國產低地板輕軌車輛制動系統方案

曹國利 曾憲華 劉 睿

（1.長春市軌道交通集團有限公司，130062，長春；2.上海龐豐交通設備科技有限公司，201802，上海／／第一作者，高級工程師）

低地板輕軌車輛的地板面與軌道面之間的距離較小，普通氣動制動系統由于部件體積較大，難以在低地板車輛上安裝，因此低地板輕軌車輛大多采用了液壓制動系統。長春輕軌是我國最早開始應用液壓制動系統的商業運營線路，本文基于長春輕軌的運營經驗，提出了適合的國產化低地板輕軌車輛制動系統方案［2］。

1 基本設計要求

相對于地鐵，低地板輕軌列車具有自重輕、載重小的特點，但由于低地板列車往往在地面行駛，在很多情況下沒有獨立路權，因此對制動減速度和制動系統的可靠性要求較高。

低地板輕軌列車的設計速度與大多地鐵列車相同，約為80km／h。但由于與其他地面交通工具和行人有平交道口，所以往往需要較大的制動減速度，常用制動平均減速度要求大于1.1m／s2，緊急制動平均減速度一般在1.8～2.4m／s2。由于大減速度需要大的制動功率，所以一般來說低地板列車對制動系統的要求比地鐵列車更為苛刻。

低地板輕軌列車的停放制動裝置需保證列車滿載時能在25‰～30‰的坡道上安全停放。

2 制動系統組成

國產低地板輕軌車輛制動系統，為微機控制的模擬式電子液壓制動系統。主要由液壓制動控制單元（HCU）、微機制動控制單元（BECU）、閥控制單元（VSS）、液壓制動夾鉗（ZDJQ）、制動盤（ZDP）、磁軌制動（CGZD）、撒砂裝置（SSQ）和速度傳感器（SDCGQ）等部件組成。

該系統具有常用制動功能、緊急制動功能、安全制動功能、停車制動功能及停放制動功能。圖1表示的是三輛車的系統構成。如列車為6輛編組，另外3輛車的系統構成與之相同。

2.1 液壓制動控制單元

液壓制動控制單元（見圖2）由各種電氣、液壓元件組成，來完成能量的傳遞、轉換及控制。其組成包含電機、齒輪泵、溢流閥、過濾器、單向閥、壓力開關、測試接頭、蓄能器、卸荷閥、比例壓力控制閥、二位二通電磁閥及閥塊等。HCU設置的視油鏡能夠清楚的觀測到油位高低，并配以放油螺塞將不需要的油放掉。

2.2 微機制動控制單元

微機制動控制單元安裝在拖車上，以CAN總線與車輛控制單元之間通信，根據車輛控制單元所給指令控制基礎制動裝置采取相應大小的機械制動。依據不同的模式（常用制動、緊急制動、電制動失效模式等）給出不同的制動力。

圖1 制動系統組成

圖2 液壓制動控制單元（HCU）

2.3 閥控制單元

閥控制單元安裝在動車上，接受車輛控制單元的控制，根據車輛控制單元和司機所給指令控制液壓控制單元的動作，驅動制動夾鉗實施三個階段（停車制動、替代制動、停放制動）的制動作用。

2.4 液壓制動夾鉗

在國產輕軌車輛制動系統中，液壓制動夾鉗分為兩種，被動式液壓制動夾鉗（見圖3）和主動式液壓制動夾鉗（見圖4）。而且為滿足轉向架的狹小安裝空間，采用軸盤式基礎制動，液壓夾鉗為緊湊型。

圖3 被動式液壓制動夾鉗

圖4 主動式液壓制動夾鉗

在動車轉向架上安裝有牽引電機，故液壓制動單元可根據安裝空間的實際情況可裝在輪上或電機軸上；在拖車轉向架的每個車輪上均裝有一套液壓制動單元。

被動式液壓制動夾鉗的閘片壓力是由在卡盤內的碟形彈簧產生的，直接作用在浮動制動閘片上，隨后作用在制動盤上。在反作用力作用下托架被移動，固定其上的閘片被壓在盤的側面［1］。當制動時，整個托架和浮動閘片被移動。當活塞側的液壓壓力升高，活塞壓迫碟形彈簧，制動力相應減小或者完全緩解。

被動式液壓制動單元具有液壓緩解功能和手動緩解功能。另外還有閘片間隙調整器，能夠實現閘片磨耗的間隙自動補償。且夾鉗的閘片安裝設計能夠滿足狹小空間內的閘片更換。

主動式液壓制動夾鉗使用兩對活塞安裝在盤的相對的位置上。單元非常緊湊、輕巧而且不需要額外的支撐支架。夾鉗安裝在車軸的軸承座上，這些夾鉗使用兩對（每邊兩個）連桿，延伸到盤的兩側，以適應制動盤和閘片的磨耗。由于使用4個連桿，所以夾鉗不需要間隙調整器。液壓系統給活塞加壓制動、減壓緩解。

2.5 磁軌制動裝置

根據EN13 452標準的要求，低地板輕軌車輛制動系統中必須設置非粘制動，以滿足在緊急制動時對較大制動力和制動減速度的要求。

國產低地板輕軌車輛制動系統中，采用了磁軌制動。磁軌制動裝置（見圖5）安裝于轉向架兩側，其懸掛裝置在不使用磁軌制動時能保證磁軌裝置平穩的懸掛在軌道上方，并有防止意外脫落的措施。磁軌裝置的懸掛裝置可調節，方便維修人員在車輪磨耗后根據車況進行調整。

磁軌裝置的磨耗靴距離軌面的間隙為7～10mm，當磁軌裝置通電后，能迅速靠磁力將磨耗靴吸附在鋼軌上，通過其與軌面的相對摩擦，將列車動能裝化為熱能。

圖5 磁軌制動裝置

2.6 撒砂裝置

為了滿足低地板輕軌車輛高黏著利用要求，系統設置了撒砂裝置，在緊急制動指令或司機指令實施撒砂功能，改善輪軌之間的黏著，縮短制動距離，且避免車輛擦傷。

每列車配置4套撒砂裝置，分別布置于頭車第一個輪對的左右車輪附近。

3 制動系統原理

國產低地板列車制動系統采用微機控制的模擬式電液制動系統，通過司機操作可實現各種制動作用。列車的制動是由各車獨立實施的。

列車制動由電制動、液壓制動、彈簧制動、磁軌制動實現，通過不同的組合以實現緊急制動、常用制動、停放制動、停車制動、安全制動等。

如圖6所示，列車的制動指令可由司控器、操作臺按鈕或車輛控制單元（VCU）發出，通過列車線傳遞給微機制動控制單元和閥控制單元（VSS）；還有一路網絡CAN。由列車傳遞給拖車的BECU。

圖6 列車制動系統電氣原理圖

列車的制動管理由車輛控制單元來完成。微機制動控制單元和閥控制單元只負責接收制動指令，并根據制動指令控制對應的液壓制動控制單元。

4 結語

由于液壓系統具有單位功率重量輕、平穩性、快速性好等特點，且液壓元件的布局靈活，使用塊式集成的方式可使整個液壓系統緊湊、占用空間小。因此，考慮到低地板車車底轉向架處空間非常有限的特點，低地板車使用液壓制動系統是必然趨勢。液壓制動系統在長春輕軌70%低地板車上的使用，就是利用其液壓制動設備小的特點，達到了節約空間的目的。并且液壓制動效果平穩、快速、準確，能實現電液的自動控制。液壓制動已在世界各國的城市軌道交通中被廣泛使用，國產低地板輕軌車輛制動系統的開發填補了我國在這一領域的空白。

［1］李潤林.輕軌車液壓與磁軌制動系統［D］.北京：北京交通大學，2007.

［2］李紅軍.長春輕軌車輛的液壓制動設計原理［J］.城市軌道交通研究，2007（10）：38.