貴陽(yáng)1號(hào)線架控制動(dòng)系統(tǒng)選型與應(yīng)用研究

王春萌 徐紅星

摘 要：貴陽(yáng)地鐵1號(hào)線采用EP2002架控制動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)長(zhǎng)大坡道、凍雨低黏著及高原等環(huán)境條件，車輛制動(dòng)系統(tǒng)在選型上做了多方面的研究。其中包括基礎(chǔ)制動(dòng)型式，空壓機(jī)排量選擇及改善黏著。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；制動(dòng)系統(tǒng)；空壓機(jī)；基礎(chǔ)制動(dòng)；低黏著；踏面清掃

中圖分類號(hào)：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）02-0126-02

Study on Lectotype and Application of Break System

in Gui Yang Metro Line one

WANG Chunmeng XU Hongxing

（CRRC Nanjing Puzhen Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210031）

Abstract： Gui yang Metro Line 1 used the EP2002 brake control system， environmental conditions for growing up the ramp， freezing rain， low friction and plateau， vehicle braking system in the application selection do research in many aspects. These include the type of foundation brake ，the displacement of the air compressor and improvement of adhesion.

Keywords： metro vehicle； braking system；air compressor ；foundation brake ；low adhesion； tread cleaning

貴陽(yáng)是一座“山中有城，城中有山，綠帶環(huán)繞，森林圍城，城在林中，林在城中”的具有高原特色的現(xiàn)代化都市。貴陽(yáng)地鐵1號(hào)線具有長(zhǎng)大連續(xù)坡道及位于高原等特點(diǎn)，需要改善長(zhǎng)大連續(xù)坡道對(duì)輪軌間的黏著[1]。長(zhǎng)大連續(xù)坡道對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)熱負(fù)荷要求較高，而高原地區(qū)對(duì)空氣壓縮機(jī)的選型和計(jì)算提出了更高的要求。本文將從高原地區(qū)空壓機(jī)選型、基礎(chǔ)制動(dòng)選型、有效改善黏著等方面進(jìn)行闡述。

1 主要技術(shù)參數(shù)

車輛構(gòu)造速度：90km/h；最高運(yùn)行速度：80km/h；最大常用制動(dòng)：≥1.0m/s2；緊急制動(dòng)：≥1.2m/s2；坡道：最大坡度不大于30‰，困難條件下35‰。

2 空壓機(jī)選型

由于貴陽(yáng)的海拔高度為1 100～1 300m，在空壓機(jī)選型和計(jì)算時(shí)，考慮到空氣的稀薄程度，使空壓機(jī)的排量乘以對(duì)應(yīng)海拔系數(shù)（0.86），貴陽(yáng)1號(hào)線使用的空壓機(jī)排量為920L/min，實(shí)際排量為700L/min，且雙塔干燥器工作耗風(fēng)率為25%～26%，實(shí)際風(fēng)源系統(tǒng)輸出的實(shí)際排量為601L/min?？諌簷C(jī)的選型參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 空壓機(jī)的技術(shù)參數(shù)

[風(fēng)源系統(tǒng) 技術(shù)參數(shù) 型號(hào) VV120 工作轉(zhuǎn)速 1 450r/min 空氣凈輸出量 700L/min±6% 工作壓力 9.5bar 軸功率 6.5kW±7% 油容量（max/min） 3.7/1.5L 油型號(hào) RIMULA R6 M 10W-40 電機(jī)型號(hào) KB/04C-132M 工作溫度范圍 -40～+50℃ 工作電壓 AC 380V+15%/-5% 頻率 50Hz ]

通過(guò)估算列車總的耗風(fēng)量為：

[ min 279.4Qnet_veh nor =393.2 L/min max 518.6]

其中，Qnet_veh min是認(rèn)為車輛在理想條件下運(yùn)行，如在相對(duì)平直的軌道上，載客不多，車站之間很少采用制動(dòng)，很少用喇叭，正常條件（少量泄漏……）等；Qnet_veh nor是認(rèn)為車輛在一般條件下運(yùn)行；Qnet_veh max是認(rèn)為車輛在極端條件下運(yùn)行，如在有很多彎道的線路上運(yùn)行，滿載和大負(fù)載變化、多次使用風(fēng)笛及門控驅(qū)動(dòng)器、撒砂包括砂干燥等。

最終計(jì)算出單臺(tái)空壓機(jī)工作時(shí)的相對(duì)負(fù)荷率為：

[ min 46.5DCcomp nor=65.4 % max 86.3]

通過(guò)對(duì)空壓機(jī)的選型計(jì)算可知，上述空壓機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)完全能滿足貴陽(yáng)1號(hào)線的使用。值得注意的是，高原地區(qū)空氣稀薄，通過(guò)計(jì)算可知，初充風(fēng)時(shí)間較一般平原地區(qū)略長(zhǎng)。

3 基礎(chǔ)制動(dòng)選型

貴陽(yáng)1號(hào)線線路復(fù)雜，坡度大，曲線多，且坡度較長(zhǎng)。為保證車輛的安全性，結(jié)合自然環(huán)境等要求，基礎(chǔ)制動(dòng)優(yōu)先選擇盤型制動(dòng)。相對(duì)于踏面制動(dòng)而言，盤型制動(dòng)裝置的顯著優(yōu)點(diǎn)是能承受地鐵等城軌車輛頻繁制動(dòng)所產(chǎn)生的熱負(fù)荷，進(jìn)而能大大減輕車輪踏面的機(jī)械和熱作用，而車輪不直接承受制動(dòng)熱量，能延長(zhǎng)其使用壽命。研究結(jié)果表明，盤型制動(dòng)的極限功率主要取決于制動(dòng)盤表面的最高溫度和閘片的耐熱性，因此，盤型制動(dòng)具有高于踏面制動(dòng)的制動(dòng)功率，適合更高的制動(dòng)速度。對(duì)于合成閘片而言，可用于200km/h以下的鐵路客車，這一點(diǎn)也同樣適用于地鐵及輕軌列車。

從技術(shù)分析的角度可以看出，對(duì)于列車運(yùn)行速度小于80km/h的城市軌道交通線路，可以采用踏面制動(dòng)的方式；對(duì)于客流量比較平穩(wěn)的城市軌道交通線路，當(dāng)列車運(yùn)行速度在100km/h及以上或者速度小于100km/h，但軌道線路較惡劣時(shí)，如長(zhǎng)大坡道，連續(xù)站間距過(guò)短時(shí)，應(yīng)采用盤型制動(dòng)方式。通過(guò)線路熱容量計(jì)算得出盤型制動(dòng)滿足要求。

4 有效利用黏著

4.1 有效利用黏著的原理

WSP以軸為單位進(jìn)行控制，當(dāng)EP2002閥檢測(cè)到車輪打滑時(shí)，其將控制制動(dòng)缸壓力，以修正打滑。軸速由每個(gè)軸上的速度傳感器測(cè)得，此速度信息在CAN總線單元內(nèi)的閥之間共享，從而根據(jù)WSP算法檢測(cè)和控制滑動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到打滑深度大于5%時(shí)，制動(dòng)防滑保護(hù)系統(tǒng)被激活并隨后將打滑深度控制在15%至20%之間以獲得最大的輪軌黏著。常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)模式都具有WSP功能，但工作原理并不完全相同[2]。

4.2 改善黏著

在凍雨天氣下，輪軌黏著條件差，列車在制動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)滑行。在某些極端條件下，黏著過(guò)低時(shí)，制動(dòng)距離將嚴(yán)重超標(biāo)。針對(duì)黏著不可控的風(fēng)險(xiǎn)，貴陽(yáng)1號(hào)線采取相應(yīng)措施盡可能提高黏著，如增加研磨子（踏面清掃功能）。

研磨子（踏面清掃裝置）具有增黏功能，其增黏原理參見(jiàn)圖1。

[][][][增黏著研磨子][金屬粒子][水膜]

圖1 踏面清掃原理示意圖

金屬顆粒通過(guò)熱塑性樹(shù)脂黏附在車輪踏面上，通過(guò)輪軌碾壓，形成金屬粒子薄膜，改變輪軌接觸區(qū)受力狀態(tài)，提高黏著系數(shù)。

控制模式主要有以下兩種。

①網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)時(shí)鐘每天執(zhí)行一次，在每天零點(diǎn)過(guò)后，當(dāng)列車在牽引工況下速度首次達(dá)到40km/h時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)發(fā)出踏面清掃命令V1，驅(qū)動(dòng)踏面清掃電磁閥。該命令采用施加10s、緩解5s的輸出方式交替進(jìn)行，持續(xù)1min。若在此過(guò)程中，列車速度低于25km/h或列車轉(zhuǎn)為制動(dòng)工況，則停止輸出該指令V1，當(dāng)天不再輸出踏面清掃指令。

②當(dāng)該車任意一軸產(chǎn)生滑行時(shí)，其踏面清掃裝置按照施加20s、緩解10s的周期作用。只要滿足滑行條件，就至少動(dòng)作一個(gè)周期，當(dāng)觸發(fā)條件不滿足時(shí)，直至該動(dòng)作周期結(jié)束后，踏面清掃裝置才停止動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

貴陽(yáng)地鐵1號(hào)線制動(dòng)系統(tǒng)采用了國(guó)內(nèi)常用的EP2002架控制動(dòng)系統(tǒng)，基礎(chǔ)制動(dòng)采用盤型制動(dòng)。在空壓機(jī)選型、基礎(chǔ)制動(dòng)選型及改善黏著等方面進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，以符合貴陽(yáng)地鐵1號(hào)線的環(huán)境特點(diǎn)，減少列車滑行的概率，提高地鐵列車的運(yùn)行品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄔志偉，胡用生，沈剛，等.城市軌道車輛牽引、制動(dòng)與防滑系統(tǒng)的效率研究[J].城市軌道交通研究，1998（4）：33-35.

[2]倪慶博.地鐵車輛ESRA制動(dòng)系統(tǒng)防滑功能解析[J].科技資訊，2009（3）：253-254.