机场线列车空气制动介绍及控制原理登

南京地铁机场线机场线列车空气制动及系统控制原理介绍一制动系统概述二制动系统日常操作说明三空气制动系统具体控制实现空气制动与控制原理介绍一制动系统概述

1、制动系统方案南京机场线项目列车采用6辆编组，其中有A、B、C三种基本类型的车辆。列车编组型式：=A*B*C=C*B*A=其中：A为拖车（带司机室）B为动车（带受电弓）C为动车=半自动车钩*半永久车钩南京机场线项目采用由Knorr公司提供的EP2002空气制动系统，EP2002是根据所接收到的指令执行电空和紧急制动的架控制动单元。EP2002安装在车辆底架转向架附近。制动控制是“架控”模式，车轮防滑保护采用“轴控”模式。1.1概述2、空气制动系统的组成南京机场线空气制动系统根据系统的具体功能分为以下几个部分：风源供给设备（A组）；制动控制设备（B组）；基础制动设备（C组）；车轮滑行保护设备（G组）；空气悬挂设备（L组）；喇叭设备（P组）；辅助升弓设备（U组）；轮缘润滑系统辅助设备（V组）；车钩驱动设备（W组）；1.1概述3、制动实施原则由司机控制器或车载ATO系统输出一定的模拟量，经过转换后形成指令发给制动控制单元。空、电制动混合的策略是按“列车级”进行制动力分配的，在制动过程中优先采用电制动，空气制动适时补充的混合制动方式，故障动车或者电制动被关闭的动车，当作拖车来处理。列车具有保持制动功能，可防止列车溜车，保持制动是常用制动的一部分，其默认大小为70%最大常用制动力，若有更大的保持制动力需求，将按更大的保持制动力来施加。紧急制动由常带电的紧急制动环路控制，失电施加，紧急制动采用纯空气制动。停放制动采用弹簧施加、空气缓解的方式，由停放制动电磁阀得电施加。无论是常用制动还是紧急制动，在制动过程中都具有载荷补偿功能和防滑保护功能。1.1概述4、制动系统基本参数列车最大运行速度：100km/h

计算用制动粘着系数0.14～0.16

冲动极限：≤0.75m/s³

平均常用制动减速度（100Km/h～0包括响应时间）：≥1.0m/s²

平均紧急制动减速度（100Km/h～0包括响应时间）：≥1.3m/s²最大紧急制动距离（包括响应时间）297m紧急制动响应时间（制动缸压力从0到90%满制动缸压力的最大时间）≤1.5s1.2部件说明及功能1、风源供给设备每列车配有2套电动空气压缩机组（每辆A车一套），压力空气通过列车的总风管给列车供风，以保证气动设备正常工作。每辆A车上安装有一台活塞式电动空气压缩机VV120以及相应的空气处理设备。空压机与三相电机（380VAC/50Hz）通过一个无须维护的、具有自动定心的法兰安装的耐用型联轴器连接。一个空气压缩机故障，列车仍可以正常运行。在空气供给设备中有两个安全阀，分别是为了保护空气供给系统的过压情形。1个安全阀设定值为10.5bar,主要是防止因为外部受热（临近总风缸的受热）而导致空气系统的过压；另1个安全阀的设定值为12bar，主要是为了防止空气供给系统在压缩空气进入双塔空气干燥单元之前产生堵塞。连接软管：在压缩机和干燥器之间的连接采用软管形式。1.2部件说明及功能空压机工作参数工作压力范围：7.5~9.5bar主空压机启动压力：8.4bar辅助空压机启动压力：7.5bar激活紧急制动压力：6bar具体控制策略如下：当主风缸的压力值低于8.4bar时主空压机会启动；当主风缸的压力值达到9.5bar时，该空气压缩机停止；当主风缸的压力值低于7.5bar时，两台空压机同时启动，当主风缸的压力值达到9.5bar时，两台空压机都停止。1.2部件说明及功能2、制动控制设备制动控制器制动控制器包含在司机控制器中，制动控制器为手动操作方式。制动控制器具有“0”位（缓解位）、“常用制动”位和“快速制动”位，可进行常用和快速制动控制。EP2002阀南京机场线的制动微机控制单元采用EP2002方案；

EP2002制动控制系统通过三个核心产品，EP2002网关阀（简称GV阀）、EP2002远程输入/输出阀（简称RIO阀）和EP2002智能阀（简称SV阀）来形成分散式制动控制网络。辅助制动控制阀（CUBE）与一个EP2002阀共同安装在一个安装板上，构成集成CUBE阀。智能阀（SV阀）

SV阀是一个机电一体化的部件，它包含一个气动阀单元（PVU）和安装在气动阀上的电子控制部分。SV阀可以读出可编程输入并通过EP2002内部CAN总线发送给GV阀。SV阀输出的状态由GV阀进行控制。1.2部件说明及功能网关阀(GV阀）

GV阀是一个机电一体化的部件，它包含一个气动阀单元（PVU）和安装在气动阀上的电子控制部分。通过软件和硬件结合的方式还可以对GV阀进行监控，发现潜在的故障。GV阀具有SV阀的全部功能，并且GV阀带有MVB网络接口，能与列车管理系统实现信息传输。远程输入/输出阀(RIO阀）

RIO（远程输入/输出）阀与GV阀有着相同的I/O口，但并不进行制动控制运算而且没有安装网络接口卡。可编程的输入由RIO阀读取然后通过EP2002双通道CAN总线传至主GV。RIO阀的可编程输出状态由GV阀控制。制动隔离塞门（带触点）为了能够实现对空气制动进行人为的制动隔离，在客室中不被乘客接触之处为每辆车设置1个车隔离塞门，实现每辆车的单独隔离；并在每个转向架附近设置1个转向架隔离截断塞门，实现每个转向架的单独隔离。当某个转向架制动进行隔离时，隔离信号将同时发给TCMS。1.2部件说明及功能集成CUBE阀

辅助制动控制阀与一个EP2002阀共同安装在一个安装板上，构成集成CUBE阀。为了便于列车的日常维护和试验，克诺尔提供1个辅助控制单元，该单元把制动控制系统和空气悬挂系统中的一些零部件如：停放制动电磁阀、截断塞门(带触点/不带触点)、测试接口、溢流阀、减压阀、空气过滤器、单向阀及其它气路元件和电子元件，集成安装在一块铝合金气路面板上，为了模块化设计，把这个辅助控制单元与EP阀集成为一个模块，即集成CUBE阀。1.2部件说明及功能3、风缸集成模块每辆车设置一个总风缸、空气悬挂风缸和制动风缸的风缸集成模块，三个风缸的容积均为100L。总风缸及空气悬挂风缸上设有排水塞门，风缸和排水塞门之间通过双向接头连接在一起，排水塞门选用蝶形手柄，方向和气流方向一致时为关闭位；出于安全考虑，在制动风缸上只设带卸荷槽的排水螺堵所有风缸满足EN286-4标准，风缸最高设计压力为10bar，所有风缸使用寿命大于30年，风缸材料选用铝合金。总风缸、制动风缸、悬挂风缸1.2部件说明及功能4、附加气室为每个空气弹簧设置一个容积为50L的附加气室风缸，其材质采用铝合金，满足EN286-4，风缸最高设计压力为10bar，所有风缸使用寿命大于30年。1.2部件说明及功能5、功能特性常用制动在正常条件下施加的制动，常用制动采取电制动和空气制动混合施加的方式，混合施加时，电制动优先，不足的部分由空气制动系统计算并借助MVB网络在整列车范围内平均分配。在常用制动施加和缓解时，具有冲击限制功能，以保证旅客的舒适度，冲击极限为0.75m/s3;在常用制动过程中，具有车轮防滑保护功能，防滑保护分为电制动防滑和空气制动防滑；常用制动过程是可逆的，即在常用制动施加过程中随时可以撤销该动作。1.2部件说明及功能ATO模式下，ATO模拟信号输出电流范围为0-20mA，该值经过MPU转换后输入给GV，输入路径为MVB。电制动和空气制动具有各自独立的防滑控制功能，冲击极限为≤0.75m/s3。当速度较低时，设置一个电制动淡出点，在达到这个淡出点之前，车辆控制单元给网关（GV）阀信号，当到达这个转换点后空气制动会逐渐取代电制动。电-空转换点不大于6km/h，并在调试阶段确定并固化（包括转换点与结束点）。在司机台上分别设置所有空气制动施加指示灯和所有空气制动缓解指示灯。当所有空气制动施加时，所有空气制动施加指示灯（红色）亮起，当所有空气制动缓解时，所有空气制动缓解指示灯（绿色）亮起。1.2部件说明及功能紧急制动

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。紧急制动是故障安全环路，不可逆。在下列任何一种情况下都将施加紧急制动：主风缸压力低于6bar；人工模式下，警惕按钮未被按下超过3s;按下司机室中的蘑菇按钮，此时同时触发落弓指令;脱钩;当列车在运行状态下，方向选择为零位；紧急电气列车线回路中断或失电;1.2部件说明及功能110V直流电源全部切断;ATC系统发出紧急制动指令;MPU触发的紧急制动；无司机室激活。

当施加紧急制动时，列车以平均速度≥1.3m/s²的减速度进行减速，在此过程中不考虑冲击限制，但仍具有WSP功能；紧急制动采用纯空气制动的方式，紧急制动的施加是不可逆的，当所有紧急制动触发条件都消失，且列车到达零速时才可以缓解紧急制动。1.2部件说明及功能停放制动停放制动力能使一列6辆编组的列车在AW3载荷下，安全停放在3.0%干燥清洁的坡道上。当制动风缸压力不足时，停放制动会通过弹簧自动施加。在每个司机台上，设置一个停放制动施加/缓解测试按钮。在零速情况下按下该按钮，将使停放制动电磁阀得电，如果此时没有施加常用制动，则将施加停放制动。若该按钮弹起，停放制动缓解。

在司机台上设有停放制动缓解指示灯，当所有停放制动缓解时，停放制动缓解指示灯点亮（绿色）。1.2部件说明及功能保持制动列车有保持制动功能，可防止列车溜车。保持制动是常用制动的一部分。其默认大小为70%最大常用制动力，若有更大的保持制动力需求，将按更大的保持制动力来施加。在ATO模式下，TCMS通过MVB传送ATO模式信号给GV阀，信号系统的零速信号将通过硬线传输给GV阀，只有当GV阀都收到ATO模式信号及信号系统的零速信号时，才可施加保持制动。在ATO模式下，若制动系统检测到零速信号且此时无牵引指令，如果超过一定时间（暂定2S）后仍未收到信号系统给出的零速信号，制动系统将自动施加保持制动。当GV收到牵引指令且无制动指令时，将开始缓解保持制动。人工模式及紧急牵引模式下，保持制动的施加由GV阀来控制，当GV检测到零速信号后将自动施加保持制动（司控器在惰行和制动位均施加）。当牵引命令有效时且无制动指令，GV将开始缓解保持制动。二制动系统日常操作说明空气制动系统

风源供给设备空气制动系统制动控制单元基础制动-盘形风缸集成模块二制动系统日常操作说明

总风截断塞门

双针压力表白针：总风压力红针：制动缸压力二制动系统日常操作说明车上隔离塞门制动缸压力测试接口BC,制动风缸BCR,总风压力及载重信号AS测试口二制动系统日常操作说明A车司机室下截断塞门转向架隔离塞门总风阀喇叭截断阀解钩截断阀

二制动系统日常操作说明CUBE阀截断塞门

每个车二位端的控制阀都集成了CUBE阀，该阀上设有停放隔离截断塞门B11、悬挂供风隔离截断塞门L06、整车停放与气制动隔离截断塞门B04。B11截断塞门：用于隔离该车停放制动，操作该截断塞门后，正常停放制动供风排尽，单车施加停放制动，若要缓解该车停放制动，需操作拉杆。L06截断塞门：操作该截断塞门用于隔离单车空簧供风，以避免由于空簧的管路泄露或空簧破裂引起总风泄露。L06截断塞门B11截断塞门B04截断塞门三空气制动系统具体控制实现南京机场线制动控制系统采用架控方式，以网络控制为主硬线控制作为备份的控制方式。可实现空气制动控制、停放制动控制、电空混合控制、压缩机控制、防滑控制、故障诊断及显示等功能。在网络控制模式下，制动控制单元的网关阀GV通过接收来自MVB网的制动指令、参考值、电制动力的完成值计算需要补偿的空气制动值，再平均分配到每个转向架气制动上。在网络故障情况下，列车将采用紧急牵引模式，在此模式下，制动力为纯空气制动。制动控制单元将根据接收来自司控器的硬线信号实施25%、50%、75%、100%四级制动力的控制。三空气制动系统具体控制实现制动系统控制功能主要包含以下内容：常用制动快速制动停放制动保持制动紧急制动电空混合控制空气压缩机管理远程缓解控制防滑控制制动力分配三空气制动系统具体控制实现1、常用制动控制在ATO模式下，制动指令、参考值由ATO设备通过MVB网送给GV阀；列车的减速度由ATO进行控制在人工模式下，制动指令由硬线给GV阀，参考值由司控器通过MVB网参考值由给GV阀，GV阀根据收到的参考值、制动指令来控制列车施加相应的减速度，常用制动优先采用电制动，不足时采用空气制动。常用制动时，列车受0.75m/s3的冲动限制。在紧急牵引模式下，GV阀将接收司控器输出的硬线信号，施加50%、100%制动力参考值。三空气制动系统具体控制实现制动状态指示在司机台上分别设置所有空气制动施加指示灯和所有空气制动缓解指示灯。当所有空气制动施加时，所有制动施加指示灯（红色）亮，当所有空气制动缓解时，所有空气制动缓解指示灯（绿色）亮。同时，DDU显示屏上也将显示所有转向架的制动施加和缓解状态。2、停放制动控制当总风压力不足（暂定低于4.8BAR），停放制动会通过弹簧自动施加，整车停放制动力可使一列6辆编组的列车将满负载（AW3）的列车停放在3.0%干燥清洁的坡道上。停放施加与缓解在司机台上设置了停放制动施加按钮（自锁式），司机可在零速条件下按下停放制动施加按钮，停放制动电磁阀得电，列车施加停放制动；再次按下该按钮使按钮弹起复位，停放电磁阀失电，列车缓解停放制动。三空气制动系统具体控制实现停放状态指示当所有停放制动都缓解后，司机台上的所有停放制动缓解指示灯点亮（绿色）。另外各车停放制动的缓解状态也可通过DDU界面现实以供司机查看。救援模式下的停放控制停放制动的控制功能可由停放施加列车线扩展到救援模式下，列车联挂后，可在救援车激活端司机室施加/缓解整列车的停放制动。列车联挂运行时，发生脱钩后，可实现救援车自动施加紧急制动，故障车自动施加停放制动（紧急制动隔离后）的功能。三空气制动系统具体控制实现3、快速制动控制列车具有快速制动功能，快速制动指令由司控器输出，通过MVB网络传输给制动控制单元。快速制动具有可恢复性，快速制动时，列车减速度与紧急制动相同。快速制动优先采用电制动，不足时采用空气制动，并受0.75m/s3的冲动限制。三空气制动系统具体控制实现4、紧急制动控制紧急制动作为列车极为重要的安全保障，在电路设计上遵循故障导向安全原则。紧急制动环路采用得电缓解、失电施加的策略。紧急制动控制电路与执行电路分开设计，增加了紧急制动环路的可靠性。在下列任一情况下，将导致紧急制动施加：主风缸压力不足以保证安全要求；司机室中的警惕装置触发;按下司机室中的紧急制动按钮--蘑菇形按钮，此时应包括落弓指令;脱钩;当列车在运行状态下，方向选择为零位。紧急电气列车线回路中断或失电;110伏直流电源全部切断;三空气制动系统具体控制实现紧急制动距离对照表

制动初速制动距离AW0～AW3100km/h≤297m，且≥267m80km/h≤190m，且≥170m60km/h≤120m40km/h≤57m20km/h≤17mATC系统发出紧急制动指令;列车超速达到108km/h以上（具体数值在设计阶段确定）。MPU触发的紧急制动；司机室未激活。三空气制动系统具体控制实现紧急制动旁路列车设有紧急制动旁路功能，当紧急制动控制继电器EBK故障或其它故障导致紧急制动无法手动缓解时，可尝试激活紧急制动旁路。由于紧急制动时列车安全的关键系统，司机应谨慎采取该操作。为防止司机的误操作，紧急制动旁路开关带有铅封保护装置。紧急制动旁路激活仅当以下条件同时满足时，紧急制动才可被激活：列车处于人工驾驶模式；蘑菇按钮未按下；紧急制动旁路开关在ON位；紧急制动旁路按钮（自复位）按下；在紧急旁路开关后，DDU屏上的蜂鸣器将发出报警音。紧急制动旁路按钮状态受网络的监控。在紧急制动旁路的情况下，蘑菇按钮触发的紧急制动仍然有效。三空气制动系统具体控制实现5、保持制动控制列车有保持制动功能，可防止列车溜车，保持制动是常用制动的一部。在ATO模式下，TCMS通过MVB传送ATO模式信号给GV阀，信号系统的零速信号将通过硬线传输给GV阀，只有当GV阀都收到ATO模式信号及信号系统的零速信号时，才可施加保持制动。在ATO模式下若超过一定时间（暂定2s）后仍未收到信号系统给出的零速信号，制动系统检测到零速信号且此时无牵引指令，将自动施加保持制动。当GV收到牵引指令且无制动指令，将延时一段时间（具体调试阶段确定）待牵引力开始建立时缓解保持制动。在人工模式下及紧急牵引模式下，保持制动的施加由GV阀来控制，当GV检测到零速信号后将自动施加保持制动（司控器在惰行和制动位均施加）。当牵引命令有效时且无制动指令，GV将缓解保持制动。为防止在保持制动缓解过程中，发生后溜的风险，制动系统在收到牵引命令后，将延时一段时间（具体数值，详细设计阶段确定）后，开始以一定的斜率缓慢撤销保持制动力，同时牵引系统将以一定的斜率建立牵引力，在此过程中牵引力上升的斜率始终大于保持制动力下降的斜率，直至保持制动完全撤销。三空气制动系统具体控制实现6、远程缓解控制在司机室内设置一个按钮，并带保护盖，制动电子控制单元检测到远程制动缓解信号时缓解常用制动与保持制动。另外。远程缓解功能可扩展到救援模式，通过在司机室电气柜上设有单独的远程缓解按钮，可实现在正常车缓解故障车的保持制动，以方便救援。远程缓解操作仅在以下条件都满足时有效：远程缓解操作端司机室处于激活状态；手柄在牵引位（建议司机将司控器主手柄推至全牵引位）牵引授权信号有效；司机按下远程缓解按钮；注：远程缓解不能缓解紧急制动和停放制动。三空气制动系统具体控制实现7、制动力分配方案制动力分配方案同南京十号线，整车制动力按列车级进行分配，制动力分配由制动系统完成。优先使用电制动。在电制动都正常的情况下，剩余制动力平均分配到每个转向架。当发生电制动故障时，该动车将视为拖车处理，在制动力分配过程中，部分空气制动力在动车上平均补充，待动车达到粘着极限后，把剩余的空气制动力在拖车上平均分配。三空气制动系统具体控制实现8、电空混合控制低速时，电空混合控制方案在列车接近6km/h时，发车电制动淡出信号LO_FADE，在经过一段时间的延时后，电制动开始淡出，空气制动开始上升，在此过程中电制动淡出的斜率等于空气制动上升的斜率，电空混合受0.75m/s3的冲动限制。高速时，电空混合控制方案开始制动时，为了避免冲动限制，空气制动系统在最初使用最大可得电制动力计算需要补充的空气制动，经过一定延迟（暂定1s，具体值调试时候确定）后再使用实际的电制动力计算需要补充的空气制动力，即在延迟时间内抑制空气制动。三空气制动系统具体控制实现9、防滑控制电制动防滑控制和空气制动防滑控制是各自独立完成的。当PCE探测到车轮出现滑行时，牵引系统将快速进行防滑控制（减少电制动力），并发送防滑信LO_WSP给制动系统，同时锁定当前电制动力值。如果车轮滑行被空气制动监测到滑行信号有效或严重滑行（减速度过大或者转速度差过大）超过2s时（具体调试阶段确定），GV将发送电制动切除信号给PCE，电制动迅速消减，而仅由空气制动来处理车轮的滑行。三空气制动系统具体控制实现10、空压机的控制空压机采用主辅工作方式，由RIO阀发出启停命令。EP2002会根据来自MPU的主辅信号，来自车辆的三相电可用和三相电过流触发信号综合判定是否能启动空压机和应该启动哪