地鐵車輛兩種典型制動方式的對比分析

1、地鐵車輛兩種典型制動方式的對比分析 摘要：隨著近年來的技術(shù)進步，軌道交通車輛在提高電氣制動與空氣制動的協(xié)調(diào)性，提高冗余度，最大限度地致力于黏著、小型化、輕量化、模塊化制動系統(tǒng)的開發(fā)方面發(fā)揮了重要作用。文章分別對NABTESCO公司的HRDA制動系統(tǒng)、KNORR公司的EP2002制動系統(tǒng)的車控與架控兩種制動形式進行了梳理，介紹了兩種制動控制方式原理、制動布置方式以及制動控制裝置的差別。 關(guān)鍵詞：地鐵車輛；架控；車控；控制原理；制動布置 文獻標識碼：A 中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2016）18-0102-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.

2、18.050 1 概述 近年來，隨著技術(shù)的不斷進步，軌道交通車輛在提高電氣制動與空氣制動的協(xié)調(diào)性，提高冗余度，最大限度地致力于黏著、小型化、輕量化、模塊化制動系統(tǒng)的開發(fā)方面發(fā)揮了重要作用。對于地鐵車輛來說，制動的形式也逐漸成形，主要是分為了車控與架控兩種控制形式，各地鐵車輛公司根據(jù)自身軌道交通環(huán)境的狀況選擇所需的制動形式。 2 制動系統(tǒng)及制動形式 目前國內(nèi)城市軌道車輛主要應(yīng)用的系統(tǒng)有NABTESCO公司HRDA型系統(tǒng)、KNORR公司EP2002型系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)均為直通式電空制動系統(tǒng)，該類型系統(tǒng)具有響應(yīng)時間短，制動力施加準確，容易控制，結(jié)構(gòu)簡單，容易與牽引、列車監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）及列車自動控制

3、系統(tǒng)（ATC）配合等特點。由于目前各制動系統(tǒng)供應(yīng)商均能提供架控制動控制單元及車控制動控制單元，因此，目前地鐵車輛按照這兩種控制方式建立制動系統(tǒng)平臺，一套為架控制動系統(tǒng)平臺，另一套為車控制動系統(tǒng)平臺，以滿足不同用戶的需求。 2.1 車控制動系統(tǒng) 車控制動系統(tǒng)主要包括如下系統(tǒng)：供風系統(tǒng)、車控制動控制單元、輔助控制模塊、防滑控制裝置、基礎(chǔ)制動裝置、回送系統(tǒng)。車控制動模式下每輛車設(shè)有一套制動控制裝置，以每輛車為單位控制制動系統(tǒng)。以日本NABTESCO-HRDA型電空制動系統(tǒng)為例。 HRDA型電空氣制動裝置是反應(yīng)迅速、性能良好的電氣指令制動系統(tǒng)，并可與列車自動保護系統(tǒng)（ATP）配合，是充分考慮安全性而設(shè)

4、計的系統(tǒng)。該型制動系統(tǒng)主要包含兩個部分：微機控制部分和空氣制動部分。兩個部分裝于一個制動控制箱內(nèi)。 兩個部分共同實現(xiàn)車輛的制動控制。制動指令由司機室制動手柄發(fā)出，該指令由司機將制動手柄置于不同的位置產(chǎn)生，該位置的電信號由制動手柄模塊中的編碼器轉(zhuǎn)化為PWM信號，通過列車控制線傳輸給該系統(tǒng)的微機控制部分。根據(jù)制動指令，由控制裝置中的微機進行電空混合制動的計算，最終確定空氣制動與電制動的分配比例。并據(jù)此向牽引系統(tǒng)及制動系統(tǒng)中的EP閥發(fā)出指令，由牽引系統(tǒng)施加電制動，由EP閥實現(xiàn)空氣制動。制動過程中最主要的制動功能為常用制動及緊急制動。 2.1.1 常用制動。常用制動指令是由制動控制器，通過3根列車貫通

5、線（2進制碼）送給制動控制裝置。手動常用制動分為7級。M車的制動電子控制單元，檢測本車及T車的空氣彈簧壓力（T車的空氣彈簧壓力是通過T車的制動電子控制單元檢測），控制M-T單元的制動力。這個控制不僅是進行本車的電空協(xié)調(diào)配合，由再生制動優(yōu)先方式，對T車優(yōu)先使用空氣制動補足，采用T車優(yōu)先延時投入。另外，制動電子控制單元為改善常用制動時的舒適性，減少制動力的變化率而減少沖動。常用制動工作原理如圖1所示： 2.1.2 緊急制動。緊急制動是列車在緊急情況下才會施加的制動。因此其安全性及可靠性必須被充分考慮。在HRDA型制動系統(tǒng)中設(shè)置有貫穿全列的緊急制動線。處于故障導(dǎo)向安全的原則，該制動線采用失電制動。即

6、當改線處于斷電狀態(tài)時，制動控制裝置會將該失電狀態(tài)轉(zhuǎn)化為緊急制動指令信號，控制EP閥施加緊急制動。緊急制動指令的觸發(fā)因素有很多種，例如ATP指令、司機制動閥指令、緊急制動按鈕，而且在列車斷鉤及有較大漏風處使得總風壓力顯著降低時。列車往復(fù)線（EB1線、EB2線）組成力列車的緊急制動環(huán)路。緊急制動工作原理如圖2所示： 2.2 架控系統(tǒng) 架控制動系統(tǒng)主要包含如下系統(tǒng)：供風系統(tǒng)、架控制動控制單元（2套/車）、輔助控制模塊、防滑控制裝置、基礎(chǔ)制動裝置、回送系統(tǒng)。 每輛車設(shè)有兩套制動控制單元，獨立控制每個轉(zhuǎn)向架。其具有如下優(yōu)點：（1）可以測量每個轉(zhuǎn)向架上空氣彈簧的準確壓力，通過電子部件對空氣彈簧壓力加以平均

7、；（2）可以以轉(zhuǎn)向架為單位，根據(jù)車輛載荷更好地調(diào)整制動力；（3）縮短了制動單元到制動缸管路之間的長度，降低了制動響應(yīng)時間；（4）每個制動單元用獨立的總線連接，如果一個轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)故障，損失的制動力可以由制動單元內(nèi)其他轉(zhuǎn)向架補償，使損失的制動力達到最??；（5）沒有獨立的防滑閥排風閥，集成于制動系統(tǒng)中；（6）快速、獨立的連接，可以共享關(guān)鍵的事件信息。 架控制動系統(tǒng)以KNORR公司的EP2002制動系統(tǒng)為例。EP2002電空制動控制閥是高度集成的控制單元，其中包括了制動控制、防滑、空重車調(diào)整等諸多功能。該控制閥有多種型號，在地鐵車輛中應(yīng)用的主要為網(wǎng)關(guān)閥和智能閥。網(wǎng)關(guān)閥主要用于制動網(wǎng)絡(luò)控制和本車制動控制

8、，智能閥用于本車制動控制。一般頭車上安裝網(wǎng)關(guān)閥，中間車安裝智能閥。EP2002將防滑功能集成在其內(nèi)，不需要單獨的防滑排風閥。該閥體由數(shù)百個零件組成，因此維修時需徹底分解，對維修條件有很高的要求。 EP2002閥采用車輛多功能數(shù)據(jù)總線與硬線控制相結(jié)合的控制方式，一般制動數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線在車輛之間進行傳輸。當數(shù)據(jù)總線出現(xiàn)問題時由硬線來實現(xiàn)基本的制動控制。制動控制原理如圖3所示： 每個架控制動裝置接收制動指令，根據(jù)不同級別的制動指令判斷并計算各轉(zhuǎn)向架所需的制動力，實現(xiàn)車輛的常用制動及緊急制動。 2.2.1 常用制動控制。系統(tǒng)將從列車總線收到制動指令PWM信號，并由列車硬線線路進行備份。只有當兩條列車

9、總線完全失效時，才會使用另一條列車硬線線路發(fā)出的PWM列車線路信號。計算出的制動指令會被譯碼成壓力指令，然后確定與實際達到的電制動力相混合所需的減壓量，再經(jīng)由制動總線分配到制動總線上的其他閥。常用制動空氣流程圖如圖4所示： 2.2.2 緊急制動控制。緊急制動系統(tǒng)完全是遵循以“故障導(dǎo)向安全”為原則進行設(shè)計的，采用純空氣制動。在設(shè)計上是完全獨立于列車的常用制動系統(tǒng)之外的獨立系統(tǒng)。這樣就可以保證即使在常用制動系統(tǒng)發(fā)生故障時，不會影響到緊急制動的實施。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。緊急制

10、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。 EP2002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。緊急制動空氣流程圖見圖5，圖中虛線部分為出現(xiàn)滑行的緊急制動空氣流程圖。 3 結(jié)語 今后，地鐵制動系統(tǒng)在系統(tǒng)的整體設(shè)計上以及制動形式設(shè)計上將還是圍繞這兩種制動形式進行，制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、無故障、易維修等還將作為主要的課題。因此，應(yīng)與綜合制動系統(tǒng)廠家密切合作，自主而積極地進行設(shè)計研發(fā)工作。 參考文獻 1 匡如華.EP2002制動系統(tǒng)及其在城軌車上的應(yīng)用J.機車電傳動，2009，（5）. 2 吳新宇.克諾爾模擬式地鐵制動系統(tǒng)概述J.鐵道車輛，2000，38（1