新制式軌道車輛液壓制動模式探討

摘? 要：簡要介紹液壓制動系統在新制式軌道交通車輛上使用的作用，再介紹液壓制動系統在新制式軌道交通車輛上應用的特點，著重提出在新制式軌道交通車輛上應用的三種液壓制動模式，詳細介紹其工作原理及應用特點，并且進行比較，最后得出結論。

關鍵詞：新制式軌道交通車輛;液壓制動系統;液壓制動模式

中圖分類號：U232? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

1 概述

新制式軌道交通車輛包括中低速磁浮列車、跨座式單軌列車、懸掛式空軌列車等。在新制式軌道交通車輛上，其制動方式包括電制動、液壓制動及落車制動，電制動優先級最高，液壓制動其次，落車制動僅在緊急狀況下使用。在常用制動和緊急制動時，優先采用電制動，以減小基礎制動裝置的磨耗，不足部分由液壓制動進行補充。緊急制動時，僅施加液壓制動。所以，液壓制動在新制式軌道交通車輛上也起著非常關鍵的作用。

新制式軌道交通車輛的制動系統已廣泛使用液壓制動模式，列車在進站停止、遇到突發緊急狀況以及停放等過程中，都需要施加液壓制動。所以，液壓制動系統在新制式軌道交通車輛上是一個至關重要的單元。

液壓制動系統是采用液壓傳動與控制的方式為制動裝置提供壓力，進行控制。液壓制動系統確保新制式軌道交通車輛上的運動部件對整個車輛進行受控的減速和穩定的停止。作為與安全有關的要素，液壓制動系統必須滿足非常高的要求。所以，液壓制動系統的每一個部件的可靠性和耐久性將決定了整個車輛的品質水準和安全等級。

2 液壓制動系統的特點

在新制式軌道交通車輛上，液壓制動系統必須確保快速、可靠和可控的制動動作。為了滿足這些要求，設計師必須考慮到一些指導原則。靈敏度控制的先決條件是液壓制動系統本身的液壓缸盡可能地實現線性運動，并且僅允許呈現微小的滯后。

所以，液壓制動系統應具有以下特點：

（1）可控性。為了實現可控的制動動作，制動液壓力必須盡可能穩定地可調。

（2）快速性。作為控制元件的液壓閥的響應時間必須很短，以便在制動指令開始之時實現最小的時間滯后。

液壓閥通常選用比例閥，所以，比例閥被應用在現代化的液壓制動系統中。比例電磁鐵具有有效地控制閥芯位置及工作壓力，使制動液壓力呈線性增加。該液壓制動系統通常配有比例壓力閥或比例節流閥。比例壓力閥、比例節流閥和電子控制系統對液壓回路進行閉環控制，目的是為了確保良好的可控性，這些閥呈現出很小的滯后，并且可以精確地調節系統線性度。這樣的設計原則常常在壓力閉環回路中被應用，使泄漏量和控制油量變小。在彈簧加載的制動系統中，可以避免制動閘片的連軸打滑，使壓力損失幾乎為零。

（3）可靠性。為保證液壓制動系統的全時可靠的功能，其組件必須滿足嚴格的可靠性要求。

（4）功效性。液壓制動系統的功耗必須最小化，以避免液壓系統在運行過程中過熱，產生高溫現象。

（5）耐久性。液壓制動系統是由現代高性能的材質制成的，這是耐久的性能保證和低維護成本的關鍵條件。

（6）緊湊性。液壓制動控制單元、液壓制動器應該都具備出色的功率密度。從而盡可能實現緊湊的尺寸和最小的空間要求。

3 液壓制動模式

液壓制動系統分為主動型和被動型兩種。運行液壓制動器通常是主動型液壓制動系統，而安全液壓制動器通常是被動型液壓制動系統，其制動動作由彈簧力驅動。對于這兩種類型，設計人員可以選擇多種不同的液壓控制設計。在新制式軌道交通車輛上，液壓制動方案的解決可采用壓力限制、壓力控制或電比例控制等三種模式來實現。在壓力閉環液壓控制系統的情況下，常規地采用壓力控制閥或帶壓力限制的節流閥，對于這樣的控制模式，最有效地閥控回路配以電子控制回路是至關重要的。

3.1 壓力限制液壓制動模式

針對壓力限制液壓制動系統如圖1所示，調整制動油缸的壓力設定值至滿足制動液壓力。同時，增

設壓力傳感器以監測液壓制動系統的壓力。通常，使用直動式控制閥就可以滿足緊湊的尺寸和快速的響應時間。而在被動型液壓制動系統的情況下，須采用反向邏輯液壓控制閥。這種設計，是由彈簧來打開制動盤，液壓閥在失電的情況下輸出最大制動液壓力實現制動。最大壓力值是使用液壓閥調節桿予以設定。

壓力限制液壓制動模式空間要求很緊湊，經濟成本很低，壓力控制精度較低，泄漏量較大，并且響應時間較長。適用于需持續供給油液、響應時間和壓力控制精度要求不高的場合。

3.2 壓力控制液壓制動模式

在這種壓力控制液壓制動系統中（如圖2所示），通過比例壓力控制閥將制動油缸的壓力調整到所

需的制動液壓力。控制閥的輸出壓力與輸入壓力分離，從而消除了較高系統輸入壓力對制動作用的影響。這種解決方案常常會用到蓄能器保壓技術，以實現電機驅動液壓泵的長時間靜止間隔。所以，這種應用的比例控制閥必須具備低泄漏率性能。而對于被動型液壓制動系統，則必須使用反比例控制閥。

3.3 電比例控制液壓制動模式

如圖3（a）所示，選擇比例溢流閥作為控制元件。通過一個壓力傳感器監測制動液壓力，并將監測信號反饋到電控系統，把設定值和采樣值作比較得到偏差信號。

另外一種控制方式如圖3（b）所示，采用在進油路和回油路上各設置一個比例節流閥來實現。比例節流閥的優勢在于響應時間短，通過電子控制器的優化調整可實現更大程度上的靈活性。

4 三種液壓制動模式的對比

三種液壓制動模式：壓力限制液壓制動模式、壓力控制液壓制動模式和電比例控制液壓制動模式，可以從壓力精度、響應及滯后表現、泄漏保護、空間要求以及經濟性等幾個方面進行對比，如表1。

5 結語

壓力限制液壓制動模式在新制式軌道交通車輛的液壓制動系統上已經得到非常廣泛的應用，并且也積累了豐富的經驗。在國外，修建于上世紀的拉斯維加斯的空中觀光列車就采用了比例溢流閥作為其剎車壓力限制的主要控制部件。在國內，南車旗下的南京海泰為高鐵項目中的兩款車型共同測試兩款流量為25L/min，壓力控制范圍分別為0～70bar 和 0～115bar 的保壓型比例溢流閥。其保壓特性和壓力測試，經測試已經滿足了客戶的要求，正準備投入使用。

壓力控制液壓制動模式在新制式軌道交通車輛的液壓制動系統中也得到了成功使用。在低地板有軌電車液壓制動系統上首次使用，經過批量生產，已經成熟。再向中低速磁浮列車液壓制動系統上進行延伸，可以為列車減輕重量、騰出空間、提高穩定性和可靠性，使中低速磁浮列車制動技術水平得到進一步提高。

電比例控制液壓制動模式是一種控制精度比較高、響應時間比較快、系統泄漏量比較小的制動模式。目前，在歐美市場已經成功應用。在國內，在新制式軌道交通車輛的液壓制動系統上也將會廣泛應用。

三種液壓制動模式在新制式軌道交通車輛的液壓制動系統中得到了成功使用，不僅結構緊湊，占位空間小，經濟成本較低，而且更重要的是具有控制精度高，時間相應快，并且系統泄漏極低，保障車輛安全、穩定工作。伴隨著電子控制系統的日漸成熟，三種液壓制動模式在新制式軌道交通車輛上會越來越廣泛應用。

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收稿日期：2019-11-18

作者簡介：吳沫（1977—），男，四川巴中人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：新制式軌道交通制動系統研究與工程化設計。