关键词：地铁车辆；空气制动；系统设计应用
引言：
地铁车辆空气制动系统通常由风源系统、制动控制单元与基础制动装置构成。传统的制动系统分析多利用实验法和仿真两种手段，但这两种实验法需要建立实际研究模型，花费大量时间与成本，且实验法还容易受到实验条件的影响，导致分析结果出现较大误差。随着我国现代化建设速度不断加快，城市人口逐渐增多，这使得地铁逐渐成为很多大中型城市人们出行的首选交通工具。地铁车辆空气制动系统作为地铁控制系统的关键组成部分，其运行是否可靠直接影响到列车行驶的平稳性。因此，在对地铁车辆空气制动系统进行分析时，要抱着认真、科学地态度对待。另外，这也通常使用仿真法对制动系统进行分析，这样不仅可以节约许多时间，而且不需要花费大量资金就可以对制动系统性能进行详细分析。
1地铁车辆空气制动系统构成
1.1地铁车辆空气制动系统概述
地铁车辆空气制动系统的主要组成部分包括风源系统、制动控制单元以及基础制动装置等。制动系统内的各个子系统多采用吊挂方式设置在车体底部，各个子系统间连接则是通过管路或电路实现；控制系统中的动力是由风源系统提供的，实际应用中一辆列车通常配置两套供气系统，分别位于列车两端。在进行空压机容量设置时，需综合考虑车辆空气制动系统与车辆辅助系统的实际需求；系统内空气压缩机由电动机驱动，电动机常使用380V/50Hz三相交流鼠笼式异步电动机。空压机的主要作用是向制动系统以及辅助系统提供干燥压缩空气；制动控制单元是制动控制系统的中央控制单元，通过压缩空气进行列车的制动。
1.2风源系统
风源系统主要由空气压缩机，干燥器，总风缸，安全阀，止回阀，总风压力传感器等组成，如图1所示。空气压缩机采用两台螺杆空气压缩机，排量2400L/min。正常情况下，一台空压机工作，另一台备用；初充气时，为提高充气速度，两台空压机同时工作，当风压900kpa时，空压机停止工作；再充气时，风压750kpa时一台主空压机工作，风压700kpa时，两台空压机同时启动。两台空压机一主一辅，主辅空压机按天轮换工作，使两台空压机达到工作时间的均衡。空气压力信号由安装在总风缸管路上的压力传感器采集，由微机系统判断，控制两台空压机的启停工作。总风缸容量为2x350L。干燥器为一台双塔式空气干燥器，处理空气量为5000L/min，转换周期120S，干燥器内集成有油水分离器，用以清除压缩空气中的油分、水分、尘埃等有害杂质。
1.3空气制动装置
空气制动装置由JZ-7型空气制动机，无动力装置，紧急制动阀等组成，具有自动制动，单独制动，紧急制动等功能。JZ-7型空气制动机包括自动制动阀，单独制动阀，中继阀，分配阀，作用阀及均衡风缸，过充风缸，工作风缸，紧急降压风缸，变向阀等。可适应一次缓解或阶段缓解两种不同车辆制动机的要求，具有自动保压功能，自动制动阀设有过充位，运转位，最小减压位，最大减压位，过量减压位，手柄取出位，紧急制动位；单独制动阀设有单独缓解位，运转位，全制动位；无动力装置由滤尘止回阀及塞门组成。当机车作无动力回送时，打开塞门，使列车管压力空气通过止回阀进入总风缸，以便在列车制动时，使无动力回送机车的总风缸具有制动所需的压力空气。自动制动阀，单独制动阀安装在司机室操纵台上，操纵台上安装两块双针压力表，分别显示总风管，列车管，制动缸，均衡风缸压力；分配阀，作用阀，工作风缸，作用风缸，紧急降压风缸等集成在阀架上，安装在车内电气室。中继阀，过充风缸，均衡风缸等安装在车下管路上。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆司机室设有紧急制动阀，在紧急及突发情况下，可由司乘人员拉下紧急制动阀，迅速排空列车管内压力空气，列车施加紧急制动停车。
2空气制动系统控制功能
2.1紧急制动
紧急制动的实现完全借助于纯空气，不存在任何电动制动力，换句话说，紧急制动是完全独立于列车控制系统电网而发挥制动效果[1]。列车紧急制动是由车辆紧急制动安全硬线回路控制，当车辆平稳行驶时，制动系统内的安全回路处于连通状态，不施加紧急制动；当车辆在正常行驶时发生紧急情况，安全回路断开，并施加紧急制动。紧急制动一旦触发后不能马上缓解，只有车辆停止或安全环重新构建完毕后，系统内安全回路才会通电，进而缓解紧急制动。
2.2常用制动
常用制动主要是用来控制列车正常行驶过程中的正常停车。列车驾驶员拉下制动手柄后，控制单元接收到停车指令，完成列车制动[2]。其中，制动力的大小和控制手柄的级位有关，控制单元根据接收到的制动级位信息而施加相应的常用制动力。常用制动控制单元内的压力传感器可通过空气弹簧而获取车辆荷载信息。常用制动力施加的大小是基于列车正常行驶时的黏着条件，制动控制指令解除后，常用制动即可达到缓解作用，该制动模式优先级要远低于其他类型的制动模式。
2.3快速制动
制动控制单元在受到车辆快速制动硬线电平信号后，施加或缓解快速制动，从而使制动器处于快速制动位，此时车辆硬线发出低电平信号；如果列车紧急制动模式没有被触发，则列车立即施加快速制动模式；如果制动器处于非快速制动状态，则车辆硬线发出高电平信号，快速制动得到缓解[3]。在实际应用中，快速制动设定配备列车防滑保护措施；快速制动动力源来自空气和电制动两种形式，若电制动力不能实现快速制动，则控制单元会通过计算，使用纯空气制动力补充完成快速制动。
3模型与仿真
制动响应时间以及制动压力控制精度是空气制动系统内的两项重要性能指标，因此进行制动模型与仿真时，要对这两参数进行分析计算[4]。制动响应时间t0与指令延迟和压力构建所花费的时间有关，制动响应时间计算方法如式（1）所示。t0=t10+0.5t90（1）式中，t10为指令发出至建立的时间；t90为制动压力从10%升至90%所需的时间。根据列车正常行驶时的荷载情况可得列车制动时间应小于1.3s；延迟时间根据经验可取0.3～0.4s，故t10≤1.8～2s。从图中可以得出，列车制动过程中需要1.55s完成建压，满足制动系统要求。常用制动中，制动控制系统控制精度应小于20kPa。本文研究中常用制动系统使用的为纯空气制动，结合列车正常行驶中荷载情况进行分析发现，通过控制充排气频率而得到的制动腔的压力结果。可以得出，制动腔1制动腔2分别在0.5～0.3s和2～3s进行脉冲充气，控制精度分别为16kPa和15kPa，均小于20kPa，满足要求。
结语：
地铁车辆空气制动系统是地铁控制系统的关键组成部分，其运行是否可靠将直接影响列车行驶的平稳性，因此有必要对地铁车辆空气制动系统进行深入研究。随着我国科学技术水平不断提升，地铁车辆制动系统必将更加的集成化与网络化，使人们出行更加便捷与安全。
参考文献：
[1]张冬冬,梁建全,陈磊,陈玄圣.动车组制动力控制模式分析[J].铁道机车车辆,2017,37(06):44-48+84.
[2]黄显武,张宾,毛康鑫,王龙.重庆地铁列车牵引系统与制动系统的配合分析[J].机车电传动,2016(05):91-94.
[3]孙波.克诺尔空气制动系统原理分析[J].铁道技术监督,2014,42(06):46-48.
[4]杨丰萍,陈振华,李玉庆.地铁微机控制直通电空制动系统研究[J].华东交通大学学报,2014,31(03):55-59.
论文作者:张建伟
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷12期
论文发表时间:2019/11/18
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