國產(chǎn)低地板輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)方案

曹國利 曾憲華 劉 睿

（1.長春市軌道交通集團(tuán)有限公司，130062，長春；2.上海龐豐交通設(shè)備科技有限公司，201802，上海／／第一作者，高級(jí)工程師）

低地板輕軌車輛的地板面與軌道面之間的距離較小，普通氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)由于部件體積較大，難以在低地板車輛上安裝，因此低地板輕軌車輛大多采用了液壓制動(dòng)系統(tǒng)。長春輕軌是我國最早開始應(yīng)用液壓制動(dòng)系統(tǒng)的商業(yè)運(yùn)營線路，本文基于長春輕軌的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，提出了適合的國產(chǎn)化低地板輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)方案［2］。

1 基本設(shè)計(jì)要求

相對(duì)于地鐵，低地板輕軌列車具有自重輕、載重小的特點(diǎn)，但由于低地板列車往往在地面行駛，在很多情況下沒有獨(dú)立路權(quán)，因此對(duì)制動(dòng)減速度和制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性要求較高。

低地板輕軌列車的設(shè)計(jì)速度與大多地鐵列車相同，約為80km／h。但由于與其他地面交通工具和行人有平交道口，所以往往需要較大的制動(dòng)減速度，常用制動(dòng)平均減速度要求大于1.1m／s2，緊急制動(dòng)平均減速度一般在1.8～2.4m／s2。由于大減速度需要大的制動(dòng)功率，所以一般來說低地板列車對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求比地鐵列車更為苛刻。

低地板輕軌列車的停放制動(dòng)裝置需保證列車滿載時(shí)能在25‰～30‰的坡道上安全停放。

2 制動(dòng)系統(tǒng)組成

國產(chǎn)低地板輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)，為微機(jī)控制的模擬式電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)。主要由液壓制動(dòng)控制單元（HCU）、微機(jī)制動(dòng)控制單元（BECU）、閥控制單元（VSS）、液壓制動(dòng)夾鉗（ZDJQ）、制動(dòng)盤（ZDP）、磁軌制動(dòng)（CGZD）、撒砂裝置（SSQ）和速度傳感器（SDCGQ）等部件組成。

該系統(tǒng)具有常用制動(dòng)功能、緊急制動(dòng)功能、安全制動(dòng)功能、停車制動(dòng)功能及停放制動(dòng)功能。圖1表示的是三輛車的系統(tǒng)構(gòu)成。如列車為6輛編組，另外3輛車的系統(tǒng)構(gòu)成與之相同。

2.1 液壓制動(dòng)控制單元

液壓制動(dòng)控制單元（見圖2）由各種電氣、液壓元件組成，來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換及控制。其組成包含電機(jī)、齒輪泵、溢流閥、過濾器、單向閥、壓力開關(guān)、測(cè)試接頭、蓄能器、卸荷閥、比例壓力控制閥、二位二通電磁閥及閥塊等。HCU設(shè)置的視油鏡能夠清楚的觀測(cè)到油位高低，并配以放油螺塞將不需要的油放掉。

2.2 微機(jī)制動(dòng)控制單元

微機(jī)制動(dòng)控制單元安裝在拖車上，以CAN總線與車輛控制單元之間通信，根據(jù)車輛控制單元所給指令控制基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采取相應(yīng)大小的機(jī)械制動(dòng)。依據(jù)不同的模式（常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、電制動(dòng)失效模式等）給出不同的制動(dòng)力。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)組成

圖2 液壓制動(dòng)控制單元（HCU）

2.3 閥控制單元

閥控制單元安裝在動(dòng)車上，接受車輛控制單元的控制，根據(jù)車輛控制單元和司機(jī)所給指令控制液壓控制單元的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)夾鉗實(shí)施三個(gè)階段（停車制動(dòng)、替代制動(dòng)、停放制動(dòng)）的制動(dòng)作用。

2.4 液壓制動(dòng)夾鉗

在國產(chǎn)輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)中，液壓制動(dòng)夾鉗分為兩種，被動(dòng)式液壓制動(dòng)夾鉗（見圖3）和主動(dòng)式液壓制動(dòng)夾鉗（見圖4）。而且為滿足轉(zhuǎn)向架的狹小安裝空間，采用軸盤式基礎(chǔ)制動(dòng)，液壓夾鉗為緊湊型。

圖3 被動(dòng)式液壓制動(dòng)夾鉗

圖4 主動(dòng)式液壓制動(dòng)夾鉗

在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上安裝有牽引電機(jī)，故液壓制動(dòng)單元可根據(jù)安裝空間的實(shí)際情況可裝在輪上或電機(jī)軸上；在拖車轉(zhuǎn)向架的每個(gè)車輪上均裝有一套液壓制動(dòng)單元。

被動(dòng)式液壓制動(dòng)夾鉗的閘片壓力是由在卡盤內(nèi)的碟形彈簧產(chǎn)生的，直接作用在浮動(dòng)制動(dòng)閘片上，隨后作用在制動(dòng)盤上。在反作用力作用下托架被移動(dòng)，固定其上的閘片被壓在盤的側(cè)面［1］。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，整個(gè)托架和浮動(dòng)閘片被移動(dòng)。當(dāng)活塞側(cè)的液壓壓力升高，活塞壓迫碟形彈簧，制動(dòng)力相應(yīng)減小或者完全緩解。

被動(dòng)式液壓制動(dòng)單元具有液壓緩解功能和手動(dòng)緩解功能。另外還有閘片間隙調(diào)整器，能夠?qū)崿F(xiàn)閘片磨耗的間隙自動(dòng)補(bǔ)償。且夾鉗的閘片安裝設(shè)計(jì)能夠滿足狹小空間內(nèi)的閘片更換。

主動(dòng)式液壓制動(dòng)夾鉗使用兩對(duì)活塞安裝在盤的相對(duì)的位置上。單元非常緊湊、輕巧而且不需要額外的支撐支架。夾鉗安裝在車軸的軸承座上，這些夾鉗使用兩對(duì)（每邊兩個(gè)）連桿，延伸到盤的兩側(cè)，以適應(yīng)制動(dòng)盤和閘片的磨耗。由于使用4個(gè)連桿，所以夾鉗不需要間隙調(diào)整器。液壓系統(tǒng)給活塞加壓制動(dòng)、減壓緩解。

2.5 磁軌制動(dòng)裝置

根據(jù)EN13 452標(biāo)準(zhǔn)的要求，低地板輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)中必須設(shè)置非粘制動(dòng)，以滿足在緊急制動(dòng)時(shí)對(duì)較大制動(dòng)力和制動(dòng)減速度的要求。

國產(chǎn)低地板輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)中，采用了磁軌制動(dòng)。磁軌制動(dòng)裝置（見圖5）安裝于轉(zhuǎn)向架兩側(cè)，其懸掛裝置在不使用磁軌制動(dòng)時(shí)能保證磁軌裝置平穩(wěn)的懸掛在軌道上方，并有防止意外脫落的措施。磁軌裝置的懸掛裝置可調(diào)節(jié)，方便維修人員在車輪磨耗后根據(jù)車況進(jìn)行調(diào)整。

磁軌裝置的磨耗靴距離軌面的間隙為7～10mm，當(dāng)磁軌裝置通電后，能迅速靠磁力將磨耗靴吸附在鋼軌上，通過其與軌面的相對(duì)摩擦，將列車動(dòng)能裝化為熱能。

圖5 磁軌制動(dòng)裝置

2.6 撒砂裝置

為了滿足低地板輕軌車輛高黏著利用要求，系統(tǒng)設(shè)置了撒砂裝置，在緊急制動(dòng)指令或司機(jī)指令實(shí)施撒砂功能，改善輪軌之間的黏著，縮短制動(dòng)距離，且避免車輛擦傷。

每列車配置4套撒砂裝置，分別布置于頭車第一個(gè)輪對(duì)的左右車輪附近。

3 制動(dòng)系統(tǒng)原理

國產(chǎn)低地板列車制動(dòng)系統(tǒng)采用微機(jī)控制的模擬式電液制動(dòng)系統(tǒng)，通過司機(jī)操作可實(shí)現(xiàn)各種制動(dòng)作用。列車的制動(dòng)是由各車獨(dú)立實(shí)施的。

列車制動(dòng)由電制動(dòng)、液壓制動(dòng)、彈簧制動(dòng)、磁軌制動(dòng)實(shí)現(xiàn)，通過不同的組合以實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、常用制動(dòng)、停放制動(dòng)、停車制動(dòng)、安全制動(dòng)等。

如圖6所示，列車的制動(dòng)指令可由司控器、操作臺(tái)按鈕或車輛控制單元（VCU）發(fā)出，通過列車線傳遞給微機(jī)制動(dòng)控制單元和閥控制單元（VSS）；還有一路網(wǎng)絡(luò)CAN。由列車傳遞給拖車的BECU。

圖6 列車制動(dòng)系統(tǒng)電氣原理圖

列車的制動(dòng)管理由車輛控制單元來完成。微機(jī)制動(dòng)控制單元和閥控制單元只負(fù)責(zé)接收制動(dòng)指令，并根據(jù)制動(dòng)指令控制對(duì)應(yīng)的液壓制動(dòng)控制單元。

4 結(jié)語

由于液壓系統(tǒng)具有單位功率重量輕、平穩(wěn)性、快速性好等特點(diǎn)，且液壓元件的布局靈活，使用塊式集成的方式可使整個(gè)液壓系統(tǒng)緊湊、占用空間小。因此，考慮到低地板車車底轉(zhuǎn)向架處空間非常有限的特點(diǎn)，低地板車使用液壓制動(dòng)系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。液壓制動(dòng)系統(tǒng)在長春輕軌70%低地板車上的使用，就是利用其液壓制動(dòng)設(shè)備小的特點(diǎn)，達(dá)到了節(jié)約空間的目的。并且液壓制動(dòng)效果平穩(wěn)、快速、準(zhǔn)確，能實(shí)現(xiàn)電液的自動(dòng)控制。液壓制動(dòng)已在世界各國的城市軌道交通中被廣泛使用，國產(chǎn)低地板輕軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)填補(bǔ)了我國在這一領(lǐng)域的空白。

［1］李潤林.輕軌車液壓與磁軌制動(dòng)系統(tǒng)［D］.北京：北京交通大學(xué)，2007.

［2］李紅軍.長春輕軌車輛的液壓制動(dòng)設(shè)計(jì)原理［J］.城市軌道交通研究，2007（10）：38.