西安3號線制動系統(tǒng)淺析

陳晉鵬

摘要：本文主要對西安3號線制動系統(tǒng)主要設(shè)備組成，控制功能及安全可靠性設(shè)計簡要介紹，為今后其他地鐵線路車輛制動系統(tǒng)的選用提供參考。

關(guān)鍵詞：Ep2002閥;制動系統(tǒng)

西安3號線一期電客車采用六列編組，車輛最高設(shè)計時速80Km/h，制動系統(tǒng)選用knorr公司的EP2002制動系統(tǒng)，制動設(shè)備包括電制動和電一空制動控制裝置及基礎(chǔ)制動裝置。

一、制動系統(tǒng)組成

西安3號線制動系統(tǒng)主要由風源裝置、制動控制設(shè)備等組成。

（一）風源裝置

風源裝置包括VV120型空壓機、雙塔式空氣干燥器等設(shè)備，每列車裝有2臺，單臺的供風能力可以滿足整車的供風需求。

1.空壓機

VV120型空壓機采用3相交流電動機，兩級活塞式壓縮機和兩段風冷裝置?？商峁┘s920升/分的供氣量，空壓機控制采用單雙日主輔控制方式，當總風壓力低于7.5bar時啟動主空壓機，達到9.0bar時關(guān)閉;當總風壓力持續(xù)下降到7.0bar時，啟動兩臺空壓機，達到9.0bar時關(guān)閉。另外系統(tǒng)還設(shè)置有總風低壓力開關(guān)，當總風壓力下降到6.0bar時，壓力開關(guān)會動作觸發(fā)緊急制動，以保證車輛安全。

2.空氣干燥器

壓縮空氣從空壓機出口流入雙塔空氣干燥器。壓縮空氣在一個塔中干燥，另一個塔處于再生狀態(tài)，每2分鐘交替一次，兩個干燥塔基本上處于均衡工作。經(jīng)過雙塔干燥器的壓力空氣濕度降低到35%以下，這樣風缸、車輛管路以及制動控制設(shè)備可以具有更長的壽命。

（二）制動控制設(shè)備

制動控制設(shè)備主要由EP2002制動閥和輔助控制模塊組成。每個轉(zhuǎn)向架上裝有一個EP2002閥，控制該轉(zhuǎn)向架的制動力。一個EP2002閥故障只會導(dǎo)致一個轉(zhuǎn)向架制動力的丟失，且丟失的制動力可以在整個制動單元內(nèi)重新分配。EP2002閥分為網(wǎng)關(guān)閥、RIO閥和智能閥，為本轉(zhuǎn)向架提供常用制動、緊急制動和滑行保護。

1.智能閥

智能閥包括一個電子控制部分和一個氣動閥單元，具有常用制動和緊急制動功能，通過接收CAN網(wǎng)絡(luò)的制動需求控制踏面制動單元的制動缸壓力，同時結(jié)合自身軸速和通過CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的速度數(shù)據(jù)執(zhí)行防滑保護。

2.網(wǎng)關(guān)閥

網(wǎng)關(guān)閥具有智能閥的所有功能，通過MVB網(wǎng)絡(luò)與TCMS進行通訊，將列車所需的常用制動壓力分配到所有EP2002閥上。

3.RIO閥

RIO閥除了不執(zhí)行制動力管理和沒有網(wǎng)絡(luò)接口卡外，具有與網(wǎng)關(guān)閥同樣的輸入/輸出功能，還可以讀出可編程輸入并通過CAN總線發(fā)給主網(wǎng)關(guān)閥，其狀態(tài)由網(wǎng)關(guān)閥控制。

二、制動系統(tǒng)功能

西安3號線電客車自動系統(tǒng)具有常用制動、緊急制動、保持制動、快速制動、防滑保護等功能，系統(tǒng)采用3節(jié)車一個CAN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，每列車包括兩個CAN網(wǎng)絡(luò)。

（一）常用制動控制

西安3號線制動系統(tǒng)收到TCMS的制動指令后，將其轉(zhuǎn)換為壓力指令，常用制動采用載荷補償方式，CAN單元內(nèi)的主網(wǎng)關(guān)閥接收制動指令進行制動力計算，如果制動過程中發(fā)生滑行，防滑控制功能將被激活，BCP壓力調(diào)節(jié)器將控制單軸的BCP壓力控制輪對滑行。

常用制動采用電一空混合制動，電制動優(yōu)先，電制動不足時由空氣制動補充，空氣制動采用在粘著極限范圍內(nèi)先拖后動的方式。TCMS接收來自司控器或ATO/ATP的制動指令，通過MVB接口傳輸給網(wǎng)關(guān)閥，網(wǎng)關(guān)閥根據(jù)載荷情況和制動指令計算所需要的總的制動力，牽引系統(tǒng)根據(jù)載荷和制動級位信號計算并施加電制動力，并反饋給網(wǎng)關(guān)閥，網(wǎng)關(guān)閥再根據(jù)總的制動力要求、實際電制動值計算拖車轉(zhuǎn)向架應(yīng)施加的制動力，并控制拖車轉(zhuǎn)向架施加空氣制動，如果拖車轉(zhuǎn)向架制動力不足，則在動車轉(zhuǎn)向架上施加空氣制動。

停車制動階段，當車輛速度達到電空轉(zhuǎn)換點時，牽引系統(tǒng)將通過TCMS發(fā)送給制動系統(tǒng)電制動退出信號，延時一定時間后，電制動開始衰減，空氣制動開始上升，速度降到1km/h之前，電空轉(zhuǎn)換結(jié)束。

（二）保持制動控制

制動系統(tǒng)收到非牽引指令且速度<0.5km/h時，制動系統(tǒng)將施加保持制動;制動系統(tǒng)收到牽引指令且無制動指令，同時收到保持制動緩解信號為1，速度大于3km/h，則保持自動緩解。

（三）緊急制動控制

緊急制動控制采用常帶電方式，緊急電路失電，全車將自動實施緊急制動，全部制動力由空氣制動獨立承擔。緊急制動不考慮沖擊極限但具有防滑保護功能。

（四）快速制動控制

制動系統(tǒng)收到快速制動指令后施加快速制動?？焖僦苿涌刂品绞脚c常用制動管理相同，采用電空混合制動方式，平均減速度比緊急制動的稍低。

三、系統(tǒng)可靠性設(shè)計方案

西安3號線制動系統(tǒng)作為行車安全最重要的設(shè)備之一，本身具有故障監(jiān)測，可靠性設(shè)計，避免車輛正線發(fā)生行車類安全問題，即使故障發(fā)生后可以將故障影響降至最低。

（一）故障監(jiān)測

自檢：每次上電及列車投入運營之前，車輛必須進行自檢，且每24小時最少執(zhí)行一次自檢，確保系統(tǒng)的最大安全性。EP2002閥的自檢主要包括防滑、常用制動及緊急制動測試等。

制動不緩解：列車運行過程中無制動缸壓力請求持續(xù)5s，且制動系統(tǒng)檢測到相應(yīng)轉(zhuǎn)向架制動處于施加狀態(tài)（制動缸壓力大于0.4bar）;當滿足這兩個條件并持續(xù)超過5s就會報出制動不緩解故障。

（二）可靠性設(shè)計

網(wǎng)關(guān)閥故障：主網(wǎng)關(guān)閥出現(xiàn)斷電或故障時，制動管理和TCMS通訊由輔助網(wǎng)關(guān)閥承擔，輔助網(wǎng)關(guān)閥在大約1.5秒內(nèi)接替主網(wǎng)關(guān)閥，制動缸的壓力和所有的可編程輸出保持在各自最后的程序狀態(tài)。閥損失的制動力將被平均分配到制動總線中的其它EP2002閥上。

智能閥故障：故障的智能閥所控制的轉(zhuǎn)向架處于緩解狀態(tài)，損失的制動力將被平均分配到制動總線中的其它EP2002閥上，所承擔的制動力受最大制動力限制。

四、結(jié)束語

目前西安3號線制動系統(tǒng)已運行多年，電空轉(zhuǎn)換、防滑控制性能良好，各種參數(shù)滿足運營需求，該系統(tǒng)還具有制動精度高、維護工作量小等優(yōu)點，國產(chǎn)制動系統(tǒng)可以研究借鑒。

參考文獻：

[1]西安市地鐵三號線一期工程電動客車采購項目合同書.西安市軌道交通集團有限公司運營分公司，2014年4月.

[2]吳雷朋，徐廣增.城軌地鐵EP2002空氣制動系統(tǒng)的應(yīng)用分析[A].中車青島四方機車車輛股份有限公司，2019年7月.