地鐵車輛制動系統特點分析與研究

王藝男 馬迎春

摘 要：地鐵車輛在我國城市交通體系上占有重要地位，加大對地鐵車輛制動系統的研究，能進一步為制動系統的優化設計提供借鑒，具有重要意義。本文主要圍繞地鐵車輛制動組合方式、電制動以及空氣制動等方面展開討論，詳細介紹了制動系統的運行原理以及作用過程等，以便加深對地鐵車輛制動系統的了解。

關鍵詞：制動系統；地鐵車輛；電制動；空氣制動

地鐵通行已經逐漸成為人們普遍選擇的一種通行方式，與其他交通方式共同組成了城市交通網絡。為了適應城市地鐵軌道車輛行駛速度快、啟動制動頻繁及站間距離短等特點，在進行地鐵車輛的制動系統設計時，需要堅持可靠、安全的原則，利用微機控制下的電制動和空氣制動。這一制動系統體現出反應迅速、啟動制動快、制動力大等特點，系統內制動部件質量較輕且集成化程度高，可實現多種功能。

一、制動組合方式

在對地鐵車輛制動系統特點進行分析時，可首先從制動組合方式角度出發進行分析，部分地鐵車輛的制動系統主要由空氣制動及電制動系統組成，通常以電制動為主，在兩種系統配合作用下，能為地鐵車輛運行提供較大驅動力。[1]又可將電制動劃分成再生制動與電阻制動，在兩者交替作用的情況下，可滿足制動系統運行需求。當網壓超過DC1800V時，電制動方式將從再生制動轉變成電阻制動，轉變過程不會影響制動系統穩定運行。在地鐵車輛的通行速度范圍內，僅憑借電阻制動便能滿足地鐵車輛制動要求，當需要緊急制動時，則主要由空氣制動來提供制動力。當出現電制動力不足狀況時，拖車和動車會根據它們接收到的制動指令，轉變成空氣制動。地鐵車輛低速運行時，電制動將轉變成空氣制動，實行保持制動使列車停車。當地鐵需要通行時，維持制動并逐漸緩解，隨著牽引力的增加，使得保持制動逐步緩解，以免由于牽引力不足而造成車輛后退。

二、電制動

（一）作用原理

在調速系統中，需要通過逐步減小定子給定頻率，實現電機減速及停機。再生制動情況下，電機將由電動機狀態轉變成發電機狀態，產生的電能將途徑逆變器返回到直流電路。直流電路中的電能不能進入到交流電網中，只憑借變頻器自身電容來吸收電流，或者提供給直流電網中能夠其他供電區域內的車輛，可為車輛提供牽引動力。[2]電網中其他地鐵車輛將利用部分電能，但是電容還是有短時間的電流聚集，造成電壓的升高，當直流電壓超過系統內電子器件額定值后，將對器件造成損害。這種情況下，需要采取能耗制動。

（二）能耗制動

能耗制動指的是在變頻器的直流一側添加放電電阻組件，使得再生電能消耗于電阻上，來完成電制動過程的。這種制動方式的屬于一種有效的再生電能處理方法，可設置電阻來消耗再生能量，將電能轉變成熱能，又可將其稱作是電阻制動，主要包括制動電阻以及制動斬波器等兩個部分。以南京地鐵車輛為例，這些車輛上使用的制動斬波器為當電路中直流電壓值超過1750V后，將自動與耗能電路連接起來，促使直流電路中的再生電流經過制動電阻后，由電能轉變成熱能，這時可完成能量釋放過程。制定斬波器主要是外置式，主要由功率管、驅動電路以及電壓采樣對比電路等構件組成。制動電阻可看作是消耗再生能量的載體，部分公司采取鋁合金電阻，將其添加到直流電路中，能確保電阻制動過程的順利完成。這類電阻器受到外界因素影響不大，普遍運用在較為惡劣的環境中。

（三）制動過程

電阻制動過程如下：電機受到外力作用將發生減速和反轉等，這種情況下，電機主要處于發電狀態，制定系統產生的直流電流將返回到直流電路，隨著電流增加，電路中電壓隨之升高；當直流電壓超過系統內規定值時，系統內的制動斬波器將自動開通，使得電流通過制動電阻并消耗部分能量；在制動電阻作用下，制動電流產生一定變化，主要由斬波器方式占空比決定；當電壓小于標準值時，制動電阻沒有電流通過。

三、空氣制動

（一）空氣供給和處理裝置及其運行原理

對空氣壓縮機的控制主要是通過操作控制電子裝置實現的。不同的空氣供給及制定控制組合單元將配備相應的壓力傳感器，將壓力傳感器收集到的總風管壓力信號傳遞至BCE，之后BCE將傳感器呈現出的壓力信號來控制空氣壓縮機。這一供風裝置相較于其他供風系統來看，最顯著的特點在于地鐵車輛上的BCE主要接收FIP網絡發出的數據信號，從而決定空氣壓縮機的運行模式，并做到定期更換。當一個空氣壓縮機能滿足車輛內空氣需求時，則不需要其他壓縮機作業。當一個壓縮機單獨運行無法滿足車輛需求時，這時其他壓縮機將開始作業。

（二）摩擦制動控制裝置

制動系統內BCE能接收所有地鐵車輛上空氣彈簧的壓力信號值，進一步根據這一信號地鐵車輛制動時需要的驅動力，在這個過程中，還需要將展現車輛重量的負載信號傳遞至FIP網絡，拖車對應的荷載信號同樣會通過網絡線路傳遞至牽引控制裝置中，在控制裝置接收到相關信號后，將做出相應反應。地鐵車輛的荷載信號傳輸到牽引控制裝置中，控制裝置將在計算后進行制動力的合理分配。動力制動裝置以及摩擦制動系統可同時存在，由司機控制室或自動駕駛裝置對上述系統進行控制。如果系統制動能力不能滿足車輛的制動要求時，則空氣制動將結合整個制動力需求來彌補制動力不足的部分。兩種制動方式共同作用下，主要運行目標在于滿足車輛制動力需求。PCE會將計算得到的需要補充的制動力傳遞至BCE，之后將這一信號傳輸至BCU。另外，緊急制動同樣是摩擦制動控制裝置的一種，當緊急制動直流線路達到電流時，將為電磁閥提供一定電能，并且旁路的實行允許風缸中的空氣進入中繼閥中，進而緩解緊急制動。

四、結論

綜上所述，加大對地鐵車輛制動系統特點的分析及研究，在提高地鐵車輛運行穩定性與可靠性方面有重要意義，能為之后制動系統的研發與應用提供借鑒。在對電制動和空氣制動這兩類制動系統進行分析時，能做到對地鐵車輛制動系統特點的有效掌握，進一步針對制動系統的運行性能進行分析，從而提高制動系統設計合理性，促進制動技術的良好發展，體現出較高的現實意義。

參考文獻：

[1]劉卓.地鐵車輛制動系統空氣制動施加方式及特點分析[J].鐵道機車車輛，2014，31（06）：66-69.

[2]邱偉明，任翠純.廣州地鐵車輛制動系統的特點分析[J].機車電傳動，2015（04）：45-48.