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。

6.2.1 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 （常见的有闸瓦制动装置与盘形制动装置）、防滑装置和制动控制单元组成，如图6－5所示。

图6－5 空气制动系统的组成

供气系统主要由空气压缩机、空气干燥器、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。

防滑装置是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黏着力，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。其组成部分主要有模拟转换阀、紧急阀、称重阀和均衡阀等。这些部件都安装在一块铝合金的气路板上，实现了集成化，避免了用管道连接而造成容易泄漏和占用空间大等问题。

6.2.2 空气制动系统的控制方式

空气制动机根据作用原理不同，又可分为直通空气制动机和自动空气制动机。

1.直通空气制动机

直通空气制动机的基本组成形式如图6－6所示，由制造压力空气的空气压缩机1、储存压力空气的总风缸2、操纵列车制动机作用的制动阀4、贯通全列车的制动管5和将空气压力转换为机械推力的制动缸8等组成。

图6－6 直通空气制动机原理图

1—空气压缩机；2—总风缸；3—总风缸管；4—制动阀；5—制动管；6—折角赛门；7—制动软管；8—制动缸；9—制动缸活塞；10—制动缸缓解弹簧；11—制动缸活塞杆；12—闸瓦

1）作用原理

制动阀手把有制动、保压和缓解三个作用位。

（1）制动位 制动阀手把置Ι位 （制动位）时，总风缸的压力空气经制动阀、制动管进入各车辆的制动缸，使制动缸活塞杆推出，闸瓦压紧车轮，列车产生制动作用。

（2）保压位 制动阀手把移至Ⅱ位 （保压位）时，总风缸、制动管和大气之间的通路均被遮断，制动缸和制动管保持压力不变。

（3）缓解位 制动阀手把移至Ⅲ位（缓解位）时，制动管及所有制动缸压力空气经制动阀排气口排出，制动缸活塞被缓解弹簧推回，闸瓦离开车轮踏面，列车制动状态得到缓解。

2）直通空气制动机的特点

构造简单，用制动阀可直接调节制动缸压力，具有阶段制动和阶段缓解作用性能，对于很短的列车，操作方便灵活，但不适用于较长列车。因为：

①机车上总风缸无法储存供应较长列车各车辆制动机制动时制动缸所需的压力空气。

②制动和缓解时各车辆制动缸的压力空气都要由机车上的总风缸供给和机车上的制动阀排气口排出，所以，制动时距离机车近的制动缸充气早、增压快，距离机车远的制动缸充气晚、增压慢；缓解时距离机车近的制动缸排气早、缓解快，距离机车远的制动缸排气晚缓解慢。造成列车前后部车辆的制动和缓解作用一致性差，列车纵向冲动大。特别在当列车发生车钩分离事故时，整个列车就失去制动控制。因此，直通空气制动机在铁路车辆上已经淘汰 （只在部分地方小铁路车辆上使用），被自动空气制动机所代替。

2.自动空气制动机

1）自动空气制动机的工作原理

如图6－7所示，自动空气制动机在直通空气制动机的基础上增加了三个部件：在总风缸2与制动阀4之间增加了给气阀15；在每节车辆的制动管5与制动缸6之间增加了三通阀13和副风缸14。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。

图6－7 列车空气制动系统工作原理图

1—空气压缩机；2—总风缸；3—总风缸管；4—给风阀：5—自动制动阀；6—远心集尘器；7—制动阀排气口；8—三通阀 （分配阀或控制阀）；9—三通阀 （分配阀或控制阀）排气口；10—制动缸；11—副风缸；12—截断塞门；13—双针压力表；14—制动管；15—折角塞门；16—制动软管；17—基础制动装置；18—闸瓦；19—手制动装置；20—车轮；21—钢轨

自动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，但内部通路与直通空气制动机的制动阀有所不同。在缓解位时它接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。如果此时制动缸中有压缩空气，则经三通阀排气口16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。

2）三通阀工作原理

三通阀与制动管、副风缸和制动缸相通。三通阀内有一个气密性良好的主活塞和带孔道的滑阀及节制阀。主活塞外侧通制动管，内侧通副风缸。当制动管内压缩空气的压力发生增、减变化时，主活塞两侧产生压力差 （制动管与副风缸的空气压力差），当克服移动阻力后，推动主活塞带动滑阀、节制阀移动，形成不同的作用位置，实现以下各种作用：

（1）充气、缓解作用 如图6－8所示，当操纵自动制动阀使总风缸的压力空气向制动管充气时，三通阀内主活塞外侧压力增高，主活塞被推动，连同滑阀、节制阀向内移动，开放了充气沟i，制动管的压力空气经充气气路进入副风缸储存起来 （其压力最后可达到与制动管规定压力相等），准备制动时使用。同时，滑阀移动后将制动缸和三通阀排气口连通，若制动缸内有压力空气，则经排气口排入大气。这就实现了制动机充气及缓解作用。

图6－8 充气缓解位作用原理

1—主活塞及主活塞杆；2—节制阀；3—滑阀；4—副风缸；5—制动缸；6—三通阀 （分配阀或控制阀）；i—充气沟；B—间隙；z—滑阀制动孔；r—滑阀座制动缸孔；n—滑阀缓解联络通槽；EX—排气口

（2）制动作用 如图6－9所示，当操纵自动制动阀使制动管内压力空气排入大气时，三通阀主活塞外侧压力下降，主活塞被副风缸空气压力推动，连同节制阀、滑阀向外移动。当移动到滑阀与滑阀座上的孔路时，将副风缸和制动缸连通，副风缸内压力空气经滑阀与滑阀座上的制动气路进入制动缸，实现制动机的制动作用。

（3）制动保压作用 如图6－10所示，制动后，当制动管停止向外排气时，三通阀仍处在制动位置，所以副风缸内压力空气通过滑阀与滑阀座上的孔路继续充入制动缸，副风缸（滑阀室）的压力继续下降；当降到稍低于制动管压力时，主活塞带动节制阀向内移动间隙B距离 （滑阀未动），节制阀将滑阀上的副风缸与制动缸通路遮断 （滑阀制动孔被节制阀盖住），停止了副风缸向制动缸充气，制动缸内压力不再上升，也不减少，即形成制动保压作用。

图6－9 制动位作用原理 （图注同图6－8）

图6－10 制动保压位作用原理 （图注同图6－8）