CRH2型动车组制动控制系统设计—毕业论文

自1964年日本开行第一列高速列车以来，世界上各主要发达国家都在积极研制不同类型的高速列车。50多年的实践证明，高速列车以其速度高、运量大、安全性好、对环境污染小等优点得到了迅速的发展。

我国自1997年进行铁路运输第一次大提速开始，在全路范围内进行了六次大提速，而第六次大提速时高速动车组的开行，取得了良好的经济效益和社会效益，为我国铁路旅客运输注入了新的活力。

随着列车运行速度的提高，对机车车辆或列车本身的性能提出了更高的要求。本论文要求学生在充分了解我国高速列车运行现状的基础上，从安全化、舒适化、人性化的角度出发，结合我国某一类型的动车组，了解该型动车组的技术参数，熟悉该型动车组制动系统的组成，分析该型动车组制动系统的工作原理。

通过对此课题的学习和设计，使学生能够熟悉高速列车的构造和工作特性，培养学生利用所学基本理论和自身具备的技能来分析问题的能力，提高学生运用所学专业知识并结合具体情况解决实际问题的能力。同时从我国的生产实际出发，激发学生利用自身具备的知识和技能认真工作、报效祖国的爱国热情，提升学生的职业责任感和荣誉感，增强学生分析和解决问题的自信心。

1.设计内容与要求

1）了解某一类型动车组的组成和内部结构。

2）熟悉该类型动车组的技术参数。

3）了解该型动车组制动系统的组成。

4）分析动车组再生制动电路和工作原理。

5）分析该型动车组空气制动系统各部件的功能。

6）分析该型动车组制动系统的操作方法和工作原理

一．设计参考书

1.CRH1型动车组张曙光主编中国铁道出版社

2.CRH2型动车组张曙光主编中国铁道出版社

3.CRH3型动车组张曙光主编中国铁道出版社

4.CRH5型动车组张曙光主编中国铁道出版社

5.动车组制动技术王月明主编中国铁道出版社

6.动车组制动系统李益民主编中国铁道出版社

7.https://www.360docs.net/doc/7e8262982.html,

8. https://www.360docs.net/doc/7e8262982.html,

9.https://www.360docs.net/doc/7e8262982.html,

二．设计说明书内容

1.封面

2.目录

3.内容摘要（200—400字左右，中英文）

4.引言

5.正文（设计课题，内容与要求，设计方案，原理分析，设计过

程及特点）

6.设计图纸

7.结束语

8.附录（图表，材料清单，参考资料）

三．设计进程安排

第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。

第2周：熟悉某一类型动车组结构和技术参数。

第3-6周：熟悉该型动车组制动系统的组成、各部件的功能、结构；分析该型动车组制动系统的操作方法和工作原理。

第7周：检查，完成说明书，打印，装订。

第8周：毕业答辩准备及答辩。

四．毕业设计答辩及论文要求

1．毕业设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文.

专题报告等必要资料交给指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题任务，目地和意义，所采用的原始资料或参考文献，设计的基本内容和主要方法，成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论，知识，设计与计算方法实验方法，测试方法，鉴别学生独立工作能力，创新能力。

2.毕业设计论文要求

文字要求：说明书要求打印（图纸除外），不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线

条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程文字书写。

曲线图表要求：所有曲线，图表，线路图，程序框图，示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

摘要

CRH2型动车组，全称为和谐号CRH2型电动车组（简称CRH2）。是中华人民共和国铁道部为中国铁路第六次大提速，向日本的川崎重工业和中国南车集团的四方机车车辆股份有限公司订购的高速电动车组。CRH2型动车组技术引进自日本川崎重工业的新干线列车车型，以日本川崎重工业的E2系1000型为基础，动力配置从E2-1000的6M2T变为4M4T。中国南车四方机车车辆股份有限公司（联合日本川崎重工）引进技术负责国内生产，并以引进国外技术并吸收的方式逐步国产化。

制动是列车安全运行的保障,制动技术是列车技术的重要组成部分。动车组的制动方式，按产生制动力的方法，可以分为摩擦制动、动力制动和电磁制动，按制动力的操纵方式，可以分为空气制动、电空制动和电制动。CRH2型动车组采用了空气制动和再生制动联合制动的方式 以其良好的制动性能从而保证了列车的安全运行。

关键词：动车组制动技术制动力空气制动制动性能

ABSTRACT

CRH2EMU,called the Harmony CRH2EMUs(CRH2).The Ministry of Railways of the People's Republic of China for the China Railway Sixth Speed to Japan's Kawasaki Heavy Industries and China's CSR Sifang Locomotive Co., Ltd.,ordered high-speed EMUs.CRH2EMU technology since the introduction of Kawasaki Heavy Industries,Japan's Shinkansen train models based on Japanese Kawasaki Heavy Industries Series E2-1000 type driving force is configured from E2-10006M2T becomes4M4T.CSR Sifang Locomotive Co., Ltd.(combined with Japan's Kawasaki Heavy Industries)the introduction of technology is responsible for domestic production,and the introduction of foreign technology and absorb gradual localization.

The brake is the protection of the safe operation of trains, brake technology is an important part of the train technology. EMU brake,according to a method for generating a braking force can be divided into friction braking,dynamic braking and electromagnetic brake,air brake,electro-pneumatic brake and electrical system can be divided into the mode of operation of the braking force action.CRH2EMU with air braking and regenerative braking braking jointly its good braking

performance in order to ensure the safe operation of trains.

Keywords： EMU Braking Technology Braking force Air Brake Braking performance

目录

引言 (5)

第1章制动理论基础知识 (6)

1.1制动系统有关名词 (6)

1.2制动的方式 (7)

1.3制动装置的重要作用 (8)

1.4空气波和制动波 (8)

1.5动车组制动系统的特点 (11)

第2章 CRH2动车组简介 (12)

2.1 CRH2型动车组总体技术 (12)

2.2.CRH2 编组 (12)

2.3 动车组主要技术特点 (13)

2.4动车组总体参数 (14)

第3章 CRH2动车组制动系统的组成 (16)

3.1供风系统 (16)

3.2 电制动 (22)

3.3制动控制系统 (23)

3.4 基础制动装置 (25)

3.5 空气制动 (26)

第4章 CRH2动车组制动系统的原理 (30)

4.1 滑行的产生与消除 (30)

4.2空气制动与再生制动的协调控制 (32)

4.3 CRH2动车组空气制动电气控制原理 (34)

4.4 电制动的工作原理 (40)

结束语 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

引言

我国铁路是国家重要的基础设施，国民经济的大动脉，交通运输体系的骨干。对沟通城乡文化和物资交流，促进工农业的发展起着愈来愈重要的作用。作为现代交通工具的铁路运输，安全正点，平稳运行，是鉄路运输事业的高质量的集中体现，是“人民铁路为人民的体现”，优质服务的体现。

随着社会主义市场经济的发展和人民生活水平的提高，铁路的客货运量，尤其是客运量将长期、持续、大幅度增长，运输质量将愈来愈高，我国铁路面临着既要扩大运输能力，又要提高运输质量的双重压力。在相当长的时间内，这些线路既要运行高速度的旅客列车，又要运行大重量的货物列车，客货运输互争能力的矛盾将更加激烈。

2004年初，我国出台了《中长期铁路网规划》，在《规划》中制定了到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客、货分线，复线率和电化率可达50%，运输能力满足国民经济和社会需要，主要技术设备达到或接近国际先进水平的发展目标。到2020年将建成1.2万公里的客运专线，客车速度目标值达到时速200公里以上，并建成2000公里的城际铁路。

我国铁路的发展历程崎岖坎坷。进入21世纪，我国铁路建设取得了举世瞩目的大发展。青藏铁路的建设是人类铁路建设史上前所未有的壮举，奥运前建成时速达350公里的京津城际铁路打破我国客运几十年来长期处于低速运行的落后局面。

发展高速化和重载化铁路是实现我国铁路运输现代化的重要内容，尤其是电力机车牵引的列车，运行速度和牵引重量日益提高，确保行车安全具有特别重要意义，一旦发生行车事故，将会造成巨大经济损失。

但是，如果没有性能良好的制动系统，要提高列车运行速度和牵引重量是不可能的,因此铁路线上还广为流传着这样一句话：不怕拉不动，就怕停不下。本设计书针对CRH2型动车组制动机的原理进行具体分析。

第1章制动理论基础知识

1.1制动系统有关名词

1.制动与缓解

所谓制动是指人为地施加于运动物体，使其减速（含防止其加速）或停止运动或施加于静止物体，保持其静止状态。这种作用被称为制动作用。对于铁道机车车辆而言，制动是指能够人为地产生列车减速力并控制这个力的大小，从而控制列车减速或阻止它加速运行的过程。

对已经实施制动的物体，解除或者减弱其制动作用，均可以称为“缓解”。“制动”与“制动装置”均称为“闸”，施行制动既可称为“上闸”，亦称为“下闸”，使制动得到缓解称为“松闸”。

2.制动力

制动力是指制动过程中所形成的可以人为控制的列车减速力。而制动系统是指能够产生可控的列车减速力，以实现和控制能量转换的装置或系统。

3.压力与压强

压力是指物体间的相互作用力，其单位为牛顿（ N ）；而压强则是指单位面积上所受力的大小，其单位为帕（ Pa ）。

铁路现场习惯将“压强”称为“压力”，例如：制动管“压力”为 500 kPa ，实际上指制动管“压强”为 500 kPa ，压缩空气又称为压力空气。

4.绝对压力及表压力

绝对压力是指压缩空气的实际压力。若气体未压缩而呈自由状态，其绝对压力即为大气压力，若处于绝对真空状态，则其绝对压力为零。

表压力是指压力表指示的压力值，所以绝对压力与表压力的差值为大气压力值。

绝对压力等于表压力与大气压力之和。

1.2制动的方式

1.闸瓦制动

闸瓦制动，又称为踏面制动，是自有铁路以来使用最广泛的一种制动方式。它用铸铁或其他材料制成的闸瓦紧压滚动着的车辆踏面，通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦将列车的动能转化为热能，消散于空气中，并产生制动力。这种制动方式产生的制动力的大小可以通过闸瓦与车轮间的压力进行调节

2.盘形制动

盘形制动是在车轴或者车轮辐板侧面安装制动盘，一般为铸铁圆盘，制动夹钳用合成材料制成，两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转变成热能，消散于空气中。这种制动方式的摩擦系数比较稳定；制动平稳，无噪声；减小了车轮踏面的磨损，是高速旅客列车大量采用的制动方式。其结构比踏面制动复杂，增加车辆的簧下重量和运行阻力。

以上二种制动方式也叫轮轨黏着制动方式。它的制动力除了受闸瓦与车轮（制动盘）这一摩擦副的限制外，还受车轮与钢轨间的黏着限制。

3.磁轨制动

磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动），它是在转向架的两个侧架下面，在同侧的两个车轮之间，各安置一个制动用的电磁铁（或称电磁靴），制动时将它放下并利用电磁力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，并把列车动能转变为热能，消散在空气中。见图3，,这种制动方法与闸瓦制动、盘型制动相比，制动力的大小不受轮轨间的黏着力的限制，作为高速列车的辅助制动装置，以缩短制动距离。由于受电磁磨耗板的摩擦，钢轨磨耗大。

4.轨道涡流制动

轨道涡流制动又称线性电磁涡流制动或涡流式轨道电磁制动。它与上述的磁轨制动很相似，也是把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。不同的是，轨道涡流制动的电磁铁在制动时只是放下到离轨面几毫米处，而不与钢轨接触。它是利用电磁铁和钢轨的相

对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力，并把列车的动能变为热能消散于空气中。这种制动方式不通过轮轨黏着，没有磨耗问题。但电磁铁发热厉害，所以它也是作为高速列车的一种辅助制动方式。

5.旋转涡流制动

旋转涡流制动是在牵引电动机轴上装有金属盘，制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面感应出涡流，产生电磁吸力，并消散于空气中，从而产生制动作用。

6.电阻制动

电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传动内燃机车。它是在制动时将原来驱动轮对的自励牵引电动机改变为他励发电机，由轮对带动发电，并将电流通往专门设置的电阻器，采用强迫通风，使电阻器产生的热量消散于空气中，从而产生制动作用。

7.再生制动

再生制动与电阻制动相似，再生制动也是将牵引发动机变为发电机；不同的，它将电能反馈回电网，使本来由电能变成的列车动能再生为电能，而不是变成热能消散掉。

1.3制动装置的重要作用

一方面使列车在任何情况下减速、停车、区间限速或下坡道防止加速，确保行车安全；

另一方面是提高列车的运行速度，提高牵引重量，即提高铁路运输能力的重要前提条件。

1.4空气波和制动波

1.空气波和空气波速

（1）空气波

空气的压力波动沿制动管长度方向由前向后传播所形成的波，称为空气波。它的传播如同投石于湖中引起的水面波纹不断向外扩散一样，也是一种机械波

（2）空气波速

以物理量－空气波速来衡量空气波传播的快慢，所谓空气波速是指空气波的传播速度。用下列公式计算：

式中－空气波速（m / s ）；

－空气波传播的距离（m ）；

－空气波传播的时间（s）。

一般地，空气波速为 330m / s 左右。

2.制动波和制动波速

（1）制动

制动作用沿列车长度方向由前向后逐次发生，这种制动作用沿列车长度方向由前向后逐次传播现象，称为“制动波”。

由于各制动机的结构、性能和状态的差异，制动作用有时不完全由前向后逐次发生，而存在某种“跳越”现象。即，列车中某辆车或某几辆车的制动作用可能比其后的车辆发生得还要晚。这说明，制动波并不是一种波，只是习惯上那么叫罢了。

（2）制动波速

衡量制动波传播速度的物理量，称为制动波速。一般以“ m / s ”为计量单位。制动波速通过试验由下式求得：

式中－制动波速（m / s） ;

－制动波传播距离（一般按制动管长度计算）（m ） ;

－制动波传播时间（从开始减压至最后一台制动机开始动

作时为止）（s）；

－空气波传播时间（s）；

－制动机动作时间（s）。

由于制动波的传播速度受到空气波传播快慢、三通阀（分配阀）动作灵敏性及制动机性能好坏等因素的限制，所以，制动波速总比空气波速要小。

制动波速是综合评定制动机性能的重要指标。制动波速越高，表明列车前、后部制动作用的同时性越好，有利于减轻制动时的纵向动力作用和缩短制动距离；同时制动波速越高，则制动作用的传播长度可更大些，即能适应长大列车的要求。

3.缓解波和缓解波速

与制动波和制动波速类似，当司机操纵制动机进行缓解时，缓解作用沿制动管长度方向由前向后逐次传播的现象，称为缓解波。其传播的速度称为缓解波速。

缓解波速也受到空气波传播快慢、三通阀（分配阀）动作灵敏性及制动机性能好坏等因素的影响。目前，国产120型控制阀的缓解波速已达150m/s。

4.制动机的稳定性、安定性与灵敏度

（1）稳定性

制动机的稳定性是指当制动管减压速率低于某一数值范围时，制动机将不发生制动作用的性能。也就是说，要使制动机可靠地产生制动作用，除了要有一定的制动管减压量外、还需要一定的减压速率，两者缺一不可。其数值范围因各型制动机而不同。我国规定：制动管减压速率或漏泄小于 20 kPa/min。

（2）安定性

制动机的安定性是指常用制动时不发生紧急制动作用的性能。当制动管减压速率在 10－40 kPa / s 范围时，紧急阀不应动作。

（3）灵敏度

灵敏度是指当制动管减压速率达到一定数值范围时，制动机必须产生制动作用的性能。常用制动灵敏度为10一40 kPa / s ；紧急制动灵敏度为70 kPa / s 。

1.5动车组制动系统的特点

1.制动能力强、响应速度快

(1).采用电、空联合制动模式，电制动优先，而且普遍装有防滑器;

(2).操纵控制采用电控、直通或微机控制电气指令式等灵敏而迅速的系统。

2.制动力分配的准确和一致性高

(1).采用微机控制，精确提供制动力；

(2).合理分配电制动力和空气制动力；

(3).制动指令传递同步性高。

3.故障导向安全

(1)三级制动控制方式：网络控制、电空制动控制和空气制动控制；

(2)制动能力的冗余：各种制动方式合理分担制动能量，一旦其中某种制动方式

(3)发生故障，其他制动方式应能提供补充。

4.制动冲动小

采用微机控制实现制动过程的优化，在提高平均减速度的同时限制制动减速度的变化率，减少动车组的纵向冲动，提高乘坐舒适性。

第2章 CRH2动车组简介

2.1 CRH2型动车组总体技术

CRH2型动车组为动力分散、交流传动电动车组。动车组具有“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术特点。

先进：动车组采用铝合金空心型材车体，采用了先进的IGBT功率元件以及VVVF控制牵引方式。

成熟：动车组的原型车为日本新干线动车组，其主要系统和部件均有长时间的运营业绩。

经济：动车组采用了流线型设计，各车辆的最大轴重仅14t，牵引和制动能耗低。另外，列车采用再生制动方式，在节能、环保以及减少机械损耗等方面具有独特的优越性。

适用：动车组具有速度提升能力，通过调整动车、拖车的比例，动车组能够灵活适应200km/h～300km/h各速度等级的运行。另外，动车组还可以通过两列自动联挂来满足大运量的需求。

可靠：动车组采用了先进的防滑、防空转控制系统和自动列车保护系统，为列车在各种运行环境下的准时性提供了可靠的保障。

2.2.CRH2 编组

CRH2型动车组运营速度为200km/h，可在中国铁路既有线路（指定区间）和客运专线上运行。动车组采用8辆编组，4动4拖，由两个动力单元组成，每个动力单元由2个动车和2个拖车（T-M-M-T）组成。CRH2型动车组编组见图2-1，动车组编组代号意义参见表2-1。动车组前后两端都设有驾驶室，列车通常运行时在前端的驾驭室内进行操作。受电弓设在4号和6号车上，动车组运行时采用单弓受流，另一受电弓处于折叠状态。两列动车组可联挂运行，联挂时受电弓采取双弓受流。

图2-1 CRH2型动车组编组示意图

2.3 动车组主要技术特点

1.流线形头部结构

为了降低空气阻力，节省能源，动车组头型设计应用了大量的空气动力学技术，不仅要考虑车体流线型，还要考虑头车的阻力，会车压力波和隧道微压力波的形成，尾车的涡流的形成和脱流等因素。CRH2型动车组头型与原型车E2-1000动车组一样，纵向采用双曲拱面，横向采用五曲拱面，具有良好的气动特性，完全满足高速行驶要求。

CRH2型动车组的头形采用了复杂的多拱曲面造型，远比一般高速列车的头形复杂，因此，这对具体结构设计和生产而言增加了难度。动车组头部结构以骨架外壳结构为基础，按车头断面形状变化将纵骨架（大部分厚6mm，局部9 mm铝板）形成环状，骨架的间距以300 mm 基准，用横向骨架叉结组焊，大部分骨架外焊接铝制外板（厚2.5mm 铝板）。对需要更高强度的部位，采取增加板厚、缩小骨架间距、增加加强材等措施。需要高强度的部位如车头部车体结构的前端部位及设备室气密隔断的安装部位，外板中剪断载荷大的枕梁及千斤顶支架的上部，侧窗部、门部加强采用6mm外板，头部的整体刚度较高。

司机室采用全视野前窗，前窗距轨面高2635mm，窗垂向高约为737.6mm。

2.轻量化牵引系统

CRH2型动车组采用VVVF控制牵引方式，牵引变流器采用IGBT元件，工作频率为1500Hz，牵引电机采用三相鼠笼异步电机，功率为300kW。动车组牵引系统各部件体积小、重量更轻、集成化程度高，使得动车组牵引变压器和牵引变流器可以整合到同一辆车上，即两个动力车可组成一个基本动力单元。这样，动车组可以灵活调节动车、拖车的比例，以满足运营需要。

3.气密侧拉门

CRH2型动车组乘客上下车门采用侧拉门结构。侧拉门设5km/h自动关门、30km/h自动压紧功能。动车组速度达到30km/h以上时压紧装置启动，将门和车体紧密贴近，保持气密性。压紧装置将空气压力用变成高压的油压、通过小型油压缸将安装在门板上的气密橡胶顶在车体上，实现密封。利用油的不可压缩性，通过设置在油压放出口上的导向止回阀．可以保持压紧装置的压紧力，以保持门的气密性能。

2.4动车组总体参数

1.速度

运营速度： 200 km/h

最高试验速度： 250 km/h

2.最小通过曲线半径

联挂运行时： R180 m

单车调车时： R130 m

S曲线时： R180ｍ曲线＋最小10ｍ直线＋R180ｍ曲线

3.车体主要尺寸

车体最大长度

头车： 25,700 mm

中间车： 25,000 mm

车体最大宽度： 3,380 mm

车体最大高度： 3,700 mm

车门处地板面高度： 1,300 mm

车厢天花板高度： 2,277 mm

轨距： 1,435 mm

转向架中心距： 17,500 mm 固定轴距： 2,500 mm

车轮径： 860 mm 车钩高度： 1,000 mm 动车组两端过渡车钩中心高： 880mm+10 -5

第3章 CRH2动车组制动系统的组成

3.1供风系统

是向整个列车提供压缩空气的气源；

主要由空气压缩机组、空气干燥器、风缸及其他空气管路部件组成。

图3-1（CRH2）动车组向空气制动系统供风

1.主空气压缩机组

（1）.是整个供气系统的核心部件；

（2）.驱动电机一般采用直流电动机，直接由接触网供电；

（3）.电动机通过弹性联轴器驱动空气压缩机，等速传动；

（4）.大多采用多级气缸，分为低压段和高压段压缩。

（5）.工作过程：进气→一级压缩→中间冷却器冷却→二级压缩→后冷却器冷却

通过弹簧索弹性地吊在车辆底部，能有效地为空气压缩机提供缓冲并降低对车体的振动。驱动电机和空气压缩机通过一个带自动对准、可以消除对准误差的圆管状可弯曲连轴节的中间法兰相互连接。

由三个往复式压缩气缸、两个冷却器以及驱动电机组成，其中两个缸为低压缸，一个缸为高压缸；理论上每分钟能提供950L10bar的冷却压缩空气。

进气过滤器采用过滤纸；外界空气经空气过滤器由低压缸压缩，流过中间冷却器，压力下降，温度降低。高压缸对低压空气进一步压缩，经后冷却器流入气路系统。空气压缩机采用飞溅润滑——依靠焊接在曲轴上的小铁片将曲轴箱内的机油刮起，飞溅到汽缸壁上来完成润滑。通过一个10bar的安全阀对空气压缩机进行过载保护。冷却风扇采用粘滞式风扇。

2.辅助空气压缩机

CRH2所用的ACMF2及ACMF2A辅助空气压缩机装置是在动车组运行准备时，即总风压力不足，受电弓上升时，对真空断路器（VCB）的压力空气进行供给的空气源。辅助供气压缩机及其关联部件等组成单元。

图3-2 辅助空气压缩机组

3.空气干燥器

空气压缩机输出的高压空气中含有较多的水分和油分，必须经过空气干燥器进行干燥净化处理。空气干燥器有膜式或塔式，塔式空气干燥器有单塔和双塔两种。