克諾爾空氣制動原理分析

蘇州軌道交通有限公司運營分公司車輛中心 215000

摘要：由于地鐵交通站間距短、客流量不穩定、通常要穿過人口密集區域等，地鐵列車的制動系統會被反復開啟。空氣制動作為地鐵列車制動體系的重要組成部分，通過車輪踏面與閘瓦（或制動夾鉗與制動盤）摩擦后將列車動能轉換為熱能并最終耗散于大氣，能夠在電制動不足或特殊情況下為列車提供部分或全部制動力，最終實現列車減速的目的。本文將從風源設備、基礎制動裝置、氣笛裝置、空氣懸掛裝置以及制動施加、防滑控制等8個方面對蘇州1號線采用的克諾爾空氣制動方案的進行原理解析。

關鍵詞：克諾爾；空氣制動；原理；解析

一、克諾爾制動系統簡述

克諾爾制動控制系統通過EP2002網關閥和EP2002智能閥形成分散式制動控制網絡，分別安裝在它們所控制的轉向架上，網關閥與智能閥通過一根專用的CAN總線連接在一起。

EP2002 將制動控制和制動管理電子設備以及常用制動氣動閥、緊急制動氣動閥和車輪防滑保護裝置氣動閥都集成到裝在各轉向架上的機電包中。

智能閥是一個“機電”裝置，其中包括一個電子控制段，該電子控制段直接裝在一個稱為氣動閥單元的氣動伺服閥上。具有控制作用的網關閥通過CAN 制動總線傳達制動要求，每個閥門據此控制著各自轉向架上制動調節器內的制動缸壓力。本設備通過轉向架進行常用制動和緊急制動，同時通過車軸進行車輪防滑保護控制。閥門受軟件和硬件的聯合控制和監控。

網關閥執行智能閥的所有功能，并將常用制動壓力分配至所有裝在本地 CAN 網絡中的 EP2002 閥門。網關閥也可以提供 EP2002 控制系統與列車控制系統的連接。在 EP2002 系統中，一個網關閥中的制動要求分配功能可以將 SB 制動力要求分配至列車裝有的所有制動系統，以達到司機/ATO 要求的制動力。

二、克諾爾空氣制動原理解析

（一）空氣供給（風源系統）

空氣供給設備安裝在拖車上（每列車2套），該設備通過貫穿整列車的總風缸（管）給全列車所有的用風設備提供壓力空氣，主要包括空壓機、風缸、壓力開關、測試接口、截斷塞門等。該空壓機為兩級壓縮，低壓級有兩個氣缸，高壓級只有一個氣缸，空氣由低壓缸吸入并由一個干式空氣過濾器濾清，送到高壓缸進行下一步的壓縮。

當檢測到主風缸的壓力值低于7.5bar并且SIV容量滿足一個空氣壓縮機的啟動要求時，VCU輸出壓縮機啟動信號，單個空氣壓縮機將會啟動，直至壓力值達到9bar；當主風缸的壓力值低于6.8bar并且SIV容量滿足兩臺空氣壓縮機的啟動要求，兩臺空氣壓縮機會啟動，若此時SIV容量僅滿足一臺空氣壓縮機的啟動要求，主空氣壓縮機會啟動，當主風缸的壓力值達到9bar時，兩臺空氣壓縮機都停止。其中主輔空氣壓縮機的控制按照單雙日進行控制。

為了提高系統工作的可靠性，延長設備的使用壽命，空壓機產生的壓縮空氣經過止回閥后通往雙塔干燥器與精細濾油器進行處理。供氣單元與主風缸之間設置一常通球閥將主風缸與供氣單元隔離。除此之外，每輛車設置一個總風缸、空氣懸掛風缸和制動風缸，三個風缸的容積均為100L，設計壓力為10bar。

（二）常用制動施加

在通常情況下，當列車施加制動時，車輛控制單元將計算經過載荷補償的整列車的制動力及電制動狀態發送給網關閥，網關閥將空氣制動力平均分配到每個拖車（包括故障的動車轉向架）。當列車速度達到一定速度后后，空氣制動取代電制動，實現電空轉換。

（三）緊急制動施加/緩解

緊急制動由列車的緊急制動環路失電觸發，并最終由空氣制動基礎裝置執行，是通過一個安全回路控制的純空氣制動模式，是列車運行安全導向保證中最重要的環節，因此緊急制動不可逆。列車緊急制動功能采用硬線控制，在制動控制單元上裝備了由列車安全環路硬線控制的緊急制動部分.若安全環線斷開，列車將產生緊急制動。

圖一 緊急制動器在EP2002內的運行

（四）EP2002閥內部氣路原理

制動供氣風缸壓力進入氣動閥單元，并被分為兩條單獨的線。第一條較粗的線將空氣供應給一次調節階段。此階段主要為中繼閥根據控制壓力將 BSR 壓力下調到一個中間壓力，并在稱重電子裝置硬件的控制之下經過了EP閥的調節；控制壓力通過二次調節器后被限制在一定的范圍以內，該數值即為能夠在一次調節器輸出情況下提供滿載緊急制動壓力的數值，這就保證了制動缸不會供給一個大于緊滿載緊急制動壓力值。

圖二 EP閥控制電子裝置運行圖

壓力空氣經過一次調節器后，分別供給軸 1 和軸 2。每路供氣都通過EP 閥之后進入制動缸。在緊急制動情況下，這些 EP閥處于非啟動狀態。緊急制動緩解時，VCU輸出緩解命令給網關閥，網關閥在緊急制動緩解后，并且零速、制動指令有效時，施加保持制動。

（五）停放制動施加/緩解

停放制動力應能使一列4編組的列車在AW3載荷下停放在3.5‰的坡道上，停放制動可通過按壓司機臺上的“停放制動施加/緩解”按鈕施加或緩解。停放制動為彈簧儲能施加，且由彈簧彈力生成的停放制動力不受時間流逝的影響，可以滿足列車長期斷電停放的需求。

除此之外，當列車總風壓力不足時，因停放制動缸內壓縮空氣壓力無法克服彈簧彈力，因此停放制動將會自動施加，而緩解時則需要通過拉動停放制動緩解拉繩來緩解。

（六）防滑管控（WSP系統）

蘇州一號線所有車輛上都裝有空氣制動防滑系統，該系統的檢測和實施都是按照“軸控”的方式進行的。防滑保護控制單元與排氣閥集成在EP2002閥內部，每根車軸都裝有速度傳感器用來檢測車輪速度，該信息被采集后在同一個CAN網區域中的EP2002閥中共享，此時如果檢測到單個車軸減速度過大，或車軸與車軸之間存在速差，系統都會激活防滑保護功能并且通過制動連接閥將兩根軸的制動力分開，進而控制充氣閥和排氣閥來恢復該軸的黏著狀態。

結束語：

空氣制動是制動控制系統的有機構成元素。克諾爾空氣制動系統由于其構成特色以及氣路原理等優點，在未來一段時間內仍然是地鐵空氣制動領域的主要課題。

參考文獻：

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