1）概述
在交通运输业迅猛发展的今天，交通事故频繁发生，而制动系统对运输安全起着非常重要作用。那么，制动系统究竟是什么呢？ 制动就是指人为地对列车产生减速控制力的大小，从而操控列车减速、阻止加速的过程。对于城市交通车辆，使运行着的电动车组迅速减速或停车，对它必须实施制动；电动车组在下坡道路运行过程中由于电动车组的重力作用导致电动车组迅速增加，也必须要对它实施制动；同时停放的车辆为了避免因重力作用或风力吹动而被溜走，也须对它实施停放制动。
由于站间距离短，列车调速、停车比较频繁，为了提高车辆运行速度，这就使得列车制动距离短，列车在启动上速度一定要快。由此可以看出，地铁车辆的制动系统具有的特点有停车平稳、准确、操纵灵活、迅速和制动力大等。
地铁列车乘客量波动大。空车时地铁车辆自重相对来说比较轻，但是，乘客量对车辆总重有很大影响，易引起制动率的变比。制动率的频繁变化对列车制动时减速度的需求、车辆防滑的控制及车辆纵向冲动的调整都是极为不利的。
（2）城市轨道交通车辆制动系统具备的条件
①具有足够的制动能力，保证车组在规定的制动距离内停车。
②操纵灵活，制动减速大，作用灵敏可靠，车组前后车辆制动、缓解作用一致。
③由于运行于城市，一般要求具有电（动力）制动功能，并且在正常制动过程中，应尽量充分发挥电制动能力，以减少对城市环境的污染和降低运行成本。还应具有电制动与摩擦制动协调配合的制动功能。
④制动系统应保证列车在长大下坡道上制动时，其制动力不会衰减。
⑤电动车组各车辆的制动能力应尽可能一致，制动系统应根据乘客量的变化，具有空重车调整能力，以减少制动时的纵向冲动。
⑥具有紧急制动能力。遇有紧急情况时，能使城轨列车在规定距离内安全停车。紧急制动作用除可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急按钮进行操纵。
⑦城轨列车在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动起紧急制动作用。
2）供风系统
供风系统是向整个列车提供压缩空气的风源。它不仅针对空气制动系统，而且也为其他用风部件提供风源，例如，风动塞拉门、风喇叭（汽笛）、受电弓风动控制、车钩操作风动控制设备、空气弹簧及刮雨器等。供风系统制造的压缩空气为用风设备的驱动提供动力，而压缩空气的净化和干燥处理是不可或缺的，其目的是除去压缩空气中所含有的灰尘、杂质、油滴和水分等，保证制动系统及其他用风设备能长时间可靠地工作。
（1）活塞式空气压缩机
①构造组成。由固定机构、运动机构、进/排气机构、中间冷却装置和润滑装置等组成。其中，固定机构包括机体、空气缸、空气缸盖；运动机构包括曲轴、连杆、活塞；进/排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中间冷却器（简称中冷器）、冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等，如图3.56 所示。
图3.56 活塞式空气压缩机的作用原理
1—润滑油泵；2—机体；3—油压表；4—空气滤清器；5，8—进气阀片；6—排气阀片；7，9—低压活塞；10—高压活塞；11—主风缸；12—压力控制器；13—上集气箱；14—散热管；15—下集气箱
②工作原理。电机通过联轴器驱动空压机曲轴转动，曲柄连杆机构带动高、低压缸活塞同时在气缸内做作上下往复运动。由于曲轴中部的三个轴颈在轴向平面内互成120°，两个低压缸活塞和一个高压缸活塞分别相隔120°转角。当低压活塞下行时，活塞顶面与缸盖之间形成真空，经空气滤清器的大气推开进气阀片（进气阀片弹簧被压缩）进入低压缸，此时排气阀在弹簧和中冷器内空气压力的作用下关闭。当低压活塞上行时，气缸内的空气被压缩，其压力大于排气阀片上方压力与排气阀弹簧的弹力之和时，压缩排气阀弹簧而推开排气阀片，具有一定压力的空气排出缸外，而进气阀片在气缸内压力及其弹簧的作用下关闭。两个低压缸送出的低压空气，都经气缸盖的同一通道进入中冷器。经中冷器冷却后，再进入高压缸，进行第二次压缩，压缩后的空气经排气口、主风管路送入主风缸中储存。高压活塞的进、排气作用与低压活塞的进、排气作用相同。
在运用中，主风缸压力保持在一定的范围，如750 ～900 kPa，它是通过空压机压力控制器（调压器）自动控制空压机的启动或停止来实现的。
（2）螺杆式空压机
①用途和功能。TSAG-0.9ARII 型螺杆式空气压缩机组，是专为地铁或轻轨车设计的电动空气压缩设备，主要用途是为地铁或轻轨车辆制动系统提供洁净的压缩空气。其结构组成如图3.57 所示。
结构组成：TSAG-0.9ARII 型螺杆式空气压缩机组由五大主要部件构成，即驱动装置、空气压缩机体、风冷却装置、空气净化装置和吊架，它们用螺栓连接在一起组成一个紧凑单元。
②工作原理。如图3.58 所示，它的主机是双回转轴容积式压缩机，转子为一对互相啮合的螺杆，螺杆具有非对称啮合型面。主动转子为阳螺杆，从动转子为阴螺杆。常用的主副螺杆齿数比根据压缩机容量而有所不同，为4∶5、4∶6或5∶6。两个互相啮合的转子在一个只留有进气口的铸铁壳体里面旋转，螺杆的啮合和螺杆与壳体之间的间隙通过精密加工严格控制，并在工作时向螺杆内喷压缩机油，使间隙被密封，并将两转子的啮合面隔离防止机械接触摩擦。另外，不断喷入的机油与压缩空气混合，用来带走压缩过程所产生的热量，维持螺杆副长期可靠地运转。当螺杆副啮合旋转时，它从进气口吸气，经过压缩从排气口排出，得到具有一定压力的压缩空气。螺杆副是一对齿数比为4∶6以特定螺旋角互相啮合的螺杆。其中阳螺杆（通常作驱动螺杆）为凸形不对称齿，而阴螺杆（常用作从动螺杆）为瘦齿形弯曲齿。两螺杆的齿断面形线是专门设计并经过精密磨削加工的，在啮合过程中两齿间始终保持“零”间隙密贴，形成空气的挤压空腔。
图3.57 TSAG-0.9ARII 型螺杆式空气压缩机组结构图
1—电动机；2—中托架；3—蜗壳；4—扩压器；5—冷却器；6—冷却系统；7—机体油气桶部分；8—压力维持阀；9—真空指示器；10—进气阀；11—机头；12—油气桶；13—油过滤器；14—视油镜；15—空气过滤器
图3.58 螺杆式空气压缩机工作原理图
（3）特点
①噪声低、振动小。当螺杆式空气压缩机工作时，旋转部件两个螺杆的运动没有质心位置的变动，因而没有产生振动的干扰力。经精密加工和精密磨削制造的阴、阳螺杆和机壳之间，互相密贴和啮合的间隙是通过喷油实现密封和冷却的，并不产生机械接触和摩擦，因而在工作中噪声低。
②可靠性高和寿命长。螺杆式空气压缩机工作时除了轴承和轴封等部件外，没有因相对运动而承受摩擦的零部件。阴、阳螺杆和机壳之间并不产生机械接触和摩擦，在工作中不产生磨损。它的这一特点，形成了其高可靠和免维护的性能。通常螺杆式空气压缩机的检修周期可以保证不短于整车的大修期。
③维护简单。在运用中，检查、检修人员只要注意观察螺杆式空气压缩机的机油油位不低于油表或视油镜刻线；保证空气滤清器不脏到堵塞的程度，那么空气压缩机就能工作，它不需要给予特别的关照。这也就是为什么螺杆式空气压缩机备受青睐的原因。(www.zuozong.com)
（4）空气干燥器
空气压缩机输出的压缩空气含有较高的水分、油分和机械杂质等，必须经过空气干燥器将其中的水分、油分和机械杂质除去，才能达到车辆上用风设备对压缩空气的要求。液态的水、油微粒及机械杂质在滤清器（或油水分离器）中基本被除去，压缩空气的相对湿度降低（通常相对湿度在35%以下）是避免用风过程中出现冷凝水危害的主要方式，它依靠空气干燥器来完成。
①空气干燥器的原理：吸附过程是一个平衡反应，即在吸附剂（干燥剂）和与其接触的压缩空气之间湿度趋向于平衡，而相对湿度大的压缩空气与吸附剂的表面接触时，由于吸附剂具有大量微孔，与空气的接触面积大，吸附剂可以大量、快速地吸附压缩空气的水蒸气分子，达到干燥压缩空气的目的；再生过程也是一个平衡反应，用于吸附剂再生的吹扫气体是由较高压力的压缩空气膨胀而来，膨胀时，空气体积增大而压力降低，获得的吹扫气体的相对湿度较低，因而易于“夺”走吸附剂上已吸附的水蒸气分子，使吸附剂恢复干燥状态，达到再生的目的。其特点是在压力下吸附，在大气或负压下再生。所以对任何一种吸附剂来说，它与被吸附的水蒸气的关系是，温度越低，压力越高，单位吸附剂所吸附的水分量就越多；反之，吸附量就少。其原理简言之为“压力吸附与无热再生”。常用的吸附剂有硅凝胶、氧化铝、活性炭及分子筛等。
②空气干燥器的分类。空气干燥器一般都是塔式的，有单塔式和双塔式两种。安装位置和外形如图3.59 所示，图3.59（a）为单塔式空气干燥器，图3.59（b）为双塔式空气干燥器。近年来，一些城轨车辆上开始应用膜式干燥器。
图3.59 空气干燥器
3）制动系统
（1）制动系统的分类
制动方式可以按制动时列车动能转移方式、制动力获取方式和制动源动力的不同进行分类。
①按列车动能转移方式分类。动能的转移方式可分为两大类：一类是摩擦制动方式，即通过摩擦把动能转化为热能，然后消散于大气；另一类是动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去。
a.摩擦制动：列车常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速电动车组的制动系统中还有轨道电磁制动方式。
b.动力制动：列车在制动时，将牵引电机转变为发电机，列车动能转化为电能，对这些电能的不同处理方式分成电阻制动和再生制动两种形式。
②按制动力形成方式划分。可分为黏着制动与非黏着制动。在常用的制动方式中，闸瓦制动、踏面制动、电阻制动和再生制动均属于黏着制动；磁轨制动则属于非黏着制动。
③按制动源动力分类。目前，列车所采用的制动方式中，制动的原动力主要有压缩空气和电力。以压缩空气为动源动力的制动方式称为空气制动方式。如闸瓦制动、盘型制动等都为空气制动方式。以电为原动力的制动方式称为电气制动方式。动力制动、轨道电磁制动等均为电气制动方式。
（2）制动模式
①弹簧停放制动。由于列车断电停放时，制动缸压力会因管路漏泄无压力空气补充而逐步下降到零，所以停放制动不同于一般的充气——制动，排气——缓解。它是通过弹簧作用力而产生制动作用，能满足列车较长时间断电停放的要求。所设计的弹簧制动力可保证AW3 超员载荷列车停放于4%的坡道上，安全系数可达1.30。另外，弹簧停放制动除可充气缓解外，还附加有手动紧急缓解的功能。
②紧急制动。列车装备一个“失电制动，得电缓解”紧急空气制动系统，贯穿整个列车的DC110 V 连续电源线控制紧急制动的缓解。线路一旦断开，所有车辆立即实施紧急制动。紧急制动时，电制动不起作用。紧急制动可不经过微机制动控制单元（以下简称“EBCU”）的控制，直接使制动控制单元（以下简称“BCU”）中的紧急电磁阀失电而产生。
③快速制动。当主控制器手柄移到“快速制动”位时，列车将实施减速度与紧急制动相同的快速制动。
④常用制动。在常用制动模式下，电制动和空气（摩擦）制动一般都处于激活状态。一般情况下（车载AW2 以下，速度6 km/h 以上），电制动完全能满足车辆制动要求，当电制动力不能满足制动要求时，气制动能迅速、平滑地补充，实现混合制动的作用。
⑤保压制动。为防止车辆在停车前的冲动，使车辆平稳停车，是EBCU 内部设定的执行程序。它分两个阶段实施：
第一阶段：当列车制动到速度小于6 km/h，牵引控制单元（以下简称“DCU”）触发保压制动信号，同时输出给EBCU，这时，由DCU 控制的电制动逐步退出，由EBCU 控制的气制动替代。
第二阶段：接近停车时（列车速度为1 km/h），一个小于制动指令（最大制动指令的70%）的保压制动由EBCU 开始自动实施，即瞬时地将制动缸压力降低。
（3）制动控制系统
制动控制系统是制动系统在司机和其他控制装置的控制下，产生、传递制动信号，并对各种制动方式进行制动率分配、协调的部分。目前的制动控制系统主要有空气制动控制系统、电控制动控制系统两大类。
以压力空气作为制动信号传递和制动力控制的介质时，该制动控制系统称为空气制动控制系统。空气制动控制系统又称为空气制动机，以电气信号来传递制动信号的制动控制系统，称为电气指令式制动控制系统。
（4）制动部件
①EP2002 阀。EP2002 制动控制系统是轨道车辆制动控制系统的最新一代产品，并在集成机电设计包中采用了分布式结构。EP2002 将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动（SB）气动阀、紧急制动（EB）气动阀和车轮防滑保护系统（WSP）气动阀都集成到本地安装于各转向架（EP2002 先导阀、RIO 阀和智能阀）上的单个机电包中。气动系统可以通过一个中心点向各个EP2002 阀门供风或从各处向阀门供风。
②电空中继阀。电空转换中继阀把控制空气制动的中继阀、空重车调整阀、常用电磁阀、紧急电磁阀、压力传感器结合为一体，是制动控制系统气路控制的核心元件。
③电子控制单元。即BECU 电子控制单元，具有以下功能：
a.检测两个空气簧的压力并通过压力传感器进行空电转换，从而保证无论空车还是超员均可得到稳定的牵引力和制动力。
b.进行电空演算，从而进行常用制动控制，并保证优先使用电制动。
c.具有滑行检测和矫正功能。即测定各个车轴的速度，一旦检测出车轮滑行，则通过控制防滑阀来降低制动缸内部压力，从而尽快恢复黏着。
d.提供状态监测和诊断功能。
④基础制动装置。基础制动装置是空气制动的执行设备，所有的空气制动力均是通过基础制动装置产生的，基础制动装置大致可分为杠杆式基础制动装置和单元式基础制动装置两大类。城市轨道交通车辆一般使用单元式基础制动装置，其特点：具有联杆的紧凑结构；因闸瓦和踏面磨耗造成的闸瓦间隙可由单动式间隙调节器自动校正；恒定空气消耗；司机室集中控制弹簧驱动装置。
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