孟祥龍

哈爾濱地鐵集團(tuán)有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

實(shí)踐表明，城市軌道車輛具有較高的運(yùn)行速度和較短的站間距離行駛特點(diǎn)，需要頻繁的啟動(dòng)、加速、快速制動(dòng)等工況，針對(duì)這一情況，現(xiàn)代軌道交通地鐵車輛一般均采用微機(jī)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(qiáng)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短、成熟可靠等特點(diǎn)。同時(shí)為縮短空氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間，制動(dòng)控制閥盡可能安裝在靠近走行部位置，以減少制動(dòng)閥到制動(dòng)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(dòng)響應(yīng)時(shí)間，縮制短動(dòng)距離。本文件主要介紹軌道交通輛制動(dòng)系統(tǒng)的原理，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)成、制動(dòng)控制、系統(tǒng)功能、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、系統(tǒng)接口等進(jìn)行了詳細(xì)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(jī)室的拖車 Mp為帶受電弓的動(dòng)車M為無受電弓的動(dòng)車。

2 制動(dòng)模式

制動(dòng)系統(tǒng)主要有以下幾種制動(dòng)模式。①常用制動(dòng)，通過司機(jī)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(yùn)行和停止。常用制動(dòng)通常采用動(dòng)力制動(dòng)和電空摩擦制動(dòng)的混合制動(dòng)（動(dòng)力制動(dòng)優(yōu)先）。②快速制動(dòng)，是一種和緊急制動(dòng)減速度相同的常用制動(dòng)?？焖僦苿?dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合制動(dòng)和防滑控制，安全回路不斷開，車輛不會(huì)發(fā)生緊制情況。③緊急制動(dòng)，保證在特定的時(shí)間內(nèi)提供預(yù)期的制動(dòng)力。為避免潛在的危險(xiǎn)狀態(tài)，司機(jī)發(fā)出緊急制 動(dòng)指令，使列車在最短的距離內(nèi)停車。④停放制動(dòng)，防止列車在靜止?fàn)顟B(tài)溜車，用于保證列車安全可靠停放。⑤保持制動(dòng)，用于列車在坡道啟動(dòng)時(shí)不溜車。在這種情況下，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)仍施加一定制動(dòng)力的條件下，列車可以施加牽引。備注：動(dòng)力制動(dòng)（ED），是通過電機(jī)產(chǎn)生的電制動(dòng)力實(shí)現(xiàn)無磨耗制動(dòng)，這種制動(dòng)只能在動(dòng)車實(shí)現(xiàn)，不能在拖車上實(shí)現(xiàn)。電空摩擦制動(dòng)（EP），直接作用在車輪上（動(dòng)車），或者在安裝了盤的軸上（拖車）。這種制動(dòng)方式在動(dòng)車上也能用，甚至比拖車更好些。

3 制動(dòng)原理

3.1 常用制動(dòng)和快速制動(dòng)控制原理

列車總線收到制動(dòng)指令信號(hào)，列車硬線線路進(jìn)行備份（冗余安全設(shè)計(jì)），車輛網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)該制動(dòng)指令計(jì)算的總的制動(dòng)動(dòng)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(dòng)力，當(dāng)電制動(dòng)力不足情況下，缺失部分由制動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)承擔(dān)，制動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)閥通過內(nèi)部總線網(wǎng)絡(luò)分配到各個(gè)制動(dòng)控制閥，進(jìn)行補(bǔ)充。制動(dòng)控制閥加常用制動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部板卡通過與空簧連接的管路進(jìn)行空簧壓力信號(hào)采集（即車重信息），制動(dòng)控制閥內(nèi)部內(nèi)部板卡按照網(wǎng)關(guān)閥要求，對(duì)制動(dòng)缸壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，閥體內(nèi)部設(shè)置各類傳感器進(jìn)行檢測反饋，形成動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所需的制動(dòng)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(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)功能?？焖僦苿?dòng)時(shí)，整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)施加一個(gè)與緊急制動(dòng)具有相同減速度大小的制動(dòng)，且此時(shí)仍然可以使用電制動(dòng)。制動(dòng)力將會(huì)按照常用制動(dòng)模式來分配。

3.2 緊急制動(dòng)控制

制動(dòng)控制閥接收到緊急制動(dòng)指令時(shí)，會(huì)施加一個(gè)經(jīng)過載荷補(bǔ)償?shù)木o急制動(dòng)力。緊急制動(dòng)（EB）功能可以對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)向架上的與載荷成正比的制動(dòng)缸壓力進(jìn)行獨(dú)立地控制，同時(shí)切斷常用制動(dòng)（SB）控制。緊急制動(dòng)功能通過列車控制系統(tǒng)發(fā)出的失電的緊急制動(dòng)輸入信號(hào)來觸發(fā)[1]。緊急制動(dòng)系統(tǒng)完全是遵循以“故障導(dǎo)向安全”為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它主要通過以下措施保證緊急制動(dòng)的可靠實(shí)施。①完全獨(dú)立于常用制動(dòng)系統(tǒng)之外，確保常用制動(dòng)故障時(shí)，不影響緊急制動(dòng)。②緊急制動(dòng)列車線為貫串于全列車的列車環(huán)路，列車緊急制動(dòng)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(dòng)指令的準(zhǔn)確實(shí)施。③緊急制動(dòng)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(dòng)線斷路時(shí)，都能保證緊急制動(dòng)指令線失電，列車實(shí)施緊急制動(dòng)。

3.3 保持制動(dòng)控制

保持制動(dòng)可分為以下兩部分。①施加保持制動(dòng)。當(dāng)檢測到速度低于一定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入保持制動(dòng)階段，保持制動(dòng)為一恒定值，通常為最大常用制動(dòng)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(dòng)一旦施加，就會(huì)一直處于實(shí)施狀態(tài)，直到啟動(dòng)緩解保持制動(dòng)指令。②緩解保持制動(dòng)。車輛開始運(yùn)行時(shí)，保持制動(dòng)在一定條件下才會(huì)被緩解，以確保牽引力足夠防止車輛向后移動(dòng)的情況下才可對(duì)保持制動(dòng)緩解信號(hào)進(jìn)行設(shè)定。如果“保持制動(dòng)緩解”信號(hào)出現(xiàn)故障，則當(dāng)檢測到車輛速度大于5km/h時(shí)，保持制動(dòng)也會(huì)自動(dòng)被緩解，以防止在牽引模式下產(chǎn)生制動(dòng)，出現(xiàn)車輪擦傷故障發(fā)生。

4 制動(dòng)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(gè)總線型局域網(wǎng)（can網(wǎng)），首、尾兩個(gè)局域網(wǎng)通過車輛級(jí)的多功能車輛MVB總線實(shí)現(xiàn)連接，所有制動(dòng)控制閥均連接在局域網(wǎng)內(nèi)部，各個(gè)制動(dòng)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(fù)責(zé)與車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)的互通，實(shí)現(xiàn)彼此信息交互。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)原理的介紹，對(duì)某國內(nèi)主流的制動(dòng)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。現(xiàn)階段的制動(dòng)系統(tǒng)均是基于固定黏著進(jìn)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(duì)黏著狀態(tài)做出準(zhǔn)確、有效的預(yù)測，提高黏著利用率，進(jìn)而無法進(jìn)一步提高行車效率，提高行車安全性。但從國外同行近期對(duì)軌道交通未來車輛的整體規(guī)劃中，可以看出，制動(dòng)系統(tǒng)方面尤其是對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)黏著進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，是提升車輛加、減速度，實(shí)現(xiàn)列車更大的運(yùn)力的一個(gè)有效解決方向。