地铁车辆在制动方面的优化设计

地铁车辆在制动方面的优化设计

第1章绪论

1.1研究背景

制动系统作为地铁车辆的重要子系统之一，在保证车辆安全方面发挥着重要作用。我国城市轨道交通车辆制动技术的开始于20世纪60年代在北京建成的第一辆地铁车辆，考虑到当时的技术条件，列车采用了DK型自动电磁空气制动系统，基本制动系统采用踏面制动。在电阻制动与空气制动的匹配中，系统采用切换方式。因此，制动力控制性能较差。此后，我国相关企业和高校共同开发了数字化气动电控制动系统，在动力制动与空气制动的协调性、制动性和缓解一致性方面有了明显的提高。然而，在制动力的精确控制和动力制动能力的充分利用方面仍有改进的空间。随后，AR12电控模拟指令制动系统应运而生。该系统采用电气控制和模拟信号传输，实现了动力制动与空气制动的连续配合，制动力控制更为方便。然而，由于该系统是由电子逻辑电路控制的，很难实现拖拉机的电制动能力的利用和系统的通用性。不强，特别是不能实现实时故障监测。简单地说，制动系统的发展经历了纯空气制动、主电制动为辅助控制制动、主空气制动为辅助电制动的过程。制动系统的控制技术也从空气控制、电气控制发展到目前的数字化控制。

近年来，国产制动系统逐步开发并应用到个别的地铁车辆项目中，主要为中国铁道科学研究院和中车四方机车车辆研究所研制的车控及架控制动系统。伴随着国产制动系统的逐步应用，将有利于提高目前城市轨道车辆国产化率，降低整车成本、但目前产品竞争力不足，例如零部件质量不可靠影响产品质量，研发投入不够导致基础试验设备及项目不足等方面，但最主要方面体现在产品的运用经验不足，造成系统性能较之外国产品不够完善，现在使用较多的制动系统伴随中国城市轨道交通市场的不断发展系统性能逐步完善。

1.2研究意义及目的

本文研究的目的:针对城市轨道交的站间距较短(一般都在3公里左右)的特点，这就决定了城轨车辆制动系统的特性必须具备其制动装置必须满足操作灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大等要求。同时，轨道交通的客流量波动大，空载时重量仅为车辆自重，二满载时列车重量突然增加到

极限。要求制动装置应具备各种载荷工况下车辆制动力自动调整的性能，使车辆制动率能够维持不变，从而实现制动的准确性和停车的平稳性。，也便于国产制动系统的借鉴和分析。

本文研究的意义:希望我国制动系统方面的专业人才能够集中力量，共同努力，自主研发出具有市场竞争力、适用于新型城轨车辆的制动系统，以满足我国日益增长的轨道交通产品的需求，同时使我国的制动技术得到新的发展。

1.3我国地铁车辆制动系统现状

制动系统作为地铁车辆上的重要子系统之一，对车辆有着保证运行安全的重要作用。90年代以来，我国城市轨道交通产业持续飞速发展，大部分城市轨道车辆的制动系统均采用国外引进的制动系统，其中，以英国WESTINGHOUSE公司研制，现为克诺尔子公司生产的基于架控的EP2002制动系统应用最为广泛。近年来，国产制动系统逐步开发并应用到个别的地铁车辆项目中，主要为中国铁道科学研究院和中车四方机车车辆研究所研制的车控及架控制动系统。伴随着国产制动系统的逐步应用，将有利于提高目前城市轨道车辆国产化率，降低整车成本、但目前产品竞争力不足，研发投入不够导致基础试验设备及项目不足等方面，但最主要方面体现在产品的运用经验不足，造成系统性能较之外国产品不够完善。

我国地铁制动的国产化，实际上包含两个内容:一是重要设备要实现在国内制造生产，或进口国外零部件国内组装，一些国外公司在国内设立的合资企业生产组装的设备就属于这个范畴;二是要实现关键核心技术的自主创新，这种国产化又称自主化，实际上是国产化所追求的深一层目标，而这个目标正是目前国内品牌制动系统供应商所追求的，每个国内品牌制动系统供应商都为之付出了极大的财力、物力和人力。

早在2015年2月，我国铁道科学院自行开发的制动系统就通过了相关机构的技术鉴定。并且在天津的滨海快速车上进行了实验，实验结果表明，我国自行制造的制动系统完全能够满足要求。而在2007年的最后一次实验中，在国际考评组通过，考评组成员认为，我国自行研发的制动系统不仅达到国内先进水平，及时是在国际上，也是名列前茅。其可靠性、安全性和维护成本都能够达到市场应用的标准。之后我国很多的地铁制动系统都将此系统作为了主要的应用系统，

这个我国铁道车辆制动发展带来了重要的意义。

二、目前地铁车辆制动系统概述及组成

2.1概述

EP2002制动系统采用架控的形式即一个制动控制单元控制一个转向架，如果一个制动阀发生故障，只需要切除一个转向架上的制动阀，使故障对列车运行的影响减至最小。制动系统的核心部件是制动阀，它是机电一体化的模块部件，可以进行制动系统的控制、监控以及与列车控制系统之间的通讯。系统主要由风源系统、制动控制单元、基础制动装置、空气悬挂设备等部分组成。具有常用制动、紧急制动、决速制动、保持制动、停放制动和滑行控制等功能。

2.2地铁制动系统组成

目前我国地铁车辆的制动系统主要由风源系统部分、制动控制系统部分、转向架制动设备部分、微机控制轮对防滑设备部分、空气悬挂设备部分、车钩驱动装置部分和升弓设备部分组成一起组成。

2.2.1风源系统

EP2002风源系统主要包括活塞式（常见vv 120型）带后冷却器空压机、双塔式吸附干燥器、安全阀、滤油器、吊装框架等设备，所有设备被集成为一个风源模块，该模块通过螺栓直接联接到车体底架上。在每节车上均配置了一套压缩空气风源模块。该风源模块的供风能力可以满足地铁车辆用风需求。

图1 风源系统

空气压缩机由冷却器、带粘液祸合器的风扇叶轮、活塞式压缩机和三相交流电动机等组成，采用空气冷却，两级活塞压缩的空压机，由一个三相交流，50Hz,AC380V的电动机驱动。空气压缩机有两个低压气缸和一个高压气缸。拿vv 120型空气压缩机来举例说明，优点，如加长的吸气管，弹性阻尼冷却风扇联轴节，空压机与电机间的柔性联接，弹性减振器，可以尽量降低空压机的噪音水平。空压机的风扇配备了一个粘液祸合器。这样，冷却装置会根据环境温度和压缩机出口温度自行进行无级调节，从而保证压缩机以一个适宜的工作温度来运行。粘液祸合器同时作为滑动离合器使用，以使在风扇结冰或被异物如树枝等卡住的情况下不会造成设备损坏。

空气压缩机通过自带的吸气过滤器吸入空气，保证了对压缩机的最佳保护，空气在第一级被压缩后流经中间冷却器，然后进行第二级压缩。压缩空气在流经空气压缩机的后冷却器后通过一根压力软管到达一个双塔空气干燥器。

压缩空气被通到双塔空气干燥器中，压缩空气在一个干燥塔内进行干燥，同时在另一个干燥塔内回流的洁净总风对干燥剂进行再生处理。在干燥器内的电子计时器控制两个塔的干燥及再生。只有在空气压缩机工作时，该计时器的控制周期才起作用，这样可以确保两个干燥塔可以均衡工作。双塔空气干燥器通过去除系统中的水份并达到等于或小于35%的相对温度。

所有轴颈以及活塞和气缸均采用喷射润滑油的方法进行润滑。连杆浸入油池中，在每次转动时即会造成润滑。润滑油会自己流回油池中。无需附加装置如滤油器、油泵或者阀门等。这种浸入润滑方式的优点是即使在冬季的特殊外界条件下也具有很好的可靠性。