国产化A型地铁制动控制系统概述

文章编号:100227602(2009)1020014204国产化A型地铁制动控制系统概述

高全庆1,郭祥贵2(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海200331;2.上海轨道交通设备发展有限公司研发中心,上海200233)

摘 要:介绍了EP2002制动控制系统的组成、特点、安装方式、制动力分配方式和控制原理,并与常规的制动控制系统进行了比较。对制动系统的安全性设计进行了分析,为车辆的可靠运营提供了安全保障。关键词:地铁动车组;制动控制系统;控制原理;安全性设计中图分类号:U270.35 文献标识码:B

表1 EP2002制动控制系统与传统制动控制系统比较 随着地铁车辆性能的提高和技术的进步,地铁车辆用制动装置的指令方式已由空气指令式、电磁指令式发展到电气指令式(顺次增压、纯二进制、交变二进制、PWM)。最近,以减少车辆内的布线为目的,依靠串行传输指令正在成为主流。随着指令方式的演变,空气制动装置的控制部件,已从进行复杂的压力控制的控制阀,变成了结构简单的电空转换阀及中继阀,并由内置微机制动控制单元进行控制。上海国产化A型地铁车辆EP2002制动控制系统采用串行传输指令,在国内首次实现了EP2002制动控制系统与国产牵引控制系统和网络控制系统的配合,而且实现了空气制动力的整车平均分配。

1 EP2002制动控制系统

收稿日期:2009207206作者简介:高全庆(19792),男,工程硕士研究生。

1.1 控制结构EP2002制动控制系统采用的是按转向架控制的制动控制结构,与传统的按车辆控制的控制系统相比,具有布线少及故障对车辆的影响小等特点。EP2002制动控制系统与传统制动控制系统的对比见表1。

从表1和表2可以看出,在-50e低温状态下,密封圈的性能较常温状态下有所下降,但较原矩形圈有明显改善,仍然可以保证有效的密封。总之,E形圈具有压量密封和自密封双重性能,在因管子偏斜或紧固螺栓松动而导致密封圈压量不足甚至几乎没有压量的情况下仍保持了一定的密封能力。同210mm原设计压缩量相比,法兰单侧加垫215mm和双侧加垫210mm试验模拟了几乎没有压量的极限工作状态(实际运行中这种严重的工况发生概率极小),因此可以证明E形圈在具有良好密封特性的前提下还有较大的密封冗余。3 装车运行情况装用E形圈的法兰于2008年1月在齐齐哈尔车辆段进行了小批量装车低温运行考验,2008年2月又在眉山车辆有限公司的C70型新造敞车上装用了50

辆,并在出口安哥拉车上装用了80辆。从试运用情况看,装用E形圈的制动管系的密封性能得到显著提高。2008年10月开始在所有新造货车及厂修货车上装用E形圈,至今未出现漏泄及其他不良反映。

4 结论E形圈可使法兰在管子偏斜、紧固螺栓松动等极端恶劣的工况下仍保持良好的密封效果,同时与现有法兰用矩形圈具有完全的互换性。E形圈的采用有效地解决了制动管系中的法兰漏泄问题,提高了管系的可靠性。(编辑:李 萍)

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车辆产品与零部件铁道车辆 第47卷第10期2009年10月 1.2 制动控制系统的组成EP2002制动控制系统主要由EP2002阀、制动辅助控制单元以及其他辅助控制部件组成。该系统部件集成化程度高,节省了安装空间,同时也便于安装、维护和保养。国产化A型地铁车辆带司机室的拖车(Tc车)和动车(M车)各设有一个网关阀和一个RIO阀,带受电弓的动车(Mp车)设有2个RIO阀。图1为国产化A型地铁车辆Tc车气路原理图。M车除了不设空气供风装置、双针压力表以及汽笛外,其气路原理基本和拖车相同。1.2.1 EP2002阀随着计算机运算速度的提高、列车信息管理装置的发展和压力传感器精度的提高,制动控制装置中ON/OFF电磁阀可以由电流控制型EP阀代替,从而大大减少制动控制装置的体积和重量。EP2002阀就是新技术应用的产物。从功能上来讲,EP2002阀集成了传统制

动控制系统的制动电子控制单元BECU和制动控制单元BCU的功能。根据功能的不同,EP2002阀可以分为智能阀、RIO阀和网关阀3种。每个EP2002阀都集成了多个压力测试接口,可以方便地测量总风压力、制动缸压力、空气弹簧压力以及停放制动压力等各种控制压力。智能阀能够对空气制动和车轮滑行进行精确控制,并且通过CAN总线和其他EP2002阀进行通信以及对该转向架的空气制动系统进行故障诊断和信号传输。智能阀通过硬连线与列车紧急制动回路相连,当列车紧急制动回路失电时,智能阀将产生紧急制动。RIO阀除了具有智能阀的所有功能外,还作为数字信号输入、模拟信号输入/输出以及继电器信号的接口。网关阀除了具有智能阀的所有功能外,还能够执行制动控制管理功能,并作为制动控制系统和列车管理系统之间的接口。

图1 空气制动气路原理(拖车)1.2.2 制动辅助控制单元制动辅助控制单元(B02)主要由截断塞门、减压阀、电磁阀等组成(如图1所示)。上述装置集成在一个铝合金板上,既节省了安装空间,同时也便于安装、使用和维护。2 EP2002制动控制系统的原理2.1 网络结构EP2002制动控制系统的网络结构关系到列车制动控制方式以及制动力分配等关键问题,因此非常重要。EP2002制动控制系统具有很高的可靠性和灵活性,可以与多种总线结构兼容,如MVB总线、RS484总线、FIP总线和LONBUS总线等。制动控制系统网络结构的设置主要从安全性、可靠性和经济性等方面考虑。下面以6节编组的国产化A型地铁车辆为例,对EP2002制动控制系统的网络结构进行说明。国产化A型地铁列车的网络结构是将半列车所

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国产化A型地铁制动控制系统概述 高全庆,郭祥贵有的EP2002阀与CAN总线相连,并由Tc车和M车上的2个网关阀通过MVB总线与列车控制系统进行通信(图2)。系统上电时根据网络配置次序自动将Tc车和M车中的一个网关阀定义为主网关阀,而另一个被定义为从网关阀。从网关阀始终监控着主网关阀的状态,一旦主网关阀出现故障,从网关阀将在115s内接替主网关阀,并承担主网关阀的所有功能,以保证制动系统的安全、可靠运行。如果MVB总线出现故障,则网关阀将按照默认状态工作。CAN总线由2对双绞屏蔽线组成,具有很好的冗余性。

图2 EP2002制动控制系统的网络结构2.2 制动控制功能2.2.1 常用制动常用制动是列车在正线运行中最常用的制动方式,主要是为了保证列车精确停车,使列车车门能够在站台屏蔽门?013m的范围内停靠。通常,在常用制动模式下,列车的电制动能够使列车正常减速,只有当车速在10km/h以下时,才实施空气制动来保证列车的精确停靠。常用制动具有防滑控制和防冲动限制功能。2.2.2 快速制动快速制动是一种比较特殊的制动方式,能够实现比常用制动更大的平均减速度(等同紧急制动的平均减速度),而其他功能与常用制动功能基本相同。2.2.3 紧急制动紧急制动是列车在紧急情况下实施的制动方式,紧急制动指令通过列车安全回路来控制。一般情况下紧急制动可以由以下系统或者元件触发:紧急制动按钮、警惕按钮、总风低压继电器、ATP系统等。紧急制动是纯空气的制动,并且制动命令在停车之前不可恢复。紧急制动具有防滑控制功能,但不受冲动极限的限制。2.2.4 停放制动停放制动采用弹簧制动、充气缓解的方式,因此能够实现长时间的停车。停放制动具有手动缓解功能,以备在无风情况下对停放制动实施缓解。停放制动缸的空气压力信号通过压力开关实时传递到EP2002阀,并接受EP2002控制系统的监控。2.2.5 保持制动保持制动的主要作用是防止列车停在坡道上时发生溜车。保持制动在常用制动模式下且列车速度低于1km/h时触发。保持制动力的大小要保证列车停在线路的最大坡道上不会发生溜车。保持制动在列车牵引力大于保持制动力时缓解。2.2.6 车轮防滑保护系统(WSP)空气制动车轮防滑保护系统采用轴控方式,包括防滑阀、防滑控制单元、测速齿轮和速度传感器。防滑阀和防滑控制单元集成在EP2002阀内。空气制动车轮防滑保护系统在制动模式下且车轮的滑移率大于5%时激活,并且受到硬件看门狗电路的实时监控。牵引控制单元在车轮滑移率更低的情况下能够监测到滑行,并且通过减小电制动力来降低滑移率。如果空气制动车轮防滑保护系统检测到车轮滑行并且发现1s后车轮仍在滑行,空气制动系统就发送切除电制动信号和要求其电制动力为零的模拟信号给牵引控制单元,然后通过减少制动缸压力使车轮恢复到正常黏着状态。3 制动力分配方式3.1 与传统制动力分配方式的比较传统的制动力分配方式是以1M1T或者2M1T单元为编组的联合制动控制,在牵引控制单元和制动控制单元之间传输信号时需要大量的硬连线,增加了成本。传统制动方式制动力的分配采用的是优先考虑电制动,当电制动不足时再由拖车的空气制动来补充,当拖车的空气制动还不能满足制动需求时才由动车的#16#

铁道车辆 第47卷第10期2009年10月 空气制动来进行补充的原则。因此,从制动闸瓦的磨耗量上看,编组中各节车的磨耗不相同,拖车制动闸瓦磨耗量大。空气制动和电制动只能在一个单元内实现配合,因此当某个电制动发生故障时,只能由同一单元内的空气制动对其进行补充。国产化A型地铁EP2002制动系统中牵引控制单元和制动控制单元的信号传输是通过网络来完成的,因此能够对整个列车的制动力进行分配。制动力分配的原则是电制动力最大化,当电制动不能满足制动需求时,再由各个车空气制动平均分配电制动不足的制动力,这样就使各车的闸瓦磨耗基本相同,大大方便了车辆的维护和保养。3.2 制动力的分配由于EP2002制动控制系统是通过网络与列车控制系统来进行通信的,所以每个网关阀都能同时接收到每个车辆的载重信号和来自司控器的制动需求信号,并且根据这些信号来进行制动力的计算,由主网关阀将整列车所需的制动力平均分为4份并传输给本单元的每个动车相应的牵引控制单元。在一定速度和载重的情况下,一般电制动力是能够满足列车制动力要求的。一旦电制动不能满足列车制动力的需求,每个网关阀会根据制动力的需求值和电制动的实际发挥值来计算出需要补充的空气制动力(空气制动力值=列车需求的制动力值-实际的电制动力值)。基于实行每个制动闸瓦平均磨耗的理念,由于每列车制动控制系统由4个网关阀和8个RIO阀组成,因此主网关阀将所需补充空气制动力的1/12分配到本单元的每个网关阀或者RIO阀。当其中一个牵引控制单元发生故障时,由主网关阀对整列车所需的电制动力进行重新调整后平均分配给本单元相应的牵引控制单元。当其中一个网关阀或者RIO阀发生故障时,则主网关阀将空气制动力重新调整后平均分配给本单元相应的网关阀或者RIO阀。在制动力分配过程中必须满足每个转向架的电制动力与每个转向架的空气制动力之和小于或等于每个转向架的紧急制动力的原则。因此,如果某个转向架的总制动力值大于该转向架的紧急制动力值,则超出部分的制动力将平均分配给那些总制动力值没有超出紧急制动力值的转向架。