城阳低地板有轨电车制动系统组成及液压制动原理

丁 辉，李军辉

（南京中车浦镇海泰制动设备有限公司，江苏南京210009）

城阳低地板有轨电车制动系统组成及液压制动原理

丁 辉，李军辉

（南京中车浦镇海泰制动设备有限公司，江苏南京210009）

青岛城阳区低地板有轨电车由3个动车组成，采用捷克斯柯达FORCITY15/27车型的液压制动系统。首先介绍低地板有轨电车制动系统具有的制动功能，然后分析液压及磁轨制动系统的结构组成和各主要部件主要功用，最后着重介绍液压制动单元的工作原理。

有轨电车；制动系统；液压制动

青岛城阳区低地板有轨电车引进的是捷克斯柯达FORCITY15/27车型，属于100% 低地板轻轨车辆，其制动系统包含了3种制动方式：电制动、液压制动和磁轨制动。电制动包含再生制动和电阻制动。液压制动是由微机制动控制单元（EBCU）接受制动指令，使液压控制单元产生一定的压力，送至制动夹钳，实施制动/缓解。磁轨制动是一种非粘着制动方式，不依赖轮轨的粘着情况，磁轨制动力由轨道靴与轨道直接摩擦产生。

1 制动系统功能

城阳低地板有轨电车制动系统功能包括常用制动、紧急制动、安全制动、保持制动、停放制动；制动方式分为电制动、液压制动、磁轨制动，并配有滑行保护和撒砂设备，根据列车运行速度和不同的运营情况实施不同的制动方式及投入滑行保护和撒砂设备，见表1。

表1 制动功能的表现方式

1.1 常用制动

常用制动用于列车正常运行的减速和车站停靠，制动方式包含电制动和液压制动。车辆微机控制单元依据列车的速度、车重以及所需的制动减速度，计算出需要的制动力并进行制动力分配。

正常条件下，常用制动所需制动力由电制动承担，在低速下（一般为3～5 km/h）进行电液制动的平滑过渡，液压制动替代电制动。整个电制动过程中，滑行保护一直有效。

当电制动失效或不满足要求时，依据拖车先补液压制动的原则，拖车先行补充液压制动力，制动力再不够时，再由动车进行液压制动力补充。

1.2 紧急制动

紧急制动是指在紧急情况下，由列车安全回路触发的制动，各转向架优先施加最大电制动、所有磁轨制动和相应的液压制动力，同时激活撒砂功能。

1.3 安全制动

安全制动也是一种紧急制动，由司机室蘑菇按钮引起列车安全环路失电触发，采用低电平有效方式。直到列车停止前，安全制动不可撤销。安全制动会激活以下制动设备：所有转向架的弹簧制动器（最大液压制动力）、所有转向架的磁轨制动器，并激活列车运行方向上的撒砂装置。

1.4 停放制动

停放制动是指列车在满载状态下，能在最大坡度上保持长时间的停放。停放制动在列车动力关闭时自动施加，此时液压油排空，各转向架均施加最大弹簧制动，保证列车在坡道上或者入库后的停放要求。

2 液压及磁轨制动系统结构组成

城阳低地板有轨电车采用3个模块4个转向架编组型式，轻量化车体，模块间采用铰接式转向架，每个转向架的液压及磁轨制动系统结构组成如图1所示。每辆车上均装有2个磁轨制动器、1个液压制动单元和1个撒砂装置，转向架的每个轴上装配有液压盘和夹钳。

图1 液压及磁轨制动系统结构组成示意图

2.1 液压制动单元

液压制动单元具有的2个主要功能是：压力产生、压力控制和调节。微机控制单元依据制动需求控制液压制动单元，产生的液压压力能够抵消制动夹钳的弹簧力，从而实现制动缓解。液压制动单元中的比例压力控制阀依据微机控制单元的目标值进行液压压力的控制和调节。

2.2 液压制动夹钳

液压制动夹钳按制动形式分为主动夹钳和被动夹钳。城阳低地板有轨电车项目采用的制动夹钳均为被动式夹钳，通过加压缓解弹簧力实施制动缓解，减压释放弹簧力实施制动施加。同时还具有手动缓解功能及闸片间隙调整功能。

制动夹钳采用浮动-鞍形结构（图2），主要包括滑动销、鞍座、锥形弹簧卡盘、扭矩杆、浮动轴承等部件。锥形弹簧安装在鞍座上，鞍座作为制动夹钳的主要部件，可以为锥形弹簧卡盘提供支撑，鞍座直接安装在转向架上。

图2 被动式液压制动夹钳

制动时，弹簧力直接作用在浮动闸片上然后作用在制动盘上，在反作用下鞍座被移动，固定其上的闸片直接压在制动盘的侧面，此时整个鞍座和浮动闸片均被移动。缓解时，液压制动单元输出的液压油压力压迫卡盘内的液压活塞，制动力逐渐减少并最终被缓解。

2.3 磁轨制动器

磁轨制动器安装在转向架的2个侧架下面，磁轨制动的设计和工作原理与电磁铁类似，线圈是磁轨制动的关键部件。当线圈得电时，产生磁场。磁轨制动器通过自身的磁力吸附到轨道上，轨道靴在轨道上摩擦，实现制动施加。一旦线圈失电，磁轨制动器的2个弹簧悬挂装置克服其残余磁性而从轨道上提起，将磁轨制动恢复到初始位置，实现制动缓解。在列车紧急制动时，磁轨制动必须施加，在常用制动时，磁轨制动可以选择性施加。

3 液压制动原理

作为低地板有轨电车制动系统的重要组成部分——液压制动单元，其主要任务是控制制动夹钳的施加和缓解。液压制动单元的主要部件包括：直流电机、齿轮油泵、过滤器、单向阀、压力传感器、压力开关、压力比例阀、安全阀、泄压阀等，如图3所示。

图3 液压制动单元原理图

3.1 压力产生

图3中的左侧部分即为压力产生模块，主要部件包括直流电机、油泵、安全阀、单向阀、过滤器1、泄压阀等。直流电机得电后驱动油泵，将液压油从油箱中泵至油路板内部通路，经由过滤器至单向阀，最终储存在液压缸中，用于后期的压力控制和调节。

压力产生模块中的安全阀是为防止液压制动单元中的压力过高而设计的，由压力传感器采集液压管路中的压力，当达到设定值时，微机控制单元控制该阀打开，让液压油回流到油箱中，保证液压单元中的压力不超过最大设定压力。另外，泄压阀的目的是通过手动操作，将液压缸中的压力降为0 bar。

3.2 压力控制

图3中的右侧部分为液压制动单元的压力控制模块，主要部件包括压力比例阀、过滤器2、3/2路阀、2/2路阀、压力开关、油路板、辅助制动阀等。其中压力比例阀是整个压力控制的的关键部件，它依据微机控制单元传输过来的电流值（目标压力值）控制输出到制动夹钳的压力。在制动时，制动夹钳中的液压油需经过压力比例控制阀回流至油箱，为避免油中杂质损坏压力比例控制阀，需在两者之间增加过滤器2。

另外，在压力比例阀与油箱之间设置一个2/2路阀，其任务是在“制动缓解”的情况下，压力比例阀施加最大电流，2/2路阀得电，关闭压力比例阀到油箱的控制油路，既可以防止液压缸中油压的损失，也避免了列车运行中电机的重新启动。

3/2路阀设置的目的是分开常用制动回路和辅助制动回路。得电时，该阀关闭，常用回路激活，进行正常动作，此时制动缸中的油可通过压力比例阀流回油箱；失电时，制动缸连接辅助制动回路，此时制动缸中的油可通过辅助制动阀流回油箱，制动夹钳得以施加固定大小的制动力。

3.3 压力测试

可以通过液压制动单元上的压力测试点 P1和 P2来测试液压缸和制动缸中的压力，协助系统故障的判断与分析。

4 结束语

低地板有轨电车对丰富城市轨道交通系统起着重要的作用，液压制动系统作为有轨电车最关键的系统之一，对其运营可靠性有着较高的要求。通过对城阳低地板有轨电车制动系统的组成、液压制动原理等方面的介绍，可为后期推进有轨电车液压制动系统国产化提供一定的参考。

[1] 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，2008（5）：57-59.

[2] 曹国利，曾宪华，刘睿. 国产低地板轻轨车辆制动系统方案[J]. 城市轨道交通研究，2012（2）：111-114.

[3] 吴萌岭. 低地板有轨电车国产制动系统及运用[J]. 现代城市轨道交通，2014（1）：38-41.

责任编辑 冒一平

Braking System Composition and Hydraulic Braking Principle of Low Floor Tram in Chengyang

Ding Hui, Li Junhui

Qingdao Chengyang District low floor trams consists of3motor cars. Its hydraulic brake system uses Skoda Forcity15/27. This paper introduces the function of the low floor tram braking system, analyzes the structure composition and function of the hydraulic and magnetic rail braking system, and introduces the working principle of the hydraulic braking unit.

tram, brake system, hydraulic brake

U482.1∶U260.35

2016-04-29

丁辉（1986—），男，工程师，硕士研究生