地铁车辆主流制动系统浅析

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地铁车辆主流制动系统浅析麻建省（西安地铁运营分公司车辆部710000）摘要：本文主要介绍了目前国内主要地铁车辆制动系统的发展经历，并分析了国产制动系统发展不起来的主要原因。Abstract:Thispapermainlyintroducesthecurrentdevelopmentofdomesticmajormetrovehiclebrakingexperience,analyzesthemainreasonsofdevelopmentofdomesticbrakesystemisnotup。关键词：地铁车辆、制动系统、制动Keywords:metrovehicle,brakingsystem,brake城轨车辆制动系统的其部件寿命远低于整车寿命，需求量更是巨大。随着电子技术、计算机技术在地铁车辆上的普遍应用，地铁车辆制动系统的技术也得到了很大发展。国产地铁车辆制动系统由最初的空气制动系统发展到了电空制动系统和电空模拟制动系统，由单车的制动系统发展到了动拖车协调配合的电空制动系统。本文对目前国产地铁车辆上所采用的3种制动系统技术原理作了较全面的介绍。１我国城市轨道车辆制动技术的发展1.1DK型自动式电磁空气制动系统我国城市轨道车辆制动技术的起源应该追溯到上世纪60年代北京修建我国第一条地铁时。我国自行设计制造了地铁列车，鉴于当时的技术条件，在该列车上采用了DK型自动式电磁空气制动系统，基础制动装置为踏面制动。其技术脱胎于干线旅客列车的LN型制动机，主控机构先期直接采用GL3型三通阀，60年代末又设计制造了膜板分配阀，在操纵灵活性和可靠性上较GL3型三通阀有所提高。该制动系统在电阻制动与空气制动的匹配上采用切换方式，因而制动力控制性能较差。1.2SD型数字式气压计算型电控制动系统随着晶闸管斩波技术的发展，地铁车辆逐步采用斩波控制动力制动（再生制动或电阻制动）。但采用这种控制技术，动力制动的制动力在制动初期上升较慢，而列车快要停车时又衰减较快，需要空气制动力作及时补偿。为此我国有关工厂、高校和科研院所一起，研制了确SD型数字式气压计算型电控制动系统，其原理见图１。该制动系统由制动控制器、空重车调整阀、七级中继阀、控导阀、空电转换器、紧急电磁阀、备用电磁阀、双向阀、故障缓解电磁阀等组成。该制动系统较ＤＫ型自动式电磁空气制动系统在动力制动与空气制动的配合、制动和缓解的一致性与列车自动控制装置的接驳等性能上具有明显优势但由于其数字式气压控制型的特点，决定了它在制动力的精确控制、动力制动能力的充分运用上存在着改进的余地，而且在实践中，控导阀的性能受材料和工艺的影响极大。YibinCityCitytracktrafficplanningisYibincityregionalrangewithintracktrafficsystemofonceintegration,andcitytracktrafficalsoisYibinCityCityintegratedtracktrafficsystemintheofpart,foraccurategraspcitytracktrafficresearchofobject 1.3AR12电气控制型模拟指令式制动系统AR12电气控制型模拟指令式制动系统原理图见图2。该系统由制动控制器、编码器、解码器、EP单元、中继阀、台车中继阀、制动缸等组成。该制动系统采用了电气控制和模拟信号传递，因此可以做到动力制动与空气制动的连续配合，制动力控制更为方便。但由于该制动系统采用电子逻辑电路进行控制，因此难以实现拖车利用动车电力制动能力，并且系统的通用性不强，尤其是它不能实现故障的实时监控。1.4微机控制直通电空制动系统改革开放特别是90年代后，我国出现了修建城市轨道交通的高潮。除了长春轻轨车辆的制动系统采用了AR12电气控制型模拟指令式制动系统之外，其他城市轨道车辆的制动系统均采用国外引进的制动系统。主要有德国Knorr和日本Nabco等公司的产品。2我国城市轨道车辆制动技术的现状目前我国城轨车辆主要选用国外进口的制动系统，主要包括日本NABCO制动系统、德国Knorr制动系统、英国WESTINGHOUSE制动系统和SABWABCO(FAIVELEY)制动系统。由于不同制动系统的风源和基础制动单元差别不大，下面主要对这些制动系统的控制系统或单元进行介绍。2．1上海和广州1、2号线为代表的德国Knorr公司的城市轨道车辆制动系统德国Knorr公司的城市轨道车辆制动系统是目前国内Ａ型车上运用最广的制动系统，为模拟式制动系统，制动指令采用PWM信号或网络信号。微机制动控制单元一般单独设置在车厢内；而气制动控制单元由2块气动集成板和风缸等组成，分别固定在车辆底架下。系统结构紧凑。目前深圳、南京地铁车辆和大连轻轨车辆，甚至部分国内试制的高速电动车组上也采用了该制动系统。2．2北京、天津为代表的Ｂ型车上采用较多的Nabco公司HRDA型制动系统。系统为数字式制动系统。即常用制动指令采用3根指令线编码，共7级。微机制动控制单元与气制动控制单元集成在一起，固定于车辆底架下面。由于采用了流量比例阀进行EP控制，因此气制动控制单元较为简单。该制动系统批量采购价相对低些。在武汉轻轨和重庆独轮轨等项目上也采用了此制动系统。基础制动根据车辆的不同有所区别。以上海3、5号线为代表的原英国Westinghouse公司的微机控制直通电空制动系统。系统按整车模块化原则设计集成度较高。它将微机制动控制单元、气制动控制单元、风缸、风源等除必须安置在转向架附近的部件外全在一个安装架上集成安装，方便运用维护。该系统同样采用PWM信号传递制动指令，为模拟式制动系统。EP转换采用4个开关电磁阀闭环控制的方法。3我国城市轨道车辆制动技术现状的思考和展望YibinCityCitytracktrafficplanningisYibincityregionalrangewithintracktrafficsystemofonceintegration,andcitytracktrafficalsoisYibinCityCityintegratedtracktrafficsystemintheofpart,foraccurategraspcitytracktrafficresearchofobject 如果自主开发出适用于新型城市轨道车辆的制动系统产品，将有利于提高目前城市轨道车辆的国产化率，降低整车成本（包括新车购置和维修成本），消除运用维护的后顾之忧。然而现在尚未出现这样的产品。究其原因有多种多样，但总结起来主要有两个方面。一是技术；二是观念。这二者又是互相影响的，技术制约了观念的提升；反过来观念又限制了技术的发展。在技术方面主要有2个问题，一系统概念和经验。从高速列车的实践看，系统概念与国外比较有差距，但不大。尤其对城市轨道车辆，已有十几年国外产品的运用经验，因此达到国外90年代末的水平不是大问题。但开发新型城市轨道车辆制动系统的经验却是我们所没有的，需要从实践中培养。当然借鉴国外经验将使我们少走弯路。其次，比较我国现有产品（用于高速列车）与国外产品的差距，主要的问题并不在于性能，或由速度引起的变化。而是在于零部件的可靠性，并由零部件可靠性引起的系统可靠性问题。但这一问题也是可以解决的，方法一是努力提高零部件的可靠性，可以通过零部件的全球采购和国内零部件厂家的技术提升来实现。方法二是利用系统设计完善和冗余来提高整个系统的可靠性。国内技术力量的分散，造成低水平的重复竞争。和有限资源（人才、财力、物力）的极大浪费。目前国内制动技术方面的主要研究人员和试验设备主要集中在研究所（铁科院机车所、四方车辆研究所等）、工厂（四川制动科技股份有限公司等）和高校（同济大学、西南交通大学等）等单位。由于管理体制所限，难以联合。根据Knorr公司统计，2003年来全世界铁路制动系统市场Knorr占44%，SAB　Wabco占15%，Wabtec占14%，日本Nabco占6%，三菱占4%，其余占17%。因此国内的力量应联合起来与这些对手竞争，这样才能促进技术进步。另外，还有科研投入严重不足，并分散。研究单位由于研究经费捉襟见肘，因此在研发过程中不得不省略许多基础试验和研究。由此导致技术的粗糙和可靠性下降和制动系统涉及列车安全，因此有关企业考虑国产化较为慎重。事实上制动系统在研发过程中，经过充分的试验，达到相关标准，应该说是安全的。4结论根据当前的实际情况，建议有关部门或有志于城市轨道车辆制动技术的实力企业，以项目形式，联合国内主要研发力量，自主开发适用于新型城市轨道交通车辆的制动系统，以满足我国日益增长的轨道交通的需求。同时使我国的制动技术得到新的发展。参考文献：[1]匡如华EP2002制动系统及其在城轨车上的应用机车电传动2009年第5期[2]伟波、胡跃文Nabtesco地铁车辆制动系统概述电力机车与城轨车辆2009年5月[3]吕晓辉我国城轨车辆制动系统介绍及选型城市轨道交通研究2009第6期[4]徐惠林国产地铁车辆制动技术原理及其发展铁道车辆2002年10月YibinCityCitytracktrafficplanningisYibincityregionalrangewithintracktrafficsystemofonceintegration,andcitytracktrafficalsoisYibinCityCityintegratedtracktrafficsystemintheofpart,foraccurategraspcitytracktrafficresearchofobject