浅述城市轨道交通制动系统的设计原则及设计方法

浅述城市轨道交通制动系统的设计原则及设计方法

林海兵

南京地铁运营有限责任公司江苏南京210012

【摘要】本文基于对地铁制动系统的设计原则及设计方法的深入研究，以南京地铁为例分析了地铁制动类型的设计以及制动模式的设计，从而提出了制动系统设计的原则和方法。

【关键词】地铁；制动系统；设计原则；方法；

一、地铁制动系统中的类型设计

为了满足地铁车辆运行速度快、站点间距短、启停频繁，南京地铁采用的是Knorr公司具有制动距离短、反应灵敏、部件集成化高、可以实现平稳停车的微机控制电空控制系统。车辆在运行过程中，若速度保持在电制动的零速点和淡出点中间时，可以通过编码器输出信号，让空气摩擦制动与电制动混合施加。若车辆运行速度在恒电制动力与淡出点之间，只是用电制动方式；若车辆速度大于恒电制动力，空气摩擦制动与电制动混合施加，停车/保持制动原理如图1

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（一）电制动

南京地铁电制动可以分为电阻制动和再生制动，如南京地铁10号线。由于电制动有一定的校正载荷以及保护滑行的功能，因此地铁每节车厢都安装有：制动电阻1个；控制牵引单元（PCE）1个；三相调压调频的逆变器（VVVF）1个；三相自冷式的交流电机1个。其中交流电机为每轴一个，且采用并联的方式相互连接。

分配原则。一般情况下，2节地铁车辆安装了3节车组单元，如果每节车厢单独进行制动，那么所需的动力总共为300%。因此在利用电制动时，2节地铁车厢分别需要承担的制动力则为150%。

再生制动。在常用制动的情况下，电动机运行的状态就会转变中成发电机，地铁机车的动能也会逐渐转变成电能，通过三相调压调频的逆变器（VVVF）将交流电转变成直流电以后，在向接触网反馈过去，以供地铁机车所在的供电接触网区段的其他地铁机车牵引使用，以及供机车上的其他辅助的系统使用，这就时再生制动。列车制动系统构架图如图2所示。

3、电阻制动。当再生制动所反馈的能量不能被接触网络接收时候，1,55欧的制动电阻就会提供电阻制动。制动的电阻设置在车辆底架的逆变箱外。使电阻制动在使用过程章会产生较大热量，因此制动电阻必须利用1500W的风机强迫冷却。

4.滑行保护。电制动这一制动方式具有单独的保护滑行的作用，由于4台电动机连接的方式一般为并联，所以如果PCE在检测的过程中，任何一根轴出现了滑行情况，PCE就能同步控制4台电动机，并对它们的电制动力进行切除或者降低。

（二）空气制动

车辆底架上都设置了制动控制装置，空气压缩机当中的空气通过制动电控压力单元的分配运算进入到制动缸，推动闸瓦所产生的制动力。当缺乏电制动的情况下，或者补充电制动力达到要求后与制动指令所要求的电制动力存在差值的情况下，为了能够达到地铁机车制动的需求，空气制动与电制动两者结合在一起所产生的平滑混合制动，能够满足机车运行正常时所产生的极限冲击。每节车厢的空气制动及其元件都是独立进行设计的，且每一根轴的防滑控制也是独立设计的。

1、分配原则。由于每节车厢的空气制动及其元件都是独立进行设计的，如果每节车厢都独立进行制动，，那么所需的制动力则总共为300%，在空气制动的情况下，每节车厢的PCE就会按照各自的质量，来对本节车的制动力负责。空气制动的运用情况见表1。

2、组成及作用。空气制动主要由三个部分组成，即供气部分、执行部分以及控制部分等。每节车厢上都有空气制动，而只有A车上具有供气部分。

二、地铁制动系统中的模式设计

（一）弹簧停放制动

当地铁机车停放断电时，制动缸会由于管路发生泄漏而补充不了压力空气，从而使得缸内的压力逐渐下降至零。因此制动系统中设计的制动停放，主要就是利用弹簧产生的弹力来进行制动，这种模式就是弹簧停放制动，这样一来，即使地铁机车断电停放较长时间，也能达到制动的需求。这种制动模式能确保超员载荷的地铁机车在4%的坡道上断电停放。另外在这种制动模式中，除了能利用充气进行缓解以外，还能使用紧急手动来进行缓解。

（二）紧急制动

在地铁的制动系统中，设计有一个空气紧急制动的“得电缓解，失电制动”的系统，它贯穿于地铁的DC110V整个持续的电源线中，能够控制以及缓解制动系统，一旦断开线路，所有的地铁机车就会立刻进行紧急制动，且这种制动无需通过PCE来进行控制，就能直接造成紧急电磁阀门失去电源而完成紧急制动。紧急制动主要有如下几个特点：1、仅空气制动发挥作用；2、紧急制动响应时间<1.5秒，停动制动超载(AW3)时能停在<4%坡道上；3、实施紧急制动后不能撤销，且地铁必须降速制止完全停止；4、具有修正荷载以及保护滑行的功能。

（三）滑行检测和消除

在BCE中，防滑控制单元是其重要的一部分，每一根车辆车轴的侧轴箱都设置了速度传感器。采取制动时传感器会收集信号传输给BCE，防滑控制单元结合所收到的速度信息进行两项比较与计算。一是比较设定值与车轴减速度大小，看减速度是否超过了设定值；二是车轴的速度差是否大于设定值，防滑系统检测到某车轴速度过快护着差值大于了设定值，就判定为车辆出现滑行，防滑单元实施防滑控制。

结语

地铁车辆是地铁运营的重要环节之一，地铁车辆的检修与维护是地铁检修工作的重点与难点；本文通过对地铁车辆制动系统相关模块的设计与分析，进一步了解了制动系统的基本构成，明确了制动系统的重要性，对车辆的检修与维护工作提供了一定的参考。