地鐵車(chē)輛常用制動(dòng)和停放制動(dòng)防疊加功能研究

陳 旭

（克諾爾車(chē)輛設(shè)備（蘇州）有限公司 銷售系統(tǒng)部，江蘇蘇州 215151）

停放制動(dòng)是防止列車(chē)在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生溜逸的一種制動(dòng)方式，根據(jù)鐵路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其制動(dòng)力應(yīng)僅通過(guò)機(jī)械方式產(chǎn)生并施加。目前，國(guó)內(nèi)的地鐵車(chē)輛上廣泛采用制動(dòng)缸與停放制動(dòng)缸一體化結(jié)構(gòu)的制動(dòng)單元方式，通過(guò)彈簧儲(chǔ)能式停放制動(dòng)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)力的輸出［1-3］。而文獻(xiàn)［4］則提出列車(chē)需要半數(shù)的單元制動(dòng)缸帶有停放制動(dòng)裝置才能滿足“在線路最大坡度、最大載荷的情況下施加停放制動(dòng)的列車(chē)不會(huì)發(fā)生溜逸”的條件。當(dāng)車(chē)輛靜止施加停放制動(dòng)時(shí)，通過(guò)排空停放制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣，停放制動(dòng)彈簧推動(dòng)活塞施加停放制動(dòng)；當(dāng)需要緩解停放制動(dòng)時(shí)，則向停放缸內(nèi)充入壓縮空氣。

1 防疊加方案

一體化結(jié)構(gòu)的制動(dòng)單元方式為了更好地使用停放制動(dòng)功能，防止可能產(chǎn)生力的疊加而對(duì)制動(dòng)部件帶來(lái)的影響，提出2種解決方案：一是在制動(dòng)單元內(nèi)部加裝雙向閥；二是在管路中加裝雙向閥。文獻(xiàn)［5］則介紹了2種在管路中加裝閥的停放制動(dòng)的控制方式：一是通過(guò)雙脈沖電磁閥和雙向閥的組合來(lái)控制停放制動(dòng)和常用制動(dòng)間的混合施加；二是通過(guò)停放制動(dòng)電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.1 制動(dòng)單元防疊加

對(duì)于早期部分A型地鐵項(xiàng)目，在帶停放功能的踏面制動(dòng)單元上設(shè)置了雙向閥，該雙向閥的原理如圖1所示，具有常用制動(dòng)與停放制動(dòng)防疊加功能，此時(shí)空氣管路系統(tǒng)無(wú)需再設(shè)置防疊加雙向閥。但該產(chǎn)品已經(jīng)處于被更新替換狀態(tài)，也就是在新項(xiàng)目上不再采用。對(duì)于大部分的踏面制動(dòng)單元及新設(shè)計(jì)的踏面制動(dòng)單元，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上已經(jīng)沒(méi)有防疊加功能，因此空氣管路系統(tǒng)中仍需要采用防疊加設(shè)置。

圖1 踏面制動(dòng)單元設(shè)置雙向閥

1.2 制動(dòng)管路防疊加

除了基礎(chǔ)制動(dòng)單元中自帶防疊加功能外，還可以在制動(dòng)系統(tǒng)管路中添加控制閥實(shí)現(xiàn)防疊加功能。通過(guò)對(duì)管路中添加閥的方案進(jìn)行深入分析，介紹停放制動(dòng)和常用制動(dòng)防疊加的原理。地鐵車(chē)輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置配置如圖2所示，也就是每軸2個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器，其中1個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器僅具有空氣制動(dòng)功能（1和2部件），另1個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器除空氣制動(dòng)外還具備機(jī)械停放制動(dòng)功能（3和4部件）和手動(dòng)緩解裝置（8和9部件）。

圖2 制動(dòng)單元配置方式

考慮到每個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器最大可承受制動(dòng)力限制（對(duì)于地鐵踏面制動(dòng)單元來(lái)說(shuō)，通常最大不超過(guò)40 kN推力）。因此，在空氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何避免空氣制動(dòng)力與停放制動(dòng)力同時(shí)施加在同一個(gè)制動(dòng)執(zhí)行器上，這就是空氣制動(dòng)與停放制動(dòng)的防疊加。

在實(shí)現(xiàn)上述目的的具體方案上，通常在空氣制動(dòng)管路與停放制動(dòng)管路間采取相應(yīng)配置而實(shí)現(xiàn)，如圖3所示，雙向閥3個(gè)端口分別連接到不同的管路中。端口1連接到停放制動(dòng)管（即圖2中的管路5處），該管路直接與轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的停放缸氣路接口連接；端口2連接到停放控制管路，該管路將來(lái)自總風(fēng)管的壓縮空氣通過(guò)停放控制電磁閥（雙脈沖電磁閥）接入雙向閥；端口3連接到空氣制動(dòng)管路中（即圖2中的管路6或者7處），圖3中的管路6或者7處空氣制動(dòng)力來(lái)自于制動(dòng)控制單元。

2 防疊加原理分析

從圖3中可以明顯看出，制動(dòng)部件3和4連接2部分氣路，即常用空氣制動(dòng)管路和停放制動(dòng)管路，以此為例具體分析空氣制動(dòng)和停放制動(dòng)的防疊加原理，分2種情況分析。

圖3 雙向閥控制方式防疊加

2.1 先停放后常用

當(dāng)先施加停放制動(dòng)，后施加空氣制動(dòng)時(shí)，停放缸內(nèi)的壓縮空氣變化如圖4所示：其中綠色線為常用制動(dòng)施加前的停放缸內(nèi)壓縮空氣壓力；紫色線為踏面制動(dòng)單元停放制動(dòng)最小緩解壓力，當(dāng)停放缸內(nèi)的壓縮空氣低于此壓力值時(shí)，停放制動(dòng)開(kāi)始施加（具體輸出力與當(dāng)時(shí)停放缸內(nèi)的壓力有關(guān)）；紅色線為常用制動(dòng)施加后，停放缸內(nèi)的壓力。

圖4 停放缸和常用缸內(nèi)氣壓變化

先施加停放制動(dòng)，再施加常用制動(dòng)。此時(shí)管路6和7中沒(méi)有壓縮空氣，雙向閥閥芯在3端口，按下停放制動(dòng)按鈕后，部件3和4中停放制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)管路5經(jīng)過(guò)雙向閥的1和2，在雙脈沖電磁閥處排入到大氣中，此時(shí)停放控制處于施加狀態(tài)（也就是基礎(chǔ)制動(dòng)裝置停放缸內(nèi)的壓縮空氣已經(jīng)通過(guò)停放控制電磁閥排大氣）；再施加常用制動(dòng)時(shí)，由于此時(shí)常用制動(dòng)缸內(nèi)有壓縮空氣，則雙向閥的閥芯被壓縮空氣推到2處，雙向閥的1和3端口接通，則常用制動(dòng)缸管內(nèi)的壓縮空氣將通過(guò)雙向閥進(jìn)入停放缸，但是停放缸內(nèi)的壓力并不足以緩解停放制動(dòng)，因此此時(shí)常用制動(dòng)的制動(dòng)力小于停放的彈簧力，常用制動(dòng)并沒(méi)有施加到部件上。防止了兩者疊加共同作用在制動(dòng)部件上。

2.2 先常用后停放

當(dāng)先施加空氣制動(dòng)，后施加停放制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣變化如圖5所示：其中綠色線為停放缸內(nèi)壓縮空氣壓力；紫色線為踏面制動(dòng)單元停放制動(dòng)最小緩解壓力，當(dāng)停放缸內(nèi)的壓縮空氣低于此壓力值時(shí)，停放制動(dòng)開(kāi)始施加（具體輸出力與當(dāng)時(shí)停放缸內(nèi)的壓力有關(guān)）；紅色線為常用制動(dòng)缸管壓力。

圖5 停放缸和常用缸內(nèi)氣壓變化

先施加空氣制動(dòng)，后施加停放制動(dòng)，在沒(méi)有按下空氣制動(dòng)按鈕前，雙向閥端口3處的壓力為0，小于端口2處的壓力。施加空氣制動(dòng)后，端口3有一定的壓力，但是依然低于端口2，雙向閥依然是端口1和2通路；再施加停放制動(dòng)后，則停放缸內(nèi)的壓力通過(guò)雙向閥1和2經(jīng)過(guò)雙脈沖電磁閥排入到大氣。當(dāng)停放缸管內(nèi)（管路5）的壓縮空氣略低于常用缸管內(nèi)（連接到端口3）的壓縮空氣時(shí)，雙向閥內(nèi)部進(jìn)行通路切換，將原先停放缸管與停放電磁閥（雙脈沖電磁閥）間的通路切斷，同時(shí)將停放缸管與常用制動(dòng)缸管間的通路開(kāi)通（端口1和3通路）。此時(shí)停放制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣并沒(méi)有完全排空，即常用制動(dòng)先施加，停放制動(dòng)只能施加部分的壓力，避免停放制動(dòng)完全施加在制動(dòng)部件上，造成施加在制動(dòng)部件上壓力過(guò)大。

3 其他防疊加方案

上述防疊加功能采用了雙向閥結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是停放控制電磁閥或者雙脈沖電磁閥的排氣口通大氣，也就是當(dāng)施加停放制動(dòng)時(shí)，停放缸內(nèi)的壓縮空氣是可以通過(guò)該停放電磁閥直接排入大氣。當(dāng)然在施加空氣制動(dòng)（常用制動(dòng)及緊急制動(dòng)）時(shí)，常用制動(dòng)缸管內(nèi)的壓縮空氣會(huì)通過(guò)雙向閥再次充入停放缸內(nèi)。

另外，較多地鐵項(xiàng)目還采用防疊加方案［5］如圖6所示。相對(duì)于前面所述的方案，此方案并沒(méi)有雙向閥。雙向閥的選擇功能被圖6所示的氣路連接替代。停放電磁閥B09具有2位三通閥功能，在停放緩解狀態(tài)下，A1~A3通路相通；當(dāng)施加停放制動(dòng)時(shí)，A2~A3通路相通。因此，停放施加時(shí)，通路A 2~A 3自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了雙向閥通路選擇功能。

圖6 停放電磁閥控制防疊加

當(dāng)施加停放制動(dòng)時(shí)該車(chē)空氣制動(dòng)沒(méi)有施加，也就是常用缸管6和7端口通過(guò)SMART-VALVE端口2和3通大氣。此時(shí)施加停放制動(dòng)，則停放缸管內(nèi)的壓縮空氣將通過(guò)管路5進(jìn)入SMARTVALVE閥的端口6，再經(jīng)過(guò)停放控制電磁閥（如圖6中B09）的A2口再通向SMART-VALVE端口3，由于此時(shí)該車(chē)空氣制動(dòng)處于緩解狀態(tài)，因此，進(jìn)入該車(chē)SMART-VALVE端口3的壓縮空氣也將被排大氣，從而實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)完全施加的功能。

當(dāng)施加停放制動(dòng)時(shí)，該車(chē)的空氣制動(dòng)已經(jīng)施加。則此時(shí)如果再施加停放制動(dòng)，停放缸管內(nèi)的壓縮空氣仍通過(guò)停放控制電磁閥（如圖6中B09）A2口通向SMART-VALVE端口3，因?yàn)橥７鸥讐毫Υ笥诖藭r(shí)常用制動(dòng)管目標(biāo)壓力值，因此，此時(shí)充入端口3通過(guò)管路6進(jìn)入常用缸管內(nèi)的多余壓縮空氣將被SMART-VALVE控制排出，直至停放缸管與常用缸管內(nèi)的壓縮空氣壓力相同（即B09端口2和3壓力相同）。此時(shí)停放制動(dòng)也沒(méi)有完全施加上，和上述雙脈沖電磁閥控制的防疊加方案一致。

上述2種方案實(shí)現(xiàn)了常用制動(dòng)與停放制動(dòng)的防疊加（僅是對(duì)帶有停放缸的踏面制動(dòng)或者盤(pán)型制動(dòng)單元而言），對(duì)于不帶停放制動(dòng)功能的制動(dòng)單元，其常用制動(dòng)力并沒(méi)有變化。

4 結(jié)論

地鐵車(chē)輛上的基礎(chǔ)制動(dòng)單元作為列車(chē)制動(dòng)時(shí)的重要執(zhí)行單元，按照其功能配備了常用制動(dòng)和停放制動(dòng)2種功能，但是為了不影響制動(dòng)力的重復(fù)施加，保護(hù)制動(dòng)單元，需要為基礎(chǔ)制動(dòng)單元設(shè)計(jì)防疊加功能。文中基于上述需求，介紹了2種目前地鐵車(chē)輛上使用的防疊加方法，并對(duì)其功能原理進(jìn)行分析和介紹，以期能夠提高車(chē)輛設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)人員對(duì)于停放制動(dòng)的理解，為推動(dòng)軌道交通車(chē)輛發(fā)展提供支撐。