地鐵車輛主流制動(dòng)系統(tǒng)淺析 麻建省 （西安地鐵運(yùn)營(yíng)分公司車輛部 710000） 摘 要：本文主要介紹了目前國(guó)內(nèi)主要地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷，并分析了國(guó)產(chǎn)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展不起來(lái)的主要原因。 Abstract: This paper mainly introduces the current development of domestic major metro vehicle braking experience, analyzes the main reasons of development of domestic brake system is not up。 關(guān)鍵詞：地鐵車輛、制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng) Keywords: metro vehicle, braking system, brake 城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)的其部件壽命遠(yuǎn)低于整車壽命，需求量更是巨大。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在地鐵車輛上的普遍應(yīng)用，地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)也得到了很大發(fā)展。國(guó)產(chǎn)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)由最初的空氣制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展到了電空制動(dòng)系統(tǒng)和電空模擬制動(dòng)系統(tǒng)，由單車的制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展到了動(dòng)拖車協(xié)調(diào)配合的電空制動(dòng)系統(tǒng)。本文對(duì)目前國(guó)產(chǎn)地鐵車輛上所采用的3種制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)原理作了較全面的介紹。 １我國(guó)城市軌道車輛制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展 1.1 DK型自動(dòng)式電磁空氣制動(dòng)系統(tǒng) 我國(guó)城市軌道車輛制動(dòng)技術(shù)的起源應(yīng)該追溯到上世紀(jì)60年代北京修建我國(guó)第一條地鐵時(shí)。我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了地鐵列車，鑒于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，在該列車上采用了DK型自動(dòng)式電磁空氣制動(dòng)系統(tǒng)，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置為踏面制動(dòng)。其技術(shù)脫胎于干線旅客列車的LN型制動(dòng)機(jī)，主控機(jī)構(gòu)先期直接采用GL3型三通閥，60年代末又設(shè)計(jì)制造了膜板分配閥，在操縱靈活性和可靠性上較GL3型三通閥有所提高。該制動(dòng)系統(tǒng)在電阻制動(dòng)與空氣制動(dòng)的匹配上采用切換方式，因而制動(dòng)力控制性能較差。 1.2 SD型數(shù)字式氣壓計(jì)算型電控制動(dòng)系統(tǒng) 隨著晶閘管斬波技術(shù)的發(fā)展，地鐵車輛逐步采用斬波控制動(dòng)力制動(dòng)（再生制動(dòng)或電阻制動(dòng)）。但采用這種控制技術(shù)，動(dòng)力制動(dòng)的制動(dòng)力在制動(dòng)初期上升較慢，而列車快要停車時(shí)又衰減較快，需要空氣制動(dòng)力作及時(shí)補(bǔ)償。為此我國(guó)有關(guān)工廠、高校和科研院所一起，研制了確SD 型數(shù)字式氣壓計(jì)算型電控制動(dòng)系統(tǒng)，其原理見(jiàn)圖 １。 該制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)控制器、空重車調(diào)整閥、七級(jí)中繼閥、控導(dǎo)閥、空電轉(zhuǎn)換器、緊急電磁閥、備用電磁閥、雙向閥、故障緩解電磁閥等組成。 該制動(dòng)系統(tǒng)較 ＤＫ 型自動(dòng)式電磁空氣制動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)力制動(dòng)與空氣制動(dòng)的配合、制動(dòng)和緩解的一致性與列車自動(dòng)控制裝置的接駁等性能上具有明顯優(yōu)勢(shì)但由于其數(shù)字式氣壓控制型的特點(diǎn)，決定了它在制動(dòng)力的精確控制、動(dòng)力制動(dòng)能力的充分運(yùn)用上存在著改進(jìn)的余地，而且在實(shí)踐中，控導(dǎo)閥的性能受材料和工藝的影響極大。 1.3 AR12電氣控制型模擬指令式制動(dòng)系統(tǒng) AR12電氣控制型模擬指令式制動(dòng)系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2。該系統(tǒng)由制動(dòng)控制器、編碼器、解碼器、EP單元、中繼閥、臺(tái)車中繼閥、制動(dòng)缸等組成。 該制動(dòng)系統(tǒng)采用了電氣控制和模擬信號(hào)傳遞，因此可以做到動(dòng)力制動(dòng)與空氣制動(dòng)的連續(xù)配合，制動(dòng)力控制更為方便。但由于該制動(dòng)系統(tǒng)采用電子邏輯電路進(jìn)行控制，因此難以實(shí)現(xiàn)拖車?yán)脛?dòng)車電力制動(dòng)能力，并且系統(tǒng)的通用性不強(qiáng)，尤其是它不能實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 1.4 微機(jī)控制直通電空制動(dòng)系統(tǒng) 改革開(kāi)放特別是90年代后，我國(guó)出現(xiàn)了修建城市軌道交通的高潮。除了長(zhǎng)春輕軌車輛的制動(dòng)系統(tǒng)采用了AR12電氣控制型模擬指令式制動(dòng)系統(tǒng)之外，其他城市軌道車輛的制動(dòng)系統(tǒng)均采用國(guó)外引進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)。主要有德國(guó)Knorr和日本Nabco等公司的產(chǎn)品。 2 我國(guó)城市軌道車輛制動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀 目前我國(guó)城軌車輛主要選用國(guó)外進(jìn)口的制動(dòng)系統(tǒng)，主要包括日本NABCO制動(dòng)系統(tǒng)、德國(guó)Knorr制動(dòng)系統(tǒng)、英國(guó)WESTINGHOUSE制動(dòng)系統(tǒng)和SABWABCO(FAIVELEY)制動(dòng)系統(tǒng)。由于不同制動(dòng)系統(tǒng)的風(fēng)源和基礎(chǔ)制動(dòng)單元差別不大，下面主要對(duì)這些制動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)或單元進(jìn)行介紹。 2．1 上海和廣州1、2號(hào)線為代表的德國(guó)Knorr公司的城市軌道車輛制動(dòng)系統(tǒng) 德國(guó)Knorr公司的城市軌道車輛制動(dòng)系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)Ａ 型車上運(yùn)用最廣的制動(dòng)系統(tǒng)，為模擬式制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)指令采用PWM信號(hào)或網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。微機(jī)制動(dòng)控制單元一般單獨(dú)設(shè)置在車廂內(nèi)；而氣制動(dòng)控制單元由2塊氣動(dòng)集成板和風(fēng)缸等組成，分別固定在車輛底架下。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。目前深圳、南京地鐵車輛和大連輕軌車輛，甚至部分國(guó)內(nèi)試制的高速電動(dòng)車組上也采用了該制動(dòng)系統(tǒng)。 2．2 北京、天津?yàn)榇淼?Ｂ 型車上采用較多的Nabco公司HRDA型制動(dòng)系統(tǒng)。 系統(tǒng)為數(shù)字式制動(dòng)系統(tǒng)。即常用制動(dòng)指令采用3根指令線編碼，共7級(jí)。微機(jī)制動(dòng)控制單元與氣制動(dòng)控制單元集成在一起，固定于車輛底架下面。由于采用了流量比例閥進(jìn)行EP控制，因此氣制動(dòng)控制單元較為簡(jiǎn)單。該制動(dòng)系統(tǒng)批量采購(gòu)價(jià)相對(duì)低些。在武漢輕軌和重慶獨(dú)輪軌等項(xiàng)目上也采用了此制動(dòng)系統(tǒng)。基礎(chǔ)制動(dòng)根據(jù)車輛的不同有所區(qū)別。 以上海3、5號(hào)線為代表的原英國(guó)Westinghouse 公司的微機(jī)控制直通電空制動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)按整車模塊化原則設(shè)計(jì)集成度較高。它將微機(jī)制動(dòng)控制單元、氣制動(dòng)控制單元、風(fēng)缸、風(fēng)源等除必須安置在轉(zhuǎn)向架附近的部件外全在一個(gè)安裝架上集成安裝，方便運(yùn)用維護(hù)。該系統(tǒng)同樣采用PWM信號(hào)傳遞制動(dòng)指令，為模擬式制動(dòng)系統(tǒng)。EP轉(zhuǎn)換采用4個(gè)開(kāi)關(guān)電磁閥閉環(huán)控制的方法。 3 我國(guó)城市軌道車輛制動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀的思考和展望 如果自主開(kāi)發(fā)出適用于新型城市軌道車輛的制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品，將有利于提高目前城市軌道車輛的國(guó)產(chǎn)化率，降低整車成本（包括新車購(gòu)置和維修成本），消除運(yùn)用維護(hù)的后顧之憂。然而現(xiàn)在尚未出現(xiàn)這樣的產(chǎn)品。究其原因有多種多樣，但總結(jié)起來(lái)主要有兩個(gè)方面。一是技術(shù)；二是觀念。這二者又是互相影響的，技術(shù)制約了觀念的提升；反過(guò)來(lái)觀念又限制了技術(shù)的發(fā)展。 在技術(shù)方面主要有2個(gè)問(wèn)題，一系統(tǒng)概念和經(jīng)驗(yàn)。從高速列車的實(shí)踐看，系統(tǒng)概念與國(guó)外比較有差距，但不大。尤其對(duì)城市軌道車輛，已有十幾年國(guó)外產(chǎn)品的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，因此達(dá)到國(guó)外90年代末的水平不是大問(wèn)題。但開(kāi)發(fā)新型城市軌道車輛制動(dòng)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)卻是我們所沒(méi)有的，需要從實(shí)踐中培養(yǎng)。當(dāng)然借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)將使我們少走彎路。其次，比較我國(guó)現(xiàn)有產(chǎn)品（用于高速列車）與國(guó)外產(chǎn)品的差距，主要的問(wèn)題并不在于性能，或由速度引起的變化。而是在于零部件的可靠性，并由零部件可靠性引起的系統(tǒng)可靠性問(wèn)題。但這一問(wèn)題也是可以解決的，方法一是努力提高零部件的可靠性，可以通過(guò)零部件的全球采購(gòu)和國(guó)內(nèi)零部件廠家的技術(shù)提升來(lái)實(shí)現(xiàn)。方法二是利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善和冗余來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 國(guó)內(nèi)技術(shù)力量的分散，造成低水平的重復(fù)競(jìng)爭(zhēng)。和有限資源（人才、財(cái)力、物力）的極大浪費(fèi)。目前國(guó)內(nèi)制動(dòng)技術(shù)方面的主要研究人員和試驗(yàn)設(shè)備主要集中在研究所（鐵科院機(jī)車所、四方車輛研究所等）、工廠（四川制動(dòng)科技股份有限公司等）和高校（同濟(jì)大學(xué)、西南交通大學(xué)等）等單位。由于管理體制所限，難以聯(lián)合。根據(jù)Knorr公司統(tǒng)計(jì)，2003年來(lái)全世界鐵路制動(dòng)系統(tǒng)市場(chǎng)Knorr占44%，SAB　Wabco占15%，Wabtec占14%，日本Nabco占6%，三菱占4%，其余占17%。因此國(guó)內(nèi)的力量應(yīng)聯(lián)合起來(lái)與這些對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)，這樣才能促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。 另外，還有科研投入嚴(yán)重不足，并分散。研究單位由于研究經(jīng)費(fèi)捉襟見(jiàn)肘，因此在研發(fā)過(guò)程中不得不省略許多基礎(chǔ)試驗(yàn)和研究。由此導(dǎo)致技術(shù)的粗糙和可靠性下降和制動(dòng)系統(tǒng)涉及列車安全，因此有關(guān)企業(yè)考慮國(guó)產(chǎn)化較為慎重。事實(shí)上制動(dòng)系統(tǒng)在研發(fā)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該說(shuō)是安全的。 4 結(jié)論 根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況，建議有關(guān)部門或有志于城市軌道車輛制動(dòng)技術(shù)的實(shí)力企業(yè)，以項(xiàng)目形式，聯(lián)合國(guó)內(nèi)主要研發(fā)力量，自主開(kāi)發(fā)適用于新型城市軌道交通車輛的制動(dòng)系統(tǒng)，以滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)的軌道交通的需求。同時(shí)使我國(guó)的制動(dòng)技術(shù)得到新的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1] 匡如華 EP2002制動(dòng)系統(tǒng)及其在城軌車上的應(yīng)用 機(jī)車電傳動(dòng) 2009年第5期 [2] 偉波、胡躍文 Nabtesco地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)概述 電力機(jī)車與城軌車輛 2009年5月 [3] 呂曉輝 我國(guó)城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)介紹及選型 城市軌道交通研究 2009第6期 [4] 徐惠林 國(guó)產(chǎn)地鐵車輛制動(dòng)技術(shù)原理及其發(fā)展 鐵道車輛 2002年10月