国产低地板轻轨车辆制动系统方案

曹国利 曾宪华 刘 睿

（1.长春市轨道交通集团有限公司，130062，长春；2.上海庞丰交通设备科技有限公司，201802，上海／／第一作者，高级工程师）

低地板轻轨车辆的地板面与轨道面之间的距离较小，普通气动制动系统由于部件体积较大，难以在低地板车辆上安装，因此低地板轻轨车辆大多采用了液压制动系统。长春轻轨是我国最早开始应用液压制动系统的商业运营线路，本文基于长春轻轨的运营经验，提出了适合的国产化低地板轻轨车辆制动系统方案［2］。

1 基本设计要求

相对于地铁，低地板轻轨列车具有自重轻、载重小的特点，但由于低地板列车往往在地面行驶，在很多情况下没有独立路权，因此对制动减速度和制动系统的可靠性要求较高。

低地板轻轨列车的设计速度与大多地铁列车相同，约为80km／h。但由于与其他地面交通工具和行人有平交道口，所以往往需要较大的制动减速度，常用制动平均减速度要求大于1.1m／s2，紧急制动平均减速度一般在1.8～2.4m／s2。由于大减速度需要大的制动功率，所以一般来说低地板列车对制动系统的要求比地铁列车更为苛刻。

低地板轻轨列车的停放制动装置需保证列车满载时能在25‰～30‰的坡道上安全停放。

2 制动系统组成

国产低地板轻轨车辆制动系统，为微机控制的模拟式电子液压制动系统。主要由液压制动控制单元（HCU）、微机制动控制单元（BECU）、阀控制单元（VSS）、液压制动夹钳（ZDJQ）、制动盘（ZDP）、磁轨制动（CGZD）、撒砂装置（SSQ）和速度传感器（SDCGQ）等部件组成。

该系统具有常用制动功能、紧急制动功能、安全制动功能、停车制动功能及停放制动功能。图1表示的是三辆车的系统构成。如列车为6辆编组，另外3辆车的系统构成与之相同。

2.1 液压制动控制单元

液压制动控制单元（见图2）由各种电气、液压元件组成，来完成能量的传递、转换及控制。其组成包含电机、齿轮泵、溢流阀、过滤器、单向阀、压力开关、测试接头、蓄能器、卸荷阀、比例压力控制阀、二位二通电磁阀及阀块等。HCU设置的视油镜能够清楚的观测到油位高低，并配以放油螺塞将不需要的油放掉。

2.2 微机制动控制单元

微机制动控制单元安装在拖车上，以CAN总线与车辆控制单元之间通信，根据车辆控制单元所给指令控制基础制动装置采取相应大小的机械制动。依据不同的模式（常用制动、紧急制动、电制动失效模式等）给出不同的制动力。

图1 制动系统组成

图2 液压制动控制单元（HCU）

2.3 阀控制单元

阀控制单元安装在动车上，接受车辆控制单元的控制，根据车辆控制单元和司机所给指令控制液压控制单元的动作，驱动制动夹钳实施三个阶段（停车制动、替代制动、停放制动）的制动作用。

2.4 液压制动夹钳

在国产轻轨车辆制动系统中，液压制动夹钳分为两种，被动式液压制动夹钳（见图3）和主动式液压制动夹钳（见图4）。而且为满足转向架的狭小安装空间，采用轴盘式基础制动，液压夹钳为紧凑型。

图3 被动式液压制动夹钳

图4 主动式液压制动夹钳

在动车转向架上安装有牵引电机，故液压制动单元可根据安装空间的实际情况可装在轮上或电机轴上；在拖车转向架的每个车轮上均装有一套液压制动单元。

被动式液压制动夹钳的闸片压力是由在卡盘内的碟形弹簧产生的，直接作用在浮动制动闸片上，随后作用在制动盘上。在反作用力作用下托架被移动，固定其上的闸片被压在盘的侧面［1］。当制动时，整个托架和浮动闸片被移动。当活塞侧的液压压力升高，活塞压迫碟形弹簧，制动力相应减小或者完全缓解。

被动式液压制动单元具有液压缓解功能和手动缓解功能。另外还有闸片间隙调整器，能够实现闸片磨耗的间隙自动补偿。且夹钳的闸片安装设计能够满足狭小空间内的闸片更换。

主动式液压制动夹钳使用两对活塞安装在盘的相对的位置上。单元非常紧凑、轻巧而且不需要额外的支撑支架。夹钳安装在车轴的轴承座上，这些夹钳使用两对（每边两个）连杆，延伸到盘的两侧，以适应制动盘和闸片的磨耗。由于使用4个连杆，所以夹钳不需要间隙调整器。液压系统给活塞加压制动、减压缓解。

2.5 磁轨制动装置

根据EN13 452标准的要求，低地板轻轨车辆制动系统中必须设置非粘制动，以满足在紧急制动时对较大制动力和制动减速度的要求。

国产低地板轻轨车辆制动系统中，采用了磁轨制动。磁轨制动装置（见图5）安装于转向架两侧，其悬挂装置在不使用磁轨制动时能保证磁轨装置平稳的悬挂在轨道上方，并有防止意外脱落的措施。磁轨装置的悬挂装置可调节，方便维修人员在车轮磨耗后根据车况进行调整。

磁轨装置的磨耗靴距离轨面的间隙为7～10mm，当磁轨装置通电后，能迅速靠磁力将磨耗靴吸附在钢轨上，通过其与轨面的相对摩擦，将列车动能装化为热能。

图5 磁轨制动装置

2.6 撒砂装置

为了满足低地板轻轨车辆高黏着利用要求，系统设置了撒砂装置，在紧急制动指令或司机指令实施撒砂功能，改善轮轨之间的黏着，缩短制动距离，且避免车辆擦伤。

每列车配置4套撒砂装置，分别布置于头车第一个轮对的左右车轮附近。

3 制动系统原理

国产低地板列车制动系统采用微机控制的模拟式电液制动系统，通过司机操作可实现各种制动作用。列车的制动是由各车独立实施的。

列车制动由电制动、液压制动、弹簧制动、磁轨制动实现，通过不同的组合以实现紧急制动、常用制动、停放制动、停车制动、安全制动等。

如图6所示，列车的制动指令可由司控器、操作台按钮或车辆控制单元（VCU）发出，通过列车线传递给微机制动控制单元和阀控制单元（VSS）；还有一路网络CAN。由列车传递给拖车的BECU。

图6 列车制动系统电气原理图

列车的制动管理由车辆控制单元来完成。微机制动控制单元和阀控制单元只负责接收制动指令，并根据制动指令控制对应的液压制动控制单元。

4 结语

由于液压系统具有单位功率重量轻、平稳性、快速性好等特点，且液压元件的布局灵活，使用块式集成的方式可使整个液压系统紧凑、占用空间小。因此，考虑到低地板车车底转向架处空间非常有限的特点，低地板车使用液压制动系统是必然趋势。液压制动系统在长春轻轨70%低地板车上的使用，就是利用其液压制动设备小的特点，达到了节约空间的目的。并且液压制动效果平稳、快速、准确，能实现电液的自动控制。液压制动已在世界各国的城市轨道交通中被广泛使用，国产低地板轻轨车辆制动系统的开发填补了我国在这一领域的空白。

［1］李润林.轻轨车液压与磁轨制动系统［D］.北京：北京交通大学，2007.

［2］李红军.长春轻轨车辆的液压制动设计原理［J］.城市轨道交通研究，2007（10）：38.