克诺尔空气制动原理分析
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克诺尔空气制动原理分析
摘要:由于地铁交通站间距短、客流量不稳定、通常要穿过人口密集区域等,
地铁列车的制动系统会被反复开启。空气制动作为地铁列车制动体系的重要组成
部分,通过车轮踏面与闸瓦(或制动夹钳与制动盘)摩擦后将列车动能转换为热
能并最终耗散于大气,能够在电制动不足或特殊情况下为列车提供部分或全部制
动力,最终实现列车减速的目的。本文将从风源设备、基础制动装置、气笛装置、空气悬挂装置以及制动施加、防滑控制等8个方面对苏州1号线采用的克诺尔空
气制动方案的进行原理解析。
关键词:克诺尔;空气制动;原理;解析
一、克诺尔制动系统简述
克诺尔制动控制系统通过EP2002网关阀和EP2002智能阀形成分散式制动控
制网络,分别安装在它们所控制的转向架上,网关阀与智能阀通过一根专用的CAN总线连接在一起。
EP2002 将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动气动阀、紧急制动气动
阀和车轮防滑保护装置气动阀都集成到装在各转向架上的机电包中。
智能阀是一个“机电”装置,其中包括一个电子控制段,该电子控制段直接装
在一个称为气动阀单元的气动伺服阀上。具有控制作用的网关阀通过CAN 制动总
线传达制动要求,每个阀门据此控制着各自转向架上制动调节器内的制动缸压力。本设备通过转向架进行常用制动和紧急制动,同时通过车轴进行车轮防滑保护控制。阀门受软件和硬件的联合控制和监控。
网关阀执行智能阀的所有功能,并将常用制动压力分配至所有装在本地 CAN
网络中的 EP2002 阀门。网关阀也可以提供 EP2002 控制系统与列车控制系统的连接。在 EP2002 系统中,一个网关阀中的制动要求分配功能可以将 SB 制动力要求
分配至列车装有的所有制动系统,以达到司机/ATO 要求的制动力。
二、克诺尔空气制动原理解析
(一)空气供给(风源系统)
空气供给设备安装在拖车上(每列车2套),该设备通过贯穿整列车的总风
缸(管)给全列车所有的用风设备提供压力空气,主要包括空压机、风缸、压力
开关、测试接口、截断塞门等。该空压机为两级压缩,低压级有两个气缸,高压
级只有一个气缸,空气由低压缸吸入并由一个干式空气过滤器滤清,送到高压缸
进行下一步的压缩。
当检测到主风缸的压力值低于7.5bar并且SIV容量满足一个空气压缩机的启
动要求时,VCU输出压缩机启动信号,单个空气压缩机将会启动,直至压力值达
到9bar;当主风缸的压力值低于6.8bar并且SIV容量满足两台空气压缩机的启动
要求,两台空气压缩机会启动,若此时SIV容量仅满足一台空气压缩机的启动要求,主空气压缩机会启动,当主风缸的压力值达到9bar时,两台空气压缩机都停止。其中主辅空气压缩机的控制按照单双日进行控制。
为了提高系统工作的可靠性,延长设备的使用寿命,空压机产生的压缩空气
经过止回阀后通往双塔干燥器与精细滤油器进行处理。供气单元与主风缸之间设
置一常通球阀将主风缸与供气单元隔离。除此之外,每辆车设置一个总风缸、空
气悬挂风缸和制动风缸,三个风缸的容积均为100L,设计压力为10bar。
(二)常用制动施加
在通常情况下,当列车施加制动时,车辆控制单元将计算经过载荷补偿的整
列车的制动力及电制动状态发送给网关阀,网关阀将空气制动力平均分配到每个
拖车(包括故障的动车转向架)。当列车速度达到一定速度后后,空气制动取代
电制动,实现电空转换。
(三)紧急制动施加/缓解
紧急制动由列车的紧急制动环路失电触发,并最终由空气制动基础装置执行,是通过一个安全回路控制的纯空气制动模式,是列车运行安全导向保证中最重要
的环节,因此紧急制动不可逆。列车紧急制动功能采用硬线控制,在制动控制单
元上装备了由列车安全环路硬线控制的紧急制动部分.若安全环线断开,列车将产
生紧急制动。
图一紧急制动器在EP2002内的运行
(四)EP2002阀内部气路原理
制动供气风缸压力进入气动阀单元,并被分为两条单独的线。第一条较粗的
线将空气供应给一次调节阶段。此阶段主要为中继阀根据控制压力将 BSR 压力下
调到一个中间压力,并在称重电子装置硬件的控制之下经过了EP阀的调节;控
制压力通过二次调节器后被限制在一定的范围以内,该数值即为能够在一次调节
器输出情况下提供满载紧急制动压力的数值,这就保证了制动缸不会供给一个大
于紧满载紧急制动压力值。
图二 EP阀控制电子装置运行图
压力空气经过一次调节器后,分别供给轴 1 和轴 2。每路供气都通过EP 阀之
后进入制动缸。在紧急制动情况下,这些 EP阀处于非启动状态。紧急制动缓解时,VCU输出缓解命令给网关阀,网关阀在紧急制动缓解后,并且零速、制动指
令有效时,施加保持制动。
(五)停放制动施加/缓解
停放制动力应能使一列4编组的列车在AW3载荷下停放在3.5‰的坡道上,
停放制动可通过按压司机台上的“停放制动施加/缓解”按钮施加或缓解。停放制动
为弹簧储能施加,且由弹簧弹力生成的停放制动力不受时间流逝的影响,可以满
足列车长期断电停放的需求。
除此之外,当列车总风压力不足时,因停放制动缸内压缩空气压力无法克服
弹簧弹力,因此停放制动将会自动施加,而缓解时则需要通过拉动停放制动缓解
拉绳来缓解。
(六)防滑管控(WSP系统)
苏州一号线所有车辆上都装有空气制动防滑系统,该系统的检测和实施都是
按照“轴控”的方式进行的。防滑保护控制单元与排气阀集成在EP2002阀内部,每根车轴都装有速度传感器用来检测车轮速度,该信息被采集后在同一个CAN网区
域中的EP2002阀中共享,此时如果检测到单个车轴减速度过大,或车轴与车轴
之间存在速差,系统都会激活防滑保护功能并且通过制动连接阀将两根轴的制动
力分开,进而控制充气阀和排气阀来恢复该轴的黏着状态。
结束语:
空气制动是制动控制系统的有机构成元素。克诺尔空气制动系统由于其构成
特色以及气路原理等优点,在未来一段时间内仍然是地铁空气制动领域的主要课题。
参考文献:
[1]周光德,王坪.克诺尔、法维莱机车制动系统与既有客车电空制动系统接口