浅谈地铁车辆基础制动装置

浅谈地铁车辆基础制动装置

摘要：从地铁电客车诞生的那一刻起，制动系统就对地铁电客车的安全起到至关重要的作用。目前对于地铁电客车制动系统的研究侧重于制动控制，包括制动控制的理论和方法，以及对制动控制新技术的应用。介绍了地铁车辆基础制动装置的特点，分析了踏面制动和盘形制动的不同，得出盘形制动的优势。

关键词：地铁车辆制动盘形制动

引言：

随着我国城市化进程的发展，城市吸引力不断扩大，人口集聚力不断增强，大、中城市人口数量屡创新高。为了更好的缓解城市交通拥堵的问题，许多城市选择了建设轨道交通来改善交通状况。地铁车辆的运行速度也由最初的60km/h，逐渐提高到80 km/h、100 km/h，甚至更高。车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速度和及时准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。

1、制动系统的发展历史

最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,这时的车

辆的质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动的需要,但随着汽车自质量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。这时,开始出现真空助力装置。1932年生产的凯迪拉克采用鼓式制动器,并有制动踏板控制的真空助力装置。1936年,博世公司申请一项电液控制的装置专利促进了防抱制动系统在汽车上的应用。1969年的福特使用了真空助力的制动器。1971年,克莱斯勒车采用了四轮电子控制的装置。这些早期的装置性能有限,可靠性不够理想,且成本高。1979年,默本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的制动装置。随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现,以及电子信息处理技术的高速发展,制动装置已经成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。

2、地铁车辆制动的特点

地铁与铁路虽都属于轨道交通，但地铁车辆主要在城市内运营与铁路运输还是存在一些区别，在车辆制动方面主要有以下特点。

2.1 制动类型。

制动系统作为城轨车辆的重要系统，直接涉及到车辆的运行性能和安全，影响乘客的乘坐舒适度。因此，车辆制动系统类型的选择、性能尤为重要。为了适应城市快速轨道车辆运行速度高、站间距离短、启动制动频繁等特点，现代

城市轨道交通车辆制动系统一般均采用微机控制的电空混合制动系统。该系统包含有电制动和空气制动两种制动装置。常用制动过程中，由于电制动对设备没有磨损并且节能，所以在电制动有效的情况下列车优先使用动车的电制动，在电制动不能满足制动需求时，电制动与空气制动进行复合制动。

2.2 制动减速度大

地铁站间距短，要提高乘客旅行速度只有增加启动加速度和制动减速度。因此地铁车辆紧急制动平均减速度一般要求大于等于 1.2m/s2, 而铁路机车车辆和动车组的紧急制动平均减速度一般为0.7－1.2 m/s2。

2.3 空气制动

在司机控制器发出常用制动指令而地铁电客车电制动无故障的情况下,空气制动只是电制动力不足时的补充和地铁电客车停车前阶段的制动。电制动完全失效时气制动可充分满足地铁电客车的制动需求，在进行快速制动和紧急制动时则是全部的气制动，另外地铁电客车停靠车站时的制动也由气制动提供。电子制动控制单元安装在客室电子柜内,负责接收信息指令信号,存储、计算、输出有关信息、信号及进行地铁电客车的系统故障诊断,发出气制动控制和防滑保护指令,是地铁电客车气制动的管理控制单元。制动控制单元将制动控制单元发出的制动指令通过电空模拟转换阀转换成与之成比例的预控制压力,再经中断阀进行流量放大送入制动缸,起着中继执行的作用。

3 盘形制动与踏面制动比较

3.1 制动对车轮的影响

在制动频繁、热负荷较大的城轨车辆上，使用热负荷性能较高的合成闸瓦，导致制动过程中产生总热能的90%以上被车轮吸收。因此当车轮踏面最高热应力位于赫兹接触应力和热应力共同作用的危险区域，导致车轮踏面异常损伤。在上海地铁、广州地铁、北京地铁均批量出现过车轮踏面非正常磨耗。车轮踏面异常磨耗将会恶化轮轨匹配关系，严重影响行车安全。

由于盘形制动是由制动盘和闸片组成摩擦副，制动过程中产生的热能对车轮不产生直接影响。

3.2 轮缘润滑对制动系统的影响

(1)踏面制动

在曲线多、弯曲半径小的城轨线路上，为了减少轮缘和钢轨的磨损和降低车辆通过曲线时的噪声，均采用轮缘润滑。由于润滑剂残留在车轮踏面和钢轨上，降低了轮轨间的粘着系数和摩擦系数，使制动力难以保证，列车紧急制动距离将被延长。这给高密度行车的地铁车辆运行留下了安全隐患。

(2)盘形制动

盘形制动的摩擦系数不受轮轨间的状态影响，制动力在曲线上不会发生可以得到保证。

3.3 全电制动控制系统的发展

全电制动控制系统是一个全新的系统,给制动控制系统带来了巨大的变革,为将来的地铁电客车的智能控制提供条件。但是,要想全面推广,还有不少问题需要解决。

（1）驱动能源问题

采用全电路制动控制系统,需要较多的能源。目前地铁电客车的电力系统提供不了这么

大的能量,因此,将来地铁电客车的动力系统采用高压电,加大能源供应,可以满足制动能量要求,同时需要解决高电压带来的安全问题。

（2）控制系统失效处理

全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。因为不存在独立的主动备用制动系统,因此需要一个备用系统保证制动安全,不论是传感器失效还是制动器本身、线束失效,都能保证制动的基本性能。实现全电制动控制的一个关键技术是系统失效时的信息交流协议,它可以保证不出现不可预测的信息滞后。

（3）抗干扰处理

地铁电客车在运行过程中会有各种干扰信号,如何消除这些干扰信号造成的影响,目前存在多种抗干扰控制系统,大体上可以归纳为两种，即对称式和非对称式抗干扰控制系统。对称式抗于扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理制动信号。非对称式抗干扰控制系统是用两个不同的CPU和不一样的计算程序处理制动信号，两种方法各有优缺点。另外,电制动控制系统的软件和硬件如何实现模块化,以适应不同种类的车型需要，如何实现底盘的模块化,是一个重要的难题。只有将制动、转向、悬架、导航等系统综合考虑进来,从算法上模块化,建立数据总线系统,才能以最低的成本获得最好的控制系统。

4 、结论

随着城市轨道交通的快速发展，我们必须采取适当的地铁电客车的制动控制策略，因为只有这样，才能准确地确定地铁电客车的工作状态。近年来，众多的车辆工程师在改进地铁电客车的制动性能方面的研究中倾注了大量的心血，促使地铁电客车的动力系统已经发生了很大的变化，出现了许多新的结构类型和功能