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地鐵車輛基礎(chǔ)制動裝置
地鐵車輛基礎(chǔ)制動裝置介紹了地鐵車輛基礎(chǔ)制動裝置的特點(diǎn)，分析了踏面制動和盤形制動的不同，得出盤形制動的優(yōu)勢。
地鐵車輛基礎(chǔ)制動裝置【1】
摘 要：介紹了地鐵車輛基礎(chǔ)制動裝置的特點(diǎn)，分析了踏面制動和盤形制動的不同，得出盤形制動的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：地鐵車輛 制動 盤形制動
1 概述
隨著我國城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市吸引力不斷擴(kuò)大，人口集聚力不斷增強(qiáng)，大、中城市人口數(shù)量屢創(chuàng)新高。
為了更好的緩解城市交通擁堵的問題，許多城市選擇了建設(shè)軌道交通來改善交通狀況。
地鐵車輛的運(yùn)行速度也由最初的60km/h，逐漸提高到80 km/h、100 km/h，甚至更高。
車輛在高速運(yùn)行中必須依賴制動系統(tǒng)調(diào)節(jié)列車運(yùn)行速度和及時(shí)準(zhǔn)確地在預(yù)定地在預(yù)定地點(diǎn)停車，保證列車安全正點(diǎn)地運(yùn)行。
制動系統(tǒng)是地鐵車輛安全可靠運(yùn)行的基本保障，通常包括空氣制動機(jī)、基礎(chǔ)制動裝置、手制動機(jī)。
基礎(chǔ)制動裝置是確保地鐵車輛行車安全的最重要的措施之一，它最基本的功能是吸收制動動能并將之轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到空氣中。
基礎(chǔ)制動裝置分為兩類：一類是由踏面和閘瓦組成摩擦副的踏面制動;一類是由制動盤和閘片組成摩擦副的盤形制動。
2 地鐵車輛制動的特點(diǎn)
地鐵與鐵路雖都屬于軌道交通，但地鐵車輛主要在城市內(nèi)運(yùn)營與鐵路運(yùn)輸還是存在一些區(qū)別，在車輛制動方面主要有以下特點(diǎn)。
2.1 制動頻繁
地鐵車站之間距離較近，平均在1公里左右，這必然帶來車輛須頻繁啟動、制動，以滿足乘客上、下車的需要。
而鐵路運(yùn)輸兩個(gè)車站之間的距離通長在幾十公里以上。
2.2 制動減速度大
地鐵站間距短，要提高乘客旅行速度只有增加啟動加速度和制動減速度。
因此地鐵車輛緊急制動平均減速度一般要求大于等于1.2m/s2, 而鐵路機(jī)車車輛和動車組的緊急制動平均減速度一般為0.7-1.2 m/s2。
2.3 制動精度高
地鐵車站站臺上均安裝有屏蔽門系統(tǒng)，因此車輛定點(diǎn)停車的精度要求比鐵路機(jī)車車輛和動車組高，一般在�00mm左右。
這些特點(diǎn)要求地鐵車輛制動系統(tǒng)須有穩(wěn)定的摩擦副和良好的控制精度能力以及承受頻繁制動熱負(fù)荷的性能。
3 盤形制動與踏面制動比較
3.1 制動對車輪的影響
(1)踏面制動的熱負(fù)荷
從熱應(yīng)力角度考慮：評價(jià)赫茲接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用引起的車輪損傷, 如圖1所示, 圖1中橫坐標(biāo)為車輪踏面最大熱應(yīng)力，縱坐標(biāo)為輪軌接觸最大赫茲接觸壓力, 區(qū)域A是常用制動區(qū), 區(qū)域B是少量制動區(qū), 區(qū)域C是危險(xiǎn)區(qū)。
圖1 車輪熱損傷評價(jià)示意
圖2 車輪踏面非正常磨耗
在制動頻繁、熱負(fù)荷較大的城軌車輛上，使用熱負(fù)荷性能較高的合成閘瓦，導(dǎo)致制動過程中產(chǎn)生總熱能的90%以上被車輪吸收。
因此當(dāng)車輪踏面最高熱應(yīng)力位于赫茲接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用的危險(xiǎn)區(qū)域，導(dǎo)致車輪踏面異常損傷。
在上海地鐵、廣州地鐵、北京地鐵均批量出現(xiàn)過車輪踏面非正常磨耗。
(見圖2)車輪踏面異常磨耗將會惡化輪軌匹配關(guān)系，嚴(yán)重影響行車安全。
(2)盤形制動
由于盤形制動是由制動盤和閘片組成摩擦副，制動過程中產(chǎn)生的熱能對車輪不產(chǎn)生直接影響。
3.2 輪緣潤滑對制動系統(tǒng)的影響
(1)踏面制動
在曲線多、彎曲半徑小的城軌線路上，為了減少輪緣和鋼軌的磨損和降低車輛通過曲線時(shí)的噪聲，均采用輪緣潤滑。
由于潤滑劑殘留在車輪踏面和鋼軌上，降低了輪軌間的粘著系數(shù)和摩擦系數(shù)，使制動力難以保證，列車緊急制動距離將被延長。
這給高密度行車的地鐵車輛運(yùn)行留下了安全隱患。
(2)盤形制動
盤形制動的摩擦系數(shù)不受輪軌間的狀態(tài)影響，制動力在曲線上不會發(fā)生可以得到保證。
3.3 成本的影響
車輛基礎(chǔ)制動裝置的成本是包含設(shè)備購置費(fèi)和運(yùn)營成本的全壽命成本。
(1)踏面制動
踏面制動的全壽命成本主要由設(shè)備購置費(fèi)、閘瓦消耗、車輪磨損等構(gòu)成。
經(jīng)過某條使用踏面制動地鐵線路統(tǒng)計(jì)1年有526條輪對需要旋修，其中274條輪對發(fā)生非正常磨耗，占52.1%。
全年旋修輪對每條平均被切削8.89mm。
地鐵車輛的車輪直徑一般為840mm，磨耗到限的車輪直徑是770mm，則1條輪對1年被切削量占12.7%。
這大大縮短了輪對的使用壽命，增加輪對成本。
(2)盤形制動
盤形制動的全壽命成本主要由設(shè)備購置費(fèi)、閘片消耗。
采用盤形制動，將減少車輪踏面非正常磨耗，延長輪對鏇修周期，有利于延長車輪使用壽命。
從設(shè)備購置費(fèi)來看，盤形制動要比踏面制動高出20%左右。
從材料消耗來看，雖然每輛車使用的閘片數(shù)量比閘瓦大，但由于閘片使用壽命普遍高于閘瓦，因此費(fèi)用基本相同。
從長期運(yùn)營來看，踏面制動縮短了輪對的使用壽命，增加了輪對成本的支出。
4 盤形制動計(jì)算
我們以4動2拖B 型地鐵車輛為例，計(jì)算不同速度下制動時(shí)列車的制動距離、制動盤片壓力、輪/軌粘著力。
制動距離：
s = v2 / [ 2 * a1 ]
整列車的平均減速度：
a1= v * a2 / (v + 2 * a2 * t1)
整列車的瞬間減速度：
a2= SUM(a3) - g * sin(a) / [1 + Mr / M]
(a3：單量車瞬時(shí)減速度;a：傾角;Mr：整車的轉(zhuǎn)動慣量;M：全部車輛慣量)
制動盤片壓力：
p= F / k
F：每個(gè)制動盤的制動力;k：每個(gè)制動盤的有效摩擦面積;
必需的輪/軌粘著力：
= [ F2 � a2 * mr ] / m * g
F2：動力制動在輪徑上的減速度;mr：每個(gè)轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)動慣量;m：每個(gè)轉(zhuǎn)向架的慣量
具體計(jì)算結(jié)果見表1
表1
從表1計(jì)算結(jié)果可以看出制動盤片壓力、制動距離、輪/軌粘著力均滿足地鐵車輛制動的要求。
5 結(jié)論
(1)在地鐵車輛運(yùn)行速度在100km/h及以上的城市軌道交通線路上，應(yīng)采用盤形制動方式。
(2)在曲線多、彎曲半徑小的城市軌道交通線路，采用盤形制動更加安全。
(3)根據(jù)我國各地城市軌道交通車輛的運(yùn)營情況，綜合分析運(yùn)營維護(hù)成本可以看出，采用盤形制動方式綜合性價(jià)比更好。
參考文獻(xiàn)：
[1] G.Donzella(意大利).閘瓦制動對實(shí)心車輪殘余應(yīng)力水平的影響[J].國外機(jī)車車輛工藝,2000,(5):38-45.
[2] 王京波.合成閘瓦對車輪熱影響的研究[J].鐵道機(jī)車車輛,2003,23(2):77-82.
地鐵車輛再生制動能量吸收裝置設(shè)置的分析【2】
摘要：隨著國內(nèi)各城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，節(jié)能減排需求日趨明顯，本文從目前國內(nèi)外軌道交通再生制動能量吸收裝置使用情況出發(fā)，分析了各類裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，著重介紹了逆變至中壓型再生制動能量吸收裝置，并討論了成都市地鐵10號線一期工程再生制動能量吸收裝置設(shè)置、經(jīng)濟(jì)性等，最后展望逆變至中壓型再生制動能量吸收裝置在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用前景，作為今后軌道交通節(jié)能減排的參考。
關(guān)鍵詞：再生制動;逆變至中壓型;軌道交通;節(jié)能減排
1.概述
軌道交通作為一種大運(yùn)量、高密度的交通工具，它在城市公共交通中扮演著越來越重要的角色，其列車運(yùn)行具有站間運(yùn)行距離短、運(yùn)行速度較高、起動及制動頻繁等特點(diǎn)。
目前軌道交通普遍采用的VVVF動車組列車，其制動一般為電制動(再生制動、電阻制動)和空氣制動兩級制動，運(yùn)行中以再生制動和電阻制動為主，空氣制動為輔。
傳統(tǒng)的列車電阻制動做法是將制動電阻裝設(shè)在車輛底部，當(dāng)再生電阻不再起作用時(shí)采用空氣制動。
傳統(tǒng)的列車電阻制動產(chǎn)生的大量熱量散發(fā)在地鐵隧道內(nèi)，在大運(yùn)量、高密度的運(yùn)行條件下，使地鐵洞體的溫升加劇，增加了環(huán)控系統(tǒng)的壓力。
隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，人們在節(jié)約能源、減少排放、環(huán)境保護(hù)方面意識逐漸增強(qiáng)，在全球倡導(dǎo)節(jié)能、低碳的今天，城市軌道交通中的再生制動能量回收利用問題得到了全世界軌道交通界的廣泛關(guān)注。
在城市軌道交通系統(tǒng)中，對有效利用城市軌道電動車組再生制動所產(chǎn)生的電能以減少城市軌道交通運(yùn)營的用電量，同時(shí)改善城市軌道交通公共場所的環(huán)境以消除對城市環(huán)境和人民身體的影響是非常重要的。
因此在牽引供電系統(tǒng)中裝設(shè)電能吸收裝置對再生制動所產(chǎn)生的電能進(jìn)行吸收、儲存和再利用是必要的，人們在這方面進(jìn)行了有益的探索。
2.再生制動能量吸收裝置技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
目前再生制動能量吸收裝置類型主要分三大類，即消耗型(主要包括電阻耗能型)、儲能型(主要包括電容、電池、飛輪)和回饋型(低壓回饋型和中壓回饋型)。
較常用的有電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。
其主要工作原理是：當(dāng)處于再生制動工況的列車產(chǎn)生的制動能量不能完全被其它車輛和本車的用電設(shè)備吸收時(shí)，牽引網(wǎng)電壓將很快上升，網(wǎng)壓上升到一定程度后，牽引變電所中設(shè)置的再生能量吸收裝置投入工作，吸收掉多余的再生電流，使車輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定，以最大限度地發(fā)揮再生制動性能。
幾種再生制動能量吸收裝置接線方式如下：
2.1電阻耗能型
電阻耗能型再生能量吸收裝置主要采用多相IGBT斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動時(shí)直流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器的占空比，從而改變吸收功率，將直流電壓恒定在某一設(shè)定值的范圍內(nèi)，并將制動能量消耗在吸收電阻上。
該裝置控制簡單和直觀，可以取消(或減少)列車電阻制動裝置，降低車輛投資，提高列車動力性能;能夠降低隧道溫度、減少閘瓦制動對閘瓦的消耗和閘瓦制動粉塵、凈化隧道環(huán)境，國內(nèi)有比較成熟產(chǎn)品制造，價(jià)格較低;判斷是否有再生能量需要吸收的判斷條件完善，不會引起誤判，造成電能的額外消耗。
但是該裝置對再生能量不能有效利用;電阻散熱導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，設(shè)置在地下變電所內(nèi)時(shí)，電阻柜需單獨(dú)放置，需設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)動力裝置，增加相應(yīng)的投資。
2.2電容儲能型
電容儲能型再生能量吸收裝置主要采用IGBT逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組中，當(dāng)供電區(qū)間內(nèi)有列車起動、加速需要取流時(shí)，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進(jìn)行再利用。
電容儲能裝置具有儲能(儲存車輛再生能量)和穩(wěn)壓(穩(wěn)定牽引網(wǎng)電壓)兩種工作模式。
兩種工作模式可以相互切換。
該技術(shù)有效利用了列車制動時(shí)再生能量，節(jié)能效益好;直接接在牽引網(wǎng)或變電所正負(fù)母線間，再生能量直接在直流系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)換，對系統(tǒng)不會造成影響;該裝置為靜態(tài)電容儲能裝置，維護(hù)和元器件更換較為方便。
裝置的缺點(diǎn)是目前國內(nèi)無成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國外產(chǎn)品價(jià)格較高;電容發(fā)生故障時(shí)，裝置無法繼續(xù)正常工作。
2.3飛輪儲能型
該產(chǎn)品對變電所直流空載電壓、母線電壓的跟蹤判斷，確定是否有列車在再生制動且再生能量不能完全被本車輔助設(shè)備和相鄰車輛吸收，當(dāng)判斷變電所附近列車有再生能量需要吸收時(shí)，飛輪加速轉(zhuǎn)動，儲存能量;當(dāng)判斷變電所附近有列車啟動牽引用電時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)速降低，作為發(fā)電設(shè)備向牽引網(wǎng)反饋電能。
該產(chǎn)品除具有電能吸收功能外還具有穩(wěn)壓功能，該技術(shù)有效利用了列車制動時(shí)再生能量，具有節(jié)能效益;直接接在牽引網(wǎng)與回流軌間或變電所正負(fù)母線間，再生能量直接在直流系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)換，對系統(tǒng)不會造成影響。
但是飛輪畢竟是高速轉(zhuǎn)動機(jī)械產(chǎn)品，盡管采用了真空環(huán)境和特殊軸類制造技術(shù)，但難免擔(dān)心其使用壽命是否能滿足要求，維護(hù)維修是否方便。
國內(nèi)外成熟產(chǎn)品極少，投資經(jīng)濟(jì)性差。
2.4逆變回饋型
逆變回饋型再生能量吸收裝置主要采用電力電子器件構(gòu)成大功率三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的整流器直流母線相聯(lián)，其交流進(jìn)線接到交流電網(wǎng)上;當(dāng)再生制動使直流電壓超過規(guī)定值時(shí)，逆變器啟動并從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網(wǎng)。
逆變回饋型裝置與其他類型裝置相比，其充分利用了列車再生制動能量，提高了再生能量的利用率，節(jié)能效果好;其能量直接回饋到中壓環(huán)網(wǎng)或車站AC 0.4kV電網(wǎng)，不需要配置儲能元件;對環(huán)境溫度影響小，在室內(nèi)安裝的情況下采用此方案有較大的優(yōu)勢。
目前逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要有兩種類型：逆變+電阻型、逆變至中壓網(wǎng)絡(luò)型，
逆變至中壓網(wǎng)絡(luò)型裝置從節(jié)能、電能質(zhì)量、環(huán)控投資的角度而言均較逆變+電阻型更優(yōu)。
2.5 幾種再生制動能量吸收裝置方案比較
目前在國內(nèi)地鐵上應(yīng)用的較多的幾種方案為電阻耗能型、逆變+電阻型和逆變至中壓網(wǎng)絡(luò)型幾種，超級電容和飛輪儲能型因技術(shù)上不成熟基本上沒應(yīng)用實(shí)例，幾種再生裝置的優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示
從上表可以看出，采用逆變至中壓型再生制動能量吸收裝置從節(jié)能效果、技術(shù)成熟度上均有明顯的優(yōu)勢，是地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展趨勢。
3. 成都市地鐵10號線一期工程再生制動能量吸收裝置設(shè)置
成都市地鐵10號線一期線路長 ，全為地下線。
共設(shè)地下車站6座，平均站間距 ，最大站間距 (華興站～金花站);最小站間距 (空港一站～空港二站)。
在華興站附近設(shè)置控制中心及主變點(diǎn)所各一處，在金花站設(shè)置線上檢修庫一座。
10號線一期工程采用標(biāo)準(zhǔn)A型車，4M2T，初、近、遠(yuǎn)期均采用6輛編組，設(shè)計(jì)最高行車速度 。
初期一個(gè)交路，太平園站―空港二站;近、遠(yuǎn)期開行太平園站―花橋站小交路、全線大交路套跑。
成都軌道交通10號線一期工程供電系統(tǒng)采用集中 兩級供電方式;全線共設(shè)置華興主變電所1座、牽引降壓混合變電所5座、車站降壓變電所1座、區(qū)間跟隨式變電所2座、線上檢修庫跟隨式變電所1座、控制中心降壓變電所1座;軌道交通車輛采用 架空接觸網(wǎng)受電方式。
3.1制動能量估算
3.1.1基礎(chǔ)條件
車輛型號：A型車
車輛編組：初、近、遠(yuǎn)期采用6輛編組
最高速度：
旅行速度：初期大站快車 ;站站停列車 ;近遠(yuǎn)期站站停列車
車輛重量：4M2T AW0下228T、AW2下310T、AW3下340T
制動加速度：
輔助電源容量：
輔助電源功率因素：0.85
齒輪效率：0.975
電機(jī)效率：0.93
逆變器效率： 0.98
3.1.2機(jī)車特性
機(jī)車處于電制動模式時(shí)，機(jī)車系統(tǒng)控制牽引逆變器提供電制動力，此時(shí)牽引電機(jī)工作與發(fā)電機(jī)模式，將制動能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑仞伣o直流接觸網(wǎng)，如不能被相鄰機(jī)車完全吸收，則會造成直流接觸網(wǎng)電壓升高，可能會影響到牽引系統(tǒng)正常運(yùn)行。
機(jī)車在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于恒轉(zhuǎn)矩模式、恒功率模式及自然特性模式。
各模式下制動力的大小可以根據(jù)牽引電機(jī)的制動曲線得出。
圖3.1-1牽引電機(jī)制動示意圖
圖中從最高速度 實(shí)施制動開始到 范圍為自然特性， 到 內(nèi)為恒功率控制， 到制動停止速度內(nèi)為恒力矩控制。
可以看到在恒力矩及恒功率模式下制動力最大且恒定，在自然特性下制動力隨速度增加逐漸減小，整個(gè)速度下在恒功率狀態(tài)電制動功率最大。
3.1.3電制動功率
以上述資料為例，在最惡劣情況下，即在坡度處制動時(shí)，為保證制動加速度恒定，此時(shí)電制動力還需克服坡度重力分量，可得這種工況下最大電制動力(AW3)：
電制動功率：
式中各項(xiàng)符號含義如下：
為列車齒輪、牽引電機(jī)及牽引逆變器回饋效率，取三部分效率之積。
即 ;
為電制動力;
為列車制動瞬時(shí)速度;
為常態(tài)消耗，包含機(jī)車運(yùn)行阻力及輔助變流器消耗等，即 。
從列車制動特性來看，在 恒功率特性區(qū)間內(nèi)制動功率最大，可得最大電制動功率為
考慮30‰的坡度影響，車輛的附加阻力為：
此時(shí)最大電制動功率為：
從以上計(jì)算分析可得知，列車制動時(shí)產(chǎn)生很大的回饋能量，這些能量除去被后續(xù)車輛吸收外，還殘留在供電系統(tǒng)中，造成接觸網(wǎng)網(wǎng)壓升高，影響供電系統(tǒng)絕緣性能，并造成極大的浪費(fèi)，從節(jié)能和供電系統(tǒng)運(yùn)行安全的角度出發(fā)，設(shè)置再生制動能量吸收裝置是十分必要的。
3.2再生制動能量吸收裝置容量選擇
3.2.1線路傳輸功率
各站點(diǎn)能量被再生制動能量吸收裝置吸收的多少，主要取決于線路阻抗，即線路距離。
成都市地鐵10號線一期工程的線路阻抗為： 接觸網(wǎng)電阻為： (剛性);
走行軌電阻為： 。
因此，可得出線路阻抗為 ，全線路共設(shè)6個(gè)車站，其中兩個(gè)為端頭站，4個(gè)為中間站，各站站間距和線路電阻如下表所示：
再生制動能量吸收裝置的吸收閾值可設(shè)為 ，考慮氣動抱閘閾值 ，確保裕量，設(shè)為 ，因此可得出機(jī)車制動能量傳送的壓降為 ，則根據(jù)站間距不同能量傳送情況如表3.2-2所示。
3.2.2各站點(diǎn)吸收功率
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按初期各區(qū)間同時(shí)開行一輛列車考慮，各站點(diǎn)吸收功率情況如下：
1)太平園站制動
機(jī)車在太平園站制動，太平園站位于10號線一期的起始站，因此制動能量只能往單方向流動，相比機(jī)車在中間站制動能量吸收會更嚴(yán)酷，相鄰簇錦站距離為 。
機(jī)車制動時(shí)能量為 ，其將被太平園站和簇錦站所設(shè)的再生制動能量吸收裝置吸收，根據(jù)線路電阻，在壓降 下，可計(jì)算出傳輸至相鄰站簇錦站的最大電流以及最大功率分別為 和 ，假設(shè)設(shè)置的再生制動能量吸收裝置容量為 ，則兩站可吸收的最大功率為 ，大于機(jī)車制動能量，能夠?qū)⒅苿幽芰咳课�，如下圖3.2-1所示。
圖3.2-1 太平園站制動能量走向圖
2)簇錦站制動
機(jī)車在簇錦站制動，相鄰太平園站，距離為 ，另一方向相鄰華興站，相距 。
由于機(jī)車在非線路兩端制動，其能量將被本站和相鄰的其它兩站再生制動能量吸收裝置吸收。
根據(jù)線路電阻，在壓降 下，可計(jì)算出能量傳輸至太平園站的最大電流 以及最大功率 ，傳輸至華興站的最大電流 以及最大功率 。
機(jī)車制動時(shí)能量為 ，在簇錦站制動時(shí)，能量同時(shí)可被簇錦站以及相鄰兩站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機(jī)車制動能量，能夠?qū)⒅苿幽芰咳课�，如下圖3.2-2所示。
圖3.2-2簇錦站制動能量走向圖
(3)華興站制動
機(jī)車在華興站制動，相鄰簇錦站，距離為 ，另一方向相鄰金花站，相距 。
由于機(jī)車在非線路兩端制動，其能量將被本站和相鄰的其它兩站再生制動能量吸收裝置吸收。
根據(jù)線路電阻，在壓降 下，可計(jì)算出能量傳輸至簇錦站的最大電流 以及最大功率 ，傳輸至金花站的最大電流 以及最大功率 。
機(jī)車制動時(shí)能量為 ，在華興站制動時(shí)，能量同時(shí)可被華興站以及相鄰兩站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機(jī)車制動能量，能夠?qū)⒅苿幽芰咳课�，如下圖3.2-3所示。
圖3.2-3華興站制動能量走向圖
(4)金花站制動
機(jī)車在金花站制動，相鄰華興站，距離為 ，另一方向相鄰空港一站，相距 。
由于機(jī)車在非線路兩端制動，其能量將被本站和相鄰的其它兩站再生制動能量吸收裝置吸收。
根據(jù)線路電阻，在壓降 下，可計(jì)算出能量傳輸至華興站的最大電流 以及最大功率 ，傳輸至空港一站的最大電流 以及最大功率 。
機(jī)車制動時(shí)能量為 ，在金花站制動時(shí)，能量同時(shí)可被金花站以及相鄰兩站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機(jī)車制動能量，能夠?qū)⒅苿幽芰咳课�，如下圖3.2-4所示。
圖3.2-4金花站制動能量走向圖
(5)空港一站制動
機(jī)車在空港一站制動，空港一站雖然是線路中間站，但是相鄰空港二站站無再生制動能量吸收裝置，因此制動能量只能往單方向流動，相比機(jī)車在中間站制動能量吸收會更嚴(yán)酷，相鄰金花站距離為 。
根據(jù)線路電阻，在壓降 下，可計(jì)算出能量傳輸至金花站的最大電流 以及最大功率 。
機(jī)車制動時(shí)能量為 ，在空港一站制動時(shí)，能量同時(shí)可被空港一站以及相鄰的金花站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機(jī)車制動能量，能夠?qū)⒅苿幽芰咳课�，如下圖3.2-5所示。
圖3.2-5空港一站制動能量走向圖
(6)空港二站制動
機(jī)車在空港二站制動，空港二站不但為起始站而且無再生制動能量吸收裝置，因此制動能量只能往單方向流動，相比機(jī)車在太平園站制動能量吸收會更嚴(yán)酷，相鄰空港一站距離為 ，其能量只能被空港一站吸收。
根據(jù)線路電阻，在壓降 下，可計(jì)算出能量傳輸至空港一站的最大電流 以及最大功率 。
機(jī)車制動時(shí)能量為 ，在空港二站制動時(shí)，能量部分被空港一站的再生制動能量吸收裝置吸收，考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，空港一站將不能完全吸收列車在空港二站制動時(shí)產(chǎn)生的再生能量，此時(shí)空港二站的直流電壓可達(dá) 。
因此，機(jī)車在空港二站制動時(shí)，制動站點(diǎn)的電壓會略高于氣動抱閘閾值，氣動抱閘會輕微啟動。
如下圖3.2-6所示。
圖3.2-6空港二站制動能量走向圖
各站制動情況下各站再生制動能量吸收裝置吸收的制動能量匯總?cè)缦拢?/p>
3.2.3各站點(diǎn)再生制動能量吸收裝置容量選擇
考慮到投資和近遠(yuǎn)期列車開行對數(shù)，根據(jù)以上計(jì)算和分析，各站點(diǎn)再生制動能量吸收裝置容量選擇如下表：
注：目前國內(nèi)再生制動能量吸收裝置均具一定的過載能力。
(1)線路條件的影響
1)平直線路
若軌道交通線路為平直線路段，以上選擇容量完全滿足。
2)有坡度的線路
考慮坡度影響時(shí)尚應(yīng)增加坡度影響帶來的制動力，則制動力為：
由式中可知：除去正常制動力外。
列車尚需克服坡度影響所需的制動力為 。
則列車制動時(shí)反饋的能量需增加 。
考慮到再生制動能量吸收裝置具備一定的過載能力，在線路坡度不大的情況下上述選擇的容量是能滿足要求的，對于坡度較大的情況下，端頭站會帶有閘瓦制動作為輔助手段。
(2)行車密度的影響
在線路投運(yùn)的初期，列車密度不是很大，可忽略鄰近列車對再生制動能量吸收裝置的吸收，認(rèn)為再生制動能量吸收裝置吸收了全部能量。
全線并網(wǎng)后，機(jī)車制動能量能被線路上其余機(jī)車相互吸收，并且隨著發(fā)車密度增加，機(jī)車間相互吸收作用逐漸增強(qiáng)，因此無需按單車最惡劣制動情況考慮。
從各地地鐵公司調(diào)研數(shù)據(jù)來看，線路正式運(yùn)營后，隨著發(fā)車密度增加，僅 能量無法被相鄰機(jī)車吸收。
從而得出回饋的再生制動能量為： 。
那么以上所選容量完全滿足要求。
3.2.4經(jīng)濟(jì)性
根據(jù)牽引供電計(jì)算，每對車從太平園站至空港二站方向行駛產(chǎn)生的再生制動能量被裝置吸收的能量約為 ，從空港二站至太平園站方向行駛產(chǎn)生的再生制動能量被裝置吸收的能量約為 。
按成都市地鐵10號線一期工程初近期列車開行對數(shù)(初期為運(yùn)行12小時(shí)/天， 5對車/h;近期運(yùn)行14h/天，12對/h)。
按制動時(shí)間內(nèi)裝置自身損耗能量20.25 kW/h考慮，初期每年節(jié)約電能約146.73萬度，節(jié)約電費(fèi)約117.4萬元，近期每年節(jié)約電能約410.84萬度，節(jié)約電費(fèi)約328.67萬元(電費(fèi)按0.8元/度考慮)。
按每套裝置340萬(含輔助設(shè)施)的單價(jià)考慮，設(shè)備成本回收年限約為 年。
大約7～8年能收回成本。
若取消車載制動電阻(6節(jié)4動2拖A型車，車載電阻造價(jià)約60萬)，那么6年左右就能收回成本。
4.結(jié)論與展望
隨著國內(nèi)各城市軌道交通建設(shè)的大規(guī)模推進(jìn)，軌道交通牽引供電系統(tǒng)的節(jié)能減排日益重要，從保障軌道交通安全運(yùn)行和節(jié)能減排的要求出發(fā)，結(jié)合上述分析，隨著技術(shù)上的成熟，使用再生制動能量吸收裝置無疑是符合國家節(jié)能減排政策的。
另外回饋至中壓型再生制動能量吸收裝置除去節(jié)電效果外，在閑暇時(shí)段還能實(shí)現(xiàn)SVG功能，并能對鋼軌電位起到降低的功效。
因此在軌道交通牽引供電系統(tǒng)設(shè)置再生制動能量吸收裝置有著明顯的節(jié)能減排的效能和發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
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地鐵車輛的制動系統(tǒng)【3】
【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模也越來越快、占地面積越來越大;在這種情況下，地鐵交通方式已成為一種必然的趨勢，地鐵建設(shè)越來越普遍。
所以，如何保證地鐵車輛的制動已成為關(guān)系到人們的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全的關(guān)鍵所在。
本文就是基于此基礎(chǔ)上研究了地鐵車輛的制動系統(tǒng)，希望在實(shí)際應(yīng)用中起到一定的作用。
【關(guān)鍵詞】地鐵;制動系統(tǒng);車輛
一、制動系統(tǒng)概念和地體車輛制動系統(tǒng)的特點(diǎn)
(一)制動系統(tǒng)概念
在日常生活中，制動系統(tǒng)對運(yùn)輸安全起著非常重要作用，任何的運(yùn)輸工具都離不開它。
那么，制動系統(tǒng)究竟是什么呢?制動就是指人為地對列車產(chǎn)生減速控制力的大小，從而操控列車減速、阻止加速的過程。
對于城市交通車輛，使運(yùn)行著的電動車組迅速減速或停車，對它必須實(shí)施制動;電動車組在下坡道路運(yùn)行過程中由于電動車組的重力作用導(dǎo)致電動車組迅速增加，也必須要對它實(shí)施制動;同時(shí)停放的車輛為了避免因?yàn)橹亓ψ饔没蝻L(fēng)力吹動而被溜走，也需要對它實(shí)施停放制動。
(二)地鐵車輛制動系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)地鐵站間距離較短，這是由于站間距離短，列車調(diào)速、停車比較頻繁，為了提高車輛運(yùn)行速度，這就使列車制動距離短、列車在啟動上速度一定要快。
由此可以看出，地鐵車輛的制動系統(tǒng)具有的特點(diǎn)有停車平穩(wěn)、準(zhǔn)確、操縱靈活、迅速和制動力大等
(2)地鐵列車乘客量波動大。
空車時(shí)地鐵車輛自重相對來說比較輕，但是，乘客量對車輛總重有很大影響，這樣易引起制動率變比。
制動率變化大，對列車制動時(shí)要減速度、防止車輪滑行和減小車輛縱向沖動都是不利影響。
所以說，制動系統(tǒng)應(yīng)有各種乘客量的情況下，使車輛制動率恒定性能。
二、地鐵車輛制動系統(tǒng)組成部分
地鐵車輛制動控制部分包括電子制動控制系統(tǒng)(EBCU)、電-空制動控制單元(BCU)、輔助控制單元和防滑控制等。
(1)電子制動控制系統(tǒng)(EBCU)
電子制動控制單元適合每輛車，用于整個(gè)空氣制動系統(tǒng)和WSP電子控制。
EBCU使用多芯插頭實(shí)現(xiàn)電氣連接、安裝和拆卸方便，沒有氣動連接。
(2)電-空制動控制單元
電-空制動控制單元(BCU)包括模擬轉(zhuǎn)換器、緊急制動電磁閥、中繼閥、限壓閥等控制元件，這些部件安裝在鋁合金的氣路板上，在氣路板上裝置一些測試接口。
所以說，要測量各個(gè)控制壓力和制動缸壓力，在這塊氣路板上測試就可以。
這樣，整個(gè)氣路板安裝、調(diào)試、檢修都非常方便。
(3)輔助控制單元
輔助控制單元的組成部分主要有截?cái)嗳T、單向閥、雙向閥、停放制動脈沖閥、常用制動壓力開關(guān)、停放制動壓力開關(guān)和截?cái)嗳T。
三、地鐵制動系統(tǒng)研究
地鐵制動系統(tǒng)通�？梢苑譃殡姎庵苿酉到y(tǒng)和空氣制動系統(tǒng)兩大類，現(xiàn)將其分析如下：
(一)電氣制動系統(tǒng)
1.電氣制動與再生制動系統(tǒng)
在各種形式的制動中，電氣制動是一種較理想的動力制動方式，在制動工況時(shí)，將列車運(yùn)行的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生制動力，使列車減速或在下坡線路上以一定的限速度運(yùn)行。
車輛進(jìn)行電氣制動時(shí)，首先應(yīng)該是再生制動，即向供電網(wǎng)反饋電能，是一種使用在電動車輛上的制動技術(shù)。
再生制動在電力機(jī)車、有軌電車、無軌電車及純電動或混合動力汽車上常見。
再生制動可以分為第一、能量消耗型，第二、并聯(lián)直流母線吸收型，第三、能量回饋型。
2.電阻制動
電阻制動又稱動態(tài)制動是鐵路機(jī)車的一種制動方式，廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車和電傳動柴油機(jī)車。
再生制動是在電阻制動基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而成的制動方式。
由于電阻制動的原理是因?yàn)檗D(zhuǎn)子有電流流動，所以，制動力與速度成正比。
加饋電阻制動正是為了解決這個(gè)問題而出現(xiàn)，使機(jī)車在慢速下也能進(jìn)行電阻制動，有效擴(kuò)大電阻制動的應(yīng)用范圍。
(二)空氣制動系統(tǒng)
1.供風(fēng)、制動系統(tǒng)的主要參數(shù)
(1)制動減速度
�、俪Ｓ弥苿铀矔r(shí)最大減速度是1.10m/S?
②緊急制動和快速制動瞬時(shí)最大減速度是1.40m/S?
(2)沖擊率是：0.75 m/S?
(3)制動壓力參數(shù)
常用制動 pC 快速制動pC 緊急制動pC
Tc(拖車) 1.35 1.88 2.6
Mc(動車) 1.59 2.22 3.0
(4)系統(tǒng)中壓縮空氣的相對濕度≤35%。圖1
2.供風(fēng)和制動系統(tǒng)的工作原理
(1)供風(fēng)和制動系統(tǒng)工作原理圖解(如圖1所示)
①供風(fēng)系統(tǒng)整合成供風(fēng)模塊安裝在C車上，向主風(fēng)缸供風(fēng)并通過主風(fēng)管(MRE)等設(shè)備與其它車相連。
�、贓BCU和BCU控制整個(gè)制動系統(tǒng)。
EBCU接收到制動請求、電制動反饋、載荷壓力等電信號，通過調(diào)試計(jì)算得出制動力值，然后傳送信號給BCU，BCU把電信號轉(zhuǎn)換成壓力信號。
�、哿熊噯为�(dú)具備“得電緩解/失電施加”的緊急制動回路。
�、苊枯S上安裝兩套踏面制動單元，其中一套帶有停放制動缸。
(三)制動控制系統(tǒng)
制動控制系統(tǒng)是空氣制動系統(tǒng)的核心，它將指令與各種信號進(jìn)行計(jì)算，得出列車所需的制動力，再向動力制動系統(tǒng)和空氣制動系統(tǒng)發(fā)出制動信號。
空氣制動系統(tǒng)將制動控制系統(tǒng)發(fā)來的制動力信號經(jīng)流量放大后使執(zhí)行部件產(chǎn)生相應(yīng)的制動力。
這就是制動控制系統(tǒng)的主要功能。
制動控制系統(tǒng)主要由空氣制動控制單元(BCU)、電子制動控制單元(EBCU)和電氣指令單元等組成。
1.空氣制動控制單元
一般空氣制動控制單元由各種不同功能的電磁閥和氣動閥組成。
2.電子制動控制單元的主要功能
(1)接收司機(jī)控制器或ATO的指令，與牽引控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)列車的制動和緩解。
(2)將接收到的動力(電氣)制動實(shí)際值經(jīng)EP轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換為氣動信號發(fā)送給空氣制動控制單元。
(3)在列車制動過程中始終收集列車所有輪對速度傳感器發(fā)來的速度參數(shù)，對輪對在制動中出現(xiàn)的滑行進(jìn)行監(jiān)視。
(4)控制供氣系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)組的工作周期，監(jiān)視主風(fēng)缸輸出壓力等參數(shù)。
(5)對列車制動時(shí)的各種參數(shù)和故障進(jìn)行監(jiān)視和記錄。
3.空氣制動控制單元
空氣制動控制單元主要包括：
(1)數(shù)字式電氣指令制動控制系統(tǒng)。
(2)模擬式電氣指令制動控制系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[1]左繼紅.城軌車輛制動系統(tǒng)的原理分析，2013.
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【地鐵車輛基礎(chǔ)制動裝置】相關(guān)文章：
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