(完全版)国产地铁车辆制动系统

国产地铁车辆制动系统 马 琪

（南京浦镇车辆厂 综合技术部 南京 210031）

摘 要 介绍了国产地铁车辆制动系统的主要性能及采用的德国克诺尔制动机公司生产的模拟式电控制动系统的主要组成部件及作用原理。其中，微处理制动控制与车轮滑行控制电子单元，以及制动控制单元BCU是该模拟式电控制动系统的核心控制部件。制动控制单元的所有部件集中地装在一个单独的具有气路的集成板上，结构紧凑，便于检修维护。

主题词 地下铁道车辆 制动装置 空气制动 电阻制动 再生制动

自由词 国产地铁

Abstract：In this paper, the main consisting components and operation principle of simulating form of electric-controlled brake system produced by Germany Knorr Brake Company adopted on home-produced subway rolling stock are introduced. In the system, the micro-processor braking control and wheel skid controlling electronic unit KBGM-P and braking control unit BCU are core control components of this simulating electric controlled brake system. All components of the braking control unit are centrally mounted on an individual integrated board which is provided with air circuit, the structural design of traditional brake control valve (distributing valve)is changed. In addition, air drier of single cylinder form in heatless regenerative working condition and brake cylinder with parking brake device are all provided with certain feature.

Key Words：subway rolling stock brake system air brake rheostatic brake regenerative brake

Free Word：Home-produced Subway

1 前言

地下铁道作为特大城市快速轨道交通的主要模式，其运输能力大，单方向高峰运输能力为35 000人次／h以上，并具有准时、快速、舒适、安全的特点，能充分利用地下空间，对环境不产生污染。

我国有668个城市，100万人口以上的城市有37个，其中200万人口以上的城市有13个。按“十六大”提出的全面建设小康社会的目标，我国的城市化建设还将会有历史性的大发展。虽然我国城市轨道交通建设的时机总体上比发达国家晚20~30年，但现在我国城市轨道交通建设在世界上是规模最大、速度最快的。

我国自1969年建成第一条地铁，到现在共已建成12条城市轨道交通线271km。经过国家批准正在建设的城市轨道交通线路有12条、计273km。

初步预计，到2010年，我国的城市轨道交通还将有很大的发展，运行里程将达到1000km，总投资将达到3000~4000亿元，估计车辆装备的投资占到20％，将达到800亿元左右。

2 地铁车辆简介及列车主要技术参数 2.1 地铁车辆制动系统的特点：

(1)地铁的站间距离比较短，一般都在1km左右。由于站间距离短，列车的调速及停车都比较频繁。为了提高运行速度，必须使列车起动快、制动距离短。

这就要求地铁车辆的制动装置具有操纵灵活、运用迅速、停车平稳、准确和制动力大等特点。

(2)地铁列车中的动车具有两台或四台牵引电动机，这就为采用电制动提供了基本条件。电制动有许多优点，例如无机械磨损等。这对于空气制动来说是无法实现的。电制动有再生制动和电阻制动两种。电制动的制动功率大，尤其是在较高的速度范围内，它不仅制动力大，效率高，而且再生制动能回收能量，从而产生一定的经济效益。但由于它在低速范围内只能使用电阻制动，其制动力较小。且当列车速度降到某一速度时，必须及时补上空气制动。在整个速度范围内，要充分发挥各种制动方式的作用，适应地铁列车自动控制而协调配合，以获得最佳的制动性能。

(3)地铁列车的乘客量波动大。无乘客（空车工况）仅地铁车辆自重，相对来说是较轻的(为了

降低能耗，地铁车辆车体的材质采用铝合金和薄壁不锈钢型材等)，因此，乘客量对车辆总重有较大的影响，易引起制动率的变比。制动率变化过大，对列车制动时要保证一定的减速度、防止车轮滑行及减小车辆间纵向冲动都是不利的。因此，制动系统应具有在各种乘客量的工况下，使车辆制动率基本恒定的性能。

2.2 地铁车辆简介及技术参数

国产交流传动地铁列车是具有自主知识产权的国家计委立项的重大科研攻关项目，由中国南(北)方机车车辆工业集团公司组织，南京浦镇车辆厂总体牵头进行研制开发。

该车将缩小国产地铁车辆与国外地铁车辆在铝合金车体、VVVF变压变频逆变器以及车辆启、制动平稳性和运行可靠性上的差距。

国产地铁车辆空气制动系统由供气部分、控制部分和执行部分三个主要部分组成。

国产地铁车辆有三种类型，分别称为A车、B车和C车，A车为无动力装有空压机组的的拖车，一端设有驾驶车；B车为设有受电弓、并设有辅助空压机的动车；C车为动车。

列车的近期编组为6辆车一列。为A—B—C—B—C—A；远期为8辆编组，即A—B—C—B—C—B—C—A。B、C车一般为固定编组，其连接采用半永久车钩，而B、C车与A车之间的连接则采用半自动密接式车钩(即机械挂钩为自动的，电气连接为人工的)。

列车技术参数

最高运行速度 80km／h 结构设计速度 100km／h 挂钩速度 3km／h 反向驾驶时的最高速度 10km／h 常用制动冲击率极限 0.75m／s3 额定电压 DC 1 500V 受电弓处电压范围 DCl 000-1800V 牵引逆变器额定输出容量 1 200kVA 牵引电机额定小时功率 210kW 辅助逆变器额定输出容量 80kVA

动力车轴重 16t 列车动力性能参数

启动平均初始加速度 1m／s2

到达80km／h时的剩余加速度 0.043m／s2最大减速度 1.2m／s2： 当列车恒力矩启动时，其平均加速度为1.013m／s2，计算粘着系数为0.166。

在AW2载荷、半磨耗轮径、额定接触网压1 500V工况下，列车在35％的坡道上，达到最高速度80 km／h时，具有的剩余加速度为0.0439m／s2。 在AW2载荷，接触网压1 500v、制动平均减速度不小于1.0m／s2的条件下，列车制动计算粘着系数为0.159。

列车载荷能力及自重载重

列车编组形式为2Tc+2M+2M’(Tc为带司机室的拖车；M为带受电弓的动车；M’为动车)。定员坐席AWl，定员车载AW2(6位旅客／m2)，超员车载AW3(9位旅客／m2)。具体载荷人数见表l，计算质量时按每人60kg计算。

表1 具体载荷能力及载荷 Tc M M’ 6车编组 坐旅客 AW1/人 56 56 56 336 站立旅客AW2/人 239 254 254 1494 站立旅客AW1/人 354 376 376 2212 总旅客AW2/人 295 310 310 1830 总旅客AW3/人 410 432 432 2548 自 重 AW2/t 35 38.5 38.5 224 载 重 AW3/t 58.1 63.6 63.6 370.6

3 空气制动系统组成 3.1 供风系统

供风系统由空压机组、双塔干燥器、安全阀、压力开关、测试接口、软管及除制动以外的用风单元组成。

空压机供风量为1.2 m3／min，工作压力为850~1000kPa。干燥器为双塔干燥器，并设有安全阀。除制动系统外，还有气笛、刮雨器、空调机、空气弹簧、车钩、受电弓等用风设备。

每辆车上设有三个风缸，其中，一个100L的总风缸，一个80L的空气悬挂系统（空气弹簧）风缸，一个100L制动风缸。

3.2 制动控制单元（BCU）（如图1所示）

图1 制动控制单元原理示意图 动指令时，吸开阀芯，使制动风缸的压力空气通过

进气阀转变成预控制压力CV1 并送向紧急阀e。与此同时，具有C V1的压力空气也送向气电转换器和排风阀，而气 电转换器将压力信

图3 紧急阀 图2 模拟转换阀 号转换成相对应的

电信号，马上馈送回微

处理机，让微处理机将此信号与制动指令比较。当小于或大于制动指令时，则分别继续开大进气阀或关小进气阀并开启排风阀，直到预控制压力C V1增高或降低到制动指令的要求为止。从模拟转换阀出来的CV1压力空气通过管路板进入紧急阀（如图3所示）。它实际上是一个二位三通电磁阀，它的三个通道分别与模拟转换阀输出口、制动风缸及称重阀进口相连接。在常用制动时，紧急阀励磁，紧急阀使模拟转换阀与称重阀相通，而切断与制动风缸的通路；在紧急制动时，紧急阀不励磁，紧急阀使制动风缸与称重阀直接相通，而切断模拟转换阀与称重阀的通路，这时预控制压力CV1越过模拟转换阀而直接进入称重阀。

当预控制压力C V1经过紧急阀时，由于阀的通道阻力使预控制压力略有下降，这个从紧急阀输出的预控制压力称为CV2。同样，CV2压力空气也通

制动控制单元是空气制动的核心，主要有模拟转换阀a、紧急阀e、称重阀c、均衡阀d等组成，这些部件都安装在一块铝合金的气路扳上。犹如电子分立元件安装在印刷线路板上一样。同时，在气路板上装置了一些测试接口（j、k、1、m、n）。因此，要测量各个控制压力和制动缸压力，只要在这块气路板上测试即可。这样就显得非常方便。同样，整个气路板的安装、调试和检修都很方便。 制动控制单元的主要作用是将来自微处理机ECU的电子模拟制动信号通过模拟转换阀a转换成与其相对应的预控制(空气)压力，这个预控制压力是呈线性变化的，同时也受到称重阀c和防冲动检测装置的检测和限制，最后使制动缸和停车制动缸获得符合制动指令的气制动压力。

制动控制单元的工作原理如下：

当压力空气从制动风缸进入制动控制单元BCU后，分成三路，一路进入紧急阀e，一路进入模拟转换阀a，另一路进入均衡阀d，其流传图如下：

制动风缸→

→紧急阀e

→→模拟转换阀a→称重阀c→均衡阀d →均衡阀d→制动缸和停车制动缸 整个制动控制单元犹如一个放大器。

模拟转换阀（如图2所示）是由一个电磁进气阀（类似控导阀）、一个电磁排风阀及一个气电转换器组成。当进气阀的励磁线圈收到微处理机的制

过管路板进入称重阀。

称重阀（如图4所示）为杠杆膜板式。

称重阀主要是用来限制过大的制动力。由于模拟转换阀输出的预控制压力是受微处理机控制的，而微处 理机的制动指令本身图4 称重阀 根据车辆的负载、车速和制动要求而给出的，

因此，在常用制动中，称重阀几乎不起作用，仅起预防作用，以防模拟转换阀控制失灵。而主要作用是在紧急制动时。由于紧急制动时预控制压力是从制动风缸直接经紧急阀到达称重阀，中间没有受模拟转换阀的控制，而紧急阀也仅仅作为通路的选择，不起压力大小的控制作用。所以，在紧急制动时，预控制压力只受称重阀的限制，即为最大的预控制压力。 同样，预控制压力CV2流经称重阀时也受到阀的通道阻力，压力有所下降，成为预控制压力CV3，并通过管路板进入均衡阀（如图5所示）。

从D2孔进入均衡阀的CV3压力空气，推动具有膜板的活塞上移，首先关闭通向制动缸的排气阀V2，然后进一步打开进气阀V1，使制动风 缸经接口R进

图5 均衡阀 入均衡阀的压力空气通过进

气阀V1、经接口C充入制动缸，制动缸活塞被推出，带动闸瓦紧贴车轮产生制动作用。从上述作用中可看出，均衡阀能迅速进行大流量的充、排气。大流量压力空气的压力变化是随预控制压力CV3的变化而变化，并且相互间的压力传递比为1：1，即制动缸压力与CV3相等。

同样，缓解指令也由微处理机发出，模拟转换阀接到缓解指令后，将其排气阀打开。使具有预控制压力CV1、CV2、CV3的压力空气都通过此阀向大气排出。由于CV3压力空气排出，均衡阀活塞在其上方的制动缸压力空气作用下移动，于是均衡阀中的进气阀关闭，排气阀打开，使各制动缸中的压力空气经开启的排气阀排出，列车得到缓解。

3.3 单元制动缸

图6 PC7Y型单元制动缸 由于地铁车辆的底架下方与转向架之间没有足够的空间来容纳基础制动部件，特别是底架与转向架之间的空间更小。因此，国产地铁车辆采用单元制动缸。它是由克诺尔公司生产的。其类型有两种，即一般的PC7Y 型单元制动缸（如图6所示）

图7 PC7YF型单元制动缸 和具有弹簧制动器(也称停放

制动器)的PC7YF型单元制动缸（如图7所示）。

PC7Y型与铁路双层客车和准高速客车上用的“单元制动缸”基本相同。PC7YF型单元制动缸中的弹簧制动器为利用弹簧力来推动杠杆，从而使闸瓦贴靠在车轮上，产生闸瓦压力以达到制动的目的，它主要在车辆停放时制动用。而它的缓解，则需要使用压力空气向弹簧制动器中充气才能使弹簧压缩，从而使制动缓解。因此，弹簧制动器也使用电磁阀进行控制，其操作也集中在驾驶室里进行。具有弹簧制动器的停车制动缸安装在转向架上处于对角线的两个车轮的一侧，而另一对角线的两

个车轮的一侧只安装无弹簧制动器的单元制动缸。

PC7Y型单元制动缸由制动缸、传递杠杆、闸瓦间隙自动调整机构和复原机构等组成。闸瓦间隙自动调整机构在闸瓦磨耗后，能对增大的闸瓦间隙自动进行调整，使之符合规定的间隙大小。复原机构可在更换闸瓦时用。 具有弹簧制动器的图8 供风系统及部件（Tc车有） 单元制动缸还具有附加

门和主风管到达每辆车的总风缸、制动风缸、空气

的功能，即以弹簧作动力的组合件，并带有可自动

弹簧风缸。驾驶室内的双针压力表的白色指针显示

复位的人工辅助缓解装置。

主风管压力，红色指针显示制动缸压力。

单元制动缸中的制动部件及传动组合件，在制

在空气制动系统（如图10所示）中，由制动

动时使制动缸活塞的外移经过杠杆带动调节套及

风缸进入制动控制单元的压力空气，在微处理机和

里面的推杆和与其相连的闸瓦，以3：1的倍率向

制动控制单元的控制下，进入各个制动缸，中间要

车轮施加制动压力。当制动缸排气时，活塞的缓解

经过数个截止阀和排气(防滑)阀等。排风阀仅受微

弹簧及扭簧使传动组合件复位，从而达到制动缓解

处理器的防滑系统控制，在制动和缓解过程中，排

目的。

风阀仅作为进出制动缸的压力空气的通道而已，不

闸瓦间隙自动调整器中的推杆的伸长，是用于

产生任何动作。

修正由于闸瓦磨耗所增加的间隙。在更换磨耗到限

另外，主风管还通过截断塞门、脉冲电磁阀及

的闸瓦时，必须使推杆复位，这个机构允许在不卸

双向阀通向具有弹簧制动器的停车制动缸。这条通

下螺栓或防尘皮腔的情况下而使推杆复位。

路是由司机在驾驶室内操纵脉冲电磁阀来控制停

PC7YF型单元制动缸中的弹簧制动器及传动组

放制动的施行或缓解的，而双向阀的另一端与一般

合件，其弹簧力是通过离合器、非自锁螺纹推杆及

的单元制动缸相连，这主要是为了防止通常制动与

牵引套筒传到制动缸。若不用压力空气对停放制动

停放制动同时施加时造成制动力过大的安全回路。

进行缓解时，也可用人工的方法，这时，只须将辅

主风管还通过截断塞门、滤尘器、脚踏阀向受

助的缓解销用手拔出，即可使弹簧制动器缓解。当

电弓气缸充风（如图9所示）。当自动手动电磁阀

然，在缓解前要将制动缸中的压力空气排出。这样

的励磁线圈得电时，电磁阀导通，主管向受电弓

的做法是将弹簧的作用力与传动部件分离，并只需

气缸充气，使受电弓升高；当励线圈失电时，阀芯

充一次气就可使制动器复原，并为弹簧制动器再次使用做好准备。

4 空气制动系统的作用原理

供气系统（如图8所示）要为三辆车提供足够所需的干燥压力空气，在供气过程中有安全阀和压力开关实现对空气压力的监控。安全阀的锁定值为1000kPa，压力开关是空压机电动机的控制元件，它的开启压力为850kPa，切断压力为1000 kPa。整个供气系统为空气制动、受电弓升降、空气悬挂系统、风笛、刮雨器及空调系统的紧急回风门的关闭等提供压力空气。 空气双塔干燥器输出的压力空气通过截断塞

图9 受电弓升降部件（M车有）

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库(完全版)国产地铁车辆制动系统在线全文阅读。