洪永敏1 杨超2 曾少峰3
泉州中车唐车轨道车辆有限公司 福建泉州 362100
摘要：对厦门地铁2号线制动和供风系统的方案进行了详细描述，介绍了制动和供风系统构成、设备布置、性能参数和控制原理等。
关键词：制动；供风；制动控制单元；风源模块
厦门地铁2号线制动系统为微机闭环控制的制动系统。按全列两个单元进行系统设计，车与车之间的接口、功能相匹配，编成列车后不相互干扰。整个系统设计是高度完整的并以故障导向安全为设计原则。
厦门地铁2号线的列车编组采用6辆车编组（+Tc-Mp-M+M-Mp-Tc+）方式。系统的控制理念是基于单个转向架控制，当任何一个制动控制单元发生故障，列车制动力的丧失不会超过一个转向架，系统的冗余性好，安全性高。列车编组示意见下图1所示。图中M车为无司机室的动车，MP车为无司机室带受电弓的动车，TC车为有司机室的拖车。列车编组示意图如图1所示。
1 设备配置
厦门地铁2号线制动及供风系统由风源系统、制动控制单元、基础制动装置、气路控制箱、车钩供风装置、储风缸及管路系统等组成。制动和供风系统设备配置如表1所示。
表1 制动和供风系统设备配置
.png)
2 设备布置
根据以上制动和风源系统的配置表以及制动系统供应商提供的设备尺寸、重量，考虑车辆布管的简洁、车下设备吊装的重量平衡以及设备的可接近性便于维护等因素，采用模块化设计理念，便于更换和维修；经常需要维护保养的零部件靠近车辆外侧。制动和风源系统的设备全部集成布置在车体外侧人员可接近位置，便于维护人员检修。
各车制动设备安装位置基本相同，便于检修和维护，同时减少了备件种类。制动缸截断塞门安装在客室内座椅下面乘客不易接近的位置。当某一转向架制动故障，需要隔离时，乘务人员可以在车内实施故障转向架的隔离。车辆每轴设有一套带停放的制动单元和一套不带停放的制动单元。制动单元能够方便地更换闸瓦。带停放的制动单元设有手动缓解拉线，在车侧可方便的手动缓解停放制动。
3 制动和供风系统组成
厦门地铁2号线的制动和供风系统，包括风源系统、制动控制单元、辅助控制单元、风源模块、风缸模块、空气悬挂系统、基础制动装置、储风缸及管路系统、辅助风源系统等。
3.1 制动控制单元
制动控制单元是指控制阀，包括网关阀和智能阀，又称EP2002阀。网关阀和智能阀是将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动气动阀、紧急制动气动阀和车轮防滑保护装置气动阀都集成到一起的机电一体化设备。 每辆TC车和M车设有一个网关阀和一个智能阀，每辆MP车设有两个智能阀。每个阀都安装在其控制的转向架附近(每个转向架一个阀)。智能阀提供其控制的转向架的常用制动、紧急制动和车轮滑动保护等功能。网关阀除了智能阀所具有的功能外，还提供制动管理功能以及与列车控制系统接口功能。车辆总线串行通信卡安装在网关阀内，以实现制动系统与列车控制系统的通信。网关阀与牵引逆变器之间没有硬线信号传输，制动系统与牵引系统之间信号传输全部通过车辆总线进行，制动系统为微机闭环控制的制动系统。按全列两个单元进行系统设计，车与车之间的接口、功能相匹配，编成列车后不相互干扰。整个系统设计是高度完整的并以故障导向安全为设计原则。每个列车单元（两动一拖）内的6个阀通过CAN总线串接在一起，组成一个制动系统内部的CAN网络单元。为了提供冗余的备份，CAN网络单元中两个网关阀的功能相同且I/O接口配置一致。在系统上电之初进行的一系列网络配置的过程中，3辆车组成的CAN总线单元中的一个网关阀将成为主网关阀（先得电的），另一个网关阀为辅网关阀。主辅网关阀同时对列车指令进行处理，同时对制动力进行计算，同时对制动系统的状态进行监视、反馈，只是辅网关阀不发送控制指令，辅网关阀作为主网关阀的“热备份”，随时监测主网关阀的状态。当主网关阀故障时，辅网关阀将在1.5秒内自动接替主网关阀以确保CAN总线单元内空气制动力的分配不间断。在主辅网关阀的转换过程中，列车发送的牵引、制动指令状态不会因此改变。在总线网络中的主辅网关阀都将通过列车总线接收电制动力的反馈数据。为了确定CAN总线单元内每个阀的位置与其所在车的关系，在每个阀的管路支架上都安装了一个专门的编码插头，因此相同类型的阀可以安装在车辆中的不同位置。
3.2 辅助控制单元
辅助控制单元与总风缸、制动风缸集成在一个模块上，每辆车配置一个。负责本车的制动供风、停放制动供风和空簧供风控制。辅助控制单元控制原理如图1所示。
压缩空气从主风管经流入制动控制单元(B30)的端口1。空气流经截断塞门(B30.B02)、过滤器(B30.B03)之后分为三路分别向制动控制装置、停放制动缸和空簧供风。制动管路经单向阀(B30.B04)之后分为两路，1路到达连接制动风缸的端口4；另一路经带电触点截断塞门B05，流向制动控制装置EP2002，通过B05可以截断整车的空气制动。制动风缸通过一个单向阀(B30.B04)来进行保护，从而不受主风缸内空气压力低的影响。停放管路中，双稳态电磁阀(B30.B11)用于停放制动控制，B30.B10为双向止回阀具有停放制动放叠加功能；带电触点塞门(B30.B09)用于隔离停放制动的压缩空气。压力开关(B30.B13)用于监控停放制动状态。空簧管路中设置的溢流阀（B30.L05）优先保证制动用风，只有在主风压力超过670kPa时，向空气弹簧供风的通路打开；减压阀（B30.L06）保证给空簧供风的最高风源不超过700kPa；塞门（B30.L07）用于维修。塞门(B30.B02)可在维护时用于切除制动系统、空簧供风及停放制动的风源。
.png)
图1 辅助控制单元控制原理
3.3 风源模块
每列车设有两套电动空压机组（含带三相交流电机的压缩机组、空气干燥器以及精油过滤器等），并配有相应的主风缸、制动风缸和空气弹簧风缸。每个供风系统包括一个主空压机，其供风量为在920L/min。空压机采用AC380V、50Hz交流电动机驱动，控制电源为DC110V（波动范围：77V～137.5V）。列车的两套电动空压机组经列车主风管相连通。其总能力能满足列车各种工况的用风要求，并适当留有裕度。如果一套空气供给装置不能工作，另一套空气供给装置也能提供足够的压缩空气保证列车正常运营。每辆车的两端设置主风管截断塞门用于切断车辆之间的空气制动气路连接或用于系统维修。每个风源模块包括两大主要设备：空气压缩机和一个双塔式干燥器，两大设备安装在一个通用模块中，便于安装和维护。
空压机启动及运行采用主/从空压机概念，根据日期的单双日变化进行转换。当TC1车的空压机作为主空压机运行时，TC2车的空压机作为从空压机待命。当采用网络控制时，EP2002阀内压力传感器可以读取总风压力并将相关数据发送给列车网络，TCMS根据总风压力信号适时发出空压机启动电信号，对空压机电机接触器进行控制，从而实现空压机启停控制。当总风压力低于750kPa时主空压机启动，当总风压力低于700kPa时主/从空压机同时启动。当总风压力达到900kPa时主/从空压机均停止。
3.4 风缸
每辆车设有一个主风缸和一个制动风缸，两种种风缸的容积均为125L。风缸材料为铝合金材质，风缸下口有与连接的过渡接头及排水塞门。风缸设计满足EN286-4-1995标准。使用温度范围为-40℃至+100℃，风缸最大工作压力为1000kPa。压缩空气分别储存在不同车的不同风缸中。压缩空气通过具有最大压力1000kPa的主风管进行分配。制动供风系统气动功能图2如图所示。
.png)
图2 气动功能图
3.5 空气悬挂系统
每节车都配有空气弹簧悬挂系统。空气弹簧的压力和车体地板面的高度通过每个转向架上的高度阀(L07.01和L07.02)调节。每节车的空气悬挂系统如图3所示。来自主风缸的压缩空气通过溢流阀及截断塞门向空气弹簧充风。溢流阀的作用是保存车辆制动系统的压缩空气。当主风管的空气压力大于670kPa时溢流阀(B30.L05)才起作用使空气流过。位于空气弹簧风缸下游管路的减压阀使进入空气悬挂装置的最高压力限制为700kPa，以保护空气悬挂装置不过压（当高度阀故障时）。每个转向架配有两个空气弹簧(L09)。供给每节车的空气悬挂系统的压力空气通过截断塞门来隔离。系统根据车辆的载荷提供相应的空气弹簧压力。安装在车体上的高度阀通过一个长度可调节的连接杆与转向架相连。根据车体与转向架构架的相对运动，一定比例的空气通过高度阀的作用进入或排出空气弹簧，使车体保持在一定高度。高度阀设有无感区，在无感区的范围内高度发生变化，高度阀不发生充、排气作用。当高度阀连杆的转动角度大于7~8度时，高度阀才动作。高度阀的这个特性将有利于车辆处于动态情况下防止过多的空气消耗。在4点控制的车辆上，在正常情况下转向架上的2个空气弹簧是分开的，如果2个空气弹簧间的压力差高于100kPa时，为了避免车体出现过于倾斜的运动，差压阀(L08)将导通降低压差。
.png)
图3 转向架上的空气悬挂
3.6 基础制动装置
基础制动采用单侧踏面制动形式，转向架基础制动装置由下列设备构成：包括不带有停放制动功能的制动缸和闸瓦，带有停放制动功能的制动缸和闸瓦，停放制动紧急缓解装置。基础制动装置50％带有停放制动功能，并且能方便地在车侧对停放制动进行手动缓解。停放制动能使AW3的列车停于35‰坡道上。
3.7 辅助风源系统
为保证总风管欠压或无风时受电弓能正常升弓，每列有一个受电弓车设置辅助风源，辅助风源通过独立于接触网的蓄电池提供电源。为保证受电弓供风管路的空气质量，在辅助风源系统设置过滤器。辅助风源气路中设有一个压力开关，压力开关（低650kPa）闭合时，则辅助空压机启动；压力开关（高于800kPa）断开时，则辅助压机停止。
4 结束语
本文介绍了厦门地铁2号线制动及供风系统的配置及组成，并阐述了各个模块的工作原理和工作方案，是一套能完全满足制动和供风系统技术要求的方案，保证了厦门地铁2号线的顺利运营。
参考文献：
[1]高全庆，郭祥贵.国产化A型地铁制动系统概述[J].铁道车辆，2009（10）.
[2]马喜成，龙倩倩.地铁车辆用EP2002制动控制系统[J].机车电传动，2007（10）.
论文作者:洪永敏1,杨超2,曾少峰3
论文发表刊物:《防护工程》2019年19期
论文发表时间:2020/3/3
标签：风源论文; 空气论文; 系统论文; 网关论文; 转向架论文; 塞门论文; 单元论文; 《防护工程》2019年19期论文;