡段后方空气密度A列车管断面积q气体流动速度WKB空气波速 2.9 空气波和空气波速64bwbAqAKB101)142(101tbAbAqA t = b/ WKB（2-15）KBwq101根据气体连续流动原理，单位时间内从这个过渡段流出的质量等于其减少的质量。2.9 空气波和空气波速65App)(10bwqwbqtqKBKB0 根据牛顿定律，作用于过渡段的合力应等于被加速的质量乘其加速度。气体加速度：过渡段的合力：被加速的质量：bAm t
26、 = b/ WKB2.9 空气波和空气波速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 空气波和空气波速67p wlim02KB=2KBdpw (2-17)d当0时 pppwKB101022.9 空气波和空气波速68)182(1pnCnCnddpnnp气体的绝对压强（Pa）C常数n绝对曲线指数对于空气而言 n=1.4根据气体的绝热定律 p=Cn将上式求导数可得 npC2.9 空气波和
27、空气波速69)182(1pnCnCnddpnnp气体的绝对压强（Pa）C常数n绝对曲线指数对于空气而言 n=1.4根据气体的绝热定律 p=Cn将上式求导数可得 2.9 空气波和空气波速70令 代表空气比重（N / m3）则可得密度 =/ g (kg / m3) 将其代入（218）可得)182( pnddp)192( gpnddp2.9 空气波和空气波速712KBdpw (2-17)ddpn g p (2-19)d 2KBn g pw (2-20) 将式（219）代入式（217）可得04p (2-21)10g 令0代表标准大气压时的空气比重（N / m3）可得 2.9 空气波和空气波速722KB
28、n g pw (2-20) 04p (2-21)10g 024042KBgn10pg10pgn w=将式（221）代入式（220）可得42KB00101.4 9.81w 1160 (2-22)2.9 空气波和空气波速73KB01w 1160 (m/s) (2-22)当空气温度为0时，0 = 12.25（N / m3）代入（222） WKB 331 （m / s）2.9 空气波和空气波速74用实验的方法测得 KBKBKBLw (m/s) (2-23)tLKB空气波传播距离（m），既从机车制动阀口至列车管尾端的列车管长；tKB空气波传播时间（s），从机车制动阀开始排气至列车管尾端开始排气为止。 2
29、.9 空气波和空气波速75在制动时，影响空气波速的主要因素：1. 制动支管的容积；2. 副风缸或工作风缸等沿充气通路的“逆流”；3. 三通阀或分配阀的主活塞被推向列车管一侧时；4. 三通阀或分配阀的局部减压。2.9 空气波和空气波速762.10 制动波和制动波速制动波：列车制动时，制动作用沿列车长度由前向后的传递现象称为制动波。制动波速：制动波在单位时间内传递的距离叫制动波速。ZBZBZBZBKBDLLW (2-24)tttwZB 制动波速 (m/s)LZB 制动波传播距离 (m)tZB 制动传播时间 (s)tD 三通阀动作时间 (s)77 LZB=LKB tZB=tKB+tD WZBWKBD
30、KBZBZBZBZBttLtLW+=KBKBKBtL w=说明：制动波要受三通阀、控制阀、分配阀的动作时间的影响。2.9 空气波和空气波速78l三通阀、分配阀的动作条件是：（LH）tDFZ = WD （225）l可导出 L主活塞列车管一侧的减压速度；H主活塞滑阀室一侧的减压速度；FZ主活塞作用面积；WD阀的动作阻抗。)(ZHLDDFW=t（226）2.9 空气波和空气波速试验得出影响列车管减压速度L的因素有：1. 与机车制动阀排气口的距离离得越远，即越往列车后部，L越小。2. 列车管总容量主管越长、支管越长、主活塞列车管一侧的余隙容积越大，则L越小，而且越往列车后部越明显。3. 列车管和连接塞
31、门的气体流动阻抗阻抗越小，L越大。4. 列车管的附加排气（局部减压）可显著提高该排气口附近的列车管减压速度。5. 列车管排气口的面积和压差排气口的面积和排气时的初压强增大，或者从“排往一个有一定容积的容器（如制动缸）”改为“排往大气”，均可显著提高该排气口附近的列车管减压速度。2.9 空气波和空气波速第二章测试题填空题：1. 直通空气制动机列车管增压 、减压 。2. 自动空气制动机列车管增压 、减压 。3. 三压力机构分配阀副风缸只负责向制动缸 ，不参与 平衡。4. 三压力机构分配阀可以自动补风，所以制动力 ，间接控制式分配阀也可以自动补风，所以也具有 。5. 局减能提高列车管的 速度，加快分配阀 。80第二章思考题1. 直通空气制动机有何缺点？2. 阶段制动、阶段缓解在列车制动中有何意义？3. 二压力机构分配阀为什么不能实现阶段缓解？4. 思考二压力机构空气制动机与三压力机构空气制动机混编时会出现什么问题？ 5. 三压力机构阀、间接作用式阀都具有自动补风作用，但两者的动作原理有何不同？6. 讨论列车管的局部减压具有什么意义？ 7. 加速缓解和减速缓解的不同点是什么？8. 闸瓦压力的空重车调整有什么意义？81