苏州有轨电车2号线国产液压制动系统研制

袁富卫，齐增强，朱新宇

（1中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031；2南京中车浦镇海泰制动设备有限公司，江苏 南京 210031）

0 引言

有轨电车是一种中等运能、设计新颖、环境友好、资源节约的城市轨道交通系统。但是，由于有轨电车相对于地铁车辆车下设备安装空间有限、制动响应要求高，传统的空气制动系统难以满足要求，而液压制动系统具有设备结构紧凑、制动响应时间快、同等体积情况下制动力大等特点，因而使其在有轨电车上得到广泛应用。目前国内外主要成熟批量运用的液压制动系统仍被国外的制动厂家所垄断。中车南京浦镇车辆公司为推动国内制动厂家液压制动技术的成长与发展，在其苏州有轨电车2号线项目中采用了南京中车浦镇海泰制动设备有限公司自主开发的液压制动系统产品。

1 概述

苏州有轨电车2号线采用模块化设计，包含3个转向架模块（2个动车转向架MB模块和1个拖车转向架TB模块，其中BM3为TB模块，BM1和BM7为MB模块）和2个客室模块，共计5个基本车辆模块。模块编组形式为：

图1 列车组成示意图Fig.1 Configuration of tram

制动性能要求：①常用制动平均减速度 （AW2）≥1.2 m/s2；②安全制动平均减速度（AW2）≥1.5 m/s2；③危害制动等效减速度（AW2）≥2.8 m/s2。

车辆液压制动系统要求满足EN13452-1的相关规定。制动系统包括电制动、液压摩擦制动和磁轨制动。其中电制动优先级最高，液压摩擦制动其次，磁轨制动优先级最低。

2 液压制动系统原理与功能

液压制动系统采用被动式制动系统如图2所示，在车辆缓解时，3个转向架模块的电子制动控制单元（EBCU）根据缓解指令，控制液压制动控制单元（HBCU）中的比例阀生成缓解压力，输出至转向架上的制动夹钳，实现制动缓解。在接收到制动指令后，EBCU通过控制HBCU中的比例阀调节制动缸中的压力，实现制动功能。

当蓄能器中的压力低于设定值时，EBCU可通过泵驱动单元（PDU）驱动HBCU中的电机启动，当压力达到目标值后，电机停止工作。

当液压制动系统故障时，可通过紧急缓解单元（ERU）实现对故障模块制动夹钳的电气远程缓解。或者可直接对液压制动夹钳进行强制机械缓解。

每个转向架模块均设置磁轨制动器，当危害制动和安全制动时，车辆控制单元（VCU）控制施加磁轨制动。

TB模块液压制动系统接收车辆的牵引、常用制动、危害制动、强迫制动、安全制动等指令，与车辆具有MVB网络通信功能；MB模块液压制动系统接收分级制动（0.5级/1级/2级制动）、安全制动、停放制动等指令。同时，液压制动系统向车辆反馈制动状态以及制动系统的故障等信息。

图2 液压原理图Fig.2 Hydraulic schema

车辆的制动模式如表1所示。

表1 制动模式Tab.1 Brake mode

（1）常用制动。通过操纵司控器，可以施加常用制动；当司控器手柄处于非制动位，常用制动被取消。常用制动用于常规减速，正常条件下常用制动过程所需制动力全部由电制动承担，直到停车前，在低速下联合液压摩擦制动进行准确停车。

常用制动工况下，车辆具有防滑保护功能。

（2）强迫制动。强迫制动通过司机警惕按钮、乘客紧急手柄、网络监控等自动触发。同常用制动模式，正常情况下所需制动力全部由电制动承担，直到停车前，在低速下联合液压摩擦制动进行停车。

强迫制动工况下，车辆具有防滑保护功能。

（3）危害制动。危害制动通过操作司控器手柄到制动区最后一位来实现。危害制动过程中，施加MB模块的电制动、TB模块的液压摩擦制动以及全列车的磁轨制动，从而达到所需的减速度。

危害制动触发后，在车辆完全停止前允许撤销，此工况下车辆具有防滑保护功能。

（4）保持制动。制动系统具有保持制动功能，能够保证车辆在本线路最大坡道启动时车辆不后溜。另外，在车辆低速停车制动过程中，配合电制动的淡出实现车辆平稳、准确停车。

（5）安全制动。安全制动通过司机室蘑菇按钮触发。根据故障导向安全的原则，安全回路失电触发安全制动。安全制动过程中，安全回路失电，HBCU中的安全制动阀也失电，从而所有转向架施加一个设定的制动力。安全制动过程中电制动被切除，所需制动力全部由液压摩擦制动来承担。安全制动一旦触发，在车辆完全停止前不能被取消。

（6）停放制动。车辆停止时，若车辆断开24VDC电源，液泵电机关闭，液压制动夹钳中的压力通过HBCU中的停放电磁阀卸载，弹簧力完全施加，车辆施加停放制动。停放制动可使最大载荷工况下的有轨电车在最大坡度下保持静止。

（7）滑行控制。电制动的防滑控制由牵引系统进行控制，液压摩擦制动的防滑控制由制动系统进行管理。

MB模块只具有电制动防滑控制，由牵引系统进行控制。

TB模块制动系统进行液压摩擦制动的防滑控制。EBCU通过速度传感器采集车轮速度信息，当检测到滑行时，通过增加HBCU输出的压力，降低转向架的液压制动力，待滑行恢复后，重新恢复目标液压制动力。

（8）紧急牵引模式。在紧急牵引模式下（VCU故障或者MVB故障），MB模块与TB模块上的EBCU直接根据 “牵引”、“制动”和“危害制动”指令硬线施加固定的液压制动力。该模式下TB模块液压制动系统仍具有滑行控制功能。

另外液压制动系统还具有故障诊断、泵启停控制、紧急缓解、轮径设定等功能。

3 液压制动系统部件

苏州有轨电车2号线液压制动系统配置如表2所示。

表2 制动系统配置清单Tab.2 Configuration list of brake system

3.1 电子制动控制单元（EBCU）

MB模块EBCU主要接收车辆硬线信号识别制动指令。TB模块EBCU还可通过MVB通信，接收并处理VCU的制动指令。两种EBCU都可采集HBCU上相关压力，通过液压比例阀闭环控制，调节液压制动夹钳的压力实施制动。同时EBCU可实时监测蓄能器压力，实现HBCU中电机的管理与控制。两种EBCU都具有故障监测、诊断和记录等功能，TB模块EBCU另外具有车辆速度采集与防滑控制功能。

图3 TB模块电子制动控制Fig.3 Electronic brake control of TB module

3.2 泵驱动单元（PDU）

PDU用于控制液压单元中电机的启停。当有控制信号输入时，PDU将此信号在内部进行转换，通过软启动控制驱动液压单元的直流电机。同时PDU具有故障保护、故障信号输出的功能。

3.3 液压制动控制单元（HBCU）

HBCU主要由电机、泵、过滤器、溢流阀、安全阀、单向阀、压力传感器、比例阀、三通电磁阀、两通电磁阀、手动换向阀、呼吸器、集成块、油箱和上护罩等部件组成。

HBCU具有如下功能：

（1）压力生成功能：通过电机带动泵生成油压，输出至与液压制动控制单元S口相连接的蓄能器。

（2）压力检测功能：通过压力传感器分别检测蓄能器及比例阀输出的压力。

（3）压力控制功能：通过比例减压阀实施常用/紧急制动压力控制；通过其他液压阀实施的安全/停放制动压力控制。

图4 液压制动控制单元（HBCU）Fig.4 Hydraulic brake control unit（HBCU）

3.4 紧急缓解单元（ERU）

ERU主要由泵、电机、集成块、安全阀、单向阀、压力开关、电磁换向阀、进油过滤器、油箱、上护罩、等部件组成。

紧急缓解单元主要为车辆在紧急情况下提供缓解所需的压力油。

ERU具有如下功能：

（1）缓解：通过激活电磁阀D，同时电机M驱动泵P输出液压油至液压制动夹钳，进行缓解。

（2）撤销缓解状态：通过电磁阀D失电，从而将液压制动夹钳的压力降至0，撤销缓解状态。

3.5 基础制动装置

基础制动装置包括液压制动夹钳、制动盘和制动闸片。制动夹钳为被动制动夹钳、制动盘为铸铁制动盘、闸片为合成材料闸片。液压制动夹钳通过吊杆和支持销固定在转向架构架上，制动盘安装于车轮外侧的轴端。当车辆在需要制动或驻车时，制动系统对液压制动夹钳泄压，夹钳内部储能元件释放能量，推动杠杆顶压闸片实施制动。

3.6 磁轨制动器

磁轨制动器主要由电磁线圈、铁芯、导架、夹板（磁轭）、磨耗块、摩擦靴、导轨、悬挂系统等部件组成。

当磁轨制动器得电后，电磁线圈产生磁场。磁场通过、线圈铁芯、夹板、摩擦靴、工作间隙以及轨道形成一个完整的闭合磁路，产生电磁力使摩擦靴与轨道吸合。摩擦靴与轨道之间通过相对运动产生摩擦力从而形成磁轨制动力。磁轨制动力通过导架传递到转向架，然后作用于车辆。

当磁轨制动器失电后，悬挂系统中的弹簧克服本体重量和剩余电磁力的作用从轨道上提起磁轨制动器，使其回到初始位置。

4 液压制动系统试验考核

该液压制动系统在产品开发过程进行了一系列试验验证。该液压控制系统按照EN 50155：2007、EN 50121-3-2：2006、IEC 61373-2010、GB/T 25119-2010、GB/T 2423.1-2008、GB/T 2423.2-2008、GB/T 2423.17-2008、TB/T 3021-2001标准要求，开展了电磁兼容试验、振动冲击试验、温度试验、交变湿热、盐雾试验等型式试验；按照1：1台架试验大纲开展了盘片摩擦磨耗试验；通过产品耐久试验验证了产品的寿命与可靠性。各试验满足部件产品设计要求。

该液压制动系统进行了地面组合试验，试验项点包括：正常模式与紧急牵引模式下的制动试验、网络通信异常情况下的制动试验、滑行检测与控制、响应时间测试等。各试验满足系统设计要求。

该液压制动系统经过部件与系统充分的试验验证后，开展了装车试验测试，并通过第三方开展的液压制动系统静置功能试验、线路性能试验、防滑保护试验以及热容量试验测试，试验结果符合车辆制动性能要求。

图5 线路型式试验Fig.5 Line type test

5 结束语

目前，南京中车浦镇海泰制动设备有限公司在低地板有轨电车制动系统技术方面已经进行了较深入的研究，实现了批量生产与装车运用。液压制动系统的国产化设计与运用，一方面打破了国外液压制动系统在国内市场的垄断，另一方面给国内主机厂提供了选择空间，可大幅度降低低地板有轨电车的制造成本，同时国产制动系统的各项配套服务，如备品备件、售后服务等及时到位，大幅度降低了车辆的运营成本。自主液压制动系统的运用对我国轨道交通事业的发展具有重要的意义。

[1]苏州有轨电车2号线通用采购技术规范[Z].中车南京浦镇车辆有限公司，2015.

[2]苏州有轨电车2号线液压制动系统采购技术规范[Z].中车南京浦镇车辆有限公司，2015.