城軌交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)的研究

趙旭松+傅揚(yáng)

摘 要：隨著我國(guó)城鎮(zhèn)人口不斷增加，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市擁堵的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，而發(fā)展城市軌道交通是緩解這一現(xiàn)象的必然選擇。在城市軌道迅猛發(fā)展的同時(shí)，城市軌道交通設(shè)備的安全性也備受關(guān)注。因此，本文首先對(duì)城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了概述，并詳細(xì)分析了城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)的選用，旨在促進(jìn)我國(guó)城市交通的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城軌交通；車輛制動(dòng)系統(tǒng)；研究

1 城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)介紹

目前我國(guó)城軌車輛主要選用國(guó)外進(jìn)口的制動(dòng)系統(tǒng)，主要包括日本NABCO制動(dòng)系統(tǒng)、德國(guó)KNORR制動(dòng)系統(tǒng)、英國(guó)WESTINGHOUSE制動(dòng)系統(tǒng)和SABWABCO CFAIVELEY）制動(dòng)系統(tǒng)。以上均屬于當(dāng)今主型的模擬式直通電空制動(dòng)系統(tǒng)，具有反應(yīng)快速、操縱靈活，以及與牽引、TOMS（列車控制管理系統(tǒng)）和ATC等系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合等特點(diǎn)。由于不同制動(dòng)系統(tǒng)的風(fēng)源和基礎(chǔ)制動(dòng)單元差別不大，下面主要對(duì)這些制動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)或單元進(jìn)行介紹。

1.1日本NABCO制動(dòng)系統(tǒng)

日本NABCO制動(dòng)系統(tǒng)主要指NABCO的H RDA型電空制動(dòng)系統(tǒng)，1992年投入應(yīng)用，是一種傳統(tǒng)的直通電空制動(dòng)系統(tǒng)。在我國(guó)，該電空制動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于北京和天津的城軌項(xiàng)目。 H RDA型電空制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)控制單元包括制動(dòng)電子控制裝置和氣動(dòng)控制裝置兩部分：電子控制裝置為貯有定制程序的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，氣動(dòng)控制裝置主要由電空中繼閥、空重車調(diào)整閥和氣路板等組成。

1.2制動(dòng)電子控制裝置

H RDA型電空制動(dòng)系統(tǒng)的電子控制裝置整體結(jié)構(gòu)采用6U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，主要芯片采用日本日立公司的H8系統(tǒng)微控制器。該電子控制裝置主要包括

制動(dòng)控制、防滑控制、通信及顯示三個(gè)部分。

制動(dòng)控制部可接收列車制動(dòng)控制線的PWM制動(dòng)指令，進(jìn)行空氣和電制動(dòng)的混合制動(dòng)計(jì)算，控制電空中繼閥上電空轉(zhuǎn)換（EP）閥的電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)缸的預(yù)控壓力控制；同時(shí)，電子控制裝置又根據(jù)兩路空氣彈簧壓力（AS1 ，AS2）對(duì)預(yù)控壓力按載荷進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，通過(guò)氣動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)力的控制。

防滑控制部可以測(cè)定各車軸的速度，一旦檢測(cè)到有車輪滑行，便控制防滑閥降低滑行軸的制動(dòng)缸壓力，使滑行車輪恢復(fù)到正常的粘著狀態(tài)。 通信及顯示部用于與TMS通信及故障診斷信息的顯示與存貯。

1.3德國(guó)KNORR制動(dòng)系統(tǒng)

德國(guó)KNORR制動(dòng)系統(tǒng)主要指KNORR的ESRA電空制動(dòng)系統(tǒng)。該電空制動(dòng)系統(tǒng)是一種標(biāo)準(zhǔn)化的制動(dòng)系統(tǒng)，是傳統(tǒng)的直通電空制動(dòng)系統(tǒng)，可用于機(jī)車、動(dòng)車組和城軌等項(xiàng)目。該電空制動(dòng)系統(tǒng)1993年研發(fā)，1995年投入應(yīng)用。在我國(guó)，該電空制動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于上海、廣州、北京和天津等地鐵項(xiàng)目。

KNORR的ESRA制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)控制單元包括制動(dòng)電子控制裝置和氣動(dòng)控制裝置兩部分：電子控制裝置為貯有定制程序的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，主要由包括微處理器的主電路板、輔助電路板和通信板組成；氣動(dòng)控制裝置主要由電空模擬轉(zhuǎn)換（CEP閥、緊急電磁閥、中繼閥、空重車調(diào)整閥和氣路板等組成。

1.4英國(guó)WESTINGHOUSE制動(dòng)系統(tǒng)

英國(guó)WESTINGHOUSE制動(dòng)系統(tǒng)主要指英國(guó)WESTINGHOUSE（現(xiàn)為KNORR英國(guó)子公司）的EP2002電空制動(dòng)系統(tǒng)，是一種基于架控的城軌直通電空制動(dòng)系統(tǒng)。該電空制動(dòng)系統(tǒng)2000年開(kāi)始研發(fā)，2005年裝車應(yīng)用。在我國(guó)，該電空制動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于上海、廣州、北京等地鐵項(xiàng)目。EP2002電空制動(dòng)控制單元包括一系列高度機(jī)電一體化的制動(dòng)控制閥，即網(wǎng)關(guān)閥（Gateway Valve）、擴(kuò)展閥（RIO Valve）和智能閥（Smart Valve）。網(wǎng)關(guān)閥主要用于制動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制和本車制動(dòng)控制，擴(kuò)展閥主要用于本車制動(dòng)控制和擴(kuò)展電氣連接，智能閥用于本車制動(dòng)控制。以上各種EP2002制動(dòng)控制閥（以下簡(jiǎn)稱EP2002閥）外形和重量基本相似，一般外形尺寸325 mm×210 mm× 210 mm，總重23kg（EP2002閥重19 kg，閥安裝座重4 kg）。

2 城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)選用分析

針對(duì)上述制動(dòng)系統(tǒng)的組成和功能，結(jié)合一些當(dāng)前新型直通電空制動(dòng)系統(tǒng)的熱點(diǎn)，如車控和架控制動(dòng)系統(tǒng)等，提出了以下選用城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)需注意的幾個(gè)方面，在保證城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)安全性的同時(shí)，盡量減少其運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)和壽命成本。2.1辨析車控和架控制動(dòng)控制系統(tǒng)

實(shí)際應(yīng)用證明，對(duì)城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)，車控和架控制動(dòng)控制系統(tǒng)在性能方面沒(méi)有什么區(qū)別，例如制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)緩解靈敏度、制動(dòng)缸充排風(fēng)速度和防滑控制水平等。這是由于實(shí)際上現(xiàn)有車控制動(dòng)控制系統(tǒng)的性能已足夠滿足對(duì)制動(dòng)的要求，所以制動(dòng)系統(tǒng)的性能主要取決于制動(dòng)管路的布置和狀態(tài)。另外，在制動(dòng)管路的布置方面，車控和架控制動(dòng)控制系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)于車控系統(tǒng)，與架控系統(tǒng)相比在車輛上需布置沿車長(zhǎng)方向的制動(dòng)缸管；對(duì)于架控系統(tǒng)，與車控系統(tǒng)相比需要設(shè)置兩個(gè)靠近轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)控制裝置；對(duì)于停放制動(dòng)系統(tǒng)，車控和架控系統(tǒng)的管路布置是相同的。應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)有的將停放制動(dòng)集成在內(nèi)的車控制動(dòng)控制單元更具有優(yōu)勢(shì)。

2.2制動(dòng)控制單元小型化趨勢(shì)

由上述城軌車輛制動(dòng)控制單元介紹可知，與20世紀(jì)90年代NABCO的H RDA制動(dòng)控制單元和KNORR的ESRA制動(dòng)控制單元相比，制動(dòng)控制單元小型化已是現(xiàn)在以至未來(lái)制動(dòng)控制單元的發(fā)展方向。制動(dòng)控制單元小型化，如EP2002和EPAC制動(dòng)控制單元，使制動(dòng)控制單元成為了一個(gè)可在線更換的裝置，方便車輛的安裝和維護(hù)，減輕了車輛的總重，減少了列車庫(kù)停檢修的時(shí)間。

2.3制動(dòng)控制單元新解決方案的挑戰(zhàn)

我國(guó)城軌車輛大多數(shù)制動(dòng)控制單元采用傳統(tǒng)的制動(dòng)控制解決方案：即制動(dòng)氣動(dòng)裝置接受制動(dòng)電子控制裝置的控制，由電空轉(zhuǎn)換閥產(chǎn)生與制動(dòng)需求相一致的預(yù)控壓力，然后通過(guò)中繼閥進(jìn)行流量放大，最終控制制動(dòng)缸的壓力；防滑控制由制動(dòng)電子控制裝置通過(guò)控制靠近轉(zhuǎn)向架的防滑閥實(shí)現(xiàn)車輪防滑。值得注意的是，一些新的制動(dòng)控制單元采用了全新的制動(dòng)控制解決方案，將制動(dòng)缸控制和防滑控制合并在一起。但由于制動(dòng)缸控制和防滑控制不同的機(jī)械和氣動(dòng)特性，新的制動(dòng)控制解決方案面臨著較大的挑戰(zhàn)。

2.4考慮制動(dòng)控制系統(tǒng)的壽命成本

由于城軌交通的安全性要求較高，目前我國(guó)主要采用了國(guó)外的車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)。但在保證了安全性的同時(shí)，也不得不面對(duì)產(chǎn)品的壽命周期成本。這一大問(wèn)題。面對(duì)上述我國(guó)采用的城軌制動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)用一定時(shí)期的可維修性需著重考慮。所以在選用城軌制動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，需要研究其零部件維修的可能性，而不是自始至終從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)整機(jī)。

3 總結(jié)

綜上所述，在城市軌道迅猛發(fā)展的過(guò)程中，只有將城市軌道交通設(shè)備各子系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起，使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊、功能更加強(qiáng)大、設(shè)計(jì)更加靈活，在保證列車安全運(yùn)行的同時(shí)也為乘客提供了一個(gè)舒適的乘車環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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