【《南京地铁4号线列车制动系统浅析》6500字】

南京地铁4号线列车制动系统浅析目次1引言 1TOC\o"1-2"\h\u2南京地铁四号线列车制动系统概述 12.1南京地铁四号线制动的概况以及制动方式 12.1.1制动系统的基本概况 12.1.2制动系统的主要部件 12.1.3制动的方式 22.2南京地铁四号线列车制动模式及其功能 32.3南京地铁四号电客车制动系统典型故障案例分析参考文献 91引言现如今社会，地铁发展及建设趋势急剧上增。尤其是在南京这座经济发展领先且有着高人流量的一线城市，地铁凭借着较高的安全性和准确度以及有着很大运量的特点，在城市轨道交通体系中有着至高的地位，甚至说有着无可取代的地位。从南京第一条地铁线路的建设运营使用到现在的十条线路运营，乃至未来几年的近十条线线路延长及规划建设，足以说明南京地铁在城市公共交通中的重要作用和极高地位。南京地铁凭借着成熟的技术和和运营模式以及有着大量的优秀技术人员，被称为“地铁的摇篮”。然而对于地铁车辆来说，制动是列车运行的基础，是必不可少的。制动力的施加是能够使运行中的地铁车辆迅速减速或者停车的，也可以是为了避免长时间停放的车辆受到重力作用或者其他的外力的作用而发生溜车的情况施加的一种力。地铁列车的制动控制系统在整个列车的控制系统中具有极大的作用，是整列车核心系统之一。本文则是根据地铁车辆制动系统的基本原理以及概念，以南京地铁4号线列车作为研究的对象，对该线路列车的制动系统作了简要的概述分析以及对其制动系统的故障案例进行了简要分析。2南京地铁四号线列车制动系统概述2.1南京地铁四号线制动的概况以及制动的方式2.1.1南京地铁四号线制动概况南京地铁4号线列车制动系统可实现组合制动、快速制动、保压制动、紧急制动、驻车制动、WSP、降级模式、远程缓解、减载和混合制动等功能。制动方式可分为电制动和气动制动。2.1.2制动系统的主要部件该系统设备按照功能有以下设备组成：空气供给设备；制动控制设备；基础制动设备；车轮滑行保护设备；空气悬挂设备；空气供给设备在每列车的A节车上会装有风源模块，该设备通过总风(缸)管(MRP)给一整列车的用风设备供风，从而满足南京四号线整列车的用风需求，每列车设有两套风源模块，所有设备均安装在一个共用框架上以便于安装和维护。风源模块主要包括:VV120型往复式空压机；1个LTZ015.1H型双塔干燥器；2个压力开关；1个测试接口；总风缸、管中的压缩空气最大工作压力为10bar,正常工作压力范围为c9.5bar.当压力超过范围达一定数值(10.6bar)时，可以通过司机显示屏上显示报警，报警方式为文字、声音提示，由DDU实现。空气供给设备主要包括以下几个部分：电动空气压缩机模块；总风缸；压力开关；测试接口；总风缸排水塞门等；图2-1-1电动空气压缩机模块如图2-1-1所示，该图为电动空气压缩机模块，该模块的完整部件由KNORR提供，模块包括：模块整体构架；空压机；双塔干燥器；油过滤器；安全阀等部件，部件之间通过连接软管连接。电动空气压缩机模块供给压缩空气给列车使用，用来满足空制系统及其它辅助设备的用风需求。在电动空气压缩机模块中，具有防止空气压缩机脱落的装置，由于空压机正常工作时会产生振动，产生的振动会通过构架等部件传递给车体，从而会对车体产生一定影响，甚至会影响列车的正常行驶，因此压缩机必须要通过弹性减振装置安装在模块构架上，起到一定的减振作用，减少空压机振动对车体和其他部件的影响。模块构架会用4个放震动弹性支撑和2个防脱落装置（防脱落钢丝绳）将空压机安装在构架上，即使当柔性悬吊作用的部件不能正常工作时，防脱落钢丝绳仍然会使空压机安全的固定在构架上。南京地铁四号线的底架设备采用的是边梁吊挂的方式吊挂在车体，所以该模块会再通过一个构架吊挂在车体的边梁上。VV120型空气压缩机南京地铁四号线空压机采用的是VV120型活塞式空压机，因此采用的是空气冷却的方式，该空压机共有三个气缸，其中2个低压缸1个高压缸。图2-1-2VV120型活塞式空气压缩机结构图1-空气压缩机；2-交流电机；3-铭牌；4、5、F1-弹性支座；6-消声器管；7、14-六角螺栓；8、16-锁紧环；9-联轴器；10-螺塞；11-中间法兰；12、13-支撑角铁；15-圆柱头螺栓；17-真空指示器；A1-进气口；A2-出气口；A4-冷却空气；01-注油孔；02-排油口；南京地铁四号线空压机操作的主/辅原理要求列车上的空压每天交替转换。当总风压力低至8.4bar时，这时主空压机开始工作，当压力达到9.5bar时空压机停止工作。当总风压力低至8.4Pbar时空压机已经开始工作，但总风压力仍继续降低并且低于7.5bar，这时候备用空压机开始工作，此时两个空压机同时工作充风，若在总风压力到达9.5bar时两个空压机同时停机。因此风源模块中的安全阀可以避免系统承受过高的压力空气。VV120型空压机设计特点:结构紧凑、采用了悬挂安装:独特的悬挂式设计以及减振装置极大地减小了传递到车体的振动。二、制动控制设备制动控制设备包括：制动控制器；EP2002阀；双针压力表；车上制动隔离塞门；测试接口；制动风缸等。三、基础制动设备基础制动装置主要包括以下设备：制动夹钳；带停放制动的制动夹钳；制动盘；停放制动缓解拉杆或拉绳。四号线基础制动设备采用的是盘形制动，一种不带停放制动功能的，如图2-1-3；一种是带停放制动功能的，如图2-1-4；每个转向架上盘式制动单元50%具有停放制动功能，在转向架上成对角布置。盘式制动单元中的停放制动具有和常用制动防叠加的功能，停放制动由附加的停放制动缸实现，在制动状态下，若空气从制动风缸泄漏，由弹簧推动活塞杆从而进一步推动附加在下方的常用制动活塞杆，实现停放制动的施加。图2-1-3制动单元（不带停放制动功能）图2-1-4制动单元（带停放制动功能）停放制动通过释放弹簧而缓解，手动缓解装置设在停放制动缸上，便于在车侧操作。手动缓解装置可通过再次向停放制动刚充气来达到复位目的。制动盘具有优化的低通风耗能冷却结构，重量低，制动盘的结构设计能防止热裂纹和变形。四、空气悬挂设备空气悬挂设备主要由空气悬挂风缸、高度阀、差压阀、空气弹簧、附加气室组成。一种四点水平系统为车体在各种载荷条件下提供了纵向和横向控制。在每辆车的两端靠近转向架处，分别安装了两个高度阀并且和相应的空气弹簧相连于，并且每个空气弹簧还直接与一个附加气室相连，用来保证车辆地板面在不同载荷下能够维持在一个恒定的高度上。2.1.3制动的方式一、空气制动南京地铁四号线的空制系统则是EP2002型空制系统。该系统是以转向架为单位的“架空式”制动控制系统，但车轮的防滑保护则采用的是“轴控”的模式。为了最大限度地利用电制动，混合制动系统采用“列车级”控制方式，即先使用电制动，将足够的制动力均匀分配到所有车辆上，以补偿空气制动。为确保“列车级”控制，每个GV阀与MVB通信，其他EP2002阀通过双冗余制动内联网相互通信。每列A节车部分装有一个阀门G和一个阀门R，车厢B装有两个阀门S。一个阀门（每个转向架一个阀门）安装在相应的转向架附近。S阀为每个转向架提供行车制动、紧急制动和WSP。除了S阀的所有功能外，G阀还提供制动控制和列车控制系统的接口。

主GV阀通过MVB接口接收来自列车自动驾驶或DCH给出的制动力参考值及每个车的电制动状态及电制动完成值，主GV阀根据各转向架空气制动的有效性统计整列车可用的空气制动，然后平均计算每个车转向架上要施加的空气制动力;主GV阀根据上一步计算所得的空气制动力在本地CAN单元内分配所需空气制动。如果某个动车电制动失效，列车空气制动系统将把该动车当作拖车。

正常情况下，主GV阀通过MVB接口接收来自列车自动驾驶或DCH给出的制动力参考值及每个车的电制动状态及电制动完成值，GV阀根据各转向架空气制动的有效性统计整列车可用的空气制动，然后平均计算每个车转向架上要施加的空气制动力。二、电制动（电阻制动，再生制动）在电制动时，电机作为发电机将动能转化为电能，电制动产生的电能通过牵引传动装置反馈到接触网。当电网不能吸收全部能量时，制动电阻用于消耗电网不能吸收的能量，以满足电制动的需要。2.2南京地铁四号线列车制动模式及其功能南京地铁四号线列车制动模式和功能主要包括：常用制动；快速制动；保持制动；紧急制动；停放制动；WSP功能；载荷补偿；远程缓解。常用制动正常情况下常用制动过程中是电制动＋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随时进行补偿，GV阀将需要补偿的空气制动力平均分配到所有车上。电制动优先使用再生制动。在列车自动驾驶模式下，列车自动驾驶输出制动指令和参考值，在人工模式下，DCH手柄输出制动指令及参考值。

当行车过程中施加和释放制动时，它具有冲击限制功能，以保证乘客的舒适度。冲击极限为0.75m/s'；在行车制动期间，它具有WSP功能。快速制动当DCH手柄推到“快速制动”位时，列车将快速刹车。快速制动是可逆的，在低电平时有效。普通网络模式下，快速制动为电—空混合制动，并且优先使用电制动，制动力分配方案与常用制动相同。当DCH手柄移动超出出制动范围时，快速制动将会被释放。在ATO模式及和紧急牵引模式下，没有快速制动。三、保持制动

保持制动是一种在防止停在斜坡上的列车再次被牵引时向后滑动的制动方式。它由电动气动行车制动器作用。保持制动力的大小应在实际制动力与总最大制动力的70%左右取较大的值，并在制动保持过程中具有负载补偿功能。在脱档自动驾驶模式下，当电网正常时，电网系统会发送信号以保持制动器的施加和释放。在停电或紧急操作的情况下，制动系统控制抱闸的应用和释放。工况为：无有线牵引信号且制动系统检测到零速；衰减条件为：有有线牵引控制，无有线制动控制，制动系统检测到速度高于2km/h。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且没有制动指令后，开始以0.5m/s3的斜率撤销保持制动力，同时牵引系统将以0.75m/s3的斜率建立牵引力，在此过程中牵引力上升的斜率一直大于保持制动力下降的斜率，直至保持制动完全撤销。四、紧急制动紧急制动是故障安全环路，紧急制动的指令一旦发出后就无法撤除，列车急剧减速直至列车停止。WSP功能在紧急制动过程中，仍然发挥其功能，并且不受冲动极限限制。（1）紧急制动的缓解紧急制动的施加是不可逆的，仅当所有紧急制动触发条件都消失，且列车到达零速时紧急制动才能被缓解。具体操作步骤为:1、查出紧急制动产生的原因，将发生点复位;2、车辆停稳后，将模式选择开关置于“CM”将司机控制器拉到制动区并按下REBPB;3、这样，紧急制动列车环线重新得电后，EBK得电将前段重新接通，紧急制动完全复位;4、紧急制动缓解后，GV检测到零速、无牵引指令，施加保持制动。（2）紧急制动的旁路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。由于紧急制动是列车安全的关键系统，应谨慎采取该操作。为防止误操作，紧急制动旁路开关带有铅封保护装置。仅当以下条件同时满足时，紧急制动旁路才可被激活:1、司机室处于激活状态；2、蘑菇按钮未按下；3、紧急制动旁路开关BBS在ON位；4、紧急制动旁路按钮BBPB按下；5、在紧急旁路开关BBS在ON位后，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。五、停放制动停放制动力应能使一列AW3负载的6辆编组的列车停放在30‰干燥清洁的坡道上，不溜车。当总风压力不足时，停放制动会通过弹簧自动施加。PBPB按钮安装在每个A车司机室的控制台上用于施加、释放列车的停放制动。“0”速时下闭合PBPB按钮，列车则会施加停放制动。若将PBPB按钮弹起，停放制动将会被。当停放制动释放后，停放制动压力开关触点闭合，通过列车线串联后输出给所有停放制动缓解继电器，用于司机台上停放制动带灯按钮PBPB的状态显示。手动缓解装置可以通过常用制动的施加来达到复位的目的。WSP功能电制动和空气制动各有独立的滑行保护装置，以保证最佳粘着利用。

空气制动防滑控制采用两种滑行探测方法来检测是否存在滑行情况:单根车轴的过快减速；每根轴与最高转速的那根轴之间的速度差；

当空气制动检测到拖车转向架滑行，防滑保护系统控制相应的转向架工作来利用轮轨的最大粘着；在任一车轴上的气动制动力连续降低不得超过5秒，之后自动继续制动。当WSP系统出现故障或失效无法正常工作时，空气控制在没有WSP的情况下保持激活；WSP在紧急制动方面仍然有效。

在制动施加过程中，防滑保护装置的效率应不低于85%。

如果在最差的粘着条件下(0.06)制动，与在干燥情况下的停车距离相比，车轮防滑系统的功效使制动距离增加30%。

七、载荷补偿

载荷补偿功能即施加的制动力和牵引力随着列车载荷的变化而变化，以保证制动、牵引时的减速度、加速度不随列车载荷变化，保证制动距离。BCU接收来自转向架两个对角空气弹簧的压缩空气，作为转向架的负载信号，以实现牵引和制动过程中的负载补偿功能。在网络正常情况下，制动控制单元将根据MVB传输的所有车门关好信号确定此时载荷信号，并将此值保持到下站。

在紧急牵引时(网络故障)，牵引以AW0工况施加牵引力;制动系统将根据硬线牵引命令固化载荷信号。在常用制动应用的过程中，如果某一转向架的某个载荷信号失效(在AW0~AW3载荷信号范围之外)，该转向架载荷根据另外一个载荷信号进行载荷补，即同一个转向架的载荷信号。正常制动时，若转向架负载信号失效（在负载信号AW0～AW3范围外），转向架的负载根据另一转向架的负载进行补偿。当整车载荷信号故障时，该车的载荷信号按AW3(暂定)执行。八、远程缓解在每一列车的A节车的司机室控制台上设置1个按钮—远程缓解按钮RRPB1,并带保护盖，该按钮用于强制缓解本车保持制动。（1）远程缓解RPBI操作仅在以下条件都满足时有效:1、操作端司机室处于激活状态；2、牵引指令有效且无制动指令；3、司机按下远程缓解按钮RRPB1；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RRPB2(带保护罩)，可实现在救援车缓解故障车的保持制动，方便列车救援。（2）远程缓解按钮RRPB2操作仅在以下条件都满足时有效:1、列车电气联挂正常，救援车与故障车CTR继电器得电；2、救援车联挂端CTS开关处于“CTE”位，故障车联桂端CITS开关处于“PBA”；3、操作端司机室处于激活状态；4、司机按下远程缓解按钮RRPB2；需要注意的是：远程缓解不能缓解紧急制动和停放制动。2.3南京地铁四号电客车制动系统典型故障案例分析故障现象：空压机油位异常偏低，干燥塔排水口有明显油迹，供气软管和干燥塔进气口检查发现存在大量白色油水乳化物。如图2-3-1。图2-3-1原因：空压机内部活塞缸及活塞环存在磨损现象，造成内部活塞上下运动时活塞环密封性下降，导致内部机油通过压缩气体进入空气管路。影响：空压机机油可能会进入主风管，影响列车的制动。故障现象：制动无法缓解，拆解TBU发现制动缸内轴承损坏、滑块开裂。如图2-3-2.图2-3-2原因：由于装配时人为失误，滚珠少装，导致轴承断裂进，而造成凸轮盘无法推动调节机构进行制动的施加和缓解。影响：影响列车制动的施加和缓解。故障现象：紧制不缓故障，主风缸压力持续下降。如图2-3-3。图2-3-3原因：安全阀断裂导致紧急制动。增购车在主风系统和停放制动气路间设置了单向阀，当主风压力异常泄漏时，单向阀截止停放系统气压回流至总风管，停放制动系统不会因主风压的降低而主动施加停放制动。车辆无法解构的主要原因为克诺尔设计存在一定的缺陷，导致列车连