城市轨道交通列车制动系统的特点及发展趋势初探
发表时间：2018-06-07T11:18:32.193Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：刘艳虎
[导读] 摘要：针对城市轨道交通车辆制动系统，对其空气压缩、制动盘和控制系统三个主要部分的特点和技术发展趋势进行深入分析，旨在为以后的技术研究和发展提供可靠参考依据。
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摘要：针对城市轨道交通车辆制动系统，对其空气压缩、制动盘和控制系统三个主要部分的特点和技术发展趋势进行深入分析，旨在为以后的技术研究和发展提供可靠参考依据。
关键词：城市轨道交通；车辆制动系统；空气压塑；制动盘；控制系统
城市轨道交通站间距短，列车制动频繁，其制动系统的可靠性决定了车辆运行安全，是现阶段城市轨道交通研究的重要内容这一。在科技快速发展的背景下，轨道交通车辆制动系统技术也得到很大程度的改进，为轨道交通发展奠定了坚实基础。 1空气压缩
1.1技术背景
如今，铁路对用气质量提出越来越高的要求，压缩气体必须达到较高的无水和无油条件，这使无油空压机进入快速发展时期。尽管现阶段铁路领域的无油空压机实际应用仍有限，但依靠其无油这一显著特征，将很快在市场占据主导地位。
若按压缩方式，可对无油空压机做以下分类：回转形式的无油空压机以及循环往复形式的无油空压机。后者与活塞式空压机相对应，前者则与最常用的螺杆形式的空压机相对应。从活塞式空压机的角度讲，主要有两种不同的润滑形式，即干式润滑及水润滑。
活塞与螺杆空压机常用于铁路领域，螺杆适合低压和中小流量，而活塞适合高压与多种压力范围。采用水润滑形式的无油螺杆，不仅结构复杂，而且对环境有严格要求，在铁路这种复杂环境下并不适用；采用干式的无油螺杆，其排量超过3m3/min，但仍未能达到出口压力，同样在铁路中不适用。从目前的铁路行业发展看，其对空压机有下列几项特殊要求：经久耐用；耐冲击、污染和高温；振动与噪声较低；维护难度与成本较低。
1.2技术原理
活塞式空压机进入随曲轴联动旋转状态后，在连杆提供的传动作用下促使活塞进行往复运动，此时活塞的顶部表面、气缸的内部表面和气缸盖三者形成的容积必定产生具有周期性特点的变化。活塞由气缸盖做运动后，容积不断增加，此时气体在进气管中推开进气阀门到达气缸，到容积不再增加为止，阀门关闭；活塞进入反向运动状态后，上述容积开始减少，但压力持续增大，超出排气压力以后，阀门打开，气体开始向外部不断排出，当活塞运动到最大行程后，阀门将自动关闭。活塞再次进入反向运动状态后，重复以上过程。
1.3特殊结构
对全无油形似的活塞空压机，其原理和油润滑形式的活塞空压机大致相同，区别为将油润滑换成自润滑。其中，气缸采用铝合金加工而成，表面做特殊处理，减小摩擦以延长使用寿命；活塞也采用铝合金加工而成，各活塞上设置导向环与密封环，二者都采用自润滑材料，能使摩擦达到最小；连杆和活塞由特殊销进行连接，配有全封闭式轴承，无需维护，并在设计过程中考虑了防超温使用。曲轴和各连杆间同样使用这种轴承；气阀为长寿命阀，能满足特殊的实际使用要求。
1.4优缺点
1.4.1优点
压缩空气输出更为洁净，只有极少量水和污染物，下游净化单元能直接去除，无油蒸汽和油滴，能防止下游管路被污染；压力范围较广，任何一种流量情况下，都能提供所需压力；具有很高的热效率，耗电省；具有较强的适用性，表现为排气范围广，受压力影响小等方面；可大幅降低维护成本，减少工作量；无润滑油方面的输出，过滤部件可长时间使用，负担小；由于不使用润滑油，所以还能解决低温启动方面的问题，而且对运转率也没有太高的要求。
1.4.2缺点
排气的连续性较差，存在一定气流脉动；在运转过程中可能产生较大的振动。
2制动盘
在当前的轨道交通车辆中，铝合金制动盘得到广泛应用，其优点有：
第一，自重轻，密度比铸钢与铸铁都小，能减轻车辆自重，尤其是簧下质量，若能减轻簧下质量，则能减小振动和噪音。此外，车辆自重减轻其能耗必定有所降低，能提高节能减排指标。
第二，有良好的耐磨性及导热性，且摩擦系数保持稳定，将钢铁替换为铝合金，能在减轻质量的同时，延长寿命，降低成本，保证可靠性与安全性。此外，出色的导热性能还能使制动盘适应反复变化的热负荷，降低了热疲劳裂纹产生率。
我国从九十年代起有相关院校开始研究铝基复合材料在列车制动盘中的应用，提出很多方法，如喷溅法和粉末冶金法等。然而，因研制难度相对较大，加之制造工艺十分复杂，所以成果主要为样件，要实现批量化生产的目标，还需要进一步的研究。
近几年，我国很多企业在广泛调研这项技术的前提下，对该行业现有技术能力进行综合，提出一套制造工艺，并通过一段时间的摸索与总结，初步掌握批量生产办法。制动盘摩擦副现已完成各项分析实验，其所有性能指标都达到要求，且优于同类产品。 3基于模块化的新制动系统
3.1系统特点
采用以CAN总线为基础的分布式控制，各控制单元均能在CAN总线的支持下构成整个控制网络。EP09/S能提供防滑控制与电空制动两项功能，仅存在紧急制动对应的输入输出接口，需由总线提供常用指令；对EP09/G而言，不仅具有EP09/S全部功能，而且还有列车总线接口及扩展接口，能起到类似网关的作用，并对制动力进行管理。
3.2性能要求
控制单元可提供的防滑控制与电空制动等功能都相对固定，具有实现模块化与小型化目标的条件。实际应用要求对于系统提出了很高的要求，集中在接口能力方面，如各模拟量实际扩展和不同接口方式等，而且对系统测试、故障诊断与时间存储也有着越来越高的实际要求，因受到架控单元机箱等因素的限制和影响，当前的网关单元在扩展能力上还有待于进一步提高。
3.3架控系统
对架控系统而言，其模块化实现基本思路为：现有架控单元以EP09/S架构为核心，能提供防滑控制与电空制动两项功能必需的接口，同时还可以作为标准模块。对防滑控制和输入输出扩展、MVB接口和制动力的管理进行分离，也就是将EP09/G的整体拆成两个部分：第一部分为制动管理器；第二部分为制动控制单元。
3.4集散式系统
对于集散式系统，主要有以下几种功能：第一，在转向架附近安装的单元仅为一类模块，能使按照转向架进行配置的所有单元都实现标准化与模块化；第二，制动管理器的功能在于对制动力进行有效管理，与系统中央控制单元类似，无需提供制动压力控制，而且也不需要气压接口和电磁阀，属典型电子电气装置，提高了系统电气化水平；第三，制动力管理将完全不受机箱等因素的限制与影响，能提供较强扩展能力及更多的接口方式，支持配置更强处理器来实现系统实时测试、故障分析诊断与事件存储。
4结束语
通过以上分析可以看出，目前的城市轨道交通制动系统正向活塞空气压缩、铝合金制动盘与基于模块化的控制系统三方面发展，在这一发展进程中，可在保障列车行驶安全的同时，提高列车制动技术水平，实现促进城市轨道交通进一步发展的根本目标。
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