地铁车辆制动系统分析

地铁车辆制动系统分析

金泊

单位：江苏瑞铁轨道装备股份有限公司，邮编215618

摘要：近年来，随着国家对基础建设的不断投入，城市地铁因运输速度快、运载量大、安全高效、方便快捷也得到大力的发展。本文针对地铁车辆制动系统，从制动系统的特点、系统关键技术等方面入手，进行了分析研究。希望对制动系统效应的后续优化提升，提供一定的借鉴意义，从而提升地铁车辆的制动效果，为车辆运行保驾护航。

关键词：地铁车辆；制动系统；技术分析

一、引言

随着我国经济不断发展，城市现代化进程明显加快，城市规模、城市人口和外来人员的不断扩大，给城市的交通结构布局和公共交通的发展带来了前所未有的压力。城市地铁交通运输，采用封闭式运行管理，充分利用地下空间，具有车厢编组灵活，载客量大，受外界干扰因素小等优点。同时，由于地铁车辆的高速发展，以及车辆部分设备老化，地铁车辆在运行时会出现不同程度的安全隐患，该隐患是不容忽视的。2019年地铁车辆发生5分钟以上延迟次数高达1416次，延误率为0.346/百万车公里；而地铁车辆退出正线故障共计8953次，平均退出正线运营故障率0.022次/万次公里。2011年上海地铁，设备信号系统故障，系统自动控制列车停车，致使多趟列车追尾，造成271名人员受伤。地铁从车辆的运行具有准时准点、密度高、安全可靠的特点，若是在车辆运行过程中出现故障，则会造成交通堵塞，影响其他车辆的运行情况；严重者会对乘客的生命财产造成不可逆的损害，造成国家巨大的巨大损失。因此，保证地铁车辆的安全运行是至关重要的一件事。                                                                                                                                                                        

地铁车辆在运行时，其制动系统是保证车辆正常运行和人员安全的关键。随着科学技术的发展，国家对区域一体化的发展规划，以及人工智能技术在地铁运行上的使用，对地铁车辆的高频启动和制动系统提出了更高的需求。众所周知，地铁列车系统其制动系统结构复杂，并且整个制动系统在车辆上分布位置不同，导致发生的故障不能完全的统计出来，这也为安全分析故障的发生带来了诸多困难。因此，本文对地铁车辆制动系统进行了研究分析，为进一步提高制动系统的安全运行，有效完善地铁车辆制动系统，掌握故障规律、便于维护车辆运行具有重要的意义。

二、地铁车辆制动系统概念及特点

1.地铁车辆制动系统概念

顾名思义，地铁车辆的制动系统主要目的是为了维持地铁车辆的快速、平稳、高效减速制动的一套系统。我国地铁发展迅速，在各大城市以及得到广泛的应用。就国产制动系统而言，已经有了成熟的发展，目前地铁车辆的制动系统主要有制动电子控制单元（电制动）、气动控制单元（空气制动）等。电制动是通过电脑控制制动电子控制单元完成的；空气制动是由电控转换阀、中继阀等组建配合而进行制动的，相较与前者是更加复杂的一种制动方式[1]。

2.地铁车辆制动系统特点

(1) 地铁列车人数多、乘客流量大。制动率和与车辆重量有着重要的关系。当地铁车辆为空车运行时，地铁车辆仅有自身重量，制动率较小；而当载有乘客时，制动率因为车重量的变化，制动率也会相应变大。在地铁车辆运行时，制动率增大，意味着地铁在制动的时候要保持一定的减速度，防止因为车身太重，车轮在制动时因为惯性出现滑行。因此制动系统在早期研发时，应该根据不同的配重进行制动系统的模拟，尽可能的保障车辆在实际应用中因为制动率的突变而引发不可挽救的损失[2,3]。

(2) 站台距离近。地铁作为城市运力的主要交通工具，其站台与站台间的距离约1 km，两站之间的通行时间约3 min，说明地铁车辆在短时间内要经过加速、降速的制动过程。要求地铁车辆的制动系统需要做到平稳准确、运行响应度快、制动效果好等特点，才能保证地铁车辆在运行做到短距离高效的快速启动与停止。

(3) 多种制动系统的配合使用。对于地铁车辆而言，在加速阶段，由于速度快，需要采用制动功率大，效率高的电制动。在电制动的过程中不仅不会出现机械磨损，而且产生的再生制动能量通过回收还能二次利用，这大大节约了成本，也提高了地铁公司的经济效益；在减速阶段，可以采用电阻制动与控制制动相结合的方式进行制动[4]。因为电阻制动，制动功率小，制动力不足，要在制定的位置将地铁速度降低至一定范围，那就需要引入空气制动，二者配合最终完成地铁车辆的制动。

三、地铁车辆制动系统关键技术分析

地铁车辆的制动系统与闸瓦的选材、车轮的热处理方式有关，也与地铁运营公司对系统的维护与进一步提升有着密切的联系。

在地铁车辆进行制动时，其制动效果的好坏主要由闸瓦来决定。闸瓦作为一种制动时的消耗品，材料性能的优劣，对地铁车辆的制动效果有着重要的影响。目前，常见的闸瓦主要由高磷铸铁和合成树脂两大材料所组成

[5]。二者闸瓦性能优劣对比如表1所示。通过二者材料性能对比后发现，合成树脂类闸瓦更加适用于地铁车辆的制动。

表1 闸瓦材料性能对比

地铁车辆的车轮是保证客运安全的一个重要组成。恶劣的车轮工况，早晚高峰期载重量的增加，车轮的磨损、周期震荡等情况都会对地铁车辆是否安全行驶严重的考验，因此在选择车辆车轮时，应该考虑强度和韧性综合优势突出的材质[6]。同时，车辆在制动时，因为摩擦所产生的热量主要是被介于闸瓦和铁轨之间的车轮消耗掉；并且，由于地铁每站之间距离较短，需要不停的进行制动与加速操作，所以车轮材质和热理工艺的选择对制动时的散热以及车辆行驶安全性有着重要的影响。普通客车与地铁车辆由于使用场景和使用方式不同的原因，二者对车轮的硬度和强度均有不同的要求，通常地铁车辆的车轮要求其布氏硬度≥300HB，抗拉强度≥980MPa。因而可以选择高碳钢材料来制备车轮，高碳钢经过淬火后不仅能保持足够的塑韧性，也能将车轮硬度提升至300HB以上，从而得到满足地铁车辆对车轮的要求[7]。

众所周知，地铁车辆的制动系统，随着科学技术的不断突破，也在不断更新迭代。先进制动系统的使用，让车辆制动更加的平稳与安全有效，也给乘客带来了舒适的乘车体验。而整车的制动系统不仅由多个模块组成，而且涉及到气动布局多。例如，架控式制动系统，该系统标准化程度高，集成度高，各接口设计更加合理化，但是在出现制动系统故障后，所需要的维修时间较长，这是不利于地铁车辆运行。因此就需要地铁运营公司针对制动系统制定一系列标准的维护与检查标准。在统一的检查标准下，减少运营故障，消除安全隐患，从而提升客运能力，做到高效持久。

四、总结

地铁车辆的安全运行与乘客的生命财产安全紧密联系在一起，而地铁车辆的制动系统是保障车辆安全运行的重要保障。通过对地铁车辆制动特点的研究，以及地铁车辆制动系统关键技术的分析，明确了空气制动和电制动二者相辅相成，缺一不可，两种制动系统的配合使用，可以使车辆制动效果显著提升。其次，可以从车辆制动所需材质入手，通过优化闸瓦、车轮的材料性能，进一步提升地铁车辆的制动效率；同时，通过建立标准的制动系统检查标准，加强车辆系统维护，进一步优化地铁车辆制动系统。

参考文献

[1] 黄跃冲. 关于地铁车辆制动系统关键技术的分析与探究[J]. 建筑工程技术与设计, 2018.

[2] 王艺男, 马迎春. 地铁车辆制动系统特点分析与研究[J]. 科技风, 2018(33):1.

[3] 朱圣达. 地铁车辆空气制动系统应用分析[J]. 机电技术, 2018(2):3.

[4] 吴雷朋, 徐广增, 陈阁,等. 城轨地铁EP2002空气制动系统的应用分析[J]. 科学技术创新, 2019(7):2.

[5] 王宏宇, 崔垚. 地铁车辆制动系统中电制动与空气制动技术探析[J]. 科技风, 2018(33):1.

[6] 祁国俊, 葛党朝. 地铁车辆电空制动配合问题研究[J]. 机车电传动, 2018(5):4.

[7] 宗庆云, 任成伟. 关于地铁车辆制动系统关键技术的分析与探究[J]. 科技风, 2018(33):1.