城軌車輛制動技術(shù)原理介紹

孟祥龍

哈爾濱地鐵集團有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

實踐表明，城市軌道車輛具有較高的運行速度和較短的站間距離行駛特點，需要頻繁的啟動、加速、快速制動等工況，針對這一情況，現(xiàn)代軌道交通地鐵車輛一般均采用微機控制的、總線架構(gòu)的電控設(shè)備，具有性能優(yōu)越、可靠性好、集成度高、通訊能力強，系統(tǒng)響應(yīng)時間短、成熟可靠等特點。同時為縮短空氣執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)時間，制動控制閥盡可能安裝在靠近走行部位置，以減少制動閥到制動缸之間的管路連接件的數(shù)量，縮短管路距離，多數(shù)車輛均采用架控的方式，從而有效縮短制動響應(yīng)時間，縮制短動距離。本文件主要介紹軌道交通輛制動系統(tǒng)的原理，對制動系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)成、制動控制、系統(tǒng)功能、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、系統(tǒng)接口等進行了詳細描述。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

車輛通常為六輛車編組，具體如下：

列車編組：+Tc×Mp×M=M×Mp×Tc+

其中：Tc車為有司機室的拖車 Mp為帶受電弓的動車M為無受電弓的動車。

2 制動模式

制動系統(tǒng)主要有以下幾種制動模式。①常用制動，通過司機或ATP系統(tǒng)發(fā)出指令，通常它用于在各種速度和載荷條件下快速有效地控制列車運行和停止。常用制動通常采用動力制動和電空摩擦制動的混合制動（動力制動優(yōu)先）。②快速制動，是一種和緊急制動減速度相同的常用制動。快速制動時，可實現(xiàn)復合制動和防滑控制，安全回路不斷開，車輛不會發(fā)生緊制情況。③緊急制動，保證在特定的時間內(nèi)提供預期的制動力。為避免潛在的危險狀態(tài)，司機發(fā)出緊急制 動指令，使列車在最短的距離內(nèi)停車。④停放制動，防止列車在靜止狀態(tài)溜車，用于保證列車安全可靠停放。⑤保持制動，用于列車在坡道啟動時不溜車。在這種情況下，當制動系統(tǒng)仍施加一定制動力的條件下，列車可以施加牽引。備注：動力制動（ED），是通過電機產(chǎn)生的電制動力實現(xiàn)無磨耗制動，這種制動只能在動車實現(xiàn)，不能在拖車上實現(xiàn)。電空摩擦制動（EP），直接作用在車輪上（動車），或者在安裝了盤的軸上（拖車）。這種制動方式在動車上也能用，甚至比拖車更好些。

3 制動原理

3.1 常用制動和快速制動控制原理

列車總線收到制動指令信號，列車硬線線路進行備份（冗余安全設(shè)計），車輛網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)該制動指令計算的總的制動動力需求，并經(jīng)列車總線傳送給牽引系統(tǒng)優(yōu)先施加電制動力，當電制動力不足情況下，缺失部分由制動動系統(tǒng)承擔，制動系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)閥通過內(nèi)部總線網(wǎng)絡(luò)分配到各個制動控制閥，進行補充。制動控制閥加常用制動時，其內(nèi)部板卡通過與空簧連接的管路進行空簧壓力信號采集（即車重信息），制動控制閥內(nèi)部內(nèi)部板卡按照網(wǎng)關(guān)閥要求，對制動缸壓力進行動態(tài)調(diào)節(jié)，閥體內(nèi)部設(shè)置各類傳感器進行檢測反饋，形成動態(tài)、實時的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)所需的制動力輸出需求，并最終通過閘瓦與車輪表面貼合，形成摩擦阻力，實現(xiàn)車輛制動功能?？焖僦苿訒r，整個制動系統(tǒng)將會施加一個與緊急制動具有相同減速度大小的制動，且此時仍然可以使用電制動。制動力將會按照常用制動模式來分配。

3.2 緊急制動控制

制動控制閥接收到緊急制動指令時，會施加一個經(jīng)過載荷補償?shù)木o急制動力。緊急制動（EB）功能可以對每個轉(zhuǎn)向架上的與載荷成正比的制動缸壓力進行獨立地控制，同時切斷常用制動（SB）控制。緊急制動功能通過列車控制系統(tǒng)發(fā)出的失電的緊急制動輸入信號來觸發(fā)[1]。緊急制動系統(tǒng)完全是遵循以“故障導向安全”為原則進行設(shè)計的，它主要通過以下措施保證緊急制動的可靠實施。①完全獨立于常用制動系統(tǒng)之外，確保常用制動故障時，不影響緊急制動。②緊急制動列車線為貫串于全列車的列車環(huán)路，列車緊急制動指令線從頭車開始直至尾車，再由尾車回到頭車，利用雙線雙斷的安全原則保證緊急制動指令的準確實施。③緊急制動指令線采用失電緊急，得電緩解的形式，以確保在列車中的任何一輛車的緊急制動線斷路時，都能保證緊急制動指令線失電，列車實施緊急制動。

3.3 保持制動控制

保持制動可分為以下兩部分。①施加保持制動。當檢測到速度低于一定值時，系統(tǒng)會自動進入保持制動階段，保持制動為一恒定值，通常為最大常用制動的70%，這樣可以確保列車在AW3載荷下停放在線路的最大坡道上而不溜車。保持制動一旦施加，就會一直處于實施狀態(tài)，直到啟動緩解保持制動指令。②緩解保持制動。車輛開始運行時，保持制動在一定條件下才會被緩解，以確保牽引力足夠防止車輛向后移動的情況下才可對保持制動緩解信號進行設(shè)定。如果“保持制動緩解”信號出現(xiàn)故障，則當檢測到車輛速度大于5km/h時，保持制動也會自動被緩解，以防止在牽引模式下產(chǎn)生制動，出現(xiàn)車輪擦傷故障發(fā)生。

4 制動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式

其中G代表網(wǎng)關(guān)閥，S代表智能閥，每半組車設(shè)置一個總線型局域網(wǎng)（can網(wǎng)），首、尾兩個局域網(wǎng)通過車輛級的多功能車輛MVB總線實現(xiàn)連接，所有制動控制閥均連接在局域網(wǎng)內(nèi)部，各個制動控制閥將自身數(shù)據(jù)、狀態(tài)反饋給局域網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)閥負責與車輛進行數(shù)據(jù)的互通，實現(xiàn)彼此信息交互。

5 結(jié)語

本文通過對地鐵車輛制動系統(tǒng)技術(shù)原理的介紹，對某國內(nèi)主流的制動系統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)成、基本功能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式做了簡要介紹，分析其基本原理?，F(xiàn)階段的制動系統(tǒng)均是基于固定黏著進行控制的系統(tǒng)，無法做到黏著檢測，黏著的有效控制，尤其地面線路，因溫度、環(huán)境等因素變化較大，無法對黏著狀態(tài)做出準確、有效的預測，提高黏著利用率，進而無法進一步提高行車效率，提高行車安全性。但從國外同行近期對軌道交通未來車輛的整體規(guī)劃中，可以看出，制動系統(tǒng)方面尤其是對制動系統(tǒng)黏著進行動態(tài)控制，是提升車輛加、減速度，實現(xiàn)列車更大的運力的一個有效解決方向。