蘇州有軌電車2號線國產液壓制動系統研制

袁富衛，齊增強，朱新宇

（1中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇 南京 210031；2南京中車浦鎮海泰制動設備有限公司，江蘇 南京 210031）

0 引言

有軌電車是一種中等運能、設計新穎、環境友好、資源節約的城市軌道交通系統。但是，由于有軌電車相對于地鐵車輛車下設備安裝空間有限、制動響應要求高，傳統的空氣制動系統難以滿足要求，而液壓制動系統具有設備結構緊湊、制動響應時間快、同等體積情況下制動力大等特點，因而使其在有軌電車上得到廣泛應用。目前國內外主要成熟批量運用的液壓制動系統仍被國外的制動廠家所壟斷。中車南京浦鎮車輛公司為推動國內制動廠家液壓制動技術的成長與發展，在其蘇州有軌電車2號線項目中采用了南京中車浦鎮海泰制動設備有限公司自主開發的液壓制動系統產品。

1 概述

蘇州有軌電車2號線采用模塊化設計，包含3個轉向架模塊（2個動車轉向架MB模塊和1個拖車轉向架TB模塊，其中BM3為TB模塊，BM1和BM7為MB模塊）和2個客室模塊，共計5個基本車輛模塊。模塊編組形式為：

圖1 列車組成示意圖Fig.1 Configuration of tram

制動性能要求：①常用制動平均減速度 （AW2）≥1.2 m/s2；②安全制動平均減速度（AW2）≥1.5 m/s2；③危害制動等效減速度（AW2）≥2.8 m/s2。

車輛液壓制動系統要求滿足EN13452-1的相關規定。制動系統包括電制動、液壓摩擦制動和磁軌制動。其中電制動優先級最高，液壓摩擦制動其次，磁軌制動優先級最低。

2 液壓制動系統原理與功能

液壓制動系統采用被動式制動系統如圖2所示，在車輛緩解時，3個轉向架模塊的電子制動控制單元（EBCU）根據緩解指令，控制液壓制動控制單元（HBCU）中的比例閥生成緩解壓力，輸出至轉向架上的制動夾鉗，實現制動緩解。在接收到制動指令后，EBCU通過控制HBCU中的比例閥調節制動缸中的壓力，實現制動功能。

當蓄能器中的壓力低于設定值時，EBCU可通過泵驅動單元（PDU）驅動HBCU中的電機啟動，當壓力達到目標值后，電機停止工作。

當液壓制動系統故障時，可通過緊急緩解單元（ERU）實現對故障模塊制動夾鉗的電氣遠程緩解。或者可直接對液壓制動夾鉗進行強制機械緩解。

每個轉向架模塊均設置磁軌制動器，當危害制動和安全制動時，車輛控制單元（VCU）控制施加磁軌制動。

TB模塊液壓制動系統接收車輛的牽引、常用制動、危害制動、強迫制動、安全制動等指令，與車輛具有MVB網絡通信功能；MB模塊液壓制動系統接收分級制動（0.5級/1級/2級制動）、安全制動、停放制動等指令。同時，液壓制動系統向車輛反饋制動狀態以及制動系統的故障等信息。

圖2 液壓原理圖Fig.2 Hydraulic schema

車輛的制動模式如表1所示。

表1 制動模式Tab.1 Brake mode

（1）常用制動。通過操縱司控器，可以施加常用制動；當司控器手柄處于非制動位，常用制動被取消。常用制動用于常規減速，正常條件下常用制動過程所需制動力全部由電制動承擔，直到停車前，在低速下聯合液壓摩擦制動進行準確停車。

常用制動工況下，車輛具有防滑保護功能。

（2）強迫制動。強迫制動通過司機警惕按鈕、乘客緊急手柄、網絡監控等自動觸發。同常用制動模式，正常情況下所需制動力全部由電制動承擔，直到停車前，在低速下聯合液壓摩擦制動進行停車。

強迫制動工況下，車輛具有防滑保護功能。

（3）危害制動。危害制動通過操作司控器手柄到制動區最后一位來實現。危害制動過程中，施加MB模塊的電制動、TB模塊的液壓摩擦制動以及全列車的磁軌制動，從而達到所需的減速度。

危害制動觸發后，在車輛完全停止前允許撤銷，此工況下車輛具有防滑保護功能。

（4）保持制動。制動系統具有保持制動功能，能夠保證車輛在本線路最大坡道啟動時車輛不后溜。另外，在車輛低速停車制動過程中，配合電制動的淡出實現車輛平穩、準確停車。

（5）安全制動。安全制動通過司機室蘑菇按鈕觸發。根據故障導向安全的原則，安全回路失電觸發安全制動。安全制動過程中，安全回路失電，HBCU中的安全制動閥也失電，從而所有轉向架施加一個設定的制動力。安全制動過程中電制動被切除，所需制動力全部由液壓摩擦制動來承擔。安全制動一旦觸發，在車輛完全停止前不能被取消。

（6）停放制動。車輛停止時，若車輛斷開24VDC電源，液泵電機關閉，液壓制動夾鉗中的壓力通過HBCU中的停放電磁閥卸載，彈簧力完全施加，車輛施加停放制動。停放制動可使最大載荷工況下的有軌電車在最大坡度下保持靜止。

（7）滑行控制。電制動的防滑控制由牽引系統進行控制，液壓摩擦制動的防滑控制由制動系統進行管理。

MB模塊只具有電制動防滑控制，由牽引系統進行控制。

TB模塊制動系統進行液壓摩擦制動的防滑控制。EBCU通過速度傳感器采集車輪速度信息，當檢測到滑行時，通過增加HBCU輸出的壓力，降低轉向架的液壓制動力，待滑行恢復后，重新恢復目標液壓制動力。

（8）緊急牽引模式。在緊急牽引模式下（VCU故障或者MVB故障），MB模塊與TB模塊上的EBCU直接根據 “牽引”、“制動”和“危害制動”指令硬線施加固定的液壓制動力。該模式下TB模塊液壓制動系統仍具有滑行控制功能。

另外液壓制動系統還具有故障診斷、泵啟停控制、緊急緩解、輪徑設定等功能。

3 液壓制動系統部件

蘇州有軌電車2號線液壓制動系統配置如表2所示。

表2 制動系統配置清單Tab.2 Configuration list of brake system

3.1 電子制動控制單元（EBCU）

MB模塊EBCU主要接收車輛硬線信號識別制動指令。TB模塊EBCU還可通過MVB通信，接收并處理VCU的制動指令。兩種EBCU都可采集HBCU上相關壓力，通過液壓比例閥閉環控制，調節液壓制動夾鉗的壓力實施制動。同時EBCU可實時監測蓄能器壓力，實現HBCU中電機的管理與控制。兩種EBCU都具有故障監測、診斷和記錄等功能，TB模塊EBCU另外具有車輛速度采集與防滑控制功能。

圖3 TB模塊電子制動控制Fig.3 Electronic brake control of TB module

3.2 泵驅動單元（PDU）

PDU用于控制液壓單元中電機的啟停。當有控制信號輸入時，PDU將此信號在內部進行轉換，通過軟啟動控制驅動液壓單元的直流電機。同時PDU具有故障保護、故障信號輸出的功能。

3.3 液壓制動控制單元（HBCU）

HBCU主要由電機、泵、過濾器、溢流閥、安全閥、單向閥、壓力傳感器、比例閥、三通電磁閥、兩通電磁閥、手動換向閥、呼吸器、集成塊、油箱和上護罩等部件組成。

HBCU具有如下功能：

（1）壓力生成功能：通過電機帶動泵生成油壓，輸出至與液壓制動控制單元S口相連接的蓄能器。

（2）壓力檢測功能：通過壓力傳感器分別檢測蓄能器及比例閥輸出的壓力。

（3）壓力控制功能：通過比例減壓閥實施常用/緊急制動壓力控制；通過其他液壓閥實施的安全/停放制動壓力控制。

圖4 液壓制動控制單元（HBCU）Fig.4 Hydraulic brake control unit（HBCU）

3.4 緊急緩解單元（ERU）

ERU主要由泵、電機、集成塊、安全閥、單向閥、壓力開關、電磁換向閥、進油過濾器、油箱、上護罩、等部件組成。

緊急緩解單元主要為車輛在緊急情況下提供緩解所需的壓力油。

ERU具有如下功能：

（1）緩解：通過激活電磁閥D，同時電機M驅動泵P輸出液壓油至液壓制動夾鉗，進行緩解。

（2）撤銷緩解狀態：通過電磁閥D失電，從而將液壓制動夾鉗的壓力降至0，撤銷緩解狀態。

3.5 基礎制動裝置

基礎制動裝置包括液壓制動夾鉗、制動盤和制動閘片。制動夾鉗為被動制動夾鉗、制動盤為鑄鐵制動盤、閘片為合成材料閘片。液壓制動夾鉗通過吊桿和支持銷固定在轉向架構架上，制動盤安裝于車輪外側的軸端。當車輛在需要制動或駐車時，制動系統對液壓制動夾鉗泄壓，夾鉗內部儲能元件釋放能量，推動杠桿頂壓閘片實施制動。

3.6 磁軌制動器

磁軌制動器主要由電磁線圈、鐵芯、導架、夾板（磁軛）、磨耗塊、摩擦靴、導軌、懸掛系統等部件組成。

當磁軌制動器得電后，電磁線圈產生磁場。磁場通過、線圈鐵芯、夾板、摩擦靴、工作間隙以及軌道形成一個完整的閉合磁路，產生電磁力使摩擦靴與軌道吸合。摩擦靴與軌道之間通過相對運動產生摩擦力從而形成磁軌制動力。磁軌制動力通過導架傳遞到轉向架，然后作用于車輛。

當磁軌制動器失電后，懸掛系統中的彈簧克服本體重量和剩余電磁力的作用從軌道上提起磁軌制動器，使其回到初始位置。

4 液壓制動系統試驗考核

該液壓制動系統在產品開發過程進行了一系列試驗驗證。該液壓控制系統按照EN 50155：2007、EN 50121-3-2：2006、IEC 61373-2010、GB/T 25119-2010、GB/T 2423.1-2008、GB/T 2423.2-2008、GB/T 2423.17-2008、TB/T 3021-2001標準要求，開展了電磁兼容試驗、振動沖擊試驗、溫度試驗、交變濕熱、鹽霧試驗等型式試驗；按照1：1臺架試驗大綱開展了盤片摩擦磨耗試驗；通過產品耐久試驗驗證了產品的壽命與可靠性。各試驗滿足部件產品設計要求。

該液壓制動系統進行了地面組合試驗，試驗項點包括：正常模式與緊急牽引模式下的制動試驗、網絡通信異常情況下的制動試驗、滑行檢測與控制、響應時間測試等。各試驗滿足系統設計要求。

該液壓制動系統經過部件與系統充分的試驗驗證后，開展了裝車試驗測試，并通過第三方開展的液壓制動系統靜置功能試驗、線路性能試驗、防滑保護試驗以及熱容量試驗測試，試驗結果符合車輛制動性能要求。

圖5 線路型式試驗Fig.5 Line type test

5 結束語

目前，南京中車浦鎮海泰制動設備有限公司在低地板有軌電車制動系統技術方面已經進行了較深入的研究，實現了批量生產與裝車運用。液壓制動系統的國產化設計與運用，一方面打破了國外液壓制動系統在國內市場的壟斷，另一方面給國內主機廠提供了選擇空間，可大幅度降低低地板有軌電車的制造成本，同時國產制動系統的各項配套服務，如備品備件、售后服務等及時到位，大幅度降低了車輛的運營成本。自主液壓制動系統的運用對我國軌道交通事業的發展具有重要的意義。

[1]蘇州有軌電車2號線通用采購技術規范[Z].中車南京浦鎮車輛有限公司，2015.

[2]蘇州有軌電車2號線液壓制動系統采購技術規范[Z].中車南京浦鎮車輛有限公司，2015.