貴陽1號線架控制動系統選型與應用研究

王春萌 徐紅星

摘 要：貴陽地鐵1號線采用EP2002架控制動系統，針對長大坡道、凍雨低黏著及高原等環境條件，車輛制動系統在選型上做了多方面的研究。其中包括基礎制動型式，空壓機排量選擇及改善黏著。

關鍵詞：地鐵車輛；制動系統；空壓機；基礎制動；低黏著；踏面清掃

中圖分類號：U270.35 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0126-02

Study on Lectotype and Application of Break System

in Gui Yang Metro Line one

WANG Chunmeng XU Hongxing

（CRRC Nanjing Puzhen Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210031）

Abstract： Gui yang Metro Line 1 used the EP2002 brake control system， environmental conditions for growing up the ramp， freezing rain， low friction and plateau， vehicle braking system in the application selection do research in many aspects. These include the type of foundation brake ，the displacement of the air compressor and improvement of adhesion.

Keywords： metro vehicle； braking system；air compressor ；foundation brake ；low adhesion； tread cleaning

貴陽是一座“山中有城，城中有山，綠帶環繞，森林圍城，城在林中，林在城中”的具有高原特色的現代化都市。貴陽地鐵1號線具有長大連續坡道及位于高原等特點，需要改善長大連續坡道對輪軌間的黏著[1]。長大連續坡道對基礎制動熱負荷要求較高，而高原地區對空氣壓縮機的選型和計算提出了更高的要求。本文將從高原地區空壓機選型、基礎制動選型、有效改善黏著等方面進行闡述。

1 主要技術參數

車輛構造速度：90km/h；最高運行速度：80km/h；最大常用制動：≥1.0m/s2；緊急制動：≥1.2m/s2；坡道：最大坡度不大于30‰，困難條件下35‰。

2 空壓機選型

由于貴陽的海拔高度為1 100～1 300m，在空壓機選型和計算時，考慮到空氣的稀薄程度，使空壓機的排量乘以對應海拔系數（0.86），貴陽1號線使用的空壓機排量為920L/min，實際排量為700L/min，且雙塔干燥器工作耗風率為25%～26%，實際風源系統輸出的實際排量為601L/min。空壓機的選型參數及技術指標如表1所示。

表1 空壓機的技術參數

[風源系統 技術參數 型號 VV120 工作轉速 1 450r/min 空氣凈輸出量 700L/min±6% 工作壓力 9.5bar 軸功率 6.5kW±7% 油容量（max/min） 3.7/1.5L 油型號 RIMULA R6 M 10W-40 電機型號 KB/04C-132M 工作溫度范圍 -40～+50℃ 工作電壓 AC 380V+15%/-5% 頻率 50Hz ]

通過估算列車總的耗風量為：

[ min 279.4Qnet_veh nor =393.2 L/min max 518.6]

其中，Qnet_veh min是認為車輛在理想條件下運行，如在相對平直的軌道上，載客不多，車站之間很少采用制動，很少用喇叭，正常條件（少量泄漏……）等；Qnet_veh nor是認為車輛在一般條件下運行；Qnet_veh max是認為車輛在極端條件下運行，如在有很多彎道的線路上運行，滿載和大負載變化、多次使用風笛及門控驅動器、撒砂包括砂干燥等。

最終計算出單臺空壓機工作時的相對負荷率為：

[ min 46.5DCcomp nor=65.4 % max 86.3]

通過對空壓機的選型計算可知，上述空壓機設計參數完全能滿足貴陽1號線的使用。值得注意的是，高原地區空氣稀薄，通過計算可知，初充風時間較一般平原地區略長。

3 基礎制動選型

貴陽1號線線路復雜，坡度大，曲線多，且坡度較長。為保證車輛的安全性，結合自然環境等要求，基礎制動優先選擇盤型制動。相對于踏面制動而言，盤型制動裝置的顯著優點是能承受地鐵等城軌車輛頻繁制動所產生的熱負荷，進而能大大減輕車輪踏面的機械和熱作用，而車輪不直接承受制動熱量，能延長其使用壽命。研究結果表明，盤型制動的極限功率主要取決于制動盤表面的最高溫度和閘片的耐熱性，因此，盤型制動具有高于踏面制動的制動功率，適合更高的制動速度。對于合成閘片而言，可用于200km/h以下的鐵路客車，這一點也同樣適用于地鐵及輕軌列車。

從技術分析的角度可以看出，對于列車運行速度小于80km/h的城市軌道交通線路，可以采用踏面制動的方式；對于客流量比較平穩的城市軌道交通線路，當列車運行速度在100km/h及以上或者速度小于100km/h，但軌道線路較惡劣時，如長大坡道，連續站間距過短時，應采用盤型制動方式。通過線路熱容量計算得出盤型制動滿足要求。

4 有效利用黏著

4.1 有效利用黏著的原理

WSP以軸為單位進行控制，當EP2002閥檢測到車輪打滑時，其將控制制動缸壓力，以修正打滑。軸速由每個軸上的速度傳感器測得，此速度信息在CAN總線單元內的閥之間共享，從而根據WSP算法檢測和控制滑動。當檢測到打滑深度大于5%時，制動防滑保護系統被激活并隨后將打滑深度控制在15%至20%之間以獲得最大的輪軌黏著。常用制動和緊急制動模式都具有WSP功能，但工作原理并不完全相同[2]。

4.2 改善黏著

在凍雨天氣下，輪軌黏著條件差，列車在制動過程中可能會出現滑行。在某些極端條件下，黏著過低時，制動距離將嚴重超標。針對黏著不可控的風險，貴陽1號線采取相應措施盡可能提高黏著，如增加研磨子（踏面清掃功能）。

研磨子（踏面清掃裝置）具有增黏功能，其增黏原理參見圖1。

[][][][增黏著研磨子][金屬粒子][水膜]

圖1 踏面清掃原理示意圖

金屬顆粒通過熱塑性樹脂黏附在車輪踏面上，通過輪軌碾壓，形成金屬粒子薄膜，改變輪軌接觸區受力狀態，提高黏著系數。

控制模式主要有以下兩種。

①網絡自動控制。網絡根據時鐘每天執行一次，在每天零點過后，當列車在牽引工況下速度首次達到40km/h時，網絡會自動發出踏面清掃命令V1，驅動踏面清掃電磁閥。該命令采用施加10s、緩解5s的輸出方式交替進行，持續1min。若在此過程中，列車速度低于25km/h或列車轉為制動工況，則停止輸出該指令V1，當天不再輸出踏面清掃指令。

②當該車任意一軸產生滑行時，其踏面清掃裝置按照施加20s、緩解10s的周期作用。只要滿足滑行條件，就至少動作一個周期，當觸發條件不滿足時，直至該動作周期結束后，踏面清掃裝置才停止動作。

5 結語

貴陽地鐵1號線制動系統采用了國內常用的EP2002架控制動系統，基礎制動采用盤型制動。在空壓機選型、基礎制動選型及改善黏著等方面進行重點設計，以符合貴陽地鐵1號線的環境特點，減少列車滑行的概率，提高地鐵列車的運行品質。

參考文獻：

[1]鄔志偉，胡用生，沈剛，等.城市軌道車輛牽引、制動與防滑系統的效率研究[J].城市軌道交通研究，1998（4）：33-35.

[2]倪慶博.地鐵車輛ESRA制動系統防滑功能解析[J].科技資訊，2009（3）：253-254.