單軌車輛液壓制動系統調試研究

（中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

跨坐式單軌作為中等運量軌道交通系統，具有投資少、建設周期短、智能環保、爬坡能力強以及占地面積小等優點。近年來，跨座式單軌受到了山地城市、中小城市的青睞。相對于地鐵車輛，單軌車輛車下設備的安裝空間有限且對制動性能有較高的要求，傳統的空氣制動系統難以滿足上述要求，而液壓制動系統具有設備結構緊湊、制動響應時間快以及制動力大等特點。因此，它在單軌車輛上得到了廣泛應用。液壓制動系統作為車輛的關鍵系統，將直接影響列車的安全性和舒適性[1]。該文在介紹液壓制動系統結構組成及其主要設備工作原理的基礎上，對單軌車輛液壓制動系統的調試過程進行了闡述和分析，并提出了液壓制動系統的調試建議。

1 液壓制動系統介紹

1.1 系統結構

單軌車輛制動系統主要采用微機控制的電液制動系統，該系統主要由制動控制單元、液控模塊（包括液壓控制單元和輔助緩解單元）、被動式制動夾鉗以及制動盤等部件組成。單軌車輛液壓制動系統的結構簡圖如圖1所示。

在圖1中，每輛車配置了2臺轉向架，每個轉向架都配備了用于常用制動和緊急制動的機械制動執行單元?；诠收蠈虬踩脑瓌t，制動夾鉗采用被動式彈簧施加。因此，它還具有停放制動的功能。在正常的工況下，列車控制單元通過列車線發送制動指令給每個車輛上的制動控制單元；控制單元接收到指令后控制該車液壓模塊建立起指定的液壓油壓力；并通過車輛上的管路將液壓油輸出至該車轉向架上的制動夾鉗裝置，進而產生所需要的制動緩解力。液壓模塊將液壓油壓力等信息反饋給制動控制單元，制動控制單元通過車輛級和列車級網絡將制動系統狀態反饋給列車控制單元，用于進行制動力調整和信息顯示[2]。當液壓模塊中的液壓控制單元出現故障后，制動控制單元可以通過控制輔助緩解單元實現緩解機械制動的效果。

圖1 單軌車輛液壓制動系統結構簡圖

1.2 液控模塊工作原理

液控模塊由液壓控制單元和輔助緩解單元2個部分組成。

1.2.1 液壓控制單元的工作原理

液壓控制單元的作用是根據制動控制單元控制信號生成和調整液壓管路的壓力用于驅動車輛轉向架上的被動式制動夾鉗。如圖2所示，液壓控制單元包括帶有直流電機的油泵（P/M）、油缸（T）、油缸通氣閥（TV）、帶旁路的油過濾器（UP）、限壓閥（W） 、單向閥（R） 、比例控制閥（A）、壓力傳感器（BP）、緊急閥（D）、限壓閥（IT）、緊急制動節流口（CD）以及測試接口（K）等主要部件。

當車輛需要緩解制動時，比例閥A、緊急閥D得電將油路截止，壓力傳感器BP檢測到壓力低于設定的最小緩解壓力，控制器控制電機M帶動油泵P工作直到油壓達到緩解壓力。當車輛需要施加常用制動時，比例閥A依據控制器中設定的相關系統參數打開并保持，直到夾鉗中壓力下降到設定水平，然后閥A再次截止，使系統中保持當前壓力。

在車輛正常運行的過程中，緊急制動閥D保持得電將油路截止。當車輛緊急列車線失電后，閥D失電并打開，夾鉗的壓力通過限壓閥IT來控制下降。IT閥相當于一個壓力開關，當壓力下降到設定值后閥關閉使夾鉗中殘留一部分壓力避免制動力過大。

當車輛需要施加停放制動時，圖2中電機M關閉，比例閥A失電打開。通過比例閥卸掉制動夾鉗中的壓力，并將壓力降到0 bar。由于制動夾鉗是被動式的，因此需要施加最大制動力來保證車輛安全地停放。

圖2 液壓控制單元內部原理圖

1.2.2 輔助緩解單元的工作原理

輔助緩解單元的作用是在液壓控制單元故障時，在液壓管路中生產足夠大的壓力來緩解彈簧制動力，從而使車輛可以移動。如圖3所示，輔助緩解單元包括帶有直流電機的油泵（P/M）、油缸（T）、油缸通氣閥（Y）、油過濾器（UP）、限壓閥（W）、單向閥（RH）、緊急閥（F）、壓力開關（LH）、節流口（CF）以及測試接口（KH）等主要部件。

圖3 輔助緩解單元內部原理圖

當車輛需要通過輔助緩解單元緩解制動時，圖3中的閥F首先截斷通向油底殼T的液壓回路。電信號通過壓力開關LH低壓力觸點給到電機M使它開始工作。油泵P將油缸T的油吸出并通過過濾器UP，單向閥RH到輔助緩解油路H。壓力持續在輔助緩解回路中建立，直到壓力達到壓力開關LH的高壓力設定點，壓力開關LH從低壓力觸點轉到高壓力觸點，切斷到電機M的電信號。當液壓泵關閉后，單向閥RH阻止液壓油回流并保持輔助緩解壓力。如果輔助緩解壓力下降，壓力開關LH將回到初始位置，“輔助緩解信號”切除，電機又開始運行直到再一次達到工作壓力。

2 液壓制動系統的調試

液壓制動系統的調試通常包括管路清洗、管路夾鉗排空注油、液壓控制單元及輔助緩解單元油缸注油以及制動緩解測試。在調試過程中需要使用管路清洗注油設備和觸發裝置2個設備。管路清洗注油設備的作用是為調試過程提供清潔度達標且具有一定壓力的油液；觸發裝置的作用是與液壓控制單元或輔助緩解單元電氣連接器連接，控制設備內部閥體和電機，并接收、顯示設備內壓力開關和壓力傳感器的反饋信號。

2.1 管路清洗

在液壓系統中，能量的傳遞與控制是通過封閉回路中的受壓液體來實現的，循環工作液中存在的污染物將降低系統性能，為了減少系統中污染物的數量，需要對系統中的管路及設備進行清洗，由于液壓控制單元、輔助緩解單元和制動夾鉗系統供應商供貨前已經進行了清洗，且管路中污染物進入設備和夾鉗內部后難以清洗，所以主機廠在車輛裝配完成后清洗的主要對象是車輛上的液壓管路。

如圖1所示，車輛上有四路液壓油路，分別從液壓控制單元至一位端轉向架夾鉗主口P、液壓控制單元至二位端轉向架夾鉗主口P、輔助緩解單元至一位端轉向架夾鉗輔口A、輔助緩解單元至二位端轉向架夾鉗輔口A。使用常規壓力沖洗法對以上四路管路分別進行清洗，雖然可以達到管路清潔的目的，但是對于批量生產的車輛來說，這樣的操作效率并不高。如何提高生產效率是調試工藝師一直思考的問題。

為了解決該問題，首先從系統結構圖中分析車輛管路的布置情況，經過分析發現按照車輛現有配置，只能分別對每一路管路進行單獨清洗。然后需要考慮能否通過增加工裝改變管路結構。在車輛液壓管路中，除了與液壓控制單元、輔助緩解單元及制動夾鉗連接處采用軟管連接外，其余部分都是硬管螺紋連接，因此我們可以增加工裝的位置只有管路與設備連接處和管路與制動夾鉗連接處。

由此得出方案一，用2根軟管分別將一位端和二位端制動夾鉗的P接口與A接口連接，這樣就可以將整車的管路聯通在一起，然后使用管路清洗注油設備從主油路的快速接頭注入清潔油液，并從輔助油路的快速接頭回收油液并檢測。經過實際測試，發現該方案中油液在管路中流動并不是唯一路徑，因此無法保證管路的整體清潔性。

為了保證油液在管路中的流動路徑是唯一的，通過對方案一進行改進，我們設計出了方案二。

首先將一位端夾鉗的P口和A口使用軟管連接，二位端夾鉗的P口和A口使用堵頭進行封堵。將管路清洗注油設備出油口與主油路的快速接頭相連，回油口與輔助油路的快速接頭相連，這樣構成第一次清洗回路，如圖4所示。

第一次清洗回路清洗達標后，卸掉管路內壓力，將二位端夾鉗的P口和A口使用軟管連接，一位端夾鉗的P口和A口使用堵頭進行封堵。管路清洗注油設備出油口和回油口連接保持不變，這樣構成第二次清洗回路，如圖5所示。

通過圖4和圖5可以看出，兩次清洗即可覆蓋車輛全部管路。使用此清洗方案二可以在保證管路清潔度的前提下節約大量的時間，提高生產效率。

圖4 沖洗回路1

圖5 沖洗回路2

2.2 管路夾鉗排空注油

管路清洗后就應該為管路及夾鉗排空空氣注滿油液。因為空氣的可壓縮性很大，約為油液的10000倍，所以，液壓系統即使含有少量的空氣，它的影響也是很大的。溶解在油液中的空氣，在壓力低時就會從油中逸出，產生氣泡，造成空穴現象。到了高壓力區，在壓力油的沖擊下，這些氣泡又很快被擊碎，急劇受到壓縮，使系統中產生噪聲。同時，在氣體突然受到壓縮時會放出大量熱量，因此引起局部過熱，使液壓元件和液壓油受到損壞。此外，空氣的可壓縮性大，會影響壓力建立的時間，破壞工作的平穩性，有時甚至引起振動。

為了最大程度地排空液壓系統中的空氣，應該從整個系統油路的最低點或相對低點開始注油，所以根據車輛設備、管路設置情況，我們選擇系統中的最低點——液壓控制單元壓力測試接口K和輔助緩解單元壓力測試接口KH為排空注油的注油口與管路清洗注油設備出油口相連，系統中的最高點——制動夾鉗的主壓力測試口和輔助壓力測試口為回油口與管路清洗注油設備回油口相連。

根據圖2液壓控制單元內部原理圖，當設備未通電從測試接口K注入油液時，油液會通過內部的閥D和閥A流入油缸T中，如流入油缸的油液過多，油液將從油缸通氣閥TV溢出設備。所以為了保證可以順利地進行排空注油，需要從液壓制動單元外部對閥D和閥A施加電壓電流進行控制，使2個閥處于截止狀態。這樣就可保證油液從測試接口K進入主油路及夾鉗，通過油液不斷的循環將系統內部的空氣帶出，當管路清洗注油設備回油管中檢測不到氣泡后主油路的排空注油工作即完成。

同理，根據圖3輔助緩解單元內部原理圖，當設備未通電從測試接口KH注入油液時，油液會通過內部的閥F流入油缸T中，如流入油缸的油液過多，油液將從油缸通氣閥Y溢出設備。所以為了保證可以順利的進行排空注油，需從液壓制動單元外部對閥F施加電壓進行控制，使閥F處于截止狀態。這樣就可保證油液從測試接口KH進入輔助油路及夾鉗，通過油液不斷的循環將系統內部的空氣帶出，當管路清洗注油設備回油管中檢測不到氣泡后輔助油路的排空注油工作即完成。

2.3 制動緩解測試

管路和設備注好油液后，下一步應該是對液壓控制單元和輔助緩解單元進行制動緩解測試。緩解測試主要有2個目的。1）對液壓制動系統制動緩解功能進行驗證。2）對液壓制動系統密封性進行驗證。測試過程是使用觸發裝置按照前文介紹的液控模塊工作原理控制模塊產生及卸掉壓力，測試過程較簡單這里不再冗述。

3 結語

為了更好地對車輛系統進行調試，必須先對系統結構和工作原理進行了解，然后才能進行該系統的調試工藝設計，同時根據整個系統部件在車輛上的實際布置情況，因地制宜地對調試工藝進行改進優化，提高工作效率。另外，在液壓制動系統管路清洗的環節中，所使用的短接軟管、封堵頭及注回油接頭的清潔度也是影響調試的重要因素，需要車輛調試人員重點關注。