[科普中国]-动力制动

动力制动是异步电动机制动的一种方法。它是将机械能通过异步电动机消耗在制动装置上，如能耗制动装置、制动电阻和电磁抱闸等，这些方法能量利用率低、性能较差，适用于制动次数少、能量小和对制动性能要求不高的场合。

简述动力制动（Dynamic Braking）动力制动利用机车动力装置、机车传动装置或牵引电动机的逆动所产生的阻滞作用来限制或降低列车运行速度以至停车。机车动力制动是列车制动的一种方法，通常作为空气制动的辅助手段使用，有时也单独使用。

与其类似的再生制动（Regenerative Braking）再生制动亦称反馈制动，是一种使用在汽车或铁路列车上的制动技术。它与普通的制动闸不同，不是靠压缩空气将刹车瓦压在车轮上减速，而是在刹车时让列车与内燃机脱离，将高速运转的轮轴连接到专用的发电机进行储能、同时带动发电机的阻力给火车均匀降速。

动力制动装置功能1．功能

1）所有型号都采用了一个10in、单膜片型动力制动装置，具有高制动性能与制动感觉。

2）由于采用了制动助力功能，制动系统（包括紧急制动期间的ABS）的有效性得到了提高。

①当需要大的制动力时，制动助力功能可在紧急制动或其他情况下为制动操作提供帮助。

②缺乏经验遇紧急制动的驾驶人可能会快速踏下制动器，但力度不够，或者以足够的力度踏下制动器，但却无法维持一段时间。在这些情况下，正常的车辆制动性能无法施加足够的力。

③制动助力功能在紧急制动出现时根据制动踏板的压下速度和力度确定。如果出现紧急制动，动力制动装置会施加最大的制动力。

3）制动助力功能为内置于动力制动装置的简单机械结构，确保可靠性。

2．说明

1）踏下制动踏板时，可能会感觉到是制动助力操作的正常效果，并不表示有异常情况出现。

①当大力或以较高速度踏下制动踏板时，踏板感觉起来更为柔和，但制动器施加的力会很大。

②当大力或以较高速度踏下制动踏板时，可能会从制动助力器听到一个“咔嗒”声。

输出特性如图所示。

2）制动助力设备不能取代主制动系统的功能。1

动力制动系统1．动力制动系统特点与分类

动力制动系统用于进行制动的能量是空气压缩机产生的气压能，或由液压泵产生的液压能，而空气压缩机或液压泵则是由汽车发动机驱动。驾驶入的肌体仅作为控制能源，而不是制动能源。

动力制动系统有气压制动系统、气顶液制动系统和全液压动力制动系统三种。气压制动系统的供能装置和传动装置全部是气压式，其控制装置主要由制动踏板机构和制动阀等气压控制元件组成，有些汽车在踏板机构和制动阀之间还串联有液压式操纵传动装置。气顶液制动系统的供能装置、控制装置与气压制动系统相同，但其传动装置包括气压式和液压式两部分。全液压动力制动系统中除制动踏板机构以外，其供能、控制和传动装置全部是液压式。2

2．气压制动系统

气压制动系统适用于中型、重型的货车和客车。

（1）气压制动回路气压制动系统各元件之间的连接管路有三种：供能管路，供能装置各组成件（如空压机、储气筒）之间和供能装置与控制装置（如制动阀）之间的连接管路；促动管路，控制装置与制动器促动装置（如制动气室）之间的连接管路；操纵管路，一个控制装置与另一个控制装置之间的连接管路。如果制动系统中只有一个气压控制装置，即只有一个制动阀，就没有操纵管路。EQl090E汽车双回路气压制动系统如图所示。

（2）气压制动系统的供能装置气压制动系统的供能装置包括：产生气压能的空压机和积储气压能的储气筒；将气压限制在安全范围内的调压阀及安全阀；改善传能介质（空气）状态的进气滤清器、排气滤清器、管道滤清器、油水分离器、空气干燥器、防冻器等；在一个回路失效时用以保护其余回路，使其中气压能不受损失的多回路压力保护阀等。

1）空压机和调压阀。空压机由发动机通过带传动直接驱动，有单缸式和双缸式，东风EQl090E型汽车的空压机是单缸风冷式。当储气筒的压力达到一定值时，利用调压阀可以使空压机处于空转状态，而当储气筒的压力下降到一定值时，调压阀又能控制空压机向储气筒充气。

空压机卸荷装置和调压阀控制空压机工作状态的工作原理是，当储气筒的压力达到一定值时，作用在调压阀膜片组件下方的气压大于其上弹簧的压力，膜片组件向上移动并带动芯管一同上移，芯管下的阀门关闭，储气筒气压作用在卸荷柱塞上方，使其下移，顶开进气阀门，空压机往复运动的过程中，迸气阀门始终开启，空压机处于空转状态。当储气筒的气压下降到一定值时，膜片组件在弹簧作用下下移，芯管顶开阀门，卸荷柱塞上方的气压降低，柱塞上移，进气阀门正常开关，空压机向储气筒充气。

2）滤气调压阀。在储气筒压力超过规定值时，空压机出气口经调压阀直通大气，将压缩空气放出而中止对储气筒充气，调压阀又与油水分离器组合成一个部件，即滤气调压阀。

3）防冻器。油水分离器或滤气调压阀输出的压缩空气仍可能含有少量残留水分。为了防止在寒冷季节中，积聚在管路和其他气压元件内的残留水分冻结，最好装设防冻器，以便在必要时向气路中加入防冻剂，以降低水的冰点。其基本工作原理是，当冬季温度低于5℃，防冻器中的乙醇蒸气会随压缩空气流进入回路，回路中的冷凝水溶人乙醇后，冰点降低。

多回路压力保护阀。多回路压力保护阀的基本功用是：来自空压机的压缩空气可经多回路压力保护阀分别向各回路的储气筒充气。当某一回路损坏漏气时，压力保护阀能保证其余完好回路继续充气。2

（3）控制装置

1）制动阀。制动阀是气压行车制动系统中的主要控制装置，用以起随动作用并保证有足够强的踏板感，即在输入压力一定的情况下，使其输出压力与输入的控制信号——踏板行程和踏板力成一定的递增函数关系。其输出压力的变化在一定范围内应该是渐进的。制动阀输出压力可以作为促动管路压力直接输入到作为传动装置的制动气室，但必要时也可作为控制信号输人另一控制装置（如继动阀）。

2）手控制动阀。手控制动阀可以控制汽车的驻车制动和挂车的驻车制动。因为对驻车制动没有渐进控制的要求，所以控制驻车制动的手控制动阀实际上只是一个气开关。

当操纵杆处于I所示位置时，进气阀关闭，排气阀开启，制动气室通过芯管与大气相通。当操纵杆处于Ⅱ所示位置时，进气阀开启，排气阀关闭，制动气室通高压空气。

3）快放阀与继动阀。快放阀的作用是保证解除制动时制动气室快速放气。快放阀布置在制动阀与制动气室之间的管路上，靠近制动气室，由于离制动气室近，制动气室排气所经过的回路短，放气速度较快。

继动阀的作用是使压缩空气不流经制动阀，而是通过继动阀直接充人制动气室，以缩短供气路线，减少制动滞后时间。

3．气顶液制动系统

气顶液制动系统的供能装置和控制装置都是气压式，传动装置是气压一液压组合式。为了兼取气压系统和液压系统二者之长，有些重型汽车采用了气顶液式动力制动系统。在图示的双回路制动系中，供能装置和控制装置都是气压式的，传动装置则是气压．液压组合式的。气体能通过互相串联的制动气室和液压主缸转换为液压能，液压能传到各个轮缸，产生制动作用。这样，气压系统可以布置得尽量紧凑些，以缩短管路长度和滞后时间。用液压轮缸作为制动器执行装置，大大减少了非簧载质量。

气顶液制动系统的优点有：

①气压系统布置紧凑，缩短了管路长度和滞后时间。

②用液压轮缸作为制动器促动装置减少了非簧载质量。

③用使用气顶液制动系统的汽车牵引挂车时，挂车可用气压制动，也可用液压制动。

④各个车桥的制动器可以分别采用液压操作和气压操作。2

动力制动操纵机车动力制动分为电阻制动、再生制动和液力制动。电力机车（包括电力动车组）和电传动内燃机车利用牵引电机的可逆性原理，将牵引电机改接成发电机，机车动轴在列车惯性力的作用下，通过齿轮带动牵引电机转子发电，把列车的动能转化为电能而产生制动作用。将列车动能发出的电能消耗在制动电阻上转化为热能散发到大气中去，称为电阻制动；电力机车把列车动能发出的电能反馈到接触网上，称为再生制动。液力制动是液力传动内燃机车上使用的一种动力制动方式，目前使用很少。

动力制动具有“软”特性，韧性强、稳定性好，不受作用时间限制，因而易于控制，操纵难度小，还能大大提高列车运行的平均速度，缩短运行时分，提高线路通过能力。使用动力制动时．列车的空气制动机处于预备状态，减少了空气制动次数．避免了重载列车在长大下坡道周期制动时充风不足或不得已停车充风，以及低速度缓解引起的列车冲动等不安全因素；减少了闸瓦磨耗及由磨闸瓦托和磨闸瓦引发火花的列车火灾事故。因此，使用动力制动不但能提高列车运行质量和运输效率，对行车安全也极为有利。

机车动力制动装置使得列车操纵变得安全、方便、灵活。但据观察分析，有些司机却因操纵不当，使列车产生了剧烈冲动，甚至引发了列车分离、悬浮脱轨、烧损电器设备等意外事故。因此．有必要对机车司机动力制动操纵中存在的问题及原因进行分析论述，进而提出改进方法。3

动力制动的应用对于系统惯量大并带有位势负载的生产机械，为了实现快速减速停车，需采取制动措施。对于需要经常进行减速停车的生产机械，如矿井提升机，应采取电气制动，因其制动力的调节平稳、易于控制，而且没有机械磨损部分，有利于运行维护。

一、用于减速停车

1．动力制动电源

采用动力制动时给电动机定子绕组励磁的直流电源，其电压大小应是可调的。可调电压的直流电源可以是直流发电机组，也可以是可控整流器，目前多采用后者。

电源的容量应根据制动转矩的要求确定。在通常情况下．直流电源的容量不超过拖动电动机容量的5%（多数情况只有3%左右）。

2．控制方法

在实际工作中，由于拖动系统的负载是变动的，所以当要求减速距离或减速度为恒定值时，制动转矩应能根据负载大小的不同而自动调节。根据前面的分析可知，改变定子绕组的励磁电流即可改变电动机的制动转矩。

二、用于下放重物

采用动力制动下放重物的过程，如下图所示。电动机先通入直流励磁，再松开机械闸，让电机在重物带动下加速。当下放的负载较重时，为了限制下放的加速度，可在开始时转子回路串入较小的电阻，此时的制动曲线如图中①所示。当加速到电动机的转速接近n1时，再增加转子回路电阻，电动机将过渡到图中曲线②工作，转速从n1增至n2。如需要再增加下放速度，可继续逐段加入转子电阻。当需要减速时，应逐渐减小转子回路电阻，减速过程如下图所示。设下放重物时工作于制动特性曲线②上的a点，当需要减速时，减少转子回路电阻，此时拖动系统过渡到特性曲线①工作，产生的制动转矩大于下放重物的负载转矩，系统便开始沿特性①减速直至较低转速的稳定工作点b。如需要进一步降低转速，则需要再减少转子回路电阻，当减至较低的转速时，用机械闸实现停车。4

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所