摘 要:本文介绍了紧急制动的作用,分析了上海地铁3号线地铁车辆所用KBWB制动系统空气制动控制单元的组成和工作原理,着重论述了该制动系统在紧急制动时的工作过程以及紧急制动时如何防止轮对滑行。
关键词:地铁车辆 制动系统 紧急制动 滑行
中图分类号:U23 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0048-02
上海轨道交通3号线又称上海地铁明珠线1期。其上海南站至江湾镇段于2000年11月投入运营,北延伸(江湾镇至江场北路)于2006年12月投入运营。上海地铁3号线的车辆现为6节编组,由法国阿尔斯通公司和南车浦镇车辆有限公司联合制造。车辆的制动系统采用的是由原来的英国Westinghouse公司(现已并入克诺尔制动机公司)设计的KBWB模拟式电气指令制动系统。
1 紧急制动的作用
在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动,称为“紧急制动”。某一运行速度下车辆紧急制动距离的大小是衡量列车制动能力的综合指标,表征了列车的制动系统使列车在规定的安全距离范围内将列车停下来的能力。在列车设计和制造过程中,制动能力必须要进行认真的计算和校核。而紧急制动是确保列车行车安全的必要措施,一般来说,城市轨道交通系统都有明确的车辆运行规程,特别对列车制动能力有严格的要求和规定。例如,上海地铁规定:列车在满载乘客的条件下,在任何运行初速度下,其紧急制动距离不得超过180m。要在如此短的制动距离内将列车停下来,其目的就是要确保在出现紧急情况时确保列车运行的安全。
2 KBWB制动系统空气制动控制单元简介
城市轨道交通车辆在紧急制动时依靠纯粹的空气制动力减速停车。KBWB制动系统的空气制动控制单元(BCU)分为三个部分,EP控制板、称重阀和主控阀。如图1所示(此处省略EP控制板,仅将EP控制板与主控阀的连接管路标出)。
EP控制板是空气制动单元(BCU)的安装基座,也是空气制动单元(BCU)的管道接口座,管道接口座的背面有5个气路连接口,分别与主风缸(MR)、空气弹簧(AS)、制动储风缸(BSR)、停放制动风缸(PBC)和单元制动机风缸(BC)连接。另外还有四个压力测试点,分别用来测试空气弹簧压力、制动缸压力、主风缸压力和停放制动风缸压力。
主控阀由电气转换部分和输出放大部分组成,电气转换部分包括5个电磁阀、控制腔室X和气电转换器。五个电磁阀的一端都与控制腔室X相同,两个缓解电磁阀的另一端通大气,两个制动电磁阀的另一端与制动储风缸(BSR)相通。两个制动电磁阀用于在收到制动指令时连通制动储风缸(BSR)通往控制腔室X的通路,而两个缓解电磁阀用于在收到缓解指令后将控制腔室X的压力空气排向大气,从而使控制腔室X内的空气压力与所需的空气制动力成比例。
称重阀在常用制动时不起作用,在紧急制动时可以根据来自空气弹簧系统的控制压力信号,控制主控阀控制腔室X向控制腔室Y的输出,使控制腔室Y内的空气压强与列车的载重成正比,这样控制腔室Y内的空气压强就和列车的载重相匹配。
主控阀的输出放大部分包括控制膜板、控制腔室Y、控制腔室A、阀杆和充排气阀。控制膜板将主控阀下部分成控制腔室Y和控制腔室A,控制腔室Y通过称重阀与控制腔室X相通。当控制腔室Y内有一定压力的空气时,控制膜板推动阀杆下移顶开充排气阀上口并关闭充排气阀的排气通道,连通制动储风缸向制动缸及控制腔室A充气的通路,直到制动缸和控制腔室A内压力空气的压力与控制腔室Y的压力相等为止。而当控制腔室Y内的压力空气压力逐步降低时,控制膜板带动操纵杆上移,打开制动缸和控制腔室A向大气排气的通路,使车辆制动机缓解。
3 紧急制动的触发
不同类型的制动系统,其紧急制动的触发会有区别,但基本上大同小异。下面就以KBWB模拟式电气指令制动系统为例来分析城市轨道交通车辆紧急制动触发的途径。
列车的制动系统控制电路中,有一根紧急制动指令线贯穿全列车,该列车线处于常得电状态。在每一辆车的制动系统中,都有一个电磁阀—— 紧急制动电磁阀连接到紧急制动指令线上去。列车运行中,每辆车的紧急制动电磁阀都处于常得电状态,任何使紧急制动电磁阀失电的条件满足时,都能触发列车的紧急制动。紧急制动触发的条件有:司机室内的“警惕”装置起作用;按下司机台上的紧急制动按钮;列车脱钩;紧急列车线环路中断或失电;主风缸压力过低;ATC系统发出紧急制动指令等。
4 紧急制动的工作过程
在正常状态下,紧急制动电磁阀仅作为控制腔室X内的控制压力进入称重阀和控制腔室Y的通道,而控制腔室X内空气压力大小由制动指令决定,其大小包含了车辆载荷信息,称重阀也只作为通道,除摩擦阻力外,不改变控制腔室X内的控制压力,故非紧急制动状态时控制腔室Y的压力与控制腔室X相同,制动力的大小与所需补充空气制动力大小的指令相匹配。一旦紧急制动触发,紧急制动电磁阀失电,紧急制动电磁阀直接连通制动储风缸经空重车调整阀与控制腔室Y的通路,使得进入控制腔室Y内空气压力与车辆载重成正比,此时控制腔室Y内的空气压力比常用制动时要大得多。在这个控制压力作用下,制动储风缸快速向制动缸充气,产生列车的紧急制动作用,并且使紧急制动力的大小与列车的载重成正比。
5 紧急制动的防滑
在紧急制动时,因控制腔室Y内的空气压力较高,使得制动储风缸经主控阀充排气阀部充入制动缸的压力空气压力变大,当制动缸的压力上升到一定值时,有可能会出现制动力大于粘着力而使某一轮对出现滑行。为了防止紧急制动时轮对滑行出现,在主控阀通往制动缸的通路上安装了防滑装置,每转向架安装一个双防滑阀,控制同一转向架的两个轮对,双防滑阀的结构如图2所示。
紧急制动时,若防滑控制装置没有检测到轮对滑行,则防滑阀工作在进气工况,排气电磁阀A和进气电磁阀C均失电,阀板处于左端位置。从主控阀输出的压力空气经进气口和排气阀A作用到膜板排气阀1的上部,膜板排气阀1下移关闭排气口1和输出口1,同时进气口的压力空气经膜板进气阀1,使压力空气从输出口进入制动缸,产生紧急制动作用。
若防滑控制装置检测到某一轮对出现滑行,则防滑控制装置会控制防滑阀工作排气工况,排气电磁阀A和进气电磁阀C均得电,阀板处于右端位置。从主控阀输出的压力空气经进气口和进气电磁阀C作用到膜板进气阀1的上部,膜板进气阀1下移关闭进气口和输出口1,同时膜板排气阀上侧的压力空气经左侧管道排入大气,膜板排气阀1在制动缸压力作用下上移,打开制动缸与大气的通路,使制动缸压力降低,直到滑行轴的滑行消失为止。
6 结语
紧急制动是保证列车安全运行的重要措施之一,通过使用性能优良的阀类部件,优化紧急制动的触发条件和控制电路,使紧急制动时制动力的大小能够随车辆载重变化,并在最大程度的利用黏着的同时又不产生滑行,对于改善列车的紧急制动性能,保证行车安全,具有十分重要的意义。
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