广州地铁4号线地铁车辆制动系统

广州地铁4号线地铁车辆制动系统 车辆产品与零部件铁道车辆第48卷第11期2010年11月 文章编号:1002—7602(2010)11-0018—05 广州地铁4号线地铁车辆制动系统 王晓东 (南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心,山东青岛266111) 摘要:介绍了广州地铁4号线地铁车辆制动系统的组成,作用功能等. 关键词:常用制动;紧急制动;保持制动;直线电机 中图分类号:U270.35文献标识码:B 广州地铁4号线地铁车辆采用德国KNORR公 司的EP2002架控制动系统,采用直线电机牵引技术, 牵引与电制动(再生制动)不受黏着限制,可以适应大 坡道牵引和制动的要求. EP2002制动系统能在司机控制器,ATO或ATP 的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解操 纵;具有常用制动,紧急制动,快速制动,保持制动,停 放制动,防滑控制,空压机控制,回送控制等功能,具有 反应迅速,操纵灵活的特点.该制动系统以故障一安 全为设计原则,是充分考虑安全性而设计的电气指令 式直通电空制动系统. l制动系统组成 列车编组方式为"一A+B—B+A一",其中A 车为带司机室的动车,B车为不带司机室的动车,"一" 为全自动车钩,"十"为半永久牵引杆,"一"为半自动 车钩;对应的车号分别为1号车,2号车,3号车,4号 车. 该列车制动系统由风源系统,制动控制系统(G 阀/S阀,辅助控制装置),基础制动装置,辅助供风单 元等组成(1). 2制动系统功能 制动系统以2辆动车(A+B)为单元进行制动控 制.2个G阀+2个S阀通过CAN总线组成控制网 络,其中的1个G阀作为主控制阀,负责与列车管理 系统TMS进行通讯(RS485),同时接收制动命令,分 配各个阀的制动力大小;另一个G阀作为热备. G阀包含一个气动阀单元(PVU)和安装在气动 阀之上的电子控制部分.G阀对转向架进行常用制 动,紧急制动和防滑控制,并通过软件和硬件结合的 收稿日期:2010—07—05 作者简介:王晓东(1977一),男,工程师. ?j8? 表1全列车的制动系统组成表 子系统名称部件名称A车B车B车A车 风源系统 制动控制 系统 基础制动 装置 辅助供风 单元 VV120空压机 G阀 S阀 总风缸 制动风缸 空气弹簧风缸 辅助控制装置 制动盘及夹钳单元 制动盘及夹钳单元 (带停放功能) 集电靴供风单元 受电弓供风单元 风笛/车钩供风单元 方式对内部部件状态进行监控,以发现潜在的故障. G阀通过所在转向架的轴速参数和通过CAN总线传 来的S阀采集的速度参数进行车轮防滑控制. 除了不执行制动控制功能,没有网络接口卡,没有 电制动信息接口外,S阀具有与G阀同样的输入/输出 接口.由主G阀给s阀传输制动指令,同时S阀的状 态信息通过双通路CAN总线发送给主G阀. 列车单元内的控制框图如图1所示.A车的空气 管路图见图2.B车除了没有风源系统,总风缸,受电 弓供风单元,风笛/车钩供风单元外,其他部分的空气 管路与A车相同. 每辆头车上安装一套风源系统,所有设备集成在一 个单元模块中.每套风源系统可以为4辆编组的列车 提供足够的干燥空气.风源系统主要包括两部分:1台 VV120型活塞式空压机和1台ITZOl5.IH型双塔空 气干燥器,集成安装在一个安装架上,便于安装和维护. 广州地铁4亏线地铁车辆制动系统王晓东 图1列车单元内的控制框图 图2空气管路图 铁道车辆第48卷第11期2010年11月 从每台转向架上取一个空气弹簧的压力信号,将 2台转向架的空气弹簧压力进行平均,取平均值作为 车辆载荷信号计算所需制动力,载荷信号同时传给 TMS.当TMS系统发出所有车门均被关闭的信号 时,载荷信号将被固定.常用制动时,若一台转向架的 AS(空气弹簧压力)传感器发生故障,将默认取AW3 信号,并把此值与另一台转向架的AS值平均作为车 重信号;若一个车的2个AS传感器同时发生故障,将 默认取Aw3信号作为车重信号.紧急制动时,若一 个AS传感器故障,将默认取AW3信号作为车重信 号. 2.1常用制动功能 牵引控制单元接收到司机控制器发出的PWM制 动指令后,根据G阀传来的载荷信号计算所需电制动 力大小,据此施加电制动,同时把实际电制动力的大小 以电流信号传送给G阀.主控制G阀根据列车单元 所需制动力和单元内电制动力的大小,计算出本单元 所需的空气制动力,在单元内进行分配. 牵引控制单元与制动控制单元之间的接口关系如 图3所示. ? 20? 车重信号 ED失效信号 G阀E1)大小信号VVvF DB有效信号 图3牵引控制单元和制动控制单元接口示意图 每个G阀将车重信号传送给VVVF,信号大小为 4mA,20mA,对应AW0,AW3之间的车重.当 VVVF控制电制动时,发送ED(电制动)有效信号给 G阀.制动初始阶段,按照冲动限制要求施加制动力. VVVF将实际电制动力的大小信号传送给G阀,G阀 据此计算出需要补充的空气制动力.在速度约为6 km/h时,VVVF将会向G阀发送一个电制动减弱信 号,空气制动压力随之按照冲动限制要求增大. G阀和S阀内部的气路图见图4. G阀和S阀内部气动阀单元的气路连接相同,按 照功能划分可分成如下几个部分: c1塑节阀I,ly21P8A5A6C2副词节阀 1远程缓解保压气控阁 B2紧急冲动限制气控阀 A1远程缓解 r 电磁阀 A7紧急冲动 限制电磁阀 A8I轴排风 电磁阀 A2I轴充风 保压电磁阀 l1轴排风i1轴充风 B 控点鞴1141.2享j保压充气阀B,f丝 讽锚阀 A风耋冲..:r 气控阀 1轴制动缸管I@轴制动缸管=} 图4G阀和S阀的内部气路图 A4连通电磁 风缸@ c3f 噱尘 .. 如果取消紧急冲动限制 的特点.则在电磁阀安 装处配置一块带排风 小孔的遮断板 囡 管1o 园青图 管@ 囡 广州地铁4号线地铁车辆制动系统王晓东 (1)初调区域.中继阀负责将空气压力调整到与 载荷相对应的紧急制动压力值.如果电子称重系统发 生故障.该阀也负责以机械方式产生一个最小的空载 紧急制动压力. (2)二次调节区域.在初调的上端口,二次调节 负责限制通往制动缸的最大压力,该压力为超员载荷 下相对应的紧急制动压力. (3)空重车控制区域.通过控制充排气电磁阀, 产生控制压力到初调中继阀,用于常用制动和紧急制 动压力的调节,使制动缸压力与空气弹簧压力成正比. 也就是根据车重不同,调节车辆制动力,以保证列车制 动率从空车到超员基本不变. (4)BCP调整区域.包括控制每根轴制动缸压力 的2个电磁阀和2个活塞阀,负责获得初调输出压力 并进一步将其调整为要求的BCP压力.BCP调整区 域也负责防滑控制时的制动缸压力调节. (5)连接阀区域.连接阀可使BCP输出压力连 接到一起或分开.在常用制动和紧急制动时,2个 BCP输出压力连通到一起,形成对每台转向架的控制 压力.在防滑功能激活时,连接阀将2根轴的制动缸 压力分隔开来,每根轴的制动缸压力取决于BCP的调 整压力. (6)压力传感器区域.压力传感器用于内部调节 或外部显示,采集的压力包括制动风缸(BSR)压力,空 气弹簧压力,制动缸压力(BCP). 2.2紧急制动功能 紧急制动电路为独立系统,采用常带电方式,一旦 失电,列车将自动实施紧急制动.在正常状态下.不允 许常用制动,紧急制动同时施加.在常用制动时一旦 实施了紧急制动,常用制动被紧急制动代替.G阀,S 阀各自独立控制转向架的紧急制动压力. 根据直线电机车辆电制动不受黏着限制的特点,紧 急制动采用两级控制,以降低空气制动滑行概率的发 生:第l级优先使用电制动;第2级采用纯空气制动. 2.3快速制动功能 快速制动由司机控制器触发,采用电空混合制动. 功能与常用制动相同,只是减速度高于常用制动(1.0 m/S),与紧急制动减速度(1.3m/s)相同. 2.4电一空混合制动 列车制动采用电制动与空气制动实时协调配合, 电制动优先,空气制动延时投入的混合制动方式. 常用制动采用电一空混合控制方式,优先采用无黏 着限制的电制动(电制动采用车控方式).不足部分由 空气制动补足. 单元内的主控制G阀接收到司机控制器发出的 PWM制动指令后,计算出单元所需制动力,同时 VVVF根据实际能力计算出可以发挥的电制动力发 送给对应的G阀;由主控制G阀计算出所必需的空气 制动力,按照车辆重量分配给A—B单元的其他制动控 制阀. 在一个制动控制阀(G阀或S阀)故障失去制动力 时,单元内的其他制动控制阀在黏着允许的前提下自 动补充失去的制动力.相比以往车控方式.在一个制 动控制单元故障的情况下,制动力损失会减少 l2.5oA. 2.5保持制动功能 ? 当收到保持制动信号时,制动控制系统将会施加 设定大小的保持制动力,当速度超过5km/h,该信号 会被屏蔽.当制动模式为0,牵引模式为1以及保持 制动信号为0时,保持制动将被缓解. 2.6停放制动功能 在司机室的电气柜内设有停放制动施加/缓解按 钮,通过操作制动施加/缓解按钮.控制停放制动施加/ 缓解电磁阀的得电/失电,对停放制动缸进行排风/充 风,从而控制停放制动的施加和缓解.停放制动的状 态在司机室TMS显示器上显示. 2.7防滑控制功能 如果检测到滑行,车轮防滑控制起作用,相应的控 制阀将会动作. 根据速度传感器采集信号计算出的速度信号通过 CAN总线传送到控制阀.通过下面2种方法来判断 滑行,以充分利用黏着:(1)单一车轴过大的减速度; (2)每一车轴的速度和参考速度之问的差值. 控制阀电子控制部分通过减速度,速度差中的任 一 个参数检测出滑行时,防滑控制功能就会起作用;当 检测到参数正常时,将恢复制动力的大小. 防滑控制时选取单元内8根车轴的速度信号进行 比较判断,较以往取单车4根车轴速度的判断方式提 高了防滑控制效率. 防滑控制具有冗余功能,当出现速度传感器故障 时.自动采用相邻车轴的速度信号进行滑行控制,同时 会向TMS报告. 2.8空压机控制功能 空压机的运转采用主辅原理,奇数日启动1号车 空压机.偶数日启动4号车空压机,空压机的主/辅控 制每天转换. 如果总风缸的压力低于7.5bar(G阀内的压力传 感器检测此压力).G阀输出启动继电器触点信号来启 ?27? 产品开发铁道车辆第48卷第1l期2010年11月 文章编号:1oo27602(2o10)11002204 铁道客车全自动整流器的研制及应用 周国良 (广深铁路股份公司广州车辆段,广东广州5J0010) 摘要:针对25型双供电客车的电气功能缺失问,研制了AC220V/DC48V全自动 开关式整流器.该整流器 采用了3+1冗余并联设计,自动均流,具有功率大,体积小,安全可靠,智能运行的特 点. 关键词:客车;整流器;并联 中图分类号:U270.38—1文献标识码:B l双供电客车电气功能缺失问题和应对 目前,在运用客车中有一批25B,25G型双供电的 餐车或软卧车,其AC380v/22oV电源由悬挂的30 kW柴油发电机组提供或由发电车集中提供,为空调 机组供电;其DC48V电源由悬挂的J5型5kW感应 式发电机提供,为全车照明,直流电风扇等供电.该批 车既可编挂到空调列车中,也可编挂到普通列车中,还 可单独编挂(专运). 该批车存在着严重的电气设计功能缺失问题:在 单独编挂(专运)或编挂到空调列车(仅此一个母车)中 时,一旦车速低,停车时间过长或J5型发电机故障时, 会发生蓄电池放亏,全车灭灯,由于无整流电源装置, 即使有交流电,也无法供直流照明.这种情况在实际 运用中多次发生,影响了列车正常运行. 为了彻底解决该批车存在的交流电不能转换成直 流电的问题,拟在此类客车的乘务间加装电源转换装 收稿日期:200911—20;修订El期:201006—27 作者简介:周国良(1964一),男,工程师. 动主空压机;如果总风缸的压力上升到9.0bar,空压 机电机将停止运转;当总风缸的压力持续降低到6.8 bar时,G阀内的压力继电器将闭合,主/N空压机均 启动,以保持供风.主控制G阀的内部时钟将与 TMS同步,根据奇数日和偶数日,G阀控制每天的主 空压机启动,保证空压机的工作率. 2.9回送控制功能 每辆A车的G阀通过检测回送机车的列车管压 力及模拟机车的牵引/制动操纵,向地铁列车内的各个 制动控制阀发送制动/缓解指令,使得地铁车辆与回送 机车同步牵引/制动. ? 22? 置一一全自动开关式整流器,输入AC220V,整流输 出DC48V;其直流输,出端并接于照明配电箱的L,D 一 端.当客车编挂到空调列车中或单独编挂(专运) 时,正常情况下J5型发电机提供直流电源;一旦J5型 发电机故障,全自动开关式整流器自动投入工作,将交 流电转换成DC48V输出,以避免直流断电.由于大 功率的客车全A动开关式整流器目前无定型产品,故 需要立项研制. 2客车全自动整流器研制中面临的主要难题' 双供电客车的最大负载直流电流可达到45A(不 含充电电流).从负载,体积,散热,安全等几方面考 虑,开关整流器的输出功率选定为2.5kw比较合适. 研制中需要解决以下难题: (1)高安全性与可靠性.由于整流器安装在客车 上,尤其是安装于专运客车上,要求其能够长时间安 全,可靠地运行. (2)功率与体积,散热的矛盾.整流器功率大,其 体积就大,发热也大,而客车乘务间空间不大且不通 紧急制动的环线将连接到回送机车的EP回送阀 上.这样保证了如果紧急制动线失电,地铁列车在实 施紧急制动的同时使列车管紧急放风,使前后车辆同 步制动. 3结束语 广州地铁4号线已经投入运营4年多,从实际运 营情况来看,EP2002架控制动系统充分体现了控制精 度高,响应时间短,可靠性高,可用性好及便于维护等 特点,能够充分利用电制动,降低了机械磨耗. (编辑:任海)