淺談地鐵制動控制與列車沖動

摘 要：地鐵車輛根據(jù)牽引、制動指令完成運(yùn)行控制，需結(jié)合不同的制動指令形式及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出制動指令的生成系統(tǒng)及指令傳輸系統(tǒng)。我們要根據(jù)地鐵車輛配置的制動系統(tǒng)特性，研究合適混合制動控制策略，從而實(shí)現(xiàn)列車優(yōu)良的制動性能。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；制動控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市內(nèi)交通日益擁堵，因此如何緩解城市交通擁堵問題成為擺在人們面前的重要課題。地鐵可以有效緩解道路擁堵的問題，并且可以擴(kuò)展城市的發(fā)展空間，目前我國已建成和在建地鐵的城市有30多個，本文分析的地鐵車輛車體采用鋁合金材料，設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為80km/h，列車構(gòu)造速度為90km/h，列車為六輛編組，三輛動車三輛拖車的配置方式。制動系統(tǒng)作為列車運(yùn)行的安全保障，必須嚴(yán)格遵循故障導(dǎo)向安全的原則。

1、地鐵制動控制系統(tǒng)

沈陽地鐵制動系統(tǒng)采用克諾爾公司的EP2002制動控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)有別于高速動車組采用的集成式制動控制系統(tǒng)，采用分散式控制，即以每個轉(zhuǎn)向架為單位設(shè)置單個制動控制單元。此系統(tǒng)將常用制動閥、緊急制動閥、防滑保護(hù)功能的閥以及執(zhí)行制動控制功能和制動管理功能的電子設(shè)備模塊式地集成在一起組成網(wǎng)關(guān)閥或智能閥，分別安裝在其控制的轉(zhuǎn)向架附近的車體底架上，這兩個閥體的區(qū)別是網(wǎng)關(guān)閥執(zhí)行制動管理的功能。三輛車作為一個單元，這個單元內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)閥和智能閥通過CAN總線進(jìn)行連接，每個網(wǎng)關(guān)閥通過MVB總線與列車控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。

2、制動系統(tǒng)功能

2.1 緊急制動

緊急制動為純空氣制動，緊急制動時，牽引鎖閉同時啟動防滑保護(hù)系統(tǒng)。緊急制動時，產(chǎn)生最大的制動力，同時達(dá)到最大的減速度；緊急制動的平均減速度大于1.2m/s2，屬于不可取消的制動，在列車沒有停止前不能緩解。緊急制動的安全環(huán)路采用失電觸發(fā)緊急，即環(huán)路失電列車自動施加緊急制動。緊急制動是通過安全環(huán)路控制直通空氣制動的緊急電磁閥向大氣排風(fēng)，產(chǎn)生最大的制動缸壓力。緊急制動的觸發(fā)源有：司機(jī)警惕裝置、緊急制動按鈕、總風(fēng)管壓力低、列車超速、多個司機(jī)室同時占用、制動減速度不足、安全環(huán)路中斷等。在緊急制動過程中，制動力大小根據(jù)車輛載荷進(jìn)行自動調(diào)整。

2.2常用制動

常用制動用于列車正常運(yùn)行時，常用制動優(yōu)先使用電制動，電制動不足時空氣制動補(bǔ)充，動車的電制動優(yōu)先滿足列車制動指令要求，不足的部分首先由列車中不能實(shí)施電制動車輛的空氣制動補(bǔ)足，還不足時由能實(shí)施電制動車輛的空氣制動均勻補(bǔ)足，補(bǔ)充的大小要受粘著系數(shù)的限制。常用制動的平均減速度是1.0m/s2，它屬于可取消的制動。制動力設(shè)定值通過制定手柄和列車保護(hù)系統(tǒng)傳送給列車控制系統(tǒng)，由制動管理系統(tǒng)進(jìn)行再生制動和電空制動的復(fù)合。制動管理系統(tǒng)在保證不超過摩擦系數(shù)情況下施加最大的制動力，同時保證列車摩擦制動與實(shí)際乘客載重匹配，依據(jù)每節(jié)車的重量分配制動力，從而使最重的車獲取最大的制動力，使各車的減速度相同。

2.3 快速制動

列車快速制動是一種特殊的制動方式，控制方式和常用制動相同，制動手柄置于“快速制動”位時觸發(fā)快速制動，具有和緊急制動相同的減速度?？焖僦苿硬皇前踩木o急制動，屬于可取消制動，制動過程中需要防滑控制?？焖僦苿觾?yōu)先使用電制動，每車都將施加相同的減速度值，當(dāng)電制動故障或電制動不足時由空氣制動進(jìn)行補(bǔ)充。

2.4 停放制動

停放制動缸通過彈簧力施加，通過壓縮空氣抵消彈簧力的方式進(jìn)行緩解，并可以進(jìn)行手動緩解。司機(jī)控制臺上的按鈕控制停放制動施加和緩解，并有相應(yīng)的指示燈進(jìn)行指示，司機(jī)顯示屏上面顯示每個軸的停放制動的施加和緩解狀態(tài)。當(dāng)停放制動缸壓力下降到規(guī)定數(shù)值后，停放制動自動施加。在列車運(yùn)行過程中，如果檢測到施加了停放制動，為了防止踏面損傷，制動控制單元會觸發(fā)停放制動監(jiān)控回路斷開，實(shí)施緊急制動。

2.5 防滑控制

車輪防滑控制系統(tǒng)采用軸控式防滑方式，防滑控制單元和防滑閥集成在EP2002閥內(nèi)部。EP2002系統(tǒng)通過檢測單個軸的減速度和每根軸與旋轉(zhuǎn)速度最高的軸的速度差來判斷車輪是否發(fā)生了滑行，通過控制施加的制動力來校正車輪滑行，防滑控制用于實(shí)現(xiàn)車輪和輪軌間較好的接觸。為避免鎖軸，當(dāng)制動摩擦系數(shù)降低時，需要減小這些軸上的制動力。

3、空電聯(lián)合控制列車的緩解

列車運(yùn)行當(dāng)中使用空氣制動時，列車管內(nèi)的壓縮空氣由后向前傳輸，列車的制動波是由前向后產(chǎn)生，列車的車鉤將由前向后迅速產(chǎn)生壓縮，如果制動前列車車鉤處于伸張狀態(tài)，車鉤的向后壓縮會產(chǎn)生大的沖動，這種沖擊波由前向后傳播，傳播的速度近似于空氣波。列車尾部的沖動最大最容易發(fā)生脫鉤分離，所以在列車制動之前應(yīng)該使列車先處于壓縮狀態(tài)，而機(jī)車的單獨(dú)制動受單面抱閘制動力弱限制，所以應(yīng)當(dāng)先投入電阻制動再進(jìn)行空氣制動；當(dāng)列車緩解空氣制動時壓縮空氣由前向后傳播，列車由前向后緩解，這時瞬間會出現(xiàn)前緩解、后制動造成前拉后拽，車鉤突然開始伸張，所以在緩解空氣制動時應(yīng)該加大機(jī)車的電阻制動力，以確保車鉤一直處于壓縮狀態(tài)平穩(wěn)緩解。列車制動減壓的同時，單閥手把推向緩解位或解除電阻制動等，這種人為地不使機(jī)車發(fā)生制動作用的方法，稱為“大劈叉”制動法。列車惰力運(yùn)行，一般為車輛推機(jī)車前進(jìn)，機(jī)車與列車連接車鉤呈壓縮狀態(tài)。當(dāng)施行制動時，特別減壓量較大時，使用大劈叉，機(jī)車不發(fā)生制動作用，而后部車輛迅速制動，猛然拉動車鉤，這樣前擁后拉，很容易造成車鉤斷裂。即使不發(fā)生斷鉤，天長日久，也會使車鉤各部受到嚴(yán)重?fù)p傷。同時，由于機(jī)車不發(fā)生制動作用，使整個列車制動力下降，對安全不利。所以嚴(yán)禁大劈叉操作。

4、結(jié)束語

制動系統(tǒng)是列車故障導(dǎo)向安全的重要保障，EP2002制動控制系統(tǒng)能夠很好地滿足列車快起快停、準(zhǔn)確停車的要求，具有模塊化、故障率低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是未來城軌車輛的主流制動控制系統(tǒng)之一。

參考文獻(xiàn)：

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