新型城市轨道动车组制动系统方案设计

摘 要: 为了解决国产新型城市轨道 交通 车辆的关键技术之一 制动系统,作者根据在200 km/ h 电动车组制动系统研制工作中积累的经验,提出了新型城市轨道电动车组制动系统的设计原则,并拟定了适用于新型城市轨道电动车组的制动系统设计方案。该方案能满足不同要求的城市轨道电动车组。

关键词: 城市轨道车辆, 电动车组, 制动系统

采用有轨交通缓解大中城市日益严重的城市公共交通 问题 已逐渐成为共识。国家已开始有计划地开发新型城市轨道交通车辆。城市轨道交通大多采用动力分散的电动车组。上海铁道大学根据几年来在200 km/ h 电动车组制动系统研制[ 1 ]工作中积累的经验,以及城市轨道电动车组的特点,设计了城市轨道电动车组的制动系统。

1 设计原则2 方案设计

城轨电空制动系统是微机控制的模拟式直通电空制动系统。如图1 所示,该系统由制动控制系统和基础制动装置组成。

2. 1 制动控制系统

该系统由制动信号发生与传输部分、微机制动控制单元(MBCU) 、气制动控制单元(PBCU) 和转向架制动控制单元组成。

图1 微机控制的模拟式直通电空制动系统

调制器用于将制动控制器的指令转换成相应的脉宽调制信号。逻辑控制器根据司机的操作,通过逻辑电路,使指令线在相应的工况下发出相应的指令信号。它还同时接收ATP 发出的指令。制动指令线主要有:

①PWM 线,2 根,传递常用制动信号模拟量至各车的MBCU 。

② 紧急制动线,2 根,其中1 根为开关线,另1 根为回线,前者串接了各个控制紧急制动的开关,如司机紧急制动按钮开关、总风欠压开关等,后者将紧急制动指令送至各PBCU 。紧急制动为失电制动。

③ 制动/ 运行信号线,列车处于制动态态时为DC110V 高电平,处于运行状态时为低电平。

④ 停放制动指令线,当需要施行停放制动时,受司机控制,处于DC110V 高电平。

⑤ 强迫缓解指令线,司机控制列车强迫缓解时,处于DC110V 高电平。

⑥ 缓解不良指令线,当某辆车的制动缸缓解不良时,通过该车的MBCU 使指令线处于DC110V 高电平,供牵引控制单元进行联锁控制,以防擦轮。

⑦ 制动力不足指令线,当列车施行常用全制动(或接近常用全制动) 时,若MBCU 检测到制动力不足时,则使其处于DC110V 高电平;通过调制及逻辑控制器切换为紧急制动,以导向安全。 MBCU 是微机控制直通电空制动系统的关键部件,它主要用来完成如下工作:接受制动指令、空重车信号和速度信号;根据列车运行速度、车重和常用制动指令 计算 所需的常用制动力;按充分发挥动力制动能力的原则, 进行动力制动与空气制动的配合控制;常用制动时进行防冲动控制,提高舒适性;实现拖车利用动车动力制动能力的滞后充气控制;检测轮对速度,进行防滑控制;检测制动系统状态,自动记录并显示故障信息[3 ] 。

2. 1. 3 气制动控制单元PBCU

PBCU 是由EP 阀、紧急电磁阀、空重车限压阀、中继阀、强迫缓解电磁阀、传感器等组成的气动元件集成箱。它是将制动指令由电信号转变为相应空气压力信号的部分。它与MBCU 一起构成微机控制直通电控制动系统的制动缸压力控制。其中EP 阀用于将电信号转换成相应的空气压力信号;中继阀将该压力信号进行流量放大后,把压力空气送至转向架;紧急电磁阀在紧急制动时失电,同时将压缩空气通过空重车限压阀直接送至中继阀;强迫缓解电磁阀在缓解发生困难时用来进行缓解控制;传感器用来反馈压力信号,供MBCU 采样控制。

2. 1. 4 转向架制动控制单元

由转向架中继阀、防滑电磁阀和速度传感器组成。转向架中继阀用于进一步将PBCU 中继阀送来的空气压力进行流量放大, 以提高制动缸充气速度。速度传感器用于检测轮轴转速, 以便MB CU 进行防滑控制。当MB CU 检测到某轴发生滑行时, 控制该轴的防滑电磁阀适当排除制动缸压力空气, 以降低该轴的制动压力, 防止车轮擦伤。

2 . 2 基础制动装置

图2 适用于踏面制动的单元制动缸

在轴重较大且减速要求较高的电动车组上, 如果安装空间容许, 可以考虑采用盘形制动装置。拖车可采用轴盘式盘型制动装置, 动车可采用轮盘式盘型制动装置或仍采用踏面制动装置。图3 所示为轴盘式盘型制动装置和盘型制动用的单元制动缸( 不带停放制动) 。图4 所示为轮盘式盘型制动装置和盘型制动用的单元制动缸( 带停放制动) 。

图3 轴盘式盘型制动装置及单元制动缸

图4 轮盘式盘型制动装置及单元制动缸( 带停放制动)

2. 3 备用制动控制系统

由备用控制器、备用制动指令线和备用制动控制单元等组成,为简单的直通电空制动系统。当微机控制直通电空制动系统发生故障后,司机可利用该备用制动控制系统使列车低速运行,以便将旅客运送到下一车站或将列车开回车辆段。备用控制器由司机操纵可产生3 个制动级别指令,该指令为DC110V 高电平信号,通过备用制动指令线,将指令传至各车的备用制动控制单元;备用制动控制单元通过硬件电路控制EP 阀开闭来实现制动或缓解。备用制动为纯空气制动,制动力仅考虑空重车限压。

3 结 论

以上的制动系统方案是可行的,能适用于各种城轨电动车组。其中的关键部件,如PWM 信号传递、EP 单元的控制等已在200 km/ h 电动车组制动系统中采用。实际 应用 效果良好,证明上述方案是可行的。

参考 文献 :

[ 1 ] 吴萌岭,姜靖国,应之丁等. 我国高速电动车组系统的 研究 [J ] . 铁道车辆,1999 ,

(4) :15. [ 3 ] 胡口波,龙海涛. 模糊控制在200 km/ h 电动车组制动系统电空转换装置中的应用[J ] . 铁道机车车辆,1998 ,

(4) :31