地鐵車輛空氣制動系統防滑原理及通用防滑試驗方法

摘 要：文章介紹了地鐵車輛空氣制動系統的防滑控制原理，設計了一種通用防滑試驗器及靜態防滑試驗方法，并通過動態防滑試驗進一步驗證了車輛的防滑性能。

關鍵詞：防滑；制動；地鐵車輛；試驗

引言

隨著城市軌道交通行業的發展，地鐵車輛越來越多的應用于城市公共交通中，對車輛的制動性能提出了更高的要求。

空氣制動防滑系統用于防止制動力超過粘著引起的輪對滑行或抱死造成輪對踏面擦傷。當由于制動力超過粘著使輪對踏面由滾動到出現滑動狀態時，防滑系統能夠檢測出這種滑行并能減小滑行輪對上的制動力，以減小出現滑行輪對上的滑動程度，既能防止車輪擦傷，又能充分利用粘著，得到較短的制動距離[1][2]。為保證車輛正常運行，必須采用合適的試驗方法對車輛防滑功能進行充分的試驗驗證。

1 空氣制動防滑控制原理

1.1 防滑控制組成

目前各地鐵車輛的空氣防滑系統雖然外觀各有不同，但其基本構成類似，均由速度傳感器、制動控制裝置、防滑閥、基礎制動裝置組成。

車控制動系統防滑控制如圖1所示（架控系統類似），制動控制裝置中設有專用防滑控制器采集本車4個軸的速度信號，防滑控制器具有速度差、減速度值等多種滑行檢測方式，能有效地檢測和控制滑行。防滑閥用于在車輛產生滑行時對單個軸的空氣制動缸壓力進行控制。

根據制動時的車輛狀態，防滑閥具有表1所示3種工作狀態。

非滑行狀態：制動缸管路與制動控制裝置輸出相連通，防滑閥未對制動壓力進行控制。

緩解狀態：防滑閥不僅切斷通往制動缸的壓力空氣，同時還將制動缸中的壓力空氣排出，使單個軸的空氣制動力減小。

保壓狀態：防滑閥切斷通往制動缸通路，制動缸壓力保持不變。

1.2 防滑控制策略

空氣制動滑行控制系統主要采用速度差和減速度進行滑行檢測判斷[3]。當某一軸速度低于參考速度一定程度時或某一軸減速度達到某一數值時，判定該軸處于滑行狀態。

防滑系統的滑行檢測和控制的典型曲線如圖2所示。當通過減速度判據檢測到滑行，防滑系統就會對滑行軸的制動缸階段排風；當通過速度差判據檢測到滑行時，防滑系統就會對滑行軸的制動缸快速排風，以盡快減小滑行軸上的空氣制動力。當檢測到滑行軸加速度達到粘著恢復的判據時，開始階段充風，制動力和制動缸壓力開始恢復；當軸速恢復到接近參考速度，達到粘著恢復的速度差判據時，不再進行防滑控制。

空氣制動進行滑行控制時，單軸連續排風時間不超過5s（可調）。當空氣制動滑行控制失效時不影響正常的常用制動和緊急制動的施加。

2 通用防滑試驗方法

2.1 靜態防滑試驗

根據前述防滑原理設計一種適用于各種地鐵車型的通用防滑試驗方法，在車輛靜態下對其防滑系統進行試驗驗證，無需車輛運行，操作方便快捷。試驗流程見圖3。

首先使用自制防滑試驗器向制動控制裝置模擬速度傳感器信號，將各軸設定為相同的速度（比如60kph，可調），然后按照1、2、3、4軸的順序操作試驗器進行單軸防滑試驗，防滑試驗軸的速度按照一定速率下降至某一速度（比如30kph，可調），其余三個軸仍然保持原速度狀態，滑行軸即產生相應防滑控制，車輛閘瓦動按照“施加（制動過程）、緩解（檢測到滑行并采取防滑控制）、5s后再施加（防滑控制失效，施加制動）”的順序進行動作。

防滑試驗器操作面板及基本原理見圖4。模擬的速度傳感器方波信號通過555定時器發出，通過可調電阻可以對方波的周期、占空比等進行調整。防滑試驗器輸出端通過光耦進行轉化，可以模擬電流型和電壓型兩種傳感器的輸出模式，滿足各種地鐵車型的試驗要求。

2.2 動態防滑試驗

動態防滑試驗為地鐵車輛的型式試驗，考量車輛在實際動態滑行過程中的防滑控制功能。為增強滑行效果，并防止對軌道造成影響，采用乙二醇和水的混合溶液作為潤滑劑進行試驗。

將混合溶液及電動水泵放置于頭車客室內，從兩側客室門各引出一條出水管，在車下排障器處對出水管進行固定，使出水口正對軌面，車輛動態運行時可在車內控制出水速度和時間，從圖5可以清楚地看出各軸頻繁滑行，車輛防滑檢測及防滑控制動作正常。

3 結束語

通過對地鐵車輛防滑控制原理的分析，設計出一種通用的靜態防滑試驗裝備和試驗方法，可方便快捷的對車輛防滑系統進行試驗。而后通過動態防滑試驗對車輛的防滑系統進行進一步驗證，確保地鐵車輛防滑功能的完整性。

參考文獻

[1]隋燕，孫宗先.城軌車輛防滑防空轉控制淺析[J].機電工程技術，2013，42（4）：98-99.

[2]李云峰.城軌車輛空氣制動防滑控制方法[J].鐵道車輛，2011，49（12）：38-40.

[3]李培曙.地鐵車輛的防滑控制[J].地鐵車輛，2001，39（7）：9-12.

作者簡介：徐廣增，2010年畢業于南京航空航天大學機械制造專業，工學碩士，現從事城市軌道車輛電氣調試工作，工程師。