城轨车辆空气制动系统

空气制动，又称为机械制动或摩擦制动。城市轨道交通车辆常用的空气制动方式有闸瓦制动和盘形制动。空气制动主要以压缩空气为动力，压缩空气由车辆的供气系统供给。

一 空气制动系统的组成

城市轨道交通车辆的空气制动系统由供气系统、基础制动装置（常见的有闸瓦制动系统与盘形制动装置）、防滑装置和制动控制单元组成。

供气系统主要由空气压缩机、空气干燥剂、压力控制装置和管路组成，供气系统除了给车辆制动系统供气外，还向车辆的空气悬架设备，车门控制装置（气动门），气动喇叭，刮水器及车钩操作气动控制设备等需要压缩空气的设备供气。

防滑装置适用于车轮与钢轨黏着不良时，对制动力进行控制的装置。它的作用是：防止车轮即将抱死；避免滑动并最佳地利用粘着力，以获取最短的制动距离。

制动控制单元是空气制动的核心部件，它接受微机制动控制单元（EBCU) 的指令，然后再指示制动执行部件动作。其组成部分有：模拟转换阀、紧急阀、称重阀和均匀阀等。这些部件都安装在一块铝合金的气路板上，实现了集成化。这样避免用管道连接而造成容易泄露和占用空间大等问题。

二、空气制动系统的控制方式

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机构如图所示

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、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 驾驶员要实施制动时，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。制动管是一根贯穿整个列车，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，由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间长短而定。

（2）缓解位 要缓解时，驾驶员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，压力降至为零。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。当驾驶员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降下，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）制动能力大小靠驾驶员操纵手柄在制动位放置时间的长短决定的，因而控制不太精确。

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。因此前后车辆制动一致性不好。

自动式空气制动机

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值。

自动式空气制动机的制动阀同样也有缓解位、保压位和制动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；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；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，则经三通阀的排气口排入大气。列车运行时，制动阀操纵手柄一般处于缓解位，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，制动管内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所示

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段位，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→滑阀室R 孔→滑阀底面N 槽→三通阀Ex 口→大气。

第一条为充气通路，第二条为缓解通路，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，驾驶员把制动阀手柄放在制动位，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。但由于制动管内压力下降较快，活塞两侧压差继续增大，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，活塞折断充气沟，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。随着制动管压力刀锋继续下降，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，驾驶员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极端的制动位，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。

当驾驶员将制动阀操纵手柄在制动位和保压位间来回扳动时，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，再升压、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动作。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。

3. 直通自动式空气制动机

结构如下

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，只增加了一个定压风缸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，因此它是属于三压力机构阀。其具有以下四个作用工况：

（1）充气缓解位 驾驶员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→制动缸压力活塞的上侧→排气阀口→活塞杆中心口→制动缸压力活塞下侧→三通阀排气口。

(2) 制动位 制动阀操作手柄置于制动位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至制动缸充气的通路。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包压位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，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。这时排气口也没开启，制动缸处于包压状态，三通阀处于制动中立位。若驾驶员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，驾驶员将制动阀操纵手柄置于中立位，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性能。即在制动中立位或缓解中立位时，当制动缸压力因泄漏等原因而下降时，三通阀能自动地给与补充压缩空气，使制动缸压力保持原值。