我国城轨交通车辆制动系统技术标准体系研究

李培署

(中车青岛四方车辆研究所有限公司 制动事业部，山东 青岛 266031)

我国城市轨道交通行业的大规模发展全面带动了装备制造业及产业链的发展和技术升级。按照国家发改委《增强制造业核心竞争力三年行动计划》和《关于加强城市轨道交通车辆投资项目监管有关事项的通知》要求，应积极开展城轨装备标准制修订，发展团体标准和企业标准，完善城轨装备标准规范，加快构建中国城轨装备标准体系。

作为城轨交通车辆关键核心装备的制动系统，有必要建立技术标准体系，以更好地推进制动系统统型产品开发，提高产品的通用性与互换性，满足制动系统产品设计、制造和运用需求。

1 我国城轨交通车辆制动系统技术现状

根据GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》，城市轨道交通包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统[1]。目前地铁车辆、轻轨车辆、有轨电车在国内均已批量运用，中低速磁浮车辆、市域快速车辆、单轨车辆也逐步扩大应用。

制动系统是城轨交通车辆的核心系统，组成较为复杂，以地铁列车为例，每列地铁列车制动系统通常由五六十种部件组成，且技术领域跨度大，涵盖了气动控制、计算机控制、机械驱动、摩擦材料、密封等技术，不同的城轨交通车辆采用的制动技术也有所不同，有的甚至差异较大。

绝大部分地铁车辆、轻轨车辆和市域快速车辆采用微机控制直通电空制动系统，主要由制动控制系统(也称为制动控制装置)、基础制动装置、风源装置、防滑装置、辅助设备及管路供风部件等组成。制动控制装置分为车控和架控2种形式，主要由电子制动控制单元、中继阀、空重车阀、紧急阀、电磁阀、压力传感器等组成。大部分城轨车辆基础制动采用踏面制动方式，主要包括单元制动器和闸瓦；100 km/h及以上速度等级的大部分地铁车辆、轻轨车辆等采用盘形基础制动装置，主要由夹钳单元、制动盘、闸片组成，多采用铸铁制动盘和合成闸片。风源装置分为主空压机组成和辅助空压机组成，主要包括空压机和干燥器，大部分采用活塞式或螺杆式空压机和双塔吸附式干燥器，部分采用膜式干燥器，主空压机组成为全列车用风设备提供压缩空气，辅助空压机组成为升弓设备提供压缩空气。防滑装置除了电子控制部分集成在电子控制单元内，还包括防滑阀和速度传感器。辅助设备及管路供风部件包括维护终端、回送装置、风缸和阀类部件等。

有轨电车、单轨车辆、磁浮车辆和自导向轨道车辆主要采用微机控制的液压(也称为电液)制动系统，部分采用空气-液压转换制动系统。微机控制的液压制动系统主要由制动控制及动力装置、基础制动装置等组成，部分设有防滑装置。制动控制及动力装置主要包括电子制动控制单元、液压单元、蓄能器；基础制动装置随车型不同结构形式差异较大，包括主动式和被动式夹钳单元、液压制动器、气-液转换制动器、制动盘、闸片等。空气-液压转换制动系统主要应用在部分跨座式单轨车辆、中低速磁浮车辆上，其制动控制装置与直通电空制动系统的基本相同，基础制动装置采用液压制动方式。有轨电车和部分其他形式的城轨车辆还装有非黏着制动的磁轨制动装置。

大部分城轨车辆在常用制动时采用空气/液压制动与动力制动的复合制动方式，优先并充分发挥动力制动的作用，空气/液压制动只是作为补充，起到节能环保的作用；紧急制动时采用空气/液压制动，确保列车遇到紧急情况时能够安全停车。动力制动由牵引系统实施，包括再生制动和电阻制动2种形式。

城轨车辆制动系统通常也可划分为供风和制动两部分，风源装置、风缸及相关供风部件等属于供风部分，其余设备属于制动部分。

2 国内外城轨交通车辆制动系统技术标准现状

2.1 国外现状

国外很少有城轨车辆制动系统国际或国家级标准，与制动系统相关的标准主要分布在UIC、EN、ISO、IEC、AAR等标准中。

UIC、AAR、EN针对客车、货车、高速车辆制动系统的标准较多，标准内容涉及到制动系统、制动机、基础制动部件、空重车调整装置、防滑装置等的功能要求、性能要求、结构尺寸要求及制动计算要求、制动试验要求等。其中：UIC涉及到客货车制动系统的标准较多；AAR 主要针对货车制动系统；EN则在机车牵引的列车制动系统和高速列车制动系统方面形成了系列标准，EN 13452是少有的专为城轨交通车辆制动系统制定的标准，涉及到电车、轻轨、地铁(钢轮/橡胶车轮)、通勤/区域铁路车辆制动系统性能和试验方面的要求，主要对制动系统的基本功能配置及典型参数给出规定并有相应的检验方法；ISO、IEC涉及轨道车辆制动系统、整机和部件的环境试验、装车后试验等方面的标准较多。

2.2 国内现状

长期以来，我国城轨车辆制动系统及部件产品的设计、制造、试验检验等主要依据国家标准、铁道行业标准和国际/国外标准，由于这些标准与城轨车辆制动系统不完全适应，从而影响制动技术的规范发展，满足不了制动系统产品走向世界对标准的需求。

2000年后，我国陆续制定了GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》、GB 50157—2003《地铁设计规范》、GB/T 7928—2003《地铁车辆通用技术条件》等通用性的国家标准，只对制动系统提出了部分顶层技术要求，涉及到制动系统的内容较少，无法支撑制动技术和产业发展。

近年来，为适应行业发展的需要，中国城市轨道交通协会组织制定了电空制动系统的3项系统类和7项部件类团体标准(T/CAMET系列)，于2017—2018年发布实施。这几项标准主要用于指导电空制动系统及主要部件的设计和试验验证，但标准数量少，覆盖面小，无法对城轨交通车辆制动技术及产品全领域提供支持。

我国有轨电车、单轨车辆、中低速磁浮车辆及部分轻轨车辆等采用的液压制动系统或空气-液压转换制动系统及其部件产品的标准还处于空白状态。

面对城轨车辆制动系统技术标准缺乏对制动技术和产业发展所带来的不利影响，从2018年底起，中国中车集团有限公司组织相关企业，在国内外制动系统供应商、城轨用户的大力支持下，进行了城轨车辆制动系统技术标准体系的建立工作，制定了20余项电空制动系统、液压制动系统、空气-液压转换制动系统及其主要部件产品的企业标准，并陆续发布实施。

3 城轨交通车辆制动系统技术标准体系架构研究

建立标准体系的目的是促进城轨车辆制动系统产品平台的优化及统一，引导产品设计向系列化、通用化、谱系化、模块化方向发展。通过标准体系的建立，完成相关标准制定，形成统一的技术规范，指导平台化产品设计，避免重复研发和投入，提高设计效率，提升产品档次和品质。

对于铁路客车、货车、机车、动车组等轨道车辆，虽然每种车辆有多种车型，但各车型制动系统基本有统一的技术平台，同一种车辆的制动系统统型和产品互换性较好，标准体系架构较为清晰。以中国国家铁路集团有限公司下发的客车制动系统标准体系为例，其体系架构主要由通用标准和产品专用标准两部分组成，其中，通用标准部分包括基础设计标准(如螺纹、橡胶件尺寸、防护件等)、材料标准(如各种金属和非金属型材等)、通用零部件标准(如弹簧、橡胶密封件、管件等)等方面的54项标准；产品专用标准包括制动系统的各功能模块及其主要部件的61项已有或待制定标准[2]。

如前所述，城轨交通车辆包括七大类型，其中地铁车辆、市域快速轨道车辆和部分轻轨车辆的制动技术较为接近，其他类型车辆制动系统的技术差异较大，有的甚至为完全不同的技术类型。如果像铁路机车车辆和动车组一样，每一类型车辆分别建立各自的标准体系，则不利于城轨车辆制动系统产品平台的优化及统一。

铁路机车车辆和动车组制动系统组成情况见表1，各种城轨交通车辆制动系统的组成情况见表2。

表1 铁路机车车辆和动车组制动系统组成

表2 城轨交通车辆制动系统组成

从表1、表2可以看出，任一类型城轨车辆制动系统的复杂程度都不亚于干线铁路某一类型车辆的制动系统，如果按照类似于铁路客车制动系统标准体系架构来构建城轨车辆制动系统标准体系，将形成一个复杂、庞大的体系架构。铁路客车制动系统标准体系建立时，尚没有系统级的通用技术规范，因此将基础设计类、材料类、通用零部件类等方面的标准均单独列出纳入体系中，造成通用标准部分的体系过于庞大。在城轨车辆制动系统的标准体系建立时，通用标准部分应主要列出系统级的通用技术规范，被制动系统通用技术标准和专用技术标准引用的基础设计类、材料类、通用零部件类等标准不再单独列入体系中，这样可使城轨车辆制动系统标准体系在制动系统种类多、技术跨度领域大的情况下，形成一个结构优化、标准数量合理、层次清楚、分类明确的架构。

基于以上分析，城轨交通车辆制动系统技术标准体系将按照通用技术标准和产品专用标准进行构建，通用技术标准主要包括各制动系统的通用技术条件、制动计算规程等。由于大部分城轨车辆制动系统的构成与既有高速动车组制动系统类似，因此产品专用标准部分可参照原中国铁路总公司下发的运辆动车函[2016]299号文《关于重新公布动车组系统功能分类的通知》对城轨车辆制动系统进行分类，按子系统、功能组、功能件划分，构建技术标准体系框架。城轨交通车辆制动系统标准体系框架见图1。

图1 城轨交通车辆制动系统标准体系框架

图1的标准体系框架包含了制动系统、子系统和功能组部分，各功能组下面还有众多的功能件，不再一一列出。

4 既有标准的适应性分析研究

以下只对国内外既有的城轨车辆制动系统标准情况进行分析研究，中车城轨车辆制动系统标准体系尚处于建立过程中，不对其相关标准进行分析。

4.1 通用技术标准分析研究

国内外城轨车辆制动系统通用技术标准主要有EN 13452-1：2003《铁路设施 制动 公共运输制动系统第 1 部分：性能要求》、EN 13452-2：2003《铁路设施 制动 公共运输制动系统 第 2 部分：试验要求》、T/CAMET 04004.1—2018《城市轨道交通车辆制动系统 第1部分：电空制动系统通用技术规范》、T/CAMET 04004.2—2018《城市轨道交通车辆制动系统 第2部分：电空制动系统装车后的试验规则》等。

EN 13452-1：2003只对制动系统的基本功能及典型参数给出规定，无论是作为电空制动系统还是液压制动系统的通用标准，内容都是不完整的；EN 13452-2：2003以EN 13452-1：2003规定的参数为检验对象，仅检验基本性能，内容较为宽范，作为任一类型车辆制动系统的检验标准是不完全适用的。

国内的T/CAMET 04004.1—2018和T/CAMET 04004.2—2018是中国城市轨道交通协会针对城轨交通车辆电空制动系统发布的团体标准，大部分条款具有较好的适用性，但仍存在适用范围不足、部分要求不全或不完整等问题。

综合起来，既有通用标准主要存在以下问题：

(1) 国内正在扩大运用的低地板有轨电车、跨座式和悬挂式单轨车辆、中低速磁浮车辆采用的液压制动系统或空气-液压转换制动系统，没有相应标准，给制动系统的设计、制造和使用维护带来不便。

(2) 缺少制动计算的通用技术标准，造成计算方法、计算参数等的不统一。

(3) 适用范围普遍界定在运营速度120 km/h及以下的城轨车辆所采用的制动系统，相关要求也与之对应。按照GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》规定，市域快速轨道交通系统属于城市轨道交通范畴，国内已有十几个城市规划或开通了市域快速交通，其运行速度为120～160 km/h，因此将运营速度规定为“120 km/h及以下”已不再合适。

(4) 一些主要技术要求和性能指标没有统一要求或要求不完整，比如快速制动减速度要求、总风压力要求、长编组列车的初充风时间要求、制动系统热容量要求等缺失或需要完善；气密性检验方法、冲击率测试方法等应结合装车试验、实际应用情况进行完善。

(5) 名词术语主要引用GB/T 4549.3—2004《铁道车辆词汇 第3部分：制动装置》和EN 13452-1:2003等界定的名词术语。GB/T 4549.3—2004主要是针对采用自动式空气制动机的铁道客车、货车制动装置制定的标准，铁道客车、货车制动装置和城轨交通车辆制动系统在功能、性能、系统及部件组成上有较大差异，GB/T 4549.3—2004正文部分定义的词汇共有77条，通过分析可以看出，其中35条(约45%)不适用或为城市轨道车辆制动系统所没有，而微机控制直通电空制动系统或液压制动系统特有的部分名词术语在标准中又没有定义；EN 13452—1：2003只定义了城轨车辆制动系统的部分术语。综合上述因素，有必要对城轨车辆制动系统的部分名词术语进行专门定义。

因此，应在参考既有标准的基础上，通过补充、完善，制定电空制动系统的通用技术标准；同时针对部分城轨车辆采用的液压制动系统或空气-液压转换制动系统制定通用技术标准，对制动计算、名词术语等通过相应标准进行规范。

4.2 专用技术标准分析研究

每一个子系统或功能组件的组成形式和功能实现方式不完全相同，有的功能组件本身就是一台整机，有的是由多台整机或部件组成;在功能实现方式上，有的由所有部件联合作用实现某一功能，各部件之间的功能关联性较强，有的部件本身的功能相对独立。因此，在标准制定上，有的是按功能组件制定，有的是对功能组件中的部件制定标准。

由于城轨制动系统涉及的功能组件和功能部件较多，需要研究的技术标准也较多，受文章篇幅所限，本文只对其中部分重要功能组件的标准研究情况进行介绍。

4.2.1 电空制动控制装置

电空制动控制装置是城轨车辆制动系统核心组件，主要应用于地铁车辆、市域快速车辆、部分跨座式单轨车辆和大部分轻轨车辆上，由电子制动控制单元以及气动控制部分(单元)的中继阀、空重车阀、紧急阀、电磁阀、压力传感器等组成。

国外没有电空制动控制装置技术专项标准，国内中国城市轨道交通协会发布了T/CAMET 04004.4—2018《城市轨道交通车辆制动系统 第4部分：制动控制单元技术规范》。T/CAMET 04004.4—2018大部分条款具有较好的适应性，部分检验方法需略做调整，如高温试验、防护等级试验的试验方法，根据目前的使用情况，应将盐雾试验作为强制性试验项目。

另外，电空制动控制装置中的中继阀、空重车阀、紧急阀等均为可实现某一功能的功能件，运用于干线铁路的制动系统中同类部件均有专门标准或与之相关的标准规范，对制动系统的简统化具有重要意义，而城轨制动系统的相应部件缺乏统一要求，有必要通过相关标准进行规范。

4.2.2 电空制动辅助控制装置

电空制动辅助控制装置主要负责停放制动控制、空气弹簧供风等，由停放制动控制阀、减压阀、双向止回阀、溢流阀、压力开关、过滤器等组成，是电空制动系统的重要组件。

早期的地铁车辆，大部分将电空制动辅助控制部件分散布置在空气管路上，后来逐步集成到一个单元中，形成辅助控制装置。目前越来越多的城轨车辆将辅助控制装置与总风缸、制动风缸、空簧风缸集成到一起，形成辅助控制模块，整体吊装到车体底架上。

国内外没有针对电空制动辅助控制装置及其主要部件的技术标准，造成不同地铁车辆的电空制动辅助控制装置差别较大，结构、功能不尽相同，零部件选型要求、性能参数均有一定差异，给装置统型及使用维护带来困难。

因此，有必要制定电空制动辅助控制装置的技术标准，规范装置及其主要部件的设计、制造和试验要求。

4.2.3 空气制动防滑装置

该装置主要由电子控制部分、防滑阀、速度传感器组成，其中电子控制部分集成在电子制动控制单元中，负责完成防滑控制功能。

国内外与空气制动防滑装置相关的标准主要包括UIC 541-05：2005《制动机部件制造规程 车轮防滑装置》、EN 15595：2018《铁路应用 制动 车轮滑行保护》、TB/T 3009—2018《机车车辆制动系统用防滑装置》和T/CAMET 04004.3—2018《城市轨道交通车辆制动系统 第3部分：空气制动防滑系统技术规范》。

既有防滑装置标准对于防滑功能和性能、试验要求规定得较为详细，但对于具有独立功能的功能部件——防滑阀和速度传感器的规定较为笼统，缺乏性能和试验方面的规范要求。虽然TB/T 2760.2—2016《机车车辆转速传感器 第2部分：霍尔式速度传感器》对机车、动车组速度传感器做出了相关规定，但针对城轨车辆的特殊需求如连接电缆的折弯度、电缆护套防火等级、连接器形式、电磁兼容性、IP防护及盐雾要求等方面均缺乏相应规定。

因此，空气制动防滑装置的标准完善和制定应重点放在规范防滑阀和速度传感器的要求上。

4.2.4 液压制动控制装置

液压制动控制装置为液压制动系统提供液压动力，并进行液压压力的调节等，主要包括电子制动控制单元、液压单元、蓄能器、辅助缓解单元等，主要应用在低地板有轨电车、中低速磁浮车辆、跨座式单轨车辆、悬挂式单轨车辆上。

国内外没有液压制动控制装置的专用标准。国外EN 13452-1：2003虽然涉及了液压制动系统整体性能要求，但缺乏对液压制动控制装置的组成、功能、性能、试验检验等方面的要求。其主要功能部件如液压单元、蓄能器、辅助缓解单元也没有相关标准。因此，需要对液压制动控制装置及其主要功能部件制定相关的技术标准。

4.2.5 基础制动装置

基础制动装置包括盘形制动和踏面制动2种形式。踏面基础制动装置主要由踏面制动单元和闸瓦组成，盘形基础制动装置主要由制动夹钳单元、制动盘和闸片组成。踏面制动单元、制动夹钳单元分为压缩空气驱动、液压驱动和气液转换驱动3种驱动方式。

基础制动装置的国内外标准较多也比较全面，主要有：T/CAMET 04004.6～10—2018系列标准，包括制动盘、制动夹钳单元、踏面制动单元、合成闸片、合成闸瓦的标准；EN 14535-1～3:2005+A1:2011，包括轴装制动盘和轮装制动盘的标准。

T/CAMET 04004.6～10—2018除了个别参数、试验方法等值得商榷以外，其余部分基本适用。

EN 14535-1～3:2005+A1:2011涉及到制动盘的设计、尺寸、性能以及测试要求等，规定较为详细，对城轨车辆制动盘的标准制定有指导作用。

液压驱动和气液转换驱动的制动器或制动夹钳单元标准缺失，需要新定。

4.2.6 其他装置或部件

城轨车辆制动系统中具有独立功能的一些阀类控制或供风部件、踏面清扫及撒砂装置等增黏设备、维护终端和回送装置等辅助设备、磁轨制动装置等，均存在缺少相关标准或既有标准不完全适应的问题。

5 结论

与干线铁路经过几十年沉淀形成较为全面的机车、客车、货车制动系统标准不同，城轨交通车辆在国内大批量推广运用时间较短，除了可用于环境型式试验和部分设计、制造方面的一些基础性标准(包括GB、TB、国际/国外标准)以及中国城市轨道交通协会发布的部分团体标准外，国内城轨车辆制动系统产品标准严重缺失，有大量标准需要制定。通过分析研究，可以得出：

(1) 为更好地推进城轨交通车辆制动系统统型产品开发，提高制动系统产品的通用性与互换性，满足制动系统产品设计、制造和运用需求，应建立城轨交通车辆制动系统技术标准体系。

(2) 城轨交通车辆制动系统技术标准体系应按照通用技术标准和产品专用标准进行构建。通用标准部分应主要列出系统级的通用技术条件、制动计算规范等，被制动系统相关标准引用的基础设计类、材料类、通用零部件类等标准不再单独列入体系中；产品专用标准部分按子系统、功能组件、功能部件划分，构建技术标准体系。

(3) 国内外既有的城轨交通车辆制动系统相关标准无法满足构建技术标准体系的需要，特别是城轨车辆制动系统产品标准缺失较多，有许多标准需要完善或制定。