电客车轮对防滑保护分析

靳军明

（石家庄市轨道交通有限责任公司 河北石家庄 050000）

1 引言

随着城市轨道交通的发展，高速和安全已成为城市轨道交通电客车设计的重要方向，这对城市轨道交通电客车制动系统的设计提出了更高要求，其中一个要求就是如何进一步提高防滑保护控制系统的性能，以便电客车制动时，既能有效防止轮对擦伤，又能充分利用轮轨粘着，得到较短制动距离。电客车施加制动时，轮对在钢轨上可能会产生滑行现象，此时轮轨间粘着状态已经被破坏，轮对与钢轨之间的滑动摩擦力为电客车的制动力，由于滑动摩擦系数远小于静摩擦系数，会造成实际起作用的制动力明显小于轮轨接触面处于正常粘着状态时的力，会使电客车制动距离延长，对城市轨道交通的运营造成很大影响。

轮对防滑保护控制系统能在制动力即将超过轮轨粘着力时判断出滑行，此时系统能有效控制降低制动力使轮对恢复滚动或滚滑混合状态，从而避免轮对滑行，防滑保护控制的关键是及时准确的判断防滑触发的时机和恢复时机，若防滑触发时机判断过早，会使得制动力损失过大，无法充分利用轮轨间的粘着，使制动距离延长；若判断过晚，可能会造成轮对踏面擦伤或加剧轮缘磨耗，起不到防滑保护的作用。

轮对滑行可造成轮对踏面的严重擦伤及车轮失圆，失圆的车轮在运行中会产生不良振动使轮对轴承受损，可能产生断轴的危险，影响电客车的运行安全，而失圆的车轮砸击钢轨，会使钢轨受损，近一步扩大电客车的不良振动，若防滑恢复时机选择过早，会影响轮轨粘着恢复，在当次滑行未完全恢复的状态下，易产生新一轮滑行，若防滑恢复时机过晚，会影响制动距离和防滑效率。为了保障城市轨道交通电客车运行安全，一般情况下我们的城市轨道交通电客车采用电制动和气制动两套防滑控制系统。

2 城市轨道交通电客车电制动和气制动轮对防滑保护控制系统

2.1 城市轨道交通电客车电制动轮对防滑保护控制系统

电客车采用电制动时，电客车牵引系统中轮对防滑保护功能由列车控制单元中的牵引控制功能模块执行。牵引控制功能模块中的轮对防滑保护控制系统利用齿轮箱上装设的速度传感器连续检测电客车速度，利用每根车轴上装设的速度传感器检测每根驱动轴的速度，采用速度差和减速度作为轮对滑行判定依据，滑行轮对速度必然低于其他没有发生滑行的轮对速度，从而根据牵引控制功能模块内部设定好的防滑算法检测和控制滑行，即当某轮对与电客车速度差值超过预先设计的滑行标准差时，则认为该轮对产生滑行，此时启动轮对防滑控制，防止轮对擦伤，同时应尽量减少该轮对牵引力参考值直到滑行停止以避免该轮对在牵引状态下发生不可控制的空转，在电制动时锁死，从而有效保护牵引电机不受损害。

电客车电制动过程中，随着电制动力的不断增加，当制动力达到最大粘着力后，轮对与钢轨之间的粘着状态就开始被破坏，在轮对滚动的同时会伴随着少量但越来越大的相对滑行，当这种相对滑行的滑移率超过一定值后，轮轨间的粘着状态遭到严重的破坏，粘着系数急剧降低，轮对转速会急剧下降，直至轮对被抱死而不能滚动，轻则造成轮对擦伤，重则造成事故。牵引控制功能模块中轮对防滑保护控制系统不断检测各轴减速度、车辆速度、速度差是否大于某一限值，一旦检测到某个轮对轴速度出现与允许值存在差异时，系统会准确的进行跟踪调整，电制动力会自动减少以满足实际轮轨间的传动值，在不利的轨道条件下降低该轮对的减速度，改进轮对的粘着力情况，并保证在粘着力低的情况下使制动力最大化而又不会对轮对造成损伤，当轨道条件变好或摩擦系数提高后，轮对防滑保护控制系统判断粘着力情况已经恢复正常时，制动力将会基于一个设计好的可调整的斜线增加。

轮对防滑保护控制系统应尽量避免防滑保护功能过于敏感，在避免轮对擦伤的同时最大限度的利用轮轨间可用粘着，在轮对滑行检测中，通过优化电客车参考速度计算方法获得精准的速度差，优化防滑判据，因为防滑判据不仅只是用以检测电客车是否或即将发生滑行，它作为轮对防滑控制的前级输入还需具备可以测量滑行深度的功能，从而进一步指导后续防滑动作深度。当轮对防滑保护控制系统检测到电制动滑行时，牵引控制系统会自动锁定当前发送给制动系统的电制动力实际值，如果牵引控制系统中轮对防滑保护控制在设定时间之内无法调整好，制动控制系统检测到滑行时间超过设定值后，将自动切除电制动，此时气制动控制系统接管轮对防滑保护控制。另外，某个轮对轴的减速度检测与其它轴无关，轴间的直径补偿不会影响它的精度。

2.2 城市轨道交通电客车气制动轮对防滑保护控制系统

目前，城市轨道交通电客车多采用EP2002型制动控制系统，该系统是由德国克诺尔公司研制生产的，为电气模拟指令式制动控制系统，其核心部件是网关阀及智能阀，EP2002型制动系统采用架控式，即一个网关阀或智能阀控制一个转向架，该系统轮对防滑保护采用轴控防滑控制方式，能单独控制每根轴上闸缸制动力来校正轮对滑动。轮对防滑保护控制系统基本部件包括：防滑电磁阀、测速齿轮、速度传感器、网关阀或智能阀微处理器控制系统中的轮对防滑保护控制单元等。安装在齿轮箱上的测速齿轮和安装在每根轴端上的速度传感器会把速度信号传至控制该转向架的轮对防滑保护控制单元（利用单位时间内电磁脉冲信号频率计算速度），轮对防滑保护控制单元与通过专用 CAN制动器总线传输的其它阀（网关阀或智能阀）获得的速度数据相结合进行逻辑计算，用来监测电客车的减速度和各轴之间的速度差，以此来判断轮对的实时状况，当监测到某轮对出现滑行时，轮对防滑保护控制系统能迅速的向控制该轮对的防滑电磁阀发出指令，关闭压缩空气通路，并开启制动缸通向大气的通路，进行排风缓解，从而解除该轮对的滑行现象，当轮对防滑保护控制系统确定粘着条件恢复到正常状态，轮对速度再次上升时，气制动轮对防滑控制系统将返回到初始状态。

另外，在轮对防滑保护控制恢复的过程中，应合理控制制动力，对于轻度滑行，应尽可能阶段少量排气并保压，试探性摸索当前轮轨可用粘着，对于强度较大的滑行，适用快速排气，阶段充气，恢复的时机应尽可能早。如果气制动轮对防滑保护控制系统通过防滑电磁阀排气缓解超过一定的时间，安全回路会动作再次实施摩擦制动，以使电客车在粘着不利的情况下尽快恢复制动作用，以求最大程度降低制动力损失，保证合理的制动距离，确保电客车运行安全。为保证轮对防滑保护控制启动时制动缓解时间不超过特定时间，在网关阀及智能阀内均设有硬件计时电路来持续监控防滑控制时间。

3 结语

轮对防滑保护控制系统在城市轨道交通电客车制动系统中不可缺少，系统设计需综合考虑防滑兼轮轨粘着利用。通过采用合理的控制方式，要求系统不仅能有效防止轮对滑行，还能在提高制动效率的基础上，充分利用轮轨间粘着，缩短制动距离。我们的城市轨道交通电客车采用电制动和气制动两套防滑保护控制系统从而保证运营安全可靠，虽然这两套系统具有结构紧凑、控制精度高、响应时间短、集成化程度高、可维护性少、系统故障率低、质量可靠、通用性高、国际先进等优点，但是我们还是应该不断探索优化这两套系统使其安全性、可靠性不断提高。