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地铁车辆基础制动装置
地铁车辆基础制动装置介绍了地铁车辆基础制动装置的特点，分析了踏面制动和盘形制动的不同，得出盘形制动的优势。
地铁车辆基础制动装置【1】
摘 要：介绍了地铁车辆基础制动装置的特点，分析了踏面制动和盘形制动的不同，得出盘形制动的优势。
关键词：地铁车辆 制动 盘形制动
1 概述
随着我国城市化进程的发展，城市吸引力不断扩大，人口集聚力不断增强，大、中城市人口数量屡创新高。
为了更好的缓解城市交通拥堵的问题，许多城市选择了建设轨道交通来改善交通状况。
地铁车辆的运行速度也由最初的60km/h，逐渐提高到80 km/h、100 km/h，甚至更高。
车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速度和及时准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。
制动系统是地铁车辆安全可靠运行的基本保障，通常包括空气制动机、基础制动装置、手制动机。
基础制动装置是确保地铁车辆行车安全的最重要的措施之一，它最基本的功能是吸收制动动能并将之转化为热能散发到空气中。
基础制动装置分为两类：一类是由踏面和闸瓦组成摩擦副的踏面制动;一类是由制动盘和闸片组成摩擦副的盘形制动。
2 地铁车辆制动的特点
地铁与铁路虽都属于轨道交通，但地铁车辆主要在城市内运营与铁路运输还是存在一些区别，在车辆制动方面主要有以下特点。
2.1 制动频繁
地铁车站之间距离较近，平均在1公里左右，这必然带来车辆须频繁启动、制动，以满足乘客上、下车的需要。
而铁路运输两个车站之间的距离通长在几十公里以上。
2.2 制动减速度大
地铁站间距短，要提高乘客旅行速度只有增加启动加速度和制动减速度。
因此地铁车辆紧急制动平均减速度一般要求大于等于1.2m/s2, 而铁路机车车辆和动车组的紧急制动平均减速度一般为0.7-1.2 m/s2。
2.3 制动精度高
地铁车站站台上均安装有屏蔽门系统，因此车辆定点停车的精度要求比铁路机车车辆和动车组高，一般在�00mm左右。
这些特点要求地铁车辆制动系统须有稳定的摩擦副和良好的控制精度能力以及承受频繁制动热负荷的性能。
3 盘形制动与踏面制动比较
3.1 制动对车轮的影响
(1)踏面制动的热负荷
从热应力角度考虑：评价赫兹接触应力和热应力共同作用引起的车轮损伤, 如图1所示, 图1中横坐标为车轮踏面最大热应力，纵坐标为轮轨接触最大赫兹接触压力, 区域A是常用制动区, 区域B是少量制动区, 区域C是危险区。
图1 车轮热损伤评价示意
图2 车轮踏面非正常磨耗
在制动频繁、热负荷较大的城轨车辆上，使用热负荷性能较高的合成闸瓦，导致制动过程中产生总热能的90%以上被车轮吸收。
因此当车轮踏面最高热应力位于赫兹接触应力和热应力共同作用的危险区域，导致车轮踏面异常损伤。
在上海地铁、广州地铁、北京地铁均批量出现过车轮踏面非正常磨耗。
(见图2)车轮踏面异常磨耗将会恶化轮轨匹配关系，严重影响行车安全。
(2)盘形制动
由于盘形制动是由制动盘和闸片组成摩擦副，制动过程中产生的热能对车轮不产生直接影响。
3.2 轮缘润滑对制动系统的影响
(1)踏面制动
在曲线多、弯曲半径小的城轨线路上，为了减少轮缘和钢轨的磨损和降低车辆通过曲线时的噪声，均采用轮缘润滑。
由于润滑剂残留在车轮踏面和钢轨上，降低了轮轨间的粘着系数和摩擦系数，使制动力难以保证，列车紧急制动距离将被延长。
这给高密度行车的地铁车辆运行留下了安全隐患。
(2)盘形制动
盘形制动的摩擦系数不受轮轨间的状态影响，制动力在曲线上不会发生可以得到保证。
3.3 成本的影响
车辆基础制动装置的成本是包含设备购置费和运营成本的全寿命成本。
(1)踏面制动
踏面制动的全寿命成本主要由设备购置费、闸瓦消耗、车轮磨损等构成。
经过某条使用踏面制动地铁线路统计1年有526条轮对需要旋修，其中274条轮对发生非正常磨耗，占52.1%。
全年旋修轮对每条平均被切削8.89mm。
地铁车辆的车轮直径一般为840mm，磨耗到限的车轮直径是770mm，则1条轮对1年被切削量占12.7%。
这大大缩短了轮对的使用寿命，增加轮对成本。
(2)盘形制动
盘形制动的全寿命成本主要由设备购置费、闸片消耗。
采用盘形制动，将减少车轮踏面非正常磨耗，延长轮对镟修周期，有利于延长车轮使用寿命。
从设备购置费来看，盘形制动要比踏面制动高出20%左右。
从材料消耗来看，虽然每辆车使用的闸片数量比闸瓦大，但由于闸片使用寿命普遍高于闸瓦，因此费用基本相同。
从长期运营来看，踏面制动缩短了轮对的使用寿命，增加了轮对成本的支出。
4 盘形制动计算
我们以4动2拖B 型地铁车辆为例，计算不同速度下制动时列车的制动距离、制动盘片压力、轮/轨粘着力。
制动距离：
s = v2 / [ 2 * a1 ]
整列车的平均减速度：
a1= v * a2 / (v + 2 * a2 * t1)
整列车的瞬间减速度：
a2= SUM(a3) - g * sin(a) / [1 + Mr / M]
(a3：单量车瞬时减速度;a：倾角;Mr：整车的转动惯量;M：全部车辆惯量)
制动盘片压力：
p= F / k
F：每个制动盘的制动力;k：每个制动盘的有效摩擦面积;
必需的轮/轨粘着力：
= [ F2 � a2 * mr ] / m * g
F2：动力制动在轮径上的减速度;mr：每个转向架的转动惯量;m：每个转向架的惯量
具体计算结果见表1
表1
从表1计算结果可以看出制动盘片压力、制动距离、轮/轨粘着力均满足地铁车辆制动的要求。
5 结论
(1)在地铁车辆运行速度在100km/h及以上的城市轨道交通线路上，应采用盘形制动方式。
(2)在曲线多、弯曲半径小的城市轨道交通线路，采用盘形制动更加安全。
(3)根据我国各地城市轨道交通车辆的运营情况，综合分析运营维护成本可以看出，采用盘形制动方式综合性价比更好。
参考文献：
[1] G.Donzella(意大利).闸瓦制动对实心车轮残余应力水平的影响[J].国外机车车辆工艺,2000,(5):38-45.
[2] 王京波.合成闸瓦对车轮热影响的研究[J].铁道机车车辆,2003,23(2):77-82.
地铁车辆再生制动能量吸收装置设置的分析【2】
摘要：随着国内各城市轨道交通建设的发展，节能减排需求日趋明显，本文从目前国内外轨道交通再生制动能量吸收装置使用情况出发，分析了各类装置的优缺点，着重介绍了逆变至中压型再生制动能量吸收装置，并讨论了成都市地铁10号线一期工程再生制动能量吸收装置设置、经济性等，最后展望逆变至中压型再生制动能量吸收装置在轨道交通行业的应用前景，作为今后轨道交通节能减排的参考。
关键词：再生制动;逆变至中压型;轨道交通;节能减排
1.概述
轨道交通作为一种大运量、高密度的交通工具，它在城市公共交通中扮演着越来越重要的角色，其列车运行具有站间运行距离短、运行速度较高、起动及制动频繁等特点。
目前轨道交通普遍采用的VVVF动车组列车，其制动一般为电制动(再生制动、电阻制动)和空气制动两级制动，运行中以再生制动和电阻制动为主，空气制动为辅。
传统的列车电阻制动做法是将制动电阻装设在车辆底部，当再生电阻不再起作用时采用空气制动。
传统的列车电阻制动产生的大量热量散发在地铁隧道内，在大运量、高密度的运行条件下，使地铁洞体的温升加剧，增加了环控系统的压力。
随着科技的进步和技术的发展，人们在节约能源、减少排放、环境保护方面意识逐渐增强，在全球倡导节能、低碳的今天，城市轨道交通中的再生制动能量回收利用问题得到了全世界轨道交通界的广泛关注。
在城市轨道交通系统中，对有效利用城市轨道电动车组再生制动所产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，同时改善城市轨道交通公共场所的环境以消除对城市环境和人民身体的影响是非常重要的。
因此在牵引供电系统中装设电能吸收装置对再生制动所产生的电能进行吸收、储存和再利用是必要的，人们在这方面进行了有益的探索。
2.再生制动能量吸收装置技术发展现状
目前再生制动能量吸收装置类型主要分三大类，即消耗型(主要包括电阻耗能型)、储能型(主要包括电容、电池、飞轮)和回馈型(低压回馈型和中压回馈型)。
较常用的有电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。
其主要工作原理是：当处于再生制动工况的列车产生的制动能量不能完全被其它车辆和本车的用电设备吸收时，牵引网电压将很快上升，网压上升到一定程度后，牵引变电所中设置的再生能量吸收装置投入工作，吸收掉多余的再生电流，使车辆再生电流持续稳定，以最大限度地发挥再生制动性能。
几种再生制动能量吸收装置接线方式如下：
2.1电阻耗能型
电阻耗能型再生能量吸收装置主要采用多相IGBT斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的占空比，从而改变吸收功率，将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。
该装置控制简单和直观，可以取消(或减少)列车电阻制动装置，降低车辆投资，提高列车动力性能;能够降低隧道温度、减少闸瓦制动对闸瓦的消耗和闸瓦制动粉尘、净化隧道环境，国内有比较成熟产品制造，价格较低;判断是否有再生能量需要吸收的判断条件完善，不会引起误判，造成电能的额外消耗。
但是该装置对再生能量不能有效利用;电阻散热导致环境温度上升，设置在地下变电所内时，电阻柜需单独放置，需设置相应的通风动力装置，增加相应的投资。
2.2电容储能型
电容储能型再生能量吸收装置主要采用IGBT逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组中，当供电区间内有列车起动、加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去并进行再利用。
电容储能装置具有储能(储存车辆再生能量)和稳压(稳定牵引网电压)两种工作模式。
两种工作模式可以相互切换。
该技术有效利用了列车制动时再生能量，节能效益好;直接接在牵引网或变电所正负母线间，再生能量直接在直流系统内转换，对系统不会造成影响;该装置为静态电容储能装置，维护和元器件更换较为方便。
装置的缺点是目前国内无成功的运行经验，国外产品价格较高;电容发生故障时，装置无法继续正常工作。
2.3飞轮储能型
该产品对变电所直流空载电压、母线电压的跟踪判断，确定是否有列车在再生制动且再生能量不能完全被本车辅助设备和相邻车辆吸收，当判断变电所附近列车有再生能量需要吸收时，飞轮加速转动，储存能量;当判断变电所附近有列车启动牵引用电时，飞轮转速降低，作为发电设备向牵引网反馈电能。
该产品除具有电能吸收功能外还具有稳压功能，该技术有效利用了列车制动时再生能量，具有节能效益;直接接在牵引网与回流轨间或变电所正负母线间，再生能量直接在直流系统内转换，对系统不会造成影响。
但是飞轮毕竟是高速转动机械产品，尽管采用了真空环境和特殊轴类制造技术，但难免担心其使用寿命是否能满足要求，维护维修是否方便。
国内外成熟产品极少，投资经济性差。
2.4逆变回馈型
逆变回馈型再生能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联，其交流进线接到交流电网上;当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。
逆变回馈型装置与其他类型装置相比，其充分利用了列车再生制动能量，提高了再生能量的利用率，节能效果好;其能量直接回馈到中压环网或车站AC 0.4kV电网，不需要配置储能元件;对环境温度影响小，在室内安装的情况下采用此方案有较大的优势。
目前逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要有两种类型：逆变+电阻型、逆变至中压网络型，
逆变至中压网络型装置从节能、电能质量、环控投资的角度而言均较逆变+电阻型更优。
2.5 几种再生制动能量吸收装置方案比较
目前在国内地铁上应用的较多的几种方案为电阻耗能型、逆变+电阻型和逆变至中压网络型几种，超级电容和飞轮储能型因技术上不成熟基本上没应用实例，几种再生装置的优缺点如下表所示
从上表可以看出，采用逆变至中压型再生制动能量吸收装置从节能效果、技术成熟度上均有明显的优势，是地铁供电系统节能的发展趋势。
3. 成都市地铁10号线一期工程再生制动能量吸收装置设置
成都市地铁10号线一期线路长 ，全为地下线。
共设地下车站6座，平均站间距 ，最大站间距 (华兴站～金花站);最小站间距 (空港一站～空港二站)。
在华兴站附近设置控制中心及主变点所各一处，在金花站设置线上检修库一座。
10号线一期工程采用标准A型车，4M2T，初、近、远期均采用6辆编组，设计最高行车速度 。
初期一个交路，太平园站―空港二站;近、远期开行太平园站―花桥站小交路、全线大交路套跑。
成都轨道交通10号线一期工程供电系统采用集中 两级供电方式;全线共设置华兴主变电所1座、牵引降压混合变电所5座、车站降压变电所1座、区间跟随式变电所2座、线上检修库跟随式变电所1座、控制中心降压变电所1座;轨道交通车辆采用 架空接触网受电方式。
3.1制动能量估算
3.1.1基础条件
车辆型号：A型车
车辆编组：初、近、远期采用6辆编组
最高速度：
旅行速度：初期大站快车 ;站站停列车 ;近远期站站停列车
车辆重量：4M2T AW0下228T、AW2下310T、AW3下340T
制动加速度：
辅助电源容量：
辅助电源功率因素：0.85
齿轮效率：0.975
电机效率：0.93
逆变器效率： 0.98
3.1.2机车特性
机车处于电制动模式时，机车系统控制牵引逆变器提供电制动力，此时牵引电机工作与发电机模式，将制动能量转变为电能回馈给直流接触网，如不能被相邻机车完全吸收，则会造成直流接触网电压升高，可能会影响到牵引系统正常运行。
机车在实际运行时，可以控制电机运转于恒转矩模式、恒功率模式及自然特性模式。
各模式下制动力的大小可以根据牵引电机的制动曲线得出。
图3.1-1牵引电机制动示意图
图中从最高速度 实施制动开始到 范围为自然特性， 到 内为恒功率控制， 到制动停止速度内为恒力矩控制。
可以看到在恒力矩及恒功率模式下制动力最大且恒定，在自然特性下制动力随速度增加逐渐减小，整个速度下在恒功率状态电制动功率最大。
3.1.3电制动功率
以上述资料为例，在最恶劣情况下，即在坡度处制动时，为保证制动加速度恒定，此时电制动力还需克服坡度重力分量，可得这种工况下最大电制动力(AW3)：
电制动功率：
式中各项符号含义如下：
为列车齿轮、牵引电机及牵引逆变器回馈效率，取三部分效率之积。
即 ;
为电制动力;
为列车制动瞬时速度;
为常态消耗，包含机车运行阻力及辅助变流器消耗等，即 。
从列车制动特性来看，在 恒功率特性区间内制动功率最大，可得最大电制动功率为
考虑30‰的坡度影响，车辆的附加阻力为：
此时最大电制动功率为：
从以上计算分析可得知，列车制动时产生很大的回馈能量，这些能量除去被后续车辆吸收外，还残留在供电系统中，造成接触网网压升高，影响供电系统绝缘性能，并造成极大的浪费，从节能和供电系统运行安全的角度出发，设置再生制动能量吸收装置是十分必要的。
3.2再生制动能量吸收装置容量选择
3.2.1线路传输功率
各站点能量被再生制动能量吸收装置吸收的多少，主要取决于线路阻抗，即线路距离。
成都市地铁10号线一期工程的线路阻抗为： 接触网电阻为： (刚性);
走行轨电阻为： 。
因此，可得出线路阻抗为 ，全线路共设6个车站，其中两个为端头站，4个为中间站，各站站间距和线路电阻如下表所示：
再生制动能量吸收装置的吸收阈值可设为 ，考虑气动抱闸阈值 ，确保裕量，设为 ，因此可得出机车制动能量传送的压降为 ，则根据站间距不同能量传送情况如表3.2-2所示。
3.2.2各站点吸收功率
根据上述数据，按初期各区间同时开行一辆列车考虑，各站点吸收功率情况如下：
1)太平园站制动
机车在太平园站制动，太平园站位于10号线一期的起始站，因此制动能量只能往单方向流动，相比机车在中间站制动能量吸收会更严酷，相邻簇锦站距离为 。
机车制动时能量为 ，其将被太平园站和簇锦站所设的再生制动能量吸收装置吸收，根据线路电阻，在压降 下，可计算出传输至相邻站簇锦站的最大电流以及最大功率分别为 和 ，假设设置的再生制动能量吸收装置容量为 ，则两站可吸收的最大功率为 ，大于机车制动能量，能够将制动能量全部吸收，如下图3.2-1所示。
图3.2-1 太平园站制动能量走向图
2)簇锦站制动
机车在簇锦站制动，相邻太平园站，距离为 ，另一方向相邻华兴站，相距 。
由于机车在非线路两端制动，其能量将被本站和相邻的其它两站再生制动能量吸收装置吸收。
根据线路电阻，在压降 下，可计算出能量传输至太平园站的最大电流 以及最大功率 ，传输至华兴站的最大电流 以及最大功率 。
机车制动时能量为 ，在簇锦站制动时，能量同时可被簇锦站以及相邻两站的再生制动能量吸收装置吸收，同样考虑再生制动能量吸收装置容量为 ，可吸收总的功率为 ，大于机车制动能量，能够将制动能量全部吸收，如下图3.2-2所示。
图3.2-2簇锦站制动能量走向图
(3)华兴站制动
机车在华兴站制动，相邻簇锦站，距离为 ，另一方向相邻金花站，相距 。
由于机车在非线路两端制动，其能量将被本站和相邻的其它两站再生制动能量吸收装置吸收。
根据线路电阻，在压降 下，可计算出能量传输至簇锦站的最大电流 以及最大功率 ，传输至金花站的最大电流 以及最大功率 。
机车制动时能量为 ，在华兴站制动时，能量同时可被华兴站以及相邻两站的再生制动能量吸收装置吸收，同样考虑再生制动能量吸收装置容量为 ，可吸收总的功率为 ，大于机车制动能量，能够将制动能量全部吸收，如下图3.2-3所示。
图3.2-3华兴站制动能量走向图
(4)金花站制动
机车在金花站制动，相邻华兴站，距离为 ，另一方向相邻空港一站，相距 。
由于机车在非线路两端制动，其能量将被本站和相邻的其它两站再生制动能量吸收装置吸收。
根据线路电阻，在压降 下，可计算出能量传输至华兴站的最大电流 以及最大功率 ，传输至空港一站的最大电流 以及最大功率 。
机车制动时能量为 ，在金花站制动时，能量同时可被金花站以及相邻两站的再生制动能量吸收装置吸收，同样考虑再生制动能量吸收装置容量为 ，可吸收总的功率为 ，大于机车制动能量，能够将制动能量全部吸收，如下图3.2-4所示。
图3.2-4金花站制动能量走向图
(5)空港一站制动
机车在空港一站制动，空港一站虽然是线路中间站，但是相邻空港二站站无再生制动能量吸收装置，因此制动能量只能往单方向流动，相比机车在中间站制动能量吸收会更严酷，相邻金花站距离为 。
根据线路电阻，在压降 下，可计算出能量传输至金花站的最大电流 以及最大功率 。
机车制动时能量为 ，在空港一站制动时，能量同时可被空港一站以及相邻的金花站的再生制动能量吸收装置吸收，同样考虑再生制动能量吸收装置容量为 ，可吸收总的功率为 ，大于机车制动能量，能够将制动能量全部吸收，如下图3.2-5所示。
图3.2-5空港一站制动能量走向图
(6)空港二站制动
机车在空港二站制动，空港二站不但为起始站而且无再生制动能量吸收装置，因此制动能量只能往单方向流动，相比机车在太平园站制动能量吸收会更严酷，相邻空港一站距离为 ，其能量只能被空港一站吸收。
根据线路电阻，在压降 下，可计算出能量传输至空港一站的最大电流 以及最大功率 。
机车制动时能量为 ，在空港二站制动时，能量部分被空港一站的再生制动能量吸收装置吸收，考虑再生制动能量吸收装置容量为 ，可吸收总的功率为 ，空港一站将不能完全吸收列车在空港二站制动时产生的再生能量，此时空港二站的直流电压可达 。
因此，机车在空港二站制动时，制动站点的电压会略高于气动抱闸阈值，气动抱闸会轻微启动。
如下图3.2-6所示。
图3.2-6空港二站制动能量走向图
各站制动情况下各站再生制动能量吸收装置吸收的制动能量汇总如下：
3.2.3各站点再生制动能量吸收装置容量选择
考虑到投资和近远期列车开行对数，根据以上计算和分析，各站点再生制动能量吸收装置容量选择如下表：
注：目前国内再生制动能量吸收装置均具一定的过载能力。
(1)线路条件的影响
1)平直线路
若轨道交通线路为平直线路段，以上选择容量完全满足。
2)有坡度的线路
考虑坡度影响时尚应增加坡度影响带来的制动力，则制动力为：
由式中可知：除去正常制动力外。
列车尚需克服坡度影响所需的制动力为 。
则列车制动时反馈的能量需增加 。
考虑到再生制动能量吸收装置具备一定的过载能力，在线路坡度不大的情况下上述选择的容量是能满足要求的，对于坡度较大的情况下，端头站会带有闸瓦制动作为辅助手段。
(2)行车密度的影响
在线路投运的初期，列车密度不是很大，可忽略邻近列车对再生制动能量吸收装置的吸收，认为再生制动能量吸收装置吸收了全部能量。
全线并网后，机车制动能量能被线路上其余机车相互吸收，并且随着发车密度增加，机车间相互吸收作用逐渐增强，因此无需按单车最恶劣制动情况考虑。
从各地地铁公司调研数据来看，线路正式运营后，随着发车密度增加，仅 能量无法被相邻机车吸收。
从而得出回馈的再生制动能量为： 。
那么以上所选容量完全满足要求。
3.2.4经济性
根据牵引供电计算，每对车从太平园站至空港二站方向行驶产生的再生制动能量被装置吸收的能量约为 ，从空港二站至太平园站方向行驶产生的再生制动能量被装置吸收的能量约为 。
按成都市地铁10号线一期工程初近期列车开行对数(初期为运行12小时/天， 5对车/h;近期运行14h/天，12对/h)。
按制动时间内装置自身损耗能量20.25 kW/h考虑，初期每年节约电能约146.73万度，节约电费约117.4万元，近期每年节约电能约410.84万度，节约电费约328.67万元(电费按0.8元/度考虑)。
按每套装置340万(含辅助设施)的单价考虑，设备成本回收年限约为 年。
大约7～8年能收回成本。
若取消车载制动电阻(6节4动2拖A型车，车载电阻造价约60万)，那么6年左右就能收回成本。
4.结论与展望
随着国内各城市轨道交通建设的大规模推进，轨道交通牵引供电系统的节能减排日益重要，从保障轨道交通安全运行和节能减排的要求出发，结合上述分析，随着技术上的成熟，使用再生制动能量吸收装置无疑是符合国家节能减排政策的。
另外回馈至中压型再生制动能量吸收装置除去节电效果外，在闲暇时段还能实现SVG功能，并能对钢轨电位起到降低的功效。
因此在轨道交通牵引供电系统设置再生制动能量吸收装置有着明显的节能减排的效能和发展前景。
参考文献
1. 李珞;重庆单轨交通再生制动能量地面吸收装置的应用[J];现代城市轨道交通;2005年04期
2. 陈建君，周才发;再生制动能量吸收装置设置方案研究[J];电气化铁道;2011年05期
3. 2105中国城市轨道交通高层论坛・分论坛二-“创新・节能”与城市轨道交通发展技术交流资料;2015年6月
地铁车辆的制动系统【3】
【摘要】随着我国经济的高速发展，城市建设规模也越来越快、占地面积越来越大;在这种情况下，地铁交通方式已成为一种必然的趋势，地铁建设越来越普遍。
所以，如何保证地铁车辆的制动已成为关系到人们的人身安全与财产安全的关键所在。
本文就是基于此基础上研究了地铁车辆的制动系统，希望在实际应用中起到一定的作用。
【关键词】地铁;制动系统;车辆
一、制动系统概念和地体车辆制动系统的特点
(一)制动系统概念
在日常生活中，制动系统对运输安全起着非常重要作用，任何的运输工具都离不开它。
那么，制动系统究竟是什么呢?制动就是指人为地对列车产生减速控制力的大小，从而操控列车减速、阻止加速的过程。
对于城市交通车辆，使运行着的电动车组迅速减速或停车，对它必须实施制动;电动车组在下坡道路运行过程中由于电动车组的重力作用导致电动车组迅速增加，也必须要对它实施制动;同时停放的车辆为了避免因为重力作用或风力吹动而被溜走，也需要对它实施停放制动。
(二)地铁车辆制动系统的特点
(1)地铁站间距离较短，这是由于站间距离短，列车调速、停车比较频繁，为了提高车辆运行速度，这就使列车制动距离短、列车在启动上速度一定要快。
由此可以看出，地铁车辆的制动系统具有的特点有停车平稳、准确、操纵灵活、迅速和制动力大等
(2)地铁列车乘客量波动大。
空车时地铁车辆自重相对来说比较轻，但是，乘客量对车辆总重有很大影响，这样易引起制动率变比。
制动率变化大，对列车制动时要减速度、防止车轮滑行和减小车辆纵向冲动都是不利影响。
所以说，制动系统应有各种乘客量的情况下，使车辆制动率恒定性能。
二、地铁车辆制动系统组成部分
地铁车辆制动控制部分包括电子制动控制系统(EBCU)、电-空制动控制单元(BCU)、辅助控制单元和防滑控制等。
(1)电子制动控制系统(EBCU)
电子制动控制单元适合每辆车，用于整个空气制动系统和WSP电子控制。
EBCU使用多芯插头实现电气连接、安装和拆卸方便，没有气动连接。
(2)电-空制动控制单元
电-空制动控制单元(BCU)包括模拟转换器、紧急制动电磁阀、中继阀、限压阀等控制元件，这些部件安装在铝合金的气路板上，在气路板上装置一些测试接口。
所以说，要测量各个控制压力和制动缸压力，在这块气路板上测试就可以。
这样，整个气路板安装、调试、检修都非常方便。
(3)辅助控制单元
辅助控制单元的组成部分主要有截断塞门、单向阀、双向阀、停放制动脉冲阀、常用制动压力开关、停放制动压力开关和截断塞门。
三、地铁制动系统研究
地铁制动系统通常可以分为电气制动系统和空气制动系统两大类，现将其分析如下：
(一)电气制动系统
1.电气制动与再生制动系统
在各种形式的制动中，电气制动是一种较理想的动力制动方式，在制动工况时，将列车运行的机械能转换为电能，产生制动力，使列车减速或在下坡线路上以一定的限速度运行。
车辆进行电气制动时，首先应该是再生制动，即向供电网反馈电能，是一种使用在电动车辆上的制动技术。
再生制动在电力机车、有轨电车、无轨电车及纯电动或混合动力汽车上常见。
再生制动可以分为第一、能量消耗型，第二、并联直流母线吸收型，第三、能量回馈型。
2.电阻制动
电阻制动又称动态制动是铁路机车的一种制动方式，广泛应用于电力机车和电传动柴油机车。
再生制动是在电阻制动基础上进一步发展而成的制动方式。
由于电阻制动的原理是因为转子有电流流动，所以，制动力与速度成正比。
加馈电阻制动正是为了解决这个问题而出现，使机车在慢速下也能进行电阻制动，有效扩大电阻制动的应用范围。
(二)空气制动系统
1.供风、制动系统的主要参数
(1)制动减速度
①常用制动瞬时最大减速度是1.10m/S?
②紧急制动和快速制动瞬时最大减速度是1.40m/S?
(2)冲击率是：0.75 m/S?
(3)制动压力参数
常用制动 pC 快速制动pC 紧急制动pC
Tc(拖车) 1.35 1.88 2.6
Mc(动车) 1.59 2.22 3.0
(4)系统中压缩空气的相对湿度≤35%。图1
2.供风和制动系统的工作原理
(1)供风和制动系统工作原理图解(如图1所示)
①供风系统整合成供风模块安装在C车上，向主风缸供风并通过主风管(MRE)等设备与其它车相连。
②EBCU和BCU控制整个制动系统。
EBCU接收到制动请求、电制动反馈、载荷压力等电信号，通过调试计算得出制动力值，然后传送信号给BCU，BCU把电信号转换成压力信号。
③列车单独具备“得电缓解/失电施加”的紧急制动回路。
④每轴上安装两套踏面制动单元，其中一套带有停放制动缸。
(三)制动控制系统
制动控制系统是空气制动系统的核心，它将指令与各种信号进行计算，得出列车所需的制动力，再向动力制动系统和空气制动系统发出制动信号。
空气制动系统将制动控制系统发来的制动力信号经流量放大后使执行部件产生相应的制动力。
这就是制动控制系统的主要功能。
制动控制系统主要由空气制动控制单元(BCU)、电子制动控制单元(EBCU)和电气指令单元等组成。
1.空气制动控制单元
一般空气制动控制单元由各种不同功能的电磁阀和气动阀组成。
2.电子制动控制单元的主要功能
(1)接收司机控制器或ATO的指令，与牵引控制系统协调列车的制动和缓解。
(2)将接收到的动力(电气)制动实际值经EP转换，将电信号转换为气动信号发送给空气制动控制单元。
(3)在列车制动过程中始终收集列车所有轮对速度传感器发来的速度参数，对轮对在制动中出现的滑行进行监视。
(4)控制供气系统中空气压缩机组的工作周期，监视主风缸输出压力等参数。
(5)对列车制动时的各种参数和故障进行监视和记录。
3.空气制动控制单元
空气制动控制单元主要包括：
(1)数字式电气指令制动控制系统。
(2)模拟式电气指令制动控制系统。
参考文献
[1]左继红.城轨车辆制动系统的原理分析，2013.
[2]杨峰.地铁车辆制动系统浅析，2009.
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