單軌車輛液壓制動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試研究

（中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運(yùn)輸系統(tǒng)有限公司，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

跨坐式單軌作為中等運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，具有投資少、建設(shè)周期短、智能環(huán)保、爬坡能力強(qiáng)以及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。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(shè)備的安裝空間有限且對制動(dòng)性能有較高的要求，傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)難以滿足上述要求，而液壓制動(dòng)系統(tǒng)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間快以及制動(dòng)力大等特點(diǎn)。因此，它在單軌車輛上得到了廣泛應(yīng)用。液壓制動(dòng)系統(tǒng)作為車輛的關(guān)鍵系統(tǒng)，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(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及其主要設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，對單軌車輛液壓制動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試過程進(jìn)行了闡述和分析，并提出了液壓制動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試建議。

1 液壓制動(dòng)系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)主要采用微機(jī)控制的電液制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由制動(dòng)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(dòng)式制動(dòng)夾鉗以及制動(dòng)盤等部件組成。單軌車輛液壓制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

在圖1中，每輛車配置了2臺轉(zhuǎn)向架，每個(gè)轉(zhuǎn)向架都配備了用于常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)的機(jī)械制動(dòng)執(zhí)行單元?；诠收蠈?dǎo)向安全的原則，制動(dòng)夾鉗采用被動(dòng)式彈簧施加。因此，它還具有停放制動(dòng)的功能。在正常的工況下，列車控制單元通過列車線發(fā)送制動(dòng)指令給每個(gè)車輛上的制動(dòng)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(zhuǎn)向架上的制動(dòng)夾鉗裝置，進(jìn)而產(chǎn)生所需要的制動(dòng)緩解力。液壓模塊將液壓油壓力等信息反饋給制動(dòng)控制單元，制動(dòng)控制單元通過車輛級和列車級網(wǎng)絡(luò)將制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋給列車控制單元，用于進(jìn)行制動(dòng)力調(diào)整和信息顯示[2]。當(dāng)液壓模塊中的液壓控制單元出現(xiàn)故障后，制動(dòng)控制單元可以通過控制輔助緩解單元實(shí)現(xiàn)緩解機(jī)械制動(dòng)的效果。

圖1 單軌車輛液壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(gè)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(jù)制動(dòng)控制單元控制信號生成和調(diào)整液壓管路的壓力用于驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向架上的被動(dòng)式制動(dòng)夾鉗。如圖2所示，液壓控制單元包括帶有直流電機(jī)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(dòng)節(jié)流口（CD）以及測試接口（K）等主要部件。

當(dāng)車輛需要緩解制動(dòng)時(shí)，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(shè)定的最小緩解壓力，控制器控制電機(jī)M帶動(dòng)油泵P工作直到油壓達(dá)到緩解壓力。當(dāng)車輛需要施加常用制動(dòng)時(shí)，比例閥A依據(jù)控制器中設(shè)定的相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)打開并保持，直到夾鉗中壓力下降到設(shè)定水平，然后閥A再次截止，使系統(tǒng)中保持當(dāng)前壓力。

在車輛正常運(yùn)行的過程中，緊急制動(dòng)閥D保持得電將油路截止。當(dāng)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(dāng)于一個(gè)壓力開關(guān)，當(dāng)壓力下降到設(shè)定值后閥關(guān)閉使夾鉗中殘留一部分壓力避免制動(dòng)力過大。

當(dāng)車輛需要施加停放制動(dòng)時(shí)，圖2中電機(jī)M關(guān)閉，比例閥A失電打開。通過比例閥卸掉制動(dòng)夾鉗中的壓力，并將壓力降到0 bar。由于制動(dòng)夾鉗是被動(dòng)式的，因此需要施加最大制動(dòng)力來保證車輛安全地停放。

圖2 液壓控制單元內(nèi)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(shí)，在液壓管路中生產(chǎn)足夠大的壓力來緩解彈簧制動(dòng)力，從而使車輛可以移動(dòng)。如圖3所示，輔助緩解單元包括帶有直流電機(jī)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(guān)（LH）、節(jié)流口（CF）以及測試接口（KH）等主要部件。

圖3 輔助緩解單元內(nèi)部原理圖

當(dāng)車輛需要通過輔助緩解單元緩解制動(dòng)時(shí)，圖3中的閥F首先截?cái)嗤ㄏ蛴偷讱的液壓回路。電信號通過壓力開關(guān)LH低壓力觸點(diǎn)給到電機(jī)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(xù)在輔助緩解回路中建立，直到壓力達(dá)到壓力開關(guān)LH的高壓力設(shè)定點(diǎn)，壓力開關(guān)LH從低壓力觸點(diǎn)轉(zhuǎn)到高壓力觸點(diǎn)，切斷到電機(jī)M的電信號。當(dāng)液壓泵關(guān)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(guān)LH將回到初始位置，“輔助緩解信號”切除，電機(jī)又開始運(yùn)行直到再一次達(dá)到工作壓力。

2 液壓制動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試

液壓制動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)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(dòng)緩解測試。在調(diào)試過程中需要使用管路清洗注油設(shè)備和觸發(fā)裝置2個(gè)設(shè)備。管路清洗注油設(shè)備的作用是為調(diào)試過程提供清潔度達(dá)標(biāo)且具有一定壓力的油液；觸發(fā)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(shè)備內(nèi)部閥體和電機(jī)，并接收、顯示設(shè)備內(nèi)壓力開關(guān)和壓力傳感器的反饋信號。

2.1 管路清洗

在液壓系統(tǒng)中，能量的傳遞與控制是通過封閉回路中的受壓液體來實(shí)現(xiàn)的，循環(huán)工作液中存在的污染物將降低系統(tǒng)性能，為了減少系統(tǒng)中污染物的數(shù)量，需要對系統(tǒng)中的管路及設(shè)備進(jìn)行清洗，由于液壓控制單元、輔助緩解單元和制動(dòng)夾鉗系統(tǒng)供應(yīng)商供貨前已經(jīng)進(jìn)行了清洗，且管路中污染物進(jìn)入設(shè)備和夾鉗內(nèi)部后難以清洗，所以主機(jī)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(zhuǎn)向架夾鉗主口P、液壓控制單元至二位端轉(zhuǎn)向架夾鉗主口P、輔助緩解單元至一位端轉(zhuǎn)向架夾鉗輔口A、輔助緩解單元至二位端轉(zhuǎn)向架夾鉗輔口A。使用常規(guī)壓力沖洗法對以上四路管路分別進(jìn)行清洗，雖然可以達(dá)到管路清潔的目的，但是對于批量生產(chǎn)的車輛來說，這樣的操作效率并不高。如何提高生產(chǎn)效率是調(diào)試工藝師一直思考的問題。

為了解決該問題，首先從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中分析車輛管路的布置情況，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)按照車輛現(xiàn)有配置，只能分別對每一路管路進(jìn)行單獨(dú)清洗。然后需要考慮能否通過增加工裝改變管路結(jié)構(gòu)。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(dòng)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(shè)備連接處和管路與制動(dòng)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(dòng)夾鉗的P接口與A接口連接，這樣就可以將整車的管路聯(lián)通在一起，然后使用管路清洗注油設(shè)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(jīng)過實(shí)際測試，發(fā)現(xiàn)該方案中油液在管路中流動(dòng)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(dòng)路徑是唯一的，通過對方案一進(jìn)行改進(jìn)，我們設(shè)計(jì)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(jìn)行封堵。將管路清洗注油設(shè)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(gòu)成第一次清洗回路，如圖4所示。

第一次清洗回路清洗達(dá)標(biāo)后，卸掉管路內(nèi)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(jìn)行封堵。管路清洗注油設(shè)備出油口和回油口連接保持不變，這樣構(gòu)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(jié)約大量的時(shí)間，提高生產(chǎn)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(yīng)該為管路及夾鉗排空空氣注滿油液。因?yàn)榭諝獾目蓧嚎s性很大，約為油液的10000倍，所以，液壓系統(tǒng)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(shí)就會(huì)從油中逸出，產(chǎn)生氣泡，造成空穴現(xiàn)象。到了高壓力區(qū)，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(tǒng)中產(chǎn)生噪聲。同時(shí)，在氣體突然受到壓縮時(shí)會(huì)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(huì)影響壓力建立的時(shí)間，破壞工作的平穩(wěn)性，有時(shí)甚至引起振動(dòng)。

為了最大程度地排空液壓系統(tǒng)中的空氣，應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)油路的最低點(diǎn)或相對低點(diǎn)開始注油，所以根據(jù)車輛設(shè)備、管路設(shè)置情況，我們選擇系統(tǒng)中的最低點(diǎn)——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(shè)備出油口相連，系統(tǒng)中的最高點(diǎn)——制動(dòng)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(shè)備回油口相連。

根據(jù)圖2液壓控制單元內(nèi)部原理圖，當(dāng)設(shè)備未通電從測試接口K注入油液時(shí)，油液會(huì)通過內(nèi)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(shè)備。所以為了保證可以順利地進(jìn)行排空注油，需要從液壓制動(dòng)單元外部對閥D和閥A施加電壓電流進(jìn)行控制，使2個(gè)閥處于截止?fàn)顟B(tài)。這樣就可保證油液從測試接口K進(jìn)入主油路及夾鉗，通過油液不斷的循環(huán)將系統(tǒng)內(nèi)部的空氣帶出，當(dāng)管路清洗注油設(shè)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(jù)圖3輔助緩解單元內(nèi)部原理圖，當(dāng)設(shè)備未通電從測試接口KH注入油液時(shí)，油液會(huì)通過內(nèi)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(shè)備。所以為了保證可以順利的進(jìn)行排空注油，需從液壓制動(dòng)單元外部對閥F施加電壓進(jìn)行控制，使閥F處于截止?fàn)顟B(tài)。這樣就可保證油液從測試接口KH進(jìn)入輔助油路及夾鉗，通過油液不斷的循環(huán)將系統(tǒng)內(nèi)部的空氣帶出，當(dāng)管路清洗注油設(shè)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(dòng)緩解測試

管路和設(shè)備注好油液后，下一步應(yīng)該是對液壓控制單元和輔助緩解單元進(jìn)行制動(dòng)緩解測試。緩解測試主要有2個(gè)目的。1）對液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)緩解功能進(jìn)行驗(yàn)證。2）對液壓制動(dòng)系統(tǒng)密封性進(jìn)行驗(yàn)證。測試過程是使用觸發(fā)裝置按照前文介紹的液控模塊工作原理控制模塊產(chǎn)生及卸掉壓力，測試過程較簡單這里不再冗述。

3 結(jié)語

為了更好地對車輛系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，必須先對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了解，然后才能進(jìn)行該系統(tǒng)的調(diào)試工藝設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)部件在車輛上的實(shí)際布置情況，因地制宜地對調(diào)試工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，提高工作效率。另外，在液壓制動(dòng)系統(tǒng)管路清洗的環(huán)節(jié)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(diào)試的重要因素，需要車輛調(diào)試人員重點(diǎn)關(guān)注。