城陽低地板有軌電車制動系統(tǒng)組成及液壓制動原理

丁 輝，李軍輝

（南京中車浦鎮(zhèn)海泰制動設(shè)備有限公司，江蘇南京210009）

城陽低地板有軌電車制動系統(tǒng)組成及液壓制動原理

丁 輝，李軍輝

（南京中車浦鎮(zhèn)海泰制動設(shè)備有限公司，江蘇南京210009）

青島城陽區(qū)低地板有軌電車由3個動車組成，采用捷克斯柯達(dá)FORCITY15/27車型的液壓制動系統(tǒng)。首先介紹低地板有軌電車制動系統(tǒng)具有的制動功能，然后分析液壓及磁軌制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和各主要部件主要功用，最后著重介紹液壓制動單元的工作原理。

有軌電車；制動系統(tǒng)；液壓制動

青島城陽區(qū)低地板有軌電車引進(jìn)的是捷克斯柯達(dá)FORCITY15/27車型，屬于100% 低地板輕軌車輛，其制動系統(tǒng)包含了3種制動方式：電制動、液壓制動和磁軌制動。電制動包含再生制動和電阻制動。液壓制動是由微機(jī)制動控制單元（EBCU）接受制動指令，使液壓控制單元產(chǎn)生一定的壓力，送至制動夾鉗，實(shí)施制動/緩解。磁軌制動是一種非粘著制動方式，不依賴輪軌的粘著情況，磁軌制動力由軌道靴與軌道直接摩擦產(chǎn)生。

1 制動系統(tǒng)功能

城陽低地板有軌電車制動系統(tǒng)功能包括常用制動、緊急制動、安全制動、保持制動、停放制動；制動方式分為電制動、液壓制動、磁軌制動，并配有滑行保護(hù)和撒砂設(shè)備，根據(jù)列車運(yùn)行速度和不同的運(yùn)營情況實(shí)施不同的制動方式及投入滑行保護(hù)和撒砂設(shè)備，見表1。

表1 制動功能的表現(xiàn)方式

1.1 常用制動

常用制動用于列車正常運(yùn)行的減速和車站停靠，制動方式包含電制動和液壓制動。車輛微機(jī)控制單元依據(jù)列車的速度、車重以及所需的制動減速度，計算出需要的制動力并進(jìn)行制動力分配。

正常條件下，常用制動所需制動力由電制動承擔(dān)，在低速下（一般為3～5 km/h）進(jìn)行電液制動的平滑過渡，液壓制動替代電制動。整個電制動過程中，滑行保護(hù)一直有效。

當(dāng)電制動失效或不滿足要求時，依據(jù)拖車先補(bǔ)液壓制動的原則，拖車先行補(bǔ)充液壓制動力，制動力再不夠時，再由動車進(jìn)行液壓制動力補(bǔ)充。

1.2 緊急制動

緊急制動是指在緊急情況下，由列車安全回路觸發(fā)的制動，各轉(zhuǎn)向架優(yōu)先施加最大電制動、所有磁軌制動和相應(yīng)的液壓制動力，同時激活撒砂功能。

1.3 安全制動

安全制動也是一種緊急制動，由司機(jī)室蘑菇按鈕引起列車安全環(huán)路失電觸發(fā)，采用低電平有效方式。直到列車停止前，安全制動不可撤銷。安全制動會激活以下制動設(shè)備：所有轉(zhuǎn)向架的彈簧制動器（最大液壓制動力）、所有轉(zhuǎn)向架的磁軌制動器，并激活列車運(yùn)行方向上的撒砂裝置。

1.4 停放制動

停放制動是指列車在滿載狀態(tài)下，能在最大坡度上保持長時間的停放。停放制動在列車動力關(guān)閉時自動施加，此時液壓油排空，各轉(zhuǎn)向架均施加最大彈簧制動，保證列車在坡道上或者入庫后的停放要求。

2 液壓及磁軌制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

城陽低地板有軌電車采用3個模塊4個轉(zhuǎn)向架編組型式，輕量化車體，模塊間采用鉸接式轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架的液壓及磁軌制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。每輛車上均裝有2個磁軌制動器、1個液壓制動單元和1個撒砂裝置，轉(zhuǎn)向架的每個軸上裝配有液壓盤和夾鉗。

圖1 液壓及磁軌制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

2.1 液壓制動單元

液壓制動單元具有的2個主要功能是：壓力產(chǎn)生、壓力控制和調(diào)節(jié)。微機(jī)控制單元依據(jù)制動需求控制液壓制動單元，產(chǎn)生的液壓壓力能夠抵消制動夾鉗的彈簧力，從而實(shí)現(xiàn)制動緩解。液壓制動單元中的比例壓力控制閥依據(jù)微機(jī)控制單元的目標(biāo)值進(jìn)行液壓壓力的控制和調(diào)節(jié)。

2.2 液壓制動夾鉗

液壓制動夾鉗按制動形式分為主動夾鉗和被動夾鉗。城陽低地板有軌電車項目采用的制動夾鉗均為被動式夾鉗，通過加壓緩解彈簧力實(shí)施制動緩解，減壓釋放彈簧力實(shí)施制動施加。同時還具有手動緩解功能及閘片間隙調(diào)整功能。

制動夾鉗采用浮動-鞍形結(jié)構(gòu)（圖2），主要包括滑動銷、鞍座、錐形彈簧卡盤、扭矩桿、浮動軸承等部件。錐形彈簧安裝在鞍座上，鞍座作為制動夾鉗的主要部件，可以為錐形彈簧卡盤提供支撐，鞍座直接安裝在轉(zhuǎn)向架上。

圖2 被動式液壓制動夾鉗

制動時，彈簧力直接作用在浮動閘片上然后作用在制動盤上，在反作用下鞍座被移動，固定其上的閘片直接壓在制動盤的側(cè)面，此時整個鞍座和浮動閘片均被移動。緩解時，液壓制動單元輸出的液壓油壓力壓迫卡盤內(nèi)的液壓活塞，制動力逐漸減少并最終被緩解。

2.3 磁軌制動器

磁軌制動器安裝在轉(zhuǎn)向架的2個側(cè)架下面，磁軌制動的設(shè)計和工作原理與電磁鐵類似，線圈是磁軌制動的關(guān)鍵部件。當(dāng)線圈得電時，產(chǎn)生磁場。磁軌制動器通過自身的磁力吸附到軌道上，軌道靴在軌道上摩擦，實(shí)現(xiàn)制動施加。一旦線圈失電，磁軌制動器的2個彈簧懸掛裝置克服其殘余磁性而從軌道上提起，將磁軌制動恢復(fù)到初始位置，實(shí)現(xiàn)制動緩解。在列車緊急制動時，磁軌制動必須施加，在常用制動時，磁軌制動可以選擇性施加。

3 液壓制動原理

作為低地板有軌電車制動系統(tǒng)的重要組成部分——液壓制動單元，其主要任務(wù)是控制制動夾鉗的施加和緩解。液壓制動單元的主要部件包括：直流電機(jī)、齒輪油泵、過濾器、單向閥、壓力傳感器、壓力開關(guān)、壓力比例閥、安全閥、泄壓閥等，如圖3所示。

圖3 液壓制動單元原理圖

3.1 壓力產(chǎn)生

圖3中的左側(cè)部分即為壓力產(chǎn)生模塊，主要部件包括直流電機(jī)、油泵、安全閥、單向閥、過濾器1、泄壓閥等。直流電機(jī)得電后驅(qū)動油泵，將液壓油從油箱中泵至油路板內(nèi)部通路，經(jīng)由過濾器至單向閥，最終儲存在液壓缸中，用于后期的壓力控制和調(diào)節(jié)。

壓力產(chǎn)生模塊中的安全閥是為防止液壓制動單元中的壓力過高而設(shè)計的，由壓力傳感器采集液壓管路中的壓力，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時，微機(jī)控制單元控制該閥打開，讓液壓油回流到油箱中，保證液壓單元中的壓力不超過最大設(shè)定壓力。另外，泄壓閥的目的是通過手動操作，將液壓缸中的壓力降為0 bar。

3.2 壓力控制

圖3中的右側(cè)部分為液壓制動單元的壓力控制模塊，主要部件包括壓力比例閥、過濾器2、3/2路閥、2/2路閥、壓力開關(guān)、油路板、輔助制動閥等。其中壓力比例閥是整個壓力控制的的關(guān)鍵部件，它依據(jù)微機(jī)控制單元傳輸過來的電流值（目標(biāo)壓力值）控制輸出到制動夾鉗的壓力。在制動時，制動夾鉗中的液壓油需經(jīng)過壓力比例控制閥回流至油箱，為避免油中雜質(zhì)損壞壓力比例控制閥，需在兩者之間增加過濾器2。

另外，在壓力比例閥與油箱之間設(shè)置一個2/2路閥，其任務(wù)是在“制動緩解”的情況下，壓力比例閥施加最大電流，2/2路閥得電，關(guān)閉壓力比例閥到油箱的控制油路，既可以防止液壓缸中油壓的損失，也避免了列車運(yùn)行中電機(jī)的重新啟動。

3/2路閥設(shè)置的目的是分開常用制動回路和輔助制動回路。得電時，該閥關(guān)閉，常用回路激活，進(jìn)行正常動作，此時制動缸中的油可通過壓力比例閥流回油箱；失電時，制動缸連接輔助制動回路，此時制動缸中的油可通過輔助制動閥流回油箱，制動夾鉗得以施加固定大小的制動力。

3.3 壓力測試

可以通過液壓制動單元上的壓力測試點(diǎn) P1和 P2來測試液壓缸和制動缸中的壓力，協(xié)助系統(tǒng)故障的判斷與分析。

4 結(jié)束語

低地板有軌電車對豐富城市軌道交通系統(tǒng)起著重要的作用，液壓制動系統(tǒng)作為有軌電車最關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，對其運(yùn)營可靠性有著較高的要求。通過對城陽低地板有軌電車制動系統(tǒng)的組成、液壓制動原理等方面的介紹，可為后期推進(jìn)有軌電車液壓制動系統(tǒng)國產(chǎn)化提供一定的參考。

[1] 李紅軍. 長春輕軌車輛的液壓制動設(shè)計原理[J]. 城市軌道交通研究，2008（5）：57-59.

[2] 曹國利，曾憲華，劉睿. 國產(chǎn)低地板輕軌車輛制動系統(tǒng)方案[J]. 城市軌道交通研究，2012（2）：111-114.

[3] 吳萌嶺. 低地板有軌電車國產(chǎn)制動系統(tǒng)及運(yùn)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2014（1）：38-41.

責(zé)任編輯 冒一平

Braking System Composition and Hydraulic Braking Principle of Low Floor Tram in Chengyang

Ding Hui, Li Junhui

Qingdao Chengyang District low floor trams consists of3motor cars. Its hydraulic brake system uses Skoda Forcity15/27. This paper introduces the function of the low floor tram braking system, analyzes the structure composition and function of the hydraulic and magnetic rail braking system, and introduces the working principle of the hydraulic braking unit.

tram, brake system, hydraulic brake

U482.1∶U260.35

2016-04-29

丁輝（1986—），男，工程師，碩士研究生