广州地铁四号线制动系统防滑保护的应用

设计研究　铁道机丰丰辆工人　第４期２０１１年４月　文章编号：１００７—６０４２（２０１１）０４—０００１—０４　广州地铁四号线制动系统防滑保护的应用　罗　庆　（广州地铁运营事业总部车辆中心新线部　广东广州　５１０３１０）　摘要：分析了广州地铁四号线制动系统防滑保护的．Ｙ－作原理，介绍了防滑保护　的性能测试及防滑保护效率的计算办法。　关键词：地铁车辆；车轮；防滑保护；制动　中图分类号：Ｕ２７０．３５　文献标识码：Ｂ　广州地铁四号线车辆采用了克诺尔公司的ＥＰ２００２架控式制动系统，　车轮防滑保护（ＷＳＰ）采用轴控式微机控制的防滑方式，主要包括防滑阀、　测试齿轮、速度传感器、防滑电子控制单元等。ＥＰ２００２制动系统将制动控　制和制动管理的电子装置与用于常用制动、紧急制动和车轮防滑装置的气　动阀集成在ＥＰ２００２阀内，每个ＥＰ２００２阀负责各自转向架的制动防滑控　制。ＥＰ２００２阀分为网关阀和智能阀两种，是实现ＷＳＰ功能的核心部件。　１　ＷＳＰ工作原理　广州地铁四号线列车施加常用制动时，ＥＰ２００２阀将根据相应的空气悬　挂系统压力进行载荷补偿，并在控制制动缸压力的过程中接收来自ＥＰ２００２　防滑阀的信息，从而将检测到的滑动信息通过控制制动力来修正车轮的滑　动；紧急制动独立地控制每个转向架上的一个与车重信号成正比的制动缸　压力，当要求实施紧急制动时，无论是否已经实施常用制动，必须实施紧急　制动。　２车轮滑行的判定方法　广州地铁四号线车辆采用架控式制动系统，安装在转向架每根车轴上　的速度传感器检测车轴速度，并将电压脉冲信号传送至ＥＰ２００２阀。　ＥＰ２００２阀根据该脉冲的频率计算轮对的速度，通过计算速度差、减速度等　来判断车轮是否滑行。如果ＥＰ２００２阀检测到车轮滑行，它将向防滑阀发　出指令，使制动缸排气、保压、充气，通过控制制动缸压力来控制发生滑动的　车轴，从而达到防滑保护的目的。　（１）每根轴的速度与参考速度之间的速度差。采用速度差的依据是当　１——　设计研究　铁道机车车辆工人　第４期２０【１年４月　某车轴的速度与参考速度之差达剑一定值（通常为１０～１５　ｋｍ／ｈ）时即认为　该轴发生滑行，ＥＰ２００２闵就会缓解该轴制动缸压力。当该轴速度差小于规　定值，轮对充分恢复粘着，ＥＰ２００２阀就会重新施加该轴制动缸压力。用速　度差进行防滑测定时，车轴速度的计算及检测是一个非常重要的因素。速　度的计算与车轮轮径有直接的联系，列车车轮经过运用磨耗及镟修后，计算　出来的速度与实际速度会存在差异，容易使ＷＳＰ误判，造成误动作，　此，　广州地铁四号线列车在每次镟轮后均需对ＥＰ２００２阀中的内部轮径值进行　相应的调整。　（２）单根轴过大的减速度。当某根轴　或者某几根轴的减速度达到一定值（通常　为３～４　ｍ／ｓ　）时即认为发生了滑行。特别　是在数根轴同时滑行时，车轴速度与参考　速度之问的速度差是无法检测的，必须采　用减速度检测。如图１所示，当车轮速度　下降，车轮减速度ａ　降至ａ　时，ＥＰ２００２阀　处于保持位，保持制动缸恒定压力ｃ　；当车　轮减速度ａ　降至ａ　时，ＥＰ２００２阀发出缓　．　ｆ　，，一一一一…一一一一　解指令，使得制动缸压力ｃ　逐步降低，发生　车辆速度；　一车轮速度；　滑行的轴恢复牯着而加速。当其加速度达　到ａ，时，制动缸压力不再降低并保持在稳　定的水平上；当车轮加速度超过了最高加　ｎ　一车轴减速度；ｃ　一制动缸压力。　图ｌ　车轮减速度控制原理图　速度时，达到了合适的轮轨粘着系数，车轮恢复到正常的状态；当车轮加速　度低于设定值ａ，，时，制动缸压力ｃ。逐步上升。　广州地铁四号线车辆ＥＰ２００２制动系统综合采用以上两种方法对车轮　滑行进行判定，当由上述任一条件检测到车轮滑行时，ＥＰ２００２阀即快速联　通该轴制动缸与大气之间的通路，制动缸压力空气能在６００　ｍｓ之内排出，　通过减小制动缸的压力来消除车轮滑行现象；同时控制系统将定期执行地　面速度检测，以便更新计算真实的列车速度。　３　制动系统ＷＳＰ性能测试与防滑效率的计算　３．１　ＷＳＰ性能测试　以对广州地铁四号线车辆最高运行速度（９０ｋｍ／ｈ）进行防滑功能测试　’——　设计研究　铁道机车车辆工人　第４期２０１１年４月　为例，在进行ＷＳＰ性能测试之前，钢轨表面应均匀喷洒符合ＵＩＣ５４１—０５　《制动机部件制造规程～车轮防滑装置》规定的液体。选择４０　ｋｍ／ｈ、６０　ｋｍ／ｈ、８Ｏ　ｋｍ／ｈ、９０　ｋｍ／ｈ四种速度值为制动试验的初始速度，并在常用制　动、快速制动、紧急制动每一种制动类型下各实施３次制动。各种制动模式　下的测量结果应满足以下评估要求：　（１）滑行初始阶段如图２所示，车轮运行速度与参考速度的速度差大　于３０　ｋｍ／ｈ的时间不得超过３Ｓ；　（２）一旦滑行控制确立，最大的滑行速度不应超过参考速度的２０％＋５　ｋｍ／ｈ，如图３所示；　专　ｉ　ｊ　一图２　滑行初始阶段要求　图３　最大滑行速度变化要求　　（３）一旦滑行控制确立，参考速度（在所有的轴发生滑行时）下降到低　于实际车辆速度的７５％的时间不得超过３Ｓ，如图４所示；　（４）车轮抱死时间不应超过２００　ＩｌｌＳ，除非车辆速度低于１５　ｋｍ／ｈ，如图　５所示；　（５）在试验的任何一个阶段车轮不允许擦伤；　（６）防滑器的控制效率印≥１００％。　如果上述条件均能满足，那么防滑控制功能状况是良好的，并且不需优化。　３．２防滑效率的计算　ＥＰ２００２制动系统设计时将防滑效率定义为假定的制动距离与测量出　来的实际制动距离的比值，其计算公式如下：　５　～　２　…　ｃ㈨叼　—Ｓｍｅｏ￣ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ　一　】　。　￣．ｒｏｄ式中：Ｓｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ为假想的制动距离，用第１个轴速度开始下降时的初始速　１——　设计研究　铁道机车车辆工人　第４期２０１１年４月　图４滑行参考速度要求　注：　ｍ　一列车速度；　，一车轮速度；　度和初始减速度计算得来。Ｓ……　为测量的制动距离，在从第１个车　轮速度开始下降直到列车静止时间　内所测。由于防滑控制要求最大限　度地利用黏着，所以防滑控制工作　时，其减速度应该不小于初始减速　度ａ．，如图６所示，从而可以推出叩　≥１，即防滑效率应该不小于１００％。　４　建议　ｔ０一制动初始阶段时；ｔｌ一列车第１轴　速度下降时；ｔ　一列车停止时。　图６防滑效率不小于１００％　广州地铁四号线列车由于采用　盘式制动，因而有效地利用轮轨问　的粘着系数来保证车轮表面的良好技术状态显得尤为重要。我国ＣＲＨ２型　高速动车组使用的研磨子技术能有效提高轮轨问的粘着系数，在车辆行驶　过程中能清除附着在车轮踏面上的油脂、尘埃等，在制动时压在踏面上进行　清扫，保证了车轮踏面良好的表面状态。有关资料介绍研磨子在撒水湿润　状态下具有增强粘着力的效果，使用研磨子时的粘着力是未使用研磨子时　的１，５倍，从而能有效地避免车轮在制动过程中的空转和打滑。所以建议　地铁列车在今后的设计中考虑采用研磨子技术，以减小列车滑行的几率，提　高地铁列车的运行品质。口　收稿日期：２０ｌｌ一０１—０４　ｄ——