城市軌道交通車輛常見模擬制動系統分析

(山東職業學院城市軌道交通系 山東 濟南 230000)

【Abstract】As an important part of urban rail vehicles,the performance of braking system has an important impact on the operation of urban rail vehicles.The braking system of urban rail vehicles is divided into digital braking system and analog braking system.The analog braking system can be divided into many types.In this paper,the common KBGM analog braking system,KBWB analog braking system and EP2002 analog braking system of urban rail vehicles are analyzed and compared.

【Keywords】Simulated braking；KBGM；KBWB；EP2002

一、引言

制動是使運動的物體減速、停止或者使靜止的物體保持靜止的過程。城軌車輛的制動通過制動系統來完成[1]。制動系統按照指令方式的不同可以分為數字指令制動系統和模擬式指令制動系統，數字指令制動系統采用分檔控制，模擬指令制動系統則可以實現無極制動連續操縱，按照城軌車輛制動系統發展趨勢，采用脈沖寬度調制的模擬指令制動系統屬于較為先進的制動系統[2-3]。模擬指令制動系統又有多種種類，包括KBGM模擬指令制動系統、KBWB模擬指令制動系統、EP2002模擬指令制動系統等。目前對這幾種制動系統進行單獨研究的較多，但對這3種制動系統同時進行研究對比的論文確鮮有報道。因此本文對常見3種城軌車輛模擬制動系統制動過程進行分析研究。

二、制動系統分析

1.KBGM制動系統分析研究

KBGM制動系統是德國克諾爾制動機公司生產的一套制動系統。這套制動系統的制動策略是拖車空氣制動優先補足。列車施加制動時，車輛先采用再生制動，后電阻制動，在后采用拖車的空氣制動，最后采用動車的空氣制動[3]。其空氣制動由EBCU控制BCU來完成，KBGM制動系統空氣制動控制單元(BCU)由模擬1轉換閥、緊急閥、空重車調整閥、中繼閥組成。具體控制過程如圖1。

圖1 KBGM制動系統空氣制動過程

圖1中看出電子制動控制單元EBCU接受司控器手柄或者ATO自動駕駛指令，采集車輛負載信號、車輛速度信號分析計算得到電制動與空氣制動的指令值。當施加空氣制動時，制動風缸氣體進入空氣制動控制單元(BCU)，電磁進氣閥A勵磁，通過氣電轉換器C與EBCU之間進行信號傳遞，當進入氣壓過大時，電磁排氣閥B勵磁排氣。使得由模擬轉化閥中的氣電轉換器調節后變成預控制壓力Cv1，然后通過勵磁的緊急閥后變為預控制壓力Cv2，后進入空重車調整閥，結合車輛乘客載荷進行壓力調整變為預控制壓力Cv3(常用制動情況下往往無需調節)，送入中繼閥，中繼閥根據預控制壓力Cv3的大小進行流量放大，將制動缸氣體放大送去單元制動器的制動缸，單元制動器運動使車輛產生制動，并且反饋信號傳遞給EBCU[3]。當車輛施加緊急制動時，制動缸氣體越過模擬轉換閥，直接進入失電的緊急閥，此時需要稱重閥限制過大制動力后在送入中繼閥產生制動[3]。

KBGM制動系統屬于早期出現的車輛制動系統，經過多年發展，該系統在一些地鐵線路中仍有使用，如北京地鐵3號線。原因是因為該套系統有較多的優點:①具有先進的防滑控制系統；②客室乘客變化車輛可以保持制動率不變[4]。

2.KBWB制動系統分析研究

KBWB制動系統也是采用PWM脈沖信號調制的模擬電氣指令制動系統。這套制動系統的制動策略是拖車空氣制動滯后控制，列車施加制動時先采用電制動，后采用動車空氣制動，最后采用拖車的空氣制動。KBWB制動系統的集成度非常高，它將微機制度控制單元、空氣制動控制單元、制動風缸、供風系統等全部集成到一個車架下面[3]。其空氣制動單元在KBGM制動系統的基礎上做了改變，由EP閥、主控閥、稱重閥組成，EP閥是一個氣路連接板安裝基座，主控閥與稱重閥都是安裝在該基座上，該基座5個氣路口分別于2閥體相連。主控閥包含了氣電轉換、緊急閥、中繼閥的功能[5]。

圖2 KBWB空氣制動系統

圖2為KBWB空氣制動系統原來圖，當電制動不足時，制動系統施加空氣制動，電子制動控制單元A6.9發出空氣制動指令，空氣壓縮機A2.1產生壓縮空氣經過軟管A2.2送入干燥塔A2.4，完成干燥的壓縮空氣進入主風缸A6.7，主風缸內的壓縮空氣可以經過排氣式截斷塞門A14進入主風管，進而進入制動儲風缸A6.3，當車輛施加制動時，壓縮空氣經空氣制動單元送入轉向架的單元制動缸；當車輛施加停放制動時，主風管氣體通過停放脈沖電磁閥A6.5.5進入轉向架停放制動缸；一部分氣體從主風管進入懸掛風缸A6.12最后送入空氣彈簧；車廂底架安裝的防滑電磁閥A11&A12與轉向架單元制動缸相連，當車輛出現滑行時進行防滑排氣[6]。

3.EP2002制動系統分析研究

EP2002制動系統是由德國克諾爾公司研制的模擬式電氣指令制動系統，其特點是用EP2002閥取代電子制動控制單元EBCU以及空氣制動控制單元BCU，通過EP2002閥來控制一個轉向架，稱為架控式[7]。目前EP2002閥共有3種，EP2002智能閥、EP2002 RIO閥、EP2002網關閥[3]。三個EP2002閥功能上略有不同，EP2002智能閥主要有通信功能、控制氣動閥、控制車輪滑行、故障顯示功能等；EP2002 RIO閥在EP2002智能閥基礎上增加了電制動與空氣制動協調工作的功能；EP2002網關閥在EP2002 RIO閥基礎上增加了制動管理功能[3]。由于EP2002制動系統由于其獨特的優點，目前在多條地鐵線路上獲得了應用，如寧波地鐵1、2號線、濟南地鐵1號線、廣州地鐵3號線等線路。

圖3 典型EP2002車輛氣路原理圖

如圖3為EP2002制動系統車輛氣路原理圖。圖中網關閥與智能閥為制動系統的核心，B00為制動控制模塊，主風缸A01通過截斷塞門B01與單向閥B02一部分進入懸掛風缸L02，為空氣彈簧備氣；另一部分氣體進入制動風缸B04，當車輛施加常用或緊急制動時，制動氣體分別進入兩個轉向架的智能閥與網關閥的1號氣路口，從2、3號氣路口流出，分別流向4個車軸的制動缸，當車輛施加停放制動時，制動風缸B04的氣體通過停放脈沖電磁閥B06進入車輛的停放制動缸用于停放制動[8]。智能閥與網關閥的4號氣路口為采集空氣彈簧載荷氣路口，可根據載荷對制動力進行調整。空氣供氣裝置給車輛主風管供氣，分別給受電弓、汽笛、車鉤供氣；B14為雙針壓力表能夠顯示主風管與單元制動缸空氣壓力值[9-10]。

三、模擬制動系統總結

KBGM、KBWB、EP2002三種常見模擬制動系統有相同之處，又分別有其獨自的特點，對3種制動系統分析比較。KBGM制動系統是出現較早的制動系統，技術成熟，故障率較小。KBWB制動系統突出特點是模塊化、集中化，很大程度的方便了車輛的檢修維護工作。EP2002制動系統屬于機電一體化產品，具有制動響應時間短、制動精確度高的特點，屬于先進制動系統，也是目前城市軌道交通車輛運用最多的制動系統。