地铁车辆制动系统特点研讨

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摘要:地铁车辆在我国城市交通体系上占有重要地位，加大对地铁车辆制动系统的研究，能进一步为制动系统的优化设计提供借鉴，具有重要意义。本文主要围绕地铁车辆制动组合方式、电制动以及空气制动等方面展开讨论，详细介绍了制动系统的运行原理以及作用过程等，以便加深对地铁车辆制动系统的了解。

关键词:制动系统;地铁车辆;电制动;空气制动

地铁通行已经逐渐成为人们普遍选择的一种通行方式，与其他交通方式共同组成了城市交通网络。为了适应城市地铁轨道车辆行驶速度快、启动制动频繁及站间距离短等特点，在进行地铁车辆的制动系统设计时，需要坚持可靠、安全的原则，利用微机控制下的电制动和空气制动。这一制动系统体现出反应迅速、启动制动快、制动力大等特点，系统内制动部件质量较轻且集成化程度高，可实现多种功能。

一、制动组合方式

在对地铁车辆制动系统特点进行分析时，可首先从制动组合方式角度出发进行分析，部分地铁车辆的制动系统主要由空气制动及电制动系统组成，通常以电制动为主，在两种系统配合作用下，能为地铁车辆运行提供较大驱动力。［1］又可将电制动划分成再生制动与电阻制动，在两者交替作用的情况下，可满足制动系统运行需求。当网压超过DC1800V时，电制动方式将从再生制动转变成电阻制动，转变过程不会影响制动系统稳定运行。在地铁车辆的通行速度范围内，仅凭借电阻制动便能满足地铁车辆制动要求，当需要紧急制动时，则主要由空气制动来提供制动力。当出现电制动力不足状况时，拖车和动车会根据它们接收到的制动指令，转变成空气制动。地铁车辆低速运行时，电制动将转变成空气制动，实行保持制动使列车停车。当地铁需要通行时，维持制动并逐渐缓解，随着牵引力的增加，使得保持制动逐步缓解，以免由于牵引力不足而造成车辆后退。

二、电制动

(一)作用原理

在调速系统中，需要通过逐步减小定子给定频率，实现电机减速及停机。再生制动情况下，电机将由电动机状态转变成发电机状态，产生的电能将途径逆变器返回到直流电路。直流电路中的电能不能进入到交流电网中，只凭借变频器自身电容来吸收电流，或者提供给直流电网中能够其他供电区域内的车辆，可为车辆提供牵引动力。［2］电网中其他地铁车辆将利用部分电能，但是电容还是有短时间的电流聚集，造成电压的升高，当直流电压超过系统内电子器件额定值后，将对器件造成损害。这种情况下，需要采取能耗制动。

(二)能耗制动

能耗制动指的是在变频器的直流一侧添加放电电阻组件，使得再生电能消耗于电阻上，来完成电制动过程的。这种制动方式的属于一种有效的再生电能处理方法，可设置电阻来消耗再生能量，将电能转变成热能，又可将其称作是电阻制动，主要包括制动电阻以及制动斩波器等两个部分。以南京地铁车辆为例，这些车辆上使用的制动斩波器为当电路中直流电压值超过1750V后，将自动与耗能电路连接起来，促使直流电路中的再生电流经过制动电阻后，由电能转变成热能，这时可完成能量释放过程。制定斩波器主要是外置式，主要由功率管、驱动电路以及电压采样对比电路等构件组成。制动电阻可看作是消耗再生能量的载体，部分公司采取铝合金电阻，将其添加到直流电路中，能确保电阻制动过程的顺利完成。这类电阻器受到外界因素影响不大，普遍运用在较为恶劣的环境中。

(三)制动过程

电阻制动过程如下:电机受到外力作用将发生减速和反转等，这种情况下，电机主要处于发电状态，制定系统产生的直流电流将返回到直流电路，随着电流增加，电路中电压随之升高;当直流电压超过系统内规定值时，系统内的制动斩波器将自动开通，使得电流通过制动电阻并消耗部分能量;在制动电阻作用下，制动电流产生一定变化，主要由斩波器方式占空比决定;当电压小于标准值时，制动电阻没有电流通过。

三、空气制动

(一)空气供给和处理装置及其运行原理

对空气压缩机的控制主要是通过操作控制电子装置实现的。不同的空气供给及制定控制组合单元将配备相应的压力传感器，将压力传感器收集到的总风管压力信号传递至BCE，之后BCE将传感器呈现出的压力信号来控制空气压缩机。这一供风装置相较于其他供风系统来看，最显著的特点在于地铁车辆上的BCE主要接收FIP网络发出的数据信号，从而决定空气压缩机的运行模式，并做到定期更换。当一个空气压缩机能满足车辆内空气需求时，则不需要其他压缩机作业。当一个压缩机单独运行无法满足车辆需求时，这时其他压缩机将开始作业。

(二)摩擦制动控制装置

制动系统内BCE能接收所有地铁车辆上空气弹簧的压力信号值，进一步根据这一信号地铁车辆制动时需要的驱动力，在这个过程中，还需要将展现车辆重量的负载信号传递至FIP网络，拖车对应的荷载信号同样会通过网络线路传递至牵引控制装置中，在控制装置接收到相关信号后，将做出相应反应。地铁车辆的荷载信号传输到牵引控制装置中，控制装置将在计算后进行制动力的合理分配。动力制动装置以及摩擦制动系统可同时存在，由司机控制室或自动驾驶装置对上述系统进行控制。如果系统制动能力不能满足车辆的制动要求时，则空气制动将结合整个制动力需求来弥补制动力不足的部分。两种制动方式共同作用下，主要运行目标在于满足车辆制动力需求。PCE会将计算得到的需要补充的制动力传递至BCE，之后将这一信号传输至BCU。另外，紧急制动同样是摩擦制动控制装置的一种，当紧急制动直流线路达到电流时，将为电磁阀提供一定电能，并且旁路的实行允许风缸中的空气进入中继阀中，进而缓解紧急制动。

四、结论

综上所述，加大对地铁车辆制动系统特点的分析及研究，在提高地铁车辆运行稳定性与可靠性方面有重要意义，能为之后制动系统的研发与应用提供借鉴。在对电制动和空气制动这两类制动系统进行分析时，能做到对地铁车辆制动系统特点的有效掌握，进一步针对制动系统的运行性能进行分析，从而提高制动系统设计合理性，促进制动技术的良好发展，体现出较高的现实意义。

参考文献:

［1］刘卓．地铁车辆制动系统空气制动施加方式及特点分析［J］．铁道机车车辆，2014，31(06):66-69．

［2］邱伟明，任翠纯．广州地铁车辆制动系统的特点分析［J］．机车电传动，2015(04):45-48．

作者:王艺男 马迎春 单位:中车长春轨道客车股份有限公司