我国城轨车辆制动系统介绍及选型吕晓晖(中国北方机车车辆工业集团,266031,青岛∥高级工程师)摘 要 介绍了日本N A BCO、德国K N O RR和英国WEST IN G HO US E制动系统控制装置的组成、工作原理及在我国各地城轨车辆上的应用。
提出了选用城轨车辆制动系统需注意的几个方面:在保证安全性的同时,尽量减少制动系统的运用。
应考虑制动控制系统的寿命周期成本;在选用城轨制动控制系统时,需要研究其零部件维修的可能性,而不是自始至终从国外购买整机。
关键词 城轨车辆;制动控制系统;电空制动中图分类号 U260.352Selection of Vehicle Brake System in C hinaLv XiaohuiA bstract Compar ed with the br ake systems in Japan, Ge mar y and UK(NABCO,KNORR and Westing House), the com position and func tions of the contempor ar y urban ra il vehicle bra ke syste m adopted in China's ur ban r ail tra nsit ar e introduced,meanwhile suggestions and analysi s are pr ese nted on the selec tion of ur ban r ail vehicle br ake system.The auther ar gues that a fe asibility study on br ake parts maintenance should be car ried out be fore the pur chase of the wh ole car body f rom abr oud.Key words urban r ail vehicle;br ake contr ol syste m; elec tropne uma tic br akeAuthor's address Chinese Norther n Loco.and Ca r I ndustr ial Gr oup,266031,Qingdao,China 城轨车辆制动系统的整体使用寿命要求20～30年,是影响城轨车辆安全性和寿命成本最重要的因素之一。
本文介绍了当前我国城轨车辆主要选用的制动系统,从组成、功能和原理上进行了剖析,以便于城轨车辆制动系统的选用及维护。
1 城轨车辆制动系统介绍目前我国城轨车辆主要选用国外进口的制动系统,主要包括日本NABCO制动系统、德国KNORR 制动系统、英国WES TING HO US E制动系统和SABWABCO(FAIVELEY)制动系统。
以上均属于当今主型的模拟式直通电空制动系统,具有反应快速、操纵灵活,以及与牵引、TCMS(列车控制管理系统)和A TC等系统协调配合等特点。
由于不同制动系统的风源和基础制动单元差别不大,下面主要对这些制动系统的控制系统或单元进行介绍。
1.1 日本NABC O制动系统日本NABCO制动系统主要指NABCO的H RDA型电空制动系统,1992年投入应用,是一种传统的直通电空制动系统。
在我国,该电空制动系统主要应用于北京和天津的城轨项目。
H RDA型电空制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分:电子控制装置为贮有定制程序的标准机箱,气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。
制动控制单元的原理框图如图1所示。
如图2所示,制动电子控制装置和气动控制装置同装于一个制动控制箱内。
制动控制箱外形尺寸为710mm×615mm×590m m,总重100kg。
1.1.1 制动电子控制装置H RDA型电空制动系统的电子控制装置整体结构采用6U标准机箱,主要芯片采用日本日立公司的H8系统微控制器。
该电子控制装置主要包括制动控制、防滑控制、通信及显示三个部分。
制动控制部可接收列车制动控制线的PWM 制动指令,进行空气和电制动的混合制动计算,控制电空中继阀上电空转换(EP)阀的电流,实现对制动缸的预控压力控制;同时,电子控制装置又根据两路空气弹簧压力(AS1、AS2)对预控压力按载荷进行自动调整,通过气动控制装置实现对制动力的控制。
防滑控制部可以测定各车轴的速度,一旦检测到有车轮滑行,便控制防滑阀降低滑行轴的制动缸压力,使滑行车轮恢复到正常的粘着状态。
通信及显示部用于与TM S通信及故障诊断信息的显示与存贮。
·56·图1 H RDA 型制动控制单元原理框图图2 H RDA型制动控制单元组成1.1.2 制动气动控制装置制动气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀、压力传感器和气路板等组成。
其中电空中继阀包括电空转换(EP)阀、紧急电磁阀和中继阀。
常用制动时空气制动力是通过电空转换(EP)阀对预控压力进行控制,然后再由中继阀进行流量放大,产生与预控压力相对应的制动缸压力。
紧急制动为纯空气制动模式,当接收到紧急制动指令时将空重车调整阀调整后的紧急制动预控压力直接由紧急电磁阀进入中继阀,产生能随载荷调整的紧急制动缸压力。
整个气动控制装置采用模块化设计。
各种阀安装在一块内部气路连接的集成气路板上,并与电子控制装置组装于可吊装在车体上的制动控制箱内。
1.2 德国KNORR制动系统德国KNORR制动系统主要指KNO RR的ESRA电空制动系统。
该电空制动系统是一种标准化的制动系统,是传统的直通电空制动系统,可用于机车、动车组和城轨等项目。
该电空制动系统1993年研发,1995年投入应用。
在我国,该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京和天津等地铁项目。
KNORR的ES RA制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分:电子控制装置为贮有定制程序的标准机箱,主要由包括微处理器的主电路板、辅助电路板和通信板组成;气动控制装置主要由电空模拟转换(EP)阀、紧急电磁阀、中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。
其组成如图3和图4所示。
图3 ES RA制动电子控制装置组成 ESRA的制动电子控制装置和气动控制装置可·57·分别安装也可集中安装,安装方式及位置根据客户要求。
制动电子控制装置为3U 19″标准机箱,气动控制装置外形尺寸为360mm ×360mm ×357m m ,总重30kg 。
通常须加上安装箱体(只考虑安装ES RA 的制动电子控制装置,至少约10kg ),整个制动控制单元总重约50kg。
图4 ESRA 制动气动控制装置组成1.2.1 常用制动工况常用制动时,总风压力经过电空转换模块(图5中A )转换为与电子控制装置制动指令成比例的预控压力,然后驱动KR6AA 中继阀(图5中D )为制动缸充风,从而施加制动。
常用制动时,输入电空转换模块的电控信号基于制动指令进行了载荷调整和冲动限制;电空转换模块输出的预控压力须通过紧急阀(图5中E )和空重车调整阀(图5中F ),然后进入中继阀。
注:A1、A2—电空转换阀;J —电空转换压力传感器;A —电空转换模块;E —紧急制动电磁阀;F —空重车调整阀;D —中继阀;K —载荷压力传感器;H —总风压力传感器图5 ES RA 制动气动控制装置气路图1.2.2 紧急制动工况紧急制动时,紧急电磁阀失电使总风不经电空转换模块直接进入空重车调整阀,产生一个经载荷调整的紧急预控压力,通过中继阀给制动缸施加紧急制动压力。
1.3 英国WESTINGHOUSE 制动系统英国WESTINGHO USE 制动系统主要指英国WEST INGH OUSE (现为KNORR 英国子公司)的EP2002电空制动系统,是一种基于架控的城轨直通电空制动系统。
该电空制动系统2000年开始研发,2005年装车应用。
在我国,该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京等地铁项目。
EP2002电空制动控制单元包括一系列高度机电一体化的制动控制阀,即网关阀(Gateway Valve )、扩展阀(RIO Valve )和智能阀(Smart Valve )。
网关阀主要用于制动网络控制和本车制动控制,扩展阀主要用于本车制动控制和扩展电气连接,智能阀用于本车制动控制。
以上各种EP2002制动控制阀(以下简称EP2002阀)外形和重量基本相似(如图6),一般外形尺寸325mm ×210mm ×210mm ,总重23kg (EP2002阀重19kg ,阀安装座重4kg )。
图6 EP 2002阀外形 对于EP2002的网关阀、扩展阀和智能阀,其气动部分都是相同的,称为气动阀单元。
该气动阀单元包括多个功能部,如图7所示。
(1)主调节部(Primary Reg ulation ),根据经载荷调整的紧急制动压力进行压力调节。
(2)次调节部(Secondary Regulato r ),位于主调节部的上游装置,根据在超员状态下紧急制动压力限制制动缸的最大压力。
(3)称重部(Load Weigh ),用于向主调节部提供一个预控压力。
在常用和紧急制动时,称重部将产生与空簧压力(ASP )成比例的预控压力。
(4)制动缸压力部(BCP Regulatio n ),用于将主调节部的输出压力调节到要求的制动缸压力,还用于在防滑器动作时对制动缸压力进行控制。
对于每根轴,它由两个电磁阀和两个活塞阀组成。
(5)连接部(Link V alve ),用于在气路上连接或隔断制动缸的压力输出。
·58·(6)压力传感器,用来进行内部调节和(或)外部指示(制动风缸、载荷、制动缸压力、停放制动)。
(7)远程缓解部(Remo te Release ),用于当列车在隧道中遭遇严重的影响安全的风险时。
EP2002阀与防滑阀或高度阀类似,是一个高度集成的电空控制阀,它不可能进一步分解出单个的气路图或完整的生产部件清单。
该阀体结构在部件级只能拆分成数百个具有基本结构体的单独零件(螺杆、垫片等);反之,这些零件必须装配起来才构成EP2002电空控制阀。
因此,使用维修时需彻底分解,对维修条件有很高的要求。
图7 EP2002阀气动部分气路图1.4 SABWABC O (FAIVELEY )的EPAC 制动系统该制动系统包括基于架控的EPAC 电空制动系统和基于车控的EPAC Lite 电空制动系统。
该电空制动系统2000年开始研发,2003年装车应用。
在我国,该电空制动系统(EPAC Lite )主要应用于上海轨道交通等项目。